JP2000501852A - 屈折率格子の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アポディゼーションされた屈折率格子は異なったピッチを有する第１、第２の成分干渉パターンを形成することによって光感応性光ファイバに記録され、それらの成分干渉パターンはアポディゼーションされて格子に記録されている。成分パターン（16、17）は中心領域で空間的に同位相であり、パターンの端部方向に移動するにしたがって漸進的に位相がずれる。パターンは逐次的または同時に記録されてもよい。ファイバは細長いものであるかまたは環状であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 屈折率格子の形成方法 ［発明の分野］ 本発明は光感応性の光媒体にアポディゼーションされた屈折率格子を記録する 方法に関し、特に光ファイバに格子を形成する方法に関するがその応用に限定さ れない。 ［背景］ 光ファイバの屈折率は、光ファイバを高い強度の光に露出することによって変 更されることができることが知られている。ゲルマニウムでドープしたファイバ はこの方法で感光性を示し、この効果はいわゆる屈折率格子をファイバ中に形成 するために使用されることができる。K．O．Hill氏等の“Photosensitivity in Optical Waveguides: Application to reflection filter fabrication”、Appl .Phys．Lett．、32巻、10号、647 頁（1978年）が参照される。格子は２つの干 渉ビームによって光干渉パターンを構成し、光ファイバを干渉パターンへ露出し 、それによってファイバに格子を記録することにより生成されることができる。 干渉パターンは光ビームをファイバを通して長手方向に導き、これをファイバ を通してその通路に沿って反射し、それによって定在波パターンを発生すること により形成され、このパターンはその光感応性のためにファイバに記録される。 代わりの方法では、コヒーレントなソースから得られるビームはファイバの長手 方向と直角に導かれ、それによって相互に干渉してファイバの外部に干渉パター ンを発生し、これはその光感応性の結果としてファイバに記録される。この目的 で外部の干渉パターンを発生する部分についてはEP-A- 0523084 号明細書に記載 されている。 格子を形成する別の方法は位相マスクを使用することであり、それにおいては 所望の振幅パターンがマスクパターンとしてホログラフで記録される。位相マス クはファイバに隣接して位置され、レーザ光を照射され、それによってファイバ をホログラフパターンへ露出する。K．O．Hill氏の“Bragg grating fabricated in monomode photosensitive fiber by u.v．exposure through a phase mask” 、Appl．Phys．Lett．、62巻、No.10,1035（1993年）が参照される。 屈折率格子の一般的な概観については、R．Kashyap氏の“Photosensitive Opt ical Fibres: Devices and Applications”、Optical Fiber Technology１、17 〜34、（1994年）が参照される。 また、１つの共通の光ファイバにおける２以上の屈折率格子パターンの構成を 説明したHill氏の米国特許第4 474 427 号明細書およびPCT/GB91/01968（WO92/0 8999）が参照される。 “ブラッグ格子”として動作する屈折率格子は前述のKashyap氏の文献に記載 されているように光データ通信システムで多数の応用を有し、特に波長フィルタ として使用されることができる。光ファイバにより与えられる大きな帯域幅は例 えば波長分割多重化（ＷＤＭ）によって多数の異なった波長でデータを送信する ために使用されることができる。隣接するＷＤＭチャンネルから情報を分離する ために屈折率格子を使用することが提案されている。一般的に、光通信回路網は １．３μｍと１．５μｍを中心とするチャンネルでデータを送信する。これらの いずれか一方の波長領域では、ブラッグ格子はＷＤＭデマルチプレクスを可能に するために１ｎｍ以下程度の狭い波長チャンネルを反射するために使用されるこ とができる。１組の格子は個々の近接して隔てられたチャンネルを選択するため に設けられることができる。格子はフィルタ処理されるチャンネルの波長を中心 とする主波長ピークを示すが、それぞれの格子はまた波長ピークの高調波で１連 のサイドローブを示し、これは隣接するチャンネルで反射を生じ、結果としてク ロストークを生じる。その結果、サイドローブ効果を抑制しクロストークを減少 するようにブラッグ格子をアポディゼーションする必要性が証明された。 従来のアポディゼーション技術を説明する。