JP2003195066A - フォトセンシティブファイバ - Google Patents

フォトセンシティブファイバ

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JP2003195066A
JP2003195066A JP2001400806A JP2001400806A JP2003195066A JP 2003195066 A JP2003195066 A JP 2003195066A JP 2001400806 A JP2001400806 A JP 2001400806A JP 2001400806 A JP2001400806 A JP 2001400806A JP 2003195066 A JP2003195066 A JP 2003195066A
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refractive index
irradiation
fiber
core
photosensitive
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JP2001400806A
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English (en)
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Kazuaki Morita
和章 森田
Eiji Matsuyama
栄治 松山
Kentaro Nouchi
健太郎 野内
Yuichi Morishita
裕一 森下
Susumu Oneda
進 大根田
Shiro Katsuki
史郎 香月
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SWCC Corp
Original Assignee
Showa Electric Wire and Cable Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】基本的な光学特性を維持したまま感光性を増強
でき、感光波長帯域を広くし、これにより半導体LD励
起YAGレーザ高調波や銅蒸気レーザなどの新たな光源
を用いた加工を可能にする。 【解決手段】コア1と、コアの周囲に成層されたクラッ
ド2とから構成され、少なくともコアをUV照射により
感光させてファイバグレーティングなどの光部品を形成
するフォトセンシティブファイバであって、コアは、ド
ープすることによりUV照射前に屈折率を増加させUV
照射による屈折率変化で屈折率を増加させるためのGe
と、ドープすることによりUV照射前に屈折率を低下さ
せUV照射による屈折率変化で屈折率を増加させるため
のBとを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフォトセンシティブ
ファイバに係わり、特に基本的な光学特性を維持したま
ま感光性を増強でき、感光波長帯域が広くなり、これに
より半導体LD励起YAGレーザ高調波などの新たな光
源を用いた加工が可能になるフォトセンシティブファイ
バに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、石英系シングルモード光ファ
イバのコア材として、一般的にゲルマニウムを添加した
石英ガラスが使用されている。この材質は200〜26
0nmの紫外域において吸収帯を持ち、この領域の光を
照射することで屈折率を増加させることができる。この
現象は、ファイバグレーティング等の作製に応用されて
いる(特開平8−290931号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
ファイバのGe濃度では感光性が弱い。このため通常の
シングルモードファイバでは屈折率変化量がきわめて低
いので(〜10-5)、実用に耐えない。このため、高圧
水素処理などの感光性を向上させる処理を行った後で紫
外照射加工が行われている(P. J. Lemaire et al., El
ectron. Lett., Vol.29, pp.1191-1193(1993))。
【0004】また、Ge添加石英ガラスの吸収帯域の中
心は240nm近傍と短く、比較的帯域も狭い。このた
め、通常はKrFエキシマレーザ(λ=248nm)やAr
イオンレーザの第二高調波(λ=244nm)が使用されて
いる。近年、これらガスレーザより安定性が高い半導体
レーザ励起YAGレーザの高調波(λ=266nm)を発生
する装置が市販されているが、Ge添加ファイバではこ
の波長域での感光性が弱く、実用的ではない。このよう
にGeは吸収帯が短く、狭いので、加工に用いるレーザ
ーの種類が制限される。
【0005】この紫外域における感光性はGe濃度に依
存する。このため、Ge濃度を高めることで感光性を向
上させることが可能である。しかし、Ge濃度の増加に
伴いコア屈折率が上昇するため、著しくGe濃度を増加
させると光ファイバの伝送特性や接続特性が許容範囲を
逸脱し、光ファイバシステムとの親和性が保てなくな
る。このようにGeを高濃度にするだけは実用できな
い。
【0006】これを解決する方法として、フッ素FをG
eと共添加する方法がある。これは、石英ガラスにフッ
素を添加すると屈折率が低下するため、GeとFを共添
加することにより屈折率を調整できるためである。しか
しながら、F添加によっては感光性は向上しない。この
ようにF+Ge共添加の方法では効率が良くない。
【0007】一方、ホウ素(B)もフッ素同様に石英ガ
ラスに添加すると屈折率を下げる性質がある。またGe
と同じくBを添加した石英ガラスも、紫外線照射によっ
て屈折率が上昇する感光特性を有する(D. L. Williams
