CN1576912A - 光纤布拉格光栅的制造方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可形成布拉格衍射光栅的FBG制造方法和制造装置，其可减小折射率调制振幅的偏差，并且在光纤芯部所希望的位置处具有相移部，或者使折射率调制振幅按照所希望的方式改变。本发明的FBG制造方法具有通过采用相位掩模法，在感光性光纤10的纵向(X轴方向)上扫描紫外激光20，在光纤芯部10a上沿着光纤10纵向形成周期性折射率调制的步骤，以及与紫外激光20的扫描步骤同时进行的另一步骤，该步骤在紫外激光20的照射位置处于预定位置PB时，通过使相位掩模16在光纤10的纵向上瞬间仅移动预定距离(例如为布拉格衍射光栅周期的1/2距离)，在光纤芯部10a上形成周期性折射率调制的相移部33。

Description

光纤布拉格光栅的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及光纤布拉格光栅(FBG)的制造方法和制造装置，特别涉及具有相移部或折射率调制振幅发生改变(例如经过切趾化)的FBG的制造方法和制造装置。
背景技术
作为通过在光纤芯部形成布拉格衍射光栅来制造FBG的方法，已知有相位掩模法。相位掩模法是通过向光纤芯部照射紫外激光的干涉光，在光纤芯部中的光纤纵向上形成周期性折射率调制的方法(例如，参照非专利文献1)。
此外，具有相移部的FBG应用于光码分复用(OCDM：OpticalCode Division Multiplexing)方式的编码器和解码器中。在OCDM方式的编码器和解码器中使用的SS-FBG(Super Structure FBG)中，多个相移部形成于对应于代码种类的位置处。为了由相移法在光纤芯部形成相移部，现有技术中有在相位掩模的衍射光栅处设置相移形成用的部分的方法(例如，参照非专利文献2)。该方法适于少量品种的大量生产，但是由于需要对应于每一代码种类准备高价的相位掩模，因此不适于多种品种的少量生产。
作为适于多种品种的少量生产的方法，已经提出了在相位掩模法中，通过采用压电元件(PZT)的PZT平台，使光纤在其纵向上微动或振动，由此使FBG具有相移部或切趾部的方法(例如，参照专利文献3)。
但是如图12(a)所示，在相位掩模116不动，光纤10在其纵向(X轴方向)上微动或振动时，如图12(b)所示，由于在X轴方向移动的结构的偏移(ヨ-イング)等使得光纤10在与X轴方向正交的Y轴方向(光纤的宽度方向)产生偏差。特别是对于具有多个相移部的SS-FBG，由于需要对光纤110实施多次移动(微动)，因此光纤110在Y轴方向上产生较大偏差。此外，如图12(b)所示，例如单模光纤具有高斯分布，即形成折射率调制的光纤110a的直径缩小为约8微米，紫外激光120的强度分布急剧上升和急剧下降。因此，存在由于光纤110在Y轴方向上的偏差，使得紫外激光120向光纤110a的照射量发生较大变化，从而在光纤110a中形成的折射率调制振幅产生较大偏差。
此外，在非专利文献3中，由于向PZT输入方波样的电压线形变动(linear variation)，因此由于磁滞现象和滞缓现象，不能保持PZT输入电压和移动量之间的线形性，难以设计出在光纤芯部110a中形成所希望的折射率调制的方法。
[非专利文献1]水波澈著、“光纤衍射光栅”、应用物理、第67卷第9号(1998)、第1029-1034页
[非专利文献2]西木玲彦等著、“采用SSFBG的OCDM用相位编码器的开发-数据率扩展方式的验证”、信学技法、电子情报通信学会技术报告(TECHNICAL REPORT OF IEICE.)OFT2002-66(2002-11)、第13-18页
[非专利文献]3ダブリュ·エイチ·ロ-等著、“complex gratingstructures with uniform phase masks based on the movingfiber-scanning beam technique”，Opticals Letters，Vol.20.1995年10月15日
发明内容
本发明提供一种可形成布拉格衍射光栅的FBG制造方法和制造装置，所要解决的问题是减少由于光纤宽度方向的偏差引起的折射率调制振幅的偏差，并且能够在光纤芯部所希望的位置处形成相移部，或者使折射率调制振幅按照所希望的方式改变。
