JP2001521164A - 光導波管格子及び／又は特徴的な光導波管の製造方法 - Google Patents

光導波管格子及び／又は特徴的な光導波管の製造方法

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JP2001521164A
JP2001521164A JP2000518250A JP2000518250A JP2001521164A JP 2001521164 A JP2001521164 A JP 2001521164A JP 2000518250 A JP2000518250 A JP 2000518250A JP 2000518250 A JP2000518250 A JP 2000518250A JP 2001521164 A JP2001521164 A JP 2001521164A
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waveguide
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fiber
optical
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ラミング，リチャード・イアン
ダーキン，マイケル・ケヴァン
イブセン，モーテン
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Pirelli Cavi e Sistemi SpA
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Abstract

(57)【要約】 光導波管格子が公称上均一な直径の導波管内にて形成される。格子特徴が該格子に沿った位置における導波管の直径に対して実質的に逆の関係にてこれらの位置に沿って変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、光ファイバ格子のような光導波管格子及び／又は光ファイバのよう
な特徴的な光導波管を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】 光ファイバブラッグ格子は、光ファイバシステムにおいて研究及び開発上、最
も有望な分野である。多くの装置は、レーザ及びセンサのようなブラッグ格子の
正確な波長選択性能を利用しており、近い将来、より多くの装置が高品質の格子
の有利な点を活用する可能性がある。多分、ファイバブラッグ格子の最大の発達
は、電気通信装置、特に、分散補償の分野であろう。チャープ（ｃｈｉｒｐｅｄ
）型ファイバ格子は、コンパクトであり、低損失で、また、高分散型で、しかも
特殊な分散シフトし且つ分散補償ファイバを害する非線形効果を伴うことがない
ため、分散補償に特に好適である。分散補償用のファイバ格子を使用しての伝送
試験は、多数回、成功裏に実証されている。ファイバ格子の性能は、分散プロフ
ァイルをより正確に制御し、特に、時間的遅れのリプルを少なくし、また、より
高ビット速度システムに必要とされる、第三順位の補償を追加することにより、
分散補償装置にて更に向上させることができよう。
【０００３】 添付図面の図７ａ乃至７ｄには、公称上直線的なチャープ型ファイバ格子にて
生ずる可能性のある問題点が示してある。図７ａ乃至図７ｃには、格子の反射及
び時間的遅れの特徴が示してあり、図７ａ及び図７ｂ及び図７ｄには、予想され
る特徴からの偏差程度で示してある。
【０００４】 本発明は、光導波管における直径の変化を検知する方法であって、既知の物理
的ピッチの光導波管内にてチャープ型格子を製造するステップと、チャープ型格
子の予想される時間的遅れからの偏差程度を測定するステップとを備えている。
【０００５】 また、本発明は、公称上均一な直径の導波管内に光ファイバ導波管を製造する
方法であって、既知の物理的ピッチの光導波管の一部分内にて格子部分を製造す
るステップと、少なくとも最も直近に書き込んだ格子部分の予想される応答性か
らの偏差程度を測定するステップと、少なくとも最も直近に書き込んだ格子部分
に対する測定した偏差程度に従って、次の格子部分を書き込むべく格子パラメー
タを変化させるステップとを繰り返すことを備える方法をも提供するものである
。
【０００６】 また、本発明は、公称上均一な直径の導波管内にて光格子を製造する方法であ
って、格子に沿った位置にて、導波管の直径に対して実質的に逆の関係にて該位
置における格子の特徴を変化させるステップを更に備える方法をも提供するもの
である。
【０００７】 また、本発明は、公称上均一な直径の導波管内にて光格子を製造する方法であ
