JP2002323624A - 長周期グレーティング素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号光波長帯域において複数の損失ピーク波
長を有しサイズが小さい長周期グレーティング素子を提
供する。 【解決手段】 長周期グレーティング素子１は、ＧｅＯ
₂が添加されたコア領域１１とこれを取り囲むクラッド
領域１２とを含む石英系の光ファイバ１０の長手方向に
沿った一定範囲において、複数の第１領域Ａが離散的に
配置され、これら第１領域Ａ内の各位置の屈折率は、一
定範囲内全体を通じて第１の周期で屈折率が変調されて
いるときと同一の屈折率に変調されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の長手方
向に沿った一定範囲において屈折率変調が形成されてい
てコアモード光をクラッドモード光に変換する長周期グ
レーティング素子、および、この長周期グレーティング
素子を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】長周期グレーティング素子は、光導波路
（光ファイバまたは平面光導波路）の長手方向に沿った
一定範囲において長周期（数百μｍ程度の周期）の屈折
率変調が形成されている。この屈折率変調により、特定
波長のコアモード光をクラッドモード光に変換すること
で、この特定波長光をコアからクラッドへと漏洩させ
る。このような長周期グレーティング素子は、入射する
光のうち選択的に特定波長の光に対して損失を与えるこ
とから、光フィルタとして用いられる。また、長周期グ
レーティング素子は、無反射であるという特徴を有して
いることから、波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Div
ision Multiplexing）光伝送システムにおいて光増幅器
の利得を等化する利得等化器などとして好適に用いられ
得る。

【０００３】単一の周期の屈折率変調が形成された長周
期グレーティング素子は、通常の光通信で用いられる信
号光の波長帯域において、ガウス関数で近似される形状
の損失ピークを１つ有している。これに対して、光増幅
器用の利得等化器は、光増幅器が有する利得スペクトル
と同形状の損失スペクトルを有することが必要であっ
て、損失ピーク波長が互いに異なる複数の損失ピークが
重畳された形状の損失スペクトルを有することが必要で
ある。このことから、利得等化器として好適に用いられ
る長周期グレーティング素子は、互いに周期の異なる屈
折率変調が形成された複数の長周期グレーティングが融
着などにより縦続接続されることで実現され得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の複数の損失ピーク波長を有する長周期グレーティ
ング素子は、複数の長周期グレーティングが縦続接続さ
れたものであることから、サイズが大きい。特に、複数
の長周期グレーティングが融着接続されたものである場
合には、その融着のためにさらに余長部が必要であるこ
とから、さらに長尺化してしまう。

【０００５】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、信号光波長帯域において複数の損失ピ
ーク波長を有しサイズが小さい長周期グレーティング素
子およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る長周期グレ
ーティング素子は、長手方向に沿って一定範囲の屈折率
を数百μｍオーダーで周期的に変調させた長周期グレー
ティング素子であって、この一定範囲には、複数の第１
領域が離散的に配置され、これら第１領域内の各位置の
屈折率は、一定範囲内全体を通じて第１の周期で屈折率
が変調されているときと同一の屈折率に変調されている
ことを特徴とする。

【０００７】この長周期グレーティング素子は、上記一
定範囲において複数の第１領域それぞれに形成された第
１周期の屈折率変調の寄与による損失ピークを有する
他、上記一定範囲において複数の第１領域が離散的に配
置されていることによる損失ピークを有する。前者の損
失ピークの波長は、第１周期に応じて決定される。後者
の損失ピークの波長は、複数の第１領域の配置により決
定される。これらが適切に設定されることで、この長周
期グレーティング素子は、通常の光通信で用いられる信
号光の波長帯域において複数の損失ピークを有するもの
となり、しかも、サイズを小さくすることができる。

【０００８】これら第１領域の長さ間の偏差およびその
間の長さ間の偏差がいずれも第１の周期の２倍より小さ
いことが好ましい。この場合に、第１領域は、実質的に
一定の長さで一定の周期で配置されているものとみなし
得る。そして、上記一定範囲において複数の第１領域が
離散的に配置されていることによる損失ピークの波長
は、この長さ、周期を適切に設定することで調整され
る。

【０００９】第１領域の各領域の屈折率変調の振幅が互
いに等しいことが、複数の第１領域それぞれにおける平
均屈折率が一定となるから好適である。

【００１０】さらに、一定範囲内の第１領域を除いた領
域に離散的に配置された複数の領域であって、各領域の
各位置の屈折率は、一定範囲内全体を通じて第１の周期
とは異なるそれぞれ固有の周期で屈折率が変調されてい
るときと同一の屈折率に変調されている領域群を１つな
いし複数群備えていることが好ましい。この場合には、
長周期グレーティング素子は、さらに、上記一定範囲に
おいて各領域群の領域それぞれに形成された屈折率変調
の寄与による損失ピークを有する他、上記一定範囲にお
いて各領域群中の領域が離散的に配置されていることに
よる損失ピークを有する。

【００１１】各群の領域が隙間なく順番に配置されてい
ると、長周期グレーティング素子のサイズを小さくする
上で好適である。

【００１２】これら各領域の長さ間の偏差およびそれら
の間の長さ間の偏差がいずれも当該領域の屈折率周期の
２倍より小さく設定されていると、各群の領域は、一定
の長さで一定デューティ比で配置されているものとみな
し得る。そして、上記一定範囲において各群の領域が離
散的に配置されていることによる損失ピークの波長は、
これらの配置の周期を適切に設定することで調整され
る。

