JP3168194B2 - オフセット等価ミラー面を有するファイバーブラッググレーティング及びその製造方法 - Google Patents
オフセット等価ミラー面を有するファイバーブラッググレーティング及びその製造方法Info
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Description
の光ファイバーコンポーネントに関し、特に、オフセッ
ト等価ミラー面を有するファイバーブラッググレーティ
ング、及びそのようなグレーティングを製造する方法に
関する。
アド−ドロップマルチプレクサー(add-drop multiplexe
r)、波長マルチプレクサー/デマルチプレクサーなどの
ような光通信システム用コンポーネントにおけるファイ
バーブラッググレーティングの使用は、かねてより知ら
れている。光通信システム用コンポーネントとしてのフ
ァイバーブラッググレーティングの使用についての考察
が、例えばC.R.Giles による論文「ファイバーブラ
ッググレーティングの光波応用(Lightwave Application
s of Fiber Bragg Gratings)」、Journal of Lightwave
Technology 、Vol.15、No.8、1997年8
月、1391頁およびその次頁、並びに同書における
J.Archambault とS.G.Grubb による「レーザー及
び増幅器におけるファイバーグレーティング(Fiber Gra
tings in Lasers and Amplifiers) 」、1379頁およ
びその次頁、に記載されている。特に、波長分割マルチ
プレクシングシステムでの適用においては、種々のチャ
ンネルを分離できる装置が必要である。この目的のた
め、反射スペクトルが出来る限り狭くかつサイドローブ
から離れたピークを示すグレーティングを使用すること
が可能である。
使用されるべきコンポーネント、例えばファブリ−ペロ
ー空洞レーザー、の共振空洞を限定する一方又は両方の
反射要素を作るのにファイバーブラッググレーティング
が用いられるとき、空洞長に関連した課題に突き当た
る。周知のように、この長さは、グレーティングのいわ
ゆる等価ミラー面の位置に依存する。等価ミラー面と
は、光源から送られミラーにより反射されるパルスが、
グレーティングに送られたパルスが戻ってくるのと同時
に光源に戻ってくるようにするために、ミラーを配置し
なければならない面をいう。等価ミラー面とグレーティ
ングの入力端の間の距離は、グレーティングの等価長を
構成する。従って、ファイバーブラッググレーティング
を利用する共振空洞長は、グレーティングの等価ミラー
面と空洞の一方の反射要素の間の距離(そのような要素
1つのみがグレーティングにより作られる場合)、又は
2つのグレーティングの等価ミラー面間の距離(両方の
反射要素がグレーティングにより作られる場合)により
表される。よって、もしレーザーの線幅が制限されるな
らば、空洞長は特定の最小長さより短くすることができ
ず、この最小長さは、製造条件により決まる。一方、空
洞が長くなればなるほど、モード間の距離は短くなり、
よって、異なるモード間の分離が難しくなる。
折率の変調を有し、これは、グレーティングの中心点に
対して対称的なプロファイルをグレーティング長の関数
として示す。これらの対称的なグレーティングにおいて
は、後者が低反射グレーティングである場合には、等価
ミラー面は、実質的にグレーティングの中心に配置さ
れ、そのグレーティングが高反射グレーティングである
場合には、一方の端の方により進んだ位置に配置され
る。「低反射」とは、グレーティングが空洞の反射要素
として使用されるとき、空洞から出る放射部分が、実際
に使用する上で十分であるような反射率の値を示す(一
般には、レーザー中の70%のオーダーの反射率)。
「高反射」とは、実際上100%又はこの値に非常に近
い反射率を示す。高反射グレーティングは、空洞の反射
要素の一つとして使用でき、それにより、もう一方の反
射要素が十分に高い透過係数を有する場合には、空洞長
を短くできる。グレーティングにより作られた1つのみ
の反射要素を有する空洞の場合には、後者は出力端に対
