JP3011308B2 - 感光性を増大した光ファイバの製造法 - Google Patents
感光性を増大した光ファイバの製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路およびその製
造法に関し、より詳細には、感光性の弱い導波路の感光
性を増大した光導波路とその製造法に関する。
造法に関し、より詳細には、感光性の弱い導波路の感光
性を増大した光導波路とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】光導
波路は、永久的な、光により誘起される屈折率変化とし
て表される大きな感光性を示すことができる。光ファイ
バにおける上記の現象が初期の実験で明らかにされ、１
９８４年１０月２日に発行された米国特許第４，４７
４，４２７号に、発明者Ｋ．Ｏ．ヒルにより記載されて
いる。この現象は、最近は、たとえば石英基板上の石英
（silica-on-silica）やシリコン基板上の石英（silica
-on-Si）などの面状導波路などの面状ガラス構造におい
ても検出されている。この大きな感光性は、光導波路中
に逆反射（retroreflecting）ブラッググレーティン
グ、モード変換器グレーティングおよび揺動(rocking)
回転器を作るために利用できる。そのような装置を製造
するために、永久的な、空間的に周期的な屈折率変調
が、光導波路の感光性コアの長手方向に光を用いて作成
される。
波路は、永久的な、光により誘起される屈折率変化とし
て表される大きな感光性を示すことができる。光ファイ
バにおける上記の現象が初期の実験で明らかにされ、１
９８４年１０月２日に発行された米国特許第４，４７
４，４２７号に、発明者Ｋ．Ｏ．ヒルにより記載されて
いる。この現象は、最近は、たとえば石英基板上の石英
（silica-on-silica）やシリコン基板上の石英（silica
-on-Si）などの面状導波路などの面状ガラス構造におい
ても検出されている。この大きな感光性は、光導波路中
に逆反射（retroreflecting）ブラッググレーティン
グ、モード変換器グレーティングおよび揺動(rocking)
回転器を作るために利用できる。そのような装置を製造
するために、永久的な、空間的に周期的な屈折率変調
が、光導波路の感光性コアの長手方向に光を用いて作成
される。
【０００３】そのようなブラッググレーティングの製造
法は、Ｋ．Ｏ．ヒル、Ｍ．マロ、Ｆ．ビロデューおよび
Ｄ．ジョンソンにより発明され１９９２年１０月２９日
に出願された米国特許出願第９６９，７７４号（シリカ
ガラスの位相グレーティングマスクを用いたブラッググ
レーティングの製造法）に記載される。光ファイバの、
ゲルマニウムをドープしたコア、シリコン基板上の、ゲ
ルマニウムをドープした石英（Ge:SiO2-on-Si）または
石英基板上の、ゲルマニウムをドープした石英（Ge:SiO
2-on-SiO2）の導波路の近紫外吸収スペクトルは、コア
内の欠陥の種類と濃度に強く影響される。Ｇ．Ｍｅｌｔ
ｚらによりＯｐｔｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ１４，８２
３（１９８９）に記載されたように、ゲルマニウムをド
ープしたコアの導波路は、波長２４０ｎｍの紫外領域で
の酸素不足欠陥による吸収と関連することが分かってい
る。コーニング社のＳＭＦ−２８や日本電信電話株式会
社のＳｉ基板上の石英面状導波路などの高品質の光ファ
イバは、比較的低濃度の欠陥を含む。その結果、２つの
型の導波路は、近紫外で比較的透明であり、弱く感光性
であると特徴づけられる。
法は、Ｋ．Ｏ．ヒル、Ｍ．マロ、Ｆ．ビロデューおよび
Ｄ．ジョンソンにより発明され１９９２年１０月２９日
に出願された米国特許出願第９６９，７７４号（シリカ
ガラスの位相グレーティングマスクを用いたブラッググ
レーティングの製造法）に記載される。光ファイバの、
ゲルマニウムをドープしたコア、シリコン基板上の、ゲ
ルマニウムをドープした石英（Ge:SiO2-on-Si）または
石英基板上の、ゲルマニウムをドープした石英（Ge:SiO
2-on-SiO2）の導波路の近紫外吸収スペクトルは、コア
内の欠陥の種類と濃度に強く影響される。Ｇ．Ｍｅｌｔ
ｚらによりＯｐｔｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ１４，８２
３（１９８９）に記載されたように、ゲルマニウムをド
ープしたコアの導波路は、波長２４０ｎｍの紫外領域で
の酸素不足欠陥による吸収と関連することが分かってい
る。コーニング社のＳＭＦ−２８や日本電信電話株式会
社のＳｉ基板上の石英面状導波路などの高品質の光ファ
イバは、比較的低濃度の欠陥を含む。その結果、２つの
型の導波路は、近紫外で比較的透明であり、弱く感光性
であると特徴づけられる。
【０００４】本発明の１つの目的は、新規な感光性の増
大された光ファイバを提供することである。本発明の他
の目的は、感光性の増大された光ファイバの新規な製造
法を提供することである。
大された光ファイバを提供することである。本発明の他
の目的は、感光性の増大された光ファイバの新規な製造
法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の感光
性を増大した光導波路の製造法では、弱い感光性の光導
波路の１部を、その構造的一体性を維持しつつ局所的に
加熱する。この加熱が、ほぼ白い温度まで、加熱された
部分において感光性に関連した欠陥の濃度を増加するの
に十分な時間おこなわれる。本発明に係る第２の感光性
を増大した光導波路の製造法では、弱い感光性の光導波
路を、水素または重水素の高圧のプラズマ中に置いてほ
ぼ白い温度まで加熱する。この加熱が、加熱された部分
において感光性に関連した欠陥の濃度を増加するのに十
分な時間、行われる。本発明に係る第２の感光性を増大
した光導波路の製造法では、リンをドープされた弱い感
光性の光導波路の少なくとも１部をその構造的一体性を
維持しつつ加熱する。この加熱が、加熱された部分にお
いて感光性に関連した欠陥の濃度を増加するのに十分な
時間、ほぼ白い温度まで局所的に行われ、この加熱され
た部分を、光導波路での屈折率変化を起こすために、化
学線の放射線で放射する。
性を増大した光導波路の製造法では、弱い感光性の光導
