JPH09288204A - 光導波路グレーティングの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射モード結合型光導波路グレーティングを
製造する際に、グレーティング部の各部におけるコア屈
折率変化量を均一にすることができるとともに、設計変
更も容易にできるようにする。 【解決手段】 放射モード結合型光導波路グレーティン
グを製造する方法であって、少なくともコアに酸化ゲル
マニウムが添加されている石英系光ファイバ１に、所定
の間隔で光を透過させるスリット３ａが形成されたマス
ク３を介して紫外光２を照射するとともに、紫外光２の
照射位置を光ファイバ１長さ方向に移動させる工程を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路グレーティ
ングに係り、特に放射モード結合型の光導波路グレーテ
ィングの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路グレーティングは、光ファイバ
又は平面型光導波路の長さ方向に、一定の周期的な変
化、例えばコア屈折率の周期的な変化を形成することに
よって得られる。一般にグレーティングには、放射モー
ド結合型と反射モード結合型があり、放射モード結合型
グレーティングは、コアを伝搬するモードとクラッドを
伝搬するモードとを結合させることによって、特定波長
の光を光導波路外に放射して減衰させる特性が得られる
ようにしたものである。また反射モード結合型グレーテ
ィングは、コアを正の方向に伝搬するモードと、コアを
これとは反対の方向（負の方向）に伝搬するモードとを
結合させることによって、特定波長の光を反射させる特
性が得られるようにしたものである。

【０００３】例えば、光ファイバにおいて実現されてい
るグレーティングの場合、放射型グレーティングはコア
の屈折率変化の周期（以下、グレーティングピッチとい
うことがある）を数百μｍにすることによって得られ、
反射型グレーティングは、グレーティングピッチを１μ
ｍ程度とすることによって得られている。

【０００４】放射モード結合型グレーティングにあって
は、例えば図３に示すような波長−透過損失特性（透過
スペクトル）が得られ、特定の波長帯の光の透過損失が
選択的に大きくなっている。この透過損失が増加してい
る波長帯の幅を阻止帯域幅、その中心の波長を阻止帯域
の中心波長、透過損失の変化の大きさを阻止率という。
これらのグレーティング特性は、グレーティングの各パ
ラメータ、すなわちコア屈折率の変化量、グレーティン
グピッチ、グレーティング形状（コア屈折率変化のプロ
ファイル）、光ファイバ長さ方向におけるグレーティン
グ長などによって変化する。下記表１はグレーティング
における各パラメータがグレーティング特性に及ぼす影
響を表にまとめたものである。表中、×は影響なし、○
は影響あり、△は影響が小さいことをそれぞれ示してい
る。また↑（↓）はパラメータの値が増大すると、それ
に応じてグレーティング特性の値が増大（減少）するこ
とを示している。

【０００５】

【表１】

【０００６】ところで、光導波路にコア屈折率の周期的
変化を生じさせてグレーティングを作製する方法として
は、ゲルマニウムが添加された石英ガラスに強い紫外光
を照射すると、その照射量に応じて屈折率が上昇する現
象を利用する方法が知られている。例えば、コアに酸化
ゲルマニウムが添加された石英系光ファイバを、水素加
圧容器中（１００ａｔｍ）で水素添加処理した後、これ
に、ホトマスクを用いて光ファイバ長さ方向に一定周期
で紫外光を照射する方法や、光ファイバ長さ方向に等間
隔で紫外光を照射する方法が知られている。

【０００７】図４は従来の光ファイバグレーティングの
製造装置の一例を示したものである。図中符号１１はエ
キシマレーザ装置であり、波長２４８ｎｍの紫外光を発
生することができるものである。図中符号１２は光学系
であり、レーザ装置１１から出射された紫外光をスポッ
ト幅数ｍｍ〜数十ｍｍの所定の大きさに拡大するように
構成されている。図中符号１３は金属製のマスクであ
り、数十から数百μｍの一定間隔のスリットが切ってあ
る。図中符号１４は固定台であり、被覆層４が一部除去
された光ファイバ１がこれに固定されている。レーザ装
置１１から出射された紫外光は、光学系１２を介し、マ
スク１３を通して光ファイバ１の被覆層４が除去された
部分に照射されるようになっている。

【０００８】このような構成の装置を用いて光ファイバ
グレーティングを製造するには、レーザ装置１１から紫
外光を出射させ、マスク１３を通して光ファイバ１に照
射すればよい。これにより、光ファイバ１の紫外光が照
射された部分のみコアの屈折率が上昇するので、コア屈
折率が周期的に変化しているグレーティング部５が形成
される。しかしながらこの方法では、レーザ光強度の空
間分布が均一ではないため、すなわちレーザ光のスポッ
ト内におけるレーザ光強度が不均一であるため、マスク
１３に対して均一に紫外光を照射することができなかっ
た。そのため、グレーティング部５の各部におけるコア
屈折率変化量が均一にならず、光ファイバグレーティン
グの透過スペクトルがブロードになったり、非対称にな
ったりと、グレーティング特性が悪くなる原因となって
いた。

