JP2005043766A - 光ファイバブラッググレーティング - Google Patents

Abstract

【課題】 透過スペクトルにおけるリップルが抑制された光ファイバブラッググレーティングを提供する。
【解決手段】 光ファイバブラッググレーティング３０は、コア領域３１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域３２の周囲に樹脂層３３が設けられ、クラッド領域３２に対する樹脂層３３の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層３３に光吸収剤が含有されている。樹脂層３３の厚みは１００μｍ以上４００μｍ以下であるのが好適である。樹脂層３３に含まれる光吸収剤は、波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなるのが好適であり、また、カーボンブラックを含むのが好適である。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成された光ファイバブラッググレーティングに関するものである。

光ファイバブラッググレーティングは、光ファイバのコア領域の長手方向に沿った一定範囲にブラッグ型のグレーティングが形成されたものである。光ファイバブラッググレーティングとしては、グレーティングの周期が長手方向に沿って一様であるものだけでなく、グレーティングの周期が長手方向に沿って次第に変化しているもの（以下「チャープト光ファイバブラッググレーティング」と言う。）もあり、また、グレーティングの格子面が光軸に対して垂直であるものだけでなく、グレーティングの格子面が光軸に対して垂直で無いもの（以下「傾斜型光ファイバブラッググレーティング」と言う。）もある（例えば非特許文献１を参照）。

例えば、傾斜型光ファイバブラッググレーティングは、そのグレーティングにおいて導波光のうちブラッグ条件を満たす波長の光を選択的にブラッグ反射させて後進クラッドモード光とし、これにより、導波光に対して波長に依存した損失を付与することができる。その損失スペクトルは、導波光から各々のクラッドモード光への結合に因り生じる損失のエンベロープである。したがって、光ファイバブラッググレーティングは、光フィルタとして用いることができ、また、光増幅器の利得を等化する利得等化器として用いることができる。

光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおいて、導波光から各々のクラッドモード光への結合の状態によってはリップルが発生することが知られている。このリップルは、透過スペクトルの移動平均を透過スペクトルから差し引いたものである。光ファイバブラッググレーティングが光フィルタ等として用いられる場合には、このようなリップルの存在は好ましくない。

そこで、光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルの発生を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２および非特許文献２を参照）。例えば、チャープ率やグレーティング長を調整することでリップルの低減が可能であるとされている。
特開２０００−２６６９４５号公報 特開２００２−８２２３６号公報 M. J. Holmes, et al., "Ultra narrow-band optical fibre sidetap filters", ECOC'98, pp.137-138 (1998) I. Riant, et al., "New and efficient technique for suppressing the peaks induced by discrete cladding mode coupling in fiber slanted Bragg grating spectrum", OFC2000, TuH3, pp.118-120 (2000)

しかしながら、上記の文献に記載されたリップル抑制技術を採用したとしても、光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルの大きさは０．１ｄＢ_P-P以上である。複数の光ファイバブラッググレーティングが縦列に接続されて光フィルタや利得等化器が構成される場合には、その全体のリップルは、複数の光ファイバブラッググレーティングそれぞれのリップルが重畳されたものとなり、大きくなることがある。このような光フィルタや利得等化器を含む光通信システムでは、多波長信号光の伝送品質がよくない。

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、透過スペクトルにおけるリップルが抑制された光ファイバブラッググレーティングを提供することを目的とする。

本発明に係る光ファイバブラッググレーティングは、コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバのコア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、クラッド領域に対する樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層に光吸収剤が含有されていることを特徴とする。この光ファイバブラッググレーティングでは、コア領域に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいてクラッドモード光が発生し、そのクラッドモード光は、クラッド領域を経て樹脂層を伝搬する。クラッドモード光は、樹脂層を伝搬する間に光吸収剤により吸収されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

本発明に係る光ファイバブラッググレーティングでは、樹脂層の厚みは１００μｍ以上４００μｍ以下であるのが好適である。樹脂層は、クラッド領域の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有していない第１層と、第１層の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有している第２層とを含むのが好適であり、更に、第２層の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有していない第３層を含むのも好適である。第１層に対する第２層の比屈折率差が０％以上２％以下であるのが好適である。

他の本発明に係る光ファイバブラッググレーティングは、コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバのコア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、クラッド領域に対する樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする。この光ファイバブラッググレーティングでは、コア領域に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいてクラッドモード光が発生し、そのクラッドモード光は、クラッド領域を経て樹脂層を伝搬する。クラッドモード光は、充分に厚い樹脂層を伝搬する間に散乱されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