本发明的制造方法包括以下步骤：通过采用相位掩模法，在感光性光纤的纵向上扫描紫外激光，以在光纤芯部中沿着光纤纵向形成周期性折射率调制的步骤；以及与上述紫外激光的扫描步骤同时进行地，在紫外激光的照射位置处于预定位置时，通过使所述相位掩模法中使用的相位掩模在上述纵向上仅瞬间移动预定距离，按照在光纤芯部中形成的周期性折射率调制而形成相移部的步骤。
此外，作为本发明的另一种制造方法，其包括以下步骤：通过采用相位掩模法，在感光性光纤的纵向上扫描紫外激光，以在光纤芯部中沿着上述纵向形成周期性折射率调制的步骤；以及与上述紫外激光的扫描步骤同时进行地，通过使所述相位掩模法所用的相位掩模在上述纵向上振动，并使该振动的振幅根据所述紫外激光的照射位置连续增加或减少，使所述光纤芯部处形成的折射率调制振幅发生改变的步骤。
作为本发明的制造装置，是在所述光纤芯部的所述纵向上形成周期性折射率调制的装置，其包括将感光性光纤保持为直线状的支持部件；相位掩模；通过所述相位掩模，向保持于所述支持部件上的所述光纤的光纤芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件；使所述紫外激光照射位置在所述光纤的纵向上移动的扫描部件；还包括使所述相位掩模在所述纵向上瞬间移动的微动部件；通过所述扫描部件使所述紫外激光的照射位置发生移动，同时由所述微动部件使所述相位掩模在所述纵向上仅瞬间移动预定距离的控制部件。
此外，作为本发明的其它制造装置，是在所述光纤芯部的所述纵向上形成周期性折射率调制的装置，其包括将感光性光纤保持为直线状的支持部件；相位掩模；通过所述相位掩模，对支持于所述支持部件上的所述光纤的光纤芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件；使所述紫外激光照射位置在所述光纤的纵向上移动的扫描部件；还具有使所述相位掩模在所述纵向上振动的微动部件；通过所述扫描部件使所述紫外激光的照射位置发生移动，同时由所述微动部件使所述相位掩模在所述纵向上振动，通过使该振动的振幅对应于所述紫外激光的照射位置连续增加或减小，使形成在所述光纤芯部处的周期性折射率调制振幅发生改变的控制部件。
如果使用本发明的光纤布拉格光栅制造方法或制造装置，可获得这样的效果，即不用交换相位掩模，便可形成在光纤芯部所希望的位置处具有所需相移量的相移部或者使折射率调制振幅按照所需方式改变的布拉格衍射光栅。
此外，在本发明光纤布拉格光栅制造方法或制造装置中，为形成相移部或使折射率调制振幅改变，在如现有技术中那样，由于相位掩模在其纵向上微动或振动，从而使得光纤微动或振动时，光纤芯部位置相对于紫外激光在光纤宽度方向上不会发生错位。由此，如果采用本发明光纤布拉格光栅制造方法或制造装置在光纤芯部形成布拉格衍射光纤的话，可获得降低折射率调制振幅偏差的效果。
附图说明
图1简略地显示了作为本发明第1到第3实施方式的光纤布拉格光栅(FBG)制造装置的结构，其中(a)是将X轴方向作为横向的图，(b)是将Y轴方向作为横向的图。
图2是用于说明作为本发明第1实施方式的FBG制造装置的微动平台14的动作的图。
图3为用于说明本发明第1实施方式的FBG制造方法的图，其中(a)表示相位掩模16相移前的折射率调制形成步骤，(b)表示相位掩模16相移后的折射率调制形成步骤。
图4显示了作为本发明第1实施方式的FBG制造装置微动平台的压电元件的输入电压和相移量的关系。
图5显示了具有相移部的FBG的反射光谱(第1实施方式)和不具有相移部的FBG的反射光谱(比较例)。
图6为说明本发明第2实施方式的FBG制造方法的图。其中(a)为显示相位掩模的振动的图，(b)用于说明在相位掩模振动的振幅缩小的情况下，光纤芯部折射率调制振幅变大、(c)用于显示说明在相位掩模振动的振幅变大的情况下，光纤芯部折射率调制振幅变小。
图7表示当作为本发明第2实施方式的FBG制造装置的微动平台和压电元件的振动为SIN函数的情况下，显示出标准化的相对折射率调制振幅。
图8是用于说明根据本发明第2实施方式的FBG制造方法形成切趾部的方法，其中(a)表示微动平台压电元件的输入电压波形，该(b)表示光纤芯部的折射率调制振幅。
图9表示具有切趾部的FBG的反射光谱(第2实施方式)和不具有切趾部的FBG的反射光谱(比较例)。
