JP2010181623A - 光フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発生するリップルの位置を制御することが可能な光フィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造工程それぞれは、位相マスク３０の格子面が光ファイバ７に対向するように位相マスク３０を光ファイバ７の側方に配置させる位相マスク配置工程と、光ファイバ７の長手方向に張力Ｔを印加する張力印加工程と、光源１０から出射された出射光Ｓを位相マスク３０に照射し、照射された出射光Ｓを位相マスク３０により回折させ、回折された出射光Ｓの干渉による干渉縞を光ファイバ７上に形成する干渉縞形成工程と、干渉縞形成工程後に、張力印加工程において光ファイバ７に印加された張力を解放する張力解放工程と、を含み、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂそれぞれには、張力印加工程において、互いに異なる張力が印加される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光フィルタの製造方法に関する。

光伝送システムは、信号光を光ファイバ伝送路に伝搬させることで、大容量の情報を高速に送受信する。海底ケーブル等に使用されるこの光伝送システムでは低コスト化の要求により、通信帯域の広帯域化、ひいては伝送容量の拡大につながる利得等化器等の光フィルタにおける利得が平坦な波長帯域の幅を広げる技術及び中継器間隔の延長化の技術の開発が進められている。中継器間隔を広げるには、光フィルタを構成する光ファイバレグーティング素子が滑らかな透過波形スペクトルを有することが求められる。しかし、光ファイバグレーティング素子における透過波形スペクトルには、従来から、リップルが発生しており、このリップルを抑制するために様々な方法が用いられている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、光感受性物質のゲルマニウムが添加されたコア及びクラッドに位相格子等を介してエキシマレーザからの紫外線を照射し、光ファイバの長手方向に沿って紫外光が照射されたコア及びクラッドの部分の屈折率を上昇させ、複数の高屈折率部が周期的に配列されたグレーティング部を形成する方法が開示されている。

特開２００３−２０２４３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバグレーティングの製造方法では、製造されたグレーティング部においてリップルが再現性よく現れる。それは、位相格子、光ファイバ、レーザコンディション等により発生するリップルは、同一条件であれば同じ位置に発生することに基づくものである。そのため、製造されたグレーティング部を多連結した光フィルタにおいても、同じ波長で再現性のあるリップルが累積されて隣接波長間で損失差が大きくなり、利得等化が困難になる。また、これを用いた光伝送システムにおいても、多波長信号光の伝送品質が悪化してしまう。ここで、このリップルとは、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をいう。

そこで、本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、透過損失波形のリップルを低減することができる光フィルタの製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る光フィルタの製造方法は、光導波路上に第１光ファイバグレーティング素子及び第２光ファイバグレーティング素子を含む光フィルタの製造方法であって、第１光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、第２光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、第１光ファイバグレーティング素子と第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続して光フィルタを製造する工程と、を備え、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程それぞれは、位相マスクの格子面が光ファイバに対向するように位相マスクを光ファイバの側方に配置させる位相マスク配置工程と、光ファイバの長手方向に張力を印加する張力印加工程と、光源から出射された出射光を位相マスクに照射し、照射された出射光を位相マスクにより回折させ、回折された出射光の干渉による干渉縞を光ファイバ上に形成する干渉縞形成工程と、干渉縞形成工程後に、張力印加工程において光ファイバに印加された張力を解放する張力解放工程と、を含み、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子それぞれには、張力印加工程において、互いに異なる張力が印加されることを特徴とする。

本発明に係る光フィルタの製造方法では、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程それぞれが、位相マスクの格子面が光ファイバに対向するように位相マスクを光ファイバの側方に配置させる位相マスク配置工程と、光ファイバの長手方向に張力を印加する張力印加工程と、光源から出射された出射光を位相マスクに照射し、照射された出射光を位相マスクにより回折させ、回折された出射光の干渉による干渉縞を光ファイバ上に形成する干渉縞形成工程と、干渉縞形成工程後に、張力印加工程において光ファイバに印加された張力を解放する張力解放工程と、を含み、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子それぞれには、張力印加工程において、互いに異なる張力が印加される。

そのため、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子において、印加される張力の大きさに依存するリップルの発生波長位置を互いに異なるようにすることができる。また、本発明に係る光フィルタの製造方法は、リップルの発生波長位置が互いに異なる第１光ファイバグレーティング素子と第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続する工程を備える。従って、本発明に係る光フィルタの製造方法によれば、それを構成する光ファイバグレーティング素子のリップルが累積されることを抑制し、これに伴い、光フィルタ全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。

