JP3960009B2

JP3960009B2 - 光導波路型回折格子素子製造方法

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Publication number: JP3960009B2
Application number: JP2001331191A
Authority: JP
Inventors: 俊和柴田; 享井上
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003131049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波路型回折格子素子を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路型回折格子素子は、光導波路（例えば光ファイバ）における長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されたものであって、この光導波路を導波する光のうち所定の反射波長の光を回折格子により選択的に反射することができる。また、この光導波路型回折格子素子を含む合分波モジュールは、光導波路型回折格子素子により反射波長の光を選択的に反射することで光を合波または分波することができ、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送を行う波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システム等において用いられる。
【０００３】
一般に、光導波路型回折格子素子は、光導波路における長手方向に沿った所定範囲に亘って一定周期Λの屈折率変調による回折格子が形成されていて、この回折格子により、λ＝２ｎ₀Λ なる式で表されるブラッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。ここで、ｎ₀は光導波路の屈折率変調領域における平均の実効屈折率である。
【０００４】
このような光導波路型回折格子素子では、屈折率変調領域において長手方向に沿った屈折率変調の振幅分布は、一定であってもよいが、変化していてもよい。屈折率変調の振幅分布が長手方向に沿って変化していることで、光導波路型回折格子素子の反射特性の改善が図られる。また、屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有するものとすることにより、更に光導波路型回折格子素子の反射特性の改善が図られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有する光導波路型回折格子素子は、これまで幾つかの文献で構造が提案され反射特性のシミュレーション結果が示されているものの、製造方法または製造装置については開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、屈折率変調の振幅分布が一定でない場合（更には、屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有する場合）にも容易に光導波路型回折格子素子を製造することができる光導波路型回折格子素子製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、光導波路の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波路型回折格子素子を製造する方法であって、(1) 光導波路の側方に位相格子マスクが配置された第１状態で、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に沿って所定範囲に亘って第１照射時間分布で走査して、位相格子マスクを介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射する第１工程と、(2) 第１状態に対して回折格子の半周期だけ長手方向に相対的にずれて位相格子マスクが配置された第２状態で、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に沿って所定範囲に亘って第２照射時間分布で走査して、位相格子マスクを介して光導波路に屈折率変化誘起光を照射する第２工程と、を備えることを特徴とする。そして、第１工程および第２工程それぞれを１回または複数回繰り返して行って光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。
【０００９】
この本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法によれば、光導波路（例えばコア領域にＧｅＯ₂が添加された石英系の光ファイバ）の側方に位相格子マスクが配置される。このとき、光導波路と位相格子マスクとの相対的位置関係に関して第１状態および第２状態それぞれが設定される。第１状態に対して第２状態では、形成されるべき屈折率変調による回折格子の半周期（Λ／２）だけ長手方向に相対的にずれて位相格子マスクが配置される。第１状態では、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置は、長手方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第１照射時間分布で走査される。第２状態では、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置は、長手方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第２照射時間分布で走査される。第１照射時間分布と第２照射時間分布とは互いに異なる。第１状態および第２状態それぞれで位相格子マスクを介して光導波路に屈折率変化誘起光が照射されることにより、第１照射時間分布と第２照射時間分布との差に比例した屈折率変調振幅分布を有する光導波路型回折格子素子が製造される。
【００１０】