応して配置され、このような条件下での高反射グレーテ
ィングの使用は、明らかに考えられない。両方の反射要
素がグレーティングにより作られている空洞(この例で
は、全ファイバーレーザー(all-fibre laser) の空洞)
の場合、高反射グレーティングの使用は、空洞長を非常
に短くすると共に狭い帯域を得るという課題を解決しな
い。というのは、それらのグレーティングのスペクトル
線は、いずれにしても相対的に幅が広いからであり、か
つ、グレーティングの一つは、低反射グレーティングと
すべきであり、よって、大きな等価長を示すからであ
る。
により解決され、該グレーティングは、第2ローブから
離れた狭い反射率スペクトル、及び減縮された等価長の
両方を示す。
ティングは、長さ方向において屈折率の非一様で非対称
的な変調プロファイルを示す。このプロファイルは、実
質的に零の最小値を有して最大値まで漸次単調に上昇す
る曲線により表され、この最小値は、実質的に水平な接
線を有し、グレーティングの一方の端に対応し、最大値
は、これも実質的に水平な接線を有し、グレーティング
のもう一方の端に対応して到達する。この曲線は、実質
的に垂直な傾斜にて最小値に戻る。
次の関数のうちの1つにより表される。 y=exp(−x2 )(すなわちガウシアン関数),y
=sin2 x,y=tanh x L.A.Coldren、S.W.Corzineによ
る「ダイオードレーザー及び光集積回路(Diode Lasers
and Photonic Integrated Circuits)」、Wiley
& Sons、1995年、の中の記載から容易に明ら
かとなるように、本発明により与えられるような非対称
的変調プロファイルは、等価ミラー面が、前方に移動さ
れて屈折率の変調プロファイルの最大値に近接すること
を確実に保証する。グレーティングが約1cmの長さ及
び70%のオーダーの反射率を有し半ガウシアン変調プ
ロファイルを示すという本発明の実際的な実施態様で
は、等価ミラー面は、変調最大値により近い端から約
2.5mmの所に位置した。比較として、同じ長さ及び
同様の反射率を有し屈折率変調が対称的なガウシアンプ
ロファイルを示す従来のグレーティングの場合には、5
mmのオーダーの等価長を有し、よって、実質的に2倍
となる。
グは、共振空洞と共に有利に使用でき、空洞を限定する
反射要素のうちの1つ又は両方を形成し得る。さらに、
行われた試験によると、第2ピークは存在せず、反射帯
域が狭いことが示された。上記説明したようなグレーテ
ィングを作るため、光ファイバーにグレーティングを書
き込む従来技術が使用される。このような技術の考察
が、論文「ファイバーブラッググレーティング技術の基
礎及び概観(Fiber Bragg Grating Technology Fundamen
tals and Overview)」、Journal of Lightwave Technol
ogy 、Vol.15、No.8、1997年8月、12
63頁およびその次頁、に記載されている。位相マスク
を用いてグレーティングの書き込みを行う場合、本発明
に従って上記説明した屈折率変調を得るためには、位相
マスク上での書き込み放射の強度分布を保証するのに用
いられる絞りは、屈折率変調の所望のプロファイルに対
応した非対称分布を作り出すようなものでなければなら
ない。従って、絞りは、ビーム半分を遮断するようなも
のであり、且つ、上記説明した代表的な関数に関して言
えば、ガウシアン曲線又はsin2 x、tanh xな
どのようなタイプの曲線の最小値と最大値の間に含まれ
る部分に対応した分布を作り出すようなものとなる。
ー1にブラッググレーティングを書き込むための従来装
置を概略示す。位相マスク2は、レーザー3から放出さ
れ光学システムを通ったUV放射が当てられ、また、製
造されるグレーティング長に対応した長さを有する薄い
ストリップを含む。この光学システムは、位相マスク2
に対応して光源3の像を作ることができる。周知のよう
に、位相マスクは、書き込み放射強度の周期的変化をフ
ァイバーに応じて干渉により生じさせ、このことが、照
射領域内のファイバーコアーの屈折率の対応する周期的
変化を引き起こす。光学システムは、公知様式において