【００１３】各領域のそれぞれの領域の屈折率変調の振
幅を同一群内で互いに等しく設定すると、同一群内の各
領域間の平均屈折率が一定となるから好適である。全領
域で互いに等しく設定すると全領域の平均屈折率が一定
となるから好適である。

【００１４】本発明に係る長周期グレーティング素子製
造方法は、上記の本発明に係る長周期グレーティング素
子を製造する方法であって、一定の範囲に沿ってその全
域に所定の周期に応じてマスクパターンが形成された第
１の強度変調マスクと、一定の範囲に沿って複数の光透
過部の間に光遮断部が配置されている第２の強度変調マ
スクとを用意し、これら２つの強度変調マスクを互いに
重ねて加工対象となる光導波路上に配置し、これら２つ
のマスクを透過した屈折率変化誘起光を光導波路に照射
して屈折率変化を起こさせて長周期グレーティングを製
造することを特徴とする。

【００１５】さらに、第１の強度変調マスクとしてマス
クパターンの異なる複数のマスクを用意し、第２の強度
変調マスクとして光透過部の配置の異なる複数のマスク
を用意し、第１の強度変調マスクと第２の強度変調マス
クの組み合わせを代えてマスクの配置、屈折率変化誘起
光照射を繰り返せば複数の群を形成することが可能とな
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。なお、各図における寸法比は、説明のた
め誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは
一致しない。

【００１７】（第１実施形態）先ず、本発明に係る長周
期グレーティング素子の第１実施形態について説明す
る。図１は、第１実施形態の長周期グレーティング素子
１の説明図である。この図は、光軸を含む面で長周期グ
レーティング素子１を切断したときの断面を示してい
る。この図に示された長周期グレーティング素子１は、
ＧｅＯ₂が添加されたコア領域１１とこれを取り囲むク
ラッド領域１２とを含む石英系の光ファイバ１０の長手
方向に沿った一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域Ａそ
れぞれに第１周期Λ₁の屈折率変調がコア領域１１に形
成されている。

【００１８】長手方向（光軸方向）にｚ軸を設定する
と、一定範囲Ｗにおける位置ｚにおける屈折率変調ｆ
（ｚ）は、第１方形波関数Ｆ₁(ｚ)と、周期関数Ｆ₂(ｚ)
との積、ｆ（ｚ）＝Ｆ₁(ｚ)Ｆ₂(ｚ)で表される。

【００１９】ここで第１方形波関数Ｆ₁(ｚ)とは、

【数２】 となる関数である。また、周期関数Ｆ₂(ｚ)とは、所定
の第１周期Λ₁を有する周期関数Ｆ₂(ｚ)であり、屈折率
変調の振幅を一定のΔｎ_UVであるとすると、

【数３】 として表せる。図２は、第１実施形態に係る長周期グレ
ーティング素子１の屈折率変調の説明図である。図中実
線が屈折率変調ｆ（ｚ）であり、破線は、周期関数Ｆ
₂(ｚ)に該当する。つまり、第１領域Ａ内の各位置の屈
折率は、屈折率変調が周期関数Ｆ₂(ｚ)により設定され
ている場合と同じ結果となる。

【００２０】ここで、図１に示すように、複数の第１領
域Ａそれぞれが一定周期Ｌ₀で配置されていて、複数の
第１領域Ａそれぞれの長さをＬ₁とする。このとき、上
記(1)式は、周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀
である方形波関数となり、フーリエ級数展開が可能とな
る。そして、一定範囲Ｗにおける屈折率変調ｆ(ｚ)は、

【数４】 なる式で表される。

【００２１】一方、一定範囲Ｗの全体に亘って第１周期
Λ₁の屈折率変調が振幅Δｎ'_UVで形成されている従来の
場合、その屈折率変調ｆ₀（ｚ）は、

【数５】 なる式で表される。

【００２２】上記(3)式と上記(4)式とを比較すると、以
下のことが言える。すなわち、上記(3)式の右辺第１項
は、屈折率変調振幅Δｎ_UVを適切に設定することで、上
記(4)式と同形となる。このことから、本実施形態に係
る長周期グレーティング素子１においては、上記(3)式
の右辺第１項の寄与による損失ピークは、上記(4)式で
屈折率変調が表される従来の長周期グレーティングにお
ける損失ピークと同一の形状とすることができる。

【００２３】上記(3)式の右辺第２項は、上記(1)式の方
形波関数Ｆ₁(ｚ)の周期成分である。Ｌ₀とΛ₁との間に

【数６】 なる関係があることを考慮すると、上記(3)式の右辺第
２項は、第１項の寄与による損失ピークの波長より長波
長側における損失特性に影響を与えるものである。

【００２４】また、上記(3)式の右辺第３項は、

【数７】 なる式に変形することができる。すなわち、上記(3)式
の右辺第３項は、周期Λ₁と周期ｍ／Ｌ₀とのビートによ
る損失ピークを与えるものである。したがって、本実施
形態に係る長周期グレーティング素子１は、Ｌ₀の値を
適切に設定することにより、通常の光通信で用いられる
信号光の波長帯域（例えば１５２０ｎｍ〜１６００ｎ
ｍ）において、上記(3)式の右辺第１項に基づく損失ピ
ークの他に、上記(3)式の右辺第３項に基づく損失ピー
クをも有することができる。

