JP3975217B2 - Grating production method - Google Patents

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本発明は、光ファイバや平面光波回路などの光導波路に紫外レーザ光を照射して屈折率変調を形成するグレーティングの作製方法に関し、特に光通信システムに用いられる帯域通過フィルタや分散等化デバイスなど高精度な特性を要するグレーティングデバイスのグレーティングの作製方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a grating that forms a refractive index modulation by irradiating an optical waveguide such as an optical fiber or a planar lightwave circuit with ultraviolet laser light, and more particularly to a band-pass filter or a dispersion equalization device used in an optical communication system. The present invention relates to a method for manufacturing a grating of a grating device that requires highly accurate characteristics.

将来、実現が期待される波長間隔が50GHz(波長:0.4nm)や25GHz(波長:0.2nm)といった高密度波長多重伝送システム(DWDM伝送システム)には、光ファイバや平面光波回路(Planar Lightwave Circuit:以下PLCと称す)などの光導波路にグレーティングを設けてなる帯域通過フィルタは、必須のデバイスである。また、ビットレートが10Gbit/s以上あるいは40Gbit/s以上といった将来の超高速光伝送システムには、光導波路にグレーティングを設けてなる分散等化デバイスは、必須のデバイスである。   For high-density wavelength division multiplexing transmission systems (DWDM transmission systems) such as 50 GHz (wavelength: 0.4 nm) and 25 GHz (wavelength: 0.2 nm) that are expected to be realized in the future, optical fibers and planar lightwave circuits (Planar) A band-pass filter in which a grating is provided in an optical waveguide such as a Lightwave Circuit (hereinafter referred to as PLC) is an indispensable device. In addition, in a future ultrahigh-speed optical transmission system with a bit rate of 10 Gbit / s or higher or 40 Gbit / s or higher, a dispersion equalization device in which a grating is provided in an optical waveguide is an indispensable device.

帯域通過フィルタや分散等化デバイスなどのグレーティングデバイスは、例えば、石英からなるコアにGeを添加した光ファイバや平面光波回路(PLC)などの光導波路に紫外レーザ光の干渉縞を照射することにより作製することができる。さらに、具体的には、光導波路を数10から数100気圧の高圧水素中に数日から数週間放置することにより光導波路内部に水素を充填し、紫外光照射による屈折率変化を増感させて、位相マスクやハーフミラーにより二光束に分離された紫外レーザ光の干渉縞を光導波路に照射し、干渉縞に応じた屈折率変化を形成することで作製される。この干渉縞に応じた屈折率変化を形成することを屈折率変調といい、その変化の大きさを屈折率変調度という。光導波路に形成したグレーティングのグレーティングピッチをΛ、光導波路の等価屈折率をNeffとすると、光導波路に入射した光のうち下記式(1)を満足する波長λBの光はブラッグ反射を起こし入射側に反射される。
λB=2・Neff・Λ (1)
なお、等価屈折率とは光導波路を伝搬する光が受ける等価的な屈折率で、コアとクラッドの相互作用によって決まり、実効屈折率あるいは有効屈折率とも呼ばれる。
For example, a grating device such as a bandpass filter or a dispersion equalization device irradiates an optical waveguide such as an optical fiber in which Ge is added to a quartz core or a planar lightwave circuit (PLC) with interference fringes of ultraviolet laser light. Can be produced. Furthermore, specifically, the optical waveguide is left in high pressure hydrogen of several tens to several hundreds of atmospheres for several days to several weeks to fill the inside of the optical waveguide with hydrogen, thereby sensitizing changes in refractive index due to ultraviolet light irradiation. Then, the optical waveguide is irradiated with an interference fringe of ultraviolet laser light separated into two light beams by a phase mask or a half mirror, and a refractive index change corresponding to the interference fringe is formed. Forming the refractive index change according to the interference fringes is called refractive index modulation, and the magnitude of the change is called the refractive index modulation degree. If the grating pitch of the grating formed in the optical waveguide is Λ and the equivalent refractive index of the optical waveguide is N eff , the light of wavelength λ B that satisfies the following formula (1) among the light incident on the optical waveguide causes Bragg reflection. Reflected on the incident side.
λ B = 2 · N eff · Λ (1)
The equivalent refractive index is an equivalent refractive index received by light propagating through the optical waveguide, is determined by the interaction between the core and the cladding, and is also referred to as an effective refractive index or an effective refractive index.

グレーティング全体に渡って、式(1)の関係を満たす波長λBを一定となるようにした場合は、特定の波長の光のみを効率よく反射することができるため帯域通過特性が非常にシャープな帯域通過フィルタを得ることができる。一方、グレーティングピッチΛあるいはグレーティングの等価屈折率Neffを伝搬方向で変化させて、グレーティングの位置によりブラッグ波長λBを変えたチャープグレーティングを形成することで、分散補償器や分散スロープ補償器などの分散等化デバイスを得ることができる。 When the wavelength λ B satisfying the relationship of the expression (1) is made constant over the entire grating, only the light of a specific wavelength can be efficiently reflected, so that the band pass characteristic is very sharp. A band pass filter can be obtained. On the other hand, by changing the grating pitch Λ or the equivalent refractive index N eff of the grating in the propagation direction to form a chirped grating in which the Bragg wavelength λ B is changed according to the position of the grating, a dispersion compensator, a dispersion slope compensator, etc. A distributed equalization device can be obtained.

この帯域通過フィルタや分散等化デバイスなどの用途に用いる特性を得るためにはグレーティングの作製に高度な精度が要求される。すなわち光通信システムで用いられる波長1.55μm帯では、グレーティングピッチは500nm程度であり、グレーティングの長さ約数mmから約100mmに渡って規則正しく作製する必要がある。さらに紫外レーザ光の照射量により屈折率変調度や等価屈折率Neffも変化することから、グレーティングの長さ全体に渡って高精度に紫外レーザ光を照射する必要がある。このような設計からのグレーティングピッチのずれは位相エラー、屈折率変調度や等価屈折率Neffのずれは振幅エラーと呼ばれる。これらのエラーが帯域通過フィルタでは帯域外減衰量の劣化の原因となり、分散等化デバイスでは群遅延時間特性のリップルすなわち群遅延リップルの原因となる。このことは、『Ricardo Feced,他,「Effect of Random Phase and Amplitude Errors in Optical Fiber Bragg Gratings」,”JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.18,NO.1,90頁〜101頁”,January,2000,IEEE発行』に記されている。 In order to obtain characteristics used for applications such as a band pass filter and a dispersion equalization device, high accuracy is required for the production of the grating. That is, in the 1.55 μm wavelength band used in the optical communication system, the grating pitch is about 500 nm, and it is necessary to make the grating regularly over a length of about several mm to about 100 mm. Furthermore, since the refractive index modulation degree and the equivalent refractive index N eff change depending on the irradiation amount of the ultraviolet laser light, it is necessary to irradiate the ultraviolet laser light with high accuracy over the entire length of the grating. A shift in the grating pitch from such a design is called a phase error, and a shift in the refractive index modulation degree or the equivalent refractive index N eff is called an amplitude error. These errors cause deterioration of out-of-band attenuation in the band-pass filter, and cause group delay time ripple, that is, group delay ripple, in the dispersion equalization device. This is described in “Ricardo Feded, et al.,“ Effect of Random Phase and Amplitude Errors in Optical Fiber Bragg Gradings ”,“ JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHN. "Issuance of IEEE".

また、エラーを低減したグレーティングを作製する方法として幾つかの方法が提案されている。例えば、特開平8−286066号公報に開示の光導波路回折格子の作製方法では、図17の斜視図に示すように、所定波長(240nm近辺)の紫外光を照射してグレーティングを形成する際に発生する蛍光を検出し、蛍光の受光量が最大となるようにして位置合わせを行っている。即ち、光ファイバに240nm付近の波長の紫外レーザ光を照射すると、光ファイバのコアに波長350〜550nmの蛍光を生じる。発生した蛍光のうちの一部は光ファイバを伝搬し、検出器8に到達し受光される。ここで検出器8の受光量が最大となるように調整して、光ファイバ1のコアに照射されるレーザ光を最大にしている。なお、240nm近辺の波長の紫外レーザとしてはKrFエキシマレーザ(波長248nm)とアルゴンレーザの第2高調波(波長244nm)が知られている。   In addition, several methods have been proposed as a method for manufacturing a grating with reduced errors. For example, in the method for manufacturing an optical waveguide diffraction grating disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28666, when a grating is formed by irradiating ultraviolet light having a predetermined wavelength (near 240 nm) as shown in the perspective view of FIG. The generated fluorescence is detected, and alignment is performed so that the amount of received fluorescence is maximized. That is, when an optical fiber is irradiated with ultraviolet laser light having a wavelength of around 240 nm, fluorescence having a wavelength of 350 to 550 nm is generated in the core of the optical fiber. Part of the generated fluorescence propagates through the optical fiber, reaches the detector 8, and is received. Here, the laser beam irradiated to the core of the optical fiber 1 is maximized by adjusting the amount of light received by the detector 8 to be maximized. As an ultraviolet laser having a wavelength around 240 nm, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and a second harmonic (wavelength 244 nm) of an argon laser are known.

また、『小向 哲郎、他,「チャープファイバグレーティングにおける群遅延リップルの発生原因の検討」,”電子情報通信学会技術報告書 OFT2000−49”,31頁〜35頁,社団法人 電子情報通信学会発行』には、アルゴンレーザの第2高調波である波長244nmの紫外レーザ光を光ファイバの光軸方向に走査しながら、常に蛍光をモニタして紫外レーザ光が均一に照射されるように光ファイバの位置を制御することが記されている。さらに分散等化デバイスとして用いられるチャープグレーティングによって生じる群遅延リップルの原因の多くは作製プロセスにあるとして、以下の要因が示されている。
(1)照射する紫外レーザ光のパワーやモードの揺らぎ(振幅エラー)。
(2)光ファイバなど光導波路の長手方向におけるコアの組成の揺らぎ。
(3)チャープグレーティングのアポダイゼーションの不完全性。
(4)機械的振動による位相マスクと光導波路との位置ずれ(位相エラー)。
(5)光導波路とレーザ光照射の位置制御の不完全性(振幅エラー)。
(6)光導波路の洗浄の不十分性(振幅エラー)。
(7)スティッチングエラー等の位相マスクの不完全性(振幅エラーおよび位相エラー)。
“Tetsuro Komukai, et al.,“ Examination of the cause of group delay ripple in chirped fiber gratings ”,“ Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers OF2000-49 ”, pages 31-35, published by The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers The optical fiber so that the ultraviolet laser beam is always irradiated uniformly by monitoring the fluorescence while scanning the ultraviolet laser beam having a wavelength of 244 nm, which is the second harmonic of the argon laser, in the optical axis direction of the optical fiber. Controlling the position of is described. Furthermore, the following factors are shown on the assumption that many of the causes of the group delay ripple caused by the chirped grating used as a dispersion equalization device are in the manufacturing process.
(1) Power fluctuation or mode fluctuation (amplitude error) of ultraviolet laser light to be irradiated.
(2) Fluctuation of the composition of the core in the longitudinal direction of the optical waveguide such as an optical fiber.
(3) The incompleteness of chirp grating apodization.
(4) Position shift (phase error) between the phase mask and the optical waveguide due to mechanical vibration.
(5) Incomplete position control (amplitude error) of optical waveguide and laser beam irradiation.
(6) Insufficient cleaning of optical waveguide (amplitude error).
(7) Phase mask imperfection (amplitude error and phase error) such as stitching error.

一方、特開平10−90545号公報に開示されているグレーティングの作製方法では、図18に示すように、PLCに形成した光導波路に紫外レーザである波長248nmのKrFエキシマレーザ光を照射する場合に発生する熱を放熱体を通じて放熱している。この場合において、グレーティングの作製のため数分〜数十分紫外レーザ光が照射されると、クラッドとコアを通過し基板に到達した紫外レーザ光の一部が吸収され加熱される。このとき生じた熱は放熱体5を通じてPLC1より放熱される。これによってPLC1全体の温度上昇を±10℃以下に抑え、PLC1の熱膨張によるグレーティングピッチの変化を抑えている。   On the other hand, in the method of manufacturing a grating disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-90545, as shown in FIG. 18, when an optical waveguide formed on a PLC is irradiated with KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm, which is an ultraviolet laser. The generated heat is dissipated through the radiator. In this case, when the ultraviolet laser light is irradiated for several minutes to several tens of minutes for producing the grating, a part of the ultraviolet laser light that has passed through the cladding and the core and reached the substrate is absorbed and heated. The heat generated at this time is radiated from the PLC 1 through the radiator 5. As a result, the temperature rise of the entire PLC 1 is suppressed to ± 10 ° C. or less, and changes in the grating pitch due to the thermal expansion of the PLC 1 are suppressed.

