JP2005523463A - 波長可変光学フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、光導波路（１０）に、好ましくは、溶融延伸によって導波路の可変内側プロファイルを制御するステップと、ブラッグ波長の縦方向の変化と導波路の外側プロファイルの縦方向の変化を独立に制御できる技術を用いてブラッグ格子（２０）を書き込むステップと、を実施する光学フィルタ製造方法に関する。

Description

本発明は、電気通信の分野に係わり、特に光ファイバを用いる光通信の分野に関する。

より厳密には、本発明は、光導波路フィルタ、好ましくは、波長可変（tunable)光導波路フィルタの分野に関する。したがって、本発明は、特に、固定または波長可変色分散補償器の製造を対象とする。

（取り扱う技術的問題）
本発明が解決しようとする一般的な技術的問題は波長可変光学フィルタを製造することである。

この技術的問題の特に重要な一例は、高いビットレート（毎秒４０ギガビット（Ｇｂｉｔ／ｓ）以上）で動作する光ネットワークの開発のため波長可変色分散補償器が必要になることである。

用語「色分散」は、光パルスが光ファイバを伝搬するときに、主として、波長の関数として屈折率の変化によって生じる光パルスの一時的な拡がりを意味する。この一時的な拡がりは、長距離を伝搬した後、連続したパルスの一時的な重なりを引き起こし、受信機におけるビット誤りの原因となる。

現在のところ、通信密度の増加を考えると、高ビットレートネットワークの配置は色分散によって著しく妨げられている。

高ビットレートシステムでは分散許容範囲は狭くなり、その結果として、これまでは１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムにおいて無視することができた分散変化が４０Ｇｂｉｔ／ｓ通信ネットワークの性能に大きな影響を与える。この許容範囲はビットレートの平方に反比例する。許容範囲は、典型的に、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、および１６０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートに対して、それぞれ、１ナノメートル当たり５００ピコ秒（ｐｓ／ｎｍ）、３０ｐｓ／ｎｍ、および２ｐｓ／ｎｍである。

その上、システムの最適性能を維持するため受信機において必要になる分散補償の量は、ファイバに沿った温度変動、および、ネットワークの動的再構成のような問題の結果として時間的に変化する。

上記の問題を解決するための分散補償のアクティブ制御は、したがって、高ビットレートシステムにおいて最も重要である。特に、ライン端に波長可変装置を使用するチャネルによる残差色分散チャネルを補償することが必要である。

（従来技術）
波長可変色分散補償の問題に対するある程度の解決策がこれまでに提案されている。

第１の解決策は、Gires-Tournoisエタロンを形成する共振空洞を使用し、入射角またはコンポーネントの温度の何れかを変更することにより波長可変性を与える（欧州特許第１０９８２１２号明細書、「波長可変分散補償器(Tunable dispersion compensator)」を参照のこと）。この解決策は、ファイバだけからなる解決策ではなく、推測的にかなりの挿入損失があるという欠点がある。単一エタロンの遅延は直線的ではなく、二つの要素の組み合わせだけが希望の帯域で一定の分散を実現可能である。さらに、最大分散は帯域幅の平方に反比例するので、同調レンジは光通信のための現在の所定の帯域幅に対して不十分である。

別のより普及している解決策は、格子周期が格子に沿って変化するファイバブラッグ格子を使用する。ブラッグ波長を縦方向に変化させることは、一般にブラッグ格子の「チャープ化(chirping)」と称され、入射波長に応じて変化する反射遅れを引き起こす。ブラッグ格子をファイバ内に書き込むため、コアは、ファイバを感光性にする材料でドープされ、可能であれば、光クラッドの一部分も同様にされる。次に、屈折率の縦方向の変化が（好ましくは、必要な縦方向周期変動を有する位相マスクを使用して）干渉計によって作成された紫外線周辺のフィールドでファイバを照射することによって引き起こされる。

この種のコンポーネントを波長可変にするため様々な選択肢が考えられている。２個の物理パラメータ、すなわち、機械的ストレスおよび温度は、ブラッグ波長を局部的に変更可能である。

分散を変更する第１の選択肢は、これらの２個のパラメータのうちの一方に縦方向の変化を生じさせることである。多数の例がこのオプションを説明する（たとえば、欧州特許第１０２４３７６号明細書、「可変コーティングされた光学格子装置(Optical grating device with variable coating)」、または、欧州特許第１０３０４７２号明細書、「自動分散補償モジュールを組み込む光通信システム(Optical communication system incorporating automatic dispersion compensation modules)」を参照のこと）。この目的のため提案された手段は、一般に、ファイバに沿って厚さが変化する堆積物を使用し、この堆積物は、温度に影響を与えるために伝導性の金属で作られるか、または、機械的ストレスに影響を与えるためにシリカの機械特性に類似した機械特性を備えた材料で作られる。しかし、この種の厚さの勾配を制御することは必ずしも簡単なことではなく、十分なストレス勾配を実現するためには最大厚さを大きくすることが必要である。さらに、分散チューニングの方法は、フィルタの中心波長のシフトを伴う。

第２の分散チューニングの選択肢は、縦方向に非直線的に変化するチャーピングを使用するので、たとえば、反射帯域の分散が実質的に直線的に変化するブラッグ格子を設計することが可能である。このアプローチは、ブラッグ格子周期の非直線的変化を使用して提案されている（国際公開第９９／３１５３７号パンフレット、「波長可変非直線的チャープ型格子(Tunable nonlinearly chirped grating)」を参照のこと）。この場合、分散チューニングは、（均一な温度上昇またはトラクションの何れかを行うことにより）ブラッグ格子の中心波長を変化させる標準的な方法を使用して反射帯域を信号に対してスペクトル的にオフセットさせることによって実現される。この状況において分散は信号の帯域幅に亘って一定ではないので、この種の分散補償方法の主な欠点は、コンポーネントによって生じる電力ペナルティを著しく増加させる高次分散が取り込まれることである。

