【発明の詳細な説明】
光導波路ファイバのブラッグ回折格子 発明の背景
本発明は、光導波路ファイバ内にブラッグ回折格子を形成する方法に関するも
のである。より詳しくは、本発明の方法は、回折格子内の複屈折を最小にする工
程を含む。
ある波長および強度の光に対する光導波路ファイバの感受性が、1970年代から
知られている。導波路ファイバの損失特性および屈折率が、この導波路を所定の
波長および強度の光に曝すことにより、永久的に変化することが分かった。導波
路ファイバの効果およびそれがどのように用いられるかを記載している出版物に
、「Light-sensitive optical fibers and planar waveguides」,Kashyap等，BT
Techno.，1，Vol.11，No.2，Apr．1993がある。この出版物には、150頁のセクシ
ョン2.1に、光誘起反射回折格子の製造が論じられており、光の波長が600ｎｍか
ら240ｎｍに減少するにつれ、屈折率の変化する量が増加し、この場合、導波路
の感光性が頂点に達しているように思えることが言及されている。
「Bragg grating formation and germanosilicate fiber photosensitivity」
, SPIE V．1516，Intn'l Workshop on Photoinduced Self-Organization Effect
s In Optical Fiber，Meltz等，1991において、感光性の機構および大きさが論
じられている（185頁、第一段落、セクション１）。この出版物ではまた、回折
格子を書き込む干渉技術が論じられている（185-6頁、セクション２）。189頁の
第一段落に、誘起複屈折の測定が提案されている。この出版物の図６参照。
別の出版物「Characterization of UV-induced birefringence in photosensi
tive Ge-doped silica optical fibers」，Erdogen等，J．Opt．Soc．Am．B/V.1
1，No.10，Oct 1994には、導波路ファイバに入射する光の偏光方向の向きへの誘
起複屈折の依存性が言及されている。特に、この出版物に発表されたデータは、
誘起複屈折は、偏光方向がファイバの長軸に対して垂直に向いているときに最大
であり、偏光方向がファイバの長軸に対して平行であるときに最小であることを
示している。この出版物の図３ａおよび図４を参照のこと。
Erdogan等の出版物では、誘起複屈折偏光異方性を用いて、「偏光モードコン
バータおよび揺動フィルタ」（2100頁、第一段落）としてそのような装置を製造
できることが指摘されている。しかしながら、共振伝搬を用いた装置においては
、「複屈折により、反射能のような、共振回折格子特性が実質的に偏光依存性と
なる」（2100頁、第一段落）。
Erdogan等のデータは、偏光方向が導波路の長軸に沿っている形状においてさ
えも、ある程度の複屈折が導波路内でまだ誘起されることを示している。図３ａ
と図４の曲線を比較すると、非偏光依存性誘起複屈折は、偏光依存性誘起複屈折
よりも約４から12まで小さい範囲にある因子である。しかしながら、この小さい
量の複屈折でさえも望ましいものではない。より用途が広く、効果的な回折格子
が、最小の複屈折を有する回折格子を製造する書込み方法により得られる。
定義
− 光導波路回折格子は、導波路の長軸に沿った導波路の屈折率の周期的変動で
ある。
− 感光性は、あるガラス組成物と、入射光が、照射されたガラスの損失特性ま
たは屈折率を変化させる選択された光波長との間の相互作用である。
− 側部書込みは、導波路の長軸に沿って光に周期的な一連の光の縞と暗い縞と
を交互に形成させる、光導波路ファイバ内に回折格子を形成する技術である。こ
のような周期的な一連の実施例としては、導波路ファイバの側部に、導波路ファ
イバの長軸の一部に沿って形成された干渉パターンが挙げられる。光干渉により
生じる周期的な光度パターンにより、導波路ファイバの長軸の一部に沿って屈折
率が周期的に変化する。
− 位相マスクは、構造および特徴がこの業界で知られている構成部材である、
透過回折格子であってもよい。この明細書の背景において、位相マスクはまた、
