JP3243102B2 - 光導波路に回折格子を形成する方法 - Google Patents
光導波路に回折格子を形成する方法Info
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Description
め光媒質を処理する方法に関し、特に、感光性の光ファ
イバー内にブラッグ回折格子を形成する方法に関する。
成を作る従来の方法は、一対の干渉化学光線による光フ
ァイバーのサイド照明によるものなどがある。これらの
方法は、高品質の回折格子を得ることができるが、通常
の製造環境で実行するのが難しいという欠点があった。
的高安定性の干渉系システムを必要とし、電磁放射の時
空間特性の正確な制御を必要とする。従って、本発明の
方法は、大量生産に適し、かつ厳しくない製造環境下で
も実行可能な光媒質にブラッグ回折格子を形成する方法
を提供することである。
ラス光ファイバーまたはガラス光導波路内にブラッグ回
折格子を形成する方法は、処理用の化学光線の乱れに比
較的鈍感であることを発見した。
るものである。干渉パターンは、この回折格子に単一光
線を照射して形成する。導波路内にブラッグ回折格子を
形成するため、処理用光導波路を干渉パターンに露光さ
せる。光相回折格子は、入射する化学光線に周期的(あ
るいはほぼ周期的)な相変調を課する。その結果、単光
線の回折格子への照射は、複数の回折放射を生じさせ
る。相マスク20とよばれる本発明方法の相回折格子
は、回折格子とホログラフィに関する当該技術分野での
周知の多くの方法によって形成出来る。これらの方法
は、リソグラフィとホログラフィの両方の技術を用い
る。相マスクの周期は、処理用光ファイバーあるいは導
波路の所望のブラッグ回折格子の周期とほぼ同一であ
る。尚、以下の説明は、便宜上、処理用光導波路の媒質
は、光ファイバーを用いて説明する。
ァイバーブラッグ回折格子は、非隣接回折オーダでファ
イバーを放射に露光させることによりあらかじめ作られ
る。このように、マスク周期は、ファイバーブラッグ回
折格子の周期の整数倍である。あるケースにおいては、
相マスク周期が、ファイバー周期より大きいなら、相マ
スクの製作は容易になる。
導波路)に形成される回折格子の周期は、(所与の相マ
スク用の)化学線の波長から独立している。その結果、
化学線の光源の時間コヒーレンスの要件は、従来技術の
方法と比較して、緩和されている。この独立性により、
マスク特性を単に特定するだけで、化学線の光源に関係
なく、ファイバー回折格子の周期を決定できる。これは
放射光源のスペクタルの安定についての制約を緩め、放
射光源の選択の幅が広がる。特に所与の放射光源からの
干渉光線により作られた相マスクを、全く異なる光源か
らの放射で照明することで光ファイバーを処理する。
20に近接して配設されている。処理されるべきファイ
バー10の部分は、ファイバー上に所望の干渉パターン
を形成するため、相マスク20からある距離離れて配設
されている。ファイバーコアの中心と相マスク表面の一
般的な分離距離は、0.5mmである(通信用ファイバ
ーコアは、その外側のクラッド層が相マスクに接してい
ても、相マスクから十分離れて配設されている)。
z軸で示し、相マスク20の回折格子40に平行な軸
は、x軸で示し、x軸とz軸に垂直な軸はy軸で示す。
相マスク20に入射する光線30は、z軸と入射角θだ
傾斜している。ファイバー10の縦(軸方向)軸は、y
軸に対して回転角α、z軸に対して傾斜角度(90°ー
β)をなすよう方向づけられている。ここに引用した方
法によれば、角αと角βは共に0である(則ち、y軸方
向である)。光ファイバー10を、隣接する干渉オーダ
からの光を用いて処理するとき、角θは一般に0ではな
い。
角入射角(θ=0)が適正になる。たとえば、適正な相
マスクは、透過表面回折格子、反射表面回折格子あるい
は体積ホログラムである。例えば、我々は、溶解シリカ
プレートの表面に堆積された薄いクロムニュウム(クロ
ム)層をパターン化することにより、長さ約0.5cm
の透過相マスクを形成した。このクロム層を電子ビーム
リソグラフィーによりパターン化して、ほぼ等しい幅の
線と間隔を持つ周期520nmを有する増幅マスクを形
成する。シリカプレートは、増幅マスクを介して反応イ
オンエッチングが施され、250nmの深さの溝が形成
され、その後、パターン化されたクロム層が除去され
る。波形溝は、図2の形状40のように概略示される。
知られるように、相マスクの種々の回折オーダへのエネ
ルギー分配は波形溝の設計に依存する。相マスク20
は、パルスレーザー源50から波長242nmの光で照
明された。回折パターンの光は、0次オーダと1次オー
ダの回折光線間でほぼ2:1の割合で分配された。また
他のオーダで発光された光も有意量存在した。市販され
ているAT&TACCUTETHER(TM)光ファイ
バー10を、相マスク20に平行に配列し、相マスクの
線にほぼ直交に配列した。
は、約0.5mmであった。光線は、1mの焦点距離を
有するシリンダー状レンズ55により、ファイバー10
に焦点を合わせた。レンズ55は、光源50と相マスク
20との間に配設された。相マスク20とファイバー1
0間に配設さたプロジェクションシステム57を適正に
増幅、縮小することにより、ファイバー10に、相マス
ク20の周期と異なる周期を有する回折格子を形成す
る。事実、ズームシステム(例えば種々の縮小およびま
たは増幅を有するプロジェクティブ光システム)を用い
ることで、光ファイバーの回析周期を連続的に変えるこ
とが可能である。
きい周期を有する相マスクを製作することが容易になる