本発明の一般的な目的は、波長の帯域に亘って波長可変である分散補償を行うことである。

上記目的は、本発明との関連において、光導波路に、
導波路の可変内側プロファイル（すなわち、ガイド、たとえば、光ファイバの場合にはコアの外側プロファイルそのもの）を制御するステップと、
ブラッグ波長の縦方向の変化と導波路の外側プロファイルの縦方向の変化を独立に制御できる技術を用いて、ブラッグ格子を書き込むステップと、
を実行するステップを含むことを特徴とする光学フィルタ製造方法によって実現される。

本発明の有利な一実施形態では、導波路の可変内側プロファイルを制御するステップは溶融延伸によって実施される。

したがって、本発明は、外部機械力、たとえば、トラクション力を加え、同じようにねじり力または圧縮力を加えることにより制御される、または、他の等価的な手段によって制御されるスペクトル応答を有する光導波路における波長可変フィルタを提供する。

このフィルタは、好ましくは、反射フィルタである。

ブラッグ格子は、有利的には、光導波路の可変内側プロファイルを制御するステップの後に書き込まれる。

本発明の方法の二つの主要な変形が提案される。

第１の変形において、光導波路の可変内側プロファイルを制御するステップは、導波路の有効光屈折率の縦方向の変化を制御できる条件下で実施され、導波路の可変内側プロファイルを制御するステップの後に、導波路の外側プロファイルを局部的に補正するステップが続き、ブラッグ格子を書き込むステップはブラッグ波長の縦方向の制御を可能にする条件下で実施される。

プロファイル補正ステップは、ブラッグ格子を書き込むステップの前後のどちらに実施してもよい。

第２の変形において、光導波路の可変内側プロファイルを制御するステップは導波路の外側プロファイルの縦方向の変化の制御を可能にする条件下で実施され、格子のステップの縦方向の変化は、ブラッグ波長の縦方向の変化の制御を可能にするため、ブラッグ格子の書き込み中に制御される。

本発明の他の有利な特徴によれば、この方法は、書き込まれたフィルタを備えた光導波路に、加えられた機械力、たとえば、トラクション力を制御および／または監視する装置を付加する。

第一に、導波路の可変内側プロファイルを制御することによる有効屈折率の縦方向の変化の制御と、適切な書き込みプロセスを使用することによる格子周期の縦方向の変化の制御を組み合わせることにより、格子のブラッグ波長の縦方向の変化、したがって、関連したスペクトル応答は、格子を書き込むときに加わるトラクション条件下で制御される。

第二に、導波路の可変内側プロファイルを制御することによる導波路の外側プロファイルの制御と、妥当な場合に導波路の可変内側プロファイルを制御した後にそのプロファイルを変更することを組み合わせることは、加えられたトラクションが変更されるときに、スペクトル応答が独立に変化することを意味する。

本発明の別の有利な特徴によれば、この方法は、光導波路に、好ましくは均一である縦方向の波長変化を生じさせる手段を付加するステップをさらに含む。

たとえば、このような手段はコンポーネントの温度を制御するため適応する。

たとえば、これは、コンポーネントの表面をメタライズすることにより、または、コンポーネントを小型加熱炉、たとえば、毛細管に挿入することにより実現され、メタライゼーション部分または小型加熱炉はジュール効果によってまたは熱伝導によって加熱される。

均一な制御された波長の変化を生じさせる手段は、特に、機械力、たとえば、トラクション力の印加により生じるフィルタの中心波長をオフセットさせる効果に対抗する。

本発明は、また、上記の方法によって書き込まれた光導波路およびこのようなガイドの使用である。

本発明のその他の特徴、目的および効果は、限定されない例として記載された以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

上記のように、本発明による方法は、本質的に、光導波路１０に、導波路の可変内側プロファイルを制御する工程と、ブラッグ波長の縦方向変化および導波路１０の外側プロファイルの縦方向変化の独立した制御を可能にする技術を使用してブラッグ格子を書き込むステップを適用する。

以下の説明は、導波路の可変内側プロファイルを制御するステップが溶融延伸によって実施される本発明の実施形態に関する。

技術的に知られているように、本発明が基礎を置く光導波路１０は、クラッド１４によって囲まれたコア１２を備える。

具体的には、本発明は、好ましくは、変形に対して不変である光導波路１０に基礎を置く。基本的な導波路１０は、その断面の光学幾何特性によって、すなわち、それが「標準的な」光ファイバである、フォトニック結晶ファイバである、平面導波路であるなどの光学幾何特性によって特徴付けられる。

動作波長において、屈折率の横方向変化は、特に横モードで縦方向の光の伝搬を可能にさせることを前提とする。導波路１０は、一般に、このような唯一のモードが存在するように設計される。基本モードは動作波長で有効屈折率ｎ_ｅｆｆをもつ。