Ricardo Feced,他,「Effect of Random Phase and Amplitude Errors in Optical Fiber Bragg Gratings」,”JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.18,NO.1,90頁〜101頁”,January,2000,IEEE発行Ricardo Feded, et al., “Effect of Random Phase and Amplitude Errors in Optical Fiber Bragg Gratings”, “JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 小向 哲郎、他,「チャープファイバグレーティングにおける群遅延リップルの発生原因の検討」,”電子情報通信学会技術報告書 OFT2000−49”,31頁〜35頁,社団法人 電子情報通信学会発行Tetsuro Komukai, et al., “Examination of the cause of group delay ripples in chirped fiber gratings”, “Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers OF2000-49”, pages 31-35, published by The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers 特開平8−286066号公報JP-A-8-286066 特開平10−90545号公報JP 10-90545 A

しかし、上記のような様々なエラー発生要因を防止してもなお発生しうる位相エラーがある。即ち、ビーム幅が数mm以下の紫外レーザ光を光導波路の光軸方向に走査してグレーティングを作製する場合、光導波路には局所加熱による熱膨張を原因とするグレーティングピッチのずれ、即ち、歪みが生じる。このグレーティングピッチの歪みによって位相エラーを生じる。このようなグレーティングピッチの歪みが生じる原因については、以下のように考えられる。通常、光導波路は、石英(SiO2)を主原料としているため、その熱膨張係数は小さいがそれでも10-6程度の熱膨張係数を有する。そのため、例えば、1mmのビーム幅の紫外レーザ光を長さ1mmの光導波路の領域に照射して、その領域の温度が数℃上昇したとすると、その1mmの領域は数nm程度熱膨張し、他の領域を数nmずつ押し出す。また紫外レーザ光は、光導波路の光軸に沿って走査されるので、光導波路の他の領域を照射しているときは照射されている領域が数nm熱膨張し、さらに他の部分を数nmずつ押し出す。このように紫外レーザ光照射により局所的にわずか数℃温度上昇したとしても、グレーティングピッチに±数nm程度の揺らぎが生じる。グレーティングピッチは500nm程度であるから、例え数nmの揺らぎであっても影響は大きく、これが位相エラーとなり群遅延リップルを生じる。これは分散等化デバイスに用いられるチャープグレーティングに限ることでなく、帯域通過フィルタに用いられる均一グレーティングであっても同様に悪影響を及ぼす。 However, there are phase errors that can still occur even if various error generation factors as described above are prevented. That is, when a grating is manufactured by scanning an ultraviolet laser beam having a beam width of several millimeters or less in the optical axis direction of the optical waveguide, the optical waveguide has a grating pitch shift caused by thermal expansion due to local heating, that is, distortion. Occurs. This distortion of the grating pitch causes a phase error. The cause of such distortion of the grating pitch is considered as follows. Usually, the optical waveguide, since the quartz (SiO 2) as a main raw material, its thermal expansion coefficient has a small but nevertheless thermal expansion coefficient of about 10 -6. Therefore, for example, if a region of an optical waveguide having a length of 1 mm is irradiated with an ultraviolet laser beam having a beam width of 1 mm and the temperature of the region is increased by several degrees C., the region of 1 mm thermally expands by several nm, Extrude other areas by several nanometers. In addition, since the ultraviolet laser beam is scanned along the optical axis of the optical waveguide, when the other area of the optical waveguide is irradiated, the irradiated area is thermally expanded by several nanometers, and the other parts are several. Extrude by nm. Thus, even if the temperature rises by only a few degrees C due to irradiation with ultraviolet laser light, fluctuations of about ± several nm occur in the grating pitch. Since the grating pitch is about 500 nm, even a fluctuation of several nm, for example, has a great influence, and this becomes a phase error and causes a group delay ripple. This is not limited to the chirped grating used in the dispersion equalization device, and even a uniform grating used in the band pass filter has an adverse effect.

また、通常、特開平8−286066号公報に記載の光導波路回折格子の作製方法等で示されるように、240nm近辺の波長を有する紫外レーザ光を使用している。このような紫外レーザとしてはKrFエキシマレーザ(波長248nm)とアルゴンレーザの第2高調波(波長244nm)が知られている。しかし、KrFエキシマレーザはビームのコヒーレンスやエネルギーの時間的および空間的安定性が悪いため、高精度なグレーティング作製には適していない。また、アルゴンレーザの第2高調波はコヒーレンスが高いが、連続発振であるため屈折率を変化させる効率が悪く、十分な屈折率変調度を得るためには大きなエネルギー密度が必要になる。このためアルゴンレーザではレーザビームを集光して光導波路に照射するため、わずかな位置ずれにより紫外レーザ光の照射量に大きなばらつきを生じ、振幅エラーを生じる。さらに集光により光導波路に大きなエネルギー密度を照射しているにも関わらず、光導波路の局所的な熱膨張については考慮されていない。このため、上記のようにグレーティングピッチにわずかな揺らぎが生じ、位相エラーをも生じる。   In general, ultraviolet laser light having a wavelength in the vicinity of 240 nm is used as shown in the method for producing an optical waveguide diffraction grating described in JP-A-8-286066. As such an ultraviolet laser, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) and an argon laser second harmonic (wavelength 244 nm) are known. However, since the KrF excimer laser has poor beam coherence and temporal and spatial stability of energy, it is not suitable for manufacturing a highly accurate grating. Further, the second harmonic of the argon laser has high coherence, but since it is continuous oscillation, the efficiency of changing the refractive index is poor, and a large energy density is required to obtain a sufficient degree of refractive index modulation. For this reason, since an argon laser condenses a laser beam and irradiates the optical waveguide, a slight positional deviation causes a large variation in the irradiation amount of the ultraviolet laser light, resulting in an amplitude error. Further, although the optical waveguide is irradiated with a large energy density by condensing, local thermal expansion of the optical waveguide is not considered. For this reason, as described above, a slight fluctuation occurs in the grating pitch, and a phase error also occurs.

次に、前述した先行技術について検討すると、特開平10−90545号公報に記載のグレーティングの作製方法は、光導波路を形成したPLC全体の温度を一定に保つものである。したがって、紫外レーザ光を光導波路の全体に均一に照射する場合は良いが、ビーム幅が数mm以下の紫外レーザ光を光導波路に走査して照射する場合の局所加熱による局所的な熱膨張については考慮されていない。すなわち、PLC全体に放熱体を設けたり、強制的に冷却したとしても、紫外レーザ光を照射した部分の光導波路は局所的に熱膨張する。言いかえれば、例えば放熱体等を設けていない場合に、紫外レーザ光を照射した部分の周辺部に対する温度上昇は、これに放熱体を設けたり冷却機構を設けたりしても、平均温度を一定に保つことができるだけで、紫外レーザ光照射部分の周辺部に生じる温度差を解消するには十分ではない。従って、上記のようにグレーティングピッチにわずかな揺らぎが生じ、位相エラーを生じる。   Next, considering the above-described prior art, the grating manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-90545 keeps the temperature of the entire PLC on which the optical waveguide is formed constant. Therefore, it is good to uniformly irradiate the entire optical waveguide with ultraviolet laser light, but local thermal expansion due to local heating when irradiating and scanning the optical waveguide with ultraviolet laser light with a beam width of several mm or less. Is not considered. That is, even if a heat radiator is provided on the entire PLC or forcibly cooled, the portion of the optical waveguide irradiated with the ultraviolet laser light thermally expands locally. In other words, for example, when a radiator is not provided, the temperature rise to the periphery of the portion irradiated with the ultraviolet laser light is constant even if a radiator is provided or a cooling mechanism is provided. It is not sufficient to eliminate the temperature difference that occurs at the periphery of the ultraviolet laser beam irradiated portion. Therefore, a slight fluctuation occurs in the grating pitch as described above, and a phase error occurs.

そこで、本発明の第1の目的は、紫外レーザ光を光導波路に走査してグレーティングを作製する場合の局所的な熱膨張を抑え、位相エラーを低減したグレーティングの作製方法を提供することである。また、本発明の第2の目的は、光導波路に屈折率変化を生じさせる効率が高い時間的安定性や空間的安定性に優れた紫外レーザ光用いて、振幅エラーを低減したグレーティングの作製方法を提供することである。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide a method for manufacturing a grating that suppresses local thermal expansion and reduces phase error when a grating is manufactured by scanning an ultraviolet laser beam onto an optical waveguide. . A second object of the present invention is a method for producing a grating with reduced amplitude error using an ultraviolet laser beam having high efficiency for causing a change in refractive index in an optical waveguide and excellent in temporal stability and spatial stability. Is to provide.

本発明に係るグレーティングの作製方法は、紫外光の照射により屈折率が変化する材料からなるコアと、該コアを包んでいるクラッドとからなる光導波路に、紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査して、前記コアに屈折率変調を形成してグレーティングを作製する方法であって、
前記コアにおいて、グレーティングの光軸方向に対して所定の照射量分布となるように照射範囲を制御して、前記紫外レーザ光の走査を複数回行うことを特徴とする。
The method for producing a grating according to the present invention includes an optical waveguide including an optical waveguide composed of a core made of a material whose refractive index changes when irradiated with ultraviolet light, and a clad surrounding the core. , And forming a grating by forming a refractive index modulation in the core,
In the core, the irradiation range is controlled so that a predetermined irradiation amount distribution is obtained in the optical axis direction of the grating, and the scanning of the ultraviolet laser light is performed a plurality of times.

本発明に係るグレーティングの作製方法は、紫外光の照射により屈折率が変化する材料からなるコアと、該コアを包んでいるクラッドとからなる光導波路に、紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査して、前記コアに屈折率変調を形成してグレーティングを作製する方法であって、
前記紫外レーザ光の単位時間当りのエネルギー密度Eとビーム径Bとで規定される走査速度以上の走査速度で、前記紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査することを特徴とする。
The method for producing a grating according to the present invention includes an optical waveguide including an optical waveguide composed of a core made of a material whose refractive index changes when irradiated with ultraviolet light, and a clad surrounding the core. , And forming a grating by forming a refractive index modulation in the core,
The ultraviolet laser light is scanned along the optical axis of the optical waveguide at a scanning speed equal to or higher than the scanning speed defined by the energy density E per unit time and the beam diameter B of the ultraviolet laser light. .

また、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外レーザ光を、単位時間当りのエネルギー密度E(W/cm2)とビーム径B(mm)とで規定される走査速度
2/(85・E-1.2)(mm/秒)
以上の走査速度で走査することを特徴とする。
Further, the method for producing a grating according to the present invention is a method for producing the grating, wherein the ultraviolet laser beam is defined by an energy density E (W / cm 2 ) per unit time and a beam diameter B (mm). Scanning speed B 2 / (85 · E -1.2 ) (mm / sec)
The scanning is performed at the above scanning speed.

さらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記コアにおいて、グレーティングの光軸方向に対して所定の照射量分布となるように照射範囲を制御して、前記紫外レーザ光の走査を複数回行うことを特徴とする。   Further, the method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein in the core, the irradiation range is controlled so as to have a predetermined irradiation amount distribution with respect to the optical axis direction of the grating, and Scanning with ultraviolet laser light is performed a plurality of times.

またさらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記光導波路を、熱伝導性基板の上に配置することを特徴とする。   Furthermore, the method for producing a grating according to the present invention is a method for producing the grating, wherein the optical waveguide is disposed on a thermally conductive substrate.

また、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外レーザ光の単位時間当りのエネルギー密度E、ビーム径B及び前記熱伝導性の基板の熱伝導率kとで規定される走査速度以上の走査速度で、前記紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査することを特徴とする。   Further, the method for producing a grating according to the present invention is a method for producing the grating, wherein the energy density E per unit time of the ultraviolet laser light, the beam diameter B, and the thermal conductivity k of the thermally conductive substrate The ultraviolet laser beam is scanned along the optical axis of the optical waveguide at a scanning speed that is equal to or higher than the scanning speed defined in (1).

さらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外レーザ光を、単位時間当りのエネルギー密度E(W/cm)、ビーム径B(mm)及び前記熱伝導性の基板の熱伝導率k(J/(m・K))とで規定される走査速度
2/[(115・k)0.5・E-1.2](mm/秒)
以上の走査速度で走査することを特徴とする。
Furthermore, the method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein the ultraviolet laser beam is converted into an energy density E (W / cm 2 ), a beam diameter B (mm), and the heat. Scanning speed defined by the thermal conductivity k (J / (m · K)) of the conductive substrate B 2 / [(115 · k) 0.5 · E −1.2 ] (mm / sec)
The scanning is performed at the above scanning speed.

またさらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外レーザ光は、紫外パルスレーザ光であることを特徴とする。   Still further, the method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein the ultraviolet laser beam is an ultraviolet pulsed laser beam.

また、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外パルスレーザ光の光源は、半導体光源であることを特徴とする。   The method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein the light source of the ultraviolet pulse laser beam is a semiconductor light source.

さらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記紫外パルスレーザ光は、1パルス当りのエネルギー密度に対する屈折率増加係数の傾きが変化する変化点でのエネルギー密度以上のエネルギー密度を有することを特徴とする。   Furthermore, the method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein the ultraviolet pulse laser beam has an energy density at a changing point where a gradient of a refractive index increase coefficient with respect to an energy density per pulse changes. It has the above energy density.

またさらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記光導波路を、紫外レーザ光を反射する鏡面基板の上に配置すると共に、
前記紫外レーザ光を前記光導波路に照射した場合に前記鏡面基板から反射される反射光をモニタして、前記紫外レーザ光の照射位置と前記光導波路の相対的位置を調整するステップを備えたことを特徴とする。
Furthermore, the method for producing a grating according to the present invention is a method for producing the grating, wherein the optical waveguide is disposed on a mirror substrate that reflects ultraviolet laser light, and
Monitoring the reflected light reflected from the mirror substrate when the ultraviolet laser beam is irradiated onto the optical waveguide, and adjusting the irradiation position of the ultraviolet laser beam and the relative position of the optical waveguide It is characterized by.

また、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記光導波路において、前記紫外レーザ光が照射される部分を局所的に冷却しながら前記紫外レーザ光を走査することを特徴とする。   Further, the method for producing a grating according to the present invention is the method for producing a grating, wherein the ultraviolet laser beam is scanned while locally cooling the portion irradiated with the ultraviolet laser beam in the optical waveguide. It is characterized by.

さらに、本発明に係るグレーティングの作製方法は、前記グレーティングの作製方法であって、前記光導波路を空冷法によって局所的に冷却することを特徴とする。   Furthermore, the method for manufacturing a grating according to the present invention is a method for manufacturing the grating, wherein the optical waveguide is locally cooled by an air cooling method.

以上、詳述した通り、本発明に係るグレーティングの作製方法によれば、光導波路の長手方向に沿って走査する紫外レーザ光の照射範囲を制御して、複数回の走査を行うことで、グレーティングの光軸方向に対して所定の照射量分布を得ることができる。これによって、所定の屈折率変調度の分布を形成したアポダイゼーションを施すことができる。また、複数回の走査によって所定の照射量分布を得るので、1回当りの照射量を減らすことができ、局所的な熱膨張を抑制してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。   As described above in detail, according to the method for manufacturing a grating according to the present invention, the grating is controlled by performing a plurality of scans by controlling the irradiation range of the ultraviolet laser beam scanned along the longitudinal direction of the optical waveguide. A predetermined dose distribution can be obtained with respect to the optical axis direction. Thereby, apodization in which a distribution of a predetermined refractive index modulation degree is formed can be performed. In addition, since a predetermined dose distribution is obtained by scanning a plurality of times, the dose per shot can be reduced, and local thermal expansion can be suppressed and distortion of the grating pitch can be suppressed.

本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光の単位時間あたりのエネルギー密度Eとビーム径Bとで規定される走査速度以上の走査速度で紫外レーザ光を走査するので、光導波路の局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。   According to the grating manufacturing method of the present invention, the ultraviolet laser beam is scanned at a scanning speed equal to or higher than the scanning speed defined by the energy density E per unit time and the beam diameter B of the ultraviolet laser beam. The thermal expansion can be suppressed, the phase error can be reduced, and the distortion of the grating pitch can be suppressed.

また、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光の単位時間あたりのエネルギー密度E(単位:W/cm2)とビーム径B(単位:mm)とで規定される、B2/(85・E-1.2)(mm/秒)以上の走査速度で紫外レーザ光を走査するので、光導波路の局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。 In addition, according to the method for producing a grating of the present invention, B 2 / defined by the energy density E (unit: W / cm 2 ) per unit time of the ultraviolet laser beam and the beam diameter B (unit: mm). Since the ultraviolet laser beam is scanned at a scanning speed of (85 · E −1.2 ) (mm / sec) or more, local thermal expansion of the optical waveguide can be suppressed, phase error can be reduced, and distortion of the grating pitch can be suppressed. .

さらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、光導波路の長手方向に沿って走査する紫外レーザ光の照射範囲を制御して、複数回の走査を行うことで、グレーティングの光軸方向に対して所定の照射量分布を得ることができる。これによって、所定の屈折率変調度の分布を形成したアポダイゼーションを施すことができる。また、複数回の走査によって所定の照射量分布を得るので、1回当りの照射量を減らすことができ、局所的な熱膨張を抑制してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, the irradiation range of the ultraviolet laser light scanned along the longitudinal direction of the optical waveguide is controlled, and scanning is performed a plurality of times, so that the optical axis direction of the grating is Thus, a predetermined dose distribution can be obtained. Thereby, apodization in which a distribution of a predetermined refractive index modulation degree is formed can be performed. In addition, since a predetermined dose distribution is obtained by scanning a plurality of times, the dose per shot can be reduced, and local thermal expansion can be suppressed and distortion of the grating pitch can be suppressed.

またさらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、光導波路を熱伝導性基板の上に配置するので、紫外レーザ光の照射により発生する局所的な熱を熱伝導性基板を通じて拡散させ、光導波路の局所加熱による局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, since the optical waveguide is disposed on the thermally conductive substrate, local heat generated by the irradiation of the ultraviolet laser light is diffused through the thermally conductive substrate, and the optical waveguide is Local thermal expansion due to local heating of the waveguide can be suppressed, phase errors can be reduced, and distortion of the grating pitch can be suppressed.

また、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光の単位時間あたりのエネルギー密度E、ビーム径B及び熱伝導性基板の熱伝導率kとで規定される走査速度以上の走査速度で紫外レーザ光を走査するので、光導波路の局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。   Further, according to the method for producing a grating of the present invention, the scanning speed is equal to or higher than the scanning speed defined by the energy density E per unit time of the ultraviolet laser beam, the beam diameter B, and the thermal conductivity k of the thermally conductive substrate. Since the ultraviolet laser beam is scanned, the local thermal expansion of the optical waveguide can be suppressed, the phase error can be reduced, and the distortion of the grating pitch can be suppressed.

さらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光の単位時間あたりのエネルギー密度E(単位:W/cm2)、ビーム径B(単位:mm)及び熱伝導性基板の熱伝導率k(W/(m・K))とで規定される、B2/[(115・k)0.5・E-1.2](mm/秒)以上の走査速度で紫外レーザ光を走査するので、光導波路の局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制できる。 Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, the energy density E (unit: W / cm 2 ), the beam diameter B (unit: mm) per unit time of the ultraviolet laser beam, and the thermal conductivity of the thermally conductive substrate. Since ultraviolet laser light is scanned at a scanning speed of B 2 / [(115 · k) 0.5 · E −1.2 ] (mm / sec) or more, which is defined by k (W / (m · K)) The local thermal expansion of the waveguide can be suppressed, the phase error can be reduced, and the distortion of the grating pitch can be suppressed.

またさらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光として紫外パルスレーザ光を用いるので、高いエネルギー密度が得られ、効率よく屈折率変化を生じさせることができる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, since an ultraviolet pulse laser beam is used as the ultraviolet laser beam, a high energy density can be obtained and a refractive index change can be efficiently generated.

また、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外レーザ光として半導体光源による紫外パルスレーザ光を用いるので、紫外レーザ光の時間的および空間的強度変動に起因した光導波路への紫外レーザ光の照射量分布のゆらぎがほとんどない。このため、振幅エラーを低減して紫外光照射による屈折率変化を効率よく行うことができる。   Further, according to the method for producing a grating of the present invention, since an ultraviolet pulse laser beam from a semiconductor light source is used as the ultraviolet laser beam, the ultraviolet laser beam to the optical waveguide caused by temporal and spatial intensity fluctuations of the ultraviolet laser beam is used. There is almost no fluctuation in the dose distribution. For this reason, an amplitude error can be reduced and the refractive index change by ultraviolet light irradiation can be performed efficiently.

さらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、紫外パルスレーザ光は、パルス当りのエネルギー密度に対する屈折率増加係数の傾きが変化する変化点以上のエネルギー密度を有するので、紫外光照射による屈折率変化をより効率よく行うことができる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, the ultraviolet pulse laser beam has an energy density equal to or higher than the changing point at which the gradient of the refractive index increase coefficient with respect to the energy density per pulse changes. Changes can be made more efficiently.

またさらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、光導波路を鏡面基板の上配置すると共に、鏡面基板からの反射光をモニタして、紫外レーザ光の照射位置と光導波路との相対的位置を調整するので、紫外レーザ光の高いエネルギー密度であって、エネルギー変動の少ない範囲で光導波路を照射することができる。これによって、振幅エラーを低減して屈折率変化を効率よく生じさせることができる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, the optical waveguide is disposed on the mirror substrate, and the reflected light from the mirror substrate is monitored, and the relative position between the irradiation position of the ultraviolet laser beam and the optical waveguide is monitored. Therefore, it is possible to irradiate the optical waveguide in a range where the energy density of the ultraviolet laser light is high and the energy fluctuation is small. Thereby, the amplitude error can be reduced and the refractive index change can be efficiently generated.

また、本発明のグレーティングの作製方法によれば、光導波路の紫外レーザ光が照射される部分を局所的に冷却しながら、紫外レーザ光を照射するので、光導波路の局所加熱による局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制することができる。   Further, according to the method for producing a grating of the present invention, since the ultraviolet laser beam is irradiated while locally cooling the portion of the optical waveguide irradiated with the ultraviolet laser beam, the local heat generated by the local heating of the optical waveguide is obtained. Expansion can be suppressed, phase errors can be reduced, and grating pitch distortion can be suppressed.

さらに、本発明のグレーティングの作製方法によれば、光導波路を空冷法によって冷却しながら、紫外レーザ光を照射するので、光導波路の局所加熱による局所的な熱膨張を抑制し、位相エラーを低減してグレーティングピッチの歪みを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for producing a grating of the present invention, ultraviolet laser light is irradiated while the optical waveguide is cooled by an air cooling method, so that local thermal expansion due to local heating of the optical waveguide is suppressed and phase error is reduced. Thus, distortion of the grating pitch can be suppressed.

本発明の実施の形態に係るグレーティングの作製方法について以下に添付図面を用いて説明する。なお、添付図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。本発明の実施の形態に係るグレーティングの作製方法における第1の態様では、紫外レーザ光の走査速度を制御して、光導波路の局所加熱による熱膨張によって生じるグレーティングピッチの歪みを抑制している。即ち、紫外レーザ光の単位時間当りのエネルギー密度Eとビーム径Bとによって規定される走査速度以上の走査速度で、紫外レーザ光を光導波路の光軸に沿って走査する。このように所定速度以上の走査速度で紫外レーザ光を走査すると、紫外レーザ光のビーム端部に生じる局所的な熱膨張を抑制でき、形成するグレーティングピッチの歪みを抑制できる。   A method for manufacturing a grating according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in an accompanying drawing is the same or it corresponds. In the first aspect of the grating manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the scanning speed of the ultraviolet laser beam is controlled to suppress distortion of the grating pitch caused by thermal expansion due to local heating of the optical waveguide. That is, the ultraviolet laser light is scanned along the optical axis of the optical waveguide at a scanning speed equal to or higher than the scanning speed defined by the energy density E per unit time of the ultraviolet laser light and the beam diameter B. When the ultraviolet laser light is scanned at a scanning speed equal to or higher than the predetermined speed in this manner, local thermal expansion occurring at the beam end of the ultraviolet laser light can be suppressed, and distortion of the grating pitch to be formed can be suppressed.

本発明の実施の形態に係るグレーティングの作製方法における第2の態様では、紫外レーザ光の照射範囲を制御して、複数回の走査を行ってグレーティングを作製する。このように紫外レーザ光の照射範囲を制御することで所定の照射量分布を得ることができる。また、複数回の走査を行うので、1回当りの照射量を減らすことができる。その結果、局所的な熱膨張を抑制できるので、グレーティングピッチの歪みを抑制できる。   In the second aspect of the grating manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the irradiation range of the ultraviolet laser light is controlled, and scanning is performed a plurality of times to manufacture the grating. Thus, a predetermined irradiation amount distribution can be obtained by controlling the irradiation range of the ultraviolet laser light. In addition, since scanning is performed a plurality of times, the irradiation amount per time can be reduced. As a result, local thermal expansion can be suppressed, so that grating pitch distortion can be suppressed.