【００２５】なお、以上の説明では、第１方形波関数Ｆ
₁(ｚ)は、周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀で
あるとした。ただし、複数の第１領域Ａそれぞれの長さ
Ｌ₁の偏差が第１周期Λ₁の２倍より小さく、複数の第１
領域Ａの間の間隔の長さの偏差が第１周期Λ₁の２倍よ
り小さければ、第１方形波関数Ｆ₁(ｚ)は実質的に周期
がＬ₀であってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀であるとしてよ
い。また、以上の説明では、第１周期Λ₁の周期関数Ｆ₂
(ｚ)は、複数の第１領域Ａそれぞれにおける屈折率変調
の振幅が等しいとした。このようにすると、複数の第１
領域Ａそれぞれにおける平均屈折率が一定となるから好
適である。

【００２６】次に、第１実施形態に係る長周期グレーテ
ィング素子１の実施例（実施例１、実施例２）について
説明する。

【００２７】図３は、実施例１の長周期グレーティング
素子の透過特性を示す図である。実施例１の長周期グレ
ーティング素子は、Ｌ₀＝４ｍｍ、Ｌ₁＝２ｍｍ、Λ₁＝
３６０μｍ、第１領域Ａの数が１０であり、一定範囲Ｗ
の長さが３８ｍｍである。この実施例１の長周期グレー
ティング素子の透過特性は、図３中に実線で示されてい
る。また、図３中に破線で示されたものは、比較例１の
長周期グレーティング素子（長さ３８ｍｍの全体に亘っ
て一定周期の屈折率変調が形成されたもの）の透過特性
である。

【００２８】図３から判るように、実施例１の長周期グ
レーティング素子は、比較例１の長周期グレーティング
素子と同様に、波長１５３０ｎｍ付近で損失ピークを有
している。この波長１５３０ｎｍ付近損失ピークは上記
(3)式の右辺第１項に基づくものである。また、実施例
１の長周期グレーティング素子は、比較例１の長周期グ
レーティング素子とが異なり、波長１４６５ｎｍ付近お
よび１６２０ｎｍ付近それぞれでも損失ピークを有して
いる。これらの損失ピークは上記(3)式の右辺第３項に
基づくものである。

【００２９】図４は、実施例２の長周期グレーティング
素子の透過特性を示す図である。実施例２の長周期グレ
ーティング素子は、Ｌ₀＝１０．６ｍｍ、Ｌ₁＝６．１ｍ
ｍ、Λ₁＝３６０μｍ、第１領域Ａの数が４であり、一
定範囲Ｗの長さが３８ｍｍである。この実施例２の長周
期グレーティング素子の透過特性は、図４中に実線で示
されている。また、図４中に破線で示されたものは、比
較例２の長周期グレーティング素子（長さ３８ｍｍの全
体に亘って一定周期３７３．５μｍの屈折率変調が形成
されたもの）の透過特性である。図５は、比較例１の長
周期グレーティング素子と比較例２の長周期グレーティ
ング素子とを融着接続した場合の全体の透過特性を示す
図である。

【００３０】図４から判るように、実施例２の長周期グ
レーティング素子は、波長１５３０ｎｍ付近で損失ピー
ク（上記(3)式の右辺第１項に基づくもの）を有してい
る他、波長１５０５ｎｍ付近および波長１５６０ｎｍ付
近それぞれでも損失ピーク（上記(3)式の右辺第３項に
基づくもの）を有している。また、図４と図５との比較
から判るように、通常の光通信で用いられる信号光の波
長帯域（例えば１５２０ｎｍ〜１６００ｎｍ）におい
て、実施例２の長周期グレーティング素子の透過特性
は、比較例１の長周期グレーティング素子と比較例２の
長周期グレーティング素子とを融着接続した場合の全体
の透過特性と略等しい。このように、実施例２の長周期
グレーティング素子は、信号光波長帯域において複数の
損失ピーク波長を有していてもサイズが小さい。

【００３１】（第２実施形態）次に、本発明に係る長周
期グレーティング素子の第２実施形態について説明す
る。図６は、第２実施形態に係る長周期グレーティング
素子２の説明図である。この図は、光軸を含む面で長周
期グレーティング素子２を切断したときの断面を示して
いる。この図に示された長周期グレーティング素子２
は、ＧｅＯ₂が添加されたコア領域２１とこれを取り囲
むクラッド領域２２とを含む石英系の光ファイバ２０の
長手方向に沿った一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域
Ａそれぞれに第１周期Λ₁の屈折率変調がコア領域２１
に形成されており、複数の第２領域Ｂそれぞれに第２周
期Λ₂の屈折率変調がコア領域２１に形成されている。
第１領域Ａと第２領域Ｂとは、互いに重なることはな
く、長手方向に沿って交互に設けられている。また、第
１周期Λ₁と第２周期Λ₂とは互いに異なる。

【００３２】一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域Ａそ
れぞれにおける屈折率変調は、第１実施形態の場合と同
様に、第１領域Ａにおける値を１とし他の領域における
値を０とする第１方形波関数と、第１周期Λ₁の周期関
数との積で表される。また、これと同様に、一定範囲Ｗ
において、複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変
調は、第２領域Ｂにおける値を１とし他の領域における
値を０とする第２方形波関数と、第２周期Λ₂の周期関
数との積で表される。これにより、各領域内の屈折率
は、一定範囲Ｗ内を所定の周期関数を有する屈折率変調
パターンで変調させたときと同じ位置では同じ屈折率、
変調パターンを有することになる。

