JP2001183536A - 光ファイバにグレーティングを施す方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偏波依存（偏光依存）性損失がほぼ排除される
ように、光ファイバに対して長周期のグレーティングを
施す方法および装置を提供すること。 【解決手段】本発明は、放射線源と、Ｖ字形状の溝が形
成された支持体と、溝に設置された光ファイバとを備え
る。該溝に含まれる面は、前記放射線源から光ファイバ
に向かって入射する放射線の伝搬方向に対して６０°の
角度をなして傾斜し、前記放射線に対して高い反射率特
性を具備する。光ファイバのコアは、前記放射線源から
直接入射する放射線と、前記放射線源から放射され前記
溝の側面によって反射された後に得られる放射線とによ
って作用を受けグレーティングが施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバに施さ
れるグレーティングに関するものであり、とりわけ、長
周期グレーティングと呼ばれるタイプのグレーティング
に関するものである。これらは、例えば、温度依存性の
低い、周期が数十マイクロメートル（一般に３０〜４０
マイクロメートル）のグレーティングとすることが可能
である。

【０００２】

【従来の技術】このタイプの装置は、例えば、１９９６
年２月２９日に開催されたＯＦＣ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆ
ｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ’９６ ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅのｔｈｅ Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ
ＰａｐｅｒｓページＰＤ１−２〜ＰＤ１−５に発表さ
れたＪ．Ｂ．Ｊｕｄｋｉｎｓ他による論文「低温度依存
型 長周期ファイバグレーティング（Ｔｅｍｐａｒａｔ
ｕｒｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉ
ｏｄ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ）」、または、０
ｐｔ．Ｅｎｇ．３６（７），ｐｐ．１８７２−１８７６
（１９９７年７月）に発表された、Ｖ．Ｂｈａｔｉａ他
による論文「低温度依存型−低張力依存型グレーティン
グセンサ（Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ−ｉｎｓｅｎｓｉｔ
ｉｖｅ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ−ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖ
ｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ ｓｍａ
ｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」によって例証されてい
るように、当該技術において既知のところである。

【０００３】これらのグレーティングは、その働きが、
主としてクラッディング内の伝搬モードに対する光ファ
イバのコア内の導波モードの結合に基づくものであり、
例えば、帯域阻止フィルタまたは光増幅器用の利得等化
器に用いられるようなセンサ・テクノロジ及び光遠隔通
信における用途に役立つようになってきた。短周期グレ
ーティングとは異なり、長周期グレーティングは、共振
波長の後方散乱が生じない。

【０００４】グレーティングは、所要の長さの光ファイ
バにおいて、該光ファイバのコアに屈折率の局部的変化
を生じさせることが可能な周波数倍加アルゴン・レーザ
のような放射線源の作用によって形成される。該作用に
よって誘発される屈折率の変化のプロファイル（一般
に、周期的なもの）は、放射線源と光ファイバの間に挿
入される書き込みマスクの特性によって決まる。一般に
フォトリソグラフィまたは同様の方法によって得られる
マスクは、屈折率を変更するか不変の状態に保つべく、
光ファイバのコアに対して、放射線を照射するか遮蔽す
る。

【０００５】図１において、曲線Ａは、既知の技術によ
って施された長周期グレーティングの伝搬特性（減衰特
性）である。ここで、減衰量は縦軸に示され、単位をデ
シベル（ｄＢ）とする。曲線Ａで表される該特性は、無
偏波（無偏光）の放射線に対する波長（λ）の関数とし
て示されている。ここで、波長は横軸に示され、単位を
ナノメートル（ｎｍ）とする。図１より、ほぼ１５１０
〜１５３０ｎｍの範囲内にある領域において、グレーテ
ィングは明らかに帯域阻止フィルタの特性を示すことが
実証されている。曲線Ａにおいて、前述の領域外におい
ても見受けられる約２ｄＢの減衰は、単に、この図の作
成に用いられた実験環境に起因しているものである。

【０００６】一方、同じグレーティングに関する曲線Ｂ
のグラフは、「偏波依存性損失（偏光依存損失）」の略
語であるＰＤＬとして知られるパラメータの変化（やは
り波長λの関数として測定される）を表している。既知
技術に従って施されるグレーティングの場合、ＰＤＬ
は、通常、互いに直交する偏波（偏光）状態をもつ２つ
の光放射線が存在する状態において顕著に現れる反応の
差により導き出される。図１において、ＰＤＬは、グレ
ーティングによって帯域阻止フィルタとしての機能を発
揮する領域において、該領域外と比較して、極めて大き
いものになる（波長λの関数として非常に不規則な変化
を示す）ことが明らかである。