一連の周期的に間隔がおかれた開口部を有する基体であってもよい。この位相マ
スクを用いて、導波路と位相マスクとの間に光学部材が配置されていない導波路
ファイバ上に回折格子を側部書込みしてもよい。
− ここに記載される複屈折種類を定量するのに用いる記号は：*）ｎis、固有複屈折により生じる速軸および遅軸の屈折率差；
*）ｎps、偏光依存性複屈折により生じる速軸および遅軸の屈折率差；および
*）ｎts、２つの屈折率差の合計である。
発明の概要
請求の範囲１に記載したような、導波路構造体内にブラッグ回折格子を書き込
む新しい方法は、最小の複屈折を有する回折格子を書き込む方法の必要性を満た
し、それによって、従来技術の欠点を克服する。
本発明の方法は、
ａ） 導波路の遅軸の向きおよび非偏光依存性（固有）誘起複屈折の大きさを
見つけ、ここで、複屈折の大きさが、固有複屈折の速軸と遅軸との間の屈折率差
である）ｎisにより記載され、
ｂ） 合計、すなわち、偏光依存性および固有誘起複屈折である）ｎtsの大き
さを見つけ、
ｃ） 線形偏光を用いてブラッグ回折格子を書き込む各工程からなり、偏光方
向と導波路構造体の長軸との間の角度が、誘起固有複屈折が誘起偏光依存性複屈
折とともに最小の複屈折を生じるように選択されている。すなわち、偏光依存性
の遅軸と比較して、固有遅軸の相対的方向は、回折格子が書き込まれた後に屈折
率が最小異方性を示すように選択されている。
より詳しくは、固有遅軸は、光を導波路構造体に方向付けることにより見つけら
れる。光は、無作為に偏光されていても、円形に偏光されていても、または線形
に偏光されていてもよいが、後者の場合には、偏光方向は、導波路構造体の長軸
に対して平行に向けられているものとする。固有誘起複屈折の大きさおよび向き
は、上述したMeltz等またはEndogan等の出版物に記載されたような従来の手段に
より見つけられる。
全誘起複屈折は、導波路構造体の長軸に対して垂直であり、最初に見つけられ
た固有遅軸方向に対して平行に向けられた偏光方向を有する線形偏光により導波
路構造体を照らすことにより見つけられる。Erdogan等に記載されているように
、偏光のこの向きにより、最大偏光依存性複屈折が得られ、固有遅軸に沿って偏
光依存性遅軸が形成されるために、この向きが選択される。言い換えると、偏光
に
より、長軸および偏光方向の両方に対して垂直な方向におけるよりも大きい量で
、偏光方向に沿って屈折率が増大する。したがって、偏光依存性複屈折の遅軸は
、偏光方向に対して平行になる。固有遅軸を偏光方向に合わせることにより、固
有および偏光依存性複屈折の合計が導波路構造体内で誘起される。次いで、）ｎps
が差）ｎts−）ｎisを取ることにより見つけることができる。
最後の段階において、ブラッグ回折格子が、導波路構造体の長軸のセグメント
に沿って書き込まれる。書込み光の線形偏光の向きは、固有複屈折の遅軸に対し
て、複屈折を最小にするように選択する。すなわち、固有誘起屈折率および偏光
誘起屈折率が実質的に互いをうち消す機能を果たすように、書込み幾何学を選択
する。回折格子が書き込まれる導波路セグメントは、固有および偏光依存性複屈
折特性を決定するのに用いられるセグメントの近くに位置している。導波路構造
体が高純度で均一であるとすると、ガラスの特性は、３段階方法を実施するのに
必要とされる導波路長さに亘り著しく変化しないと推測される。
光導波路の固有遅軸に対して書込みビームの偏光方向を方向付ける方法の詳細
が、図３ｂとともに以下に記載されている。導波路構造体は、導波路ファイバま
たは平面導波路を含む多くの特定の形態を有していてもよく、これらのうちのい
ずれもが、この業界で知られているいずれかの方法で作成される。
多くの側部照射技術のうちのいずれを用いて、導波路構造体にブラッグ回折格
子を書き込んでもよい。これらの例としては、位相マスク、透過回折格子、また
はビームスプリッターを用いた干渉法が挙げられる。他の側部書込み方法では、
位相マスクまたは導波路構造体に沿った点照射のみを用いていてもよい。
さらに、この方法を実施するための光源は、レーザ、もしくは白熱灯、蒸気型
ランプまたは蛍光灯のいずれであってもよい。この光源の波長範囲は、約100ｎ
ｍから600ｎｍまでであり、可干渉距離は、10：ｍから数メートルまでの範囲に
ある。