【００３３】なお、第１方形波関数は、周期がＬ₀であ
ってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀であるのが好適である。た
だし、複数の第１領域Ａそれぞれの長さＬ₁の偏差が第
１周期Λ₁の２倍より小さく、複数の第１領域Ａの間の
間隔の長さの偏差が第１周期Λ₁の２倍より小さけれ
ば、第１方形波関数は実質的に周期がＬ₀であってデュ
ーティ比がＬ₁／Ｌ₀であるとしてよい。同様に、第２方
形波関数は、周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₂／Ｌ
₀であるのが好適である。ただし、複数の第２領域Ｂそ
れぞれの長さＬ₂の偏差が第２周期Λ₂の２倍より小さ
く、複数の第２領域Ｂの間の間隔の長さの偏差が第２周
期Λ₂の２倍より小さければ、第２方形波関数は実質的
に周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₂／Ｌ₀であると
してよい。

【００３４】また、第１周期Λ₁の周期関数は、複数の
第１領域Ａそれぞれにおける屈折率変調の振幅が等しい
のが好適である。同様に、第２周期Λ₂の周期関数は、
複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変調の振幅が
等しいのが好適である。さらに、複数の第１領域Ａそれ
ぞれにおける屈折率変調の振幅と、複数の第２領域Ｂそ
れぞれにおける屈折率変調の振幅とが、互いに等しいの
も好適である。

【００３５】本実施形態に係る長周期グレーティング素
子２の透過特性は、複数の第１領域Ａそれぞれにおける
屈折率変調による寄与分と、複数の第２領域Ｂそれぞれ
における屈折率変調による寄与分とが、重畳されたもの
となる。複数の第１領域Ａそれぞれにおける屈折率変調
による寄与分は、第１実施形態に示したものと同様であ
る。また、複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変
調による寄与分も、第１実施形態に示したものと同様で
ある。

【００３６】次に、第２実施形態に係る長周期グレーテ
ィング素子２の実施例（実施例３）について説明する。
図７は、実施例３の長周期グレーティング素子の透過特
性を示す図である。実施例３の長周期グレーティング素
子は、Ｌ₀＝４ｍｍ、Ｌ₁＝２ｍｍ、Ｌ₂＝２ｍｍ、Λ₁＝
３６０μｍ、Λ₂＝３６５μｍ、第１領域Ａの数が１０
であり、第２領域Ｂの数が１０であり、一定範囲Ｗの長
さが４０ｍｍである。この実施例３の長周期グレーティ
ング素子の透過特性は、図７中に実線で示されている。
また、図７中には、比較例３Ａの長周期グレーティング
素子（長さ４０ｍｍの全体に亘って一定周期３６３μｍ
の屈折率変調が形成されたもの）の透過特性、および、
比較例３Ｂの長周期グレーティング素子（長さ４０ｍｍ
の全体に亘って一定周期３６８μｍの屈折率変調が形成
されたもの）の透過特性も示されている。図８は、比較
例３Ａの長周期グレーティング素子と比較例３Ｂの長周
期グレーティング素子とを融着接続した場合の全体の透
過特性を示す図である。

【００３７】図７から判るように、実施例３の長周期グ
レーティング素子は、波長１５４０ｎｍ付近および波長
１５５０ｎｍ付近それぞれで損失ピーク（上記(3)式の
右辺第１項に基づくもの）を有している。波長１５４０
ｎｍ付近の損失ピークは、第１領域Ａにおける第１周期
Λ₁の屈折率変調の寄与である。一方、波長１５５０ｎ
ｍ付近の損失ピークは、第２領域Ｂにおける第２周期Λ
₂の屈折率変調の寄与である。

【００３８】また、実施例３の長周期グレーティング素
子は、波長１４７５ｎｍ付近、波長１４８５ｎｍ付近、
波長１６２５ｎｍ付近および波長１６４０ｎｍ付近それ
ぞれでも損失ピーク（上記(3)式の右辺第３項に基づく
もの）を有している。これらの損失ピークは、Ｌ₀を適
切に設定することで、信号光波長帯域内に存在するよう
にすることができる。

【００３９】また、図７と図８との比較から判るよう
に、通常の光通信で用いられる信号光の波長帯域におい
て、実施例３の長周期グレーティング素子の透過特性
は、比較例３Ａの長周期グレーティング素子と比較例３
Ｂの長周期グレーティング素子とを融着接続した場合の
全体の透過特性と略等しい。このように、実施例３の長
周期グレーティング素子は、信号光波長帯域において複
数の損失ピーク波長を有していてもサイズが小さい。

【００４０】なお、実施例３の長周期グレーティング素
子の第１領域Ａにおける屈折率変調の周期Λ₁が３６０
μｍであるのに対して、比較例３Ａの長周期グレーティ
ング素子における屈折率変調の周期が３６３μｍであっ
て、比較例３Ａの方が周期が長い。また、実施例３の長
周期グレーティング素子の第２領域Ｂにおける屈折率変
調の周期Λ₂が３６５μｍであるのに対して、比較例３
Ｂの長周期グレーティング素子における屈折率変調の周
期が３６８μｍであって、比較例３Ｂの方が周期が長
い。これは、比較例３Ａ，３Ｂと比較して実施例３で
は、短い長さで同様の透過特性を実現するために、屈折
率変調の振幅が大きく、平均屈折率が大きくなるからで
ある。すなわち、比較例３Ａ，３Ｂと実施例３とでは平
均屈折率が異なることから、これに応じて屈折率変調の
周期を異ならせる必要がある。

