JP2002267856A - 光導波路グレーティングの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光導波路に一括してグレーティングを
形成することができるとともに波長選択特性にすぐれた
光導波路グレーィングの製造方法を提供する。 【解決手段】 ほぼ平行に配設された感光性の複数の光
導波路に対して、屈折率の変化を生じさせる波長を有し
長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有する照射光１を、そ
の長軸方向１_L を光導波路の光軸と直交する方向（Ｙ軸
方向）にほぼ一致させ、所定の位相マスク２を介して、
光軸方向（Ｘ軸方向）に走査しつつ照射し、複数の光導
波路に一括してグレーティングを形成し、かつ長軸方向
をＹ軸方向に一致させた照射光を、位相マスクを介さず
にＸ軸方向の前記グレーティング形成領域の両端付近に
位置決めして固定し、その照射光１ｓ，１ｅで前記両端
付近を照射することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバなどの
光伝送路による波長多重伝送にとって重要な光フィルタ
などに用いられる光導波路グレーティングの製造方法に
関するものであり、特に、複数の光導波路に一括してグ
レーティングを形成するとともに波長選択特性にすぐれ
た光導波路グレーティングの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】昨今のＩＴ革命によって、伝送方式につ
いても大容量高速化の必要性が高まり、この要求に応え
るものとして、波長多重伝送方式が採用されている。光
加入者線路網運用の保守監視システムにおいて、通信中
でも試験、監視ができるように通信波長（１．３１μ
ｍ、１．５５μｍ）以外の試験光（例えば１．６５μ
ｍ）を局側から入光し、光ケーブルの終端で反射させる
ようにしているが、この終端に用いられるターミネーシ
ョンケーブルには従来誘電体多層膜フィルタなどが用い
られてきた。しかし、最近では、低挿入損失、機械的安
定性、低コスト、優れた波長選択性が見込まれることか
ら、光導波路グレーティングへの切り換えが検討されて
いる。

【０００３】この光導波路グレーティングは、光導波路
のコアに一定の領域にわたって屈折率の高い部分と低い
部分が交互に繰り返されるように形成したものである。
このように光導波路グレーティングを形成する方法とし
ては、位相マスク法によるのが一般的である。これは、
図７に示すように、石英光ファイバ３０等の光導波路の
コアにＧｅＯ₂ 等をド−ピングしておき、位相マスク３
５を介して紫外光等の所定波長の照射光Ｌ₀ を照射する
方法で、位相マスク３５を通過して回折する照射光Ｌ₁
により生じる光の干渉縞３１を利用して、光強度の強弱
に応じた屈折率の変化を生じさせるものである（干渉縞
のピッチｐは位相マスク３５のグレーティング周期ｄの
２分の１となる）。例えば、ＧｅＯ₂ をドーピングした
石英ガラスファイバのコアは波長２４０ｎｍ近傍の紫外
線を照射すると屈折率が上昇する。また、あらかじめ高
圧水素処理を施すことにより紫外線に対する感度を大幅
に改善できることも知られている。

【０００４】ところで、光ファイバ１本ずつについて、
この様な照射を行ってグレーティングをを形成するので
は製造効率が悪く、上記のように増大する需要に耐えな
い。そこで例えば、特開２０００−６６０４０号公報に
は、図６に示すように、グレーティングを形成すべき光
ファイバ５１〜５４を並列配置手段３０に配置し、光源
４０から出力された照射光Ｌ₀ を、反射鏡４３及び４４
を介し、位相マスク４５を介して複数の光ファイバ５１
〜５４に照射して、一括して光ファイバグレーティング
を形成する製造装置と製造方法が開示されている。この
方法によれば、ステージコントローラ４２を制御して反
射鏡４１を移動させ、複数の光導波路それぞれの光軸に
直交する方向（Ｙ軸方向）に照射光を走査するので、複
数の光導波路グレーティングを一括して製造することが
できる。

