JP2004219655A - 光導波路型回折格子素子製造方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【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２００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。その振動の位相または周期は走査毎に異なる。
【選択図】 図１
【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２００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。その振動の位相または周期は走査毎に異なる。
【選択図】 図１
Description
【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 Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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は、位相格子法により作製され得る（例えば非特許文献１を参照）。すなわち、或る波長域の光に対して感光性を有する光導波路を用意するとともに、透明平板の一方の面に位相格子が形成された位相格子マスクを用意する。この位相格子マスクを光導波路の側方に配置して、位相格子マスクを介して屈折率変化誘起光を光導波路に照射する。このとき、位相格子マスクに入射した屈折率変化誘起光が位相格子により回折されて＋１次回折光および−１次回折光が生じ、これら＋１次回折光と−１次回折光との干渉縞が形成される。そして、この干渉縞における屈折率変化誘起光の空間的な強度変調に応じて、感光性を有する光導波路では空間的な屈折率変調による回折格子が形成されて、これにより、光導波路型回折格子素子が作製される。
【０００５】
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。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｋ． Ｏ． Ｈｉｌｌ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｍｏｎｏｍｏｄｅ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｂｙ ＵＶ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｐｈａｓｅ ｍａｓｋ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．６２， Ｎｏ．１０， ｐｐ．１０３５−１０３７ （１９９３）
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の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、光導波路の側方に位相格子マスクを配置し、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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させて、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
【００１０】
第１の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介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査する屈折率変化誘起光照射手段と、（２） 屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
第１の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。特に第１の発明では、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に繰り返し走査され、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期が変化する。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子が容易に製造され得る。
【００１２】
第１の発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適である。第１の発明に係る光導波路型回折格子素子製造装置は、屈折率変化誘起光照射手段が、屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、位相格子マスク振動手段が、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適である。第１の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では、Ｎが２の冪乗数であるのが好適である。この場合には、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造する上で更に好ましい。
【００１３】
第２の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、光導波路の側方に位相格子マスクを配置し、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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査し、屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、位相格子マスクの振動の周期を変化させて、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。
【００１４】
第２の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介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査する屈折率変化誘起光照射手段と、（２） 屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、位相格子マスクの振動の周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
第２の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。特に第２の発明では、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に走査され、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期が変化する。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子が容易に製造され得る。
【００１６】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、上記の第１または第２の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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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１１０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１１２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１１３が形成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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３００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。
【００２２】
この光導波路型回折格子素子製造装置３００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１１０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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３２３として開口が用いられる場合には、光ファイバ１１０が被る機械的ダメージが低減される。
【００２５】
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３１０に固定されている。
【００２６】
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１１０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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１１０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。
【００２９】
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２００の振動を方形波状とし、その振幅を、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、制御部３４０は位相格子マスク２００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３４０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。
【００３３】
特に本実施形態では、制御部３４０は、ミラー３２４をｚ軸方向に往復移動させることで、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に繰り返し走査し、圧電素子３３０を制御することで、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させる。このとき、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適であり、また、Ｎが２の冪乗数２ｎ（ただし、ｎは正の整数）であるのが好適である。或いは、制御部３４０は、ミラー３２４をｚ軸方向に移動させることで、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に走査し、圧電素子３３０を制御することで、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期を変化させる。ただし、このように位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させるときに、位相格子マスク２００の振動の振幅は所望の屈折率変調振幅分布関数Ｆ（ｚ）が得られるように設定される。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が容易に製造され得る。
【００３４】
図３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における位相格子マスク２００の振動の第１態様の説明図である。この図において、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。同図（ａ）〜（ｄ）それぞれは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の各走査を示す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は４回走査され、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相がπ／２ずつ異なるものとされている。すなわち、第１回の走査（同図（ａ））に対して、第２回の走査（同図（ｂ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。第２回の走査（同図（ｂ））に対して、第３回の走査（同図（ｃ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。また、第３回の走査（同図（ｃ））に対して、第４回の走査（同図（ｄ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。
