JP2001021739A - 二バンドの長周期格子形成装置 - Google Patents

二バンドの長周期格子形成装置

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JP2001021739A JP2000155323A JP2000155323A JP2001021739A JP 2001021739 A JP2001021739 A JP 2001021739A JP 2000155323 A JP2000155323 A JP 2000155323A JP 2000155323 A JP2000155323 A JP 2000155323A JP 2001021739 A JP2001021739 A JP 2001021739A
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Joo-Nyung Jang
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、一つの光ファイバに二バンドの長
周期格子を同時に形成する装置を提供する。 【解決手段】 二バンドの長周期格子形成装置に係り、
レーザー光源と、このレーザー光源から出力される紫外
線レーザー光を通過させる通過領域と、通過しない非通
過領域とが交互に繰り返される二振幅マスクを光ファイ
バの相異なる位置上に備えて、レーザー光を二振幅マス
クに通過させて光ファイバに照射して相異なる周期を有
する二長周期格子を製造する二バンドの長周期格子形成
装置において、このレーザー光源と光ファイバの位置と
を固定して、第１振幅マスクの位置を調節して光ファイ
バに形成される第１長周期格子の周期を決定する第１長
周期格子形成部と、第２振幅マスクの位置を調節して第
２長周期格子を形成する第２長周期格子形成部とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二バンドの長周期
格子形成装置に係り、特に同時に相異なるカップリング
波長を有する二バンドの長周期格子を製作する装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】長周期光ファイバ格子フィルタは、進め
るコアモードを進行方向の被覆モードでカップリングさ
せる素子であり、反射タイプでないためにエルビウム添
加光ファイバ増幅器(ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉ
ｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）の利得平坦化
に有利である。この際、カップリングは、次のような位
相マッチング条件(ｐｈａｓｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｃ
ｏｎｄｉｔｉｏｎ)を満足する場合に起きる。
【数１】 ここで、βｃｏはコアモードの伝達定数(ｐｒｏｐａｇ
ａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ)であり、β（ｎ）ｃｌ
は差被覆モードの伝達定数であり、Λは格子周期であ
る。
【０００３】ところで、この数学式１でβ=２πn/λ(こ
こで、nは有効屈折率、λはカップリング波長)を代入す
れば、コアモードと被覆モードの屈折率差は下記数学式
２のようになる。
【数２】
【０００４】特定マスク周期Λに対して感光性光ファイ
バに紫外線レーザーを走査するようになれば、感光性光
ファイバのコアの屈折率が変わるようになり、それによ
ってカップリングがおきる波長は、長波長側に増加する
ようになる。長周期格子は、エキサイマーレーザー光の
ような紫外線レーザー光を円筒形レンズ(ｃｙｌｉｎｄ
ｒｉｃａｌ ｌｅｎｓ)でｘ軸あるいはｙ軸に収斂させ
て周期Λを有する振幅マスクを通して感光性光ファイバ
に照射することにより形成される。
【０００５】所望する長周期光ファイバ格子フィルタス
ペクトラム、言い換えれば正確なカップリング波長の位
置と消光費(ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ)とを得
るためには振幅マスクの周期を正確に調節して適正時間
中紫外線レーザー光を照射することが必要である。
【０００６】振幅マスクの周期をより正確に調節するた
めに多様な方法が用いられてきたが、その一つが単一ス
リット(ｓｉｎｇｌｅ ｓｌｉｔ)を移動ステージ(ｔｒ
ａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ)に装着して用いるこ
とである。この方法は、所望する周期だけスリットある
いは光ファイバを移動しながら紫外線レーザーを照射す
る方法である。単一スリットは正確な周期が可能で、任
意に周期を調節できる長所がある。しかし、スリットの