【００４１】一方で、使用波長帯域内に、グレーティン
グ周期と繰り返し周期のビートによるピークが現れない
ようにするためには、以下の４式が満たされる必要があ
る。

【数８】 ここで、Λ_S、Λ_Lは使用帯域内のそれぞれ最短波長、最
長波長で損失ピークを得るために必要とされる長周期グ
レーティングの屈折率周期である。

【００４２】式(7)(8)の左辺、式(9)(10)の右辺は、そ
れぞれグレーティング周期と繰り返し周期L0のビート成
分による周期であって、式(6)中の小かっこ内それぞれ
の逆数に対応する。式(7)(9)、式(8)(10)を整理する
と、以下の関係が得られる。

【数９】 次に第２実施形態に係る長周期グレーティング素子２の
製造方法について説明する。なお、以下に説明する製造
方法では、途中段階で第１実施形態の長周期グレーティ
ング素子１が得られ、これを加工して第２実施形態の長
周期グレーティング素子２が得られる。

【００４３】図９は、第２実施形態に係る長周期グレー
ティング素子２を製造する際に用いられる強度変調マス
クの説明図である。図９（ａ）に示された強度変調マス
ク７は、屈折率変化誘起光に対して透明な材料（例えば
石英ガラス）からなる平板の一面に、或る一方向の長さ
Ｗ₁（Ｗ₁＞Ｗ）の範囲に亘って、その屈折率変化誘起光
を遮断する領域（例えば酸化クロムが蒸着された領域）
が周期Λ₁で縞状に設けられたものである。ここで、屈
折率変化誘起光は、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスの
屈折率を上昇させ得る波長の光であって、例えば、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ光源から出力される波長２４８ｎｍの
紫外レーザ光である。図９（ｂ）に示された強度変調マ
スク８は、屈折率変化誘起光に対して透明な材料からな
る平板の一面に、或る一方向の長さＷ₂（Ｗ₂＞Ｗ）の範
囲に亘って、その屈折率変化誘起光を遮断する領域が周
期Λ₂で縞状に設けられたものである。

【００４４】また、図９（ｃ）に示された強度変調マス
ク９は、屈折率変化誘起光に対して透明な材料からなる
平板の一面に、或る一方向の長さＷ₃（Ｗ₃＞Ｗ）の範囲
に亘って、その屈折率変化誘起光を遮断する領域(光遮
断部)が周期Ｌ₀で２列平行に縞状に設けられたものであ
る。第１列では屈折率変化誘起光を遮断する領域の長さ
（上記一方向に沿った長さ）がＬ₁であり、第２列では
屈折率変化誘起光を遮断する領域の長さ（上記一方向に
沿った長さ）がＬ₂である。また、上記一方向に沿って
見たときに、第１列における屈折率変化誘起光を遮断す
る領域と、第２列における屈折率変化誘起光を遮断する
領域とは、交互に設けられている。各光遮断部の間は光
を透過する光透過部として構成されている。

【００４５】図１０および図１１は、第２実施形態に係
る長周期グレーティング素子２の製造方法の説明図であ
る。図１０（ａ）、図１１（ａ）は、強度変調マスクに
垂直な方向に見た図であり、図１０（ｂ）、図１１
（ｂ）は、強度変調マスクに平行であって光ファイバ２
０の長手方向に垂直な方向に見た図である。

【００４６】最初に図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示す
ように、強度変調マスク７の縞状部分（周期Λ₁）と強
度変調マスク９の第１列の縞状部分（遮断領域の長さＬ
₁）とを互いに重ねて光ファイバ２０上に配置する。こ
のとき、各強度変調マスク７，９の縞が光ファイバ２０
の長手方向に直交するように配置する。そして、これら
２つの強度変調マスク７，９を介して光ファイバ２０
に、長手方向に沿って長さＷの一定範囲にわたって均一
な強度で屈折率変化誘起光（紫外光）を照射する。これ
により、光ファイバ２０の各第１領域Ａに周期Λ₁の屈
折率変調が形成される。この時点で第１実施形態の長周
期グレーティング素子１と同等の素子が注艦隊として得
られる。

【００４７】次に図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すよ
うに、強度変調マスク７と強度変調マスク８を交換し、
光ファイバ２０の長手方向に直交する方向に強度変調マ
スク９を並行移動させて、強度変調マスク８の縞状部分
（周期Λ₂）と強度変調マスク９の第２列の縞状部分
（遮断領域の長さＬ₂）とを互いに重ねた状態で光ファ
イバ２０上に配置する。このとき、各強度変調マスク
８，９の縞が光ファイバ２０の長手方向と直交するよう
に配置する。そして、これら２つの強度変調マスク８，
９を介して光ファイバ２０に、長手方向に沿った長さＷ
の一定範囲に亘って均一な強度で屈折率変化誘起光（紫
外光）を照射する。これにより、光ファイバ２０の各第
２領域Ｂに周期Λ₂の屈折率変調が形成される。

