JP2017198847A - 光ファイバグレーティングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学特性の異なるチャープグレーティングを効率的に形成することが可能な光ファイバグレーティングの製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧが形成されてなる光ファイバグレーティングの製造方法であって、光ファイバＦＢの被覆ＣＶにレーザ光（サブビームＬＢ１）を照射し、被覆ＣＶに照射されるレーザ光によって被覆ＣＶを発熱させて光ファイバＦＢを線膨張させつつ、被覆ＣＶを透過したレーザ光によって光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧを形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、光ファイバグレーティングの製造方法に関する。

光ファイバグレーティングは、光ファイバのコアに周期的な屈折率変化（グレーティング）を形成したものであり、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバブラッググレーティング）とも呼ばれる。このような光ファイバグレーティングは、グレーティングの周期に応じた波長（ブラッグ波長）の光のみを反射するという特性を有しており、センシング分野、加工分野、通信分野、その他の様々な分野で広く用いられている。

光ファイバグレーティングには、その光学特性に応じて種々のグレーティングが形成される。例えば、単一のブラッグ波長を有する光ファイバレーティングには、一定の周期を有するグレーティングが形成される。また、異なるブラッグ波長を有する光ファイバグレーティングには、例えば周期が連続的に変化するグレーティング（チャープグレーティング）が形成される。尚、上述したセンシング分野では、チャープグレーティングが形成された光ファイバグレーティングが用いられることが多い。

上述のチャープグレーティングは、例えば周期が連続的に変化する位相マスク（チャープ位相マスク）を用いた位相マスク法によって、或いは以下の特許文献１に開示された方法によって形成される。以下の特許文献１には、光ファイバに対するレーザ光の照射部位に金属等の抵抗体をコンタクトさせ、抵抗体に電圧を印加して発熱させて光ファイバの長手方向に熱勾配を形成し、局長的な発熱量に応じて光ファイバを線膨張させることでチャープグレーティングを形成する方法が開示されている。尚、以下の特許文献２には、紫外線照射によって生ずる被覆の発熱を抑制することで、被覆の発熱による悪影響を防止する方法が開示されている。

米国特許第６２７５６２９号明細書 特許第３９７５２１７号公報

ところで、近年においては、上述したチャープグレーティングが形成された光ファイバグレーティングについて多種多様のものが要求されている。例えば、上述のセンシング分野では、数メートル程度或いはそれ以上の長さを有する長尺のものが要求されており、しかもチャープグレーティングの光学特性が波長可変光源の波長掃引幅に適したものであることが要求されている。

いま、波長可変光源の波長掃引幅をΔλｓとし、センサ長（チャープグレーティングの長さと同義）をＬｓとする。波長可変光源の波長掃引幅Δλｓを、チャープグレーティングのブラッグ波長の幅に一致させるとすると、波長チャープ率α（チャープグレーティングの単位長さ当たりのブラッグ波長の変化）は、以下の式で示される値に設定される。
α＝Δλｓ／Ｌｓ

上式から分かる通り、波長可変光源の波長掃引幅Δλｓが一定である場合には、センサ長Ｌｓが長いときには波長チャープ率αを小さく設定する必要がある一方で、センサ長Ｌｓが短いときには波長チャープ率αを大きく設定する必要がある。つまり、波長可変光源の波長掃引幅Δλｓが予め規定されている場合には、センサ長Ｌｓに応じた波長チャープ率αが設定された光ファイバグレーティングを用意する必要がある。

これに対し、センサ長Ｌｓが一定である場合には、波長可変光源の波長掃引幅Δλｓが大いときには波長チャープ率αを大きく設定する必要がある一方で、波長可変光源の波長掃引幅Δλｓが小さいときには波長チャープ率αを小さく設定する必要がある。つまり、センサ長Ｌｓが予め規定されている場合には、波長可変光源の波長掃引幅Δλｓに応じた波長チャープ率αが設定された光ファイバグレーティングを用意する必要がある。このように、センシング分野で用いられる光ファイバグレーティングの波長チャープ率αは、センサ長Ｌｓ及び波長掃引幅Δλｓに応じて様々な値に設定される。

