JP2005043771A - ファイバブラッググレーティングの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができ、かつ、光ファイバコアの所望の位置に位相シフト部を備えた又は屈折率変調振幅に所望の変化を持たせたブラッグ回折格子を形成することができるＦＢＧの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】 ＦＢＧの製造方法は、位相マスク法により紫外レーザ光２０を感光性光ファイバ１０の長手方向（Ｘ軸方向）に走査して光ファイバコア１０ａに光ファイバ１０の長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程と、紫外レーザ光２０の走査工程と並行して、紫外レーザ光２０の照射位置が所定位置Ｐ_Ｂになったときに、位相マスク１６を光ファイバ１０の長手方向に所定距離（例えば、ブラッグ回折格子の周期の１／２の距離）だけ瞬時に移動させることによって、光ファイバコア１０ａに形成される周期的な屈折率変調に位相シフト部３３を形成する工程とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）の製造方法及び製造装置に関し、特に、位相シフト部又は屈折率変調振幅の変化（例えば、アポダイゼーション）を有するＦＢＧを製造する方法及び装置にするものである。

光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成することによってＦＢＧを製造する方法として、位相マスク法が知られている。位相マスク法は、紫外レーザ光の干渉光を光ファイバコアに照射して光ファイバコアに光ファイバの長手方向に周期的な屈折率変調を形成する方法である（例えば、非特許文献１参照）。

また、位相シフト部を備えたＦＢＧが光符号分割多重（ＯＣＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式の符号器や復号器に応用されている。ＯＣＤＭ方式の符号器や復号器に使用されるＳＳ−ＦＢＧ（Ｓｕｐｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＦＢＧ）には、複数の位相シフト部が符号の種類に応じた位置に形成されている。位相マスク法により光ファイバコアに位相シフト部を形成するためには、位相マスクの回折格子に位相シフト形成用の部分を設けておく方法がある（例えば、非特許文献２参照）。この方法は、少品種大量生産に適しているが、符号の種類ごとに高価な位相マスクを用意する必要があるので、多品種小量生産に適していない。

多品種小量生産に適した方法として、位相マスク法において、ピエゾ素子（ＰＺＴ）を用いたＰＺＴステージにより光ファイバをその長手方向に微動又は振動させることによって、ＦＢＧに位相シフト部やアポダイゼーションを持たせる方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。

しかし、図１２（ａ）に示されるように、位相マスク１１６を動かさずに光ファイバ１１０をその長手方向（Ｘ軸方向）に微動又は振動させたときには、図１２（ｂ）に示されるように、Ｘ軸方向に移動させる機構のヨーイング等によりＸ軸方向に直交するＹ軸方向（光ファイバの幅方向）に光ファイバ１１０のずれが生じる。特に、複数の位相シフト部を持つＳＳ−ＦＢＧでは、光ファイバ１１０を複数回シフト（微動）させる必要があるため、光ファイバ１１０のＹ軸方向のずれは大きくなる。また、図１２（ｂ）に示されるように、例えば、シングルモード光ファイバは、屈折率変調が形成される光ファイバコア１１０ａの直径は約８μｍと小さく、紫外レーザ光１２０の強度分布は急な立ち上がりと立ち下がりを持つガウス分布である。したがって、光ファイバ１１０のＹ軸方向のずれにより、光ファイバコア１１０ａへの紫外レーザ光１２０の照射量は大きく変化し、光ファイバコア１１０ａに形成される屈折率変調の振幅が大きくばらつくという問題がある。

また、非特許文献３においては、ＰＺＴに方形波のような電圧の線形変動（ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を入力しているので、ヒステリシス現象やクリーピング現象によってＰＺＴの入力電圧と移動量との間の線形性が保てず、光ファイバコア１１０ａに所望の屈折率変調を形成するためのプロセス設計が困難である。

水波徹著、「光ファイバ回折格子」、応用物理、第６７巻第９号（１９９８）、ｐｐ．１０２９−１０３４ 西木玲彦他著、「ＳＳＦＢＧを用いたＯＣＤＭ用位相符号器の開発−データレート拡張方式の検証」、信学技法、電子情報通信学会テクニカルレポート（ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦ ＩＥＩＣＥ．） ＯＦＴ２００２−６６（２００２−１１）、ＰＰ．１３−１８ ダブリュ・エイチ・ロー他著「コンプレックス グレーティング ストラクチャー ウィズ ユニフォーム フェーズ マスクス ベイスド オン ザ ムービング ファイバースキャニング ビーム テクニック」、オプティクス レター、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２０、１９９５年１０月１５日（Ｗ．Ｈ．Ｌｏｈ ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｈａｓｅ ｍａｓｋｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｆｉｂｅｒ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｂｅａｍ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２０，Ｏｃｔｏｂｅｒ １５， １９９５）

本発明が解決しようとする課題は、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくし、かつ、光ファイバコアの所望の位置に位相シフト部を備えた又は屈折率変調振幅に所望の変化を持たせたブラッグ回折格子を形成することができるファイバブラッググレーティングの製造方法及び製造装置を提供することにある。