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法では、第１照射時間分布と第２照射時間分布との和が長手方向に沿って一定であるのが好適である。この場合には、光導波路型回折格子素子の屈折率変調形成範囲における平均の実効屈折率は、長手方向の位置に依らず一定値となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の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。
【００１５】
先ず、本発明に係る光導波路型回折格子素子の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の構成図である。この図は、光軸を含む面で切断したときの光導波路型回折格子素子１００の断面図を示している。この光導波路型回折格子素子１００は、光導波路である光ファイバ１１０に回折格子１１３が形成されたものである。光ファイバ１１０は、石英ガラスを主成分とするものであって、光軸中心を含むコア領域１１１にＧｅＯ₂が添加されており、このコア領域１１１を取り囲んでクラッド領域１１２が設けられている。この光ファイバ１１０における長手方向に沿った所定範囲（以下「屈折率変調形成範囲」という。）に亘って屈折率変調による回折格子１１３が形成されている。
【００１６】
光ファイバ１１０の長手方向に沿ってｚ軸を設定し、そのｚ軸の原点を屈折率変調形成範囲の中心位置とする。屈折率変調形成範囲において形成された屈折率変調の格子間隔は一定値Λであり、屈折率変調形成範囲において、回折格子１１３の屈折率分布ｎ(ｚ)は、
【数１】

なる式で表される。ここで、ｎ₀は、屈折率変調形成範囲における光ファイバ１１０の平均実効屈折率である。また、Ｆ(ｚ)は、屈折率変調形成範囲における屈折率変調の振幅分布であり、例えば sinc関数やcos関数などである。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の長手方向に沿った屈折率分布の説明図である。この図に示されるように、光導波路型回折格子素子１００の屈折率変調形成範囲における長手方向に沿った屈折率変調は一定周期である。しかし、その屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)は、長手方向に沿って一様ではなく変化しており、或る位置を境に符号（すなわち位相）が反転している。屈折率変調振幅の符号が反転する位置が位相反転部である。
【００１８】
この光導波路型回折格子素子１００は、回折格子１１３により、反射波長λ（＝２ｎ₀Λ）の光を選択的に反射することができる。また、屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)を最適化することにより、この光導波路型回折格子素子１００は、波長分散が抑制されたものであったり、波長分散が一定であったり、或いは、複数の波長の信号光を選択的に反射したりすることができる。
【００１９】
次に、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造装置の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００の構成図である。この光導波路型回折格子素子製造装置３００は、上述した光導波路型回折格子素子１００を製造する際に位相格子マスク２００とともに好適に用いられるものである。
【００２０】
この光導波路型回折格子素子製造装置３００は、固定部材３１０、光源３２１、シャッタ３２２、光学系３２３、ミラー３２４、圧電素子３３０および制御部３４０を備えている。これらのうち、光源３２１、シャッタ３２２、光学系３２３およびミラー３２４は、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０に屈折率変化誘起光を照射する照射手段を構成している。また、圧電素子３３０は、光ファイバ１１０の側方に配置された位相格子マスク２００をｚ軸方向に光ファイバ１１０に対して相対的に移動させる移動手段を構成している。
【００２１】
光源３２１は、光ファイバ１１０のコア領域１１１の屈折率変化を誘起せしめる波長の一定強度の屈折率変化誘起光ＵＶを出力する。この光源３２１として、例えば、波長２４８ｎｍのレーザ光を屈折率変化誘起光ＵＶとして出力するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長４８８ｎｍのレーザ光の第２高調波光（波長２４４ｎｍ）を出力するＡｒレーザ光源が用いられ、その他、ＹＡＧレーザ光源や銅蒸気レーザ光源などが好適に用いられる。シャッタ３２２は、光源３２１とミラー３２４との間に設けられ、光源３２１から出力された屈折率変化誘起光ＵＶの通過／遮断の制御を行う。このシャッタ３２２として音響光学素子が好適に用いられ、この場合には、屈折率変化誘起光ＵＶの通過／遮断の制御が高速に行われる。
【００２２】
光学系３２３は、シャッタ３２２とミラー３２４との間に設けられ、光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光ＵＶの照射の際に屈折率変化誘起光ＵＶのｚ軸方向の光束幅を所定値（好適には５００μｍ以下、更に好適には１００μｍ以下）とする為のものである。この光学系３２３として、集光レンズが好適に用いられ、或いは、所定の開口幅を有する開口も好適に用いられる。光学系３２３として集光レンズが用いられる場合には、屈折率変化誘起光ＵＶのエネルギが有効に利用されるので、回折格子の作成効率が優れる。また、光学系３２３として開口が用いられる場合には、光ファイバ１１０が被る機械的ダメージが低減される。
【００２３】
ミラー３２４は、ｚ軸方向に対して４５度だけ傾斜した反射面を有していて、光学系３２３を経てｚ軸方向に進んできた屈折率変化誘起光ＵＶを、ｚ軸に垂直な方向に反射させる。そして、ミラー３２４は、その反射させた屈折率変化誘起光ＵＶを、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０に照射する。また、このミラー３２４は、ｚ軸方向に移動自在に固定部材３１０に固定されている。固定部材３１０に対してミラー３２４が移動することにより、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は長手方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って走査される。この移動機構としては、ピッチングが小さいエアスライダや、絶対位置精度が高いリニアモータを用いたものが好適である。