et al., Electron. Lett.,Vol.29, pp. 45-47(199
3))。しかしながら、B添加ファイバは長波長域にブロ
ードな吸収帯を持ち、濃度を上げすぎると光通信の使用
波長域(〜1650nm)における挿入損失が大きくな
り、実用に供せなくなる。このようにB+Geの共添加
なら効率が良いものの、B添加石英には通信波長域の損
失を増加させるという難点がある。
【0008】
【発明の目的】本発明は以上の難点に鑑みなされたもの
で、GeとBを共添加することによって、Ge高濃度化
に伴うコア屈折率上昇をB添加による屈折率降下で相殺
でき、基本的な光学特性を維持したまま感光性を増強で
きるフォトセンシティブファイバを提供することを目的
とする。
【0009】また、本発明の他の目的は、Bにも強い感
光性があるため、より一層の感光性を増強できるフォト
センシティブファイバを提供することを目的とする。
【0010】さらに、本発明の他の目的は、B添加石英
の吸収帯はGe添加石英とは異なるため、GeとBの共
添加により感光波長帯域が広くなり、これにより半導体
LD励起YAGレーザ高調波や銅蒸気レーザなどの新た
な光源を用いた加工が可能になるフォトセンシティブフ
ァイバを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明のフォトセンシティブファイバは、 コア
と、コアの周囲に成層されたクラッドとから構成され、
少なくともコアをUV照射により感光させてファイバグ
レーティングなどの光部品を形成するフォトセンシティ
ブファイバであって、コアは、ドープすることによりU
V照射前に屈折率を増加させUV照射による屈折率変化
で屈折率を増加させるためのGeと、ドープすることに
よりUV照射前に屈折率を低下させUV照射による屈折
率変化で屈折率を増加させるためのBとを含有する。
【0012】本発明のフォトセンシティブファイバは、
1530〜1580nmでの波長域に用いる場合、Bの濃
度は7.5mol%以下である。
【0013】本発明のフォトセンシティブファイバは、
1620〜1680nmでの長波長域に用いる場合、Bの
濃度は3.5mol%以下である。
【0014】このように構成されたフォトセンシティブ
ファイバによれば、GeとBを共添加することによっ
て、Ge高濃度化に伴うコア屈折率上昇をB添加による
屈折率降下で相殺でき、高濃度にGeを添加してもB濃
度の調整によって比屈折率差を通常のシングルモードフ
ァイバと同等(約3%)に制御することで基本的な光学
特性を維持したまま感光性を増強できる。
【0015】また、本発明のフォトセンシティブファイ
バによれば、Bにも強い感光性があるため、より一層の
感光性を増強できる。
【0016】さらに、本発明のフォトセンシティブファ
イバによれば、B添加石英の吸収帯はGe添加石英とは
異なるため、GeとBの共添加により感光波長帯域が広
く拡張され、加工に使用できる光源の選択枝が広がるこ
とにより半導体LD励起YAGレーザ高調波などの新た
な光源を用いた加工が可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明のフォトセンシティ
ブファイバにおける好ましい実施の形態例を図面にした
がって説明する。
【0018】図1(A)、(B)に示す本発明のフォト
センシティブファイバ3を利用した光ファイバグレーテ
ィング4において、コア1と、コア1の周囲に成層され
たクラッド2とから構成され、少なくともコア1を感光
させてファイバグレーティング4などの光部品を形成す
るものである。
【0019】このフォトセンシティブファイバにおい
て、コア1は、ドープすることによりUV照射前に屈折
率を増加させUV照射による屈折率変化で屈折率を増加
させるためのGeと、ドープすることによりUV照射前
に屈折率を低下させUV照射による屈折率変化で屈折率
を増加させるためのBとを含有する。
【0020】光ファイバのコア1にはSiO2にドーパ
ントGeO2とB2をドープして構成される。クラッ
ド2は少なくともSiO2で構成される。このクラッド
2は、VAD法であれば気相法によって合成され、MC
VD法の場合は出発石英管に当たる部分である。また、
OVD法によって合成された層で構成することもでき
る。
【0021】コア径、外径の比は通常のシングルモード
ファイバと同じとする。この場合、GeとBを共添加し
て、比屈折率差Δを0.3〜0.4%に調整する。
【0022】このフォトセンシティブファイバにおい
て、B添加ファイバは長波長にブロードな吸収を有す
る。このため、B濃度と長波長域の伝送損失には相関が
ある。1530〜1580nmの波長における伝送損失に
は約9dB/km・mol%の濃度依存がある。一般的にファイバ
グレーティングなどの光部品には用いられるファイバ長
は3m未満であり、0.2dB以上の挿入損失があるもの
は用途が狭くなってしまう。この場合の伝送損失は約6
7dB/kmであり、概ね7.5mol%以下にB濃度を制限す
る必要がある。したがって、このフォトセンシティブフ
ァイバにおいて、ファイバグレーティングなどの光部品
に用いる場合、Bの濃度Δは7.5mol%以下である(図
3)。
【0023】また、近年長波長域まで通信波長域が拡大
しているが、1620〜1680nmまで通信波長域が拡
張された場合、この波長における伝送損失の濃度依存は
約19dB/km・mol%であるため、3.5mol%以下にB濃度
を制限する必要がある。したがって、このフォトセンシ
ティブファイバにおいて、1620〜1680nmに近い
長波長域に用いる場合、Bの濃度Δは3.5mol%以下で
ある(図3)。
【0024】図2は本実施例でのフォトセンシティブフ
ァイバの作製方法を示す。この実施例では位相マスク法
を用いている。レーザー光源5から出射された紫外光6
