JP3805366B2 - チャープ型光ファイバ格子 - Google Patents

Description

本発明は、チャープ型光ファイバ格子に関する。
光ファイバのブラッグ（Bragg）格子は、光ファイバのクラッド部分（光を封じ込める低屈折率領域）、又は光ファイバのコア（光を導く高屈折率領域）、或いはその双方にインプレスされた、周期的な屈折率の変調部分である。格子をインプリントするためには、適当なファイバは、通常、感光性コア、感光性クラッド部分、又はその双方を有する。その屈折率を（通常、これらの目的のため、恒久的に）光線により変調できるガラスは感光性である。
二酸化ケイ素系の光ファイバの場合、特定の量のゲルマニウムを含めるだけでコアを感光性にすることができ、このことは、また、導波管を形成し得るようにコアの屈折率を増大させるという望ましい効果がある。この二酸化ケイ素系のクラッド部分は、通常、書き込みビームに対して透明であり、ファイバの側部からのコアへのアクセスを容易にする。
ファイバのコアのみが感光性であるこの技術の従来の例において、一つのインプリント技術は、ファイバの側部を２つのコヒーレントな干渉性の光ビームに露呈させることを含む。この格子のピッチは、その格子の長さに沿って一定であり、その２つのビーム間の角度を変化させることで便宜に調節することができる。
この場合の「書き込みビーム」は、約240ｎｍ（ナノメートル）の波長の光線とすることができる。感光性ファイバを使用することで、光パワーの大部分はコア内を伝送されるから、屈折率の変調と案内される光の伝送モードとの空間的重なり合いを大きくすることができる。
ファイバ格子を書き込むもう一つの従来から提案された方法は、フェーズマスクを使用する技術である。このフェーズマスクは、その上に多数の溝が規則的に平行に書き込まれた二酸化ケイ素の板であり、このフェーズマスクに光線を当てたとき、このフェーズマスクの後方のスペース内に規則的なパターンの像が複製される。ファイバの感光性領域内に、格子がインプリントされるように、感光性ファイバをフェーズマスクの後方に配置することができる。
非チャープ型ファイバ格子の顕著な特徴は、その格子のピッチの特徴である、特定の共鳴波長（ブラッグ波長）の光のみを反射させる点である。これは、狭小帯域のデバイスとして、ファイバレーザ用の反射器（特に、単周波数のファイバレーザ用）、帯域遮断フィルタ、帯域−透過フィルタ、又はファイバセンサのような多くの用途がある。
「チャープ」型格子は、その格子の長さに沿ってブラッグ波長が変化する格子である。チャープ型格子は、その長さに沿った異なる位置にて波長の異なる光を反射させる。この強力な拡散特徴を使用して、光ファイバリンクの拡散を補償し（以下の文献１、２）、また、光パルスの形状を設定することができる。また、ファイバ及び半導体レーザにおいて、広帯域の反射器としてチャープ型格子を使用することもできる。
チャープ型格子を製造する２つの主な方法がある。即ち、(ｉ)均一な格子を「後からチャープする」方法、(ii)格子の書き込み中、チャープを導入する方法である。
ブラッグ波長（λ_g）は、λ_g＝２ｎ_effΛで求められ、ここで、ｎ_effは伝送する光モードの有効屈折率であり、Λは格子ピッチであり、このため、その長さに沿った有効モード率、又は格子ピッチの何れかを変化させることにより、格子にチャープすることができる。
書き込み中に、チャープを導入するためには、第二の露出を使用して、格子に沿って有効モードの屈折率を変化させる方法（以下の文献１）、ファイバを曲げることにより、格子に沿って格子ピッチを変化させる方法（以下の文献３）、ファイバコアにテーパーを付けることにより格子に沿って有効モードの屈折率を変化させる方法（以下の文献４）、チャープ型フェーズマスクを使用することにより格子に沿って格子のピッチを変化させる方法（以下の文献５）、及び２つの干渉ビームを異なる程度に収束させることによりその格子に沿って格子ピッチを変化させる方法（以下の文献６）のような幾つかの技術が実証されている。しかしながら、チャープ型フェーズマスクを使用する技術（以下の文献５。自由度に欠ける技術）を別にして、制御可能なチャープを得るためには、通常、多くの困難さを伴う。
ある温度（以下の文献７）、又は歪み勾配（以下の文献８）は、均一な格子を後からチャープするために適用することができる。この温度、又は歪み勾配は、格子の長さに沿って有効モードの屈折率及び格子ピッチの双方を変化させる。ある温度勾配のとき（以下の文献７）、十分な制御可能性が得られることが実証されているが、大きいチャープ（Δλ_g／λ_g＝8.86×10^-6ΔＴ、ここで、ΔＴは、変化温度□であり、このため、1.55μｍ（マイクロメートル）の波長のとき、１ｎｍのチャープを得るためには、約70℃のΔＴが必要とされる）を形成するためには、高温度が必要とされ、線形のチャープ（即ち、反射した波長と格子に沿った位置との間の線形の関係）以外のチャープのプロファイルを得ることは極めて難しい。歪み勾配（以下の引例２）を付与するため、片持ち状の配置により良好な歪み−チャープ型格子が実証されているが、この方法は、曲げに起因する複屈折のため、分光の影響を受け易い可能性がある。また、線形チャープ以外のチャープを製造し、また、チャープ型の格子を包装することも難しい。
本発明は、チャープ型の光ファイバ格子を製造する方法にして、
光ファイバの一部分の断面積を変化させ得るように光ファイバのグラッド部分をエッチングするステップと、
