JP2004020926A

JP2004020926A - グレーティング付き光導波路部品の製造方法

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Publication number: JP2004020926A
Application number: JP2002175766A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakuma; 佐久間　健; Tomoko Yomo; 四方　朋子; Yutaka Ishii; 石井　裕; Hideyuki Hosoya; 細谷　英行
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】光学特性の精密な制御を容易に行うことができ、歩留まりを向上することができるグレーティング付き光導波路部品の製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ５などの光導波路の光学特性をモニタしながら、該光導波路のコアに屈折率変化を誘起させてグレーティングを形成する際、加熱器９などを用いて、光導波路を所定の温度に加熱する。これにより、熱的に不安定な部分を除去しながらグレーティングを形成することができる。前記コアに屈折率変化を誘起させる手段としては、特に、フェムト秒パルスレーザ２を集光照射する方法が好ましい。また、前記所定の温度は３００℃以上であることが好ましい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光計測分野で用いられるグレーティング付き光導波路部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等のグレーティング付き光導波路部品は、波長選択デバイス等として広く利用されている。
従来、この種のグレーティング付き光導波路部品は、紫外光の露光による屈折率変化誘起を利用して、光導波路のコア中に、該コアより高い屈折率を有するグレーティング（回折格子）を書き込むことによって作製されている。
【０００３】
これに対し、例えば、特開２０００−１５５２２５号公報や特願２００２−８１９２７号には、フェムト秒パルスレーザの集光照射を利用して屈折率変化を誘起させ、グレーティングの書き込みを行う方法が開示されている。
これらの公報に記載された技術は、例えば、特開平９−３１１２３７号公報に記載のフェムト秒パルスレーザを用いた屈折率変化誘起を利用したものである。この技術によれば、従来の紫外光露光を用いた方法に比して、透光性材料中に大きな屈折率変化を効率よく誘起することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フェムト秒パルスレーザを利用して形成された高屈折率領域は、５００℃程度までの加熱では変化しないなど、熱的安定性に優れているといわれている（例えば、Ｋｏｎｄｏ　Ｙ．，　Ｎｏｕｃｈｉ　Ｋ．，　Ｗａｔａｎａｂｅ　Ｓ．，　Ｋａｚａｎｓｋｉ　Ｐ．Ｇ．，　Ｍｉｔｓｕｙｕ　Ｔ．，　Ｈｉｒａｏ　Ｋ．　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．２４，　ｐ６４６　（１９９９）　参照）。
【０００５】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、フェムト秒パルスレーザにより形成されたグレーティングであっても、欠陥等、熱劣化しやすい成分を含むことが分かった。図２に、グレーティング周期５００μｍ、長さ２０ｍｍ、４０段の光ファイバグレーティングを３００℃に加熱処理したときの透過損失の変化の一例を示す。この光ファイバグレーティングは、レーザ発振源としてＴｉサファイアを用い、中心波長８１０ｎｍ、パルス幅１７０ｆｓ、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力７００ｍＷのフェムト秒パルスレーザをＮｄフィルタにより減衰させたのち、光ファイバのコアに集光照射することにより、作製したものである。図２に示すように、該グレーティングの損失波長帯は、３００℃に加熱すると直ちに中心波長のシフトを生じている。しかし、５分以上加熱してもその後はあまり変化しないことが分かる。
【０００６】