また、位相マスクがチャープマスクであり、干渉縞形成工程において、光ファイバグレーティング素子の透過損失波形が目標波形になるように印加される張力の大きさに応じて、チャープマスク中の出射光が照射される部分を変更することが好適である。これにより、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子において、リップルの発生波長位置を変更しつつ、張力の印加により透過損失波形が波長シフトされることが回避できる。

また、本発明に係る光フィルタの製造方法は、光導波路上に第１光ファイバグレーティング素子及び第２光ファイバグレーティング素子を含む光フィルタの製造方法であって、第１光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、第２光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、第１光ファイバグレーティング素子と第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続して光フィルタを製造する工程と、を備え、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程それぞれは、位相マスクの格子面が光ファイバに対向するように位相マスクを光ファイバの側方に配置させる位相マスク配置工程と、 光源から出射された出射光を位相マスクに照射し、照射された出射光を位相マスクにより回折させ、回折された出射光の干渉による干渉縞を光ファイバ上に形成する干渉縞形成工程と、を備え、干渉縞形成工程において、位相マスク又は光ファイバを光ファイバの長手方向と直交する方向に揺動させることを特徴とする。

リップルを発生させる原因の一つとして、位相マスクの欠陥や異物の付着が考えられる。これは、同じ位相マスクを用いて光ファイバグレーティング素子を製造すると、リップルは同一の波長において発生することに基づく。これらの本発明に係る光フィルタ製造方法では、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程における干渉縞形成工程において、位相マスク又は光ファイバを、光ファイバの長手方向に垂直な方向に揺動させる。これにより、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造において、光ファイバのコア部やクラッド部上に形成される干渉縞の強度パターンを変更させることができ、特定の波長にリップルを発生させる位相マスク上の欠陥部分がグレーティング形成に与える影響を低減させることができる。そのため、第１及び第２の光ファイバグレーティング素子におけるリップルを減少させることができる。また、本発明に係る光フィルタの製造方法は、リップルが減少された第１光ファイバグレーティング素子と第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続する工程を備える。従って、本発明に係る光フィルタの製造方法によれば、光フィルタ全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。

本発明に係る光フィルタの製造方法によれば、光フィルタ全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。

第１実施形態に係る光フィルタの説明図である 第１実施形態の光フィルタの製造工程を説明するための模式図である。 図２において点線で囲まれている部分Ａを詳しく表す図である。 第１実施形態の光フィルタの製造工程を説明するための模式図である。 第１実施形態の光フィルタの製造方法の効果を説明するための図である。 第１実施形態の光フィルタの製造方法の効果を説明するための図である。 第１実施形態の光フィルタの製造方法の効果を説明するための図である。 第１実施形態の光フィルタの製造方法の効果を説明するための図である。 第２実施形態の光フィルタの製造工程を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光フィルタの製造方法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。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光フィルタ１の説明図である。図１に示されているように、光フィルタ１は、信号光路（光導波路）上に縦続接続された光ファイバグレーティング素子（第１光ファイバグレーティング素子）１Ａと光ファイバグレーティング素子（第２光ファイバグレーティング素子）１Ｂを含む。光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂは、光ファイバ７を用いて製造されたものである。光ファイバ７は、長手方向に沿って延びるコア部３と、コア部３内に光を閉じ込めて伝播させるためにコア部３の周囲に長手方向に延びるクラッド部５とを有する。光ファイバ７は、石英ガラスを主成分とするものであって、コア部３にＧｅＯ_２が添加されたものである。ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなるコア部３は、紫外線に対して感光性を有しており、紫外光の照射により屈折率が上昇する。また、それぞれのコア部３には、長手方向に沿って格子間隔（周期）Λが徐々に拡大されているチャープグレーティング、すなわち屈折率変調部９が形成されている。

次に、図２及び図３を参照して、第１実施形態に係る光フィルタ１の製造方法について説明する。図２は光フィルタ１の製造工程を説明するための模式図であり、図３は、図２において点線で囲まれている部分Ａを詳しく表す図である。光フィルタ１は、以下の工程を経て製造される。