このような光ファイバグレーティングを前述した位相マスク法によって作成する場合には、波長チャープ率αが異なるチャープグレーティングを形成することが可能なチャープ位相マスクを予め複数用意しておき、形成すべきチャープグレーティングの波長チャープ率αに応じてチャープ位相マスクを使い分ける必要がある。しかも、長尺のチャープグレーティングを形成するには、チャープグレーティングの長さに応じた複数のチャープ位相マスクを用意する必要がある。このため、チャープ位相マスクのコストが飛躍的に増大するとともに、チャープグレーティングを形成する効率が悪いという問題がある。

ここで、上述した特許文献１に開示された方法によってチャープグレーティングを形成すれば、チャープ位相マスクのコスト増大を抑えることは可能である。しかしながら、上述した特許文献１に開示された方法では、光ファイバに対して金属等の抵抗体をコンタクト（例えば、蒸着）させる必要があるため、例えば長尺のチャープグレーティングを形成するには長時間を要し、光ファイバグレーティングを形成する効率が著しく悪くなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光学特性の異なるチャープグレーティングを効率的に形成することが可能な光ファイバグレーティングの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、光ファイバ（ＦＢ）のコア（Ｃ）にグレーティング（Ｇ）が形成されてなる光ファイバグレーティングの製造方法であって、前記光ファイバの被覆（ＣＶ）にレーザ光（ＬＢ１）を照射し、前記被覆に照射される前記レーザ光によって前記被覆を発熱させて前記光ファイバを線膨張させつつ、前記被覆を透過した前記レーザ光によって前記光ファイバのコアにグレーティングを形成するグレーティング形成ステップ（Ｓ１２）を有する。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記グレーティング形成ステップが行われる度に、前記光ファイバに付与する張力を調整する張力調整ステップ（Ｓ１１）を有する。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記グレーティング形成ステップが行われる度に、前記光ファイバを前記光ファイバの搬送方向に所定の長さだけ搬送する搬送ステップ（Ｓ１３）を有する。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記レーザ光に対する前記光ファイバの被覆の透過率が、１０〜８０％である。
或いは、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記レーザ光に対する前記光ファイバの被覆の透過率が、１０〜５０％である。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記グレーティング形成ステップが、前記レーザ光を前記光ファイバの長手方向に沿う方向（Ｄ２）に走査しながら前記光ファイバの被覆に照射するステップである。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、走査開始時から終了後に至るまで、前記レーザ光の照射箇所の温度は徐々に上昇していく。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記光ファイバの被覆に対する前記レーザ光の照射を、前記レーザ光の強度を変化させながら行う。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記光ファイバの被覆に対する前記レーザ光の照射を、前記レーザ光の走査速度を変化させながら行う。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記張力調整ステップが、前記光ファイバに付与する張力を、前記光ファイバに形成されたグレーティングのブラッグ波長と前記光ファイバに形成されるグレーティングのブラッグ波長とが連続になるように調整するステップである。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、前記搬送ステップが、前記光ファイバを、前記光ファイバに形成されたグレーティングと前記光ファイバに形成されるグレーティングとが連続になるように搬送するステップである。

本発明によれば、光ファイバの被覆にレーザ光を照射し、被覆に照射されるレーザ光によって被覆を発熱させて光ファイバを線膨張させつつ、被覆を透過したレーザ光によって光ファイバのコアにグレーティングを形成するようにしている。光ファイバに照射するレーザ光の強度を変えるだけで、被覆の発熱により主ずる光ファイバの線膨張の量を変えることができるため、光学特性の異なるチャープグレーティングを効率的に形成することが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態における光ファイバグレーティングの製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態で用いられる光ファイバの断面図である。 本発明の一実施形態において、位相マスクを用いてグレーティングを形成する原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光ファイバグレーティングの製造方法の一例を示すフローチャートである。 光ファイバグレーティングの製造時におけるファイバグレーティングの製造装置の状態を示す図である。 光ファイバに照射されるレーザ光の強度と波長チャープ率との関係を示す図である。 実際に製造した光ファイバグレーティングの特性の一例を示す図である。 光ファイバの被覆の透過率を変化させたときの露光パワー損失及び波長チャープ率の変化を示す図である。 本発明の一実施形態により形成することが可能なグレーティングの他の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一施形態による光ファイバグレーティングの製造方法について詳細に説明する。

