CN1210985A - 光纤光栅及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤光栅及其制造方法、特别是一种长期变化小的廉价的光纤光栅及其制造方法,对包含具有残余应力的纤芯的光纤,在长度方向上间歇地进行加热,使该纤芯周围的包层软化,释放上述残余应力,使纤芯的折射率变化,由此,在上述光纤的长度方向形成上述纤芯和上述包层之间的比折射率差的周期性变化,从而制造出光纤光栅。结果,提供一种不需要贵重的装置、制造效率高且具有长期稳定的光栅特性的光纤光栅及其制造方法。
Description
本发明涉及光纤光栅及其制造方法，特别是涉及长期变化小的廉价的光纤光栅及其制造方法。本说明书是在向日本提交的专利申请(特愿平9-247292)的基础上写成的，本说明书的部分内容采用了该专利申请所记载的内容。
光导波路光栅在光纤或平面光电路(PLC:Planar Light TwaveCircuit)的长度方向形成了导波构造的周期性扰动。
该光导波路光栅是通过使特定模式间发生结合去损失特定波长带的光的器件。利用这样的特性，可以将它用来作为特定波长带的光的除去及特定模式间结合型的器件。
光导波路光栅根据其模式间结合的关系可分类为反射型和辐射型。
在此，将光导波路光的入射方向作为正方向，与此相反的方向作为负方向。
反射型光导波路光栅通过使芯内正方向传播的模式和芯内负方向传播的模式结合从而得到使特定波长的光反射的特性。
幅射型光导波路光栅通过使芯内传播模式和包层传播模式结合从而得到使特定波长的光向光导波路外辐射并衰减的特性。
但是，光导波路光栅的导波构造的周期性的扰动可以通过使纤芯折射率变化或使纤芯直径变化来形成。
光导波路光栅最普遍的制造方法是利用光折射效果(有时也称为光敏效果)使纤芯折射率变化的方法。
所谓光折射效果就是，当波长为240nm附近的紫外线光照射到例如添加了参杂剂锗的石英玻璃上时，可以观测到上述石英玻璃的折射率上升的现象。
下面，以光纤为例具体地进行说明。
图14是说明现有的光纤光栅制造工序的概略结构图。
图中标号11是光纤，该光纤11由其中心部的纤芯11a和设在该纤芯11a的外围的包层11b构成。
该光纤11例如是波长1.55μm的光以单一模式工作的光纤(单一模式光纤)。
上述纤芯11a由含有参杂剂锗的石英玻璃形成。锗通常是以氧化锗的形式被添加到石英玻璃中。
在该例中，纤芯11a由含5％重量的氧化锗的石英玻璃形成，包层11b实质上由杂质含量可忽略的纯净的石英玻璃形成(以下称纯石英玻璃)。
有时，把以纯石英玻璃或添加了参杂剂的石英玻璃为主要成分的材料称为石英系玻璃。
标号12是相位膜片，该相位膜片12由石英玻璃形成。在其一个面上以一定的周期形成多个格子12a…。
光栅部13可以象下面那样来形成。即，由紫外线激光发生装置(未图示)经相位膜片12对光纤11的侧面照射波长为240nm的紫外线激光束。
使用KrF受激二聚物(excimer)激光等作为上述紫外线激光发生装置。
这样一来，通过上述紫外线激光束的照射，因相位膜片12的格子12a而使+1次衍射光和-1次衍射光衍射并产生干涉条纹。而且，在纤芯11a的产生该干涉条纹的部分折射率变化，结果，纤芯11a和包层11b之间的比折射率差发生变化。
这样，沿光纤11的长度方向上述纤芯11a的折射率形成周期性的变化。从而可以得到形成了纤芯11a和包层11b之间的比折射率差周期变化的光栅部13。
这时，决定辐射型或反射型的特性的是表示纤芯11a的折射率的变化周期(纤芯11a和包层11b之间的比折射率差的周期)的光栅周期。
现在，若假定光纤传播模式的传播常数为β1，结合对象模式的传播常数为β2，则这些结合模式间的传播常数差Δβ可由下式(1)表示。