（第１光ファイバグレーティング素子の製造工程）
この工程では、光ファイバグレーティング素子１Ａを製造する。まず、光ファイバ７を用意する。次に、位相マスク３０の格子面（位相格子が形成されている面）が光ファイバ７に対向するように位相マスク３０を光ファイバ７の側方に配置する（位相マスク配置工程）。本実施形態の位相マスク３０は、石英ガラス平板の一方に溝状凹凸からなる位相格子がその間隔が位置によって異なるように形成された格子面を有するチャープマスクである。

次に、コア部３に対して、光ファイバ７の長手方向に５０ｇの張力Ｔを印加する（張力印加工程）。この干渉縞形成工程においては、光ファイバグレーティング素子１Ａの透過損失波形が目標波形になるように印加される張力Ｔの大きさに応じて位相マスク３０への出射光Ｓの照射位置が変更される（図４を参照）。

次に、光源１０から出力された出射光Ｓを、ミラー２０を介して位相マスク３０に照射し、位相マスク３０の格子面により照射された出射光Ｓを＋１次回折光Ｓ_λ＋及び−１次回折光Ｓ_λ−に回折させ（図３を参照）、これら＋１次回折光Ｓ_λ＋及び−１次回折光Ｓ_λ−の干渉による干渉縞を光ファイバ７のコア部３上に形成する（干渉縞形成工程）。これにより、光ファイバ７では、この干渉縞の空間的な強度分布に応じてコア部３に屈折率変調（グレーティング）９が生じる。なお、ミラー２０が光ファイバ７の長手方向に沿って移動することによって、一定範囲に亘って屈折率変調が形成される。

その後、張力印加工程においてコア部３に印加された張力Ｔを解放する（張力解放工程）。このような工程を経て、光ファイバグレーティング素子１Ａが完成される。

（第２光ファイバグレーティング素子の製造工程）
この工程では、光ファイバグレーティング素子１Ｂを製造する。光ファイバグレーティング素子１Ｂの製造には、上記の光ファイバグレーティング素子１Ａの製造方法と同様の工程を経て製造される。但し、張力印加工程において、光ファイバグレーティング素子１Ａの製造において印加された張力Ｔと異なる９０ｇの張力Ｔが印加され、これに伴い、干渉縞形成工程においては９０ｇの張力Ｔに応じる位相マスク３０の部分に出射光Ｓが照射される。

（縦続接続する工程）
この工程においては、光ファイバグレーティング素子１Ａと光ファイバグレーティング素子１Ｂとを縦続接続する。これにより、図１に示されている光フィルタ１が完成される。

図５〜図８を用いて、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法の効果についてより詳細に説明する。図５は、張力印加工程においてコア部３に５０ｇ及び９０ｇの張力Ｔがそれぞれ印加された光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂにおける、印加張力の解放前の各透過損失波形ＴＬ（Ｂ）_{Ｔ＝５０ｇ}及びＴＬ（Ｂ）_{Ｔ＝９０ｇ}を示す図である。図５に示すように、張力解放前においては、リップルの発生波長位置は約１５５５ｎｍであり、印加された張力Ｔの大きさに関係なく同一であることが分かる。

図６は、図５の光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂそれぞれにおいて、印加した張力Ｔを解放した後の透過損失波形ＴＬ（Ａ）_{Ｔ＝５０ｇ}及びＴＬ（Ａ）_{Ｔ＝９０ｇ}を示す図である。図６に示すように、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂに印加された張力Ｔを解放すると、それぞれの透過損失波形ＴＬ（Ａ）_{Ｔ＝５０ｇ}及びＴＬ（Ａ）_{Ｔ＝９０ｇ}は予め決定された目標波形となり一致することになるが、リップルの発生波長位置が印加された張力Ｔの大きさに応じて短波長側にシフトすることが分かる。具体的に説明すると、９０ｇの張力Ｔを印加した光ファイバグレーティング素子１Ｂに発生するリップルの発生波長位置が、５０ｇの張力Ｔを印加した光ファイバグレーティング素子１Ａと対比して、短波長側へのシフトが顕著となっている。なお、印加された張力Ｔの大きさ（Ｔ）と張力解放後の波長シフトΔλとは、具体的には以下（式１）の関係にある。
Δλ＝０．０１４×Ｔ ・・・（１）