【００２４】
位相格子マスク２００は、石英ガラス平板の一方の面に格子間隔２Λの位相格子が形成されたものであり、その位相格子が形成された面が光ファイバ１１０に対向して配置される。この位相格子マスク２００の格子間隔は、光ファイバ１１０に形成されるべき回折格子１１３の格子間隔Λの２倍とされる。また、この位相格子マスク２００は、圧電素子３３０を介して固定部材３１０と固定されており、圧電素子３３０の作用によりｚ軸方向に移動可能である。
【００２５】
制御部３４０は、固定部材３１０に対してミラー３２４をｚ軸方向に移動させる。これにより、制御部３４０は、光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を、光ファイバ１１０の所定範囲（屈折率変調形成範囲）に亘って走査する。このとき、制御部３４０は、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置を所定の速度分布で走査する。また、制御部３４０は、圧電素子３３０を制御して、位相格子マスク２００をｚ軸方向に光ファイバ１１０に対して相対的に移動させる。この移動距離は、光ファイバ１１０に形成されるべき回折格子１１３の格子間隔Λの１／２で充分である。
【００２６】
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置１の動作について説明するとともに、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法について説明する。この光導波路型回折格子素子製造装置１は、制御部３４０による制御の下に以下のように動作する。
【００２７】
光源３２１から出力された一定強度の屈折率変化誘起光ＵＶは、シャッタ３２２および光学系３２３を経てミラー３２４に入射し、このミラー３２４により反射されて、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０へ照射される。このとき、格子間隔２Λの位相格子マスク２００の回折作用により＋１次回折光と−１次回折光とが発生し、これら２つの回折光が干渉することにより縞間隔Λの干渉縞が生じる。また、ミラー３２４がｚ軸方向に所定範囲に亘って移動することにより、位相格子マスク２００を介した光ファイバ１１０への屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置が走査される。そして、光ファイバ１１０のコア領域１１１には、この干渉縞における光エネルギの空間的な分布に応じて格子間隔Λの屈折率変調が形成されて、回折格子１１３が形成される。
【００２８】
このような屈折率変化誘起光ＵＶの照射に際して、光ファイバ１１０と位相格子マスク１１０との相対的位置関係に関して２つの状態（第１状態、第２状態）それぞれが設定される。第１状態に対して第２状態では、屈折率変調による回折格子の半周期（Λ／２）だけｚ方向に相対的にずれて位相格子マスク２００が配置される。第１状態では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は、ｚ方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)で走査される（この工程を「第１工程」と呼ぶ。）。第２状態では、屈折率変化誘起光ＵＶの照射位置は、ｚ方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)で走査される（この工程を「第２工程」と呼ぶ。）。
【００２９】
なお、各照射時間分布は、各位置ｚに屈折率変化誘起光ＵＶが照射される時間の分布を表しており、走査速度分布の逆数に比例する。すなわち、第１工程における第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)と第１走査速度分布Ｖ₁(ｚ)との間、および、第２工程における第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)と第２走査速度分布Ｖ₂(ｚ)との間それぞれには、
【数２】

なる関係式が成り立つ。ここで、Δｚは、ｚ軸方向についての屈折率変化誘起光ＵＶの光束幅である。
【００３０】
したがって、第１工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₁(ｚ)は、
【数３】

なる式で表される。一方、第２工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₂(ｚ)は、
【数４】

なる式で表される。
【００３１】
そして、第１工程および第２工程の双方により形成される屈折率変調Δｎ_all(ｚ)は、上記(3)式と上記(4)式との和で表され、
【数５】

なる式で表される。また、この(5)式と前述の(1)式とを比較して判るように、屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)は、
【数６】

なる式で表される。
【００３２】
この(6)式から判るように、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)および第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)それぞれが適切に設定されることにより、所望の屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)（すなわち、所望の反射特性）を有する光導波路型回折格子素子１００が製造される。また、Ｔ₁(ｚ)とＴ₂(ｚ)との大小関係を或る位置ｚ₀を境に反転させることで、屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)は、その位置ｚ₀を境に符号（すなわち位相）が反転する。その位置ｚ₀が位相反転部となる。
【００３３】