Δβ=β1-β2 …式(1)
这时，光栅周期Λ由下式(2)给出。
Λ=2π/Δβ …式(2)
这里，传播常数β1、β2是假定光的入射方向为正值、相反方向为负值。
β1、β2的大概值是用光纤中传播的光的波长除2π得到的值，其数量级为将真空中光的波长用光的折射率除所得到的值。
例如，各标准数值的数量级如下。
光的波长(真空中) 1.55μm
光纤的折射率 约1.5
光纤中的光的波长(管内波长) 约1μm
β1、β2 约2πrad/μm
上述光栅周期Λ为短周期时作为反射型工作，为长周期时作为辐射型工作。
因此，有时也将反射型光纤光栅称为短周期光纤光栅，将辐射型光纤光栅称为长周期光纤光栅。
例如，当光栅周期Λ为0.5μm时，光纤光栅成为反射型。
即，从该光纤光栅(光纤11)的一端入射的入射光的某一模式与在纤芯11a内沿与上述入射光相反的方向(负方向)行进的另一模式结合，成为反射光。
该反射光能够对射出的光造成损失，可以作为对特定波长域形成损耗的器件使用。
作为这时的光栅周期Λ的值0.5μm大约是上述作为标准示出的光纤中光的波长(管内波长)的1/2。表示通过在长度方向对光纤11进行这样的短周期扰动可以使光向相反方向反射。
与此相反，辐射型光纤光栅是上述式(2)中光栅周期Λ长的光纤光栅。辐射型光纤光栅，其光栅周期Λ通常是几十～几百μm。
所谓光栅周期Λ长是指与结合有关的模式间的传播常数差Δβ小、可以使沿相同方向传播的两个模式间产生结合。
入射到该光纤光栅中的入射光的某一个模式与包层的模式结合，作为辐射光向纤芯外部辐射，使其衰减。这样一来，辐射模式的光能够对射出的光造成损失，可以作为对特定波长域形成损耗的器件使用。
该辐射型的光纤光栅的例子已在日本专利公开公报、特开平7-283786号公报中公开。
在上述公报中公开了一种光纤光栅，由KrF激光器通过振幅膜片对具有由添加了锗的石英玻璃形成的芯子的光纤照射激光束，在光纤的纤芯内形成光栅周期为50～1500μm的折射率变化。
但是，现有的光栅存在以下问题。
即，限制了光源的波长与光纤添加的杂质之间的对应关系。因而限制了光源的种类。
实际上，在制造光纤光栅时，为了利用光折射效果，光纤被限定在其纤芯是添加了锗的纤芯，能够使添加了锗的石英玻璃产生光折射效果的波长被限定在240μm附近。
作为能照射这一波长的紫外线激光束的激光发生装置，有KrF受激二聚物激光器和480nm带的氩激光器的2次谐波等。它们的价格都很高，成为制造成本上升的一个原因。
此外，从KrF受激二聚物激光器等照射一次紫外线激光束所得到的添加锗的石英玻璃的折射率变化在10-4～10-3数量级，不是很大。因此，为了得到较大的折射率变化，有必要在一处进行多次紫外线激光束照射，延长了制造工序。
进而，基于光折射效果的光纤折射率变化是在石英玻璃的结构缺陷的基础上产生的，稳定性不够好。
具体地说，使添加了锗的石英玻璃产生的折射率变化在200℃的高温环境下、在几小时内显示出明显的变化。此外还知道，在超过30℃的环境下，折射率变化减少很多。
本发明的目的在于提供一种不需要贵重的装置就可以高效率地制造出来的光纤光栅及其制造方法。
本发明的目的还在于提供一种具有长期稳定的光栅特性的光纤光栅及其制造方法。
本发明为了达成此目的，对纤芯的软化温度比包层的软化温度还高的预制品加热，对包含具有在拉丝时所得到的残余应力的纤芯的光纤，在长度方向上以给定的周期间歇地进行加热，使该纤芯周围的包层软化，释放上述残余应力，使纤芯的折射率变化，由此，在上述光纤的长度方向形成上述纤芯和上述包层之间的比折射率差的周期性变化，从而得到这样一种光纤光栅。
附图的简单说明：
