JP2001141943A

JP2001141943A - グレーティングの形成方法

Info

Publication number: JP2001141943A
Application number: JP2000017812A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Sato; 佐藤　　忍; Hideaki Arai; 英明荒井; Ryoji Suzuki; 良治鈴木; Akishi Hongo; 晃史本郷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】屈折率変調波を任意の形状に制御でき、グレ
ーティング波長のばらつきが小さいグレーティングの形
成方法を提供する。【解決手段】光ファイバ（あるいは光導波路）１５に
紫外光を長手方向に往復移動させながら照射して、光フ
ァイバ１５に所望の周期の屈折率変化領域を有するグレ
ーティングを高精度に形成することができる。すなわ
ち、紫外光を出射する光源に変動があっても、紫外光ビ
ーム１１ｂをグレーティングの長手方向に沿って往復さ
せながら照射することにより、特別な機構等を必要とせ
ずに光源１０の変動を平均化し、所望の誘起屈折率変調
を実現することができる。グレーティングを形成する部
分に予め紫外光を照射しておくか、グレーティング形成
後に紫外光を照射することにより、グレーティング形成
時の誘起屈折率変化が紫外光の照射時間に比例する領域
のみを使用して屈折率変調を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、グレーティングの
形成方法に関する。

【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等への応
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】光導波路グレーティングは、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イビティを利
用して光ファイバや平面型光導波路回路のコア部分の長
さ方向に一定の周期的な変化をさせたものであり、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得
られた屈折率変調型のグレーティングである。

【０００４】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波長の光を遮断する特性等
の点で高い性能が要求される。

【０００５】図８、図１０、図１２は従来の光導波路グ
レーティングにおけるコア屈折率プロファイルであり、
横軸が光ファイバの長さ方向の距離軸を示し、縦軸が光
誘起屈折率軸を示している。図９、図１１、図１３は図
８、図１０、図１２に対応したグレーティングの反射ス
ペクトル特性図であり、横軸は波長軸を示し、縦軸が損
失軸を示している。

【０００６】図８、９に示すように長さ方向に一定の屈
折率変調を持ったグレーティングのスペクトル特性には
サイドローブが発生する。このサイドローブは所望の帯
域以外の波長の光を反射するため、波長合分波等の用途
ではできるだけ抑制する必要がある。サイドローブの大
きさは、軸方向の屈折率変調に大きく依存する。

【０００７】一般にグレーティングの周辺部では屈折率
変調の変調振幅が小さく、中心部で大きくなるように制
御するアポダイゼーションにより大幅に抑制できる。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、屈折率変調としてガウス型やｃｏｓ型等のアポダ
イゼーションをかけること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。

【０００８】図１０、１１はｃｏｓ型の屈折率変調を有
するグレーティングのスペクトル特性のシミュレーショ
ン結果を示したものであり、サイドローブが抑制されて
いることが分る。しかしながら、ｃｏｓ型やガウス型の
アポタイゼーションをかけることにより反射波長の短波
長側にリップルが発生する。これはグレーティング内で
ある波長に対する反射点が２箇所あるため、グレーティ
ング内部でファブリペロー干渉が発生しているためと考
えられる。このリップルを押さえるためにはグレーティ
ング内部で平均屈折率が一定になるような操作を行う必
要がある。このリップルは図１２、１３に示すように、
アポダイゼーションの変調と反転した変調をかけること
で実現できる。これは位相マスクを使用せずにグレーテ
ィング形成前または形成後に紫外光を反転分布で照射す
ることで平均屈折率のみを変化させるものである。

【０００９】ここで、グレーティング形成前に反転分布
の照射を行うことをプレライトといい、グレーティング
形成後に照射することをポストライトという。これらプ
レライトやポストライトを行うことで平均屈折率を一定
にすることができるため、干渉は発生せずリップルを押
さえることができる。

【００１０】光導波路にコア屈折率の周期率変化を生じ
させてグレーティングを発生させる方法としては、Ｇｅ
が添加された石英ガラスに強い紫外光を照射すると、そ
の照射量に応じて屈折率が上昇する現象を利用する方法
が知られている。例えば、コアにＧｅＯ₂が添加された
石英系光ファイバを水素加圧容器中（１００ａｔｍ）で
水素添加処理した後、この石英光ファイバに位相マスク
を用いて光ファイバに紫外光を照射する方法が挙げられ
る。

【００１１】図１４（ａ）はグレーティングの形成装置
の従来例であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示した
装置を用いたときの光ファイバの長さ方向の距離と照射
時間との関係を示す図である。図１４（ｂ）において、
横軸が光ファイバの長さ方向の距離軸を示し、縦軸が照
射時間軸を示している。

