JP3193376B2 - 光ファイバ格子形成方法 - Google Patents

光ファイバ格子形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ファイバ導波体において２つ以上のブラ
ッグ格子を形成する方法に関する。
この明細書における用語「光」は、可視領域の両端部
の赤外線領域および紫外線（UV）領域の部分と共に可視
領域として一般に知られている電磁スペクトルの部分に
関するものであり、それは光ファイバのような誘電体光
導波体によって伝送されることができる。
光通信の領域およびセンサにおける適用に関して硅素
ゲルマニウム光ファイバにおける光感性の利用について
かなりの関心がある。光ファイバの屈折率の最初に報告
された恒久的な光学的に誘導された変化は、文献（1987
年、Apple.Phys.Lett,32,647）に記載されている。それ
らの試験において、ファイバ端部から反射され、周期的
な反射率が誘導されるファイバにおいて定在波が生成さ
れた514.5nmのコヒーレント放射は、その長さに沿って
変化する。これは、入射ビームの波長でピークを有する
ファイバにおいて高反射力ブラッグ格子が形成される。
それ以来、格子成長機構について多数の研究がされてい
るので、光感性ファイバは例えば文献（1981年、Appl.P
hys,Lett,20,440）に記載されているように実行され
る。しかしながら、ファイバコアの屈折率に対する摂動
を生じる機構は、十分に理解されていない。ファイバが
光感性であるスペクトル領域は、紫外線から約700nmま
での領域に認められる。
ファイバ格子の潜在的な適用は多数ある。例えば通信
用において、紫外線レーザによって外部的に書き込まれ
た同調可能な集積ファイバ格子はファイバレーザのスペ
クトル制御に使用されることができる。文献（1978年、
８月のOptics Letters、第３巻、第２号、第66乃至68
頁）には、格子形成処理の重要な特性はフィルタ応答特
性が調整されることができる範囲であることが記載され
ている。例えば、複雑なフィルタを形成する１方法は、
同時あるいは連続的に異なる波長の光によるファイバの
照射によって同じファイバに２つ以上の簡単な帯域停止
特性を重畳することである。
ブラッグ格子を形成する別の既知の方法は、適当な角
度で２つのコヒーレント放射ビームを干渉させることに
よる格子の側面書き込みによる。格子のピッチは、異な
る格子ピッチがこの角度を調整することによって形成さ
れるような２つのビームの交差角度によって決定され
る。
本発明の目的は、多重波長照射を不必要にする２つ以
上のブラッグ格子を書き込む方法を提供することであ
る。
本発明は、光学的書込み動作によって光ファイバ導波
体に２つ以上のブラッグ格子を形成する方法において、
各ブラッグ格子を書込むそれぞれの書込み動作において
異なる縦方向応力を光ファイバ導波体に供給した状態で
書込みが行われ、各ブラッグ格子の書込みは同じ波長の
光信号を光ファイバ導波体に入射させて光ファイバ導波
体中を伝播させることによって行われ、縦方向応力応力
はピエゾ電気伸張装置によって光ファイバ導波体に与え
られることを特徴とする。
本発明の方法は、光ファイバが20％まで理論的に直線
に引き伸されることができるという事実を利用する。感
光性ファイバの長さｌが波長λ０のレーザからの光によ
って照射される場合、これは約λ0/2neffの周期の格子
を生じる。ここでneffはファイバモード屈折率である。
ファイバがΔ１だけ引き伸され、照射される場合、以前
と同じピッチ、すなわち同じブラッグ状態の格子が書き
込まれる。ファイバが応力を解除されて弛緩されると
き、書き込んだ後の通常の長さのこの第２の格子のピッ
チは第１の格子よりもわずかに短い。反射フィルタの場
合に、第２の格子は、書き込み波長よりも短いピーク波
長を有する。これは、同じファイバにおいて複数の異な
るピッチの格子を設けるために伸ばされることができ
る。
例えば、ファイバにおいて異なる周期の２つの格子が
存在する場合、つまり、それらが同じ相対的な位相関係
を有すると仮定される場合、ファイバにおける屈折率変
調は２つの屈折率変調の重畳によって有効に与えられ
る。これは、次の式によって与えられる。
neff（Ｚ）＝ A1cos（（k1＋k2）Ｚ）cos（（k1−k2）Ｚ） ここでk1およびk2は２つの格子の波の数であり、ｚは
伝播方向であり、A1は屈折率摂動の振幅である。目下、
関心のあるのは第２の変調項であり、高周波数の項であ
る第１の項が定数であると仮定される。（この高周波数
の項は、短い波長の反射フィルタとして原理的に使用さ
れる。）それ故、屈折率変調は次の式によって与えられ
る。
neff（Ｚ）＝A2cos（（k1−k2）Ｚ） この式から、２つの光学的に書き込まれた格子の周期
を選択することによって、任意の周期の結果的な格子が
生成されることがわかる。ファイバに書き込まれた周波
数の異なる格子は、必要な位相整合状態がこれらの処理
に合わせることができるので、SHG、偏光変換およびモ
ード変換のような適用に特に重要である。実際の動作波
長はk1およびk2の値における差に依存し、実際の書き込
み波長には依存しない。例えば、簡単な計算は、ファイ
バがSHGにおける位相整合に使用される場合に約２％だ
け引き伸されることを示す。ファイバの長さにおける小
さな変化でさえ偏光およびモード変換器に要求される。
これらのファイバの長さの変化は、試験において現在使
用されているファイバにおいて容易に達成されるべきで
