CN111868587B - 光纤和光纤光栅 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例的光纤设置有：芯部，其具有单峰渐变型折射率分布；内包层，其包围芯部；以及外包层，其包围内包层。内包层和外包层的折射率低于芯部的最大折射率。由芯部和内包层构成的光敏区域包含光敏材料。内包层的外径为1310nm波段中的LP₀₁模式的MFD的一倍以上且两倍以下。

Description

光纤和光纤光栅

技术领域

本发明一种涉及光纤和光纤光栅。

本申请基于并要求2018年3月16日提交的日本专利申请No.2018-049018的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术

当用紫外光照射掺杂有光敏材料的石英系玻璃时，照射区域的折射率增加。利用这种现象，制造光纤光栅(TFG：终端光纤光栅)。具体地，由石英系玻璃构成的光纤设置有折射率调制区域，在该折射率调制区域中，折射率沿着光纤的纵向周期性地变化。光纤光栅例如被用作监测无源光网络(PON)的滤波器。

作为在PON系统中实现更高容量传输的实例，PON监测滤波器选择性地反射1650nm波段±5nm的光以进行监测。另一方面，PON监测滤波器不仅透射不同于上述波段的波段(例如从1530nm到1565nm的C波段)中的信号光，而且透射其它波段(例如从1565nm到1625nm的L波段)中的信号光，从而能够在更宽的波段中进行高容量传输。

注意，专利文献1至3中例如披露了用于制造光纤光栅的方法。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2003-004926

专利文献2：日本专利申请公开No.H11-119041

专利文献3：日本专利申请公开No.H11-326672

专利文献4：日本专利申请公开No.2001-183535

非专利文献

非专利文献1：Williams等人，“ENHANCED UV PHOTOSENSITIVITY IN BORONCODOPED GERMANOSILICATE FIBERS”,ELECTRONICS LETTERS,7th January,1993,Vol.29,No.1,pp45-47

非专利文献2：Junji Nishii等人，“Ultraviolet-radiation-induced chemicalreactions through one-and two-photon absorption process in GeO2-SiO2glasses”,OPTICS LETTERS,Vol.20,No.10,May 15,1995,pp1184-1186

非专利文献3：“Effect of Diffracted Light on Grating Characteristics inPhase Mask Method”,2000,Engineering Sciences Society Conference of IEICE,C-3-26,P151

发明内容

根据本公开的光纤由石英系玻璃构成，并且包括芯部、包围芯部的内包层以及包围内包层的外包层。芯部具有单峰渐变型折射率分布。内包层的折射率低于芯部的最大折射率。外包层的折射率低于芯部的最大折射率。特别地，由芯部和内包层构成的光敏区域包含光敏材料。此外，内包层的外径为1310nm波段中的LP₀₁模式的模场直径(以下称为“MFD”)的一倍以上且两倍以下。

附图说明

图1A是示出光纤光栅的透射损耗的逐渐增加的实例的图。

图1B是图1A的一部分的放大图。

图2是示出根据第一比较例的光纤的沿径向的由Ge掺杂引起的Ge浓度分布和由B掺杂引起的B浓度分布的图。

图3是示出根据第一比较例的光纤的沿径向的折射率分布的图。

图4是示出使用根据第一比较例的光纤制造的光纤光栅的截面结构的图。

图5A是用于描述图4所示的光纤光栅中透射损耗逐渐增加的原因的图(原因1)。

图5B是用于描述图4所示的光纤光栅中透射损耗逐渐增加的原因的图(原因2)。

图6是示出使用根据第二比较例的光纤制造的光纤光栅的折射率分布的图。

图7是示出使用根据本实施例的光纤制造的光纤光栅的截面结构的图。

图8是表示使用根据本实施例的光纤制造的光纤光栅的折射率分布的图。

图9是示出根据本实施例的光纤的沿径向的由Ge掺杂引起的Ge浓度分布和由B掺杂引起的B浓度分布的图。

图10是示出根据本实施例的光纤的沿径向的折射率分布的图。

图11A是示意性地示出根据本实施例的光纤的折射率分布的图。

图11B是用于描述在图11A的光纤中Ge和B共掺杂的共掺杂区域(光敏区域)的图(部分1)。

图11C是用于描述在图11A的光纤中Ge和B共掺杂的共掺杂区域(光敏区域)的图(部分2)。

图12A是示出使用根据本实施例的光纤制造的光纤光栅的透射特性的实例的图。

图12B是图12A的一部分的放大图。

图13A是示出通过使用相位掩模在在根据第一比较例的光纤(图3)中形成光栅而不改变间隙宽度所获得的光纤光栅的透射特性的图。

图13B是图13A的一部分的放大图。

图14A是示出通过使用相位掩模在根据第一比较例的光纤(图3)中形成光栅所获得的光纤光栅的透射特性的图，示出了当间隙宽度不变时的透射特性以及间隙宽度变化时的透射特性。

