JP3328648B2 - 振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法 - Google Patents

振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ製造装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光受動素子に係り、
特に、振幅マスク、これを用いた長周期格子フィルタ(l
ong period grating filter)製造装置及びその方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】（背景技術） 近年、光通信の発達に伴って、光受動素子として長周期
格子フィルタに多くの関心が寄せられている。長周期格
子フィルタは、光ファイバのコアに進行するコアモード
(core mode)をクラッドモード(cladding mode)にカップ
リングせしめる素子であって、紫外線に敏感な光ファイ
バのコアに周期的に屈折率の変化を与えて製作する。す
なわち、光に露出された部分は屈折率が増大する一方、
そうでない部分は変化がなく、周期的な屈折率の変化が
生じる。そして、コアモードをクラッドモードにカップ
リングせしめるには、下記の数１を満たす必要がある。
【０００３】
【数１】 ところで、数１において、β＝２πｎ/λ（ここで、ｎ
は屈折率）を代入すれば、数１はｎＣＯ−ｎＣｌ＝λ/
Λとなる。従って、ある波長をクラッドモードに変える
には、周期Λ及び屈折率差ｎＣＯ−ｎＣｌを定めれば良
い。前述の屈折率差は、紫外線に敏感な光ファイバに紫
外線レーザーを適宜照射することにより得られる。
【０００４】図１は、従来の長周期格子フィルタ製造装
置を概略的に示すブロック図である。図１による従来の
長周期格子フィルタ製造装置は、高出力のエキシマレー
ザ光源１００と、ミラー１０２と、レンズ１０４と、シ
リカマスク１０６および光ファイバ１０８により構成さ
れている。光源１００は紫外線レーザを照射する。ミラ
ー１０２は光源１００から照射されたレーザ光の経路を
変える。レンズ１０４はミラー１０４により該経路が変
えられたレーザ光の焦点を調節する。シリカマスク１０
６はレンズを通過したレーザ光を選択的に通過させる。
光ファイバ１０８はシリカマスク１０６を通過したレー
ザ光が照射されてコアに長周期格子が形成される。
【０００５】レーザ光がレンズ１０４を通過してシリカ
マスク１０６と接触して光ファイバ１０８に照射されれ
ば、光ファイバ１０８は一定の周期をもってその屈折率
が変わり、光ファイバ１０８には長周期格子が形成され
る。このとき、光ファイバ１０８に光源１１０を使って
光を通過させながら、検出器１１２で光を検出すること
により長周期格子フィルタの光学的な特性が得られる。
【０００６】しかし、前述の長周期格子フィルタ製造装
置において、シリカマスク１０６は、シリカ基板上にク
ロム（Ｃｒ）を塗布してからパターニングして得られた
クロムパターンで構成されており、このクロムパターン
によってレーザ光が選択的に通過させられる。しかし、
クロムパターンは損傷限界が１００ｍＪ／ｃｍ２と低
く、高出力のエキシマレーザ光が効率良く利用できない
短所がある。さらに、前述のシリカマスクはシリカ基板
上にクロムパターンを形成して製造するため、最初にデ
ザインされたパターンに応じて決められる１つの周期し
か持っていない短所がある。従って、相異なる周期をも
つ長周期格子フィルタを得るには、相異なる周期をもつ
多数枚の振幅マスクが必要となり、コスト高となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明が達成しようと
する目的は、一定の周期をもつ２枚のマスクを重ね合わ
せ、且つ所定角度をもって互いに反対方向に回転させて
前記所定周期が連続的に変わる振幅マスク、これを用い
た長周期格子フィルタ製造装置及びその方法を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（発明の開示） 前記目的を達成するために、本発明は、光ファイバにレ
ーザ光を選択的に通過させて長周期格子を製作すると
き、前記光ファイバに周期的に前記レーザ光を通過させ
る振幅マスクは、前記レーザ光を通過させる通過領域及