本発明に係る製造方法は、位相マスク法により紫外レーザ光を感光性光ファイバの長手方向に走査して光ファイバコアに前記光ファイバの長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程と、前記紫外レーザ光の走査工程と並行して、前記紫外レーザ光の照射位置が所定位置になったときに、前記位相マスク法で使用する位相マスクを前記長手方向に所定距離だけ瞬時に移動させることによって、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調に位相シフト部を形成する工程とを有するものである。

また、本発明に係る他の製造方法は、位相マスク法により紫外レーザ光を感光性光ファイバの長手方向に走査して前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程と、前記紫外レーザ光の走査工程と並行して、前記位相マスク法で使用する位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程とを有するものである。

本発明に係る製造装置は、感光性光ファイバを直線状にして保持する保持手段と、位相マスクと、前記位相マスクを通して、前記保持手段に保持された前記光ファイバの光ファイバコアに紫外レーザ光を照射する紫外レーザ光照射手段と、前記紫外レーザ光の照射位置を前記光ファイバの長手方向に移動させる走査手段とを有し、前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成する装置であって、前記位相マスクを前記長手方向に瞬時に移動させる微動手段と、前記走査手段により前記紫外レーザ光の照射位置を移動させながら、前記微動手段により前記位相マスクを前記長手方向に所定距離だけ瞬時に移動させる制御手段とを有するものである。

また、本発明に係る他の製造装置は、感光性光ファイバを直線状にして保持する保持手段と、位相マスクと、前記位相マスクを通して、前記保持手段に保持された前記光ファイバの光ファイバコアに紫外レーザ光を照射する紫外レーザ光照射手段と、前記紫外レーザ光の照射位置を前記光ファイバの長手方向に移動させる走査手段とを有し、前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成する装置であって、前記位相マスクを前記長手方向に振動させる微動手段と、前記走査手段により前記紫外レーザ光の照射位置を移動させながら、前記微動手段により前記位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される屈折率変調の振幅を変化させる制御手段とを有するものである。

本発明に係るファイバブラッググレーティングの製造方法又は製造装置を用いれば、位相マスクを交換することなく、光ファイバコアの所望の位置に所望の位相シフト量の位相シフト部を備えた又は屈折率変調振幅に所望の変化を持たせたブラッグ回折格子を形成することができるという効果が得られる。

また、本発明に係るファイバブラッググレーティングの製造方法又は製造装置においては、位相シフト部を形成するため又は屈折率変調振幅を変化させるために、位相マスクをその長手方向に微動又は振動させているので、光ファイバを微動又は振動させる従来技術のように、紫外レーザ光に対する光ファイバコアの位置が光ファイバ幅方向にずれることはない。よって、本発明に係るファイバブラッググレーティングの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成すれば、屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができるという効果が得られる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１乃至第３の実施形態に係るファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）製造装置の構成を概略的に示す図であり、同図（ａ）は光ファイバの長手方向であるＸ軸方向を横方向とした図であり、同図（ｂ）はＸ軸方向に直交するＹ軸方向を横方向とした図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１乃至第３の実施形態に係るＦＢＧ製造装置は、ベース板１１と、このベース板１１を移動又は回転させるステージ系１２と、ベース板１１上に備えられたファイバホルダ１３と、ベース板１１上に固定された微動ステージ１４と、この微動ステージ１４上に固定された位相マスクホルダ１５と、この位相マスクホルダ１５に固定された位相マスク１６とを有する。また、このＦＢＧ製造装置は、ファイバホルダ１３により直線状に張られた光ファイバ１０に紫外レーザ光２０を照射する光学系２１を有する。なお、光ファイバ１０としては、その光ファイバコアの屈折率が紫外線の照射によって変化する感光性光ファイバを用いる。

図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ステージ系１２は、θ軸回転ステージ１２ａと、Ｙ軸移動ステージ１２ｂと、Ｘ軸移動ステージ１２ｃとを有する。θ軸回転ステージ１２ａは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によってベース板１１をベース板１１の表面に直交する軸線（図１（ａ）及び（ｂ）における縦方向に延びる軸線（図示せず））を中心にして回転させる。θ軸回転ステージ１２ａは、ファイバホルダ１３によって保持された光ファイバ１０の長手方向をＸ軸方向（Ｘ軸移動ステージ１２ｃの移動方向である。）と平行な方向にするために使用される。Ｙ軸移動ステージ１２ｂは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によってθ軸回転ステージ１２ａ及びベース板１１をＸ軸方向に直交するＹ軸方向（Ｙ軸移動ステージ１２ｂの移動方向であって、図１（ｂ）における横方向である。）に移動させる。Ｙ軸移動ステージ１２ｂは、ファイバホルダ１３によって保持された光ファイバ１０の光ファイバコアの位置が紫外レーザ光２０の照射位置に一致するように、θ軸回転ステージ１２ａ及びベース板１１をＹ軸方向に移動させる。θ軸回転ステージ１２ａによる光ファイバ１０の方向の調整手順及びＹ軸移動ステージ１２ｂによる光ファイバ１０のＹ軸方向の位置の調整手順は特に限定されないが、例えば、特開平１１−１４２６５９号公報に開示された方法を採用してもよい。

