JPH1054963A - グレーティング素子の製造方法、グレーティング素子及びグレーティング素子を利用した波長スイッチ - Google Patents
グレーティング素子の製造方法、グレーティング素子及びグレーティング素子を利用した波長スイッチInfo
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- JPH1054963A JPH1054963A JP8212323A JP21232396A JPH1054963A JP H1054963 A JPH1054963 A JP H1054963A JP 8212323 A JP8212323 A JP 8212323A JP 21232396 A JP21232396 A JP 21232396A JP H1054963 A JPH1054963 A JP H1054963A
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Abstract
グレーティング素子を提供する。 【解決手段】 ガラス材料からなる光ファイバ10の内
部にコア部10aが形成してあると共に、クラッド部1
0bには電極14a、14bが挿入されている。そし
て、この電極に高電圧を印加した状態で、所定の強弱パ
ターンで紫外線をコア部10aに照射することによっ
て、コア部10aには非線形領域16aと通常領域16
bが交互に形成され、グレーティング部16が形成され
る。そして、電極14a、14bを介し所定の電界をグ
レーティング部16に印加することによって、グレーテ
ィング部16の特性を電気光学効果により変更できる。
例えば、電圧印加によりブラッグ波長が変化するため、
これを波長スイッチとして利用することができる。
Description
を有するグレーティング素子の製造方法、グレーティン
グ素子、及び波長スイッチ、特にガラス製ファイバーを
用いたものに関する。
信技術の進歩に伴い、大容量の情報伝送の必要性はます
ます高まっている。そして、大容量の情報伝送を行う手
段として、最も重要なものとして光ファイバ伝送があ
る。この光ファイバ伝送は、光ファイバ中に光信号伝送
するものであり、この光ファイバには、ガラス材料が利
用されている。これは、ガラス材料が、広い透過波長領
域、高い透明度を有し、また長尺化の加工が容易であ
り、さらにはコストが低いなどの利点を有しているから
である。
場合には、光源、受光器、光信号発生器、光スイッチ/
カプラ、伝送光ファイバとの接続を行うための光コネク
タなど各種の素子が必要になる。特に、光信号発生器や
光スイッチなどの光スイッチング素子には、電気光学効
果(光非線形性)が利用される。この光非線形性は、光
(電磁波)によって物質中に生じる非線形分極が起因と
なって生じる現象であり、光非線形材料に印加する電界
強度などを制御することによって、光非線形材料を透過
する光の強度や方向等を変え、光スイッチ素子などを形
成している。
は、LiNbO3 やBaTiO3 などの結晶材料が用い
られる。これは、現在のところ十分な光非線形性が得ら
れる材料としては、これら結晶材料しかないからであ
る。
続、透過光に対する低い損失、低コスト化、広い透過波
長域等の観点からは、ガラス材料で光スイッチなどの光
機能素子を構成することが好ましい。しかし、ガラス材
料は、基本的に光非線形性を有さず、通常これを利用す
ることはできない。
ようとする試みもなされている。例えば、ガラス材料
に、106 V/cm程度という高電界を印加した状態
で、紫外線光を照射し、紫外線励起ポーリングを行うこ
とが、「ELECTRONICS LETTERS 30th March 1995 Vol.31
No.7 pp.573-574」に示されている。
ス材料であっても、結晶材料と同等の光非線形性が得ら
れ、光機能素子に好適に利用できると考えられる。
コアに屈折率の異なる部分を周期的に形成したグレーテ
ィング(格子)素子が知られている。このグレーティン
グ素子は、透過光、反射光の波長がグレーティングの間
隔によって変化する。そこで、このグレーティング素子
は、温度センサなどとして利用されている。
ープしたガラス製の光ファイバーに、所定の強弱パター
ンで、紫外線を照射することでグレーティング素子を形
成することが提案されている。すなわち、所定の紫外線
の照射で、照射部分の屈折率を変化させることができ、
光ファイバ中に屈折率格子を形成することができる。こ
のようなグレーティング素子の形成は、例えば特表昭6
2−500052号公報などに提案されている。
来提案の紫外線励起ポーリングによって、ガラス材料に
非線形性を付与できる。しかし、光ファイバのコアの一
定の範囲に光非線形性を付与するだけである。従って、
光機能素子としての利用の可能性を示すだけであった。
は、屈折率変化によるグレーティングを有するものであ
った。このため、このグレーティング素子は、光非線形
性を有するものではなく、電気光学効果を利用する各種
素子を構成することはできなかった。