图14B是图14A的一部分的放大图。

图15A是示出通过使用相位掩模在根据本实施例的光纤中形成光栅所获得的光纤光栅的透射特性的图，示出了当间隙宽度不变时的透射特性以及间隙宽度变化时的透射特性。

图15B是图15A的一部分的放大图。

图16A是示出使用根据第一比较例的光纤的光纤光栅中的间隙宽度与透射损耗的关系的图。

图16B是示出使用根据本实施例的光纤光栅中的间隙宽度与透射损耗的关系的图。

具体实施方式

在专利文献1和2中公开的光纤光栅的制造方法中，制备了芯部和包层中的两者或一者由含有光敏材料的石英系玻璃构成的光纤。该光纤被能够提高折射率的特定波长(例如氩离子激光的二次谐波(波长244nm))的紫外光照射。这使得可以增加含有光敏材料的石英系玻璃的折射率。

作为在光纤中沿纵向形成具有预定周期的折射率调制区域的方法，存在使用啁啾光栅相位掩模的正负一级衍射光的曝光、激光的直接曝光以及双光束干涉曝光。在这些方法中，使用相位掩模的方法的优点在于：可以以优异的再现性制造具有相同特性的光纤光栅，并且与其它方法相比对准相对容易。

GeO₂是典型的光敏材料。将GeO₂掺杂到芯部和包层中，并且将F掺杂到包层中，由此可以在芯部和包层之间产生折射率差。然而，当仅使用GeO₂作为光敏材料时，不可能增加由紫外光照射引起的折射率变化量。这导致获得预定反射特性所需的光纤光栅的长度增加，因此引起用于紫外线照射的成本增加的问题。

作为解决该问题的方法，已知除了GeO₂之外还使用B₂O₃作为光敏材料(参见非专利文献1和2)。与单独添加GeO₂相比，GeO₂和B₂O₃的共掺杂能够增大由紫外线照射引起的折射率变化量。因此，通过GeO₂和B₂O₃的共掺杂可以缩短光纤光栅的长度并且降低紫外线照射的成本。因此，优选的是GeO₂和B₂O₃的共掺杂作为光敏材料。

用于制造光纤光栅的光纤的径向折射率分布通常是阶跃型折射率分布。当光敏材料仅掺杂到芯部时，仅在芯部中形成折射率调制区域，在该折射率调制区域中，折射率沿光纤的纵向周期性地变化。然而，具有这种光纤结构的光纤光栅在透射损耗波段的短波长侧具有逐渐增加的透射损耗(参见图1A和图1B)，尽管它可以在用于监测的波段中提供预定的反射特性。

图1A是示出光纤光栅的透射损耗的逐渐增加的实例的图。图1B是图1A的一部分的放大图。在图1A中，L波段中所需的透射损耗的下限和光透射阻断波段中所需的透射损耗的上限由虚线表示。在图1B中，L波段中所需的透射损耗的下限由虚线表示。在图1A和图1B所示的实例中，光透射阻断波段为1640nm以上且1655nm以下，并且在该光透射阻断波段中所需的透射损耗为-30.0dB以上。在本实例中，光纤光栅的损耗很大，以致于在L波段的长波长端(1625nm)附近不能忽略该损耗。

透射损耗的这种逐渐增加的原因在于：由于通过紫外光照射在光纤的局部区域中形成折射率调制区域，LP₀₁模式(基模)以及关于轴线与LP₀₁模式对称的具有LP_0m(m＝2、3、……)的高阶模式之间的正交性被破坏(结果，发生从LP₀₁模式到高阶模式的耦合损耗)。

