JP2003202434A - 光ファイバグレーティングの製造方法及び光ファイバグレーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】露光による屈折率上昇の影響を抑え、目的の透
過損失スペクトル形状を得ることができる光ファイバグ
レーティングの製造方法を提供する。 【解決手段】ａはコア１の半径であり、Ｒ_Geはクラッド
の光感受層２ａの最外郭径である。ｎ_coreはコアの屈折
率、ｎ_clw/oとｎ_clwithは、クラッドのうち、それぞれ
光感受性を持たないクラッド層２ｂと光感受性を持つク
ラッド層２ａの屈折率、Ｐ_coreとＰ_cladはそれぞれコア
１とクラッドの光感受性である。露光前において、予め
光感受性を持つクラッド層２ａの屈折率を、光感受性を
持たないクラッド層２ｂの屈折率より小さく設定して、
露光によってクラッド内に生じる屈折率分布による透過
損失スペクトルの形状劣化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバグレー
ティングに関し、特に、反射光の多重反射を防止するこ
とを目的としたスラント型短周期光ファイバグレーティ
ングの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いて作製される光フィル
タの一例として、光ファイバグレーティングがある。こ
の光ファイバグレーティングとは、光ファイバを光が伝
搬する領域に所定の周期で屈折率変化を形成したもの
で、この屈折率変化の周期をグレーティング周期とい
う。この光ファイバグレーティングは、グレーティング
周期によって２つに分類することができる。その１つ
は、グレーティング周期が数百μｍ程度の長周期光ファ
イバグレーティング（以下「ＬＰＧ」と略記する）であ
る。ＬＰＧでは、屈折率が変化しているグレーティング
部において、入射光のうち所定の波長帯域の光が、入射
光と同じ方向に進行する前進クラッドモードと結合する
ため、ＬＰＧを用いると、この波長帯域について透過損
失を有する透過光が得られる。

【０００３】もう一つは、グレーティング周期が、使用
波長帯の光の波長の１／３程度である短周期光ファイバ
グレーティング（以下「ＳＰＧ」と略記する）である。
ＳＰＧでは、入射光のうち所定の波長帯域の光が、入射
光と逆方向に進行する導波モード（以下「反射モード」
と略記する）、及び入射光と逆方向に進行する後進クラ
ッドモードと結合するため、ＳＰＧを用いると、この波
長帯域について透過損失を有する透過光が得られる。通
常この周期的な屈折率変化は、光ファイバに光感受性を
持つ物質を添加し、この光感受性物質に対応した光を光
ファイバに照射することにより作製する。ただし、ここ
でいう光感受性とは、通常波長２４０ｎｍ付近の紫外光
照射により物質の屈折率が変化する特性のことである。
この周期的な屈折率変化を得る方法としては、二光束干
渉法、位相マスク法、ステップバイステップ法などが広
く用いられている。

【０００４】このＳＰＧのなかで、ＳＰＧの利点である
設計の自由度を生かし、かつ透過スペクトルのリップル
を生じにくくするため、コアの中心軸に対して斜めにグ
レーティングが形成された光ファイバグレーティングが
開発されており、このような短周期光ファイバグレーテ
ィングをスラント型短周期光ファイバグレーティング
（以下「ＳＳＰＧ」と略記する）と呼ぶ。通常のＳＰＧ
では、光の進行方向に対して垂直にグレーティングが形
成されているため、反射モードへの結合に比べて後進ク
ラッドモードへの結合が小さいのに対して、ＳＳＰＧで
は、グレーティング部において反射された光の一部はク
ラッドに放射され、後進クラッドモードと結合する。こ
の後進クラッドモードと結合した光は損失となるので、
ＳＳＰＧは結合に対応した特定の波長の光を減衰させる
光フィルタとして用いられる。また、スラント角度を適
切な値に設定することにより、反射モードへの結合を抑
えることができる利点もある。この反射モードへの結合
を抑えることができるスラント角度を反射抑制角とい
う。このようなＳＳＰＧは光増幅器の利得を平坦化する
利得等化器等への応用が可能である（特許文献１，２，
３参照。）。

