JP2002520631A - 任意の屈折率摂動を導波管上に書込む方法 - Google Patents

任意の屈折率摂動を導波管上に書込む方法

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Abstract

(57)【要約】 光導波管に沿って任意の屈折率摂動を書込む方法及び装置に関する。この方法は、感光領域を有する導波管を設けるステップと、公称直径Ｄを有する光化学放射線の書込みビームを設けるステップとを含み、書込みビームは光軸を規定する。導波管は、既知の速度ｖ（ｔ）で書込みビームの光軸に対して平行移動される。変調器は、時間ｔの関数として書込みビームの放射強度Ｉ（ｔ）を変調して、式（１） で放射フルエンスΦ（ｘ）を導波管に直接放出する。導波管長に沿った位置ｘで屈折率摂動変化Δｎ（ｘ）は、Δ（ｘ）＝Ｃ・Фｎ（ｘ）のようにその位置に放出されたフルエンスと関連があり、Ｃは導波管の感光性を考慮した換算係数である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、１つの開口又は一連の開口を要することなく導波管構造の任意の屈
折率変化を書込む技法に関する。この技法は、研究や生産環境において先例のな
い製造融通性を提供する。より詳しくは、任意の望ましい屈折率関数分布を有す
る任意長の長周期格子（ＬＰＧｓ）などの導波管長に沿って屈折率変化を必要と
する種々の導波管装置を製造するのに本発明を使用することもできる。
【０００２】 一般に光により誘起される屈折率摂動を生成するために、１つの開口、一連の
開口又は振幅マスクに光化学レーザビームを通過させて、光化学放射の得られる
パターンを有する感光性導波管を照明することにより、前記ビームの強度分布を
形成する。この光化学放射に暴露される前記導波管の感光領域において屈折率を
変える。ＬＰＧｓなどの周期装置は通常、周期的な振幅マスク又は一連の開口に
光化学レーザビームを通過させることにより製造されるが、これらの技法には幾
つかの欠点がある。例えば、異なる周期の格子を製造するのにマスクの周期性を
変える必要があり、望ましい各格子周期に関して別々のマスクを作ることが通常
必要とされる。更に、格子アポダイゼーションに関して前記導波管に書込まれる
周期的な屈折率摂動の包絡線を形成するのに空間フィルタなどの外部光学部品が
必要であり、前記振幅マスクよりも長い格子を作成するのにサブ格子「ステッチ
ング」が必要である。典型的な振幅マスクは、長さが約１０ｃｍである。更に、
屈折率分布をチャープするのに特殊マスクが必要であり、周期的な方形波以外の
屈折率変調関数は生成が困難である。最後に、マスクは、典型的なエキシマレー
ザにより放出された高放射フルエンスへの連続暴露により損傷を受ける場合があ
る。
【０００３】 感光性導波管をアンマスク化紫外線ビームに暴露して、既存のブラッグ格子の
平均屈折率を変えることもできる。しかし、この方法は、既存の摂動パターンの
波長を単にシフトするだけであり、長周期格子などの一連の屈折率摂動の書込み
を考慮していない。
【０００４】 長周期格子は、導波管の長さに沿って一連の屈折率摂動を生成することにより
形成される。ＬＰＧｓは、有用な温度及び歪センサである。ＬＰＧｓは波長依存
性損失素子であるため、ＬＰＧｓは、ある一定の光透過要件を満たすためにデバ
イス又はサブシステムの分光特性を微調整することができる。例えば、インライ
ン式ＬＰＧｓを用いて、波長分割多重（ＷＤＭ）システム用の広帯域光学増幅器
の利得分布を平らにすることもできる。ＷＤＭの用途では、エルビウムをドープ
したファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の帯域（約１５３０〜約１５６０ｎｍ）の範囲
内で数本のチャネルが同時に伝送される。各チャネルは前記ＥＤＦＡにより増幅
されるが、前記ＥＤＦＡの不均一な利得分布により、異なるチャネル間で不均一
な信号増幅になり、よって異なる信号対雑音比（ＳＮ比）になる。ＬＰＧデバイ
スは、エルビウム利得スペクトルと一致する損失スペクトルで製造することもで
き、ＥＤＦＡシステムで用いて不均一な信号増幅による問題を大幅に減らすこと
もできる。
【０００５】 ＬＰＧにおける透過損は、種々の方法で、例えば、ＬＰＧの長さ、強度、又は
屈折率摂動の分布を変えることにより調整できる。ＬＰＧｓを有するＥＤＦＡシ