为了保持LP₀₁模式和高阶模式之间的正交性，需要在光纤截面中感测光的整个区域中形成折射率调制区域。作为通过GeO₂和B₂O₃的共掺杂来满足维持光敏材料的优选组合的正交性的条件的结构，考虑例如在芯部和光学包层中完全共掺杂作为光敏材料的GeO₂和B₂O₃，并且将F掺杂到光学包层。利用这种结构，在芯部和光学包层之间产生足够的折射率差。然而，B₂O₃和F的化合物是一种难以处理的物质，这种方法不是优选的。

另一方面，在上述专利文献3中公开的发明中，不使用具有阶跃型折射率分布的光纤，而是使用包括具有单峰渐变型折射率分布的芯部的光纤来制造光纤光栅。根据专利文献3的公开内容，由于所应用的光纤具有这种单峰渐变型折射率分布，所以可以减小在光纤的芯部和包层之间的界面处的相对折射率差的变化和纵向上的传播模式的变化，由此可以抑制包层模式耦合损耗。此外，根据专利文献3的公开内容，在光纤光栅的光透射阻断波段为约1640nm至约1660nm的情况下，能够抑制1520nm波段下出现的光透射损耗，从而能够降低光纤光栅的使用波段(约1550nm波段)的光透射损耗。

[本发明所要解决的问题]

作为研究传统光纤和光纤光栅的结果，本发明人发现了以下问题。即，上述专利文献3中公开的发明的问题在于：当光纤光栅的光透射阻断波段为约1640nm至约1660nm时，可以抑制1520nm波段下出现的光透射损耗，而L波段中的长波长端(1625nm)的透射损耗增加至不能被忽略的水平(至少约5dB以上)。这被认为是因为LP₀₁模式中的光强度分布的扩展大于光栅区域中的光强度分布的扩展。也就是说，考虑到在这种情况下，LP₀₁模式和高阶模式(LP_0m模式)之间的正交性降低，结果，发生从LP₀₁模式到LP_0m模式的耦合。因此，根据专利文献3中公开的发明的光纤光栅不适合于在使用L波段信号光的宽波段中能够进行高容量传输的PON系统的PON监测滤波器。

本公开就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种使透射损耗的逐渐增加减弱的光纤光栅以及适于制造该光纤光栅的光纤。

[本公开的效果]

根据本发明，能够提供一种使透射损耗的逐渐增加减弱的光纤光栅以及适于制造该光纤光栅的光纤。

[本发明的各实施例的描述]

首先，将单独列出和描述本公开的实施例的细节。

(1)根据本公开的光纤由石英系玻璃构成，并且作为本公开的一个方面，包括芯部、围绕芯部的内包层以及围绕内包层的外包层。芯部具有单峰渐变型折射率分布。内包层的折射率低于芯部的最大折射率。外包层的折射率低于芯部的最大折射率。特别地，由芯部和内包层构成的光敏区域包含光敏材料。内包层的外径为1310nm波段中的LP₀₁模式的MFD的一倍以上且两倍以下。

在本说明书中，“石英系玻璃”是指含有50质量％以上的SiO₂的玻璃。此外，具有折射率n_i的每个区域相对于纯石英玻璃(折射率n_silica)的相对折射率n_ri由下式表示：

n_ri＝n_i/n_silica，

并且折射率为n₁的区域和折射率为n₂的区域之间的相对折射率差Δ由下式确定：

Δ＝|nr₁-nr₂|。

此外，为了避免折射率分布中的非预期或小的变化的影响，在如下情况下判断形成了“单峰分布”：在使用每隔5μm取得的折射率n(r)的平均值的移动平均值而获得的折射率中而不是在折射率n(r)的测量值中仅存在一个峰。

(2)作为本公开的一个方面，光敏区域优选同时含有Ge和B作为光敏材料。

(3)作为本公开的一个方面，优选的是，光敏区域中的B的最大浓度和最小浓度之差换算成由B掺杂引起的相对折射率的变化为0.3％以下，并且在这种情况下，优选的是，光敏区域的最外区域(内包层的最外区域)中的Ge的浓度换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化为0.35％以上。

(4)作为本公开的一个方面，优选的是，内包层的折射率基本上等于纯石英玻璃的折射率，这是因为Ge掺杂引起的折射率增加量和B掺杂引起的折射率减少量之间的抵消。在本说明书中，“基本上等于”是指其中待比较的两个区域之间的相对折射率为0.02％以下的状态。

