JP2001042141A

JP2001042141A - ファイバグレーティングの作製方法

Info

Publication number: JP2001042141A
Application number: JP11220818A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Morishita; 克己森下; Kazuo Imamura; 一雄今村
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】長期信頼性に優れたファイバグレーティング
を作製する比較的簡便な方法を提供する。【解決手段】コアおよびクラッドを有するファイバ素
線１０を用意する工程と、ファイバ素線１０の第１領域
１０ａを選択的に、ガラス転移温度領域以上の第１の温
度に加熱する工程と、第１の温度に加熱されたファイバ
素線の第１領域をガラス転移温度領域未満の第２の温度
に冷却し、ファイバ素線の第１領域の密度を選択的に低
下させることによって、第１領域の屈折率を他の領域の
屈折率よりも低くする工程と、を包含し、第１領域が周
期的に複数形成されたファイバグレーティングを作製す
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、光ファイバのコア
に対し縞状に屈折率に差をつけた回折格子（グレーティ
ング）を書き込み、このグレーティングによってそのグ
レーティングピッチに対応した波長特性の光を反射もし
くは透過させるフィルタ等として用いられるファイバグ
レーティングの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファイバグレーティングは、光ファイバ
のコアに対しファイバ軸方向に所定のグレーティングピ
ッチ（周期）で屈折率変調縞が形成されたものである。
このようなファイバグレーティングとしては、グレーテ
ィングピッチが約１μｍ以下の短周期グレーティング
（ファイバブラッググレーティング：ＦＢＧとも称され
る。）およびグレーティングピッチが数百μｍ程度の長
周期グレーティングがある。

【０００３】ファイバグレーティングを作製する方法と
して、ゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした石英ガラス
（コア）に対しコヒーレントな紫外レーザ光を照射する
ことにより該当個所に光誘起屈折率変化を起こし、屈折
率変調縞を形成する方法が知られている（例えば、特開
平６−２３５８０８号公報、特開平７−１４０３１１号
公報、および特許第２５２１７０８号参照）。

【０００４】また、コアとクラッドとを異なるガラス材
料を用いて形成したファイバ素線を用い、コアに印加さ
れる残留応力の大きさに応じて屈折率が変化する現象を
利用する方法が検討されている（例えば、信学技報ＯＰ
Ｅ９７−１５４、第６１〜６５頁、１９９８−０２）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のファイバグレーティングの作製方法には以下の問
題がある。

【０００６】まず、ゲルマニウム等の不純物をドープし
たガラスの光誘起屈折率変化を利用する方法は、十分な
屈折率差を得るために長時間の水素処理工程が必要であ
ること、ファイバ素線の材料の選択の範囲が狭いこと、
加熱によって屈折率差が減少するので長期信頼性に欠け
ることなどの問題点を有している。

【０００７】また、コアに印加される残留応力の大きさ
を制御する方法によれば、不純物をドープする必要はな
いものの、コアとクラッドとの界面における残留応力は
不安定なので長期信頼性が十分に得られない可能性があ
る。

【０００８】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、長期信頼
性に優れたファイバグレーティングを作製する比較的簡
便な方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のファイバグレー
ティングの作製方法は、コアおよびクラッドを有するフ
ァイバ素線を用意する工程と、前記ファイバ素線の第１
領域を選択的に、ガラス転移温度領域以上の第１の温度
に加熱する工程と、前記第１の温度に加熱された前記フ
ァイバ素線の前記第１領域をガラス転移温度領域未満の
第２の温度に冷却し、前記ファイバ素線の前記第１領域
の密度を選択的に低下させることによって、前記第１領
域の屈折率を他の領域の屈折率よりも低くする工程とを
包含し、前記第１領域が周期的に複数形成されたファイ
バグレーティングを作製するので、上記目的が達成され
る。

【００１０】前記加熱工程の前に熱処理工程を含み、前
記熱処理工程は、前記第１領域が複数形成される、前記
ファイバ素線のグレーティング形成領域の密度を上昇さ
せることによって、前記グレーティング形成領域の屈折
率を上昇させる工程であることが好ましい。

