JP2006010777A

JP2006010777A - Method and apparatus for manufacturing optical fiber grating

Info

Publication number: JP2006010777A
Application number: JP2004184060A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Nihonyanagi; 明展二本柳; Satoshi Okude; 聡奥出
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical fiber grating capable of manufacturing the optical fiber grating with good productivity. <P>SOLUTION: An optical fiber 11d is previously manufactured with a fiber grating for monitoring reflection outside the use wavelength band of the intrinsic optical fiber grating and the position fluctuation of the optical fiber 11d is detected by successively monitoring the amount of the fluctuation in the wavelength during exposure. When the position deviation of the optical fiber 11d attains a prescribed value W, the relative position of a phase mask 12 with respect to the optical fiber 11d is corrected by driving the piezo stage 20. The exposure is performed while correcting the manufacturing position of the optical fiber grating in this way, and thereby the characteristics of the optical fiber grating under the exposure are improved and a rejection rate is lowered. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信等に用いられる光ファイバグレーティングを製造する光ファイバグレーティング製造方法及び装置に関する。 The present invention relates to an optical fiber grating manufacturing method and apparatus for manufacturing an optical fiber grating used for optical communication and the like.

光ファイバグレーティングは、光ファイバの長さ方向に屈折率の周期的な摂動を形成したもので、特定のモード間に結合を発生させ、光ファイバのコア部を伝搬する特定波長帯の光に損失を発生させる光部品である。 An optical fiber grating is a periodic perturbation of the refractive index in the length direction of the optical fiber that generates coupling between specific modes and loses light in a specific wavelength band that propagates through the core of the optical fiber. It is an optical component that generates

最も一般的な光ファイバグレーティングの製造方法としては、フォトリフラクティブ効果により光ファイバのコア部の屈折率を変化させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。フォトリフラクティブ効果とは、例えばドーパントとしてゲルマニウムを添加させた石英ガラスファイバに紫外線を照射すると、前記石英ガラスの屈折率の上昇が観測される現象のことである。 As the most common optical fiber grating manufacturing method, there is a method of changing the refractive index of the core portion of the optical fiber by the photorefractive effect (see, for example, Patent Document 1). The photorefractive effect is a phenomenon in which, for example, an increase in the refractive index of quartz glass is observed when a quartz glass fiber to which germanium is added as a dopant is irradiated with ultraviolet rays.

以下、図８を参照して、従来の光ファイバグレーティングの製造方法の概要について説明する。 Hereinafter, an outline of a conventional method for manufacturing an optical fiber grating will be described with reference to FIG.

図中の符号１１は光ファイバ素線である。この光ファイバ素線１１は、コア１１ａとクラッド１１ｂから成る光ファイバ１１ｄに紫外線硬化型樹脂被覆層１１ｃが被覆された構造である。１２は石英ガラスから成る位相マスクであり、片面には周期的な回折格子１２ａが形成されている。 Reference numeral 11 in the figure denotes an optical fiber. The optical fiber 11 has a structure in which an optical fiber 11d composed of a core 11a and a clad 11b is covered with an ultraviolet curable resin coating layer 11c. Reference numeral 12 denotes a phase mask made of quartz glass, and a periodic diffraction grating 12a is formed on one surface.

まず、光ファイバ素線１１の途中の紫外線硬化型樹脂被覆層１１ｃを除去してクラッド１１ｂを露出させ、その露出部分の光ファイバ１１ｄを、位相マスク１２の回折格子面に平行に置く。次に、光ファイバ１１ｄに対して、位相マスク１２を介して波長２４０ｎｍ付近の紫外光ＵＶを照射させる。位相マスク１２を通過した前記紫外光ＵＶは、位相マスク１２の表面の回折格子１２ａにより回折されて±１次回折光となる。この±１次回折光の干渉縞により、紫外光ＵＶは光ファイバ１１ｄの長さ方向に強度の周期的分布を持つものとなる。この周期的分布を持った紫外光ＵＶがコア１１ａに照射され（露光）、前記フォトリフラクティブ効果により、コア１１ａに周期的な屈折率変化が形成される。 First, the ultraviolet curable resin coating layer 11c in the middle of the optical fiber 11 is removed to expose the cladding 11b, and the exposed optical fiber 11d is placed in parallel with the diffraction grating surface of the phase mask 12. Next, the optical fiber 11d is irradiated with ultraviolet light UV having a wavelength of around 240 nm through the phase mask 12. The ultraviolet light UV that has passed through the phase mask 12 is diffracted by the diffraction grating 12 a on the surface of the phase mask 12 to become ± first-order diffracted light. Due to the interference fringes of the ± first-order diffracted light, the ultraviolet light UV has a periodic distribution of intensity in the length direction of the optical fiber 11d. The core 11a is irradiated with ultraviolet light UV having this periodic distribution (exposure), and a periodic refractive index change is formed in the core 11a by the photorefractive effect.

こうして得られた光ファイバ１１ｄの長さ方向の周期的な屈折率変化は、光ファイバ１１ｄに、コア１１ａを伝搬する特定波長帯の光に損失を発生させて光を遮断するフィルタとしての機能を与えることになる。 The periodic refractive index change in the length direction of the optical fiber 11d thus obtained causes the optical fiber 11d to function as a filter that blocks light by causing loss in light of a specific wavelength band propagating through the core 11a. Will give.