本発明の実施の形態に係るグレーティングの作製方法における第3の態様では、光導波路を鏡面基板上に配置しておき、紫外レーザ光の鏡面基板による反射光をモニタして紫外レーザ光と光導波路との位置合わせを行う。これによって、紫外レーザ光のエネルギー密度が最も高く、エネルギー変動の少ない範囲で光導波路を照射することができる。また、これにより振幅エラーを低減できる。   In a third aspect of the method for manufacturing a grating according to the embodiment of the present invention, an optical waveguide is disposed on a mirror substrate, and the reflected light of the ultraviolet laser beam by the mirror substrate is monitored to detect the ultraviolet laser beam and the optical waveguide. Align with. As a result, the energy density of the ultraviolet laser light is the highest, and the optical waveguide can be irradiated in a range where the energy fluctuation is small. This can also reduce the amplitude error.

本発明の実施の形態に係るグレーティングの作製方法における第4の態様では、光導波路において紫外レーザ光の照射を受けている箇所を局所的に冷却している。これによって、局所的な熱膨張を抑制し、グレーティングピッチのずれ、即ち、歪みを抑制している。   In the fourth aspect of the method for manufacturing a grating according to the embodiment of the present invention, the portion of the optical waveguide that has been irradiated with the ultraviolet laser light is locally cooled. As a result, local thermal expansion is suppressed, and deviation of the grating pitch, that is, distortion is suppressed.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るグレーティングの作製方法では、紫外レーザ光の走査速度を制御して、光導波路の局所加熱による熱膨張によって生じるグレーティングピッチの歪みを抑制している。即ち、紫外レーザ光の単位時間当りのエネルギー密度Eとビーム径Bとによって規定される走査速度以上の走査速度で、紫外レーザ光を光導波路の光軸に沿って走査する。このように所定速度以上の走査速度で紫外レーザ光を走査すると、紫外レーザ光の照射部に生じる局所的な熱膨張を抑制でき、形成するグレーティングピッチの歪みを抑制できる。
Embodiment 1 FIG.
In the grating manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, the scanning speed of the ultraviolet laser light is controlled to suppress distortion of the grating pitch caused by thermal expansion due to local heating of the optical waveguide. That is, the ultraviolet laser light is scanned along the optical axis of the optical waveguide at a scanning speed equal to or higher than the scanning speed defined by the energy density E per unit time of the ultraviolet laser light and the beam diameter B. When the ultraviolet laser light is scanned at a scanning speed equal to or higher than the predetermined speed as described above, local thermal expansion occurring in the irradiated portion of the ultraviolet laser light can be suppressed, and distortion of the grating pitch to be formed can be suppressed.

このグレーティングの作製方法の具体的な方法について概説する。このグレーティングの作製方法では、図1の斜視図に示すように、光導波路として光ファイバ1を用いている。この光ファイバ1は基板2に形成した溝に収められ、グレーティングを形成するための位相マスク3が光ファイバ1を収めた溝の上に設けられ、光ファイバ1の光軸にほぼ垂直方向から紫外レーザ光7を走査する。このグレーティングが作製される機構は、以下の通りである。紫外レーザ光7を、位相マスク3を通して光ファイバ1に照射すると、図2の(b)の光軸方向の断面図に示すように、紫外レーザ光7は位相マスク3によって主に±1次の回折光23、24に回折され、この+1次の回折光23と−1次の回折光24とが互いに干渉することで干渉縞を形成する。この干渉縞が光ファイバ1に照射されると干渉縞の紫外光のエネルギー強度に応じた屈折率変化が生じ、光ファイバ1のコア21にグレーティング20が作製される。このとき形成されるグレーティング20のピッチは位相マスクのピッチの半分となり、1.55μm帯の光通信用ではグレーティングのピッチは約500nm程度である。   A specific method for producing this grating will be outlined. In this grating manufacturing method, as shown in the perspective view of FIG. 1, an optical fiber 1 is used as an optical waveguide. The optical fiber 1 is accommodated in a groove formed in the substrate 2, and a phase mask 3 for forming a grating is provided on the groove in which the optical fiber 1 is accommodated, and ultraviolet light is substantially perpendicular to the optical axis of the optical fiber 1. The laser beam 7 is scanned. The mechanism for producing this grating is as follows. When the optical fiber 1 is irradiated with the ultraviolet laser light 7 through the phase mask 3, the ultraviolet laser light 7 is mainly ± 1st order by the phase mask 3 as shown in the sectional view in the optical axis direction of FIG. Diffracted by the diffracted lights 23 and 24, the + 1st order diffracted light 23 and the −1st order diffracted light 24 interfere with each other to form interference fringes. When this interference fringe is irradiated onto the optical fiber 1, the refractive index changes according to the energy intensity of the ultraviolet light of the interference fringe, and the grating 20 is produced on the core 21 of the optical fiber 1. The pitch of the grating 20 formed at this time is half of the pitch of the phase mask, and the grating pitch is about 500 nm for 1.55 μm band optical communication.

この紫外レーザ光7の走査は、光ファイバ1、基板2、それに位相マスク3をホルダ4によって保持している移動ステージ5を紫外レーザ光7に対して相対的に移動させることによって行っている。この移動ステージ5を移動させることによって、その上に保持している光ファイバ1、基板2、それに位相マスク3を左右に移動させることができる。なお、移動ステージ5は、パーソナルコンピュータ(不図示)などのコントローラによって制御してもよい。移動ステージ5を光ファイバ1の光軸方向に移動させると、光ファイバ1、基板2及び位相マスク3が移動し、紫外レーザ光7が照射される位置を光ファイバ1の光軸に沿って移動させることができる。この紫外レーザ光7を光ファイバ1のコア21に照射することによって、光ファイバ1の光軸に沿ってグレーティングが作製される。このとき紫外レーザ光7の照射による光ファイバ1の局所的な温度上昇を抑えられる走査速度で移動ステージ5を移動させる。このように所定の走査速度以上の走査速度で紫外レーザ光7を走査することで光ファイバ1の局所的な熱膨張を抑制して、精度の高いグレーティングを作製することができる。なお、この走査速度のより詳細な条件については以下に後述する。   The scanning of the ultraviolet laser light 7 is performed by moving the moving stage 5 holding the optical fiber 1, the substrate 2, and the phase mask 3 by the holder 4 relative to the ultraviolet laser light 7. By moving the moving stage 5, the optical fiber 1, the substrate 2, and the phase mask 3 held on the moving stage 5 can be moved left and right. The moving stage 5 may be controlled by a controller such as a personal computer (not shown). When the moving stage 5 is moved in the optical axis direction of the optical fiber 1, the optical fiber 1, the substrate 2 and the phase mask 3 are moved, and the position irradiated with the ultraviolet laser light 7 is moved along the optical axis of the optical fiber 1. Can be made. By irradiating the core 21 of the optical fiber 1 with the ultraviolet laser light 7, a grating is produced along the optical axis of the optical fiber 1. At this time, the moving stage 5 is moved at a scanning speed that can suppress a local temperature rise of the optical fiber 1 due to the irradiation of the ultraviolet laser beam 7. Thus, by scanning the ultraviolet laser light 7 at a scanning speed equal to or higher than a predetermined scanning speed, local thermal expansion of the optical fiber 1 can be suppressed, and a highly accurate grating can be manufactured. A more detailed condition of this scanning speed will be described later.

次に、光導波路としての光ファイバ1の周辺部と、紫外レーザ光を走査する光学系の各構成要素について説明する。まず、光ファイバ1の周辺部について説明する。光ファイバ1は、紫外光によって屈折率変化を生じる材料からなるコア21と、該コア21を包んでいるクラッドからなる。また、基板2には、光ファイバ1の直径よりわずかに大きい溝が形成されており、この溝に光ファイバ1が収められている。この基板2としては、Siなどの半導体やAu、Agなどの金属のように熱伝導度の高い材質からなる基板が好ましい。また、光ファイバ1にグレーティングを作製するための位相マスク3は、光ファイバ1および基板2に近接して設けられる。なお、図1ではそれぞれの構造を分かり易くするため光ファイバ1及び基板2から離して示したが、実際には、図2の(a)の図1におけるA−A’線断面図及び(b)のB−B’線断面図に示すように、位相マスク3は、光ファイバ1及び基板2に近接して設けられる。また、光ファイバ1、基板2及び位相マスク3は、互いの位置関係が変化しないように互いに固定されている。さらに、光ファイバ1、基板2、それに位相マスク3は、ホルダ4によって移動ステージ5に設置されている。この移動ステージ5によって、光ファイバ1、基板2、それに位相マスク3を左右に移動させることができる。なお、このグレーティングの作製方法では、光導波路として光ファイバを用いているがこれに限られず、平面光波回路(PLC)を用いることもできる。   Next, a description will be given of each component of an optical system that scans the peripheral portion of the optical fiber 1 serving as an optical waveguide and ultraviolet laser light. First, the peripheral part of the optical fiber 1 will be described. The optical fiber 1 includes a core 21 made of a material that causes a change in refractive index by ultraviolet light, and a clad surrounding the core 21. In addition, a groove slightly larger than the diameter of the optical fiber 1 is formed in the substrate 2, and the optical fiber 1 is accommodated in this groove. The substrate 2 is preferably a substrate made of a material having high thermal conductivity such as a semiconductor such as Si or a metal such as Au or Ag. A phase mask 3 for producing a grating in the optical fiber 1 is provided in the vicinity of the optical fiber 1 and the substrate 2. In FIG. 1, the respective structures are shown separated from the optical fiber 1 and the substrate 2 for easy understanding, but in actuality, a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. ), The phase mask 3 is provided close to the optical fiber 1 and the substrate 2. As shown in FIG. Further, the optical fiber 1, the substrate 2, and the phase mask 3 are fixed to each other so that their positional relationship does not change. Further, the optical fiber 1, the substrate 2, and the phase mask 3 are installed on the moving stage 5 by the holder 4. By this moving stage 5, the optical fiber 1, the substrate 2, and the phase mask 3 can be moved left and right. In this grating manufacturing method, an optical fiber is used as an optical waveguide, but the present invention is not limited to this, and a planar lightwave circuit (PLC) can also be used.

さらに、紫外レーザ光を走査する光学系の各構成要素について説明する。この紫外レーザ光7は、図1の斜視図に示すように、紫外レーザ装置6から出力される。この紫外レーザ装置6では、発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)などの半導体光源によって励起されたパルス発振のレーザ光を波長変換してビーム径約1mmの紫外レーザ光7を出力する。このような紫外レーザ光7としては、半導体光源により励起されるNd−YAGレーザの第3高調波(波長355nm)、第4高調波(波長266nm)、第5高調波(波長213nm)を用いることができる。   Further, each component of the optical system that scans the ultraviolet laser light will be described. The ultraviolet laser beam 7 is output from the ultraviolet laser device 6 as shown in the perspective view of FIG. The ultraviolet laser device 6 converts the wavelength of pulsed laser light excited by a semiconductor light source such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) and outputs ultraviolet laser light 7 having a beam diameter of about 1 mm. As such an ultraviolet laser beam 7, the third harmonic (wavelength 355 nm), the fourth harmonic (wavelength 266 nm), and the fifth harmonic (wavelength 213 nm) of an Nd-YAG laser excited by a semiconductor light source are used. Can do.