图10用于说明第3实施方式的FBG制造方法，其中(a)用于说明微动平台压电元件的驱动电路(合成电路)的操作，(b)显示了从函数信号发生器发出的输入信号波形，(c)显示了从直流电压发生器发出的输入信号波形，(d)显示了合成电路51的输出波形。
图11中(a)显示了具有相移部，但是无切趾部的FBG的反射光谱(比较例)。(b)显示了同时具有相移部和切趾部的FBG的反射光谱(第3实施方式)。
图12简略地显示了现有技术中在制造FBG时，激光和相位掩模/光纤的位置关系。其中(a)是将X轴方向作为横向的图，(b)是将Y轴方向作为横向的图。
具体实施方式
在图1中，(a)和(b)简略地显示了作为本发明第1到第3实施方式的光纤布拉格光栅(FBG)制造装置的结构，(a)是将作为光纤纵向的X轴方向作为横向的图，(b)是将与X轴方向正交的Y轴方向作为横向的图。如图1(a)和(b)所示，依据第1到第3实施方式的FBG制造装置，其具有基板11、使该基板11移动或旋转的平台系统12、设置在基板11上的光纤支持件13。固定在基板11上的微动平台14、固定在该微动平台14上的相位掩模支持件15和固定在该相位掩模支持件15上的相位掩模16。此外，该FBG制造装置还具有向光纤10照射紫外激光20的光学系统21，其中该光纤10由光纤支持件13张开呈直线状。另外，作为光纤10，使用其光纤芯部的折射率随紫外线照射发生改变的感光性光纤。
如图1(a)和(b)所示，平台系统12具有沿θ轴旋转的平台12a、沿Y轴移动的平台12b和沿X轴移动的平台12c。沿θ轴旋转的平台12a通过从脉冲马达等驱动源(图中未示出)发出的驱动力，使基板11以与基板11表面正交的轴线(沿着图1(a)和(b)中的纵向延伸的轴线)为中心进行旋转，沿θ轴旋转的平台12a用于使由光纤支持件13支撑的光纤10的纵向与X轴方向(X轴移动平台12c的移动方向)平行。沿Y轴移动的平台12b通过从脉冲马达等驱动源(图中未示出)发出的驱动力，使沿θ轴旋转的平台12a和基板11在与X轴方向正交的Y轴方向(为Y轴移动平台12b的移动方向，图1(b)中的横向)移动。沿Y轴移动的平台12b是为使由光纤支持件13支撑的光纤10的光纤芯部的位置与紫外激光20的照射位置一致，而使得沿θ轴旋转的平台12a和基板11在Y轴方向上移动的机构。对于沿θ轴旋转的平台12a对光纤10方向的调整顺序和沿Y轴移动的平台12b对光纤10的Y轴方向的位置的调整顺序没有特别限制，例如可采用特开平11-142659号公报中公开的方法。
沿X轴移动的平台12c通过从脉冲马达等驱动源(图中未示出)发出的驱动力，使沿Y轴移动的平台12b、沿θ轴旋转的平台12a以及基板11在X轴方向(图1(a)中的横向)上移动。沿X轴移动的平台12c的最大移动距离，例如为150mm，位置移动分解能力例如为1微米。沿X轴移动的平台12c通过使基板11上的光纤支持件13所支撑的光纤10在其纵向(通过沿θ轴旋转的平台12a和沿Y轴移动的平台12b，使其与X轴方向一致)上移动，可使紫外激光20在光纤10上的照射位置在X轴方向上移动(即，由紫外激光20对光纤10的光纤芯部进行扫描)。
基板11上的微动平台14以压电元件(PZT)作为驱动源，使得相位掩模支持件15和相位掩模16在X轴方向上微动或振动。微动平台14的最大移动距离例如为35微米，位置移动分解能力例如为1nm。采用位置移动分解能力为1nm的压电元件的微动平台14如以下在第1到第3实施例所述，可用于使光纤芯部10a的布拉格衍射光栅具有相移部和改变其折射率调制振幅的用途。此外，压电元件的移动量可通过控制压电元件的输入电压进行调整。
沿θ轴旋转的平台12a、沿Y轴移动的平台12b、沿X轴移动的平台12c和微动平台14的操作，可基于从例如个人电脑(PC)的控制装置(图中未示出)发出的控制信号，由各自的驱动电路(在图1(a)和(b)中未示出)进行控制。
如图1(b)所示，照射紫外激光20的光学系统21具有激光源21a、透镜21b和反射镜21c。激光光源21a例如为产生244nm波长光的Ar-CW激光器(例如为Coherent公司制造的INNOVA300Fred(商品名称))。从激光光源21a发出的紫外激光由透镜21b进行会聚，由反射镜21c进行反射，通过相位掩模16后照射到光纤10的光纤芯部。在图1(a)和(b)中，紫外激光的照射位置被固定，紫外激光20的扫描是由X轴移动平台12c移动基板11实施的。但是，也可以不通过X轴移动平台12c使基板11在X轴方向上移动，而通过固定基板11，使得光学系统21在X轴方向上移动。