【０００５】このＳＳＰＧの場合、クラッドにもゲルマ
ニウムを添加することでフィルタ特性が良くなることが
知られている（特許文献４，５参照。）。具体的にはク
ラッドにゲルマニウムを添加すると、反射抑制角におい
てより帯域が狭く急峻で、かつ透過損失の大きいフィル
タ特性を得ることが可能となる。通常は、コアの光感受
性はクラッドの光感受性の２０％程度である（特許文献
６参照。）。また場合によっては、コア部には光感受性
を持たせずに、クラッド層のみに光感受性を持たせる場
合もある。ただ、クラッドに光感受性を持たせる場合、
クラッド全てに光感受性を持たせることはなく、通常コ
ア近傍のクラッド層のみに光感受性を持たせている（特
許文献７参照。）。これは、クラッド全体に光感受性を
持たせることが光ファイバ作製上困難であり、手間がか
かることに加え、光ファイバ中を伝搬する光はコア付近
に集中しており、クラッド全域に光感受性を持たせても
意味がないからである。

【０００６】

【特許文献１】特開平６−１７７４６７号公報

【特許文献２】特開２００１−５１１３４号公報

【特許文献３】特開２００１−２０３４１５号公報

【特許文献４】特開２０００−９９４１号公報

【特許文献５】特開２０００−２６６９４５号公報

【特許文献６】特開２０００−９９５６号公報

【特許文献７】特開２００１−１５４０４２号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような光フ
ァイバを露光して屈折率を上昇させると、クラッドのう
ち光感受性がある層のみの屈折率が上昇してしまうた
め、光ファイバ中の屈折率分布が変化する。ＳＳＰＧの
場合は、導波モードとクラッドモードとの結合を用いて
おり、クラッドの屈折率変化に対し敏感であるため、こ
のような屈折率分布の変化が生じると、露光による屈折
率上昇により透過損失スペクトル形状が変化し、その結
果、所望のフィルタ特性が得られないという問題があっ
た。具体的には、露光によりＳＳＰＧのスペクトル形状
が滑らかな曲線ではなく、こぶができたり、さらにひど
い場合はメインピ−クが二つないしは三つに分離してし
まう。このように、スペクトルが滑らかな曲線でないＳ
ＳＰＧフィルタを、例えばエルビウムド−プ光増幅器
（ＥＤＦＡ）の利得等化フィルタとして用いた場合、利
得等化特性が悪化してしまうという問題があった。本発
明は前記事情に鑑みてなされたもので、露光による屈折
率上昇の影響を抑え、目的の透過損失スペクトル形状を
得ることができる光ファイバグレーティングの製造方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、コアとクラッドとを有す
る光ファイバに対して紫外光を照射して、周期的な高屈
折率部からなるグレーティング部を形成し、該グレーテ
ィング部の格子ベクトルを光ファイバ軸と非ゼロの角度
に設定する光ファイバグレーティングの製造方法におい
て、該クラッドが２層以上からなり、少なくとも該クラ
ッドの一つの層が光の照射によって屈折率が変化する光
感受性を持ち、その光感受性を持つクラッド層における
露光前の屈折率を、光感受性を持たないクラッド層の屈
折率よりも小さくして露光することを特徴とする光ファ
イバグレーティングの製造方法である。これにより、紫
外光照射によるクラッド層の屈折率分布の変化によって
生じる、透過損失スペクトル形状の劣化を防止して、所
望のフィルタ特性を得ることが可能な光ファイバグレー
ティングの製造方法を実現することができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバグレーティングにおいて、露光前に、前記光感
受性を持つクラッド層と、前記光感受性を持たないクラ
ッド層の比屈折率差△ｎ_cladを−０．１４％以上、０％
未満として露光することを特徴とする。請求項３記載の
発明は、請求項１または２記載の光ファイバグレーティ
ングにおいて、前記光感受性を持つクラッド層における
露光前の屈折率を、前記光感受性を持たないクラッド層
の屈折率より、露光による平均屈折率上昇分だけ小さく
設定して露光することを特徴とする。これにより、露光
による平均屈折率上昇によって比屈折率差△ｎ_cladを０
とすることができ、より透過損失スペクトル形状の劣化
を防止して、理想的なフィルタ特性を得ることが可能な
光ファイバグレーティングの製造方法を実現することが
できる。請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３
のいずれかに記載した製造方法により製造されたことを
特徴とする光ファイバグレーティングである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明のスラント型短周期光ファイバグレーテ
ィングの例を示している。図１は、この例のスラント型
短周期光ファイバグレーティングの側断面図である。図
１中、符号１はコアであり、このコア１の周囲にコア１
よりも屈折率の小さいクラッド２が設けられている。コ
ア１とクラッド２とは石英系ガラスからなり、コア１と
クラッド２には、特定波長の紫外光を照射することによ
って石英系ガラスの屈折率を上昇させるために、光感受
性物質が添加され、この光感受性物質として通常ゲルマ
ニウムが用いられる。このゲルマニウムを添加した石英
系ガラスに、位相マスク等を介してコア１とクラッド２
の長手方向にそって、所定の周期で波長２４０ｎｍ付近
の紫外光を照射して、紫外光が照射された部分のコア１
及びクラッド２の光感受性を持つ部分の屈折率を上昇さ
せ、複数の高屈折率部３が配列されたグレーティング部
４が形成されている。この高屈折率部３は、コア１を横
切るように、かつコア１の中心軸Ｂに直交せず、斜めに
形成され、複数の高屈折率部３は、長手方向にそって互
いに平行に配置されている。

