JP2003029061A - 光導波路型回折格子素子製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈折率変調の振幅分布が一定でない場合にも
容易に光導波路型回折格子素子を製造することができる
光導波路型回折格子素子製造方法などを提供する。 【解決手段】 光源３２１から出力された屈折率変化誘
起光ＵＶは、シャッタ３２２および光学系３２３を経た
後、ミラー３２４により反射されて、位相格子マスク２
００を介して光ファイバ１１０へ照射される。位相格子
マスク２００の回折作用により＋１次回折光と−１次回
折光とが発生し、これら２つの回折光が干渉することに
より縞間隔Λの干渉縞が生じる。ミラー３２４がｚ軸方
向に移動することにより、位相格子マスク２００を介し
た光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光ＵＶの照射位
置が走査される。このミラー３２４の移動および屈折率
変化誘起光ＵＶの照射の際に、圧電素子３３０の作用に
より、位相格子マスク２００はｚ軸方向に振動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の長手方
向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子
が形成された光導波路型回折格子素子を製造する方法お
よび装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路型回折格子素子は、光導波路
（例えば光ファイバ）における長手方向に沿った所定範
囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されたもの
であって、この光導波路を導波する光のうち所定の反射
波長の光を回折格子により選択的に反射することができ
る。また、この光導波路型回折格子素子を含む合分波モ
ジュールは、光導波路型回折格子素子により反射波長の
光を選択的に反射することで光を合波または分波するこ
とができ、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送
を行う波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Mu
ltiplexing）伝送システム等において用いられる。

【０００３】一般に、光導波路型回折格子素子は、光導
波路における長手方向に沿った所定範囲に亘って一定周
期Λの屈折率変調による回折格子が形成されていて、こ
の回折格子により、λ＝２ｎ₀Λ なる式で表されるブラ
ッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、
他の波長の光を透過する。ここで、ｎ₀は光導波路の屈
折率変調領域における平均の実効屈折率である。

【０００４】このような光導波路型回折格子素子では、
屈折率変調領域において長手方向に沿った屈折率変調の
振幅分布は、一定であってもよいが、変化していてもよ
い。屈折率変調の振幅分布が長手方向に沿って変化して
いることで、光導波路型回折格子素子の反射特性の改善
が図られる。また、屈折率変調の振幅分布が位相反転部
を有するものとすることにより、更に光導波路型回折格
子素子の反射特性の改善が図られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈折率
変調の振幅分布が位相反転部を有する光導波路型回折格
子素子は、これまで幾つかの文献で構造が提案され反射
特性のシミュレーション結果が示されているものの、製
造方法または製造装置については開示されていない。

【０００６】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、屈折率変調の振幅分布が一定でない場
合（更には、屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有す
る場合）にも容易に光導波路型回折格子素子を製造する
ことができる光導波路型回折格子素子製造方法および装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路型
回折格子素子製造方法は、光導波路の長手方向に沿った
所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成され
た光導波路型回折格子素子を製造する方法であって、光
導波路の側方に配置された位相格子マスクを長手方向に
光導波路に対して相対的に振動させ、その振動している
位相格子マスクを介して光導波路に屈折率変化誘起光を
照射することにより、光導波路に回折格子を形成して、
光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。

【０００８】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
装置は、光導波路の長手方向に沿った所定範囲に亘って
屈折率変調による回折格子が形成された光導波路型回折
格子素子を製造する装置であって、(1) 光導波路の側方
に配置された位相格子マスクを長手方向に光導波路に対
して相対的に振動させる位相格子マスク振動手段と、
(2) その振動している位相格子マスクを介して光導波路
に屈折率変化誘起光を照射する屈折率変化誘起光照射手
段と、を備えることを特徴とする。なお、位相格子マス
ク振動手段は、圧電素子を用いて位相格子マスクを相対
的に振動させるのが好適である。

【０００９】この本発明に係る光導波路型回折格子素子
製造方法または装置によれば、光導波路（例えばコア領
域にＧｅＯ₂が添加された石英系の光ファイバ）の側方
に位相格子マスクが配置され、この位相格子マスクは長
手方向に光導波路に対して相対的に振動する。そして、
その振動している位相格子マスクを介して光導波路に屈
折率変化誘起光（例えば紫外光）が照射される。この照
射に伴い生じた干渉縞の強度パターンに応じて、光導波
路に屈折率変調が形成され回折格子が形成されて、光導
波路型回折格子素子が製造される。このとき形成される
屈折率変調の振幅は、光導波路に対する位相格子マスク
の相対的振動の波形（形状、振幅、デューティ比、等）
に応じたものとなる。

【００１０】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路への屈折率変化誘起光の照射位置を所
定範囲に亘って走査するとともに、光導波路に対する位
相格子マスクの相対的振動の波形を照射位置に応じて制
御することを特徴とする。また、本発明に係る光導波路
型回折格子素子製造装置では、屈折率変化誘起光照射手
段は、光導波路への屈折率変化誘起光の照射位置を所定
範囲に亘って走査するとともに、位相格子マスク振動手
段は、光導波路に対する位相格子マスクの相対的振動の
波形を照射位置に応じて制御することを特徴とする。こ
の場合には、光導波路への屈折率変化誘起光の照射位置
が所定範囲に亘って走査され、また、光導波路に対する
位相格子マスクの相対的振動の波形が照射位置に応じて
制御されることにより、光導波路型回折格子素子に形成
される屈折率変調の振幅は、光導波路の長手方向に沿っ
て分布を有するものとすることができる。

【００１１】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路への屈折率変化誘起光の照射位置を所
定範囲に亘って一定速度で走査することを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造装置で
は、屈折率変化誘起光照射手段は、光導波路への屈折率
変化誘起光の照射位置を所定範囲に亘って一定速度で走
査することを特徴とする。この場合には、屈折率変化誘
起光の照射位置が所定範囲に亘って一定速度で走査され
ることにより、その照射位置の走査が容易であるだけで
なく、光導波路の屈折率変調形成範囲における平均実効
屈折率が長手方向に沿って一様となるのて好適である。

【００１２】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、所定範囲内の何れかの位置において、光導波路
に対する位相格子マスクの相対的振動を方形波状とし、
その振幅を回折格子の格子間隔の１／４とすることを特
徴とする。また、本発明に係る光導波路型回折格子素子
製造装置では、位相格子マスク振動手段は、所定範囲内
の何れかの位置において、光導波路に対する位相格子マ
スクの相対的振動を方形波状とし、その振幅を回折格子
の格子間隔の１／４とすることを特徴とする。この場合
には、光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクの相
対的振動の振幅が回折格子の格子間隔の１／４となる位
置で、屈折率変調の振幅分布関数が位相反転部を有し、
これにより、光学特性が優れたものとなる。

【００１３】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路への屈折率変化誘起光の照射の際に、
屈折率変化誘起光の長手方向の光束幅を５００μｍ以下
とすることを特徴とする。また、本発明に係る光導波路
型回折格子素子製造装置では、屈折率変化誘起光照射手
段は、光導波路への屈折率変化誘起光の照射の際に、屈
折率変化誘起光の長手方向の光束幅を５００μｍ以下と
することを特徴とする。屈折率変化誘起光照射手段は、
集光レンズ系を介して屈折率変化誘起光を照射すること
により、屈折率変化誘起光の長手方向の光束幅を５００
μｍ以下とするのが好適である。或いは、屈折率変化誘
起光照射手段は、所定の開口幅を有する開口を介して屈
折率変化誘起光を照射することにより、屈折率変化誘起
光の長手方向の光束幅を５００μｍ以下とするのが好適
である。この場合には、屈折率変化誘起光の長手方向の
光束幅を５００μｍ以下とすることにより、製造される
光導波路型回折控格子素子は、設計値に極めて近い屈折
率変調振幅を有するものとなる。