【００１２】光源（エキシマレーザ）１０から出射され
た波長２４８ｎｍの紫外光１１ａは、紫外光１１ａを全
反射する材質からなるミラー１２により折り返され、ス
リット１３により紫外光１１ａの一部が幅Ｗで切り出さ
れる。切り出された紫外光ビーム１１ｂが位相マスク１
４を通して光ファイバ１５の被覆層が除去された部分に
照射されるようになっている。なお、１６は光ファイバ
を保持するステージである。

【００１３】このような構成の装置を用いて光ファイバ
グレーティングを製造するためには、光源１０から出射
された紫外光１１ａを位相マスク１４を通して光ファイ
バ１５に照射すればよい。この紫外光照射により光ファ
イバ１５の紫外光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。さらに、ミラー１２を光ファ
イバ１５の長手方向（矢印１７方向）に移動させること
で紫外光を照射し、紫外光を移動させる速度及び各照射
位置における照射時間を図１４（ｂ）に示すように変化
させることで屈折率変調を制御する方法によりグレーテ
ィングを形成する方法が用いられている。また、図１
２、１３のようなプレライトやポストライト等の反転分
布の変調をかけるためには位相マスクを取り外した状態
で紫外光を光ファイバに照射すればよい。

【００１４】図１５はグレーティングの形成装置の他の
従来例である。

【００１５】同図に示す装置において、光源（エキシマ
レーザ）１０から出射された波長２４８ｎｍの紫外光１
１ａは、紫外光を全反射する材質からなるミラー１２に
より折り返され、集光レンズ１８により集光された紫外
光ビーム１１ｃが位相マスク１４を通して光ファイバ１
５の被覆層が除去された部分に照射されるようになって
いる。

【００１６】このような構成の装置を用いてグレーティ
ングを形成するためには、光源１０から出射された紫外
光１１ａを位相マスク１４を通して光ファイバ１５に照
射すればよい。この結果、光ファイバ１５の紫外光ビー
ム１１ｃ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。さらに、ミラーを矢印１９方向に光フ
ァイバ１５の長手方向に移動させながら紫外光ビーム１
１ｃを照射し、紫外光ビーム１１ｃを移動させる速度及
び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が用いられている。

【００１７】また、図１２、１３に示すようなプレライ
トやポストライト等の反転分布の変調をかけるには位相
マスク１４を除去した状態で紫外光を光ファイバに照射
すればよい。

【００１８】図１６は従来の導波路グレーティングの形
成方法を適用したグレーティング形成装置を示す概念図
である。

【００１９】光源（エキシマレーザ）１０から出射され
た波長２４８ｎｍの紫外光１１ａは、紫外光１１ａを全
反射する材質からなるミラー１２により折り返され、ス
リット１３により幅Ｗの均一な紫外光ビーム１１ｂのみ
を切り出し、位相マスク１４を通して光導波路２０に照
射されるようになっている。

【００２０】このような装置を用いて導波路グレーティ
ングを製造するには、光源１０から出射されスリット１
３で切り出された紫外光ビーム１１ｂを位相マスク１４
を通して光導波路２０に照射すればよい。この結果、光
導波路２０の紫外光ビーム１１ｂが照射された部分のみ
コア２１の屈折率が増加するので、コア屈折率が周期的
に変化するグレーティングが形成される。さらにミラー
１２を光導波路２０の長さ方向（矢印方向）に移動させ
ながら紫外光ビーム１１ｂを照射し、紫外光ビーム１１
ｂの移動速度及び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ことが行われてい
る。また、図１２、１３に示すようなプレライトやポス
トライトというような反転分布の変調をかけるには位相
マスク１４を取り外した状態で紫外光ビーム１１ｂを光
導波路２０に照射すればよい。

【００２１】このように光導波路２０上に形成されたグ
レーティング２２のブラッグ波長λ_Bは、光導波路２０
の等価屈折率に比例し、数１式で表される。

【００２２】

【数１】λ_B＝２・Λ・Ｎ_eff ここで、Λはグレーティングの周期（ここでは５３０ｎ
ｍ）、Ｎ_effは光導波路の等価屈折率である。

【００２３】以上において、従来技術では光ファイバの
長手方向に紫外光を移動させながら照射することによ
り、屈折率変調の型を制御することでグレーティングを
形成することが可能である。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法でグレーティングを形成すると以下のような問
題点があることが分った。