回折格子を、光導波路ファイバ、平面光導波路、もしくはカプラーまたはマル
チプレクサのような平面光導波路部材を含む多くの導波路構造体に書き込んでも
よい。
図面の簡単な説明
図１ａは、複屈折の速軸および遅軸の向きを示す導波路構造体の端部図である
。
図１ｂは、複屈折の速軸および遅軸に対応する相対屈折率を示す導波路構造体
の端部図である。
図２は、導波路の長軸、導波路内の複屈折軸および入射偏光ビームを示す導波
路構造体の側面図である。
図３ａは、導波路の長軸、導波路内の複屈折軸および入射重複光ビームを示す
導波路構造体の側面図である。
図３ｂは、偏光方向を固有遅軸の向きに関連付けるのに使用する図３ａの概略
図である。
図４は、固有遅軸と偏光依存性遅軸との間の角度を示す導波路構造体の端部図
である。
発明の詳細な説明
導波路構造体に最小複屈折ブラッグ回折格子を形成する新しい方法は、２つの
全く異なる種類のガラス感光性の制御に関するものである。第一の相互作用の種
類は、特定のガラス組成物により、導波路の長軸に沿った偏光方向を有する、実
質的に未偏光または円形偏光または線形偏光の相互作用により得られる。相互作
用により、固有複屈折と呼ばれる複屈折がガラス内に生じる。固有複屈折は、ガ
ラスが入射光の偏光方向に敏感に反応する、偏光依存性複屈折とは区別される。
複屈折誘起光ビームの偏光方向を制御することにより、固有および偏光依存性
複屈折を、互いに作用させてブラッグ回折格子の複屈折を最小にするように作成
することができる。そのような回折格子は、例えば、狭帯域フィルタ、共振型レ
ーザ構造体、分散補償器として、または波長分割マルチプレクサに効果的である
。
図１ａは、相互に垂直な複屈折軸４および６を示す、導波路構造体２の端部図
である。ある軸に沿ってアライメントされた偏光方向を有する光は、他方の軸に
アライメントされた偏光を有する光と比較して、より高速で伝搬する。前者は速
軸と呼ばれ、後者は遅軸と呼ばれる。
遅軸と比較して、速軸に沿った相対屈折率が図１ｂに示されている。矢印５で
示されたより小さい屈折率は速軸であり、矢印３で示されたより大きい屈折率は
遅軸である。
全複屈折を測定する実験形態が図２に示されている。導波路構造体２が側面図
で示されている。偏光方向10を有する光ビーム８が、導波路構造体２に入射して
いる。光ビーム８は、導波路構造体２の長軸７に対して実質的に垂直である。固
有複屈折の遅軸９は、偏光方向10に沿うように方向付けられている。偏光方向10
を長軸７に対して垂直に方向付けることにより、偏光依存性誘起複屈折が最大と
なること、およびその遅軸が上述したように偏光方向10に沿っていることが知ら
れている。このように、最大全複屈折は、軸７に対して垂直な固有遅軸９が偏光
方向10にアライメントされている形態で誘起される。
速軸と遅軸との間の屈折率差として表される、固有および偏光依存性複屈折の
両方の大きさと、固有遅軸の向きとが与えられれば、最小屈折率を有する回折格
子を書き込んでもよい。
図３ａを参照する。回折格子書込み方法が一般的に記載されている。コヒーレ
ントビーム12が導波路構造体２に入射し、そこに干渉が生じて、構造体２に明る
い縞と暗い縞が形成される。固有遅軸９が、偏光方向10に対して方向付けられ、
回折格子が書き込まれた後に導波路内に最小複屈折が形成される。
偏光10および固有遅軸９をどのように方向付けるかの詳細が、図３ｂに関して
論じられている。
平面22が、光ビーム12およびその偏光10により定義されている。12および10は
互いに垂直である。平面20は、導波路中心線７および７に対して垂直な垂直線に
より定義されている。平面20および22が交差して、線24が形成される。ビーム12
および交線24により角度14が形成される。このように、線24への偏光10の投射が
(10)ｓｉｎ14であり、ここで(10)は、偏光ベクトルの大きさを示している。交線
24および垂直線26により角度18が形成される。(10)の導波路軸７への投射は、(1
0)ｓｉｎ14ｓｉｎ18である。導波路軸７に対して垂直な(10)の大きさは、差(10)
（１−ｓｉｎ214ｓｉｎ218）1/2である。垂直線26と形成する角度として表され
るこの垂直成分の方向は、図４に示されている角度30である。角度30は、ｃｏｓ-1
｛ｓｉｎ14ｃｏｓ18／（１−ｓｉｎ214ｓｉｎ218）1/2｝である。