图1是表示本发明的光纤的拉丝工序的透视图。
图2是将图1所示的加热炉发热体内部的光纤部分的状态放大后示出的说明图。
图3是将图1所示的加热炉发热体内部的光纤部分的状态放大后示出的说明图。
图4是光纤部分的芯内拉伸应力和包层内压缩应力的说明图。
图5是表示纯石英玻璃、添加了3％重量的氟的石英玻璃和氧化锗的温度与粘度的关系的曲线图。
图6A是表示光栅部形成装置的结构的概略结构图，图6b是表示激光束的扫射动作的说明图。
图7是模式地表示由本发明的制造实施例所得到的光纤光栅的光栅部的沿光纤长度方向的纤芯-包层间的比折射率差的变化的曲线图。
图8是模式地表示由本发明的制造实施例所得到的光纤光栅的动作的说明图。
图9是表示由本发明的制造实施例所得到的光纤光栅的波长-透过损失特性的曲线图。
图10是表示使用了利用本发明的光纤光栅的光放大器的光纤通信系统的一个例子的概略结构图。
图11是表示添加铒的光纤放大器的增益-波长特性的曲线图。
图12是表示光纤光栅的增益-波长特性的曲线图。
图13是表示光放大器和光纤光栅组合时所得到的光纤通信系统的增益-波长特性的曲线图。
图14是说明现有的光纤光栅的制造工序的的概略结构图。
下面，就本发明的光纤光栅详细说明其制造顺序。
本发明的光纤光栅由得到包含具有残余应力的纤芯的光纤的光纤线拉丝工序和在该光纤内形成光栅的光栅部形成工序形成。
【1】光纤线拉丝工序
首先作成用于形成本发明的光纤光栅的光纤。
该光纤主要具有在纤芯内部有选择地残留着应力、而且通过加热可以使该应力缓和并释放的特性。
这样的光纤可以这样制造，例如，在加热预制品(光纤原料)和拉丝后所得到的光纤中，利用该纤芯的软化温度和包层软化温度的温度差，使熔融状态的纤芯比包层先固化，使因上述拉丝引起的拉伸应力有选择地残留在上述纤芯内部。
下面，具体地进行说明。
首先，准备预制品。
该预制品是由其中心的圆柱状的芯子和设在该芯子外围的包层构成。
而且，构成上述芯子的材料与上述包层相比折射率高且软化温度高。
进而，该预制品芯子的直接对包层外径的比率最好设定成使拉伸后的光纤成为单一模式光纤。即，希望本发明的光纤光栅所用的光纤是单一模式光纤。
实际上，即使是多模式光纤也能够形成本发明的光纤光栅。
但是，单一模式光纤其包层截面积相对芯子的截面积足够大，适合于后述那样有选择地使应力残留在芯子内。
与上述折射率有关的条件是将芯子作为导波路的光纤工作的条件。
与上述软化温度有关的条件是在将预制品加热并拉丝后变成光纤时、使熔融状态的纤芯比包层先固化的条件。
详细情况后面再述，这里要说明的是，该芯子和包层固化的目标在于转移成玻璃。若冷却状态(测定条件)一定，则芯子和包层中玻璃转移点的关系依赖于上述软化温度的关系。即，因包层的软化温度比芯子的软化温度低，故在拉丝工序中包层的玻璃转移点比芯子的玻璃转移点的温度低。
此外，该软化温度的条件也是后述光栅部形成工序所必需的条件。
但是，我们知道，石英玻璃的软化温度一般因添加掺杂剂而有较大的降低。
因此，为了得到必要的软化温度的温度差(玻璃转移点的温度差)，有必要使芯子的杂质添加量为零或很少，使包层的杂质添加量较大。
此外，如上所述，有必要使纤芯的折射率设计得比包层的折射率高。
因此，作为添加到纤芯中的杂质一般是锗等。锗有使石英玻璃的折射率上升的作用。
添加到包层中的杂质必须具有使石英玻璃的折射率降低的特性。这样的杂质只能是氟或硼。
在本发明中，不必象上述那样对纤芯添加杂质。即使添加也是少量的，例如若是锗则重量在1％以下。从与包层的玻璃转移点的关系来看，通常纤芯还不如是由没有添加杂质的石英玻璃形成。
包层杂质的添加量，例如当杂质是氟时，大约是1～3％ml(0.3～1％个重量单位)。