【００２５】図１７は図１４に示した従来技術により形
成したグレーティングの屈折率変調のプロファイルの一
例を示した図であり、横軸が光ファイバの長さ方向の距
離を示し、縦軸が屈折率変調度を示したものである。

【００２６】同図に示すプロファイルには細かいリップ
ルが発生しているのが分る。これはグレーティング形成
時に光ファイバに照射する光源のパワー変動やコヒーレ
ンシーが変動し、その周期や振幅変動に応じた屈折率変
調プロファイルとなるためである。さらにこれらの変動
は周期的なものではないため、従来の方法で得られるグ
レーティングの反射特性にばらつきが出るという問題が
あった。つまり、屈折率変調波を所望の形状に制御する
ことが困難である。

【００２７】また、図１８は図１５に示したグレーティ
ング形成装置により形成したグレーティングの反射特性
図であり、横軸が波長軸を示し、縦軸が損失軸を示して
いる。

【００２８】図１８より反射２２ｄＢ帯域幅が１．２ｎ
ｍであり、クロストークが２３ｄＢという特性のものが
得られることが分る。

【００２９】しかし、これらの反射特性を有するグレー
ティングを使用した場合、所望の波長帯域以外の波長の
光の反射があり、波長合分波器等の用途では２２ｄＢ帯
域幅及びクロストークという特性を改善する必要があ
る。さらに、従来の方法で得られるグレーティングの反
射特性に表１に示すようなばらつきが出て再現性よくグ
レーティングを形成できないという問題があった。

【００３０】

【表１】

【００３１】これは図１９に示すように、照射時間に対
して誘起屈折率の変化量が比例しない領域があるため、
ｃｏｓ型やガウス型の屈折率変調をかけた場合、図２０
に示すように所望の屈折率変調Ｍａからのずれが発生
し、実際に得られる屈折率変調はＭａ´のようになり、
平均屈折率ΔＮａｖにゆらぎが発生し、一定にならない
ことが原因である。また、平均屈折率ΔＮａｖが一定に
なっているか否かを評価することは困難であり、平均屈
折率ΔＮａｖを一定にするための照射条件への補正をか
けることが難しい。つまり、屈折率変調を所望の形状に
制御することが困難であるという問題があった。

【００３２】なお、図１９は従来の方法により形成した
グレーティングのコアの紫外光照射時間と屈折率との関
係を示す図であり、横軸が照射時間軸を示し、縦軸が屈
折率ΔＮＵＶ軸を示している。図２０は従来の方法によ
り形成したグレーティングのコアの光ファイバの長さ方
向の距離と光誘起屈折率との関係を示す図であり、横軸
が光ファイバの長さ方向の距離軸を示し、縦軸が光誘起
屈折率軸を示している。

【００３３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、屈折率変調波を任意の形状に制御でき、グレーティ
ング波長のばらつきが小さいグレーティングの形成方法
を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のグレーティングの形成方法は、光ファイバあ
るいは光導波路に位相マスクを介して紫外光ビームを照
射することにより、周期的な屈折率変化領域を形成する
グレーティングの形成方法において、紫外光ビームを光
ファイバあるいは光導波路の長手方向に沿って移動させ
ながら照射するものである。

【００３５】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、紫外光ビームを光ファイバあるいは光導波
路の長手方向に往復させながら照射してグレーティング
を形成するのが好ましい。

【００３６】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、光源から出射される紫外光を、紫外光ビー
ムの移動方向に垂直なスリットを用いて切り出すのが好
ましい。

【００３７】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、スリットから切り出される紫外光ビームの
幅が最終的に形成されるグレーティングの長さよりも短
いのが好ましい。

【００３８】本発明のグレーティングの形成方法は、光
ファイバあるいは光導波路に位相マスクを介して紫外光
ビームを照射することにより、周期的な屈折率変化領域
を形成するグレーティングの形成方法において、グレー
ティングを形成する部分に予め紫外光を光ファイバある
いは光導波路の長手方向に沿って均一に照射した領域を
形成するものである。

【００３９】本発明のグレーティングの形成方法は、光
ファイバあるいは光導波路に位相マスクを介して紫外光
ビームを照射することにより、周期的な屈折率変化領域
を形成するグレーティングの形成方法において、グレー
ティングを形成した後でそのグレーティングに沿って紫
外光を均一に照射するものである。

【００４０】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、グレーティングを形成する際に紫外光を往
復移動させて照射してもよい。

【００４１】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、光源から出射される紫外光を、紫外光ビー
ムの移動方向に垂直なスリットを用いて切り出すのが好
ましい。

【００４２】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、スリットから切り出される紫外光ビームの
幅が最終的に形成されるグレーティングの長さよりも短
いか等しいのが好ましい。

