JP3353811B2

JP3353811B2 - 光学デバイス

Info

Publication number: JP3353811B2
Application number: JP12974397A
Authority: JP
Inventors: 政一茂原; 昌行重松; 素貴角井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JPH10319259A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野などで
使用される光学デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な光ファイバ通信システムは、光
信号源と、この光信号源に一端が接続された光ファイバ
線路と、この光ファイバ線路の他端に接続された光受信
器とを備えている。光ファイバ線路中には、伝送中の信
号を増幅するための光増幅器が設置されている。このよ
うな光ファイバ通信システムでは、多くの場合、１．５
μｍ帯の信号光が用いられ、光増幅器としてエルビウム
（Ｅｒ）等の希土類が添加された光ファイバアンプが使
用されている。この希土類添加光ファイバアンプは、所
定の励起光を入射させて反転分布を形成しておいてから
１．５μｍ帯の光を入射させると、誘導放出を引き起こ
して入射光を増幅する作用を有している。

【０００３】このような光ファイバアンプにおいて、励
起光による光ファイバアンプの反転分布は温度依存性を
有している。この反転分布の温度依存性は、利得の変動
や雑音指数の増大をもたらすことから、複数の光ファイ
バアンプによって光増幅が繰り返されると反転分布に応
じた波長分布が信号光に生じてしまい、この結果、異な
る波長の光に対して利得が異なるという利得の波長依存
性が生じてしまう。このため、波長分割多重（ＷＤＭ）
方式の多重化通信システムでは、チャンネルごとに異な
る利得が与えられてしまい、これによっていくつかのチ
ャンネルのビット誤り率が高くなるという問題が生じて
いる。

【０００４】これらの問題を解決するためにファイバグ
レーティングを使用する技術が、特開平−２８３７８６
号公報及び論文「Long-Period Fiber Gratings as Band
-Rejection Filters」（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOL
OGY VOL. 14,NO. 1,JANUARY1996）に記載されている。
ファイバグレーティングは、光ファイバの軸に沿ってコ
ア内に形成された周期的な屈折率変調領域であり、これ
には比較的短周期のブラッググレーティングと、これよ
りも長周期（実際には、約５０〜１５００μｍ）のグレ
ーティングとが含まれるが、上記の論文では長周期グレ
ーティングが使用されている。この長周期グレーティン
グは、光ファイバを伝送するコアモードとクラッドモー
ドとの間の結合を誘起するグレーティングであり、グレ
ーティングの周期（ピッチ）がコアモードとクラッドモ
ードとの光路差が２πとなるように設定されていて、コ
アモードからクラッドモードへの強いパワー変換をもた
らすようになっている。この結果、長周期グレーティン
グは、コアモードをクラッドモードに放射させる作用を
有することになり、コアモードの強度を所定波長（以
下、「損失波長」と呼ぶ。）を中心とした狭い帯域にわ
たって減衰させる。上記の論文では、増幅自然放射の波
長分布に応じた波長分布の光減衰特性を有する長周期グ
レーティングを光ファイバ線路中に設けることで増幅自
然放射を打ち消し、増幅された信号光の波長スペクトル
を平坦化できることが記載されている。

【０００５】このような長周期グレーティングは、通
常、感光性のコアを有する光ファイバの軸方向に沿って
所定の間隔で局所的に光を照射することにより周期的な
光誘起屈折率変化を生じさせることで作製することがで
きる。よく行われているのは、感光性ファイバとして、
コアに感光材であるゲルマニウムまたはリンが添加され
た石英ガラス系の光ファイバを用意し、作製すべきグレ
ーティングの周期に対応した間隔で光透過部と光遮断部
とが交互に格子状に配列されてなる強度変調マスクをこ
の光ファイバの上に配置し、強度変調マスクの上から２
４８ｎｍから１９３ｎｍ付近の波長の紫外光ビームを照
射する方法である。この方法によれば、強度変調マスク
の各光透過部を透過した紫外光が光ファイバに照射さ
れ、ゲルマニウムが添加されたコアのうち紫外光が照射
された箇所の屈折率が局所的に上昇する。この結果、強
度変調マスクの光透過部の配列周期と略等しい周期で屈
折率が変調した領域、すなわちグレーティングがコアに
形成されることになる。