【００１４】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、所定範囲内の各位置における光導波路に対する
位相格子マスクの相対的振動の波形を、その位置におけ
る屈折率変調の振幅の目標値および屈折率変化誘起光の
パワー分布に基づいて決定することを特徴とする。ま
た、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造装置で
は、位相格子マスク振動手段は、所定範囲内の各位置に
おける光導波路に対する位相格子マスクの相対的振動の
波形を、その位置における屈折率変調の振幅の目標値お
よび屈折率変化誘起光のパワー分布に基づいて決定し
て、その決定した振動波形に基づいて位相格子マスクを
相対的に振動させることを特徴とする。この場合には、
屈折率変調の振幅の目標値および屈折率変化誘起光のパ
ワー分布に基づいて位相格子マスクの相対的振動の波形
が設計されることにより、製造される光導波路型回折控
格子素子は、設計値に極めて近い屈折率変調振幅を有す
るものとなる。

【００１５】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路に対する位相格子マスクの相対的振動
の波形を方形波、三角波、正弦波および台形波の何れか
となるように制御することを特徴とする。また、本発明
に係る光導波路型回折格子素子製造装置では、位相格子
マスク振動手段は、光導波路に対する位相格子マスクの
相対的振動の波形を方形波、三角波、正弦波および台形
波の何れかとなるように制御することを特徴とする。こ
の場合には、位相格子マスクの相対的振動の波形が一定
形状であることにより、製造される光導波路型回折控格
子素子の屈折率変調の振幅は、位相格子マスクの振動の
振幅に応じたものとなり、長手方向に沿った各位置に応
じて位相格子マスクの振動の振幅が制御されることによ
り屈折率変調の振幅が調整される。

【００１６】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路に対する位相格子マスクの相対的振動
の際に、位相格子マスクが移動の過渡期にあるときに、
光導波路への屈折率変化誘起光の照射を行わないことを
特徴とする。また、本発明に係る光導波路型回折格子素
子製造装置では、屈折率変化誘起光照射手段は、光導波
路に対する位相格子マスクの相対的振動の際に、位相格
子マスクが移動の過渡期にあるときに、光導波路への屈
折率変化誘起光の照射を行わないことを特徴とする。屈
折率変化誘起光照射手段は、音響光学素子を用いて光導
波路への屈折率変化誘起光の照射／非照射を制御するの
が好適である。この場合には、位相格子マスクが移動の
過渡期にあるときに光導波路への屈折率変化誘起光の照
射を行わないことにより、製造される光導波路型回折控
格子素子は、設計値に極めて近い屈折率変調振幅を有す
るものとなる。

【００１７】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、光導波路に対する位相格子マスクの相対的振動
の波形を方形波となるように制御するとともに、その相
対的振動の周期を、位相格子マスクが一端から他端に移
動するのに実際に要する時間の２０倍以上とすることを
特徴とする。また、本発明に係る光導波路型回折格子素
子製造装置では、位相格子マスク振動手段は、光導波路
に対する位相格子マスクの相対的振動の波形を方形波と
なるように制御するとともに、その相対的振動の周期
を、位相格子マスクが一端から他端に移動するのに実際
に要する時間の２０倍以上とすることを特徴とする。こ
の場合には、位相格子マスクの相対的振動の波形が方形
波となるように制御されるとともに、その相対的振動の
周期が、位相格子マスクが一端から他端に移動するのに
実際に要する時間の２０倍以上とされることにより、製
造される光導波路型回折控格子素子は、設計値に極めて
近い屈折率変調振幅を有するものとなる。

【００１８】本発明に係る光導波路型回折格子素子は、
上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法に
より製造されたことを特徴とする。この光導波路型回折
格子素子は、長手方向に沿って屈折率変調の振幅分布が
適切に設計されたものであり、例えば、屈折率変調の振
幅分布が位相反転部を有する。これにより、この光導波
路型回折格子素子は、例えば、多波長の光を選択的に反
射することができ、或いは、波長分散が抑制されたもの
となる。

【００１９】本発明に係る合分波モジュールは、上記の
本発明に係る光導波路型回折格子素子を含み、この光導
波路型回折格子素子により反射波長の光を選択的に反射
して、光を合波または分波することを特徴とする。本発
明に係る光伝送システムは、波長多重した多波長の信号
光を用いて光伝送を行う光伝送システムであって、上記
の本発明に係る合分波モジュールを含み、この合分波モ
ジュールにより多波長の信号光を合波または分波するこ
とを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００２１】先ず、本発明に係る光導波路型回折格子素
子の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に
係る光導波路型回折格子素子１００の説明図である。こ
の図は、光軸を含む面で切断したときの光導波路型回折
格子素子１００の断面図を示している。この光導波路型
回折格子素子１００は、光導波路である光ファイバ１１
０に回折格子１１３が形成されたものである。光ファイ
バ１１０は、石英ガラスを主成分とするものであって、
光軸中心を含むコア領域１１１にＧｅＯ₂が添加されて
おり、このコア領域１１１を取り囲んでクラッド領域１
１２が設けられている。この光ファイバ１１０における
長手方向に沿った所定範囲（以下「屈折率変調形成範
囲」という。）に亘って屈折率変調による回折格子１１
３が形成されている。

【００２２】光ファイバ１１０の長手方向に沿ってｚ軸
を設定し、そのｚ軸の原点を屈折率変調形成範囲の中心
位置とする。屈折率変調形成範囲において形成された屈
折率変調の格子間隔は一定値Λであり、屈折率変調形成
範囲において、回折格子１１３の屈折率分布ｎ(ｚ)は、

【数１】 なる式で表される。ここで、ｎ₀は、屈折率変調形成範
囲における光ファイバ１１０の平均実効屈折率である。
また、Ｆ(ｚ)は、屈折率変調形成範囲における屈折率変
調の振幅分布であり、例えば、sinc関数やcos関数など
である。この光導波路型回折格子素子１００は、回折格
子１１３により、反射波長λ（＝２ｎ₀Λ）の光を選択
的に反射することができる。また、屈折率変調振幅分布
Ｆ(ｚ)を最適化することにより、この光導波路型回折格
子素子１００は、波長分散が抑制されたものであった
り、波長分散が一定であったり、或いは、複数の波長の
信号光を選択的に反射したりすることができる。

【００２３】次に、本発明に係る光導波路型回折格子素
子製造装置の実施形態について説明する。図２は、本実
施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００の
説明図である。この光導波路型回折格子素子製造装置３
００は、上述した光導波路型回折格子素子１００を製造
する際に位相格子マスク２００とともに好適に用いられ
るものである。

【００２４】この光導波路型回折格子素子製造装置３０
０は、固定部材３１０、光源３２１、シャッタ３２２、
光学系３２３、ミラー３２４、圧電素子３３０および制
御部３４０を備えている。これらのうち、光源３２１、
シャッタ３２２、光学系３２３およびミラー３２４は、
位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０に屈折
率変化誘起光を照射する屈折率変化誘起光照射手段を構
成している。また、圧電素子３３０は、光ファイバ１１
０の側方に配置された位相格子マスク２００をｚ軸方向
に光ファイバ１１０に対して相対的に振動させる位相格
子マスク振動手段を構成している。