次いで、紫外レーザ光の走査速度に関する詳細な条件について説明する。まず、紫外レーザ光の照射による光ファイバ1に生じる局所的な温度上昇に要する時間について説明する。光ファイバ1の上昇温度が1℃以下となる照射時間は、例えば、図3に示す単位時間あたりのエネルギー密度Eが100W/cm2の紫外レーザ光の照射時間に対する光ファイバの温度上昇の過渡特性より、石英基板の場合で約0.35秒、Si基板の場合で約0.5秒、Au基板の場合で約0.75秒である。光ファイバ1の局所的な温度上昇は可能な限り低い方が良いが、概ね1℃以下であれば、局所的熱膨張によるグレーティングピッチの変化は1nm以下(0.2%以下)となり、それによるグレーティング特性の劣化は無視し得る程度となる。従って、単位時間あたりのエネルギー密度Eが100W/cm2の紫外レーザ光の場合、石英基板では0.35秒以下の照射時間であれば、光ファイバの局所的な温度上昇を1℃以下とすることができる。また、石英より熱伝導率が小さい基板上に光ファイバ1を設置した場合は、レーザ光照射により生じた熱は光ファイバを伝わって周囲に伝導するため、石英基板上に設置した場合と同程度の上昇温度となる。 Next, detailed conditions regarding the scanning speed of the ultraviolet laser light will be described. First, the time required for the local temperature rise that occurs in the optical fiber 1 due to irradiation with ultraviolet laser light will be described. The irradiation time when the temperature rise of the optical fiber 1 is 1 ° C. or less is, for example, a transient characteristic of the temperature rise of the optical fiber with respect to the irradiation time of the ultraviolet laser light having an energy density E per unit time of 100 W / cm 2 shown in FIG. Thus, it takes about 0.35 seconds for a quartz substrate, about 0.5 seconds for a Si substrate, and about 0.75 seconds for an Au substrate. The local temperature rise of the optical fiber 1 should be as low as possible. However, if the temperature is approximately 1 ° C. or less, the change in grating pitch due to local thermal expansion is 1 nm or less (0.2% or less). Degradation of the grating characteristics is negligible. Therefore, in the case of ultraviolet laser light having an energy density E per unit time of 100 W / cm 2 , if the irradiation time is 0.35 seconds or less on the quartz substrate, the local temperature rise of the optical fiber is 1 ° C. or less. be able to. In addition, when the optical fiber 1 is installed on a substrate having a thermal conductivity lower than that of quartz, the heat generated by the laser light irradiation is conducted to the surroundings through the optical fiber, so that it is about the same as when installed on the quartz substrate. Rising temperature.

さらに、紫外レーザ光の単位時間あたりの照射エネルギー密度に対する光ファイバの温度上昇が1℃となる照射時間は、図4に示すように、単位時間当りの照射エネルギー密度が大きくなると急激に短くなる。この単位時間あたりの照射エネルギー密度E(W/cm2)と温度上昇が1℃となる照射時間t(秒)は、図4中の曲線で示すように、およそ下記式(2)、式(3)及び式(4)の近似式で表わされる。
t=85・E-1.2 (石英基板) (2)
t=130・E-1.2 (Si基板) (3)
t=190・E-1.2 (Au基板) (4)
従って、各種基板ごとに上記式(2)、式(3)、式(4)に示す照射時間以下であれば、光ファイバの局所的な温度上昇を1℃以下に抑えることができ、局所的な熱膨張によるグレーティングピッチの変化を1nm以下とすることができる。なお、前述の通り、石英より熱伝導率が小さい基板の場合であっても石英基板と同様に扱うことができる。そのため、どのような材質の基板(光ファイバを中空に設置した場合を含む)であっても紫外レーザ光の照射時間が
t≦85・E-1.2
となる条件を満足する速度で移動ステージを移動させれば局所的な熱膨張によるグレーティングピッチの変化を1nm以下とすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the irradiation time at which the temperature rise of the optical fiber with respect to the irradiation energy density per unit time of the ultraviolet laser light becomes 1 ° C. is rapidly shortened as the irradiation energy density per unit time increases. The irradiation energy density E (W / cm 2 ) per unit time and the irradiation time t ( second ) at which the temperature rise becomes 1 ° C. are approximately the following formulas (2) and ( 3) and the approximate expression (4).
t = 85 · E -1.2 (quartz substrate) (2)
t = 130 · E -1.2 (Si substrate) (3)
t = 190 ・ E -1.2 (Au substrate) (4)
Therefore, the local temperature rise of the optical fiber can be suppressed to 1 ° C. or less if the irradiation time is equal to or shorter than the irradiation time shown in the above formulas (2), (3), and (4) for each of the various substrates. The change of the grating pitch due to the thermal expansion can be made 1 nm or less. As described above, even a substrate having a lower thermal conductivity than quartz can be handled in the same manner as a quartz substrate. Therefore, the irradiation time of the ultraviolet laser beam is t ≦ 85 · E −1.2 regardless of the material of the substrate (including the case where the optical fiber is installed in the hollow).
If the moving stage is moved at a speed that satisfies the following conditions, the change in grating pitch due to local thermal expansion can be made 1 nm or less.

また、上記はビーム径1mmの紫外レーザ光について示したが、一般的にビーム径B(mm)の紫外レーザ光を用いてグレーティングを作製する場合は、走査の間にビーム径の端部から端部まで照射が継続する。この場合のビーム端部の照射時間は、ビーム径Bを走査速度vで除した時間であるので、
B/v≦85・E-1.2
となる。この式より、走査速度vを表わす式に変換すると、
v≧B/(85・E-1.2)(mm/秒) (5)
となる。この式(5)を満足する走査速度で紫外レーザ光を照射すると、ビーム径の端部から端部までの照射時間は上昇温度1℃以下に抑えられる範囲となるので、局所的な熱膨張を抑制できる。そこで、この式(5)の条件を満足する走査速度で紫外レーザ光を走査するのが好ましい。
In addition, although the above shows an ultraviolet laser beam having a beam diameter of 1 mm, in general, when a grating is manufactured using an ultraviolet laser beam having a beam diameter B (mm), the end of the beam diameter is scanned during scanning. Irradiation continues to the part. Since the irradiation time of the beam end in this case is a time obtained by dividing the beam diameter B by the scanning speed v,
B / v ≦ 85 ・ E -1.2
It becomes. From this equation, when converted to an equation representing the scanning speed v,
v ≧ B / (85 · E -1.2) (mm / sec) (5)
It becomes. When ultraviolet laser light is irradiated at a scanning speed that satisfies this formula (5), the irradiation time from one end of the beam diameter to the end is in a range where the rising temperature can be suppressed to 1 ° C. or less. Can be suppressed. Therefore, it is preferable to scan the ultraviolet laser beam at a scanning speed that satisfies the condition of the formula (5).

さらに、図16に示すように、ビーム径B(mm)のビームを一定時間照射すると、ビーム中心部に比べてビーム端部では熱膨張が累積する。そのため、同じ照射時間であってもビーム径が大きいほどビーム端部での熱膨張による本来の位置からのずれは大きくなる。例えば、図16の(a)に示すように、最初の位置に紫外レーザ光を照射すると、照射部分の光導波路は、光軸に沿って熱膨張する。また、図16の(b)、(c)に示すように、紫外レーザ光が次の位置に移動すると、最初に照射された部分は冷却されて収縮し、次に照射された部分が熱膨張する。この場合において、ビーム径B(mm)の紫外レーザ光を走査する場合、通常1nmの熱膨張となる照射時間tであっても、ビーム端部の熱膨張は累積されて約B(nm)となると考えられる。そこで、ビーム端部での熱膨張を1nm以下に抑えるためには、
B/v≦(85・E-1.2)/B
の条件を満たす必要がある。この式から走査速度vを算出すると、
v≧B2/(85・E-1.2) (6)
となる。この式(6)を満足する走査速度で紫外レーザ光を走査すると、ビームが所定位置を一定時間の間照射して、飛び飛びの位置にビームを移動させるステップスキャンのような場合でもビーム端部での熱膨張を1nm以下に抑えることができる。そこで、式(6)を満足する走査速度v(mm/秒)で紫外レーザ光を走査するのがさらに好ましい。
また、Si基板を用いた場合は、下記式(7)を満たす走査速度で走査するのがより好ましい。
v≧B2/(130・E-1.2) (7)
さらに、Au基板を用いた場合は、下記式(8)を満たす走査速度で走査するのがより好ましい。
v≧B2/(190・E-1.2) (8)
Further, as shown in FIG. 16, when a beam having a beam diameter B (mm) is irradiated for a certain period of time, thermal expansion accumulates at the beam end compared to the beam center. Therefore, even if the irradiation time is the same, the deviation from the original position due to thermal expansion at the beam end increases as the beam diameter increases. For example, as shown in FIG. 16A, when the first position is irradiated with ultraviolet laser light, the optical waveguide at the irradiated portion is thermally expanded along the optical axis. Further, as shown in FIGS. 16B and 16C, when the ultraviolet laser beam moves to the next position, the first irradiated portion is cooled and contracted, and the next irradiated portion is thermally expanded. To do. In this case, when scanning an ultraviolet laser beam having a beam diameter of B (mm), the thermal expansion at the beam end is accumulated to be about B (nm) even during the irradiation time t that normally results in thermal expansion of 1 nm. It is considered to be. Therefore, in order to suppress the thermal expansion at the beam end to 1 nm or less,
B / v ≦ (85 · E −1.2 ) / B
It is necessary to satisfy the conditions. When the scanning speed v is calculated from this equation,
v ≧ B 2 / (85 · E −1.2 ) (6)
It becomes. When the ultraviolet laser beam is scanned at a scanning speed that satisfies this formula (6), the beam is irradiated at a predetermined position for a certain period of time, and even in the case of a step scan in which the beam is moved to a jump position, the beam end is scanned. Can be suppressed to 1 nm or less. Therefore, it is more preferable to scan the ultraviolet laser beam at a scanning speed v (mm / second) that satisfies Expression (6).
When a Si substrate is used, it is more preferable to scan at a scanning speed that satisfies the following formula (7).
v ≧ B 2 / (130 · E −1.2 ) (7)
Further, when an Au substrate is used, it is more preferable to scan at a scanning speed that satisfies the following formula (8).
v ≧ B 2 / (190 · E -1.2 ) (8)

さらに、式(7)及び式(8)より、半導体や金属などの熱伝導率の高い材質の基板を用いた場合は、その材質の熱伝導率をk(W/(m・K))とすると、下記式(9)を満たす走査速度で走査するのが好ましい。
v≧B2/{(115・k)1/2・E-1.2} (9)
なお、ビーム径とはレーザビームの空間エネルギー分布において、エネルギー密度が最大値の半分になるレーザビームの直径あるいは幅である。
Further, from the equations (7) and (8), when a substrate having a high thermal conductivity such as a semiconductor or metal is used, the thermal conductivity of the material is expressed as k (W / (m · K)). Then, it is preferable to scan at a scanning speed that satisfies the following formula (9).
v ≧ B 2 / {(115 · k) 1/2 · E −1.2 } (9)
The beam diameter is the diameter or width of the laser beam at which the energy density is half of the maximum value in the spatial energy distribution of the laser beam.

ところで、このようにグレーティング作製時の紫外レーザ光照射による温度上昇を抑えるためには、紫外レーザ光と光導波路の相対位置を高速に移動し照射時間を短くする方法のほか、紫外レーザ光の単位時間あたりの照射エネルギー密度を小さくする方法がある。しかし、単位時間当たりの照射エネルギー密度を小さくすると、十分な屈折率変化の大きさ(屈折率変調度)を得るためには照射時間を余分に必要とするため、照射時間を長くすることなく屈折率変化を効率よく生じさせる条件が必要となる。   By the way, in order to suppress the temperature rise due to the irradiation of the ultraviolet laser light during the preparation of the grating in this way, in addition to the method of shortening the irradiation time by moving the relative position of the ultraviolet laser light and the optical waveguide at high speed, the unit of the ultraviolet laser light There is a method of reducing the irradiation energy density per hour. However, if the irradiation energy density per unit time is reduced, an extra irradiation time is required to obtain a sufficient change in the refractive index (refractive index modulation), so that the refraction can be performed without increasing the irradiation time. Conditions that efficiently cause rate changes are required.

このような条件には、従来から高精度グレーティングの作製に用いられているArレーザの第2高調波(波長:244nm)を使用した連続発振の紫外レーザ光に比べて、パルス発振の紫外レーザ光がより有効である。なかでも半導体光源により励起された紫外レーザ光は、エネルギーの時間的安定性や空間的安定性が良く最も適している。このようなパルス発振の紫外レーザ光としては、半導体光源により励起されたNd−YAGレーザの第3高調波(波長:355nm)、第4高調波(波長:266nm)、第5高調波(波長:213nm)が好ましい。なかでも第4高調波(波長:266nm)は、Arレーザの第2高調波(波長:244nm)やKrFエキシマレーザ(波長:248nm)と波長が近く、位相マスクをはじめとする光学部品がそのまま使えるため、光学部品の低コスト化という点で有利である。   Under such conditions, pulsed ultraviolet laser light is used in comparison with continuous wave ultraviolet laser light that uses the second harmonic (wavelength: 244 nm) of an Ar laser that has been used in the production of high-precision gratings. Is more effective. Among these, ultraviolet laser light excited by a semiconductor light source is most suitable because it has good temporal and spatial stability of energy. As such a pulse oscillation ultraviolet laser beam, the third harmonic (wavelength: 355 nm), the fourth harmonic (wavelength: 266 nm), and the fifth harmonic (wavelength: wavelength) of an Nd-YAG laser excited by a semiconductor light source. 213 nm) is preferred. Among them, the fourth harmonic (wavelength: 266 nm) is close in wavelength to the second harmonic (wavelength: 244 nm) of Ar laser and KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), and optical components such as phase masks can be used as they are. Therefore, it is advantageous in terms of cost reduction of the optical component.