【０００５】しかし、光導波路グレーティングを形成す
る際、さらに次のような問題点がある。 イ、光導波路の光軸方向（Ｘ軸方向）の照射部分の僅か
な位置ずれのために、光フィルタの通過帯域又は反射帯
域の中心波長のズレ、帯域幅のずれなどが生じる。 ロ、グレーティングが光の伝搬方向に対して均一な場合
には、後述するように累積照射量の分布が山形となって
屈折率分布もそれに対応し、帯域内の減衰量と帯域外の
減衰量の差が小さく、不要波を十分に除去できない。

【０００６】そこで、光導波路グレーティングの形成領
域の一端から他端まで、照射光で照射することにより、
屈折率変調をグレーティング方向に平均値が平坦なベル
状にして波長特性を改善する方法（アポダイゼーショ
ン）が行われている。例えば、特開平１１−３２６６６
４号公報には、図８に示すように、レーザの照射光量Ｒ
を一端（移動距離ｄ＝０）から中央部（移動距離ｄ＝
２．５ｍｍ）までは減少させつつ移動させ、中央部から
他端（移動距離ｄ＝５ｍｍ）までは増大させつつ移動さ
せる方法などが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開２００
０−６６０４０号公報に示されれたような一括してグレ
ーティングを形成する製造方法において、Ｙ軸方向に照
射光を走査する際、同時にアポダイゼーションを行うに
は、高価なアポダイズド位相マスクが必要になる。ま
た、Ｙ軸方向に照射光を走査するグレーテイング形成工
程の後、特開平１１−３２６６６４号公報に示された照
射工程を加える方法では、グレーテイング形成工程にお
ける各光導波路に対する微妙な照射量の差や、微妙な照
射位置の差と、後からの照射工程における照射開始位
置、照射終了位置、途中の照射量変化等の制御のずれと
が重なってバラツキを生じるので、制御についても高い
精度が要求される。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解消しようとす
るものであって、複数の光導波路に一括してグレーィン
グを形成することができ、しかもアポダイゼーションの
制御も容易に且つ正確に行うことのできる光導波路グレ
ーティングの製造方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、本発明の光導波路グレーティングの製造方法
は、感光性の複数の光導波路をほぼ平行に配設する配設
工程と、前記複数の光導波路に対して屈折率の変化を生
じさせる波長の照射光を照射する照射工程とを含む光導
波路グレーティングの製造方法において、前記照射工程
は、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有す
る照射光を、その長軸方向を前記複数の光導波路の光軸
と直交する方向（Ｙ軸方向）にほぼ一致させ、所定の位
相マスクを介して、前記各光導波路の光軸方向（Ｘ軸方
向）に走査しつつ照射し、複数の光導波路全部にに一括
してグレーティングを形成するグレーティング形成ステ
ップと、長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた前記照射
光を、位相マスクを介さずに前記複数の光導波路のＸ軸
方向の前記グレーティング形成領域の両端付近に位置決
めし固定して照射する照射ステップとを含むことを特徴
とする。

【００１０】この光導波路グレーティングの製造方法に
よれば、照射光がビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強
度を有するので、Ｙ軸方向に走査する必要がなく、複数
の光導波路それぞれに一括して均一な強度の光を照射す
ることができる。また、照射ステップも、長軸方向を前
記Ｙ軸方向に一致させた照射光を、位相マスクを介さず
に複数の光導波路のＸ軸方向のグレーティング形成領域
の両端付近に位置決めし固定して照射するだけであるか
ら、位置決めは容易であり、照射時間を制御するだけで
適切なアポダイゼーションを行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図示例に
もとづいて説明する。図１及び図２は、本発明の光導波
路グレーティングの製造方法の説明図であり、図１(a)
、図２(a) は、グレーティング形成ステップの説明
図、図１(b) 、図２(b) は、形成された光導波路グレー
テイングにアポダイゼーションを施すための照射ステッ
プの説明図である。図３は、本発明の光導波路グレーテ
ィングの製造方法によって得られる屈折率分布の説明
図、図４は、本発明の製造方法によって得られた光導波
路グレーティングの遮断特性の一例、図５は、照射ステ
ップを行っていない光導波路グレーティングの遮断特性
の一例である。