ある。
それはまた、ファイバが約10％だけ引き伸される場合
に1.3乃至15μｍの通信帯域幅で使用される反射格子を
書き込むことを可能にする。これは理論的に予測された
変化の範囲内であるが、ファイバの製造における欠陥の
ためこれを行うことが可能であるか否かは明確ではな
い。それが行われると仮定すると、これは高反射の小さ
な帯域幅の格子がファイバに書き込まれることを可能に
する。また、ファイバにおける複数の格子の書き込みも
可能となり、パルス生成および入射レーザ光線の成形を
可能にする。
異なる歪みを生成するためにファイバに異なる縦方向
応力を供給する通常の方法は、ファイバの１端部をクラ
ンプし、ファイバの他端部にクランプされたピエゾ電気
変換段によって応力を供給することである。その他の圧
力を加える手段として、ピエゾ電気変換段に代ってファ
イバに取り付けられたクランプされたマイクロメータを
使用できることは明らかである。
別の書き込み技術は例えばシリンダの周りにファイバ
を巻き付けるために使用され、応力はピエゾ電気エキス
パンダによってシリンダの半径を変えることによってフ
ァイバに供給される。また、ファイバはピエゾ電気クラ
ディングで覆われ、応力は供給された電圧を変化するこ
とによって変化される。
本発明は、外部的な格子書き込み方法およびファイバ
の下に光信号を入射することによって書き込まれた格子
に対して適用可能である。
本発明の実施例は、添付図面を参照にして説明され
る。
図１は、本発明の方法を実行するために特別に設計さ
れた装置の概略図であり、 図２は、相対的な歪の関数であるファイバ格子の反射
率および透過率のグラフであり、 図３は、供給された歪の関数であるファイバの反射率
および透過率のグラフである。
514.5nmで単一モード硅素ゲルマニウムファイバに格
子を書き込むために使用された試験的装置が図１に示さ
れている。0.9μｍの半径および0.012のΔｎを有するフ
ァイバ２はグラスフェルール５において囲まれた１端部
４を有し、クランプ６によってクランプされる。ファイ
バ２の他方の端部８は、この場合ほぼ50cmであるファイ
バの長さが20μｍまで変化されることができるピエゾ電
気変換段10に接続される。格子は、部分反射器14および
レンズ16を介してファイバ２の端部４にアルゴンイオン
レーザ12によって発生された514.5nmのレーザ光線を結
合することによって書き込まれる。格子の書き込み中に
ファイバ２の端部８を出る信号は、光検出器18上に焦点
を結ぶ。それがファイバ２中に書き込まれるように格子
によって反射された増加した信号はファイバ２の端部４
を出て、レンズ16によって集められ、部分反射器14によ
って光検出器20に反射される。
格子の書き込みおよび読み取り中、入力および監視ビ
ームの偏光は注意深く制御される。
格子の書き込み後のファイバ２の反射率プロフィル
は、ファイバ中に514.5nmの0.5mWの光線を入射し、ピエ
ゾ電気変換段10を使用してファイバを引き伸すことによ
って得られる。
図２は、シングルモードアルゴンイオンレーザ12から
の250mWが約２分間それに入射された後のファイバにお
いて形成された典型的な格子の低倍率の反射率／透過率
を示している。これは、格子のブラッグ状態が歪に関し
て直線に変化するように格子の反射率／透過率プロフィ
ルを与える。このデータから、格子は70％のピーク相対
性および482HMzの帯域幅を有することが認められた。図
２に示されている格子のプロフィルは、ブラッグ反射器
と通常関連したsin c2に類似している。
格子を書き込む前のファイバ２に供給された歪を変化
することによって、さらに３つの格子は46GHzで分離さ
れたピーク波長をそれぞれ有する同じファイバに光学的
に書き込まれる。ファイバに供給された歪を変化するこ
とによって、ファイバに書き込まれた４つの格子は走査
されることができる。
図３は、４つの格子のうち２つを通って走査する歪領
域に対するアルゴンレーザ12からの514.5nmのプローブ
信号に関する供給された歪の関数である透過率および反
射率を示す。
フロントページの続き (72)発明者 キャンベル、ロバート・ジョン イギリス国、アイピー１・２エルビー、 サフォーク、イプスウイッチ、サーダ ー・ロード 63 (56)参考文献 特表 昭62−500052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/18 G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学的書込み動作によって光ファイバ導波
    体に２つ以上のブラッグ格子を形成する方法において、 各ブラッグ格子を書込むそれぞれの書込み動作において
    異なる縦方向応力を光ファイバ導波体に供給した状態で
    書込みが行われ、 各ブラッグ格子の書込みは同じ波長の光信号を光ファイ
    バ導波体に入射させて光ファイバ導波体中を伝播させる
    ことによって行われ、 前記縦方向応力応力はピエゾ電気伸張装置によって光フ
    ァイバ導波体に与えられることを特徴とするブラッグ格
    子の形成方法。
  2. 【請求項２】光信号が514.5nmの波長を有する請求項１
    記載の方法。
  3. 【請求項３】格子の書込みを監視するために光ファイバ
    導波体から反射して戻された放射光を監視する請求項１
    または２項記載の方法。
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