サイズが固定されており、周期を変える時光が通過する
部分と通過しない部分の比を示すデューティーサイクル
(ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ，ｏｎ／ｏｆｆ ｒａｔｉｏ)が
一定でなくて、ポイント単位(ｐｏｉｎｔ ｂｙ ｐｏ
ｉｎｔ)で屈折率変化を与えるので、時間が多く掛かる
という短所がある。
【０００７】振幅マスクの他の例として、シリカ上にパ
ターンをとった後、クロムをドーピングして製作するマ
スクがある。このような振幅マスクの場合、正確な周期
を有するマスクを製造できるがマスク製造過程が複雑で
費用が多くかかって周期が固定されているので一つのマ
スクでデザインしようとするスペクトラムは一つのみ可
能である。また損傷限界パワーが低くて高出力のエキサ
イマーレーザー(ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ)を効率的
に利用することができない短所がある。
【０００８】一般に二バンドにおいて利得ピーク値を有
する光ファイバ増幅器でその利得スペクトラムを平坦化
するために上述した振幅マスクを利用して二バンドの長
周期格子を形成する場合、スペクトラム特性が変わる時
ごとに新しい周期のマスクをデザインしなければならな
い。この場合、各バンドに該当する周期を有するマスク
が必要であって、二バンド形成時にもシリアル(serial)
で進められるので感光性光ファイバの特性によって誤差
が生じやすい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、一つの光ファイバに二バンドの長周期格子を同時に
形成する装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、本発明によってレーザー光源と、こ
のレーザー光源から出力される紫外線レーザー光を通過
させる通過領域と、通過しない非通過領域とが交互に繰
り返される二振幅マスクを光ファイバの相異なる位置上
に備えて、レーザー光を二振幅マスクに通過させて、光
ファイバに照射して相異なる周期を有する二枚周期格子
を形成する二バンドの長周期格子形成装置において、こ
のレーザー光源と光ファイバの位置とを固定して、第１
振幅マスクの位置を調節して光ファイバに形成される第
１長周期格子の周期を決定する第１長周期格子形成部及
び第２振幅マスクの位置を調節して第２長周期格子を形
成する第２長周期格子形成部を含む。
【００１１】この技術的課題を達成するために、本発明
によってレーザー光源と、このレーザー光源から出力さ
れる紫外線レーザー光を通過させる通過領域と、通過し
ない非通過領域とが交互に繰り返される二振幅マスクを
光ファイバの相異なる位置上に備えて、このレーザー光
をこの二振幅マスクに通過させてこの光ファイバに照射
して相異なる周期を有する二長周期格子を形成する二バ
ンドの長周期格子形成装置において、このレーザー光源
と光ファイバの位置とを固定して、この第１振幅マスク
の位置を調節してこの光ファイバに形成される第１長周
期格子の周期を決定する第１長周期格子形成部と、この
第２振幅マスクの位置を調節してこの第２長周期格子の
周期を決定するが、この第１長周期格子形成部と実質的
に同時に第２長周期格子を形成する第２長周期格子形成
部と、光源と、この光源から生成されて、この第１及び
第２長周期格子が形成された光ファイバを通過した光の
出力スペクトラムを測定する測定部と、この測定部で測
定される出力スペクトラムを点検して、所望する出力ス
ペクトラムを得るようにこの第１及び第２振幅マスクの
位置を調節する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従う好適な実施の
形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、
本発明による二バンドの長周期格子を形成する装置を示
す装置図である。図１による二バンドの長周期格子形成
装置は、紫外線レーザー光源１００、第１長周期格子形
成部１１０、第２長周期格子形成部１２０、光源１３
０、光ファイバ１４０、測定部１５０及び制御部(図示
せず)を含む。
【００１３】第１長周期格子形成部１１０は、スプリッ
ター(ｓｐｌｉｔｔｅｒ)１１１、第１円筒形レンズ１１
２、第１発散部１１３、第１振幅マスク１１４及び第１
スリット１１５を備える。
【００１４】第２長周期格子形成部１２０は、ミラー１
２１、第２円筒形レンズ１２２、第２発散部１２３、第
２振幅マスク１２４及び第２スリット１２５を備える。
【００１５】上述した構成により二バンドの長周期格子
が形成される過程は下記のようである。第１長周期格子
形成部１１０及び第２長周期光ファイバ格子形成部１２
０は光ファイバ１４０に第１及び第２周期の長周期格子
を実質的に同時に形成する。
【００１６】詳細な過程は下記のようである。まず、ス