【００４３】上記構成に加え本発明のグレーティングの
形成方法は、紫外光ビームの波長が２００〜３００ｎｍ
の範囲内にあり、照射時間が５〜１３分の範囲内にある
のが好ましい。

【００４４】本発明によれば、光ファイバあるいは光導
波路に紫外光を長手方向に往復移動させながら照射し
て、光ファイバあるいは光導波路に所望の周期の屈折率
変化領域を有するグレーティングを高精度に形成するこ
とができる。すなわち、紫外光を出射する光源に変動が
あっても、紫外光をグレーティングの長手方向に沿って
往復させながら照射することにより、特別な機構等を必
要とせずに光源の変動を平均化し、所望の誘起屈折率変
調を実現することができる。

【００４５】また、本発明によれば、光ファイバあるい
は光導波路のグレーティングを形成する部分に予め紫外
光を照射しておくか、グレーティング形成後に紫外光を
照射することにより、グレーティング形成時の誘起屈折
率変化が紫外光の照射時間に比例する領域のみを使用し
て屈折率変調を実現することができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００４７】図１（ａ）は本発明のグレーティングの形
成方法を適用したグレーティング形成装置の一実施の形
態を示す概念図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示し
た装置による光ファイバの長さ方向の距離と屈折率変調
度との関係を示す図である。図１（ｂ）において横軸が
光ファイバの長さ方向の距離軸を示し、縦軸が屈折率変
調度軸を示している。なお、従来例と同様の部材には共
通の符号を用いた。

【００４８】図１（ａ）に示す光ファイバ１５は、光フ
ァイバ１５を強制的に固定する機構を有するステージ１
６上に載置されている。本発明で用いられる光ファイバ
１５は、コアとコアより屈折率の低いクラッドとからな
り、その比屈折率差は０．３〜６％程度に設定されてい
る。光ファイバ１５のコアには少なくともＧｅＯ₂が添
加されており、紫外光が照射されたときにその紫外光強
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。

【００４９】光ファイバ１５のコアにはＧｅＯ₂以外に
Ａｌ、Ｅｒ、Ｔｉ等が適宜添加されていてもよい。ま
た、光ファイバ１５の代わりに、石英ガラス基板上に少
なくともＧｅＯ₂の添加されたコアとコアよりも屈折率
の低いクラッドとで形成された平面型光導波回路（光導
波路）を用いてもよい。なお、光導波路を用いる場合も
コアにはＧｅＯ₂以外にＡｌ、Ｅｒ、Ｔｉ等が適宜添加
されていてもよい。

【００５０】本発明で用いられる紫外光１１ａの波長は
２００〜３００ｎｍ程度が好ましく、光源１０として
は、例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が
用いられる。光源１０から出射された波長２４８ｎｍの
紫外光１１ａは、紫外光１１ａを全反射する材質からな
るミラー１２により折り返され、スリット１３により均
一な強度分布の幅Ｗの紫外光ビーム１１ｂに切り出され
る。スリット１３は、紫外光１１ａを透過せず、かつ紫
外光１１ａによって損傷を受け難い材質からなる。スリ
ット１３を透過した紫外光ビーム１１ｂは一定間隔の格
子が配列された位相マスク１４を通して光ファイバ１５
に照射される。

【００５１】次に図１を参照して光ファイバにグレーテ
ィングを形成する方法を説明する。

【００５２】光ファイバ１５への紫外光ビーム１１ｂの
照射に先立ち、水素添加処理を行う。この水素添加処理
は、紫外光ビーム１１ｂの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１５を圧力１０
０〜３００ａｔｍ、５０℃程度の温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。

【００５３】次に光ファイバ１５をステージ１６上に固
定する。スリット１３により切り出された均一な強度分
布を有する紫外光ビーム１１ｂを位相マスク１４を介さ
ずに光ファイバ１５に照射すると共に、ミラー１２を一
定の間隔で移動させる手段（図示せず）により紫外光ビ
ーム１１ｂの照射位置を光ファイバ１５の長手方向に沿
って移動させ、各照射位置での照射時間を調整すること
によって、グレーティング形成時の光エネルギー分布を
反転した反転分布Ｍｐでの紫外光ビーム１１ｂの照射を
行う（プレライト）。なお、プレライトの代わりに、グ
レーティング形成後に位相マスク１４を除去して同様の
紫外光ビーム１１ｂの照射を行ってもよい（ポストライ
ト）。