【００４８】本実施形態に係る長周期グレーティング素
子製造方法では、一定周期Λ₁の強度変調マスク７の一
部が強度変調マスク９でマスクされて、光ファイバ２０
の第１領域Ａに周期Λ₁の屈折率変調が形成される。ま
た、一定周期Λ₂の強度変調マスク８の一部が強度変調
マスク９でマスクされて、光ファイバ２０の第２領域Ｂ
に周期Λ₂の屈折率変調が形成される。したがって、こ
の製造方法により製造される長周期グレーティング素子
では、一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域Ａそれぞれ
における屈折率変調は、第１領域Ａにおける値を１とし
他の領域における値を０とする第１方形波関数（周期Ｌ
₀、デューティ比Ｌ₁／Ｌ₀）と、第１周期Λ₁の周期関数
との積で表される。また、同様に、一定範囲Ｗにおい
て、複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変調は、
第２領域Ｂにおける値を１とし他の領域における値を０
とする第２方形波関数（周期Ｌ₀、デューティ比Ｌ₂／Ｌ
₀）と、第２周期Λ₂の周期関数との積で表される。すな
わち、第２実施形態の長周期グレーティング素子２が製
造される。

【００４９】なお、第１領域Ａにおいて周期Λ₁で等間
隔で屈折率上昇部が形成されている範囲の一端から他端
までを第１領域Ａの長さＬ₁とし、第２領域Ｂにおいて
周期Λ₂で等間隔で屈折率上昇部が形成されている範囲
の一端から他端までを第２領域Ｂの長さＬ₂とすれば、
強度変調マスク７と強度変調マスク９とが重ねられる際
の各々の屈折率変化誘起光遮断領域の相対的位置関係に
よっては、複数の第１領域Ａそれぞれの長さＬ₁は必ず
しも一定ではなく、複数の第２領域Ｂそれぞれの長さＬ
₂も必ずしも一定ではない。しかし、上記の製造方法に
より製造される長周期グレーティング素子では、各強度
変調マスクが一定周期のものであるので、複数の第１領
域Ａそれぞれの長さＬ₁の偏差が第１周期Λ₁の２倍より
小さく、複数の第１領域Ａの間の間隔の長さの偏差が第
１周期Λ₁の２倍より小さく、複数の第２領域Ｂそれぞ
れの長さＬ₂の偏差が第２周期Λ₂の２倍より小さく、複
数の第２領域Ｂの間の間隔の長さの偏差が第２周期Λ₂
の２倍より小さい。したがって、第１方形波関数は実質
的に周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀である
としてよく、同様に、第２方形波関数は実質的に周期が
Ｌ₀であってデューティ比がＬ₂／Ｌ₀であるとしてよ
く、上記(1)式〜(6)式で述べたことが成り立つ。

【００５０】（第３実施形態）次に、本発明に係る長周
期グレーティング素子の第３実施形態について説明す
る。図１２は、第３実施形態に係る長周期グレーティン
グ素子３の説明図である。この図は、光軸を含む面で長
周期グレーティング素子３を切断したときの断面を示し
ている。この図に示された長周期グレーティング素子３
は、ＧｅＯ₂が添加されたコア領域３１とこれを取り囲
むクラッド領域３２とを含む石英系の光ファイバ３０の
長手方向に沿った一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域
Ａそれぞれに第１周期Λ₁の屈折率変調がコア領域３１
に形成されており、複数の第２領域Ｂそれぞれに第２周
期Λ₂の屈折率変調がコア領域３１に形成されており、
複数の第３領域Ｃそれぞれに第３周期Λ₃の屈折率変調
がコア領域３１に形成されている。第１領域Ａ、第２領
域Ｂおよび第３領域Ｃそれぞれは、互いに重なることは
なく、長手方向に沿って順に設けられている。また、第
１周期Λ₁、第２周期Λ₂および第３周期Λ₃それぞれは
互いに異なる。

【００５１】一定範囲Ｗにおいて、複数の第１領域Ａそ
れぞれにおける屈折率変調は、第１実施形態の場合と同
様に、第１領域Ａにおける値を１とし他の領域における
値を０とする第１方形波関数と、第１周期Λ₁の周期関
数との積で表される。これと同様に、一定範囲Ｗにおい
て、複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変調は、
第２領域Ｂにおける値を１とし他の領域における値を０
とする第２方形波関数と、第２周期Λ₂の周期関数との
積で表される。また、一定範囲Ｗにおいて、複数の第３
領域Ｃそれぞれにおける屈折率変調は、第３領域Ｃにお
ける値を１とし他の領域における値を０とする第３方形
波関数と、第３周期Λ₃の周期関数との積で表される。