更に他の本発明に係る光ファイバブラッググレーティングは、コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバのコア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、クラッド領域に対する樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層の周囲に光吸収剤の層が設けられていることを特徴とする。この光ファイバブラッググレーティングでは、コア領域に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいてクラッドモード光が発生し、そのクラッドモード光は、クラッド領域および樹脂層を経て光吸収剤層に入射する。光吸収剤層に入射したクラッドモード光は、光吸収剤層において吸収されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

更に他の本発明に係る光ファイバグレーティングは、コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバのコア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、溝断面形状が角型である実装ケース内に光ファイバが配置され、クラッド領域の周囲と実装ケースの溝表面との間に樹脂層が充填されていることを特徴とする。この光ファイバブラッググレーティングでは、コア領域に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいて放射光が発生し、その放射光は、クラッド領域を経て樹脂層を伝搬する。放射光は、樹脂層と実装ケースの溝表面との界面で反射するが、その溝断面形状が角型であるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

また、実装ケースの溝断面積は３ｍｍ²以上であるのが好適であり、実装ケースの溝表面の粗さＲａは０.５μｍ以上であるのが好適である。これらの場合には、放射光から導波光への再結合を低減する上で好都合である。また、実装ケースの材料の線膨張係数は負であるのが好適であり、実装ケースの材料は−９×１０^-6／Ｋ以上−４×１０^-6／Ｋ以下の線膨張係数を有するセラミックスであるのが好適である。これらの場合には、グレーティングの反射波長の温度依存性が低減され得る。

本発明に係る光ファイバブラッググレーティングでは、光吸収剤は、波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなるのが好適である。また、カーボンブラックを含むのが好適である。樹脂層の周囲に補強部が設けられ、樹脂層と補強部の内壁とが互いに離間しているのが好適である。

コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバのコア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、樹脂層の断面形状が角型であるのが好適である。この場合には、グレーティングにおいて発生した放射光は、クラッド領域を経て樹脂層を伝搬する。その放射光は、樹脂層と実装ケースの溝表面との界面で反射するが、その溝断面形状が角型であるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

また、樹脂層の硬さが１５（ＪＩＳショアＤ）以下であるのが好適であり、樹脂層の硬さが５（ＪＩＳショアＡ）以下であれば更に好適であり、樹脂層のヤング率が１００ＭＰａ（≒１ｋｇｆ／ｍｍ²）以下であるのが好適である。これらの場合には、温度変化時の光ファイバへの応力が緩和される。

樹脂層の断面形状における短辺の長さが光ファイバの外径より２００μｍ以上長いのが好適であり、この場合には、放射光は樹脂層において十分に吸収される。樹脂層およびクラッド領域それぞれの屈折率の温度依存性が互いに等しいのが好適であり、この場合には、温度変化によるリップルの増加が抑制される。樹脂層の中心位置以外の位置に光ファイバが配置されているのが好適であり、この場合には、放射光から導波光への再結合を低減する上で好都合である。

また、透過スペクトルにおけるリップルはピーク損失の２％以下であるのが好適である。

本発明に係る光ファイバブラッググレーティングは透過スペクトルにおけるリップルが抑制される。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。

図１は、光増幅装置１００の構成図である。この図に示される光増幅装置１００は、光入力端１０１と光出力端１０２との間の信号光光路上に光増幅器１１０および光フィルタ１２０を備えている。

光増幅器１１０は、信号光光路上に順に光アイソレータ１１１、増幅用光ファイバ１１２および光カプラ１１３を備えており、また、光カプラ１１３に接続された励起光源１１４を備えている。光アイソレータ１１１は、光入力端１０１から光出力端１０２へ向かう方向に光を通過させるが、これと逆の方向には光を通過させない。増幅用光ファイバ１１２は、希土類元素（例えばＥｒ元素）が光導波領域に添加された光ファイバであって、その希土類元素を励起し得る波長の励起光を入力して、光アイソレータ１１１より到達した所定の波長の信号光を光増幅する。光カプラ１１３は、増幅用光ファイバ１１３より到達した信号光を光フィルタ１２０へ向けて出力するとともに、励起光源１１４より到達した信号光を増幅用光ファイバ１１２へ向けて出力する。励起光源１１４は、増幅用光ファイバ１１２に添加された希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、例えば、半導体レーザ光源が好適に用いられる。例えば、光増幅すべき信号光の波長が１．５５μｍ付近であれば、増幅用光ファイバ１１２に添加される希土類元素はＥｒ元素であり、励起光源１１４より増幅用光ファイバ１１２に供給される励起光の波長は０．９８μｍまたは１．４８μｍである。