【０００９】図５は従来の光ファイバグレーティングの
製造装置の他の例を示したものである。図４と同一の構
成要素には同一の符号を付してその説明を簡略化する。
図中符号２２は光学系であり、レーザ装置１１から出射
された紫外光をスポット幅数十μｍ〜数百μｍの所定の
大きさに集光するように構成されている。図中符号２４
は移動ステージであり、被覆層４が一部除去された光フ
ァイバ１がこれに固定されている。移動ステージ２４
は、光ファイバ長さ方向に所定の距離だけ微動できるよ
うに制御されている。レーザ装置１１から出射された紫
外光は、光学系１２を介して光ファイバ１の被覆層４が
除去された部分に照射されるようになっている。

【００１０】このような構成の装置を用いて光ファイバ
グレーティングを製造するには、まずレーザ装置１１か
ら紫外光を出射させ、光ファイバ１に照射する。一定時
間照射した後、移動ステージ２４を微動させて光ファイ
バ１をその長さ方向に所定の距離だけ移動させた後、再
び一定時間紫外光を光ファイバ１に照射する。この紫外
光の照射および光ファイバ１の移動を繰り返し、光ファ
イバ１の移動距離の合計が所定の距離に達したところで
作業を終了する。このようにすれば、光ファイバ４の紫
外光が照射された部分のみコアの屈折率が変化するの
で、グレーティング部５が形成される。

【００１１】この方法によれば、同一の照射条件で再現
性良く紫外光照射を繰り返すことによって、グレーティ
ング部５におけるコア屈折率変化量を均一にすることが
可能である。しかしながら、レーザ光のスポットの大き
さと光ファイバ１の移動ピッチによってグレーティング
ピッチが決まるので、グレーティングピッチを変更しよ
うとする場合には、レーザ光のスポットサイズおよび光
ファイバ１の移動ピッチを変更しなければならない。レ
ーザ光のスポットサイズを制御する方法としては、スリ
ットを用いる方法、レンズを用いる方法、これらを組み
合わせる方法などがあるが、いずれの方法によってもス
ポットサイズを細密に制御することは難しい。したがっ
て、グレーティング特性を変更する場合には、レーザ光
の照射条件の割り出しという煩雑な作業が必要であり、
設計変更が容易でないという欠点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】よって、この発明にお
ける課題は、放射モード結合型光導波路グレーティング
を製造する際に、グレーティング部の各部におけるコア
屈折率変化量を均一にすることができるとともに、設計
変更も容易にできるようにすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１に係る発明は、放射モード結合型光導波路グ
レーティングを製造する方法であって、コアが紫外光照
射によって屈折率が変化する材料からなる光導波路に、
所定の間隔で光を透過させるスリットが形成されたマス
クを介して紫外光を照射するとともに、該紫外光の照射
位置をコアに沿って移動させる工程を有することを特徴
とする光導波路グレーティングの製造方法である。また
請求項２に係る発明は、実質的に光源から出射される紫
外光の全部を、マスクおよび光導波路に対する照射に用
いることを特徴とする請求項１記載の光導波路グレーテ
ィングの製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光導波路グレーティングの製造方法の
一実施例を示す説明図であり、図２は本発明の方法によ
り形成されたグレーティング部のコア屈折率プロファイ
ルの例を示すグラフである。ここでは光導波路の例とし
て光ファイバを用い、放射モード結合型光ファイバグレ
ーティングを製造する例を挙げて説明する。図中符号１
は光ファイバ、２は紫外光、３はマスクをそれぞれ示し
ている。

【００１５】本発明で用いられる光ファイバ１は、コア
と、コアよりも低屈折率のクラッドとからなるものであ
る。光ファイバ１のコアは、紫外線が照射されたとき
に、その紫外線強度および照射時間に応じて屈折率が変
化する材料で構成され、好ましくは、少なくとも酸化ゲ
ルマニウムが添加された石英ガラスからなっている。光
ファイバ１のコアには酸化ゲルマニウム以外にアルミニ
ウム、エルビニウム、チタン等が適宜添加されていても
よい。光ファイバ１のクラッドは石英系ガラスからな
り、例えば純石英ガラス、あるいはフッ素添加石英ガラ
ス等が好ましく用いられる。光ファイバ１のコアおよび
クラッドは所定の比屈折率差および屈折率プロファイル
を有するように、周知の各種手法を用いて製造される。
一般に光ファイバグレーティングに用いられる光ファイ
バ１の場合、コアには酸化ゲルマニウムが３〜４０％程
度添加されており、コア−クラッド比屈折率差は０．３
〜６％程度に設定されている。光ファイバ１としては、
例えば光ファイバ心線等の被覆層を必要に応じて除去し
たものでもよく、あるいは線引により製造された光ファ
イバであって被覆層が形成される前段階のものを用いて
もよい。