波路の１部を、その構造的一体性を維持しつつ局所的に
加熱する。この加熱が、ほぼ白い温度まで、加熱された
部分において感光性に関連した欠陥の濃度を増加するの
に十分な時間おこなわれる。本発明に係る第２の感光性
を増大した光導波路の製造法では、弱い感光性の光導波
路を、水素または重水素の高圧のプラズマ中に置いてほ
ぼ白い温度まで加熱する。この加熱が、加熱された部分
において感光性に関連した欠陥の濃度を増加するのに十
分な時間、行われる。本発明に係る第２の感光性を増大
した光導波路の製造法では、リンをドープされた弱い感
光性の光導波路の少なくとも１部をその構造的一体性を
維持しつつ加熱する。この加熱が、加熱された部分にお
いて感光性に関連した欠陥の濃度を増加するのに十分な
時間、ほぼ白い温度まで局所的に行われ、この加熱され
た部分を、光導波路での屈折率変化を起こすために、化
学線の放射線で放射する。
【０００６】
【作用】本発明の他の実施例において、弱い感光性の光
導波路は、感光性の増大した局在部分を有する。本発明
に係る効果的で単純な方法において、弱い感光性の光導
波路の１部を局所的に加熱する。これにより、感光度に
関連した欠陥の濃度が、導波路の加熱された部分におい
て増加する。こうして、たとえばゲルマニウムやリンを
ドープした石英のコアを備えた弱い感光性の光導波路の
感光度が実質的に増加される。リンをドープした場合、
この加熱された部分を化学線の放射線で放射し、光導波
路での屈折率変化を起こす。また、光導波路は、炎で接
触する代わりに、プラズマの中に置かれる。ここで、プ
ラズマは、水素または重水素の中で生成される。このプ
ラズマは、炎接触法で局所的に得られる温度よりも低い
温度に光導波路を維持する。このため、感光性を増大す
る過程でドーパントの拡散の可能性が減少する。
導波路は、感光性の増大した局在部分を有する。本発明
に係る効果的で単純な方法において、弱い感光性の光導
波路の１部を局所的に加熱する。これにより、感光度に
関連した欠陥の濃度が、導波路の加熱された部分におい
て増加する。こうして、たとえばゲルマニウムやリンを
ドープした石英のコアを備えた弱い感光性の光導波路の
感光度が実質的に増加される。リンをドープした場合、
この加熱された部分を化学線の放射線で放射し、光導波
路での屈折率変化を起こす。また、光導波路は、炎で接
触する代わりに、プラズマの中に置かれる。ここで、プ
ラズマは、水素または重水素の中で生成される。このプ
ラズマは、炎接触法で局所的に得られる温度よりも低い
温度に光導波路を維持する。このため、感光性を増大す
る過程でドーパントの拡散の可能性が減少する。
【０００７】異なったドーパントは、異なった波長での
感光性増大をもたらすことが可能である。また、本方法
は、他の型の光導波路、たとえば、セリウムまたはユー
ロピウムでドープされた光導波路や、さらにアルミナと
共にドープされた光導波路、を異なった波長で感光性に
することが可能である。たとえばＧ．Ｄ．Ｍａｘｗｅｌ
ｌによりＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ２
８，２１０６（１９９２）に記載されたような他の方法
とは対照的に、本発明による感光性の増大は、３つの主
な光通信窓で、典型的なブラッグ逆反射装置に対して、
損失がほとんど増加することなしに、達成できる。さら
に、本方法は、市販の高品質光導波路の局所的な感光性
の増大を可能にする。本発明の強い感光性の光導波路の
製造法の実施例において、光導波路の感光性の応答を増
加するのに要求されるレベルにまで、光導波路における
欠陥密度を増加するのに十分な期間、弱い感光性の光導
波路の１部が局所的に加熱される。
感光性増大をもたらすことが可能である。また、本方法
は、他の型の光導波路、たとえば、セリウムまたはユー
ロピウムでドープされた光導波路や、さらにアルミナと
共にドープされた光導波路、を異なった波長で感光性に
することが可能である。たとえばＧ．Ｄ．Ｍａｘｗｅｌ
ｌによりＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ２
８，２１０６（１９９２）に記載されたような他の方法
とは対照的に、本発明による感光性の増大は、３つの主
な光通信窓で、典型的なブラッグ逆反射装置に対して、
損失がほとんど増加することなしに、達成できる。さら
に、本方法は、市販の高品質光導波路の局所的な感光性
の増大を可能にする。本発明の強い感光性の光導波路の
製造法の実施例において、光導波路の感光性の応答を増
加するのに要求されるレベルにまで、光導波路における
欠陥密度を増加するのに十分な期間、弱い感光性の光導
波路の１部が局所的に加熱される。
【０００８】
【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明による実
施例について説明する。図１は、光導波路の１部を示
し、この光導波路は、クラッディング３で囲まれたコア
１からなる光ファイバである。この光導波路の１部は、
炎５の中に置かれ、局所的領域で、矢印で示される方向
に、この局所的領域にそって炎５で「前後」に繰り返し
接触されて、加熱される。しかし、局所的な加熱のため
には、他の適当な熱源、たとえばＣＯ2レーザや電気ア
ーク、を用いてもよい。この炎による接触は、処理領域
の大きさを増加するために用いられる。しかし、そうで
なければ、使用しなくてもよい。
施例について説明する。図１は、光導波路の１部を示
し、この光導波路は、クラッディング３で囲まれたコア
１からなる光ファイバである。この光導波路の１部は、
炎５の中に置かれ、局所的領域で、矢印で示される方向
に、この局所的領域にそって炎５で「前後」に繰り返し
接触されて、加熱される。しかし、局所的な加熱のため
には、他の適当な熱源、たとえばＣＯ2レーザや電気ア
ーク、を用いてもよい。この炎による接触は、処理領域
の大きさを増加するために用いられる。しかし、そうで
なければ、使用しなくてもよい。
【０００９】本発明の好ましい実施例では、弱い感光性
（感光性が無視できる場合を含む）の光導波路の、感光
性を増大するべき領域は、水素、プロパンなどの燃料に
より繰り返し「接触」される。しかし、ときどき、少量
の酸素が燃料に加えられる。炎の温度はほぼ１７００℃
である。コーニング社のＳＭＦ２８ファイバ導波路を使