光フィルタ１２０は、信号光光路上に順に傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１および傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２２を備えている。傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２それぞれは、光ファイバの長手方向に沿って屈折率変調によるブラッグ型のグレーティングが形成されたものであって、そのグレーティングにおける格子面と光ファイバの光軸とがなす角度が９０度ではなく、格子面が傾斜しているものである。傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２それぞれは、光増幅器１１０より出力されて光ファイバを伝搬してきて到達した光のうちブラッグ条件を満たす波長の光（前進導波光）を後進クラッドモード光に結合して、その結合に伴う損失を導波光に与える。信号光波長帯域において、傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２を含む光フィルタ１２０の全体の損失スペクトルは、光増幅器１１０の増幅用光ファイバ１１２の利得スペクトルと略同一の形状とされている。すなわち、この光フィルタ１２０は利得等化器として用いられる。

この光増幅装置１００は以下のように動作する。光増幅器１１０において、励起光源１１４から出力された励起光は、光カプラ１１３を経て増幅用光ファイバ１１２に供給される。光増幅装置１００の光入力端１０１に信号光が入力すると、その信号光は、光増幅器１１０に含まれる光アイソレータ１１１を通過し、増幅用光ファイバ１１２を伝搬して、その伝搬の間に光増幅される。増幅用光ファイバ１１２により光増幅されて出力された信号光は、光カプラ１１３を経た後、光フィルタ１２０に含まれる傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２により所定の損失を被って、光増幅装置１００の光出力端１０２より出力される。

光入力端１０１から光出力端１０２へ至るまでの光増幅装置１００全体の利得スペクトルは、増幅用光ファイバ１１２の利得スペクトルおよび傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２それぞれの損失スペクトルを総合したものとなる。ここで、傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１，１２２を含む光フィルタ１２０の全体の損失スペクトルは増幅用光ファイバ１１２の利得スペクトルと略同一の形状とされているので、光増幅装置１００全体の利得スペクトルは平坦なものとなる。

図２は、光通信システム１の構成図である。この図に示される光通信システム１は、光送信装置２００、光増幅装置１００_A，１００_B，…、光受信装置３００、ブロック等化器４００、および、光ファイバ伝送路５０１，５０２，…を備えている。光増幅装置１００_A，１００_B，…は、上記の光増幅装置１００と同様の構成のものである。

光送信装置２００は、信号光波長帯域に含まれる多波長の信号光を多重化して、その多重化した多波長の信号光を光ファイバ伝送路５０１へ送出する。光増幅装置１００_Aは、光ファイバ伝送路５０１を伝搬してきて到達した多波長の信号光を入力して、その多波長の信号光を一括光増幅し、その光増幅した多波長の信号光を光ファイバ伝送路５０２へ送出する。光増幅装置１００_Bは、光ファイバ伝送路５０２を伝搬してきて到達した多波長の信号光を入力して、その多波長の信号光を一括光増幅し、その光増幅した多波長の信号光を光ファイバ伝送路へ送出する。ブロック等化器４００は、信号光波長帯域において所定の損失スペクトルを有するものであり、一定数の光増幅装置１００毎に設けられ、これら光増幅装置１００により累積された多波長の信号光のパワー偏差を補償するものである。このブロック等化器４００は、光増幅装置１００に含まれる光フィルタ１２０と同様の構成のものとすることができる。光受信装置３００は、光ファイバ伝送路を伝搬してきて到達した多波長の信号光を入力して、その多波長の信号光を波長毎に分波し、各波長の信号光を受信する。

この光通信システム１は以下のように動作する。信号光波長帯域に含まれる多波長の信号光は、光送信装置２００により多重化されて光ファイバ伝送路へ送出され、光増幅装置１００_A，１００_B，…それぞれにより光増幅され、ブロック等化器４００により波長間のパワー偏差が補償されて光受信装置３００に到達し、光受信装置３００により波長毎に受信される。

図３は、光フィルタ１２０に含まれる傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１の説明図である。同図（ａ）は、光軸を含む面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１の断面図であり、同図（ｂ）は、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１の断面図である。傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１は、高屈折率のコア領域１３１および低屈折率のクラッド領域１３２を有する光ファイバ１３０において、そのコア領域１３１の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調部１３３が形成されたものである。そして、屈折率変調部１３３における屈折率等位面（屈折率変調部における屈折率が等位となる面）Ｌに垂直な直線Ａは、光ファイバ１３０の光軸（図中のｘ軸）と平行でなく、直線Ａと光軸とがなす角度θは０でない。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１は、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。この屈折率変調部１３３において反射された反射波長λの光は、光ファイバ１３０を伝搬していくことなく、光ファイバ１３０の外部へ放射される。すなわち、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１は低反射の損失フィルタとして作用する。他方の傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２２も同様である。