図１を参照すると、光ファイバに 屈折率格子を形成する一般的な方法が示されており、ここで、レーザ源１からの 光はコヒーレントビーム３、４を形成するためにビームスプリッタ２を通し与え られ、このビームはミラー装置５、６により導かれて、レーザ１の動作波長で光 感応性を示す光ファイバ８に隣接する領域７で相互に干渉する。したがって光干 渉パターンが発生し、これはその光感度の結果としてファイバに記録される。記 録の結果が図２に示されている。干渉パターンの空間的に周期的な強度はファイ バの長さ方向に沿って、対応するパターンの屈折率変化を生成し、これは図２で は屈折率領域ｎ₁、ｎ₂として概略的に示されている。これらの領域は本質的によ く知られた方法で反射格子として作用する。格子は波長依存反射特性を有し、屈 折率領域ｎ₁、ｎ₂の周期的間隔に基づいた特定の波長を中心とする主ローブを有 し、また中心波長の高調波の一連のサイドローブを有する。反射波長λ_Braggは 次式により与えられる。 λ_Bragg＝２Λｎ_eff／Ｎ ここでΛは回折パターンの周期であり、ｎ_effは導波体の実効屈折率である。Ｎ は整数である。 ファイバに記録された屈折率の変化を示している図２Ｂを参照すると、空間的 に周期的な関数は包絡線10を有し、それは図２Ｂで示されている簡単な例では無 限に長い格子で論理的にフラットである。これは図３Ａで再度示されており、こ こでは周期的関数は省略されている。格子の対応するスペクトル特性、即ち波長 ドメインの応答が図３Ｂで示されており、ここでは格子が主ローブ11とその主ロ ーブの両側の一連のサイドローブ12_n、13_nを示していることが認められる。格子 が例えばＷＤＭデマルチプレクサで光フィルタとして使用されるとき、格子パタ ーンの間隔は主ローブ11がＷＤＭチャンネルの中心波長に対応するように選択さ れるが、特にチャンネルが波長の近接した間隔のとき、サイドローブ12、13がＷ ＤＭシステムの隣接する波長チャンネル中まで延在するという問題が生じる。し たがってサイドローブは隣接するチャンネルで反射を生じ、その結果クロストー クが生じる。 アポディゼーションはサイドローブの影響を抑制する。これは多数の異なった 方法で実現される。図１を参照すると、領域７に形成される格子パターンは実際 、その長さに沿って一定の振幅をもたず、その結果、ファイバに記録された屈折 率パターンは図２Ｂで示されているように実際にフラットな包絡線10をもたない 。実際、ビーム３、４はその物理的な幅を横切ってほぼガウス分布の振幅の広が りを有し、結果として、実際の包絡線10は図４Ａで示されているような形状を有 する。包絡線10が中心領域から両側の端部方向へ漸減する形状をとり、例えば記 録された格子の長さｚに沿って関数ｃｏｓ² ｚにしたがうならば、サイドローブ の 抑制が実現されることが示されることができる。過去において、これはビーム３ 、４の幅を横切る振幅分布を変更することによって試みられている。フィルタの 対応するスペクトル応答特性が図４Ｂに示されており、この図からサイドローブ の効果が抑制されていることが認められる。 位相マスクに記録されている格子では、アポディゼーションはマスクを横切る パターンの強度を変化することによって、またはマスクに記録されている位相パ ターンの選択的破壊によって実現されている（B．Malo氏による文献“Apodised in-fibre Bragg grating reflectors photoimprinted using a phase mask”、 Electronics Letters、1995年２月２日、Vol 31、NO.3、223〜225 頁、およびJ ．Albert氏による文献“Apodisation of the spectral response of fibre Brag g gratings using a phase mask with variable diffraction efficiency”、El ectronics Letters、1995年２月２日、Vol 31、NO.3、222〜223 頁参照）。 しかしながら、これらの全ての従来技術に関する問題はファイバのｎ_effによ り示される全体の屈折率が格子の長さｚに沿って変化する事実によってサイドロ ーブが完全に抑制されないことである。ファイバに記録された屈折率ｎの値は照 射光の強度の関数であり、そのため図４Ａで示されている形態では、実効屈折率 ｎ_effは非均一な形状14で格子の長さに沿って変化することが考えられる。この 非均一な変化自体は格子のブラッグ波長でチャープを発生し、結果として、構造 のスペクトル応答特性にサイドローブを生成する。 従来、ｎ_effを線形するために後処理技術が使用されてきた。しかしながらこ れらの技術は実際に実行するのが困難である。前述のHill氏による文献を参照さ れたい。 別のアポディゼーション技術が最近M．J．