JP4279227B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for optical waveguide Bragg grating - Google Patents

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Description

本発明は、光導波路に、特定の波長の光を反射させる回折格子である光導波路ブラッググレーティングを、紫外線レーザー光を照射して形成する方法およびその装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for forming an optical waveguide Bragg grating, which is a diffraction grating that reflects light of a specific wavelength, on an optical waveguide by irradiating with ultraviolet laser light.

平面導波路または光ファイバーからなる光導波路に形成したブラッググレーティングは、光導波路のコア部に周期的な屈折率変化を与えたもので、入射した光の特定波長の光のみを反射し、他の光はすべて通過させる光フィルターである。例えば、非特許文献(1)および非特許文献(2)に述べられているように、光導波路ブラッググレーティングは伝送損失が少なく、優れた反射特性および透過特性を有しており、光信号を利用する各種デバイス、装置、システムに、例えば、高密度波長多重光通信機器、レーザーダイオード外部共振器、ファイバーレーザー共振器、温度・歪み等の各種センサー等々に、広く応用展開されている。 A Bragg grating formed on an optical waveguide consisting of a planar waveguide or optical fiber is a periodic refractive index change applied to the core of the optical waveguide. It reflects only incident light of a specific wavelength, and other light. Is a light filter that allows all to pass through. For example, as described in Non-Patent Document (1) and Non-Patent Document (2), an optical waveguide Bragg grating has low transmission loss, excellent reflection characteristics and transmission characteristics, and uses optical signals. Widely applied to various devices, apparatuses, and systems, for example, high-density wavelength multiplexing optical communication equipment, laser diode external resonators, fiber laser resonators, various sensors such as temperature and strain.

光導波路ブラッググレーティング(光ファイバーの場合は、ファイバーブラッググレーティングとも言う)の反射波長λFBGは、光導波路のコア部の実効屈折率neffと屈折率変調の周期、すなわちグレーティング周期Λ、によって、

Figure 0004279227
として決まる。光導波路の屈折率をその長手方向に周期的に変化させてグレーティングを形成するには、通常、被覆樹脂を除去した光導波路にその長手方向に側面から、グレーティング周期に対応する周期的な強度分布を持たせた紫外線を照射し、光導波路(光ファイバー)のコア部にドープされているゲルマニウム(Ge)の紫外線に対する光誘起反応に基づく屈折率上昇の現象を利用してなされる。形成される屈折率変調の周期Λは、例えば、光ファイバーの実効屈折率neffが約1.447で、光通信によく用いられる波長の約1550nmに対しては、式(9)の関係式から、Λ=0.536μmとなる。良好な光信号の反射特性を得るためにファイバーブラッググレーティングは、通常、この大きさの周期を約5mmから約数10mmの長さに渡って形成され、10mm長のファイバーブラッググレーティングではその周期の個数は、10mm/0.536μmとなり、すなわち約19000個のグレーティングが形成されている。 The reflection wavelength λ FBG of the optical waveguide Bragg grating (also referred to as fiber Bragg grating in the case of an optical fiber) depends on the effective refractive index n eff of the core portion of the optical waveguide and the period of refractive index modulation, that is, the grating period Λ.
Figure 0004279227
Determined as. In order to form a grating by periodically changing the refractive index of the optical waveguide in its longitudinal direction, the periodic intensity distribution corresponding to the grating period is usually applied to the optical waveguide from which the coating resin has been removed from the side in the longitudinal direction. This is done by utilizing the phenomenon of refractive index increase based on the photo-induced reaction of germanium (Ge) doped in the core portion of the optical waveguide (optical fiber) with respect to the ultraviolet light. The refractive index modulation period Λ is, for example, that the effective refractive index n eff of the optical fiber is about 1.447, and for the wavelength of about 1550 nm often used for optical communication, the relational expression of Equation (9) , Λ = 0.536 μm. In order to obtain good optical signal reflection characteristics, a fiber Bragg grating is usually formed with a period of this size ranging from about 5 mm to a length of about several tens of millimeters. Is 10 mm / 0.536 μm, that is, approximately 19000 gratings are formed.

このような光導波路ブラッググレーティングを形成する方法としては、例えば、非特許文献(1)および非特許文献(2)に述べられているように、大きく分けて、位相マスク法と2光束干渉法が知られている。前者の位相マスク法は、特許文献(3)、非特許文献(4)および非特許文献(5)に開示されている。この位相マスク法では、光ファイバーを位相マスクに近接乃至は接触させて配置し、位相マスクを介して光ファイバーに紫外線レーザー光を照射し、位相マスクによって回折される+1次光と−1次を光ファイバーの位置で干渉させ、周期Λの干渉縞からなる紫外光強度分布を形成し、これによって光ファイバーの長手方向に周期的屈折率変調をそのコア部に形成する方法である。 As a method for forming such an optical waveguide Bragg grating, for example, as described in Non-Patent Document (1) and Non-Patent Document (2), a phase mask method and a two-beam interference method are roughly classified. Are known. The former phase mask method is disclosed in Patent Document (3), Non-Patent Document (4), and Non-Patent Document (5). In this phase mask method, an optical fiber is placed close to or in contact with the phase mask, the optical fiber is irradiated with ultraviolet laser light through the phase mask, and the + 1st order light and the −1st order diffracted by the phase mask are converted into the optical fiber. In this method, an ultraviolet light intensity distribution composed of interference fringes having a period Λ is formed by causing interference at a position, thereby forming a periodic refractive index modulation in the core portion in the longitudinal direction of the optical fiber.

後者の2光束干渉法は、紫外線レーザー光を2つのビームに分岐し、その後、2つのビームを光導波路の位置で交差させて干渉させ、周期Λの干渉縞からなる紫外光強度分布を形成し、これによって光導波路の長手方向に周期的屈折率変調をそのコア部に形成する方法である。この方法の最も基本的な実現方法は、特許文献(6)、特許文献(7)および非特許文献(8)に開示されており、そこでは入射紫外線レーザー光は、約50%を透過させ残りの約50%を反射させるビームスプリッタ−を用いて2つの分岐させ、それぞれのビームはミラーを用いて光導波路(光ファイバー)の位置で交差させる構成でなされる。2光束干渉法は、光導波路の位置で2つのビームが交差する角度を変えることで、干渉縞の周期Λを変えることができ、これに比例して式(4)の反射波長λFBGが変わるため、作製される光導波路ブラッググレーティングの反射波長を制御することが容易に可能であると言う特徴を有している。ビームの分岐の方法および交差させる方法において種々の方法が考案されている。 In the latter two-beam interferometry, the ultraviolet laser beam is split into two beams, and then the two beams are crossed and interfered at the position of the optical waveguide to form an ultraviolet light intensity distribution consisting of interference fringes of period Λ. In this way, a periodic refractive index modulation is formed in the core portion in the longitudinal direction of the optical waveguide. The most basic method for realizing this method is disclosed in Patent Document (6), Patent Document (7), and Non-Patent Document (8), in which incident ultraviolet laser light transmits about 50% and remains. Two beams are split using a beam splitter that reflects about 50% of the beam, and each beam is crossed at the position of an optical waveguide (optical fiber) using a mirror. In the two-beam interference method, by changing the angle at which two beams intersect at the position of the optical waveguide, the period Λ of the interference fringes can be changed, and the reflection wavelength λ FBG of equation (4) changes in proportion to this. Therefore, it has a feature that the reflection wavelength of the optical waveguide Bragg grating to be manufactured can be easily controlled. Various methods have been devised for beam splitting and crossing.

非特許文献(9)では、入射紫外線レーザー光を特許文献(3)、非特許文献(4)および非特許文献(5)に記載されているように、位相マスクによって入射紫外線レーザー光が+1次光および−1次光に回折して2つのビームに分岐されること、すなわち位相マスクにビームスプリッタ−の機能を持たせられることを利用して2つのビームの分岐し、分岐した2つのビームを角型石英ブロックに入射させその内壁側面でそれぞれ反射させて石英ブロックから出射させ、光ファイバーの位置で交差させて干渉縞を形成しファイバーブラッググレーティングを作製する方法が開示されている。さらに、非特許文献(10)および非特許文献(11)では、非特許文献(9)の内容のほかに、三角プリズムを用いたロイドミラー方式についても述べられている。
ビームスプリッタ−で分岐した2つのビームを2つのミラーを用いて交差させ干渉縞を得るには、位相マスクの2つの回折格子像の一方を反転させてパリティー整合を取る必要があり、このことは非特許文献(12)に開示されている。
非特許文献(13)では、位相マスクをビームスプリッタ−として用いて紫外線レーザー光を2つのビームに分岐し、2つのミラーでそれぞれのビームを反射させ光導波路の位置で交差させて干渉させる構成で、ミラーの角度を変えるだけでファイバーブラッググレーティングの反射波長を約250nmにわたって変えることが可能であることを、透過阻止量が−28dBに達する強いファイバーブラッググレーティングを実験で作製して示している。非特許文献(16)では、同じような構成で反射波長を600nmから1350nmまで変えた光導波路ブラッググレーティングの作製を示し、さらに位相マスクと2つのミラーの間に波面制御のためのシリンドリカルレンズを挿入してチャープを付与したファイバーブラッググレーティングの作製も行っている。
また、特許文献(14)および特許文献(15)には、特許文献(3)、非特許文献(4)、非特許文献(5)、非特許文献(9)、非特許文献(10)および非特許文献(11)に開示されているように位相マスクを用いて紫外線レーザー光を2つのビームに分岐し、非特許文献(10)および非特許文献(11)に開示されているように対称に配置された2つのミラーを回転させて、非特許文献(10)および非特許文献(11)に開示されているように、異なる反射波長のファイバーブラッググレーティングを形成する方法が記載されている。
In Non-Patent Document (9), as described in Patent Document (3), Non-Patent Document (4), and Non-Patent Document (5), incident ultraviolet laser light is + 1st order by a phase mask. The two beams are split by using the fact that the light and the −1st order light are diffracted and split into two beams, that is, the phase mask has the function of a beam splitter. A method is disclosed in which a fiber Bragg grating is manufactured by making an incident on a square quartz block, reflecting the light from the side of the inner wall of the quartz block, emitting the light from the quartz block, and intersecting at the position of the optical fiber to form interference fringes. Further, in Non-Patent Document (10) and Non-Patent Document (11), in addition to the contents of Non-Patent Document (9), a Lloyd mirror method using a triangular prism is also described.
In order to cross the two beams branched by the beam splitter using two mirrors to obtain an interference fringe, it is necessary to invert one of the two diffraction grating images of the phase mask to achieve parity matching. It is disclosed in Non-Patent Document (12).
In the non-patent document (13), an ultraviolet laser beam is split into two beams using a phase mask as a beam splitter, and each beam is reflected by two mirrors and crossed at the position of the optical waveguide to cause interference. It has been shown by experiment that a strong fiber Bragg grating whose transmission blocking amount reaches -28 dB can be obtained by changing the reflection wavelength of the fiber Bragg grating over about 250 nm simply by changing the angle of the mirror. Non-Patent Document (16) shows the fabrication of an optical waveguide Bragg grating with the same configuration and the reflection wavelength changed from 600 nm to 1350 nm, and further inserts a cylindrical lens for wavefront control between the phase mask and two mirrors. We are also manufacturing fiber Bragg gratings with chirp.
Patent Document (14) and Patent Document (15) include Patent Document (3), Non-Patent Document (4), Non-Patent Document (5), Non-Patent Document (9), Non-Patent Document (10) and As disclosed in Non-Patent Document (11), an ultraviolet laser beam is split into two beams using a phase mask, and symmetrical as disclosed in Non-Patent Document (10) and Non-Patent Document (11). A method is described in which two mirrors arranged in the above are rotated to form fiber Bragg gratings with different reflection wavelengths as disclosed in Non-Patent Document (10) and Non-Patent Document (11).