導波路の構造において、外部媒体との境界は導波路の断面の限界を定める。以下の説明を通じて、この断面の外形は、導波路の「外側プロファイル」と称される。

本発明は、本発明者によって行われた研究に由来する以下の観察に基づいている。

書き込まれたブラッグ格子２０は、基本モードを逆伝搬基本モードに結合し、これにより、反射型ブラッグ格子を作る。

一般にブラッグ波長と称される局部的な共振波長λ_Ｂ（ｚ）は、以下の式：

λ_Ｂ（ｚ）＝２ｎ_ｅｆｆ（ｚ）Λ（ｚ） （１）

で与えられ、ここで、ｎ_ｅｆｆ（ｚ）は縦方向位置ｚにおける基本モードの有効屈折率であり、Λ（ｚ）は同じ縦方向位置ｚにおける格子周期である。

二つのモードの間の結合係数は、屈折率変調の振幅、および、結合されたモードと屈折率格子の横方向プロファイルとの間の重なり積分に比例する。

フィルタのスペクトル応答は、ブラッグ波長の縦方向変化、および、結合係数の縦方向変化によって完全に決まる。

本発明は、必要なスペクトル応答を得るために、周期および変調振幅の縦方向変化の制御を可能にさせる格子書き込み方法の制御と、溶融延伸による有効屈折率の変化の制御と、を組み合わせる手段を提案する。特に、変調振幅の縦方向変化の制御は、フィルタのスペクトル応答のアポダイゼーションを行い、および／または、マルチチャネル格子型の超構造を生成する。

フィルタを波長可変にするため、本発明者は、格子２０を書き込むときに、加えられる機械的トラクションの値を相対的に変化させることを提案する。

これは、ステッピングモーター、圧電素子などの様々な手段によって実現される。

加えられるトラクションを変更することは、格子のブラッグ波長の縦方向変化に作用することによってフィルタのスペクトル応答を変更する。トラクションを加える結果として、二つの物理効果がブラッグ波長の変化に寄与し、すなわち、材料の物理的な伸長が周期を変更し、光弾性効果が有効屈折率を変更する。これらの二つの効果は局部的なストレスに比例し、その結果として、トラクションに対するブラッグ波長変化は、導波路の局部的な断面積に反比例する。

具体的には、導波路が原則的に均一の組成で作られることを考慮して、本発明者は、次の式：

が成り立つことを見いだした。式中、
Ｆは加えられたトラクションであり、
ｐ_ｅはガイドを構成する材料の光弾性係数であり、
Ｅは材料のヤング率であり、
Ｓ（ｚ）は縦方向位置ｚにおける導波路の断面積である。

本発明の好ましいアプリケーションは波長可変色分散補償器の製造を目的とする。

この場合に必要なスペクトル応答は、値が波長可変である反射帯域全体に亘る一定分散によって特徴付けられる。本発明者は、これが、ある種の条件下（コンポーネントの長さに依存する最大値未満の分散）においてブラッグ波長の直線的な縦方向変化の第１近似と等価であることを明らかにした。

このように、本発明者は、波長可変分散補償器を製造するため、加えられるトラクションとは無関係にブラッグ波長の縦方向変化を直線的にすることが望ましいことを明らかにした。

この変化は、好ましくは直線的である二つの寄与因子、すなわち、格子を書き込むためのトラクション条件下での元の変化、および、トラクションが変化したときに生じた変化の合計である。

式（２）は、Ｓ_０およびｐが２個の定数であり、ｚに対する導波路の断面積が次式：

に従って変化する場合に、この２番目の寄与因子が直線的であることを表す。

円形断面の標準的な光ファイバである場合、これは、ファイバ半径の縦方向変化が次式：

（変更外側プロファイル）に従うことを意味する。

図面の簡単な説明の欄に記載されているように、図１は、本発明の方法の第１の実施形態のステップを概略的に表す。

図１ａには、本発明が基礎を置く当初の光導波路の一定断面の外側プロファイル１１が破線で示されている。同じ図１ａには、溶融延伸ステップによって得られた導波路１０の外側プロファイル１５と、コア１２の内側プロファイル１３の幾何学的に類似した変化が示されている。

溶融延伸ステップは、導波路１０の構造を縦方向に幾何学的に同様に変化させる。現在の技術レベルにおいて、導波路の断面が縦方向に変化する必要なプロファイルを製造することが可能であり、このための一つの有利な方法は、欧州特許第０７１４８６１号明細書、「特定のプロファイルを備えた延伸されたファイバを製造する方法(Method of fabricating drawn fibers with a particular profile)」に記載されている。このように溶融延伸によって、導波路の断面積の縦方向変化が制御される。

さらに、誘導の効果は導波路の横方向寸法に依存するので、溶融延伸プロセスは、また、有効屈折率の縦方向変化を引き起こす。有効屈折率の変化は、好ましくは実験によって得られるが、導波路の断面に依存することがわかっているので、必要な直線的または非直線的な縦方向有効屈折率変化を有する光導波路が製造される。導波路のプロファイルの縦方向変化は、好ましくは、基本モードからより高次のモードへの結合に起因する損失が生じないことを保証するため、断熱的な基準に適合する。

図１ａに示されるように、また、図４ａおよび４ｂに示されるように、本発明の第１の実施形態において、溶融延伸ステップは、第１のステップの最後に、縦方向位置に応じた有効光屈折率の直線的な変化（図４ｂ）が達成されるように変更された変化（図４ａ）を有する外側プロファイル１５を画成するように制御される。

本発明のこの方法の実施形態は、次に、ブラッグ格子２０を延伸された導波路に書き込むステップを含む（図１ｂを参照）。ブラッグ格子２０を製造する一つの従来技術は、導波路１０に感光材料をドープし、次に、導波路に、たとえば、干渉計によって、または、代替的に適切な位相マスクを用いて作成された紫外線周辺のフィールドを照射する。

屈折率格子２０の周期は推測的に変化させられる。有効屈折率が溶融延伸ステップ後に縦方向位置に対して直線的に変化する第１の実施形態の状況では、屈折率格子２０の周期は、一定であるか、または、図４ｂに示されるように直線的に変化する。