第1实施方式
图2是用于说明作为本发明第1实施方式的FBG制造装置的微动平台14的动作的图。微动平台14的动作是基于从诸如个人电脑(PC)的控制装置(图中未示出)发出的控制信号，通过驱动电路(为图2中的直流电压发生器17)调整微动平台14的压电元件的施加电压进行控制的。平台系统12的控制装置和微动平台14的控制电路通常为同一个人电脑。
图3(a)和(b)为用于说明依据本发明第1实施方式的FBG制造方法(依据第1实施方式的FBG制造装置的动作)的图，该图(a)表示相位掩模16相移前的折射率调制形成步骤，该图(b)表示相位掩模16相移后的折射率调制形成步骤。如图3(a)和(b)所示，当紫外激光20通过相位掩模16时，产生周期为相位掩模16的衍射光栅周期的1/2的干涉条纹(干涉光20a)。当该干涉条纹照射在光纤芯部10a上时，对应于照射光量，光纤芯部10a的折射率增加，在光纤芯部10a处，由于周期性折射率调制，而形成布拉格衍射光栅。
如图1和图3(a)和(b)所示，由X轴移动平台12c造成的基板11在X轴方向上的移动，具体地是通过向图3(a)和(b)示出的箭头A方向移动，紫外激光20的照射位置从位置PA通过位置PB，移动到位置PC。当紫外激光20的照射位置处于位置PB时，由微动平台14使相位掩模16在光纤10的纵向，即X轴方向(在本例中与箭头A方向相反的方向)上仅移动预定距离(微动)。此时相位掩模16的移动距离为相位掩模16的衍射光栅周期的1/4(即为光纤芯部10a处形成的布拉格衍射光栅周期的1/2)。
如图3(a)和(b)所示，通过紫外激光20从位置PA到位置PB的扫描，光纤芯部10a处形成布拉格衍射光栅31。此时紫外激光20的扫描速度例如为在10微米/秒-100微米/秒范围内设定的一固定值。在该扫描期间，相位掩模16和光纤10的相对位置不变。
如图1和图3(b)所示，当紫外激光20的照射位置到达位置PB时，通过微动平台14的微动在光纤芯部10a处形成相移部33。此时的微动量(相移量)为光纤芯部10a的布拉格衍射光栅周期的1/2(相位掩模16的衍射光栅周期的1/4)。该相移量成为相移部的长度。该相移量例如为0.268微米。此时，采用压电元件的微动平台14的压电元件的输入电压约为180mV。如图4所示，根据微动平台的压电元件的输入电压和相移量的关系求出输入电压。但是，图4的关系只不过是一实例，压电元件的输入电压和相移量的关系根据压电元件的种类而变化。
如图3(b)所示，通过紫外激光20从位置PA到位置PB的扫描，在光纤芯部10a处形成布拉格衍射光栅32。此时紫外激光20的扫描速度例如为在10微米/秒-100微米/秒范围内设定的一固定值。在该扫描期间，相位掩模16和光纤10的相对位置不变。在该实施例中，紫外激光20的照射位置固定，使光纤10通过X轴移动平台12c在箭头A的方向上移动，使相位掩模16通过微动平台14而在X轴方向上微动，但在图3(a)和(b)中，为了容易理解相位掩模16和光纤芯部10a在X轴方向上的位置关系，通过移动紫外激光20的位置进行描述。
通过以上过程，当光纤芯部10a处于位置PB时，从位置PA到位置PB的布拉格衍射光栅31和从位置PB到位置PC的布拉格衍射光栅32形成仅相移布拉格衍射光栅周期的1/2的FBG。
在以上说明中描述了具有一个相移部33的FBG的制造方法，但是利用微动平台14使相位掩模16反复微动，可制造具有多个相移部的FBG。此外，如果通过同一个人电脑控制X轴移动平台12c和微动平台14，且在X轴移动平台12c的动作过程中，以所希望的多个坐标使微动平台14动作的话，也可以在所希望的位置形成多个相移部33。此外，采用SS-FBG的OCDM用编码器和解码器可根据任意编码的码长和模式，使布拉格衍射光栅具有多个相移部33，第一实施方式的FBG制造方法可适于制造这种FBG。
此外，通过调整微动平台14的输入电压可控制相移量，并制造FBG，该FBG具有相移量为在光纤芯部形成的布拉格衍射光栅的1/4周期或3/4周期等的任意相移量的相移部。一般，相移量为比相位掩模16的衍射光栅周期的1/2更小的值(即，为比光纤芯部10a处形成的衍射光栅的周期更小的值)。另外，根据需要，相移量也可以为比相位掩模的衍射光栅周期的1/2更大的值(即，比光纤芯部10a处形成的衍射光栅的周期更大的值)。