(5)作为本公开的一个方面，优选的是，在内包层中，由Ge掺杂引起的折射率增加量大于由B掺杂引起的折射率减小量，并且外包层含有氯。在该构造中，同样优选的是，内包层的折射率和外包层的折射率彼此基本上相等。

(6)作为本公开的一个方面，优选的是，单峰渐变型折射率分布是具有大于0.5且小于5.0的指数α的α分布。此外，作为本公开的一个方面，优选的是，芯部与内包层的相对折射率之差为0.4％以上且1.0％以下。在α分布中，当芯部的最大折射率为n₁，芯部的最小折射率为n₂，并且芯部的半径为a时，在沿径向距芯部中心的距离为r(＜a)的位置处的折射率n(r)由下式确定：

n(r)＝n₁[1-2Δ(r/a)^α]^1/2。

通过调整上述等式中的指数α，可以任意地设定折射率分布的形状。

另外，在具有上述结构的根据本公开的光纤中，适当的截止波长范围为0.9μm以上且1.3μm以下。另外，在将光纤绕直径为30mm的心轴缠绕10次的条件下，1.55μm波段下的弯曲损耗优选为5dB以下。

(7)作为一个方面，根据本公开的光纤光栅包括具有上述结构的光纤，并且具有沿光纤的纵向设置的折射率调制区域。折射率调制区域是折射率沿光纤的纵向周期性地变化的区域，并且设置在光敏区域中。然而，折射率的变化周期可以沿着纵向连续地改变。

上述[本公开的各实施例的描述]中列出的每个方面适用于所有其余方面或其余方面的所有组合。

[本公开的各实施例的详细描述]

以下，参照附图对根据本公开的光纤及光纤光栅的具体结构进行详细说明。应当注意，本公开不限于以下描述，并且旨在包括在由所附权利要求及其等同物限定的要旨和范围内的所有修改。在参照附图的以下描述中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且省略了冗余描述。

下面将描述适合于制造以下光纤光栅的光纤结构：该光纤光栅具有约1640nm至约1660nm的光透射阻断波段、并且在L波段中1625nm的长波长端具有低损耗。将对为了使折射率高速地产生大的变化而将GeO₂和B₂O₃作为光敏材料进行共掺杂的情况进行说明。下面，首先将描述比较例，然后将描述实施例。

图2是示出根据第一比较例的光纤的沿径向的由Ge掺杂引起的浓度分布和由B掺杂引起的浓度分布的图。图3是示出根据第一比较例的光纤的径向折射率分布的图。根据第一比较例的光纤具有阶跃型折射率分布，并且芯部和包层中的仅芯部掺杂有光敏材料。在图2所示的实例中，光敏材料几乎均匀地掺杂到芯部的除中心区域以外的外周区域，并且掺杂到芯部的Ge量换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化为1.1％。掺杂到芯部的B的量换算成由B掺杂引起的相对折射率的变化为-0.4％。图2和图3中竖直轴线所示的相对折射率nr为正的区域表示折射率高于纯石英玻璃的折射率(基准)的范围，并且相对折射率nr为负的区域表示折射率低于纯石英玻璃的折射率(基准)的区域。

图4是示出使用根据第一比较例的光纤制造的光纤光栅100的截面结构的图。注意，图4还示出了根据稍后描述的第二比较例的光纤的结构。图5A和图5B是描述图4所示的光纤光栅100中透射损耗逐渐增加的原因的图。根据第一比较例的光纤包括芯部110和包层120，并且在芯部110中形成有折射率沿光纤的纵向周期性变化的光栅区域(折射率调制区域)。当监测光的LP₀₁模式耦合到LP_0m模式时发生透射损耗的逐渐增加，LP_0m模式是高阶模式并且关于轴线与LP₀₁模式对称。将在用紫外光照射之前光纤的芯部110和包层120之间的相对折射率差定义为Δn_C。将当由于紫外光照射而使芯部110的相对折射率变化nr_UV时，芯部110和包层120之间的相对折射率差定义为Δn_C-UV。