Ｘ軸移動ステージ１２ｃは、パルスモータ等の駆動源（図示せず）からの駆動力によって、Ｙ軸移動ステージ１２ｂ、θ軸回転ステージ１２ａ、及びベース板１１をＸ軸方向（図１（ａ）における横方向）に移動させる。Ｘ軸移動ステージ１２ｃの最大移動距離は、例えば、１５０ｍｍであり、位置移動分解能は、例えば、１μｍである。Ｘ軸移動ステージ１２ｃは、ベース板１１上のファイバホルダ１３に保持された光ファイバ１０をその長手方向（θ軸回転ステージ１２ａ及びＹ軸移動ステージ１２ｂによりＸ軸方向に一致している。）に移動させることによって、紫外レーザ光２０による光ファイバ１０上の照射位置をＸ軸方向に移動させる（すなわち、紫外レーザ光２０により光ファイバ１０の光ファイバコアを走査する）。

ベース板１１上の微動ステージ１４は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）を駆動源としており、位相マスクホルダ１５及び位相マスク１６をＸ軸方向に微動又は振動させる。微動ステージ１４の最大移動距離は、例えば、３５μｍであり、位置移動分解能は、例えば、１ｎｍである。位置移動分解能が１ｎｍであるピエゾ素子を用いた微動ステージ１４は、後述する第１乃至第３の実施形態において説明するように、光ファイバコア１０ａのブラッグ回折格子に位相シフト部や屈折率変調振幅の変化を持たせる用途に適している。また、ピエゾ素子の移動量はピエゾ素子の入力電圧を制御することによって調整することができる。

θ軸回転ステージ１２ａ、Ｙ軸移動ステージ１２ｂ、Ｘ軸移動ステージ１２ｃ、及び微動ステージ１４の動作は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて、それぞれの駆動回路（図１（ａ）及び（ｂ）に示さず）によって制御される。

図１（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２０を照射する光学系２１は、レーザ光源２１ａと、レンズ２１ｂと、ミラー２１ｃとを有する。レーザ光源２１ａは、例えば、２４４ｎｍの波長光を発生するＡｒ−ＣＷレーザ（例えば、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製ＩＮＮＯＶＡ３００Ｆｒｅｄ（商品名））である。レーザ光源２１ａからの紫外レーザ光は、レンズ２１ｂによって収束され、ミラー２１ｃで反射され、位相マスク１６を通して、光ファイバ１０の光ファイバコアに照射される。図１（ａ）及び（ｂ）において、紫外レーザ光の照射位置は固定されており、紫外レーザ光２０の走査はＸ軸移動ステージ１２ｃによるベース板１１の移動によって行われる。ただし、Ｘ軸移動ステージ１２ｃによりベース板１１をＸ軸方向に移動させずに、ベース板１１を固定して、光学系２１をＸ軸方向に移動させてもよい。

第１の実施形態
図２は、本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の微動ステージ１４の動作を示す説明図である。微動ステージ１４の動作は、パーソナルコンピュータのような制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて、駆動回路（図２における直流電圧発生器１７）が微動ステージ１４のピエゾ素子の印加電圧を調整することによって制御される。ステージ系１２の制御装置と微動ステージ１４の制御回路は、通常は同じパーソナルコンピュータである。

図３（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係るＦＢＧの製造方法（第１の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の動作）を示す説明図であり、同図（ａ）は位相マスク１６のシフト前の屈折率変調の形成工程を示し、同図（ｂ）は位相マスク１６のシフト後の屈折率変調の形成工程を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２０が位相マスク１６を通過すると、位相マスク１６の回折格子の周期の１／２周期の干渉縞（干渉光２０ａ）が生じる。この干渉縞が光ファイバコア１０ａに照射されると、照射光量に応じて光ファイバコア１０ａの屈折率を増加させ、光ファイバコア１０ａに周期的な屈折率変調によるブラッグ回折格子が形成される。

図１並びに図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、Ｘ軸移動ステージ１２ｃによるベース板１１のＸ軸方向の移動、具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示される矢印Ａ方向への移動により、紫外レーザ光２０の照射位置は位置Ｐ_Ａから位置Ｐ_Ｂを通して位置Ｐ_Ｃに移動する。紫外レーザ光２０の照射位置が位置Ｐ_Ｂになったときに、微動ステージ１４により位相マスク１６を光ファイバ１０の長手方向であるＸ軸方向に（本例では、矢印Ａ方向とは逆の方向に）所定距離だけ移動（微動）させる。このときの位相マスク１６の移動距離は、位相マスク１６の回折格子の周期の１／４（すなわち、光ファイバコア１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期の１／２）としている。