ファイバの部分上に均一なピッチの格子をインプリントするステップとを含み、インプリントステップ、及び格子を使用するその後のステップ中、光ファイバの当該部分に対してそれぞれの相違する長手方向への力が加わるようにした、製造方法を提供するものである。
本発明の実施の形態による方法において、ファイバのクラッド部分のテーパーは、エッチング法により形成され、このエッチング法は、融着テーパー付け法と比べて、ファイバコアを比較的影響を受けない状態に保つ。次に、次の２つの力付与方法の一方により、ファイバコア上に均一な格子がインプリントされる。
（ｉ）ファイバに一時的な力（その力は、その後に、緩められる）が加わる間に、格子がインプリントされる方法；
(ii)ファイバに力を加えずに、格子をインプリントする。次に、使用中のファイバに長手方向への力が付与される方法。
その何れの場合でも、均一な力に起因する局所的な応力の変化は、そのファイバ（クラッド部分を含む）の局所的な断面積によって決まり、このため、ファイバに沿って外部から歪み勾配を付与することなく、上記の方法の何れかによって、応力に関係したチャープを形成することができる。
この方法は、ファイバの予張力、ファイバの後張力、又はファイバのテーパーのプロファイルを変化させることにより、格子の性質を変化させ、しかも、制御性が犠牲にならないようにすることができる点にて自由度がある。この方法は、形成される格子を分光の影響を受け易いものにする技術（片持ち状に曲げる技術のような）を利用しない。
この方法によれば、形成される装置を能動的に制御することを必要とせずに、広い範囲に亙るチャープ特性を得ることができる。
一つの実施の形態において、ファイバの当該部分には、格子をその後に使用する間よりもインプレスステップ中にて、より大きい長手方向の力が作用するようにする。
特に、そのファイバ部分には、その後に格子を使用間に、長手方向への力が略零であるようにすることが好ましい。その結果、応力に起因するチャープと、ファイバを延長させることに起因するチャープとの矛盾のため、顕著にチャープされた格子となる可能性がある（それは、ファイバには、使用中、応力が加わらないからである）。また、この格子は、略応力無しの状態に実装することができる。加えられた力は、圧縮力であるが、少なくともインプレスステップ中、ファイバの当該部分には、長手方向への延伸力が加わることが好ましい。
別の実施の形態において、このファイバ部分に加わる長手方向への力は、その後に格子を使用する間よりも、インプレスステップ中の方が小さい。特に、このファイバ部分には、インプレスステップ中、長手方向への力が略零があることが好ましい。この場合にも、その後の格子のの使用中に加わる力は圧縮力であるが、そのファイバ部分には、少なくともその後のファイバの使用中に、長手方向への延伸力が加わることが好ましい。
適当なファイバの断面プロファイルを使用して、非線形のチャープ型格子を製造することが可能であるが、線形のチャープ型格子を製造するためには、その光ファイバのエッチング部分は、ファイバに沿った距離に伴う断面積に対して逆比例して略線状に変化することが好ましい。
このエッチングステップは、次のステップを含むことが好ましい。
２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャント層を有するエッチング浴内にファイバを吊り下げるステップと、
クラッド部分のエッチャント層が時間と共にファイバに沿って長手方向に動くように、ファイバとエッチング浴とを相対的に動かすステップとである。
未被覆のファイバを使用してよいが、ファイバが被覆されている場合、この方法は、吊り下げるステップの前に、ファイバの少なくとも当該部分から被覆を除去するステップを含めることが好ましい。
各種のエッチャントが採用可能であるが、好適な実施の形態において、クラッド部分のエッチャントは、フッ化水素酸の水溶性溶液を含むものである。
その非エッチング液体層の少なくとも１つは、約10％のジクロロトルエンを有するデカヒドロナフタリンを含み、且つ／又は非エッチング液体層の少なくとも一方は、トリクロロエチレンを含むものとする。
このエッチング層の厚さは、何らかの方法にて、エッチング速度とエッチング分解能との妥協によるものである。過度に薄い層であるならば、エッチング時間が極めて長くなり、また、その他の層との境界混合が顕著となる可能性があるため、エッチングの精度が低下する。代替的な好適な実施の形態において、クラッド部分のエッチャント層は、約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲の厚さであり、又は、クラッド部分のエッチャント層の厚さは、ファイバ部分の長さよりも厚いようにする（例えば、25ｍｍの部分の場合、約40ｍｍの厚さとする）。
例えば、格子が特定の通信装置における精密な特性に適合するようにするためには、その後の格子の使用中に、その部分に付与される長手方向への力が、格子の応答性を調節し得るように可変であることが好ましい。
また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加えるステップと、光ファイバの当該部分に均一なピッチの格子をインプレスするステップと、その長手方向への力を緩和するステップとを含む、製造方法を提供するものである。