【００２５】光源３２１は、光ファイバ１１０のコア領
域１１１の屈折率変化を誘起せしめる波長の屈折率変化
誘起光ＵＶを出力する。この光源３２１として、例え
ば、波長２４８ｎｍのレーザ光を屈折率変化誘起光ＵＶ
として出力するＫｒＦエキシマレーザ光源が好適に用い
られる。シャッタ３２２は、光源３２１とミラー３２４
との間に設けられ、光源３２１から出力された屈折率変
化誘起光ＵＶの通過／遮断の制御を行う。このシャッタ
３２２として音響光学素子が好適に用いられ、この場合
には、屈折率変化誘起光ＵＶの通過／遮断の制御が高速
に行われる。

【００２６】光学系３２３は、シャッタ３２２とミラー
３２４との間に設けられ、光ファイバ１１０への屈折率
変化誘起光ＵＶの照射の際に屈折率変化誘起光ＵＶのｚ
軸方向の光束幅を所定値（好適には５００μｍ以下、更
に好適には１００μｍ以下）とする為のものである。こ
の光学系３２３として、集光レンズが好適に用いられ、
或いは、所定の開口幅を有する開口も好適に用いられ
る。光学系３２３として集光レンズが用いられる場合に
は、屈折率変化誘起光ＵＶのエネルギが有効に利用され
るので、回折格子の作成効率が優れる。また、光学系３
２３として開口が用いられる場合には、光ファイバ１１
０が被る機械的ダメージが低減される。

【００２７】ミラー３２４は、ｚ軸方向に対して４５度
だけ傾斜した反射面を有していて、光学系３２３を経て
ｚ軸方向に進んできた屈折率変化誘起光ＵＶを、ｚ軸に
垂直な方向に反射させる。そして、ミラー３２４は、そ
の反射させた屈折率変化誘起光ＵＶを、位相格子マスク
２００を介して光ファイバ１１０に照射する。また、こ
のミラー３２４は、ｚ軸方向に移動自在に固定部材３１
０に固定されている。

【００２８】位相格子マスク２００は、石英ガラス平板
の一方の面に格子間隔２Λの位相格子が形成されたもの
であり、その位相格子が形成された面が光ファイバ１１
０に対向して配置される。この位相格子マスク２００の
格子間隔は、光ファイバ１１０に形成されるべき回折格
子１１３の格子間隔Λの２倍とされる。また、この位相
格子マスク２００は、圧電素子３３０を介して固定部材
３１０と固定されており、圧電素子３３０の作用により
ｚ軸方向に振動可能である。

【００２９】制御部３４０は、固定部材３１０に対して
ミラー３２４をｚ軸方向に移動させる。これにより、制
御部３４０は、光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光
ＵＶの照射位置を、光ファイバ１１０の所定範囲（屈折
率変調形成範囲）に亘って走査する。このとき、制御部
３４０は、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を一定速度
で走査するのが好適である。この場合には、光ファイバ
１１０の屈折率変調形成範囲における平均実効屈折率が
長手方向に沿って一様となる。

【００３０】制御部３４０は、圧電素子３３０を制御し
て、位相格子マスク２００をｚ軸方向に光ファイバ１１
０に対して相対的に振動させる。これにより、光ファイ
バ１１０に形成される屈折率変調の振幅が調整される。
特に、制御部３４０は、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位
置ｚに応じて、位相格子マスク２００の振動の波形を制
御するのが好適である。この場合には、各位置ｚにおい
て、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は、位相格子マスク２００
の振動の波形に応じたものとなる。これにより、所望の
光学特性を有する光導波路型回折格子素子１００が製造
される。

【００３１】制御部３４０は、光ファイバ１１０の所定
範囲内の何れかの位置ｚ₀において、位相格子マスク２
００の振動を方形波状とし、その振幅を、光ファイバ１
１０に形成されるべき回折格子１１３の格子間隔Λの１
／４とするのが好適である。この場合には、屈折率変調
の振幅分布関数Ｆ(ｚ)は位置ｚ₀において位相反転部を
有し、これにより、光導波路型回折格子素子１１０の光
学特性が更に優れたものとなる。

【００３２】制御部３４０は、位相格子マスク２００の
振動の波形を方形波、三角波、正弦波および台形波の何
れかとなるように制御するのが好適である。このよう
に、位相格子マスク２００の振動の波形が一定形状であ
れば、各位置ｚにおいて、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は、
位相格子マスク２００の振動の振幅に応じたものとな
る。すなわち、各位置ｚに応じて位相格子マスク２００
の振動の振幅を制御することにより、屈折率変調の振幅
Ｆ(ｚ)が調整される。

【００３３】制御部３４０は、位相格子マスク２００の
振動の波形を任意のものとしてもよい。この場合には、
制御部３４０は、位相格子マスク２００の振動の際に、
位相格子マスク２００が移動の過渡期にあるときに、シ
ャッタ３２２を閉じて、光ファイバ１１０への屈折率変
化誘起光ＵＶの照射を行わないようにするのが好適であ
る。このようにすることで、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)が
精度よく調整される。

【００３４】なお、制御部３４０は位相格子マスク２０
０の振動の波形を方形波となるように制御したとして
も、実際には位相格子マスク２００は一端から他端に移
動するのに或る一定の時間を要する。そこで、制御部３
４０は、位相格子マスク２００の振動の周期を、位相格
子マスク２００が一端から他端に移動するのに実際に要
する時間の２０倍以上とするのが好適である。このよう
にすることで、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)が精度よく調整
される。

【００３５】次に、本実施形態に係る光導波路型回折格
子素子製造装置１の動作について説明するとともに、本
実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法につい
て説明する。この光導波路型回折格子素子製造装置１
は、制御部３４０による制御の下に以下のように動作す
る。

【００３６】光源３２１から出力された屈折率変化誘起
光ＵＶは、シャッタ３２２および光学系３２３を経てミ
ラー３２４に入射し、このミラー３２４により反射され
て、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０へ
照射される。このとき、格子間隔２Λの位相格子マスク
２００の回折作用により＋１次回折光と−１次回折光と
が発生し、これら２つの回折光が干渉することにより縞
間隔Λの干渉縞が生じる。また、ミラー３２４がｚ軸方
向に所定範囲に亘って移動することにより、位相格子マ
スク２００を介した光ファイバ１１０への屈折率変化誘
起光ＵＶの照射位置が走査される。そして、光ファイバ
１１０のコア領域１１１には、この干渉縞における光エ
ネルギの空間的な分布に応じて格子間隔Λの屈折率変調
が形成されて、回折格子１１３が形成される。

【００３７】このミラー３２４の移動および屈折率変化
誘起光ＵＶの照射の際に、圧電素子３３０の作用によ
り、位相格子マスク２００はｚ軸方向に振動する。格子
間隔２Λの位相格子マスク２００が光ファイバ１１０に
対してｚ軸方向に振動しており、その振動の波形が方形
波であるとし、振動の中心位置をｚとしたときに位置
(ｚ＋ａ)および位置(ｚ−ａ)それぞれにおける存在確率
が１／２であるとする。

【００３８】このときに屈折率変化変化誘起光ＵＶの照
射により形成される回折格子１１３の屈折率分布ｎ(ｚ)
は、

【数２】 なる式で表され、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は、

【数３】 なる式で表される。ここで、ａは、位相格子マスク２０
０の振動の振幅である。Δｎ₀は、屈折率変化変化誘起
光ＵＶの照射量（＝照射強度×照射時間）に応じた値の
係数である。