ーティング素子を製造することについては、「Optical
Fiber Communication Conference; OFC'95 Postdeadlin
e Paper PD6 1995年発行」に提案がある。しかし、
この文献は、紫外線励起ポーリング処理によって、グレ
ーティング素子を形成することについて、概略的な提案
をしているだけであって、その内容を具体的に示すもの
ではなかった。
あり、光スイッチなどに好適に利用できるガラス材料を
利用したグレーティング素子の製造方法、グレーティン
グ素子及び波長スイッチを提供することを目的とする。
ング素子の製造方法は、所定の電界を印加した状態で、
ガラス製の光導波路に対し、紫外線を所定の間隔をおい
て複数領域に照射してポーリング処理し、紫外線を照射
した領域の屈折率を変更すると共にここに光非線形性を
付与することによって、光導波路に周期的に光非線形性
を有する領域を形成してグレーティング素子を製造する
ことを特徴とする。
することで、紫外線励起ポーリング処理が行え、ガラス
製材料の屈折率を変更すると共に、この領域に対し光非
線形性を付与することができる。そして、紫外線の照射
を間隔をおいて、複数領域に対し行うことで、光導波路
に光非線形領域を繰り返し形成できる。そこで、得られ
た光導波路に光を透過させた場合、非線形性領域と、そ
の他の領域とで、屈折率が異なることから、ブラッグ反
射が起こり、ブラッグ波長の光の透過が妨げられる。さ
らに、光非線形性を有するため電圧の印加により、ブラ
ッグ波長がシフトすることになる。そこで、得られたグ
レーティング素子を波長スイッチなどとして好適に利用
することができる。
は、ガラス製の光ファイバのクラッド部に取り囲まれた
コア部であり、上記ポーリング処理は、このコア部にそ
の光導通方向に対し直交する方向に、周期的に強弱を付
けて紫外線を照射することによって行うことを特徴とす
る。
レーティングをコア部に形成することができる。
は、ガラス製の光ファイバのコア部に、所定間隔をおい
て、電気光学係数として、1pm/V以上の光非線形性
が周期的に付与されていることを特徴とする。
は、上記光ファイバのコア部を挟んで一対の電極が形成
されていることを特徴とする。
レーティング素子の一対の電極間に所定の電圧を印加可
能とし、この電極間への電圧印加を制御して、前記コア
部を導通する光をオンオフする。
印加によって、光非線形性が付与されている領域の屈折
率が変化する。また、光非線形性が付与されている領域
は、交互に形成されているため、コア部を透過する光に
対し、ブラッグ反射が起こる。このため、透過光におけ
るブラッグ波長が電圧の印加によって、変化することに
なる。特に、本発明では、電気光学係数が1pm/Vと
かなり大きくなっている。そこで、現実的な電圧の印加
で、かなりのブラッグ波長のシフトが達成される。この
ため、このグレーティング素子は、電圧の印加によっ
て、透過光を制御することができ、波長スイッチとして
利用することができる。
長スイッチは、ガラス製の光ファイバに光非線形性を付
与したものである。そこで、光ファイバとの接続が容易
である、広範囲の波長の光をよく透過させる、安価であ
る等の効果が得られる。
は、さらに、前記グレーティング素子の端部に接続さ
れ、前記コア部を導通する光を導通するコア部と、一端
が前記一対の電極に接続され他端が半径方向外側に向け
て伸びる接続用電極部を含むコネクタ部を有することを
特徴とする。
って、電極を内蔵したグレーティング素子において、電
極間への電圧印加を容易に行うことができる。また、コ
ア部の光の導通は維持できるため、波長スイッチと、光
ファイバとの接続が容易に行える。なお、このコネクタ
部は、ガラス製とすることが好ましい。
(以下、実施形態という)について、図面に基づいて説
明する。
素子の構造を示す概略構成図である。光ファイバ10
は、シリカガラス(SiO2 )を円柱状に延伸した構成
をしており、Ge(ゲルマニウム)等がドープされ、屈
折率が調整された中心部が光導通用のコア部10a、周
辺部がクラッド部10bとして形成されている。
ドホール12a、12bが形成されており、ここにアル
ミニウム線材からなる電極14a、14bが挿入配置さ
れている。図から明らかなように、電極14a、14b
は、コア部10aを挟んで対向して設けられている。
には、所定間隔で、屈折率が異なり、かつ2次の光非線
形性を有する非線形領域16aが、長手方向と直交する
方向に一定間隔、かつ一定幅で形成され、通常領域16
bとでグレーティング部16が形成されている。従っ
て、コア部10aをその長手方向に向けて透過する光
は、グレーティング部16によって反射干渉される。
14bが設けられており、ここに任意の電圧が印加可能
である。そして、上述のように、グレーティング部16
の非線形領域16aが光非線形性を有している。そこ
で、電極14a、14b間に印加される電圧に従って、
屈折率が変化する。
によれば、電極14a、14b間に印加する電圧を制御