Cole氏による文献“Moving fibre/p hase mask scanning beam technique for enhanced flexibility in producing fibre gratings with uniform phase mask”、E1ectronics Letters、1995年8月 17日、Vol 31、NO.17、1488〜1490頁に記載されている。この技術では、格子は 図１で示されている方法で一般的に記録され、さらにピエゾ電気装置がその形成 期間中に格子の中心位置からファイバに沿って移動され、それによってファイバ に振動を与え、その振幅は外部端方向に増加する。このようにして、記録パタ ーンは記録された格子の端部方向へ“ぼかされ”、これは格子をアポディゼーシ ョンする効果を有するが、前述した方法のように格子の端部方向にいくにしたが って記録光の強度を減少せず、結果としてｎ_effは格子の長さに沿って顕著な変 化をする必要はない。 分布されたフィードバック（ＤＦＢ）光ファイバレーザで使用するための表面 が浮き上がった回折格子を提供する方法が英国特許第A-2209408 号明細書に記載 されている。格子は光ファイバ上のフォトレジスト層を周期の異なる２つの異な った光干渉パターンに露光することにより形成され、光放射のビームを干渉する ことにより生成される。結果として、フォトレジスト中に形成されている露出さ れた複合パターンが現像され、ファイバに表面レリーフパターンが得られるよう にマスクとして現像されたパターンを使用してファイバがエッチングされる。２ つの成分のパターンはレーザ出力で共通の縦方向のモードを支持するように選択 される。しかしながら、表面格子パターンが光ファイバの長さに沿って変化する 実効屈折率を有し、それによって波長特性に不所望なサイドローブが発生するた め、この構造はアポディゼーションを発生しない。 本発明は光感応性の光媒体中に記録された屈折率格子のスペクトル特性を制御 する技術を提供し、これはアポディゼーションを生成するために使用されること ができる。 本発明は光放射パターンにより光感度光媒体にアポディゼーションされた屈折 率格子を記録する方法を提供し、この方法は格子を形成するために複数の空間的 に周期的な成分の光パターンの生成を含んでおり、その相対的な空間的位相は光 媒体に記録された格子のアポディゼーションを生じるように格子の長さに沿って 変化する。 本発明によれば、光媒体の実効屈折率は有効なアポディゼーションを生成する ように記録された格子の長さに沿って実質上一定である。 成分パターンの相対的な位相は中間領域から端部までパターンに沿った方向で 単調増加する。パターンは中間領域ではゼロの相対位相であり、端部ではパター ンの空間的周期に関して±π／２の相対位相である。 オーバーレイ成分のパターンは逐次的に形成されてもよい。これらは光干渉パ ターンを含む。干渉パターンは第１のパターンを生成するように光放射ビームに 干渉させ、その後少なくとも１つのビームの幅を横切る位相シフトを導入し、そ れによって第２の干渉パターンを形成することにより形成される。光学的に透明 なウェッジが位相シフトを導入するために使用されてもよい。 代わりに、光媒体がパターンに関して移動され、それによって第１と第２の成 分パターンを作る。１例では導波体が小さい角度の範囲内で回転され、別の例で は、導波体が光媒体中にパターン（複数）を記録していく間に引伸ばされる。 成分の光パターンは同時に形成されてもよい。例えば、予め定められたスペク トル内容を有する光放射ビームは干渉させられ、それによって異なった波長の光 は成分パターンを同時に発生するように干渉する。 別の方法では、成分パターンは位相マスク中に記録された対応するパターンか ら得られる。 本発明は例えば紫外線放射に光感度を有するゲルマニウムドープファイバなど の光感応性光ファイバのような光導波体にアポディゼーションされた格子を記録 するための特定の応用を有する。本発明にしたがった記録方法は記録されたパタ ーンがアポディゼーションされ、パターンの長さに沿って顕著な変化をする必要 のない平均強度を有するという二重の利点をもち、それによって平均屈折率ｎ_{ef f} は変化の必要がなく、したがってチャープおよび結果的なクロストークを防止 する。 ［図面の簡単な説明］ 本発明をより十分に理解するために、以下実施形態について説明し、添付図面 を参照する。 図１は光ファイバに屈折率格子を形成する従来技術の方法を示している。 図２Ａはファイバに形成された格子の屈折率パターンを示している。 図２Ｂはファイバの長さに沿った屈折率変化のグラフである。 図３Ａはファイバの長さに沿った屈折率変化の包絡線を示している。 図３Ｂは格子の対応するスペクトル特性を示している。 図４Ａおよび４Ｂは図３ＡおよびＢに対応しているが、振幅マスクアポディゼ ーション格子のスペクトル特性である。 図５は本発明にしたがった第１の方法により格子を記録する装置の概略図であ る。 