【００５４】次に位相マスク１４を、光ファイバ１５の
長手方向と平行になるように設置する。また、光ファイ
バ１５と位相マスク１４との間の距離は０〜２００μｍ
程度に設定される。そして、位相マスク３の上方からス
リット１３で切り出された均一な強度分布を有する紫外
光ビーム１１ｂを位相マスク１４を通して光ファイバ１
５に対して照射すると共に、ミラー１２を一定の間隔で
移動させる手段により紫外光ビーム１１ｂの照射位置を
光ファイバ１５の長さ方向に移動させる。ここで、図１
（ｂ）に示すようにグレーティングの長手方向に合計で
ｎ回の照射により所望の屈折率変調が得られるように各
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。例えば１往復の照射を行う
場合には、各照射位置での照射時間を従来の１回での照
射の１／２の時間とし、往復させることでトータルとし
ての所望の屈折率変調を得られるようにする。同様に、
ｎ回往復で照射する場合には１回の照射の１／２ｎの時
間に調整し照射を行えばよい。また、照射位置を移動さ
せるには、位相マスク１４及び光ファイバ１５と紫外光
ビーム１１ｂとを相対的に移動させればよく、位相マス
ク１４及び光ファイバ１５を固定して紫外光ビーム１１
ｂを光ファイバ１５の長手方向に移動させてもよく、紫
外光ビーム１１ｂの照射方向を固定して位相マスク１４
及び光ファイバ１５を光の長手方向に移動させてもよ
く、あるいはこれらを同時に移動させてもよい。

【００５５】図２は本発明のグレーティング形成方法に
より得られた光ファイバグレーティングの屈折率変調プ
ロファイルを示した図である。

【００５６】同図より光源の変動等がある場合でも、グ
レーティングの長手方向に往復移動させながら紫外光ビ
ームを照射させることにより、リップル等の所望の屈折
率変調からのずれがない変調となっていることが分る。

【００５７】以上において、本グレーティング形成方法
は、従来のグレーティング形成装置をそのまま用いて、
紫外光をグレーティングの長手方向に往復させながら照
射するという簡素な方法であるため、光源として用いる
レーザに変動があってもその変動を補正する特別な機構
を必要とせず、また光源自体を高性能のものに変えるこ
となく、再現性よくグレーティングを形成することがで
きる。さらに、照射時間のみを変化させることで屈折率
変調度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。

【００５８】図３は本発明のグレーティングの形成方法
の他の実施の形態の説明図である。同図において横軸
は、光ファイバの長さ方向の距離を示し、縦軸は光誘起
屈折率を示している。

【００５９】図１に示した実施の形態との相違点は、プ
レライトにおいて、紫外光ビームの照射位置を光ファイ
バの長手方向に移動させ、各照射位置での光誘起屈折率
が図３に示すようにΔＮｔｈ以上になるように一定の照
射時間でグレーティングの長手方向に長さＬの屈折率上
昇領域を設けておく点である。

【００６０】図４はグレーティングの形成装置である
が、図１に示した装置と同様の機能を有する。なお、光
ファイバの水素添加処理については前述と同様のため省
略する。

【００６１】光ファイバ１５をステージ１６上に固定す
る。次にスリット１３により切り出された均一な強度分
布を有する紫外光ビーム１１ｂを位相マスク１４を介さ
ない状態で光ファイバ１５に照射すると共に、ミラー１
２を一定の間隔で移動させる手段（図示せず）により紫
外光ビーム１１ｂの照射位置を光ファイバ１５の長手方
向に移動させ、各照射位置での光誘起屈折率が図３に示
すようにΔＮｔｈ以上になるように一定の照射時間でグ
レーティングの長手方向に長さＬの屈折率上昇領域を設
けておく。この後スリット１３により切り出された均一
な強度分布を有する紫外光ビーム１１ｂを位相マスク１
４を介さない状態で光ファイバ１５に対して照射すると
共に、ミラー１２を一定の間隔で移動させる手段により
紫外光の照射位置を光ファイバ１５の長手方向に移動さ
せ、各照射位置での照射時間を調整することによって、
グレーティング形成時の光エネルギーを反転した反転分
布Ｍｐの紫外光ビーム１１ｂの照射を行う（プレライ
ト）。