如图5B所示，当仅芯部110具有与沿纵向的相对折射率的变化nr_UV相对应的量的周期性变化时，出现了与光传播方向有关的在Δn_C-UV(＝nr_UV+Δn_C)与Δn_C之间周期性变化的相对折射率差。LP₀₁模式的MFD根据周期性变化的相对折射率差而变化。即，在相对折射率差为Δn_C时(图中为β面)光强度分布为P₁，并且在相对折射率差为Δn_C-UV时(图中为α面)光强度分布为P₂。P₁和P₂具有P₁≠P₂的关系。结果，认为由于沿着光传播方向的光强度分布的变化而发生散射，并且散射光与高阶模式耦合，从而引起如图1A和图1B所示的透射损耗的逐渐增加。注意，在β平面上，光强度分布与如图5A所示的不发生折射率的周期性变化的区域A的光强度分布相同。

接下来，将描述根据第二比较例的光纤的结构。根据第二比较例的光纤由石英系玻璃构成，具有阶跃型折射率分布，并且如图4所示包括芯部110以及包围芯部110且具有比芯部110的折射率低的折射率的内包层和外包层。在图4中，内包层(光学包层)121被示出为包层120的一部分(芯部110与虚线之间的区域)。因此，在根据第二比较例的光纤中，外包层对应于图4所示的包层120的内包层121外侧的区域。内包层121与芯部110相邻并包围芯部110。外包层与内包层121相邻并且包围内包层121。在根据第二比较例的光纤中，由芯部110和内包层121构成的光敏区域包含光敏材料。特别地，光敏区域包含Ge和B作为光敏材料。

在根据第二比较例的光纤中，为了抑制LP₀₁模式和作为高阶模式的LP_0m模式之间的正交性的劣化，即使存在与由紫外线照射引起的相对折射率的变化nr_UV对应的量的周期性变化，也抑制了LP₀₁模式中沿纵向的光强度分布的变化量。也就是说，内包层121的外径大于等于波长1310nm下的LP₀₁模式的MFD。内包层121的具体外径优选地为8μm以上且14μm以下，并且更优选地为9μm以上且13μm以下。另外，在根据第二比较例的光纤中，优选的是，光敏材料基本上均匀地掺杂到光敏区域(芯部110和内包层121)。MFD优选为7.5μm以上且9.0μm以下。芯部110是具有比内包层121的平均相对折射率高+0.01％以上的相对折射率的区域。

图6是示出使用根据第二比较例的光纤制造的光纤光栅的折射率分布的图。在使用根据第二比较例的光纤制造的光纤光栅中，与相对折射率的沿纵向的变化nr_UV(＝Δn_C-UV'-Δn_C)对应的量的周期性变化不仅出现在芯部110中还出现在内包层121中。作为该情况下的理想结构，可以使芯部110和内包层121之间的相对折射率差Δn_C-UV'等于Δn_C，由此可以抑制LP₀₁模式在光传播方向上的波动。也就是说，光纤光栅具有这样的结构：在整个光传播区域中，沿纵向发生与相对折射率的变化nr_UV对应的量的周期性变化，并且维持LP₀₁模式和高阶模式之间的正交性。为了实现这种结构，考虑使用通过仅向共掺有Ge和B的内包层121添加F来降低内包层折射率的方法。然而，就制造而言该方法不是优选的，这是因为B和F的化合物是难以处理的物质。

接下来，将描述根据本公开的实施例的光纤的结构。图7是示出使用根据实施例的光纤制造的光纤光栅200的截面结构的图。根据该实施例的光纤包括：芯部210；内包层(光学包层)220，其包围芯部210并且折射率低于芯部210的折射率；以及外包层230，其包围内包层220。此外，由芯部210和内包层220构成的光敏区域300包含Ge和B作为光敏材料。在图7的实例中，通过利用激光束经由与光纤隔开预定间隔(间隙宽度)布置的相位掩模400而对根据本实施例的光纤进行照射，在光敏区域300中形成光栅区域。

尽管根据上述第二比较例的光纤具有阶跃型折射率分布，但根据本实施例的光纤的芯部210具有单峰渐变型折射率分布。内包层220的外径为1310nm波段中的LP₀₁模式的MFD的一倍以上且两倍以下。