び通過させない非通過領域が周期的に交互に配置される
２枚のマスクを具備し、前記２枚のマスクは連続的に互
いに反対方向に回転させられて形成された通過領域の周
期が連続的に変わることを特徴とする。
【０００９】前記目的を達成するために、本発明は、レ
ーザ光を生成するレーザ光源と、所定周期をもつ２枚の
マスクを重ね合わせて所定角度分だけ回転させることに
よりその周期が調節され、該調節された周期に応じて前
記レーザ光を長周期格子が形成される光ファイバに選択
的に通過させる振幅マスクと、前記２枚のマスクを所定
角度をもって互いに反対方向に回転させる回転手段とを
含むことを特徴とする。
【００１０】前記目的を達成するために、本発明は、レ
ーザ光源と、前記レーザ光源から発せられたレーザ光の
経路を変えるミラーと、前記経路の変えられたレーザ光
の焦点を調節するレンズと、所定周期をもつ２枚のマス
クを重ね合わせて所定角度分だけ回転させることにより
前記所定周期が調節され、該調節された周期に応じて前
記レンズを通過したレーザ光を長周期格子が形成される
光ファイバに選択的に通過させる振幅マスクと、前記光
ファイバに形成された長周期格子フィルタのカップリン
グピークを測定する測定部と、前記測定部から前記カッ
プリングピーク時の波長が伝達されて所望のカップリン
グピーク波長が得られるように前記振幅マスクの周期を
調節する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１１】前記目的を達成するために、本発明は、レ
ーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非通過領
域が交互に配置される２枚のマスクを重ね合わせて互い
に反対方向に回転させる段階と、前記回転させられた２
枚のマスクにより所定周期をもって形成された通過領域
に前記レーザ光を通過させて光ファイバに照射し、前記
光ファイバに長周期格子を形成する段階と、前記長周期
格子が形成された光ファイバに光を通過させて前記長周
期格子によるカップリングピークを測定し、該測定され
たカップリングピークが所望の波長でなされるように前
記２枚のマスクの回転角度を調節する段階とを含むこと
を特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】（発明を実施するための最良の態
様） 以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例をさらに
詳細に説明する。図２は、本発明を達成するためのマス
クの構造を示す図である。図３は、所望の周期が得られ
るように図２のマスクの２枚を互いに反対方向に所定角
度分だけ回転させた結果を示す図である。図２によるマ
スクは、肉厚が約０.２ｍｍと薄い金属基板２００、例
えば、ステンレス基板に数百μｍの周期（Λ０＝２ｄ）
にて光が通過可能な通過領域２０２及びその他の非通過
領域２０４から構成される。通過領域２０２は、二酸化
炭素レーザを用いた加工または化学的エッチングなどの
方法により加工される。金属基板２００は、損傷限界の
制限を無くすため、高パワーの紫外線レーザが光源とし
て使用できるという利点がある。レーザが通過領域２０
２を通過し、これにより光導波路の屈折率が高まる。金
属からなる非通過領域２０４は紫外線レーザを遮断す
る。
【００１３】本発明に係る振幅マスクは、図２に示され
た２枚のマスクを回転ジグ（図示せず）に重ねて固定し
た後に、２枚のマスクを各々精度良く回転させる。図３
は、２枚のマスク３００をα゜分だけ回転せしめた場合
を示すものであって、参照番号３０２は光ファイバまた
は光導波路の方向である。３０４、３０６は一番目及び
二番目のマスクが各々α゜分ずつ回転させられたことを
示す。３０８はレーザーが通過する領域であり、Λは本
発明の振幅マスクの周期である。振幅マスクの周期Λ
は、図４に示されたように、回転角αに対し、下記の数
２のように決定される。
【００１４】
【数２】 XCOSα＝ａ１＝ａ２ XSin2α＝ｄ ａ１＝ｄCOSα/Sin２α ２ｄ＝Λ０ Λ＝２Λ０COSα/Sin2α 式中、Λ０は１枚のマスクの周期を表わす。
【００１５】図５は、２枚のマスク５００を図３の回転
角度α゜よりも大きいβ゜分だけ回転させた場合を示す
ものであって、参照番号５０２は光ファイバまたは光導
波路の方向である。回転角度が図３の場合に比べて大き