【０００６】長周期グレーティングによってコアからク
ラッドに放射される光の波長スペクトルの中心波長、す
なわち損失波長は、次式に基づいて決まる。 β_コア ^(lm)−β_{クラット゛} ⁽ⁿ⁾＝２π／Λ ・・・（１）ここで、ｌ，ｍはコアモードの次数（基本モードＬＰ₀₁
ならｌ＝０、ｍ＝１）であり、β_コア ^(lm)は（ｌｍ）で規
定されるコアモードの伝搬定数であり、 β_クラッ _ト゛ ⁽ⁿ⁾は
ｎ次のクラッドモードの伝搬定数であり、Λは長周期グ
レーティングの周期である。

【０００７】伝搬定数β_コア、β_{クラット゛}は損失波長に依存
するパラメータであるから、上記（１）式から、グレー
ティング周期Λを調整して長周期グレーティングを形成
することにより長周期グレーティングの損失波長を制御
できることがわかる。また、また、β_コアはコアの実効屈
折率、β_{クラット゛}はクラッドの実効屈折率のそれぞれ依存
するから、グレーティングの周期を一定とした場合に
は、長周期グレーティングの損失波長は、主として長周
期グレーティングが形成された部位におけるコアとクラ
ッドとの実効屈折率に依存することになる。グレーティ
ング形成部におけるコアの実効屈折率は変調された屈折
率の平均値を基礎として考えることができ、グレーティ
ング形成部におけるコアの実効屈折率差は、コアの屈折
率の平均値とクラッドの屈折率との差に依存する。グレ
ーティング形成時の紫外光の照射量に応じてコアの屈折
率変調の振幅が変化し、これに応じてコアの屈折率も変
化するから、結局、紫外光の照射量を調整して長周期グ
レーティングを形成することにより、コア・クラッド間
の実効屈折率差を調整し、長周期グレーティングの損失
波長を制御することも可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら光ファイ
バアンプの利得特性は、増幅自然放射による波長依存性
の外に温度依存性があり、光ファイバアンプの波長領域
を有効に利用することができないという問題があった。
そのために、恒温槽を用いたり、あるいは温度の影響が
少ない波長範囲に限定して使用する等の手段が講ぜられ
てきた。恒温槽を用いたのでは高価で、また、使用場所
が制限されることになる。さらに、使用波長範囲を限定
したのでは光通信の大容量化の目的に添うことができな
い。

【０００９】そこで本発明は、上記の課題を解決するた
めになされたもので、温度変化によって入力光と出力光
との強度比の波長依存性が変化する光部品を有し、全体
として温度変化に対する当該波長依存性の変化を低減す
ることができる光学デバイスを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学デバイ
スは、温度変化によって入力光と出力光との強度比の波
長依存性が変化する光部品と、光部品に接続されると共
に長周期グレーティングを複数個有する光導波路と、を
備え、夫々の長周期グレーティングは、光導波路のコア
の屈折率が光軸方向に周期的に変化すると共に、コアを
伝搬する光の損失が極大となる損失極大波長を中心とし
て所定の波長範囲で減衰を生じさせる損失波長特性を有
し、複数の長周期グレーティングは、一連の光導波路に
直列に配置され、少なくともいずれか一つの長周期グレ
ーティングの損失極大波長が特定の物理的な周囲条件の
変化によってシフトし、そのシフト量が他の長周期グレ
ーティングの損失極大波長のシフト量と異なることによ
り、温度変化による光部品の波長依存性の変化を相殺す
るように長周期グレーティングの損失波長特性を変化さ
せる周囲条件を長周期グレーティングに与えることを特
徴とする。また、特定の物理的な周囲条件が温度である
ことを特徴とするのが好適である。本発明における光導
波路によれば、温度等の特定の物理的な周囲条件を長周
期グレーティングに与えることにより、少なくともいず
れか一つの長周期グレーティングの損失極大波長がシフ
トし、そのシフト量が他の長周期グレーティングの損失
極大波長のシフト量と異なることにより、温度変化によ
る光部品の入力光と出力光との強度比の波長依存性の変
化を相殺するように長周期グレーティングの損失波長特
性を変化させることができる。よって本発明に係る光学
デバイスは、全体として温度変化に対する入力光と出力
光との強度比の波長依存性の変化を低減することができ
る。