って、格子に沿った位置にて、導波管の直径に対して実質的に逆の関係にて該位
置における格子の特徴を変化させるステップを更に備える方法をも提供するもの
である。
【０００８】 また、本発明は、格子の特徴が、格子に沿った位置にて、該位置における導波
管の直径に対して実質的に逆の関係にて変化するようにした、公称上均一な直径
の導波管内に形成された光導波管格子をも提供するものである。
【０００９】 また、本発明は、従来のファイバ、すなわちステップ屈折率ファイバ内にてフ
ァイバ格子を製造するとき、反射波長がファイバのＮＡ開口数のみならず、ファ
イバのカットオフにも依存するという新たな知見に基づくものである。これは、
反射波長λBが次式で与えられるからである。
【００１０】 ２ｎeff．ΛB ここで、ｎeffは、案内モードに対するファイバの有効インデックスであり、 ΛBは、格子線の計算期間である。
【００１１】 ファイバを引き抜くとき、一般に、ファイバの直径が僅かに変動することが観
察されている。公称ファイバ直径１２５μｍのの場合、１００乃至２００ｍｍの
期間のとき、±１μｍ程度の直径の変化（ファイバに沿って）が観察されている
。
【００１２】 ステップ率ファイバは、コアインデックスｎ、及びクラッドインデックスｎ2 を有する（ここで、ｎ1＞ｎ2、ＮＡ＝√ｎ1 2−ｎ2 2である）。有効インデックス
ｎeffは、コアに重なり合う案内モードの比率（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）ηに依 存し、次式で表わすことができる。
【００１３】 ｎeff＝ηｎ1＋（１−η）ｎ2． 与えられたファイバに対する重なり合い直径は、例えば、シンダー及びラブ（
Ｓｎｙｄｅｒ ＆ Ｌｏｖｅ）に記載されている。
【００１４】 ＮＡ０．２で、公称直径１２５μｍ、カットオフ１２５０μｍの典型的なファ
イバの場合、直径が１μｍ変化すると、格子の波長は〜５０ｐｍシフトする。こ
のため、格子の長さに沿って直径が変化するに伴い、格子の応答性は、予想され
る値から著しく相違する可能性がある。
【００１５】 線形チャープ型ファイバ格子の場合、これら直径の変動の効果は、時間的遅れ
対波長の特徴が線形の特徴から偏倚することになる。
【００１６】 本発明の全体的な広い形態において、不均一なファイバ内にて所望の格子を製
造することを許容する幾つかの好適な技術が提案されている。これら技術の内、
第一のものは、直径の変動がｎeffに与える影響を軽減するため書き込んだ格子 の期間ΛBを調節することを含む。第四の技術は、ｎeffがファイバに沿って上り
均一となるようにファイバに沿ったコア領域内にてｎ1又はｎ2を調節するため、
ファイバを紫外線で前処理又は後処理することを含む。勿論、これら方法の任意
に組み合わせて採用することができる。これら方法の全ては、現在の格子の製造
技術に具体化することができる。
【００１７】 次に、単に一例として、添付図面を参照しつつ本発明を説明する。
【００１８】 先ず、図１を参照すると、１本の光ファイバの直径がファイバに沿った位置に
対してプロットされている。この測定は、１５０ｎｍの精度及び５０ｎｍの反復
性を有する市販のファイバ直径測定装置を使用して行った。
【００１９】 図１には、ピーク対ピーク範囲が約１０００ｎｍの実質的に周期的なファイバ
直径の変化の状態が示してある。
【００２０】 格子の製造に使用した１本のファイバを図１に表示してある（以下に説明）。
【００２１】 直径のこの変化が（多分）線形のチャープ型格子の性能に影響に与える可能な
効果を評価するため、実際上、図１に図示した単一のファイバの長さ内で一連の
線形チャープ型格子を一方が他方の上になるように重ね合わせた。このことは、
異なる長さのファイバを使用することに伴う人為的な測定誤差又は不規則な効果
を解消することになった。
【００２２】 同一方向のチャープを有するが、６ｎｍずらして２つの格子を書き込み且つそ
れによる時間的遅れの偏差特徴の測定値は図２及び図３に図示してある。図４に
は、反対方向へのチャープを有し且つ他の２つの格子の両方から３ｎｍずらした
位置（すなわち、その２つの格子の間の中間点）にて第三の格子に対する対応す
る結果が示してある。格子の長さは８５ｃｍであり、分散は、標準的なファイバ
にて１５０ｋｍの伝送を補償し得る設計とされている。
【００２３】 ファイバ構造の不良に起因する線形の時間的遅れからの偏差程度は、同一方向
のチャープにて書き込んだ（図２及び図３）の格子の双方の時間的遅れの特徴の
点にて実質的に同一の変動であると見なされる。反対方向へのチャープ、すなわ
ち、正のチャープにて書き込んだ第三の格子の場合、時間的遅れの変動（図４）
は、実際上、図２及び図３に図示した時間的遅れの偏差特徴と同一ではない。直