【００３５】
或いは、初めに走査（同図（ａ））を行なった後に、これを基準として、振動の位相をπだけずらす走査（同図（ｃ））を行い、さらに、その後に、振動の位相をπ／２だけずらす走査（同図（ｂ））、および、振動の位相を３π／２だけずらす走査（同図（ｄ））を行うのが好適である。また、これに続いて、振動の位相をπ／４だけずらす走査、振動の位相を５π／４だけずらす走査、振動の位相を３π／４だけずらす走査、および、振動の位相を７π／４だけずらす走査を、順次に行なってもよい。このようにすることにより、走査の繰り返しが途中（例えば２回）で終わったとしても、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が製造され得る。
【００３６】
図４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における位相格子マスク２００の振動の第２態様の説明図である。この図においても、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の各走査を示す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は３回走査され、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の周期が異なるものとされている。すなわち、第１回の走査（同図（ａ））では振動の周期がＰ１とされ、第２回の走査（同図（ｂ））では振動の周期がＰ２とされ、第３回の走査（同図（ｃ））では振動の周期がＰ３とされており、周期Ｐ１〜Ｐ３は互いに異なる。
【００３７】
図５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における位相格子マスク２００の振動の第３態様の説明図である。この図においても、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置が長手方向に走査されるとともに、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期が変化する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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２００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。
【００４２】
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６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７（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７（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。
【００４３】
また、図６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２００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７参照）。
【００４４】
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。
【００４５】
さらに、図３〜図５を用いて説明したように、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に繰り返し走査するとともに、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させる。或いは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に走査し、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期を変化させる。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が容易に製造され得る。
【００４６】
以上の説明では、位相格子マスク２００の振動の波形は、図８（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８（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８（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２００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。
【００４７】
また、位相格子マスク２００の振動は、図９（ａ）〜（ｃ）に示されるような波形であるのも好適である。図９（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１１０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。
【００４８】
また、図９（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。
【００４９】
また、図９（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１０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。
【００５２】
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１１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１２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１３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１４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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。図１５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１６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１２に示されている。図１２と図１６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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１１０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１７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＜ｔ２（すなわち、ｔ１＜Ｔ／２）であれば屈折率変調振幅は負である。
【００５９】
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１８（ｂ）に示されるような屈折率変調振幅を得るには、図１８（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。
【００６０】
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法の実施例について、比較例とともに説明する。図１９は、実施例および比較例それぞれの光導波路型回折格子素子における屈折率変調を示す図である。同図（ａ）の一部を拡大したものが同図（ｂ）に示されている。屈折率変調振幅分布は、この図に示されるようなアポダイズされた形状を有するものとされた。
【００６１】
図２０は、第１比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２１は、第２比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２２は、第３比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。各図（ａ）の一部を拡大したものが各図（ｂ）に示されている。第１比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動することなく、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第２比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動させて、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第３比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動させて、光束幅２ｗが０．６ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第２比較例および第３比較例それぞれでは、位相格子マスクの振動の振幅を２１２μｍとし、その振動の位相を一定とし、また、その振動の周期をも一定とした。
【００６２】
図２０〜図２２を比較して判るように、位相格子マスクを振動させない場合（図２０）と比較して、位相格子マスクを振動させた場合（図２１）には、ブラッグ条件式に基づく本来の反射帯域の両側に、意図しない反射ピークが見られる。位相格子マスクを振動させた場合であっても、屈折率変化誘起光の光束幅２ｗが小さい場合（図２１）と比較して、屈折率変化誘起光の光束幅２ｗが大きい場合（図２２）には、この意図しない反射ピークは小さい。この意図しない反射ピークは、位相格子マスクの振動が周期的であることに因り生じたものと考えられる。
【００６３】
図２３は、第１実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２４は、第２実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。各図（ａ）の一部を拡大したものが各図（ｂ）に示されている。第１実施例および第２実施例それぞれでは、位相格子マスクを振動させるとともに、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させたものである。第１実施例では、走査の回数を２として、走査毎に位相格子マスクの振動の位相をπだけ変化させた。第２実施例では、走査の回数を４として、走査毎に位相格子マスクの振動の位相をπ／２だけ変化させた。
【００６４】
図２１，図２３および図２４を比較して判るように、位相格子マスクを振動させた場合であっても、位相格子マスクの振動の位相および周期それぞれを一定とした場合（図２１）と比較して、屈折率変化誘起光の走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させた場合（図２３，図２４）には、ブラッグ条件式に基づく本来の反射帯域の両側に見られる意図しない反射ピークは小さい。また、屈折率変化誘起光の走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させる場合であっても、走査２回（位相πずつ変化）の場合（図２３）と比較して、走査４回（位相π／２ずつ変化）の場合（図２４）には、意図しない反射ピークは更に小さい。
【００６５】