プリッター１１０は、紫外線レーザー光源１００から生
成された紫外線レーザー光を１:１で分離して一部は９
０゜に反射して光の経路を変更させて、残りは通過させ
る。第１円筒形レンズ１１２は、スプリッター１１０に
より経路が変更されて入射した紫外線レーザー光が収斂
するようにする。第１発散部１１３は、第１円筒形レン
ズ１１２を通過した光を発散させるが、代表的な例とし
て凹レンズ(ｃｏｎｃａｖｅ ｌｅｎｓ)が適切である。
第１振幅マスク１１４は、第１発散部１１３を通過した
光を選択的に通過させる。第１スリット１１５は、長周
期格子の帯域幅を決定する格子長さほどの幅を有する。
第１スリット１１５を通過した光が光ファイバ１４０に
照射されれば、測定部１５０は光源１３０から生成され
て光ファイバ１４０を通過した光の各波長でカップリン
グピークを測定する。制御部(図示せず）は、長周期格
子フィルタで所望する波長でカップリングがおきるよう
に第１振幅マスク１１４の位置を調節することによって
長周期格子の周期を調節する。
【００１７】スプリッター１１０で通過された紫外線レ
ーザー光はミラー１２１により９０゜に反射されて経路
が変更される。第２円筒形レンズ１２２は、ミラー１２
１により経路が変更されて入射した紫外線レーザー光が
収斂するようにする。第２発散部１２３は、第２円筒形
レンズ１２２を通過した光を発散させる。第２振幅マス
ク１２４は、第２発散部１２３を通過した光を選択的に
通過させる。第２スリット１２５は、長周期格子の帯域
幅を決定する長さほどの幅を有する。第２スリット１２
５を通過した光が光ファイバ１４０に照射されると、測
定部１５０は光源１３０から生成されて光ファイバ１４
０を通過した光に対して波長によるカップリングピーク
を測定する。制御部(図示せず）は、長周期格子フィル
タで所望する波長でカップリングがおきるように第２振
幅マスク１２４の位置を調節することによって長周期格
子の周期を調節する。
【００１８】ここで、光ファイバ１４０は、紫外線に敏
感な(ＵＶ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ)光ファイバ
であり、ゲルマニウム(Ｇｅ)が添加された光ファイバに
水素(Ｈ２)をローディング(ｌｏａｄｉｎｇ)して得られ
る。水素処理条件は、約８０〜９０゜の温度及び〜１０
０気圧で数十時間処理される。格子形成のために水素が
ローディングされた光ファイバは常温で維持されるが、
時間が過ぎるによって光ファイバ内に拡散されていた水
素分子は徐々に被覆の外に抜け出るようになって、水素
が抜け出るようになることによってコアと被覆の有効屈
折率差が生じる。したがって、常温で光ファイバを維持
する時間によってカップリング条件も変わるようにな
る。図２の(ａ)は光ファイバを水素ローディング後、常
温で維持した時間及び紫外線に露出させた時間によるカ
ップリング波長変化を示したものである。図２の(ｂ)は
水素ローディング後、常温で維持された時間によるカッ
プリング波長の変化を示したものである。示されたとこ
ろによると、常温で維持された時間が多いほどカップリ
ング波長が長波長側に移動して、約３０時間程度後には
再び短波長に移動することが分かる。水素処理された光
ファイバの製造時光スペクトラム分析器(ｏｐｔｉｃａ
ｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ)のような測
定装置に現れるスペクトラムは実際安定化されたスペク
トラムでないので、最終安定化された製品に対して正確
なスペクトラムを得るためにはこれに対する補正が必要
である。特に、図３に示された光ファイバ増幅器の利得
特性のように１５３０ｎｍバンドと１５５０ｎｍバンド
とで利得ピークを有する場合、利得平坦化された光ファ
イバ増幅器を得るためにはこの二バンドを同時に平坦化
させなければならない。
【００１９】図４は、図１の第１または第２振幅マスク
１１４、１２４の実施例を示したものである。図４によ
る振幅マスクは０．２mm程度の薄い金属基板４００、例
えばステンレススチール基板に数百μｍの周期Λ０で光
を通過させることができる通過領域４０２とその他の非
通過領域４０４と、からなる。通過領域４０２は、二酸
化炭素レーザーを利用した加工または化学的エッチング
(ｃｈｅｍｉｃａｌｅｔｃｈｉｎｇ)などの方法で加工さ
れる。金属基板４００の使用は、損傷限界を高めるので
高パワー紫外線レーザーをソースとして用いることがで
きるという利点がある。通過領域４０２は、入射するレ
ーザー光を通過させて、非通過領域４０４は金属部分に
入射する紫外線レーザー光を遮断する。
【００２０】図５は、図１に示された第１または第２長
周期格子形成部１１０、１２０で振幅マスクの位置を調
節して、長周期格子の周期を決定する過程を説明する図
面である。図５によると、円筒形レンズ５１２を通過し
たレーザー光は発散部、すなわち凹レンズ５１３により