図１ｃに示されるように、導波路の断面の縦方向変化を制御し、それにより、トラクション力に応じてスペクトル応答の変化を制御するため、図１ａに示された溶融延伸ステップの後に、延伸された導波路の外側プロファイル１５の局部的な補正が続けられる。この補正ステップは屈折率プロファイルの縦方向変化を変更することなく適用される。このようにして、図１ｃには、導波路の外側プロファイル１５を縮小することにより補正する補正ステップが示される。この種の補正は導波路に沿った段階的な化学的腐食によって行われる。この種の補正ステップの一例はフッ化水素酸に槽に浸すエッチングによって実施されるが、この例に限定されない。

或いは、図２に概略的に示されるように、外側プロファイルを補正するステップは、導波路を構成する材料の機械的特性に類似した機械的特性を材料に付加することにより実施してもよい。図２は、必要な材料を付加した後の導波路の外側プロファイル１６を表す。

図１ｃは補正ステップを実施した後の導波路の外側プロファイル１６を表す。図４ｃは補正ステップ後に得られた縦方向位置に対する導波路の半径を表す。同様に図４ｄは縦方向位置に応じて直線的に変化する屈折率格子２０の周期を表す。図４ｂに示された有効屈折率の直線的な変化と、図４ｄに示された屈折率格子の周期の直線的な変化の組み合わせは、図４ｅに示されるような形でブラッグ波長の直線的な変化を生ずる。

次に図３および図５を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。

有効屈折率の好ましい変化を実現するため溶融延伸工程を実行する図１および２を参照して説明した第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態では、図３および５ａに示されるように、溶融延伸工程は導波路の断面の必要な縦方向変化を実現するため実行される。この変化は、この場合もトラクションに応じたスペクトル変化を制御するため決められる。

したがって、図５ｂに示されるように、有効屈折率の非直線的な縦方向変化はこの溶融延伸ステップ後に実現される。

この状況において、図３および図５ｃからわかるように、有効屈折率の非直線的な変化（図５ｂ）と屈折率格子周期の非直線的な変化（図５ｃ）の組み合わせが、この場合にも縦方向位置に応じたブラッグ波長の直線的な変化（図５ｄ）を生じるように、周期が非直線的に変化するブラッグ格子２０が書き込まれる。

図３は、また、温度を制御することによりフィルタの中心波長の値を調整可能にするため、導波路の外側面に生成された好ましい金属堆積物１８を表す。

本発明は、フィルタの中心波長の値を調整するため均一な温度上昇を行うことを教示する。この波長調整は、特に、上記の形でコンポーネントのスペクトル応答をチューニングするときに必要であり、その理由は、トラクションがフィルタの中心波長に変化を生じさせるからである。この調整は、また、断熱コンポーネント、すなわち、外界温度とは無関係に、コンポーネントの指定された使用範囲において光学性能が維持されるコンポーネントを得るために必要である。

このため、本発明は、延伸された導波路１０の表面１５に、断面のサイズに応じて厚さが変更される金属堆積物１８を形成することを提案する。

この堆積物は異種の積層状の金属層で作ってもよい。

電流がこのメタライゼーション部分を通るならば、電力はジュール効果によって熱に変換され、導波路の加熱を補助する。

均一な温度上昇を実現するため、金属堆積物の厚さの縦方向変化は導波路の領域の厚さに反比例しなければならないことがわかる。

図８ｂは、延伸された導波路の半径が縦方向位置に関して直線的に変化する場合に、温度上昇（図８ｂの曲線ｅ１）が均一な堆積物厚（図８ｂの曲線ｅ２）に対して非直線的であることを表す。これに対して、図８ｃは、堆積物厚が非直線的に変化する場合に（図８ｃの曲線ｅ３）、縦方向位置に関して直線的な温度変化（図８ｃの曲線ｅ４）が得られることを表す
このように、図８は、断面のサイズが縦方向に変化するガイドの場合に、均一な温度上昇を実現するため、メタライゼーション部分の厚さを変更する必要があることを表す。本例において、導波路は直線的に次第に細くなり、同じ入力電力（４センチメートル（ｃｍ）の長さの金属化部分に対してＰ＝１２６ミリワット（ｍＷ））の場合に、堆積厚が均一であるならば、温度がガイドに沿って５０℃から１００℃以上まで変化し、厚さが変更されるならば、温度は一定であり、７５℃に一致する。

或いは、メタライゼーション部分は熱伝導によって加熱してもよい。

導波路１０が光ファイバである状況に適用可能な一変形において、均一な温度上昇は、ファイバ１０を、小型加熱炉として働く加熱された管３０に挿入することにより達成される。図９はこの種の一変形を表す。内径がファイバの最大径よりも僅かに大きい管３０は、堆積物が均一な厚さである金属化されたシリカ毛細管、または、グラファイトのような伝導材料から直接作られる。

図９は、制御された電流を毛細管３０の端子に供給するため適合した電源３２を概略的に表す。

この場合もまた、毛細管または小型加熱炉は、ジュール効果の代わりに熱伝導によって加熱してもよい。

上記の説明全体において導波管１０は複屈折型でないことが暗黙的に仮定されている。そうではない場合、二つの主要な偏光状態に対応した反射応答の間にスペクトルオフセットが存在する。特に、これは、光伝送の品質を低下させる偏光モード分散（ＰＭＤ）として知られる現象を引き起こす。したがって、一般に、光導波路の複屈折は、内在的であるか、または、コンポーネント製造プロセス（溶融延伸、ブラッグ格子書き込み）が原因で生じたかとは無関係に、最小限に抑えることが望ましい。それにもかかわらず、コンポーネントをＰＭＤ補償器として使用することが予定されるならば、偏光維持ファイバタイプの複屈折型導波路を考えることができる。このためには、導波路の複屈折率は、典型的に、
Δｎ≧１０^−５
である。

