JP2001526403A - 振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法 - Google Patents

振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法が開示される。光ファイバにレーザ光を選択的に通過せしめて長周期格子を製作するとき、振幅マスクは前記光ファイバに周期的に前記レーザ光を通過せしめる。振幅マスクは、前記レーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非通過領域が周期的に交互に配置される２枚のマスクを具備し、前記２枚のマスクは、連続的に互いに反対方向に回転される。通過領域の周期が連続的に変わることを特徴とする。本発明に係る振幅マスクは、一定の周期をもつ２枚のマスクが互いに反対方向に回転せしめられて、その回転角に応じた振幅マスク周期をもつので、連続的に周期を変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光受動素子に係り、特に、振幅マスク、これを用いた長周期格子フィ
ルタ(long period grating filter)製造装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（背景技術） 近年、光通信の発達に伴って、光受動素子として長周期格子フィルタに多くの
関心が寄せられている。長周期格子フィルタは、光ファイバのコアに進行するコ
アモード(core mode)をクラッドモード(cladding mode)にカップリングせしめる
素子であって、紫外線に敏感な光ファイバのコアに周期的に屈折率の変化を与え
て製作する。すなわち、光に露出された部分は屈折率が増大する一方、そうでな
い部分は変化がなく、周期的な屈折率の変化が生じる。そして、コアモードをク
ラッドモードにカップリングせしめるには、下記の数１を満たす必要がある。
【０００３】
【数１】 ところで、数１において、β＝２πｎ/λ（ここで、ｎは屈折率）を代入すれ ば、数１はｎＣＯ−ｎＣｌ＝λ/Λとなる。従って、ある波長をクラッドモード に変えるには、周期Λ及び屈折率差ｎＣＯ−ｎＣｌを定めれば良い。前述の屈折
率差は、紫外線に敏感な光ファイバに紫外線レーザーを適宜照射することにより
得られる。
【０００４】 図１は、従来の長周期格子フィルタ製造装置を概略的に示すブロック図である
。図１による従来の長周期格子フィルタ製造装置は、高出力のエキシマレーザ光
源１００と、ミラー１０２と、レンズ１０４と、シリカマスク１０６および光フ
ァイバ１０８により構成されている。光源１００は紫外線レーザを照射する。ミ
ラー１０２は光源１００から照射されたレーザ光の経路を変える。レンズ１０４
はミラー１０４により該経路が変えられたレーザ光の焦点を調節する。シリカマ
スク１０６はレンズを通過したレーザ光を選択的に通過させる。光ファイバ１０
８はシリカマスク１０６を通過したレーザ光が照射されてコアに長周期格子が形
成される。
【０００５】 レーザ光がレンズ１０４を通過してシリカマスク１０６と接触して光ファイバ
１０８に照射されれば、光ファイバ１０８は一定の周期をもってその屈折率が変
わり、光ファイバ１０８には長周期格子が形成される。このとき、光ファイバ１
０８に光源１１０を使って光を通過させながら、検出器１１２で光を検出するこ
とにより長周期格子フィルタの光学的な特性が得られる。
【０００６】 しかし、前述の長周期格子フィルタ製造装置において、シリカマスク１０６は
、シリカ基板上にクロム（Ｃｒ）を塗布してからパターニングして得られたクロ
ムパターンで構成されており、このクロムパターンによってレーザ光が選択的に
通過させられる。しかし、クロムパターンは損傷限界が１００ｍＪ／ｃｍ２と低
く、高出力のエキシマレーザ光が効率良く利用できない短所がある。さらに、前
述のシリカマスクはシリカ基板上にクロムパターンを形成して製造するため、最
初にデザインされたパターンに応じて決められる１つの周期しか持っていない短
所がある。従って、相異なる周期をもつ長周期格子フィルタを得るには、相異な
る周期をもつ多数枚の振幅マスクが必要となり、コスト高となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が達成しようとする目的は、一定の周期をもつ２枚のマスクを重ね合わ
せ、且つ所定角度をもって互いに反対方向に回転させて前記所定周期が連続的に
変わる振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法を提
供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（発明の開示） 前記目的を達成するために、本発明は、光ファイバにレーザ光を選択的に通過
させて長周期格子を製作するとき、前記光ファイバに周期的に前記レーザ光を通
過させる振幅マスクは、前記レーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非
通過領域が周期的に交互に配置される２枚のマスクを具備し、前記２枚のマスク
は連続的に互いに反対方向に回転させられて形成された通過領域の周期が連続的
に変わることを特徴とする。
【０００９】 前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を生成するレーザ光源と、所
定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分だけ回転させることにより
その周期が調節され、該調節された周期に応じて前記レーザ光を長周期格子が形
成される光ファイバに選択的に通過させる振幅マスクと、前記２枚のマスクを所
定角度をもって互いに反対方向に回転させる回転手段とを含むことを特徴とする
。
【００１０】 前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から発
せられたレーザ光の経路を変えるミラーと、前記経路の変えられたレーザ光の焦