ステムの利得特性を補正するために、増幅器利得スペクトルは通常、個々の定周
期ＬＰＧスペクトル形状の合計に分解される。適当なフィルタ数は、ファイバ暴
露パラメータを変えることにより調整されたそれらの形状及び強度で作られる。
次に、これらの格子を鎖状に連ねて合成伝送スペクトルを生成する。ＬＰＧ補正
ＥＤＦＡは、４０ｎｍ帯域を超える平坦利得スペクトルで製造されている。
【０００６】 ＬＰＧｓは、光の波長よりもかなり長い周期性（大部分の場合、これらの周期
は百ミクロン程度である）を有するファイバに沿って屈折率摂動を生成すること
により作られる。ＬＰＧ屈折率摂動の周期は、ファイバの導波モードから損失前
進伝搬被覆モードに光を結合するのに選択される。前記導波モードから非導波モ
ードへの結合は、波長に依存しているので、スペクトル選択損失が得られる。
【０００７】 研究者達は、導波管長に沿った各屈折率摂動を個々に書込むＬＰＧ製造用逐点
技法を開発している。これらの方法にあっては、導波管に対して開口を配置し光
化学放射線で導波管の中を照射することにより、導波管に書込まれる各屈折率摂
動の形状を制御する。ファイバ（又は、代わりにビームステアリング組立体）は
、精密移動ステージで書込みビームを通り過ぎて平行移動され、選択された位置
で前記ファイバに放出される放射線量を制御するのに機械的シャッターが用いら
れる。この方法は、増幅マスク製造技法で生じる多くの問題を排除できるが、方
形波の屈折率分布を生成するのに現在制限されている。更に、複雑で精密な移動
、可変開口、及び線量放出制御が、チャープされアポダイゼーションされたＬＰ
Ｇｓを製造するのに必要であるため、この技法の実用性が低い。
【０００８】 従って、所望の屈折率分布を有する任意長の屈折率摂動パターンを、開口及び
／又はマスクを使用することなく導波管に容易かつ精密に書込む方法が、求めら
れている。
【０００９】 発明の開示 本発明は、開口又は振幅マスクを使用することなく光導波管の長さに沿って要
望に応じ屈折率を変える方法に関する。この方法は、感光領域を有する導波管を
設けるステップと、公称直径Ｄを有する光化学放射線の書込みビームを設けるス
テップとを含み、前記書込みビームは光軸を規定する。精密平行移動機構を用い
て、前記導波管を、既知の速度ｖで前記書込みビームの前記光軸に対して垂直に
平行移動させる。前記書込みビームに対する前記導波管の平行移動は、導波管照
射中の任意の所与の時点ｔに関する前記導波管の速度が分かるように制御するこ
ともできる。
【００１０】 好ましい実施形態において、前記導波管は感光領域を有する光ファイバを含む
。前記ファイバは、例えば、回転ドラム、スプール間システム、移動ステージ上
に取り付けてもよく、又はプーリのシステムを用いて前記書込みビームを通り過
ぎて平行移動させてもよい。ファイバスプール又はドラムの回転速度は、例えば
位相ロックループ制御器回路を用いて制御してもよい。
【００１１】 光強度変調器は、時間ｔの関数として前記書込みビームの強度Ｉを変調するの
に設けられ設定されている。任意の所与の導波管位置に放出される総放射線量Φ
は、その位置が前記書込みビームを横切って平行移動される際に前記書込みビー
ムの強度及び前記導波管の速度を変えることにより制御される。前記導波管に書
込まれた屈折率摂動は、Δｎ（ｘ）＝Ｃ・Φ（ｘ）のようにこの放射線量と関連
があり、Ｃは前記導波管の感光性を考慮した換算係数である。式形式で表示する
と、変調ビームは放射フルエンスΦ（ｘ）を前記導波管に直接放出し、次式の通
りである。
【数８】 導波管長に沿った位置ｘで屈折率摂動変化Δｎ（ｘ）は、Δｎ（ｘ）＝Ｃ・Φ（ ｘ） のようにその位置に放出された前記フルエンスと関連がある。
【００１２】 記載の方法の変形において、前記変調器は、周波数ｆで時間ｔの関数として周
期的に前記書込みビームの強度を変調して放射フルエンスを前記導波管に放出す
ることもでき、次式の通りである。
【数９】 ここで、Ｉ０は前記書込みビームの最大強度、Ａｎは前記関数Φ（ｘ）のフーリ
エ級数表現におけるｎｔｈ項に関する重み成分、ｓｉｎｃ（ｚ）＝ｓｉｎ（ｚ）
／ｚである。周期的に変調された書込みビームのピーク強度は、Ｉ（ｔ）と一緒
に変調することもできる。同様に、書込みビーム強度を変調して、前記導波管に
放出された前記フルエンスを定義する前記関数のフーリエ級数表現の各項Ａｎを
独立に制御することもできる。