図４および図５それぞれは、傾斜型光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルを示す図である。図５には、図４に示された透過スペクトルの一部を拡大したものが示されており、また、リップルも示されている。リップルは、透過スペクトルの移動平均を透過スペクトルから差し引いた偏差である。この図に示されるように、傾斜型光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルは、０．１ｄＢ_P-P程度のリップルを有している。

図６は、同一の透過スペクトルを有する１０個の傾斜型光ファイバブラッググレーティングを縦続接続した場合の全体のリップルを示す図である。この図に示されるように、１０個の傾斜型光ファイバブラッググレーティングが連結されたものの全体の透過スペクトルのリップルは、図５に示された単一の傾斜型光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルのリップルと比べて、格段に大きく、しかも、波長変化に対する変動が急峻である。したがって、このような場合には、ブロック等化器を用いたとしても、このリップルを解消することは困難である。

そこで、以下に説明する第１〜第４実施形態それぞれに係る光ファイバブラッググレーティングは、透過スペクトルにおけるリップルを低減する為に、クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられていて、クラッド領域に対する樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下とされている。そして、第１実施形態では樹脂層の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下とされている。第２実施形態では樹脂層の周囲に光吸収剤の層が設けられている。また、第３実施形態および第４実施形態では樹脂層に光吸収剤が含有されている。

先ず、第１実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図７は、第１実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング１０の断面図である。この図は、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング１０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング１０は、コア領域１１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域１２の周囲に樹脂層１３が設けられ、クラッド領域１２に対する樹脂層１３の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層１３の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下である。コア領域１１およびクラッド領域１２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。例えば、クラッド領域１２の外径が１２５μｍであれば、樹脂層１３の外径は３２５μｍ〜９２５μｍである。

光ファイバブラッググレーティング１０は、透過スペクトルにおけるリップルがピーク損失の２％以下であるのが好適である。この場合には、このような光ファイバブラッググレーティング１０を複数個接続した場合にも、全体の透過スペクトルのリップルを小さくすることができる。

光ファイバブラッググレーティング１０は、樹脂層１３の周囲に補強部が設けられ、樹脂層１３と補強部の内壁とが互いに離間しているのが好適である。このようにすることで、光ファイバブラッググレーティング１０は、機械的強度が確保されるとともに、組成の相違に伴う熱膨張係数の相違に因る応力が軽減され、温度特性が安定したものとなる。

図８は、第１実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング１０の動作の説明図である。この図は、光軸を含む面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング１０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング１０では、コア領域１１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、その導波光はクラッドモード光に変換され、そのクラッドモード光は、クラッド領域１２を経て樹脂層１３を伝搬する。クラッドモード光は、充分に厚い樹脂層１３を伝搬する間に散乱されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング１０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

図９は、クラッド領域１２の周囲の媒質の屈折率とリップルの大きさとの関係を示すグラフである。図１０は、樹脂層１３の直径とリップルの大きさとの関係を示すグラフである。なお、図９および図１０において、クラッド領域１２の屈折率は１．４６であり、クラッド領域１２の外径は１２５μｍであり、クラッド領域１２の周囲が空気であるときのリップルの大きさは０．１ｄＢ_P-Pであり、屈折率は波長５８９ｎｍにおける値である。図９では、クラッド領域１２の周囲の媒質としてマッチングオイルが用いられ、その外径は８００μｍ程度である。図９から判るように、クラッド領域１２に対する樹脂層１３の比屈折率差が−１％以上８％以下であると、クラッドモード光がクラッド領域１２から樹脂層１３へ高効率に入射するので、リップルが充分に低減される。また、この比屈折率差は−０．５％以上であると更にリップルが低減される。また、図１０から判るように、樹脂層１３の厚みが１００μｍ以上であると、リップルが充分に低減される。また、実装ケースの制約から、樹脂層１３の厚みが４００μｍ以下であることが好ましい。

次に、第２実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図１１は、第２実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング２０の断面図である。この図は、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング２０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング２０は、コア領域２１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域２２の周囲に樹脂層２３が設けられ、クラッド領域２２に対する樹脂層２３の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層２３の周囲に光吸収剤層２４が設けられている。コア領域２１およびクラッド領域２２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