くなるにつれてその周期は小さくなったことが分かる。
図６は、周期Λ０が１００μmであるマスクを使用した
場合の、回転角αに応じた振幅マスクの周期変化を示す
ものである。図６によれば、振幅マスクの周期は回転角
が１０゜で１４０μmから６００μm以上まで連続的に調
節可能である（αが０゜であるとき、周期は無限大とな
る）。
【００１６】図７は、本発明の振幅マスクを用いた長周
期格子フィルタ製造装置を概略的に示すブロック図であ
る。図７による長周期格子フィルタ製造装置は、エキシ
マレーザ光源７００と、ミラー７０２と、レンズ７０４
と、振幅マスク７０６と、光ファイバ７０８と、光源７
１０と、測定部７１２及び制御部７１４により構成され
ている。ミラー７０２はエキシマレーザ光源７００から
発せられたレーザ光の経路を変える。レンズ７０４はミ
ラー７０２により該経路が変えられたレーザ光の焦点を
調節する。振幅マスク７０６はレンズを通過したレーザ
光を選択的に通過させて、図２に示された２枚のマスク
を回転ジグ（図示せず）に重ねて固定した後に、２枚の
マスクを各々精度良く回転させる。光ファイバ７０８は
前述の振幅マスク７０６を通過したレーザ光が照射され
てコアに長周期格子が形成される。測定部７１２は長周
期格子が形成された光ファイバ７０８を通過した光の特
性を測定する。制御部７１４は測定部７１２で測定され
るカップリングピークに応じて振幅マスク７０６の周期
を調節する。
【００１７】ここで、カップリングピークとは、長周期
格子において各波長のコアモードがクラッドモードにカ
ップリングされることにより消光比(extinction ratio)
が最大になることをいう。
【００１８】長周期格子製造装置を用いた長周期格子フ
ィルタの製作は、下記の通りである。先ず、エキシマレ
ーザ光源７００で生成されたレーザ光がミラー７０２及
びレンズ７０４を通過して振幅マスク７０６と接触して
光ファイバ７０８に照射される。振幅マスク７０６を通
過したレーザ光が照射された部分の光ファイバは屈折率
が変わり長周期格子が形成される。このとき、長周期格
子が形成された光ファイバ７０８に光源７１０で生成さ
れた光を通過させて、測定部７１２で光ファイバ７０８
を通過した光の強度及び波長を測定する。制御部７１４
は光ファイバ７０８から所望のカップリングピーク波長
が得られるように振幅マスクの周期を調節する。
【００１９】
【発明の効果】（産業上の利用可能性） 以上説明したように、本発明に係る振幅マスクは、一定
の周期をもつ２枚のマスクが互いに反対方向にせしめら
れて、その回転角に応じた振幅マスク周期をもつので、
連続的に周期を変えることができる。さらに、長周期格
子フィルタの製造に際して、単一の周期をもつシリカマ
スクに代えて、周期が調節可能な振幅マスクを採用する
ことにより、周期に敏感なカップリングピーク波長が得
られる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】従来の長周期格子フィルタ製造装置を概略的に
示すブロック図である。
【図２】本発明を達成するためのマスクの構造を示す図
である。
【図３】所望の周期が得られるように図２のマスクの２
枚を互いに反対方向に所定の角度分だけ回転せしめた結
果を示す図である。
【図４】図３において、回転角度による振幅マスクの周
期決定過程に対して示す図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
【図６】周期Λ０が１００μmであるマスクを使用した
場合、回転角αによる振幅マスクの周期変化を示す図で
ある。
【図７】本発明に係る振幅マスクを用いた長周期格子フ
ィルタ製造装置に対する概略を示すブロック図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−329705（ＪＰ，Ａ) 特許3165113（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平９−508713（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/18 G02B 6/10 G02B 6/16

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバにレーザ光を選択的に通過さ
    せて長周期格子を製作するとき、前記光ファイバに周期