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２０の位置Ｐ_Ａから位置Ｐ_Ｂまでの走査により、光ファイバコア１０ａにはブラッグ回折格子３１が形成される。このときの紫外レーザ光２０の走査速度は、例えば、１０μｍ／ｓ〜１００μｍ／ｓの範囲内で設定された一定値である。この走査の間、位相マスク１６と光ファイバ１０の相対位置は変わらない。

図１及び図３（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２０の照射位置が位置Ｐ_Ｂに達したときの微動ステージ１４による微動により、光ファイバコア１０ａに位相シフト部３３が形成される。このときの微動量（シフト量）は、光ファイバコア１０ａのブラッグ回折格子の周期の１／２（位相マスク１６の回折格子の周期の１／４）であり、このシフト量が位相シフト部の長さになる。シフト量は、例えば、０．２６８μｍである。このとき、ピエゾ素子を用いた微動ステージ１４のピエゾ素子への入力電圧は約１８０ｍＶである。入力電圧は、図４に示されるような、微動ステージのピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係から求められる。ただし、図４の関係は一例に過ぎず、ピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係は、ピエゾ素子の種類によって変わる。

図３（ｂ）に示されるように、紫外レーザ光２０の位置Ｐ_Ｂから位置Ｐ_Ｃまでの走査により、光ファイバコア１０ａにはブラッグ回折格子３２が形成される。このときの紫外レーザ光２０の走査速度は、例えば、１０μｍ／ｓ〜１００μｍ／ｓの範囲内で設定された一定値である。この走査の間、位相マスク１６と光ファイバ１０の相対位置は変わらない。なお、この実施例においては、紫外レーザ光２０の照射位置は固定され、光ファイバ１０をＸ軸移動ステージ１２ｃにより矢印Ａ方向に移動させ、位相マスク１６を微動ステージ１４によりＸ軸方向に微動させるが、図３（ａ）及び（ｂ）においては、位相マスク１６と光ファイバコア１０ａのＸ軸方向の位置関係を理解し易くするために、紫外レーザ光２０の位置を移動させて描いている。

以上のプロセスによって、光ファイバコア１０ａに位置Ｐ_Ｂを境に、位置Ｐ_Ａから位置Ｐ_Ｂまでのブラッグ回折格子３１と、位置Ｐ_Ｂから位置Ｐ_Ｃまでのブラッグ回折格子３２とが、ブラッグ回折格子の周期の１／２だけ位相シフトしているＦＢＧが形成された。

上記説明においては、一つの位相シフト部３３を持つＦＢＧの製造方法を示したが、微動ステージ１４による位相マスク１６の微動を繰り返すことによって、複数の位相シフト部を持つＦＢＧを製造することができる。また、Ｘ軸移動ステージ１２ｃと微動ステージ１４の動作を同じパーソナルコンピュータで制御し、Ｘ軸移動ステージ１２ｃの動作中に、所望の複数の座標で微動ステージ１４を動作させれば、複数の位相シフト部３３も所望の位置に形成できる。さらに、ＳＳ−ＦＢＧを用いたＯＣＤＭ用の符号器と復号器は、任意の符号のコード長とパターンにより、ブラッグ回折格子に複数の位相シフト部３３を持つが、第１の実施形態のＦＢＧの製造方法は、このようなＦＢＧの製造に適している。

なお、微動ステージ１４の入力電圧を調整することにより、位相シフト量が制御でき、光ファイバコアに形成されるブラッグ回折格子の１／４周期や３／４周期などのような任意のシフト量の位相シフト部を持つＦＢＧを製造することができる。一般的には、位相シフト量は、位相マスク１６の回折格子の周期の１／２よりも小さい値（すなわち、光ファイバコア１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期よりも小さい値）である。なお、必要に応じて、位相シフト量は、位相マスク回折格子の周期の１／２よりも大きい値（すなわち、光ファイバコア１０ａに形成されるブラッグ回折格子の周期よりも大きい値）であってもよい。

図５は、位相シフト部を持つＦＢＧの反射スペクトル（第１の実施形態）と位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。図５に太線（Ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）で示されるように、ＦＢＧ長の中央にブラッグ回折格子の１／２周期の位相シフト部３３を持つＦＢＧの反射スペクトルは、反射帯域中央にディップを持つ。この場合のＦＢＧ長は２．４ｍｍであり、その中央（端部から１．２ｍｍの位置）に位相シフト部が設けられている。また、図５に細線（Ｗ／Ｏ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）で示されるように、位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトルには、反射帯域中央にディップが現れていない。このような反射スペクトルの実測値から、第１の実施形態の例の場合には、ＦＢＧにブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部が良好に形成されていることを確認することができる。

以上のように、第１の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いれば、位相マスク１６を交換することなく、光ファイバコア１０ａの所望の位置に所望の位相シフト量の位相シフト部３３を備えたブラッグ回折格子を形成することができる。

また、第１の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置においては、位相シフト部３３を形成するために、位相マスク１６をその長手方向に微動させているので、光ファイバ１０を微動させる従来技術のように、紫外レーザ光２０と光ファイバコア１０ａとのＹ軸方向の位置関係がずれることはない。また、位相マスク１６のＹ軸方向の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と光ファイバコアの径よりも大きいので、位相マスク１６のＹ軸方向のずれによる光ファイバコア１０ａへの紫外レーザ光の照射量の変化はない。よって、第１の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコア１０ａにブラッグ回折格子を形成すれば、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができる。