良好な強い光導波路ブラッググレーティングを作製するためには、2つのビームが互いに強く干渉しなければ干渉縞は得られないため、可干渉性の程度を示すコヒーレント長が長い紫外線レーザーほど確実に形成することができる。光導波路ブラッググレーティング作製によく用いられる紫外線レーザーには、アルゴンイオンレーザー(発振波長244nm)、KrFエキシマレーザー(発振波長248nm)、ArFエキシマレーザー(発振波長193nm)等があり、非特許文献(17)によれば、コヒーレント長はアルゴンイオンレーザー(発振波長244nm)では数cm程度で、KrFエキシマレーザーおよびArFエキシマレーザーでは1mm前後あるいはそれ以下である。上述の文献に開示されている2光束干渉法の多くでは、通常、コヒーレント長の長いアルゴンイオンレーザーが用いられている。位相マスク法では、光ファイバーは位相マスクに近接または接触させて光導波路ブラッググレーティングが形成されるため、コヒーレント長の短いエキシマレーザー光を用いても容易に確実に光導波路ブラッググレーティングを形成することが可能である。しかしながら、位相マスク法では、位相マスクの回折格子間隔が固定されているため、作製される光導波路ブラッググレーティングの反射波長はひとつの位相マスクで基本的にひとつの反射波長しか得られず、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを作製するには回折格子の周期が異なる位相マスクを数多く用意しなければならないと言う短所がある。これに対して、2光束干渉法では、2つのビームが交差する角度はミラーの反射角度を調整することで容易に変えることができるので、波長の異なる光導波路ブラッググレーティングが容易に作製できると言う大きな特徴を有している。 In order to produce a good strong optical waveguide Bragg grating, interference fringes cannot be obtained unless the two beams strongly interfere with each other. Therefore, an ultraviolet laser with a longer coherent length indicating the degree of coherence is more reliably formed. be able to. Examples of ultraviolet lasers often used for optical waveguide Bragg grating fabrication include argon ion laser (oscillation wavelength 244 nm), KrF excimer laser (oscillation wavelength 248 nm), ArF excimer laser (oscillation wavelength 193 nm), etc. The coherent length is about several centimeters for an argon ion laser (oscillation wavelength 244 nm), and is about 1 mm or less for a KrF excimer laser and an ArF excimer laser. In many of the two-beam interference methods disclosed in the above-mentioned documents, an argon ion laser having a long coherence length is usually used. In the phase mask method, the optical waveguide Bragg grating is formed by bringing the optical fiber close to or in contact with the phase mask, so it is possible to easily and reliably form the optical waveguide Bragg grating even with an excimer laser beam having a short coherent length. It is. However, in the phase mask method, since the diffraction grating interval of the phase mask is fixed, the reflection wavelength of the optical waveguide Bragg grating to be manufactured is basically only one reflection wavelength with one phase mask, and different reflections. In order to fabricate an optical waveguide Bragg grating having a wavelength, it is necessary to prepare a large number of phase masks having different diffraction grating periods. In contrast, in the two-beam interference method, the angle at which the two beams intersect can be easily changed by adjusting the reflection angle of the mirror, so that optical waveguide Bragg gratings having different wavelengths can be easily manufactured. Has great features.

(1)Raman Kashyap: ”Fiber Bragg Gratings”, Academic Press, (1999).
(2)Andreas Othonos, Kyriacos Kalli; ”Fiber Bragg Gratings”, Artech House, Inc., (1999).
(3)Kenneth O. Hill, Bernard Y. Malo, Francois C. Bilodeau, Derwyn C.Johnson; ”Method of creating an index grating in an optical fiber and a mode converter using the index grating”, USP-5,367,588, November 22, 1994.
(4)K. O. Hill, B. Malo, F. Bilodeau, D. C. Johnson, J. Albert; ”Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask,” Appl. Phys. Lett. Vol. 62, No. 10 (1993) 1035-1037.
(5)K. O. Hill, F. Bilodeau, B. Malo, T. Kitagawa, S. Theriault, D. C. Johnson, J. Albert; ”Chirped in-fiber Bragg gratings for compensation of optical-fiber dispersion,” Opt. Lett. Vol. 19, No. 17 (1994) 1314-1316.
(6)William H. Glenn, Gerald Meltz, Elias Snitzer;“Method for impressing gratings within fiber optics”, USP-4,725,110, February 16, 1988.
(7)William H. Glenn, Gerald Meltz, Elias Snitzer;“Method for impressing gratings within fiber optics”, USP-4,807,950, February 28, 1989.
(8)G. Meltz, W. W. Morey, W. H. Glenn; ”Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method,” Optics Letters, Vol. 14, No. 15, pp. 823-825 (1989).
(9)R. Kashyap, J. R. Armitage, R. Wyatt, S. T. Davey, D. L. Williams; ”All-fibre narrowband reflection gratings at 1500nm,” Electron. Lett. Vol. 26, No. 11, pp. 730-732 (1990).
(10)R. Kashyap, J. R. Armitage, R. J. Campbell, D. L. Williams, G. D. Maxwell, B. J. Ainslie, C. A. Miller; ”Light-sensitive optical fibers and planar waveguides”, BT Technol. J., vol. 11, No. 11, pp. 150-160 (1993)
(11)R. Kashyap, ”Photosensitive optical fibers: Devices and applications,” Optical Fiber Technol. No. 1, pp. 17-34 (1994).
(12)C. G. Askins, T. E. Tsai, G. M. Williams, M. A. Putnam, M. Bashinsky, E. J. Friebele; ”Fiber Bragg reflectors prepared by a single excimer pulse,” Opt. Lett. Vol. 17, No. 11, (1992) 833-835.
(13)R. Kashyap; ”Assesment of tuning the wavelength of chirped and unchirped fibre Bragg grating with single phase mask,” Electronic Letters, Vol. 34, No. 21, pp. 2025-2026 (1998).
(14)Robert A. Modavis; ”Method of forming a grating in an optical waveguide”, USP-5,818,988, October 6, 1998.
(15)ロバートアダムスモダヴィス;”光導波路に格子を形成する方法”、特開平10−54915、(1998).
(16)Y. Wang, J. Grant, A. Sharma, G. Myers; ”Modified Talbot interferometerfor fabrication of fiber-optic grating filter over a wide range of Bragg wavelength and bandwidth using a single phase mask”, Journal of Lightwave technology, vol. 19, No. 10, pp. 1569-1573 (2001).
(17)小瀬輝次、斉藤弘義、田中俊一、辻内順平、波岡武編集;“光工学ハンドブック”、朝倉書店、pp. 475-476 (1986).
(1) Raman Kashyap: “Fiber Bragg Gratings”, Academic Press, (1999).
(2) Andreas Othonos, Kyriacos Kalli; “Fiber Bragg Gratings”, Artech House, Inc., (1999).
(3) Kenneth O. Hill, Bernard Y. Malo, Francois C. Bilodeau, Derwyn C. Johnson; “Method of creating an index grating in an optical fiber and a mode converter using the index grating”, USP-5,367,588, November 22 , 1994.
(4) KO Hill, B. Malo, F. Bilodeau, DC Johnson, J. Albert; “Bragg gratings fabricated in monomode coated optical fiber by UV exposure through a phase mask,” Appl. Phys. Lett. Vol. 62, No 10 (1993) 1035-1037.
(5) KO Hill, F. Bilodeau, B. Malo, T. Kitagawa, S. Theriault, DC Johnson, J. Albert; “Chirped in-fiber Bragg gratings for compensation of optical-fiber dispersion,” Opt. Lett. Vol. 19, No. 17 (1994) 1314-1316.
(6) William H. Glenn, Gerald Meltz, Elias Snitzer; “Method for impressing gratings within fiber optics”, USP-4,725,110, February 16, 1988.
(7) William H. Glenn, Gerald Meltz, Elias Snitzer; “Method for impressing gratings within fiber optics”, USP-4,807,950, February 28, 1989.
(8) G. Meltz, WW Morey, WH Glenn; “Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method,” Optics Letters, Vol. 14, No. 15, pp. 823-825 (1989).
(9) R. Kashyap, JR Armitage, R. Wyatt, ST Davey, DL Williams; “All-fibre narrowband reflection gratings at 1500 nm,” Electron. Lett. Vol. 26, No. 11, pp. 730-732 (1990 ).
(10) R. Kashyap, JR Armitage, RJ Campbell, DL Williams, GD Maxwell, BJ Ainslie, CA Miller; “Light-sensitive optical fibers and planar waveguides”, BT Technol. J., vol. 11, No. 11, pp. 150-160 (1993)
(11) R. Kashyap, “Photosensitive optical fibers: Devices and applications,” Optical Fiber Technol. No. 1, pp. 17-34 (1994).
(12) CG Askins, TE Tsai, GM Williams, MA Putnam, M. Bashinsky, EJ Friebele; “Fiber Bragg reflectors prepared by a single excimer pulse,” Opt. Lett. Vol. 17, No. 11, (1992) 833 -835.
(13) R. Kashyap; “Assesment of tuning the wavelength of chirped and unchirped fiber Bragg grating with single phase mask,” Electronic Letters, Vol. 34, No. 21, pp. 2025-2026 (1998).
(14) Robert A. Modavis; “Method of forming a grating in an optical waveguide”, USP-5,818,988, October 6, 1998.
(15) Robert Adams Modavis; “Method of forming a grating in an optical waveguide”, JP-A-10-54915, (1998).
(16) Y. Wang, J. Grant, A. Sharma, G. Myers; “Modified Talbot interferometer for fabrication of fiber-optic grating filter over a wide range of Bragg wavelength and bandwidth using a single phase mask”, Journal of Lightwave technology , vol. 19, No. 10, pp. 1569-1573 (2001).
(17) Koji Teruse, Hiroyoshi Saito, Shunichi Tanaka, Junpei Takiuchi, Takeshi Namioka; “Optical Engineering Handbook”, Asakura Shoten, pp. 475-476 (1986).