このように、熱劣化しやすい成分が残留したままでは、グレーティングの長期信頼性に大きな影響を及ぼす。このため、熱的安定性の低い成分は出荷前に熱処理するなどして除去し、出荷後には光学特性を維持できるようにすることが好ましい。しかし、グレーティングを形成した後に改めて熱処理を行う場合、熱処理によるグレーティングの光学特性の変動量を、グレーティングの形成時に予想するのは難しい。熱処理前後の光学特性の変動を考慮して、熱処理後に所望の光学特性が得られるようにグレーティングを形成することは容易ではなく、このため、所望の光学特性を得ることが困難となり、不良品の発生により歩留まりが低下しており、問題となっている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学特性の精密な制御を容易に行うことができ、歩留まりを向上することができるグレーティング付き光導波路部品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、光導波路の光学特性をモニタしながら、該光導波路のコアに屈折率変化を誘起させてグレーティングを形成する際、光導波路を所定の温度に加熱することによって解決される。これにより、熱的に不安定な部分を除去しながらグレーティングを形成して、その光学特性をモニタすることができるので、精密な光学特性制御を簡便に行うことができる。
コアに屈折率変化を誘起させる手段としては、特に、フェムト秒パルスレーザを集光照射する方法が好ましい。また、前記所定の温度は３００℃以上であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のグレーティング付き光導波路部品の製造方法を実施するのに用いられる製造装置の一例を示している。図１において、符号１は、レーザ発振源であり、このレーザ発振源１からは、フェムト秒パルスレーザ２が発振されるようになっている。このフェムト秒パルスレーザ２は、ハーフミラー３により反射されたのち、集光レンズ４を介して、光ファイバ５の内部の所定の目標位置６に集光照射されるようになっている。
【００１０】
光ファイバ５は、光通信用に使用され、かつ、フェムト秒パルスレーザ２を集光照射したとき集光点で屈折率を増加させることができる材料からなるものである。このような材料としては、石英系ガラス、酸化物ガラス、フッ化物ガラスが例示される。石英系ガラスとしては、石英ガラスやゲルマニウム（Ｇｅ）ドープ石英ガラス、フッ素ドープ石英ガラス、ゲルマニウム−フッ素共添加石英ガラスなどが例示される。また、酸化物ガラスとしては、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、弗リン酸塩ガラス、酸化ビスマス系ガラス等が挙げられる。一般的には、低損失な光ファイバが容易に得られ、量産性、生産性の高い製造方法が確立されている石英系光ファイバを用いることが好ましい。
また、光ファイバ５としては、取扱いの容易な光ファイバ素線を用いることが好ましく、その場合は、グレーティングの書き込み加工を行う前に被覆を有機溶媒等を用いて除去しておくことが好ましい。
【００１１】
光ファイバ５は、Ｖ溝基板７上に形成されたＶ溝８の上に載置されて固定されている。Ｖ溝基板７は、加熱器９の上に置かれており、この加熱器９によって所定の温度に加熱されるようになっている。
加熱器９は、図示しない精密ステージの上に固定されており、この精密ステージの移動により、フェムト秒パルスレーザ２の集光の目標位置６を所望の位置に定められるようになっている。所望の位置に目標位置６を定めるため、目標位置６をモニタするためのＣＣＤカメラ１０が設けられている。
さらに、この装置には、フェムト秒パルスレーザ２の光路上にシャッタ１１が設けられており、該シャッタ１１の開閉によりフェムト秒パルスレーザ２の照射をスイッチすることができるようになっている。
【００１２】
さらに、光ファイバ５には、光学特性測定手段（図示せず）が接続されており、これにより、光ファイバ５の光学特性をモニタできるようになっている。
光学特性測定手段としては、例えば、光ファイバ５の一端に光カプラを介して光源を接続し、前記光カプラの残る出力端にスペクトラムアナライザを接続して、前記光源から光ファイバ５に光を入射させたとき、スペクトラムアナライザにより、グレーティングの反射光をモニタできるようにした装置系が挙げられる。また、光ファイバ５の一端に光源を、他端にスペクトラムアナライザを接続して、グレーティングの通過光をモニタできるようにした装置系を用いてもよい。
【００１３】