光吸収剤層２４は、一般に光通信において信号光として用いられる波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなるのが好適であり、また、カーボンブラックを含むのが好適である。カーボンブラックは、光吸収に関して波長依存性が小さいので好都合である。また、光ファイバブラッググレーティング２０は、透過スペクトルにおけるリップルがピーク損失の２％以下であるのが好適である。

図１２は、第２実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング２０の動作の説明図である。この図は、光軸を含む面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング２０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング２０では、コア領域２１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、その導波光はクラッドモード光に変換され、そのクラッドモード光は、クラッド領域２２および樹脂層２３を経て光吸収剤層２４に入射する。光吸収剤層２４に入射したクラッドモード光は、光吸収剤層２４において吸収されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング２０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

次に、第３実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図１３は、第３実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング３０の断面図である。この図は、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング３０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング３０は、コア領域３１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域３２の周囲に樹脂層３３が設けられ、クラッド領域３２に対する樹脂層３３の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層３３に光吸収剤が含有されている。コア領域３１およびクラッド領域３２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

樹脂層３３の厚みは１００μｍ以上４００μｍ以下であるのが好適であり、この場合には、樹脂層３３においてクラッドモード光が更に高効率で吸収されるので好都合である。樹脂層３３に含まれる光吸収剤は、波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなるのが好適であり、また、カーボンブラックを含むのが好適である。光ファイバブラッググレーティング３０は、透過スペクトルにおけるリップルがピーク損失の２％以下であるのが好適である。また、光ファイバブラッググレーティング３０は、樹脂層３３の周囲に補強部が設けられ、樹脂層３３と補強部の内壁とが互いに離間しているのが好適である。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング３０では、コア領域３１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、その導波光はクラッドモード光に変換され、そのクラッドモード光は、クラッド領域３２を経て樹脂層３３を伝搬する。クラッドモード光は、樹脂層３３を伝搬する間に光吸収剤により吸収されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング３０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

図１４は、汎用樹脂、マッチングオイルおよびカーボンブラック含有樹脂それぞれの透過スペクトルを示す図である。各材料の厚さは１０ｍｍ程度である。この図から判るように、波長１．５５μｍにおける汎用樹脂およびマッチングオイルそれぞれの透過率は８０％程度であるのに対して、波長１．５５μｍにおけるカーボンブラック含有樹脂の透過率は略０％程度である。このことから、カーボンブラックが含まれる樹脂層３３を設けることで、傾斜型光ファイバブラッググレーティング３０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

次に、第４実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図１５は、第４実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング４０の断面図である。この図は、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング４０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング４０は、コア領域４１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域４２の周囲に樹脂層４３が設けられている。樹脂層４３は、内側から順に第１層４３ａ，第２層４３ｂおよび第３層４３ｃにに区分される。クラッド領域４２に対する第１層４３ａの比屈折率差が−１％以上８％以下であり、樹脂層４３のうち、第２層４３ｂに光吸収剤が含有されているが、第１層４３ａおよび第３層４３ｃそれぞれには光吸収剤が含有されていない。コア領域４１およびクラッド領域４２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

樹脂層４３の厚みは１００μｍ以上４００μｍ以下であるのが好適である。第１層４３ａに対する第２層４３ｂの比屈折率差は０％以上２％以下であるのが好適であり、この場合には、クラッドモード光は、クラッド領域４２から第１層４３ａを経て第２層４３ｂに高効率で入射し、第２層４３ｂにおいて高効率で吸収される。第２層４３ｂに含まれる光吸収剤は、波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなるのが好適であり、また、カーボンブラックを含むのが好適である。光ファイバブラッググレーティング４０は、透過スペクトルにおけるリップルがピーク損失の２％以下であるのが好適である。また、光ファイバブラッググレーティング４０は、樹脂層４３の周囲に補強部が設けられ、樹脂層４３と補強部の内壁とが互いに離間しているのが好適である。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング４０では、コア領域４１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、その導波光はクラッドモード光に変換され、そのクラッドモード光は、クラッド領域４２を経て樹脂層４３を伝搬する。クラッドモード光は、樹脂層４３のうち第２層４３ｂを伝搬する間に光吸収剤により吸収されるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング４０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

次に、第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図１６は、第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の斜視図である。図１７は、第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の断面図であり、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング５０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング５０は、コア領域５１にブラッグ型のグレーティングが形成され、溝断面形状が角型（例えば矩形）である実装ケース５４内に光ファイバが配置され、クラッド領域５２の外周面と実装ケース５４の溝表面との間に樹脂層５３が充填されている。コア領域５１およびクラッド領域５２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング５０では、コア領域５１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいて放射光が発生し、その放射光は、クラッド領域５２を経て樹脂層５３を伝搬する。放射光は、樹脂層５３と実装ケース５４の溝表面との界面で反射するが、その溝断面形状が角型であるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング５０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