第２の実施形態
第２の実施形態においては、第１の実施形態における微動ステージ駆動用の直流電圧発生器（図２の符号１７）に代えて、関数電圧信号発生器を用い、微動ステージのピエゾ素子に所望の関数波形の電圧振幅を印加して、位相マスクを振動させている。第２の実施形態においては、微動ステージによる位相マスクの振動により光ファイバコアの屈折率変調の振幅を変動させて、例えば、アポダイゼーションを持たせている。

図１に示されるように、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法（第２の実施形態に係る製造装置の動作）は、位相マスク法により紫外レーザ光２０を光ファイバ１０の長手方向（Ｘ軸方向）に走査して光ファイバコア１０ａに光ファイバ１０の長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程を有する。また、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、前記した紫外レーザ光２０の走査工程と並行して、位相マスク法で使用する位相マスク１６を光ファイバ１０の長手方向に振動させ、この振動の振幅を紫外レーザ光１０の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、光ファイバコア１０ａに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程を有する。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、同図（ａ）は位相マスクの振動を示す図であり、同図（ｂ）は位相マスクの振動の振幅が小さい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が大きくなることを示す説明図であり、同図（ｃ）は位相マスクの振動の振幅が大きい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が小さくなることを示す説明図である。図６（ａ）に示されるように、位相マスク１６を実線位置と破線位置の間で繰り返し移動（すなわち、振動）させると、光ファイバコア１０ａに対する干渉光４１の照射位置も変化する。光ファイバコア１０ａのレーザビーム照射量が一定のとき、図６（ｂ）に示されるように、位相マスク１６の振動の振幅が小さいときは、光ファイバコア１０ａに対する干渉光４１の照射範囲が狭いため、光ファイバコア１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅は大きくなる。なお、位相マスク１６の振動の振幅は、図６（ｂ）の干渉光の照射強度を示す３本の曲線（実線、細い破線、太い破線）のうちの実線と太い破線の位相差に対応する。また、図６（ｃ）に示されるように、位相マスク１６の振動の振幅が大きいときは、光ファイバコア１０ａに対する干渉光４１の照射範囲が広いため、光ファイバコア１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅は小さくなる。なお、位相マスク１６の振動の振幅は、図６（ｃ）の干渉光の照射強度を示す３本の曲線（実線、細い破線、太い破線）のうちの実線と太い破線の位相差に対応する。ただし、図６（ｂ）の場合の平均屈折率変化量Ｎｂと図６（ｃ）の場合の平均屈折率変化量Ｎｃとは等しくなる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の微動ステージのピエゾ素子の振動がＳＩＮ関数である場合の規格化された相対的屈折率変調振幅を示す図である。この規格化はＳＩＮ関数の入力振幅電圧が０ｍＶのとき、光ファイバコア１０ａのブラッグ回折格子の屈折率変調振幅を１としている。また、このグラフは、振動の関数がＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）の時のシミュレーションと測定値の関係を示している。このときの振動周波数は１０Ｈｚとした。ＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）関数の振幅で制御した場合には、シミュレーションと実験値がほぼ一致することがわかる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法によりアポダイゼーションを形成する方法を説明するための図であり、同図（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の入力電圧波形を示し、同図（ｂ）は光ファイバコアの屈折率変調振幅を示す。アポダイゼーション技術とは、ＦＢＧの周期的な屈折率変調の包絡線を図８（ｂ）に示されるような形状（ベル状）にし、ＦＢＧの両端のファブリペローに起因するサイドローブを抑制する技術である。ＦＢＧの周期的な屈折率変調８３の包絡線８１を図８（ｂ）に示されるような形状したブラッグ回折格子を形成する場合には、ＦＢＧ長さ方向の位置に対する入力ＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）関数の電圧振幅を図８（ａ）に示されるようにすればよい。なお、図７に示されるＳＩＮ関数の入力振幅電圧に対する規格化された光ファイバコアの回折格子の屈折率変調振幅の関係から、包絡線８１を得るために必要な電圧振幅を得ることができる。このため、ピエゾ素子の入力電圧を制御することにより、光ファイバコアのブラッグ回折格子にアポダイゼーションを形成することができる。

図９は、アポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトル（第２の実施形態）とアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。これらのＦＢＧ長は４．８ｍｍである。第２の実施形態では、アポダイズされた（すなわち、アポダイゼーションを持つ）屈折率変調の包絡線を式（１）のレイズドコサイン関数で形成した。
ｆ（ｘ）＝１＋ｃｏｓ（２πｘ／Ｌ） …（１）
ここで、Ｌは、ＦＢＧ全長を示す。図９に実線で示されるアポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトル（Ｗｉｔｈ ａｐｏｄｉｚｅ）と、図９に破線で示されるアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（Ｗ／Ｏ ａｐｏｄｉｚｅ）とを比較すると、アポダイゼーションを持つＦＢＧの場合には、サイドローブが抑圧されていることが分かる。なお、第２の実施形態においては、アポダイゼーションにレイズドコサイン関数を用いたが、他の関数を用いてもよい。