この光ファイバグレーティングの製造時において、通常、光ファイバ素線１１は、露出した光ファイバ１１ｄの位相マスク１２に対する相対位置を一定に保つために、適当な把持治具によって固定される。その固定精度は、光ファイバグレーティングの屈折率変化の周期に対して十分小さくなければならないが、通常、その光ファイバグレーティングの屈折率変化の周期は数１００ｎｍであるので、数１０ｎｍのオーダーの精度が求められる。
特許公開２００２−２６７８５６号公報 At the time of manufacturing the optical fiber grating, the optical fiber 11 is usually fixed by an appropriate holding jig in order to keep the exposed optical fiber 11d relative to the phase mask 12 constant. The fixing accuracy must be sufficiently small with respect to the period of change in the refractive index of the optical fiber grating. Usually, since the period of change in the refractive index of the optical fiber grating is several hundreds of nanometers, the accuracy of the order of several tens of nanometers Desired.
Japanese Patent Publication No. 2002-267856

しかしながら、上記光ファイバ１１ｄの位相マスク１２に対する相対位置は、固定治具の不備、あるいは種々の環境要因により、微小ながらも変動していることが多い。光ファイバ１１ｄと位相マスク１２の相対位置が変動した場合には、光ファイバ１１ｄに形成される周期的な屈折率変化の位置がずれる結果、そのコントラストが悪化する。 However, the relative position of the optical fiber 11d with respect to the phase mask 12 often fluctuates although it is minute due to a lack of a fixing jig or various environmental factors. When the relative position of the optical fiber 11d and the phase mask 12 changes, the position of the periodic refractive index change formed in the optical fiber 11d is shifted, resulting in a deterioration in contrast.

図９はこの様子を示す模式図であり、前述したように光ファイバ１１ｄと位相マスク１２の相対位置の変動は、光ファイバ１１ｄに形成されている屈折率変化（図９のＤＩｆとＤＩａ参照）の位置がずれていることを示しており（図９のＴ１とＴ２参照）、この位置ずれが大きくなって、屈折率変化の半周期に近くなると（図９のＤＥ）、光ファイバ１１ｄに形成されている屈折率変化のコントラストが急激に悪くなり（図９のＤＩｂとＴ３参照）、遮断量が減る現象が起きてくる。つまり、光ファイバ１１ｄと位相マスク１２の相対位置の変動が光ファイバグレーティングの特性を悪化させる要因となっていた。 FIG. 9 is a schematic diagram showing this state, and as described above, the change in the relative position between the optical fiber 11d and the phase mask 12 is a change in the refractive index formed in the optical fiber 11d (see DIf and DIa in FIG. 9). Is shifted (see T1 and T2 in FIG. 9), and when this positional shift becomes large and approaches a half cycle of refractive index change (DE in FIG. 9), it is formed in the optical fiber 11d. The contrast of the refractive index change that has been made suddenly deteriorates (see DIb and T3 in FIG. 9), and a phenomenon occurs in which the amount of blocking is reduced. That is, the change in the relative position between the optical fiber 11d and the phase mask 12 has been a factor that deteriorates the characteristics of the optical fiber grating.

ここでいう特性の悪化とは、例えば、目標遮断率に到達するまでの時間の増加や、目標の遮断率への未到達といった不良品の増加であり、特に露光に長時間を要する場合や、光ファイバに印加する張力が大きい場合には、前記相対位置の変動が発生する確率が高くなり、光ファイバグレーティングの生産性の低下要因となっていた。 The deterioration of the characteristic here is, for example, an increase in time until reaching the target blocking rate, an increase in defective products such as not reaching the target blocking rate, especially when exposure takes a long time, When the tension applied to the optical fiber is large, the probability that the relative position fluctuates is increased, which causes a decrease in the productivity of the optical fiber grating.

本発明は上記従来の問題点に鑑み、生産性よく光ファイバグレーティングを製造することができる光ファイバグレーティング製造方法及び光ファイバグレーティング製造装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide an optical fiber grating manufacturing method and an optical fiber grating manufacturing apparatus capable of manufacturing an optical fiber grating with high productivity.

上記目的を達成するために、本発明の光ファイバグレーティング製造方法は、入射した光を回折して周期的な強度分布を有する回折光を生成する位相マスクを介して、光感受性を有する光ファイバに対して露光を行い光ファイバグレーティングを形成する光ファイバグレーティング製造方法において、前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域外の波長で所定の反射率を呈する反射モニタ用ファイバグレーティングを予め前記光ファイバに形成しておき、前記露光中に前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタし、そのモニタ結果に基づいて前記光ファイバグレーティングの形成位置を補正しながら前記露光を行うことを特徴とする光ファイバグレーティング製造方法。 In order to achieve the above object, an optical fiber grating manufacturing method according to the present invention provides an optical fiber having light sensitivity through a phase mask that diffracts incident light to generate diffracted light having a periodic intensity distribution. In the optical fiber grating manufacturing method of forming an optical fiber grating by exposing to the optical fiber grating, a reflection monitor fiber grating exhibiting a predetermined reflectance at a wavelength outside a use wavelength band of the optical fiber grating is formed in the optical fiber in advance. And manufacturing the optical fiber grating by monitoring the amount of wavelength change of the reflection monitor fiber grating during the exposure and correcting the formation position of the optical fiber grating based on the monitoring result. Method.

また、前記露光中に前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタし、その波長変化量が所定値に達したときに、前記位相マスクと前記光ファイバとの相対位置を補正すべく前記位相マスクを移動することを特徴とする。 Further, during the exposure, the wavelength change amount of the reflection monitor fiber grating is monitored, and when the wavelength change amount reaches a predetermined value, the phase mask is corrected in order to correct the relative position between the phase mask and the optical fiber. The mask is moved.

また、前記所定値は、前記光ファイバグレーティングの周期の半周期分に相当する値であることを特徴とする。 The predetermined value is a value corresponding to a half period of the period of the optical fiber grating.