また、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)と第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)との和は、位置ｚに依らず一定値Ｔ₀であるのが好適である。このとき、
【数７】

なる式で表される。このようにすることで、屈折率変調形成範囲における平均の実効屈折率ｎ₀は、位置ｚに依らず一定値となる。
【００３４】
第１工程は複数回繰り返されてもよく、第２工程も複数回繰り返されてもよい。第１工程が複数回繰り返された場合には全ての第１工程の第１照射時間分布の和が上記Ｔ₁(ｚ)であり、第２工程が複数回繰り返された場合には全ての第２工程の第２照射時間分布の和が上記Ｔ₂(ｚ)である。所望の反射特性を有する光導波路型回折格子素子１００が得られるまで、第１工程と第２工程とが交互に行われることが好ましい。
【００３５】
なお、屈折率変化誘起光ＵＶが光ファイバ１１０に照射されて屈折率変化が誘起されると、これにより、光ファイバ１１０内の水素が消費されて、その後の屈折率変化誘起光ＵＶ照射に対する屈折率変化の効率が低下する場合がある。このような場合には、初めに第１工程を１回または複数回繰り返して行った後に、第２工程を複数回繰り返して行うようにするのが好適である。
【００３６】
次に、図２に示された屈折率分布を有する光導波路型回折格子素子１００を製造する場合について、図４〜図７を用いて更に説明する。図４は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の走査速度分布を示す図である。図５は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の照射時間分布を示す図である。図６は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の照射時間の和および差それぞれを示す図である。図７は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法による屈折率変調を示す図である。図７（ａ）は第１工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₁(ｚ)を示し、同図（ｂ）は第２工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₂(ｚ)を示し、同図（ｃ）は第１工程および第２工程の双方により形成される屈折率変調Δｎ_all(ｚ)を示す。
【００３７】
図４に示された走査速度分布Ｖ₁(ｚ)，Ｖ₂(ｚ)と、図５に示された照射時間分布Ｔ₁(ｚ)，Ｔ₂(ｚ)との間には、上記(2)式の関係がある。図６に示されるように、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)と第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)との和（Ｔ₁(ｚ)＋Ｔ₂(ｚ)）は一定値Ｔ₀とされ（上記(7)式）、これにより、図２に示されたように屈折率変調形成範囲における平均の実効屈折率ｎ₀は位置ｚに依らず一定値となる。また、図６に示されるように、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)と第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)との差（Ｔ₁(ｚ)−Ｔ₂(ｚ)）は、図２に示された屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)に比例するように設定される（上記(6)式）。
【００３８】
第１工程では、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０に照射される屈折率変化誘起光ＵＶは、図５に示された第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)（図４に示された第１走査速度分布Ｖ₁(ｚ)）でｚ軸方向に走査される。これにより、図７（ａ）に示された屈折率変調成分Δｎ₁(ｚ)が形成される。この第１工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₁(ｚ)の振幅分布は、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)に比例している（上記(3)式）。
【００３９】
第２工程では、位相格子マスク２００を介して光ファイバ１１０に照射される屈折率変化誘起光ＵＶは、図５に示された第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)（図４に示された第２走査速度分布Ｖ₂(ｚ)）でｚ軸方向に走査される。これにより、図７（ｂ）に示された屈折率変調成分Δｎ₂(ｚ)が形成される。この第２工程により形成される屈折率変調成分Δｎ₂(ｚ)の振幅分布は、第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)に比例している（上記(4)式）。
【００４０】
第１工程と第２工程とでは、位相格子マスク２００の配置位置が半周期（Λ／２）だけｚ方向に相対的にずれているので、図７（ａ）と同図（ｂ）とを比較して判るように、第１工程による屈折率変調成分Δｎ₁(ｚ)と第２工程による屈折率変調成分Δｎ₂(ｚ)とは、位相が互いに反転している（上記(3)式および上記(4)式）。その結果、同図（ｃ）に示されるように、第１工程および第２工程の双方により形成される屈折率変調Δｎ_all(ｚ)の振幅分布は、第１照射時間分布Ｔ₁(ｚ)と第２照射時間分布Ｔ₂(ｚ)との差（Ｔ₁(ｚ)−Ｔ₂(ｚ)）に比例したものとなり、図２に示された屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)に比例したものとなる。
【００４１】
したがって、所望の屈折率変調振幅分布Ｆ(ｚ)が得られまで第１工程および第２工程それぞれを交互に繰り返して行うことにより、所望の光学特性を有する光導波路型回折格子素子１００を製造することができる。
【００４２】