【００１３】 前記換算係数は幾何学的係数、光吸収パラメータ、及び／又は強度分布変動を
反映するように前記式に考慮できることを、当業者は分かるであろう。更に、ｖ
（ｔ）、Ｉ（ｔ）及びそれに応じてＩ０とＡｎを制御することにより、任意の所
望の屈折率分布関数を前記導波管上に書込むことができることを、当業者は分か
るであろう。例えば、周期Λの周期的屈折率摂動は、前記導波管に書込むことも
でき、次式の通りである。
【数１０】 別の実施例では、前記書込みビーム強度Ｉ（ｔ）を変調して、次式のようにフー
リエ級数で表示可能なオフセット正弦波関数を生成することもできる。
【数１１】
【００１４】 次に、前記導波管に放出された前記フルエンスは、次式のように表示可能であ
る。
【数１２】
【００１５】 更に別の実施例では、前記書込みビーム強度Ｉ（ｔ）を変調して、次式のよう
にフーリエ級数で表示可能なオフセット周期的方形波を生成することもできる。
【数１３】
【００１６】 本発明の前記方法を用いて、エルビウム利得スペクトルに適合する前記導波管
を介して透過損スペクトルをもたらす屈折率摂動を書込むことができる。本発明
方法に従って書込まれたＬＰＧｓを含む導波管デバイスは、光増幅器や、歪、温
度及び環境センサなどの種々のデバイスで使用可能である。
【００１７】 発明の詳細な説明 本発明の方法では、屈折率摂動の任意のパターンを導波管に開口又は振幅マス
クなしで書込むのに強度変調レーザビームを使用することができる。より詳しく
は、任意の所望の屈折率分布及び長さのインライン式長周期格子を製造するのに
前記方法を適用することができる。
【００１８】 図１は、本発明方法を実行できる屈折率摂動書込み組立体１０を概略的に示す
。図２は、前記書込み組立体１０の第１の実施形態の簡易側面図である。前記書
込み組立体１０は、光化学ビーム２２を生成する光化学放射線源２０と、変調器
３０と、導波管５０を保持して移動させるのに用いられる導波管保持組立体及び
平行移動機構４０とを含む。別の実施形態において、前記書込み組立体は複数の
導波管を同時に収容してもよい。
【００１９】 本実施形態において、前記導波管５０は光ガラスファイバである。この光ファ
イバは、ＳｉＯ２から主に成り、ゲルマニウムがドープされているけれども、一
般に、任意の感光性導波管を使用してもよい。ゲルマニウム又は他の感光性ドー
パントを前記ファイバ５０のある領域のシリカガラスに添加して、光化学放射線
への暴露の際に変化（通常、増加）を受けやすい前記光ファイバのその領域の屈
折率を形成する。前記ファイバは、水素又は重水素を充填して、感光特性を増大
してもよい。前記ファイバの前記領域の感光性係数は、Ｃで表示可能であり、放
出された放射線の関数でもよい。Ｃｏｒｎｉｎｇ ＳＭＦ−２８（登録商標）Ｃ
ＰＣ６（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｃｏｒｎｉｎｇ，ＮＹ）
などの市販の感光性ファイバを使用してもよい。当業者は分かっているが、本発
明方法を用いて、光ファイバだけでなく他のの導波管（例えば、平面導波管）の
屈折率も変更することができる。同様に、異なる又は同様な感光性係数を有する
複数の感光領域を有するファイバを使用してもよい。
【００２０】 前記光源２０は、紫外線レーザ光やＸ線放射などの光化学放射線源である。前
記光源は、十分狭い直径を有する十分な強度のビームを放出して所望の格子を書
込むように選択される。当業界で既知の他の光源を、導波管の構成及び所望の格
子パターンによって使用してもよい。前記光源２０は、ピーク強度Ｉ０及び公称
直径Ｄを有するビーム２２を生成する。ここに示す分析では、前記書込みビーム
の強度分布は方形で近似されている。多数の様々な他のビーム構成は、本発明の
精神と範囲に反することなく当業者により想定可能である。
【００２１】 図１は、前記変調器３０を制御して周期的摂動を導波管に書込む関数発生器６
０の一実施形態を概略的に示す。前記関数発生器６０は、振幅変調関数６２、周
波数変調関数６４、及び制御可能な直流オフセット６６を含んでもよい。前記周
波数変調関数６４は、前記導波管に書込まれる周期的波形の周期性及び形状を決
める一方、前記振動包絡線（振幅変調）関数６２は、振動の振幅をゆっくりと変
えて、例えば格子特性をアポダイゼーションする。光音響変調器（例えば、Ｉｎ
ｔｒａＡｃｔｉｏｎ，Ｂｅｌｌｗｏｏｄ，ＩＬからのＩｎｔｒａＡｃｔｉｏｎ