【００１１】前記熱処理工程は、前記ファイバ素線の前
記グレーティング形成領域をガラス転移温度領域以上の
第３の温度に加熱する工程と、前記第３の温度に加熱さ
れた前記ファイバ素線をガラス転移温度領域未満の第４
の温度まで徐冷する工程とを包含してもよい。

【００１２】前記熱処理工程は、前記ファイバ素線の前
記グレーティング形成領域をガラス転移温度領域の温度
に所定時間維持する工程を包含してもよい。

【００１３】前記第１の温度に加熱する工程は、放電に
よって実施されてもよいし、レーザ光を照射することに
よって実施されてもよい。

【００１４】本発明のファイバグレーティングの作製方
法は、ファイバ素線を局所的に熱処理することによっ
て、ファイバ素線の密度を局所的に他の領域よりも低下
させ、そのことによって、グレーティングとして機能す
る屈折率分布を有する領域を形成する。

【００１５】また、屈折率低下のための上記熱処理の前
処理として、ファイバ素線のグレーティングを形成する
領域全体の密度を高め、一旦屈折率を増大させた後に、
局所的に屈折率を低下させることによって、屈折率差を
さらに大きくすることができる。屈折率を上昇させるた
めの熱処理方法には、ガラス転移温度領域以上の温度か
らガラスが緩和できる（密度が上昇できる）速度で冷却
する方法と、十分な緩和（密度上昇）が得られる時間、
ガラス転移温度領域の温度に維持する方法とがある。勿
論、これら２つの方法を組み合わせることもできる。フ
ァイバ素線を局所的に加熱する方法として、放電現象を
利用する方法またはレーザ光を照射する方法を用いるこ
とによって、効率よく、位置の制御性よく加熱すること
ができる。

【００１６】光の吸収効率を高めるために、ファイバ素
線に不純物をドープしてもよい。このドーパントは屈折
率には直接影響しないので、長期信頼性には悪影響を及
ぼさない。

【００１７】本発明によると、実質的に熱処理工程だけ
でファイバグレーティングを作製することができる。ま
た、本発明に従って作製されたファイバグレーティング
における屈折率分布は、熱処理工程において形成された
密度分布に起因しているので、ガラス転移温度領域未満
の温度では安定であり、従来のファイバグレーティング
に比べて長期信頼性に優れる。

【００１８】なお、ファイバグレーティングにおいて、
屈折率分布を有する領域はファイバ素線のコアに形成さ
れるのが一般的であるが、これに限らない。クラッドと
コアとの屈折率差がファイバの軸方向に沿った分布を有
していれば、グレーティングとして機能する。したがっ
て、上述した本発明の方法によって、屈折率分布を有す
る領域をコアまたはクラッドの一方に形成してもよい
し、コアとクラッドとの両方に形成してもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。

【００２０】本発明のファイバグレーティングの作製方
法は、ガラスから形成されているファイバ素線に熱処理
を施すことによってガラスの密度（体積）を変化させ、
密度変化に伴う屈折率変化を利用している。まず、図１
を参照しながら、熱処理とガラスの密度との関係を説明
する。

【００２１】図１は、ガラスの温度と体積（比容：密度
の逆数）との関係を模式的に示す状態図である。図１に
示したように、ガラスの体積は温度の上昇とともに増大
する（熱膨張）。曲線の傾きが熱膨張率を示している。
ガラスの熱膨張率は、ある温度（ガラス転移温度：Ｔ
ｇ）を境に不連続に変化する（ガラス転移）。図１中は
模式図であり、実際にはガラス転移温度付近の体積変化
は緩やかである。ガラスをさらに加熱し、ある温度（屈
伏温度：Ｔｓ）になるとガラスの膨張が止まり、さらに
昇温するとガラスは軟化し流動する。