上記目的を達成するために、本発明の光ファイバグレーティング製造装置は、入射した光を回折して周期的な強度分布を有する回折光を生成する位相マスクを備え、前記位相マスクを介して、光感受性を有する光ファイバに対して露光を行って光ファイバグレーティングを形成する光ファイバグレーティング製造装置において、前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域外の波長で所定の反射率を呈する反射モニタ用ファイバグレーティングが形成された光ファイバを、前記位相マスクと対向する位置に固定する固定手段と、前記位相マスクを保持して該位相マスクを少なくとも前記光ファイバの長手方向に移動可能な移動手段と、前記露光中に、前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段のモニタ結果に基づいて、前記光ファイバと前記位相マスクとの相対位置を補正すべく前記移動手段を駆動する制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical fiber grating manufacturing apparatus according to the present invention includes a phase mask that diffracts incident light to generate diffracted light having a periodic intensity distribution, and passes the light through the phase mask. In an optical fiber grating manufacturing apparatus that forms an optical fiber grating by exposing a sensitive optical fiber, a reflection monitor fiber grating is formed that exhibits a predetermined reflectivity at a wavelength outside the use wavelength band of the optical fiber grating. A fixing means for fixing the optical fiber at a position facing the phase mask, a moving means for holding the phase mask and moving the phase mask at least in the longitudinal direction of the optical fiber, and during the exposure. Monitoring means for monitoring a wavelength change amount of the reflection monitoring fiber grating; and Based on the monitoring result of Nita means, characterized in that the relative position between the optical fiber and the phase mask and a control means for driving said moving means to correct.

また、前記制御手段は、前記露光中に、前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量が所定値に達したときに、前記移動手段を駆動して前記位相マスクと前記光ファイバとの相対位置を補正することを特徴とする。 Further, the control means drives the moving means to change the relative position between the phase mask and the optical fiber when the wavelength change amount of the reflection monitor fiber grating reaches a predetermined value during the exposure. It is characterized by correcting.

また、前記モニタ手段は、前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域と前記反射モニタ用波長帯域とを含むモニタ光を、前記反射モニタ用ファイバグレーティングが形成された前記光ファイバの一方の端部から該光ファイバ内へ照射するモニタ用光源と、前記光ファイバを伝搬してきた前記モニタ光を分析する光分析装置とを有することを特徴とする。 Further, the monitoring means transmits monitor light including a use wavelength band of the optical fiber grating and a reflection monitor wavelength band from one end of the optical fiber on which the reflection monitor fiber grating is formed. It has a light source for monitoring irradiated into the fiber, and an optical analyzer for analyzing the monitor light propagating through the optical fiber.

本発明によれば、露光処理中の光ファイバグレーティングの特性が向上して不良品の発生率が小さくなるので、生産性よく光ファイバグレーティングを製造することが可能になる。 According to the present invention, since the characteristics of the optical fiber grating during the exposure process are improved and the incidence of defective products is reduced, the optical fiber grating can be manufactured with high productivity.

本発明の光ファイバグレーティング製造装置、及び光ファイバグレーティング製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of an optical fiber grating manufacturing apparatus and an optical fiber grating manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜光ファイバグレーティング製造装置の構造＞
図１は、本発明の実施の一形態に係る光ファイバグレーティング製造装置の構造を示す構造図である。 <Structure of optical fiber grating manufacturing equipment>
FIG. 1 is a structural diagram showing the structure of an optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

この光ファイバグレーティング製造装置は、ステージ基台１０上に配備されたピエゾステージ２０を備え、そのピエゾステージ２０上にはマスクホルダ３０が載置されている。マスクホルダ３０の中央部には、石英ガラス板等から成る位相マスク１２が保持され、その位相マスク１２の表面は紫外線レーザ装置４０からの紫外光ＵＶの照射方向に対して垂直になるように配置される。 This optical fiber grating manufacturing apparatus includes a piezo stage 20 disposed on a stage base 10, and a mask holder 30 is placed on the piezo stage 20. A phase mask 12 made of a quartz glass plate or the like is held at the center of the mask holder 30, and the surface of the phase mask 12 is arranged so as to be perpendicular to the irradiation direction of the ultraviolet light UV from the ultraviolet laser device 40. Is done.

ピエゾステージ２０は、紫外光ＵＶの照射方向及びその垂直方向に往復可動すると共に回転可動自在の微動ステージであり、紫外線レーザ装置４０は、光ファイバグレーティングの作製に適した波長の紫外光ＵＶを照射するエキシマレーザ光源等の照射光学系から成る。 The piezo stage 20 is a fine movement stage that can reciprocate and rotate in the irradiation direction of the ultraviolet light UV and the vertical direction thereof, and the ultraviolet laser device 40 irradiates the ultraviolet light UV having a wavelength suitable for manufacturing an optical fiber grating. And an irradiation optical system such as an excimer laser light source.

位相マスク１２は、入射した紫外光ＵＶを回折して周期的な強度分布を有する紫外光を出射するもので、光出射面側に回折格子１２ａ（図９参照）が形成されている。回折格子１２ａは、位相マスク１２の光出射面に周期的に所定幅の複数の溝が一定の間隔で平行に形成されたもので、その溝幅と各溝間隔は、目標とする光ファイバグレーティングの光学特性に応じて適宜設定されるようになっている。 The phase mask 12 diffracts the incident ultraviolet light UV and emits ultraviolet light having a periodic intensity distribution, and a diffraction grating 12a (see FIG. 9) is formed on the light emitting surface side. In the diffraction grating 12a, a plurality of grooves having a predetermined width are periodically formed in parallel at a constant interval on the light exit surface of the phase mask 12, and the groove width and each groove interval are set as target optical fiber gratings. It is set appropriately according to the optical characteristics.