ＡＳＭ−１２５１ＬＡ３）などの種々の振幅光変調器３０を使用してもよい。前
記変調器３０は、周期的構造を導波管に書込むべきである場合、前記書込みビー
ム２２の強度を周波数ｆ（ｔ）で変調する。図１に示すように、Ｓｔａｎｆｏｒ
ｄ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＤＳＭ３４５ｓ（Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒ
ｅｓｅｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）などの関数発生器
６０は、前記変調器を制御する電子信号を形成することもできる。この形成では
、前記導波管長に沿って書込まれた屈折率摂動分布を調整して、チャープして得
られた格子をアポダイゼーションする。前記関数発生器６０は、処理変数及び結
果を監視する中央処理装置又はコンピュータ７０に連結してこのコンピュータに
より制御してもよい。
【００２２】 前記ファイバ５０は、前記書込みビーム２２に対して速度ｖ（ｔ）で平行移動
される。再度、複数の導波管を前記ビームの中へ同時に並行移動させてもよい。
周期的又は非周期的摂動を書込む際に、前記ファイバ５０は、周波数ｆ（ｔ）で
強度変調された前記変調書込みビーム２２を通り過ぎて精密に知られている速度
ｖ（ｔ）で平行移動されるので、
【数１４】 となる（ここで、Λは前記導波管に書込まれた周期的屈折率摂動の空間周期であ
る）。前記書込み組立体及び前記所望の分布によって、ｆ（ｔ）とｖ（ｔ）の両
方が可変関数でもよく、又は一方或いは両方が定数でもよい。勿論、期間定数は
、ジッタや誤差によるファイバ格子ピッチの偏差に関して許容できるパラメータ
内で定義される。
【００２３】 前記書込みビーム２２に対する前記ファイバ５０の移動は、前記平行移動機構
４０により精密に制御される。図２は、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ
ｈ，ＰＡからのＡｅｒｏｔｅｃｈ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＡＢＬ２００１０−ＬＮ
１０リニアモータ駆動ステージ、又はＤｏｖｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃ
ｏｒｐ．，Ｗｅｓｔｂｏｒｏ，ＭＡからのＤｏｖｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．６３５ＲＦ等の精密回転移動ステージなどの超精密速度制
御移動ステージ４２を含む平行移動機構４０の第１の実施形態を示す。前記ファ
イバ５０は、２つのＶ字溝又はクランプ４４及び４６により保持されている。好
ましい実施形態では、精度０．１μｍ／ｓ未満の移動ステージを使用する。導波
管を約１ｍｍ／ｓの速度で平行移動させると共に、０．２Ｈｚ未満のフラッタを
有する約２ＫＨｚ変調が、エルビウムをドープしたファイバ増幅器の帯域でＬＰ
Ｇｓを生成するのに推奨される。現在入手可能な光音響変調器は、１μＨｚ未満
のフラッタの性能があり、位相ロックループで制御される市販の回転ステージ（
例えば、Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｄｕｂｌ
ｉｎ，ＶＡからのＭＣＳ ＬＡ ２０００）は、高品質ＬＰＧｓを生成するのに
十分過ぎる約１ｍｍ／ｓのリム速度で１０ｐ．ｐ．ｍ未満の速度フラッタの性能
がある。より高い感光性を有するファイバは、導波管平行移動速度を増大させる
余地がある。
【００２４】 精密移動ステージの走行範囲よりも長い格子を製造するために、例えば回転ド
ラム又はウェブ駆動システムを用いて前記書込みビームを通って前記ファイバを
平行移動させてもよい。図３は、回転スプール又はドラム１８０を用いた平行移
動機構１４０を有する屈折率摂動書込み組立体の第２の実施形態１１０を示す。
他の全要素は、図２の前記第１の実施形態１０の要素と同様であり、同様に標記
されている。前記ドラム１８０の周囲長は既知であり、前記ドラム１８０の回転
速度は、例えば精密位相ロックループ制御器１８２により制御される。前記書込
みビーム２２の位置は、前記スプール１８０の回転時に前記ビームが前記ファイ