本実施の形態においては、加熱器９を用いて、Ｖ溝基板７を加熱し、これによって光ファイバ５を所定の温度に加熱する。これにより、熱的安定性の向上のための熱処理を、屈折率誘起変化およびモニタリングと同時に行うことができるので、熱的安定性の低い成分を除去した後の状態をモニタしながら、グレーティングを形成することができることになる。従って、グレーティングを形成する際に、熱処理による光学特性の変動を考慮する必要はなくなり、モニタリングの結果をそのまま用いて、所望の光学特性が得られるようにグレーティングを形成すればよくなるので、光学特性制御を極めて精密に行うことができる。この結果、光学特性の優れた光ファイバグレーティングを容易に製造することができるようになり、歩留まりを向上させることができる。
本発明の方法は、従来の製造装置に加熱器９を取り付けて、光ファイバ５を所定の温度に加熱するだけでよいので、実施は極めて容易であり、コストもあまり掛からない。
【００１４】
前記所定の加熱温度は、熱的に不安定な部分を除去するために必要な温度とすればよく、この温度は、必要に応じて、用いる光ファイバの種類およびレーザの種類ごとに、予め実験的に決定することができる。
例えば、光ファイバ５等の光導波路が石英系材料からなり、屈折率誘起変化を起こす手段としてフェムト秒パルスレーザ２を用いた場合、３００℃以上とすることが好ましい。
加熱温度の上限は、光ファイバ５が軟化したり、ドーパントが拡散するなどして変質したりしない温度とされる。例えば、コアにドーパントとしてＧｅを含む石英系光ファイバの場合、１５００℃以下とすることが好ましい。
【００１５】
加熱器９としては、所望の温度制御が可能であり、上記製造装置に容易に組み込み可能な構造および寸法を有するものであれば、一般的に使用されている市販品などを特に制限なく使用することができる。
本実施の形態のように、グレーティングを形成すべき光導波路が光ファイバ５である場合、直接光ファイバ５を加熱する必要はなく、例えば、図１に示すように、Ｖ溝基板７を加熱し、間接的に光ファイバ５を加熱するようにすると、実施が容易である。また、加熱器９として上面にＶ溝を有するものを用い、そのＶ溝の上に光ファイバ５を載置して、これを直接加熱するようにしてもよい。
【００１６】
本実施の形態においては、屈折率誘起変化を起こす手段として、パルス幅が１ｐｓ以下であるフェムト秒パルスレーザ２を用いる。この理由は、フェムト秒パルスレーザ２のパルス幅は非常に狭いので、ピークパワーは時間圧縮効果により増大し、光誘起屈折率変化の作用を大きくすることができるからである。
フェムト秒パルスレーザ２の波長は、例えば、８００ｎｍなど、近赤外領域の波長とすることが好ましい。これにより、該フェムト秒パルスレーザ２が石英ガラスなどの透光性材料にほとんど吸収されないので、目標位置６までほとんど減衰することなく到達させることができる。
フェムト秒パルスレーザ２の繰返し周波数は、特に制約されるものではないが、１０ｋＨｚあるいは１００ｋＨｚより高いほうが望ましい。
【００１７】
本実施の形態により形成されるグレーティングの波長特性は、該グレーティングを構成する屈折率変化の周期、グレーティング長、屈折率変化量に依存するが、これらのパラメータは、いずれも制御可能である。すなわち、屈折率変化の周期は、フェムト秒パルスレーザ２の集光点の相対移動距離によって調節できる。また、グレーティング長は、フェムト秒パルスレーザ２の集光照射を連続的または間歇的に繰り返すとき、その全体の移動距離によって決められる。また、屈折率変化量は、フェムト秒パルスレーザ２の集光照射条件によって制御可能である。
【００１８】
図１に示す装置を用いた場合、光ファイバグレーティングは、例えば、以下の手順により製造することができる。
まず、光ファイバ５に光学特性測定手段を接続して、光ファイバ５の光学特性をモニタリングできるようにする。そして、光ファイバ５のコアのある一点にフェムト秒パルスレーザ２を集光照射して、第１の屈折率変化領域を形成する。次いで、グレーティング周期の分だけＶ溝基板７を光ファイバ５の長手方向に沿って移動させることにより、目標位置６をずらす。さらに光ファイバ５に対し、同様なフェムト秒パルスレーザ２の集光照射によって第２の屈折率変化領域を形成する。以下、必要とするグレーティング長に応じてフェムト秒パルスレーザ２の集光照射の目標位置６をずらした上でその集光照射を所定の回数繰り返し、複数の屈折率変化領域を形成することにより、グレーティングを形成することができる。
【００１９】
または、Ｖ溝基板７を一定の速度またはプログラム制御された所定の移動状態にて移動させ、この移動に同期して、フェムト秒パルスレーザ２の光路内に挿入したシャッタ１１を所定の時間間隔にて開閉し、所定の位置にのみフェムト秒パルスレーザ２を照射して、複数の屈折率変化領域を形成することによっても、グレーティングを形成することができる。
【００２０】