【００２２】ガラス転移は緩和現象と深く関わってお
り、同じ組成のガラスであっても、昇温速度や熱履歴に
よって、異なったガラス転移温度Ｔｇを示す。その転移
温度を示す範囲を転移温度領域という。昇温速度が速い
とＴｇは高く、遅いと低くなる。図１中に示した、曲線
ＢおよびＦは、それぞれバルク状ガラス（例えば、ガラ
ス板）およびファイバ状ガラス（例えば、ファイバ素
線）の温度−体積曲線であり、曲線Ｅは平衡曲線を示
す。平衡曲線は、温度とその温度における熱平衡状態に
達したガラスが示す体積との関係を示している。

【００２３】図１では製造時における降温速度と同じ大
きさで昇温している場合を示している。ファイバ素線な
どのファイバ状ガラスのガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）は、
降温（昇温）速度が速いためにガラス板などのバルク状
ガラスのＴｇ（Ｂ）よりも高い温度を示す。転移温度領
域の高温域にＴｇ（Ｆ）があり、低温域にＴｇ（Ｂ）が
ある。

【００２４】ガラス転移温度領域よりも十分に高い温度
（ガラスを構成する原子が十分短い時間で緩和し熱平衡
状態の配列をとり得る温度）から冷却すると、ガラスの
温度（構成原子の平均運動エネルギー）が低下する速度
と、再配列に要する時間（緩和時間）とが拮抗し始め
る。降温速度が緩和時間に比較して速くなると、構成原
子の再配列が阻害され、より高い温度における配列が凍
結される。構成原子の配列が凍結される温度は、降温速
度が遅いほど低くなる。

【００２５】ガラス板などのバルク状のガラスは、その
製造工程において比較的遅い速度で冷却されるので、比
較的低い温度まで構成原子の配列が凍結されず再配列が
進行するので、比容が比較的小さい状態となる（図１中
の曲線Ｂ）。一方、一般に市販されているファイバ素線
は、その製造工程において急冷されるので、比較的高い
温度で構成原子の配列が凍結され、比容が比較的大きい
状態となる（図１中の曲線Ｆ）。

【００２６】本発明のファイバグレーティングの作製方
法は、上述したガラスの体積が熱履歴に応じて変化する
現象を利用する。すなわち、ファイバ素線に局所的に異
なる熱処理を周期的に施すことによって、屈折率の異な
る領域を周期的にファイバ素線に形成し、実質的に熱処
理だけでファイバグレーティングを作製する。

【００２７】本発明によるファイバグレーティングの作
製方法を図２のフローチャートを参照しながら説明す
る。

【００２８】まず、工程Ｓ１０でコアとクラッドとを有
するファイバ素線を用意する。ファイバ素線の材料に特
に制限は無い。ただし、コアとクラッドのガラスの密度
はできるだけ高い（比容が小さい）ものが好ましい。密
度が高いガラスは、後の熱処理（Ｓ２０およびＳ３０）
による密度（屈折率）の低下が大きくなるので好まし
い。すなわち、十分に高い密度のファイバ素線を用意し
た場合には、以下の工程Ｓ１５（Ｓ１５ａおよびＳ１５
ｂ）を省略し、工程Ｓ２０に進むことができる。

【００２９】しかしながら、上述したように一般に市販
されているファイバ素線は、急冷工程を伴う製造プロセ
スで製造されているので、密度が比較的小さい。そこ
で、工程Ｓ１５において、ファイバ素線の密度を上昇す
るための熱処理を行う。この熱処理工程は、密度の小さ
なファイバ素線のガラスを構成する原子の再配列が進行
するように熱処理を施し、ガラスの密度を上昇させる工
程である。このように、ガラスの状態を熱平衡状態に近
づけるために行う熱処理を「アニール」と呼ぶ。勿論、
この熱処理はファイバ素線のうちのグレーティングを形
成する領域（以下、「グレーティング形成領域」と呼
ぶ。）にのみ行ってもよい。この熱処理工程Ｓ１５は、
具体的には、２つの方法（工程Ｓ１５ａまたは工程Ｓ１
５ｂ）で実施することができる。