図２５は、第２比較例，第１実施例および第２実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。これまでの図２０〜図２４はシミュレーション結果を示すものであったが、この図２５は実験結果を示すものである。同図（ａ）は第２比較例に相当し、同図（ｂ）は第１実施例に相当し、同図（ｃ）は第２実施例に相当する。何れの場合にも位相格子マスクの振動の周期を６００μｍとした。同図（ａ）〜（ｃ）は、図２１，図２３および図２４と略同様の結果を表していることが判る。
【００６６】
図２６は、第４比較例および第３実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。同図（ａ）は第４比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示し、同図（ｂ）は第３実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す。第４比較例では、位相格子マスクの振動の周期を一定値６００μｍとした。第３実施例では、位相格子マスクの振動の周期を、第１回の走査では６００μｍとし、第２回の走査では９００μｍとした。この図から判るように、第４比較例では、本来の反射帯域から±１．３ｎｍだけ外れた波長に大きな反射ピークが見られるが、第３実施例では、この±１．３ｎｍだけ外れた波長における反射ピークが抑制されている。
【００６７】
以上のように、本実施形態では、屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させることにより、優れた反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造することができる。また、或いは、制御部３４０は、屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査し、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期を変化させることにより、優れた反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造することができる。
【００６８】
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１００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λ２ｍの光を反射する一方で波長λ２ｍ＋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。
【００６９】
図２７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１０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１００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１２１、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１２２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１３１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。
【００７０】
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λ２ｍ＋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λ２ｍ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１００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１２０の第１端子１２１に入力した波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍ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。
【００７１】
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〜λ２Ｍ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へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ２ｍ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λ２ｍ＋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、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〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力し、波長λ２ｍ＋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。
【００７２】
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〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光サーキュレータ１２０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λ２ｍ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λ１〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。
【００７３】
図２８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２０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１００Ｂそれぞれは、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。
【００７４】
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λ２ｍ＋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１１０Ａ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λ２ｍ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、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λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７５】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍ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λ２ｍ＋１の光は、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１１５Ａに入力した波長λ１〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力し、波長λ２ｍ＋１の光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７６】
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λ１〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力（Ｄｒｏｐ）するとともに、他の情報を担う波長λ２ｍ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〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７７】
図２９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３０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１１０Ｄ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。
【００７８】
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λ２ｍ＋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１１６Ｄに波長λ２ｍ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１１０Ｃ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λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００７９】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍ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λ２ｍ＋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、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〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力し、波長λ２ｍ＋１の光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００８０】
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λ１〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力（Ｄｒｏｐ）するとともに、他の情報を担う波長λ２ｍ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〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００８１】
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１０，２０および３０の何れも、反射波長λ２ｍと透過波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光のパワーロスが小さい。
【００８２】
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３０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。
【００８３】
送信局２は、波長λ１〜λ２Ｍ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〜λ２Ｍ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λ２ｍ＋１の信号光を光ファイバ伝送路６へ送出し、波長λ２ｍ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λ２ｍ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〜λ２Ｍの信号光を入力し、これらを各波長に分波して受信する。
【００８４】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍと透過波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光のパワーロスが小さい。なお、合分波モジュール１０に替えて合分波モジュール２０または３０を設けてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
