JP2001183535A - ファイバグレーティング - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
ティングで反射中心波長以外の波長の光を伝播させる。 【解決手段】干渉縞は、紫外光I=1次回折光、紫外光
J=−1次回折光のときファイバを伝播してきた波長λ
BIJの光が反射され、紫外光I=1次回折光、紫外光J
=−1次回折光以外の組合せのとき波長λBIJの光が透
過するよう紫外光Iと紫外光Jよってファイバに形成さ
れる周期ΛIJ、干渉縞のファイバの光伝播方向に垂直な
方向からの角度θIJを有する。
Description
で用いられるファイバグレーティング(FBG)に係わ
り、特に反射中心波長以外の波長の光を伝播させる用
途、たとえば通信光に1550nm帯の光を用い、監視光に16
50nm帯の光を用いるシステムで使用される1650nm帯の光
を遮断するフィルタとしてのファイバグレーティングに
関する。
の屈折率を周期的に変化させたものであり、ファイバ中
を伝播する光のうちファイバコアの屈折率変化の周期と
コアの屈折率に依存した特定の波長を反射する機能を持
つものである。
は位相マスクを用いる方法、ホログラフィック干渉を用
いる方法がある。何れの方法も光の干渉による干渉縞を
利用してファイバコアに周期的な屈折率変化を起こさせ
る。
光は、その光の照射によってファイバコアの屈折率を増
大あるいは減少させるものが望ましい。一般に光通信に
使用されているGeドープコアを持つファイバでは、紫
外光照射によってファイバコアの屈折率が増大するの
で、ファイバグレーティング作製には紫外光が利用され
ている。
長特性の制御性は位相マスクを用いる方法が優れてお
り、ホログラフィック干渉を用いる方法よりも位相マス
クを用いる方法が多く利用されている。
透過可能な材質の板材の表面に周期的な溝を形成した物
である。この位相マスクに光を照射すると周期的な溝に
よって光が特定の方向に回折される。
グを作製する場合、紫外光を位相マスクに照射し、位相
マスクによって回折した紫外光の+1次、−1次回折光
の二光束干渉によって形成される干渉縞にファイバを曝
し、ファイバ中に周期的な屈折率変化を起こさせる(図
1(a))。なお、U.S. Patent No. 5,619,6
03参照。
スクに紫外光を照射した場合、実際には+1次、−1次
回折光以外に0次、+2次、−2次、…などの回折光が
存在する(図1(b))。これらの回折光の二光束干渉
によっても当然干渉縞が形成される。+1次、−1次以
外の組合せによる回折光の干渉縞によって起きるファイ
バコアの周期的な屈折率変化は、ファイバグレーティン
グの光学特性を劣化させる。具体的には、必要としてい
る反射波長以外の波長で、不必要な損失を生じさせる。
強いファイバグレーティングを作製する場合、これらの
+1次、−1次以外の組合せによる回折光の干渉縞は無
視できなくなる。
外による干渉縞の多くがファイバの光伝播方向に対して
90°以外の角度を有することに起因する。+1次、−
1次回折光の組合せによる干渉縞はファイバの光伝播方
向に対して90°の角度を有しており、ファイバコアを
伝播する特定の光を伝播方向と反対の方向に反射させ
る。一方、干渉縞がファイバの光伝播方向に対して90
°以外の角度を有する場合、伝播してきた特定の光をフ
ァイバコアの外に反射させうる。このため、ファイバコ
アを特定の波長が伝播出来なくなり、結果として損失を
生ずる(図3(b)、図4)。
で、必要としている反射波長以外の波長で、不必要な損
失を生じさせないファイバグレーティングを提供するこ
とを目的としている。
本発明のファイバグレーティングは、紫外光を位相マス
クを介してファイバにビーム照射し±1次回折光の二光
束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向
に生じる干渉縞でグレーティングを作製すると共に、紫
外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方
または両方を他方に対して相対的に移動して±1次以外
の0次と1次、−1次と2次、…などの回折光の組合せ
による二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対し
て斜行方向に生じる干渉縞を減少させるファイバグレー
ティングであって、干渉縞は、下記式1乃至3で表され
る紫外光I=1次回折光、紫外光J=−1次回折光のと
きファイバを伝播してきた波長λBIJの光が反射され、
紫外光I=1次回折光、紫外光J=−1次回折光以外の
組合せのとき波長λBIJの光が透過するよう紫外光Iと
紫外光Jよってファイバに形成される周期ΛIJ、干渉縞
のファイバの光伝播方向に垂直な方向からの角度θIJを
有する。
紫外光Jのファイバの光伝播方向に垂直な方向からの角
度(但し、−90°<θJ<θI≦+90°、角度の測り
かたは光伝播方向に垂直な方向に対して左回りに角度が
増える場合を正の角度、右回りに角度が増える場合を負