そして、フェムト秒パルスレーザ２の集光照射及び光ファイバの相対移動を繰り返しながら複数のグレーティングを形成していく過程で、所望の波長を中心として反射光強度が増大するか、もしくは透過光強度が減少し始める。この状態でさらに照射を続け、目標とするグレーティング特性が得られた時点でフェムト秒パルスレーザ２の集光照射を中止することにより、所望の特性を有するグレーティングを形成することができる。
【００２１】
上記説明の実施の形態においては、光導波路として、光ファイバを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、シリコンウエハ、石英ウエハなどの基板上にコアおよびクラッドを形成した平面型光導波路を用いてもよい。この場合、平面型光導波路を加熱するためには、その平面型光導波路が形成された基板を加熱する方法を用いてもよい。
【００２２】
【実施例】
グレーティングを形成すべき光導波路として、クラッド径１２５μｍ、モードフィールド径９．５μｍ、被覆径２５０μｍの石英系シングルモード光ファイバを用いた。
また、レーザ発振源１としてＴｉサファイアレーザを用い、フェムト秒パルスレーザ２の中心波長を８１０ｎｍ、パルス幅を１７０ｆｓ、繰り返し周波数を２００ｋＨｚ、平均出力を７００ｍＷとした。
【００２３】
図１に示す装置を用いて、被覆を一部除去した光ファイバ５をＶ溝基板７上に載置し、このＶ溝基板７を３００℃に加熱しながら、フェムト秒パルスレーザ２をＮｄフィルタにより減衰させたのち、光ファイバ５のコアに集光照射した。精密３次元ステージを一定の速度で操作することにより、グレーティング周期５００μｍ、長さ２０ｍｍ、４０段のグレーティングを書き込んだ。これにより、中心波長１５１５ｎｍ、阻止率１０ｄＢ以上の光ファイバグレーティングを作製した。
得られた光ファイバグレーティングを３００℃にて１０分間加熱したのち、その光学特性を測定したところ、損失の中心波長は１５１５ｎｍ、阻止率は１０ｄＢ以上となっており、加熱前と比べてほとんど変化がなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱的安定性の向上のための熱処理を、屈折率誘起変化およびモニタリングと同時に行うことができるので、グレーティングを形成する際に、熱処理による光学特性の変動を考慮する必要はなくなり、光学特性制御を極めて容易かつ精密に行うことができ、歩留まりを向上させることができる。熱処理をグレーティングの形成と一括して実施することにより、工程数の削減にもなるので、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグレーティング付き光導波路部品の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】フェムト秒パルスレーザの集光照射によって作製された光ファイバグレーティングを加熱処理した時の透過損失の変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
２…フェムト秒パルスレーザ、５…光ファイバ、９…加熱器。

Claims

光導波路の光学特性をモニタしながら、該光導波路のコアに屈折率変化を誘起させてグレーティングを形成するグレーティング付き光導波路部品の製造方法であって、
グレーティングを形成する際、光導波路を所定の温度に加熱することを特徴とするグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
光導波路のコアに屈折率変化を誘起する方法が該コアにフェムト秒パルスレーザを集光照射する方法であることを特徴とする請求項１に記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
前記所定の温度が３００℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
前記光導波路が基板型光導波路であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
前記光導波路が光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
光ファイバを加熱する方法が、該光ファイバを固定する固定部材を加熱することにより、間接的に光ファイバを加熱するものであることを特徴とする請求項５に記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。
前記固定部材がＶ溝基板であることを特徴とする請求項６に記載のグレーティング付き光導波路部品の製造方法。