次に、本発明に係る合分波モジュールの実施形態について説明する。以下に説明する各実施形態に係る合分波モジュールに含まれる光導波路型回折格子素子は、上記の実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００であって、位相反転部を有するものであり、多波長の光を選択的に反射することができるものである。以下では、この光導波路型回折格子素子１００が波長λ_2mの光を反射する一方で波長λ_2m+1の光を透過するものとして説明する。ただし、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、Ｍは２以上の整数であり、各波長は
【数８】

なる関係式を満たすものとする。
【００４３】
図８は、第１の実施形態に係る合分波モジュール１０の構成図である。この合分波モジュール１０は、光導波路型回折格子素子１００の一端に光サーキュレータ１２０が接続され、光導波路型回折格子素子１００の他端に光サーキュレータ１３０が接続されて構成されている。光サーキュレータ１２０は、第１端子１２１、第２端子１２２および第３端子１２３を有しており、第１端子１２１に入力した光を第２端子１２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子１２２に入力した光を第３端子１２３より出力する。また、光サーキュレータ１３０は、第１端子１３１、第２端子１３２および第３端子１３３を有しており、第１端子１３１に入力した光を第２端子１３２より光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子１３２に入力した光を第３端子１３３より出力する。
【００４４】
この合分波モジュール１０では、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に波長λ_2m+1の光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ１２０の第２端子１２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サーキュレータ１３０の第２端子１３２に入力し、光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力される。また、光サーキュレータ１３０の第１端子１３１に波長λ_2mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ１３０の第２端子１３２より光導波路型回折格子素子１００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００で反射されて、光サーキュレータ１３０の第２端子１３２に入力し、光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール１０は、合波器として動作し、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ_2m+1の光と、光サーキュレータ１３０の第１端子１３１に入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。なお、合分波モジュール１０が合波器としてのみ用いられる場合には光サーキュレータ１２０は不要である。
【００４５】
また、この合分波モジュール１０では、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に波長λ₁〜λ_2Mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ１２０の第２端子１２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ_2mの光は、光導波路型回折格子素子１００で反射されて、光サーキュレータ１２０の第２端子１２２に入力し、光サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力される。一方、波長λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サーキュレータ１３０の第２端子１３２に入力し、光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール１０は、分波器として動作し、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ₁〜λ_2Mを分波して、波長λ_2mの光を光サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力し、波長λ_2m+1の光を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。なお、合分波モジュール１０が分波器としてのみ用いられる場合には光サーキュレータ１３０は不要である。
【００４６】
さらに、この合分波モジュール１０は、合波器として動作するとともに、分波器としても動作することにより、光ＡＤＭ（Add-Drop Multiplexer）としても動作する。すなわち、この合分波モジュール１０は、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの光を光サーキュレータ１２０の第３端子１２３より出力（Drop）するとともに、他の情報を担う波長λ_2mの光を光サーキュレータ１３０の第１端子１３１より入力（Add）する。そして、光サーキュレータ１２０の第１端子１２１に入力した波長λ₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光サーキュレータ１３０の第１端子１３１に入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光サーキュレータ１３０の第３端子１３３より出力する。
【００４７】