本発明は、溶融延伸工程に耐え、ブラッグ格子を受け入れるために適合した適切な光導波路に基づく。

この光導波路は好ましくは光ファイバに基づく。

ドープトコアと、ドープト内部クラッドと、シリカ外部クラッドの３領域が区別できる光ファイバについて検討する。

延伸されたファイバにブラッグ格子を作るため、本発明は、伸長された感光性クラッドを備えたファイバの使用を提案する。技術的に、特に、文献：”放射モードが抑制された強固な格子フォト印刷用光ファイバ設計（Optical fiber design for strong gratings photoimprinting with radiation mode suppression”、ＯＦＣ’９５予稿集、１９９５年２月２６日〜３月３日、ページ３４３−３４５によって知られるように、クラッドモードへの結合による損失は、適切なドーピングを用いて、コアの感光性と一致する感光性を有する光クラッドを導入することにより低減される。

導波モードのサイズとコアの半径との間の比率はコアの半径の減少と共に増加するので、感光性クラッドの半径ｒ_ｇとコアの半径ｒ_ｃとの間の比率は、特に径が小さい場合に、延伸されたファイバの全長に亘って均等に効果的にクラッドモード間の結合を低減させるために十分に大きくすることが望ましいと考えられる。

典型的に、ｒ_ｇ≧３ｒ_ｏとすると、この結果は、ファイバ径が１２５μｍから９０μｍまで変化するときに達成される。

本発明は、延伸されたファイバの機械的強度を高めるため、伸長されたシリカクラッドファイバの使用を教示する。破壊前の最大トラクションが断面に比例するので、シリカクラッドの半径を増大させ、しかし、溶融延伸により生じるファイバの断面が小さい場所における破壊の危険性を減少させるため同じ屈折率プロファイルを維持することが望ましい。

本発明者により実施された試験の結果、本発明は、ファイバクラッドの内側プロファイルと外側プロファイルを独立に制御するため、従来技術よりも優れていることがわかった。

特に、外側プロファイルの制御に関して、従来提案されている様々な解決策は、溶融延伸工程を使用せず、標準的なファイバから始めて、可変厚の堆積物の塗布、または、段階的な化学的腐食の何れかを行う。これらの解決策の欠点は、段階的な厚さ変化を作るテクノロジーが簡単ではなく、最大厚さ変化が大きく、したがって、制御することが困難であると推測される。その上、上述のように、溶融延伸プロセスは、導波路の形状の縦方向変化の簡単で正確な制御を行える。

図６は、波長可変色分散補償器に関連して変更外側プロファイルの効果を表す。図６ｂに示されるように、外側プロファイルが、たとえば、半径の直線的な変化によって変更されない場合、チューニング範囲はより高次の分散によって制限され、分散は希望の信号帯域において一定ではなくなり、これにより、伝送品質を低下させる歪みが生じる。これに対して、本発明の状況では、図６ｃに示されるように、拡大されたチューニング範囲が得られる。特に、分散補償の符号を反転させることが可能である。

正と負の分散補償用の具体的なアプリケーションが考えられる。

図７は、ブラッグ格子を書き込むときに屈折率変調の縦方向変化を制御することによって得られるさらなる可能性を表す。

第一に、スペクトル応答のアポダイゼーションおよび遅延曲線における光波の振幅の減少は、格子のエッジで変調振幅を徐々に減少させることによって得られる。

第二に、複数の反射帯域は屈折率変調を過変調することによって作られる。

本発明の分散補償は、波長が異なる複数のチャネルを同時に処理することができるので、使用すべき補償器の個数を最小限に抑える。

図７は、波長可変分散補償器の場合における本発明の別のアプリケーションを表し、ブラッグ格子が、分散符号を反転するため必要な補助的なトラクション力によって生ずるオフセットに対応したスペクトル間隔を有する二つの反射帯域を生成するため書き込まれ、この場合に、異なる反射帯域が補償されるべき符号に応じて使用される。

具体的には、図７は、ブラッグ格子を書き込むための元のトラクション力で得られた反射率曲線ｒ_１と、その元のトラクション力で得られた遅延曲線ｒ_２と、を表す。曲線ｒ_１は二つの別個の帯域ｒ_１１およびｒ_１２を含み、帯域ｒ_１２の中心は希望信号の波長に一致する波長λ_Ｓに置かれることがわかるであろう。

図７は、また、分散の符号を反転させるため付加的な制御されたトラクション力を加えた後の反射率曲線ｒ_３と、対応した遅延曲線ｒ_４と、を表す。曲線ｒ_３は、帯域ｒ_１１およびｒ_１２とそれぞれ同一である別個の二つの帯域ｒ_３１およびｒ_３２を含むことがわかるであろう。しかし、帯域ｒ_３１の中心は帯域ｒ_１２と同じ波長λ_Ｓに置かれる。

このように、波長λ_Ｓで動作する間に、本発明は、付加的なトラクションが加えられているか否かに応じて、帯域ｒ_３１から帯域ｒ_１２への移行と、その逆に帯域ｒ_１２から帯域ｒ_３１への移行を可能にさせ、その結果として、補償の符号が反転され、または、反転されない。