次いで、最小複屈折回折格子を、角度30および32の合計が90゜となるように固
有遅軸９と垂直線26との間の角度である図４の角度32を選択し、）ｎpsを）ｎis
にできるだけ近づけるように角度14および18を調節することにより書き込む。角
度18が90゜であり、角度14がブラッグ条件および書込みビームの波長にしたがっ
てできるだけ90°に近いときに）ｎpsminが達成され、）ｎｉｓ≧）ｎpsminであ
れば、最適低複屈折条件）ｎis＝）ｎpsとなるように角度18を選択してもよい。
すなわち、２種類の複屈折が導波路構造体上に付けられて、相互に垂直な等しい
複屈折軸を形成する場合、最小複屈折の回折格子が書き込まれる。偏光依存性複
屈折は、固有複屈折遅軸を補足する遅軸を書き込み、回折格子内の複屈折を最小
にする。
）ｎisが）ｎpsの最小値と比較して小さい場合、別の書込み方法を用いてもよ
い。制御するのはやっかいで難しいけれども、一度に１つの縞として回折格子を
書き込んでもよい。この場合、干渉技術を用いないので、回折格子に沿った全て
の点で）ｎis＝）ｎpsとなるように角度14および18を選択してもよい。
実施例 − 導波路ファイバ内への複屈折のないブラッグ格子の書き込み固有複 屈折
固有複屈折の大きさおよび遅軸方向を以下のように見つける。ゲルマニウムを
ドープしたステップ型導波路ファイバを、線形偏光エキシマーレーザを用いて側
面から照射する。レーザは、248ｎｍ辺りの波長で作動する。約0.5ｃｍの導波路
ファイバの短いセクションが、レーザのパルス辺り約200ｍＪ／ｃｍ2のエネルギ
ー束を受容する。レーザは約10Ｈｚの比率で作動し、波長を１−10分の範囲の時
間に亘り照射する。
レーザビーム方向は、ファイバの長軸と直角を形成し、このビームはファイバ
の長軸に対して平行な偏光を有し、実質的に偏光依存性複屈折は誘起されない。
複屈折は入射光ビームの偏光方向よりむしろ導波路ガラスの特性に依存するの
で、誘起複屈折は固有と呼ばれる。
固有複屈折は、遅軸の向きを見つけ、速軸と遅軸との間の屈折率差である）ｎis
を見つけることにより測定する。この業界で知られている従来の測定手段が用
いられる。全複屈折
全複屈折は、入射光の偏光方向が導波路ファイバの長軸に対して垂直に配置さ
れていることを除いて、前述したように、エキシマーレーザを方向付けて操作す
ることにより、第一工程で用いたセクションの近くに位置する、導波路ファイバ
の短いセクション内で誘起される。最大複屈折が誘起されている、すなわち、固
有および偏光依存性の複屈折が誘起されていることを確実にするために、固有遅
軸は、偏光方向に対して平行に配列される。固有遅軸の方向は、導波路ファイバ
に沿って、数十センチメートルのオーダーの短い距離に亘りそれほど変化しない
と想定する。光導波路ファイバおよび他の導波路構造物の製造において可能な優
れた組成および形状の制御により、想定の正当性が信頼できる。
全誘起複屈折を前述したように測定した。実験の設計により、遅軸の向きは、
ファイバの偏光方向に沿っている。複屈折の大きさは、）ｎts＝）ｎps＋）ｎis
である。ブラッグ回折格子の書き込み
ここで、上述したように用いたセクションの近くの導波路ファイバのセクショ
ン上に側面照射技術でエキシマーレーザを用いて、回折格子を書き込む。好まし
い方法では、干渉計の光源として、エキシマーレーザにより照射される位相マス
クまたは透過回折格子を用いる。図３ａの14として、干渉光ビームの入射角が示
されている。）ｎisが）ｎpsに最も近いという条件が、上述したように角度18お
よび14を調節することにより達成される。
得られた回折格子は、最小の複屈折を有する。
本発明の特定の実施の形態をここに開示し、説明し、記載したが、本発明は、
以下の請求の範囲のみにより制限されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Bragg grating in optical waveguide fiber Background of the Invention
The present invention also relates to a method for forming a Bragg grating in an optical waveguide fiber.