实际上，要适当地调整预制品的芯子和包层的材料组成、拉丝工序的温度和拉伸力(拉丝速度)等制造条件，以便得到所需的玻璃转移点(软化温度)的温度差、有选择地在纤芯内残留着应力并得到所要的纤芯包层间的比折射率差。
在该例中，所使用的预制品例如是，上述芯子由杂质可以忽略的、实质上是纯净的纯石英玻璃形成，上述包层由添加了1％ml杂质氟的石英玻璃(以下记为加氟石英玻璃)。
如上所述，加氟石英玻璃比纯石英玻璃的折射率低，且其软化温度也比纯石英玻璃低。例如，在添加了氟的加氟石英玻璃中，软化温度大约低100℃，以便使其折射率比纯石英玻璃低0.3％左右。
而且，如上所述，因玻璃转移点的关系依赖于软化温度的关系，故加氟石英玻璃的玻璃转移点比纯石英玻璃的玻璃转移点的温度低。在该例中，预制品的芯子-包层间的比折射率差大约为0.35％。
此外，芯子的软化温度约1600℃，包层的软化温度约1400℃。
此外，预制品的芯子直径是3.5mm，包层外径(预制品的外径)是50mm，以便从预制品中得到单一模式的光纤。即，包层外径大约是芯子直径的14倍，这就足够大了。
图1是表示光纤拉丝工序的概略图。图中，1是预制品，2是加热炉发热体。
使该预制品1从上方插入并通过加热炉发热体2内部，例如在1950℃的温度下持续加热，并以100g左右的拉力S进行拉丝。这样一来，在下部预制品1的直径收缩，形成圆锥状的颈缩部分1a。接下来，形成已拉丝的光纤部分3，最后形成光纤4。
图2是将图1所示的加热炉发热体2内部的光纤部分3的状态放大后示出的图。
因加热炉发热体2内部的温度足够高，故芯子1b和包层1c都以充分低的粘度熔融。而且，这些芯子1b和包层1c都因向下的拉力S而使直径慢慢变细。
最后如图3所示，拉到加热炉发热体2外部的光纤部分3在直径进一步变细的同时，温度急剧降低。
这时，因芯子1b的玻璃转移点比包层1c的玻璃转移点高，故芯子1b比包层1c先固化，其粘度上升。结果，该芯子1b达到了这样的粘度以至于它已不是所谓的粘性体、而是作为弹性体起作用。
玻璃是熔融状态还是作为固体(弹性体)起作用的临界温度就是玻璃转移点(Tg)，通常定义为使玻璃的粘度达到1013.5泊的温度。
图5是表示温度和粘度的关系的图。
虚线g表示作为玻璃转移点的基准的1013.5泊的粘度水平。直线A、B、C分别表示纯石英玻璃、添加了3％重量的氟的石英玻璃和氧化锗的特性。
从该曲线图可知，与纯石英玻璃相比，加氟石英玻璃的玻璃转移点低。而且，作为一种典型杂质的氧化锗，其玻璃转移点比纯石英玻璃大大降低。因此，可知通过添加杂质可使石英玻璃的玻璃转移点下降。
以下，将芯子1b的玻璃转移点记作Tg core，将包层1c的玻璃转移点记作Tg clad。
即，当光纤部分3的温度比Tg core低、且比Tg clad高时，芯子1b固化成为弹性体。另一方面，包层1c还是熔融状态，处于比上述芯子1b的粘度低的状态。
即，如图3所示，包层1c在熔融状态下延伸，另一方面加在芯子1b的拉力S使作为弹性体的芯子1b拉伸。因此，芯子1b弹性地延伸，处于芯子1b内加有箭头所示的拉伸应力(弹性应变)的状态。
这样，拉力S主要加在作为弹性体的芯子1b上，直到包层固化为止，不久光纤部分3便从下方拉出。
进而，随着光纤部分3从下方拉出，其温度变成在Tg core之下。这样一来，在芯子1b具加拉伸应力的情况下包层1c固化，从而得到已调整到给定的外径的光纤4。
换言之，加在芯子1b上的拉伸应力因包层的固化而被残留下来。
而且，因包层1c的截面积比芯子1b的截面积大得多，故该拉伸应力对包层几乎没有影响而是有选择地残留在芯子1b中。