【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。また、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に繰り返し走査され、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期が変化する。或いは、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に走査され、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期が変化する。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１００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】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第１態様の説明図である。
【図４】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第２態様の説明図である。
【図５】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第３態様の説明図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】（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１７】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１８】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１９】実施例および比較例それぞれの光導波路型回折格子素子における屈折率変調を示す図である。
【図２０】第１比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２１】第２比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２２】第３比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２３】第１実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２４】第２実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２５】第２比較例，第１実施例および第２実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２６】第４比較例および第３実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２７】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２８】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２９】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３０】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、１２０，１３０…光サーキュレータ、２００…位相格子マスク、３００…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。
【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 Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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は、位相格子法により作製され得る（例えば非特許文献１を参照）。すなわち、或る波長域の光に対して感光性を有する光導波路を用意するとともに、透明平板の一方の面に位相格子が形成された位相格子マスクを用意する。この位相格子マスクを光導波路の側方に配置して、位相格子マスクを介して屈折率変化誘起光を光導波路に照射する。このとき、位相格子マスクに入射した屈折率変化誘起光が位相格子により回折されて＋１次回折光および−１次回折光が生じ、これら＋１次回折光と−１次回折光との干渉縞が形成される。そして、この干渉縞における屈折率変化誘起光の空間的な強度変調に応じて、感光性を有する光導波路では空間的な屈折率変調による回折格子が形成されて、これにより、光導波路型回折格子素子が作製される。
【０００５】
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。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｋ． Ｏ． Ｈｉｌｌ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ｍｏｎｏｍｏｄｅ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｂｙ ＵＶ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｐｈａｓｅ ｍａｓｋ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．６２， Ｎｏ．１０， ｐｐ．１０３５−１０３７ （１９９３）
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の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、光導波路の側方に位相格子マスクを配置し、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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させて、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
【００１０】
第１の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介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査する屈折率変化誘起光照射手段と、（２） 屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
第１の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。特に第１の発明では、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に繰り返し走査され、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期が変化する。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子が容易に製造され得る。
【００１２】
第１の発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適である。第１の発明に係る光導波路型回折格子素子製造装置は、屈折率変化誘起光照射手段が、屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、位相格子マスク振動手段が、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適である。第１の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では、Ｎが２の冪乗数であるのが好適である。この場合には、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造する上で更に好ましい。
【００１３】
第２の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、光導波路の側方に位相格子マスクを配置し、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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査し、屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、位相格子マスクの振動の周期を変化させて、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。
【００１４】
第２の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介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査する屈折率変化誘起光照射手段と、（２） 屈折率変化誘起光の照射の際に、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とともに、屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、位相格子マスクの振動の周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
第２の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。特に第２の発明では、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に走査され、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期が変化する。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子が容易に製造され得る。
【００１６】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、上記の第１または第２の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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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１１０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１１２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１１３が形成されている。
【００２０】
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】
【００２１】
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３００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。
【００２２】
この光導波路型回折格子素子製造装置３００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１１０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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３２３として開口が用いられる場合には、光ファイバ１１０が被る機械的ダメージが低減される。
【００２５】
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３１０に固定されている。
【００２６】