用する実験において、感光性の増大は、典型的には、本
実験で用いた条件の下で最大の効果を得るには、約２０
分を要することがわかった。しかし、本方法は、炎の接
触を１０分間用いた場合でも成功した。比較的小さい炎
が光導波路を接触するために使用できるので、本方法
は、非常に局所的に感光性を増大できる。光導波路のガ
ラスが加熱される温度は、ほぼ白い光（ガラスの融点の
近傍）までである。この炎接触法を使用することによ
り、標準通信ファイバ（ゲルマニウムをドープしたコア
を備えたコーニング社のＳＭＦ２８）の感光度を１０よ
り大きい因子で増加した。（光で誘起された屈折率の変
化が１５３９ｎｍの波長で１０-3より大きかった。）
（感光性が無視できる場合を含む）の光導波路の、感光
性を増大するべき領域は、水素、プロパンなどの燃料に
より繰り返し「接触」される。しかし、ときどき、少量
の酸素が燃料に加えられる。炎の温度はほぼ１７００℃
である。コーニング社のＳＭＦ２８ファイバ導波路を使
用する実験において、感光性の増大は、典型的には、本
実験で用いた条件の下で最大の効果を得るには、約２０
分を要することがわかった。しかし、本方法は、炎の接
触を１０分間用いた場合でも成功した。比較的小さい炎
が光導波路を接触するために使用できるので、本方法
は、非常に局所的に感光性を増大できる。光導波路のガ
ラスが加熱される温度は、ほぼ白い光（ガラスの融点の
近傍）までである。この炎接触法を使用することによ
り、標準通信ファイバ（ゲルマニウムをドープしたコア
を備えたコーニング社のＳＭＦ２８）の感光度を１０よ
り大きい因子で増加した。（光で誘起された屈折率の変
化が１５３９ｎｍの波長で１０-3より大きかった。）
【００１０】図２は、コーニング社のＳＭＦ２８光ファ
イバの屈折率変化を炎加熱期間の関数として表したグラ
フである。光ファイバにおいて観測された、光で誘起さ
れた最大（飽和）の屈折率変化は、炎接触の処理時間の
関数として示される。使用された紫外露光条件におい
て、波長λは２４９ｎｍであり、照射光量は、パルス当
たり３００ｍＪ／ｃｍ2であり、パルス繰り返し周波数
（ＰＲＦ）は、５０Ｈｚであり、露光時間は、１５分で
あり、パルス期間は、１２ｎｓｅｃである。炎で接触さ
れなかったファイバ試料において、光で誘起された屈折
率変化は、１.２×１０-4だけであった。しかし、２０
分の炎接触処理の後で、光で誘起された屈折率変化は、
同様なファイバ試料で１.４×１０-3であると観測され
た。なお、先に説明したように、局所的に加熱された部
分では、波長２４０ｎｍの紫外領域での酸素不足欠陥に
よる吸収を生じる。
イバの屈折率変化を炎加熱期間の関数として表したグラ
フである。光ファイバにおいて観測された、光で誘起さ
れた最大（飽和）の屈折率変化は、炎接触の処理時間の
関数として示される。使用された紫外露光条件におい
て、波長λは２４９ｎｍであり、照射光量は、パルス当
たり３００ｍＪ／ｃｍ2であり、パルス繰り返し周波数
（ＰＲＦ）は、５０Ｈｚであり、露光時間は、１５分で
あり、パルス期間は、１２ｎｓｅｃである。炎で接触さ
れなかったファイバ試料において、光で誘起された屈折
率変化は、１.２×１０-4だけであった。しかし、２０
分の炎接触処理の後で、光で誘起された屈折率変化は、
同様なファイバ試料で１.４×１０-3であると観測され
た。なお、先に説明したように、局所的に加熱された部
分では、波長２４０ｎｍの紫外領域での酸素不足欠陥に
よる吸収を生じる。
【００１１】高品質のシリコン基板上の、ゲルマニウム
をドープした石英（Ge:SiO2-on-Si）の３次元導波路や
石英基板上の、ゲルマニウムをドープした石英（Ge:SiO
2-on-SiO2）の２次元面状導波路は、処理の前では感光
性は無視できる。しかし、炎接触法は、これらの試料の
導波路コアを大きく感光性にする。実験により見いださ
れたように、ＳＭＦ２８ファイバにおけるよりも大きな
感光性増大効果が、面状導波路において見いだされた。
すなわち、処理されない面状導波路の導波路コアにおけ
る光で誘起された屈折率変化は、検出のしきい値より小
さかった。しかし、炎接触による処理を用いると、屈折
率変化は、同じ紫外露光条件で、同様に炎で接触された
ＳＭＦ２８ファイバでの光で誘起された屈折率変化より
も大きくなった。
をドープした石英（Ge:SiO2-on-Si）の３次元導波路や
石英基板上の、ゲルマニウムをドープした石英（Ge:SiO
2-on-SiO2）の２次元面状導波路は、処理の前では感光
性は無視できる。しかし、炎接触法は、これらの試料の
導波路コアを大きく感光性にする。実験により見いださ
れたように、ＳＭＦ２８ファイバにおけるよりも大きな
感光性増大効果が、面状導波路において見いだされた。
すなわち、処理されない面状導波路の導波路コアにおけ
る光で誘起された屈折率変化は、検出のしきい値より小
さかった。しかし、炎接触による処理を用いると、屈折
率変化は、同じ紫外露光条件で、同様に炎で接触された
ＳＭＦ２８ファイバでの光で誘起された屈折率変化より
も大きくなった。
【００１２】面状スラブ膜の導波路は、ゲルマニウムで
ドープされたＳｉＯ2（Ｇｅ：ＳｉＯ2）を石英基板上に
炎加水分解で蒸着することにより製造された。このＳｉ
Ｏ2上での５μｍ厚さのゲルマニウムでドープされた層
の屈折率変化Δｎは、処理の前に、波長６３３ｎｍで
１.１４±０.０４×１０-2であると測定されたが、１０
分の炎接触による処理の後で、同じ紫外露光条件で、
１.３２±０.０４×１０-2に増加した。この屈折率変化
に対応して、導波路コアの吸収係数が紫外スペクトル領
域で増加した。
ドープされたＳｉＯ2（Ｇｅ：ＳｉＯ2）を石英基板上に
炎加水分解で蒸着することにより製造された。このＳｉ
Ｏ2上での５μｍ厚さのゲルマニウムでドープされた層
の屈折率変化Δｎは、処理の前に、波長６３３ｎｍで
１.１４±０.０４×１０-2であると測定されたが、１０
分の炎接触による処理の後で、同じ紫外露光条件で、
１.３２±０.０４×１０-2に増加した。この屈折率変化
に対応して、導波路コアの吸収係数が紫外スペクトル領
域で増加した。
【００１３】図３は、光ファイバの吸収係数の波長に対
する依存性を示す図である。ここに、カーブ（ａ）は、
炎接触処理の前に測定された、基板に垂直に測定された
Ｇｅをドープした導波路層の（２００倍された）吸収係