【００１１】本発明に係る光学デバイスは、複数の長周
期グレーティングのうち、室温における損失極大波長が
短波長側にあるものほど温度変化に対する損失極大波長
のシフト量が大きいことを特徴とするのが好適である。

【００１２】本発明に係る光学デバイスは、温度変化に
よって入力光と出力光との強度比の波長依存性が変化す
る光部品と、光部品に接続されると共に長周期グレーテ
ィングを複数個有する光導波路と、光部品の周辺温度を
検知する温度センサと、光導波路に張力を付与する張力
付与機構と、を備え、夫々の長周期グレーティングは、
光導波路のコアの屈折率が光軸方向に周期的に変化する
と共に、コアを伝搬する光の損失が極大となる損失極大
波長を中心として所定の波長範囲で減衰を生じさせる損
失波長特性を有し、複数の長周期グレーティングは、一
連の光導波路に直列に配置され、温度センサが検知した
周辺温度に応じた大きさの張力が張力付与機構により長
周期グレーティングに付与されることによって、少なく
ともいずれか一つの長周期グレーティングの損失極大波
長がシフトし、そのシフト量が他の長周期グレーティン
グの損失極大波長のシフト量と異なることにより、温度
変化による光部品の波長依存性の変化を相殺するように
長周期グレーティングの損失波長特性を変化させる大き
さの張力を長周期グレーティングに与えることを特徴と
する。本発明における光導波路によれば、温度センサ
が検知した周辺温度に応じた大きさの張力が張力付与機
構により長周期グレーティングに付与されることによっ
て、少なくともいずれか一つの長周期グレーティングの
損失極大波長がシフトし、そのシフト量が他の長周期グ
レーティングの損失極大波長のシフト量と異なることに
より、温度変化による光部品の入力光と出力光との強度
比の波長依存性の変化を相殺するように長周期グレーテ
ィングの損失波長特性を変化させることができる。よっ
て本発明に係る光学デバイスは、全体として温度変化に
対する入力光と出力光との強度比の波長依存性の変化を
低減することができる。

【００１３】本発明に係る光学デバイスは、損失極大波
長の異なる複数の長周期グレーティングのうち、室温に
おける損失極大波長が短波長側にあるものほど、張力の
大きさに対する損失極大波長のシフト量が大きいことを
特徴とするのが好適である。

【００１４】本発明に係る光学デバイスは、少なくとも
２以上の長周期グレーティングが同種の光導波路に形成
されていることを特徴とするのが好適である。この場
合、複数の長周期グレーティングの各ピッチをコアモー
ドと結合するクラッドモードの次数に対応するように選
択することができる。長周期グレーティングの各ピッチ
を選択することによってコアモードと結合するクラッド
モードの次数が異なるので、損失極大波長及び減衰量、
さらには周囲の物理量の変化に対する損失極大波長のシ
フトを変えることができるので別の損失波長特性が得ら
れる。

【００１５】本発明に係る光学デバイスは、少なくとも
２以上の長周期グレーティングが異種の光導波路夫々に
形成されていることを特徴とするのが好適である。この
場合は、各長周期グレーティングの損失極大波長及び減
衰量、さらに周囲の物理量の変化に対する損失極大波長
のシフトが異なるので他の損失波長特性を得ることがで
きる。

【００１６】本発明に係る光学デバイスは、光部品が光
ファイバアンプであることを特徴とするのが好適であ
る。

【００１７】本発明に係る光学デバイスは、実効動作波
長範囲において、光学デバイスの平均利得に対する利得
偏差の比が４％以内であることを特徴とするのが好適で
ある。それにより、複数の光ファイバアンプによって光
増幅が繰り返されても、増幅された信号光の波長スペク
トルの平坦化を維持することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら長
周期グレーティングを備えた光導波路及びこれを備えた
光学デバイスにかかわる実施の形態を詳細に説明する。
なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。