【００６２】なお、プレライトの代わりにグレーティン
グ形成後に位相マスクをはずして同様の照射を行っても
よい（ポストライト）。

【００６３】次に位相マスク１４を光ファイバ１５の長
手方向と位相マスク１４とが正確に平行になるように設
置する。また、光ファイバ１５と位相マスク１４との距
離は０〜２００μｍ程度に設定される。そして、位相マ
スク１４の上方からスリット１３により切り出された均
一な強度分布を有する紫外光ビーム１１ｂを位相マスク
１４を通して光ファイバ１５に対して照射すると共に、
ミラー１２を一定の間隔で矢印Ｐ方向に移動させる手段
により紫外光ビーム１１ｂの照射位置を光ファイバ１５
の長手方向に移動させ、各照射位置での照射時間を調整
することにより、図３に示すＭａのような屈折率変調を
かけた長さＬのグレーティングが形成される。紫外光ビ
ーム１１ｂの照射位置を移動させるには、位相マスク１
４及び光ファイバ１５と紫外光ビーム１１ｂとを相対的
に移動させればよく、位相マスク１４及び光ファイバ１
５を固定して紫外光ビーム１１ｂを光ファイバ１５の長
手方向に移動させてもよく、紫外光ビーム１１ｂの照射
方向を固定して位相マスク１４及び光ファイバ１５を光
ファイバ１５の長手方向に移動させてもよく、あるいは
これらの移動を同時に行ってもよい。

【００６４】図５は図３に示したグレーティング形成方
法により得られた光ファイバグレーティングの反射特性
図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失軸である。

【００６５】図５より、予めグレーティングを形成する
部分に紫外光を照射しておくことで、反射２２ｄＢ帯域
幅が０．８ｎｍ、クロストークが３０ｄＢ以上の特性の
ものが得られることが分る。本グレーティング形成方法
は従来のグレーティング形成装置をそのまま用いて、光
ファイバに予め紫外光をグレーティングを形成する領域
に照射する時間のみを変化させることで、屈折率変調を
容易に制御することができる。この結果、照射条件を確
立する時間を短縮することができる。

【００６６】以上において、本グレーティングの形成方
法は、紫外光源の光強度に変動があってもその変動を平
均化する照射を行うことで、グレーティング形成時の屈
折率変調を任意の形状に容易に制御できるものである。
また、本グレーティングの形成方法においては、従来の
グレーティング形成装置に特別な機構等を付加すること
なく、スリットで切り出した紫外光ビームのみを一定間
隔で往復させながら移動させる簡易な構成で、かつグレ
ーティング形成時には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することができる。

【００６７】また、本グレーティングの形成方法は、紫
外光照射による誘起屈折率上昇が照射時間に比例する領
域のみを使用することにより、グレーティング形成時の
屈折率変調を任意の形状に容易に制御できるものであ
る。さらに本グレーティングの形成方法においては、従
来のグレーティング形成装置に特別な機構等を付加する
ことなく、スリットで切り出した紫外光のみを一定間隔
で移動させる簡易な構成で、かつグレーティング形成時
には照射時間を変化させることで屈折率変調を容易に制
御することができる。

【００６８】図６（ａ）、（ｂ）は本発明のグレーティ
ングの形成方法の他の実施の形態を示す概念図である。

【００６９】図１（ａ）に示した実施の形態との相違点
は、光導波路に紫外光を照射してグレーティングを形成
した後、そのグレーティングに紫外光を照射する点であ
る。

【００７０】図６（ａ）に示すように、光源１０から出
射された紫外光１１ａを、紫外光１１ａを全反射する材
質からなるミラー１２により折り返し、スリット１３に
より幅Ｗの均一な紫外光ビーム１１ｂのみを切り出し、
位相マスク１４を通して光導波路２０に照射する。この
結果、光導波路２０の紫外光ビーム１１ｂが照射された
部分のみコアの屈折率が増加するので、コア２１の屈折
率が周期的に変化するグレーティング２２が形成され
る。光源１０から出射される紫外光１１ａの波長は２０
０〜３００ｎｍ程度が好ましく、例えばＫｒＦエキシマ
レーザ（波長２４８ｎｍ）が用いられる。

【００７１】さらに、ミラー１２を光導波路２０の長さ
方向（矢印Ｐ方向）に移動させながら紫外光１１ａを照
射し、紫外光ビーム１１ｂを移動させる速度及び各照射
位置における照射量を変化させることにより、屈折率変
調を制御することができる。

【００７２】次に図６（ｂ）に示すように、グレーティ
ングが形成された光導波路２０を強制的に固定する固定
機構を有するステージ（図示せず。）上に載置する。グ
レーティング２２を形成するため、光導波路２０への紫
外光ビーム１１ｂの照射に先立ち、前述と同様の水素添
加処理を行う。