の角度とする)、λuvは紫外光の波長、nc λ uvは波長
λuvでのコアの屈折率、λBIJはグレーティングで反射
されうる伝播してきた光の波長、nc λ BIJは波長λBIJ
でのコアの屈折率、Nは1以上の正の整数) 本発明のファイバグレーティングにおいて、位相マスク
およびファイバの一方または両方を他方に対して相対的
にファイバの光伝播方向に垂直な方向に対して角度θm
の方向に移動する際の移動量Λmは下記式4で与えられ
る。
m≦+90°)本発明のファイバグレーティングにおい
て、位相マスクおよびファイバの一方または両方を他方
に対して相対的にファイバの光伝播方向に垂直な方向に
移動する際の移動量ΛIJ ⊥は下記式5で与えられる。
ーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または両
方を他方に対して相対的に移動する移動量は連続的に変
化される。
て、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバ
の一方または両方を他方に対して相対的に移動する移動
量は段階的に変化される。
て、位相マスクには垂直に紫外光が照射される。
て、位相マスクおよびファイバの一方または両方は他方
に対して相対的に、かつファイバの伝播方向に垂直な方
向に移動される。
て、ファイバは光ファイバである。
て、ファイバは薄膜導波路で構成することもできる。
て、式3のファイバを伝播してきた波長λBIJで損失が
0.01〜1.0dBである。
て、式3のファイバを伝播してきた波長λBIJで損失が
0.01〜0.5dBである。
ては、ファイバを伝播してきた波長λBIJが整数N=1
で式3を満足し、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBであ
る。
ては、ファイバを伝播してきた波長λBIJが整数N=1
で式3を満足し、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBであ
る。
て、式3の整数N=1、干渉縞のファイバの光伝播方向
に垂直な方向に対する角度θIJ=0で表される波長λ
BIJの反射率が90%〜99.99%であり、波長λBIJ
での損失が0.01〜1.0dBである。
て、式3の整数N=1、干渉縞のファイバの光伝播方向
に垂直な方向に対する角度θIJ=0で表される波長λ
BIJの反射率が90%〜99.99%であり、波長λBIJ
での損失が0.01〜0.5dBである。
て、式3の整数N=1、干渉縞のファイバの光伝播方向
に垂直な方向に対する角度θIJ=0で表される波長λ
BIJの反射率が99%〜99.99%であり、波長λBIJ
での損失が0.01〜1.0dBである。
て、式3の整数N=1、干渉縞のファイバの光伝播方向
に垂直な方向に対する角度θIJ=0で表される波長λ
BIJの反射率が99%〜99.99%であり、波長λBIJ
での損失が0.01〜0.5dBである。
ングによれば、光通信システムにおいてファイバ中でた
とえば1550nm帯の通信波長光を透過伝播させ、通信波長
光以外の監視光として用いられる1650nm帯の監視波長光
を遮断するフィルタとして機能させて反射させファイバ
の破損等の状態を監視することができる。
ィングにおける好ましい実施の形態例を図面にしたがっ
て説明する。
のファイバグレーティングは、紫外光を位相マスクを介
してファイバにビーム照射し±1次回折光の二光束干渉
によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じ
る干渉縞でグレーティングを作製すると共に、紫外光の
ビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または
両方を他方に対して相対的に移動して±1次以外の0次
と1次、−1次と2次、…などの回折光の二光束干渉に
よってファイバの光伝播方向に対して斜行方向に生じる
干渉縞を減少させるものである。
ァイバ1の外部にある紫外光照射系のレーザー紫外光源
2から位相マスク2aを介して紫外光3に曝されている
場合、ファイバ1のコア1aにおいて位相マスクによっ
て回折された回折光3aのうち任意の1組の回折光の紫
外光Iと紫外光Jとの干渉によってできる干渉縞4を考
える。
方向PDに垂直な方向VDからの角度をそれぞれθI、θJと
する。但し、−90°<θJ<θI≦+90°であり、角
度の測りかたは図6(a)のとおり光伝播方向PDに垂
直な方向VDに対して左回りに角度が増える場合を正の
角度、右回りに角度が増える場合を負の角度とする。
でのコア1aの屈折率をnc λ uvとすると、図6(b)
に示す紫外光Iと紫外光Jによってコア1aに形成され
る干渉縞の間隔ΛIJおよび干渉縞4のファイバ1の光伝
播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJは、以下の式
1、2で表される。
ってファイバ1のコア1aに周期的な屈折率変化が生じ
た場合、その周期は周期ΛIJ、周期的な屈折率変化のフ