数の分散を示す。カーブ（ｂ）は、炎接触処理の後で測
定された、導波路層の吸収係数における分散を示す。明
らかに、炎接触処理により、導波路層の紫外吸収の非常
に大きな増加が生じている。すなわち、２４０ｎｍで約
１０００ｄＢ／ｍｍであった。クラマース・クローニッ
ヒの因果律は、短波長での吸収の増加は、長波長での屈
折率の増加を起こすことを予言するが、これは観測され
ている。
する依存性を示す図である。ここに、カーブ（ａ）は、
炎接触処理の前に測定された、基板に垂直に測定された
Ｇｅをドープした導波路層の（２００倍された）吸収係
数の分散を示す。カーブ（ｂ）は、炎接触処理の後で測
定された、導波路層の吸収係数における分散を示す。明
らかに、炎接触処理により、導波路層の紫外吸収の非常
に大きな増加が生じている。すなわち、２４０ｎｍで約
１０００ｄＢ／ｍｍであった。クラマース・クローニッ
ヒの因果律は、短波長での吸収の増加は、長波長での屈
折率の増加を起こすことを予言するが、これは観測され
ている。
【００１４】カーブ（ｃ）は、炎で感光性を増大された
導波路層の吸収係数の分散の、照射により生じた変化Δ
αの実験結果を示す。この照射は、波長２４９ｎｍの紫
外線で、５０Ｈｚのパルス繰り返し周波数で、パルス当
たり１１２ｍＪ／ｃｍ2の照射光量で４０分間行われ
た。照射の効果は、波長２４０ｎｍでの吸収を変化し、
同時に、波長帯の両側（２１２ｎｍと２８１ｎｍ）で吸
収を増加することである。その結果、紫外照射は、試料
の正味の紫外吸収を増加し、観測されたように、長波長
側で屈折率を付随的に増加する。
導波路層の吸収係数の分散の、照射により生じた変化Δ
αの実験結果を示す。この照射は、波長２４９ｎｍの紫
外線で、５０Ｈｚのパルス繰り返し周波数で、パルス当
たり１１２ｍＪ／ｃｍ2の照射光量で４０分間行われ
た。照射の効果は、波長２４０ｎｍでの吸収を変化し、
同時に、波長帯の両側（２１２ｎｍと２８１ｎｍ）で吸
収を増加することである。その結果、紫外照射は、試料
の正味の紫外吸収を増加し、観測されたように、長波長
側で屈折率を付随的に増加する。
【００１５】この実験データについて次のように仮定す
る。光導波路の炎接触法は、ゲルマニウムでドープされ
たコアの光性質に好ましく影響し、クラッディングの性
質には影響しない。この意味で、クラッディングが透明
なままであるので、これは理想的な感光性増大法であ
る。これにより、照射される光が減衰されないで導波路
のコアに達することが可能になる。同時に、この処理
は、ゲルマニウムをドープされたコアにおいて、非常に
強い吸収を生じ、コアを大きく感光性にする。このた
め、紫外光が、屈折率変化に影響できる。可撓性の理由
のために、グレーティング装置は、通常、導波路を側面
から紫外光で照射することにより、感光性の導波路の中
に書き込まれる。典型的には、光導波路のコアは、コア
の垂直方向の寸法の数倍のクラッディング材料によって
取り囲まれている。横からの書き込みの成功のために、
発生される紫外光は、クラッディングにより伝送されね
ばならないだけでなく、また、コアでの屈折率変化を光
により効率的に誘起することを可能にするために、コア
により十分に吸収されねばならない。したがって、光導
波路の垂直方向の寸法は、数μｍのオーダーであるの
で、大きな感光性のための第１の要請として、コアのド
ーパントの存在による吸収は、できるだけ大きくなけれ
ばならない。炎接触法は、有効な横からの書込のため
に、これらの好ましい条件を生じることが分かった。
る。光導波路の炎接触法は、ゲルマニウムでドープされ
たコアの光性質に好ましく影響し、クラッディングの性
質には影響しない。この意味で、クラッディングが透明
なままであるので、これは理想的な感光性増大法であ
る。これにより、照射される光が減衰されないで導波路
のコアに達することが可能になる。同時に、この処理
は、ゲルマニウムをドープされたコアにおいて、非常に
強い吸収を生じ、コアを大きく感光性にする。このた
め、紫外光が、屈折率変化に影響できる。可撓性の理由
のために、グレーティング装置は、通常、導波路を側面
から紫外光で照射することにより、感光性の導波路の中
に書き込まれる。典型的には、光導波路のコアは、コア
の垂直方向の寸法の数倍のクラッディング材料によって
取り囲まれている。横からの書き込みの成功のために、
発生される紫外光は、クラッディングにより伝送されね
ばならないだけでなく、また、コアでの屈折率変化を光
により効率的に誘起することを可能にするために、コア
により十分に吸収されねばならない。したがって、光導
波路の垂直方向の寸法は、数μｍのオーダーであるの
で、大きな感光性のための第１の要請として、コアのド
ーパントの存在による吸収は、できるだけ大きくなけれ
ばならない。炎接触法は、有効な横からの書込のため
に、これらの好ましい条件を生じることが分かった。
【００１６】この方法により感光性を増大された光導波
路において、図５に示すように、強いブラッググレーテ
ィング１０が、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４９ｎ
ｍ）のビームを、マスクを通して試料に放射することに
より、３次元の面状の光ファイバ導波路のコア１の中に
書かれた。マスクは、波長１５４０ｎｍでの光導波路の
ブラック共鳴のために要求されるピッチでパターンが設
けられた０次で０にされたフォトリソグラフィグレーテ
ィング位相マスク１２である（図６のグレーティング面
マスクの破断断面図参照）。図４は、本発明による処理
の後で面状の３次元導波路（Ｇｅ：ＳｉＯ2−ｏｎ−Ｓ
ｉ）のコア１における１ｍｍの長さのブラッググレーテ
ィング１０の波長応答の測定データのグラフである。８
１％の反射率は、２つの主要な分極状態の各々に対する
８．９×１０-4のコア屈折率の変調強度に対応する。ブ
ラックグレーティングを書くために、導波路は、ＫｒＦ
エキシマレーザのビームにより照射する前に、炎接触法
で１０分間処理されて感光性を増大された。ここで、レ
ーザビームは、５０Ｈｚのパルス繰り返し周波数で１５
分間、フォトリソグラフィグレーティング位相マスク１
２を通して行われた。
路において、図５に示すように、強いブラッググレーテ
ィング１０が、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４９ｎ