图8是示出使用根据本公开的实施例的光纤制造的光纤光栅200的折射率分布的图。图9是示出根据本公开的实施例的沿光纤的径向的Ge浓度分布(由Ge掺杂引起的浓度分布)和B浓度分布(由B掺杂引起的浓度分布)的图。图10是示出根据本公开的实施例的沿着光纤的径向的折射率分布的图。由于制造工艺的原因，在芯部210的中心区域中产生添加剂的量低的下降部(dip)，但当在光纤的制造期间拉制光纤预制件时，添加剂扩散。因此，可以获得具有图10所示的单峰渐变型折射率分布的光纤。

首先，如图9所示，在除了中心区域(下降部)的光敏区域300(由芯部210和内包层220构成的共掺杂区域)中大致均匀地掺杂有B。B的掺杂量换算成由B掺杂引起的相对折射率的变化优选在-0.1％至-0.6％的范围内。为了降低光纤截面中的折射率不均匀性，在除了中心下降部的区域中的B的掺杂量(B浓度)的最大值和最小值之间的差换算成由B掺杂引起的相对折射率的变化优选为0.3％以下。

与B类似，Ge被掺杂到芯部210和内包层220。内包层220的最外区域的Ge掺杂量(Ge浓度)换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化优选为0.35％以上。当Ge浓度换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化为小于0.35％时，与相对折射率的变化nr_UV对应的量变得极小，这是无效的。另一方面，与其将B浓度调节为具有α分布，倒不如将Ge浓度调节为在换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化为0.35％以上的范围以具有α分布，从而使得由紫外光引起的与相对折射率的变化nr_UV对应的量在光纤的截面中更均匀。从以上可知，关于产生α分布，控制Ge浓度比控制B浓度更有效。芯部210和内包层220之间的相对折射率差优选为0.4％以上。

如图8所示，由于掺杂Ge的浓度不同，因此光敏区域300中心处的与相对折射率的变化nr_UV1对应的量和光敏区域300端部处的相对折射率的变化nr_UV2的量在严格意义上不同。然而，nr_UV1可以认为基本上等于nr_UV2。结果，关于相对折射率差Δn_U-UV'，Δn_U-UV'≈Δn_U成立，并且，光强度分布P₃的变化量相对于在1310nm的波长下的LP₀₁模式的传播方向小到可以忽略。相对折射率差Δn_U-UV'是以下两个值之间的差值：通过将光敏区域300中心处的与相对折射率的变化nr_UV1对应的量加上非紫外照射区(光栅区之外)中的外包层230与光敏区域300中心之间的相对折射率差Δn_U而获得的值；以及通过将光敏区域300端部处的与相对折射率的变化nr_UV2对应的量加上外包层230的相对折射率差而获得的值。用于抑制P₃变化量的折射率分布的指数α优选满足0.5＜α＜5。

图11A示出了根据本公开的实施例的光纤的折射率分布，并且图11B和图11C是用于描述光纤中Ge和B共掺杂的共掺杂区域(对应于光敏区域300)的图。该共掺杂区域可以设定为与芯部210相同(图11C)或者可以设定为包括芯部210并且比芯部210宽的区域(图11B)。重要的是，共掺杂区域的直径大于等于波长1310nm下的LP₀₁模式的MFD。共掺杂区域的直径可以是MFD的两倍以上，但是如果共掺杂区域太大，则用于写入(writing)光栅的紫外光的吸收将增加，这增加了光纤截面中与相对折射率的变化nr_UV对应量的变化，并且因此是无效的。因此，优选共掺杂区域的直径是波长1310nm下的LP₀₁模式的MFD的一倍以上且两倍以下。

另外，当Ge和B共掺杂时，与仅Ge掺杂为光敏材料的情况相比，与相对折射率的变化nr_UV对应的量增加，从而光纤光栅200的长度可以减小。具体地，光纤光栅200的长度可以被减小至10mm以下。

图12A是示出使用根据本公开的实施例的光纤制造的光纤光栅200的透射特性的实例的图。图12B是图12A的一部分的放大图。与图1A和图1B的实例相比，在1610nm到1625nm范围内透射损耗的逐渐增加减小，从而在图12A和图12B所示的透射特性中1625nm下的透射损耗被抑制到大约-0.8dB。