【００３９】上記(2)式右辺の第２項の第３因子（cos
(２πｚ／Λ)）は、回折格子１１３における格子間隔が
Λであることを示している。また、上記(3)式の屈折率
変調の振幅Ｆ(ｚ)は、図３に示されるように、位相格子
マスク２００の振動振幅ａの関数であり、この振幅ａに
応じた値となる。したがって、位相格子マスク２００の
振動振幅ａが適切に制御されることで、屈折率変調の振
幅Ｆ(ｚ)が調整され得る。したがって、図４（ｂ）に示
されるような屈折率変調振幅Ｆ(ｚ)を得るには、上記
(3)式に基づいて、図４（ｂ）に示されるように各位置
ｚにおける位相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)を制
御すればよい。

【００４０】また、図３に示されるように、位相格子マ
スク２００の振動振幅ａが０〜Λ／４の範囲であれば、
屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は正であり、位相格子マスク２
００の振動振幅ａがΛ／４〜３Λ／４の範囲であれば、
屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は負である。すなわち、位相格
子マスク２００の振動振幅ａが或る位置ｚ₀においてΛ
／４であって、該位置ｚ₀の前後において振動振幅ａが
Λ／４未満からΛ／４超に（またはその逆に）変化すれ
ば、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)は位置ｚ₀において位相反
転部を有することになる（図４参照）。

【００４１】また、このような屈折率変調振幅分布Ｆ
(ｚ)を得るには、光学系３２３を用いることで、位相格
子マスク２００に入射する屈折率変化誘起光ＵＶのｚ軸
方向の光束幅を好適には５００μｍ以下（更に好適には
１００μｍ以下）とする。また、ミラー３２４は一定速
度でｚ軸方向に移動するのが好適である。そして、その
ミラー３２４の一定速度の移動（すなわち、屈折率変化
誘起光ＵＶの照射位置ｚの走査）とともに、その照射位
置ｚに応じて振動振幅ａ(ｚ)で位相格子マスク２００は
ｚ軸方向に振動する。なお、屈折率変化誘起光ＵＶの強
度が一定であって、その照射位置ｚの走査の速度が一定
であれば、光ファイバ１１０の屈折率変調形成範囲にお
ける平均実効屈折率がｚ方向に沿って一様となる。

【００４２】以上の説明では、位相格子マスク２００の
振動の波形は、図５（ａ）に示されるような方形波であ
るとし、変位が＋ａおよび−ａそれぞれである確率が１
／２であるとして、理想的な場合を想定した。しかし、
実際には、図５（ｂ）に示されるように、一端（変位が
＋ａである位置）から他端（変位が−ａである位置）へ
の遷移、および、その逆の方向への遷移には、或る一定
の時間ΔＴ（例えば、数ｍ秒〜数十ｍ秒）を要する。こ
の遷移時間ΔＴが無視し得ない場合には、上記(3)式に
基づいて形成される屈折率変調は不正確なものとなる。
そこで、図５（ｃ）に示されるように、位相格子マスク
２００の振動の際に、位相格子マスク２００が移動の過
渡期にある上記遷移時間ΔＴの間は、シャッタ３２２を
閉じて、光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光ＵＶの
照射を行わないようにする。或いは、位相格子マスク２
００の振動の周期Ｔを上記遷移時間ΔＴの２０倍以上と
して、周期Ｔに対して遷移時間ΔＴを無視し得る程度に
小さくする。このようにすることで、屈折率変調の振幅
Ｆ(ｚ)が精度よく調整される。

【００４３】また、位相格子マスク２００の振動は、図
６（ａ）〜（ｃ）に示されるような波形であるのも好適
である。図６（ａ）に示されるように、位相格子マスク
２００の振動が三角波である場合には、光ファイバ１１
０に形成される回折格子１１３の屈折率分布ｎ(ｚ)は、

【数４】 なる式で表され、屈折率変調の振幅分布Ｆ₁(ｚ)は

【数５】 なる式で表される。なお、α₁，Δｎ₁それぞれは一定の
係数である。

【００４４】また、図６（ｂ）に示されるように、位相
格子マスク２００の振動が正弦波である場合には、光フ
ァイバ１１０に形成される回折格子１１３の屈折率分布
ｎ(ｚ)は、

【数６】 なる式で表され、屈折率変調の振幅分布Ｆ₂(ｚ)は

【数７】 なる式で表される。なお、α₂，Δｎ₂それぞれは一定の
係数である。

【００４５】また、図６（ｃ）に示されるように、位相
格子マスク２００の振動が台形波である場合には、屈折
率変調の振幅分布は、変位が＋ａまたは−ａである位置
にある時間Ｔ₁と、これら２つの位置の間の遷移時間Ｔ₂
との比に応じて、上記(3)式と上記(5)式とが加重平均さ
れた式で表される。

【００４６】このように、位相格子マスク２００の振動
の波形が一定形状であれば、各位置ｚにおいて、屈折率
変調の振幅Ｆ(ｚ)は、位相格子マスク２００の振動の振
幅ａに応じたものとなる。すなわち、各位置ｚに応じて
位相格子マスク２００の振動の振幅ａを制御することに
より、屈折率変調の振幅Ｆ(ｚ)が調整される。

【００４７】また、このように、屈折率変調振幅Ｆ(ｚ)
が位置ｚの関数である為には、屈折率変化誘起光ＵＶの
ｚ軸方向の光束幅２ｗは小さい方が好ましい。そこで、
屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗと、実際に実現され
る屈折率変調振幅との関係について、以下に説明する。
ここでは、位相格子マスク２００の振動が方形波である
とし、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の走査速度が一
定であるとし、また、屈折率変化誘起光ＵＶの強度が光
束幅２ｗ内において均一であるとする。図７中に実線で
示される屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)が形成されるよう
に、同図中に破線で示される振動振幅ａ(ｚ)に従って位
相格子マスク２００が振動する場合を想定する。なお、
位相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)は、上記(3)式
に従って得られたものである。

【００４８】位置ｚに屈折率変化誘起光ＵＶが照射され
るのは、屈折率変化誘起光ＵＶの中心照射位置がｚ−ｗ
からｚ＋ｗへ到るまでの期間である。したがって、各位
置ｚにおいて実際に実現される屈折率変調振幅は、屈折
率変化誘起光ＵＶの中心照射位置がｚ−ｗからｚ＋ｗへ
到るまで位相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)の影響
を受けたものとなる。すなわち、実現される屈折率変調
振幅は、屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗに依存す
る。図８は、設計値の屈折率変調振幅（実線）、およ
び、光束幅２ｗが３ｍｍであるときの屈折率変調振幅
（破線）を示す図である。図９は、設計値の屈折率変調
振幅（実線）、および、光束幅２ｗが２ｍｍであるとき
の屈折率変調振幅（破線）を示す図である。図１０は、
設計値の屈折率変調振幅（実線）、および、光束幅２ｗ
が１ｍｍであるときの屈折率変調振幅（破線）を示す図
である。また、図１１は、設計値の屈折率変調振幅（実
線）、および、光束幅２ｗが０．５ｍｍであるときの屈
折率変調振幅（破線）を示す図である。これらの図から
判るように、屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗが小さ
いほど、実現される屈折率変調振幅と設計値との差は小
さい。また、屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗが０．
５ｍｍ以下であれば、実現される屈折率変調振幅と設計
値との差は無視し得る程度に小さい。