本発明は、多数のシステム構成で使用することができる。

次に、一部の例を記載するが、これらの例に限定されない。

反射フィルタとして実施された場合、コンポーネントＦは、３ポートサーキュレータのようなスプリッタ、すなわち、フィルタと関連付けられ、出力信号を取り出す。複数のチャネル、または、サブバンドを独立に選別するため、一つの解決策は、サーキュレータと各チャネルまたはサブバンドが関連付けられたコンポーネントとの間にマルチプレクサ−デマルチプレクサを交互配置する。

動的な波長可変性を実現するため、伝送された信号の品質測定と外部条件の測定とを組み合わせることにより、最適フィルタ性能が維持されるようにトラクションおよび温度制御フィードバックを実施することが可能になる。

固定フィルタと波長可変フィルタ（または、さらには二つの波長可変フィルタ）を組み合わせる点が有利である。たとえば、この場合には、４ポートサーキュレータ、または、二つの直列した３ポートサーキュレータが使用され、どちらでも結果は同じである。

上記のあらゆる構成において、各フィルタは、異なる反射帯域に対応したフィルタの等価的な直列結合によって置き換えてもよい。

図１０は、分散伝送ライン１０２からの信号を入力で受信する３ポートサーキュレータ１００を備えたシステムを表す。サーキュレータの中間ポートは、本発明の波長可変フィルタＦの入力に接続される。フィードバックループは、フィルタＦの応答に反応する測定装置１０４と、フィルタＦのトラクション力および温度を制御する装置１０４によって制御されるモジュール１０８と、を備える。この構成は、３ポートサーキュレータ１００の出力にフィルタ処理された信号を再生する。

図１１は、入力で信号を受信する４ポートサーキュレータ１１０を備えたシステムを表す。二つの固定または波長可変フィルタＦ１、Ｆ２がサーキュレータのそれぞれの中間ポートに接続される。フィルタ処理された信号はサーキュレータ１１０の出力で再生される。

図１１に示された４ポートサーキュレータ１１０は、２個の直列の３ポートサーキュレータによって置き換えることができる。この場合、第１の３ポートサーキュレータはその入力で信号を受信し、その中間ポートはフィルタＦ１に接続され、その出力は第２のサーキュレータの入力に接続され、第２のサーキュレータの中間ポートはフィルタＦ２に接続される。フィルタ処理された出力信号は第２のサーキュレータの出力で得られる。

図１２は、入力で信号を受信する３ポートサーキュレータ１２０を備えたシステムを表す。本発明によるフィルタは、図１２ではフィルタ１、フィルタ２、．．．、フィルタｎによって示され、サーキュレータ１２０の中間ポートへ直列に接続される。フィルタ処理された信号はサーキュレータ１２０の出力で再生される。

図１３は、多数の波長λ１〜λｎからなる信号を入力で受信する３ポートサーキュレータ１３０を備えたシステムを表す。サーキュレータの中間ポートは、デマルチプレクサ−マルチプレクサ１３１に接続され、種々の波長λ１〜λｎが得られるデマルチプレクサ−マルチプレクサの出力は、図１３においてそれぞれフィルタ１、フィルタ２、．．．、フィルタｎとして示されたフィルタに接続される。多数の波長λ１〜λｎからなるフィルタ処理された信号は、サーキュレータ１３０の出力で得られる。

勿論、本発明は、ここまでに説明された特定の実施形態に限定されることなく、本発明の精神に従う本発明のあらゆる変形を包含する。

特に、本発明は上記の特定のアプリケーションに限定されない。

本発明は、互換性のあるすべてのアプリケーションに適用され、特に、たとえば、ラマンレーザにおけるチューナブルミラーとして機能する可変反射率フィルタの製造に適用される。

さらに、溶融延伸によって導波路の可変内側プロファイルを制御するステップは、如何なる等価的な手段によって置き換えてもよく、たとえば、拡散、若しくは、任意の等価的な手段と組み合わされた化学的腐食によって置き換えられる。