ｍ）のビームを、マスクを通して試料に放射することに
より、３次元の面状の光ファイバ導波路のコア１の中に
書かれた。マスクは、波長１５４０ｎｍでの光導波路の
ブラック共鳴のために要求されるピッチでパターンが設
けられた０次で０にされたフォトリソグラフィグレーテ
ィング位相マスク１２である（図６のグレーティング面
マスクの破断断面図参照）。図４は、本発明による処理
の後で面状の３次元導波路（Ｇｅ：ＳｉＯ2−ｏｎ−Ｓ
ｉ）のコア１における１ｍｍの長さのブラッググレーテ
ィング１０の波長応答の測定データのグラフである。８
１％の反射率は、２つの主要な分極状態の各々に対する
８．９×１０-4のコア屈折率の変調強度に対応する。ブ
ラックグレーティングを書くために、導波路は、ＫｒＦ
エキシマレーザのビームにより照射する前に、炎接触法
で１０分間処理されて感光性を増大された。ここで、レ
ーザビームは、５０Ｈｚのパルス繰り返し周波数で１５
分間、フォトリソグラフィグレーティング位相マスク１
２を通して行われた。
【００１７】ブラッググレーティングの書込は、光導波
路の感光性応答を特徴づけるために非常に有用である。
露光における屈折率の平均的変化と、屈折率の変調の対
応する深さとは、モニタできる。フォトリソグラフィ露
光量の関数としてのブラック共鳴波長の紫外光に対する
変位は、露光により生じた屈折率の平均変化のリアルタ
イムでの大きさを与える。ブラック共鳴の強度は、光で
誘起された空間変調の深さを生じる。ファイバ上への位
相マスクフォトリソグラフィを用いて、コンシステント
に得られた平均屈折率変化に対する変調の比は、約０．
４である。コア内にブラッググレーティングを書くため
に要求されるパルス当たりの高い照射光量のレベルで、
同時に、シリコンの高品質の表面レリーフグレーティン
グを、シリコンと石英の間の界面に書いた。これは、光
で誘起されたシリコンの溶解、および、この界面での応
力緩和とに帰された。図４に示される、光で誘起された
ブラッググレーティングの応答についての温度安定性測
定が行われた。試料が５００℃で１７時間保持された後
で、屈折率の変調は、３．６×１０-4で安定化した。こ
れは、当初の値の４０％の減少を表す。感光性を増大さ
れた光導波路は、ファイバ中でのブラッググレーティン
グの１パルスでの書込を簡単化できた。
路の感光性応答を特徴づけるために非常に有用である。
露光における屈折率の平均的変化と、屈折率の変調の対
応する深さとは、モニタできる。フォトリソグラフィ露
光量の関数としてのブラック共鳴波長の紫外光に対する
変位は、露光により生じた屈折率の平均変化のリアルタ
イムでの大きさを与える。ブラック共鳴の強度は、光で
誘起された空間変調の深さを生じる。ファイバ上への位
相マスクフォトリソグラフィを用いて、コンシステント
に得られた平均屈折率変化に対する変調の比は、約０．
４である。コア内にブラッググレーティングを書くため
に要求されるパルス当たりの高い照射光量のレベルで、
同時に、シリコンの高品質の表面レリーフグレーティン
グを、シリコンと石英の間の界面に書いた。これは、光
で誘起されたシリコンの溶解、および、この界面での応
力緩和とに帰された。図４に示される、光で誘起された
ブラッググレーティングの応答についての温度安定性測
定が行われた。試料が５００℃で１７時間保持された後
で、屈折率の変調は、３．６×１０-4で安定化した。こ
れは、当初の値の４０％の減少を表す。感光性を増大さ
れた光導波路は、ファイバ中でのブラッググレーティン
グの１パルスでの書込を簡単化できた。
【００１８】本発明は、光導波路の感光性を、大きな空
間選択性（光導波路の選択される部分のみが感光性にさ
れる必要がある）をもって増大する有効な方法を提供
し、効率的なブラッググレーティングを少なくともＳｉ
基板上のゲルマニウムをドープした石英（Ｇｅ：ＳｉＯ
２）やゲルマニウムでドープされたコアを有する光ファ
イバ導波路の中に製造する有効な方法を提供する。炎を
用いた局在的な加熱は、高品質の石英光導波路の紫外光
に対する感光性を増加するための簡単で有効な方法であ
ることが分かった。この方法は、標準の（ゲルマニウム
をドープしたコアを有する）通信ファイバの感光性を、
１０より大きい因子で増加する（光で誘起された屈折率
変化Δｎは１０-3より大きい）。また、本方法は、処理
の前は感光性が無視できた高品質のＳｉ基板上のＧｅ：
ＳｉＯ２、ＳｉＯ2基板上のＧｅ：ＳｉＯ２およびサフ
ァイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上のＧｅ：ＳｉＯ２の面状導波
路の感光性を増大させる。本発明により感光性を増大し
た光導波路を用いて、強いブラッググレーティングが、
０次で０にされた位相マスクを通して導波路の上にＫｒ
Ｆレーザビーム（２４９ｎｍ）を照射することにより、
ファイバや面状導波路の中に書き込まれた。本発明によ
る感光性増大は、３つの主要な光通信窓で、損失をほと
んど増加せずに達成された。
間選択性（光導波路の選択される部分のみが感光性にさ
れる必要がある）をもって増大する有効な方法を提供
し、効率的なブラッググレーティングを少なくともＳｉ
基板上のゲルマニウムをドープした石英（Ｇｅ：ＳｉＯ
２）やゲルマニウムでドープされたコアを有する光ファ
イバ導波路の中に製造する有効な方法を提供する。炎を
用いた局在的な加熱は、高品質の石英光導波路の紫外光
に対する感光性を増加するための簡単で有効な方法であ
ることが分かった。この方法は、標準の（ゲルマニウム
をドープしたコアを有する）通信ファイバの感光性を、
１０より大きい因子で増加する（光で誘起された屈折率
変化Δｎは１０-3より大きい）。また、本方法は、処理
の前は感光性が無視できた高品質のＳｉ基板上のＧｅ：
ＳｉＯ２、ＳｉＯ2基板上のＧｅ：ＳｉＯ２およびサフ
ァイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上のＧｅ：ＳｉＯ２の面状導波
路の感光性を増大させる。本発明により感光性を増大し
た光導波路を用いて、強いブラッググレーティングが、
０次で０にされた位相マスクを通して導波路の上にＫｒ
Ｆレーザビーム（２４９ｎｍ）を照射することにより、
ファイバや面状導波路の中に書き込まれた。本発明によ
る感光性増大は、３つの主要な光通信窓で、損失をほと
んど増加せずに達成された。