【００１２】図１、図２において、１１，１２，１３，
１４は、グレーテイィング形成前の感光性の光ファイバ
であり、Ｖ溝を有する基台３などを用いて、ほぼ平行に
配設される。１は、これに屈折率の変化を生じさせる波
長の照射光であり、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な
強度分布を有している。２は、位相マスクであり、図
６、図７に基づいて説明したように光ファイバコア上に
光の干渉縞を生じさせ、それに伴う光強度の強弱に応じ
た屈折率の変化を生じさせるものである。光ファイバ１
１〜１４は、例えばコアにＧｅＯ₂ をドーピングした石
英ガラスファイバとし、グレーティングを形成しようと
する領域については予め被覆を除去してある。基台３
は、矩形の枠状体であり、貫通部３ａが設けられてい
る。そして、平行な枠である支持部３ｂ、３ｃに光ファ
イバ１１〜１４を支持するＶ溝が等間隔に形成されてい
る。

【００１３】先ず、配設工程では、予め被覆を除去した
グレーティング形成領域が貫通部３ｂ上に位置するよう
にして、光ファイバ１１〜１４を支持部３ｂ、３ｃのＶ
溝に載置し、図示しない固定具で固定する。位相マスク
２は、所望のグレーティング周期に対応した干渉縞を生
じるように形成され、複数本の光ファイバ１１〜１４そ
れぞれに均等なグレーティングを生じるように配設され
る。

【００１４】次に、照射工程について説明する。先ず、
照射光１の光源は、光導波路を、コアにＧｅＯ₂ をドー
ピングした石英ガラスファイバとする場合、前述のよう
に、波長２４０ｎｍ近傍の紫外線を発光するエキシマレ
ーザが用いられる。図示のように、ビーム断面の長軸方
向にほぼ平坦な蒲鉾形の強度分布を有するもので、照射
幅Ｗ₁ が、光ファイバの配設幅Ｗ ₂ より広いものを用い
ればレンズ等を用いる必要がないか、必要となるにして
も集光して強度を強めるためのものである。また、光源
の照射幅Ｗ₁ が光ファイバの配設幅Ｗ₂ より狭い場合
も、レンズ等を用いて配設幅Ｗ₂ より広い平行光に変換
すればよい。

【００１５】このような光源から得られた照射光１を、
ビーム断面の長軸方向１_L を光ファイバの光軸と直交す
る方向（Ｙ軸方向）とほぼ一致させ、光軸方向（Ｘ軸方
向）に走査Ｓしつつ照射することにより、図１(b) に示
すように、それぞれに均等なグレーティング２５が形成
された４本の光ファイバ２１〜２４が得られる（図１
(b) において、光ファイバ２１〜２４の縞模様はコア内
に生じた屈折率分布を模式的に示したものである。この
ような屈折率分布は通常コア内に形成するものである
が、場合によっては、コアとともにクラッドに形成する
こともある）。照射光１がビーム断面の長軸方向にほぼ
平坦な強度を有するので、Ｙ軸方向には、走査する必要
がなく、複数の光導波路それぞれに一括して均一な強度
の光を照射することができる。

【００１６】次に、図２(a) に基づいて、上記グレーテ
ィング形成ステップにおける照射量分布について説明す
る。図２(a) はＸ軸方向に、ほぼ平行に配設した光ファ
イバ１１〜１４に位相マスク２を介してＺ軸方向に照射
する照射光１をＸ軸方向に走査Ｓしたときの照射光量の
説明図であり、実線１ａは、照射光１のＸ−Ｚ面内の強
度分布である。いま、照射光１を位相マスクを介さずに
Ｘ軸方向に走査ＳしながらＺ軸方向に照射すると累積照
射量のＸ−Ｚ面内の分布は、点線Ｐ₀ のように山形にな
る。したがって、位相マスク２を介して照射した場合
は、図２(b) の実線Ｐ₁ のように包絡線Ｐ₀ に内接する
山形の脈動波となり、平均屈折率もこれに対応する。し
たがって、この状態の光ファイバ１１〜１４では、前述
のように、中心波長のずれ、帯域幅のずれなどが生じ、
帯域内の減衰量と帯域外の減衰量の差が小さく、不要波
を十分に除去できない。