図１は書き込み型フィルタを備えた導波路を製造する本発明による方法の第１の実施形態の連続的なステップの説明図であり、より詳細には、１ａは溶融延伸により導波路の可変内側プロファイルを制御するステップを表し、１ｂはブラッグ格子を書き込むステップを表し、１ｃは段階的な腐食により外側プロファイルを補正するステップを表し、１ｄはメタライゼーションステップを表す。 図２は図１ｃに表されたステップの代替として、ガイドを構成する材料の機械特性と類似した機械特性を有する材料を堆積することにより外側プロファイルを変更するステップを概略的に表す。 図３は溶融延伸により導波路の可変内側プロファイルを制御し、格子の周期の縦方向の変化を用いてブラッグ波長の縦方向の変化を制御するステップの間に、必要な外側プロファイルを製造する本発明の方法の第２の実施形態により製造された光導波路を概略的に表す。 図４は本発明の方法の第１の実施形態により製造された色分散補償器を概略的に表す図であり、具体的には、図４ａは縦方向位置に対する導波路の半径を表し、図４ｂは外側プロファイルの溶融延伸によるガイドの可変内側プロファイルを制御する製造ステップ後に導波路の有効屈折率が縦方向位置に対し直線的に変化する様子を表し、図４ｃは波長可変性のため必要なプロファイルを得るために外側プロファイルを補正するステップの実施後における縦方向位置に対する半径を表し、図４ｄは周期が直線的に変化するブラッグ格子を書き込むステップ後における縦方向位置に対する屈折率格子の周期を表し、図４ｅは上記のステップ後の縦方向位置に対するブラッグ波長が直線的に変化する様子を表す。 図５は本発明の方法の第２の実施形態により製造された色分散補償器を概略的に表す図であり、具体的には、図５ａは波長可変性のため必要な外側プロファイルの溶融延伸により導波路の可変内側プロファイルを制御する製造ステップ後の縦方向位置に対する導波路の半径を表し、図５ｂは溶融延伸により導波路の可変内側プロファイルを制御する上記ステップ後の導波路の有効光屈折率が縦方向位置に対して非直線的に変化する様子を表し、図５ｃは周期が適当な非直線的に変化するブラッグ格子を書き込むステップ後の縦方向位置に対する屈折率格子の周期を表し、５ｄはまたブラッグ波長が縦方向位置に対して直線的に変化する様子を表す。 図６は分散補償器の場合に外側プロファイルを制御する効果を例証する図であり、具体的には、図６ａは、無変更直線的プロファイルの場合に縦方向位置に対するファイバの半径を破線で表し、変更非直線的プロファイルの場合に縦方向位置に対するファイバの半径を実線で表し、図６ｂは、無変更直線的プロファイルの場合に元のトラクション力に関する差に応じた分散および遅延の平均直線性誤差を表し、図６ｃは、本発明による変更非直線的プロファイルの場合に元のトラクション力に関する差に応じた分散および遅延の平均直線性誤差を表す。 図７は分散補償器の場合における屈折率変調の縦方向変化を制御するアプリケーションの一例を表し、上部には、元のトラクションと、分散の符号を反転させるために付加的なトラクションを加えた後のそれぞれのスペクトル特性（反射率および遅延）が示される。 図８はメタライゼーションの適用により加熱する一方法を表し、具体的には、図８ａは縦方向位置に対する波導路の半径を表し、図８ｂは、均一な堆積厚の場合にメタライゼーション堆積厚および得られた温度上昇を縦方向位置に対して表し、図８ｃは変更堆積厚の場合にメタライザーション堆積厚および得られた温度上昇を縦方向位置に対して表す。 図９はコンポーネントを毛細管に挿入することにより本発明による導波路を加熱する一方法を表す図である。 図１０は、本発明による分散補償器を具現化し、３ポートサーキュレータおよびフィードバックループを備えたシステム構成の一例を概略的に表す図である。 図１１は、本発明を具現化し、２個のフィルタを組み合わせるシステム構成の別の例を表す図である。 図１２は、種々の反射帯域と関連付けられた一連のフィルタの配列により本発明を具現化するシステム構成の第３の実施例を表す図である。 図１３は、本発明を具現化し、交互配置されたマルチプレクサ−デマルチプレクサを使用して３ポートサーキュレータと複数のフィルタを組み合わせるシステム構成の第４の実施例を表す図である。

Claims (59)

1. 光導波路（１０）に、
   前記導波路の可変内側プロファイルを制御するステップと、
   ブラッグ波長の縦方向の変化と前記導波路の外側プロファイルの縦方向の変化を独立に制御できる技術を用いて、ブラッグ格子（２０）を書き込むステップと、
   を実行するステップを含むことを特徴とする光学フィルタを製造する方法。
2. 前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップが溶融延伸によって実施される請求項１に記載の方法。
3. 書き込まれたフィルタを備えた前記光導波路に、加えられる機械力を指令または制御する装置を付加するステップをさらに含む請求項１または２に記載の方法。
4. 制御されたトラクションを加えるため適応した手段を前記光導波路に付加するステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 制御されたねじりを加えるため適応した手段を前記光導波路に付加するステップを含む請求項３に記載の方法。
6. 前記光導波路（１０）の前記可変内側プロファイルを制御するステップが前記導波路の有効光屈折率の縦方向変化を制御するため適応する請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記光導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップが前記導波路の前記有効光屈折率の縦方向の変化を制御できる条件下で実施され、前記導波路の前記内側プロファイルを制御するステップの後に、前記導波路の前記外側プロファイルを局部的に補正するステップが続き、前記ブラッグ格子を書き込むステップが前記ブラッグ波長の縦方向の制御を可能にする条件下で実施される請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記ブラッグ格子を書き込むステップが一定周期または直線的な格子を生成する請求項７に記載の方法。
9. 前記導波路の前記外側プロファイルを補正するステップが前記ブラッグ格子を書き込むステップの前に実施される請求項７または８に記載の方法。
10. 前記導波路の前記外側プロファイルを補正するステップが前記ブラッグ格子を書き込むステップの後に実施される請求項７または８に記載の方法。
11. 前記補正するステップが前記導波路の前記外側プロファイルから材料を取り除く請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記外側プロファイルを補正するステップが前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップの後に得られた前記外側プロファイルに材料を付加する請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法。
13. 前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップが必要な外側プロファイルを制御するため適応する請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
14. 前記光導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップが前記導波路の前記外側プロファイルの縦方向の変化の制御を可能にする条件下で実施され、前記格子を書き込むステップの縦方向の変化が前記ブラッグ波長の縦方向の変化の制御を可能にするため前記ブラッグ格子の書き込み中に制御される請求項１３に記載の方法。
15. 前記ブラッグ格子を書き込むステップが可変周期を決めるため適応する請求項７乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップおよび前記ブラッグ格子を書き込むステップが前記ブラッグ波長の縦方向の直線的な変化を決めるため適応する請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記導波路の前記外側プロファイルを適合させるステップが前記外側プロファイルの非直線的な変化を決めるため適応する請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記導波路の前記外側プロファイルを適合させるステップは、Ｓ_０およびｐが定数であり、ｚが縦方向の軸を定める場合に、
    

    

