JPH08201609A - チャープトファイバグレーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射光の反射波長域が１ｎｍから２０ｎｍ程
度までの広い反射特性を持つチャープトファイバグレー
ティングを容易に製造できるようにする。 【構成】 光ファイバのファイバ径、コア径、コア屈折
率などの導波構造を光ファイバの長さ方向に局所的に連
続的に変化させておき、この部分に従来のグレーティン
グ周期が一定のグレーティングを干渉法やホトマスク法
によって形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反射光の反射波長域
が広いチャープトファイバグレーティングに関し、その
製造が容易に行えるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ファイバグレーティングとは、光ファイ
バの長さ方向に、一定の周期的な変化、例えば屈折率の
周期的変化やコア径の周期的変化を形成したものであ
る。そして、この周期的変化の周期（以下、グレーティ
ング周期と言うことがある。）（Λ）とこの光ファイバ
に入射した光のファイバ内での伝搬光の波長（λｇ）と
の間にλｇ＝２Λの関係が満たされたときにのみ、その
入射光がほぼ１００％反射される特性を有するものであ
り、図４に示すように半値幅で示される反射波長域（以
下、反射波長域は半値幅での値で示すものとする。）が
０．４ｎｍ程度非常に狭く、極めて急峻な反射特性を示
すものである。

【０００３】このような鋭い反射波長選択性を有するフ
ァイバグレーティングは、光ファイバ通信網の監視シス
テムや光ファイバレーザなどに利用されている。このフ
ァイバグレーティングの製造には、干渉法、ホトマスク
法などが知られている。干渉法は、図５に示すように、
光ファイバ１に２方向から可干渉性の強い高照度のレー
ザビーム２，２を互いに干渉するように照射し、光ファ
イバ１の表面に干渉縞３を形成する。

【０００４】この干渉縞３に対応するファイバ１の部分
には、強いレーザ光が照射される部分と弱いレーザ光が
照射される部分とが交互に周期的に形成されることにな
る。強いレーザ光が照射された部分は、そのガラスにホ
トリフラクティブ効果による欠陥が生じ、これにより、
その屈折率が増加する。このため、光ファイバ１には屈
折率の周期的変化が形成されることになる。この際に形
成される屈折率の周期的変化の周期、すなわちグレーテ
ィング周期（Λ）は、図５のレーザビームの照射角度
（θ）とレーザ光の波長（λ）によって、次式で定ま
る。 Λ＝λ／ｓｉｎθ

【０００５】また、ホトマスク法は、一定のグレーティ
ング周期に相当する間隔で多数の極細スリットを形成し
たホトマスクを光ファイバに当て、ホトマスクの上から
強いレーザビームを照射、露光して、一定の周期を有す
る周期的な屈折率変化を形成するものである。干渉法に
よる具体例としては、酸化ゲルマニウムドープ・コアを
有するシングルモード光ファイバを用い、波長２４４ｎ
ｍのアルゴンレーザ（発振波長４８８ｎｍの第２高調
波）を照射して、周期的な大きな屈折率変化が形成され
たことが報告されている。

【０００６】ところで、このようなファイバグレーティ
ングの鋭い反射特性は有用ではあるが、用途等によって
は反射波長域が広いものが好ましい場合がある。例え
ば、発光ダイオードなどからの発光スペクトルが数１０
ｎｍの広い光を一様に反射したい時や、半導体レーザな
どからの光が温度変動等により数ｎｍ変化しても反射率
がほぼ一定であることが要求されることがある。

【０００７】このような要求を満たすファイバグレーテ
ィングとしてチャープトファイバグレーティングがあ
る。このものは、ファイバの長さ方向の屈折率変化など
の変化の周期、すなわちグレーティング周期を長さ方向
に連続的に変化させたものである。換言すればグレーテ
ィング周期が一定ではなく、徐々に変化しているもので
ある。これにより、反射光の波長を、グレーティング周
期の短いものから長いものまでに対応して連続的に変化
させることができるようになる。

【０００８】したがって、このようなチャープトファイ
バグレーティングの反射特性は、例えば図６に示すよう
に反射波長域が３〜５ｎｍとブロードなものになる。こ
のチャープトファイバグレーティングを製造する方法と
して、光ファイバを一定の曲率で湾曲させた状態に保っ
て干渉光を照射する方法やホトマスクとして極細スリッ
トの間隔を連続的に変化させたものを用いて露光するな
どの方法が提案されている。しかしながら、これらの製
造方法は、グレーティング周期が一定の通常のファイバ
グレーティングを作製するものに比較すれば、製造が困
難でありコストも嵩むことになる。