2光束干渉法は、ビームスプリッタ−、位相マスク、ミラー等の光学部品および光導波路を高精度で固定することが必要であり、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを得るためのミラー角度調整を容易に行うためには、非特許文献(13)に述べられているように、位相マスクと光導波路を平行に配置して、紫外線レーザー光を垂直に入射させ、2つのミラーを対称の位置に配置することが望ましい。その理由は、構成部品および光導波路の配置が対称性によってシンプルとなり、従って位置調整が容易となり、高精度の配置が可能となるからである。しかしながら、この方法では異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを得るには、図1に示すように、2つのミラーを同じ角度だけ対称に回転させ、その後、さらに光導波路の位置を2つのビームが干渉する位置へ移さなければならない。この図1では、ミラー2の回転角度、位相マスクによる2つのビームの回折角度等は理解を容易にするために誇張して表現したものであり、たて横の比率等は正確ではない。高精度の光学部品配置が要求される2光束干渉法で、高い再現性で光導波路ブラッググレーティングの作製を実現し、高い歩留まりで作製するには、光学部品の配置を変えることを極力少なくすることが必要である。本発明の課題は、従来技術に見られるように異なる波長の光導波路ブラッググレーティングを得るとき、その都度、光導波路の位置を変えるのではなく、光導波路はひとつの位置に固定して、2つのミラーを対称に回転させるだけで異なる波長の光導波路ブラッググレーティングを得ることである。 In the two-beam interference method, it is necessary to fix optical components such as a beam splitter, phase mask, and mirror and an optical waveguide with high precision, and it is easy to adjust the mirror angle to obtain optical waveguide Bragg gratings with different reflection wavelengths. As described in Non-Patent Document (13), the phase mask and the optical waveguide are arranged in parallel, the ultraviolet laser beam is incident vertically, and the two mirrors are arranged at symmetrical positions. It is desirable to do. The reason for this is that the arrangement of the component parts and the optical waveguide is simplified due to symmetry, so that the position adjustment is facilitated and a highly accurate arrangement is possible. However, in this method, in order to obtain optical waveguide Bragg gratings with different reflection wavelengths, as shown in FIG. 1, two mirrors are rotated symmetrically by the same angle, and then the two beams interfere with the position of the optical waveguide. You must move to the position where you want to go. In FIG. 1, the rotation angle of the mirror 2, the diffraction angle of the two beams by the phase mask, etc. are exaggerated for easy understanding, and the horizontal ratio is not accurate. In order to realize optical waveguide Bragg gratings with high reproducibility by using the two-beam interferometry method, which requires high-precision optical component placement, and to produce with a high yield, change the placement of optical components as much as possible. is required. The problem of the present invention is that when obtaining optical waveguide Bragg gratings of different wavelengths as seen in the prior art, instead of changing the position of the optical waveguide each time, the optical waveguide is fixed at one position and It is to obtain optical waveguide Bragg gratings of different wavelengths simply by rotating the mirror symmetrically.

この課題を解決するための本発明の基本となる理論について以下に説明し、その後、本発明の特徴について述べる。
まず、従来技術のミラー中心回転方式における光部品の配置の関係を説明し、その次に、本発明のミラー回転軸偏芯方式における光部品の配置の関係を説明する。ここで、ミラー中心回転方式とは、2つのビームを反射させるミラー上の反射位置とミラー反射角度の調整を行うためのミラー回転軸の位置がほぼ同じ位置にある構成であり、ミラー回転軸偏芯方式とは、ミラー反射角度調整のためのミラー回転軸の位置がミラー反射の位置から離れた光導波路の近傍の位置にある構成として定義する。
The theory underlying the present invention for solving this problem will be described below, and then the features of the present invention will be described.
First, the relationship of the arrangement of optical components in the conventional mirror center rotation method will be described, and then the relationship of the arrangement of optical components in the mirror rotation axis eccentricity method of the present invention will be described. Here, the mirror center rotation method is a configuration in which the reflection position on the mirror that reflects the two beams and the position of the mirror rotation axis for adjusting the mirror reflection angle are substantially the same position. The core system is defined as a configuration in which the position of the mirror rotation axis for adjusting the mirror reflection angle is in the vicinity of the optical waveguide away from the mirror reflection position.

図2は、従来技術のミラー中心回転方式(たとえば非特許文献(13))における光部品の配置である。位相マスク1に入射する紫外線レーザーは角度θで+1次光と−1次光に回折され図示するように左右に出射される。この角度θは

Figure 0004279227
である。ここでpは位相マスクの回折格子の周期で、λは照射する紫外線レーザーの波長である。位相マスク1による回折で2つのビームに分岐された±1次光は垂直方向から角度αだけ傾いたミラー2で反射され、光導波路4の位置で重なる。角度βで光導波路に入射する+1次光と角度−βで入射する−1次光が干渉し、干渉縞の間隔Λは
Figure 0004279227
で規定され、屈折率変調の周期がΛの光導波路ブラッググレーティングが形成される。実効屈折率neffの光ファイバーでは反射波長λFBGは式(11)のΛを式(9)に代入して、
Figure 0004279227
となる。図2に示すように、2つのミラーの間隔を2s、ミラー回転軸3と位相マスク1の垂直方向距離をL、ミラー回転軸3と光導波路4の垂直方向距離をL、位相マスク1と光導波路4の距離をLとし、ミラー2の回転角をαとしたとき、
Figure 0004279227
が得られ、このLの位置で2つのビームが干渉し、その位置に光導波路4を設置すれば光導波路ブラッググレーティングが形成される。この場合、位相マスク1とミラー回転軸3の間の垂直方向距離uはLである。光導波路ブラッググレーティングの反射波長λFBGは、2光束の入射角
Figure 0004279227
を式(12)に代入して、
Figure 0004279227
となる。実効屈折率neffは標準的なシングルモードファイバーSMF28では、neff=1.447である。
以上が従来技術のミラー中心回転方式における関係式である。次に、本発明のミラー回転軸偏芯方式について説明する。 FIG. 2 shows an arrangement of optical components in a conventional mirror center rotation system (for example, Non-Patent Document (13)). The ultraviolet laser incident on the phase mask 1 is diffracted into + 1st order light and −1st order light at an angle θ and emitted left and right as shown. This angle θ is
Figure 0004279227
It is. Here, p is the period of the diffraction grating of the phase mask, and λ E is the wavelength of the ultraviolet laser to be irradiated. The ± first-order light branched into two beams by diffraction by the phase mask 1 is reflected by the mirror 2 inclined by an angle α from the vertical direction and overlaps at the position of the optical waveguide 4. The + 1st order light incident on the optical waveguide at an angle β interferes with the −1st order light incident at an angle −β.
Figure 0004279227
And an optical waveguide Bragg grating having a refractive index modulation period of Λ is formed. For an optical fiber having an effective refractive index n eff , the reflection wavelength λ FBG is calculated by substituting Λ in equation (11) into equation (9),
Figure 0004279227
It becomes. As shown in FIG. 2, the distance between the two mirrors is 2 s, the vertical distance between the mirror rotation axis 3 and the phase mask 1 is L 1 , the vertical distance between the mirror rotation axis 3 and the optical waveguide 4 is L 2 , and the phase mask 1 And the distance of the optical waveguide 4 is L, and the rotation angle of the mirror 2 is α,
Figure 0004279227
The two beams interfere with each other at the position L, and an optical waveguide Bragg grating is formed by installing the optical waveguide 4 at that position. In this case, the vertical distance u between the phase mask 1 and the mirror rotating shaft 3 is L 1. The reflection wavelength λ FBG of the optical waveguide Bragg grating is the incident angle of the two beams.
Figure 0004279227
Is substituted into equation (12),
Figure 0004279227
It becomes. The effective refractive index n eff is n eff = 1.447 for a standard single mode fiber SMF28.
The above is the relational expression in the conventional mirror center rotation method. Next, the mirror rotation shaft eccentricity system of the present invention will be described.

本発明のミラー回転軸偏芯方式による光部品の配置を図3に示す。位相マスク1からミラー2の面上のビーム反射位置までの垂直方向距離をL、ビーム反射位置から光ファイバー4までの垂直方向距離をL、位相マスク1から光導波路4までの垂直方向距離をL、位相マスク1からミラー回転軸3までの垂直方向距離をu、2つのミラー回転軸の間の距離を2sとすれば、

Figure 0004279227
が成り立つから、
Figure 0004279227
が得られ、
Figure 0004279227
となり、位相マスク1と光導波路4の垂直方向距離Lは
Figure 0004279227
となり、このLの位置で2つのビームが干渉し、その位置に光導波路4を設置すれば光導波路ブラッググレーティングが形成される。式(22)でu=Lと置けばミラー中心回転方式におけるLが得られ、式(14)と同じになることが確認できる。位相マスク1と光導波路4の垂直方向距離Lは、式(22)を用いてミラー回転軸間隔の半値s、位相マスク1とミラー2のビーム反射の垂直方向距離u、ミラー回転角α、および位相マスクによる±1次光回折角度θから決まる。位相マスクの回折角θは紫外線レーザーの波長λと位相マスクの回折格子の周期pから式(10)で求められる。光導波路ブラッググレーティングの反射波長λFBGは、ミラー中心回転方式と同じように、式(15)で規定される2つのビームの光導波路への入射角βを用いて、式(16)で求まる。請求項記載の式(1)、式(3)、式(5)および式(7)は、式(22)と同じである。以下に、式(22)を用いて計算した結果を述べ、異なる波長の光導波路ブラッググレーティングを形成するためにミラーを回転させるとき、ミラー回転軸を適切な位置に偏芯させることで、光ファイバーの位置は、その都度調整する必要はなく固定して行うことが出来ることを証明する。 FIG. 3 shows the arrangement of optical components according to the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention. The vertical distance from the phase mask 1 to the beam reflection position on the surface of the mirror 2 is L 1 , the vertical distance from the beam reflection position to the optical fiber 4 is L 2 , and the vertical distance from the phase mask 1 to the optical waveguide 4 is L, if the vertical distance from the phase mask 1 to the mirror rotation axis 3 is u, and the distance between the two mirror rotation axes is 2 s,
Figure 0004279227
Because
Figure 0004279227
Is obtained,
Figure 0004279227
The vertical distance L between the phase mask 1 and the optical waveguide 4 is
Figure 0004279227
Thus, the two beams interfere with each other at the position L, and an optical waveguide Bragg grating is formed by installing the optical waveguide 4 at that position. If u = L 1 is set in Expression (22), L in the mirror center rotation method can be obtained, and it can be confirmed that it is the same as Expression (14). The vertical distance L between the phase mask 1 and the optical waveguide 4 is obtained by using equation (22), the half value s of the mirror rotation axis interval, the vertical distance u of the beam reflection between the phase mask 1 and the mirror 2, the mirror rotation angle α, and It is determined from the ± first-order light diffraction angle θ by the phase mask. The diffraction angle θ of the phase mask is obtained by the equation (10) from the wavelength λ E of the ultraviolet laser and the period p of the diffraction grating of the phase mask. The reflection wavelength λ FBG of the optical waveguide Bragg grating is obtained by Expression (16) using the incident angles β of the two beams defined by Expression (15) to the optical waveguide, as in the mirror center rotation method. The formula (1), formula (3), formula (5) and formula (7) described in the claims are the same as the formula (22). In the following, the results calculated using Equation (22) are described, and when the mirror is rotated to form optical waveguide Bragg gratings of different wavelengths, the optical axis of the optical fiber is decentered at an appropriate position when the mirror is rotated. It proves that the position can be fixed without having to adjust each time.