図１８は、第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の一部断面の拡大図である。この図は、樹脂層５３と実装ケース５４との界面付近の断面を拡大して示している。この図に示されるように、実装ケース５４の溝表面の粗さＲａが一定値以上とされていて、グレーティングで発生した放射光が該界面で乱反射するようになっている。これにより、導波光へ再結合する割合が更に低減され、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング５０の透過スペクトルにおけるリップルが更に低減される。

また、実装ケース５４の溝断面積は３ｍｍ²以上であるのが好適であり、実装ケース５４の溝表面の粗さＲａは０.５μｍ以上であるのが好適である。これらの場合には、放射光から導波光への再結合を低減する上で好都合である。また、実装ケース５４の材料の線膨張係数は負であるのが好適であり、実装ケースの材料は−９×１０^-6／Ｋ以上−４×１０^-6／Ｋ以下の線膨張係数を有するセラミックスであるのが好適である。これらの場合には、グレーティングの反射波長の温度依存性が低減され得る。

次に、第６実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図１９は、第６実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング６０の斜視図である。図２０は、第６実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング６０の断面図であり、光軸に垂直な面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング６０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング６０は、コア領域６１およびクラッド領域６２を有する光ファイバのコア領域６１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域６２の周囲に樹脂層６３が設けられている。コア領域６１およびクラッド領域６２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

本実施形態における樹脂層６３は、第１実施形態における樹脂層１３、第２実施形態における樹脂層２３、第３実施形態における樹脂層３３、第４実施形態における樹脂層４３、または、第５実施形態における樹脂層５３、と同様の構成であってもよい。ただし、本実施形態における樹脂層６３の断面形状は、角型であり、例えば矩形である。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング６０では、コア領域６１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいて放射光が発生し、その放射光は、クラッド領域６２を経て樹脂層６３を伝搬する。放射光は、樹脂層６３の外面で反射するが、その断面形状が角型であるので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング６０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

次に、第７実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図２１は、第７実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング７０の断面図であり、光軸を含む面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング７０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング７０は、コア領域７１およびクラッド領域７２を有する光ファイバのコア領域７１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域７２の周囲に樹脂層７３が設けられている。コア領域７１およびクラッド領域７２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

本実施形態における樹脂層７３は、第１実施形態における樹脂層１３、第２実施形態における樹脂層２３、第３実施形態における樹脂層３３、第４実施形態における樹脂層４３、第５実施形態における樹脂層５３、または、第６実施形態における樹脂層６３、と同様の構成であってもよい。ただし、本実施形態では、樹脂層７３の中心位置以外の位置に光ファイバが配置されている。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング７０では、コア領域７１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいて放射光が発生し、その放射光は、クラッド領域７２を経て樹脂層７３を伝搬する。放射光は、樹脂層７３の外面で反射するが、樹脂層７３の中心位置以外の位置に光ファイバが配置されているので、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング７０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

次に、第８実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングについて説明する。図２２は、第８実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング８０の断面図であり、光軸を含む面で切断したときの傾斜型光ファイバブラッググレーティング８０の断面を示している。この傾斜型光ファイバブラッググレーティング８０は、コア領域８１およびクラッド領域８２を有する光ファイバのコア領域８１にブラッグ型のグレーティングが形成され、クラッド領域８２の周囲に樹脂層８３が設けられている。コア領域８１およびクラッド領域８２それぞれの構成は、図３に示されたものと同様である。

本実施形態における樹脂層８３は、第１実施形態における樹脂層１３、第２実施形態における樹脂層２３、第３実施形態における樹脂層３３、第４実施形態における樹脂層４３、第５実施形態における樹脂層５３、または、第６実施形態における樹脂層６３、と同様の構成であってもよい。ただし、本実施形態では、樹脂層８３の外面の粗さＲａが大きい。

この傾斜型光ファイバブラッググレーティング８０では、コア領域８１に形成されたグレーティングに導波光が入射すると、そのグレーティングにおいて放射光が発生し、その放射光は、クラッド領域８２を経て樹脂層８３を伝搬する。放射光は、樹脂層８３の外面で反射するが、樹脂層８３の外面の粗さＲａが大きいので、放射光が該外面で乱反射して、導波光へ再結合する割合が低減される。したがって、この傾斜型光ファイバブラッググレーティング８０の透過スペクトルにおけるリップルが低減される。