図９は、第２の実施形態に係る合分波モジュール２０の構成図である。この合分波モジュール２０は、光ファイバ１１０Ａと光ファイバ１１０Ｂとが光カプラ１１４Ａおよび１１４Ｂそれぞれを介して光結合されていて、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの間の光ファイバ１１０Ａの所定範囲に回折格子１１３Ａが形成されて光導波路型回折格子素子１００Ａとされており、また、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの間の光ファイバ１１０Ｂの所定範囲に回折格子１１３Ｂが形成されて光導波路型回折格子素子１００Ｂとされている。これら光導波路型回折格子素子１００Ａおよび１００Ｂそれぞれは、既述した光導波路型回折格子素子１００と同等のものである。
【００４８】
この合分波モジュール２０では、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ_2m+1の光が入力すると、これらの光は、光カプラ１１４Ａにより分岐され、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂを透過して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。また、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに波長λ_2mの光が入力すると、これらの光は、光カプラ１１４Ｂにより分岐され、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反射されて、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール２０は、合波器として動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力した波長λ_2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００４９】
また、この合分波モジュール２０では、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ₁〜λ_2Mの光が入力すると、これらの光は、光カプラ１１４Ａにより分岐され光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂへ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ_2mの光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反射されて、光カプラ１１４Ａにより合波され、光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力される。一方、波長λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂを透過して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール２０は、分波器として動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力した波長λ₁〜λ_2Mを分波して、波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力し、波長λ_2m+1の光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００５０】
さらに、この合分波モジュール２０は、合波器として動作するとともに、分波器としても動作することにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、この合分波モジュール２０は、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力した波長λ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力（Drop）するとともに、他の情報を担う波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂより入力（Add）する。そして、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力した波長λ₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００５１】
図１０は、第３の実施形態に係る合分波モジュール３０の構成図である。この合分波モジュール３０は、光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１１０Ｄとが光カプラ１１４Ｃを介して光結合されていて、その光カプラ１１４Ｃにおける光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１１０Ｄとの融着部の所定範囲に回折格子１１３Ｃが形成されて光導波路型回折格子素子１００Ｃとされている。この光導波路型回折格子素子１００Ｃは、既述した光導波路型回折格子素子１００と同等のものである。ただし、回折格子１１３Ｃは、光ファイバ１１０Ｃのコア領域および光ファイバ１１０Ｄのコア領域の双方に形成されている。
【００５２】
この合分波モジュール３０では、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ_2m+1の光が入力すると、これらの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃを透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力される。また、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに波長λ_2mの光が入力すると、これらの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃで反射されて、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール３０は、合波器として動作し、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ_2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００５３】