径の変動の「方向」は、同様に、分散勾配の変化にて重要な役割を果たすことを
前提とする。
【００２４】 図２及び図３と同様の方法にて分散の「形状」示すため、図４の軸線は逆にし
てあることを理解すべきである。
【００２５】 図２及び図３を参照することにより、格子の中央波長から実質的に独立してお
り且つファイバの直径の物理的測定値と相関する偏差効果が観察されることが理
解できる。従って、物理的直径（絶対的な直径自体ではなく）の偏差を検知する
技術は次の通りである。
【００２６】 （ａ）対象とする波長帯域外の弱い試験格子を評価すべきファイバ内に書き込
み、 （ｂ）試験用格子に対する時間的遅れの偏差を特徴を設定することである。
【００２７】 試験用格子は、率を飽和させ得ないように弱い必要がある。評価用格子の強度
は、特徴付けた後に頂部に書き込むべき「実際」の格子の強度を制限することに
なる。
【００２８】 特定の事項に注意すれば、ファイバの直径の変動を予め評価する過程を改良す
ることが可能となる。これらは、時間的遅れの特徴のノイズを少なくすることを
含み、この状態は、一部分、回路網分析器における周波数を増加させ、これによ
り、より一層の平均化を可能とすることで部分的に充足される。ファイバにおけ
る波長の位置の誤差に関して得られた情報を格子の書き込み工程に装填する過程
は、当業者にとって簡単であり、ここでは更に詳細に説明はしない。
【００２９】 直径が変動する理由は明確には分からない。直径の変動が引き抜き工程中に生
じた場合、１つの理由は、引き抜かれるとき直径が略直線状に増大することであ
ると考えられる。この直径の増大／減少は、引き抜きに起因する特定の共鳴によ
生じる可能性がある。この場合、高精度干渉計型のファイバ直径制御装置（例え
ば、０．１５μｍの精度にて引き抜き塔に取り付けられたアンリツ(Ａｎｒｉｔ ｓｕ)）を急激に変化させて／補正してファイバの正確な直径に戻すことができ る。この補正位置は、フィードバックタイミングの関数である。
【００３０】 直径の変化に起因する分散特徴の誤差を補正するため、直径の絶対値の変化を
知る必要はないが、幾つかの実施の形態において、これらは、物理的に測定され
又は相対的な変化さえも測定され、これらは、試験用格子の予想される性能から
の偏差程度から推測することが可能である。しかしながら、特定の波長に対する
位置誤差は知る必要がある。この情報は、波長τ（λB）の関数としての時間的 遅れではなくて、位置Ｌ．λB（Ｌ）の関数として波長をプロットすることによ り線形のチャープ型格子の時間的遅れの特徴から得ることができる。格子におけ
る時間的遅れは次式で与えられる。
【００３１】 τ＝２・ｎeff・Ｌ／ｃ （１） ここで、ｃは真空中の光の速度である。格子における相対的位置の値に対して
、また、軸線の変化に対して時間的遅れの値を再設定することにより、τ（λB ）ではなくて、λB（Ｌ）が明らかとなる。この場合、曲線勾配は、次式で与えら
れるチャープ率ξである。
【００３２】 ξ＝Δλ／Ｌ＝２・ｎeff／ｃ・Ｄ （２） ここで、Δλはチャープであり、Ｄは格子の分散である。λB（Ｌ）をプロッ トし且つξの値を知ることにより、チャープ型格子における特定の波長に対する
位置誤差の値εが求められ、それは、チャープ率からの位置偏差はεであるから
である。この効果を補正するため、所定の位置に対する波長の誤差を求め、また
、ファイバ直径の変化は比較的低頻度であるため、格子の分散特長における改良
は極めて明らかである 詳細には、上述したファイバ特徴付け技術又はファイバの物理的な直径の測定
により得られたデータを使用する幾つかの技術は次の通りである。
【００３３】 １．形成される格子が直径の変動を調節せずに受け取った格子よりも理想的で
あるように、直径の変動を考慮し得るように、書き込んだ格子を修正することに
より、所望の格子が製造される。特に、所望の格子は、帯域外格子に対する測定
した偏差特徴に対して逆の関係で調節したピッチの変化を使用して書き込まれる
。格子の長さに沿って精密に調節可能である位置にて格子を書き込むための多数
の技術が公知である。例えば、英国特許第９６１７６８８．８号参照。 ２．幾つかの格子は、ファイバに沿って連続的に書き込まれる。丁度書き込んだ
部分は、その反射波長を決定し得るように効果的に特徴を設定することができる
。目標の波長と比較すると、格子に沿ったその位置における直径の誤差の表示が
得られる。直径の変動は１０乃至２０ｃｍの範囲の期間を示すことが分かってい
るため、例えば、書き込み位置に対して〜１ｃｍに近い測定値を提供するならば
、直径誤差は、「作動中」すなわち、格子の各部分が書き込まれているときに決
定し且つ補正することができる。