図６は本発明にしたがった第２の方法により格子を記録する装置を示している 。 図７は本発明にしたがった第３の方法による格子の記録を示した概略図である 。 図８は本発明にしたがった第４の方法による格子の記録方法を示している。 図９は図８を参照して説明した方法で使用されるレーザの波長分布のグラフで ある。 図１０は本発明にしたがった第５の記録方法を行う装置を示している。 図１１は格子を記録するための第１、第２の成分干渉パターンを示している。 図１２は第１、第２の成分干渉パターンの強度の組み合わせを示した概略図で ある。 図１３は図１２に示されている端部20ａに隣接している部分のパターンの拡大 図である。 図１４は図１２で示されている中心領域19のパターンの拡大図である。 図１５は本発明の方法により記録されたアポディゼーションされた格子の光フ ァイバに沿った反射における波長応答特性のグラフである。 図１６は本発明にしたがった第６の方法を行う装置を示している。 図１７は本発明にしたがって形成された格子の反射特性と、従来技術の格子の 実際および予期された反射特性とを比較して示したグラフである。 図１８は本発明にしたがって形成された格子の遅延と、従来技術の格子の実際 および予期された反射とを比較して示したグラフである。 図１９は本発明にしたがって製造された格子を用いた通信システムの概略ブロ ック図である。 ［詳細な説明］ 本発明にしたがった格子形成方法の第１の例を図５を参照して説明する。この 方法は図１を参照して説明した方法の変形であると考えることができ、ここでは 類似の部品は同一の参照符号で表している。図５では所定の幅をもって示されて いる２つの干渉ビーム３、４は前述のような一般的な方法で光ファイバ８に記録 された干渉パターンを形成するように領域７で干渉する。図面を簡単にするため レーザ１、ビームスプリッタ２、ミラ−５、６は図５では省略されている。 本発明にしたがって、第１、第２の成分干渉パターンが生成され、格子のアポ ディゼーションを行うように個別にファイバに記録される。成分格子パターンは 僅かに異なった空間的周期性を有し、さらに詳しく以下説明するように、これら の組合わせ効果が記録された格子の波長応答特性のサイドローブを抑制するよう に選択される。 図５では、第１の成分干渉パターンはビーム４と破線で示されているビーム３ ａとの間に干渉を生成することによってファイバに記録される。その後、幅を横 切ってビームの波面に漸進的な位相シフトを導入するように透明なウェッジ15が ビーム３中に配置された。これは第２の成分干渉パターンを発生するようにビー ム４と干渉する。第１のパターンと比較して第２の干渉パターンでは連続的なピ ークと谷の間の間隔が小さな単調増加をしており、これは図１１を参照して後に 詳細に説明する。従ってビーム３ａ、４により形成された第１のパターンの上に 第２の僅かに異なったパターンがファイバ８に記録される。第２の成分パターン を形成するためには、ビーム３は第１、第２の成分パターンについての正確な重 ね合せの整列を行うため、図５で示されている位置３ｂにシフトされる必要があ る。 図１１を参照すると、これは生成された第１、第２の成分干渉パターン16、17 の振幅を示している。第１のパターン16は破線の輪郭線で示されており、ここで r第２のパターン17は実線で示されている。図１１は干渉パターン７の幅を横切 る３つの位置、即ち左側７_l、中心７_c、右側７_rにおける成分パターンを示して いる。第２の成分パターン17はウェッジ15により導入された位相シフトのために パターン16とは僅かに異なった周期性を有する。中心領域７_cでは、パターンは 相互に重なるが、異なった周期性のために、これらは干渉パターンのサイドエッ ジ方向に漸進的に位相がずれた状態になり、それによって位置7_lと７_rでは図１ １で示されているようにパターン一致せずずれている。 図１１に示されている２つの振幅パターン16、17に対応する強度の組合わせが 導波体の屈折率の変化として光感応性導波体８（図５）に記録される。成分振幅 パターン16、17により生成される結果的な組合された強度パターンが図１２で示 され、包絡線18を有する空間的な周期的関数からなる。図１２で示されている関 数の周期的な空間強度変化値は関数の中心領域19で最高であり、導波体に沿って 方向ｚで反対の端部20ａ、20ｂの方向に向って漸進的に減少する。端部20ａに隣 接する図１２の強度関数のより詳細な図が図１３で示されており、領域19のより 詳細な図が図１４に示されている。この強度パターンにより生成される屈折率格 子はしたがって包絡線18の形状の結果としてアポディゼーションされる。さらに 、包絡線18の形状は、平均強度が長さｚに沿って一定でありそれによってｎ_eff が格子の長さに沿って実質上一定であり、これは図４Ａを参照して前述したチャ ープにより発生する格子特性のサイドローブを最小にするという利点を有する。 