図７は、本実施形態に係る光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造方法と同様の方法を用い、張力印加工程において、５０ｇ、７０ｇ、８０ｇ及び９０ｇの張力Ｔを印加して製造した光ファイバグレーティング素子の張力解放後におけるリップルの発生波長位置とリップルの大きさ［ｄＢｐ−ｐ］との関係を示す図であり、各光ファイバグレーティング素子それぞれにおける３本の平均値を示している。図中においてＴＬ_{Ｔ＝５０ｇ}，ＴＬ_{Ｔ＝７０ｇ}，ＴＬ_{Ｔ＝８０ｇ}及びＴＬ_{Ｔ＝９０ｇ}はそれぞれ５０ｇ、７０ｇ、８０ｇ及び９０ｇの張力Ｔ製造した光ファイバグレーティング素子の透過損失波形である。図７に示すように、印加される張力Ｔの大きさが大きくなるにつれ、張力Ｔの解放後におけるリップルの発生波長位置が短波長側にシフトしている傾向にあることが分かる。

また、図８は、本実施形態の製造方法を用いて製造された光フィルタ１と、本実施形態の製造方法ではなく一般的な方法で製造された光フィルタ５０とそれぞれにおける連結数と最大累積リップルの大きさ［ｄＢ］との関係を示す図である。図８に示すように、張力Ｔの印加有無に関係なく、程度の差はあるものの連結される光フィルタ１，５０それぞれ中の縦続接続される光ファイバグレーティング素子の数が増加すると両者共にリップルが減衰することが分かる。また、光フィルタ１が、光フィルタ５０と比較して、減衰の程度が大きくなっていることが分かる。従って、本実施形態の製造方法で製造された光フィルタ１を光伝送システムに用いると、光フィルタ１全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。また、これに伴い、利得が平坦な波長帯域の幅を広げることができ、光伝送帯域の広帯域化及び伝送容量の拡大を実現することができる。

本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法では、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造工程それぞれが、位相マスク３０の格子面が光ファイバ７に対向するように位相マスク３０を光ファイバ７の側方に配置させる位相マスク配置工程と、コア部３に対して光ファイバ７の長手方向に張力Ｔを印加する張力印加工程と、光源１０から出射された出射光Ｓを位相マスク３０に照射し、照射された出射光Ｓを位相マスク３０より回折させ、回折された出射光Ｓの干渉による干渉縞をコア部３上に形成する干渉縞形成工程と、干渉縞形成工程後に、張力印加工程においてコア部３に印加された張力Ｔを解放する張力解放工程と、を含み、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂそれぞれには、張力印加工程において、互いに異なる張力Ｔ（５０ｇ及び９０ｇ）が印加される。

そのため、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂにおいて、印加される張力Ｔの大きさに依存するリップルの発生波長位置を互いに異なるものとすることができる。すなわち、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法によれば、印加される張力Ｔにより、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂにおいて生じるリップルの発生波長位置を制御することができる。具体的に説明すると、張力Ｔを印加しない場合における透過損失波形と比べて、印加した張力Ｔに対して、張力Ｔに０．０１４を乗じて得られた分だけ、リップルの発生波長位置を短波長側にシフトさせることができる。

また、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造工程における干渉縞形成工程においては、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの透過損失波形が目標波形になるように印加される張力Ｔの大きさに応じて位相マスク３０の中、出射光が照射される部分を変更する。これにより、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂにおいて、リップルの発生波長位置を変更しつつ、張力Ｔの印加により透過損失波形が波長シフトされることが回避できる。

また、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法は、リップルの発生波長位置が互いに異なる光ファイバグレーティング素子１Ａ及び光ファイバグレーティング素子１Ｂを縦続接続する工程を備える。従って、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法によれば、それを構成する光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの透過損失波形が波長シフトされることを回避しつつ光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂ間のリップルの累積を抑制し、これに伴い、光フィルタ１全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光フィルタ１の製造方法について説明する。図９は、第２実施形態に係る光フィルタ１の製造方法を説明するための説明図である。

第２実施形態に係る光フィルタ１の製造方法は、光フィルタ１を構成する光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造工程において、張力印加工程を備えていない点、これに伴い位相マスク３０の出射光Ｓの照射位置は変更されない点、干渉縞形成工程において光ファイバ７を光ファイバ７の長手方向と直交する方向に揺動させる点において、第１実施形態の光フィルタ１の製造方法と相違する。その他の工程については第１実施形態の方法と同様であるので、説明を省略する。