【００４９】このように、屈折率変化誘起光ＵＶの光束
幅２ｗが小さいほど、実現される屈折率変調振幅は設計
値に近くなる。しかし、屈折率変化誘起光ＵＶの強度密
度が一定であるとすると、屈折率変化誘起光ＵＶの光束
幅２ｗが小さいほど、各位置における屈折率変化誘起光
ＵＶの照射時間が短く照射量が少ない。それ故、照射位
置の走査速度を遅くする必要があることから、光導波路
型回折格子素子１００を製造するのに要する時間が長く
なる。

【００５０】そこで、次に、屈折率変化誘起光ＵＶの光
束幅２ｗが大きくても、実現される屈折率変調振幅を設
計値に近づけることができる手法について説明する。こ
こでは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の走査速度が
一定であるとし、また、屈折率変化誘起光ＵＶの強度が
光束幅２ｗ内において均一であるとする。また、位相格
子マスク２００の振動振幅ａと、光束幅２ｗが極めて小
さいとした理想的な場合の屈折率変調振幅ｆとの間で、

【数８】 なる関係式があるとする。この場合、各位置ｚにおいて
実現される屈折率変調振幅Ｆ(ｚ)は、

【数９】 なる式で表される。ここで、Ｃは定数である。

【００５１】そして、この(9)式で表される屈折率変調
振幅Ｆ(ｚ)が設計値となるように、位相格子マスク２０
０の振動振幅ａ(ｚ)が適切に設計される。このようにし
て、位相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)が設計され
ることにより、実現される屈折率変調振幅は設計値に近
いものとなる。図１２は、設計目標の屈折率変調振幅分
布（実線）、上記(9)式に基づいて得られた位相格子マ
スク２００の振動振幅（破線）、および、上記(9)式が
考慮されずに得られた位相格子マスク２００の振動振幅
（点線）を示す図である。図１３は、上記(9)式に基づ
いて得られた振動振幅に従って位相格子マスク２００が
振動する場合に実現される屈折率変調振幅を示す図であ
る。屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗを２ｍｍとし
た。上記(9)式が考慮されずに得られた振動振幅に従っ
て位相格子マスク２００が振動する場合に実現される屈
折率変調振幅は図９に示されている。図９と図１３とを
比較して判るように、上記(9)式に基づいて得られた振
動振幅に従って位相格子マスク２００が振動する場合に
は、実現される屈折率変調振幅は設計値に近いものとな
っている。

【００５２】また、以上の説明では、屈折率変化誘起光
ＵＶの強度が光束幅２ｗ内において均一であるとした。
しかし、実際には、屈折率変化誘起光ＵＶの強度は、均
一ではなく、或る分布（例えばガウス分布）を有してい
る。そこで、次に、屈折率変化誘起光ＵＶの強度が光束
幅２ｗ内において分布を有している場合について説明す
る。屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅２ｗ内における強度
分布は、中心照射位置からのｚ方向の距離ｚ₁に対して
Ｐ(ｚ₁)で表されるとする。各位置ｚにおいて実現され
る屈折率変調振幅Ｆ(ｚ)は、

【数１０】 なる式で表される。そして、この(10)式で表される屈折
率変調振幅Ｆ(ｚ)が設計値となるように、位相格子マス
ク２００の振動振幅ａ(ｚ)が適切に設計される。このよ
うにして、位相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)が設
計されることにより、実現される屈折率変調振幅は設計
値に近いものとなる。

【００５３】これまで述べた実施形態では、光ファイバ
１１０に対する位相格子マスク２００の相対的振動の波
形（特に振幅）を制御することで、屈折率変調振幅を制
御するものであった。しかし、振幅ではなく位相格子マ
スク２００の相対的振動のデューティ比を制御すること
で、屈折率変調振幅を制御することも可能である。以下
では、位相格子マスク２００の相対的振動のデューティ
比を制御する場合について説明する。これも、本実施形
態に係る光導波路型回折格子素子製造装置１または本実
施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法により実
現されるものである。

【００５４】或る照射位置ｚにおいて、位相格子マスク
２００が＋Λ／４だけ変位した状態１と、位相格子マス
ク２００が−Λ／４だけ変位した状態２とを考える。状
態１であるときに光ファイバ１１０に形成される屈折率
変調Δｎ₁(ｚ)は、

【数１１】 なる式で表され、状態２であるときに光ファイバ１１０
に形成される屈折率変調Δｎ₂(ｚ)は、

【数１２】 なる式で表される。なお、ここでは変調成分のみを考え
る。上記(11)式と上記(12)式とは、符号のみが相違して
いる。また、位相格子マスク２００の振動周期Ｔのうち
時間ｔ₁の間は状態１であり、振動周期Ｔのうち時間ｔ₂
の間は状態２であるとする。このとき、光ファイバ１１
０に形成される屈折率変調Δｎ(ｚ)は、

【数１３】 なる式で表される。ここで、Δｎ₀は、常に状態１にあ
るとしたとき（ｔ₁＝Ｔ）の屈折率変調振幅を表す。こ
の式から判るように、屈折率変調Δｎ(ｚ)の振幅は、
(ｔ₁−ｔ₂)Δｎ₀／Ｔなる式で表され、図１４に示され
るように、位相格子マスク２００の相対的振動のデュー
ティ比（ｔ₁／Ｔ）に対して線形関係にある。ｔ₁＝Ｔで
あれば屈折率変調振幅は最大値（Δｎ₀）であり、ｔ₁＝
０であれば屈折率変調振幅は最小値（−Δｎ₀）であ
る。ｔ₁＞ｔ₂（すなわち、ｔ₁＞Ｔ／２）であれば屈折
率変調振幅は正であり、ｔ₁＝ｔ₂（すなわち、ｔ₁＝Ｔ
／２）であれば屈折率変調振幅は０であり、ｔ₁＜ｔ
₂（すなわち、ｔ₁＜Ｔ／２）であれば屈折率変調振幅は
負である。

【００５５】したがって、照射位置ｚを走査するととも
に、その照射位置ｚに応じて、位相格子マスク２００の
振動における時間ｔ₁と時間ｔ₂との比（すなわち、デュ
ーティ比（ｔ₁／Ｔ））を制御することにより、屈折率
変調の振幅分布を制御することができる。また、その走
査の途中の或る位置で時間ｔ₁と時間ｔ₂との大小関係
（すなわち、デューティ比（ｔ₁／Ｔ）と値１／２との
大小関係）を逆転することにより、屈折率変調の振幅分
布が位相反転部を有する光導波路型回折格子素子１００
を実現することができる。図１５（ｂ）に示されるよう
な屈折率変調振幅を得るには、図１５（ｂ）に示される
ように各位置ｚにおける位相格子マスク２００の振動の
デューティ比（ｔ₁／Ｔ）を制御すればよい。

【００５６】次に、本発明に係る合分波モジュールの実
施形態について説明する。以下に説明する各実施形態の
合分波モジュールに含まれる光導波路型回折格子素子
は、上記の実施形態に係る光導波路型回折格子素子１０
０であって位相反転部を有するものであり、多波長の光
を選択的に反射することができる。以下では、この光導
波路型回折格子素子１００が波長λ_2mの光を反射する一
方で波長λ_2m+1の光を透過するものとして説明する。た
だし、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、Ｍは２以上の整
数であり、各波長は