【００５２】なお、第１方形波関数は、周期がＬ₀であ
ってデューティ比がＬ₁／Ｌ₀であるのが好適である。た
だし、複数の第１領域Ａそれぞれの長さＬ₁の偏差が第
１周期Λ₁の２倍より小さく、複数の第１領域Ａの間の
間隔の長さの偏差が第１周期Λ₁の２倍より小さけれ
ば、第１方形波関数は実質的に周期がＬ₀であってデュ
ーティ比がＬ₁／Ｌ₀であるとしてよい。同様に、第２方
形波関数は、周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₂／Ｌ
₀であるのが好適である。ただし、複数の第２領域Ｂそ
れぞれの長さＬ₂の偏差が第２周期Λ₂の２倍より小さ
く、複数の第２領域Ｂの間の間隔の長さの偏差が第２周
期Λ₂の２倍より小さければ、第２方形波関数は実質的
に周期がＬ₀であってデューティ比がＬ₂／Ｌ₀であると
してよい。また、同様に、第３方形波関数は、周期がＬ
₀であってデューティ比がＬ₃／Ｌ₀であるのが好適であ
る。ただし、複数の第３領域Ｃそれぞれの長さＬ₃の偏
差が第３周期Λ₃の２倍より小さく、複数の第３領域Ｃ
の間の間隔の長さの偏差が第３周期Λ₃の２倍より小さ
ければ、第３方形波関数は実質的に周期がＬ₀であって
デューティ比がＬ₃／Ｌ₀であるとしてよい。

【００５３】また、第１周期Λ₁の周期関数は、複数の
第１領域Ａそれぞれにおける屈折率変調の振幅が等しい
のが好適である。同様に、第２周期Λ₂の周期関数は、
複数の第２領域Ｂそれぞれにおける屈折率変調の振幅が
等しいのが好適である。また、第３周期Λ₃の周期関数
は、複数の第３領域Ｃそれぞれにおける屈折率変調の振
幅が等しいのが好適である。さらに、複数の第１領域Ａ
それぞれにおける屈折率変調の振幅、複数の第２領域Ｂ
それぞれにおける屈折率変調の振幅、および、複数の第
３領域Ｃそれぞれにおける屈折率変調の振幅それぞれ
が、互いに等しいのも好適である。

【００５４】本実施形態に係る長周期グレーティング素
子３の透過特性は、複数の第１領域Ａそれぞれにおける
屈折率変調による寄与分、複数の第２領域Ｂそれぞれに
おける屈折率変調による寄与分、および、複数の第３領
域Ｃそれぞれにおける屈折率変調による寄与分が、重畳
されたものとなる。複数の第１領域Ａそれぞれにおける
屈折率変調による寄与分は、第１実施形態に示したもの
と同様である。また、複数の第２領域Ｂそれぞれにおけ
る屈折率変調による寄与分も、第１実施形態に示したも
のと同様であり、複数の第３領域Ｃそれぞれにおける屈
折率変調による寄与分も、第１実施形態に示したものと
同様である。

【００５５】次に、第３実施形態に係る長周期グレーテ
ィング素子３の実施例（実施例４）について説明する。
図１３は、実施例４の長周期グレーティング素子の透過
特性を示す図である。実施例４の長周期グレーティング
素子は、Ｌ₀＝４．５ｍｍ、Ｌ₁＝Ｌ₂＝Ｌ₃＝１．５ｍ
ｍ、Λ₁＝３６０μｍ、Λ₂＝３６５μｍ、Λ₃＝３７０
μｍ、第１領域Ａの数が１１であり、第２領域Ｂの数が
１１であり、第３領域Ｃの数が１１であり、一定範囲Ｗ
の長さが４９．５ｍｍである。

【００５６】図１３から判るように、実施例４の長周期
グレーティング素子は、波長１５３０ｎｍ付近、波長１
５４５ｎｍ付近および波長１５６０ｎｍ付近それぞれで
損失ピーク（上記(3)式の右辺第１項に基づくもの）を
有している。波長１５３０ｎｍ付近の損失ピークは、第
１領域Ａにおける第１周期Λ₁の屈折率変調の寄与であ
る。波長１５４５ｎｍ付近の損失ピークは、第２領域Ｂ
における第２周期Λ₂の屈折率変調の寄与である。ま
た、波長１５６０ｎｍ付近の損失ピークは、第３領域Ｃ
における第３周期Λ₃の屈折率変調の寄与である。

【００５７】また、実施例４の長周期グレーティング素
子は、波長１４７５ｎｍ付近、波長１４８５ｎｍ付近、
波長１４９５ｎｍ付近、波長１６０５ｎｍ付近、波長１
６２０ｎｍ付近および波長１６３５ｎｍ付近それぞれで
も損失ピーク（上記(3)式の右辺第３項に基づくもの）
を有している。これらの損失ピークは、Ｌ₀を適切に設
定することで、信号光波長帯域内に存在するようにする
ことができる。このように、実施例４の長周期グレーテ
ィング素子は、信号光波長帯域において複数の損失ピー
ク波長を有していてもサイズが小さい。

【００５８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る長周期グレーティング素子は、一定範囲中に形成さ
れた複数の第１領域内のグレーティングに基づく損失ピ
ークを有する他、離散的に配置されていることによる損
失ピークを有する。前者の損失ピークの波長は、第１周
期に応じて決定される。後者の損失ピークの波長は、複
数の第１領域の配置により決定される。これらが適切に
設定されることで、この長周期グレーティング素子は、
通常の光通信で用いられる信号光の波長帯域において複
数の損失ピークを有するものとなり、しかも、サイズを
小さくすることができる。

【００５９】さらに第１領域の間に別の周期のグレーテ
ィングを形成した場合、この別の周期のグレーティング
に基づく損失ピークと、このグレーティング領域が離散
的に配置されていることによる損失ピークを有する。し
たがって、この長周期グレーティング素子は、サイズが
小さいままで、信号光の波長帯域において更に多くの損
失ピークを有するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る長周期グレーティング素子
１の説明図である。