严密地说，如图4所示，作为芯子1b内箭头所示的拉伸应力的反作用力，包层1c在其内部受到箭头所示的压缩应力。但是，因包层1c的截面积比芯子1b的截面积大得多，故上述压缩应力的值小，可以忽略其影响。
这样一来，通过在使芯子1b的粘度比包层1c的粘度高的状态下进行拉丝，可以得到包含具有残余应力(拉伸应力)的芯子1b的光纤4。
表1示出本例所得到的光纤4的特性的一个例子。
【表1】
| 光纤外径 | 125μM |
| 芯子直径 | 约10μm |
| 芯子包层间的比折射率差 | 约0.25％ |
| 芯子的组成 | 纯石英玻璃 |
| 包层的组成 | 加氟石英玻璃 |
| 模式场直径 | 约11μm |
| 截止波长 | 1.15μm |
如表1所示，由于上述残余应力的影响，芯子1b和包层1c间的比折射率差比预制品1的值降低了。
在本例中，与预制品1的比折射率差为0.35％相比较，这里所得到的光纤4的比折射率差为0.25％。
【2】光栅部形成工序
在【1】得到的光纤4中形成光栅部，作成光纤光栅。
图6A是表示形成光栅部的加热装置6的结构的概略结构图。
该加热装置6由激光发生装置6a、可动反射镜6b、透镜6c和激光束扫射装置6d构成。
即，从激光发生装置6A发生的激光束7通过反射镜和透镜等可动反射镜6b控制其方向，进而由透镜6c聚焦成直径为几十～几百μm的激光束，利用激光束扫射装置6d进行扫射(scan)。
光纤4固定在未图示的线夹子上，与该线夹子一起配置在由脉冲电机驱动的微动台上。而且，利用该微动台可以沿其长度方向移动。
具体地说，最初将光纤4固定在线夹子(未图示)上，再与该线夹子一起把固定在其上的光纤4放置在由脉冲电机驱动的微动台(未图示)上。
最后如图6b的虚线箭头所示那样，利用激光束扫射装置6d，使激光束7从光纤4的外部侧面开始，沿着与光纤4的长度方向垂直的方向横切该光纤4进行扫射。
这时，上述光纤4至少要加热到包层1c的软化温度之上。具体地说，最好加热到超过包层1c的玻璃转移点(Tg clad)，使其充分软化。但是，该温度又不能使芯子1b过分软化。
通常，该加热温度为1100～1700℃。
该加热温度可以通过使激光束7扫射速度变化去调整。在实际制造中，最好以各种扫射速度进行预备实验，预先求得能够使包层1c软化的最佳扫射速度。
扫射次数(横切光纤4的次数)一般为1～10次，但最好把扫射速度调整到只用1～2次就可使包层1c软化。
通过加热主要使包层1c软化，因禁锢力没有了，所以被包层1c禁锢而残留在芯子1b中的应力得到释放。结果，形成应力释放部1d。
这样，若对光纤4进行加热，软化温度比包层1c高的芯子1b在完全保持其形状的状态下释放了其残余应力。
于是，在该应力释放部1d芯子1b的折射率上升。
而且，当激光束7扫射结束时，光纤4的温度降低，应力释放部1d的包层1c再次固化。
芯子1b和包层1c都由石英系玻璃形成，它们的热膨胀系数是大致相同的值，因此，当光纤4的温度降低、包层已固化时，若不从光纤4的外部加给应力，芯子1b和包层1c都成为几乎没有因应力引起的应变的状态。
接着，如图6A所示那样，通过移动微动台，使光纤4沿其长度方向只移动与给定的光栅的一个周期对应的距离，再如图6b所示那样使激光束7扫射，形成第2个应力释放部1d。
通过以给定的周期周期性地重复上述操作，以给定的周期间歇地形成多个应力释放部1d。
在对上述芯子1b以给定的间隔设置的应力释放部1d、1d…中，芯子1b的折射率周期地变化。由此，构成在光纤4的长度方向产生芯子1b和包层1c之间的比折射率差的周期性的变化的光栅部5。
因为是利用局部加热来形成应力释放部1d的，所以，该光纤光栅的光栅周期通常是200～2000μm。因此，本发明的光纤光栅很适合用于辐射型的光纤光栅。