という効果がある。光ファイバーは、1秒当たり30パ
ルスで、パルス当たり約1.7mJのエネルギー量を受
ける。合計露光時間は、約20分である。回折格子60
の透過スペクトラムを図3に示す。図からも明かなよう
に、回折格子は、0.54のFWHMで1508.4n
mに集中した主反射率ピークを有していた。反射率ピー
クは90%以上である。このような高反射率は、光レー
ザーを作るのに重要である。明らかに、40%以上のピ
ーク反射率は、本発明の方法により容易に達成される。
ならず、光感応ガラスの導波路結合構造に応用されう
る。例えば、平面導波路とチャネル導波路とである。
ァイバー回折格子を作るのに既に応用されている。第一
の特徴として、光ファイバーのグループを連続的に処理
することにより達成される。第二の特徴として、単相マ
スクにより作られる干渉パターンに露光させて光ファイ
バーのグループを同時処理することにより達成される。
第三の特徴として、多重回折格子は、単一光ファイバー
の空間的に分離された場所に形成される。
のファイバーの一つに各々対応し、空間的に分離した多
相回折格子を有する複数の単相マスクを設けることであ
る。これらの相回折格子は、同時にまたは連続的に照射
される。連続的照射は、例えば連続的スキャンにより、
あるいは分離露光ステップによりなされる。照射は、単
一化学光線、単一光線から分離された多重化学光線、あ
るいは多重光源からの化学光線によるものである。
ファイバー部位の全てにおいて適正な干渉パターンを発
生させるに十分な長さの1相の回折格子を有する単相マ
スクを設けることである。それぞれのファイバー部位の
各々は、長い相回折格子の特別な部分に対応する。これ
ら該当する部分は、例えば連続的に照射される。もし長
い相回折格子が空間的に変化する周期を有すなら、異な
る周期を有する2以上のファイバー回折格子のグループ
を容易に形成できる。このような回折格子は、チャープ
ファイバー回折格子(則ち、例えば空間的に変化する周
期を有する)を形成できる。
射が、多くの場合望ましい。単一ファイバー内の空間的
に分離した複数の回折格子の形態は、例えばファイバー
内に光学キャビティを作るのに有用である。希土類添加
コアのような適当な利得媒質が、光学キャビティ内に包
含されるなら、ファイバーレーザ(あるいは光ファイバ
ーでない導波路用導波路レーザ)は、このような方法で
作ることができる。
ー内の回折格子の重要な特性を制御する。例えば、ファ
イバー内の回折格子内の屈折率変調の振幅は、それ自身
空間的に調整できる。図1において、これは例えば、化
学光線30により、ファイバーに平行な方向で相マスク
20がスキャンされる間に露光ステップにより達成され
る。スキャン中、光線30の密度は所定の方法で変えら
れる。光ファイバをブレージングできる。則ち、高効率
で回折格子が光をファイバーに入出するように、ファイ
バー内の化学線の位相波面を偏向することができる。
g)は、適正な角度αによりファイバーについて相マス
クを回転させることにより達成される。さらに、相マス
クのプロフィールはコンピュータおよびコンピュータ制
御のもと電子ビームリソグラフィーのような方法で発生
させることができる。これは、非常に多くの特別な効果
を達成させる。
は、ファイバーに入出して結合される光を集束すること
ができるファイバー回折格子を形成することができる。
ファイバー回折格子の特性は、角度θとβを変えること
により影響を受ける(図1参照)。θを変えることによ
り、回折効率を上回って相マスクの種々のオーダを制御
できる。θの変化は、光ファイバー内に形成される回折
格子の偏向角度に影響を与る。
ず、ファイバー回折格子の周期の制御を可能にする。相
マスクのファイバー回折格子の射影が、βと無関係であ
る周期を有するからである。0からβへの小さな変化
が、ファイバー回折格子の周期をsecβ倍する。βを
変えることで、ファイバー回折格子のブレージングを変
えることができる。上述のように、相マスクの種々のオ
ーダへ回折される光の相関的な量は、入射角度θを変へ
ることで、多少変えることができる。
対的効率は、相マスクの適正な設計により制御すること
ができる。例えば、適正な振幅の直角回折格子プロフィ
ルを有する相マスクに対する法線(直交)入射は、+1
とー1オーダに屈折した等強度で、全偶数オーダの抑制
をする。上述の説明では、相マスクは、相回折格子、す
なわち、入射、化学光線に周期的、あるいはほぼ周期的
な相変調を課する光学素子であるとした。
期相変調を課する光学素子を提供することが有用であ
る。光学素子が化学発光の単光線で照射されるときは、
そのような相変調は複合波頭を発生させる。この複合波
頭はブラッグ回折格子より複雑な屈折率変調を有する光
学素子を製造するのに有用である。
略図である。
図である。
の透過スペクトルである。
Claims (1)
- 【請求項1】 光導波路(10)に回折格子(60)を
形成する方法において、 (A) 化学線源(50)と光導波路(10)との間
に、軸に沿って周期的に反復する特徴を有する光学回折
格子(20)を配置するステップと、 (B) 前記光学回折格子(20)に前記化学線源(5
0)からの単一光線(30)を照射するステップと、 を有し、前記光学回折格子(20)は、光学位相回折格子であ
り、 前記ステップ(B)の間に、 (B1) 前記光位相回折格子の特徴が反復する周期方
向軸に沿って、前記単一光線の強度を変化させながら、
前記単一光線を光導波路(10)に対し相対的に移動さ
せることを特徴とする光導波路に回折格子を形成する方
法。
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