【００１７】そこで、図１(b) に示すように、位相マス
ク２を外して、照射を行う。すなわち、先ずグレーティ
ング形成領域Ｇの一端２５ｓの上にビーム断面の長軸１
_L がくるように移動ステージを用いるなどして光源の位
置を位置決めをし、固定した光源から出射される照射光
１ｓで照射する。次いで、グレーティング形成領域Ｇの
他端２５ｅの上にビーム断面の長軸１_Lがくるように移
動ステージを用いるなどして光源の位置を位置決めし、
固定した光源から出射される照射光１ｅで照射する。

【００１８】図２(b) に、その累積照射量のＸ−Ｚ面内
の分布を示す。点線Ｐｓは、グレーティング形成領域Ｇ
の一端２５ｓの上にビーム断面の長軸１_L がくるように
位置決めをし固定した光源から出射される照射光１ｓの
累積照射量の分布を示し、点線Ｐｅは、グレーティング
形成領域Ｇの他端２５ｅの上にビーム断面の長軸１_L が
くるように位置決めをし固定した光源から出射される照
射光１ｅの累積照射量の分布を示す。いずれも、その分
布形状は図２(a) の実線１ａと相似形をなすが、照射時
間Ｔが長くなるにつれて、累積照射量も大きくなる。

【００１９】そこで、累積照射量分布Ｐｓ及びＰｅが、
グレーティングのための照射量の包絡線Ｐ₀ とほぼ等し
くなるように照射時間Ｔを制御すると、包絡線Ｐ₀ と累
積照射量分布Ｐｓ及び累積照射量分布Ｐｅとが重なる領
域Ａｓ及びＡｅの屈折率分布が点線Ｐｓ，Ｐｅまで高め
られ、図３に示すように、グレーテイング領域の屈折率
分布は実線ｎ₂ のようになる。この屈折率分布ｎ₂ は、
Ｘ軸方向に平坦な平均値ｎ_A の上下に脈動する波形とな
り、領域Ａｓ及びＡｅのような平均屈折率の相対的に低
い部分がないので、遮断特性が良くなると言える。

【００２０】この照射ステップは、長軸方向をＹ軸方向
に一致させた照射光を、グレーティング形成領域の両端
付近に位置決めし固定して照射するだけであるから、位
置決めは容易であり、照射時間を制御するだけで、適切
なアポダイゼーションを行うことができる。

【００２１】上記の実施の形態では、光導波路として、
光ファイバを例示したが、平面型光導波路でも適用可能
であることはいうまでもない。また、感光性の光ファイ
バとしてコアにＧｅＯ₂ をドーピングした石英ガラスフ
ァイバを例示し、屈折率に変化を生じさせる波長の照射
光として、波長が２４０ｍｍ近傍の紫外線を例示したが
これに限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに示
す。 ＜実施例＞コアにＧｅＯ₂ をドーピングした石英ガラス
光ファイバ４本を１５０kg／≡の高圧水素中で１週間処
理した。この石英ガラス光ファイバ２０本を２５０μｍ
の間隔でほぼ平行に配設してグレーティングを形成し
た。光源として、エキシマレーザ装置を用いて、出力１
３０ｍＪ、レーザ繰り返し周波数２０Ｈｚで、ビームの
長軸の長さ約２０ｍｍのものである。このビームをレン
ズを用いて５ｍｍ幅の平行光とし、走査速度０．１２ｍ
ｍ／分で約５７分間走査した。次に、このグレーティン
グ形成ステップを終えた光ファイバ２０本のグレーティ
ング形成領域Ｇを８ｍｍとしてその両端付近を照射光が
照射するよう位置決めして固定し、両端それぞれ１０分
間の照射を行った。こうして得られた光ファイバグレー
ィングについて、その波長−反射量特性をスペクトルア
ナライザを用いて測定した。その結果の一例を図４に示
す（縦軸の１目盛は５ｄＢを表す）。その他の試料の測
定結果もほぼ同様で、ばらつきは殆どなかった。