以上のように、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いれば、光ファイバコア１０ａの所望の位置に屈折率変調振幅の変動（例えば、アポタイゼーション）を形成することができる。

また、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置においては、屈折率変調振幅の変動を形成するために、位相マスク１６をその長手方向に振動させているので、光ファイバ１０を振動させる従来技術のように、紫外レーザ光２０と光ファイバコア１０ａとのＹ軸方向の位置関係がずれることはない。また、位相マスク１６のＹ軸方向の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きいので、位相マスク１６のＹ軸方向のずれによる光ファイバコア１０ａへの紫外レーザ光の照射量の変化はない。よって、第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコア１０ａにブラッグ回折格子を形成すれば、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができる。

さらに、第２の実施形態によれば、微動ステージ１４のピエゾ素子に印加する電圧を関数電圧信号発生器にして、ピエゾ素子を振動させる際に、振幅の変化の動きが滑らかなＳＩＮ波（又はＣＯＳＩＮ波）で振動させると、シミュレーションのＦＢＧ屈折率変調の振幅と実際に作製したＦＢＧの屈折率変調の振幅とがほぼ一致する。そのため、実際に製造されるＦＢＧの屈折率変調の振幅を、微動ステージ１４のピエゾ素子の入力電圧に換算でき、所望のＦＢＧ屈折率変調を得るためのプロセス設計が容易になる。

第３の実施形態
第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、位相シフト部及び屈折率変動振幅の変化の両方を備えたＦＢＧを製造する方法である。第３の実施形態係るＦＢＧの製造方法においては、第１の実施形態における直流電圧発生器の出力と第２の実施形態における関数電圧信号発生器の出力を合成した信号を、微動ステージのピエゾ素子に入力して、位相マスク１６を振動及び微動させる。

第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法（第２の実施形態に係る製造装置の動作）は、位相マスク法により紫外レーザ光２０を光ファイバ１０の長手方向（Ｘ軸方向）に走査して光ファイバコア１０ａに光ファイバ１０の長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程を有する。また、第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、前記した紫外レーザ光２０の走査工程と並行して、紫外レーザ光２０の照射位置が所定位置になったときに、位相マスク法で使用する位相マスク１６を光ファイバ１０の長手方向に所定距離だけ瞬時に移動（微動）させることによって、光ファイバコア１０ａに形成される周期的な屈折率変調に位相シフト部３３を形成する工程を有する。さらに、第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、位相マスク法で使用する位相マスク１６を光ファイバ１０の長手方向に振動させ、この振動の振幅を紫外レーザ光１０の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、光ファイバコア１０ａに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程を有する。

図１０（ａ）乃至（ｄ）は、第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の駆動回路（合成回路）５１の動作を示す説明図であり、同図（ｂ）は関数信号発生器からの入力信号波形の一例を示し、同図（ｃ）は直流電圧発生器からの入力電圧波形を一例を示し、同図（ｄ）は合成回路５１の出力波形を示す。図１０（ａ）に示されるように、関数電圧情号発生器の電圧振幅と直流電圧発生器の直流電圧は合成回路に入力され、合成電圧波形が出力される。

第３の実施形態においては、ＦＢＧが１つの位相シフト部を有し、さらに、ＦＢＧにアポダイゼーション技術を施すときの、ＦＢＧの製造方法を説明する。また、ＦＢＧ長が２．４ｍｍであり、ＦＢＧ長の中央にブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部を持ち、ＦＢＧの端部から１．２ｍｍごとにレイズドコサイン関数のアポダイズを施す場合を示す。

第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、以下の通りである。図１（ａ）及び（ｂ）に示される製造装置により、Ｘ軸移動ステージ１２ｃが動作すると紫外レーザ光２０が位相マスク１６を通して光ファイバコア１０ａを走査する。図１０（ｄ）に示すように走査開始当初は、屈折率変調振幅を約０にするためピエゾ素子に入力する振幅電圧は大きく約２６８ｍＶである。位相シフト形成前の１．２ｍｍ長のブラッグ回折格子の形成では、図７に示されたＳＩＮ関数の入力振幅電圧に対する規格化された光ファイバコアの回折格子の屈折率変調振幅とＦＢＧ全長を１．２ｍｍとしたレイズドコサイン関数式から換算して、図１０（ｄ）に示すように、その入力電圧振幅を約０ｍＶ〜２６８ｍＶまで変動させる。図１０（ｄ）に示すように、走査距離が１．２ｍｍでブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部（２６８μｍ）を形成するために、約１８０ｍＶの直流電圧を与えた。走査距離が１．２ｍｍを過ぎた後の、残りの１．２ｍｍ長のブラッグ回折格子の形成のための入力電圧振幅は、図１０（ｄ）に示すように、位相シフト前の１．２ｍｍ走査と同じ入力電圧振幅変化を与えた。

