JP2000249849A - グレーティングが形成された光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路グレーティングを形成する際に、紫
外光の強度分布が均一な部分のみを用いることで、照射
する紫外光の強度分布に依存されず、屈折率変調を任意
の形状に容易に制御できるグレーティングが形成された
光導波路の製造方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ１又は平面型光導波回路のコ
アに紫外光を照射して、周期的な屈折率変化領域を持つ
グレーティングを形成する光導波路の製造方法におい
て、紫外線４ｂの照射位置をコアに沿って一定間隔で移
動させて紫外線４ｂを照射する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ及び平
面型光導波回路などの光導波路の製造方法に係り、特に
グレーティングが形成された光導波路の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、波長多重伝送技術の進展に伴い、
波長合分波用の狭帯域反射素子や分散補償用器などへの
応用面から光導波路グレーティング技術が重要となって
きている。

【０００３】この光導波路グレーティング技術は、光照
射により屈折率が恒久的に変化するフォトセンシティビ
ティを利用して、光ファイバや平面型光導波回路のコア
部分に、その長さ方向に一定の周期的な変化、例えばコ
ア屈折率の周期的な変化を形成することによって、屈折
率変調型のグレーティングを形成する技術である。

【０００４】この技術により形成されたグレーティング
のスペクトル特性を、図４（ａ）に示す。

【０００５】図４（ａ）に示すように、光ファイバの長
さ方向にコア屈折率が一定のグレーティングｇ₁ に照射
された光は、大きなサイドローブｓ₁ を発生する。

【０００６】このサイドローブｓ₁ は所望の帯域以外の
波長の光が反射したものであるため、波長合分波などの
用途、特に、狭帯域反射素子は、高い反射率、狭いスペ
クトル幅、及び透過波長以外の光を遮断する特性などの
点で高性能でなければならないず、これをできるだけ抑
制する必要がある。

【０００７】サイドローブのスペクトルの大きさは、光
ファイバの長さ方向の屈折率変調に大きく依存する。こ
のことから、一般的に、屈折率変調の変調振幅が、グレ
ーティングの周辺（両端）部では小さく、中心部で大き
くなるように制御することでそのサイドローブを大幅に
抑制できる。

【０００８】例えば、屈折率変調の型としてガウス型や
ｃｏｓ型などがサイドローブ抑制の効果が大きいことが
知られている。

【０００９】図４（ｂ）にガウス型の屈折率変調の型を
持つグレーティングのスペクトル特性のシミュレーショ
ン結果を示す。

【００１０】図４（ｂ）に示すように、狭帯域グレーテ
ィングの反射特性をシミュレーションした結果、グレー
ティングｇ₂ は、光ファイバの長さ方向にガウス型の屈
折率変調を形成することにより、サイドローブｓ₂ が大
幅に抑制されることが分かる。

【００１１】また、このようにサイドローブを抑制し
て、光導波路にコア屈折率の周期的変化を生じさせてグ
レーティングを形成する方法としては、次に示すような
方法が知られている。

【００１２】この方法は、Ｇｅが添加された石英ガラス
に強い紫外光を照射し、その照射量に応じて屈折率が上
昇する現象を利用し、グレーティングを形成する方法で
ある。

【００１３】図３に、この方法を用いて光ファイバグレ
ーティングを形成する従来の光導波路の製造装置の一例
を示す。

【００１４】図３に示すように、この光導波路の製造装
置は、波長２４８ｎｍの紫外光１４を出射する光源（エ
キシマレーザ）１７と、その光源１７から出射された紫
外光１４を所望の位置に反射するミラー１６と、紫外光
１４を集光する集光レンズ１５と、透過させることで紫
外光１４に干渉縞を生じさせる位相マスク１３と、光フ
ァイバ１１の被覆層が除去された部分を載置させて固定
するステージ１２とから構成されている。尚、図示され
ていないが、ミラー１６と集光レンズ１５には、これら
を光ファイバ１１の長さ方向に移動するための移動手段
が設けられており、さらに集光レンズ１５には紫外線の
照射量を変化すべく高さを上下するための昇降手段が設
けられている。

【００１５】このような構成の装置を用いて光ファイバ
グレーティングを形成するためには、光源１７から出射
された紫外光１４を位相マスク１３を通して光ファイバ
１１に照射すれば良い。