バ５０を追跡することを確実にするために、平行移動ステージ１４８を用いてミ
ラー１４５を動かすことにより書込み処理中に動かすこともできる。
【００２５】 本発明の前記方法は速度制御を必要とするので、精密位置決めとは対照的に、
前記ファイバを代わりに、図４に示す巻出し及び巻取りスプール９２及び９４を
それぞれ有するウェブ駆動システムにより送ることもできる。図４は、スプール
間平行移動機構２４０を有する屈折率摂動書込み組立体の第３の実施形態２１０
を示し、ファイバ５０の連続長を前記巻出し又は送りスプール９２でまず供給し
、前記巻取りスプール９４に引き込む。これらのスプールの回転速度は、例えば
位相ロックループ回路２８２により制御されるスピンドルモータ９６を用いて実
現され、精密なリム速度が得られる。前記巻出しスプール９２から、前記ファイ
バ５０は、前記書込みビーム２２の前に前記ファイバ５０を並べる第１のセット
及び第２のセットのプーリ及び／又は引張装置２４４のＶ字溝を通って、前記巻
取りスプール９４に配置されている。
【００２６】 本発明の前記方法の重要な利点は、精密な位置監視及び制御を必要としないと
いうことである。従って、本発明の一実施形態において、前記書込みビームに対
する前記ファイバの速度は一定である。別の実施形態において、前記ステージ、
前記スプール、及び／又は前記ファイバの移動は、制御及び／又は監視され、前
記変調器と同期して働くように連結される。この方法は、ファイバ引張タワーな
どの超精密定速度を有しない装置により巻出されるファイバ上に屈折率摂動を書
込み可能とするのに、特に有用である。更に他の代わりの実施形態において、平
行移動機構は光源の移動を制御してもよく、前記ファイバを固定しても固定しな
くてもよい。
【００２７】 前記ファイバ５０は、前記ファイバが前記書込みビーム２２と正確な位置関係
を維持するために、図２に示すようなＶ字溝又は図４に示すような精密Ｖ字溝プ
ーリに置いてもよい。前記ファイバ５０は、前記平行移動機構４０に挿通又は配
置される。本発明の別の実施形態において、前記ファイバを前記回転スプール１
８０に恒久的に固定してもよく、前記ファイバが前記スプール上に巻かれたまま
で格子を前記ファイバに直接書込んでもよい。格子を上に有する前記スプールは
、包装してもよい。この直接スプール書込み方法により、オペレータのファイバ
処理が低減又は更に排除される。屈折率摂動を製造するこの速度制御方法により
、回転ステージ及びウェブ駆動技術を利用して、振幅マスク又は開口を要するこ
となく任意のパターン及び無制限長の導波管に屈折率摂動を生成することができ
る。
【００２８】 前記導波管の長さｘに沿った屈折率の変化は、Δｎ（ｘ）で表示可能である。
前記平行移動機構４０は、導波管照射中の所与の時点ｔに関する前記導波管の速
度ｖ（ｔ）が分かるように前記書込みビームに対する前記導波管の平行移動を制
御する。前記変調器３０は、導波管平行移動速度及びビーム強度の関数である総
放射線量Φを導波管位置ｘが受けるように前記書込みビームの強度Ｉ（ｔ）を制
御する。導波管長に沿って導波管に放出された放射フルエンスΦ（ｘ）は、Δｎ （ｘ） ＝Ｃ・Φ（ｘ）のように前記屈折率摂動と関連がある。
【００２９】 周期的屈折率摂動を生成するために、前記ファイバを、周波数ｆ（ｔ）で強度
変調された光化学放射線の書込みビームを通り過ぎて精密制御された速度ｖ（ｔ
）で平行移動させる。直接ディジタル合成関数発生器６０を用いて、前記光変調
器３０に送られる任意の周期関数を作り、次式によりフーリエ級数で表示可能な
時間ｔの関数として書込みビーム強度Ｉを生成することができる。
【数１５】 ここで、Ｉ０は前記書込みビームの最大強度、Ａｎは前記関数のフーリエ級数表
現におけるｎｔｈ項に関する重み成分である。レーザビームを横切ってファイバ
を平行移動させた時に幅Ｄ及びピーク強度Ｉ０のレーザビームによりファイバの
長さｘに沿ってファイバに放出された前記フルエンスΦは、次式の通りである。
【数１６】 上記式は次式となる。
【数１７】 換算係数は、Ｉ（ｔ）の値、よってΦに考慮してもよく、又は幾何学的係数、光
吸収パラメータ、及び／又は強度分布変動を反映するように前記式に取り入れて
もよい。ｖ（ｔ）、Ｉ（ｔ）及びそれに応じてＩ０とＡｎを制御することにより
、任意の所望の屈折率分布関数を前記導波管に書込むことができることを、当業
者は分かるであろう。