点を調節するレンズと、所定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分
だけ回転させることにより前記所定周期が調節され、該調節された周期に応じて
前記レンズを通過したレーザ光を長周期格子が形成される光ファイバに選択的に
通過させる振幅マスクと、前記光ファイバに形成された長周期格子フィルタのカ
ップリングピークを測定する測定部と、前記測定部から前記カップリングピーク
時の波長が伝達されて所望のカップリングピーク波長が得られるように前記振幅
マスクの周期を調節する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１１】 前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を通過させる通過領域及び通
過させない非通過領域が交互に配置される２枚のマスクを重ね合わせて互いに反
対方向に回転させる段階と、前記回転させられた２枚のマスクにより所定周期を
もって形成された通過領域に前記レーザ光を通過させて光ファイバに照射し、前
記光ファイバに長周期格子を形成する段階と、前記長周期格子が形成された光フ
ァイバに光を通過させて前記長周期格子によるカップリングピークを測定し、該
測定されたカップリングピークが所望の波長でなされるように前記２枚のマスク
の回転角度を調節する段階とを含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（発明を実施するための最良の態様） 以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例をさらに詳細に説明する。図２
は、本発明を達成するためのマスクの構造を示す図である。図３は、所望の周期
が得られるように図２のマスクの２枚を互いに反対方向に所定角度分だけ回転さ
せた結果を示す図である。図２によるマスクは、肉厚が約０.２ｍｍと薄い金属 基板２００、例えば、ステンレス基板に数百μｍの周期（Λ０＝２ｄ）にて光が
通過可能な通過領域２０２及びその他の非通過領域２０４から構成される。通過
領域２０２は、二酸化炭素レーザを用いた加工または化学的エッチングなどの方
法により加工される。金属基板２００は、損傷限界の制限を無くすため、高パワ
ーの紫外線レーザが光源として使用できるという利点がある。レーザが通過領域
２０２を通過し、これにより光導波路の屈折率が高まる。金属からなる非通過領
域２０４は紫外線レーザを遮断する。
【００１３】 本発明に係る振幅マスクは、図２に示された２枚のマスクを回転ジグ（図示せ
ず）に重ねて固定した後に、２枚のマスクを各々精度良く回転させる。図３は、
２枚のマスク３００をα゜分だけ回転せしめた場合を示すものであって、参照番
号３０２は光ファイバまたは光導波路の方向である。３０４、３０６は一番目及
び二番目のマスクが各々α゜分ずつ回転させられたことを示す。３０８はレーザ
ーが通過する領域であり、Λは本発明の振幅マスクの周期である。振幅マスクの
周期Λは、図４に示されたように、回転角αに対し、下記の数２のように決定さ
れる。
【００１４】
【数２】 XCOSα＝ａ１＝ａ２ XSin２α＝ｄ ａ１＝ｄCOSα/Sin２α ２ｄ＝Λ０ Λ＝２Λ０COSα/Sin2α 式中、Λ０は１枚のマスクの周期を表わす。
【００１５】 図５は、２枚のマスク５００を図３の回転角度α°よりも大きいβ°分だけ回
転させた場合を示すものであって、参照番号５０２は光ファイバまたは光導波路
の方向である。回転角度が図３の場合に比べて大きくなるにつれてその周期は小
さくなったことが分かる。図６は、周期Λ０が１００μmであるマスクを使用し た場合の、回転角αに応じた振幅マスクの周期変化を示すものである。図６によ
れば、振幅マスクの周期は回転角が１０°で１４０μmから６００μm以上まで連
続的に調節可能である（αが０°であるとき、周期は無限大となる）。
【００１６】 図７は、本発明の振幅マスクを用いた長周期格子フィルタ製造装置を概略的に
示すブロック図である。図７による長周期格子フィルタ製造装置は、エキシマレ
ーザ光源７００と、ミラー７０２と、レンズ７０４と、振幅マスク７０６と、光
ファイバ７０８と、光源７１０と、測定部７１２及び制御部７１４により構成さ
れている。ミラー７０２はエキシマレーザ光源７００から発せられたレーザ光の
経路を変える。レンズ７０４はミラー７０２により該経路が変えられたレーザ光
の焦点を調節する。振幅マスク７０６はレンズを通過したレーザ光を選択的に通
過させて、図２に示された２枚のマスクを回転ジグ（図示せず）に重ねて固定し
た後に、２枚のマスクを各々精度良く回転させる。光ファイバ７０８は前述の振
幅マスク７０６を通過したレーザ光が照射されてコアに長周期格子が形成される
。測定部７１２は長周期格子が形成された光ファイバ７０８を通過した光の特性
を測定する。制御部７１４は測定部７１２で測定されるカップリングピークに応
じて振幅マスク７０６の周期を調節する。
【００１７】 ここで、カップリングピークとは、長周期格子において各波長のコアモードが
クラッドモードにカップリングされることにより消光比(extinction ratio)が最
大になることをいう。
【００１８】 長周期格子製造装置を用いた長周期格子フィルタの製作は、下記の通りである
。先ず、エキシマレーザ光源７００で生成されたレーザ光がミラー７０２及びレ
ンズ７０４を通過して振幅マスク７０６と接触して光ファイバ７０８に照射され
る。振幅マスク７０６を通過したレーザ光が照射された部分の光ファイバは屈折
率が変わり長周期格子が形成される。このとき、長周期格子が形成された光ファ
イバ７０８に光源７１０で生成された光を通過させて、測定部７１２で光ファイ
バ７０８を通過した光の強度及び波長を測定する。制御部７１４は光ファイバ７
０８から所望のカップリングピーク波長が得られるように振幅マスクの周期を調
節する。
【００１９】
【発明の効果】
（産業上の利用可能性） 以上説明したように、本発明に係る振幅マスクは、一定の周期をもつ２枚のマ
スクが互いに反対方向にせしめられて、その回転角に応じた振幅マスク周期をも