【００１１】この高屈折率部３に直交する線Ａの方向を
グレーティングの格子ベクトル方向という。この格子ベ
クトル方向とコア１の中心軸との角度θをスラント角度
といい、このスラント角度によって高屈折率部３の傾き
の大きさを表す。このスラント型短周期光ファイバグレ
ーティングにおいては、入射光５のうち、グレーティン
グ部４で反射された光の一部はクラッド２への放射光６
となり、後進クラッドモードと結合する。これにより、
コア１を逆行する反射モードとの結合が小さくなり、多
重反射が生じにくくなる。

【００１２】図２に、スラント型短周期光ファイバグレ
ーティングの材料となる光ファイバの構造を示す。図２
中、符号１はコアであり、ａがコア半径である。符号２
はクラッドであり、Ｒ_Geがクラッドの光感受性を持つ層
の最外郭径である。ｎ_coreはコアの屈折率、ｎ_clw/oと
ｎ_clwithは、クラッド２のうち、それぞれ光感受性を持
たないクラッド層２ｂと光感受性を持つクラッド層２ａ
の屈折率、Ｐ_coreとＰ_cladはそれぞれコア１とクラッド
２の光感受性であり、ＧｅＯ_２濃度を示す。また△ｎ
_cladは、以下の式（１）で表され、光感受性を有するク
ラッド層２ａが光感受性を持たない層２ｂに対して、ど
の程度屈折率差があるかを示している。

【００１３】

【数１】

【００１４】図２に示すように、この例のスラント型短
周期光ファイバグレーティングにおいては、材料となる
光ファイバのクラッド２のうち、光感受性を持つクラッ
ド層２ａの屈折率を、光感受性を持たないクラッド層２
ｂの屈折率より小さく設定している。図２に示す構造の
光ファイバを材料として作製されたＳＳＰＧについて、
表１に示す３条件でＳＳＰＧの透過損失プロファイルを
シミュレーションにより計算した。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１中のＶ値は正規化周波数と呼ばれる量
であり、式（２）で表される。

【００１７】

【数２】

【００１８】式（２）中のλは動作光の波長であり、こ
こでは１５５０ｎｍである。Ｖ値の計算は△ｎ_clad＝０
の場合について求めている。表１中のコアとクラッドの
ＰＳ比とはＰ_core／Ｐ_cladを表す。全ての条件において
ｎ_clad＝１．４４４３であり、Ｒ_Ge＝１５μｍである。

【００１９】図３に、表１中の条件１の光ファイバにお
いて、△ｎ_cladを−０．１〜０．２％の間で０．１％お
きに変化させた場合のＳＳＰＧの透過損失スペクトルの
計算結果を示す。ここでのＳＳＰＧのグレーティング周
期は、中心部において５３０ｎｍであり、グレーティン
グ周期の変化する割合であるチャープ率を０．３５ｎｍ
/ｍｍとし、グレーティング長を１ｍｍとした。スラン
ト角度は△ｎ_clad＝０の場合の反射抑制角に設定した。

【００２０】透過損失スペクトルの形状を比較するため
に、各スペクトルは透過損失の最大値で規格化してい
る。図３（ａ）が△ｎ_clad＝−０.１％、図３（ｂ）が
△ｎ_{cla d}＝０％、図３（ｃ）が△ｎ_clad＝０.１％、図
３（ｄ）が△ｎ_clad＝０．２％の場合である。同様にし
て、図４に表１中の条件２でのＳＳＰＧの透過損失スペ
クトルを示し、図５に条件３でのＳＳＰＧの透過損失ス
ペクトルを示している。図３、４、５からわかるよう
に、全ての条件において△ｎ_clad＝０％では、形状が滑
らかであるのに対し、△ｎ_clad＝０．１％、△ｎ_clad＝
０．２％と増加するに従い、透過損失スペクトルの形状
がだんだん崩れ、０．２％では全ての条件で透過損失ス
ペクトルが二つないしは三つに分裂してしまっている。
この△ｎ_{cl ad}＝０．２％という比屈折率差は、露光によ
り光感受性を持つクラッド層２ａの平均屈折率が０．０
０２９増加したことに対応する。