また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、該ファイバ上に均一なピッチの格子をインプリントすることと、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加えるステップとを含む、製造方法を提供するものである。
また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加えるステップと、光ファイバの当該部分に均一なピッチの格子をインプレスするステップとを含む、製造方法（及び当該方法により製造されたファイバ）を提供するものである。この場合、その後の格子の使用中、長手方向への力を保つことができる。
また、本発明は、光ファイバの一部分に形成されたチャープ型の光ファイバ格子を使用する方法であって、該光ファイバの当該部分が、該光ファイバの当該部分の断面積を変化させるためにエッチングされたクラッド部分を有し、使用時、当該ファイバ部分には、当該光ファイバ部分に格子がインプレスされるときに加えられた力と異なるそれぞれの長手方向への力が加えられることを特徴とする、上記チャープ型の光ファイバ格子を使用する方法を提供するものである。
また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子（３３０）を使用する方法であって、チャープ型の光ファイバ格子の使用中に加えられる長手方向の力（１４０）が零以外であることを特徴とする、チャープ型の光ファイバ格子を使用する方法を提供するものである。
また、本発明は、光ファイバの伝送媒体と、該伝送媒体の拡散を補償し得るようにこの光ファイバの伝送媒体に結合された、上述のチャープ型の光ファイバ格子とを備える、光通信リンクの使用方法を提供するものである。
また、本発明は、光通信装置の使用方法であって、該装置は、
光トランスミッターと、
光レシーバと、
光トランスミッターと光レシーバとを連結する光ファイバ伝送媒体と、
伝送媒体の拡散を補償し得るように光ファイバの伝送媒体に結合された、上述のチャープ型の光ファイバ格子とを備える、光通信装置の使用方法を提供するものである。
上述した本発明の各種の形態の好適な特徴は、本発明のその他の形態にも同様に当て嵌まるものである。
以下に、全体を通じて同様の部品は同様の参照符号で表示する添付図面を参照しつつ、一例として、本発明に関して説明する。添付図面において、図１は、エッチング浴の概略図である。
図２ａ乃至図２ｄは、図１のエッチング浴を使用してテーパーが付けられたファイバを使用して格子を書き込む２つの技術の概略図である。
図３は、線形のチャープ型ファイバ格子を形成する多数の可能なファイバの輪郭を示す概略図である。
図４は、力を緩めた後に、特定のチャープ特徴を実現するのに必要とされる書き込み中に付与すべき力及びテーパーの程度を示す概略図的なグラフである（このグラフ及び以下のその他の概略図的なグラフにおいて、チャープの特徴は、中心波長（λ_o）が1.55μｍであるとして示してある）。
図５は、後延伸技術を使用して達成された実験結果を示す概略図的なグラフである。
図６は、付与された張力に対して、後延伸させた格子の総チャープを示す概略図的なグラフである。
図７は、予延伸技術を使用して達成された実験結果を示す概略図的なグラフである。
図８は、付与された張力に対して、予め延伸された格子の総チャープを示す概略図的なグラフである。
図９は、チャープ型格子を使用する光通信装置を示す図である。
図１０は、張力下にてファイバ格子を保持する包装体を示す概略図である。
以下に説明する実施の形態において、ファイバの長さに沿って異なるエッチングを施すことにより、光ファイバの外側クラッド部分にテーパーが付与される。
このファイバのコアは、実質的にこの工程による影響を受けない。このテーパーは、フッ化水素酸（ＨＦ）浴を通るファイバの動きを制御することにより、エッチングが施される。次に、予張力をファイバに加えずに、又は多少の予張力を加えた状態で通常の方法により格子をそのテーパー上に書き込むことができる。こうした代替的な方法は、「方法Ａ」及び「方法Ｂ」と称する。
方法Ａ
書き込み中、ファイバ上に予張力が全く加えられないとき（この方法は、以下に、方法Ａと称する）、その格子は、その書き込んだままの状態ではチャープされないが、その後に、ファイバに力を加えたときにチャープされる。これは、その力がテーパー上に歪み勾配を形成するからである（その理由は、局所的な歪みは、ファイバの直径に依存するためである）。一方、この歪み勾配の結果、いわゆる「応力−光」効果によりテーパー上に屈折率勾配が生じる。また、単純なファイバの延長効果（局所的な直径に依存するファイバの延伸）によってテーパー付き部分に沿ってこの格子のピッチが変化するようにされる。
実際には、格子の露出中、ファイバを真っ直ぐに且つ固定状態に保持するためには、僅かな張力を加える必要があるが、かかる僅かな張力は、格子の特性にとって重要ではなく、本明細書において力は実質的に存在しないものとして取り扱う。
方法Ｂ
方法Ｂにおいて、格子の書き込み中、テーパー付きファイバに力が加えられ、その後に除去される。
書き込み中に力が加えられると、ファイバに沿った歪み勾配のため、格子がチャープされる。このチャープは、歪み勾配（応力光効果）による屈折率の変化の結果である。しかしながら、この場合、テーパー上にてこの格子のピッチは変化しない。