さらに、グレーティングの作製に用いるパルス発振の紫外レーザ光としては、屈折率変調度とエネルギー密度との関係において、屈折率変調度のエネルギー密度に対する傾きが変化する変化点のエネルギー密度以上のエネルギー密度を有する紫外レーザ光を用いることが好ましい。このようにパルス発振の紫外レーザ光として、所定のエネルギー密度以上のエネルギー密度を有すると、屈折率変調度のエネルギー密度に対する傾きがより大きくなる。このため、変化点より低いエネルギー密度を有する紫外レーザ光と変化点より高いエネルギー密度を有する紫外レーザ光のそれぞれについて、発振周波数を調整して互いに同一の単位時間当りのエネルギー密度を有する紫外レーザ光とした場合であっても、変化点以上のエネルギー密度を有する場合のほうが得られる屈折率変調度は大きくなる。   In addition, the pulsed ultraviolet laser beam used to manufacture the grating has an energy density equal to or higher than the energy density at the changing point where the gradient of the refractive index modulation degree changes with respect to the energy density in the relationship between the refractive index modulation degree and the energy density. It is preferable to use an ultraviolet laser beam. When the pulsed ultraviolet laser beam has an energy density equal to or higher than a predetermined energy density, the gradient of the refractive index modulation degree with respect to the energy density becomes larger. Therefore, for each of the ultraviolet laser light having an energy density lower than the change point and the ultraviolet laser light having an energy density higher than the change point, the ultraviolet laser light having the same energy density per unit time by adjusting the oscillation frequency. Even in the case of the above, the refractive index modulation degree obtained when the energy density is equal to or higher than the changing point is increased.

この屈折率変調度とエネルギー密度との関係について以下に説明する。まず、図5は、半導体光源により励起されたパルス発振のNd−YAGレーザの第4高調波(波長:266nm)を用いてグレーティングを作製した場合、光導波路に照射する紫外パルスレーザ光の1パルスあたりのエネルギー密度と、作製されるグレーティングの屈折率変調度の関係を示したものである。光導波路には1.55μm帯に零分散波長を有する分散シフトシングルモード光ファイバを用いた。ここでレーザの発振周波数は200Hzで一定とし、紫外パルスレーザ光を照射する時間は一定とする。また、図5には、1パルス当りのエネルギー密度に対する単位時間当りのエネルギー密度、即ち、レーザ出力を破線で示した。このレーザ出力(単位:W)は、1パルスあたりのエネルギー(単位:J)と発振周波数(単位:Hz)の積であり、図5に示すように、1パルス当りのエネルギー密度に比例する。一方、屈折率変調度変化の大きさは、光導波路に照射される紫外パルスレーザ光の1パルスあたりのエネルギー密度が70mJ/cm2(変化点)を境にその傾きが増加する。すなわち、1パルスのエネルギー密度が70mJ/cm2以上では、レーザ出力の増加割合以上の割合で屈折率変調度が変化している。 The relationship between the refractive index modulation degree and the energy density will be described below. First, FIG. 5 shows one pulse of ultraviolet pulsed laser light that irradiates an optical waveguide when a grating is manufactured using a fourth harmonic (wavelength: 266 nm) of a pulsed Nd-YAG laser excited by a semiconductor light source. This shows the relationship between the energy density per unit and the refractive index modulation degree of the manufactured grating. A dispersion-shifted single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the 1.55 μm band was used for the optical waveguide. Here, the oscillation frequency of the laser is constant at 200 Hz, and the irradiation time of the ultraviolet pulse laser light is constant. Further, in FIG. 5, the energy density per unit time with respect to the energy density per pulse, that is, the laser output is indicated by a broken line. This laser output (unit: W) is a product of energy per pulse (unit: J) and oscillation frequency (unit: Hz), and is proportional to the energy density per pulse as shown in FIG. On the other hand, the gradient of the degree of refractive index modulation increases with the energy density per pulse of the ultraviolet pulsed laser light applied to the optical waveguide being 70 mJ / cm 2 (change point) as a boundary. That is, the energy density of one pulse in the 70 mJ / cm 2 or more, the refractive index modulation degree at a ratio of more than the increase rate of the laser output is changed.

さらに別の光ファイバとして1.3μm帯に零分散波長を有する通常のシングルモード光ファイバを用いた場合は、紫外パルスレーザ光の1パルスあたりのエネルギー密度が100mJ/cm2(変化点)を境にして傾きが大きく異なる(不図示)。また、コア21にGeとSnを添加して紫外光による感光性を向上させた平面光波回路(PLC)では、50mJ/cm2(変化点)を境にして傾きが大きくなる(不図示)。すなわち、光導波路に照射される紫外パルスレーザ光の1パルスあたりのエネルギー密度に対して屈折率変化が急増するエネルギー密度が存在する現象は、その変化点のエネルギー密度値は異なるが光導波路の種類(シングルモード光ファイバ,分散シフト光ファイバ,PLCなど)を選ばず同様である。この理由については不明であるが、紫外レーザ光の照射により屈折率を効率よく変化させるには、極く短時間にある程度大きな光エネルギーが必要と考えられる。従って、Arレーザの第2高調波(波長:244nm)のような連続発振の紫外レーザ光では、極く短時間に十分な光エネルギーを供給できないため、紫外レーザ光照射により屈折率を変化させる効率が悪い。 Furthermore, when a normal single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the 1.3 μm band is used as another optical fiber, the energy density per pulse of the ultraviolet pulsed laser beam is 100 mJ / cm 2 (change point). Thus, the inclination is greatly different (not shown). In addition, in the planar lightwave circuit (PLC) in which Ge and Sn are added to the core 21 to improve the photosensitivity by ultraviolet light, the inclination becomes large with a boundary of 50 mJ / cm 2 (change point) (not shown). That is, the phenomenon in which there is an energy density where the refractive index change rapidly increases with respect to the energy density per pulse of the ultraviolet pulsed laser light irradiated to the optical waveguide is different in the energy density value at the change point, but the type of optical waveguide It is the same regardless of (single mode optical fiber, dispersion shifted optical fiber, PLC, etc.). The reason for this is unknown, but it is considered that a large amount of light energy is required in an extremely short time in order to efficiently change the refractive index by irradiation with ultraviolet laser light. Therefore, continuous-wave ultraviolet laser light such as the second harmonic of the Ar laser (wavelength: 244 nm) cannot supply sufficient light energy in an extremely short time, and thus the efficiency of changing the refractive index by ultraviolet laser light irradiation. Is bad.

また、紫外パルスレーザ光を照射する場合にも、1パルスあたりのエネルギー密度に対して屈折率変化が急増するエネルギー密度(変化点)以上のエネルギー密度を有する紫外パルスレーザ光を光導波路のコア21に照射するのが好ましい。例えば、1.55μm帯に零分散波長を有する分散シフトシングルモード光ファイバを用いた場合、図5に示すように、光導波路のコア21に照射される1パルスあたりのエネルギー密度が100mJ/cm2で、発振周波数が200Hzの紫外パルスレーザ光と、1パルスあたりのエネルギー密度が50mJ/cm2で、発振周波数が400Hzの紫外パルスレーザ光では、光導波路のコアに照射される単位時間あたりのエネルギー密度は共に20W/cm2である。この場合において、図5を基に計算すると、100mJ/cm2,200Hzの紫外パルスレーザ光の方が他方に比べて、同一の照射時間では約2倍の屈折率変調度が得られる。一方、50mJ/cm2,400Hzの紫外パルスレーザ光では、同一の変調度を得るために約2倍の照射時間が必要となる。またエネルギー密度が50mJ/cm2の紫外パルスレーザ光で、エネルギー密度が100mJ/cm2,200Hzの紫外パルスレーザ光と同一の照射時間で同一の屈折率変調度を得るためには、発振周波数を800Hzとする必要がある。しかし、このようにすると単位時間あたりのエネルギー密度は40W/cm2となり2倍の電力を要するだけでなく、光導波路の局所的な温度上昇も大きくなってしまう。 Also, when irradiating ultraviolet pulse laser light, the core 21 of the optical waveguide is irradiated with ultraviolet pulse laser light having an energy density equal to or higher than the energy density (change point) at which the refractive index change rapidly increases with respect to the energy density per pulse. Is preferably irradiated. For example, when a dispersion shifted single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the 1.55 μm band is used, the energy density per pulse irradiated to the core 21 of the optical waveguide is 100 mJ / cm 2 as shown in FIG. In an ultraviolet pulse laser beam with an oscillation frequency of 200 Hz and an energy density per pulse of 50 mJ / cm 2 and an ultraviolet pulse laser beam with an oscillation frequency of 400 Hz, the energy per unit time irradiated to the core of the optical waveguide density are both 20W / cm 2. In this case, when calculated based on FIG. 5, the 100 mJ / cm 2 , 200 Hz ultraviolet pulse laser beam has a refractive index modulation degree approximately twice that of the other in the same irradiation time. On the other hand, with an ultraviolet pulse laser beam of 50 mJ / cm 2 and 400 Hz, approximately twice the irradiation time is required to obtain the same degree of modulation. In order to obtain the same refractive index modulation with the same irradiation time as the ultraviolet pulse laser beam having an energy density of 50 mJ / cm 2 and the energy density of 100 mJ / cm 2 and 200 Hz, the oscillation frequency is set to It is necessary to set it to 800 Hz. However, if this is done, the energy density per unit time is 40 W / cm 2 , which not only requires twice the power, but also increases the local temperature rise of the optical waveguide.

なお、光導波路の局所的な温度上昇を防ぐためには、前述のように紫外レーザ光を、光導波路に対して相対的に高速に移動する必要があり、式(4)より100mJ/cm2,200Hz,20W/cm2の紫外パルスレーザ光の場合は、約0.43mm/秒以上の走査速度で走査すればよいが、50mJ/cm2,800Hz,40W/cm2の紫外パルスレーザ光の場合は約0.98mm/秒以上の走査速度で走査する必要がある。許容される走査速度の幅が広くなるという点で、光導波路のコアに照射される1パルスあたりのエネルギー密度が70mJ/cm2以上である紫外レーザ光が有利である。このことから、半導体光源によって励起されたNd−YAGレーザは、このグレーティングの作製にあたって好ましい。この半導体光源によって励起されたNd−YAGレーザは、レーザビームの時間的安定性,空間的安定性が優れており、Arレーザの第2高調波等より屈折率変化の効率が良いため高精度なグレーティングの作製に最も適している。 In order to prevent a local temperature rise in the optical waveguide, it is necessary to move the ultraviolet laser light at a relatively high speed with respect to the optical waveguide as described above, and 100 mJ / cm 2 , In the case of 200 Hz, 20 W / cm 2 ultraviolet pulse laser light, scanning may be performed at a scanning speed of about 0.43 mm / second or more, but in the case of 50 mJ / cm 2 , 800 Hz, 40 W / cm 2 ultraviolet pulse laser light. Needs to be scanned at a scanning speed of about 0.98 mm / second or more. An ultraviolet laser beam having an energy density of 70 mJ / cm 2 or more per pulse irradiated to the core of the optical waveguide is advantageous in that the allowable scanning speed is widened. For this reason, an Nd-YAG laser excited by a semiconductor light source is preferable for producing this grating. The Nd-YAG laser excited by this semiconductor light source has excellent temporal stability and spatial stability of the laser beam, and is highly accurate because it is more efficient in changing the refractive index than the second harmonic of the Ar laser. Most suitable for producing gratings.

また、KrFエキシマレーザも紫外パルスレーザ光であり同様のことが言えるが、KrFエキシマレーザはレーザビームの時間的安定性,空間的安定性が悪いため、作製したグレーティングの振幅エラーが大きく、グレーティングピッチの1nm程度の揺らぎを論ずるようなレベルには至らない。また放電ランプ励起のNd−YAGレーザも存在するが、KrFエキシマレーザと同様の理由により高精度なグレーティング作製には適さない。   The same can be said for the KrF excimer laser, which is an ultraviolet pulsed laser beam. However, since the KrF excimer laser has poor time stability and spatial stability of the laser beam, the amplitude error of the fabricated grating is large, and the grating pitch It does not reach a level where the fluctuation of about 1 nm is discussed. There is also a discharge lamp-excited Nd-YAG laser, but it is not suitable for producing a highly accurate grating for the same reason as the KrF excimer laser.