〈光ファイバグレーティングの製造装置〉
図１は、本発明の一実施形態における光ファイバグレーティングの製造装置の概略構成を示す図である。図１に示す通り、光ファイバグレーティングの製造装置１は、スプール１１、ガイドローラ１２、ガイドローラ１３、スプール１４、位相マスク１５、及び照射ユニット１６を備えており、図１中の搬送方向Ｄ１に光ファイバＦＢを間欠的に搬送しつつ、光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧ（図３参照）を形成する。本実施形態において、光ファイバＦＢのコアＣに形成されるグレーティングＧは、周期が連続的に変化するチャープグレーティングである。

図２は、本発明の一実施形態で用いられる光ファイバの断面図である。図２に示す通り、光ファイバＦＢは、円柱状のコアＣ、コアＣの外側面を覆う円筒状のクラッドＣＬ、及びクラッドＣＬの外側面を覆う円筒状の被覆ＣＶを有するシングルコアファイバである。コアＣは、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を含む石英ガラスによって形成されており、クラッドＣＬは石英ガラスによって形成されている。被覆ＣＶは、アクリル、紫外光透過シリコーン、ポリイミド等によって形成されている。尚、詳細は後述するが、光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧをチャープグレーティングにするために、被覆ＣＶは、照射ユニット１６から射出されるレーザ光ＬＢに対する透過率が１０〜８０％程度、或いは１０〜５０％程度とされている。

スプール１１は、ガイドローラ１２よりも上流側（光ファイバＦＢの搬送方向Ｄ１における上流側）に配置されており、不図示の制御装置の制御の下で、グレーティングＧが形成されていない光ファイバＦＢの搬送方向Ｄ１への送り出しを行う。例えば、スプール１１は、不図示の制御装置によって指示された回転量だけ回転して、グレーティングＧが形成されていない光ファイバＦＢを一定の長さだけ間欠的に送り出す。

また、スプール１１は、不図示の制御装置の制御の下で、位相マスク１５の上流側において光ファイバＦＢに付与する張力を調整する。スプール１１が、光ファイバＦＢに付与する張力を調整するのは、光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧのブラッグ波長を調整するためである。例えば、スプール１１は、光ファイバＦＢに形成されたグレーティングＧのブラッグ波長と、次に光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧのブラッグ波長とが連続になるように、或いは不連続になるように光ファイバＦＢに付与する張力を調整する。

ガイドローラ１２は、スプール１１よりも下流側（光ファイバＦＢの搬送方向Ｄ１における下流側）であって位相マスク１５よりも上流側に配置され、位相マスク１５の上流側において、搬送方向Ｄ１に搬送される光ファイバＦＢをガイドする。ガイドローラ１３は、位相マスク１５よりも下流側であってスプール１４よりも上流側に配置され、位相マスク１５の下流側において、搬送方向Ｄ１に搬送される光ファイバＦＢをガイドする。

スプール１４は、ガイドローラ１３よりも下流側に配置されており、不図示の制御装置の制御の下で、グレーティングＧが形成された光ファイバＦＢの巻き取りを行う。例えば、スプール１４は、不図示の制御装置によって指示された回転量だけ回転して、グレーティングＧが形成された光ファイバＦＢを一定の長さだけ間欠的に巻き取る。尚、スプール１４は、スプール１１と連動して動作する。

また、スプール１４は、不図示の制御装置の制御の下で、位相マスク１５の下流側において光ファイバＦＢに付与する張力を調整する。スプール１４が、光ファイバＦＢに付与する張力を調整するのは、スプール１１と同様に、光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧのブラッグ波長を調整するためである。例えば、スプール１４は、光ファイバＦＢに形成されたグレーティングＧのブラッグ波長と、次に光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧのブラッグ波長とが連続になるように、或いは不連続になるように光ファイバＦＢに付与する張力を調整する。

位相マスク１５は、ガイドローラ１２とガイドローラ１３との間において、搬送方向Ｄ１に搬送される光ファイバＦＢの側方（図１に示す例では、光ファイバＦＢの上方）に配置されており、光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧを形成するために設けられるものである。この位相マスク１５は、チャープ位相マスク（周期が連続的に変化する位相マスク）ではなく、周期が一定である位相マスクである。