なお、上記の各実施形態において、樹脂層の硬さが１５（ＪＩＳショアＤ）以下であるのが好適であり、樹脂層の硬さが５（ＪＩＳショアＡ）以下であれば更に好適であり、樹脂層のヤング率が１００ＭＰａ（≒１ｋｇｆ／ｍｍ²）以下であるのが好適である。これらの場合には、温度変化時の光ファイバへの応力が緩和される。樹脂層の断面形状における短辺の長さが光ファイバの外径より２００μｍ以上長いのが好適であり、この場合には、放射光は樹脂層において十分に吸収される。樹脂層およびクラッド領域それぞれの屈折率の温度依存性が互いに等しいのが好適であり、この場合には、温度変化によるリップルの増加が抑制される。

次に、実施例および比較例それぞれの光ファイバブラッググレーティングについて説明する。実施例および比較例それぞれの光ファイバブラッググレーティングは、コア領域およびクラッド領域の双方にＧｅＯ₂が添加された外径１２５μｍの石英系光ファイバを基に、位相格子法により製造された。用いられた位相格子マスクは、中心格子周期が１．０６７０μｍであり、チャープ率が１０．０ｎｍ／ｃｍであった。位相格子マスクは、格子に垂直な方向が光ファイバの光軸に対して２度だけ傾斜して配置された。そして、ＫｒＦエキシマレーザ光源から出力された波長２４８ｎｍの紫外レーザ光が位相格子マスクを介して光ファイバに照射されて、これにより、光ファイバのコア領域およびクラッド領域の双方にグレーティングが形成された。グレーティング長は２０ｍｍであった。

図２３〜図２６それぞれは、比較例または実施例の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すとともに、その透過スペクトルのリップルを拡大して示している。このリップルは、透過スペクトルの移動平均（±０．２５ｎｍ）を透過スペクトルから差し引いた偏差である。

図２３は、比較例１の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。比較例１では、クラッド領域の周囲は空気であった。この図に示されるように、比較例１ではリップルの大きさは約０．１ｄＢ_P-Pであった。

図２４は、比較例２の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。比較例２では、クラッド領域の周囲に樹脂層（屈折率１．４６８）が設けられ、その樹脂層の外径は２５０μｍであり、その樹脂層の厚さは６２．５μｍであった。この図に示されるように、比較例２ではリップルの大きさは約０．０５ｄＢ_P-Pであった。

図２５は、実施例１の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。実施例１は、上述した第１実施形態に対応するものであり、クラッド領域の周囲に樹脂層（屈折率１．４６８）が設けられ、その樹脂層の外径は約７００μｍであり、その樹脂層の厚さは約２９０μｍであった。この図に示されるように、実施例１ではリップルの大きさは約０．０２ｄＢ_P-Pであった。

図２６は、実施例２の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。実施例２は、上述した第２実施形態に対応するものであり、クラッド領域の周囲に樹脂層（屈折率１．４６８）が設けられ、その樹脂層の周囲に光吸収剤層としてカーボンブラック層が設けられ、樹脂層の外径は２５０μｍであり、樹脂層の厚さは６２．５μｍであり、カーボンブラック層の厚さは約３０μｍであった。この図に示されるように、実施例２ではリップルの大きさは約０．０２ｄＢ_P-Pであった。

以上のように、リップルの大きさは、クラッド領域の周囲が空気である比較例１では約１．０ｄＢ_P-Pであり、クラッド領域の周囲に厚さ６２．５μｍの樹脂層が設けられた比較例２では約０．０５ｄＢ_P-Pであり、クラッド領域の周囲に厚さ約２９０μｍの樹脂層が設けられた実施例１では約０．０２ｄＢ_P-Pであり、クラッド領域の周囲に樹脂層およびカーボンブラック層が設けられた実施例２では約０．０２ｄＢ_P-Pであった。このように、本実施形態に係る光ファイバブラッググレーティングは、透過スペクトルにおけるリップルが抑制されたものとなる。