この格子はこの（張力状態の）形態にて使用される。しかしながら、その後に、力を除去すれば、歪み勾配と共に、応力光効果に伴うチャープが失われるが、当初の応力勾配と異なる状態にてテーパーの異なる部分が緩るむに伴って別のチャープが形成される（これは、実際には、延長効果とは逆のものである）。
方法Ａに関して上述したように、実際には、使用のため最終的に実装するとき、ファイバを真っ直ぐに且つ静止状態に保持するためには、僅かな張力を加える必要がある。しかしながら、かかる僅かな張力は、格子の性質にとって重要ではなく、本明細書において、力は実質的に零であるとして取り扱う。
次に、図１を参照する、エッチング浴１０は、トリクロロエチレン層３０と、水溶性のフッ化水素酸層４０（32％）と、10％のジクロロトルエンを有するデカヒドロナフタリン層５０とを含む、ビーカー２０を備えている。エッチング処理すべき感光性の光ファイバ６０は、レトルトスタンド９０上に支持されたガラス管７０、０により３つの層３０、４０、５０を通じて導かれる。このビーカー２０は、プラットフォームによって支持されており、このプラットフォームは、プログラム化可能なモータコントローラ１２０の制御の下、高精度モータ（ステッパモータのような）１１０によって駆動されるねじ式接続部１００によって垂直方向に動かすことができる。
層４０に対して適当な厚さを選択するためには、２つの代替的な方法がある。その一つの方法において、層４０は、約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲の厚さであることが好ましい。この比較的薄い層は、高エッチング分解能を提供し、ファイバ直径が瞬間的に増大し、又は縮小せずに製造されるようにする、エッチング後のプロファイルを許容する。その一つの代替的な方法において、この層４０は、必要とされる実際のテーパー長さよりも厚くすることができ、次に、層４０からファイバをゆっくりと引き出すことができる。この場合、層４０は、例えば、25ｍｍの長さのテーパーの場合、例えば、40ｍｍの厚さとすることができる。
ファイバをエッチングする前に、その前にファイバに付与された全ての被覆は除去する。かかる被覆は、全体として、ポリマー、アクリレート、又はプラスチック材料であり、ファイバをスクレープするか、又はジクロロメタン及びアセトン、50対50から成る混合体のような溶剤を使用することにより、被覆を軟化させるような十分に確立した技術により除去することができる。次に、そのファイバの長さに沿って強固に拭き取ることにより、その軟化した被覆を除去することができる。勿論、これと代替的に、当初の被覆工程が為される前に、ファイバをエッチングしてもよい。
ファイバ６０の外側クラッド材に所望のプロファイルのテーパーを形成するために、エッチング浴１０が使用される。ファイバをエッチング浴に浸漬させ、次に、制御された速度にてビーカー２０を上下に動かすことによって、このテーパーが付与される。エッチングは、ＨＦ層４０にのみ施される。その他の２つの層３０、５０は、適当な高密度及び低密度を有する、比較的不活性なバッファーオイルに過ぎず、フッ化水素酸層４０を保持し且つテーパーの両端にてファイバの直径を十分に制御する。このエッチング速度は、時間と共に、直線的であり、このため、ＨＦエッチング層４０（上述）の厚さ（高さ）の選択に従って、ビーカー２０の垂直方向への動きを制御することにより、任意の所望のテーパープロファイルを形成することができる。
当該技術において、テーパーを付与し得るように、ファイバのクラッド部分をエッチングして除去する。融着テーパー付け技術（ファイバが加熱され且つテーパーを付与し得るように延伸される）と比べて、ファイバのコアは、図１に示した工程により略影響を受けることはない。
同一のテーパープロファイルを有するファイバのバッチは、図１に示したエッチング浴を使用して、同時にエッチングを施すことができる。一例としての32％のＨＦ溶液は、室温（17.5℃）にて約1.07μｍ／分の速度にてファイバの直径を縮小させる。このため、それぞれ125μｍ及び60μｍの大径端及び小径端を有するテーパー部分を形成するのに約１時間かかる。より濃いＨＦ溶液、又はより高温の溶液を使用するならば、所要時間は、より短くて済む。
テーパーが付与されたならば、チャープ型の格子を形成するため、２つの異なる方法を使用することができる。上述したように、これらは、本明細書において、方法Ａ及び方法Ｂと称する。
図２ａ及び図２ｂは、方法Ａの工程ステップの概略図である。方法Ａにおいて、上述した２つの技術の何れかにより、ファイバに顕著な予張力が加えられることがなく、ファイバ６０のテーパー付き部分上に均一な格子１３０が書き込まれる。次に、ファイバ６０には、長手方向への張力１４０が加えられ（使用時）、局所的な歪みはファイバの断面積に依存すると事実から、格子に沿って歪み勾配が形成されるようにする。このことは、例えば、図１０に概略図で示すように、格子をクランプ装置内で包装することにより達成可能である。この場合、ファイバ６０は、クランプ５００により、長手方向への張力が加わる間に、基板５１０にクランプ止めされる（勿論、これと代替的に、格子は、ファイバを張力状態に保持する材料中に封止し、又はファイバの長さに沿って基板にクランプ止めしてもよい。この基板は、格子を調節し得るように可変の張力を提供するにようにＰＺＴ要素としてもよい）。歪み勾配の結果、有効モードの屈折率及び格子のピッチの双方がその長さに沿って変化するため、この格子はチャープ型となる。