【００１６】本発明で用いられるマスク３は、紫外光２
を透過せず、かつ紫外光２によって損傷を受け難い材質
からなり、例えばステンレス等の金属が好適に用いられ
る。マスク３には、一定幅の複数のスリット３ａが一定
間隔で平行に形成されている。マスク３におけるスリッ
ト３ａの幅および隣り合うスリット３ａ間の間隔は、こ
れによってグレーティングピッチが変化するので、得よ
うとするグレーティング特性に応じて適宜設定される。
またマスク３のスリット３ａが形成されている部分のス
リット３ａ幅方向の長さＬは、これによってグレーティ
ング長が変化するので得ようとするグレーティング特性
に応じて適宜設定される。本発明では放射モード結合型
としての特性を得るために、グレーティングピッチは数
十〜数百μｍ程度の範囲内で好ましく設定される。また
グレーティング長は５〜２０ｍｍ程度に好ましく設定さ
れる。また本実施例では、スリット３ａが形成されてい
る部分のスリット３ａ幅方向の両端部に、スリットが形
成されておらず紫外光２を完全に遮断する光遮断部３ｂ
が好ましく設けられている。紫外光２の照射によるコア
屈折率の変化量を光ファイバ１長さ方向に均一にしたい
場合には、このように、マスク３の光ファイバ１長さ方
向両端に、紫外光２のスポット径より大きい光遮蔽部３
ｂを設けるのが好ましいが、これを設けない構成とする
こともできる。

【００１７】本発明で用いられる紫外光２の波長は２０
０〜３００ｎｍ程度が好ましく、光源としては、例えば
ＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）が好適に用いられる。本発
明においては、紫外光２の光強度の空間分布（スポット
内における紫外光強度分布）は均一である必要はなく、
不均一でよい。したがって、光源から出射される紫外光
の一部を光学系を用いて拡大したりする必要はなく、光
源から出射される光の実質的に全部を、光学系を用いて
拡大または集光するなどして、所定の大きさのスポット
径に調整して照射することが好ましい。ここで、実質的
に光源から出射される紫外光の全部を照射するとは、装
置の構成上避けられない光の減衰以外に出射された紫外
光を意図的に減衰させることなくマスク３に向けて照射
することをいう。またマスク３および光ファイバ１に対
して照射される紫外光のスポット径は、大きすぎるとエ
ネルギー密度が小さくなって照射時間を長くする必要が
生じ、小さすぎると紫外光強度分布が集中してスポット
位置の変動による影響が大きくなるので、好ましくは２
〜２０ｍｍ程度、更に好ましくは２×２０ｍｍ程度に設
定される。

【００１８】本発明の製造方法により光ファイバグレー
ティングを製造するには、まず光ファイバ１を用意し、
好ましくは、紫外光２の照射に先立って水素添加処理を
行う。この水素添加処理は、紫外光照射によるゲルマニ
ウム添加石英ガラス（コア）の屈折率変化を十分に得る
ために行われ、例えば光ファイバ１を、１００ａｔｍ、
５０℃程度に調整された水素加圧容器中に６０時間程度
保持することによって達成される。次いで、光ファイバ
１をマスク３の直下に設置する。このとき、光ファイバ
１の長さ方向とマスク３のスリット３ａの幅方向とが正
確に平行になるように設置する。また光ファイバ１とマ
スク３との距離は０〜１ｍｍ程度に好ましく設定され
る。

【００１９】次にマスク３の上方から、紫外光２をマス
ク３および光ファイバ１に対して照射するとともに、紫
外光２の照射位置を光ファイバ１長さ方向に適宜の駆動
手段を用いて移動させる。このように照射位置を移動さ
せるには、マスク３および光ファイバ１と紫外光２とを
相対的に移動させればよく、マスク３および光ファイバ
１を固定して紫外光２を光ファイバ１長さ方向に移動さ
せてもよく、紫外光２を固定してマスク３および光ファ
イバ１を光ファイバ１長さ方向に移動させてもよく、あ
るいはこれらを同時に行ってもよい。また紫外光２を照
射している間は光ファイバ１とマスク３とが相対的に移
動しないようにすることが必要である。