一方、ピエゾステージ２０の左右両側には、紫外光ＵＶの照射方向に対して垂直方向にセットされる光ファイバ素線１１を把持するためのファイバ把持部５１，５２がそれぞれ配置されている。 On the other hand, on both the left and right sides of the piezo stage 20, fiber gripping portions 51 and 52 for gripping the optical fiber 11 set in a direction perpendicular to the irradiation direction of the ultraviolet light UV are disposed.

光ファイバ素線１１は、図９を用いて前述したように、コア１１ａとクラッド１１ｂから成る光ファイバ１１ｄに、紫外線硬化型樹脂被覆層１１ｃが被覆されている。コア１１ａは例えば石英ガラス、クラッド１１ｂは純粋石英ガラス等から成る。この光ファイバ素線１１は、コア１１ａに例えばＧｅＯ２（酸化ゲルマニウム）を添加して光感受性をもたせたものであり、その紫外線硬化型樹脂被覆層１１ｃのうち、光ファイバグレーティングを形成すべき部分の紫外線硬化型樹脂被覆層１１ｃが除去されて光ファイバ１１ｄが露出した状態でファイバ把持部５１，５２に把持される。すなわち、この光ファイバ素線１１は、位相マスク１２から出射された照射光が被覆樹脂除去部分の光ファイバ１１ｄに照射されるようにファイバ把持部５１，５２のＶ溝（図示省略）に置かれ、クランプ板５３，５４により固定される。このとき、光ファイバ１１ｄの長手方向と位相マスク１２とが平行になるように設置される。 In the optical fiber 11, as described above with reference to FIG. 9, the ultraviolet curable resin coating layer 11 c is coated on the optical fiber 11 d including the core 11 a and the clad 11 b. The core 11a is made of, for example, quartz glass, and the cladding 11b is made of pure quartz glass or the like. The optical fiber 11 is made by adding GeO2 (germanium oxide), for example, to the core 11a so as to have photosensitivity, and the portion of the ultraviolet curable resin coating layer 11c where the optical fiber grating is to be formed. The ultraviolet curable resin coating layer 11c is removed and the optical fiber 11d is exposed and is held by the fiber holding portions 51 and 52. That is, the optical fiber 11 is placed in a V groove (not shown) of the fiber gripping portions 51 and 52 so that the irradiation light emitted from the phase mask 12 is irradiated to the optical fiber 11d of the coating resin removal portion. The clamp plates 53 and 54 are fixed. At this time, the optical fiber 11d is installed so that the longitudinal direction of the optical fiber 11d and the phase mask 12 are parallel to each other.

さらに、光ファイバ素線１１の一方の先端には広帯域光源６０が接続され、他方の先端には光分析装置（ＯＳＡ）７０が接続されている。広帯域光源６０は、光ファイバグレーティングの使用波長帯域（例えば１６４８〜１６５８ｎｍ帯）と、後述する反射モニタ用の波長（例えば１５５０ｎｍ帯）とを含む光を照射する光源である。光分析装置７０は、広帯域光源６０から光ファイバ１１ｄを通過して伝搬してきた光を分析し、その分析結果をデジタル情報としてコンピュータ８０へ送る。 Further, a broadband light source 60 is connected to one end of the optical fiber 11, and an optical analyzer (OSA) 70 is connected to the other end. The broadband light source 60 is a light source that irradiates light including a use wavelength band (for example, 1648 to 1658 nm band) of an optical fiber grating and a wavelength for reflection monitoring (for example, 1550 nm band) described later. The optical analyzer 70 analyzes the light propagating from the broadband light source 60 through the optical fiber 11d, and sends the analysis result to the computer 80 as digital information.

コンピュータ８０は、本実施の形態の特徴を成す光ファイバグレーティング作製処理（後述する図２のフローチャートを参照）を実行するための制御プログラムを格納するＲＯＭ８１を有し、この制御プログラムをプロセッサ（図示省略）によって実行する。これによって、コンピュータ８０は、光分析装置７０から受け取った分析結果情報に基づいてピエゾステージ２０の動作（光ファイバ１１ｄの長手方向への移動）を制御すると共に、紫外線レーザ装置４０及び広帯域光源６０の発光／停止を制御する。また、コンピュータ８０は、前記光ファイバグレーティング作製処理の実行を開始するための処理開始スイッチ８２を備えている。 The computer 80 has a ROM 81 for storing a control program for executing an optical fiber grating manufacturing process (see the flowchart of FIG. 2 described later), which is a feature of the present embodiment, and this control program is stored in a processor (not shown). ). Accordingly, the computer 80 controls the operation of the piezo stage 20 (movement of the optical fiber 11d in the longitudinal direction) based on the analysis result information received from the optical analysis device 70, and the ultraviolet laser device 40 and the broadband light source 60. Controls light emission / stop. The computer 80 also includes a process start switch 82 for starting execution of the optical fiber grating manufacturing process.

このように、光ファイバ１１ｄに平行に配置された位相マスク１２は、ピエゾステージ２０の上にセットされ、コンピュータ８０の制御によって光ファイバ１１ｄの長手方向に位置を微小に変化させることができるようになっている。 As described above, the phase mask 12 arranged in parallel with the optical fiber 11d is set on the piezo stage 20 so that the position of the optical fiber 11d can be slightly changed by the control of the computer 80. It has become.

＜光ファイバグレーティングの製造方法＞
次に、本実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図２は、本実施の形態に係る光ファイバグレーティング作製処理を示すフローチャートである。 <Method for manufacturing optical fiber grating>
Next, the manufacturing method of the optical fiber grating according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 is a flowchart showing an optical fiber grating manufacturing process according to the present embodiment.