この技術において、ファイバに加わる長手方向力１４０をＦとするならば、ファイバの半径ｒにてブラッグ波長Δλ_gの局所的な変化は次式のようになる。
Δλｇ／λｇ＝Ｆ／（πＥｒ²）−_X（Ｆ／（πＥｒ²）） (1)
ここで、Ｅは、ヤング弾性率、_Xは、二酸化ケイ素の場合、0.22である。第一の項は格子のピッチの変化（ファイバの延長化効果）に基づくものであり、第二の項は、応力光効果による屈折率の変化に基づくものである。この応力光効果は、逆の符号を有するため、ファイバの延長化効果からチャープ部分を打ち消すものである。
図２ｃ及び図２ｄは、方法Ｂにおける工程プロセスの概略図である。この場合、ファイバに対し長手方向への予張力１５０が加わる間に、ファイバ６０のテーパー付き部分の上に均一なピッチの格子が書き込まれる。長手方向への張力が保たれる間に、そのテーパーの長さに沿った屈折率勾配のため、形成される格子がチャープされる一方、その屈折率勾配は、歪み勾配により生ずる。
書き込み後に、ファイバの予張力が除去されると、歪み勾配が失われる。これにより、屈折率勾配に起因して存在するチャープが除去される。しかしながら、予張力を除去すると、別のチャープが形成される。これは、歪み勾配の除去に伴いファイバは不均一に緩むため、格子ピッチが最早均一でないたくなるからである。このため、形成される格子は、長手方向への力を必要とせずにチャープされ、従って、装置は、長手方向への静止力が存在せずに（即ち、「力が存在しない状態」で）包装することができる。
この方法におけるこの応力光効果は、最終製品に対して何らの働きもせず、このため、等式１の第一の項のみが残る。このように、全体的なチャープは、付与された力が等しいとき、方法Ａの場合よりも大きい。
方法Ｂにおいて、チャープ型格子は、力が存在しない状態で包装することができる。また、方法Ｂにおいては、同一の力を加えた場合、方法Ａの場合よりも大きいチャープが形成され、それは、方法Ａにおける応力光効果は、延長化効果に対し逆の符号を有し、延長化効果の一部を打ち消すからである。
線形のチャープ型格子を製造するためには、ファイバの断面積が距離に反比例して直線状に依存することが必要となる。
１/(ｒ²(ｚ))＝１/ｌ{１/(ｒ²(ｌ))−１/(ｒ²(ｏ))ｚ＋１/(ｒ²(ｏ)) (2)
ここで、ｌはテーパーの長さ、ｒ（ｚ）は軸方向部分ｚにおけるファイバの半径である。
図３は、線形のチャープ型ファイバの格子を製造することが可能なテーパープロファイルの一部を示す概略図的なグラフである。
「総チャープ」をチャープ型格子の両端におけるブラッグ波長の差と定義するならば、方法Ａの場合、総チャープは、次式で与えられる。
総チャープ＝((１−_X)Ｆλ_o)/(πＥ){１/(ｒ²(ｌ))−１/(ｒ²(ｏ))} (3)
ここで、λ_oは、チャープ型格子の中心波長である。
方法Ｂに対する総チャープの値を得るためには、等式３にて、_X＝Ｏに設定するだけでよい。
付与された力の程度が等しい場合、より大きいチャープを形成するためには、ｒ（ｏ）とｒ（ｌ）との差を大きくする必要がある。ｒ（ｏ）＝125μｍの場合、８ｎｍ、４ｎｍ、２ｎｍ、１ｎｍ及び0.5ｎｍという、特定の総チャープの値を得るために、方法Ｂの場合に必要とされる力Ｆ及びｒ（ｌ）は、図４に示してある。
この付与された力が変化すると、総チャープ及び中心反射波長の双方が変化する。この効果は、装置を調節するために使用することができる。ファイバは、通常、長手方向への力に起因して数パーセント程度、延びる。60μｍのファイバを１％伸長させるのに必要な力は、約２ニュートンであり、従って、５ｎｍのチャープは、容易に実現可能である。
また、上述した技術を使用して、非線形のチャープ型格子（平行四辺形のチャープ型格子のような）に対するテーパープロファイルも可能である。
図５は、延伸後の技術（方法Ａ）を使用した場合の実験結果を示す概略図的なグラフであり、図６は、付与された長手方向への力に対するかかる延伸後の格子の総チャープを示す概略図的なグラフである。
図５において、付与された長手方向への力、０ｇ（グラム−力）、12.7ｇ、25.0ｇ、37.4ｇ、47.3ｇ、65.7ｇ及び87.9ｇに対して、反射した光信号の曲線がプロットされており、ここで、１ｇは約9.81×10^-3ニュートンである。こうした曲線は、図５の挿入図に示すように、テーパープロファイル２００の25ｍｍの長さに亙ってテーパーを付与したファイバについて得たものである。この格子は、テーパー付き領域内で長さ21ｍｍのファイバに対しフェーズマスクを使用して形成されたものである。
図６には、上述の７つの値の力を付与して得られた総チャープが図示されている（ｎｍ単位）。また、付与された力と総チャープとの理論的な関係も示されている。チャープの測定値は、予想通りに負荷に依存する線形となるが、上述の理論から予測される値よりも約30％小さいことを示す。しかしながら、図６のグラムは、所望のチャープ特性を得るために必要とされる特性の値を求めるために使用することができる。
図５の挿入図は、所望のテーパープロファイルを達成するためにエッチング工程が十分に制御可能であることを示す。図５及び図６を得るために行った実験において、６つ乃至８つのテーパーのバッチを同時に試験した。十分な反復性及び均一さが確認された。32％のＨＦ溶液でテーパー２００を形成するためには、約50分かかった。