【００３０】工程Ｓ１５ａを図３を参照しながら説明す
る。図３は、工程Ｓ１５ａにおけるガラスの状態図を模
式的に示す。工程Ｓ１５ａは、ファイバ素線のグレーテ
ィング形成領域をガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）以上の温度
Ｔ１に加熱する工程と、温度Ｔ１に加熱されたファイバ
素線をガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）未満の温度Ｔ２まで徐
冷する工程とを含んでいる。

【００３１】図３に示したように、室温（ｒ．ｔ．）に
あるファイバ素線をガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）以上の温
度Ｔ１まで加熱する（図３中のＰ０→Ｐ０’→Ｐ１）。
ファイバ素線のガラスは、ガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）に
達する（Ｐ０’）と速やかに熱平衡状態になり、ガラス
の体積は平衡曲線Ｅに沿って膨張する（Ｐ１）。次
に、ガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）未満の温度Ｔ２まで徐冷
する（Ｐ１→Ｐ２）。ここで、「徐冷」とは、温度Ｔ１
からＴ２への冷却工程においては、少なくとも温度Ｔ２
（Ｐ２）においてガラスが熱平衡状態になるように冷却
することを意味する。ガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）よりも
低い温度Ｔ２で熱平衡状態に到達することによって、ガ
ラスの密度が増加する。その後、温度Ｔ２から室温へ冷
却する（Ｐ２→Ｐ３）。なお、本願明細書中の「室温」
は、得られたファイバ素線を取り扱う周囲の温度を表し
ており、特定の温度を指すものではない。ファイバ素線
がハンドリングに耐える十分な機械的特性を有する温度
であれば特に制限は無い。

【００３２】この一連の熱処理によって、室温における
ガラスの密度が低いＰ０の状態にあったファイバ素線
は、ガラスの密度が上昇したＰ３の状態となる。この工
程においては、Ｔｇ（Ｆ）以下の温度におけるガラスの
状態を決定するＰ２（熱平衡状態からずれ始める点、ガ
ラスの状態が凍結される点）の制御が重要である。現実
の工程でＰ２を再現性よく制御するためには、上述した
ように少なくとも温度Ｔ２において熱平衡状態が得られ
るように徐冷することが好ましい。すなわち、例えば、
ガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）以上の温度Ｔ１から温度Ｔ２
まで熱平衡状態を保ったまま降温するか、あるいは温度
Ｔ１から熱平衡状態を保てない速度で温度Ｔ２まで降温
した後、温度Ｔ２で熱平衡状態が得られるまで保持する
ことが好ましい。

【００３３】しかしながら、経験的に所望のＰ２を決定
できる場合には、温度Ｔ１からの室温までの降温速度に
制限はない。すなわち、ガラス転移温度Ｔｇ（Ｆ）以上
の温度Ｔ１からの室温までの降温工程（Ｐ２を含む）に
おいて、熱平衡状態が得られない速度で降温してもよ
い。例えば、ファイバ素線の温度をＴ１に制御した後、
ファイバ素線をＴｇ（Ｆ）未満の例えば室温まで急冷す
る方法において、所望のＰ３が得られる急冷条件を経験
的に見いだせば、ガラスの状態が凍結される温度Ｔ２を
直接的に制御しなくても、間接的に温度Ｔ２を制御して
いることになる。

【００３４】次に、工程１５ｂを図４を参照しながら説
明する。図４は、工程Ｓ１５ｂにおけるガラスの状態図
を模式的に示す。工程１５ｂは、ファイバ素線をガラス
転移温度領域の温度Ｔ２’に所定時間維持する工程を含
んでいる。以下の説明では、温度Ｔ２’はガラス転移温
度Ｔｇ（Ｆ）未満の温度とする。温度Ｔ２’がＴｇ
（Ｆ）以上の場合は、上記の工程１５ａと実質的に同じ
である。