照射する紫外線レーザーの波長λをKrFエキシマレーザーの波長248nmとし、位相マスクの回折格子の周期pを1072.34nmとし、ミラー間隔の半値sを29.7143mmとして、いくつかの位相マスクとミラー回転軸の間の垂直方向距離uに対して、位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lを計算した結果を、図4(a)および(b)に、光導波路ブラッググレーティング反射波長λFBGおよびミラー回転角αの、位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lに対する依存性として示す。図の#1はu=L=125mmとした場合のミラー中心回転方式に対する結果である。図の#2、#3、#4、#5、#6はミラー回転軸偏芯方式に対して、それぞれu=227mm、242mm、257mm、272mm、287mmとして計算した結果である。実効屈折率neffは標準的なシングルモードファイバーSMF28に対する値neff=1.447を用いた。回折格子の周期pが1072.34nmの位相マスクを用いて、光導波路を位相マスクに近接乃至は接触させて光導波路ブラッググレーティングを形成する位相マスク法では、位相マスクの回折格子がそのまま光導波路に転写され、干渉によってグレーティング周期Λはp/2となるから、式(9)からλFBG=2×1.447×1072.34/2≒1552nmの反射波長の光導波路ブラッググレーティングが形成される。図4(a)から分るように、2光束干渉法では、この反射波長の光導波路ブラッググレーティングは位相マスクとミラーが直角になるα=0で得られる。図4(a)および(b)は反射波長λFBGを800nmから2000nmまで極度に幅広い帯域に対して計算した結果である。
図5は、光導波路ブラッググレーティングの反射波長のミラー回転角αに対する依存性を式(16)から計算して求めた結果である。反射波長λFBGは、式(16)から分るように、2光束の光導波路への入射角β=θ-2αと実効屈折率neffと紫外線レーザーの波長λで決まり、位相マスクとミラー回転軸の間の垂直方向距離uには直接的には依存しないため、ミラー中心回転方式とミラー回転軸偏芯方式で差異はなく同じである。
図4(a)および図6(b)の曲線#1から分るように、従来技術のミラー中心回転方式では、反射波長を変えるためには、位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lは大きく変えてその都度調整しなければならない。これに対して、本発明のミラー回転軸偏芯方式では、反射波長λFBGを変えても、位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lに対してほぼ一定とすることができるため、Lを調整することは不要とすることが出来る。すなわち、図の#2、#3、#4、#5、#6に示すように位相マスクとミラー回転軸の間の垂直方向距離uを変えて曲線がほぼ垂直になるように選ぶことができ、図の場合は#4のu=257mmで最も垂直に近くなって最適化され、反射波長λFBGは位相マスクと光ファイバーの垂直方向距離Lに対して依存しなくなっている。もちろん、完全に一定とすることは出来ないが、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを作製する上で位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lを調整する必要はなく、実質的にひとつの位置に固定することが可能である。
図4(a)および図4(b)を、Cバンド帯域(1530〜1570nm)を充分にカバーする1500nmから1600nmの帯域に対して拡大した結果を図6(a)および図6(b)に示す。この広い100nmの帯域幅に対して、#4のu=257mmの場合、ほぼ完全に垂直になっている。この#4に対して、横軸Lをさらに拡大した結果を図7(a)および図7(b)に示す。100nmの幅広い帯域に渡って、矢印で示すように、位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lはわずか0.0067mmしか変化していない。しかしながら、ミラー中心回転方式の#1の場合、図6(a)から、この波長幅に対して約8mm変化させなければならないことが分る。
The wavelength λ E of the irradiating ultraviolet laser is set to the wavelength 248 nm of the KrF excimer laser, the period p of the diffraction grating of the phase mask is set to 1072.34 nm, the half value s of the mirror interval is set to 29.7143 mm, and several phase masks and mirror rotations The results of calculating the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide with respect to the vertical distance u between the axes are shown in FIGS. 4A and 4B. The optical waveguide Bragg grating reflection wavelength λ FBG and the mirror rotation are shown in FIGS. The dependence of the angle α on the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide is shown. # 1 in the figure is the result for the mirror center rotation method when u = L 1 = 125 mm. In the figure, # 2, # 3, # 4, # 5, and # 6 are the results calculated for u = 227 mm, 242 mm, 257 mm, 272 mm, and 287 mm, respectively, for the mirror rotation axis eccentricity method. For the effective refractive index n eff, the value n eff = 1.447 for a standard single mode fiber SMF 28 was used. In the phase mask method in which an optical waveguide Bragg grating is formed by using a phase mask having a diffraction grating period p of 1072.34 nm and bringing the optical waveguide close to or in contact with the phase mask, the diffraction grating of the phase mask is directly used as the optical waveguide. Since the grating period Λ becomes p / 2 due to the transfer, an optical waveguide Bragg grating having a reflection wavelength of λ FBG = 2 × 1.447 × 1072.34 / 2≈1552 nm is formed from the equation (9). As can be seen from FIG. 4A, in the two-beam interference method, the optical waveguide Bragg grating of this reflection wavelength is obtained at α = 0 where the phase mask and the mirror are at right angles. FIGS. 4A and 4B show the results of calculating the reflection wavelength λ FBG for an extremely wide band from 800 nm to 2000 nm.
FIG. 5 shows the result obtained by calculating the dependence of the reflection wavelength of the optical waveguide Bragg grating on the mirror rotation angle α from the equation (16). The reflection wavelength λ FBG is determined by the incident angle β = θ−2α, the effective refractive index n eff, and the wavelength λ E of the ultraviolet laser with respect to the optical waveguide, as can be seen from the equation (16). Since there is no direct dependence on the vertical distance u between the rotation axes, there is no difference between the mirror center rotation system and the mirror rotation axis eccentricity system.
As can be seen from curve # 1 in FIGS. 4A and 6B, in the conventional mirror center rotation method, the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide is large in order to change the reflection wavelength. You have to change and adjust each time. On the other hand, in the mirror rotation axis decentering method of the present invention, even if the reflection wavelength λ FBG is changed, it can be made substantially constant with respect to the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide, so L is adjusted. Doing so can be unnecessary. That is, as shown in # 2, # 3, # 4, # 5, and # 6 in the figure, the vertical distance u between the phase mask and the mirror rotation axis can be changed so that the curve becomes almost vertical. In the case of the figure, when u = 257 mm of # 4, it is optimized so as to be almost vertical, and the reflection wavelength λ FBG does not depend on the vertical distance L between the phase mask and the optical fiber. Of course, it cannot be made completely constant, but it is not necessary to adjust the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide in order to produce optical waveguide Bragg gratings with different reflection wavelengths. It is possible to fix.
FIG. 6A and FIG. 6B show the results obtained by enlarging FIG. 4A and FIG. 4B with respect to the 1500 nm to 1600 nm band that sufficiently covers the C band band (1530 to 1570 nm). Show. With respect to this wide bandwidth of 100 nm, when u = 257 mm of # 4, it is almost completely vertical. The result of further enlarging the horizontal axis L with respect to # 4 is shown in FIGS. The vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide changes only by 0.0067 mm as shown by the arrows over a wide band of 100 nm. However, in the case of # 1 of the mirror center rotation method, it can be seen from FIG. 6A that the wavelength width must be changed by about 8 mm.

紫外線レーザーの光源としてエキシマレーザーを用いる場合、そのコヒーレント長は1mm前後あるいはそれ以下であり、充分な干渉を実現するには2つのビームの位相マスクから光導波路までの光路長の差が、このコヒーレント長1mm前後以内で重ならなければならない。1mm前後の許容量に対して、本発明のミラー回転軸偏芯方式での位相マスクと光導波路の垂直方向距離Lの変化量0.0067mmは完全に無視することができ、光導波路の位置を調整することはまったく不要である。 When an excimer laser is used as the light source of the ultraviolet laser, the coherent length is around 1 mm or less, and the difference in the optical path length from the phase mask of the two beams to the optical waveguide is sufficient for realizing sufficient interference. It must overlap within a length of around 1mm. For an allowable amount of around 1 mm, the change amount 0.0067 mm of the vertical distance L between the phase mask and the optical waveguide in the mirror rotation axis eccentricity method of the present invention can be completely ignored, and the position of the optical waveguide is No adjustment is necessary.

従来技術のミラー中心回転方式では、ミラー回転軸はミラーの略中点に配置されているが、本発明のミラー回転軸偏芯方式では、光導波路の近傍にある。ここで近傍とは、図3に示すように、ミラー回転軸を位相マスクからの垂直方向距離Lをきわめて大きく取って光導波路の位置前後まで偏芯させた位置のことである。このようにミラー回転軸を偏芯させたときに、2つのミラーで反射されたビームが交差して干渉する位置、すなわち光導波路を配置する位置は、∂L/∂α≒0となるようにuの最適値を選ぶことによって実現される。上述の計算では、2つのミラーの間の間隔の半値sを29.7143mm、位相マスクから光導波路までの距離Lを250mmとした場合、2つのミラー回転軸の位相マスクからの垂直方向距離uは257mmで最適となった。 In the mirror center rotation system of the prior art, the mirror rotation axis is arranged at the substantially middle point of the mirror, but in the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention, it is in the vicinity of the optical waveguide. Here, the vicinity means a position where the mirror rotation axis is decentered to the front and back of the position of the optical waveguide with a very large vertical distance L from the phase mask as shown in FIG. When the mirror rotation axis is decentered in this way, the position where the beams reflected by the two mirrors intersect and interfere, that is, the position where the optical waveguide is disposed is ∂L / ∂α≈0. This is realized by selecting the optimum value of u. In the above calculation, when the half value s between the two mirrors is 29.7143 mm, and the distance L from the phase mask to the optical waveguide is 250 mm, the vertical distance u from the phase mask of the two mirror rotation axes is It became optimal at 257 mm.