図７は、予延伸技術（方法Ｂ）を使用して得られた実験結果を示す概略図的なグラフである一方、図８は、付与された力に対するかかる予延伸した格子の総チャープを示す概略図的なグラフである。図７及び図８に使用した力の値は、０ｇ及び94ｇである。使用したテーパープロファイル２１０は、図７の挿入図に図示されている。この場合にも、使用された格子は、25ｍｍのテーパーの範囲内で約21ｍｍの長さのものである。
付与された力に対する総チャープの理論的な予測値は、図８に実線で示してあり、同様に、測定値の略30％以上である。この差の理由は、光ファイバ中のドープ被覆有りの二酸化ケイ素は、ドープ被覆無しの二酸化ケイ素のヤング弾性率と異なる値を有するから、予測に使用したファイバのヤング弾性率の値が実際の値でないからである。
図９には、チャープ型ファイバ格子の一つの可能な用途を具体化する光通信装置が図示されている。
図９において、レーザと、レーザ出力を直接に又は間接的に変調させる手段と、光増幅器とを備えることのできる光トランスミッター３００が、電気的データの入力信号に依存して、変調された光信号を発生させる。この光出力信号は、ある特徴的な拡散を呈する一本の光ファイバ３１０に沿って進む。３ｄＢ（デシベル）のファイバカプラー３２０がファイバ３１０から光信号を受け取り、また、その両ポートにてチャープ型格子３３０と、端子３４０とを有し、その他方のポートに光レシーバと、復調器３５０とを有している。該レシーバ及び復調器３５０は、３ｄＢカプラーから受け取る光信号に依存する、電気データの出力信号を発生させる。
以下の図２に示すように、このチャープ型格子は、光ファイバ３１０の拡散の全部、又はその一部を補償することができる。
この格子は、光トランスミッター及びレシーバと共に使用すべく光ファイバ伝送リンク内に組み込むこともできる。かかるリンクは、（例えば、３ｄＢカプラー３２０により）一本の光ファイバ３１０に結合された格子を備えるようにしてもよい。
上述の実施の形態は、テーパー付きファイバに予又は後延伸力が加えられた場合に関するものである。しかしながら、この技術は、ファイバに対し圧縮力が加えられる場合にも同様に適用可能である。例えば、ファイバは、上述した技術を使用してテーパーを付け、次に、長手方向への力を略加えずに、格子をインプレスし、その後、以下の文献９に記載されたステッパモータ技術の一つを使用してファイバを圧縮することができる（この文献は、二酸化ケイ素が圧縮力を加えたとき、張力を加えた場合よりも、23倍も丈夫であるため、この圧縮が有利であると記している）。これと代替的に、上述した方法Ｂと異なり、格子のインプレス中、ファイバを圧縮するため、ステッパモータ装置を使用してもよい。更に別の代替的な配置において、方法Ａに従ってファイバをエッチングし、格子をインプレスしてもよく、凝固するときに収縮して、ファイバ格子を長手方向に圧縮する溶融プラスチック又はガラス基板内に形成されるファイバを植え込んでもよい。
最後に、上述した実施例は、主として、書き込み中、又はその後にファイバを使用する間の力の何れもが略零である、力の状態に関するものであるが、この技術は、その２つの段の間に付与される長手方向への力が異なる場合（即ち、その何れも略零でない場合）にも同様に適用可能であることが理解される。例えば、その場合、方法Ａを使用して形成された格子は、その後にその格子を使用する間に、可変の長手方向への力（異なるが、零以上の力）を付与することで調節することができる。
刊行文献
１．Ｋ．Ｏ．ヒル（Hill）、Ｆ．ビロードウ（Bilodeau）、Ｂ．マロー（Malo）、Ｓ．テリアルト（Theriault）、Ｄ．Ｃ．ジョンソン（Johnson）及びＪ．アルバート（Albert）、1994年の「光ファイバの拡散を補償する、チャープ型ファイバ内のブラッグ格子（Chirped in-fibre Bragg gratings for compensation of optical-fibre dispersion）」、オプティクス・レターズ（Optics Letters）19、1314−1316頁。
２．Ｄ．ガレース（Garethe）、Ｗ．Ｓ．リー（lee）、Ｒ．Ｅ．エプワース（Epworth）、Ｔ．ブリチャーズ（Brichers）及びＣ．Ｐ．チュウ（Chew）、「1.6Ｔビット／s.Kmのビット速度長さを有するファイバ格子に基づく実際的な拡散均等器（Practical dispersion equaliser based on fibre gratings with a bit rate length product of 1.6 Tbits/s.Km）」、ＥＣＯＣ'94、ＰＤペーパー、11頁。
３．Ｋ．スージャン（Sugden）、Ｉ．ベニオン（Bennion）、Ａ．モロニー（Molony）及びＮ．Ｊ．クーパー（Cooper）、1994年の「露出中のファイバの変形により感光性光ファイバに形成されたチャープ型格子（Chirped gratings produced in photosensitive optical fibres by fibre deformation during exposure）」、エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters）30（5）、440−442頁。