    で表される断面をもつ外側プロファイルを画成するため適応する請求項１５に記載の方法。
19. 前記導波路の均一な縦方向の変化を生じさせる手段を前記光導波路に付加するステップをさらに含む請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法。
20. コンポーネントの温度を制御するため適応した手段を前記光導波路に付加する請求項１９に記載の方法。
21. 電気的または熱的に伝導性のある材料、たとえば、メタライゼーション部分を前記導波路の外側表面に堆積するステップをさらに含む請求項１９または２０に記載の方法。
22. 前記伝導性の有る材料の堆積物の厚さが不均一である請求項２１に記載の方法。
23. 前記堆積物の厚さの縦方向の変化が前記導波路の断面に反比例する請求項２２に記載の方法。
24. 前記導波路を小型加熱炉に設置する請求項１９または２０に記載の方法。
25. 前記ブラッグ格子（２０）が前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御する工程の後に書き込まれる請求項１乃至２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記光導波路が光ファイバである請求項１乃至２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記導波路はドープトコア、ドープト内部クラッド、および、シリカ外部クラッドの３領域が区別される光ファイバである請求項１乃至２６のいずれかに記載の方法。
28. 補償の符号を加えられた機械力に応じて反転可能であるように適応する請求項１乃至２７のいずれかに記載の方法。
29. 前記ブラッグ格子を書き込むステップが書き込み中に屈折率の変調振幅を制御する請求項１乃至２８のいずれかに記載の方法。
30. 前記変調振幅がスペクトル応答をアポダイズするため前記格子のエッジで徐々に低減される請求項２９に記載の方法。
31. 前記屈折率の変調が複数の反射帯域を生成するため過変調される請求項２９に記載の方法。
32. ブラッグ格子が書き込まれ、分散の符号を反転させるため必要な力によって生じたオフセットに対応するスペクトル間隔を有する二つの反射帯域を生成する請求項１乃至３１のいずれかに記載の方法。
33. 請求項１乃至３２のいずれかに記載の方法を用いて得られたフィルタ。
34. 前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御することにより全体的にまたは部分的に製造された光導波路を含み、前記導波路がブラッグ波長の縦方向の変化および外側プロファイルの縦方向の変化が独立に制御できるようなブラッグ格子を含む請求項３３に記載のフィルタ。
35. 前記光導波路が溶融延伸プロセスによって全体的にまたは部分的に作られる請求項３４に記載のフィルタ。
36. 反射型コンポーネントを構成する請求項３３または３５に記載のフィルタ。
37. 外側プロファイルが前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御するステップの後に得られたプロファイルを変更することにより得られる請求項３３乃至３６のいずれかに記載のフィルタ。
38. 外側プロファイルが前記導波路の前記可変内側プロファイルを制御することによって得られる請求項３３乃至３６のいずれかに記載のフィルタ。
39. 前記ブラッグ格子が一定または直線的な周期を有する請求項３７に記載のフィルタ。
40. 前記ブラッグ格子が可変周期を有する請求項３７または３８に記載のフィルタ。
41. 前記ブラッグ波長の縦方向の変化が直線的である請求項３３から４０のいずれか一項に記載のフィルタ。
42. 温度制御手段を含む請求項３３乃至４１のいずれかに記載のフィルタ。
43. 電気的または熱的に伝導性のある材料の堆積物、たとえば、金属堆積物を含む請求項３３乃至４２のいずれかに記載のフィルタ。
44. 小型加熱炉に設置される請求項３３乃至４２のいずれかに記載のフィルタ。
45. 前記導波路が複屈折材料で作られる請求項３３乃至４４のいずれかに記載のフィルタ。
46. 前記導波路の複屈折率がΔｎ≧１０^−５である請求項４５に記載のフィルタ。
47. 前記導波路のコアと内部クラッドの感光性が同程度であり、前記内部クラッドの半径が前記コアの半径の３倍よりも大きい請求項３３乃至４６のいずれかに記載のフィルタ。
48. 前記導波路が伸長されたシリカクラッドファイバから形成される請求項３３乃至４７のいずれかに記載のフィルタ。
49. 一つ以上の圧電セルに基づく力印加手段を含む請求項３３乃至４８のいずれかに記載のフィルタ。
50. 一つ以上のステップアップモーターに基づく力印加手段を含む請求項３３乃至４８のいずれかに記載のフィルタ。
51. 加えられる力を制御するためにフィードバックを行うためのコンポーネントの光学特性または伝送品質を測定する手段を含む請求項３３乃至５０のいずれかに記載のフィルタ。
52. 請求項３３から５１のいずれか一項に記載のフィルタと制御された機械力を前記フィルタに加える手段とを備えたシステム。
53. 出力を取り出すフィルタと関連付けられた３ポートサーキュレータのようなスプリッタ（１００）を含む請求項５２に記載のシステム。
54. 複数のチャネルまたはサブバンドを独立にフィルタ処理する複数のフィルタと関連付けられたマルチプレクサ−デマルチプレクサ（１３１）を含む請求項５２に記載のシステム。
55. 少なくとも二つのフィルタを含み、そのうちの少なくとも一方が好ましくは波長可変である請求項５２に記載のシステム。
56. ２個の中間ポートがそれぞれのフィルタ（Ｆ１，Ｆ２）に接続された４ポートサーキュレータを含む請求項５５に記載のシステム。
57. 中間ポートがそれぞれのフィルタ（Ｆ１，Ｆ２）に接続された二つの３ポートサーキュレータを含み、第１のサーキュレータの出力が第２のサーキュレータの入力に接続される請求項５５に記載のシステム。
58. 複数の直列のフィルタを含む請求項５２に記載のシステム。
59. 力を制御するためにフィードバックを行うためのコンポーネントの光学特性または伝送品質を測定する手段（１０４，１０６，１０８）を含む請求項５２乃至５８のいずれかに記載のシステム。

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