此外，在本发明中，光栅周期可以是精确固定的，也可以是大致固定的。在大致固定的情况下，该周期的离散大约设定在±15％左右。
此外，在本例中，激光束7的扫射是通过利用激光束扫射装置6d移动激光束7的照射位置使其横切光纤4来进行的。除此之外，也可以通过固定激光束7的照射位置、利用微动台使光纤4沿与其长度方向正交的方向移动来进行激光束7的扫射。
此外，在本例中，在形成应力释放部1d之后接着形成下一个相邻的应力释放部1d时，是利用微动台使光纤4沿其长度方向移动的，但也可以使激光束7的照射位置沿光纤4的的长度方向移动。
或者，通过改变可动反射镜6b的角度使激光束7进行扫射，也可能使激光束7的照射位置沿光纤4的长度方向移动。
(制造实例)
下面记述该光栅部形成工序中的具体制造实例。
作为光纤4使用了具有表1所示特性的光纤。
激光发生装置6a使用了二氧化碳激光器。
从激光发生装置6a(二氧化碳激光器)来的激光束7的输出最大约3w。
该激光束7由可动反射镜6b控制方向，利用透镜6c聚焦成直径约200μm的光束，进而利用机光束扫射装置6d在与光纤4的长度方向正交的方向上扫射5次，从而形成应力释放部1d。
这时，预先试验性地改变激光束扫射装置6d的扫射速度，使激光束7对和本实施例同样的光纤4进行扫射，并观察光纤4的包层1c的软化状态，求出能够使包层1c充分软化的扫射速度条件，根据求出的扫射速度条件调整该光纤4的加热温度。
此外，一个应力释放部1d在光纤4的长度方向上的长度与上述利用透镜6c使激光束7聚焦后的直径相同，约200μm。
接下来，使激光束7的照射位置沿光纤4的长度只移动一个光栅周期的长度(约400μm)，从而形成与上述应力释放部1d相邻的下一个应力释放部1d。
在该实施例中，该应力释放部1d的操作是在光纤4的长度方向上以约400μm的光栅周期反复进行的。
于是，在光纤4的长度方向的10mm的范围内形成了光栅部5。
将该光栅部5的长度(10mm)称为光栅长度。
在上述应力释放部1d中，纤芯1b的折射率局部上升了。结果，纤芯1b和包层1c间的比折射率差变成约0.35％。
图7是模式地示出该光栅部5在光纤长度方向上的比折射率差的变化的曲线图。
如该图所示，通过使纤芯1b的折射率产生周期性的变化，能够形成上述比折射率差从0.25％到0.35％交替地周期性变化的光栅部5。
图8是模式地示出该光纤光栅的工作的说明图。
该光纤光栅的光栅周期大约是400μm，因为周期较长，所以作为辐射型的光纤光栅工作。
即，在光栅部5中，入射光的特定模式与在包层1c中传播的辐射光(包层模式)相结合而迅速衰减。结果，可以得到与上述包层模式结合了的波长带的光已被损失掉的射出光。
图9是表示该光纤光栅的波长-透过损失特性的的曲线图。
如该图所示，特定波长带的光的透过损失有选择地变大。
将透过损失增加的波长带的宽度称为阻带宽度，将其中心的波长称为中心波长，将透过损失变化的大小称为阻止率。
在该实施例中，可以得到中心波长为1555nm、阻带宽度约14nm、阻止率峰值约3db的特性。
在该实施例中，使用二氧化碳激光器作为激光发生装置6a。
激光发生装置6a只要是能够将光纤4至少加热到包层1c的软化温度之上即可，没有特别的限制，小型的二氧化碳激光器可以很好地适用。
其它可使用的加热装置(激光发生装置6a)还可以列举YAG激光器、利用电弧放电等的能够进行局部加热装置。
电弧放电是光纤融合接续器所用的装置，可以转用到这里。使用电弧放电的具体条件，例如，放电电极间的距离是2mm，所加高频电磁波的频率是140KHz，放电电极间的电压在放电开始时大约是1万伏，在放电过程中大约是10万伏。
上述二氧化碳激光器、YAG激光器和利用电弧放电的加热装置如果是低输出功率的则比较便宜，可以使用这样便宜的加热装置也是本发明的优点之一。