図１１（ａ）は位相シフト部を備え、アポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図であり、同図（ｂ）は位相シフト部とアポダイゼーションの両方を備えたＦＢＧの反射スペクトル（第３の実施形態）を示す図である。図１１（ａ）及び（ｂ）においては、ＦＢＧの中央に一つブラッグ回折格子の１／２周期の長さの位相シフト部を持つ２．４ｍｍ長のＦＢＧにおいて、アポダイズを施したＦＢＧと、アポダイズを施していなＦＢＧの反射スペクトルを示す。アポダイズを施したＦＢＧの反射スペクトルにおいてはサイドローブが抑圧されていることが分かる。

上記説明においては、一つの位相シフト部を持ち、アポダイズにレイズドコサイン関数を用いたＦＢＧの作製例を示したが、同様の手法により、複数の位相シフト部と任意の位相シフト量を持ち、かつ、アポダイズに任意の関数を適用したＦＢＧを作製することができる。このように、第３の実施形態によれば、直流電圧発生器の電圧と関数電圧信号発生器の信号を合成し、微動ステージのピエゾ素子に印加することにより、微動ステージを振動かつシフトさせることができ、所望の量と数の位相シフトを持ち、かつ、所望の関数のアポダイズが施されたＦＢＧが形成できる。

また、第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置においては、屈折率変調振幅の変動を形成するために、位相マスク１６をその長手方向に微動及び振動させているので、光ファイバ１０を振動させる従来技術のように、紫外レーザ光２０と光ファイバコア１０ａとのＹ軸方向の位置関係がずれることはない。また、位相マスク１６のＹ軸方向の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きいので、位相マスク１６のＹ軸方向のずれによる光ファイバコア１０ａへの紫外レーザ光の照射量の変化はない。よって、第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法又は製造装置を用いて、光ファイバコア１０ａにブラッグ回折格子を形成すれば、光ファイバの幅方向のずれに起因する屈折率変調振幅のばらつきを小さくすることができる。

なお、上記各実施形態においては、光ファイバコアにブラッグ回折格子を形成した場合を説明したが、紫外レーザ光で屈折率が変化する光導波路であれば本発明の製造方法及び製造装置で回折格子を形成できる。

本発明の第１乃至第３の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の構成を概略的に示す図であり、（ａ）はＸ軸方向を横方向とした図であり、（ｂ）はＹ軸方向を横方向とした図である。 本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の微動ステージの動作を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、（ａ）は位相マスクのシフト前の屈折率変調形成工程を示し、（ｂ）は位相マスクのシフト後の屈折率変調形成工程を示す。 本発明の第１の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の微動ステージのピエゾ素子の入力電圧とシフト量の関係を示す図である。 位相シフト部を持つＦＢＧの反射スペクトル（第１の実施形態）と位相シフト部を持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法を示す説明図であり、（ａ）は位相マスクの振動を示す図であり、（ｂ）は位相マスクの振動の振幅が小さい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が大きくなることを示す説明図であり、（ｃ）は位相マスクの振動の振幅が大きい場合に光ファイバコアの屈折率変調の振幅が小さくなることを示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧ製造装置の微動ステージのピエゾ素子の振動がＳＩＮ関数である場合の規格化された相対的屈折率変調振幅を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＦＢＧの製造方法によりアポダイゼーションを形成する方法を説明するための図であり、（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の入力電圧波形を示し、（ｂ）は光ファイバコアの屈折率変調振幅を示す。 アポダイゼーションを持つＦＢＧの反射スペクトル（第２の実施形態）とアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るＦＢＧの製造方法を説明するための図であり、（ａ）は微動ステージのピエゾ素子の駆動回路（合成回路）の動作を示す説明図であり、（ｂ）は関数信号発生器からの入力信号波形を示し、（ｃ）は直流電圧発生器からの入力電圧波形を示し、（ｄ）は合成回路の出力波形を示す。 （ａ）は位相シフト部を備えアポダイゼーションを持たないＦＢＧの反射スペクトル（比較例）を示す図であり、（ｂ）は位相シフト部とアポダイゼーションの両方を備えたＦＢＧの反射スペクトル（第３の実施形態）を示す図である。 従来のＦＢＧ製造の際のレーザ光と位相マスク／光ファイバの位置関係を概略的に示す図であり、（ａ）はＸ軸方向を横方向とした図であり、（ｂ）はＹ軸方向を横方向とした図である。

符号の説明

１０ 光ファイバ、
１０ａ 光ファイバコア、
１１ ベース板、
１２ ステージ系、
１２ａ θ軸回転ステージ、
１２ｂ Ｙ軸移動ステージ、
１２ｃ Ｘ軸移動ステージ、
１３ ファイバホルダ、
１４ 微動ステージ、
１５ 位相マスクホルダ、
１６ 位相マスク、
１７ 直流電圧発生器、
２０ 紫外レーザ光、
２０ａ 干渉光、
２１ 光学系、
２１ａ レーザ光源、
２１ｂ レンズ、
２１ｃ ミラー、
３１，３２ ブラッグ回折格子、
３３ 位相シフト部、
５１ 合成回路。