することによって、グレーティング部16の特性を変更
することができる。
子は、次にようにして製造する。まず、サイドホール1
2a、12b内に電極14a、14bが挿入された光フ
ァイバを用意する。光ファイバの直径は200μm、サ
イドホール12a、12b及び電極14a、14bの直
径はほぼ40μm、電極14a、14bの長さは4cm
程度、電極14a、14bの間隔は8〜10μm、光フ
ァイバの長さは10cm程度とする。ここで、電極14
a、14bは、図1に示すように、異なる端からサイド
ホール12a、12bに挿入されており、その端部が異
なる方向にのみ突出している。これは、電極14a、1
4b間での放電を防止するためである。空気の絶縁破壊
電圧は、約104 V/cmであり、それより大きな電界
をコア部10aに印加するためには、空気が介在する経
路をできるだけ長くとる必要がある。図1のような電極
14a、14bの構成によって、コア部10aに約10
6 V/cmの高い電界印加が達成できる。
加する。この電圧は、約800Vとする。これによっ
て、コア部10aに、約106 V/cmの電界が印加さ
れる。この状態で、ArFエキシマレーザ(波長193
nm)をパルスとして照射し、コア部10aに紫外線を
照射する。このレーザのエネルギー密度は、36mJ/
cm2 程度、パルスの繰り返し間隔は10pps(パル
ス/秒)程度、照射時間は10〜30分程度とする。
光ファイバに照射する。この位相マスクの構成例を図3
に示す。このように、板状の基板20の一面側に多数の
溝22が形成されている。この溝22は、一定間隔で平
行して形成されている。従って、ここに平行光線を透過
させることによって、所定の回折現象が生起され、所定
間隔において光の強弱が繰り返される。すなわち、光の
照射領域と非照射領域が周期的に繰り返す縞模様(ゼブ
ラパターン)が形成される。この例では、レーザは、
1.05μmの間隔で、光ファイバに照射される。な
お、位相マスクの基板20は、紫外線を透過させるシリ
カガラス等で形成する。
印加は継続されている。そして、光ファイバは、そのコ
ア部10aのみが所定元素のドープなどにより紫外線を
吸収するように形成されている。このため、コア部10
aが1.05μm間隔で、紫外線励起ポーリングされ
る。
線励起ポーリング処理により生じる周期的な屈折率の増
大は、屈折率変化に対応する波長における透過光の減少
(反射光の増大)を招く。そこで、コア部10aに光を
入射させ、反対側において透過光強度を実時間で観測し
ながら、この紫外線励起ポーリングを所望の時間継続し
た(この例では30分間)。
子に、光を導光し、射出光強度の波長依存性(透過光の
スペクトル)を測定した結果を図4に示す。ここで、本
実施形態のグレーティング素子は、紫外線励起ポーリン
グのためにコア部10aを挟んで電極14a、14bが
設けられている。そこで、この電極14a、14b間に
電圧を印加することにより、コア部10aに所望の電界
を印加できる。
−150、−300V印加した場合の結果を図4(A)
に、また0V、150V、300V印加した場合の結果
を図4(B)に示す。なお、電圧の正負は、ポーリング
電界と反対の向きの電界を正としている。
いて、特定波長の光の透過強度が減少する。これは、
1.05μm間隔のグレーティングにより、ブラッグ反
射が起こり、ブラッグ波長(この場合1.53μm)の
光が反射されるからである。
長がシフトする。さらに、ブラッグ反射も電圧に印加に
従って増減することが分かる。これは、紫外線励起ポー
リングによって、紫外線照射領域のコア部10aが、非
線形性を有するようになり、一次の電気光学効果が発生
しており、導波光の実効屈折率が変化するためであると
考えられる。
の印加によって、ブラッグ周波数における減衰が大きく
なり、好適な反射特性を有していることが分かる。
ΔnEOは、 ΔnEO=−n3 rE/2 で表される。この式で、nはファイバのコア領域の屈折
率、rは一次の電気光学効果係数、Eが電界強度であ
る。
グレーティングによる前進及び後進(反射)導波光の結
合(カップリング)に基づく考え方において、ピーク反
射率Rは、 R=tanh2 (κL) で表され、3dBバンド幅Δλは、 Δλ=λB {π2 +(κL)2 }0.5 /2neff L で表される。
のカップリング係数であり、 κ=πnc δnη/λB neff で表される。ここで、Lはグレーティング素子長であ
る。
導波光の実効的な屈折率、nc はクラッド部の屈折率、
δnは周期構造を形成する屈折率変化の大きさ、ηは前
後伝搬モードにおけるオーバーラップインテグラル(重
なり積分)である。
応じて変化する。そこで、図4に示した電圧印加とブラ
ッグ波長の変化の関係から、実効屈折率変化ΔnEOと印
加電圧の関係を調べた結果を図5に示す。このように、
実効屈折率neff は、印加電圧の変化に対し−5.7×
10-7/Vの傾きを有し、直線的に変化する。そこで、
電圧の印加によって、実効屈折率が低下し、ブラッグ波
長が短波長側にシフトすることが分かる。なお、電界1