【００２１】図６には、実際に表１の条件３とほぼ同等
の条件の光ファイバを作製し、この光ファイバを露光す
るための露光量を増加させていったときの透過損失スペ
クトル形状の変化を示す。この光ファイバの構造は、コ
ア半径が３μｍ、Ｖ値が１．７３、△ｎ_clad＝０％、Ｐ
_core／Ｐ_clad＝０、Ｒ_Ge＝１５μｍである。露光にはエ
キシマレーザを使用し、１パルスあたりのパワー密度を
２．７ｍJ/ｍｍ²、繰り返し周波数を６０Ｈｚとした。
図６において、それぞれの露光時間は、図６（ａ）が１
５秒、図６（ｂ）が４０秒、図６（ｃ）が７０秒、図６
（ｄ）が１００秒である。シミュレーションの結果と同
様に、露光量が増加するに従って透過損失スペクトルの
形状が変化していく様子が確認できた。

【００２２】一方、図７には、露光前において△ｎ_clad
＝−０．１％とし、それ以外は同じ条件の光ファイバを
用いて１００秒間露光して作製したＳＳＰＧの透過損失
スペクトルを示す。図６の（ｄ）と比べると、露光時間
が同じであるにもかかわらず、透過損失スペクトルが滑
らかな特性を有していることから、予め露光前において
△ｎ_cladを小さくしておくことで、露光量を増やしても
滑らかな特性が得られることが確認できた。つまり、光
感受性を持つクラッド層２ａの屈折率が露光によって上
昇することを考慮して、光感受性を持つクラッド層２ａ
の屈折率を、光感受性を持たないクラッド層２ｂの屈折
率より予め小さくして、比屈折率差△ｎ_cladを露光によ
る屈折率上昇分だけ小さく設定しておけば、露光後の透
過損失スペクトルの形状は滑らかとなる。

【００２３】通常の露光による使用可能な屈折率の最大
変化量は０．００２程度である。これは、屈折率変化量
が０．００２以上となる領域では屈折率変化が飽和領域
にあり、屈折率変化量の制御が困難であるためである。
露光によりｎ_clwithが０．００２上昇したときに、露光
後ｎ_clwith＝ｎ_clw/oとなるためには、露光前において
ｎ_clwith−ｎ_clw/o＝−０．００２であることが必要で
あり、ｎ_clw/o＝１．４４４３であることから、式
（１）より △ｎ_clad＝−0.002／（1.4443−0.002）×100＝−0.14
％ となる。従って、予め△ｎ_clad＝−０．１４％となるよ
うにｎ_clwithをｎ_clw/oより小さくしておくことが好ま
しい。以上のことから、露光による屈折率上昇分も含め
た△ｎ_cladが少しでも０％に近い方が、透過損失スペク
トル形状がより滑らかになるため、露光前の比屈折率差
△ｎ_cladを−０．１４％以上、０％未満とすることが好
ましい。さらに、露光による平均屈折率上昇によって比
屈折率差△ｎ_clad＝０となることが理想的であるため、
光感受性を持つクラッド層２ａにおける露光前の屈折率
が、光感受性を持たないクラッド層２ｂの屈折率より、
露光による平均屈折率上昇分だけ小さく設定されている
ことがより好ましい。またこれらの光ファイバは、ＶＡ
Ｄ法やＣＶＤ法等の公知の作製方法で製造することがで
きる。

【００２４】なお、この例においては、コア１、光感受
性を有するクラッド層２ａの屈折率分布が一様である場
合について説明しているが、コア１及びクラッド２の屈
折率分布や光感受性分布は必ずしも一様である必要はな
い。このような光ファイバについては、平均屈折率上昇
分や平均光感受性を用いて、上述した屈折率と光感受性
の関係を適用することができる。