图5显示了具有相移部的FBG的反射光谱(第1实施方式)和不具有相移部的FBG的反射光谱(比较例)。如图5中用粗线(经过相移)所示，在FBG长度中央具有为布拉格衍射光栅的1/2周期的相移部33的FBG的反射光谱在反射带中央处具有倾角。此时FBG的长度为2.4mm，在其中央处(距离端部1.2mm的位置)设置相移部。此外，如图5中用细线(不经过相移)所示的不具有相移部的FBG的反射光谱在反射带中央不出现倾角。根据这种反射光谱的实测值，可确定在第1实施方式下，在FBG中长度为衍射光栅的1/2周期的相移部被良好地形成。
如上所述，如果采用依据第1实施方式的FBG制造方法或制造装置，可不用交换相位掩模16便可形成在光纤芯部10a所希望的位置处具备具有所需相移量的相移部33的布拉格衍射光栅。
另外，在依据第1实施方式的FBG制造方法或制造装置中，由于形成了相移部33，在如现有技术中那样，由于相位掩模16在其纵向上微动从而使得光纤10微动，从而光纤芯部10a的位置和紫外激光在Y轴方向上的位置关系不会发生错位。此外，相位掩模16在Y轴方向的宽度为5mm-10mm左右时，其比光纤芯部的直径更大，因此由相位掩模16在Y轴方向的错位不会造成向光纤芯部10a的紫外光照射量发生改变。由此，如果采用依据第1实施方式的FBG制造方法或制造装置在光纤芯部10a中形成布拉格衍射光栅的话，可降低由光纤宽度方向错位引起的折射率调制振幅的偏差。
第2实施方式
在第2实施方式中，采用函数电压信号发生器代替第1实施方式中的微动平台驱动用的直流电压发生器(图2中的符号17)，通过在微动平台的压电元件上施加所需函数波形的电压振幅，可使相位掩模振动。在第2实施方式中，通过由微动平台使相位掩模振动，使光纤芯部的折射率调制振幅改变，例如使其具有切趾部。
如图1所示，依据第2实施方式的FBG制造方法(依据第2实施方式的制造装置的动作)，具有通过采用相位掩模法，在光纤10的纵向(X轴方向)上扫描紫外激光20，然后在光纤芯部10a中光纤10的纵向上形成周期性折射率调制的步骤。此外，在依据第2实施方式的FBG制造方法中，还具有与上述紫外激光20的扫描步骤同时进行地，通过使相位掩模法中所用的相位掩模16在光纤10的纵向上振动，并使该振动的振幅根据紫外激光10的照射位置连续增加或减少，使光纤芯部10a中形成的折射率调制发生改变。
图6(a)到(c)为说明作为本发明第2实施方式的FBG制造方法的图。该图(a)为显示相位掩模的振动的图，图(b)用于说明在相位掩模振动的振幅缩小的情况下，光纤芯部折射率调制振幅变大、图(c)用于显示说明在相位掩模振动的振幅变大的情况下，光纤芯部折射率调制振幅变小。如图6(a)所示，当相位掩模16在实线位置和虚线位置之间反复移动(即振动)时，干涉光41相对于光纤芯部10a的照射位置也发生改变。当光纤芯部10a的激光束照射量固定时，如图6(b)所示，相位掩模16振动的振幅较小时，干涉光41对于光纤芯部10a的照射范围变窄，因此光纤芯部10a的布拉格衍射光栅的折射率调制振幅变大。其中，相位掩模16振动的振幅与图6(b)中表示干涉光照射强度的3条曲线(实线、细虚线、粗虚线)中实线与粗虚线的相位差相对应。此外，如图6(c)所示，相位掩模16振动的振幅较大时，干涉光41对于光纤芯部10a的照射范围变宽，因此光纤芯部10a的布拉格衍射光栅的折射率调制振幅变小。其中，相位掩模16振动的振幅与图6(c)中表示干涉光照射强度的3条曲线(实线、细虚线、粗虚线)中实线与粗虚线的相位差相对应。但是，在图6(b)情况下的平均折射率变化量Nb和在图6(c)情况下的平均折射率变化量Nc是相等的。
图7表示在依据本发明第2实施方式的FBG制造装置的微动平台的压电元件的振动为SIN函数的情况下，被标准化的相对折射率调制振幅。该标准化在SIN函数的输入振幅电压为0mV时，将光纤芯部10a的布拉格衍射光栅的折射率调制振幅作为1。此外，该图表示出了振动函数为SIN波形(或者COSIN波形)时模拟值和测定值之间的关系。此时的振动频率为10Hz。由此可知，用为SIN波形(或者COSIN波形)函数的振幅进行控制时，模拟值和测定值之间几乎一致。