特别是二氧化碳激光器的标准振动波长为10.6μm的激光束在石英系玻璃中有非常高的吸收率，该石英系玻璃因上述激光束的照射而成为不透明体。因此，二氧化碳激光器适合于光纤4的局部加热。
此外，通常包层1c充分软化的温度是例如1350℃～1700℃左右，所以，当使用二氧化碳激光器时，所需要的功率很小。
例如，当使该二氧化碳激光器射出的激光束直接照射到直径为125μm的由标准的石英系玻璃形成的光纤时，将该光纤的200μm左右的长度从室温加热到1500℃所需要的激光功率大约在几百mW以下。
但是，象图6A所示的加热装置6那样，激光在经过可动反射镜6b、透镜6c之后，功率有所降低。
此外，由于激光束7是以扫射方式照射的，故光纤4单位面积的有效照射时间缩短。
因此，当将使用二氧化碳激光器时的激光功率设定在几W～10W左右时，可以有较大的功率裕量来对光纤加热，从而形成应力释放部1d。
此外，虽然价格高一点，也可以使用受激二聚物激光器，这是过去利用光折射效果制造光纤光栅时所用的KrF受激二聚物激光器等的激光器。
在过去的光纤光栅的制造中，其芯子使用了由加锗石英玻璃形成的光纤，通过用KrF受激二聚物激光器等的波长为240nm附近的紫外线激光束对它进行照射，使芯子的折射率上升。
但是，当作为本发明的激光发生装置6a使用时，KrF受激二聚物激光器不是用来使芯子1b的折射率上升，而仅仅是用作为加热装置。
也就是说，在本例中，因为在芯子1b内没有添加锗作为杂质，或者即使添加了量也很少，所以，即使用受激二聚物激光器照射紫外线激光束，也不会发生芯子1b折射率的上升。
这样，因为没有对激光束7的波长的依赖性，所以也可以使用KrF受激二聚物激光器以外的受激二聚物激光器。
这样一来，在上述光纤光栅的制造中，作为加热装置使用的激光发生装置6a，其激光波长不受限制。因此，可以不使用价格高的受激二聚物激光器等的装置，而使用价格较低的二氧化碳激光器。
此外，因使包层1c软化所需的激光功率较小，故在调整激光束7的扫射速度形成一个应力释放部1d时，只用较少的扫射次数使激光束7横切光纤4即可。
因此，可以以低的装置价格、短的制造时间和简便的操作来达到高效率的制造。所以，可以谋求低成本化。
此外，因为芯子1b的应力释放部1d的折射率变化是因构造上的原因引起的，所以，长期变化小，可以得到稳定的光纤光栅。
本发明的光纤光栅可以在光纤通信系统中用来使光源、光检测器、光放大器和光纤等光学器件所具有的波长依赖性(与波长有关的特性曲线)平坦化。
当通过这些光学器件的光的增益-波长特性与波长有关时，特别使用光纤光栅去损耗增益大的波长的光，由此，可以使特性曲线平坦化，从而减少上述波长依赖性。
这样的波长-增益特性平坦化例如在具有光放大器的光纤通信系统中进行波长多路传送是有效的。
这样的光通信系统的基本构成包括光源、与此相连的光纤传送线路、插在该光纤传送线路中的光放大器和检测上述光纤传送线路来的射出光的光检测器。
而且，为了使构成由该基本结构形成的光通信系统的光学器件(光源、光检测器、光放大器和光纤)所具有的波长特性(波长依赖性)成为所要的波长特性，将光纤光栅插入光传送线路中使用。
图10是表示使用了本发明的光纤光栅的光纤通信系统的一个例子的概略结构图。图中8是光放大器，9是本发明的光纤光栅，它们插在其入射侧与光源(未图示)连接、其射出侧与光检测器(未图示)连接的光纤传送线路中，构成该光纤通信系统。
现在，经常使用加铒光纤放大器作为光放大器8。
图11是表示加铒光纤放大器的增益-波长特性的一个例子的曲线图。
图12是表示光纤光栅9的增益-波长特性的一个例子的曲线图。