は、光源から放出されたビームを拡張する第1レンズ4
と、平行ビームを作るレンズ群5、6、7と、位相マス
ク2上に光源の像を形成する円筒形レンズ8と、レンズ
5と6の間に挿入された絞り9であって、ビームを成形
し、照射領域においてファイバー1のコアーに導入され
るべき屈折率の変調プロファイルに対応した強度分布を
ビームに与える前記絞り9とを含む。
成される像の強度の分布プロファイルは、非対称的でな
ければならず、像の一方の端に対応して水平接線を有し
実質的に零であり、像のもう一方の端に対応した実質的
に水平接線を有する最大値に到達するまで徐々に上昇
し、それから実質的に垂直な傾斜にてゼロに戻らねばな
らない。従って、絞り9は、ビーム自身の実質的に半分
を遮断するように、ビーム経路に沿って延びる。本発明
の要求を満たす強度分布プロファイルは、例えば、ガウ
シアン曲線[y=exp(−x2 )]、y=sin2 x
型の曲線、又はy=tanh x型の曲線の半分に対応
するものである。半ガウシアン強度分布が、図2に示さ
れる。この分布は、図3に示されるような絞り9により
得ることができる。図4は、図2に示されるような書き
込み放射の強度分布により得られるグレーティング10
と屈折率変調を示す。図面を明瞭にするために、図4の
グレーティングのピッチは、誇張して延ばしてある。図
5は、図4に示されたようなグレーティングの反射スペ
クトルを示す。一つの第2ローブが明らかに見受けられ
るが、主ピークに対して大きく低減された強度を有する
ので、波長選択には問題は生じない。
れていること、及び本発明の範囲を逸脱することなく変
形、変更できることは自明である。よって、例えば、光
ファイバーについて述べてきたけれども、本発明は集積
化光学ガイド内で得られるグレーティングにも関係し得
る。また、製造するために、光源から放出されたパルス
を干渉計の2つの分岐に分割することにより得られる2
ビーム間の干渉を、位相マスクに代えて利用することも
できる。
装置を概略示す。
分布を示す。
るために用いる絞りの正面図を示す。
ロファイルを示す。
す。
Claims (4)
- 【請求項1】 光ファイバー又は導波路(1)のコアー
の一部に書き込まれたブラッググレーティングであっ
て、 前記グレーティング(10)は、その長さ方向において
屈折率の非対称的な変調プロファイルを全体として示
し、このプロファイルは、グレーティングの一方の端に
対応して実質的に水平な接線を有すると共に実質的に零
の最小値を有し、グレーティングのもう一方の端に対応
して到達する実質的に水平な接線を有する最大値まで徐
々に単調上昇する曲線により表されることを特徴とする
ブラッググレーティング。 - 【請求項2】 前記曲線が、次の曲線 y=exp(−x2 ),y=sin2 x,y=tanh
x から選ばれることを特徴とする請求項1記載のグレーテ
ィング。 - 【請求項3】 ブラッググレーティング(10)自身の
端の方にオフセットした等価ミラー面を有する前記ブラ
ッググレーティング(10)を光ファイバー又は導波路
(1)内に作る方法であって、 ファイバー又は導波路(1)においてグレーティング
(10)が形成される部分は、照射領域内に屈折率の変
調が生じるような強度分布を有する放射の作用に曝らさ
れ、 前記放射は、前記変調が非対称的なプロファイルを全体
として有するように成形された強度分布を有し、このプ
ロファイルは、グレーティング(10)の一方の端に対
応して実質的に水平な接線を有すると共に実質的に零の
最小値を有し、グレーティング(10)のもう一方の端
に対応して到達する実質的に水平な接線を有した最大値
まで徐々に単調上昇する曲線により表されることを特徴
とする方法。 - 【請求項4】 強度分布の前記成形は、ビームの半分を
遮断することができる絞り(9)により得られ、絞り
(9)は、徐々に変化する部分における変調プロファイ
ルが、次の関数 y=exp(−x2 ),y=sin2 x,y=tanh
x から選ばれた関数により表されるように成形されること
を特徴とする請求項3記載の方法。
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