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１１０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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１１０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。
【００２９】
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２００の振動を方形波状とし、その振幅を、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、制御部３４０は位相格子マスク２００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３４０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。
【００３３】
特に本実施形態では、制御部３４０は、ミラー３２４をｚ軸方向に往復移動させることで、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に繰り返し走査し、圧電素子３３０を制御することで、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させる。このとき、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせるのが好適であり、また、Ｎが２の冪乗数２ｎ（ただし、ｎは正の整数）であるのが好適である。或いは、制御部３４０は、ミラー３２４をｚ軸方向に移動させることで、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に走査し、圧電素子３３０を制御することで、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期を変化させる。ただし、このように位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させるときに、位相格子マスク２００の振動の振幅は所望の屈折率変調振幅分布関数Ｆ（ｚ）が得られるように設定される。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が容易に製造され得る。
【００３４】
図３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における位相格子マスク２００の振動の第１態様の説明図である。この図において、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。同図（ａ）〜（ｄ）それぞれは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の各走査を示す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は４回走査され、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相がπ／２ずつ異なるものとされている。すなわち、第１回の走査（同図（ａ））に対して、第２回の走査（同図（ｂ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。第２回の走査（同図（ｂ））に対して、第３回の走査（同図（ｃ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。また、第３回の走査（同図（ｃ））に対して、第４回の走査（同図（ｄ））では、位相格子マスク２００の振動の位相はπ／２だけ異なっている。
【００３５】
或いは、初めに走査（同図（ａ））を行なった後に、これを基準として、振動の位相をπだけずらす走査（同図（ｃ））を行い、さらに、その後に、振動の位相をπ／２だけずらす走査（同図（ｂ））、および、振動の位相を３π／２だけずらす走査（同図（ｄ））を行うのが好適である。また、これに続いて、振動の位相をπ／４だけずらす走査、振動の位相を５π／４だけずらす走査、振動の位相を３π／４だけずらす走査、および、振動の位相を７π／４だけずらす走査を、順次に行なってもよい。このようにすることにより、走査の繰り返しが途中（例えば２回）で終わったとしても、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が製造され得る。
【００３６】
図４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における位相格子マスク２００の振動の第２態様の説明図である。この図においても、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置の各走査を示す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は３回走査され、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の周期が異なるものとされている。すなわち、第１回の走査（同図（ａ））では振動の周期がＰ１とされ、第２回の走査（同図（ｂ））では振動の周期がＰ２とされ、第３回の走査（同図（ｃ））では振動の周期がＰ３とされており、周期Ｐ１〜Ｐ３は互いに異なる。
【００３７】
図５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における位相格子マスク２００の振動の第３態様の説明図である。この図においても、横軸は屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置ｚを表し、縦軸は位相格子マスク２００の振動の変位を表す。この図に示される位相格子マスク２００の振動の態様では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置が長手方向に走査されるとともに、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期が変化する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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】
【数３】
【００４２】
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６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７（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７（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。
【００４３】
また、図６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２００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７参照）。
【００４４】
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。
【００４５】
さらに、図３〜図５を用いて説明したように、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に繰り返し走査するとともに、その走査毎に位相格子マスク２００の振動の位相または周期を変化させる。或いは、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を長手方向に走査し、その走査の際に位相格子マスク２００の振動の周期を変化させる。このようにして、所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１が容易に製造され得る。
【００４６】
以上の説明では、位相格子マスク２００の振動の波形は、図８（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８（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８（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２００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。
【００４７】
また、位相格子マスク２００の振動は、図９（ａ）〜（ｃ）に示されるような波形であるのも好適である。図９（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１１０に形成される回折格子１１３の屈折率分布ｎ（ｚ）は、
【数４】
【数５】
【００４８】
また、図９（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】
【数７】
【００４９】
また、図９（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１０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。
【００５２】
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１１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１２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１３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１４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。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【数９】
【００５５】
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。図１５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１６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１２に示されている。図１２と図１６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。
【００５６】
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】
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【数１２】
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１１０に形成される屈折率変調Δｎ（ｚ）は、
【数１３】
【００５９】
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１８（ｂ）に示されるような屈折率変調振幅を得るには、図１８（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。
【００６０】
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法の実施例について、比較例とともに説明する。図１９は、実施例および比較例それぞれの光導波路型回折格子素子における屈折率変調を示す図である。同図（ａ）の一部を拡大したものが同図（ｂ）に示されている。屈折率変調振幅分布は、この図に示されるようなアポダイズされた形状を有するものとされた。
【００６１】