【００３５】室温にあるファイバ素線（Ｐ０）をＴｇ
（Ｆ）以下で転移温度領域にある温度Ｔ２’まで加熱
し、この温度Ｔ２’で一定時間保持する。ガラス転移温
度領域未満の温度にあるガラスは、実際には体積（及び
／または物性）の変化がわからない程度の非常に遅い速
度で緩和している。このような状態にあるガラスをガラ
ス転移温度領域の温度に加熱すると、構成原子の平均運
動エネルギーに対して緩和時間が短くなるので、構成原
子の再配列（緩和）が進行する。従って、十分な時間が
経過すると、実際に密度の増大（体積の減少）が認めら
れるようになる（図４中のＰ１’→Ｐ２’）。温度Ｔ
２’で熱平衡状態に達したファイバ素線を室温まで冷却
すると、Ｐ２’の状態が凍結された状態Ｐ３’のファイ
バ素線が得られる。

【００３６】この工程で再現性よくＰ２’を制御するた
めには、温度Ｔ２’で熱平衡状態が得られるまで（Ｐ
２’が平衡曲線Ｅ上にくるまで）ファイバ素線を加熱し
続けることが好ましい。しかしながら、温度Ｔ２’と温
度Ｔ２’に維持する時間だけを制御すれば、経験的に所
望のＰ２’を決定することもできる。この場合には、Ｐ
２’は、Ｐ１’から曲線Ｅ上のＰ２’に至る線上のどこ
かに位置し、平衡曲線Ｅ上には無い。

【００３７】このようにして、ファイバ素線を熱処理す
ることによって密度を上昇させた後、図２の工程Ｓ２０
および工程Ｓ３０に進む。工程Ｓ２０において、ファイ
バ素線に局所的に熱処理することによってグレーティン
グを書き込む。

【００３８】図５を参照しながら、工程Ｓ２０および工
程Ｓ３０を含む、グレーティング書き込みプロセスを説
明する。図５は、工程Ｓ２０および工程Ｓ３０において
局所的に熱処理が施されたガラスの状態図を模式的に示
す。

【００３９】工程Ｓ２０は、ファイバ素線の特定の領域
を選択的にガラス転移温度領域以上の温度に加熱する工
程であり、工程Ｓ３０は、転移温度領域以上の温度に加
熱された特定の領域をガラス転移温度領域未満の温度に
冷却する工程である。これらの工程Ｓ２０およびＳ３０
によって、ファイバ素線の特定の領域の密度を選択的に
低下させることによって、この特定の領域の屈折率を他
の領域の屈折率よりも低下させる。

【００４０】まず、工程Ｓ２０において、室温にあるフ
ァイバ素線をガラス転移温度領域を越える温度Ｔ３まで
加熱する（図５中のＰ４→Ｐ６）。Ｔｇ（Ｆ）を越える
温度Ｔ３で熱平衡状態になればよく、昇温速度に特に制
限はない。また、図５に示したように（Ｐ５→Ｐ６）、
Ｔｇ（Ｆ’）以上の温度で熱平衡状態を維持しながら昇
温される必要は無い。ただし、工程Ｓ２０は、ガラスに
局所的な密度の差（周期的な屈折率の分布）を形成する
ことが目的なので、昇温速度が遅く加熱時間が長いと温
度分布が平均化され、その結果屈折率分布も平均化され
てしまう。また、加熱温度が高いほど熱平衡状態に短時
間でなるので、加熱温度は高いほど良いが、あまり高す
ぎると粘性が小さくなり形状が保てなくなる。従って、
形成するグレーティングに要求される屈折率分布が得ら
れるように、昇温速度と加熱温度を決定すればよい。

【００４１】この後、工程Ｓ３０において、温度Ｔ３に
あるファイバ素線をガラス転移温度領域未満の温度、例
えば室温まで冷却する（Ｐ６→Ｐ８）。この冷却過程の
ある温度Ｔ４でガラスの状態（Ｐ７）が凍結される。凍
結される状態（Ｐ７）の密度が低いほど、すなわち温度
Ｔ４が高いほど、この熱処理が施された領域のガラスの
屈折率は低下する。降温速度が速いほどより高い温度
（Ｔ４）でガラスの状態が凍結される。従って、温度Ｔ
３と降温速度とを制御することによって、必要な屈折率
（Ｐ８の状態）を得ることができる。この工程Ｓ３０
は、急冷工程で且つ局所的な熱処理工程なので、図５に
示したように、温度Ｔ３からＴ４まで熱平衡状態を保ち
ながら降温し、ガラスの状態が凍結される温度Ｔ４を直
接的に制御することは困難である。従って、実際には、
温度Ｔ４よりも低い温度（例えば室温）を設定し、降温
過程の温度勾配（Ｔ３から室温）を制御することによっ
て、経験的に所望の屈折率を得ることができる。