【０００９】

【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、製造が容易なチャープトファイバグレーテ
ィングを得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、予め光フ
ァイバのファイバ径、コア径、屈折率、屈折率分布など
の導波構造をファイバの長さ方向に連続的に変化させて
おき、このファイバに従来方法による一定周期のグレー
ティングを形成することで解決される。

【００１１】

【作用】光ファイバの導波構造を変化させると、そこに
伝搬される光の波長（管内波長λｇ）がこの変化に対応
して変化する。したがって、周期一定のグレーティング
を形成しておくことで、ファイバ内を伝搬する光の波長
が変化するので、結果的にグレーティング周期を連続的
に変化させたチャープトファイバグレーティングと同様
の反射特性が得られる。

【００１２】以下、この発明を詳しく説明する。本発明
における光ファイバの導波構造の具体的なものとして
は、ファイバ径、コア径、コア屈折率、クラッド屈折
率、屈折率差などが挙げられる。好ましいものとして
は、コア径、コア屈折率があり、容易に変化させること
ができるとともに、反射波長域の拡大にも大きな効果が
ある。

【００１３】本発明では、このような光ファイバの導波
構造を、局所的に例えば１０〜３０ｍｍの長さの範囲で
連続的に変化させる。導波構造を変化させる方法として
は、マイクロバーナを用いて、光ファイバを上記の長さ
の範囲内で加熱し軟化させたうえ長さ方向に延伸し、フ
ァイバ外径が連続的にかつ滑らかに一様に減少するよう
な加熱延伸操作によるものがある。また、マイクロバー
ナを用いて光ファイバを上記の長さの範囲内で加熱する
とともに長さ方向にそって加熱時間を増加または減少さ
せてコア中のドーパントを拡散させるとともにその拡散
量を連続的に変化させて、コアの屈折率、屈折率分布を
変化させる方法がある。この方法では光ファイバの比屈
折率差が大きいものが好ましく、少なくとも１．０％以
上のものを対象とすることが屈折率の変化量が大きくな
って好ましい。

【００１４】このようにして光ファイバの導波構造を連
続的に変化することによって、このファイバを伝搬する
光の波長（λｇ）が変化する。ついで、このような導波
構造が局所的にかつ連続的に変化したファイバに対し
て、グレーティング周期が一定のグレーティングを形成
する。このグレーティングの形成には、従来の干渉法や
ホトマスク法がそのまま適用できる。このグレーティン
グ周期が一定のグレーティングを形成する際のグレーテ
ィング周期（Λ）は、得られるチャープトファイバグレ
ーティングの反射波長域の中心波長に対応して定めら
れ、例えば中心波長が１３００ｎｍであれば、周期
（Λ）はおよそ１３００ｎｍを伝搬モードの実効屈折率
（約１．４５前後）で割った値のさらに１／２の値とさ
れる。かくして、本発明のチャープトファイバグレーテ
ィングが得られることになる。

【００１５】このようなチャープトファイバグレーティ
ングにあっては、ファイバに形成されたグレーティング
の周期（Λ）が一定ではあるが、ファイバに入射された
光のファイバ内での伝搬時の波長（λｇ）が長さ方向に
沿って徐々に変化する。このため、グレーティング周期
と伝搬光の波長との相対的関係は従来のグレーティング
周期が変化するチャープトファイバグレーティングの場
合と同様になり、反射光の波長域は広いものとなる。

【００１６】以下、具体例を示し、作用効果を明確にす
るが、本発明はこれら具体例に限定されるものではな
い。 （実施例１）コア径約８μｍ、ファイバ径１２５μｍ、
比屈折率差０．５％で、波長１３００ｎｍにおいて正規
化周波数が約２．４であるシングルモードファイバを用
意した。このファイバの長さ約２０ｍｍの範囲をマイク
ロバーナで加熱し、軟化させ、ファイバ径が１２５μｍ
から１２０μｍに連続的に減少するように延伸した。こ
の加熱延伸操作に要した時間は１０〜１５秒であった。
このような短時間の加熱では、コア中にドープされた酸
化ゲルマニウムが熱拡散しないことは、既に別途確認さ
れている。