根据本公开的实施例的光纤光栅200在光透射阻断波段中的透射损耗满足-30dB，并且可以用于高达1625nm的波段，在该波段中，能够进行L波段的高容量传输。

此外，在本公开的实施例中，通过抵消由Ge掺杂引起的折射率增加量和由B掺杂引起的折射率减少量，内包层220可以具有基本上等于纯石英玻璃的折射率的折射率。此外，内包层220可以构造为具有基本上等于外包层230的折射率的折射率。例如，在内包层220中由Ge掺杂引起的折射率增加量被B掺杂引起的折射率减少量调节且外包层230包含氯(Cl)的构造中，内包层220的折射率可以基本上等于外包层230的折射率。

在上述说明中，指出本公开的α分布(图10)优于图3所示的常规折射率分布之处在于：可以抑制1625nm下的透射损耗。其它优点将在下面描述。

在如图7所示的经由相位掩模400的光栅的写入中，使用正/负一级衍射光的干涉条纹。然而，在这种情况下，由于具有不同的更高级衍射光的干涉条纹也同时被写入，因此例如，如图13A和图13B所示，在1539nm附近出现不必要的透射损耗。注意，图13A示出了通过在不改变间隙宽度(相位掩模与光纤的距离)的情况下使用相位掩模而在根据第一比较例的光纤(具有图3所示的阶跃型折射率分布)中形成光栅所获得的光纤光栅100的透射特性。图13B是图13A的一部分的放大图。作为针对上述问题的对策，已经提出了用于在改变间隙宽度(相位掩模和光纤之间的距离)的同时写入光栅的制造方法(参见上述专利文献4和非专利文献3)。

在改变间隙宽度的同时执行光栅的写入时的光谱在图14A至图15B中示出。注意，图14A示出了通过使用相位掩模在根据第一比较例的光纤(具有图3所示的阶跃型折射率分布)中形成光栅所获得的光纤光栅100的透射特性。图14B是图14A的一部分的放大图。在图14A和图14B中，曲线G141示出了当间隙宽度不变时的透射特性，并且曲线G142示出了当间隙宽度变化时的透射特性。此外，图15A示出了通过使用图7所示的相位掩模400而在根据本公开的实施例的光纤(具有图10所示的α分布)中形成光栅所获得光纤光栅200的透射特性的图。图15B是图15A的局部放大图。在图15A和图15B中，曲线G151示出了当间隙宽度不变时的透射特性，并且曲线G152示出了当间隙宽度变化时的透射特性。

根据计算证实的是，1539nm波长附近的不必要透射损耗是由正一级衍射光和正三级衍射光之间的干涉引起的。发现在具有α分布的样品中以及在具有阶跃型折射率分布的样品中，与间隙宽度不变的情况相比，当间隙宽度变化时，在1539nm波长下的透射损耗被抑制。比较中的间隙宽度的变化范围在每个样品中为1μm。

为了抑制透射损耗，除了用于改变间隙宽度的方法之外，还考虑用于改善相位掩模的性能的方法(可以通过掩模设计或制造方法来改善性能)。关于相位掩模的性能，具有“高性能”意味着产生正/负三级衍射光的效率充分小于产生正/负一级衍射光的效率。然而，要强调的一点是，尽管通过制备高性能相位掩模可以抑制产生高级衍射光的效率，但是不可能完全消除高级衍射光，并且由于正/负一级衍射光和正/负三级衍射光之间的干涉，形成不同于预定布拉格波长的布拉格波长。也就是说，在C波段中发生不必要的透射损耗。利用本实施例中使用的相位掩模，通过在光栅的写入期间改变间隙宽度，包括1539nm的波段中的透射损耗被从-0.55dB抑制到-0.35dB。如果制备高性能的相位掩模，则可预期进一步的抑制，但是通过仅改善相位掩模在抑制方面存在限制。

上述图14A至图15B中的间隙宽度的变化范围恒定在约1μm，但是据估计，根据光纤纵向上的结构变化，存在间隙宽度的适当变化范围。在这种情况下，1μm的间隙宽度可能不是适当的范围。因此，对于折射率分布为α分布的光纤和具有阶跃型折射率分布的光纤，使用间隙宽度为参数，研究了光栅写入特性(图16A和图16B)。注意，图16A是示出使用根据第一比较例的光纤光栅100的间隙宽度与透射损耗之间的关系的图。图16B是示出使用本公开的实施例的光纤的光纤光栅200中的间隙宽度与透射损耗的关系的图。在图16A和图16B中，水平轴线表示间隙宽度(μm)，并且竖直轴线表示在从1500nm到1580nm包括C波段的波段中的最大透射损耗。在测量样品的光纤光栅的制造过程中，使用用于制造具有图14A至图15B所示的透射特性的光纤光栅的相位掩模。制造时的紫外线照射条件设定为1650nm波段中产生大致相同的透射损耗。