It is. More specifically, the method of the present invention provides a method for minimizing birefringence in a diffraction grating.
Including the process.
The sensitivity of optical waveguide fibers to light of a certain wavelength and intensity has been increasing since the 1970s.
Are known. The loss characteristics and the refractive index of the waveguide fiber make this waveguide
Exposure to light of the wavelength and intensity was found to change permanently. Guided wave
In publications describing the effects of road fiber and how it is used
, “Light-sensitive optical fibers and planar waveguides”, Kashyap et al., BT
Techno., 1, Vol. 11, No. 2, Apr. There is 1993. This publication contains a 150-page section
Section 2.1 discusses the fabrication of photo-induced reflection gratings, and considers whether the wavelength of light is 600 nm.
From 240 nm to 240 nm, the amount of change in the refractive index increases, in this case the waveguide
It is mentioned that the photosensitivity seems to have peaked.
`` Bragg grating formation and germanosilicate fiber photosensitivity ''
, SPIE V. 1516, Intn'l Workshop on Photoinduced Self-Organization Effect
s In Optical Fiber, Meltz et al., 1991, discuss the mechanism and size of photosensitivity.
(P. 185, first paragraph, section 1). This publication also describes diffraction
Interferometric techniques for writing gratings are discussed (page 185-6, section 2). 189 pages
In the first paragraph, the measurement of induced birefringence is proposed. See FIG. 6 of this publication.
Another publication, Characterization of UV-induced birefringence in photosensi
tive Ge-doped silica optical fibers ", Erdogen et al. Opt. Soc. Am. B / V.1
1, No. 10 and Oct 1994, there is an invitation for the direction of polarization of light incident on a waveguide fiber.
The dependence of birefringence is mentioned. In particular, the data published in this publication
Induced birefringence is greatest when the polarization direction is perpendicular to the long axis of the fiber.
That the polarization direction is minimal when it is parallel to the long axis of the fiber.
Is shown. See FIGS. 3a and 4 of this publication.
In publications such as Erdogan et al., The use of induced birefringence polarization anisotropy
Manufacture of such a device as "Barter and oscillating filter" (p. 2100, first paragraph)
It is pointed out that it can be done. However, in a device using resonance propagation,
, "By birefringence, resonant grating properties, such as reflectivity, are substantially polarization dependent.
Become "(2100 pages, first paragraph).
Erdogan et al. Data show that the polarization direction is along the long axis of the waveguide.
It shows that some birefringence is still induced in the waveguide. FIG.
4 and FIG. 4, the non-polarization-dependent induced birefringence is
Factors ranging from about 4 to less than 12. However, this small
Even the amount of birefringence is not desirable. More versatile and effective diffraction grating
Is obtained by a writing method that produces a diffraction grating with minimal birefringence.
Definition
-An optical waveguide grating is a waveguide whose periodic index of refraction varies along the long axis of the waveguide.
is there.
-Photosensitivity is determined by the loss properties of certain glass compositions and incident light.
Or an interaction between a selected light wavelength that changes the refractive index.
-Lateral writing consists of a series of light stripes and dark stripes periodic to the light along the long axis of the waveguide.
Are formed alternately, and a diffraction grating is formed in the optical waveguide fiber. This
In a series of periodic examples such as this, a waveguide fiber is placed on the side of the waveguide fiber.