【００４２】上記の工程Ｓ２０およびＳ３０の局所的な
熱処理をファイバ素線の複数の領域に施すことによっ
て、工程Ｓ４０においてファイバグレーティングが得ら
れる。周期的に屈折率が低下した領域を複数形成する方
法は、工程Ｓ２０およびＳ３０を繰り返して行ってもよ
いし、同時に複数の領域に工程Ｓ２０およびＳ３０を行
ってもよい。

【００４３】上述したように、実質的にファイバ素線に
熱処理を施すだけで、グレーティングを書き込むことが
できる。また、熱処理によって形成された低屈折率領域
は、そのガラスの転移温度領域未満の温度まで安定であ
り、従来の方法で作製されたファイバグレーティングよ
りも長期安定性に優れている。

【００４４】（実施形態１）コアおよびクラッドいずれ
も光学ガラスからなるファイバ素線を用いて、ファイバ
グレーティングを作製する方法を図６および図７を参照
しながら説明する。

【００４５】図６（ａ）〜（ｃ）は、ファイバグレーテ
ィングの作製方法の各工程におけるファイバ素線の屈折
率を模式的に表す図である。図６（ｄ）は得られたファ
イバグレーティングのコアの屈折率分布を模式的に示す
図である。

【００４６】まず、図６（ａ）に示すように、屈折率ｎ
ａのコアと屈折率ｎｂのクラッドからなるファイバ素線
を用意する（図２の工程Ｓ１０）。ここでは、コア材と
してＢａＣＥＤ４（Ｈｏｙａ（株）社製、Ｔｇ＝６４５
℃、ｎａ＝１．５９６（波長１．３μｍ））を、クラッ
ド材としてＦ１１（（株）オハラ社製、Ｔｇ＝５９０
℃、ｎｂ＝１．５８７（波長１．３μｍ））を用いる。
なお、ガラス転移温度Ｔｇは、昇温速度４℃／分で測定
した線熱膨張率に基づいて得られた数値である。

【００４７】次に、図２の工程Ｓ１５（Ｓ１５ａまたは
Ｓ１５ｂ）によって、ファイバ素線の密度を上昇させる
と、図６（ｂ）に示したように、コアおよびクラッドの
屈折率が上昇し、それぞれ、ＢａＣＥＤ４のバルク状態
の屈折率１．６０１に近い値ｎａ１およびＦ１１のバル
ク状態の屈折率１．５９８に近い値ｎｂ１となる。例え
ば、昇温速度約１６００℃／時間、５４０℃で９時間維
持、降温速度５０℃／時間で熱処理を施すと、Ｆ１１か
らなるクラッドの屈折率だけが上昇し、そのバルク状態
の屈折率に近づく。この様に、工程Ｓ１５において、コ
アおよびクラッドのいずれか一方の密度を増大させても
よいし、両方の密度を増大させてもよい。なお、コアお
よびクラッドの材料（Ｔｇ）の組み合わせによっては、
ある熱処理工程が、一方にとっては工程Ｓ１５ａに対応
し、他方にとっては工程１５ｂに対応することもある。
工程Ｓ１５において本質的に重要なことは、ガラスの緩
和を進行させることによって密度（屈折率）を増大させ
ることであり、その過程が工程Ｓ１５ａおよび工程Ｓ１
５ｂのいずれで（または両方で）進行するかは重要では
ない。