【００１９】（実施形態１）図１は、本実施形態に係わ
る長周期グレーティングを備えた光ファイバの構成を示
す断面図である。図１において、光ファイバ１２は、石
英系ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）のような感
光性の元素が添加されたコア１０と、コア１０の外周に
コアより屈折率の低い石英系ガラスのクラッド１１とに
よって形成される。長周期グレーティングは、光ファイ
バ１２のコア１０の屈折率が光軸方向に周期的に変化す
ると共に、コア１０を伝搬する信号光はその周期に対応
してコアモードからクラッドモードに放射してコアモー
ドの損失が極大となる損失極大波長（λ₁、λ₂・・・λ
_i）を中心として所定の波長範囲で減衰を生じさせる屈
折率縞（１_a、１_b・・・１_i）からなる長周期グレーテ
ィングを複数個によって形成される。

【００２０】複数の長周期グレーティング（２_a、２_b・
・・２_i）は、一連の光導波路に直列に配置して形成さ
れた異なる周期（Λ₁、Λ₂・・・Λ_i）の屈折率縞１
_j（ｊは１＜ｊ＜ｉ、以下同様）であり、複数の屈折率
縞１_jの少なくともいずれか一つは、特定の物理的な周
囲条件（例えば、温度あるいは張力）によって損失極大
波長λ_jがシフトする構成であり、いずれかの損失極大
波長λ_jがシフトすることによって、全体の損失波長特
性が変化するものである。

【００２１】図２は、図１に示した同一のコア１０に形
成された屈折率縞Λ_jの中、２つの屈折率縞１_a、１_bが
温度によって損失波長の減衰形状が変化する状態を示す
グラフである。図２（ａ）は２５℃（室温）における透
過損失の形状を表すものであり、Ａ₁は屈折率縞１_aによ
る損失極大波長λ₁の損失波長特性、Ａ₂は屈折率縞１_b
による損失極大波長λ₂の損失波長特性、そしてＡ₀は屈
折率縞１_aと１_bの両方による損失波長特性を示すグラフ
であり、使用波長によらずほぼ一定の損失を有する波長
特性である。また、図２（ｂ）は７５℃における透過損
失の形状を表すものであり、Ａ₁’は屈折率縞１_aによる
損失極大波長λ₁’の損失波長特性、Ａ₂は屈折率縞１_b
による損失極大波長λ₂の損失波長特性、そしてＡ₀’は
屈折率縞１_aと１_bの両方による損失波長特性を示すグラ
フであり、使用する波長に対して右下がりの波長特性で
ある。図２（ｂ）は、温度上昇による損失極大波長λ₂
のシフトが損失極大波長λ₁’のシフトに比べて相対的
に小さく、両者が接近したためである。

【００２２】図２（ａ）が示すように、２５℃において
は２つの屈折率縞１_aと１_bとによる損失波長特性Ａ
₀は、ほぼ平坦の状態である。これに対して図２（ｂ）
が示すように、温度が室温から７５℃に上昇すると、損
失極大波長λ₁、λ₂の中の一方の損失極大波長λ₁が
λ₁’までシフトする。その結果、損失極大波長λ₁’と
λ₂との両方の損失波長特性はＡ₀’となり、傾斜した特
性を示すようになる。屈折率縞１_iの数をさらに増加す
ることによって、損失極大波長λ_iの全体的減衰を所望
の形状に形成することができる。

【００２３】損失極大波長λ₁がλ₁’までシフトする大
きさ（厳密には、損失波長特性も変化するが変化の割合
が小さいので考慮しないことにする。）はコアに添加さ
れたゲルマニウムの量と温度あるいは張力によって決ま
ることが知られている。ゲルマニウムが添加されたコア
に形成された長周期グレーティングの損失極大波長λ_i
が温度あるいは張力等の物理量によってシフトするメカ
ニズムは、完全に解明されていない。しかしながら、こ
のような現象に関する最近の研究成果が、論文「Simult
aneous Measurement Systems Employing Long-Period G
rating Sensors」（ＯＦＳ−１０；Ｆｒ２-５）におい
て実験的に測定されたことが発表されている。

【００２４】また、長周期グレーティングにおいて、コ
アモードからクラッドモードに放射してコアモードの強
度が所定の損失極大波長を中心に減衰する場合、コアモ
ードと結合するクラッドモードの次数によって損失極大
波長λ_i及び減衰の極大値が変化することが、論文「Lon
g-Period Fiber Gratings as Band-Rejection Filter
s」（JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY VOL. 14,NO.
1,JANUARY 1996）に記載されている。