【００１９】また、異なったドーパントは、異なった波
長での感光性増大をもたらすことが可能である。さら
に、本方法は、上記の石英光導波路の外に、他の型の光
導波路、たとえば、セリウム、エルビウムまたはユーロ
ピウムでドープされた光導波路において感光性を増大す
ることが可能である。また、これらのセリウムなどのド
ーパントをたとえばアルミナとともにドープして、光導
波路の感光性を異なった波長で増大することが可能であ
る。
長での感光性増大をもたらすことが可能である。さら
に、本方法は、上記の石英光導波路の外に、他の型の光
導波路、たとえば、セリウム、エルビウムまたはユーロ
ピウムでドープされた光導波路において感光性を増大す
ることが可能である。また、これらのセリウムなどのド
ーパントをたとえばアルミナとともにドープして、光導
波路の感光性を異なった波長で増大することが可能であ
る。
【００２０】上述の炎接触法は、好ましくは、水素、プ
ロパンなどの燃料を供給された炎を用いているが、少量
の酸素を追加してもよいと説明されたが、水素よりも重
水素を供給された炎を用いたほうが効果が大きいことが
見いだされた。得られた感光性の光ファイバは、水素を
供給された炎をもちいたが光ファイバよりも、約１５０
０ｎｍの波長で、および、光通信や他の感光性を用いる
用途に有用な他の波長で、損失が小さいことがわかっ
た。また、本明細書に記載された方法は、弱い感光性の
光導波路が、リンでドープした石英からなる場合も、こ
の光導波路を強い感光性の光導波路にすることができ
る。たとえばブラッググレーティングの製造は、リンで
ドープされたコアを備えた光導波路を用い、炎接触また
は水素または重水素の供給を用いて光導波路の感光性を
増大し、エキシマレーザで製造できる約１９３ｎｍの化
学線の放射を用いて製造できる。光ファイバや他の導波
路のクラッディングは、化学線の放射に対して実質的に
透明でなければならない。なお、この光導波路のコア
は、エルビウムなどのレーザ活性のドーパントと共にド
ープされてもよい。
ロパンなどの燃料を供給された炎を用いているが、少量
の酸素を追加してもよいと説明されたが、水素よりも重
水素を供給された炎を用いたほうが効果が大きいことが
見いだされた。得られた感光性の光ファイバは、水素を
供給された炎をもちいたが光ファイバよりも、約１５０
０ｎｍの波長で、および、光通信や他の感光性を用いる
用途に有用な他の波長で、損失が小さいことがわかっ
た。また、本明細書に記載された方法は、弱い感光性の
光導波路が、リンでドープした石英からなる場合も、こ
の光導波路を強い感光性の光導波路にすることができ
る。たとえばブラッググレーティングの製造は、リンで
ドープされたコアを備えた光導波路を用い、炎接触また
は水素または重水素の供給を用いて光導波路の感光性を
増大し、エキシマレーザで製造できる約１９３ｎｍの化
学線の放射を用いて製造できる。光ファイバや他の導波
路のクラッディングは、化学線の放射に対して実質的に
透明でなければならない。なお、この光導波路のコア
は、エルビウムなどのレーザ活性のドーパントと共にド
ープされてもよい。
【００２１】本発明の他の実施例においては、弱い感光
性の光導波路を炎で接触する代わりに、光導波路は、プ
ラズマの中に置かれる。ここで、プラズマは、水素また
は重水素の中で生成される。このプラズマは、炎接触法
で局所的に得られる温度よりも低い温度に光導波路を維
持する。このため、感光性を増大する過程でドーパント
の拡散の可能性が減少する。光導波路は、たとえば、ゲ
ルマニウム、セリウム、エルビウムおよびユーロピウム
の中のいずれかでドープされた石英からなる。
性の光導波路を炎で接触する代わりに、光導波路は、プ
ラズマの中に置かれる。ここで、プラズマは、水素また
は重水素の中で生成される。このプラズマは、炎接触法
で局所的に得られる温度よりも低い温度に光導波路を維
持する。このため、感光性を増大する過程でドーパント
の拡散の可能性が減少する。光導波路は、たとえば、ゲ
ルマニウム、セリウム、エルビウムおよびユーロピウム
の中のいずれかでドープされた石英からなる。
【００２２】なお、本発明は、光ファイバ導波路に限定
されず、面状導波路やチャンネル導波路などの種々の光
導波路に適用できる。本発明を理解する当業者は、上述
の実施例や変形例とは異なった種々の構造を想起できる
であろう。本明細書の特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内のすべての変形は、本発明の１部をなすものと
考えられる。
されず、面状導波路やチャンネル導波路などの種々の光
導波路に適用できる。本発明を理解する当業者は、上述
の実施例や変形例とは異なった種々の構造を想起できる
であろう。本明細書の特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内のすべての変形は、本発明の１部をなすものと
考えられる。
【００２３】
【発明の効果】感光性の弱い導波路から感光性の強い光
導波路を簡単な方法で製造できる。感光性の増大は、局
所的に行える。感光性の増大は、損失がほとんど増加す
ることなしに、達成できる。市販の高品質光導波路を用
いて局所的な感光性の増大を可能にする。
導波路を簡単な方法で製造できる。感光性の増大は、局
所的に行える。感光性の増大は、損失がほとんど増加す
ることなしに、達成できる。市販の高品質光導波路を用
いて局所的な感光性の増大を可能にする。
【図１】 炎で加熱されている光ファイバの図である。
【図２】 炎加熱期間の関数としての光ファイバの屈折
率変化の図である。
率変化の図である。
【図３】 光ファイバの吸収係数の波長に対する依存性
を示すグラフである。ここに、カーブ(ａ)は、処理の前
に基板に垂直に測定されたＧｅをドープしたスラブ光導
波路の吸収係数の分散を示し、カーブ(ｂ)は、炎加熱の
後でのスラブ光導波路の吸収係数における分散を示し、
カーブ(ｃ)は、紫外線照射により生じたＧｅをドープし
たスラブ導波路層の吸収係数の波長に対する分散を示
す。
を示すグラフである。ここに、カーブ(ａ)は、処理の前
に基板に垂直に測定されたＧｅをドープしたスラブ光導
波路の吸収係数の分散を示し、カーブ(ｂ)は、炎加熱の
後でのスラブ光導波路の吸収係数における分散を示し、
カーブ(ｃ)は、紫外線照射により生じたＧｅをドープし