使用波長帯域（コアを伝搬する使用光の波長帯域）が１６４８〜１６５８［ｎｍ］で、遮断率が−５０［ｄＢ］以下の光学特性を有する光ファイバグレーティングを作製するものとする。この光学特性の一例を図３に示す。 It is assumed that an optical fiber grating having optical characteristics with a use wavelength band (a wavelength band of use light propagating through the core) of 1648 to 1658 [nm] and a cutoff rate of −50 [dB] or less is manufactured. An example of this optical characteristic is shown in FIG.

まず、本実施の形態に係る光ファイバグレーティング作製処理を実行する前の工程として、反射モニタ用ファイバグレーティングの作製工程と、光ファイバ１１ｄと位相マスク１２との平行出し工程を実行しておく。 First, as a process before executing the optical fiber grating manufacturing process according to the present embodiment, a process of manufacturing a reflection monitor fiber grating and a paralleling process of the optical fiber 11d and the phase mask 12 are performed.

反射モニタ用ファイバグレーティングの作製工程は、光ファイバ１１ｄに対して、本来の光ファイバグレーティングの使用波長帯域外に設定された波長帯域（例えば１５５０ｎｍ帯）で、例えば−１０［ｄＢ］〜−２０［ｄＢ］程度の反射率を呈する反射モニタ用の光ファイバグレーティングを作製する工程である。この光学特性の一例を図４に示す。 The production process of the reflection monitor fiber grating is, for example, −10 [dB] to −20 [with respect to the optical fiber 11d in a wavelength band (for example, 1550 nm band) set outside the wavelength band used for the original optical fiber grating. This is a process for producing an optical fiber grating for a reflection monitor exhibiting a reflectance of about [dB]. An example of this optical characteristic is shown in FIG.

光ファイバ１１ｄと位相マスク１２との平行出し工程では、光ファイバ素線１１をファイバ把持部５１，５２に固定すると共に、位相マスク１２をマスクホルダ３０に保持した状態で、光ファイバ１１ｄの長手方向と位相マスク１２とが平行になるように、ピエゾステージ２０を操作して位相マスク１２の位置を調整する。この平行調整では、レーザ照射による方式等を用いて、位相マスク１２の回折格子面と光ファイバ１１ｄの表面との距離を２点以上で測定し、その距離がすべて同じになるように位相マスク１２の向きや位置をピエゾステージ２０を用いて調整する。 In the paralleling step of the optical fiber 11 d and the phase mask 12, the optical fiber 11 is fixed to the fiber gripping portions 51 and 52 and the phase mask 12 is held by the mask holder 30. The position of the phase mask 12 is adjusted by operating the piezo stage 20 so that the phase mask 12 and the phase mask 12 are parallel to each other. In this parallel adjustment, the distance between the diffraction grating surface of the phase mask 12 and the surface of the optical fiber 11d is measured at two or more points using a method such as laser irradiation, and the phase mask 12 is set so that all the distances are the same. Is adjusted using the piezo stage 20.

このようにして前工程が完了した後、上述のようにして位相マスク１２と光ファイバ１１ｄが光ファイバグレーティング製造装置に固定された状態で、本来の光ファイバグレーティング作製処理を実行すべくコンピュータ８０の処理開始スイッチ８２をオンして露光処理を開始する（図２のステップＳ１１、ステップＳ１２）。これによって、紫外線レーザ装置４０から位相マスク１２の光入射面に対して垂直に紫外光ＵＶが照射され、その結果、位相マスク１２の回折格子１２ａによって回折光が生じて位相マスク１２の回折格子面から出射される。 After the pre-process is completed in this way, the computer 80 is configured to execute the original optical fiber grating manufacturing process with the phase mask 12 and the optical fiber 11d fixed to the optical fiber grating manufacturing apparatus as described above. The processing start switch 82 is turned on to start the exposure process (steps S11 and S12 in FIG. 2). As a result, the ultraviolet light UV is irradiated from the ultraviolet laser device 40 perpendicularly to the light incident surface of the phase mask 12, and as a result, diffracted light is generated by the diffraction grating 12a of the phase mask 12, and the diffraction grating surface of the phase mask 12 It is emitted from.

一方、処理開始スイッチ８２がオンされると同時に広帯域光源６０もオンされ、広帯域光源６０からは、本来の光ファイバグレーティングの使用波長帯域（例えば１６４８〜１６５８ｎｍ帯）と、反射モニタ用ファイバグレーティングの波長帯域（例えば１５５０ｎｍ帯）とを含むモニタ光が光ファイバ素線１１内へ照射される（ステップＳ１３）。 On the other hand, when the processing start switch 82 is turned on, the broadband light source 60 is also turned on. From the broadband light source 60, the wavelength band of the original optical fiber grating (for example, 1648 to 1658 nm band) and the wavelength of the reflection monitor fiber grating are used. Monitor light including a band (for example, 1550 nm band) is irradiated into the optical fiber 11 (step S13).

そして、モニタ光を用いて、露光処理中に随時、反射モニタ用ファイバグレーティングの反射波長をモニタする（ステップＳ１４）。すなわち、広帯域光源６０から照射されたモニタ光は、光ファイバ１１ｄを通過して光分析装置７０に入力する。光分析装置７０では、入力されたモニタ光を分析してその中心波長を抽出し、該抽出結果をデジタル情報として逐次コンピュータ８０へ送る。 Then, using the monitor light, the reflection wavelength of the reflection monitor fiber grating is monitored at any time during the exposure process (step S14). That is, the monitor light emitted from the broadband light source 60 passes through the optical fiber 11d and enters the optical analyzer 70. The optical analyzer 70 analyzes the input monitor light to extract the center wavelength, and sequentially sends the extraction result to the computer 80 as digital information.