【数１４】 なる関係式を満たすものとする。

【００５７】図１６は、第１の実施形態に係る合分波モ
ジュール１０の説明図である。この合分波モジュール１
０は、光導波路型回折格子素子１００の一端に光サーキ
ュレータ１２０が接続され、光導波路型回折格子素子１
００の他端に光サーキュレータ１３０が接続されて構成
されている。光サーキュレータ１２０は、第１端子１２
１、第２端子１２２および第３端子１２３を有してお
り、第１端子１２１に入力した光を第２端子１２２より
光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子１２
２に入力した光を第３端子１２３より出力する。また、
光サーキュレータ１３０は、第１端子１３１、第２端子
１３２および第３端子１３３を有しており、第１端子１
３１に入力した光を第２端子１３２より光導波路型回折
格子素子１００へ出力し、第２端子１３２に入力した光
を第３端子１３３より出力する。

【００５８】この合分波モジュール１０では、光サーキ
ュレータ１２０の第１端子１２１に波長λ_2m+1の光が入
力すると、これらの光は、光サーキュレータ１２０の第
２端子１２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力
され、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サ
ーキュレータ１３０の第２端子１３２に入力し、光サー
キュレータ１３０の第３端子１３３より出力される。ま
た、光サーキュレータ１３０の第１端子１３１に波長λ
_2mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ
１３０の第２端子１３２より光導波路型回折格子素子１
００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００で反射
して、光サーキュレータ１３０の第２端子１３２に入力
し、光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力
される。すなわち、この場合には、この合分波モジュー
ル１０は、合波器として動作し、光サーキュレータ１２
０の第１端子１２１に入力した波長λ_2m+1の光と、光サ
ーキュレータ１３０の第１端子１３１に入力した波長λ
_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光
を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力す
る。なお、合分波モジュール１０が合波器としてのみ用
いられる場合には光サーキュレータ１２０は不要であ
る。

【００５９】また、この合分波モジュール１０では、光
サーキュレータ１２０の第１端子１２１に波長λ₁〜λ
_2Mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ
１２０の第２端子１２２より光導波路型回折格子素子１
００へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ
_2mの光は、光導波路型回折格子素子１００で反射して、
光サーキュレータ１２０の第２端子１２２に入力し、光
サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力され
る。一方、波長λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子
１００を透過して、光サーキュレータ１３０の第２端子
１３２に入力し、光サーキュレータ１３０の第３端子１
３３より出力される。すなわち、この場合には、この合
分波モジュール１０は、分波器として動作し、光サーキ
ュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ₁〜
λ_2Mを分波して、波長λ_2mの光を光サーキュレータ１２
０の第３端子１２３より出力し、波長λ_2m+1の光を光サ
ーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。な
お、合分波モジュール１０が分波器としてのみ用いられ
る場合には光サーキュレータ１３０は不要である。

【００６０】さらに、この合分波モジュール１０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭ（Add-Drop Multiplexer）として
も動作する。すなわち、この合分波モジュール１０は、
光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波
長λ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの光を光サーキュレータ１
２０の第３端子１２３より出力（Drop）するとともに、
他の情報を担う波長λ _2mの光を光サーキュレータ１３０
の第１端子１３１より入力（Add）する。そして、光サ
ーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ
₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光サーキュレータ
１３０の第１端子１３１に入力した波長λ_2mの光とを合
波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光サーキュ
レータ１３０の第３端子１３３より出力する。

【００６１】図１７は、第２の実施形態に係る合分波モ
ジュール２０の説明図である。この合分波モジュール２
０は、光ファイバ１１０Ａと光ファイバ１１０Ｂとが光
カプラ１１４Ａおよび１１４Ｂそれぞれを介して光結合
されていて、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの
間の光ファイバ１１０Ａの所定範囲に回折格子１１３Ａ
が形成されて光導波路型回折格子素子１００Ａとされて
おり、また、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの
間の光ファイバ１１０Ｂの所定範囲に回折格子１１３Ｂ
が形成されて光導波路型回折格子素子１００Ｂとされて
いる。これら光導波路型回折格子素子１００Ａおよび１
００Ｂそれぞれは、既述した光導波路型回折格子素子１
００と同等のものである。

【００６２】この合分波モジュール２０では、光ファイ
バ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ_2m+1の光が入力す
ると、これらの光は、光カプラ１１４Ａにより分岐さ
れ、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂを透過
して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１
１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。また、光ファ
イバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに波長λ_2mの光が入力す
ると、これらの光は、光カプラ１１４Ｂにより分岐さ
れ、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反射
して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１
１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。すなわち、こ
の場合には、この合分波モジュール２０は、合波器とし
て動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力
した波長λ_{2m +1}の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１
１６Ｂに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波
した波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ａの第２端
１１６Ａより出力する。

【００６３】また、この合分波モジュール２０では、光
ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ₁〜λ_2Mの
光が入力すると、これらの光は、光カプラ１１４Ａによ
り分岐され光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂ
へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ_2mの
光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反
射して、光カプラ１１４Ａにより合波され、光ファイバ
１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力される。一方、波長
λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１
０Ｂを透過して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光
ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。す
なわち、この場合には、この合分波モジュール２０は、
分波器として動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１
５Ａに入力した波長λ₁〜λ_2Mを分波して、波長λ_2mの
光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力し、
波長λ_2m+1の光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａ
より出力する。

【００６４】さらに、この合分波モジュール２０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、こ
の合分波モジュール２０は、光ファイバ１１０Ａの第１
端１１５Ａに入力した波長λ ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの
光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力（Dr
op）するとともに、他の情報を担う波長λ_2mの光を光フ
ァイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂより入力（Add）す
る。そして、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入
力した波長λ₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光フ
ァイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ_2mの
光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光
ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。

【００６５】図１８は、第３の実施形態に係る合分波モ
ジュール３０の説明図である。この合分波モジュール３
０は、光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１１０Ｄとが光
カプラ１１４Ｃを介して光結合されていて、その光カプ
ラ１１４Ｃにおける光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１
１０Ｄとの融着部の所定範囲に回折格子１１３Ｃが形成
されて光導波路型回折格子素子１００Ｃとされている。
この光導波路型回折格子素子１００Ｃは、既述した光導
波路型回折格子素子１００と同等のものである。ただ
し、回折格子１１３Ｃは、光ファイバ１１０Ｃのコア領
域および光ファイバ１１０Ｄのコア領域の双方に形成さ
れている。

【００６６】この合分波モジュール３０では、光ファイ
バ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ_2m+1の光が入力す
ると、これらの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃ
を透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより
出力される。また、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６
Ｄに波長λ_2mの光が入力すると、これらの光は、光導波
路型回折格子素子１００Ｃで反射して、光ファイバ１１
０Ｃの第２端１１６Ｃより出力される。すなわち、この
場合には、この合分波モジュール３０は、合波器として
動作し、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力し
た波長λ_2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１
６Ｄに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波し
た波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１
１６Ｃより出力する。

【００６７】また、この合分波モジュール３０では、光
ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ₁〜λ_2Mの
光が入力すると、これらの光は光導波路型回折格子素子
１００Ｃに到達する。そして、これらの光のうち、波長
λ_2mの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃで反射し
て、光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力され
る。一方、波長λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子
１００Ｃを透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１
６Ｃより出力される。すなわち、この場合には、この合
分波モジュール３０は、分波器として動作し、光ファイ
バ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ₁〜λ_2M
を分波して、波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｄの第１
端１１５Ｄより出力し、波長λ_2m+1の光を光ファイバ１
１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。