【００３０】 前記ビームの直径を超える任意の周期Λの周期的屈折率摂動を生成でき、光強
度の変調周波数又は前記書込みビームに対する前記ファイバの速度を変えること
により、Λ＝ｖ／ｆとなる。ＬＰＧ生成の場合、前記関数発生器は、前記光化学
放射ビームの強度を制御して、前進伝搬ＬＰ０１拘フルエンスモードから被覆モ
ードに光を結合する周期的な屈折率摂動を生成する。波長の関数としてのこれら
のモード間の結合効率は、前記屈折率摂動の周期性と形状及びファイバ構造など
の幾つかの要因により特徴づけられる。図６は、前記屈折率摂動の異なる形状に
関してＬＰＧｓによる透過スペクトルを比較する。前記摂動周期性を変えること
により、異なる中心波長を有するＬＰＧｓを生成できる。一般にＬＰＧｓは、入
力光の波長より少なくとも１０倍長い屈折率摂動周期性を有するファイバ格子で
あると考えられる。典型的なＬＰＧ周期は、７００から１５００ｎｍの間の最大
結合効率を生成するのに１５から１５００μｍの間である。屈折率変調のチャー
プは、変調周波数を連続調整することにより前記ファイバに書込み可能である。
当業者は分かるであろうが、本発明の精神と範囲に反することなくここに詳述さ
れた方法を用いて、ＬＰＧｓ以外の異なるタイプのファイバモードカプラを製造
することができる。
【００３１】 前記レーザビームの幅により、式（３）で与えられた放出フルエンスのフーリ
エ級数表現におけるｓｉｎｃ−関数重み項に示すように、前記ファイバに書込ま
れた前記屈折率分布が低域空間フィルタリングされる。定性的に式（３）は、空
間座標で表示された時間変数、即ちＩ（ｘ／ｙ）と共に強度関数形式Ｉで畳込ま
れたビーム分布（この場合には方形分布）として見ることもできる。この図は、
ガウスなどの他のビーム分布により生じた空間フィルタリングを評価するのに有
用である。Ｄ＜０．１Λの場合、この空間フィルタリングは、分解の最初の幾つ
かの成分に対して無視できる。ＬＰＧｓは通常、何百μｍの周期を有するので、
前記書込みビームの直径を容易に集束させて、格子長に沿って複雑な屈折率分布
を書込むことができる。
【００３２】 上述の方法を用いて、ＬＰＧｓなどのアポダイゼーションされた周期的モード
カプラを作ることもできる。前記書込みビーム変調の振幅包絡線は、前記レーザ
ビームを横切って前記ファイバを平行移動させる際に別の関数発生器６２又は適
当なエレクトロニクスにより制御可能である。オフセットなしで強度Ｉのフーリ
エ級数表現を表すのにφ（ｔ）、即ち
【数１８】 （但し、ｎ≧１）を定義することにより、数学的に純アポディゼーションを（式
１と比較して）次式のように表すことができる。
【数１９】 ここで、振幅包絡線Ｍ（ｔ）は±１の間で変えることができる。包絡線変調のレ
ベルに関係なく、前記ファイバに放出された平均フルエンスは一定であり、よっ
て純アポディゼーションが実現される。この制御を実現するのに使用される物理
的構成は図１に詳述されている。純アポディゼーションを有するチャープされた
ＬＰＧｓは、特殊な位相マスク、開口、又は減衰光学部品を用いることなく、ワ
ンステップの書込み処理で製造可能である。
【００３３】 現在のＬＰＧ製造方法の単純化に加えて、この製造技法により、他の報告され
た方法では困難であったものやファイバに異なる屈折率摂動関数を書込可能であ
ることが、当業者には容易に明らかになるであろう。示されているように、この
追加機能は、モード結合の光学特性を形成するのに別の製造制御を有するものを
与える。例えば、正弦波屈折率摂動は、標準的な関数発生器を用いてファイバに
書込み可能である。この場合、次式の通りである。
【数２０】 上記の式は、次式の放出された放射線量を与える。
【数２１】
【００３４】 このタイプの格子の例は、図５Ａ及び図５Ｂに示してあり、２．２２２−Ｈｚ
変調された約１００−μｍ直径、１５０−ｍＷ、２４４−ｎｍ波長のレーザビー
ムが、前記ビームを通り過ぎて１ｍｍ／ｓで平行移動するファイバにＬＰＧを書
込むのに使用された。この格子は、製造（ＬＰＧ長＝６８ｍｍ）に６８秒要した
。
【００３５】 方形波摂動も、標準的な関数発生器を用いてファイバに書込み可能である。こ
の場合、次式の通りである。
【数２２】
【００３６】 このタイプの格子からの透過スペクトル例は、図６に示してあり、図５に示す
前述の正弦波発生スペクトルと同一実験パラメータで書込まれた。また、図６は
、同一実験パラメータで書込まれた正弦波発生ＬＰＧスペクトルと方形波発生透