図１２乃至１４で示されている関数のより詳細な説明を行う。方向ｚにおける 第１および第２の成分干渉パターン16、17の空間的に周期的振幅はＡ₁（ｚ）、 Ａ₂（ｚ）と呼ばれ、図１２で示されている結果的な強度パターンＩ（ｚ）は強 度パターンの２乗の合計として記述されることができ、即ち、 Ｉ（ｚ）＝Ｋ／２・（Ａ₁ ²＋Ａ₂ ²） （１） ここでＫは定数である。 各振幅Ａ₁（ｚ）、Ａ₂（ｚ）は空間的余弦関数として表されることができ、 即ち、 Ａ〜ｃｏｓβｚ ここで回折格子パターンの周期Λは次式により与えられる。 Λ＝２π／β したがって、Ａ₁＝ｐ ｃｏｓβ₁ｚ （２） および Ａ₂＝ｑ ｃｏｓβ₂ｚ （３） ここで、ｐとｑは定数である。 式（１）、（２）、（３）から、次式が得られる。 Ｉ（ｚ）＝Ｋ／２・（ｐ²ｃｏｓ²β₁ｚ＋ｑ²ｃｏｓ²β₂ｚ） ここでＫは定数であり、これは以下のように書かれることができる。 Ｉ（ｚ）＝１／２・（Ｐ²ｃｏｓ²β₁ｚ＋Ｑ²ｃｏｓ²β₂ｚ） （４） ここでＰとＱは定数である。後に行う解析を簡単にする目的でＰとＱは値１と仮 定する。 格子パターンとして導波体に記録された屈折率変化を説明するため、式（４） の形態を点20ａの端部と中心領域19における例により詳細に検討する。 中心領域19では、２つの成分パターン16、17は実質上同位相であり、同一の空 間的周期性をもち、それによって領域19ではβ₁＝β₂＝βである。したがって式 （４）は次式のように簡単にされる。 Ｉ₍₁₉₎＝１／２・（ｃｏｓ²βｚ＋ｃｏｓ²１３ｚ） 即ち、 Ｉ₍₁₉₎＝ｃｏｓ²βｚ パターンの１空間的周期にわたって、即ちβ＝０→２πで、強度Ｉ⁽¹⁹⁾はこの 解析の任意のユニットで平均値＜Ｉ₍₁₉₎＞＝１／２を有することが示される。 包絡線18の端部点20ａを検討すると、パターン16、17は領域20の同位相状態か ら漸進的に位相がずれるように配列されており、それによって包絡線の両端部、 例えば端部点20ａで、パターンは９０゜位相がずれており、即ちβ₁＝β₂＋π／ ２＝βである。したがって端部点20ａで、式（４）は次式のように簡単にされる 。 Ｉ₂₀＝１／２・（ｃｏｓ²β²＋ｃｏｓ²（βｚ＋π／２）） ＝１／２・（ｃｏｓ²βｚ＋ｓｉｎ²βｚ） ＝１／２・（この解析の任意のユニットで） したがって、線21で示されているように、平均強度が包絡線18のｚ方向に沿っ て一定であることが前述の説明と図１２の検討から理解されよう。それ故、ファ イバ８に記録されるときｎ_effはその長さに沿って一定であり、これはｎ_effが変 化する場合に生じるチャープを防止する。 ゲルマニウムでドープした光感応性ファイバ８に記録された格子の１例では、 ２４４ｎｍの波長で連続波の〜１００ｍｗで動作するレーザからの紫外線光は図 ５の領域７で第１の干渉パターン16を発生し、それは長さｚ＝４〜６ｍｍで、横 の寸法は４０μｍである。干渉パターンの空間的周期は１μｍ程度である。その 後、ウェッジ15が第２のパターン17を発生するためビーム３中に挿入された。ウ ェッジはＳｉＯ₂で作られ、屈折率ｎ＝１．４６であり、ウェッジ角度は５”で ある。第２のパターン17は中心領域19で第１のパターンと空間的に同位相であり 、パターンの相対的な空間的位相は中心領域19から端部20ａ、20ｂの方向へ漸進 的 に外方向に増加し、端部20ａ、20ｂでは位相差はπ／２であった。光ファイバは シリカファイバからなり、外部直径１２５μｍを有し、直径４μｍのコアを与え るためＧｅ／Ｂで共にドープされた。各成分パターンに対する露出時間は約１０ 分であった。 ファイバ８に記録されたアポディゼーションされた格子の結果的なスペクトル 特性は曲線22として図１５に示されている。比較の目的でパターン16または17の いずれか一方のみによって発生された格子の波長特性が曲線23として示され、そ れからアポディゼーションにより生成されたサイドローブの抑制が明らかに認め られる。図１５で示されている特性はファイバ８のコアに沿って比較的広帯域の レーザ放射を発射し、格子により反射された放射のスペクトル応答特性を測定す ることによって一般的な技術を用いて決定された。 図６を参照して、本発明にしたがってアポディゼーションされた格子を記録す る第２の方法を説明する。これは図５を参照して説明した方法の変形と考えるこ とができる。図６の方法では、前述の方法でビーム３、４が領域７で干渉を発生 する。ファイバが位置８₁にあるようにファイバが位置Ａに存在するとき、第１ の干渉パターンがファイバ８に記録される。その後、ファイバが位置Ｂにあり破 線の輪郭線で示されている線８₂に沿って位置するとき、ファイバは長さｚ＝４ ｍｍのパターンで例えば〜３゜の小さい角度の範囲で移動され、第２のパターン が記録される。ファイバが回転される平面はビーム３、４内に位置されるか、ま たは例えば図６で示されている構造に対して水平面でビームに横断してもよい。 