【０００７】この問題に関して特定の理論を採る意図は
ないが、グレーティングの書き込み工程において、該反
応（グレーティングがある程度まで偏光子の働きをす
る）は、光ファイバのコアの屈折率がその本質的なスカ
ラ値の特性を失い、テンソル値の特性を帯びるというこ
とに関連しているものと考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の偏波依存（偏光依存）の性質がほぼ排除されるよう
に、光ファイバに対して長周期のグレーティングを施す
ことができるようにして、前述の欠点を克服することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、光ファイバ内のコアに複数の放射線を照射しグレ
ーティングを施す方法によって実現される。また、本発
明は、該方法の適用例に利用可能な装置に関するもので
ある。

【００１０】次に、本発明を付属の図面に示す実施例に
基づいて説明する。なお、本説明は、本発明に対して何
ら限定を加えるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２において、参照番号１０は、
クラッディング１Ｂによって包囲されたコア１Ａを含
む、ある長さの光ファイバＦに長周期のグレーティング
を施すために利用可能な装置を全体として示している。

【００１２】グレーティングは、既知のように、放射線
源１２によって放出される放射線に対して不透明な領域
と透明な領域が連続したマスク１４を介して、放射線源
（例えば、周波数倍加アルゴン・レーザ）によって放出
された放射線を、コア１Ａに対して照射することによっ
て得られる。

【００１３】本発明による装置１０の光ファイバＦは、
単に支持体１６（例えば、マスクの正反対の位置にある
シリカ・プレート）に支持されているだけではなく、支
持体１６に設けられたＶ字形状のグルーブ１８によっ
て、グレーティングの書き込みが施される。

【００１４】その内部に光ファイバＦの少なくとも一部
を納めることが可能なグルーブ１８は、開口角が１２０
゜の理想的な二面角を形成する対称的なＶ字形状をなす
ように製作される。

【００１５】グルーブ１８の側面２０は、放射線源１２
から入射する放射線の伝搬方向Ｘ１２に対して６０゜の
角度αで傾斜した平面内に位置している。

【００１６】支持体１６は、例えば、グルーブ１８の側
面を構成する平面２０の一方を形成するように面取りが
施され、次に、面取りを施された領域に隣接する２つの
直線的側面１６ｂが互いに隣り合せに配置される、２つ
のプレート１６ａ（例えば、シリカまたは石英の）から
製作することが可能である。

【００１７】前記の幾何学的形状および配置が保持され
る場合、グルーブ１８の形成手順は、全く異なるものに
することが可能である。すなわち、支持体１６は、機械
加工が施された単一の材料から構成することが可能であ
る。

【００１８】良好な寸法安定性と、側面２０の平坦な表
面を形成できる整形可能性と、（とりわけ、高パワーの
放射線源１２と組み合わせて用いられる可能性があるた
め）優れた放熱特性とを具備することを条件として、支
持体１６の材料に、前述のものとは異なるものを用いる
ことができる。

【００１９】放射線源１２によって発生する放射線に対
する優れた抵抗特性を持ち、併せて高い表面反射率を示
すことが可能なコーティング層２０ａは、少なくともグ
ルーブ１８の側面２０に形成されるか、または、塗布さ
れることが望ましく、特に側面２０が形成される工程の
結果として直接または、ほぼ直接生成されることが望ま
しい。

【００２０】放射線源１２（図２において、その寸法を
縮小し略示されている）から放射される放射線は、矢印
Ａによって示される方向に伝搬し、マスク１４を通過
し、さらに、光ファイバＦ、特にコア１Ａに照射され
る。また、グルーブ１８の側面２０の高い反射率特性に
より、放射線源１２から入射する放射線（及び、とりわ
け、光ファイバＦに対してすれすれの方向に伝搬するそ
の一部）は、グルーブ１８の側面により、図２の矢印Ｂ
及びＣによって示される伝搬方向に、光ファイバＦに向
けて反射される。