図３は、本発明の一実施形態において、位相マスクを用いてグレーティングを形成する原理を説明するための図である。図３に示す通り、位相マスク１５には、照射ユニット１６から射出される紫外領域のレーザ光ＬＢが照射される。これにより、＋１次回折光及び−１次回折光であるサブビームＬＢ１が生じ、これらサブビームＬＢ１の干渉光が光ファイバＦＢのコアＣに照射されることで、光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧが形成される。尚、照射ユニット１６から射出されるレーザ光ＬＢは、位相マスク１５の上面全体に一度に照射される訳ではなく、位相マスク１５の上面の一部に照射されて、光ファイバＦＢの長手方向に沿う走査方向Ｄ２（図１参照）に走査されることによって、位相マスク１５の上面全体に照射される。

位相マスク１５の上面にレーザ光ＬＢが部分的に照射されることで、位相マスク１５で生じたサブビームＬＢ１も光ファイバＦＢの被覆ＣＶに部分的に照射され、光ファイバＦＢの被覆ＣＶは部分的に発熱して光ファイバＦＢが長手方向に線膨張する。レーザ光ＬＢが走査方向Ｄ２に走査されることで、線膨張した光ファイバＦＢが更に線膨張するという動作が連続して繰り返され、これにより光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧはチャープグレーティングになる。このように、本実施形態では、被覆ＣＶの発熱によって生ずる光ファイバＦＢの線膨張を積極的に利用することでチャープグレーティングを形成するようにしている。

照射ユニット１６は、位相マスク１５の上方に配置されており、不図示の制御装置の制御の下で、位相マスク１５に照射されるレーザ光ＬＢを射出する。この照射ユニット１６から射出されるレーザ光ＬＢとしては、例えばエキシマレーザから射出される波長２４０〜３６０［ｎｍ］程度のレーザ光を用いることができる。この照射ユニット１６は、図１に示す通り、走査方向Ｄ２に往復移動可能に構成されており、グレーティングＧを生成する際には、不図示の制御装置の制御の下で、走査方向Ｄ２の何れか一方の方向（紙面右側から紙面左側、或いは紙面左側から紙面右側）に走査される。

ここで、照射ユニット１６は、光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧの光学特性に応じて、一定の速度で走査方向Ｄ２に走査されても良く、或いは走査速度を変化させながら走査方向Ｄ２に走査されても良い。更に、照射ユニット１６は、射出するレーザ光ＬＢの強度を変化させながら、走査方向Ｄ２に走査されても良い。尚、上述したエキシマレーザ等の光源装置は、照射ユニット１６内に設けられていても良く、照射ユニット１６とは別に設けられていても良い。

〈光ファイバグレーティングの製造方法〉
図４は、本発明の一実施形態による光ファイバグレーティングの製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図５は、光ファイバグレーティングの製造時におけるファイバグレーティングの製造装置の状態を示す図である。図４に示すフローチャートの処理は、光ファイバグレーティングの製造開始によって開始され、光ファイバグレーティングの製造が終了するまで繰り返し実行される。尚、以下では、理解を容易にするために、光ファイバＦＢの長手方向に沿って、ブラッグ波長が連続的に変化するグレーティングＧを隙間なく（切れ目なく）形成する場合を例に挙げて説明する。

光ファイバグレーティングの製造が開始されると、まずファイバグレーティングの製造装置１に設けられた不図示の制御装置によってスプール１１，１４が制御され、光ファイバＦＢに付与する張力を調整する工程が行われる（ステップＳ１１：張力調整ステップ）。ここでは、説明を簡単にするために、予め設定された張力の初期値を光ファイバＦＢに付与する処理が行われるものとする。

次に、位相マスク１５にレーザ光ＬＢを照射して、光ファイバＦＢの被覆を発熱させて光ファイバＦＢを線膨張させつつ、光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧを形成する工程が行われる（ステップＳ１２：グレーティング形成ステップ）。具体的には、ファイバグレーティングの製造装置１に設けられた不図示の制御装置によって照射ユニット１６が制御され、図５（ａ）に示す通り、照射ユニット１６の走査方向Ｄ２への走査（紙面右側から紙面左側への一定速度での走査）が行われながら、照射ユニット１６からのレーザ光ＬＢの照射（一定強度のレーザ光ＬＢの照射）が行われる。