図２０は、第１比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２１は、第２比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２２は、第３比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。各図（ａ）の一部を拡大したものが各図（ｂ）に示されている。第１比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動することなく、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第２比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動させて、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第３比較例の光導波路型回折格子素子は、位相格子マスクを振動させて、光束幅２ｗが０．６ｍｍである屈折率変化誘起光を用いて製造された。第２比較例および第３比較例それぞれでは、位相格子マスクの振動の振幅を２１２μｍとし、その振動の位相を一定とし、また、その振動の周期をも一定とした。
【００６２】
図２０〜図２２を比較して判るように、位相格子マスクを振動させない場合（図２０）と比較して、位相格子マスクを振動させた場合（図２１）には、ブラッグ条件式に基づく本来の反射帯域の両側に、意図しない反射ピークが見られる。位相格子マスクを振動させた場合であっても、屈折率変化誘起光の光束幅２ｗが小さい場合（図２１）と比較して、屈折率変化誘起光の光束幅２ｗが大きい場合（図２２）には、この意図しない反射ピークは小さい。この意図しない反射ピークは、位相格子マスクの振動が周期的であることに因り生じたものと考えられる。
【００６３】
図２３は、第１実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。図２４は、第２実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。各図（ａ）の一部を拡大したものが各図（ｂ）に示されている。第１実施例および第２実施例それぞれでは、位相格子マスクを振動させるとともに、光束幅２ｗが０．２ｍｍである屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させたものである。第１実施例では、走査の回数を２として、走査毎に位相格子マスクの振動の位相をπだけ変化させた。第２実施例では、走査の回数を４として、走査毎に位相格子マスクの振動の位相をπ／２だけ変化させた。
【００６４】
図２１，図２３および図２４を比較して判るように、位相格子マスクを振動させた場合であっても、位相格子マスクの振動の位相および周期それぞれを一定とした場合（図２１）と比較して、屈折率変化誘起光の走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させた場合（図２３，図２４）には、ブラッグ条件式に基づく本来の反射帯域の両側に見られる意図しない反射ピークは小さい。また、屈折率変化誘起光の走査毎に位相格子マスクの振動の位相を変化させる場合であっても、走査２回（位相πずつ変化）の場合（図２３）と比較して、走査４回（位相π／２ずつ変化）の場合（図２４）には、意図しない反射ピークは更に小さい。
【００６５】
図２５は、第２比較例，第１実施例および第２実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。これまでの図２０〜図２４はシミュレーション結果を示すものであったが、この図２５は実験結果を示すものである。同図（ａ）は第２比較例に相当し、同図（ｂ）は第１実施例に相当し、同図（ｃ）は第２実施例に相当する。何れの場合にも位相格子マスクの振動の周期を６００μｍとした。同図（ａ）〜（ｃ）は、図２１，図２３および図２４と略同様の結果を表していることが判る。
【００６６】
図２６は、第４比較例および第３実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。同図（ａ）は第４比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示し、同図（ｂ）は第３実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す。第４比較例では、位相格子マスクの振動の周期を一定値６００μｍとした。第３実施例では、位相格子マスクの振動の周期を、第１回の走査では６００μｍとし、第２回の走査では９００μｍとした。この図から判るように、第４比較例では、本来の反射帯域から±１．３ｎｍだけ外れた波長に大きな反射ピークが見られるが、第３実施例では、この±１．３ｎｍだけ外れた波長における反射ピークが抑制されている。
【００６７】
以上のように、本実施形態では、屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に繰り返し走査し、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させることにより、優れた反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造することができる。また、或いは、制御部３４０は、屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に走査し、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期を変化させることにより、優れた反射特性を有する光導波路型回折格子素子を製造することができる。
【００６８】
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１００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λ２ｍの光を反射する一方で波長λ２ｍ＋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】
【００６９】
図２７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１０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１００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１２１、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１２２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１３１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。
【００７０】
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λ２ｍ＋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λ２ｍ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１００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１２０の第１端子１２１に入力した波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍ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。
【００７１】
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〜λ２Ｍ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へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ２ｍ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λ２ｍ＋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、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〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力し、波長λ２ｍ＋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。
【００７２】
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〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光サーキュレータ１２０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λ２ｍ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λ１〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。
【００７３】
図２８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２０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１００Ｂそれぞれは、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。
【００７４】
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λ２ｍ＋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１１０Ａ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λ２ｍ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、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λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７５】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍ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λ２ｍ＋１の光は、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１１５Ａに入力した波長λ１〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力し、波長λ２ｍ＋１の光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７６】
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λ１〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力（Ｄｒｏｐ）するとともに、他の情報を担う波長λ２ｍ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〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００７７】
図２９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３０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１１０Ｄ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。
【００７８】