An interference pattern formed along a part of the long axis of Eva is used. By light interference
The resulting periodic intensity pattern refracts along a portion of the long axis of the waveguide fiber
The rate changes periodically.
A phase mask is a component whose structure and features are known in the art,
It may be a transmission diffraction grating. In the context of this specification, a phase mask also
The substrate may have a series of periodically spaced openings. This phase mask
A waveguide in which an optical member is not arranged between a waveguide and a phase mask using a mask
A grating may be laterally written on the fiber.
-The symbols used to quantify the type of birefringence described here are:*) NisA difference in the refractive index between the fast axis and the slow axis caused by intrinsic birefringence;
*) NpsThe difference in the refractive index of the fast axis and the slow axis caused by polarization dependent birefringence; and
*) Nts, The sum of the two refractive index differences.
Summary of the Invention
Writing a Bragg grating in a waveguide structure as described in claim 1
New methods meet the need for methods of writing gratings with minimal birefringence.
And thereby overcome the disadvantages of the prior art.
The method of the present invention comprises:
a) The direction of the slow axis of the waveguide and the magnitude of non-polarization dependent (intrinsic) induced birefringence
Where the magnitude of the birefringence is the refractive index difference between the fast and slow axes of the intrinsic birefringence.
N)isDescribed by
b) sum, ie polarization dependent and intrinsically induced birefringence) ntsThe size of
Find out,
c) each step of writing a Bragg diffraction grating using linearly polarized light;
When the angle between the direction and the long axis of the waveguide structure is
It has been selected to produce minimal birefringence with folding. That is, polarization dependence
The relative direction of the intrinsic slow axis, as compared to the slow axis of
The modulus has been selected to show minimal anisotropy.
More specifically, the intrinsic slow axis is found by directing light into the waveguide structure.
It is. Light can be randomly polarized, circularly polarized, or linear
In the latter case, the polarization direction is the long axis of the waveguide structure.
Shall be oriented parallel to The magnitude and direction of intrinsic induced birefringence
Can be implemented by conventional means as described in the above-mentioned publications by Meltz et al. Or Endogan et al.
More found.
The total induced birefringence is perpendicular to the long axis of the waveguide structure and is
Guided by linearly polarized light having a polarization direction oriented parallel to the intrinsic slow axis direction
It can be found by illuminating the road structure. As described in Erdogan et al.
This orientation of the polarization results in maximum polarization-dependent birefringence and polarization along the intrinsic slow axis.
This orientation is selected because a light-dependent slow axis is formed. In other words, polarization
To
More than in the direction perpendicular to both the long axis and the polarization direction.
, The refractive index increases along the polarization direction. Therefore, the slow axis of polarization-dependent birefringence is
, Parallel to the polarization direction. By adjusting the intrinsic slow axis to the polarization direction,
The sum of the presence and polarization dependent birefringence is induced in the waveguide structure. Then) nps
Is the difference) nts−) NisCan be found by taking
In the last step, the Bragg grating is moved along the long axis segment of the waveguide structure.
Written along. The direction of the linear polarization of the writing light is relative to the slow axis of the intrinsic birefringence.
And choose to minimize birefringence. That is, the intrinsic induced refractive index and the polarization
Select writing geometry so that induced indices serve to effectively cancel each other out
I do. The waveguide segment on which the grating is written has intrinsic and polarization-dependent birefringence.
It is located near the segment used to determine the folding characteristics. Waveguide structure
Given that the body is of high purity and uniform, the properties of the glass are
It is assumed that it does not change significantly over the required waveguide length.
Details of how to direct the polarization direction of the writing beam to the intrinsic slow axis of the optical waveguide
Is described below in conjunction with FIG. 3b. The waveguide structure is a waveguide fiber or
Or many specific forms, including planar waveguides,
The offset is also created in any of the ways known in the art.
Bragg diffraction gratings on waveguide structures using any of a number of side illumination techniques
You may write a child. Examples of these are phase masks, transmission gratings, and
Is an interference method using a beam splitter. In other side writing methods,
Only point illumination along the phase mask or waveguide structure may be used.