【００６８】さらに、この合分波モジュール３０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、こ
の合分波モジュール３０は、光ファイバ１１０Ｃの第１
端１１５Ｃに入力した波長λ ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの
光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力（Dr
op）するとともに、他の情報を担う波長λ_2mの光を光フ
ァイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄより入力（Add）す
る。そして、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入
力した波長λ₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光フ
ァイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ_2mの
光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光
ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。

【００６９】以上の合分波モジュール１０，２０および
３０それぞれに含まれる光導波路型回折格子素子は、既
述した本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００
であって、位相反転部を有しており、反射特性が優れ
る。光導波路型回折格子素子１００において、反射波長
帯域内における透過率が小さく、且つ、反射波長帯域外
における反射率が小さいことから、合分波モジュール１
０，２０および３０の何れも、反射波長λ_2mと透過波長
λ_2m+1との差が小さい場合であっても、クロストークが
生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射波長λ
_2mの光のパワーロスが小さい。

【００７０】次に、本発明に係る光伝送システムの実施
形態について説明する。図１９は、本実施形態に係る光
伝送システム１の概略構成図である。この光伝送システ
ム１は、送信局２と中継局３との間が光ファイバ伝送路
５で接続され、中継局３と受信局４との間も光ファイバ
伝送路６で接続されており、また、中継局３に合分波モ
ジュール１０が設けられている。

【００７１】送信局２は、波長λ₁〜λ_2Mの信号光を波
長多重して光ファイバ伝送路５へ送出する。中継局３
は、光ファイバ伝送路５を伝搬してきた波長λ₁〜λ_2M
の信号光を入力し、これらを合分波モジュール１０によ
り分波して、波長λ_2m+1の信号光を光ファイバ伝送路６
へ送出し、波長λ_2mの信号光を他の光ファイバ伝送路へ
送出する。また、中継局３は、合分波モジュール１０に
より、他の光ファイバ伝送路を経て入力した波長λ_2mの
信号光を光ファイバ伝送路６へ送出する。受信局４は、
光ファイバ伝送路６を伝搬してきた波長λ₁〜λ_2Mの信
号光を入力し、これらを各波長に分波して受信する。

【００７２】この光伝送システム１は、上記の本実施形
態に係る光導波路型回折格子素子１００を含む合分波モ
ジュール１０を用いて、波長λ₁〜λ_2Mの信号光を合波
または分波するものである。したがって、光導波路型回
折格子素子１００において、反射波長λ_2mと透過波長λ
_2m+1との差が小さい場合であっても、クロストークが生
じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射波長λ_2m
の光のパワーロスが小さい。なお、合分波モジュール１
０に替えて合分波モジュール２０または３０を設けても
よい。

【００７３】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施
形態の光導波路型回折格子素子は、光導波路である光フ
ァイバに屈折率変調による回折格子が形成されたもので
あった。しかし、これに限られず、平面基板上に形成さ
れた光導波路に屈折率変調による回折格子が形成された
ものであってもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、光導波路の側方に位相格子マスクが配置され、
この位相格子マスクは長手方向に光導波路に対して相対
的に振動する。そして、その振動している位相格子マス
クを介して光導波路に屈折率変化誘起光が照射される。
この照射に伴い生じた干渉縞の強度パターンに応じて、
光導波路に屈折率変調が形成され回折格子が形成され
て、光導波路型回折格子素子が製造される。このとき形
成される屈折率変調の振幅は、光導波路に対する位相格
子マスクの相対的振動の波形に応じたものとなる。この
ようにして製造される光導波路型回折格子素子は、長手
方向に沿って屈折率変調の振幅分布が適切に設計された
ものであり、例えば、屈折率変調の振幅分布が位相反転
部を有する。これにより、この光導波路型回折格子素子
は、例えば、多波長の光を選択的に反射することがで
き、或いは、波長分散が抑制されたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１０
０の説明図である。

【図２】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造
装置３００の説明図である。

【図３】位相格子マスク２００の振動振幅ａと屈折率変
調振幅Ｆとの関係を示すグラフである。

【図４】各位置ｚにおける位相格子マスク２００の振動
振幅ａおよび屈折率変調振幅Ｆそれぞれの分布を示すグ
ラフである。

【図５】位相格子マスク２００の振動の様子およびシャ
ッタ３２２の開閉を説明する図である。

【図６】位相格子マスク２００の他の振動の例を説明す
る図である。

【図７】設計目標の屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)および位
相格子マスク２００の振動振幅ａ(ｚ)それぞれを示す図
である。

【図８】設計値の屈折率変調振幅（実線）、および、光
束幅２ｗが３ｍｍであるときの屈折率変調振幅（破線）
を示す図である。

【図９】設計値の屈折率変調振幅（実線）、および、光
束幅２ｗが２ｍｍであるときの屈折率変調振幅（破線）
を示す図である。

【図１０】設計値の屈折率変調振幅（実線）、および、
光束幅２ｗが１ｍｍであるときの屈折率変調振幅（破
線）を示す図である。

【図１１】設計値の屈折率変調振幅（実線）、および、
光束幅２ｗが０．５ｍｍであるときの屈折率変調振幅
（破線）を示す図である。

【図１２】設計目標の屈折率変調振幅分布（実線）、
(9)式に基づいて得られた位相格子マスク２００の振動
振幅（破線）、および、(9)式が考慮されずに得られた
位相格子マスク２００の振動振幅（点線）を示す図であ
る。

【図１３】(9)式に基づいて得られた振動振幅に従って
位相格子マスク２００が振動する場合に実現される屈折
率変調振幅を示す図である。

【図１４】位相格子マスク２００の振動のデューティ比
と屈折率変調振幅との関係を示すグラフである。

【図１５】各位置ｚにおける位相格子マスク２００の振
動のデューティ比および屈折率変調振幅それぞれの分布
を示すグラフである。

【図１６】第１の実施形態に係る合分波モジュールの説
明図である。

【図１７】第２の実施形態に係る合分波モジュールの説
明図である。

【図１８】第３の実施形態に係る合分波モジュールの説
明図である。

【図１９】本実施形態に係る光伝送システムの概略構成
図である。

【符号の説明】

１…光伝送システム、２…送信局、３…中継局、４…受
信局、５，６…光ファイバ伝送路、１０，２０，３０…
合分波モジュール、１００…光導波路型回折格子素子、
１１０…光ファイバ（光導波路）、１１１…コア領域、
１１２…クラッド領域、１１３…回折格子、１２０，１
３０…光サーキュレータ、２００…位相格子マスク、３
００…光導波路型回折格子素子製造装置、３１０…固定
部材、３２１…光源、３２２…シャッタ、３２３…光学
系、３２４…ミラー、３３０…圧電素子、３４０…制御
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 享 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 村嶋 清孝 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H049 AA06 AA34 AA45 AA59 AA62 2H050 AA07 AB05X AC84 AD00