従って図６を参照して説明した方法によって、第１、第２の成分干渉パターン がファイバ８に関連して形成され、これはファイバ格子がアポディゼーションさ れる組合されたパターンを生成するためにそこで記録される。 本発明にしたがった第３の方法を以下図７を参照して説明する。この例では、 ビーム３、４は先のようにファイバ８に導かれ、ファイバは異なったレベルの縦 方向の応力を受ける。ピエゾ電気装置２２、２３はファイバ８の両側の端部に取 り付けられる。ビーム3、４は干渉パターンを領域７で発生する。 最初に、ファイバは比較的低いレベルの応力を受け、その期間にピエゾ電気装 置22、23は付勢されない。第１の成分格子パターンがこの期間にファイバに記録 される。その後、装置22、23は付勢され、ファイバは干渉パターンの周期Λに対 応する量だけ少し長くされる。領域７で形成された干渉パターンはファイバ８で 第２の成分パターンとして再度記録され、長さの伸長レベルは第２のパターンに 露出される時間中、維持される。その後、露出が終了したとき、ファイバはピエ ゾ電気装置22、23から外される。伸長が解除されるとき、第２のパターンの空間 的周期性はファイバ応力の解除の結果として僅かに圧縮され、それによって第２ のパターンは第１のパターンよりも僅かに小さい周期を有する。パターンはこれ らが中心領域にあるとき空間的に同位相であるように整列され、両端部で９０゜ 位相がずれており、それ故、ファイバの第１、第２の露出期間中に記録された第 １、第２のパターンの結果的な組合わせはアポディゼーションされた格子を発生 する。 変形では、ピエゾ電気装置22、23は数分の露出時間中、例えば約５Ｈｚの周波 数で発振器（図示せず）により駆動される。この結果、所望のアポディゼーショ ンされたパターンを発生する。 これまで説明した本発明にしたがった方法の１例では、第１、第２の成分パタ ーンは逐次的に記録される。しかしながら、パターンの同時の記録を行うことが 可能であり、図８を参照して１例を説明する。 レーザ源24からの光は、ビームスプリッタとして作用する位相マスク25を通っ て導かれ、それによって２つの位相コヒーレントビーム26、27を形成し、これら のビームはそれぞれの反射コーナーキューブ28、29を通過し、通路30、31でミラ ー32、33へ反射される。ミラーは光感応性光ファイバ８に角度θで集中するビー ムを通路34、35に沿って反射するように調節される。レーザ24の出力のスペクト ル内容は図９で概略して示されており、ピーク波長λ_maxを有する狭いガウス分 布の波長からなる。２つのビーム34、35は干渉し、ファイバの領域７に干渉パタ ーンを生成する。干渉パターンは図９で示されている分布を形成している各成分 波長で生成されるパターンの重ね合せとして考えられることができる。結果的な 重ね合せはファイバに記録されたアポディゼーション格子パターンになることが 示される。 本発明にしたがった第５の例示的な方法を図１０を参照して説明する。この例 では、２つのホログラフ位相マスクパターンがファイバ８に第１、第２の成分パ ターンを記録するために使用される。位相マスクパターンは一方が他方の上に重 なって位置して同一の位相マスクに形成されてもよく、図１０では、第１、第２ の成分パターンは位相マスク36に形成されたパターンＰ１、Ｐ２として示されて いる。概略的に示されている光学システム37は光ビームをパターンＰ１またはＰ ２へ焦点を結び、対応するホログラフ基準パターンを光ファイバ８へ投射するよ うに動作可能である。光学システム37はしたがってパターンＰ１、Ｐ２からホロ グラフ的に得られた干渉パターンを逐次的にファイバへ記録し、記録されたとき の２つの成分パターンの結果はアポディゼーションを示す格子を発生する。 変形では、パターンＰ１、Ｐ２はマスク36中に並んで記録されてもよく、マス クはパターンを光源37およびファイバ８に整列するように露出間で移動される。 別の変形では、単一の位相マスクパターンＰ１が使用され、ファイバ８または 位相マスク36はファイバに記録される第２の成分パターンを生成するために長さ を延ばされる。また長さを延ばす代わりに、位相マスクはパターンＰ１の周期性 を変更するように圧縮されることができ、それによって光ファイバに記録される 第２の成分パターンを与える。圧縮技術はまた光媒体に適用されることもできる 。光ファイバは容易には長手方向に圧縮されることができないが、伸長させるこ とは困難であるが長手方向に圧縮することは可能である平面導波体にアポディゼ ーションされた格子を記録するには圧縮技術は特に有効である。 本発明の第６の例を図１６を参照して説明する。図１６ではファイバ８は位相 マスク36のすぐ背後に位置され、図７で示されている駆動装置22、23に対応する ピエゾ電気駆動装置を含んだ構造体39、40のチャックに保持されている。位相マ スク36はシリカから形成され、標準的なｅビーム技術によりエッチングされ、１ ００ｍｍの長さのはしご状の０．