Further, the light source for carrying out this method may be a laser, an incandescent lamp,
Any of a lamp and a fluorescent lamp may be used. The wavelength range of this light source is about 100n
m to 600 nm, and the coherence length ranges from 10: m to several meters.
is there.
Diffraction gratings can be used as optical waveguide fibers, planar optical waveguides,
Writing to many waveguide structures, including planar optical waveguide members such as chipplexers
Good.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1a is an end view of the waveguide structure showing the directions of the fast and slow axes of birefringence.
.
FIG. 1b shows a waveguide structure showing relative refractive indices corresponding to the fast and slow axes of birefringence.
FIG.
FIG. 2 shows a waveguide showing the major axis of the waveguide, the birefringence axis in the waveguide and the incident polarized beam.
It is a side view of a road structure.
FIG. 3a shows the major axis of the waveguide, the birefringent axis in the waveguide and the incident overlapping light beam
It is a side view of a waveguide structure.
FIG. 3b is a schematic of FIG. 3a used to relate the polarization direction to the orientation of the intrinsic slow axis.
FIG.
FIG. 4 is an end view of the waveguide structure showing the angle between the intrinsic slow axis and the polarization dependent slow axis.
It is.
Detailed description of the invention
A new method of forming a minimum birefringent Bragg grating in a waveguide structure has two approaches.
It concerns a completely different type of glass photosensitivity. The first species of interaction
Classes have, depending on the particular glass composition, a polarization direction along the long axis of the waveguide.
It is obtained qualitatively by the interaction of unpolarized or circularly polarized light or linearly polarized light. Interaction
Depending on the application, birefringence called intrinsic birefringence occurs in the glass. The intrinsic birefringence is
A distinction is made from polarization-dependent birefringence, in which the lath is sensitive to the polarization direction of the incident light.
By controlling the polarization direction of the birefringence-induced light beam, the intrinsic and polarization dependence
Create birefringence to work together to minimize Bragg grating birefringence
can do. Such diffraction gratings include, for example, narrow band filters,
Effective as a user structure, dispersion compensator, or wavelength division multiplexer
.
FIG. 1a shows an end view of the waveguide structure 2 showing mutually perpendicular birefringent axes 4 and 6.
It is. Light having a polarization direction aligned along one axis is
Propagates faster than light having aligned polarization. The former is fast
It is called the axis, and the latter is called the slow axis.
The relative refractive index along the fast axis compared to the slow axis is shown in FIG. 1b. With arrow 5
The smaller index shown is the fast axis and the larger index shown by arrow 3 is
It is a slow axis.
An experimental configuration for measuring total birefringence is shown in FIG. Waveguide structure 2 is a side view
Indicated by A light beam 8 having a polarization direction 10 is incident on the waveguide structure 2 and
I have. Light beam 8 is substantially perpendicular to major axis 7 of waveguide structure 2. Solid
The birefringent slow axis 9 is oriented along the polarization direction 10. Polarization direction 10
Is oriented perpendicular to the long axis 7, the polarization-dependent induced birefringence is maximized.
And that its slow axis is along polarization direction 10 as described above.
Have been. Thus, the maximum total birefringence is such that the intrinsic slow axis 9 perpendicular to the axis 7 is polarized.
It is induced in a form that is aligned in the direction 10.
Intrinsic and polarization-dependent birefringence, expressed as the refractive index difference between the fast and slow axes
Given both magnitudes and the orientation of the intrinsic slow axis, the diffraction grating with the minimum refractive index
You may write a child.
Please refer to FIG. A diffraction grating writing method is generally described. Cohere
The beam 12 enters the waveguide structure 2, where interference occurs, and the structure 2
Dark stripes and dark stripes are formed. The intrinsic slow axis 9 is oriented with respect to the polarization direction 10;
A minimum birefringence is formed in the waveguide after the grating has been written.
Details of how to orient the polarization 10 and the intrinsic slow axis 9 are given with respect to FIG.
Is being discussed.