【００２５】さらに、異種光ファイバに形成された長周
期グレーティングにおいても温度に対応して損失極大波
長が変化することが、論文「Temperature-insensitive
long-period fiber gratings」（ＯＦＣ，’９６；ＰＤ
−１）に記載されている。

【００２６】図３は、異種光ファイバに形成された長周
期グレーティングの構成を示す図である。図３におい
て、光ファイバ１２_aと光ファイバ１２_bのコア１０_a、
１０_bは石英系ガラスに酸化ゲルマニウムのような感光
性の元素が添加されると共に、光ファイバ１２_aの屈折
率分布は図４（ａ）に示すように分散シフトファイバの
プロファイル（ＤＳＦ）に形成され、また、光ファイバ
１２_bは図４（ｂ）に示すようにコアの外周にクラッド
より高屈折率のリング部を有するプロファイル（Ｗ型）
に形成されている。このような屈折率分布のコアに長周
期グレーティングを形成すると、コアの屈折率分布がＷ
型の場合（図４（ｂ））は温度に対して損失極大波長の
シフトが極めて小さいが、コアの屈折率分布がＤＳＦの
場合（図４（ａ））は温度に対して損失極大波長がシフ
トすることが示されている。

【００２７】本発明は、これら温度あるいは張力等の物
理量によって損失極大波長がシフトする複数の長周期グ
レーティングを組み合わせて、全体を所望の損失波長特
性に形成することを第１の目的とするものである。

【００２８】なお、これら物理量によっていずれか一つ
の損失極大波長λ_jがシフトするというのは、一方の損
失極大波長λ_jが他方の損失極大波長λ_j-1に比べてシフ
トする大きさに差があり、一方の損失極大波長λ_jが他
方の損失極大波長λ_j-1に接近したり、遠ざかることで
ある。

【００２９】長周期グレーティングにおいて、コアモー
ドからクラッドモードに放射してコアモードの強度が所
定の損失極大波長を中心に減衰する場合、コアモードと
結合するクラッドモードの次数によって損失極大波長λ
_j及び損失の極大値が変化する。したがって、屈折率縞
１_jの間隔Λ_jを選択することによって損失極大波長λ_j
及び損失の極大値、さらには周囲の物理量の変化に対す
る損失極大波長のシフトを変えることができる。

【００３０】図５は、本実施形態に係わる長周期グレー
ティングの作成方法を表す図である。本実施形態では、
まず、図５（ａ）に示されるように、強度変調マスク３
０を介して光ファイバ１２に紫外光を照射して光ファイ
バ１２に長周期グレーティングを形成する。

【００３１】光ファイバ１２は、石英ガラスを主成分と
するものであり、屈折率上昇材のゲルマニウムが添加さ
れている。このゲルマニウムは、周知のとおり、波長２
４８ｎｍ又は１９３ｎｍ付近の紫外光に対する感光材と
しての役割も有している。すなわち、ゲルマニウムが添
加された石英ガラスは、上記のような波長の紫外光が照
射されると、その照射部分において屈折率が上昇すると
いう性質を持つ。このことに鑑み、本実施形態では、光
ファイバ１２への照射紫外光として、波長２４８ｎｍ帯
のエキシマレーザ光を用いている。

【００３２】強度変調マスク３０は、透明な石英ガラス
平板３１の表面に複数の帯状クロム層３２を等間隔に蒸
着したものである。このクロム層３２は、紫外光を遮断
する作用を有している。従って、石英ガラス平板３１の
クロム蒸着面には、光遮断部（即ち、クロム層）と光透
過部（各クロム層の間に位置するガラス表面）とが交互
に格子状に配列されていることになる。本実施形態で
は、この強度変調マスク３０のクロム蒸着面の反対側の
面に紫外光が照射され、クロム層３２間のガラス表面３
１を透過した紫外光のみが光ファイバ１２に照射され
る。このため、光ファイバ１２には、紫外光が等間隔の
格子状に照射されることになる。この紫外光は、感光材
であるゲルマニウムが添加されたコアに入射して、コア
の屈折率変化を誘起する。これにより、光ファイバ１２
には、屈折率が局所的に上昇した複数の部位がコアの軸
線に沿って屈折率の縞が等間隔に配列されることにな
る。屈折率縞の周期は、１００〜１０００μｍとするの
がよい。