【００２０】ここで、光ファイバ１におけるコア屈折率
の変化量は、照射された紫外光の強度および照射時間に
よって変化するので、照射位置の移動速度を適宜調整す
ることによって、コア屈折率の変化量およびコア屈折率
変化のプロファイル（グレーティング形状）を制御する
ことができる。例えば照射される紫外光２の強度が空間
的に不均一であっても、照射位置をマスク３の一端から
他端までコアに沿って一定速度で移動させることによっ
て、図２に示すようにグレーティング部の各部における
コア屈折率変化量が均一な光ファイバグレーティングが
得られる。また、紫外光２の照射位置の移動速度は任意
に変更可能であり、移動速度を光ファイバ１長さ方向で
適宜変化させることによって、任意の形状のコア屈折率
変化のプロファイル（グレーティング形状）を得ること
も可能である。

【００２１】本発明の製造方法によれば、紫外光２のス
ポット内における紫外光強度分布が不均一であっても、
コア屈折率変化量が光ファイバ１長さ方向に均一なグレ
ーティング形状を得ることができるほか、照射位置の移
動速度を制御することによってグレーティング形状を任
意の形状に制御することも可能である。またマスク３を
介して光ファイバ１に紫外光を照射することによってグ
レーティング部を形成する方法であるので設計変更が容
易であり、製造効率もよい。さらに、実質的に光源から
出射される紫外光の全部をマスク３および光ファイバ１
への照射に用いることができるので、エネルギー効率が
非常に良く、グレーティング作製に要する時間の短縮を
達成することができる。

【００２２】このようにして得られた放射モード結合型
の光ファイバグレーティングは、例えば光通信分野に利
用され、特にエルビウム添加光ファイバアンプを用いた
光通信システム中で、エルビウム添加光ファイバからの
自然放出光の抑制や、エルビウム添加光ファイバアンプ
の利得の波長依存性低減などに好適に用いられる。

【００２３】尚、上記では光導波路として光ファイバを
用いて放射モード結合型光導波路グレーティングを構成
した例を挙げて説明したが、光導波路として平面型光導
波路を用いる場合でも、同様の製造方法を用いることが
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路グ
レーティングの製造方法は、放射モード結合型光導波路
グレーティングを製造する方法であって、コアが紫外光
照射によって屈折率が変化する材料からなる光導波路
に、所定の間隔で光を透過させるスリットが形成された
マスクを介して紫外光を照射するとともに、該紫外光の
照射位置をコアに沿って移動させる工程を有することを
特徴とするものである。したがって、照射される紫外光
強度が空間的に不均一であっても、コア屈折率変化量が
光ファイバ長さ方向に均一なグレーティング形状を得る
ことができる。また、照射位置の移動速度を制御するこ
とによってグレーティング形状を任意の形状に制御する
ことも可能である。さらにマスクの形状を変えれば、グ
レーティングピッチやグレーティング長を変更できるの
で、設計変更が容易である。

【００２５】また本発明においては照射される紫外光強
度が空間的に不均一であってもよいので、実質的に光源
から出射される紫外光の全部を、マスクおよび光導波路
に対する照射に用いることができる。そして、このよう
にすることによってエネルギー効率を非常に高くするこ
とができ、グレーティング作製に要する時間の短縮を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光導波路グレーティングの製造方法
の一実施例を示す説明図である。

【図２】 本発明の製造方法により得られた光導波路グ
レーティングにおけるコア屈折率プロファイルの例を示
すグラフである。

【図３】 放射モード結合型光導波路グレーティングの
特性の例を示すグラフである。

【図４】 従来の光ファイバグレーティングの製造装置
の一例を示す概略構成図である。

【図５】 従来の光ファイバグレーティングの製造装置
の他の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…光ファイバ、２…紫外光、３…マスク、３ａ…スリ
ット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥出 聡 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内 (72)発明者 須藤 正明 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内 (72)発明者 酒井 哲弥 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内 (72)発明者 和田 朗 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内 (72)発明者 山内 良三 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射モード結合型光導波路グレーティン
   グを製造する方法であって、コアが紫外光照射によって
   屈折率が変化する材料からなる光導波路に、所定の間隔
   で光を透過させるスリットが形成されたマスクを介して
   紫外光を照射するとともに、該紫外光の照射位置をコア
   に沿って移動させる工程を有することを特徴とする光導
   波路グレーティングの製造方法。
2. 【請求項２】 実質的に光源から出射される紫外光の全
   部を、マスクおよび光導波路に対する照射に用いること
   を特徴とする請求項１記載の光導波路グレーティングの
   製造方法。