【００２５】この例の光ファイバグレーティングによる
と、光感受性を持つクラッド層２ａにおける露光前の屈
折率を、光感受性を持たないクラッド層２ｂの屈折率よ
りも小さくして露光することにより、紫外光照射による
クラッド層の屈折率分布の変化によって生じる、透過損
失スペクトル形状の劣化を防止して、所望のフィルタ特
性を得ることが可能な光ファイバグレーティングの製造
方法を実現することができる。さらに、露光前における
光感受性を持つクラッド層２ａと、光感受性を持たない
クラッド層２ｂの比屈折率差△ｎ_cladを−０．１４％以
上、０％未満として露光し、あるいは、光感受性を持つ
クラッド層２ａにおける露光前の屈折率を、光感受性を
持たないクラッド層２ｂの屈折率より、露光による平均
屈折率上昇分だけ小さく設定して露光することにより、
露光による平均屈折率上昇によって比屈折率差△ｎ_clad
を０とすることができ、より透過損失スペクトル形状の
劣化を防止して、理想的なフィルタ特性を得ることが可
能な光ファイバグレーティングの製造方法を実現するこ
とができる。また、上述した製造方法により光ファイバ
グレーティングを製造することにより、透過損失スペク
トル形状の劣化を防止して、所望のフィルタ特性を得る
ことが可能な光ファイバグレーティングを実現すること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光感受性を持つクラッド層における露光前の屈折率を、
光感受性を持たないクラッド層の屈折率よりも小さくし
て露光することにより、紫外光照射によるクラッド層の
屈折率分布の変化によって生じる、透過損失スペクトル
形状の劣化を防止して、所望のフィルタ特性を得ること
が可能な光ファイバグレーティングの製造方法を実現す
ることができる。さらに、露光前における光感受性を持
つクラッド層と、光感受性を持たないクラッド層の比屈
折率差△ｎ_cladを−０．１４％以上、０％未満として露
光し、あるいは、光感受性を持つクラッド層における露
光前の屈折率を、光感受性を持たないクラッド層の屈折
率より、露光による平均屈折率上昇分だけ小さく設定し
て露光することにより、露光による平均屈折率上昇によ
って比屈折率差△ｎ_cladを０とすることができ、より透
過損失スペクトル形状の劣化を防止して、理想的なフィ
ルタ特性を得ることが可能な光ファイバグレーティング
の製造方法を実現することができる。また、上述した製
造方法により光ファイバグレーティングを製造すること
により、透過損失スペクトル形状の劣化を防止して、所
望のフィルタ特性を得ることが可能な光ファイバグレー
ティングを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラント型短周期光ファイバグレーティングの
側断面図である。

【図２】本発明の光ファイバグレーティングの材料とな
る光ファイバの屈折率と光感受性の分布を示す図であ
る。

【図３】△ｎ_cladを−０．１〜０．２％の間で０．１％
おきに変化させた場合のＳＳＰＧの透過損失スペクトル
の計算結果の一例を示す図である。

【図４】△ｎ_cladを−０．１〜０．２％の間で０．１％
おきに変化させた場合のＳＳＰＧの透過損失スペクトル
の計算結果の他の一例を示す図である。

【図５】△ｎ_cladを−０．１〜０．２％の間で０．１％
おきに変化させた場合のＳＳＰＧの透過損失スペクトル
の計算結果の更に他の一例を示す図である。

【図６】露光前の△ｎ_clad＝０％として作製した光ファ
イバグレーティングについて、露光量を増加したときの
透過損失スペクトル形状の変化を示す図である。

【図７】露光前の△ｎ_clad＝−０．１％として作製した
光ファイバグレーティングについて、露光量を増加した
ときの透過損失スペクトル形状の変化を示す図である。

【符号の説明】

１…コア、２…クラッド、２ａ…光感受性を持つクラッ
ド層、２ｂ…光感受性を持たないクラッド層、３…高屈
折率部、４…グレーティング部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 正明 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2H049 AA34 AA59 AA62 2H050 AC84

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとクラッドとを有する光ファイバに
   対して紫外光を照射して、周期的な高屈折率部からなる
   グレーティング部を形成し、該グレーティング部の格子
   ベクトルを光ファイバ軸と非ゼロの角度に設定する光フ
   ァイバグレーティングの製造方法において、 該クラッドが２層以上からなり、少なくとも該クラッド
   の一つの層が光の照射によって屈折率が変化する光感受
   性を持ち、その光感受性を持つクラッド層における露光
   前の屈折率を、光感受性を持たないクラッド層の屈折率
   よりも小さくして露光することを特徴とする光ファイバ
   グレーティングの製造方法。
2. 【請求項２】 露光前において、前記光感受性を持つク
   ラッド層と、前記光感受性を持たないクラッド層の比屈
   折率差△ｎ_cladを−０．１４％以上、０％未満として露
   光することを特徴とする請求項１記載の光ファイバグレ
   ーティングの製造方法。
3. 【請求項３】 前記光感受性を持つクラッド層における
   露光前の屈折率を、前記光感受性を持たないクラッド層
   の屈折率より、露光による平均屈折率上昇分だけ小さく
   設定して露光することを特徴とする請求項１または２記
   載の光ファイバグレーティングの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   した製造方法により製造されたことを特徴とする光ファ
   イバグレーティング。