以上の理論から、本発明のミラー回転軸偏芯方式では、光導波路の位置調整は行わず、上述理論から計算した値に合わせてひとつの位置に固定すれば、あとはミラーを回転するだけで異なる波長の光導波路ブラッググレーティングを作製出来ることが証明された。次に、この理論に基づいて展開される本発明の特徴について述べる。 From the above theory, in the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention, the position of the optical waveguide is not adjusted, and if it is fixed at one position according to the value calculated from the above theory, then the mirror can be simply rotated. It was proved that optical waveguide Bragg gratings with different wavelengths can be fabricated. Next, the characteristics of the present invention developed based on this theory will be described.

本発明の第1の特徴は、紫外線レーザー光を、位相マスクに入射させ、位相マスクの回折現象を利用して2つのビームに分岐し、分岐された2つのビームを位相マスクから、位相マスクへの紫外線レーザー光入射軸に対して対称に出射させ、位相マスク面と略直角で対称に配置された2つのミラーで2つのビームをそれぞれ反射させ、ミラーで反射された2つのビームを光導波路の位置で交差させて2つのビームを干渉させる2光束干渉法を用いて、干渉の周期を調整するため2つのミラーを対称に回転させて、光導波路に反射波長の異なるグレーティングを形成して、反射波長の異なる光導波路ブラッググレーティングを製造する方法において、2つのミラーの回転軸を位相マスクと該光導波路の中点から偏芯させて光導波路の近傍に配置し、2つのビームが交差する位置がミラー回転角度に対して略無依存であることを特徴とするものである。
ここで位相マスク面と2つのミラーの相対角度を略直角と述べた理由は、反射波長λFBGを100nmに渡って変えた図6ではミラーの回転角はわづか±0.2度であり、また1200nmに渡って変えた図4の場合でも−6〜+2度と小さい角度であるからである。光導波路の位置をミラー回転角度に対して略無依存とすると言うことは、光導波路の位置を上述理論で求められる位置に固定すれば、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを得るためにはミラーを回転させるだけで可能となり、光導波路の位置を再調整することは不要となることを意味している。
なお、本発明の説明では、光導波路のもっとも典型的な光ファイバーに、光導波路ブラッググレーティングを形成する方法および装置を中心に説明しているが、平面導波路等の光導波路に光導波路ブラッググレーティングに形成する方法および製造にももちろん適用することが出来る。
The first feature of the present invention is that ultraviolet laser light is incident on a phase mask, is split into two beams using the diffraction phenomenon of the phase mask, and the two split beams are transferred from the phase mask to the phase mask. Are emitted symmetrically with respect to the incident axis of the ultraviolet laser light, and two beams are reflected by two mirrors arranged symmetrically at substantially right angles to the phase mask surface, and the two beams reflected by the mirrors are reflected on the optical waveguide. Using two-beam interferometry that intersects two beams by crossing at positions, two mirrors are rotated symmetrically to adjust the period of interference, and gratings with different reflection wavelengths are formed in the optical waveguide for reflection. In a method of manufacturing optical waveguide Bragg gratings with different wavelengths, the rotation axes of the two mirrors are decentered from the midpoint of the phase mask and the optical waveguide and placed in the vicinity of the optical waveguide. , In which position the two beams intersect, characterized in that it is substantially independent to the mirror rotation angle.
Here, the reason why the relative angle between the phase mask surface and the two mirrors is substantially perpendicular is that in FIG. 6 where the reflection wavelength λ FBG is changed over 100 nm, the mirror rotation angle is ± 0.2 degrees. This is because even in the case of FIG. 4 changed over 1200 nm, the angle is as small as −6 to +2 degrees. The fact that the position of the optical waveguide is substantially independent of the mirror rotation angle means that if the position of the optical waveguide is fixed at the position required by the above theory, in order to obtain an optical waveguide Bragg grating with a different reflection wavelength, This means that it becomes possible by simply rotating the lens, and it is unnecessary to readjust the position of the optical waveguide.
In the description of the present invention, the method and apparatus for forming the optical waveguide Bragg grating on the most typical optical fiber of the optical waveguide is mainly described. However, the optical waveguide Bragg grating is applied to the optical waveguide such as a planar waveguide. Of course, it can be applied to the forming method and manufacturing.

本発明の第2の特徴は、上述の第1の特徴において、位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(22)および次の式(23)を満たすuを選定してなることを特徴とするものである。

Figure 0004279227
この式は、2つのミラーを平行からα度回転させたとき、式(22)に沿って、位相マスクと光ファイバーの垂直方向距離Lを∂L/∂α=0となるように最適化した値からのズレ量ΔLに対する許容量を規定するものであり、許容される量は実験から求めなければならない。これについては後述する我々が行った実施例2で述べる。式(22)で規定されるLおよびuを選んだとき、Lのミラー回転角度αに対する依存性が式(23)を満たすようにuを選定すれば良好な光導波路ブラッググレーティングを形成することが可能となる。式(1)と式(22)は同じであり、式(2)と式(23)は同じである。 The second feature of the present invention is that, in the first feature described above, u satisfying the equation (22) and the following equation (23) in the positional relationship between the phase mask, the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide is obtained. It is characterized by being selected.
Figure 0004279227
This equation is a value obtained by optimizing the vertical distance L between the phase mask and the optical fiber so that ∂L / ∂α = 0 along the equation (22) when the two mirrors are rotated from the parallel by α degrees. The allowable amount with respect to the deviation amount ΔL is defined, and the allowable amount must be obtained from experiments. This will be described in Example 2 which was performed later. When L and u defined by equation (22) are selected, a good optical waveguide Bragg grating can be formed if u is selected so that the dependency of L on the mirror rotation angle α satisfies equation (23). It becomes possible. Expressions (1) and (22) are the same, and expressions (2) and (23) are the same.

本発明の第3の特徴は、上述の第1の特徴において、位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(22)および次の式(24)を満たすuを選定してなることを特徴とするものである。

Figure 0004279227
この式は、2つのミラーを平行からα度回転させたとき、式(22)に沿って、位相マスクと光ファイバーの垂直方向距離Lを∂L/∂α=0となるように最適化した条件において、位相マスクと光導波路の垂直方向距離uに対する許容量を規定するものであり、許容される量は実験から求めなければならない。これについては後述する我々が行った実施例2で述べる。式(22)で規定されるLおよびuを選んだとき、Lのミラー回転角度αに対する依存性が式(24)を満たすようにuを選定すれば良好な光導波路ブラッググレーティングを形成することが可能となる。式(3)と式(22)は同じであり、式(4)と式(24)は同じである。 According to a third feature of the present invention, in the first feature described above, u satisfying Expression (22) and the following Expression (24) is satisfied in the positional relationship between the phase mask, the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. It is characterized by being selected.
Figure 0004279227
This equation is a condition in which the vertical distance L between the phase mask and the optical fiber is optimized so that ∂L / ∂α = 0 along the equation (22) when the two mirrors are rotated from the parallel by α degrees. In this example, an allowable amount with respect to the vertical distance u between the phase mask and the optical waveguide is defined, and the allowable amount must be obtained from an experiment. This will be described in Example 2 which was performed later. When L and u defined by equation (22) are selected, a good optical waveguide Bragg grating can be formed if u is selected so that the dependency of L on the mirror rotation angle α satisfies equation (24). It becomes possible. Expressions (3) and (22) are the same, and expressions (4) and (24) are the same.

本発明の第4の特徴は、上述の第1の特徴を実現する光導波路ブラッググレーティング製造装置に関するものである。これによって高性能の光導波路ブラッググレーティングの作製を高い再現性で実現し、高い歩留まりで作製することが可能となる。 A fourth feature of the present invention relates to an optical waveguide Bragg grating manufacturing apparatus that realizes the first feature described above. As a result, a high-performance optical waveguide Bragg grating can be manufactured with high reproducibility and can be manufactured with a high yield.

本発明の第5の特徴は、上述の第4の特徴において、位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(22)および次の式(25)を満たすuを選定してなることを特徴とするものである。

Figure 0004279227
この式は、2つのミラーを平行からα度回転させたとき、式(22)に沿って、位相マスクと光ファイバーの垂直方向距離Lを∂L/∂α=0となるように最適化した値からのズレ量ΔLに対する許容量を規定するものであり、許容される量は実験から求めなければならない。これについては後述する我々が行った実施例2で述べる。式(22)で規定されるLおよびuを選んだとき、Lのミラー回転角度αに対する依存性が式(25)を満たすようにuを選定すれば良好な光導波路ブラッググレーティングを形成することが可能となる。式(5)と式(22)は同じであり、式(6)と式(25)は同じである。 According to a fifth feature of the present invention, in the fourth feature described above, u satisfying Expression (22) and the following Expression (25) is satisfied in the positional relationship between the phase mask, the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. It is characterized by being selected.
Figure 0004279227
This equation is a value obtained by optimizing the vertical distance L between the phase mask and the optical fiber so that ∂L / ∂α = 0 along the equation (22) when the two mirrors are rotated from the parallel by α degrees. The allowable amount with respect to the deviation amount ΔL is defined, and the allowable amount must be obtained from experiments. This will be described in Example 2 which was performed later. When L and u defined by Expression (22) are selected, a good optical waveguide Bragg grating can be formed if u is selected so that the dependency of L on the mirror rotation angle α satisfies Expression (25). It becomes possible. Expressions (5) and (22) are the same, and expressions (6) and (25) are the same.