发现在具有阶跃型折射率分布的样品(图16A)中，由于间隙宽度变化引起的透射损耗抑制的最大范围为0.3dB。通过间隙宽度的变化抑制透射损耗，并且在间隙宽度为1μm以上时收敛于某一值的透射损耗的最大值和最小值之间的差为Δ0.15dB。另一方面，在具有α分布的样品(图16B)中，透射损耗抑制的最大范围为0.4dB，并且在间隙宽度为1μm以上的透射损耗的最大值和最小值之间的差为Δ0.05dB。

发现与具有阶跃型折射率分布的光纤光栅100相比，具有α分布的光纤光栅200的透射损耗的抑制范围提高了0.1dB，这表明光纤光栅200是优越的。要注意的一点是，在具有α分布的样品中透射损耗对间隙宽度的依赖性小于在具有阶跃型折射率分布的样品中的透射损耗对间隙宽度的依赖性。也就是说，发现即使由于光纤的纵向上的结构变化、对准变化等而使间隙宽度的变化量(与设定间隙宽度的偏差量)出乎意料地大，具有α分布的样品也具有比具有阶跃型折射率分布的样品更大的制造公差，因此在制造方面是有效的。

附图标记列表

200……光纤光栅；210……芯部；220……内包层；230……外包层；300……光敏区域；以及400……相位掩模。

Claims (9)

1.一种由石英系玻璃构成的光纤，所述光纤包括：

芯部，其具有单峰渐变型折射率分布；

内包层，其包围所述芯部并且折射率低于所述芯部的最大折射率；以及

外包层，其包围所述内包层并且折射率低于所述芯部的所述最大折射率，

其中，由所述芯部和所述内包层构成的光敏区域包含光敏材料，所述光敏区域包含Ge和B作为所述光敏材料，

所述内包层的外径为1310nm波段中的LP₀₁模式的模场直径的一倍以上且两倍以下，

所述光敏区域中的所述B的最大浓度和最小浓度之差换算成由所述最大浓度的B掺杂引起的相对折射率的变化与由所述最小浓度的所述B掺杂引起的相对折射率的变化之差为0.3％以下，并且

所述光敏区域的最外区域中的所述Ge的浓度换算成由Ge掺杂引起的相对折射率的变化为0.35％以上。

2.根据权利要求1所述的光纤，其中，

由于由所述Ge掺杂引起的折射率增加量与由所述B掺杂引起的折射率减小量之间的抵消，所述内包层的所述折射率基本上等于纯石英玻璃的折射率。

3.根据权利要求1所述的光纤，其中，

在所述内包层中，由所述Ge掺杂引起的折射率增加量大于由所述B掺杂引起的折射率减小量，

所述外包层含有氯，并且

所述内包层的所述折射率和所述外包层的所述折射率基本上彼此相等。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，其中，

所述单峰渐变型折射率分布是具有大于0.5且小于5.0的指数α的α分布。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，其中，

所述芯部和所述内包层之间的相对折射率差为0.4％以上。

6.根据权利要求4所述的光纤，其中，

所述芯部和所述内包层之间的相对折射率差为0.4％以上。

7.一种光纤光栅，所述光纤光栅包括根据权利要求1至3中任一项所述的光纤，其中，

所述光纤中的所述光敏区域包括折射率调制区，在所述折射率调制区中，所述折射率沿着所述光纤的纵向周期性地变化。

8.一种光纤光栅，所述光纤光栅包括根据权利要求4所述的光纤，其中，

所述光纤中的所述光敏区域包括折射率调制区，在所述折射率调制区中，所述折射率沿着所述光纤的纵向周期性地变化。

9.一种光纤光栅，所述光纤光栅包括根据权利要求5所述的光纤，其中，

所述光纤中的所述光敏区域包括折射率调制区，在所述折射率调制区中，所述折射率沿着所述光纤的纵向周期性地变化。

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