コンピュータ８０では、光分析装置７０から逐次受け取る中心波長の変化量を演算し、その変化量が所定値Ｗに達したとき（ステップＳ１５）、ピエゾステージ２０を、光ファイバグレーティング周期の半周期分だけ、光ファイバ１１ｄの長手方向に移動する（ステップＳ１６）。 In the computer 80, the change amount of the center wavelength sequentially received from the optical analyzer 70 is calculated, and when the change amount reaches the predetermined value W (step S15), the piezo stage 20 is moved by the half period of the optical fiber grating period. Then, the optical fiber 11d moves in the longitudinal direction (step S16).

すなわち、使用波長帯域外に形成された反射モニタ用ファイバグレーティングは、光ファイバ１１ｄに印加されている張力をモニタする役割をしている。この印加張力は、本来変動しないことが望ましいが、前述したような種々の要因により変化することがある。露光中に反射モニタ用ファイバグレーティングの中心波長が変動しているということは、光ファイバ１１ｄに印加されている張力が変動し、光ファイバ１１ｄと位相マスク１２の位置関係が変動していることを示している。 In other words, the reflection monitoring fiber grating formed outside the wavelength band used for monitoring serves to monitor the tension applied to the optical fiber 11d. Although it is desirable that the applied tension is not originally changed, the applied tension may change due to various factors as described above. The fact that the center wavelength of the reflection monitor fiber grating changes during the exposure means that the tension applied to the optical fiber 11d changes, and the positional relationship between the optical fiber 11d and the phase mask 12 changes. Show.

本実施の形態では、前記所定値Ｗを例えば０．０１ｎｍとする。これは、次のような理由による。光ファイバ１１ｄに印加されている張力が緩むことにより、光ファイバ１１ｄの位置が変化するが、この変位量は、張力と光ファイバ１１ｄの伸びの関係から見積もることができる。一方で、光ファイバ１１ｄの印加張力の緩みは、反射モニタ用ファイバグレーティングの中心波長の変化量と関係付けることができる。この２つの関係を用いて、中心波長の変化量と光ファイバ１１ｄの位置変位量の関係をグラフにしたのが図５である。光ファイバグレーディングの使用波長帯域を例えば１６４８〜１６５８ｎｍとすると、光ファイバグレーティングの周期は、およそ０．５７μｍ程度であるので、その半周期分（０．２８５μｍ）に対応する中心波長変化量、つまり所定値Ｗは、図５に示すように、およそ０．０１ｎｍということになる。 In the present embodiment, the predetermined value W is set to 0.01 nm, for example. This is due to the following reason. When the tension applied to the optical fiber 11d is loosened, the position of the optical fiber 11d changes, but the amount of displacement can be estimated from the relationship between the tension and the elongation of the optical fiber 11d. On the other hand, the looseness of the applied tension of the optical fiber 11d can be related to the amount of change in the center wavelength of the reflection monitor fiber grating. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the change amount of the center wavelength and the positional displacement amount of the optical fiber 11d using these two relationships. If the wavelength band used for optical fiber grading is, for example, 1648 to 1658 nm, the period of the optical fiber grating is about 0.57 μm, so that the center wavelength change amount corresponding to the half period (0.285 μm), that is, a predetermined value The value W is approximately 0.01 nm as shown in FIG.

このように、反射モニタ用ファイバグレーティングの中心波長の変化量をモニタし（ステップＳ１４）、該変化量が所定値Ｗ＝０．０１ｎｍに達した場合には（ステップＳ１５）、位相マスク１２と光ファイバ１１ｄとの相対的位置において光ファイバグレーティング周期の半周期分のずれが生じたと判断して、その位置ずれを補正すべくピエゾステージ２０を移動し（ステップＳ１６）、ステップＳ１７へ進む。 Thus, the amount of change in the center wavelength of the reflection monitor fiber grating is monitored (step S14), and when the amount of change reaches a predetermined value W = 0.01 nm (step S15), the phase mask 12 and the light It is determined that a shift corresponding to a half period of the optical fiber grating period has occurred at the position relative to the fiber 11d, and the piezo stage 20 is moved to correct the position shift (step S16), and the process proceeds to step S17.

要するに、前記位置ずれを光ファイバグレーティングに印加されている張力の緩みと関連づけて、この位置ずれに近い量だけ位相マスク１２を動かすことにより、光ファイバ１１ｄに形成されている屈折率変化の干渉縞の位置を最初に形成された位置（図９のＴ１を参照）に近づけることで、干渉縞のコントラストの悪化を防いでいる。 In short, the positional deviation is related to the looseness of the tension applied to the optical fiber grating, and the phase mask 12 is moved by an amount close to the positional deviation, thereby forming an interference fringe of refractive index change formed in the optical fiber 11d. Is brought closer to the first formed position (see T1 in FIG. 9), thereby preventing the contrast of the interference fringes from deteriorating.

一方、ステップＳ１５の判定処理において、中心波長の変化量が前記所定値Ｗ＝０．０１ｎｍに達していない場合には、未だ半周期分の位置ずれが生じていないと判断し、ピエゾステージ２０を移動せず位相マスク１２の位置をそのままに保持する。つまりステップＳ１６をスキップしてステップＳ１７へ進む。 On the other hand, if the amount of change in the center wavelength does not reach the predetermined value W = 0.01 nm in the determination process in step S15, it is determined that a position shift of a half cycle has not yet occurred, and the piezo stage 20 is moved. The position of the phase mask 12 is held as it is without moving. That is, step S16 is skipped and the process proceeds to step S17.