V/μmに対するブラッグ波長の変化ΔλB は、ほぼ
0.01nmである。
線形な関係があり、2次の光非線形性に基づく、ポッケ
ルス効果(1次の電気光学効果)が得られていることが
分かる。
を示してある。このように、δnηは、印加電圧の変化
に対し、−3.6×10-6の傾きを有しており、これか
らも1次の電気光学効果が得られていることが分かる。
素子は、図4に示すように、ブラッグ波長における反射
が狭い帯域幅で起こる。特に、図4(A)に示すよう
に、印加電圧を負の方向としたときに、その帯域幅は非
常に狭くなり、その幅は、最小0.04nm程度とな
る。そして、上述のように、ブラッグ波長は、電圧の印
加に応じて、大きく変化する。すなわち、図4(A)に
よれば、印加電圧を0Vから−300Vに変化させるこ
とによって、中心波長1.5299μmに対して、約1
0dBのON/OFF消光比が得られる。このため、本
実施形態のグレーティング素子は、波長スイッチとして
利用することができる。
り、シフトさせ、レーザ光の透過・非透過を制御して、
所定波長の光をスイッチングすることができる。特に、
本実施形態のグレーティング素子は、ガラス製の光ファ
イバで構成されている。そこで、通常の光ファイバとの
接続も容易に行える。また、素子における光の透過率も
十分なものに維持できる。
ラッグ波長を複数段階、シフトすることもできる。これ
によって、透過する波長を制御して、波長選択素子とし
て利用することもできる。
の間隔は、位相マスクによって、容易に調整できる。そ
こで、所望のブラッグ波長を持つグレーティング素子を
容易に得ることができる。
では、図1に示すように、電極14a、14bが突出し
ている。そこで、このままでは通常の光ファイバとの接
続が、困難である。そこで、この電極14a、14bを
受け入れ、かつコア部10aとの接続を好適に行えるよ
うな特別のコネクタを設けることが好適である。例え
ば、図7に示すように、電極14a、14bを受け入れ
る凹部30a、30bを形成したコネクタが考えられ
る。この場合、このコネクタには、外方からこの凹部3
0a、30bに至る半径方向の穴32a、32bを開け
ておき、この穴32a、32bを介し、電極14a、1
4bと外部電源との電気的接続を行うとよい。なお、コ
ネクタにも光導波路としてのコア部34を設けておく。
また、図1のように、電極14a、14bは、グレーテ
ィング素子から異なる方向に向けて突出しているが、電
極14a、14bは、サイドホール12a、12b内を
移動可能であるため、ポーリング処理後に移動しておけ
ばよい。
加はそれ程大きな電圧は必要なく、容易に引出線を接続
することができる。すなわち、紫外線励起ポーリングの
際には、突出する電極14a、14bを用いて直接電気
的接続を行い、この処理後電極14a、14bを移動す
ると共に所定形状に整形し、コネクタを取り付けるとよ
い。
a、14bが突出している面を平坦な面に研磨し、同じ
く平坦な面を持つコネクタと接続してもよい。この場
合、図8に示すように、コネクタの研磨面には、コア部
40及び電極42a、42bを形成しておく。また、コ
ネクタ内の電極42a、42bは、外方に向けて伸びる
端子部44a、44bを有しており、この端子部44
a、44bを利用して外部電源との電気的接続が行われ
る。
受け入れる側の対向する側においても光ファイバを接続
できる構成になっている。従って、このコネクタを介
し、グレーティング素子を他の光ファイバに接続するこ
とができる。また、電極14a、14bとの電気的接続
も、穴32a、32bや端子部44a、44bを利用し
て容易に行うことができる。
a、14bとの電気的接続を直接行う穴50a、50b
を設けることもできる。この場合、上述の図8の場合と
同様に、グレーティング素子の端面は、研磨し、他の光
ファイバと直接接続できるようにする。
4bと外部電源との接続を確保することができる。
正面断面図である。
す側面図である。
化を示す図である。
示す図である。
ーションの変化を示す図である。
4a,14b 電極、16 グレーティング部、16a
非線形領域、16b 通常領域。
Claims (6)
- 【請求項1】 所定の電界を印加した状態で、ガラス製
の光導波路に対し、紫外線を所定の間隔をおいて複数領
域に照射してポーリング処理し、紫外線を照射した領域
の屈折率を変更すると共にここに光非線形性を付与する
ことによって、光導波路に周期的に光非線形性を有する
領域を形成してグレーティング素子を製造することを特
徴とするグレーティング素子の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、 上記ガラス製光導波路は、ガラス製の光ファイバのクラ
ッド部に取り囲まれたコア部であり、 上記ポーリング処理は、このコア部にその光導通方向に
対し直交する方向に、周期的に強弱を付けて紫外線を照
射することによって行うことを特徴とするグレーティン
グ素子の製造方法。 - 【請求項3】 ガラス製の光ファイバのコア部に、所定