ここで、走査開始時から終了後に至るまで、レーザ光ＬＢの照射箇所の温度は徐々に（累積的に）上昇していく。つまり、光ファイバＦＢのある位置にレーザ光ＬＢが照射されると、その位置の温度が上昇するのは勿論のこと、その位置の周囲部分の温度も上昇する。照射ユニット１６の走査によって、レーザ光ＬＢがその周囲部分に照射されると、照射されるレーザ光ＬＢの光量が同じであっても、その周辺部分は先に温度が上昇していることから、その分だけ温度が高くなる。このような動作が連続的に行われて、レーザ光ＬＢの照射箇所の温度は徐々に（累積的に）上昇していく。

位相マスク１５の上面にレーザ光ＬＢが照射されると、＋１次回折光及び−１次回折光であるサブビームＬＢ１が生じ（図３参照）、これらサブビームＬＢ１は、光ファイバＦＢの被覆ＣＶに照射される。尚、レーザ光ＬＢは、位相マスク１５の上面全体ではなく一部に照射されるため、位相マスク１５で生じたサブビームＬＢ１も光ファイバＦＢの被覆ＣＶの一部に照射される。

光ファイバＦＢの被覆ＣＶに照射されたサブビームＬＢ１のうち、一部のサブビームＬＢ１は光ファイバＦＢの被覆ＣＶで吸収され、残りのサブビームＬＢ１は光ファイバＦＢの被覆ＣＶを透過する。光ファイバＦＢの被覆ＣＶを透過したサブビームＬＢ１の干渉光が光ファイバＦＢのコアＣに照射されることで、光ファイバＦＢのコアＣにはグレーティングＧが形成される。

このとき、サブビームＬＢ１の一部が光ファイバＦＢの被覆ＣＶで吸収されることで、光ファイバＦＢの被覆ＣＶは部分的に発熱して光ファイバＦＢは長手方向に線膨張する。レーザ光ＬＢが走査方向Ｄ２に走査されることで、線膨張した光ファイバＦＢが更に線膨張するという動作が連続して繰り返される。これにより、光ファイバＦＢに形成されるグレーティングＧはチャープグレーティングになる。

照射ユニット１６の１回の走査が完了すると、ファイバグレーティングの製造装置１に設けられた不図示の制御装置によってスプール１１，１４が制御され、図５（ｂ）に示す通り、搬送方向Ｄ１に光ファイバＦＢを一定の長さだけ搬送する工程が行われる（ステップＳ１３：搬送ステップ）。尚、グレーティングＧを隙間なく形成する場合に、光ファイバＦＢが搬送方向Ｄ１に搬送される長さは、搬送方向Ｄ１における位相マスク１５の長さ（例えば、数十〜百［ｍｍ］程度）である。

以上の処理が終了すると、ファイバグレーティングの製造装置１に設けられた不図示の制御装置によって照射ユニット１６が制御され、照射ユニット１６を原点復帰させる工程が行われる（ステップＳ１４）。具体的には、照射ユニット１６を走査方向Ｄ２（紙面左側から紙面右側への方向）に移動させ、位相マスク１５に対するレーザ光ＬＢの照射を行うための準備位置（原点）に配置する処理が行われる。尚、ここでは理解を容易にするために、光ファイバＦＢを搬送する工程（ステップＳ１３）の後に、照射ユニット１６を原点復帰させる工程（ステップＳ１４）が行われるとしているが、光ファイバグレーティングの製造効率を高めるために、ステップＳ１３，Ｓ１４を同時に行っても良い。

以上説明した一連の工程が終了した後に、光ファイバグレーティングの製造が終了していない場合には、再び以上説明した一連の工程が行われる。つまり、ファイバグレーティングの製造装置１に設けられた不図示の制御装置によってスプール１１，１４が制御され、光ファイバＦＢに付与する張力を調整する工程が行われる（ステップＳ１１）。ここでは、ブラッグ波長が連続的に変化するグレーティングＧを隙間なく（切れ目なく）形成する場合を考えているため、光ファイバＦＢに既に形成されたグレーティングのブラッグ波長と光ファイバＦＢにこれから形成されるグレーティングのブラッグ波長とが連続になるように、光ファイバＦＢに付与する張力が調整される。