たスラブ導波路層の吸収係数の波長に対する分散を示
す。
【図４】 本発明による処理の後で面状の３次元導波路
のコアにおけるブラッググレーティングの波長応答の測
定データのグラフである。
のコアにおけるブラッググレーティングの波長応答の測
定データのグラフである。
【図５】 ブラッググレーティングを備えた光ファイバ
の１部の断面図である。
の１部の断面図である。
【図６】 グレーティング位相マスクの破断断面図であ
る。
る。
１…コア、 ３…クラッディング、 ５…炎、１０
…ブラッググレーティング、１２…グレーティング位相
マスク。
…ブラッググレーティング、１２…グレーティング位相
マスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック・アルベール カナダ、ケベック、ユル、デュ・ミュゲ 31番 (72)発明者 ダーウィン・シー・ジョンソン カナダ、オンタリオ、ネピーン、スティ ルウォーター・ドライブ43番 (72)発明者 ケニース・オー・ヒル カナダ、オンタリオ、カナタ、バイニン グ・コート１番 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 37/10
Claims (29)
- 【請求項１】弱い感光性の光導波路の１部を、その構造
的一体性を維持しつつ局所的に加熱し、この加熱が、ガ
ラスの融点の近傍まで、加熱された部分において感光性
に関連した欠陥の濃度を増加するのに十分な時間行われ
ることを特徴とする感光性を増大した光導波路の製造
法。 - 【請求項２】 上記の光導波路が光ファイバであること
を特徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項３】 上記の弱い感光性の光導波路が、Ｓｉ基
板上のＧｅ：ＳｉＯ2、ＳｉＯ2基板上のＧｅ：ＳｉＯ2
およびＡｌ2Ｏ3基板上のＧｅ：ＳｉＯ2のいずれかから
なることを特徴とする請求項２に記載された方法。 - 【請求項４】 上記の弱い感光性の光導波路が、ゲルマ
ニウム、セリウム、ユーロピウムの中のいずれかでドー
プされた石英からなることを特徴とする請求項２に記載
された方法。 - 【請求項５】 上記の光導波路がアルミナも共にドープ
されることを特徴とする請求項４に記載された方法。 - 【請求項６】 上記の光導波路がアルミナも共にドープ
されることを特徴とする請求項２に記載された方法。 - 【請求項７】 上記の光導波路が面状光導波路であるこ
とを特徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項８】 上記の光導波路が、ゲルマニウムをドー
プした石英、あるいはシリコン、石英またはサファイア
の基板からなることを特徴とする請求項７に記載された
方法。 - 【請求項９】 さらに、石英基板の上のＧｅドープＳｉ
Ｏ2の炎による加水分解により約５μｍ厚さの層を形成
して面状の導波路を製造する工程を含むことを特徴とす
る請求項７に記載された方法。 - 【請求項１０】 上記の弱い感光性の光導波路が、ゲル
マニウム、セリウム、ユーロピウムの中のいずれかでド
ープされた石英からなることを特徴とする請求項７に記
載された方法。 - 【請求項１１】 上記の光導波路においてアルミナも共
にドープされることを特徴とする請求項１０に記載され
た方法。 - 【請求項１２】 上記の欠陥が酸素が不足した欠陥であ
ることを特徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項１３】 上記の光導波路が、約２４８ｎｍの波
長に対し強く感光性を有するように製造されることを特
徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項１４】 上記の弱い光導波路の局所的加熱が、
局所的加熱源を光導波路にそって移動することにより行
われ、上記の欠陥を含む領域の大きさを増加することを
特徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項１５】 上記の局所的加熱源が、光導波路に接
触する炎であり、この炎がガスを燃料として供給される
ことを特徴とする請求項１に記載された方法。 - 【請求項１６】 上記の炎の温度が約１７００℃である
ことを特徴とする請求項１５に記載された方法。 - 【請求項１７】 炎の接触が約１０〜２０分間続けられ
ることを特徴とする請求項１６に記載された方法。 - 【請求項１８】 酸素が上記のガスに添加されることを
特徴とする請求項１５に記載された方法。 - 【請求項１９】 上記の弱い感光性の光導波路が、ゲル
マニウム、セリウム、ユーロピウムの中のいずれかでド
ープされた石英からなることを特徴とする請求項１に記
載された方法。 - 【請求項２０】 上記の光導波路においてアルミナも共
にドープされることを特徴とする請求項１９に記載され
た方法。 - 【請求項２１】 さらに、導波路の強く感光性である部
分の側にグレーティング位相マスクを、導波路の軸にこ
の位相マスクの面を平行に位置し、上記の導波路が強く
感光性である波長の単色光で位相マスクを通して導波路
の上記の強く感光性である部分を照射して少なくとも１
つのブラッグ表面レリーフグレーティングを製造する工
程を備えることを特徴とする請求項１に記載された方
法。 - 【請求項２２】 上記の弱い感光性の光導波路が、ゲル
マニウム、セリウム、ユーロピウムおよびリンの中のい
ずれかでドープされた石英からなることを特徴とする請
求項１に記載された方法。 - 【請求項２３】 上記の光導波路が、光ファイバ、チャ
ンネル、および、面状の層の少なくとも一部の層のなか
の１つであることを特徴とする請求項２２に記載された
方法。 - 【請求項２４】 上記の加熱が、水素または重水素を燃
料として供給される炎の中に感光性の弱い光導波路を置
いて行われることを特徴とする請求項１に記載された方
法。 - 【請求項２５】弱い感光性の光導波路を、水素または重
水素の高圧のプラズマ中に置いてガラスの融点の近傍ま
で加熱し、この加熱が、加熱された部分において感光性
に関連した欠陥の濃度を増加するのに十分な時間行われ
ることを特徴とする感光性を増大した光導波路の製造
法。 - 【請求項２６】リンをドープされた弱い感光性の光導波
路の少なくとも１部をその構造的一体性を維持しつつ加