ァイバ1の光伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度はθ
IJとなる。また、ファイバの光伝播方向PDに伝播してき
た光の周期的な屈折率変化に対する入射角度はθIJとな
る。したがって、ファイバ1の光伝播方向PDに伝播して
きた光が周期的な屈折率変化によって反射される条件
(Bragg条件)は、伝播してきた光の波長をλBIJ、波長
λBIJでのコア1aの屈折率をnc λ BIJとし、Nを正の
整数とすると、以下の式で表される。
て周期的な屈折率変化を起こさせ、特定の波長を反射す
るファイバグレーティングFBGを形成する際、式3を
満たすBragg波長λBIJでの反射を低減したい場合、紫外
光3の照射中にファイバ1と位相マスク2aとの位置関
係をファイバ1の光伝播方向PDに垂直な方向VDに対して
角度θmの方向に次式に示すΛmだけ変化させればよ
い。但し、θm≠θIJ、且つ−90°<θm≦+90°
2aとの位置関係を干渉縞4のファイバ1の光伝播方向
に垂直な方向に次式のΛIJ ⊥だけ変化させればよい。
おいて、紫外光3のビーム照射中に位相マスク2aおよ
びファイバ1の一方または両方を他方に対して相対的に
移動する移動量Λm、ΛIJ ⊥は連続的に変化される。
おいて、紫外光のビーム照射中に位相マスク2aおよび
ファイバ1の一方または両方を他方に対して相対的に移
動する移動量Λm、ΛIJ ⊥は段階的に変化される。
おいて、位相マスク2aには垂直に紫外光が照射され
る。
おいて、位相マスク2aおよびファイバ1の一方または
両方は他方に対して相対的に、かつファイバ1の光伝播
方向PDに垂直な方向VDに移動される。
おいて、ファイバ1は光ファイバである。
おいて、ファイバ1は薄膜導波路(図示せず)で構成し
てもよい。
おいて、式3のファイバ1の光伝播方向PDに伝播して
きた波長λBIJで損失が0.01〜1.0dBである。
おいて、式3のファイバ1の光伝播方向PDに伝播して
きた波長λBIJで損失が0.01〜0.5dBである。
おいて、ファイバ1の光伝播方向PDに伝播してきた波
長λBIJが整数N=1で式3を満足し、波長λBIJでの損
失が0.01〜1.0dBである。
おいて、ファイバ1の光伝播方向PDに伝播してきた波
長λBIJが整数N=1で式3を満足し、波長λBIJでの損
失が0.01〜0.5dBである。
おいて、式3の整数N=1、干渉縞4のファイバ1の光
伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJ=0で表
される波長λBIJの反射率が90%〜99.99%であ
り、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBである。
おいて、式3の整数N=1、干渉縞4のファイバ1の光
伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJ=0で表
される波長λBIJの反射率が90%〜99.99%であ
り、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBである。
おいて、式3の整数N=1、干渉縞のファイバ1の光伝
播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJ=0で表さ
れる波長λBIJの反射率が99%〜99.99%であ
り、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBである。
おいて、式3の整数N=1、干渉縞4のファイバ1の光
伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJ=0で表
される波長λBIJの反射率が99%〜99.99%であ
り、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBである。
ングFBGでは、光通信システムにおいてファイバ中で
たとえば1550nm帯の通信波長光を透過伝播させ、通信波
長光以外の監視光として用いられる1650nm帯の監視波長
光を遮断するフィルタとして機能させて反射させファイ
バの破損等の状態を監視することができる。なお、上記
実施の形態例では紫外光を位相マスクを介してファイバ
にファイバの光伝播方向に対して垂直方向にビーム照射
し±1次回折光の二光束干渉によってファイバ軸方向に
対して垂直方向に生じる干渉縞で作製するファイバグレ
ーティングについて説明したが(図7(a))、ファイ
バの光伝播方向に対して垂直以外の方向で照射し0次と
+1次、0次と+2次、0次と−1次、0次と−2次、…
などの回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方
向に対して垂直方向に生じる干渉縞でファイバグレーテ
ィングを作製することができる(図7(b)、
(c))。したがって、このような例も本願発明の技術
範囲に包含されるものと解釈され、この場合、特許請求
の範囲において「±1次」の回折光の文言は二光束干渉
によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に干渉
縞を生じさせる次数の回折光(上記の例では0次と+1
次回折光、0次と+2次回折光、−1次と0次回折光、
−2次と0次回折光…など)と読替えるものとする。
ァイバにビーム照射し±1次回折光の二光束干渉によっ
て式1〜式3にしたがってファイバの光伝播方向に対し
て垂直方向に生じる干渉縞を生成すると共に、紫外光の
ビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方を他方
に対して相対的に移動してファイバグレーティングを作
製した(図2)。
して垂直に移動した場合(式5)、±1次光の干渉縞は
ファイバに対して垂直に形成されるので、FBGの形成
される箇所は移動しない(図2(a))。一方、±1次
回折光以外の組合せによってファイバに対して斜めに形
成される干渉縞は、位相マスクがファイバに対して垂直
に移動するとファイバ中に形成されるFBGの位置が変
わってしまい、結果として±1次回折光以外の組合せに
よってファイバに対して斜めに形成される干渉縞によっ
て形成されるFBGが弱くなる(図2(b))。
直に動かした場合、±1次の干渉縞によって形成される
FBGだけが残り1.5μm損失の原因と考えられる斜めの
FBG形成は阻害され、1.5μm損失が改善されたFBG
が形成できる。実際に位相マスク移動を用いてFBGを
作製し、従来方法と1.5μm帯の損失を比較した。本発明
のマスク移動と従来方法のヒストグラムをそれぞれ図3
(a)、(b)に示す。また、従来方法と本発明のマス
ク移動のFBG透過スペクトルを図4、図5に示す。従
来方法では損失0.6dB以下のものは全体の65%を占めてい
るのに対して、本発明のマスク移動では損失0.6dB以下
のものが全体の90%を占めており、本発明の有用性を示
す結果が得られた。
のファイバグレーティングによれば、光通信システムに
おいて、ファイバ中でたとえば1550nm帯の通信波長光を
透過伝播させ、通信波長光以外の監視光として用いられ
る1650nm帯の監視波長λBIJの光を遮断するフィルタと
して機能させて反射させファイバの破損等の状態を監視
することができる。本発明のファイバグレーティングで
は、反射中心波長λBIJの短波長側の波長(およそ0.9λ
BIJから0.99λBIJ)の範囲における通信波長の損失を抑
えることができる。
ァイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞に
よるファイバグレーティングの形成例を示す図、(b)
は±1次回折光以外の二光束干渉によって斜行方向に生
じる干渉縞によるファイバグレーティングの形成例を示
す図。
ァイバの光伝播方向に対して垂直方向に干渉縞を生じさ
せ位相マスクをファイバに対して垂直方向に移動するこ
とによる本発明のファイバグレーティングを示す図、
(b)は±1次回折光以外の組合せによる二光束干渉に
よって斜行方向に干渉縞を生じさせ位相マスクをファイ
バに対して垂直方向に移動することによる本発明のファ
イバグレーティングを示す図。
レーティングの1.5μm帯の損失におけるヒストグラム、
(b)は従来方法によるファイバグレーティングの1.5
μm帯の損失におけるヒストグラム。
G透過スペクトル。
ングのFBG透過スペクトル。
ァイバグレーティングの説明図。
バグレーティングの実施の形態例を示す説明図。
に形成されるファイバグレーティングによって反射され
うるファイバを伝播してきた光の波長 nc λ BIJ・・・・・波長λBIJでのコアの屈折率 ΛIJ・・・・・周期 Λm、ΛIJ ⊥・・・・・移動量 PD・・・・・ファイバの光伝播方向 VD・・・・・ファイバの光伝播方向に垂直な方向 θI・・・・・紫外光Iのファイバの光伝播方向に垂直な方向
からの角度 θJ・・・・・紫外光Jのファイバの光伝播方向に垂直な方向
からの角度 θIJ・・・・・干渉縞のファイバの光伝播方向に垂直な方向
からの角度 N・・・・・1以上の正の整数
Claims (17)
- 【請求項1】紫外光を位相マスクを介してファイバにビ
ーム照射し±1次回折光の二光束干渉によってファイバ
の光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞でグレー
ティングを作製すると共に、前記紫外光のビーム照射中
に前記位相マスクおよび前記ファイバの一方または両方
を他方に対して相対的に移動して±1次以外の0次と1
次、−1次と2次、…などの回折光の組合せによる二光
束干渉によってファイバの光伝播方向に対して斜行方向
に生じる干渉縞を減少させるファイバグレーティングで
あって、 前記干渉縞は、下記式1乃至3で表される紫外光I=1
次回折光、紫外光J=−1次回折光のときファイバを伝
播してきた波長λBIJの光が反射され、紫外光I=1次
回折光、紫外光J=−1次回折光以外の組合せのとき波
長λBIJの光が透過するよう紫外光Iと紫外光Jよって
ファイバに形成される周期ΛIJ、干渉縞のファイバの光