【００７３】光導波路２０をステージ上に固定する。本
光導波路は、コア２１と、コア２１よりも屈折率の低い
クラッドとで構成され、その比屈折率差は０．３〜６％
程度に設定されている。光導波路２０のコア２１には少
なくともＧｅＯ₂が添加されており、位相マスク（図６
（ａ））１４を通して紫外光ビーム１１ｂが照射された
とき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。光導波路２０のコア２１には
ＧｅＯ₂以外にＡｌ、Ｅｒ、Ｔｉ等が適宜添加されてい
てもよい。

【００７４】紫外光１１ａの波長は前述と同様に２００
〜３００ｎｍ程度が好ましく、光源１０としては例えば
ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が用いられ
る。光源１０から出射された波長２４８ｎｍの紫外光１
１ａは、ミラー１２で折り返され、スリット１３により
均一な強度分布の幅Ｗのビームに切り出される。スリッ
ト１３は紫外光１１ａを透過せず、かつ紫外光１１ａに
よって損傷を受け難い材質からなる。スリット１３を透
過した紫外光ビーム１１ｂは、光導波路２０のコア２１
に形成された長さＬのグレーティング２２の部分にのみ
照射される。

【００７５】次に紫外光ビーム１１ｂの照射位置を光導
波路２０の長さ方向に移動させ、各照射位置で一定の照
射時間で照射することにより、光導波路２０の等価屈折
率のみ変化させる。このとき、光導波路２０のブラッグ
波長をモニタしながら、紫外光ビーム１１ｂの照射を行
い、所望のブラッグ波長になった時点で照射を停止す
る。

【００７６】照射位置を移動させるには、光導波路２０
と紫外光ビーム１１ｂの照射面とを相対的に移動させれ
ばよく、光導波路２０を固定して紫外光ビーム１１ｂの
照射面を光導波路２０の長さ方向に移動させてもよく、
あるいは両者を同時に移動させてもよい。また、光源１
０から出射される紫外光１１ａの強度が均一であれば、
スリット１３によりグレーティング２２の長さＬに切り
出した紫外光ビーム１１ｂをグレーティング２２に照射
するだけでよい。

【００７７】図７は図６（ａ）、（ｂ）に示した方法で
導波路グレーティングに紫外光を照射した場合の照射時
間とブラッグ波長シフトとの関係を示す図であり、横軸
が照射時間軸であり、縦軸がブラッグ波長シフト軸であ
る。

【００７８】グレーティング長Ｌ＝１５ｍｍのものに繰
り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー２００ｍＪ程度、ス
リット幅５ｍｍで移動させながら紫外光ビーム１１ｂを
照射した。図７よりブラッグ波長シフトは照射時間に比
例し、約５０分の照射で約１．３ｎｍのブラッグ波長シ
フトを生じさせることができた。

【００７９】表２は図（ａ）、（ｂ）に示したグレーテ
ィング形成方法により得られた導波路グレーティングの
ブラッグ波長の変化を示す表である。

【００８０】

【表２】

【００８１】同表よりグレーティングを形成した光導波
路に紫外光を５〜１３分程度の照射時間で均一に照射す
ることにより、ブラッグ波長を従来の０．２３ｎｍ程度
のばらつきから０．０５ｎｍまで低減することができ
た。

【００８２】このグレーティング形成方法によれば、同
様の反射特性を有するグレーティングを再現性よく形成
することができる。本グレーティング形成方法は、特別
な機構を必要とせず、通常のグレーティング形成装置を
流用して、紫外光をグレーティング形成部に照射すると
いう簡易な方法で再現性よく、グレーティングを形成す
ることができる。また、ブラッグ波長をモニタしながら
照射時間を調整することができ、等価屈折率のみを容易
に制御できる方法であるという点で照射時間を確立する
時間を短縮することができる。

【００８３】以上において、本発明のグレーティング形
成方法は、紫外光照射によりグレーティングを形成した
光導波路の等価屈折率のみを変化させることにより、グ
レーティングのブラッグ波長を所望の波長に容易に制御
できる。また、グレーティング形成装置に特別な機構等
を付加することなく、スリットで切り出した紫外光のみ
を一定間隔で移動させる簡易な構成で、かつ照射時間の
みを制御する方法で、任意のブラッグ波長を有するグレ
ーティングを得ることができる。

【００８４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００８５】屈折率変調波を任意の形状に制御でき、グ
レーティング波長のばらつきが小さいグレーティングの
形成方法の提供を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のグレーティングの形成方法を
適用したグレーティング形成装置の一実施の形態を示す
概念図であり、（ｂ）は（ａ）に示した装置による光フ
ァイバの長さ方向の距離と屈折率変調度との関係を示す
図である。