熱し、この加熱が、加熱された部分において感光性に関
連した欠陥の濃度を増加するのに十分な時間、ガラスの
融点の近傍まで局所的に行われ、この加熱された部分
を、光導波路での屈折率変化を起こすために、化学線の
(actinic)放射線で放射することを特徴とする感光性を
増大した光導波路の製造法。 - 【請求項２７】 上記の光導波路のコアが、活性な放射
線に実質的に透明なクラッディングで被覆され、上記の
放射線を、このクラッディングを介して光導波路のコア
にまで通すことを特徴とする請求項２６に記載された方
法。 - 【請求項２８】 上記の加熱が、水素または重水素を供
給されるプラズマの中に感光性の弱い光導波路を置いて
行われることを特徴とする請求項２７に記載された方
法。 - 【請求項２９】 上記の光導波路のコアが、レーザ活性
のドーパントと共にドープされることを特徴とする請求
項２６に記載された方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1851193A | 1993-02-17 | 1993-02-17 | |
| US018511 | 1993-02-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196334A JPH07196334A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3011308B2 true JP3011308B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=21788303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6020261A Expired - Lifetime JP3011308B2 (ja) | 1993-02-17 | 1994-02-17 | 感光性を増大した光ファイバの製造法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011308B2 (ja) |
| CA (1) | CA2115906C (ja) |
| DE (1) | DE4404874C2 (ja) |
| FR (1) | FR2704323B1 (ja) |
| GB (1) | GB2275350B (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1282113B1 (it) * | 1994-02-16 | 1998-03-12 | Ca Minister Energy | Fotosensibilizzazione di guide d'onda a fibra ottica e di silice |
| GB2302413B (en) * | 1995-06-20 | 1997-11-12 | Northern Telecom Ltd | Bragg gratings in waveguides |
| FR2738353B1 (fr) * | 1995-08-31 | 1997-11-21 | France Telecom | Procede de photosensibilisation d'un guide d'onde optique d'aluminosilicate et guide d'onde obtenu par ce procede |
Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS63249804A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 石英系光導波膜の製造方法 |
| JPH01196006A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 石英系光導波膜 |
| JPH0255231A (ja) * | 1988-08-19 | 1990-02-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ガラス光導波膜の作製方法 |
| JPH0353202A (ja) * | 1989-07-21 | 1991-03-07 | Hitachi Cable Ltd | 希土類元素添加導波路の製造方法 |
| JPH03179429A (ja) * | 1989-12-08 | 1991-08-05 | Hitachi Cable Ltd | アクティブ型光合分波器 |
| JPH03267902A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波回路の特性調整方法およびその方法に使われる光導波回路 |
| JPH04359230A (ja) * | 1991-06-05 | 1992-12-11 | Hitachi Cable Ltd | 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4474427A (en) * | 1979-05-07 | 1984-10-02 | Canadian Patents & Development Limited | Optical fiber reflective filter |
| GB2189901B (en) * | 1986-04-25 | 1989-12-06 | Stc Plc | Laser induced optical fibre grating devices. |
| FR2657967B1 (fr) * | 1990-02-06 | 1992-05-22 | Bertin & Cie | Procede de realisation d'un reseau d'indice dans une fibre optique, et reseau de capteurs quasi-distribue forme dans cette fibre. |
-
1994
- 1994-02-17 CA CA 2115906 patent/CA2115906C/en not_active Expired - Lifetime
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