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λ２ｍ＋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１１６Ｄに波長λ２ｍ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１１０Ｃ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λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００７９】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍ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λ２ｍ＋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、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〜λ２Ｍを分波して、波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力し、波長λ２ｍ＋１の光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００８０】
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λ１〜λ２Ｍのうち波長λ２ｍの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力（Ｄｒｏｐ）するとともに、他の情報を担う波長λ２ｍ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〜λ２Ｍのうちの波長λ２ｍ＋１の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ２ｍの光とを合波して、その合波した波長λ１〜λ２Ｍの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００８１】
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１０，２０および３０の何れも、反射波長λ２ｍと透過波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光のパワーロスが小さい。
【００８２】
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３０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。
【００８３】
送信局２は、波長λ１〜λ２Ｍ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〜λ２Ｍ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λ２ｍ＋１の信号光を光ファイバ伝送路６へ送出し、波長λ２ｍ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λ２ｍ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〜λ２Ｍの信号光を入力し、これらを各波長に分波して受信する。
【００８４】
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〜λ２Ｍ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λ２ｍと透過波長λ２ｍ＋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λ２ｍの光のパワーロスが小さい。なお、合分波モジュール１０に替えて合分波モジュール２０または３０を設けてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
【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。また、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に繰り返し走査され、その走査毎に位相格子マスクの振動の位相または周期が変化する。或いは、屈折率変化誘起光の照射位置が長手方向に走査され、その走査の際に位相格子マスクの振動の周期が変化する。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１００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】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第１態様の説明図である。
【図４】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第２態様の説明図である。
【図５】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００における位相格子マスク２００の振動の第３態様の説明図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】（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１７】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１８】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１９】実施例および比較例それぞれの光導波路型回折格子素子における屈折率変調を示す図である。
【図２０】第１比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２１】第２比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２２】第３比較例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２３】第１実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２４】第２実施例の光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２５】第２比較例，第１実施例および第２実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２６】第４比較例および第３実施例それぞれの光導波路型回折格子素子の反射特性を示す図である。
【図２７】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２８】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２９】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３０】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、１２０，１３０…光サーキュレータ、２００…位相格子マスク、３００…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。
Claims (11)
- 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位相格子マスクを配置し、
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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を前記長手方向に繰り返し走査し、
前記屈折率変化誘起光の照射の際に、前記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とともに、
前記屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、前記位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させて、
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。 - 前記屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、その走査毎に前記位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせる、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。
- Ｎが２の冪乗数であ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。
- 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位相格子マスクを配置し、
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とともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を前記長手方向に走査し、
前記屈折率変化誘起光の照射の際に、前記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とともに、
前記屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、前記位相格子マスクの振動の周期を変化させて、
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。 - 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介して前記光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を前記長手方向に繰り返し走査する屈折率変化誘起光照射手段と、
前記屈折率変化誘起光の照射の際に、前記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とともに、前記屈折率変化誘起光の照射位置の走査毎に、前記位相格子マスクの振動の位相または周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、
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。 - 前記屈折率変化誘起光照射手段が、前記屈折率変化誘起光の照射位置をＮ回（ただし、Ｎは２以上の整数）走査し、
前記位相格子マスク振動手段が、その走査毎に前記位相格子マスクの振動の位相を２π／Ｎずつ異ならせる、
ことを特徴とする請求項５記載の光導波路型回折格子素子製造装置。 - Ｎが２の冪乗数であることを特徴とする請求項６記載の光導波路型回折格子素子製造装置。
- 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介して前記光導波路に屈折率変化誘起光を照射するとともに、この屈折率変化誘起光の照射位置を前記長手方向に走査する屈折率変化誘起光照射手段と、
前記屈折率変化誘起光の照射の際に、前記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とともに、前記屈折率変化誘起光の照射位置の走査の際に、前記位相格子マスクの振動の周期を変化させる位相格子マスク振動手段と、
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。 - 請求項１または４に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。
- 請求項９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。
- 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１０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。
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