次に、位相マスク１５にレーザ光ＬＢを照射して、光ファイバＦＢの被覆を発熱させて光ファイバＦＢを線膨張させつつ、光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧを形成する工程が行われる（ステップＳ１２）。尚、今回新たに形成されるグレーティングＧは、前回形成されたグレーティングＧとは周期が異なるものであるが、このようなグレーティングＧは、光ファイバＦＢに付与する張力を調整することで形成される。このため、今回のレーザ光ＬＢの走査は、レーザ光ＬＢの強度が前回と同じ強度にされ、且つレーザ光ＬＢの走査速度が前回と同じ走査速度にされて行われる。

以上の走査が完了すると、光ファイバＦＢを搬送方向Ｄ１に一定の長さだけ搬送する工程（ステップＳ１３）、及び照射ユニット１６を原点復帰させる工程（ステップＳ１４）が行われる。尚、光ファイバグレーティングの製造が終了していない場合には、再び以上説明した一連の工程が行われる。このように、上述した一連の工程が繰り返されることで、光ファイバＦＢの長手方向に沿って、ブラッグ波長が連続的に変化するグレーティングＧを隙間なく（切れ目なく）形成することができる。

本出願の発明者は、上述した光ファイバグレーティングの製造方法を用いて実際に光ファイバグレーティングを製造し、その特性を評価した。図６は、光ファイバに照射されるレーザ光の強度と波長チャープ率（チャープグレーティングの単位長さ当たりのブラッグ波長の変化）との関係を示す図である。光ファイバの被覆の発熱による効果を評価するために、上述した実施形態の製造方法を、被覆が形成されている光ファイバと被覆を除去した光ファイバとに適用した。図６に示すグラフにおいて、「被覆上照射」と示されているものが、被覆が形成されている光ファイバについてのものであり、「被覆無」と示されているものが、被覆を除去した光ファイバについてのものである。

尚、グレーティングの形成に用いた光ファイバは、図２に示す構造のシングルコアファイバである。具体的には、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む石英ガラスによって形成された円柱状のコア、石英ガラスによって形成された円筒形状のクラッド、及びアクリルによって形成された円筒状の被覆を有する光ファイバである。グレーティングの形成に用いられるレーザ光に対する被覆の透過率は４０％程度である。このような光ファイバを、被覆をつけたまま使用し、或いは被覆を除去して使用した。

図６を参照すると、被覆を除去した光ファイバ（「無被覆」）及び被覆が形成されている光ファイバ（「被覆上照射」）の何れも、照射されるレーザ光の強度が一定以上であれば、波長チャープ率が０よりも大きくなっていることから、形成されたグレーティングＧがチャープグレーティングになっていることが分かる。また、上記の何れの光ファイバであっても、照射されるレーザ光の強度にほぼ比例して波長チャープ率が大きくなることが分かる。

ここで、被覆を除去した光ファイバでは、コア及びクラッドを形成するガラス素線が露光によって発熱して線膨張が引き起こされることによって、チャーピングが形成されている。しかしながら、ガラス素線の線膨張係数は１０^−６［１／Ｋ］程度と小さく、しかもガラス素線のレーザ光に対する透過率も高いため、図６に示す通り、波長チャープ率は、最大でも２０［ｐｍ／１００ｍｍ］程度であり、多種多様のチャープグレーティングを形成するには不十分であると考えられる。

これに対し、被覆が形成された光ファイバでは、被覆のレーザ光に対する透過率が低く、レーザ光の照射によって被覆には大きな発熱が生ずるため、光ファイバを長手方向に大きく線膨張させることができる。このため、レーザ光の強度を変化させれば、図６に示す通り、波長チャープ率を、０〜１５０［ｐｍ／１００ｍｍ］程度の広い範囲で変化させることができる。このように、被覆が形成された光ファイバに対して上述した実施形態の製造方法を適用することで、多種多様のチャープグレーティングを形成することが可能になると考えられる。