【００４８】得られたファイバ素線に、図２の工程Ｓ２
０およびＳ３０によってグレーティングを形成する領域
内のファイバ素線の密度を選択的に低下させることによ
って、屈折率が低下した領域を形成する。選択的にガラ
ス転移温度領域以上に加熱され、急冷された領域の屈折
率は、それぞれｎａ２（＜ｎａ）、ｎｂ２（＜ｎｂ）に
減少する。例えば、上述のようにクラッドの屈折率が工
程Ｓ１５によって増大させられている場合、コアに形成
される屈折率差よりもクラッドに形成された屈折率差の
方が大きくなる。

【００４９】工程Ｓ２０およびＳ３０は、例えば、市販
の放電融着器（例えば、Ｆｉｂｅｒｌｉｎｅ社製ＭＳ−
２）を用いて実施することができる。放電時間と電流値
を制御することによって、熱処理条件（特に工程Ｓ２０
の最高到達温度と昇温速度）を変化させることができ
る。また、ファイバ素線の放電処理される領域を含む領
域を冷却しながら、放電処理を施すことによって、特に
工程Ｓ３０における冷却速度をさらに速くすることがで
きる。なお、工程Ｓ２０およびＳ３０のプロファイル
は、ファイバ素線の温度（環境温度）、ファイバ素線の
熱容量（比熱および体積）、ファイバ素線に与えられる
熱量および熱量を与える速度に依存するので、厳密には
これらを考慮して総合的に設定される。

【００５０】例示した、ＢａＣＥＤ４／Ｆ１１ファイバ
を用いた場合、図７に示したように、ファイバ素線の選
択的に加熱される領域１０ａの放電前の直径ｄ＝１２５
μｍ（図７（ａ））が、１回の放電を受けることによっ
て、直径ｄＧ（最大値）＝１３０．１μｍに増大した
（図７（ｂ））。体積が増大した領域の幅は、約１００
μｍであった。これは、体積が約１２％上昇（密度が約
１０．７％減少）したことに相当する。放電を２回以上
繰り返しても、直径の変化はほとんど認められなかっ
た。放電条件は、放電電流約１０ｍＡ、放電時間０．５
秒、最高到達温度６９５℃以上とした。

【００５１】電気エネルギーを選択的にファイバ素線に
印加する放電処理に代えて、光エネルギーを用いること
もできる。例えばＣＯ₂レーザを用いて、工程Ｓ１６を
実施することができる。ＣＯ₂レーザを用いると、ビー
ム径を１０μｍ程度とすることによって、放電処理より
も狭い領域の密度を選択的に低下することができる。ま
た、光エネルギーを介してファイバ素線を加熱する方法
を用いる場合には、光エネルギーをより効率的に熱エネ
ルギーに変化するために、ファイバ素線に光を吸収しや
すい不純物をドープしてもよい。

【００５２】上述の工程Ｓ１６を複数の領域に対して同
時に行うか、または連続的に行うことによって、図６
（ｄ）に示したように、選択的に密度が低下した複数の
領域が規則的に配置されたグレーティングが得られる
（図２の工程Ｓ４０）。例えば、上述のようにクラッド
の屈折率が工程Ｓ１５によって増大させられている場
合、コアに形成される屈折率分布よりもクラッドに形成
された屈折率分布の方が屈折率の値の変化が大きくなる
ので、主にクラッドに形成された屈折率分布によってグ
レーティンが形成される。

【００５３】上記のようにして形成された低屈折率領域
は、ガラス転移温度領域以下では、熱的に安定であるの
で、従来のファイバグレーティングに比較し、優れた長
期信頼性を有する。

【００５４】また、本発明のファイバグレーティングの
作製方法は、従来の作製方法よりも材料に対する制限が
少なく、多種の材料を用いることができる。例えば、フ
ァイバ素線として、主成分であるＳｉＯ₂にＧｅＯ₂等の
酸化物を添加することによって、コアの屈折率ｎａおよ
びクラッドの屈折率ｎｂとを調整した石英系ファイバ素
線を用いることができる。