光増幅装置１００の構成図である。 光通信システム１の構成図である。 光フィルタ１２０に含まれる傾斜型光ファイバブラッググレーティング１２１の説明図である。 傾斜型光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルを示す図である。 傾斜型光ファイバブラッググレーティングの透過スペクトルを示す図である。 同一の透過スペクトルを有する１０個の傾斜型光ファイバブラッググレーティングを縦続接続した場合の全体のリップルを示す図である。 第１実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング１０の断面図である。 第１実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング１０の動作の説明図である。 クラッド領域１２の周囲の媒質の屈折率とリップルの大きさとの関係を示すグラフである。 樹脂層１３の直径とリップルの大きさとの関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング２０の断面図である。 第２実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング２０の動作の説明図である。 第３実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング３０の断面図である。 汎用樹脂、マッチングオイルおよびカーボンブラック含有樹脂それぞれの透過スペクトルを示す図である。 第４実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング４０の断面図である。 第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の斜視図である。 第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の断面図である。 第５実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング５０の一部断面の拡大図である。 第６実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング６０の斜視図である。 第６実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング６０の断面図である。 第７実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング７０の断面図である。 第８実施形態に係る光ファイバブラッググレーティング８０の断面図である。 比較例１の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。 比較例２の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。 実施例１の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。 実施例２の光ファイバブラッググレーティングにおける透過スペクトルを示すグラフである。

符号の説明

１…光通信システム、１００…光増幅装置、１１０…光増幅器、１１１…光アイソレータ、１１２…増幅用光ファイバ、１１３…光カプラ、１１４…励起光源、１２０…光フィルタ、１２１，１２２…傾斜型光ファイバブラッググレーティング、２００…光送信装置、３００…光受信装置、４００…ブロック等化器。

Claims (22)

1. コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、前記クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、前記クラッド領域に対する前記樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、前記樹脂層に光吸収剤が含有されていることを特徴とする光ファイバブラッググレーティング。
2. 前記樹脂層の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバブラッググレーティング。
3. 前記樹脂層が、前記クラッド領域の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有していない第１層と、前記第１層の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有している第２層と、を含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバブラッググレーティング。
4. 前記樹脂層が、前記第２層の周囲を取り囲んで設けられ光吸収剤を含有していない第３層を含むことを特徴とする請求項３記載の光ファイバブラッググレーティング。
5. 前記第１層に対する前記第２層の比屈折率差が０％以上２％以下であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバブラッググレーティング。
6. コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、前記クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、前記クラッド領域に対する前記樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、前記樹脂層の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする光ファイバブラッググレーティング。
7. コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、前記クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、前記クラッド領域に対する前記樹脂層の比屈折率差が−１％以上８％以下であり、前記樹脂層の周囲に光吸収剤の層が設けられていることを特徴とする光ファイバブラッググレーティング。
8. コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、溝断面形状が角型である実装ケース内に前記光ファイバが配置され、前記クラッド領域の外周面と前記実装ケースの溝表面との間に樹脂層が充填されていることを特徴とする光ファイバブラッググレーティング。
9. 前記実装ケースの溝断面積が３ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項８記載の光ファイバブラッググレーティング。
10. 前記実装ケースの溝表面の粗さＲａが０.５μｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の光ファイバブラッググレーティング。
11. 前記実装ケースの材料の線膨張係数が負であることを特徴とする請求項８記載の光ファイバブラッググレーティング。
12. 前記実装ケースの材料が−９×１０^-6／Ｋ以上−４×１０^-6／Ｋ以下の線膨張係数を有するセラミックスであることを特徴とする請求項１１記載の光ファイバブラッググレーティング。
13. 前記光吸収剤が波長１.５５μｍ帯の光を吸収する材料からなることを特徴とする請求項１または７に記載の光ファイバブラッググレーティング。
14. 前記光吸収剤がカーボンブラックを含むことを特徴とする請求項１または７に記載の光ファイバブラッググレーティング。
15. 前記樹脂層の周囲に補強部が設けられ、前記樹脂層と前記補強部の内壁とが互いに離間していることを特徴とする請求項１、６および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
16. コア領域およびクラッド領域を有する光ファイバの前記コア領域にブラッグ型のグレーティングが形成され、前記クラッド領域の周囲に樹脂層が設けられ、前記樹脂層の断面形状が角型であることを特徴とする請求項１、６および７の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
17. 前記樹脂層の硬さ（ＪＩＳショアＤ）が１５以下であることを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
18. 前記樹脂層のヤング率が１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
19. 前記樹脂層の断面形状における短辺の長さが前記光ファイバの外径より２００μｍ以上長いことを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
20. 前記樹脂層および前記クラッド領域それぞれの屈折率の温度依存性が互いに等しいことを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
21. 前記樹脂層の中心位置以外の位置に前記光ファイバが配置されていることを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
22. 透過スペクトルにおけるリップルがピーク損失の２％以下であることを特徴とする請求項１、６、７および８の何れか１項に記載の光ファイバブラッググレーティング。
    
    
    

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