【００３３】図５（ｂ）は、このようにして屈折率縞を
形成した後におけるコア及びクラッドのファイバ軸方向
に沿った屈折率分布を示す図である。図５（ｂ）に示す
ように、上記の紫外光によって、コアに複数の局所的な
屈折率上昇部が形成されて屈折率縞を構成している。な
お、図面の簡略化のため、図５（ｂ）には、紫外光照射
による屈折率上昇部が３個だけ示されているが、実際の
長周期グレーティングは、このような屈折率上昇部を数
百個程度に及んで構成させる。

【００３４】（実施形態２）上述した長周期グレーティ
ングが形成された光ファイバを光ファイバアンプに適用
した光学デバイスについて説明する。図６は、本実施形
態に係わる光ファイバアンプが光伝送路２０の間に配置
された構成を示す図である。図６において、エルビウム
等の希土類元素が添加された光ファイバ２１と、希土類
添加ファイバ２１に信号光Ｓと励起光Ｅとを導入するた
めの光カプラ２２からなる光ファイバアンプ、および光
ファイバアンプの出力側には長周期グレーティングを有
する光ファイバ１２が接続されている。

【００３５】また、図７は、光ファイバアンプの利得曲
線の一例を示す図である。図７において、Ｂは２５℃の
室温における利得特性を示すグラフであり、所定の波長
範囲においてほぼ平坦な利得が得られている。これに対
して、光ファイバアンプの周囲温度が７５℃に上昇する
と、励起光Ｅによる光ファイバアンプの反転分布は曲線
Ｃに示すように、波長に対して傾斜した利得特性を示す
ように変化する。このような光ファイバアンプによって
光増幅が繰り返されると、信号光Ｓは反転分布に応じて
増幅されるので波長によって利得が変化する。このた
め、波長分割多重方式の多重化通信システムでは、チャ
ンネルごとに異なる利得が与えられてしまい、これによ
っていくつかのチャンネルのビット誤り率が高くなると
いう問題が生じている。

【００３６】このように温度に対して傾斜する利得特性
を平坦化するために、上述した図２に示すように、室温
では平坦で、高温になるにしたがって波長に対して右下
がりの損失波長特性を有する長周期グレーティングを光
ファイバアンプの後（あるいは前、又は中間）に接続す
ればよい。

【００３７】図８は、光ファイバアンプに長周期グレー
ティングを接続した場合、２５℃の利得特性と損失波長
特性（図８（ａ））及び７５℃の利得特性と損失波長特
性（図８（ｂ））を示すグラフである。２５℃の状態を
表す図８（ａ）において、Ａ₀は図２（ａ）に示した損
失波長特性、Ｂは図７に示した利得特性であり、Ｂ₁は
損失波長特性Ａ₀と利得特性Ｂとによって得られた光フ
ァイバアンプの実効利得特性であり、有効波長範囲λ_a
〜λ_bにおいて略平坦な利得が得られている。また、７
５℃の状態を表す図８（ｂ）において、Ａ₀’は図２
（ｂ）に示した損失波長特性、Ｃは図７に示した利得特
性であり、Ｃ₁は損失波長特性Ａ₀’と利得特性Ｃとによ
って得られた光ファイバアンプの実効利得特性である。
７５℃の実効利得特性Ｃ₁は、光ファイバアンプの実効
動作波長範囲λ_a〜λ_bにおいて平均利得に対する利得偏
差Δは略４％以内に抑えることができた。

【００３８】なお、光ファイバアンプに使用されるエル
ビウム添加ファイバの利得特性は、高温になるほど図７
のＣに示すように波長が大きくなると増加する傾向を示
す。このような傾向の温度依存性を解消するために接続
される長周期グレーティングの損失極大波長の全体的な
形状は、図２（ａ）に示すように室温ではほぼ一定（Ａ
₀）で、温度が上昇するに従って図２（ｂ）に示すよう
に短波長側で低く、長波長側で高い損失（Ａ₀’）を示
すと共に、複数の長周期グレーティングのうち、室温に
おける損失極大波長が短波長側あるものほど、温度変化
に対する波長変動が大きい特性を示すものが好ましい。
短波長側の損失極大波長が長波長側の損失極大波長に近
付くように形成すると、温度によって長波長側に発生す
る利得変動のピークを補償しやすくなる。この点に関し
ては、張力を加えて損失極大波長がシフトする場合も同
様であり、室温における損失極大波長が短波長側あるも
のほど、張力に対する波長変動が大きい特性を示すもの
が好ましい。