ステップＳ１７では、本来の光ファイバグレーティングが完成したか否かを判定し、未完成であれば、ステップＳ１４へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。そして、ステップＳ１７において、光ファイバグレーティングが完成したと判定された場合は、紫外線レーザ装置４０をオフして露光を停止すると共に（ステップＳ１８）、広帯域光源６０をオフして、当該光ファイバグレーティング作製処理を終了する。 In step S17, it is determined whether or not the original optical fiber grating is completed. If it is not completed, the process returns to step S14 and the subsequent processing is repeated. If it is determined in step S17 that the optical fiber grating has been completed, the ultraviolet laser device 40 is turned off to stop exposure (step S18), and the broadband light source 60 is turned off to produce the optical fiber grating. End the process.

＜実験結果＞
図６及び図７は、実験結果を示すグラフであり、図６は本実施の形態を用いて露光を行った実験結果であり、図７は本実施の形態を用いないで露光を行った実験結果である。グラフの縦軸は光ファイバグレーティングの使用波長帯域内の最大遮断率［ｄＢ］であり、横軸は露光時間［ｓ］である。それぞれ８サンプルずつ実験を行った。 <Experimental result>
6 and 7 are graphs showing the experimental results, FIG. 6 is the experimental results of exposure using the present embodiment, and FIG. 7 is the experiment of performing exposure without using the present embodiment. It is a result. The vertical axis of the graph is the maximum cutoff rate [dB] within the used wavelength band of the optical fiber grating, and the horizontal axis is the exposure time [s]. Each experiment was conducted on 8 samples.

本実施の形態の効果は、図６のサンプルＡ−１、サンプルＡ−３、及びサンプルＡ−７に現れている。すなわち、位相マスク１２と光ファイバ１１ｄの相対的な位置が変動したために遮断率が大きくなりつつあるのが、ピエゾステージ２０を移動して位相マスク１２の位置を補正することにより、再び遮断率を小さくすることができ、結果的には目標遮断率である−５０ｄＢに達している。これに対して、図７に示した本実施の形態を用いない露光結果は、目標の遮断率−５０ｄＢに達していないケース（サンプルＢ−３、サンプルＢ−５、及びサンプルＢ−６）が見られる。 The effect of this embodiment appears in sample A-1, sample A-3, and sample A-7 in FIG. That is, the cutoff rate is increasing because the relative position of the phase mask 12 and the optical fiber 11d has changed. However, by moving the piezo stage 20 and correcting the position of the phase mask 12, the cutoff rate is increased again. As a result, the target cutoff rate of −50 dB is reached. On the other hand, the exposure results that do not use the present embodiment shown in FIG. 7 include cases (sample B-3, sample B-5, and sample B-6) that do not reach the target cutoff rate of −50 dB. It can be seen.

さらに、本実施の形態を用いたケースと用いないケースで量産時にどの程度歩留まりに差が出てくるかを調査するために、上記と同じ光ファイバグレーティングを１００本ずつ作製し、その差を調べた。その結果、本実施の形態を用いたケースは良品率が９５％に達したが、本実施の形態を用いないケースでは良品率が８７％に留まった。この実験結果から、本実施の形態を用いることで光ファイバグレーティングの良品率が大幅に改善していることが判る。 Furthermore, in order to investigate the difference in yield in mass production between the case where this embodiment is used and the case where it is not used, 100 same optical fiber gratings as described above are manufactured, and the difference is examined. It was. As a result, the non-defective product rate reached 95% in the case using this embodiment, but the non-defective product rate remained at 87% in the case not using this embodiment. From this experimental result, it can be seen that the non-defective product rate of the optical fiber grating is greatly improved by using this embodiment.

以上説明したように、本実施の形態では、光ファイバ１１ｄに対して、予め、本来の光ファイバグレーティングの使用波長帯域外に反射モニタ用ファイバグレーティングを作製しておき、その波長変動量を露光中に逐次モニタすることで光ファイバ１１ｄの位置変動を検出する。その検出結果を用いて本来の光ファイバグレーティングの作製位置を補正しながら露光を行うようにしたので、露光中の光ファイバグレーティングの特性が向上して不良品の発生率が小さくなり、よって生産性よく光ファイバグレーティングを製造することが可能になる。 As described above, in the present embodiment, a reflection monitor fiber grating is prepared in advance for the optical fiber 11d outside the wavelength band used for the original optical fiber grating, and the amount of wavelength fluctuation is being exposed. The position fluctuation of the optical fiber 11d is detected by sequentially monitoring. The exposure is performed while correcting the original optical fiber grating fabrication position using the detection results, so the characteristics of the optical fiber grating during exposure are improved and the incidence of defective products is reduced. It becomes possible to manufacture an optical fiber grating well.

実施の形態に係る光ファイバグレーティング製造装置の構造を示す構造図である。1 is a structural diagram showing a structure of an optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment. 実施の形態に係る光ファイバグレーティング作製処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optical fiber grating preparation process which concerns on embodiment. 光ファイバグレーティングの光学特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the optical characteristic of an optical fiber grating. 反射モニタ用ファイバグレーティングの光学特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the optical characteristic of the fiber grating for reflection monitors. 中心波長変化量と光ファイバの位置変位量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a center wavelength variation | change_quantity and the positional displacement amount of an optical fiber. 実施の形態を用いた場合の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result at the time of using embodiment. 実施の形態を用いない場合の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result at the time of not using embodiment. 従来の光ファイバグレーティングの製造方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing method of the conventional optical fiber grating. 従来の課題を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conventional subject.