本発明の第6の特徴は、上述の第4の特徴において、位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(22)および次の式(26)を満たすuを選定してなることを特徴とするものである。

Figure 0004279227
この式は、2つのミラーを平行からα度回転させたとき、式(22)に沿って、位相マスクと光ファイバーの垂直方向距離Lを∂L/∂α=0となるように最適化した条件において、位相マスクと光導波路の垂直方向距離uに対する許容量を規定するものであり、許容される量は実験から求めなければならない。これについては後述する我々が行った実施例2で述べる。式(22)で規定されるLおよびuを選んだとき、Lのミラー回転角度αに対する依存性が式(26)を満たすようにuを選定すれば良好な光導波路ブラッググレーティングを形成することが可能となる。式(7)と式(22)は同じであり、式(8)と式(26)は同じである。 The sixth feature of the present invention is that in the fourth feature described above, u satisfying Expression (22) and the following Expression (26) is satisfied in the positional relationship between the phase mask, the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. It is characterized by being selected.
Figure 0004279227
This equation is a condition in which the vertical distance L between the phase mask and the optical fiber is optimized so that ∂L / ∂α = 0 along the equation (22) when the two mirrors are rotated from the parallel by α degrees. In this example, an allowable amount with respect to the vertical distance u between the phase mask and the optical waveguide is defined, and the allowable amount must be obtained from an experiment. This will be described in Example 2 which was performed later. When L and u defined by equation (22) are selected, a good optical waveguide Bragg grating can be formed if u is selected so that the dependency of L on the mirror rotation angle α satisfies equation (26). It becomes possible. Expressions (7) and (22) are the same, and Expressions (8) and (26) are the same.

なお、位相マスクから回折される光は、通常、±1次光だけでなく、強度は弱いが0次光および±2次光、±3次光等の高次回折光も回折される。高次回折光は装置の外へ出射され捨てられるのでファイバーグレーティング作製に影響しない。0次光は光ファイバーに照射されるが、この場合、2つのミラーの中間に遮蔽物を置くことで簡単にかつ容易にその影響を除去することができる。 Note that the light diffracted from the phase mask is usually diffracted not only with ± first-order light but also with high-order diffracted light such as zero-order light, ± second-order light, and ± third-order light, although the intensity is weak. Since the high-order diffracted light is emitted outside the apparatus and discarded, it does not affect the fiber grating fabrication. The zero-order light is irradiated onto the optical fiber. In this case, the influence can be easily and easily removed by placing a shielding object between the two mirrors.

紫外線レーザー光を、位相マスクに入射させ、その回折現象を利用して2つのビームに分岐し、位相マスクへの紫外線レーザー光入射軸に対して対称に、位相マスク面と略直角で対称に配置された2つのミラーで2つのビームをそれぞれ反射させ、2つのビームを光導波路の位置で交差させて2つのビームを干渉させ、2つのミラーを対称に回転させて干渉の周期を調整し、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを光導波路に形成する光導波路ブラッググレーティングを製造する方法において、従来技術のミラー中心回転方式では、異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを得るためミラー角度を変えるとき、その都度、光導波路の位置を変えて、2つのビームが干渉する位置へ調整しなければならない。これに対して、2つのミラーの回転軸を位相マスクと光導波路の中点から偏芯させて光導波路の近傍に配置し、2つのビームが交差する位置がミラー回転角度に対して略無依存とする本発明のミラー回転軸偏芯方式によれば、光導波路の位置を変えることはまったく不要であり、ミラー回転角度を変えるだけで異なる反射波長の光導波路ブラッググレーティングを高い精度で得ることが可能である。このとき、ミラー回転軸を偏芯させた位置は、式(22)で規定されるLに対して、式(23)または式(24)を満たすようにuを選べば、良好な光導波路ブラッググレーティングを高い精度で作製することが可能となる。
2光束干渉法では、ビームスプリッタ−、位相マスク、ミラー等の光学部品および光導波路を高精度で配置することが必要であり、高い再現性で光導波路ブラッググレーティング作製を実現し、高い歩留まりで作製するには、光学部品の配置を変えることを極力避けることが必要である。本発明のミラー回転軸偏芯方式を採用すれば、光導波路の位置が固定されているため、高い再現性を実現し、高い歩留まりで光導波路ブラッググレーティングを作製することが可能となる。
さらに、本発明のミラー回転軸偏芯方式に基づく光導波路ブラッググレーティング作製装置では、光導波路の位置を変えるための駆動機構やその制御等が不要となり、装置の部品点数を少なくすることが可能となり、装置をシンプルにすることが可能となり、装置の作製コストも節減できる。
Ultraviolet laser light is incident on the phase mask, and is split into two beams using the diffraction phenomenon, symmetrically arranged with respect to the ultraviolet laser light incident axis to the phase mask and symmetrically at a right angle to the phase mask surface. The two mirrors reflect the two beams respectively, the two beams intersect at the position of the optical waveguide, the two beams interfere, the two mirrors rotate symmetrically, and the period of interference is adjusted to be different. In a method of manufacturing an optical waveguide Bragg grating in which an optical waveguide Bragg grating having a reflection wavelength is formed on the optical waveguide, the mirror center rotation method of the prior art changes the mirror angle to obtain an optical waveguide Bragg grating having a different reflection wavelength. Each time, the position of the optical waveguide must be changed and adjusted so that the two beams interfere with each other. On the other hand, the rotation axis of the two mirrors is decentered from the midpoint of the phase mask and the optical waveguide and arranged in the vicinity of the optical waveguide, and the position where the two beams intersect is substantially independent of the mirror rotation angle. According to the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention, it is not necessary to change the position of the optical waveguide at all, and it is possible to obtain optical waveguide Bragg gratings having different reflection wavelengths with high accuracy simply by changing the mirror rotation angle. Is possible. At this time, if the position where the mirror rotation axis is decentered is selected so as to satisfy Expression (23) or Expression (24) with respect to L defined by Expression (22), a good optical waveguide Bragg The grating can be manufactured with high accuracy.
In the two-beam interference method, optical components such as beam splitters, phase masks, mirrors, and optical waveguides need to be arranged with high precision, and optical waveguide Bragg gratings can be manufactured with high reproducibility and manufactured with high yield. Therefore, it is necessary to avoid changing the arrangement of the optical components as much as possible. If the mirror rotation axis eccentricity method of the present invention is adopted, the position of the optical waveguide is fixed, so that high reproducibility can be realized and an optical waveguide Bragg grating can be manufactured with a high yield.
Furthermore, in the optical waveguide Bragg grating manufacturing apparatus based on the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention, the drive mechanism for changing the position of the optical waveguide and its control become unnecessary, and the number of parts of the apparatus can be reduced. The device can be simplified, and the manufacturing cost of the device can be reduced.

本発明の最良の形態は、図3のように配置する位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光ファイバーの位置関係において、式(22)で規定されるLが、ミラー回転角度αを変えたとき、∂L/∂α≒0となるようにuを選ぶことによって実現される。我々は、このことを満たすように設計して光導波路ブラッググレーティング製造装置を作製した。
このようにして作製した装置で、我々はファイバーブラッググレーティング作製の実験を行い、本発明の効果を確認した。以下にその実験結果について述べる。
In the best mode of the present invention, in the positional relationship of the phase mask, the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical fiber arranged as shown in FIG. 3, L defined by Equation (22) changes the mirror rotation angle α. Is realized by selecting u so that ∂L / ∂α≈0. We designed the optical waveguide Bragg grating manufacturing equipment to meet this requirement.
With the apparatus manufactured in this way, we conducted an experiment for manufacturing a fiber Bragg grating and confirmed the effect of the present invention. The experimental results are described below.

作製したファイバーブラッググレーティング製造装置では、図3のように位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸、光ファイバーを配置した。用いた位相マスクの回折格子周期pは1072.34nmである。2つのミラーの回転軸の間隔の半値sは29.7143mmで、位相マスクとミラー回転軸の間の垂直方向距離uは257mmである。光ファイバーの位置は、位相マスクからの垂直方向距離Lが250mmの位置に固定した。なお、ミラー2とミラー回転軸3を結ぶ線は、図3では光ファイバー4と交差しているが、これらを配置する装置の構成で、ミラーの回転軸機構は、図3の紙面と垂直方向に高さを変えることで配置すれば、互いに干渉することはない。これらの位置関係は、本発明のミラー回転軸偏芯方式の式(22)で∂L/∂α=0となるように設計して決定した。
使用した紫外線レーザーは波長λが248nmのKrFエキシマレーザー(ラムダフィジックス社製Compex−102MJ、不安定共振器付き)で、出射ビームは7.5mm×7.5mmのスリットで整形し、以下の実験では出射エネルギー密度は30mJ/(7.5mm×7.5mm)で、20Hzのくり返し周波数とした。作製したファイバーブラッググレーティングの長さはスリットの幅で決まり、7.5mmである。使用した光ファイバーは最も標準的なシングルモードファイバーSMF28で、エキシマレーザー光に対する感光性を高めるために、実験に先立って、100気圧の水素ガス雰囲気に室温で10日間保持し、水素ローディング処理を施した。ファイバーブラッググレーティング製造装置への入射では、焦点距離451.9mmのシリンドリカルレンズで絞った後、図3の5のように入射させた。シリンドリカルレンズによる絞りは、位相マスクで2つに分岐されたビームの面および入射エキシマレーザー光の光軸と垂直方向に絞り、単位面積あたりのエネルギーを光ファイバーの位置で約12倍に高めた。位相マスクから回折される0次光は、2つのミラーの中間に遮蔽物を置くことでその影響を除去した。
実験では、光ファイバーの位置は変えずに位相マスクからの距離Lを250mmの位置に固定して、ミラー回転角度αだけを変えて7個のファイバーブラッググレーティングを作製した。ファイバーブラッググレーティングの反射および透過スペクトルは、光ファイバーにASE光源(ファイバーラボ社製ASE−FL7701光源)の光を入れ、2台のスペクトラムアナライザー(アドバンテスト社製Q8384)でそれぞれ測定した。エキシマレーザー光は2.5分間照射した。
実験で得られた7個のファイバーブラッググレーティングの透過スペクトルを図8(a)に、反射スペクトルを図8(b)に示す。ミラー回転角度αと反射波長λ(実験値、および式(15)と式(16)で計算した理論値)を表1に示す。図9は反射波長λFBGのミラー回転角度αに対する依存性で、●印が実験値で、実線が理論値である。我々が作製した装置では、ミラー回転角度αは反射波長λFBG=800nm〜2000nmまで対応する範囲は充分に変えることができるが、透過および反射のスペクトルを見るために用いた光源(ファイバーラボ社製ASE−FL7701光源)が1500〜1620nmの範囲の波長の光しか出力しないため、この範囲の中で7個のファイバーブラッググレーティングを作製した。図9および表1から分るように、反射波長の実験値と理論値の差のバラツキは7個のファイバーブラッググレーティングの間でわずか0.15nmと非常に高精度で作製することが出来た。透過阻止量の深さは図8(a)のように異なるファイバーブラッググレーティングの間で約5dBの間にばらついているが、これはレーザーの照射時間を調整すれば一様にすることは、本発明による装置では容易に可能である。