過スペクトルとを比較する。前記方形波ＬＰＧスペクトルの結合効率のピークは
、そのスペクトルと前記正弦波発生スペクトルとを比較する同図でより長い波長
に約４ｎｍだけシフトされる。この格子は、製造（ＬＰＧ長＝５４ｍｍ）に５４
秒要した。方形波発生格子の４４０−μｍ周期は、書込みビーム直径のオーダー
であるので、方形波に対するフーリエ級数分解におけるほんの僅かの項が前記フ
ァイバに効果的に書き込まれる。（ビームサイズは、従来の光学部品で容易に減
少可能である。）それにもかかわらず、これらの正弦波及び方形波ＬＰＧｓは、
前記屈折率摂動の関数形状が固有減衰要件に適合するよう変更可能な別のパラメ
ータであることを示す異なる減衰特性を有する。
【００３７】 図７は、本発明方法のステップを要約したフローチャートである。第１のステ
ップでは、感光領域を有する導波管を設ける。また、直径Ｄ及び強度Ｉ（ｔ）を
有する光化学放射線の書込みビームを設ける。前記導波管を、相対速度ｖ（ｔ）
で前記ビームを通り過ぎて平行移動させる。前記ビームの放射強度を変調して、
前記ファイバに放出された放射フルエンスが
【数２３】 のように導波管長の全域で空間的に変わるように変調包絡線を制御する。
【００３８】 本発明の前記方法は、任意の所望の屈折率分布を有する実質的に任意長のイン
ライン式光学導波管長周期格子を書込む機能を提供する。長いＬＰＧｓ（１ｍよ
り長い）の有用性により、種々の用途で格子の新規な使用が可能となる。
【００３９】 ここに説明及び図示された前記方法と実施形態は、単に例示であり、本発明の
範囲で制限として考えられるべきではない。当業者は、他の変更及び修正を本発
明の精神と範囲に従って実行できることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による、屈折率摂動をマスクなしで導波管に書込むのに用
いられる構成のブロック図である。
【図２】 本発明による屈折率摂動書込み組立体の簡易側面図である。
【図３】 本発明による屈折率摂動書込み組立体の第２の実施形態の略図で
ある。
【図４】 本発明による屈折率摂動書込み組立体の第３の実施形態の略図で
ある。
【図５Ａ】 本発明による、正弦波変調パターンで製造されたＬＰＧの減衰
対波長分布のグラフである。
【図５Ｂ】 図５Ａに示すグラフの一部の拡大図である。
【図６】 正弦波ＬＰＧと比較された方形波ＬＰＧの減衰対波長分布のグラ
フである。
【図７】 本発明方法のステップを詳述したフローチャートである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月３０日（２０００．８．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【数１】 である。）のように屈折率摂動と関連があるステップと、 周期Λの周期的屈折率摂動を前記導波管に書込むステップ（式中
【数２】 である。）と、 を含み、前記導波管の長さｘに沿った屈折率の変化がΔｎ（ｘ）で表示可能であ
る、所望の屈折率摂動パターンを有する導波管を製造する方法。
【数３】 であり、ここで、Ｉ０は最大強度、Ａｎは前記関数Φ（ｘ）のフーリエ級数表現
におけるｎｔｈ項に関する重み成分である、請求項１に記載の方法。
【数４】 のようにフーリエ級数で表示可能なオフセット正弦波関数であり、前記導波管に
放出された前記フルエンスが次式
【数５】 のように表示可能である、請求項１に記載の方法。
【数６】 のようにフーリエ級数で表示可能なオフセット周期的方形波である、請求項１に
記載の方法。
【数７】 である、請求項１０又は１１に記載の組立体。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 感光領域及びＣで表示可能な感光性係数を有する導波管（５
    ０）を設けるステップと、 公称直径Ｄを有する光化学放射線（２２）の書込みビームを設けるステップと
    、 導波管照射中の任意の所与の時点ｔに関する前記導波管の速度ｖ（ｔ）が分か
    るように前記書込みビームに対する前記導波管の平行移動を制御するステップと
    、 前記導波管位置ｘが総放射線量Φを受けるように前記書込みビームの放射強度
    Ｉ（ｔ）を制御するステップであって、導波管長に沿って前記導波管に放出され
    た放射フルエンスΦ（ｘ）がΔｎ（ｘ）＝Ｃ・Φ（ｘ）のように屈折率摂動と関