４．Ｋ．Ｃ．バイロン（Byron）、Ｋ．スージャン、Ｔ．ブリチェノ（Bricheno）及びＩ．ベニオン、1993年の「感光性ファイバにおけるチャープ型ブラッグ格子の製造（Fabrication of chirped Bragg gratings in photosensitive fibre）」、エレクトロニクス・レターズ29、1659−1670頁。
５．Ｒ．カシヤップ（Kashyap）、Ｐ．Ｆ．マッキー（Mckee）、Ｒ．Ｊ．キャンプベル（Campbell）及びＤ．Ｌ．ウィリアムズ（Williams）、1994年の「全ファイバの光励起によるチャープ型格子の新規な製造方法（Novel method of producing all fibre photoinduced chirped gratings）」、エレクトロニクス・レターズ30（12）、996−998頁。
６．Ｍ．Ｃ．フェリーズ（Farries）、Ｋ．スージャン、Ｄ．Ｃ．Ｊ．レイド（Reid）、Ｉ．ベニオン、Ａ．モロニー及びＭ．Ｊ．グッドウィン（Goodwin）、1994年の「増幅マスクを使用して製造された極めて広い反射帯域幅（44nm）チャープ型ファイバ格子、及び狭小帯域幅フィルタ（Very broad reflection bandwidth（44nm）chirped fibre gratings and narrow bandpass filters produced by the use of an amplitude mask）」、エレクトロニクス・レターズ30、891−892頁。
７．Ｊ．ルーゾン（Lauzon）、Ｓ．ティボルト（Thibault）、Ｊ．マーチン（Martin）、Ｆ．クォレッタ（Quellette）、1994年の「温度勾配により線形チャープされたファイバブラーグの具体化及びその特徴（Implementation and characterisation of fibre Bragg gratings linealy chirped by a temperature gradient）」、オプティクス・レターズ19、2027−2029頁。
８．Ｐ．Ｃ．ヒル（Hill）及びＢ．Ｊ．エグレトン（Eggleton）、1994年の「ファイバブラッグ格子の歪み勾配チャープ（Strain gradient chirp of fibre Bragg gratings）」、エレクトロニクス・レターズ30（14）、1172−1174頁。
９．Ｇ．Ａ．ボール（Ball）、Ｗ．Ｗ．モーリー（Morey）、1994年の「圧縮を調節した、単周波数ブラッグ格子ファイバレーザ（Compression-tuned single-frequency Bragg grating fibre laser）」、オプティクス・レターズ23（19）、1979−1981頁。

Claims (22)

1. チャープ型の光ファイバ格子（３３０）の製造方法にして、
   光ファイバ（６０）の一部の断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、
   前記ファイバの前記部分上に均一なピッチ（１３０）の格子をインプレスするステップとを含み、
   前記インプレスステップ中に前記ファイバの前記部分に、所定の長手方向への力（１５０）が加わるか、又はその後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記部分に、前記所定の長手方向への力（１５０）とは異なる他の長手方向への力（１４０）が加わるようにしたことを特徴とする、製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法にして、
   前記インプレスステップ中にて、前記ファイバ（６０）の前記部分には、前記格子をその後に使用する間よりも大きい長手方向への力（１５０）が加わるようにした、製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法にして、
   その後の前記格子の使用中、前記ファイバ（６０）の前記部分には、長手方向への力が実質的に加わらないようにした、製造方法。
4. 請求項２又は３に記載の製造方法にして、
   少なくとも前記インプレスステップ中、前記ファイバ（６０）の前記部分には、長手方向への延伸力（１５０）が加わるようにした、製造方法。
5. 請求項１に記載の製造方法にして、
   前記ファイバ（６０）の前記部分には、前記インプレスステップ中の方が、その後の前記格子の使用中に加わる長手方向力（１４０）よりもより小さい長手方向への力が加わるようにした、製造方法。
6. 請求項５に記載の製造方法にして、
   前記インプレスステップ中、前記ファイバ（６０）の前記部分には、長手方向への力が実質的に加わらないようにした、製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の製造方法にして、
   少なくともその後の前記格子の使用中、前記ファイバ（６０）の前記部分には、長手方向への延伸力（１４０）が加わるようにした、製造方法。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の製造方法にして、
   前記光ファイバの前記エッチング部分が、前記ファイバに沿った距離に対する断面積の逆数として略線形に変化するようにした、製造方法。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載の製造方法にして、
   前記エッチングステップが、