A plane 22 is defined by the light beam 12 and its polarization 10. 12 and 10 are
Perpendicular to each other. Plane 20 is perpendicular to waveguide centerlines 7 and 7
More defined. The planes 20 and 22 intersect to form a line 24. Beam 12
And the intersection line 24 forms an angle 14. Thus, the projection of polarized light 10 on line 24
(10) sin14, where (10) indicates the magnitude of the polarization vector. Intersection
Angle 24 is formed by 24 and vertical line 26. The projection on the waveguide axis 7 in (10) is (1)
0) It is sin14 sin18. The magnitude of (10) perpendicular to the waveguide axis 7 is the difference (10)
(1-sinTwo14 sinTwo18)1/2It is. Expressed as the angle formed with the vertical line 26
The direction of this vertical component is the angle 30 shown in FIG. Angle 30 is cos-1
｛Sin14cos18 / (1-sinTwo14 sinTwo18)1/2｝.
Next, the minimum birefringent diffraction grating is fixed so that the sum of the angles 30 and 32 becomes 90 °.
Select the angle 32 in FIG. 4 which is the angle between the slow axis 9 and the vertical line 26)) npsA) nis
By adjusting the angles 14 and 18 as close as possible to Corner
Degree 18 is 90 ° and angle 14 is according to Bragg conditions and the wavelength of the writing beam.
And as close as possible to 90 °) npsmin) Nis ≧) npsminIn
Optimum low birefringence condition) nis=) NpsThe angle 18 may be selected such that
That is, two types of birefringence are applied on the waveguide structure and are mutually perpendicular and equal.
When forming a birefringent axis, a diffraction grating with minimal birefringence is written. Polarization dependent
Refraction writes a slow axis that complements the intrinsic birefringence slow axis to minimize birefringence in the diffraction grating.
To
) NisIs) npsIf it is smaller than the minimum value of
No. Difficult to control, but difficult to control, but one diffraction grating at a time
You may write it. In this case, since no interference technique is used, everything along the diffraction grating
N)is=) NpsThe angles 14 and 18 may be selected such that
Example-Writing a Bragg Grating Without Birefringence in a Waveguide FiberUnique refraction
The magnitude of the intrinsic birefringence and the slow axis direction are found as follows. Germanium
The doped step waveguide fiber is flared using a linearly polarized excimer laser.
Irradiate from the surface. The laser operates at a wavelength around 248 nm. About 0.5cm waveguide
A short section of fiber is approximately 200 mJ / cm per laser pulseTwoEnergy
-Accept the bundle. The laser operates at a rate of about 10 Hz and operates at wavelengths in the range of 1-10 minutes.
Irradiate in between.
The laser beam direction forms a right angle with the long axis of the fiber, which is
And has substantially no polarization-dependent birefringence.
Birefringence depends on the properties of the waveguide glass rather than the polarization direction of the incident light beam
Where induced birefringence is called eigen.
The intrinsic birefringence finds the direction of the slow axis and is the refractive index difference between the fast and slow axes) nis
Measure by finding. Conventional measuring means known in the industry
Can be.Total birefringence
Total birefringence means that the direction of polarization of the incident light is perpendicular to the long axis of the waveguide fiber.
Except for operating the excimer laser as described above, except
The waveguide fiber located near the section used in the first step
Is induced within a short section of Maximum birefringence is induced, i.e.
In order to ensure that both polarized and polarization-dependent birefringence is induced, an intrinsic retardation is used.
The axes are arranged parallel to the polarization direction. The direction of the intrinsic slow axis is the waveguide fiber
Along a short distance of the order of tens of centimeters
Assume that Possible advantages in the manufacture of optical waveguide fibers and other waveguide structures
By controlling the composition and shape, the validity of the assumption can be relied on.
Total induced birefringence was measured as described above. By the design of the experiment, the direction of the slow axis is
Along the polarization direction of the fiber. The magnitude of the birefringence is) nts=) Nps+) Nis
It is.Bragg grating writing
Here, the section of the waveguide fiber near the section used as described above
A diffraction grating is written on the surface using an excimer laser by a side irradiation technique. Preferred
In other methods, the phase mass illuminated by an excimer laser is
Or a transmission diffraction grating. The incident angle of the interference light beam is shown as 14 in FIG.
Have been. ) NisIs) npsThe condition that is closest to
And 14 by adjusting.
The resulting diffraction grating has minimal birefringence.
While particular embodiments of the present invention have been disclosed, described and described herein, the present invention provides
It is limited only by the following claims.