符号の説明Explanation of symbols

１１光ファイバ素線
１１ｄ光ファイバ
１２位相マスク
１２ａ回折格子
２０ピエゾステージ
３０マスクホルダ
４０紫外線レーザ装置
５１，５２ファイバ把持部
５３，５４クランプ板
６０広帯域光源
７０光分析装置（ＯＳＡ）
８０コンピュータ
８１ＲＯＭ
８２処理開始スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Optical fiber 11d Optical fiber 12 Phase mask 12a Diffraction grating 20 Piezo stage 30 Mask holder 40 Ultraviolet laser device 51, 52 Fiber holding part 53, 54 Clamp plate 60 Broadband light source 70 Optical analyzer (OSA)
80 Computer 81 ROM
82 Processing start switch

Claims

入射した光を回折して周期的な強度分布を有する回折光を生成する位相マスクを介して、光感受性を有する光ファイバに対して露光を行い光ファイバグレーティングを形成する光ファイバグレーティング製造方法において、
前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域外の波長で所定の反射率を呈する反射モニタ用ファイバグレーティングを予め前記光ファイバに形成しておき、
前記露光中に前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタし、そのモニタ結果に基づいて前記光ファイバグレーティングの形成位置を補正しながら前記露光を行うことを特徴とする光ファイバグレーティング製造方法。 In an optical fiber grating manufacturing method for forming an optical fiber grating by exposing an optical fiber having light sensitivity through a phase mask that diffracts incident light to generate a diffracted light having a periodic intensity distribution,
A fiber grating for reflection monitoring that exhibits a predetermined reflectance at a wavelength outside the use wavelength band of the optical fiber grating is previously formed on the optical fiber,
A method of manufacturing an optical fiber grating, comprising: monitoring a wavelength change amount of the reflection monitor fiber grating during the exposure, and performing the exposure while correcting a formation position of the optical fiber grating based on a monitoring result.

前記露光中に前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタし、その波長変化量が所定値に達したときに、前記位相マスクと前記光ファイバとの相対位置を補正すべく前記位相マスクを移動することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティング製造方法。 The wavelength change amount of the reflection monitoring fiber grating is monitored during the exposure, and when the wavelength change amount reaches a predetermined value, the phase mask is corrected to correct the relative position between the phase mask and the optical fiber. The optical fiber grating manufacturing method according to claim 1, wherein the optical fiber grating is moved.

前記所定値は、前記光ファイバグレーティングの周期の半周期分に相当する値であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバグレーティング製造方法。 The optical fiber grating manufacturing method according to claim 2, wherein the predetermined value is a value corresponding to a half period of the period of the optical fiber grating.

入射した光を回折して周期的な強度分布を有する回折光を生成する位相マスクを備え、前記位相マスクを介して、光感受性を有する光ファイバに対して露光を行って光ファイバグレーティングを形成する光ファイバグレーティング製造装置において、
前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域外の波長で所定の反射率を呈する反射モニタ用ファイバグレーティングが形成された光ファイバを、前記位相マスクと対向する位置に固定する固定手段と、
前記位相マスクを保持して該位相マスクを少なくとも前記光ファイバの長手方向に移動可能な移動手段と、
前記露光中に、前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段のモニタ結果に基づいて、前記光ファイバと前記位相マスクとの相対位置を補正すべく前記移動手段を駆動する制御手段とを備えたことを特徴とする光ファイバグレーティング製造装置。 A phase mask that diffracts incident light to generate diffracted light having a periodic intensity distribution is provided, and an optical fiber having light sensitivity is exposed through the phase mask to form an optical fiber grating. In optical fiber grating manufacturing equipment,
A fixing means for fixing an optical fiber formed with a reflection monitor fiber grating exhibiting a predetermined reflectance at a wavelength outside a use wavelength band of the optical fiber grating at a position facing the phase mask;
Moving means capable of holding the phase mask and moving the phase mask at least in the longitudinal direction of the optical fiber;
Monitor means for monitoring a wavelength change amount of the reflection monitor fiber grating during the exposure,
An apparatus for manufacturing an optical fiber grating, comprising: control means for driving the moving means to correct a relative position between the optical fiber and the phase mask based on a monitoring result of the monitoring means.

前記制御手段は、
前記露光中に、前記反射モニタ用ファイバグレーティングの波長変化量が所定値に達したときに、前記移動手段を駆動して前記位相マスクと前記光ファイバとの相対位置を補正することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバグレーティング製造装置。 The control means includes
During the exposure, when the wavelength change amount of the reflection monitor fiber grating reaches a predetermined value, the moving means is driven to correct the relative position between the phase mask and the optical fiber. The optical fiber grating manufacturing apparatus according to claim 4.

前記所定値は、前記光ファイバグレーティングの周期の半周期分に相当する値であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバグレーティング製造装置。 6. The optical fiber grating manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the predetermined value is a value corresponding to a half period of the period of the optical fiber grating.

前記モニタ手段は、
前記光ファイバグレーティングの使用波長帯域と前記反射モニタ用波長帯域とを含むモニタ光を、前記反射モニタ用ファイバグレーティングが形成された前記光ファイバの一方の端部から該光ファイバ内へ照射するモニタ用光源と、
前記光ファイバを伝搬してきた前記モニタ光を分析する光分析装置とを有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の光ファイバグレーティング製造装置。

The monitoring means includes
For monitoring to irradiate monitor light including the wavelength band used for the optical fiber grating and the wavelength band for reflection monitoring into the optical fiber from one end of the optical fiber on which the fiber grating for reflection monitoring is formed A light source;
The optical fiber grating manufacturing apparatus according to claim 4, further comprising an optical analyzer that analyzes the monitor light that has propagated through the optical fiber.