【００３９】（実施形態３）長周期グレーティングを光
ファイバアンプに適用して温度依存性を補償する他の方
法について説明する。図９は、本実施形態に係わる光フ
ァイバアンプの構成を示す図である。図９において、エ
ルビウム等の希土類元素が添加された光ファイバ２１
と、希土類添加ファイバ２１に信号光Ｓと励起光Ｅとを
導入するための光カプラ２２からなる光ファイバアン
プ、および光ファイバアンプの出力側には長周期グレー
ティングを有する光ファイバ１２が接続され、さらに、
温度センサ２４と光ファイバ１２に張力Ｔを付与するた
めの張力付与機構２３を備えた構成の光学デバイスであ
る。希土類添加ファイバ２１及び長周期グレーティング
を有する光ファイバ１２は実施形態２で使用したものと
同一構造、同一特性のものである。

【００４０】この発明の光学デバイスは、周囲の温度を
一旦温度センサ２４の電圧に変換し、この電圧を光ファ
イバ１２に固定したピエゾ素子等に加えて光ファイバ１
２に張力Ｔを発生せしめ、この張力Ｔによって長周期グ
レーティングの損失極大波長を変化させて、全体の減衰
形状が変化するものである。

【００４１】このような構成の光ファイバアンプについ
て、２５℃と７５℃における利得特性を測定した結果、
平均利得に対する利得偏差の比が、実効動作波長範囲に
おいて３％以内に抑えることができた。

【００４２】

【発明の効果】本発明における光導波路は、特定の物理
的な周囲条件を長周期グレーティングに与えることによ
り、少なくともいずれか一つの長周期グレーティングの
損失極大波長がシフトし、そのシフト量が他の長周期グ
レーティングの損失極大波長のシフト量と異なることに
より、温度変化による光部品の波長依存性の変化を相殺
するように長周期グレーティングの損失波長特性を変化
させることができる。よって本発明に係る光学デバイス
は、全体として温度変化に対する入力光と出力光との強
度比の波長依存性の変化を低減することができる。

【００４３】本発明における光導波路は、温度センサが
検知した周辺温度に応じた大きさの張力が張力付与機構
により長周期グレーティングに付与されることによっ
て、少なくともいずれか一つの長周期グレーティングの
損失極大波長がシフトし、そのシフト量が他の長周期グ
レーティングの損失極大波長のシフト量と異なることに
より、温度変化による光部品の波長依存性の変化を相殺
するように長周期グレーティングの損失波長特性を変化
させることができる。よって本発明に係る光学デバイス
は、全体として温度変化に対する入力光と出力光との強
度比の波長依存性の変化を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係わる長周期グレーティングを備
えた光ファイバの構成を示す図である。

【図２】複数の損失極大波長によって損失波長特性が変
化する状態を示すグラフである。

【図３】異種光ファイバに形成された長周期グレーティ
ングの構成を示す図である。

【図４】長周期グレーティングが形成されるコアの屈折
率分布の例を示す図である。

【図５】長周期グレーティングの作成方法を示すための
説明図である。

【図６】本実施形態に係わる光学デバイスの構成を示す
図である。

【図７】光ファイバアンプの利得特性を示すグラフであ
る。

【図８】光ファイバアンプに長周期グレーティングを有
する光ファイバを接続した場合の利得特性を示すグラフ
であり、同図（ａ）は２５℃の特性、同図（ｂ）は７５
℃の特性である。