リップルを発生させる原因の一つとして、位相マスク３０の欠陥P（図９参照）が考えられる。これは、同じ位相マスクを用いて光ファイバグレーティング素子を製造すると、リップルは同一の波長において発生することに基づく。本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法では、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造工程における干渉縞形成工程において、位相マスク３０又は光ファイバ７を光ファイバ７の長手方向と直交する方向に揺動させる。

これにより、光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂの製造において、コア部３上に形成される干渉縞を揺動させることができ、リップルを発生させる位相マスク３０上の欠陥部分Pのグレーティング形成への影響を低減させ、リップルを減少させることができる。また、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法は、リップルが減少された光ファイバグレーティング素子１Ａと光ファイバグレーティング素子１Ｂとを縦続接続する工程を備える。従って、本実施形態に係る光フィルタ１の製造方法によれば、光フィルタ１全体の透過損失波形のリップルを低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、上記実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第２の実施形態の製造方法においては光ファイバ７が揺動されているが、位相マスク３０を揺動させてもよく、或は光ファイバ７及び位相マスク３０を共に揺動させてもよい。また、本実施形態に係る光フィルタ１は、２つの光ファイバグレーティング素子１Ａ，１Ｂからなるが、３つ以上の光ファイバグレーティング素子からなるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、ＧｅＯ_２が添加されている部分がコア部３であり、故にグレーティング９がコア部３に形成される。しかし、ＧｅＯ_２が添加されている部分がクラッド部５であって、グレーティング９がクラッド部５に形成されても良い。また、コア部３及びクラッド部５の何れにもＧｅＯ_２が添加され、コア部３及びクラッド部５それぞれにグレーティング９が形成されても良い。

１…光フィルタ、１Ａ，１Ｂ…光ファイバグレーティング素子、３…コア部、５…クラッド部、７…光ファイバ、９…屈折率変調部、３０…位相マスク、Ｔ…張力。

Claims (3)

1. 光導波路上に第１光ファイバグレーティング素子及び第２光ファイバグレーティング素子を含む光フィルタの製造方法であって、
   前記第１光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、
   前記第２光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、
   前記第１光ファイバグレーティング素子と前記第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続して前記光フィルタを製造する工程と、
   を備え、
   前記第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程それぞれは、
   位相マスクの格子面が光ファイバに対向するように前記位相マスクを前記光ファイバの側方に配置させる位相マスク配置工程と、
   前記光ファイバの長手方向に張力を印加する張力印加工程と、
   光源から出射された出射光を前記位相マスクに照射し、前記照射された前記出射光を前記位相マスクにより回折させ、回折された前記出射光の干渉による干渉縞を前記光ファイバ上に形成する干渉縞形成工程と、
   干渉縞形成工程後に、前記張力印加工程において前記光ファイバに印加された張力を解放する張力解放工程と、
   を含み、
   前記第１及び第２の光ファイバグレーティング素子それぞれには、前記張力印加工程において、互いに異なる張力が印加されることを特徴とする光フィルタの製造方法。
2. 前記位相マスクがチャープマスクであり、
   前記干渉縞形成工程において、前記光ファイバグレーティング素子の透過損失波形が目標波形になるように印加される前記張力の大きさに応じて、前記チャープマスク中の前記出射光が照射される部分を変更することを特徴とする請求項１に記載の光フィルタの製造方法。
3. 光導波路上に第１光ファイバグレーティング素子及び第２光ファイバグレーティング素子を含む光フィルタの製造方法であって、
   前記第１光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、
   前記第２光ファイバグレーティング素子を製造する工程と、
   前記第１光ファイバグレーティング素子と前記第２光ファイバグレーティング素子とを縦続接続して前記光フィルタを製造する工程と、
   を備え、
   前記第１及び第２の光ファイバグレーティング素子の製造工程それぞれは、
   位相マスクの格子面が光ファイバに対向するように前記位相マスクを前記光ファイバの側方に配置させる位相マスク配置工程と、
   光源から出射された出射光を前記位相マスクに照射し、前記照射された前記出射光を前記位相マスクにより回折させ、前記回折された前記出射光の干渉による干渉縞を前記光ファイバ上に形成する干渉縞形成工程と、
   を備え、
   前記干渉縞形成工程において、前記位相マスク又は前記光ファイバを前記光ファイバの長手方向と直交する方向に揺動させることを特徴とする光フィルタの製造方法。

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