Figure 0004279227
本実施例の実験により、ミラー回転軸偏芯方式のファイバーブラッググレーティング形成装置を作製して、光ファイバー位置を固定して、ミラー回転角だけを変えて異なる反射波長のファイバーブラッググレーティングが高い波長精度で作製できると言う本発明の方法の有効性が、充分に実証された。 In the manufactured fiber Bragg grating manufacturing apparatus, a phase mask, two mirrors, a mirror rotation axis, and an optical fiber were arranged as shown in FIG. The diffraction grating period p of the used phase mask is 1072.34 nm. The half value s of the distance between the rotation axes of the two mirrors is 29.7143 mm, and the vertical distance u between the phase mask and the mirror rotation axis is 257 mm. The position of the optical fiber was fixed at a position where the vertical distance L from the phase mask was 250 mm. Note that the line connecting the mirror 2 and the mirror rotation axis 3 intersects the optical fiber 4 in FIG. 3, but in the configuration of the apparatus in which these are arranged, the mirror rotation axis mechanism is perpendicular to the paper surface of FIG. If arranged by changing the height, they will not interfere with each other. These positional relationships were determined by designing so that ∂L / ∂α = 0 in the formula (22) of the mirror rotation axis eccentricity system of the present invention.
The ultraviolet laser used was a KrF excimer laser with a wavelength λ E of 248 nm (Compex-102MJ manufactured by Lambda Physics, with unstable resonator), and the emitted beam was shaped with a 7.5 mm x 7.5 mm slit, and the following experiment Then, the emission energy density was 30 mJ / (7.5 mm × 7.5 mm), and the repetition frequency was 20 Hz. The length of the produced fiber Bragg grating is determined by the width of the slit and is 7.5 mm. The optical fiber used was the most standard single mode fiber SMF28, and in order to increase the sensitivity to excimer laser light, prior to the experiment, it was kept in a hydrogen gas atmosphere at 100 atm for 10 days at room temperature and subjected to hydrogen loading treatment. . In the incidence to the fiber Bragg grating manufacturing apparatus, after being squeezed with a cylindrical lens having a focal length of 451.9 mm, it was incident as shown in FIG. The aperture by the cylindrical lens was stopped in the direction perpendicular to the plane of the beam branched into two by the phase mask and the optical axis of the incident excimer laser beam, and the energy per unit area was increased about 12 times at the position of the optical fiber. The influence of the 0th-order light diffracted from the phase mask was removed by placing a shield between the two mirrors.
In the experiment, the distance L from the phase mask was fixed at a position of 250 mm without changing the position of the optical fiber, and only the mirror rotation angle α was changed to produce seven fiber Bragg gratings. The reflection and transmission spectra of the fiber Bragg grating were measured with two spectrum analyzers (Q8384 manufactured by Advantest Co., Ltd.) by putting light of an ASE light source (ASE-FL7701 light source manufactured by Fiber Lab Co., Ltd.) into the optical fiber. Excimer laser light was irradiated for 2.5 minutes.
FIG. 8A shows the transmission spectrum of the seven fiber Bragg gratings obtained in the experiment, and FIG. 8B shows the reflection spectrum. Table 1 shows the mirror rotation angle α and the reflection wavelength λ E (experimental values and theoretical values calculated by the equations (15) and (16)). FIG. 9 shows the dependence of the reflection wavelength λ FBG on the mirror rotation angle α, where the ● mark is an experimental value and the solid line is a theoretical value. In the device we fabricated, the mirror rotation angle α can be varied sufficiently in the corresponding range from the reflection wavelength λ FBG = 800 nm to 2000 nm, but the light source used to see the transmission and reflection spectra (manufactured by Fiber Labs) Since the ASE-FL7701 light source) only outputs light having a wavelength in the range of 1500 to 1620 nm, seven fiber Bragg gratings were produced within this range. As can be seen from FIG. 9 and Table 1, the variation in the difference between the experimental value and the theoretical value of the reflection wavelength was as low as 0.15 nm among the seven fiber Bragg gratings, and it was possible to fabricate with very high accuracy. The depth of the transmission blocking amount varies between about 5 dB between different fiber Bragg gratings as shown in FIG. 8A, but this can be made uniform by adjusting the laser irradiation time. It is easily possible with the device according to the invention.
Figure 0004279227
According to the experiment of the present embodiment, a fiber Bragg grating forming device of the mirror rotation axis eccentricity type is manufactured, the position of the optical fiber is fixed, and only the mirror rotation angle is changed, so that the fiber Bragg gratings of different reflection wavelengths have high wavelength accuracy. The effectiveness of the method of the present invention that it can be produced has been fully demonstrated.

光ファイバーの位置は、実施例1では位相マスクからの垂直方向距離Lが250mmの位置に固定したが、本実施例ではこの最適化された光ファイバーの位置を意図的に変化させて、ファイバーブラッググレーティングの強さ、すなわち透過阻止量がどのように変化するかを実験し、その感度を調べた。
実験では、ミラー回転角度αは0.019度に設定し、光ファイバーの位相マスクからの垂直方向距離Lを最適値の250mmを基準にして−2.5mm〜3.5mmの範囲でオフセットさせてファイバーブラッググレーティングを作製した。エキシマレーザーは実施例1と同じエネルギーおよび同じくり返し周波数とし、照射時間は3分間とした。その結果を図10に示す。ここで、オフセット量ΔLは光ファイバーの位置が位相マスクから遠ざかる方向を+に、近づく方向を−に取った。このオフセット量ΔLがゼロでは、透過阻止量が−34dBの強いファイバーブラッググレーティングを作製することができた。この状態からオフセット量ΔLを変化させたとき、ΔLが±2mm以上あれば透過阻止量は約−10dBより浅くなったが、ΔLが±1mm以下であれば深いファイバーブラッググレーティングが作製できることが分った。
この実験から、我々の装置では光ファイバーの位相マスクからの垂直方向距離Lに対する最適値からのズレの許容量は、±1mm以下であることが分った。この実験結果は、理論計算の図6(a)において、横軸のLで最適化した値からのズレΔLが±1mmの範囲にあれば良好なファイバーブラッググレーティングが作製できることを意味している。これに対応するミラー回転角αは、図6(b)からΔα=±0.2度である。従って、Lは250mmであるから、Lに許容される範囲は

Figure 0004279227
と表される。このことは、ミラー回転軸の位置に関しては、位相マスクからミラー回転軸uに対して、我々の前述理論計算と実験ではu=257mmであるから、許容範囲ΔLに対して
Figure 0004279227
とも表すことが出来る。
ここで求めたLの許容量ΔLは、2つのビームの干渉しやすさに依存しており、これは使用する紫外線レーザーのコヒーレント長に比例する(非特許文献(17))。エキシマレーザーのコヒーレント長は数mmあるいはそれ以下であり、ファイバーブラッググレーティング作製に用いられる他の紫外線レーザー、例えば波長244nmのアルゴンイオンレーザーではその約10倍のコヒーレント長を有しており、この場合は、Lの許容量ΔLは約10倍となり、式(27)の約10倍の
Figure 0004279227
が許容量となる。同じように式(28)の許容範囲も約10倍となり、u/Lが1.028±0.04の範囲にあればよいことになる。これはLに対する許容量であるばかりでなく、uに対する許容量でもあるため、
Figure 0004279227
となる。式(29)は式(23)および式(25)と同じで、式(30)は式(24)および式(26)と同じである。
本実施例の実験により、光ファイバーの位置およびミラー回転軸の位置が上述の範囲内にあれば、ミラー回転角だけを変えて異なる反射波長のファイバーブラッググレーティングが高い波長精度で作製できると言う本発明の方法の有効性が実証された。 In the first embodiment, the position of the optical fiber is fixed at a position where the vertical distance L from the phase mask is 250 mm. However, in this embodiment, the position of the optical fiber is intentionally changed to change the position of the fiber Bragg grating. An experiment was conducted to examine how the strength, that is, the amount of transmission blocking changes, and the sensitivity was examined.
In the experiment, the mirror rotation angle α is set to 0.019 degrees, and the vertical distance L from the optical fiber phase mask is offset within the range of −2.5 mm to 3.5 mm with reference to the optimum value of 250 mm. A Bragg grating was produced. The excimer laser had the same energy and frequency as in Example 1, and the irradiation time was 3 minutes. The result is shown in FIG. Here, the offset amount ΔL is defined as + in the direction in which the position of the optical fiber moves away from the phase mask, and in the direction in which it approaches. When this offset amount ΔL was zero, a strong fiber Bragg grating with a transmission blocking amount of −34 dB could be produced. When the offset amount ΔL is changed from this state, if ΔL is ± 2 mm or more, the transmission blocking amount is shallower than about −10 dB, but if ΔL is ± 1 mm or less, a deep fiber Bragg grating can be produced. It was.
From this experiment, it was found that the allowable amount of deviation from the optimum value with respect to the vertical distance L from the optical fiber phase mask in our apparatus is ± 1 mm or less. This experimental result means that in FIG. 6A of the theoretical calculation, a good fiber Bragg grating can be produced if the deviation ΔL from the value optimized by L on the horizontal axis is within a range of ± 1 mm. The mirror rotation angle α corresponding to this is Δα = ± 0.2 degrees from FIG. 6B. Therefore, since L is 250 mm, the allowable range for L is
Figure 0004279227
It is expressed. This is because, with respect to the position of the mirror rotation axis, from the phase mask to the mirror rotation axis u, in our previous theoretical calculation and experiment, u = 257 mm.
Figure 0004279227
Can also be expressed.
The permissible amount ΔL of L obtained here depends on the ease of interference between the two beams, which is proportional to the coherent length of the ultraviolet laser used (Non-patent Document (17)). The excimer laser has a coherent length of a few millimeters or less, and other ultraviolet lasers used to fabricate fiber Bragg gratings, such as an argon ion laser with a wavelength of 244 nm, have a coherent length of about 10 times that. , L allowance ΔL is about 10 times, about 10 times that of Equation (27)
Figure 0004279227
Is the allowable amount. Similarly, the allowable range of equation (28) is about 10 times, and u / L should be in the range of 1.028 ± 0.04. Not only is this a tolerance for L, but also a tolerance for u,
Figure 0004279227
It becomes. Formula (29) is the same as Formula (23) and Formula (25), and Formula (30) is the same as Formula (24) and Formula (26).
According to the experiment of the present embodiment, when the position of the optical fiber and the position of the mirror rotation axis are within the above-mentioned range, it is said that the fiber Bragg grating having different reflection wavelengths can be manufactured with high wavelength accuracy by changing only the mirror rotation angle. The effectiveness of this method was demonstrated.