    的に前記レーザ光を通過させる振幅マスクにおいて、 前記レーザ光を通過させる通過領域及び通過させない非
    通過領域が周期的に交互に配置された２枚のマスクを具
    備し、前記２枚のマスクは連続的に互いに反対方向に回
    転させられて形成され、通過領域の周期が連続的に変わ
    ることを特徴とする振幅マスク。
  2. 【請求項２】 前記マスクの基板材質は金属であること
    を特徴とする請求項１に記載の振幅マスク。
  3. 【請求項３】 前記振幅マスクの周期Λは、 Λ０を前記マスクの周期とし、αを前記２枚のマスクの
    回転角度とするとき、 Λ＝２Λ０COSα/Sin2α のように決定されることを特徴とする請求項１に記載の
    振幅マスク。
  4. 【請求項４】 レーザ光を生成するレーザ光源と、 所定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分
    だけ回転させることにより前記所定周期が調節され、該
    調節された周期に基づき前記レーザ光を長周期格子が形
    成される光ファイバに選択的に通過させる振幅マスク
    と、 前記２枚のマスクを所定角度をもって互いに反対方向に
    回転させる回転手段と、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタ製造装置。
  5. 【請求項５】 第２光源と、 前記第２光源により生成された光が前記長周期格子が形
    成された光ファイバの他側に入射するとき、前記長周期
    格子が形成された光ファイバの一側において前記長周期
    格子フィルタのカップリングピークを測定する測定部
    と、 前記測定部から前記カップリングピーク時の波長が伝達
    されて所望のカップリングピーク波長が得られるように
    前記回転手段を制御する制御部と、 をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の長
    周期格子フィルタ製造装置。
  6. 【請求項６】 前記マスクの基板材質は金属であること
    を特徴とする請求項４に記載の長周期格子フィルタ製造
    装置。
  7. 【請求項７】 前記振幅マスクの周期Λは、 Λ０を前記マスクの周期とし、αを前記２枚のマスクの
    回転角度とするとき、 Λ＝２Λ０COSα/Sin2α のように決定されることを特徴とする請求項５に記載の
    長周期格子フィルタ製造装置。
  8. 【請求項８】 レーザ光源と、 前記レーザ光源から発せられたレーザ光の経路を変える
    ミラーと、 前記経路の変えられたレーザ光の焦点を調節するレンズ
    と、 所定周期をもつ２枚のマスクを重ね合わせて所定角度分
    だけ回転させることにより前記所定周期が調節され、該
    調節された周期に応じて前記レンズを通過したレーザ光
    を長周期格子が形成される光ファイバに選択的に通過さ
    せる振幅マスクと、 前記光ファイバに形成された長周期格子フィルタのカッ
    プリングピークを測定する測定部と、 前記測定部から前記カップリングピーク時の波長が伝達
    されて所望のカップリングピーク波長が得られるように
    前記振幅マスクの周期を調節する制御部と、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタの製造装
    置。
  9. 【請求項９】 レーザ光を通過させる通過領域及び通過
    させない非通過領域が交互に配置された２枚のマスクを
    重ね合わせて互いに反対方向に回転させる段階と、 前記回転させられた２枚のマスクにより所定周期をもっ
    て形成された通過領域に前記レーザ光を通過させて光フ
    ァイバに照射し、前記光ファイバに長周期格子を形成す
    る段階と、 前記長周期格子の形成された光ファイバに光を通過させ
    て前記長周期格子によるカップリングピークを測定し、
    該測定されたカップリングピークが所望の波長で回転さ
    れるように前記２枚のマスクの回転角度を調節する段階
    と、 を含むことを特徴とする長周期格子フィルタの製造方
    法。
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