７５ｎｍのチャープを有するチャープ格子を有 している。格子はそれぞれ長さ０．５ｍｍの２００セクションを有し、ほぼ連続 的なチャープを模倣している。ファイバ８に格子を形成するために２４４ｎｍ波 長におけるＵＶ放射のビーム41は位相マスク36を横切って走査される。ＵＶ放射 は空洞内の周波数二倍アルゴンイオンレーザ42により発生される。 位相マスク36はチャック39、40間に対称的に位置されており、それによって格 子の中心が受ける伸長はゼロである。ピエゾ電気駆動装置は三角形傾斜波信号に より約５Ｈｚで発振器43により駆動され、位相マスク36の端部でファイバ８がこ れらの点の格子周期の約半分に達する量の引延ばしを受けることを確実にする。 所定の長さの格子において満足すべき対称的な半周期の伸長を得るためには、次 式が満たされなければならない。 ｆ＞ｖ／ｗ ここでｆは導波体の伸長周波数であり、ｖはビームの走査速度であり、ｗはビー ムスポットの直径である。 このプロセスは長い格子を生成するために同一の位相マスクにより実質上近接 する異なった位置で同一ファイバで反復されることができ、この場合、引延ばし によるアポディゼーションは長いパターンの端部で非対称的に行われることが理 解されよう。これを実現するためファイバはピエゾ電気装置の１つだけにより伸 長されてもよい。 代わりに、異なった空間的周期性の位相マスクがチャープパターンを発生する ために使用されることができる。記録されたパターンはアポディゼーションプロ セスにより結合部で一致されることができる。 図１７、１８はそれぞれ本発明の第６の例にしたがって作られたチャープ格子 の反射性および遅延を、コンピュータシミュレーションにより生成された論理的 予測と、対応するアポディゼーションされていない格子の実際の性能とを比較し てそれぞれ示している。 図１９を参照して、本発明により作られたアポディゼーションされた格子フィ ルタを使用するＷＤＭシステムを説明する。光通信システムのリンクは送信局に おいてＷＤＭマルチプレクサ44と、光増幅器45を具備している。増幅器45の出力 は１２０ｋｍの長さの光導波体46へ導かれる。受信局では、増幅器47は導波体46 から光信号を受信し増幅し、これらを光サーキュレータ48の第１のポートへ出力 する。光サーキュレータ48の第２のポートは双方向デマルチプレクサ／マルチプ レクサ49へ結合される。光サーキュレータ48の第３のポートは光受信機50へ結合 されている。デマルチプレクサ／マルチプレクサ49はまた４個のチャープフィル タ51、52、53、54へ結合されている。各チャープフィルタ51〜54は図１６を参照 して説明した方法により製造され、それぞれ１５４８ｎｍ、１５５２ｎｍ、１５ ５７ｎｍ、１５６２ｎｍで信号の分散を補償するように構成されている。チャー プフィルタは51〜54の分散パラメータは１６００ｐ ｎｍ^-1である。チャープフ ィルタの動作帯域幅は〜３ｎｍであり、これらが±１０℃の温度変動範囲で使用 されることを可能にする。 送信局では、１５４８ｎｍ、１５５２ｎｍ、１５５７ｎｍ、１５６２ｎｍの光 信号がマルチプレクサ44により結合され増幅器45へ供給される。増幅器45は多重 化された信号を増幅し、これらを導波体46へ出力する。導波体に沿って通過する 間に、光信号は分散される。 受信局では、多重化された信号は増幅器47により増幅され、光サーキュレータ 48へ供給され、光サーキュレータ48はこれらの信号を第２のポートからデマルチ プレクサ／マルチプレクサ49へ供給する。デマルチプレクサ／マルチプレクサ49 は多重化信号の成分信号をチャープフィルタ51〜54へ分配し、チャープフィルタ 51〜54は導波体46で生じた分散を補償する方法で供給された信号を反射する。補 償された光信号はその後デマルチプレクサ／マルチプレクサ49により再結合され 、サーキュレータ48へフィードバックされ、サーキュレータ48の第３のポートで これらを出力する。最終的に、補償された光信号は光受信機50により受信される 。 図１９のシステムでは、１０Ｇｂｓ^-1の領域のデータ速度を使用して、４．８ Ｔｂ^-1ｋｍの総ビット速度×距離の積が達成される。また２４ｄＢ以上のクロス チャンネル分離も測定された。 本発明の技術的範囲内において前述の例に対する多数の修正および変形が可能 である。例えば本発明の方法により形成された格子は光フィルタ以外の装置で使 用されることもできる。格子は光ファイバに記録される必要はなく、これは平面 導波体、または必ずしも導波体として構成される必要のない大きな光媒体等の他 の形態の光導波体に記録されることができる。また、格子は必ずしも前述のよう に狭く細長い構造である必要はない。