従来技術の2光束干渉法を用いて光導波路ブラッググレーティングを製造する場合のミラー回転と光導波路の位置調整を示す図である。It is a figure which shows mirror rotation and the position adjustment of an optical waveguide in the case of manufacturing an optical waveguide Bragg grating using the 2 light beam interference method of a prior art. 従来技術の2光束干渉法のミラー中心回転方式における光学部品および光導波路の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the optical component and optical waveguide in the mirror center rotation system of the 2 light beam interference method of a prior art. 本発明の2光束干渉法のミラー回転軸偏芯方式における光学部品および光導波路の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the optical component and optical waveguide in the mirror rotating shaft eccentricity system of the 2 light beam interference method of this invention. 光導波路ブラッググレーティングの反射波長(a)およびミラー回転角(b)の位相マスクと光導波路の垂直方向距離に対する依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence with respect to the perpendicular direction distance of a phase mask and an optical waveguide of the reflection wavelength (a) and mirror rotation angle (b) of an optical waveguide Bragg grating. ファイバーブラッググレーティングの反射波長のミラー回転角に対する依存性を示す図である。It is a figure which shows the dependence with respect to the mirror rotation angle of the reflective wavelength of a fiber Bragg grating. 図4を拡大した図である。FIG. 5 is an enlarged view of FIG. 4. 図6の#4に対してさらに拡大した図である。It is the figure further expanded with respect to # 4 of FIG. 本発明のファイバーブラッググレーティング製造方法に基づく製造装置で作製したファイバーブラッググレーティングの透過スペクトル(a)および反射スペクトル(b)を示す図である。It is a figure which shows the transmission spectrum (a) and reflection spectrum (b) of the fiber Bragg grating produced with the manufacturing apparatus based on the fiber Bragg grating manufacturing method of this invention. 図8のファイバーブラッググレーティング反射波長のミラー回転角依存性を示す図である。It is a figure which shows the mirror rotation angle dependence of the fiber Bragg grating reflection wavelength of FIG. 本発明のファイバーブラッググレーティング製造装置で、光ファイバーの位置を意図的にオフセットさせたときのファイバーブラッググレーティングの透過阻止量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the transmission blocking amount of a fiber Bragg grating when the position of an optical fiber is intentionally offset in the fiber Bragg grating manufacturing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 位相マスク
2 ミラー
3 ミラー回転軸
4 光導波路
5 紫外線レーザー光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase mask 2 Mirror 3 Mirror rotation axis 4 Optical waveguide 5 Ultraviolet laser beam

Claims (6)

紫外線レーザー光を、位相マスクに入射させ、位相マスクの回折現象を利用して2つのビームに分岐し、分岐された2つのビームを位相マスクから、位相マスクへの紫外線レーザー光入射軸に対して対称に出射させ、位相マスク面と略直角で対称に配置された2つのミラーで2つのビームをそれぞれ反射させ、ミラーで反射された2つのビームを光導波路の位置で交差させて2つのビームを干渉させる2光束干渉法を用いて、干渉の周期を調整するため2つのミラーを対称に回転させて、光導波路に反射波長の異なるグレーティングを形成して、反射波長の異なる光導波路ブラッググレーティングを製造する方法において、
2つのミラーの回転軸を位相マスクと該光導波路の中点から偏芯させて光導波路の近傍に配置し、2つのビームが交差する位置がミラー回転角度に対して略無依存であることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造方法。
Ultraviolet laser light is incident on the phase mask, and is split into two beams using the diffraction phenomenon of the phase mask. The two split beams are output from the phase mask to the ultraviolet laser light incident axis to the phase mask. The two beams are reflected by two mirrors that are emitted symmetrically and arranged symmetrically at substantially right angles to the phase mask surface, and the two beams reflected by the mirrors are crossed at the position of the optical waveguide to obtain the two beams. Using two-beam interferometry to interfere, rotate two mirrors symmetrically to adjust the period of interference to form gratings with different reflection wavelengths in the optical waveguide to produce optical waveguide Bragg gratings with different reflection wavelengths In the way to
The rotational axis of the two mirrors is decentered from the center point of the phase mask and the optical waveguide, and is arranged in the vicinity of the optical waveguide, and the position where the two beams intersect is substantially independent of the mirror rotation angle. A method for manufacturing a featured optical waveguide Bragg grating.
請求項1記載の位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(1)および式(2)を満たすuを選定してなることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造方法。
Figure 0004279227
ここで、位相マスクと光導波路はLの距離をおいて平行に配置され、紫外線レーザーは位相マスクに略直角に入射され、θは位相マスクによる±1次回折光の出射角であり、αはミラーの回転角度で位相マスクと直角方向からの角度であり、uは位相マスクとミラー回転軸の垂直方向距離であり、sは2つのミラーの回転軸の間隔の半値である。
An optical waveguide Bragg grating comprising: the phase mask according to claim 1; and u satisfying the expressions (1) and (2) in the positional relationship between the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. Production method.
Figure 0004279227
Here, the phase mask and the optical waveguide are arranged in parallel at a distance of L, the ultraviolet laser is incident on the phase mask at a substantially right angle, θ is an emission angle of ± first-order diffracted light by the phase mask, and α is a mirror Is the angle from the direction perpendicular to the phase mask, u is the vertical distance between the phase mask and the mirror rotation axis, and s is half the distance between the rotation axes of the two mirrors.
請求項1記載の位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(3)および式(4)を満たすuを選定してなることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造方法。
Figure 0004279227
ここで、位相マスクと光導波路はLの距離をおいて平行に配置され、紫外線レーザーは位相マスクに略直角に入射され、θは位相マスクによる±1次回折光の出射角であり、αはミラーの回転角度で位相マスクと直角方向からの角度であり、uは位相マスクとミラー回転軸の垂直方向距離であり、sは2つのミラーの回転軸の間隔の半値である。
An optical waveguide Bragg grating comprising: the phase mask according to claim 1; and u satisfying the expressions (3) and (4) in the positional relationship between the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. Production method.
Figure 0004279227
Here, the phase mask and the optical waveguide are arranged in parallel at a distance of L, the ultraviolet laser is incident on the phase mask at a substantially right angle, θ is an emission angle of ± first-order diffracted light by the phase mask, and α is a mirror Is the angle from the direction perpendicular to the phase mask, u is the vertical distance between the phase mask and the mirror rotation axis, and s is half the distance between the rotation axes of the two mirrors.
紫外線レーザー光を、位相マスクに入射させ、位相マスクの回折現象を利用して2つのビームに分岐し、分岐された2つのビームを位相マスクから、位相マスクへの紫外線レーザー光入射軸に対して対称に出射させ、位相マスク面と略直角で対称に配置された2つのミラーで2つのビームをそれぞれ反射させ、ミラーで反射された2つのビームを光導波路の位置で交差させて2つのビームを干渉させる2光束干渉法を用いて、干渉の周期を調整するため2つのミラーを対称に回転させて、光導波路に反射波長の異なるグレーティングを形成して、反射波長の異なる光導波路ブラッググレーティングを製造する装置において、2つのミラーの回転軸を位相マスクと該光導波路の中点から偏芯させて光導波路の近傍に配置し、2つのビームが交差する位置がミラー回転角度に対して略無依存であることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造装置。 Ultraviolet laser light is incident on the phase mask, and is split into two beams using the diffraction phenomenon of the phase mask. The two split beams are output from the phase mask to the ultraviolet laser light incident axis to the phase mask. The two beams are reflected by two mirrors that are emitted symmetrically and arranged symmetrically at substantially right angles to the phase mask surface, and the two beams reflected by the mirrors are crossed at the position of the optical waveguide to obtain the two beams. Using two-beam interferometry to interfere, rotate two mirrors symmetrically to adjust the period of interference to form gratings with different reflection wavelengths in the optical waveguide to produce optical waveguide Bragg gratings with different reflection wavelengths In the apparatus, the rotation axes of the two mirrors are decentered from the midpoint of the phase mask and the optical waveguide and arranged in the vicinity of the optical waveguide, and the two beams intersect. An optical waveguide Bragg grating fabrication apparatus characterized by that position is substantially independent to the mirror rotation angle. 請求項4記載の位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(5)および式(6)を満たすuを選定してなることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造装置。
Figure 0004279227
ここで、位相マスクと光導波路はLの距離をおいて平行に配置され、紫外線レーザーは位相マスクに略直角に入射され、θは位相マスクによる±1次回折光の出射角であり、αはミラーの回転角度で位相マスクと直角方向からの角度であり、uは位相マスクとミラー回転軸の垂直方向距離であり、sは2つのミラーの回転軸の間隔の半値である。
An optical waveguide Bragg grating comprising: the phase mask according to claim 4; and u satisfying the expressions (5) and (6) in the positional relationship between the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. Manufacturing equipment.
Figure 0004279227
Here, the phase mask and the optical waveguide are arranged in parallel at a distance of L, the ultraviolet laser is incident on the phase mask at a substantially right angle, θ is an emission angle of ± first-order diffracted light by the phase mask, and α is a mirror Is the angle from the direction perpendicular to the phase mask, u is the vertical distance between the phase mask and the mirror rotation axis, and s is half the distance between the rotation axes of the two mirrors.
請求項4記載の位相マスク、2つのミラー、ミラー回転軸および光導波路の位置関係において、式(7)および式(8)を満たすuを選定してなることを特徴とする光導波路ブラッググレーティングの製造装置。
Figure 0004279227
ここで、位相マスクと光導波路はLの距離をおいて平行に配置され、紫外線レーザーは位相マスクに略直角に入射され、θは位相マスクによる±1次回折光の出射角であり、αはミラーの回転角度で位相マスクと直角方向からの角度であり、uは位相マスクとミラー回転軸の垂直方向距離であり、sは2つのミラーの回転軸の間隔の半値である。
An optical waveguide Bragg grating comprising: a phase mask according to claim 4; and u satisfying the expressions (7) and (8) in the positional relationship between the two mirrors, the mirror rotation axis, and the optical waveguide. Manufacturing equipment.
Figure 0004279227
Here, the phase mask and the optical waveguide are arranged in parallel at a distance of L, the ultraviolet laser is incident on the phase mask at a substantially right angle, θ is an emission angle of ± first-order diffracted light by the phase mask, and α is a mirror Is the angle from the direction perpendicular to the phase mask, u is the vertical distance between the phase mask and the mirror rotation axis, and s is half the distance between the rotation axes of the two mirrors.
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