   ２つの非エッチング液体層（３０、５０）の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャント（４０）層を有するエッチング浴（２０、３０、４０、５０）内に前記ファイバ（６０）を吊り下げるステップと、
   前記クラッド部分のエッチャント層が、時間の経過に伴い前記ファイバに関して長手方向に動くように、前記ファイバと前記エッチング浴とを相対的に動かすステップ（１００、１１０、１２０）とを含む、製造方法。
10. 請求項９に記載の製造方法にして、
    前記吊り下げステップの前に、前記ファイバ（６０）の少なくとも前記部分から被覆を除去するステップを含む、製造方法。
11. 請求項９又は１０に記載の製造方法にして、
    前記クラッド部分のエッチャント（４０）がフッ化水素酸の水溶液から成る、製造方法。
12. 請求項１１に記載の製造方法にして、
    前記非エッチング液体層（３０、５０）の少なくとも１つが、約10％のジクロロトルエンを有するデカヒドロナフタリンから成る、製造方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の製造方法にして、
    前記非エッチング液体層（３０、５０）の少なくとも１つがトリクロロエチレンから成る、製造方法。
14. 請求項９乃至１３の何れかに記載の製造方法にして、
    前記クラッド部分のエッチャント（４０）層の厚さが約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲にある、製造方法。
15. 請求項９乃至１３の何れかに記載の製造方法にして、
    前記クラッド部分の前記エッチャント（４０）層の前記厚さが、前記ファイバの前記部分の前記長さを上廻る、製造方法。
16. 請求項１乃至１５の何れかに記載の製造方法にして、
    その後の前記格子（３３０）の使用中、前記格子の応答性を調節すべく前記部分に加わる前記長手方向への力を変化させるステップを含む、製造方法。
17. チャープ型の光ファイバ格子（３３０）の製造方法にして、
    光ファイバ（６０）の一部の断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、
    前記光ファイバの前記部分に零以外の長手方向への力（１５０）を加えるステップと、
    前記長手方向への力（１５０）が加えられている間に、前記光ファイバの前記部分上に均一なピッチ（１３０）の格子をインプレスするステップと、
    前記長手方向への力（１５０）を緩めるステップとを含むことを特徴とする、製造方法。
18. チャープ型の光ファイバ格子（３３０）の製造方法にして、
    光ファイバ（６０）の一部の前記断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、
    前記ファイバの前記部分上に均一なピッチ（１３０）の格子をインプレスするステップと、
    該光ファイバの使用時に、前記光ファイバの前記部分に零以外の長手方向への力（１４０）を加えるステップとを含むことを特徴とする、製造方法。
19. 光ファイバ（６０）の一部分に形成されたチャープ型の光ファイバ格子（３３０）を使用する方法であって、
    該光ファイバの当該部分が該光ファイバの当該部分の断面積を変化させるためにエッチングされたクラッド部分を有し、
    前記光ファイバの前記部分に零以外の長手方向への力（１５０）が加えられている間に、前記光ファイバの前記部分上に均一なピッチ（１３０）の格子をインプレスした後に、前記長手方向への力（１５０）を緩めることによりチャープされた格子を得ることを特徴とする、チャープ型の光ファイバ格子を使用する方法。
20. 光ファイバ（６０）の一部分に形成されたチャープ型の光ファイバ格子（３３０）を使用する方法であって、
    該光ファイバの当該部分が該光ファイバの当該部分の断面積を変化させるためにエッチングされたクラッド部分を有し、
    前記ファイバの前記部分上に均一なピッチ（１３０）の格子をインプレスした後に、該光ファイバの使用中に、前記光ファイバの前記部分に零以外の長手方向への力（１４０）を加えることによりチャープされた格子を得ることを特徴とする、チャープ型の光ファイバ格子を使用する方法。
21. 光通信装置の使用方法であって、該装置は、
    光トランスミッター（３００）と、
    光レシーバ（３５０）と、
    前記光トランスミッター及び前記光レシーバとを連結する光ファイバの伝送媒体（３１０）と、
    該伝送媒体の拡散を補償し得るように前記光ファイバの伝送媒体に結合された、チャープ型光ファイバ格子（３３０）とを備え、
    該チャープ型光ファイバ格子は請求項19又は２０で特定されたように使用されることを特徴とする、光通信装置の使用方法。
22. 光通信リンクの使用方法であって、該光通信リンクは、
    光ファイバの伝送媒体（３１０）と、
    該伝送媒体の拡散を補償し得るように前記光ファイバの伝送媒体に結合された、チャープ型光ファイバ格子（３３０）とを備え、
    該チャープ型光ファイバ格子は請求項19又は２０で特定されたように使用されることを特徴とする、光通信リンクの使用方法。

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