【００３４】 ３．第三の方法は、格子を書き込む前にファイバ内の物理的な直径の変動を単
に測定することを提案する。このように、測定した直径の変動に対して逆の関係
にてピッチを調節することにより、直径の変動の影響力を軽減し得るように書き
込んだ期間が修正される。直径は、典型的に、０．１μｍ以上の分解能にて決定
する必要があるが、より小さい分解能でもやや有用な結果が得られる。
【００３５】 図５及び図５ｂは、直径の異なるファイバに付与された補償を示す概略図であ
る。特に、図５ａには、理想的な線形のチャープ型格子に沿って変化する格子ピ
ッチが概略図で示してあり、図５ｂには、上述した技術の１つを使用して格子の
長さに沿ってピッチを修正する方法が記してある。領域１００にて、直径はより
大きく、従って、ピッチはより小さく、領域１１０にて、直径は小さく従ってピ
ッチはより大きい。
【００３６】 ４．第四の技術において、上述した格子は、名目的に、特定の典型的に均一な
ファイバ特徴を想定して書き込まれる。次に、ファイバに沿ってｎeffにて変動 を決定し得るように格子を特徴を設定する。典型的に、コア領域を異なる紫外線
作用にさらすことにより行われるファイバ後処理は、形成されるｎeffがそうで ない場合よりもより均一にするために採用される。
【００３７】 この第四の方法は、図６ａ乃至図６ｃに概略図で図示されている。図６ａには
、直径が変動するファイバにおける走査格子の製造技術が概略図的に図示されて
いる。後処理紫外線ビームが直径の変動領域に向けられ、その領域における平均
的な屈折率を変化させ、これにより、有効屈折率（ｎeff）をより均一にする。 後処理ビームは、例えば、均一なビームとし又は格子の書込みビームとすること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ファイバに沿った位置に対する光ファイバのサンプルの直径をプロットした実
験グラフである。
【図２】 光ファイバのサンプルに書き込んだ格子の線形分散特徴からの偏差程度を示す
実験グラフである。
【図３】 図２と同様の光ファイバのサンプルに書き込んだ格子の線形分散特徴からの偏
差程度を示す実験グラフである。
【図４】 図２と同様の光ファイバのサンプルに書き込んだ格子の線形分散特徴からの偏
差程度を示す実験グラフである。
【図５】 ５ａは、直径の異なるファイバに付与された補償を示す概略図である。 ５ｂは、直径の異なるファイバに付与された補償を示す概略図である。
【図６】 ６ａは、ファイバの後処理工程の概略図である。 ６ｂは、ファイバの後処理工程の概略図である。 ６ｃは、ファイバの後処理工程の概略図である。
【図７】 ７ａは、公称線形チャープ型格子の予想される性能からの偏差程度を示す図で
ある。 ７ｂは、図７ａと同様の偏差程度を示す図である。 ７ｃは、図７ａと同様の偏差程度を示す図である。 ７ｄは、図７ａと同様の偏差程度を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１月２４日（２００１．１．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｐｉｒｅｌｌｉ Ｃａｖｉ ｅ Ｓｉｓｔ ｅｍｉ Ｓ．ｐ．Ａ (72)発明者 ダーキン，マイケル・ケヴァン イギリス国ウスターシャー ダブリューア ール９・７キューエヌ，ドロイトウィッ チ，チェリー・クロース １ (72)発明者 イブセン，モーテン イギリス国ハンプシャー エスオー19・４ エスティー，サザンプトン，サミット・ウ ェイ 10

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光導波管における直径の変化を検知する方法において、 （ｉ）既知の物理的ピッチの光導波管内にてチャープ型格子を製造するステッ
    プと、 （ｉｉ）チャープ型格子の予想される時間的遅れからの偏差程度を測定するス
    テップとを備える、方法。
  2. 【請求項２】 請求項１による方法において、 光導波管内にて更なる格子を製造するステップを備え、 該更なる格子の格子特徴が、格子に沿った位置にて、それらの位置における導
    波管の直径に対し実質的に逆の関係にて変化するようにした、方法。
  3. 【請求項３】 請求項２による方法において、 前記格子及び更なる格子が異なる波長領域内で作動する、方法。
  4. 【請求項４】 請求項２又は３による方法において、 前記格子が前記更なる格子よりも弱い、方法。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つによる方法において、 導波管の少なくとも一部が感光性であり、 前記格子が、導波管を書き込み光ビームにより露出又は露光されることにより