図７は、実際に製造した光ファイバグレーティングの特性の一例を示す図である。尚、図７に示すグラフでは、横軸に光ファイバグレーティングの長さ（位置）をとり、縦軸に波長（ブラッグ波長）をとってある。図７に示す特性を有する光ファイバグレーティングは、光ファイバの搬送方向における長さが１００［ｍｍ］である一定の周期を有する位相マスクを用い、図４に示す一連の工程を１６回繰り返すことによって製造されたものである。ここで、光ファイバに照射されるレーザ光の強度は、グレーティングの波長チャープ率が６５［ｐｍ／１００ｍｍ］となるように設定されている。これは、予め設定された波長可変光源の波長掃引幅（１［ｎｍ］）を考慮したものである。

図７に示す通り、実際に製造された光ファイバグレーティングには、長さ１．５５［ｍ］に亘って、ほぼ隙間なくグレーティングが形成されていることが分かる。また、光ファイバグレーティングに形成されたグレーティングのブラッグ波長は、概ね連続して線形的に変化しており、全長に亘って波長可変光源の波長掃引幅と同じ１［ｎｍ］だけ変化しているのが分かる。このように、前述した実施形態の製造方法を用いることにより、グレーティングの長さ及び波長可変光源の波長掃引幅に適した波長チャープ率を有するグレーティングを形成することができる。尚、グレーティングの波長チャープ率は、光ファイバに照射するレーザ光の強度を変えるだけで、自在に変化させることが可能である。

図８は、光ファイバの被覆の透過率を変化させたときの露光パワー損失及び波長チャープ率の変化を示す図である。尚、図８に示すグラフでは、横軸に被覆透過率をとり、縦軸に露光パワー損失或いは波長チャープ率をとってある。ここで、光ファイバに照射するレーザ光の強度は一定に固定している。具体的には、図６に示す規格化露光強度「１」に設定している。

図８を参照すると、露光パワー損失（被覆透過率から算出されるレーザ光のパワー損失）は、被覆透過率が高くなる（１００％に近づく）と徐々に低下し、被覆透過率が低くなる（０％に近づく）と徐々に上昇する変化を示すことが分かる。例えば、被覆透過率が１００％である場合には０［ｄＢ］になり、被覆透過率が１０％である場合には１０［ｄＢ］になる。また、波長チャープ率は、被覆透過率の変化に対して線形的に変化することが分かる。これは、光ファイバの被覆の発熱量と光ファイバの線膨張の量とは線形の関係があるためである。

ここで、図８を参照すると、被覆透過率が１０％を下回ると、露光パワー損失が急激に増大することが分かる。このように露光パワー損失が増大すると、光ファイバの被覆を透過するレーザ光の光量が著しく低下するため、例えばグレーティングの形成に時間を要する等の支障が生ずる。このため、光ファイバの被覆の透過率は１０％以上にするのが望ましい。

また、図８を参照すると、被覆透過率が８０％以上である場合には、波長チャープ率が５０［ｐｍ／１００ｍｍ］を下回ることが分かる。このように、波長チャープ率が小さくなると、波長チャープ率を変化させることができる範囲が狭まり、多種多様のチャープグレーティングを形成することが困難になると考えられる。このため、光ファイバの被覆の透過率は８０％以下にするのが望ましい。或いは、光ファイバの被覆の透過率は５０％以下にするのが好ましい。光ファイバの被覆の透過率が５０％以下である場合には、８０［ｐｍ／１００ｍｍ］以上の高い波長チャープ率が達成されるためである。

尚、以上説明した実施形態では、ブラッグ波長が連続的に変化するグレーティングＧを隙間なく（切れ目なく）形成する場合を例に挙げて説明したが、例えば図９に示す特性を有するグレーティングを形成することも可能である。図９は、本発明の一実施形態により形成することが可能なグレーティングの他の例を示す図である。図９（ａ）に示すグレーティングは、ブラッグ波長（反射波長）が所々不連続であり、全長に亘ってブラッグ波長が重ならないようにされたものである。図９（ｂ）に示すグレーティングは、ブラッグ波長が所々不連続であり、ブラッグ波長が重なる箇所が複数（図９（ｂ）に示す例では３箇所）設けられたものである。

尚、図９（ａ）に示すグレーティングは、ブラッグが連続的に変化している部分では、光ファイバの長さ方向に進むにつれて（紙面右方向に進むにつれて）、ブラッグ波長が短波長側に変化している。これに対し、図９（ｂ）に示すグレーティングは、ブラッグが連続的に変化している部分では、光ファイバの長さ方向に進むにつれて（紙面右方向に進むにつれて）、ブラッグ波長が長波長側に変化している。図９（ａ）に示すグレーティング及び図９（ｂ）に示すグレーティングは、光ファイバＦＢの走査方向を変えることで形成することができる。