また、この合分波モジュール３０では、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ₁〜λ_2Mの光が入力すると、これらの光は光導波路型回折格子素子１００Ｃに到達する。そして、これらの光のうち、波長λ_2mの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃで反射されて、光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力される。一方、波長λ_2m+1の光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃを透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール３０は、分波器として動作し、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ₁〜λ_2Mを分波して、波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力し、波長λ_2m+1の光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００５４】
さらに、この合分波モジュール３０は、合波器として動作するとともに、分波器としても動作することにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、この合分波モジュール３０は、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ₁〜λ_2Mのうち波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力（Drop）するとともに、他の情報を担う波長λ_2mの光を光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄより入力（Add）する。そして、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ₁〜λ_2Mのうちの波長λ_2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ_2mの光とを合波して、その合波した波長λ₁〜λ_2Mの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００５５】
以上の合分波モジュール１０，２０および３０それぞれに含まれる光導波路型回折格子素子は、既述した本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００であって、位相反転部を有しており、反射特性が優れる。光導波路型回折格子素子１００において、反射波長帯域内における透過率が小さく、且つ、反射波長帯域外における反射率が小さいことから、合分波モジュール１０，２０および３０の何れも、反射波長λ_2mと透過波長λ_2m+1との差が小さい場合であっても、クロストークが生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射波長λ_2mの光のパワーロスが小さい。
【００５６】
次に、本発明に係る分散調整モジュールの実施形態について説明する。以下に説明する本実施形態に係る分散調整モジュールに含まれる光導波路型回折格子素子は、上記の実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００であって、反射した光の波長分散を調整することができるものである。
【００５７】
図１１は、本実施形態に係る分散調整モジュール４０の構成図である。この分散調整モジュール４０は、光導波路型回折格子素子１００の一端に光サーキュレータ１４０が接続されて構成されている。光サーキュレータ１４０は、第１端子１４１、第２端子１４２および第３端子１４３を有しており、第１端子１４１に入力した光を第２端子１４２より光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子１４２に入力した光を第３端子１４３より出力する。
【００５８】
この分散調整モジュール４０では、光サーキュレータ１４０の第１端子１４１に光が入力すると、この光は、光サーキュレータ１４０の第２端子１４２より光導波路型回折格子素子１００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００で反射されて、光サーキュレータ１４０の第２端子１４２に入力し、光サーキュレータ１４０の第３端子１４３より出力される。光導波路型回折格子素子１００で反射される際に光の波長分散が調整される。したがって、この分散調整モジュール４０は、例えば光伝送システムにおいて、信号光を伝送する光ファイバ伝送路の波長分散を補償することができる。
【００５９】
次に、本発明に係る光伝送システムの実施形態について説明する。図１２は、本実施形態に係る光伝送システム１の概略構成図である。この光伝送システム１は、送信局２と中継局３との間が光ファイバ伝送路５で接続され、中継局３と受信局４との間も光ファイバ伝送路６で接続されている。また、中継局３に合分波モジュール１０が設けられており、中継局４に分散調整モジュール４０が設けられている。
【００６０】
送信局２は、波長λ₁〜λ_2Mの信号光を波長多重して光ファイバ伝送路５へ送出する。中継局３は、光ファイバ伝送路５を伝搬してきた波長λ₁〜λ_2Mの信号光を入力し、これらを合分波モジュール１０により分波して、波長λ_2m+1の信号光を光ファイバ伝送路６へ送出し、波長λ_2mの信号光を他の光ファイバ伝送路へ送出する。また、中継局３は、合分波モジュール１０により、他の光ファイバ伝送路を経て入力した波長λ_2mの信号光を光ファイバ伝送路６へ送出する。受信局４は、光ファイバ伝送路６を伝搬してきた波長λ₁〜λ_2Mの信号光を入力し、分散調整モジュール４０により各波長の信号光の波長分散を調整して、これらを各波長に分波して受信する。