導波体素子は格子の長さが記録されたパタ ーンを放射状に外方向に拡大されるように同心円、楕円または他の類似の形状と して配置されることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光放射のパターンにより光感応性の光媒体にアポディゼーションされた屈 折率格子を記録する方法において、格子を形成する素子のシーケンスを記録する ために、光媒体に記録された格子をアポディゼーションするようにシーケンスに 沿って変化する相対的な空間的位相を有する複数の空間的な周期的成分の光パタ ーンを発生するステップを有する方法。 （２）光媒体の実効屈折率（ｎ_eff）は記録された格子に沿って実質上一定であ る請求項１記載の方法。 （３）前記相対的な位相は成分パターンの中間領域から端部方向へ向って漸進的 に変化する請求項１または２記載の方法。 （４）成分パターンは中間領域でゼロの相対的な空間的位相を有する請求項３記 載の方法。 （５）成分パターンは反対の端部ではパターンの空間的周期性に関して±π／２ の相対的位相を有する請求項４記載の方法。 （６）中間領域は成分パターンの中心に位置されている請求項３、４または５記 載の方法。 （７）成分パターンは逐次的に形成される請求項１乃至６のいずれか１項記載の 方法。 （８）成分パターンは光干渉パターンである請求項１乃至７のいずれか１項記載 の方法。 （９）第１の成分干渉パターンを生成するために光ビーム放射を干渉させ、その 後、第２の成分干渉パターンを形成するように少なくとも１つの前記ビームの幅 を横切って位相シフトを導入するステップを含んでいる請求項８記載の方法。 （１０）光学的に透明な材料のウェッジを前記ビームのうちの１つ中へ導入し、 それによって前記第２の成分干渉パターンに対する前記位相シフトを生成する請 求項８記載の方法。 （１１）干渉パターンを形成し、光媒体中に記録される第１の成分干渉パターン を提供するように前記干渉パターンに関して第１の配置位置に光媒体を整列し、 その後、光媒体中に記録される第２の成分干渉パターンを提供するように干渉パ ターンに関して第２の配置位置に光媒体を整列するステップを含んでいる請求項 １乃至１０のいずれか１項記載の方法。 （１２）第１、第２の配置位置間で干渉パターンに関して光媒体を回転すること を含んでいる請求項１１記載の方法。 （１３）前記第１、第２の配置位置を得るため光媒体の長さを変更することを含 んでいる請求項１１記載の方法。 （１４）媒体を伸長させることを含んでいる請求項１３記載の方法。 （１５）光媒体の長さを周期的に伸長させることを含んでいる請求項１３または １４記載の方法。 （１６）記録されたパターンの一方のみの端部から媒体を伸長させることを含ん でいる請求項１３、１４または１５記載の方法。 （１７）媒体を圧縮することを含んでいる請求項１３記載の方法。 （１８）媒体に沿ってパターンを繰り返し記録することを含んでいる請求項１３ 、１４、１５または１６記載の方法。 （１９）パターンが位相マスクから与えられる請求項１３乃至１８のいずれか１ 項記載の方法。 （２０）成分パターンを発生するように位相マスクの長さを変更することを含ん でいる請求項１９記載の方法。 （２１）光媒体が結果的な格子の中心について対称的に伸長される請求項１９記 載の方法。 （２２）前記放射ビームが位相マスクに沿って走査され、光媒体が次式の条件が 満たされるように周期的に伸長され、 ｆ＞ｖ／ｗ ｆは伸長周波数であり、ｖはビームの走査速度であり、ｗはビームスポットの直 径である請求項１９記載の方法。 （２３）成分パターンが同時に形成される請求項１乃至６のいずれか１項記載の 方法。 （２４）前記成分パターンを生成するように光放射ビームに干渉をさせ、前記ビ ームは予め定められたスペクトル内容を有し、異なった波長の光は前記パターン を生成するように干渉する請求項２３記載の方法。 （２５）第１、第２のマスクパターンを含んだ位相マスクが導波体に隣接して位 置され、光が位相マスクを通って導かれて導波体中の光媒体に記録される成分パ ターンを発生する請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。 （２６）位相マスクのマスクパターンを逐次的に選択的に照射することを含んで いる請求項２５記載の方法。 （２７）光放射に感応性である光導波体に屈折率格子を記録することを含んでい る請求項１乃至１６のいずれか１項記載の方法。 （２８）導波体は光ファイバで構成されている請求項２７記載の方法。 （２９）請求項１乃至２８のいずれか１項にしたがった方法で形成されたアポデ ィゼーションされた屈折率格子を含んでいる導波体。 （３０）第１の成分格子と第２の成分格子の複合されている格子を具備しており 、アポディゼーションを生成するために第１、第２の成分格子間の位相差が前記 格子の中心から増加する光チャープフィルタ。 （３１）光導波体により結合される送信局と受信局とを具備し、受信局は請求項 ２７にしたがって複数のチャープフィルタを含んでおり、各フィルタは導波体か ら受信された異なったＷＤＭチャンネルの光信号分散を補償するように構成され ている光波長分割多重通信システム。