さらに、このグレーティングの作製方法では、紫外レーザ光の光源を所定位置に固定し、移動ステージ5によって光ファイバ1を移動させて、光ファイバ1と紫外レーザ光7との相対位置を変化させることで紫外レーザ光を走査する場合について述べた。しかし、紫外レーザ光の走査方法は、上記方法に限られず、逆に光ファイバを所定位置に固定し、紫外レーザ光を移動して、紫外レーザ光を走査してもよい。すなわち光ファイバと紫外レーザ光の照射位置が相対的に変化するものであればよい。   Further, in this grating manufacturing method, the light source of the ultraviolet laser light is fixed at a predetermined position, the optical fiber 1 is moved by the moving stage 5, and the relative position between the optical fiber 1 and the ultraviolet laser light 7 is changed. The case of scanning with ultraviolet laser light has been described. However, the scanning method of the ultraviolet laser light is not limited to the above method. Conversely, the ultraviolet laser light may be scanned by fixing the optical fiber at a predetermined position and moving the ultraviolet laser light. That is, it is only necessary that the irradiation positions of the optical fiber and the ultraviolet laser light change relatively.

またさらに、グレーティングを作製する光ファイバである光導波路1を熱伝導率の高い基板2に形成した溝中に収めることが好ましい。この熱伝導率の高い基板2としては、光導波路1を構成する材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。具体的には、1W/(m・K)以上の熱伝導率を有することがより好ましい。このように熱伝導率の高い基板2の溝に収めているため、紫外パルスレーザ光7を照射した部分に発生する熱を基板2に拡散させて、その部分の局所的な温度上昇を防止することができる。このように光ファイバ1の局所加熱を抑えることで、局所的な熱膨張を防止しグレーティングのピッチが規則正しく形成されたグレーティングを作製することができる。   Furthermore, it is preferable that the optical waveguide 1 which is an optical fiber for producing a grating is housed in a groove formed in the substrate 2 having high thermal conductivity. The substrate 2 having a high thermal conductivity preferably has a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the material constituting the optical waveguide 1. Specifically, it is more preferable to have a thermal conductivity of 1 W / (m · K) or more. Since it is housed in the groove of the substrate 2 having a high thermal conductivity in this way, the heat generated in the portion irradiated with the ultraviolet pulsed laser light 7 is diffused to the substrate 2 to prevent a local temperature rise in that portion. be able to. By suppressing local heating of the optical fiber 1 in this way, a grating in which local thermal expansion is prevented and the pitch of the grating is regularly formed can be produced.

このグレーティングの作製方法において、光ファイバ1の局所的な温度上昇を抑制するために、光ファイバ1を収納する基板に関する詳細な条件について以下に説明する。光ファイバに紫外レーザ光を照射すると温度上昇が生じる。即ち、移動ステージ5を移動させることなく停止させて光ファイバ1にビーム径1mmの紫外レーザ光7を照射した場合、図3に示すように、レーザ光の照射時間に対する光ファイバ1の上昇温度ΔTとの関係は、照射から約5秒まではほぼ直線的に温度上昇し、その後、温度上昇は飽和している。なお、測定に用いた紫外レーザ光7は、パルス発振の紫外レーザ光でガウス分布型のエネルギー分布を有し、1パルスあたりのエネルギーが1mJである。そのため、光ファイバ1の照射部分において、この紫外レーザ光7の1パルス当りのエネルギー密度は、約200mJ/cm2である。また、この紫外レーザ光7を500Hzの発振周波数で光ファイバ1に照射した場合、光ファイバに照射される単位時間あたりのエネルギー密度Eは100W/cm2である。光ファイバを石英基板に設置した場合、1秒経過時の上昇温度ΔTは、図3より約10℃であり、Si基板の場合には約7℃、Au基板の場合には約5℃であった。このように、光ファイバを熱伝導率が高い金属や半導体基板に設置した方が光ファイバの局所的な温度上昇を低く抑えることができる。 In this grating manufacturing method, in order to suppress a local temperature rise of the optical fiber 1, detailed conditions regarding the substrate that houses the optical fiber 1 will be described below. When the optical fiber is irradiated with ultraviolet laser light, the temperature rises. That is, when the optical fiber 1 is irradiated with the ultraviolet laser beam 7 having a beam diameter of 1 mm without moving the moving stage 5 as shown in FIG. 3, the temperature rise ΔT of the optical fiber 1 with respect to the irradiation time of the laser beam as shown in FIG. The temperature rises almost linearly up to about 5 seconds after irradiation, and then the temperature rise is saturated. The ultraviolet laser beam 7 used for the measurement is a pulse oscillation ultraviolet laser beam and has a Gaussian distribution type energy distribution, and the energy per pulse is 1 mJ. Therefore, the energy density per pulse of the ultraviolet laser light 7 in the irradiated portion of the optical fiber 1 is about 200 mJ / cm 2 . In this case the ultraviolet laser beam 7 is irradiated to the optical fiber 1 at an oscillation frequency of 500 Hz, the energy density E per unit is applied to the optical fiber time is 100W / cm 2. When the optical fiber is installed on the quartz substrate, the temperature rise ΔT after 1 second is about 10 ° C. from FIG. 3, about 7 ° C. for the Si substrate and about 5 ° C. for the Au substrate. It was. As described above, when the optical fiber is installed on a metal or semiconductor substrate having a high thermal conductivity, the local temperature rise of the optical fiber can be suppressed to a low level.

なお、このグレーティングの作製方法では、位相マスクを用いて紫外レーザ光の干渉縞を形成してグレーティングを作製する方法について示したが、これに限らない。紫外レーザ光をハーフミラーにより二光束に分離し、光導波路上で合わせて干渉縞を形成するといった二光束干渉法や、プリズムを使用し干渉縞を形成するプリズム干渉法など他の方法により干渉縞を形成してグレーティングを作製する方法等を用いてもよい。   In this method for manufacturing a grating, a method for manufacturing a grating by forming interference fringes of ultraviolet laser light using a phase mask has been described. However, the present invention is not limited to this. Interference fringes by other methods such as two-beam interference method, in which ultraviolet laser light is separated into two light beams by a half mirror and combined on an optical waveguide to form interference fringes, and prism interference method using prisms to form interference fringes Alternatively, a method of forming a grating by forming a film may be used.

実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るグレーティングの作製方法では、グレーティングを作製するコアに紫外レーザ光の照射範囲を制御して紫外レーザ光を走査する。このように紫外レーザ光の照射範囲を制御することで所定の屈折率変調度の分布に調整できる。また、このグレーティングの作製方法では、紫外レーザ光を複数回走査して屈折率変調を形成している。このように複数回の走査をすることで、1回の照射のみで屈折率変調を形成しようとする場合に生じる局所的な温度上昇と、それに伴う局所的な熱膨張を避けることができる。これによって、所定の分布を有する屈折率変調度を得るにあたって、精度の高いグレーティングを形成することができる。
Embodiment 2. FIG.
In the grating manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, the irradiation range of the ultraviolet laser light is controlled on the core for manufacturing the grating to scan the ultraviolet laser light. Thus, by controlling the irradiation range of the ultraviolet laser light, it can be adjusted to a distribution of a predetermined refractive index modulation degree. In this grating manufacturing method, the refractive index modulation is formed by scanning the ultraviolet laser light a plurality of times. By performing scanning a plurality of times in this way, it is possible to avoid a local temperature rise and a local thermal expansion that accompany it when an attempt is made to form a refractive index modulation by only one irradiation. This makes it possible to form a highly accurate grating when obtaining a refractive index modulation degree having a predetermined distribution.

このグレーティングの作製方法は、実施の形態1に係るグレーティングの作製方法と比べると、紫外レーザ光を照射する範囲を制御するとともに、複数回の走査を行っている点で相違する。このように紫外レーザ光を照射する範囲を制御することによって所定の紫外光照射量分布、即ち、所定の屈折率変調度の分布が得られる。このような所定の屈折率変調度の分布を形成したアポダイゼーションは、通常、光通信システムに用いられるグレーティングデバイスでは、帯域通過フィルタの帯域外減衰量を大きくするためや、分散等化デバイスの群遅延リップルを小さくするために必要とされている。このアポダイゼーションとしてはガウス分布型、cosine関数型、sinc関数型など使用する用途に合わせた様々な関数型が採用されている。このグレーティングの作製方法では、紫外レーザ光を光導波路の光軸に沿って走査してアポダイゼーションを施す場合について説明する。   This grating manufacturing method is different from the grating manufacturing method according to the first embodiment in that the range of irradiation with ultraviolet laser light is controlled and scanning is performed a plurality of times. By controlling the range in which the ultraviolet laser light is irradiated in this way, a predetermined ultraviolet light dose distribution, that is, a distribution of a predetermined refractive index modulation degree is obtained. Apodization that forms such a predetermined refractive index modulation degree distribution is usually used in a grating device used in an optical communication system in order to increase the out-of-band attenuation of a band-pass filter, or in a group delay of a dispersion equalization device. Needed to reduce ripple. As this apodization, various function types suitable for use such as a Gaussian distribution type, a cosine function type, and a sinc function type are adopted. In this grating manufacturing method, a case where apodization is performed by scanning ultraviolet laser light along the optical axis of an optical waveguide will be described.

例えば、アポダイゼーションとしてsinc型関数(シンク関数:sinc(x)=sin(x)/x)の屈折率変調を施すグレーティングの作製方法では、図6に示すように、2段階の屈折率変調の付与を行っている。即ち、まずグレーティングの作製(a)を行い、次いで、等価屈折率の均一化処理(b)を行ってグレーティングを形成している(c)。このグレーティングの作製は、上記実施の形態1で示したのと同様の光学系で行うことができる。まず、光導波路1に位相マスク3を近接させ紫外レーザ光を照射する。このとき光導波路の光軸方向に対し、所定の照射量分布となるように紫外レーザ光を照射する。図6の(a)において、破線は「グレーティングの等価屈折率」である。屈折率変化と照射量とは対応するので、このような屈折率変化を生じるような所定の照射量分布となるように紫外レーザ光を照射することで、所定の周期を有する屈折率変化を持つ 屈折率変調(グレーティング)が形成される(図6(a))。この屈折率の山と山の間隔は1.55μm帯の波長を使用した光通信システムでは約500nmに設定される。一方、破線は、この光導波路を伝播する光が受けるグレーティングの等価屈折率を示したものである。この等価屈折率は、グレーティング全体に対して一定であることが要求されるので、この後、等価屈折率の均一化処理が施される(図6(b))。この均一化処理では、図1の光学系において位相マスク3を除去し、紫外レーザ光を上記方法で作製したグレーティングの長手方向に図6の(b)のような照射量分布となるように照射する。その結果、図6の(c)のように屈折率変調度が小さい部分の等価屈折率が上昇し、グレーティング全体としては破線で示したように一定の等価屈折率となる。なお、等価屈折率の均一化処理とグレーティングの作製とは、いずれを先に行っても最終的に図6(c)に示す同一の照射量分布が得られるので、上記順序とは逆の順序で行ってもよい。   For example, in a method of manufacturing a grating that performs refractive index modulation of a sinc type function (sink function: sinc (x) = sin (x) / x) as apodization, two-step refractive index modulation is applied as shown in FIG. It is carried out. That is, the grating is first manufactured (a), and then the equivalent refractive index is uniformed (b) to form the grating (c). This grating can be manufactured using the same optical system as shown in the first embodiment. First, the phase mask 3 is brought close to the optical waveguide 1 and irradiated with ultraviolet laser light. At this time, the ultraviolet laser light is irradiated so as to have a predetermined irradiation amount distribution with respect to the optical axis direction of the optical waveguide. In FIG. 6A, the broken line is the “equivalent refractive index of the grating”. Since the refractive index change corresponds to the irradiation amount, irradiation with ultraviolet laser light so as to obtain a predetermined irradiation amount distribution that causes such a refractive index change has a refractive index change having a predetermined period. A refractive index modulation (grating) is formed (FIG. 6A). The distance between the peaks of the refractive index is set to about 500 nm in an optical communication system using a wavelength of 1.55 μm band. On the other hand, the broken line indicates the equivalent refractive index of the grating received by the light propagating through the optical waveguide. Since this equivalent refractive index is required to be constant with respect to the entire grating, thereafter, the equivalent refractive index is uniformized (FIG. 6B). In this homogenization process, the phase mask 3 is removed from the optical system of FIG. 1, and ultraviolet laser light is irradiated in the longitudinal direction of the grating produced by the above method so as to have a dose distribution as shown in FIG. 6B. To do. As a result, the equivalent refractive index of the portion where the refractive index modulation is small as shown in FIG. 6C increases, and the entire grating has a constant equivalent refractive index as shown by the broken line. It should be noted that the same refractive index distribution shown in FIG. 6C is finally obtained regardless of which is equivalent to the process for equalizing the equivalent refractive index and the preparation of the grating, so that the order opposite to the above order is obtained. You may go on.