【００２３】＜比較例＞上記実施例と同様の水素処理を
した同様の光ファイバ２０本を、同様の光源を用い、紫
外光を走査速度０．１２ｍｍ／分で約４０分間走査し
た。こうして得られた照射ステップを行わない光ファイ
バグレーティングについて、その波長−反射量特性をス
ペクトルアナライザを用いて測定した。その結果の一例
を図５に示す（縦軸の１目盛は５ｄＢを表す）。いずれ
の場合も２０本の光ファイバに一括してグレーティング
を行うことができたが、上記の結果を比較すれば明らか
なように、比較例の場合は１．６６μｍ以上の波長にお
ける反射量が大きく、波長−反射量特性が悪いが、照射
ステップによって、アポダイゼーションを行った実施例
の方は、帯域外の反射量が小さく、波長−反射量特性が
よかった。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項
１記載の発明によれば、照射光がビーム断面の長軸方向
にほぼ平坦な強度分布を有するので、Ｙ軸方向に走査す
る必要がなく、複数の光導波路それぞれに一括して均一
な強度の光を照射することができ、また、照射ステップ
も、長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた照射光を、位
相マスクを介さずに複数の光導波路のＸ軸方向のグレー
ティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射
するだけであるから、位置決めは容易であり、照射時間
を制御するだけで適切なアポダイゼーションを行うこと
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路グレーティングの製造方法の
説明図である。

【図２】本発明の光導波路グレーティングの製造方法の
説明図である。

【図３】本発明の光導波路グレーティングの製造方法に
よって得られる屈折率分布の説明図である。

【図４】本発明の実施例の製造方法によって得られた光
導波路グレーティングの波長−反射量特性の一例を示す
図である。

【図５】本発明の比較例の製造方法によって得られた光
導波路グレーティングの波長−反射量特性の一例を示す
図である。

【図６】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説
明図である。

【図７】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説
明図である。

【図８】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説
明図である。

【符号の説明】

１ 照射光 １ｓ，１ｅ グレーティング形成領域の端部に位置する
照射光 １_L 照射光の長軸方向 ２ 位相マスク ３ 基台 １１，１２，１３，１４ 光ファイバ ２１，２２，２３，２４ グレーテイングを形成した光
ファイバ Ｇ グレーティング形成領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金高 健二 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 経済産 業省産業技術総合研究所 大阪工業技術研 究所内 (72)発明者 高木 正和 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA02 AA06 AA33 AA45 AA59 AA62 2H050 AB05X AC82 AC84 AD00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光性の複数の光導波路をほぼ平行に配
   設する配設工程と、前記複数の光導波路に対して屈折率
   の変化を生じさせる波長の照射光を照射する照射工程と
   を含む光導波路グレーティングの製造方法において、 前記照射工程は、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強
   度分布を有する照射光を、その長軸方向を前記複数の光
   導波路の光軸と直交する方向（Ｙ軸方向）にほぼ一致さ
   せ、所定の位相マスクを介して、前記各光導波路の光軸
   方向（Ｘ軸方向）に走査しつつ照射し、複数の光導波路
   全部に一括してグレーティングを形成するグレーティン
   グ形成ステップと、 長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた前記照射光を、位
   相マスクを介さずに前記複数の光導波路のＸ軸方向の前
   記グレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定
   して照射する照射ステップとを含むことを特徴とする光
   導波路グレーティングの製造方法。