【図２】本発明のグレーティング形成方法により得られ
た光ファイバグレーティングの屈折率変調プロファイル
を示した図である。

【図３】本発明のグレーティングの形成方法の他の実施
の形態の説明図である。

【図４】グレーティングの形成装置である。

【図５】図３に示したグレーティング形成方法により得
られた光ファイバグレーティングの反射特性図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明のグレーティングの形
成方法の他の実施の形態を示す概念図である。

【図７】図６（ａ）、（ｂ）に示した方法で導波路グレ
ーティングに紫外光を照射した場合の照射時間とブラッ
グ波長シフトとの関係を示す図である。

【図８】従来の光導波路グレーティングにおけるコア屈
折率プロファイルである。

【図９】図８に対応したグレーティングの反射スペクト
ル特性図である。

【図１０】従来の光導波路グレーティングにおけるコア
屈折率プロファイルである。

【図１１】図１０に対応したグレーティングの反射スペ
クトル特性図である。

【図１２】従来の光導波路グレーティングにおけるコア
屈折率プロファイルである。

【図１３】図１２に対応したグレーティングの反射スペ
クトル特性図である。

【図１４】（ａ）はグレーティングの形成装置の従来例
であり、（ｂ）は（ａ）に示した装置を用いたときの光
ファイバの長さ方向の距離と照射時間との関係を示す図
である。

【図１５】グレーティングの形成装置の他の従来例であ
る。

【図１６】従来の導波路グレーティングの形成方法を適
用したグレーティング形成装置を示す概念図である。

【図１７】図１４に示した従来技術により形成したグレ
ーティングの屈折率変調のプロファイルの一例を示した
図である。

【図１８】図１５に示したグレーティング形成装置によ
り形成したグレーティングの反射特性図である。

【図１９】従来の方法により形成したグレーティングの
コアの紫外光照射時間と屈折率との関係を示す図であ
る。

【図２０】従来の方法により形成したグレーティングの
コアの光ファイバの長さ方向の距離と光誘起屈折率との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１０光源１１ａ紫外光１１ｂ紫外光ビーム１２ミラー１３スリット１４位相マスク１５光ファイバ１６ステージ

───────────────────────────────────────────────────── 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） 2H049 AA33 AA59 AA62 AA68 2H050 AC82 AC84 AD00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバあるいは光導波路に位相マス
クを介して紫外光ビームを照射することにより、周期的
な屈折率変化領域を形成するグレーティングの形成方法
において、上記紫外光ビームを上記光ファイバあるいは
上記光導波路の長手方向に沿って移動させながら照射す
ることを特徴とするグレーティングの形成方法。
【請求項２】上記紫外光ビームを上記光ファイバある
いは上記光導波路の長手方向に往復させながら照射して
グレーティングを形成する請求項１に記載のグレーティ
ングの形成方法。
【請求項３】光源から出射される紫外光を、紫外光ビ
ームの移動方向に垂直なスリットを用いて切り出す請求
項１または２に記載のグレーティングの形成方法。
【請求項４】上記スリットから切り出される紫外光ビ
ームの幅が最終的に形成されるグレーティングの長さよ
りも短い請求項１から３のいずれかに記載のグレーティ
ングの形成方法。
【請求項５】光ファイバあるいは光導波路に位相マス
クを介して紫外光ビームを照射することにより、周期的
な屈折率変化領域を形成するグレーティングの形成方法
において、グレーティングを形成する部分に予め紫外光
を光ファイバあるいは光導波路の長手方向に沿って均一
に照射した領域を形成することを特徴とするグレーティ
ングの形成方法。
【請求項６】光ファイバあるいは光導波路に位相マス
クを介して紫外光ビームを照射することにより、周期的
な屈折率変化領域を形成するグレーティングの形成方法
において、グレーティングを形成した後でそのグレーテ
ィングに沿って紫外光を均一に照射することを特徴とす
るグレーティングの形成方法。
【請求項７】上記グレーティングを形成する際に紫外
光を往復移動させて照射する請求項５または６に記載の
グレーティングの形成方法。
【請求項８】光源から出射される紫外光を、紫外光ビ
ームの移動方向に垂直なスリットを用いて切り出す請求
項５から７のいずれかに記載のグレーティングの形成方
法。
【請求項９】上記スリットから切り出される紫外光ビ
ームの幅が最終的に形成されるグレーティングの長さよ
りも短いか等しい請求項５から８のいずれかに記載のグ
レーティングの形成方法。
【請求項１０】上記紫外光ビームの波長が２００〜３
００ｎｍの範囲内にあり、照射時間が５〜１３分の範囲
内にある請求項５から９のいずれかに記載のグレーティ
ングの形成方法。