图8(a)到(b)是用于说明根据第2实施方式的FBG制造方法形成切趾部的方法，该图(a)表示微动平台的压电元件的输入电压波形，该图(b)表示光纤芯部的折射率调制振幅。作为切趾法技术，指的是通过使FBG的周期性折射率调制的包络线为图8(b)所示的形状(铃状)，来抑制由FBG两端的法布里-柏里干涉引起的侧凸起的技术。在FBG的周期性折射率调制83的包络线81形成如图8(b)所示形状的布拉格衍射光栅时，相对于FBG长度方向位置的输入SIN波形(或者COSIN波形)函数的电压振幅为图8(a)所示的话较好。根据图7所示的标准化光纤芯部衍射光栅的折射率调制振幅与SIN函数的输入振幅电压的对应关系，可获得形成包络线81所需的电压振幅。因此，通过控制压电元件的输入电压，可在光纤芯部的布拉格衍射光栅处形成切趾部。
图9表示具有切趾部的FBG的反射光谱(第2实施方式)和不具有切趾部的FBG的反射光谱(比较例)。这些FBG的长度为4.8mm。在第2实施方式中，经切趾化的(即，具有切趾部分)折射率调制的包络线由以下式(1)的升高的COSINE函数形成。
f(x)＝1+cos(2πx/L)      (1)
在此，L表示FBG的全长。图9实线所示的具有切趾部的FBG的反射光谱(With apodize)和图9虚线所示的不具有切趾部的FBG的反射光谱(W/O apodize)相比，在为具有切趾部的FBG时，可抑制侧凸起。另外，在第2实施方式中可以在切趾部使用升高的COSINE函数，也可以使用其它函数。
如上所述，如果采用依据第2实施方式的FBG制造方法或制造装置，可在光纤芯部10a所希望的位置处使折射率调制振幅发生改变(例如形成切趾部)。
此外，在依据第2实施方式的FBG制造方法或制造装置中，为使折射率调制振幅发生变动，而在如现有技术中那样，由于相位掩模16在其纵向上振动，从而使得光纤10振动时，光纤芯部10a的位置与紫外激光20在Y轴方向上不会发生错位。此外，由于相位掩模16在Y轴方向的宽度较大，为5mm-10mm左右，因此由相位掩模16在Y轴方向的错位不会造成向光纤芯部10a的紫外光照射量发生改变。由此，如果采用依据第2实施方式的FBG制造方法或制造装置在光纤芯部10a形成布拉格衍射光栅的话，可降低由光纤宽度方向错位引起的折射率调制振幅的偏差。
另外，根据第2实施方式，在通过函数电压信号发生器产生向微动平台14的压电元件施加的电压使压电元件振动时，振幅变化的情况是以平滑的SIN波形(或者COSIN波形)进行振动时，模拟的FBG折射率调制的振幅与实际制作的FBG折射率调制的振幅大致一致。因此，实际制作出的FBG的折射率调制振幅可根据微动平台14的压电元件的输入电压进行换算，并容易地进行方法设计，以获得所需要的FBG折射率调制。
第3实施方式
依据第3实施方式的FBG制造方法，是制造同时具有相移部和改变折射率变动振幅的FBG的方法。在依据第3实施方式的FBG制造方法中，将第1实施方式的直流电压发生器的输出和第2实施方式中的函数电压信号发生器的输出合成出的信号，输入到微动平台的压电元件中，使相位掩模16振动和微动。
在第3实施方式的FBG制造方法中(第2实施方式的制造装置的动作)，具有通过采用相位掩模法，在光纤10的纵向(X轴方向)上扫描紫外激光20，在光纤芯芯部10a中光纤10的纵向上形成周期性折射率调制的步骤，此外，在依据第3实施方式的FBG制造方法中，还具有与上述紫外激光20的扫描步骤同时进行的、在紫外激光20的照射位置处于预订位置处时，通过使在相位掩模法中使用的相位掩模16在光纤10的纵向上仅瞬间移动预定距离(微动)，按在光纤芯部10a上形成的周期性折射率调制而形成相移部33。进一步地，在第3实施方式的FBG制造方法中，还具有这样的步骤，即通过使相位掩模法中所用的相位掩模16在光纤10的纵向上振动，并使该振动的振幅根据紫外激光10的照射位置连续增加或减少，可使光纤芯部10a中形成的折射率调制的振幅发生改变。
图10(a)到(d)用于说明第3实施方式的FBG制造方法，该图(a)用于说明微动平台压电元件的驱动电路(合成电路)51的动作，图(b)显示了从函数信号发生器发出的输入信号波形的一个实例，图(c)显示了从直流电压发生器发出的输入信号波形的一个实例，图(d)显示了合成电路51的输出波形。如图10(a)所示，函数信号发生器的电压振幅和直流电压发生器的直流电压输入到合成电路中，输出合成电压波形。