【００１６】これにより、光ファイバ１１の、紫外光１
４が照射された部分のみコアの屈折率が上昇するので、
コア屈折率が周期的に変化しているグレーティングが形
成される。しかしながらこの方法では、屈折率変調の型
はレーザ光強度の空間分布により決定されてしまう。こ
のため、ミラー１６を矢印ｈのように光ファイバ１１の
長さ方向に連続的に移動することで紫外光１４を照射
し、その紫外光１４を移動させる速度及び集光レンズ１
５を昇降させて各照射位置における照射量を変化させる
ことにより屈折率変調を制御する方法によって、光ファ
イバ１１の長さ方向の距離Ｌ範囲内にグレーティングを
形成する方法が用いられている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来技術では、光ファイバの長さ方向に紫外光を連続的
に移動させながら照射し、屈折率変調の型を制御するこ
とでサイドローブを抑制したグレーティングを形成する
ことが可能である。

【００１８】しかしながら、レーザ光強度の空間分布が
均一ではないため、すなわちレーザ光のスポット内にお
けるレーザ光強度分布が不均一であるため、各照射位置
における照射量を正確に制御することが困難である。ま
た、照射条件を確立するために多大な時間を必要とし
た。

【００１９】つまり、屈折率変調が、照射する紫外光の
強度分布に大きく依存するので、従来技術は、屈折率変
調の型を任意の形状に制御することが困難であるという
欠点があった。

【００２０】そこで、本発明の目的は、光導波路グレー
ティングを形成する際に、紫外光の強度分布が均一な部
分のみを用いることで、照射する紫外光の強度分布に依
存されず、屈折率変調を任意の形状に容易に制御できる
グレーティングが形成された光導波路の製造方法を提供
することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、光ファイバ又は平面型光導波回路
のコアに紫外光を照射して、周期的な屈折率変化領域を
持つグレーティングを形成する光導波路の製造方法にお
いて、紫外線の照射位置をコアに沿って一定間隔で移動
させて紫外線を照射する方法である。

【００２２】請求項２の発明は、上記紫外光は、光源か
ら出射される紫外光から強度分布が均一な部分のみが切
り出されて用いられる方法である。

【００２３】請求項３の発明は、上記紫外光は、光源か
ら出射される紫外光の一部がスリットを用いて切り出さ
れる方法である。

【００２４】請求項４の発明、上記紫外光は、その照射
幅が屈折率変化領域の長さよりも幅が狭く切り出される
方法である。

【００２５】請求項５の発明は、上記紫外光の移動量
は、その紫外光の照射幅よりも小さい方法である。

【００２６】請求項６の発明は、上記紫外光の移動量
は、その紫外光の照射幅の１／４０以下とする方法であ
る。

【００２７】上記構成によれば、強度分布が均一の紫外
光が、スリットにより切り出されて光ファイバ上に照射
される。この照射量は、照射時間により制御され、所定
量照射された後、照射位置が所定の移動量だけ移動さ
れ、グレーティング形成範囲の端部から順次照射され
る。これにより、光ファイバ又は平面型光導波回路のコ
アに紫外光を照射して、前記光導波路に任意形状の周期
的な屈折率変化領域を持つグレーティングを形成するこ
とができる。すなわち、紫外光の強度分布が均一な部分
のみを一定間隔で照射することにより、紫外光の強度分
布に依存しない任意の屈折率変調を実現できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２９】尚、本実施の形態では、グレーティングを
光ファイバに形成する場合について説明する。

【００３０】図１に本発明にかかる光導波路の製造装置
の概略図を示す。

【００３１】図１に示すように、本発明にかかる光導波
路の製造装置は、光ファイバ１に紫外光４ａを出射する
光源７と、その光源７から出射された紫外光４ａを光フ
ァイバ１上に向けて反射するミラー６と、ミラー６によ
り案内された紫外光４ａから光ファイバ１に照射する強
度分布が均一な紫外光４ｂ部分のみを切り出すためのス
リット５と、光ファイバ１に照射する紫外光４ｂを所望
の照射パターンに形成する位相マスク３と、光ファイバ
１を載置させて強制的に固定するためのステージ２とか
ら構成されている。

【００３２】本発明で用いられる紫外光４ａの波長は２
００〜３００ｎｍ程度が好ましく、光源７としては、例
えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が用いら
れる。