    製造される、方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に従属する請求項５による方法において、 格子に沿った位置にて、それらの位置におけるファイバの直径に対する関係に
    て書き込み光ビームに対する露出程度を変化させるステップを備える、方法。
  7. 【請求項７】 請求項１に従属する請求項５による方法において、 格子に沿った位置にて、それらの位置におけるファイバの直径に対する関係に
    て更なる書き込みビームを選択的に露出させるステップを備える、方法。
  8. 【請求項８】 公称上均一な直径の導波管内にて光ファイバの導波管格子を
    製造する方法において、 既知の物理的ピッチの光導波管の一部分内にて格子部分を製造するステップと
    、 少なくとも最も直近に書き込んだ格子部分の予想される応答性からの偏差程度
    を測定するステップと、 少なくとも最も直近に書き込んだ格子部分に対する測定された偏差程度に依存
    して次の格子部分を書き込むべく格子パラメータを変化させるステップとを備え
    る、方法。
  9. 【請求項９】 公称上所定の直径プロファイルの導波管内にて光格子を製造
    する方法において、 格子に沿った位置にて、それらの位置における所定の直径プロファイルから導
    波管の直径の偏差程度に実質的に逆の関係にて格子の特徴を変化させるステップ
    を備える、方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９による方法において、 導波管が公称上均一な直径のプロファイルを有する、方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０による方法において、 格子の特徴が格子のピッチである、方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１の何れか１つによる方法において、 導波管が光ファイバである、方法。
  13. 【請求項１３】 公称上所定の直径プロファイルの導波管内に形成される光
    導波管格子において、 格子の特徴が格子に沿った位置にて、それらの位置における所定の直径プロフ
    ァイルから導波管の直径の偏差に対して実質的に逆関係にて変化されるようにし
    た、光導管格子。
  14. 【請求項１４】 請求項１３による光導波管格子において、 導波管が公称上均一な直径のプロファイルを有する、光導波管格子。
  15. 【請求項１５】 請求項１４又は１５による格子において、 格子の特徴が格子のピッチである、格子。
  16. 【請求項１６】 請求項１３乃至１５の何れか１つによる格子において、 導波管が光ファイバである、格子。
  17. 【請求項１７】 請求項１３又は１６の何れか１つによる格子において、 格子が略線形のチャープ型格子である、格子。
JP2000518250A 1997-10-24 1998-10-23 光導波管格子及び／又は特徴的な光導波管の製造方法 Pending JP2001521164A (ja)

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GB9722549.4 1997-10-24
GBGB9722549.4A GB9722549D0 (en) 1997-10-24 1997-10-24 Fabricating optical waveguide gratings and/or characterising optical waveguides
PCT/GB1998/003175 WO1999022199A2 (en) 1997-10-24 1998-10-23 Fabricating optical waveguide gratings and/or characterising optical waveguides

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CN (1) CN1185463C (ja)
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AU (1) AU731945B2 (ja)
BR (1) BR9813263A (ja)
CA (1) CA2307235C (ja)
DE (1) DE69824453T2 (ja)
GB (1) GB9722549D0 (ja)
NZ (1) NZ504183A (ja)
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