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路の長手方向に沿った所定範囲に
   亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波路
   型回折格子素子を製造する方法であって、 前記光導波路の側方に配置された位相格子マスクを前記
   長手方向に前記光導波路に対して相対的に振動させ、そ
   の振動している前記位相格子マスクを介して前記光導波
   路に屈折率変化誘起光を照射することにより、前記光導
   波路に回折格子を形成して、前記光導波路型回折格子素
   子を製造する、 ことを特徴とする光導波路型回折格子素子製造方法。
2. 【請求項２】 前記光導波路への前記屈折率変化誘起光
   の照射位置を前記所定範囲に亘って走査するとともに、
   前記光導波路に対する前記位相格子マスクの相対的振動
   の波形を前記照射位置に応じて制御する、ことを特徴と
   する請求項１記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
3. 【請求項３】 前記光導波路への前記屈折率変化誘起光
   の照射位置を前記所定範囲に亘って一定速度で走査す
   る、ことを特徴とする請求項２記載の光導波路型回折格
   子素子製造方法。
4. 【請求項４】 前記所定範囲内の何れかの位置におい
   て、前記光導波路に対する前記位相格子マスクの相対的
   振動を方形波状とし、その振幅を前記回折格子の格子間
   隔の１／４とする、ことを特徴とする請求項２記載の光
   導波路型回折格子素子製造方法。
5. 【請求項５】 前記光導波路への前記屈折率変化誘起光
   の照射の際に、前記屈折率変化誘起光の前記長手方向の
   光束幅を５００μｍ以下とする、ことを特徴とする請求
   項２記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
6. 【請求項６】 前記所定範囲内の各位置における前記光
   導波路に対する前記位相格子マスクの相対的振動の波形
   を、その位置における屈折率変調の振幅の目標値および
   前記屈折率変化誘起光のパワー分布に基づいて決定す
   る、ことを特徴とする請求項２記載の光導波路型回折格
   子素子製造方法。
7. 【請求項７】 前記光導波路に対する前記位相格子マス
   クの相対的振動の波形を方形波、三角波、正弦波および
   台形波の何れかとなるように制御する、ことを特徴とす
   る請求項１記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
8. 【請求項８】 前記光導波路に対する前記位相格子マス
   クの相対的振動の際に、前記位相格子マスクが移動の過
   渡期にあるときに、前記光導波路への前記屈折率変化誘
   起光の照射を行わない、ことを特徴とする請求項１記載
   の光導波路型回折格子素子製造方法。
9. 【請求項９】 前記光導波路に対する前記位相格子マス
   クの相対的振動の波形を方形波となるように制御すると
   ともに、その相対的振動の周期を、前記位相格子マスク
   が一端から他端に移動するのに実際に要する時間の２０
   倍以上とする、ことを特徴とする請求項１記載の光導波
   路型回折格子素子製造方法。
10. 【請求項１０】 光導波路の長手方向に沿った所定範囲
    に亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波
    路型回折格子素子を製造する装置であって、 前記光導波路の側方に配置された位相格子マスクを前記
    長手方向に前記光導波路に対して相対的に振動させる位
    相格子マスク振動手段と、 その振動している前記位相格子マスクを介して前記光導
    波路に屈折率変化誘起光を照射する屈折率変化誘起光照
    射手段と、 を備えることを特徴とする光導波路型回折格子素子製造
    装置。
11. 【請求項１１】 前記位相格子マスク振動手段は、圧電
    素子を用いて前記位相格子マスクを相対的に振動させ
    る、ことを特徴とする請求項１０記載の光導波路型回折
    格子素子製造装置。
12. 【請求項１２】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、前
    記光導波路への前記屈折率変化誘起光の照射位置を前記
    所定範囲に亘って走査するとともに、 前記位相格子マスク振動手段は、前記光導波路に対する
    前記位相格子マスクの相対的振動の波形を前記照射位置
    に応じて制御する、 ことを特徴とする請求項１０記載の光導波路型回折格子
    素子製造装置。
13. 【請求項１３】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、前
    記光導波路への前記屈折率変化誘起光の照射位置を前記
    所定範囲に亘って一定速度で走査する、ことを特徴とす
    る請求項１２記載の光導波路型回折格子素子製造装置。
14. 【請求項１４】 前記位相格子マスク振動手段は、前記
    所定範囲内の何れかの位置において、前記光導波路に対
    する前記位相格子マスクの相対的振動を方形波状とし、
    その振幅を前記回折格子の格子間隔の１／４とする、こ
    とを特徴とする請求項１２記載の光導波路型回折格子素
    子製造装置。
15. 【請求項１５】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、前
    記光導波路への前記屈折率変化誘起光の照射の際に、前
    記屈折率変化誘起光の前記長手方向の光束幅を５００μ
    ｍ以下とする、ことを特徴とする請求項１２記載の光導
    波路型回折格子素子製造装置。
16. 【請求項１６】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、集
    光レンズ系を介して前記屈折率変化誘起光を照射するこ
    とにより、前記屈折率変化誘起光の前記長手方向の光束
    幅を５００μｍ以下とする、ことを特徴とする請求項１
    ５記載の光導波路型回折格子素子製造装置。
17. 【請求項１７】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、所
    定の開口幅を有する開口を介して前記屈折率変化誘起光
    を照射することにより、前記屈折率変化誘起光の前記長
    手方向の光束幅を５００μｍ以下とする、ことを特徴と
    する請求項１５記載の光導波路型回折格子素子製造装
    置。
18. 【請求項１８】 前記位相格子マスク振動手段は、前記
    所定範囲内の各位置における前記光導波路に対する前記
    位相格子マスクの相対的振動の波形を、その位置におけ
    る屈折率変調の振幅の目標値および前記屈折率変化誘起
    光のパワー分布に基づいて決定して、その決定した振動
    波形に基づいて前記位相格子マスクを相対的に振動させ
    る、ことを特徴とする請求項１２記載の光導波路型回折
    格子素子製造装置。
19. 【請求項１９】 前記位相格子マスク振動手段は、前記
    光導波路に対する前記位相格子マスクの相対的振動の波
    形を方形波、三角波、正弦波および台形波の何れかとな
    るように制御する、ことを特徴とする請求項１１記載の
    光導波路型回折格子素子製造装置。
20. 【請求項２０】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、前
    記光導波路に対する前記位相格子マスクの相対的振動の
    際に、前記位相格子マスクが移動の過渡期にあるとき
    に、前記光導波路への前記屈折率変化誘起光の照射を行
    わない、ことを特徴とする請求項１１記載の光導波路型
    回折格子素子製造装置。
21. 【請求項２１】 前記屈折率変化誘起光照射手段は、音
    響光学素子を用いて前記光導波路への前記屈折率変化誘
    起光の照射／非照射を制御する、ことを特徴とする請求
    項２０記載の光導波路型回折格子素子製造装置。
22. 【請求項２２】 前記位相格子マスク振動手段は、前記
    光導波路に対する前記位相格子マスクの相対的振動の波
    形を方形波となるように制御するとともに、その相対的
    振動の周期を、前記位相格子マスクが一端から他端に移
    動するのに実際に要する時間の２０倍以上とする、こと
    を特徴とする請求項１１記載の光導波路型回折格子素子
    製造装置。
23. 【請求項２３】 請求項１記載の光導波路型回折格子素
    子製造方法により製造されたことを特徴とする光導波路
    型回折格子素子。
24. 【請求項２４】 請求項２３記載の光導波路型回折格子
    素子を含み、この光導波路型回折格子素子により反射波
    長の光を選択的に反射して、光を合波または分波するこ
    とを特徴とする合分波モジュール。
25. 【請求項２５】 波長多重した多波長の信号光を用いて
    光伝送を行う光伝送システムであって、請求項２４記載
    の合分波モジュールを含み、この合分波モジュールによ
    り前記多波長の信号光を合波または分波することを特徴
    とする光伝送システム。