発散されて、振幅マスク５１４によりマスキングされて
光ファイバ５４０に照射される。ここで、説明の便易の
ためにこのレーザー光の発散点から振幅マスク５１４ま
での距離をｘとして、振幅マスク５１４から光ファイバ
５４０までの距離をｙとしよう。示されたように振幅マ
スクの半周期をaとして、水平方向のレーザー光５５０
に対してこの発散点から振幅マスク５１４をすぎて光フ
ァイバ５４０に結ばれるレーザー光の長さを各々Ｃ、Ｂ
及びＡとすると、下記数学式３が成立する。
【数３】
【００２１】Λを光ファイバ５４０に形成される長周期
格子の周期とする時、Λ(＝Ｂ）は数学式３から下記数
学式４のように求められる。
【数４】
【００２２】ここで、Λ０は振幅マスクの周期であり、
２aである。すなわち、凹レンズ５１３と光ファイバ５
４０との距離が固定された際、振幅マスク５１４の位置
によって光ファイバ５４０上に形成される長周期格子の
周期が調節される。図６（ａ）は、ｘ＋ｙ＝７００mmの
際、ｘ値の変化による格子周期を示したものであって、
図６（ｂ）はｘ＋ｙ＝４３０mmの際、ｘ値の変化による
格子周期を示したものである。ここで、振幅マスクの周
期は４２０μｍである。
【００２３】
【発明の効果】以上から述べてきたように、本発明は所
望する出力スペクトラムを有する長周期格子を形成しよ
うとする場合、バンド幅をスリットサイズで調節して凹
レンズと振幅マスクとの距離、振幅マスクと光ファイバ
との距離を調節する。本発明によると、光ファイバに対
するレーザー光の照射領域を調節して長周期格子フィル
タのバンド幅を調節できて、金属マスクを用いるのでマ
スク製造が容易で費用が低廉である。また、マスクの損
傷限界パワーが大きくて、周期調節が可能である。二バ
ンドを同時に形成して水素拡散による波長移動変数を取
り除くようになるのでフィルタデザインが簡単で形成時
間を短縮できるようにする。
【００２４】長周期格子に用いられる光は約〜１２０ｍ
Ｊの出力エネルギーを有するが、本発明ではスプリッタ
ーを利用して高出力(６００ｍＪ）のエキサイマーレー
ザー光を１:１に分けて用いるので、エキサイマーレー
ザー光に対しても長周期格子が形成されて効率も高める
ことができるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による二バンドの長周期格子を形成す
る装置を示す装置図である。
【図２】 （ａ）光ファイバを水素ローディング後、常
温で維持した時間及び紫外線に露出させた時間によるカ
ップリング波長変化を示したものである。 （ｂ）水素ローディング後、常温で維持された時間によ
るカップリング波長の変化を示したものである。
【図３】 波長による光ファイバ増幅器の利得特性を示
したものである。
【図４】 図１の第１または第２振幅マスクの実施例を
示したものである。
【図５】 図１に示された第１または第２長周期格子形
成部で振幅マスクの位置を調節して長周期格子の周期を
決定する過程を説明する図面である。
【図６】 （ａ）図５においてｘ＋ｙ＝７００mmの際、
ｘ値の変化による格子周期を示したものである。（ｂ）
図５においてｘ＋ｙ＝４３０mmの際、ｘ値の変化による
格子周期を示したものである。
【符号の説明】
１００ 紫外線レーザー光源 １１０ 第１長周期格子形成部 １１１ スプリッター １１２ 第１円筒形レンズ １１３ 第１発散部 １１４ 第１振幅マスク １１５ 第１スリット １２０ 第２長周期格子形成部 １２１ ミラー １２２ 第２円筒形レンズ １２３ 第２発散部 １２４ 第２振幅マスク １２５ 第２スリット １３０ 光源 １４０ 光ファイバ １５０ 測定部

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー光源と、このレーザー光源から
    出力される紫外線レーザー光を通過させる通過領域と、
    通過しない非通過領域とが交互に繰り返される二振幅マ
    スクを光ファイバの相異なる位置上に備えて、このレー
    ザー光をこの二振幅マスクに通過させて、この光ファイ
    バに照射して相異なる周期を有する二枚周期格子を形成
    する二バンドの長周期格子形成装置において、 このレーザー光源と、この光ファイバまで到達する距離
    とを固定して、この第１振幅マスクの位置を調節して、
    この光ファイバに形成される第１長周期格子の周期を決
    定する第１長周期格子形成部と、 このレーザー光がこの光ファイバまで到達する距離を固
    定して、この第２振幅マスクの位置を調節して、この第
    ２長周期格子の周期を決定するが、この第１長周期格子
    形成部と、実質的に同時に第２長周期格子を形成する第
    ２長周期格子形成部とを含むことを特徴とする二バンド
    の長周期格子形成装置。
  2. 【請求項２】 前記第１長周期格子形成部は、この紫外