つので、連続的に周期を変えることができる。さらに、長周期格子フィルタの製
造に際して、単一の周期をもつシリカマスクに代えて、周期が調節可能な振幅マ
スクを採用することにより、周期に敏感なカップリングピーク波長が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の長周期格子フィルタ製造装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】 本発明を達成するためのマスクの構造を示す図である。
【図３】 所望の周期が得られるように図２のマスクの２枚を互いに反対方向に所定の角
度分だけ回転せしめた結果を示す図である。
【図４】 図３において、回転角度による振幅マスクの周期決定過程に対して示す図であ
る。
【図５】 図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
【図６】 周期Λ０が１００μmであるマスクを使用した場合、回転角αによる振幅マス クの周期変化を示す図である。
【図７】 本発明に係る振幅マスクを用いた長周期格子フィルタ製造装置に対する概略を
示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA02 AA33 AA59 AA62 2H050 AA01 AC84 AD16 2H095 BA12 BB02 BB08 BB33 BB34 BB36 BC27

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバにレーザ光を選択的に通過させて長周期格子を製
    作するとき、前記光ファイバに周期的に前記レーザ光を通過させる振幅マスクに
    おいて、 前記レーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非通過領域が周期的に交
    互に配置された２枚のマスクを具備し、前記２枚のマスクは連続的に互いに反対
    方向に回転させられて形成され、通過領域の周期が連続的に変わることを特徴と
    する振幅マスク。
  2. 【請求項２】 前記マスクの基板材質は金属であることを特徴とする請求項
    １に記載の振幅マスク。
  3. 【請求項３】 前記振幅マスクの周期Λは、 Λ０を前記マスクの周期とし、αを前記２枚のマスクの回転角度とするとき、 Λ＝２Λ０COSα/Sin2α のように決定されることを特徴とする請求項１に記載の振幅マスク。
  4. 【請求項４】 レーザ光を生成するレーザ光源と、 所定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分だけ回転させることに
    より前記所定周期が調節され、該調節された周期に基づき前記レーザ光を長周期
    格子が形成される光ファイバに選択的に通過させる振幅マスクと、 前記２枚のマスクを所定角度をもって互いに反対方向に回転させる回転手段と
    、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタ製造装置。
  5. 【請求項５】 第２光源と、 前記第２光源により生成された光が前記長周期格子が形成された光ファイバの
    他側に入射するとき、前記長周期格子が形成された光ファイバの一側において前
    記長周期格子フィルタのカップリングピークを測定する測定部と、 前記測定部から前記カップリングピーク時の波長が伝達されて所望のカップリ
    ングピーク波長が得られるように前記回転手段を制御する制御部と、 をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の長周期格子フィルタ製造
    装置。
  6. 【請求項６】 前記マスクの基板材質は金属であることを特徴とする請求項
    ４に記載の長周期格子フィルタ製造装置。
  7. 【請求項７】 前記振幅マスクの周期Λは、 Λ０を前記マスクの周期とし、αを前記２枚のマスクの回転角度とするとき、 Λ＝２Λ０COSα/Sin2α のように決定されることを特徴とする請求項５に記載の長周期格子フィルタ製造
    装置。
  8. 【請求項８】 レーザ光源と、 前記レーザ光源から発せられたレーザ光の経路を変えるミラーと、 前記経路の変えられたレーザ光の焦点を調節するレンズと、 所定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分だけ回転させることに
    より前記所定周期が調節され、該調節された周期に応じて前記レンズを通過した
    レーザ光を長周期格子が形成される光ファイバに選択的に通過させる振幅マスク
    と、 前記光ファイバに形成された長周期格子フィルタのカップリングピークを測定
    する測定部と、 前記測定部から前記カップリングピーク時の波長が伝達されて所望のカップリ
    ングピーク波長が得られるように前記振幅マスクの周期を調節する制御部と、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタの製造装置。
  9. 【請求項９】 レーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非通過領域
    が交互に配置された２枚のマスクを重ね合わせて互いに反対方向に回転させる段
    階と、 前記回転させられた２枚のマスクにより所定周期をもって形成された通過領域
    に前記レーザ光を通過させて光ファイバに照射し、前記光ファイバに長周期格子
    を形成する段階と、 前記長周期格子の形成された光ファイバに光を通過させて前記長周期格子によ
    るカップリングピークを測定し、該測定されたカップリングピークが所望の波長
    で回転されるように前記２枚のマスクの回転角度を調節する段階と、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタの製造方法。
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