伝播方向に垂直な方向からの角度θIJを有することを特
徴とするファイバグレーティング。 【数1】 【数2】 【数3】 (ここに、θI、θJはそれぞれ紫外光I、紫外光Jのフ
ァイバの光伝播方向に垂直な方向からの角度(但し、−
90°<θJ<θI≦+90°、角度の測りかたは光伝播
方向に垂直な方向に対して左回りに角度が増える場合を
正の角度、右回りに角度が増える場合を負の角度とす
る)、λuvは紫外光の波長、nc λ uvは波長λuvでのコ
アの屈折率、λBIJはグレーティングで反射されうる伝
播してきた光の波長、nc λ BIJは波長λBIJでのコアの
屈折率、Nは1以上の正の整数) - 【請求項2】前記位相マスクおよび前記ファイバの一方
または両方を他方に対して相対的に前記ファイバの光伝
播方向に垂直な方向に対して角度θmの方向に移動する
際の移動量Λmは下記式4で与えられることを特徴とす
る請求項1記載のファイバグレーティング。 【数4】 (ここに、θm≠θIJ、且つ−90°<θm≦+90
°) - 【請求項3】前記位相マスクおよび前記ファイバの一方
または両方を他方に対して相対的に前記ファイバの光伝
播方向に垂直な方向に移動する際の移動量ΛIJ ⊥は下記
式5で与えられることを特徴とする請求項1記載のファ
イバグレーティング。 【数5】 (ここに、θIJ≠0) - 【請求項4】前記移動量は連続的に変化させることを特
徴とする請求項2または3記載のファイバグレーティン
グ。 - 【請求項5】前記移動量は段階的に変化させることを特
徴とする請求項2または3記載のファイバグレーティン
グ。 - 【請求項6】前記位相マスクに垂直に前記紫外光を照射
することを特徴とする請求項1記載のファイバグレーテ
ィング。 - 【請求項7】前記位相マスクおよび前記ファイバの一方
または両方を他方に対して相対的に、かつファイバの光
伝播方向に垂直な方向に移動することを特徴とする請求
項6記載のファイバグレーティング。 - 【請求項8】前記ファイバは光ファイバであることを特
徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載のファイバグ
レーティング。 - 【請求項9】前記ファイバは薄膜導波路であることを特
徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載のファイバグ
レーティング。 - 【請求項10】前記式3のファイバを伝播してきた波長
λBIJで損失が0.01〜1.0dBであることを特徴とする請求
項1記載のファイバグレーティング。 - 【請求項11】前記式3のファイバを伝播してきた波長
λBIJで損失が0.01〜0.5dBであることを特徴とする請求
項1記載のファイバグレーティング。 - 【請求項12】前記ファイバを伝播してきた波長λBIJ
が整数N=1で式3を満足することを特徴とする請求項
10記載のファイバグレーティング。 - 【請求項13】前記ファイバを伝播してきた波長λBIJ
が整数N=1で式3を満足することを特徴とする請求項
11記載のファイバグレーティング。 - 【請求項14】前記式3の整数N=1、干渉縞のファイ
バの光伝播方向に垂直な方向からの角度θIJ=0で表さ
れる波長λBIJの反射率が90%〜99.99%である
ことを特徴とする請求項10記載のファイバグレーティ
ング。 - 【請求項15】前記式3の整数N=1、干渉縞のファイ
バの光伝播方向に垂直な方向からの角度θIJ=0で表さ
れる波長λBIJの反射率が90%〜99.99%である
ことを特徴とする請求項11記載のファイバグレーティ
ング。 - 【請求項16】前記式3の整数N=1、干渉縞のファイ
バの光伝播方向に垂直な方向からの角度θIJ=0で表さ
れる波長λBIJの反射率が99%〜99.99%である
ことを特徴とする請求項10記載のファイバグレーティ
ング。 - 【請求項17】前記式3の整数N=1、干渉縞のファイ
バの光伝播方向に垂直な方向からの角度θIJ=0で表さ
れる波長λBIJの反射率が99%〜99.99%である
ことを特徴とする請求項11記載のファイバグレーティ
ング。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001088573A1 (fr) * | 2000-05-18 | 2001-11-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Reseau de diffraction de type guide d'onde optique et procede de fabrication de ce reseau |
JP2006243400A (ja) * | 2005-03-03 | 2006-09-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ファイバグレーティングの製造方法及び製造装置 |
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