    線レーザー光を１:１に分割して、分割された第１光を
    所定角度で反射してその経路を変更して、残りの第２光
    は、この第２長周期格子形成部に通過させるスプリッタ
    ーを備えることを特徴とする請求項１に記載の二バンド
    の長周期格子形成装置。
  3. 【請求項３】 前記第１長周期格子形成部は、この経路
    が変更された第１光を収斂させるレンズと、 このレンズを通過したレーザー光を発散させる発散部
    と、 この発散された第１光をこの光ファイバに選択的に照射
    する第１振幅マスクを備えることを特徴とする請求項２
    に記載の二バンドの長周期格子形成装置。
  4. 【請求項４】 前記発散部は、凹レンズであることを特
    徴とする請求項３に記載の二バンドの長周期格子形成装
    置。
  5. 【請求項５】 前記第１長周期格子の周期は、Λ０がこ
    の第１振幅マスクの周期であり、xが凹レンズの焦点と
    この第１振幅マスクとの間の距離、yがこの第１振幅マ
    スクとこの光ファイバとの間の距離とする時、下記数学
    式 Λ=Λ０(x+y)/x のように決定されることを特徴とする請求項４に記載の
    二バンドの長周期格子形成装置。
  6. 【請求項６】 前記第１振幅マスクの材質は、金属であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の二バンドの長周期
    格子形成装置。
  7. 【請求項７】 前記第１振幅マスクと、前記光ファイバ
    との間に、前記第１長周期格子の長さをその幅にするス
    リットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載
    の二バンドの長周期格子形成装置。
  8. 【請求項８】 前記第２長周期格子形成部は、前記第２
    光を所定角度に反射して、その経路を変更するミラー
    と、 この経路が変更された第２光を収斂させる第２レンズ
    と、 この第２レンズを通過したレーザー光を発散させる第２
    発散部と、 この発散された第２光をこの光ファイバに選択的に照射
    する第２振幅マスクを備えることを特徴とする請求項２
    に記載の二バンドの長周期格子形成装置。
  9. 【請求項９】 前記発散部は、凹レンズであることを特
    徴とする請求項８に記載の二バンドの長周期格子形成装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記第２長周期格子の周期は、Λ０が
    この第２振幅マスクの周期であり、xが凹レンズの焦点
    とこの第２振幅マスクとの間の距離、yがこの第２振幅
    マスクとこの光ファイバとの間の距離とする時、下記数
    学式 Λ=Λ０(x+y)/x のように決定されることを特徴とする請求項９に記載の
    二バンドの長周期格子形成装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２振幅マスクの材質は、金属で
    あることを特徴とする請求項８に記載の二バンドの長周
    期格子形成装置。
  12. 【請求項１２】 前記第２振幅マスクと、この光ファイ
    バとの間にこの第２長周期格子の長さをその幅にする第
    ２スリットをさらに備えることを特徴とする請求項８に
    記載の二バンドの長周期格子形成装置。
  13. 【請求項１３】 レーザー光源と、このレーザー光源か
    ら出力される紫外線光を通過させる通過領域と、通過し
    ない非通過領域とが交互に繰り返される二振幅マスクを
    光ファイバの相異なる位置上に備えて、このレーザー光
    をこの二振幅マスクに通過させて、この光ファイバに照
    射して相異なる周期を有する二長周期格子を形成する二
    バンドの長周期格子形成装置において、 このレーザー光源と、光ファイバの位置とを固定して、
    この第１振幅マスクの位置を調節して、この光ファイバ
    に形成される第１長周期格子の周期を決定する第１長周
    期格子形成部と、 この第２振幅マスクの位置を調節して、この第２長周期
    格子の周期を決定するが、この第１長周期格子形成部と
    実質的に同時に第２長周期格子を形成する第２長周期格
    子形成部と、 光源と、 この光源から生成されて、この第１及び第２長周期格子
    が形成された光ファイバを通過した光の出力スペクトラ
    ムを測定する測定部と、 この測定部の測定される出力スペクトラムを点検して、
    所望する出力スペクトラムを得るようにこの第１及び第
    ２振幅マスクの位置を調節する制御部とを含むことを特
    徴とする２バンドの長周期格子形成装置。
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