【００２１】従って、マスク１４の透明領域に対応する
部分において、１２０゜の角度だけ互いに離隔した３つ
の異なる方向からコア１Ａに向かって伝搬する３つの放
射線の波面は、光ファイバＦ、特にそのコア１Ａにぶつ
かることになる。

【００２２】グルーブ１８の側面２０の反射率が高いた
め、こうして発生する放射線の波面（１つは、放射線源
１２によって直接放射されたものであり、他の２つは、
放射線源１２からの放射線が支持体１６に設けられたグ
ルーブ１８の側面２０によって反射されたものであ
る。）の強度レベルは、互いにほぼ同じである。

【００２３】この実験では、この方法、すなわち、複数
の異なる角方向（空間内に一様または、ほぼ一様に分布
する）からコア１Ａに向かって複数の放射線を、光ファ
イバＦに照射することによってグレーティングを施す方
法により、光ファイバのコア１Ａの屈折率は、その値は
照射の効果によって変化するが、コア１Ａ内部におい
て、ほぼ一様な特性を保持することになる。

【００２４】本発明による解決策によって実現可能な結
果は、図３に示す曲線によって表されており、図１と同
様に、曲線Ａ及びＢによって識別される。図３には、図
１に関連して考察されたものとほぼ同様のグレーティン
グの伝搬特性が示されている。

【００２５】図３に詳細に示された結果によって明らか
なように、図１の場合と対比して、帯域阻止領域内にお
ける測定可能なＰＤＬの最大値は、特に該領域の範囲外
における値と同程度に小さくなっており、帯域阻止フィ
ルタとしての特性（曲線Ａ）はほぼ同等であるが、ＰＤ
Ｌ（曲線Ｂ）の変化は、非常に規則的になっている。

【００２６】また、理論的には、コア１Ａに照射される
放射線の数を増大させることが可能である。例えば、異
なる光路間を通じて光ファイバＦのコア１Ａに向けて照
射されるように、放射線源１２から入射する放射線を分
割する機構を利用して、増大させることが可能である。

【００２７】しかし、図２に示す解決法は、単純な装置
で優れた結果を得ることが可能になるので、少なくとも
現時点では望ましいであろう。なぜなら、該装置は単純
でありながら、矢印Ａによって表示された主波面から直
接的に（単純な反射によって）、図２の矢印Ｂ及びＣで
示される２つの放射線の波面を得ることができるからで
ある。

【００２８】また、グルーブ１８の反射側面２０は、必
要があれば、それらに入射する放射線に関してわずかに
集束させる作用を及ぼすことができるように企図された
機械加工および処理のいずれかを受けさせることが可能
である。しかし、出願人の実施した実験によって明らか
なように、この改良は、ほとんどの場合には不要であ
る。

【００２９】従って、これらの考察に鑑みて明らかなよ
うに、本発明の原理が保持される場合、本発明の範囲を
逸脱することなく、製造の詳細及び実施態様の形態を解
説され、例示されたものから多様に変化させることが可
能である。以下に、本発明の実施態様を示す。

【００３０】（実施態様１）クラッディング（１Ｂ）に
よって包囲されたコア（１Ａ）を含む光ファイバ（Ｆ）
にグレーティングを施す方法であって、強度が周期変化
する放射線にさらすことによってコア（１Ａ）の屈折率
の局部的周期的変化を誘発するステップと、ほぼ一様に
角分布したそれぞれの方向において、コア（１Ａ）に当
たる複数の放射線をコア（１Ａ）に照射することによっ
て屈折率の前記変化を誘発するステップとを備えること
を特徴とするファイバグレーティングの作成方法。

【００３１】（実施態様２）前記複数の放射線に、３つ
の放射線（Ａ、Ｂ、Ｃ）が含まれることを特徴とする、
実施態様１に記載の方法。

【００３２】（実施態様３）前記複数の放射線が単一放
射線源（１２）から得られることを特徴とする、実施態
様１または実施態様２に記載の方法。

【００３３】（実施態様４）前記複数の放射線のうち１
つは、光ファイバ（Ｆ）に向けて直接送られるが、他の
放射線は、反射された後、光ファイバ（Ｆ）に向けて送
られることを特徴とする、実施態様１〜３に記載の方
法。

【００３４】（実施態様５）前記他の放射線を発生させ
るため、前記第１の放射線（Ａ）が当たると、反射する
ことによって、前記第１の放射線（Ａ）を前記コア（１
Ａ）に向け直すことが可能な反射面（２０）を設けるこ
とを特徴とする実施態様３または４に記載の方法。