【００５５】上記の実施形態においては、熱処理だけで
ファイバ素線に屈折率分布を形成したが、従来の石英系
ファイバ素線の光誘起屈折率変化を用いた方法と併用し
てもよい。本発明の製造方法を併用することによって、
例えば、光誘起屈折率変化を増大するために後処理とし
て行われていた高圧水素処理を省略したり、あるいは光
誘起屈折率変化を増大するために添加してたＧｅやＳｎ
等の不純物の添加量を減らしたりすることができる。従
って、従来のファイバグレーティングの長期信頼性を向
上することができる。

【００５６】なお、本発明のグレーティングの書き込み
方法をファイバ以外の光学素子にグレーティングを形成
する方法にも応用することができる。例えば、ガラス基
板に形成された導波路中の特定の領域にグレーティング
を書き込むことができる。基板中または基板上に形成さ
れた導波路にグレーティングを書き込む方法としては、
ＣＯ₂レーザ等の光エネルギーを選択的に印加する方法
が好ましい。

【００５７】

【発明の効果】本発明によると、ファイバ素線に実質的
に熱処理を施すだけで、グレーティングを形成している
ので、従来のファイバグレーティングに比較し、優れた
長期信頼性を有するファイバグレーティングを作製する
ことができる。また、従来の作製方法よりも材料に対す
る制限が少ないので、多様な材料を用いてファイバグレ
ーティングを作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガラスの温度と体積との関係を模式的に示す状
態図である。

【図２】本発明のファイバグレーティングの製造工程を
示すフローチャートである。

【図３】本発明のファイバグレーティングの製造方法の
密度上昇のための前処理工程におけるガラスの状態変化
を模式的に示す状態図である。

【図４】本発明のファイバグレーティングの製造方法の
密度上昇のための他の前処理工程におけるガラスの状態
変化を模式的に示す状態図である。

【図５】本発明のファイバグレーティングの製造方法の
グレーティング書き込み工程におけるガラスの状態変化
を模式的に示す状態図である。

【図６】本発明のファイバグレーティングの製造方法の
各製造工程においける屈折率分を模式的に示す図であ
る。

【図７】本発明のファイバグレーティングの製造方法の
グレーティング書き込み工程におけるガラスの体積変化
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０ファイバ素線（光ファイバ）１２コア１４クラッド１０ａ選択加熱領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアおよびクラッドを有するファイバ素
線を用意する工程と、前記ファイバ素線の第１領域を選択的に、ガラス転移温
度領域以上の第１の温度に加熱する工程と、前記第１の温度に加熱された前記ファイバ素線の前記第
１領域をガラス転移温度領域未満の第２の温度に冷却
し、前記ファイバ素線の前記第１領域の密度を選択的に
低下させることによって、前記第１領域の屈折率を他の
領域の屈折率よりも低くする工程と、を包含し、前記第１領域が周期的に複数形成されたファイバグレー
ティングの作製方法。
【請求項２】前記加熱工程の前に熱処理工程を含み、
前記熱処理工程は、前記第１領域が複数形成される、前
記ファイバ素線のグレーティング形成領域の密度を上昇
させることによって、前記グレーティング形成領域の屈
折率を上昇させる工程である請求項１に記載のファイバ
グレーティングの作製方法。
【請求項３】前記熱処理工程は、前記ファイバ素線の
前記グレーティング形成領域をガラス転移温度領域以上
の第３の温度に加熱する工程と、前記第３の温度に加熱された前記ファイバ素線をガラス
転移温度領域未満の第４の温度まで徐冷する工程と、を包含する請求項２に記載のファイバグレーティングの
作製方法。
【請求項４】前記熱処理工程は、前記ファイバ素線の
前記グレーティング形成領域をガラス転移温度領域の温
度に所定時間維持する工程を包含する請求項２に記載の
ファイバグレーティングの作製方法。
【請求項５】前記第１の温度に加熱する工程は、放電
によって実施される請求項１から４のいずれかに記載の
ファイバグレーティングの作製方法。
【請求項６】前記第１の温度に加熱する工程は、レー
ザ光を照射することによって実施される請求項１から４
のいずれかに記載のファイバグレーティングの作製方
法。