【図９】本実施形態に係わる他の光学デバイスの構成を
示す図である。

【符号の説明】

１・・・屈折率縞、２・・・長周期グレーティング、１０・・・
コア、１１・・・クラッド、１２・・・長周期グレーティング
を備えた光ファイバ、２０・・・光伝送路、２１・・・希土類
添加光ファイバ、２２・・・光カプラ、２３・・・張力付与機
構、２４・・・温度センサ、３０・・・強度変調マスク、３１
・・・石英ガラス平板、３２・・・クロム層、Ａ・・・減衰曲
線、Ｂ、Ｃ・・・利得曲線、Ｅ・・・励起光、Ｓ・・・信号光、
Ｔ・・・張力、Δ・・・利得偏差、Ｖ・・・紫外光、Λ・・・間隔
（ピッチ）、λ・・・波長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−283786（ＪＰ，Ａ) 特開平７−181334（ＪＰ，Ａ) 特表平５−503170（ＪＰ，Ａ) Ａ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒｅｔａｌ．，Ｌｏｎｇ−ＰｅｒｉｏｄＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇｓａｓＢａｎｄ−ＲｅｊｅｃｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒｓ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, 米国，1996，ｖｏｌ．14，ｎｏ．１，ｐｐ．58−65 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/00 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】温度変化によって入力光と出力光との強
度比の波長依存性が変化する光部品と、前記光部品に接
続されると共に長周期グレーティングを複数個有する光
導波路と、を備え、夫々の前記長周期グレーティングは、前記光導波路のコ
アの屈折率が光軸方向に周期的に変化すると共に、前記
コアを伝搬する光の損失が極大となる損失極大波長を中
心として所定の波長範囲で減衰を生じさせる損失波長特
性を有し、複数の前記長周期グレーティングは、一連の前記光導波
路に直列に配置され、少なくともいずれか一つの前記長周期グレーティングの
前記損失極大波長が特定の物理的な周囲条件の変化によ
ってシフトし、そのシフト量が他の前記長周期グレーティングの前記損
失極大波長のシフト量と異なることにより、温度変化による前記光部品の前記波長依存性の変化を相
殺するように前記長周期グレーティングの損失波長特性
を変化させる前記周囲条件を前記長周期グレーティング
に与えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】前記周囲条件が温度であることを特徴と
する請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】複数の前記長周期グレーティングのう
ち、室温における前記損失極大波長が短波長側にあるも
のほど温度変化に対する前記損失極大波長のシフト量が
大きいことを特徴とする請求項２に記載の光学デバイ
ス。
【請求項４】温度変化によって入力光と出力光との強
度比の波長依存性が変化する光部品と、前記光部品に接
続されると共に長周期グレーティングを複数個有する光
導波路と、前記光部品の周辺温度を検知する温度センサ
と、前記光導波路に張力を付与する張力付与機構と、を
備え、夫々の前記長周期グレーティングは、前記光導波路のコ
アの屈折率が光軸方向に周期的に変化すると共に、前記
コアを伝搬する光の損失が極大となる損失極大波長を中
心として所定の波長範囲で減衰を生じさせる損失波長特
性を有し、複数の前記長周期グレーティングは、一連の前記光導波
路に直列に配置され、前記温度センサが検知した前記周辺温度に応じた大きさ
の張力が前記張力付与機構により前記長周期グレーティ
ングに付与されることによって、少なくともいずれか一
つの前記長周期グレーティングの前記損失極大波長がシ
フトし、そのシフト量が他の前記長周期グレーティングの前記損
失極大波長のシフト量と異なることにより、温度変化による前記光部品の前記波長依存性の変化を相
殺するように前記長周期グレーティングの損失波長特性
を変化させる大きさの張力を前記長周期グレーティング
に与えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項５】前記損失極大波長の異なる複数の前記長
周期グレーティングのうち、室温における前記損失極大
波長が短波長側にあるものほど、張力の大きさに対する
前記損失極大波長のシフト量が大きいことを特徴とする
請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】少なくとも２以上の前記長周期グレーテ
ィングが同種の前記光導波路に形成されていることを特
徴とする請求項１又は４のいずれかに記載の光学デバイ
ス。
【請求項７】少なくとも２以上の前記長周期グレーテ
ィングが異種の前記光導波路夫々に形成されていること
を特徴とする請求項１又は４のいずれかに記載の光学デ
バイス。
【請求項８】前記光部品が光ファイバアンプであるこ
とを特徴とする請求項１又は４のいずれかに記載の光学
デバイス。
【請求項９】実効動作波長範囲において、前記光学デ
バイスの平均利得に対する利得偏差の比が４％以内であ
ることを特徴とする請求項８に記載の光学デバイス。