在第3实施方式中，对具有1个相移部的FBG和对FBG施加切趾法技术时的FBG制造方法进行说明。另外，还示出了长度为2.4mm、在FBG长度中央处具有长度为布拉格衍射光栅的1/2周期的相移部的FBG，从其端部开始每隔1.2mm的位置处施加升高的(レイズド)COSINE函数的切趾部的情况。
第3实施方式的FBG制造方法如下所示。采用图1(a)和(b)所示的制造装置，在X轴移动平台12c动作时，紫外激光20通过相位掩模16对光纤芯部10a进行扫描。如图10(d)所示，在开始扫描时，为使折射率调制振幅约为0，输入到压电元件中的振幅电压较大，约为268mV。通过形成在形成相移之前的1.2mm长的布拉格衍射光栅，根据如图7所示的与SIN函数的输入振幅电压相对应的标准化的光纤芯部衍射光栅的折射率调制振幅和FBG全长为1.2mm的升高的COSINE函数关系式进行换算后，如图10(d)所示，该输入电压振幅从约0mV变动至268mV。如图10(d)所示，为了形成扫描距离为1.2mm、长度为布拉格衍射光栅的1/2周期的相移部(268微米)，施加约180mV的直流电压。当扫描距离超过1.2mm后，形成剩余1.2mm长的布拉格衍射光栅用的输入电压振幅如图10(d)所示，具有与相移前的1.2mm扫描相同的输入电压振幅变化。
图11(a)显示了具有相移部，但是无切趾部的FBG的反射光谱(比较例)。图11(b)显示了同时具有相移部和切趾部的FBG的反射光谱(第3实施方式)。在图11(a)和(b)中，显示了在FBG中央具有一个其长度为布拉格衍射光栅1/2周期的相移部、长度为2.4mm的FBG中实施切趾法和不实施切趾法形成的FBG的反射光谱。由此可知，在实施了切趾法的FBG的反射光谱中，可抑制侧凸起。
在以上的说明中示出了具有1个相移部，并在切趾法中采用升高的COSINE函数的FBG的制造实例，但是通过同样的方法可制造具有多个相移部和任意相移量、并且在切趾法中可使用任何函数的FBG。因此，根据第3实施方式，通过合成直流电压发生器的电压和函数电压信号发生器的信号并施加在微动平台的压电元件上，可使微动平台振动和移动，形成具有所需相移量和个数的相移部并且施加了所希望函数的切趾法的FBG。
此外，在第3实施方式的FBG制造方法和制造装置中，为使折射率调制振幅变动，而在如现有技术中那样，由于相位掩模16在其纵向上微动和振动，从而使得光纤10振动时，光纤芯部10a与紫外激光20在Y轴方向上的位置关系不会发生偏移。此外，由于相位掩模16在Y轴方向的宽度较大，约为5mm-10mm，因此相位掩模16在Y轴方向上的错位不会造成向光纤芯部10a的紫外光照射量发生改变。由此，如果采用依据第2实施方式的FBG制造方法或制造装置在光纤芯部10a形成布拉格衍射光栅的话，可降低由光纤宽度方向错位引起的折射率调制振幅的偏差。
此外，在上述各种实施方式中，对光纤芯部形成布拉格衍射光栅的情况进行了说明，但是如果采用由紫外激光改变折射率的光导波路的话，可由本发明制造方法和制造装置形成衍射光栅。

Claims (16)

1.一种光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为包括以下步骤：
通过采用相位掩模法，在感光性光纤的纵向上扫描紫外激光，在光纤芯部中沿着光纤的纵向形成周期性折射率调制的步骤，以及
与紫外激光的扫描步骤并行地，在紫外激光的照射位置处于预定位置时，通过使所述相位掩模法中使用的相位掩模在上述纵向上仅瞬间移动预定距离，按上述光纤芯部中形成的周期性折射率调制来形成相移部的步骤。
2.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为使所述相位掩模在所述纵向上瞬间移动时的所述预定距离为小于所述相位掩模的衍射光栅周期的1/2的值。
3.如权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为进一步包括与上述紫外激光的扫描步骤并行地，通过使所述相位掩模在上述纵向上振动，并使该振动的振幅根据所述紫外激光的照射位置连续增加或减少，而使所述光纤芯部中形成的折射率调制的振幅改变的步骤。