【図２】第１実施形態に係る長周期グレーティング素子
１の屈折率変調の説明図である。

【図３】実施例１の長周期グレーティング素子の透過特
性を示す図である。

【図４】実施例２の長周期グレーティング素子の透過特
性を示す図である。

【図５】比較例１の長周期グレーティング素子と比較例
２の長周期グレーティング素子とを融着接続した場合の
全体の透過特性を示す図である。

【図６】第２実施形態に係る長周期グレーティング素子
１の説明図である。

【図７】実施例３の長周期グレーティング素子の透過特
性を示す図である。

【図８】比較例３Ａの長周期グレーティング素子と比較
例３Ｂの長周期グレーティング素子とを融着接続した場
合の全体の透過特性を示す図である。

【図９】第２実施形態に係る長周期グレーティング素子
２を製造する際に用いられる強度変調マスクの説明図で
ある。

【図１０】第２実施形態に係る長周期グレーティング素
子２の製造方法の説明図である。

【図１１】第２実施形態に係る長周期グレーティング素
子２の製造方法の説明図である。

【図１２】第３実施形態に係る長周期グレーティング素
子３の説明図である。

【図１３】実施例４の長周期グレーティング素子の透過
特性を示す図である。

【符号の説明】

１〜３…長周期グレーティング素子、７〜９…強度変調
マスク、１０…光ファイバ、１１…コア領域、１２…ク
ラッド領域、２０…光ファイバ、２１…コア領域、２２
…クラッド領域、３０…光ファイバ、３１…コア領域、
３２…クラッド領域。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路の長手方向に沿って一定範囲の
   屈折率を数百μｍオーダーで周期的に変調させた長周期
   グレーティング素子であって、 前記一定範囲には、複数の第１領域が離散的に配置さ
   れ、これら第１領域内の各位置の屈折率は、前記一定範
   囲内全体を通じて第１の周期で屈折率が変調されている
   ときと同一の屈折率に変調されていることを特徴とする
   長周期グレーティング素子。
2. 【請求項２】 前記第１領域の長さ間の偏差およびその
   間の長さ間の偏差がいずれも前記第１の周期の２倍より
   小さいことを特徴とする請求項１記載の長周期グレーテ
   ィング素子。
3. 【請求項３】 前記第１領域の各領域の屈折率変調の振
   幅が互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に
   記載の長周期グレーティング素子。
4. 【請求項４】 前記一定範囲内の前記第１領域を除いた
   領域に配置された複数の領域であって、各領域の各位置
   の屈折率は、前記一定範囲内全体を通じて前記第１の周
   期とは異なるそれぞれ固有の周期で屈折率が変調されて
   いるときと同一の屈折率に変調されている領域群を１つ
   ないし複数群備えていることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の長周期グレーティング素子。
5. 【請求項５】 前記一定範囲において各群の領域が隙間
   なく順番に配置されていることを特徴とする請求項４記
   載の長周期グレーティング素子。
6. 【請求項６】 前記一定範囲において、前記各領域の長
   さ間の偏差およびそれらの間の長さ間の偏差がいずれも
   当該領域の屈折率周期の２倍より小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の長周期グレ
   ーティング素子。
7. 【請求項７】 前記各領域のそれぞれの領域の屈折率変
   調の振幅が同一群内で互いに等しいことを特徴とする請
   求項４〜６のいずれかに記載の長周期グレーティング素
   子。
8. 【請求項８】 前記各領域のそれぞれの領域の屈折率変
   調の振幅が互いに等しいことを特徴とする請求項７記載
   の長周期グレーティング素子。
9. 【請求項９】 前記第１領域の間には、それぞれ第２の
   領域が配置されており、前記第１領域、第２領域の配置
   周期をＬ₀、それぞれの設定長をＬ₁、Ｌ₂、それぞれに
   おける屈折率周期をΛ₁、Λ₂とし、使用波長帯域の最短
   波長で損失ピークを得るために必要とされる長周期グレ
   ーティングの屈折率周期をΛ_S、同帯域の最長波長で損
   失ピークを得るために必要とされる長周期グレーティン
   グの屈折率周期をΛ_Lとすると、以下の４式が満たされ
   ていることを特徴とする請求項７記載の長周期グレーテ
   ィング素子。 【数１】
10. 【請求項１０】 一定の範囲に沿ってその全域に所定の
    周期に応じてマスクパターンが形成された第１の強度変
    調マスクと、一定の範囲に沿って複数の光透過部の間に
    光遮断部が配置されている第２の強度変調マスクとを用
    意し、 これら２つの強度変調マスクを互いに重ねて加工対象と
    なる光導波路上に配置し、 これら２つのマスクを透過した屈折率変化誘起光を前記
    光導波路に照射して屈折率変化を起こさせて長周期グレ
    ーティングを製造することを特徴とする長周期グレーテ
    ィング素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 第１の強度変調マスクとしてマスクパ
    ターンの異なる複数のマスクを用意し、第２の強度変調
    マスクとして光透過部の配置の異なる複数のマスクを用
    意し、第１の強度変調マスクと第２の強度変調マスクの
    組み合わせを代えてマスクの配置、屈折率変化誘起光照
    射を繰り返すことを特徴とする請求項１０記載の長周期
    グレーティング素子の製造方法。