間隔をおいて、電気光学係数として、1pm/V以上の
光非線形性が周期的に付与されていることを特徴とする
グレーティング素子。 - 【請求項4】 請求項3に記載のグレーティング素子に
おいて、 上記光ファイバのコア部を挟んで一対の電極が形成され
ていることを特徴とするグレーティング素子。 - 【請求項5】 請求項4に記載のグレーティング素子に
おいて、 さらに、前記グレーティング素子の端部に接続され、前
記コア部を導通する光を導通するコア部と、一端が前記
一対の電極に接続され他端が半径方向外側に向けて伸び
る接続用電極部を含むコネクタ部を有することを特徴と
するグレーティング素子。 - 【請求項6】 請求項4または5に記載のグレーティン
グ素子の一対の電極間に所定の電圧を印加可能とし、こ
の電極間への電圧印加を制御して、前記コア部を導通す
る光をオンオフする波長スイッチ。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21232396A JP3608691B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | グレーティング素子及びグレーティング素子を利用した波長スイッチ |
EP97934767A EP0918244A4 (en) | 1996-08-12 | 1997-08-11 | DIFFRACTION GRID ELEMENT, LIGHT WAVELENGTH SELECTION USING THE SAME, AND OPTICAL SIGNAL TRANSMISSION SYSTEM |
CA002263065A CA2263065C (en) | 1996-08-12 | 1997-08-11 | Grating element, light wavelength selection utilizing the same, and optical signal transmitting system |
PCT/JP1997/002808 WO1998007064A1 (fr) | 1996-08-12 | 1997-08-11 | Element grille de diffraction, selection des longueurs d'ondes lumimeuses au moyen de cet element, et systeme de transmission de signaux optiques |
US09/242,291 US6246815B1 (en) | 1996-08-12 | 1997-08-11 | Grating element, light wavelength selection utilizing the same, and optical signal transmitting system |
AU37856/97A AU710352B2 (en) | 1996-08-12 | 1997-08-11 | Grating element, light wavelength selection utilizing the same, and optical signal transmitting system |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1054963A true JPH1054963A (ja) | 1998-02-24 |
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JP21232396A Expired - Fee Related JP3608691B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | グレーティング素子及びグレーティング素子を利用した波長スイッチ |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102153742B1 (ko) * | 2019-11-25 | 2020-09-08 | 한국광기술원 | 광섬유 기반의 전압센서 및 이를 이용한 전압 모니터링 시스템 |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP21232396A patent/JP3608691B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102153742B1 (ko) * | 2019-11-25 | 2020-09-08 | 한국광기술원 | 광섬유 기반의 전압센서 및 이를 이용한 전압 모니터링 시스템 |
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JP3608691B2 (ja) | 2005-01-12 |
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