4.一种光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为包括以下步骤：
通过采用相位掩模法，在感光性光纤的纵向上扫描紫外激光，在光纤芯部中沿着光纤的纵向形成周期性折射率调制的步骤，以及
与紫外激光的扫描步骤并行地，通过使所述相位掩模法所用的相位掩模在上述纵向上振动，并使该振动的振幅根据所述紫外激光的照射位置连续增加和减少，而使所述光纤芯部中形成的折射率调制的振幅发生改变的步骤。
5.如权利要求3或4所述的光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为所述相位掩模的振动振幅为0以上并在所述相位掩模的衍射光栅周期的1/2以下的范围内连续增加和减小。
6.如权利要求3到5中任一项所述的光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为所述相位掩模的振动振幅的增加和减小为SIN函数或COSIN函数。
7.如权利要求3到6中任一项所述的光纤布拉格光栅的制造方法，其特征为通过使形成于所述光纤芯部的周期性折射率调制的振幅发生改变，使得所述光纤芯部中形成的周期性折射率调制具有切趾部。
8.一种光纤布拉格光栅的制造装置，在所述光纤芯部沿所述纵向形成周期性折射率调制，其包括
将感光性光纤保持为直线状的支持部件，
相位掩模，
通过所述相位掩模，对支持于所述支持部件上的所述光纤的光纤芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件，
使所述紫外激光的照射位置在所述光纤的纵向上移动的扫描部件，
其特征为具有
使所述相位掩模在所述纵向上瞬间移动的微动部件，
通过所述扫描部件使所述紫外激光的照射位置发生移动，同时通过所述微动部件使所述相位掩模在所述纵向上仅瞬间移动预定距离的控制部件。
9.如权利要求8所述的光纤布拉格光栅的制造装置，其特征为通过所述微动部件使所述相位掩模在所述纵向上瞬间移动时的所述预定距离是小于所述相位掩模的衍射光栅周期的1/2的值。
10.如权利要求8或9所述的光纤布拉格光栅的制造装置，其特征为所述控制部件是通过使所述相位掩模在所述纵向上振动，并使该振动的振幅对应于所述紫外激光的照射位置连续增加或减小，而使形成在所述光纤芯部中的周期性折射率调制的振幅发生改变的方式，对所述微动部件进行控制的。
11.一种光纤布拉格光栅的制造装置，在所述光纤芯部沿所述纵向形成周期性折射率调制，其包括
将感光性光纤保持为直线状的支持部件，
相位掩模，
通过所述相位掩模，对支持于所述支持部件上的所述光纤的光纤芯部照射紫外激光的紫外激光照射部件，
使所述紫外激光照射位置在所述光纤的纵向上移动的扫描部件，
其特征为具有
使所述相位掩模在所述纵向上振动的微动部件，
通过所述扫描部件使所述紫外激光的照射位置发生移动，同时通过利用所述微动部件使所述相位掩模在所述纵向上振动，使该振动的振幅对应于所述紫外激光的照射位置连续增加或减小，而使形成在所述光纤芯部中的周期性折射率调制的振幅发生改变的控制部件。
12.如权利要求10或11所述的光纤布拉格光栅的制造装置，其特征为所述控制部件控制所述微动部件，使得所述相位掩模的振动振幅为0以上并在所述相位掩模的衍射光栅周期的1/2以下的范围内连续增加和减小。
13.如权利要求10到12中任一项所述的光纤布拉格光栅制造装置，其特征为所述控制部件控制所述微动部件，使得所述相位掩模的振动振幅的增加和减小为SIN函数或COSIN函数。
14.如权利要求10到13中任一项所述的光纤布拉格光栅制造装置，其特征为所述控制部件控制所述微动部件，通过使上述光纤芯部中形成的周期性折射率调制的振幅变化，使得形成于所述光纤芯部的周期性折射率调制具有切趾部。
15.如权利要求8到14中任一项所述的光纤布拉格光栅制造装置，其特征为所述微动部件包含压电元件和向所述压电元件施加驱动电压的驱动电路，所述控制部件为通过所述驱动电路控制施加在所述压电元件上的驱动电压的装置。
16.如权利要求8到15中任一项所述的光纤布拉格光栅制造装置，其特征为所述扫描部件是使所述支持部件和所述紫外激光照射部件中的至少一个在上述纵向上移动的结构。
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