【００３５】（実施態様６）前記反射面（２０）のうち
の２つを設けて、グレーティングが施される光ファイバ
（Ｆ）を収容するように溝（１８）を形成することを特
徴とする、実施態様５に記載の方法。

【００３６】（実施態様７）前記反射面（２０）は、前
記第１の放射線（Ａ）の伝搬方向（Ｘ１２）に対して６
０゜の角度（α）を形成する平面内にあることを特徴と
する、実施態様５または６に記載の方法。

【００３７】（実施態様８）前記グレーティングは、長
周期グレーティングであることを特徴とする、実施態様
１〜７に記載の方法。

【００３８】（実施態様９）クラッディング（１Ｂ）に
よって包囲されたコア（１Ａ）を含む光ファイバ（Ｆ）
にグレーティングを施すための装置であって、前記コア
（１Ａ）の対応する屈折率の周期変化を誘発することが
可能な、強度の局部的周期的変化を示す放射線を発生す
るための発生手段（１２、１４）が含まれており、前記
発生手段（１２、１４）が、さらなる発生手段（１６、
１８、２０）に関連し、これらと相互作用して、ほぼ一
様に角分布したそれぞれの方向において前記コア（１
Ａ）に当たる複数の放射線を発生することを特徴とす
る、装置。

【００３９】（実施態様１０）前記発生手段に、前記複
数の放射線のうち１つの放射線（Ａ）を光ファイバ
（Ｆ）に向けて送るための放射線源（１２）と、前記放
射線源（１２）から前記光ファイバ（Ｆ）に向かう前記
放射線（Ａ）の伝搬経路内に挿入されて、前記放射線の
強度の前記局部的周期的変化を発生するためのマスク
（１４）とを備えることを特徴とし、また、前記もう１
つの発生手段に、光ファイバ（Ｆ）の支持体（１６）
と、前記コア（１Ａ）に向けて送られる前記複数の放射
線のうちの他の放射線を、前記放射線源（１２）から生
じる放射線の反射によって発生することが可能な反射手
段（２０）とを備えることを特徴とする、実施態様９に
記載の装置。

【００４０】（実施態様１１）前記反射手段に、前記第
１の放射線（Ａ）の伝搬方向（Ｘ１２）に対して６０゜
の角度を形成するそれぞれの平面内に位置する反射面
（２０）が含まれることを特徴とする、実施態様１０に
記載の装置。

【００４１】（実施態様１２）前記支持体（１６）に、
前記反射面（２０）のうち２つが含まれることを特徴と
する、実施態様１１に記載の装置。

【００４２】（実施態様１３）前記反射表面（２０）
は、共同で、前記光ファイバ（Ｆ）の少なくとも一部を
収容することが可能なように前記支持体に溝を形成する
ことを特徴とする、実施態様１２に記載の装置。

【００４３】（実施態様１４）前記支持体（１６）は、
それぞれに前記反射面（２０）が設けられ、前記反射面
（２０）が互いに隣接するように配置されている２つの
プレート部材（１６ａ）から構成されることを特徴とす
る、実施態様１２または１３に記載の装置。

【００４４】（実施態様１５）実施態様１〜８に記載の
いずれかの方法によって施されたグレーティングを有す
る光ファイバ。

【図面の簡単な説明】

【図１】既知技術によって施されたグレーティングの特
性を示す図である。

【図２】本発明に従って機能する装置の構造に関する概
略図である。

【図３】図１にほぼ対応するやり方で、本発明に従って
施されたグレーティングの特性を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ コア １Ｂ クラッディング １２ 放射線源 １４ マスク １６ 支持体 １６ａ プレート部材 １８ 収容溝 ２０ 反射表面 Ｆ 光ファイバ

フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クラッディングによって包囲されたコアを
   含む光ファイバにグレーティングを施す方法であって、
   強度が周期変化する放射線にさらすことによって該コア
   の屈折率の局部的周期的変化を誘発するステップと、ほ
   ぼ一様に角分布したそれぞれの方向において、該コアに
   当たる複数の放射線を該コアに照射することによって屈
   折率の前記変化を誘発するステップとを備えることを特
   徴とするファイバグレーティングの作成方法。