以上説明した通り、本実施形態では、光ファイバＦＢの被覆ＣＶにレーザ光（サブビームＬＢ１）を照射し、被覆ＣＶに照射されるサブビームＬＢ１によって被覆ＣＶを発熱させて光ファイバＦＢを線膨張させつつ、被覆ＣＶを透過したサブビームＬＢ１によって光ファイバＦＢのコアＣにグレーティングＧを形成するようにしている。このため、極めて容易に、グレーティングＧをチャープグレーティングとすることができる。また、照射ユニット１６から射出されるレーザ光ＬＢの強度を変化させ、或いは照射ユニット１６の走査速度を変化させるだけで、チャープグレーティングのチャープ率を自在に変えることができる。このため、光学特性の異なるチャープグレーティングを効率的に形成することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、光ファイバＦＢは、複数のコアを有するマルチコアファイバであっても良い。また、光ファイバＦＢは、シングルクラッドファイバであっても良く、ダブルクラッドファイバであっても良い。シングルクラッドファイバは、コアの外側面を覆う円筒状のクラッドが１つである光ファイバであり、ダブルクラッドファイバは、コアの外側面を覆う円筒状のクラッド（インナークラッド）と、インナークラッドの外側面を覆う円筒状のクラッド（アウタークラッド）とを有する光ファイバである。

また、上記実施形態では、位相マスク１５を用いて位相マスク法によりグレーティングＧを形成する光ファイバグレーティングの製造方法について説明した。しかしながら、本発明は、位相マスク法によりグレーティングＧを形成する光ファイバグレーティングの製造方法に限定される訳ではなく、他の方法（例えば、２光束干渉法）によりグレーティングＧを形成する光ファイバグレーティングの製造方法に適用可能である。

Ｃ…コア、ＣＶ…被覆、ＦＢ…光ファイバ、Ｇ…グレーティング、ＬＢ１…サブビーム

Claims (11)

1. 光ファイバのコアにグレーティングが形成されてなる光ファイバグレーティングの製造方法であって、
   前記光ファイバの被覆にレーザ光を照射し、前記被覆に照射される前記レーザ光によって前記被覆を発熱させて前記光ファイバを線膨張させつつ、前記被覆を透過した前記レーザ光によって前記光ファイバのコアにグレーティングを形成するグレーティング形成ステップを有する光ファイバグレーティングの製造方法。
2. 前記グレーティング形成ステップが行われる度に、前記光ファイバに付与する張力を調整する張力調整ステップを有する請求項１記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
3. 前記グレーティング形成ステップが行われる度に、前記光ファイバを前記光ファイバの搬送方向に所定の長さだけ搬送する搬送ステップを有する請求項１又は請求項２記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
4. 前記レーザ光に対する前記光ファイバの被覆の透過率は、１０〜８０％である請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
5. 前記レーザ光に対する前記光ファイバの被覆の透過率は、１０〜５０％である請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
6. 前記グレーティング形成ステップは、前記レーザ光を前記光ファイバの長手方向に沿う方向に走査しながら前記光ファイバの被覆に照射するステップである、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
7. 走査開始時から終了後に至るまで、前記レーザ光の照射箇所の温度は徐々に上昇していく、請求項６記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
8. 前記光ファイバの被覆に対する前記レーザ光の照射を、前記レーザ光の強度を変化させながら行う、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
9. 前記光ファイバの被覆に対する前記レーザ光の照射を、前記レーザ光の走査速度を変化させながら行う、請求項７又は請求項８記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
10. 前記張力調整ステップは、前記光ファイバに付与する張力を、前記光ファイバに形成されたグレーティングのブラッグ波長と前記光ファイバに形成されるグレーティングのブラッグ波長とが連続になるように調整するステップである、請求項２記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
11. 前記搬送ステップは、前記光ファイバを、前記光ファイバに形成されたグレーティングと前記光ファイバに形成されるグレーティングとが連続になるように搬送するステップである、請求項３記載の光ファイバグレーティングの製造方法。

Images