【００１７】このような加熱延伸操作により、ファイバ
の長さ１５ｍｍにわたって、その外径が１２５μｍから
１２０μｍに連続的に４％減少していた。したがって、
コア径もこれに比例して４％減少しているものと思われ
る。この長さ１５ｍｍの延伸された領域に対して、干渉
法により、グレーティング周期が約４４８ｎｍと一定の
グレーティングを形成した。具体的には、波長２４４ｎ
ｍのアルゴンレーザ高調波ビームを約１０分間照射する
ことで行った。

【００１８】このようにして得られたチャープトファイ
バグレーティングの反射波長特性を測定したところ、図
１に示すように、中心波長が１３０５ｎｍで、反射波長
域が約２ｎｍであり、ピークでの反射率が１００％より
も若干減少していることがわかった。この反射波長域は
通常のファイバグレーティングの波長域の約５倍の値と
なっており、これは中心波長に対して０．１５％の変化
量となる。この結果から、加熱延伸操作により、コア径
が４％減少した場合には、反射波長の変化量が０．１５
％となることがわかる。したがって、この関係から、コ
ア径の変化率、すなわち延伸度合を調節することによ
り、反射波長の帯域を制御することができることが理解
できる。

【００１９】（実施例２）コアに酸化ゲルマニウムをド
ープした屈折率差約２．５％のシングルモードファイバ
を用い、これの長さ２０ｍｍの範囲にわたって、マイク
ロバーナで加熱し、コアにドープされている酸化ゲルマ
ニウムを拡散させてコアの長さ方向の屈折率および屈折
率分布を変化させた。これには、マイクロバーナによる
加熱時間を加熱部位毎に順次長くすることにより行っ
た。

【００２０】加熱後の各部位での屈折率分布を図２に示
す。図２（ａ）は、その始端部での屈折率分布を示し、
ほとんど加熱されていない部分である。図２（ｂ）はそ
の中間部での屈折率分布を示し、図２（ｃ）はその終端
部で屈折率分布を示している。このように、長さ２０ｍ
ｍの範囲で屈折率差が２．５％から０．２％に大きく減
少し、その減少率は９２％となっている。次いで、この
２０ｍｍの範囲に対して、ホトマスク法によってグレー
ティング周期が約４４８ｎｍと一定のグレーティングを
形成した。

【００２１】このようにして得られたチャープトファイ
バグレーティングの反射特性を図３に示す。図３のグラ
フから明らかなように、反射中心波長１３００ｎｍに対
し、反射スペクトル幅は２０ｎｍと非常に広くなってお
り、中心波長に対して約１．５％の変化量となってい
る。これは、コアの屈折率差の変化量が非常に大きいこ
とに対応しているためである。なお、ピークの反射率は
１００％よりも微かに低くなっており、スペクトルの形
状もやや不整となっているが、これは屈折率の減少が部
分的に一様でないところが存在するためと考えられる。

【００２２】以上の具体例から明らかななよう、ファイ
バの導波構造を連続的に変化させることで、反射波長域
を広げることができ、かつ導波構造の変化量に対応して
反射波長域の帯域を定めることが可能となる。このた
め、反射波長域の異なるものを従来の干渉法やホトマス
ク法で簡単に製造することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のチャー
プトファイバグレーティングは、光ファイバの導波構造
をその長さ方向に連続的に変化せしめ、この部分にグレ
ーティング周期が一定のグレーティングを形成したもの
であるので、従来のファイバグレーティングの製造に用
いられている干渉法やホトマスク法などによって簡単に
製造することができる。また、導波構造の変化量を調節
することによって反射波長域を容易に変化、制御するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１で得られたチャープトファ
イバグレーティングの反射特性を示すグラフである。

【図２】 本発明の実施例２での屈折率分布の変化を示
す図である。

【図３】 本発明の実施例２で得られたチャープトファ
イバグレーティングの反射特性を示すグラフである。

【図４】 一般のファイバグレーティングの反射特性を
示すグラフである。

【図５】 一般のファイバグレーティングを製造する干
渉法の例を模式的に示した図である。

【図６】 従来のチャープトファイバグレーティングの
反射特性を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの長さ方向に導波構造の連続
   的変化を形成し、この変化部分にグレーティングを形成
   したことを特徴とするチャープトファイバグレーティン
   グ。
2. 【請求項２】 上記導波構造の連続的変化が、光ファイ
   バの局所的な加熱、延伸によるコア径の減少であること
   を特徴とする請求項１記載のチャープトファイバグレー
   ティング。
3. 【請求項３】 上記導波構造の連続的変化が、光ファイ
   バの局所的な加熱によるドーパントの拡散によって形成
   される屈折率変化であることを特徴とする請求項１記載
   のチャープトファイバグレーティング。