【００６１】
この光伝送システム１は、上記の本実施形態に係る合分波モジュール１０を用いて、波長λ₁〜λ_2Mの信号光を合波または分波するものである。したがって、この合分波モジュール１０に含まれる光導波路型回折格子素子１００において、反射波長λ_2mと透過波長λ_2m+1との差が小さい場合であっても、クロストークが生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射波長λ_2mの光のパワーロスが小さい。なお、合分波モジュール１０に替えて合分波モジュール２０または３０を設けてもよい。
【００６２】
また、この光伝送システム１は、上記の本実施形態に係る分散調整モジュール４０を用いて、波長λ₁〜λ_2Mの信号光の波長分散を調整するものである。したがって、送信局２から受信局４へ到るまでの光ファイバ伝送路５および光ファイバ伝送路６の波長分散が分散調整モジュール４０により補償されるので、累積波長分散に因る信号光波形劣化が抑制されて、高品質の信号光伝送が可能となる。
【００６３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態の光導波路型回折格子素子は、光導波路である光ファイバに屈折率変調による回折格子が形成されたものであった。しかし、これに限られず、平面基板上に形成された光導波路に屈折率変調による回折格子が形成されたものであってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光導波路の側方に位相格子マスクが配置される。このとき、光導波路と位相格子マスクとの相対的位置関係に関して第１状態および第２状態それぞれが設定される。第１状態に対して第２状態では、形成されるべき屈折率変調による回折格子の半周期（Λ／２）だけ長手方向に相対的にずれて位相格子マスクが配置される。第１状態では、屈折率変化誘起光の照射位置は、長手方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第１照射時間分布で走査される。第２状態では、屈折率変化誘起光の照射位置は、長手方向に沿って屈折率変調形成範囲に亘って第２照射時間分布で走査される。第１照射時間分布と第２照射時間分布とは互いに異なる。第１状態および第２状態それぞれで位相格子マスクを介して光導波路に屈折率変化誘起光が照射されることにより、第１照射時間分布と第２照射時間分布との差に比例した屈折率変調振幅分布を有する光導波路型回折格子素子が製造される。このようにして製造される光導波路型回折格子素子は、長手方向に沿って屈折率変調の振幅分布が適切に設計されたものであり、例えば、屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有する。これにより、この光導波路型回折格子素子は、例えば、多波長の光を選択的に反射することができ、或いは、波長分散が抑制されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の長手方向に沿った屈折率分布の説明図である。
【図３】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造装置３００の構成図である。
【図４】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の走査速度分布を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の照射時間分布を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法における各工程の照射時間の和および差それぞれを示す図である。
【図７】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法による屈折率変調を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る合分波モジュール１０の構成図である。
【図９】第２の実施形態に係る合分波モジュール２０の構成図である。
【図１０】第３の実施形態に係る合分波モジュール３０の構成図である。
【図１１】本実施形態に係る分散調整モジュール４０の構成図である。
【図１２】本実施形態に係る光伝送システム１の概略構成図である。
【符号の説明】
１…光伝送システム、２…送信局、３…中継局、４…受信局、５，６…光ファイバ伝送路、１０，２０，３０…合分波モジュール、４０…分散調整モジュール、１００…光導波路型回折格子素子、１１０…光ファイバ（光導波路）、１１１…コア領域、１１２…クラッド領域、１１３…回折格子、１２０，１３０，１４０…光サーキュレータ、２００…位相格子マスク、３００…光導波路型回折格子素子製造装置、３１０…固定部材、３２１…光源、３２２…シャッタ、３２３…光学系、３２４…ミラー、３３０…圧電素子、３４０…制御部。

Claims

光導波路の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波路型回折格子素子を製造する方法であって、
前記光導波路の側方に位相格子マスクが配置された第１状態で、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に沿って前記所定範囲に亘って第１照射時間分布で走査して、前記位相格子マスクを介して前記光導波路に屈折率変化誘起光を照射する第１工程と、
前記第１状態に対して前記回折格子の半周期だけ長手方向に相対的にずれて前記位相格子マスクが配置された第２状態で、一定強度の屈折率変化誘起光の照射位置を長手方向に沿って前記所定範囲に亘って第２照射時間分布で走査して、前記位相格子マスクを介して前記光導波路に屈折率変化誘起光を照射する第２工程と、
を備え、
前記第１工程および前記第２工程それぞれを１回または複数回繰り返して行って前記光導波路型回折格子素子を製造する、
ことを特徴とする光導波路型回折格子素子製造方法。
前記第１照射時間分布と前記第２照射時間分布との和が長手方向に沿って一定である、ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子製造方法。