Claims (16)

1. 位相マスク法により紫外レーザ光を感光性光ファイバの長手方向に走査して光ファイバコアに前記光ファイバの長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程と、
   前記紫外レーザ光の走査工程と並行して、前記紫外レーザ光の照射位置が所定位置になったときに、前記位相マスク法で使用する位相マスクを前記長手方向に所定距離だけ瞬時に移動させることによって、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調に位相シフト部を形成する工程と
   を有することを特徴とするファイバブラッググレーティングの製造方法。
2. 前記位相マスクを前記長手方向に瞬時に移動させるときの前記所定距離が、前記位相マスクの回折格子の周期の１／２よりも小さい値であることを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティングの製造方法。
3. 前記紫外レーザ光の走査工程と並行して、前記位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程をさらに有することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造方法。
4. 位相マスク法により紫外レーザ光を感光性光ファイバの長手方向に走査して前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成する工程と、
   前記紫外レーザ光の走査工程と並行して、前記位相マスク法で使用する位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される屈折率変調の振幅を変化させる工程と
   を有することを特徴とするファイバブラッググレーティングの製造方法。
5. 前記位相マスクの振動の振幅が、０以上で前記位相マスクの回折格子の周期の１／２以下の範囲内で連続的に増加又は減少することを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造方法。
6. 前記位相マスクの振動の振幅の連続的な増加・減少が、ＳＩＮ関数又はＣＯＳＩＮ関数であることを特徴とする請求項３から５までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造方法。
7. 前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調の振幅を変化させる工程により、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調にアポダイゼーションを持たせることを特徴とする請求項３から６までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造方法。
8. 感光性光ファイバを直線状にして保持する保持手段と、
   位相マスクと、
   前記位相マスクを通して、前記保持手段に保持された前記光ファイバの光ファイバコアに紫外レーザ光を照射する紫外レーザ光照射手段と、
   前記紫外レーザ光の照射位置を前記光ファイバの長手方向に移動させる走査手段とを有し、
   前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成するファイバブラッググレーティングの製造装置であって、
   前記位相マスクを前記長手方向に瞬時に移動させる微動手段と、
   前記走査手段により前記紫外レーザ光の照射位置を移動させながら、前記微動手段により前記位相マスクを前記長手方向に所定距離だけ瞬時に移動させる制御手段と
   を有することを特徴とするファイバブラッググレーティングの製造装置。
9. 前記微動手段により前記位相マスクを前記長手方向に瞬時に移動させるときの前記所定距離が、前記位相マスクの回折格子の周期の１／２よりも小さい値であることを特徴とする請求項８に記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
10. 前記制御手段が、前記位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調の振幅を変化させるように、前記微動手段を制御することを特徴とする請求項８又は９のいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
11. 感光性光ファイバを直線状にして保持する保持手段と、
    位相マスクと、
    前記位相マスクを通して、前記保持手段に保持された前記光ファイバの光ファイバコアに紫外レーザ光を照射する紫外レーザ光照射手段と、
    前記紫外レーザ光の照射位置を前記光ファイバの長手方向に移動させる走査手段とを有し、
    前記光ファイバコアに前記長手方向に周期的な屈折率変調を形成するファイバブラッググレーティングの製造装置であって、
    前記位相マスクを前記長手方向に振動させる微動手段と、
    前記走査手段により前記紫外レーザ光の照射位置を移動させながら、前記微動手段により前記位相マスクを前記長手方向に振動させ、この振動の振幅を前記紫外レーザ光の照射位置に応じて連続的に増加又は減少させることによって、前記光ファイバコアに形成される屈折率変調の振幅を変化させる制御手段と
    を有することを特徴とするファイバブラッググレーティングの製造装置。
12. 前記制御手段が、前記位相マスクの振動の振幅を、０以上で前記位相マスクの回折格子の周期の１／２以下の範囲内で連続的に増加又は減少させるように、前記微動手段を制御することを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
13. 前記制御手段が、前記位相マスクの振動の振幅の連続的な増加・減少をＳＩＮ関数又はＣＯＳＩＮ関数にするように、前記微動手段を制御することを特徴とする請求項１０から１２までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
14. 前記制御手段が、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調の振幅を変化させることにより、前記光ファイバコアに形成される周期的な屈折率変調にアポダイゼーションを持たせるように、前記微動手段を制御することを特徴とする請求項１０から１３までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
15. 前記微動手段が、ピエゾ素子と、前記ピエゾ素子に駆動電圧を印加する駆動回路とを含み、
    前記制御手段が、前記駆動回路により前記ピエゾ素子に印加される駆動電圧を制御する装置である
    ことを特徴とする請求項８から１４までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。
16. 前記走査手段が、前記保持手段及び前記紫外レーザ光照射手段のうちの少なくとも一方を前記長手方向に移動させる機構であることを特徴とする請求項８から１５までのいずれかに記載のファイバブラッググレーティングの製造装置。

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