【００３３】ミラー６は、光源７からの紫外光４ａを光
ファイバ１上に向けて反射できる角度に傾斜されて設け
られていると共に、グレーティングを形成する方向と平
行に移動自在に設けられている。尚、図示されていない
が、このミラー６には、ミラー６を移動するためのミラ
ー移動手段が設けられている。

【００３４】スリット５は、板状の本体部に、所定の幅
Ｗで切り欠いたスリット部が形成されて構成されてお
り、ミラー６と光ファイバ１との間に設けられている。
また、このスリット５は、スリット部以外は紫外光４ａ
を透過せず、かつ紫外光４ａによって損傷を受け難い材
質からなる。

【００３５】位相マスク３は、スリット５と光ファイバ
１との間でかつスリット５により抽出された紫外光４ｂ
を透過させた後、光ファイバ１に照射できる位置に設け
られている。

【００３６】本発明で用いられる光ファイバ１は、コア
とそのコアよりも屈折率の低いクラッドとそれらの外周
に被覆された被覆層とからなり、グレーティングが形成
される部分の被覆層が除去されている。このコアとクラ
ッドの比屈折率差は０．３〜６％程度に設定されてい
る。さらに、この光ファイバ１のコアには少なくともＧ
ｅＯ₂ が添加され、紫外光４ｂが照射された時にその紫
外光強度及び照射時間に応じて屈折率が変化する構成と
なっている。

【００３７】次に、光導波路の製造方法をその装置の設
置方法と共に説明する。

【００３８】形成するグレーティングは、長さＬ＝１５
ｍｍとし、紫外光４ｂ（スリット部）の照射幅Ｗ＝５ｍ
ｍ、ミラー６の移動量Ｐはその照射幅Ｗの１／４０以下
であるＰ＝１２５μｍに設定した。

【００３９】光ファイバ１への紫外光照射に先立ち、水
素添加処理を行う。この水素添加処理は、紫外光照射に
よるコアの屈折率変化を十分に得るために行われ、光フ
ァイバ１を１００〜３００ａｔｍ、５０℃程度に調整さ
れた水素加圧容器中に約１週間程度保持することによっ
て達成される。

【００４０】そして、この光ファイバ１の被覆層の除去
部分をステージ２上に固定し、その直上に位相マスク３
を設置する。このとき、光ファイバ１の長さ方向と位相
マスク３が正確に平行になるように設置する。また、光
ファイバ１と位相マスク３との距離は０〜２００μｍ程
度に設定される。

【００４１】位相マスク３の上方からスリット５により
切り出された均一な強度分布を持つ紫外光４ｂを位相マ
スク３を通して光ファイバ１に対して所定の時間だけ照
射し、所定の時間の照射が終了した時点で、ミラー６を
ミラー移動手段により一定の移動量Ｐで移動して紫外光
４ｂの照射位置を光ファイバ１の長さ方向に移動させ、
各照射位置での照射時間を調整することによって、長さ
Ｌのグレーティングを形成する。

【００４２】ここで、照射する紫外光４ｂの幅Ｗは、グ
レーティングの長さＬよりも狭いことが望ましい。この
ように照射位置を移動させるには、位相マスク３及び光
ファイバ１と紫外光４ｂとを相対的に移動させれば良
く、位相マスク３及び光ファイバ１を固定して紫外光４
ｂを光ファイバ１の長さ方向に移動させても良く、紫外
光４ｂを固定して位相マスク３及び光ファイバ１を光フ
ァイバ１の長さ方向に移動させても良く、あるいはこれ
らを同時に行っても良い。

【００４３】ここで、光ファイバ１におけるコアの屈折
率変化量は、紫外光の照射量により決定される。照射さ
れた紫外光の強度が一定であれば照射時間によって変化
するので、各照射位置での照射時間を適宜調整すること
によって、コア屈折率の変化量及びコア屈折率変化のプ
ロファイル（グレーティング形状）を制御することがで
きる。

【００４４】光ファイバ１の各照射位置でのコアの屈折
率の変化量は、ミラー６の一定の移動量Ｐが光ファイバ
１に照射する紫外光４ｂの幅Ｗより小さい場合には、Ｗ
／Ｐ（回）の紫外光４ｂの重ね合せとなり、照射時間に
応じた照射量のトータルとして決定できる。紫外光４ｂ
の幅Ｗ及びミラー６の移動量Ｐは任意に変更可能であ
り、これらと照射時間を適宜変化させることにより任意
の形状のプロファイル（グレーティング形状）を得るこ
とも可能である。