图13是表示将这些光放大器8与光纤光栅9组合时得到的增益-波长特性的一个例子的曲线图。
从图11可知，在波长1535nm和1558nm附近出现增益峰值，具有波长依赖性。
当使用这样的光放大器8进行多个波长的光同时传送的波长多路传送时，例如，将1～2nm间隔的十个～几十个波长的光同时并行传送。为此，通常同时传送的波长区域超过10nm，在该波长区域内必须具有平坦的增益波长特性。
因此，如图12所示，若将波长在1558nm附近具有实质性损耗的光纤光栅9组合进去，则如图13所示，可以使增益平坦化。结果，能够构成由波长平坦度非常高的光放大器形成的光通信系统。
当将由制造实施例得到的光纤光栅插在这样的光通信系统中并测定增益-波长特性的关系时，可以确认能得到如图13所示那样的波长平坦区域。
本发明的光纤光栅的使用不限于在这里举例示出的光放大器，可以用于以使光源、光检测器、光放大器、光纤等光学器件所具有的波长依赖性平坦化等为目的的各种光通信系统中。
在本发明中，可以得到以下效果。
即，用于形成光栅部的加热装置因不受其激光束波长的限制，故可以不使用受激二聚物激光器等贵重的装置而使用比较便宜的二氧化碳激光器等。
此外，因为使包层软化所需要的激光功率比较小，故即使横切光纤扫射的次数少也能释放芯子的应力，使折射率上升。
因此，可以以低的装置价格、短的制造时间和简便的操作来达到高效率的制造。所以，可以谋求低成本化。
此外，因为光纤光栅的芯子折射率的周期性变化(芯子-包层间的比折射率差的周期性变化)是因构造上的原因引起的，所以，长期变化小，可以得到长期稳定的光纤光栅。
本发明的光纤光栅可以使例如对增益-波长特性而言具有波长依赖性的光源、光检测器、光放大器和光纤等光学器件所具有的波长依赖性平坦化，可以用在各种光纤通信系统中。
Claims (12)
1．一种光纤光栅的制造方法，其特征在于，对包含具有残余应力的纤芯的光纤，在长度方向上以给定的周期间歇地进行加热，使该纤芯周围的包层软化，释放上述残余应力，使纤芯的折射率变化，由此，在上述光纤的长度方向形成上述纤芯和上述包层之间的比折射率差的周期性变化。
2．权利要求1所述的光纤光栅的制造方法，其特征在于，对纤芯的软化温度比包层的软化温度高的预制品进行加热、拉丝，从而制造出上述光纤。
3．权利要求1所述的光纤光栅的制造方法，其特征在于，上述纤芯由纯石英玻璃形成，上述包层由添加了氟的石英玻璃形成。
4．权利要求1所述的光纤光栅的制造方法，其特征在于，上述光纤是单一模式光纤。
5．一种光纤光栅的制造方法，其特征在于，权利要求1所述的光纤光栅，其使用二氧化碳激光器作为加热光纤的加热装置。
6．一种光纤光栅的制造方法，其特征在于，权利要求1所述的光纤光栅，其所述比折射率差的周期性变化的周期是200～2000μm。
7．一种光纤光栅的制造方法，其特征在于，在包括具有残余应力的纤芯的光纤的长度方向周期性地形成已将上述残余应力释放了的应力释放部。
8．权利要求7所述的光纤光栅的制造方法，其特征在于，上述光纤具有由纯石英玻璃形成的纤芯和由添加了氟的石英玻璃形成的包层。
9．权利要求7所述的光纤光栅的制造方法，其特征在于，上述光纤是单一模式的光纤。
10．一种光纤光栅，其特征在于，用权利要求7所述的方法制作成，其光栅周期是200～2000μm。
11．一种光纤通信系统，其特征在于，使用了权利要求7所述的光纤光栅。
12．权利要求11所述的光纤通信系统，其特征在于，上述光纤通信系统包括光源、与此相连的光纤传送线路、插在该光纤传送线路中的光放大器和光纤光栅、以及检测上述光纤传送线路来的射出光的光检测器。
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