は光ファイバ直前に設置された位相マスク7によって回
折し、それぞれの回折光8は光ファイバ9のコア1上で
干渉する。この干渉縞により感光されて光ファイバ9上
に回折格子10によって間隔Λ/2のグレーティングG
を形成する。グレーティングGの反射波長はこの位相マ
スク7の回折格子の間隔Λで決まる。
【0025】この実施例では、レーザー光源にKrFエ
キシマレーザーを用い、マスクは反射長が1551nmに
なるように設定されたものを用いた。約2〜3分の照射
で反射率99%以上のグレーティングを作製した。
【0026】なお、この実施例では位相マスク法により
ファイバグレーティングを作製したが、ホログラフィッ
ク法によっても作製可能である。
【0027】また、同じ構造を持つものであれば、光フ
ァイバ母材の作製方法もMCVD法でなくVAD法での
作製も可能である。
【0028】実施例として、次のコア材組成を持つフォ
トセンシティブファイバを作製した。
【0029】初期光学特性は十分に実用可能なものであ
り、また同等のファイバグレーティングを作製するのに
必要な紫外線照射量は通常のSMFに比べて約1/10
であった。
【0030】B23: 4.5 mol% GeO2: 1.0 mol% 濃度Δ: 3.5 mol% MFD: 9.0μm@1310nm 伝送損失: 45 dB/km@1580nm 通常のSMFとの融着接続損失: ≦ 0.1dB 感光性能: 通常のSMFの約10倍(FBG作製に必
要な照射量が約1/10) このようにして作成されたフォトセンシティブファイバ
をその伝送損失と波長の関係について測定した。その結
果を図3に表す。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のフォトセンシティブファイバによれば、GeとBを共
添加することによって、Ge高濃度化に伴うコア屈折率
上昇をB添加による屈折率降下で相殺でき、基本的な光
学特性を維持したまま感光性を増強できる。
【0032】また、本発明のフォトセンシティブファイ
バによれば、Bにも強い感光性があるため、より一層の
感光性を増強できる。
【0033】さらに、本発明のフォトセンシティブファ
イバによれば、B添加石英の吸収帯はGe添加石英とは
異なるため、GeとBの共添加により感光波長帯域が広
くなる。これにより、半導体LD励起YAGレーザ高調
波や銅蒸気レーザなどの新たな光源を用いた加工が可能
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は、本発明に係わるフォトセン
シティブファイバに用いる光ファイバの断面と屈折率分
布をそれぞれ示す図。
【図2】本発明に係わるフォトセンシティブファイバの
作製方法を示す図。
【図3】本発明に係わるフォトセンシティブファイバの
伝送損失と波長の関係を示す図。
【符号の説明】
1・・・・・コア 2・・・・クラッド 9・・・・光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野内 健太郎 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 森下 裕一 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 大根田 進 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 香月 史郎 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 Fターム(参考) 2H049 AA02 AA34 AA44 AA45 AA59 AA62 2H050 AA04 AB03Z AB05X AB09X AC03 AC09 AC73 AC82 4G062 AA06 BB02 CC07 LA03 LA07 LB03 LB07 MM40 NN17 NN19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コアと、前記コアの周囲に成層されたクラ
    ッドとから構成され、少なくとも前記コアをUV照射に
    より感光させてファイバグレーティングなどの光部品を
    形成するフォトセンシティブファイバであって、 前記コアは、ドープすることにより前記UV照射前に屈
    折率を増加させ前記UV照射による屈折率変化で屈折率
    を増加させるためのGeと、ドープすることにより前記
    UV照射前に屈折率を低下させ前記UV照射による屈折
    率変化で屈折率を増加させるためのBとを含有すること
    を特徴とするフォトセンシティブファイバ。
  2. 【請求項2】1530〜1580nmでの波長域に用いる
    場合、前記Bの濃度は7.5mol%以下であることを特徴
    とする請求項1記載のフォトセンシティブファイバ。
  3. 【請求項3】1620〜1680nmでの長波長域に用い
    る場合、前記Bの濃度は3.5mol%以下であることを特
    徴とする請求項1記載のフォトセンシティブファイバ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331849A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Nippon Paint Co Ltd 回折格子素子およびその製造方法
US8965147B2 (en) 2009-12-09 2015-02-24 Baker Hughes Incorporated Bend insensitive optical fiber with improved hydrogen resistance

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