    連があるステップと、 を含み、前記導波管の長さｘに沿った屈折率の変化がΔｎ（ｘ）で表示可能であ
    る、所望の屈折率摂動パターンを有する導波管を製造する方法。
  2. 【請求項２】 【数１】 である、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 周波数ｆ（ｔ）で時間ｔの関数として周期的に前記書込みビ
    ームの強度を変調して放射フルエンスを前記導波管に放出するステップを更に含
    み、 【数２】 であり、ここで、Ｉ０は最大強度、Ａｎは前記関数Φ（ｘ）のフーリエ級数表現
    におけるｎｔｈ項に関する重み成分である、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 周期Λの周期的屈折率摂動を前記導波管に書込むステップを
    更に含み、 【数３】 である、請求項１又は２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 周期的に変調された書込みビームのピーク強度Ｉ０を変調す
    るステップを更に含む、請求項３又は４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記書込みビーム強度を変調して、前記導波管に放出された
    前記フルエンスを定義する前記関数のフーリエ級数表現の各項Ａｎを独立に制御
    するステップを更に含む、請求項３又は４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記導波管が感光領域を有する光ファイバである、請求項１
    〜６の何れか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 Ｉ（ｔ）が次式 【数４】 のようにフーリエ級数で表示可能なオフセット正弦波関数であり、前記導波管に
    放出された前記フルエンスが次式 【数５】 のように表示可能である、請求項１又は２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 Ｉ（ｔ）が次式 【数６】 のようにフーリエ級数で表示可能なオフセット周期的方形波である、請求項１又
    は２に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記屈折率摂動が、逆エルビウム利得スペクトルに適合す
    る前記導波管を介して透過損スペクトルを生成する、請求項１〜９の何れか１項
    に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０の何れか１項の方法に従って製造された屈
    折率摂動を有する導波管を含む光増幅器。
  12. 【請求項１２】 ピーク強度Ｉ０及び公称直径Ｄを有する光化学放射線（２
    ２）の書込みビームを生成する源（２０）と、 前記書込みビームの強度Ｉ（ｔ）を制御する光化学放射線の前記書込みビーム
    の通路に沿って配置された光変調器（３０）であって、前記変調器が電子信号制
    御を含み、前記電子信号制御が振幅変調関数、周波数変調関数及び直流オフセッ
    トを有する光変調器と、 前記導波管を支持し、前記導波管を並べて前記書込みビームの通路を横切り、
    前記導波管を前記書込みビームに対して相対速度ｖ（ｔ）で平行移動させるファ
    イバ保持組立体及び平行移動機構（４０）と、 を含む、長周期格子を感光性導波管（５０）上に書込む長周期格子書込み組立体
    （１０）。
  13. 【請求項１３】 前記ファイバ保持組立体が、巻出しスプール（９２）と、
    速度制御式巻取りスプール（９４）と、前記巻取りスプールの回転速度を制御す
    る位相ロックループ回路（２８２）とを含み、前記巻取りスプールの回転速度が
    前記光変調器と同期して働くように連結されている、請求項１２に記載の長周期
    書込み組立体。
  14. 【請求項１４】 前記変調器が、周波数ｆで時間ｔの関数として周期的に前
    記書込みビームの放射強度を変調してフルエンスを前記導波管に放出しており、 【数７】 である、請求項１２又は１３に記載の組立体。
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