【００４５】このようにして本発明により形成されたグ
レーティングのコア屈折率プロファイルを図２に示す。

【００４６】図２に示すように、屈折率変調の変調振幅
が、グレーティングの周辺（両端）部ｅでは小さく、中
心部ｃで大きくなるように制御することでそのサイドロ
ーブを大幅に抑制できる。

【００４７】以上説明したように、本発明のグレーティ
ングの形成方法は、屈折率変調が、照射する紫外光の強
度分布に依存せず、不均一な強度分布の紫外光４ａの均
一な強度分布の紫外光４ｂのみを一定間隔（移動量）で
移動させる容易な構成で、照射位置の移動速度を厳密に
制御する必要はない。また、照射時間のみを変化させる
ことで屈折率変調を容易に制御できる方法であるという
点で、照射条件を確立する時間を短縮することができ
る。

【００４８】尚、本実施の形態では、光ファイバ１のコ
アにはＧｅＯ₂ のみを添加したが、ＧｅＯ₂ 以外にＡ
ｌ、Ｅｒ、Ｔｉ等が適宜添加されていても良い。

【００４９】また、本実施の形態では、光ファイバ１に
グレーティングを形成する場合について説明したが、光
ファイバの代わりに、石英ガラス上に少なくともＧｅＯ
₂ の添加されたコアとそのコアよりも屈折率の低いクラ
ッドを形成した平面型光導波回路にも本発明を適用でき
ることは言うまでもない。さらに、この場合も、コアに
はＧｅＯ₂ 以外にＡｌ、Ｅｒ、Ｔｉ等が適宜添加されて
いても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、照射に用
いる光源の紫外光の強度分布に依存しないという優れた
効果を発揮する。また、本発明にあっては、不均一な強
度分布の紫外光４ａの均一な部分の紫外光４ｂのみを一
定間隔で移動させるような構成で、かつ照射時間のみを
変化させることで屈折率変調を容易に制御可能な方法で
あるという点で、任意の屈折率変調を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すグレーティングが
形成された光導波路の製造装置の概略図である。

【図２】本発明により形成された光導波路グレーティン
グのコア屈折率プロファイルの一例を示す図である。

【図３】従来の光導波路グレーティングが形成された光
導波路の製造装置の概略図である。

【図４】グレーティングの屈折率変調と反射スペクトル
特性のシミュレーション結果を示し、（ａ）は屈折率変
調が一定のグレーティングの反射スペクトル特性を示す
図であり、（ｂ）は屈折率変調がガウス型のグレーティ
ングの反射スペクトル特性を示す図である。

【符号の説明】 １ 光ファイバ ２ ステージ ３ 位相マスク ４ａ 紫外光 ４ｂ 強度分布が均一な紫外光 ５ スリット ６ ミラー ７ 光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 良治 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 本郷 晃史 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA11 LA02 PA22 PA30 TA00 TA44 2H049 AA34 AA45 AA51 AA59 AA62 AA69 2H050 AA07 AC82

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ又は平面型光導波回路のコア
   に紫外光を照射して、周期的な屈折率変化領域を持つグ
   レーティングを形成する光導波路の製造方法において、
   紫外線の照射位置をコアに沿って一定間隔で移動させて
   紫外線を照射することを特徴とするグレーティングが形
   成された光導波路の製造方法。
2. 【請求項２】 紫外光は、光源から出射される紫外光か
   ら強度分布が均一な部分のみが切り出されて用いられる
   請求項１記載のグレーティングが形成された光導波路の
   製造方法。
3. 【請求項３】 紫外光は、光源から出射される紫外光の
   一部がスリットを用いて切り出される請求項１又は請求
   項２記載のグレーティングが形成された光導波路の製造
   方法。
4. 【請求項４】 紫外光は、照射幅が屈折率変化領域の長
   さよりも幅が狭く切り出される請求項１から請求項３の
   いずれかに記載のグレーティングが形成された光導波路
   の製造方法。
5. 【請求項５】 紫外光の移動量は、その紫外光の照射幅
   よりも小さい請求項１から請求項４のいずれかに記載の
   グレーティングが形成された光導波路の製造方法。
6. 【請求項６】 紫外光の移動量は、その紫外光の照射幅
   の１／４０以下である請求項１から請求項５のいずれか
   に記載のグレーティングが形成された光導波路の製造方
   法。