次に、このグレーティングの作製方法について説明する。グレーティングを形成する部分にアポダイゼーションとしてsinc型関数の照射量分布を施すために、図7に示すように、紫外レーザ光の走査範囲を制御して走査している。紫外レーザ光を照射する光学系としては図1の光学系を使用することができる。ここで、紫外レーザ光の走査軌跡は、図7の(a)の左下から右下へ、さらに、左右に複数回往復し、その後、右上の矢印に至る折れ線として概念的に示した。また、走査軌跡を積み重ねるようにして照射量が累積され、アポダイゼーションのための紫外レーザ光の照射量分布となることを概念的に示した。なお、この図7の(b)には光導波路と紫外レーザ光の2往復分の走査軌跡を示した。   Next, a method for manufacturing this grating will be described. In order to give a dose distribution of a sinc type function as apodization to the part where the grating is formed, as shown in FIG. 7, the scanning range of the ultraviolet laser light is controlled and scanned. The optical system shown in FIG. 1 can be used as an optical system for irradiating ultraviolet laser light. Here, the scanning trajectory of the ultraviolet laser light is conceptually shown as a polygonal line that reciprocates a plurality of times from the lower left to the lower right in FIG. In addition, it has been conceptually shown that the irradiation dose is accumulated as the scanning trajectories are stacked, and the irradiation dose distribution of the ultraviolet laser light for apodization is obtained. FIG. 7B shows the scanning trajectory for two reciprocations of the optical waveguide and the ultraviolet laser beam.

さらに、このグレーティングの作製にあたって、紫外レーザ光の走査範囲を制御する方法について説明する。紫外レーザ光を、図7の(b)に示すように、紫外レーザ光を光ファイバに照射する範囲を紫外レーザ光の照射位置の制御によって累積される照射量分布を調整することができる。即ち、光導波路のグレーティングを作製する範囲の外側からほぼ一定の走査速度で、紫外レーザ光を左端から走査する。最初の往路では、右はaの位置までの走査範囲で照射を行い、その復路では、左端はbの位置まで照射される。次の一往復では、右端はcまでに走査範囲を狭め、その左端はdまでとなる。以降、同様に紫外レーザ光の走査範囲を徐々に狭くしていくことで、グレーティングの両端では紫外レーザ光の照射量が小さく、グレーティングの中央部では紫外レーザ光の照射量が大きいアポダイゼーションを施したグレーティングが作製される。このように紫外レーザ光の走査範囲を制御することによって、累積の照射量分布を所定の照射量分布とすることができる。その後、紫外レーザ光を光導波路のグレーティングを作製する範囲外に移動してグレーティングの作製が完了する。なお、図7には図示していないが、グレーティングを作製する範囲外には紫外レーザ光が光導波路に照射されないように遮光マスクなどによって遮光されている。   Further, a method for controlling the scanning range of the ultraviolet laser light in manufacturing the grating will be described. As shown in FIG. 7B, the irradiation amount distribution accumulated by controlling the irradiation position of the ultraviolet laser light can be adjusted in the range in which the ultraviolet laser light is irradiated onto the optical fiber. That is, the ultraviolet laser beam is scanned from the left end at a substantially constant scanning speed from the outside of the optical waveguide grating production range. On the first forward path, irradiation is performed in the scanning range up to the position a on the right, and on the return path, the left end is irradiated up to the position b. In the next round trip, the right end narrows the scanning range by c, and the left end reaches d. Thereafter, similarly, by gradually narrowing the scanning range of the ultraviolet laser light, the apodization was performed such that the irradiation amount of the ultraviolet laser light was small at both ends of the grating and the irradiation amount of the ultraviolet laser light was large at the central portion of the grating. A grating is produced. By controlling the scanning range of the ultraviolet laser light in this way, the cumulative irradiation dose distribution can be made a predetermined irradiation dose distribution. Thereafter, the ultraviolet laser beam is moved out of the range for producing the grating of the optical waveguide to complete the production of the grating. Although not shown in FIG. 7, light is shielded by a light shielding mask or the like so that ultraviolet laser light is not irradiated onto the optical waveguide outside the range in which the grating is manufactured.

上記のように紫外レーザ光の照射範囲を制御することで累積の紫外光照射量分布を調整してアポダイゼーションを施すことができる。また、1回の照射によるのではなく、複数回の紫外レーザ光照射による累積の照射量分布によって所定の照射量分布を得ることから、1回当りの照射量を少なくすることができる。このため、走査速度を高速にすることができるので、光ファイバを局部照射することによって生じる局部加熱を抑制することができ、局所的な熱膨張を抑制することができる。   By controlling the irradiation range of the ultraviolet laser light as described above, it is possible to adjust the cumulative ultraviolet light irradiation amount distribution and perform apodization. In addition, since a predetermined irradiation dose distribution is obtained not by a single irradiation but by a cumulative irradiation dose distribution by a plurality of times of ultraviolet laser light irradiation, the irradiation dose per time can be reduced. For this reason, since a scanning speed can be made high, the local heating which arises by locally irradiating an optical fiber can be suppressed, and local thermal expansion can be suppressed.

なお、紫外レーザ光の走査速度は、好ましくは上記実施の形態1に示した式(5)を満たす走査速度である。式(5)を満たす走査速度で紫外レーザ光を走査すると、局所的な熱膨張を1nm以下に抑えることができる。また、式(6)を満たす走査速度がさらに好ましい。式(6)を満たす走査速度で紫外レーザ光を走査すると、光導波路の局部加熱による局部熱膨張によるグレーティングピッチのずれを1nm以下にすることができる。また光導波路を設置する基板、紫外レーザの種類、紫外パルスレーザ光の1パルスあたりの照射エネルギー密度も上記実施の形態1に示したものであれば、より一層紫外レーザ光の局部加熱による局部熱膨張を抑制することができる。   The scanning speed of the ultraviolet laser light is preferably a scanning speed that satisfies the formula (5) shown in the first embodiment. When the ultraviolet laser beam is scanned at a scanning speed that satisfies the formula (5), local thermal expansion can be suppressed to 1 nm or less. Further, a scanning speed satisfying the formula (6) is more preferable. When the ultraviolet laser beam is scanned at a scanning speed that satisfies Expression (6), the shift of the grating pitch due to local thermal expansion due to local heating of the optical waveguide can be reduced to 1 nm or less. Further, if the substrate on which the optical waveguide is installed, the type of ultraviolet laser, and the irradiation energy density per pulse of the ultraviolet pulse laser light are also those shown in the first embodiment, the local heat due to the local heating of the ultraviolet laser light is further increased. Expansion can be suppressed.

また、紫外レーザ光の照射エネルギー強度は、レーザ出力の時間的安定性の点で、走査の間は一定であるのが好ましい。なお、グレーティングの両端、すなわちグレーティングを作製する範囲外からグレーティングを作製する範囲内へ移動するとき、およびグレーティングを作製する範囲からグレーティングを作製する範囲外へ移動するときなどに紫外レーザ光の照射エネルギー強度を小さくするなどの調整を行ってもよい。レーザ出力の時間的安定性を良好にするためには、グレーティングを作製する範囲内に照射する前からレーザを一定出力で発振させておき、熱的に安定したレーザ装置を用いるのが好ましい。なお、このグレーティングの作製方法では、光ファイバの特に中央部を何度も往復走査して紫外レーザ光を照射するので、紫外レーザ光の照射エネルギーの時間的変動が積分により相殺されるので、時間的変動の影響を小さくすることができる。   Further, the irradiation energy intensity of the ultraviolet laser light is preferably constant during scanning from the viewpoint of temporal stability of the laser output. Note that the irradiation energy of ultraviolet laser light when moving from both ends of the grating, that is, from outside the range for producing the grating to within the range for producing the grating, and when moving from the range for producing the grating to outside the range for producing the grating, etc. Adjustments such as reducing the strength may be performed. In order to improve the temporal stability of the laser output, it is preferable to use a thermally stable laser device in which the laser is oscillated at a constant output before being irradiated within the range in which the grating is manufactured. In this grating manufacturing method, particularly the central portion of the optical fiber is reciprocally scanned many times to irradiate the ultraviolet laser light, so that the temporal variation of the irradiation energy of the ultraviolet laser light is offset by integration, so that the time The influence of global fluctuation can be reduced.

なお、このグレーティングの作製方法で用いる光学系は、図1の光学系であるため、移動ステージによって光導波路を移動し、紫外レーザ光は一定位置に固定して、紫外レーザ光を走査して照射する場合について述べたが、光導波路を一定位置に固定し、紫外レーザ光を移動して、紫外レーザ光を走査して照射してもよい。即ち、光導波路と紫外レーザ光の照射位置が相対的に移動するものであればよい。   Since the optical system used in this grating manufacturing method is the optical system shown in FIG. 1, the optical waveguide is moved by a moving stage, the ultraviolet laser beam is fixed at a fixed position, and the ultraviolet laser beam is scanned and irradiated. As described above, the optical waveguide may be fixed at a certain position, the ultraviolet laser beam may be moved, and the ultraviolet laser beam may be scanned and irradiated. That is, it is only necessary that the irradiation position of the optical waveguide and the ultraviolet laser light move relatively.

実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るグレーティングの作製では、移動遮光板によって紫外レーザ光の照射範囲の制御を行い、複数回の走査を行って屈折率変調を形成している。このように移動遮光板によって走査範囲の制御を行うことで、紫外レーザ光の走査方向を反転する際の走査速度のゆらぎの部分を除くことができる。
Embodiment 3 FIG.
In the production of the grating according to the third embodiment of the present invention, the irradiation range of the ultraviolet laser light is controlled by the moving light shielding plate, and a plurality of scans are performed to form the refractive index modulation. Thus, by controlling the scanning range with the moving light shielding plate, it is possible to eliminate the fluctuation portion of the scanning speed when the scanning direction of the ultraviolet laser light is reversed.

このグレーティングの作製方法では、実施の形態2に係るグレーティングの作製方法と比較すると、図8に示すように、移動遮光板31によって紫外レーザ光の照射範囲の制御を行っている点で相違する。また、光導波路1を固定して紫外レーザ光7を移動させて走査している点で相違する。具体的には、このグレーティングの作製方法では、図8に示すように、紫外レーザ光7は、ビームスキャンレーザ照射装置30から出力される。なお、ビームスキャンレーザ照射装置30は、紫外レーザ装置6から出力された紫外レーザ光7を、光導波路の光軸方向に走査する光学系を含む装置である。このビームスキャンレーザ照射装置30と位相マスク3の間には、光導波路1の光軸方向に沿って移動可能な移動遮光板31が設置されている。この移動遮光板31によって、図9の光軸方向の断面図に示すように、所定範囲外への紫外レーザ光7を遮光して、紫外レーザ光7が照射される範囲を制御する。また、光導波路1と基板2と位相マスク3は、その位置関係が変化しないようにホルダ4で固定されている。ここでホルダ4は実施の形態1の場合と異なり定位置に固定されている。   This grating manufacturing method is different from the grating manufacturing method according to the second embodiment in that the irradiation range of the ultraviolet laser light is controlled by the movable light shielding plate 31 as shown in FIG. Another difference is that the optical waveguide 1 is fixed and the ultraviolet laser beam 7 is moved for scanning. Specifically, in this grating manufacturing method, as shown in FIG. 8, the ultraviolet laser beam 7 is output from the beam scan laser irradiation device 30. The beam scan laser irradiation device 30 is a device including an optical system that scans the ultraviolet laser light 7 output from the ultraviolet laser device 6 in the optical axis direction of the optical waveguide. Between the beam scanning laser irradiation device 30 and the phase mask 3, a movable light shielding plate 31 that is movable along the optical axis direction of the optical waveguide 1 is installed. As shown in the sectional view in the optical axis direction of FIG. 9, the moving light shielding plate 31 shields the ultraviolet laser light 7 outside the predetermined range, and controls the range irradiated with the ultraviolet laser light 7. The optical waveguide 1, the substrate 2, and the phase mask 3 are fixed by the holder 4 so that the positional relationship does not change. Here, unlike the case of the first embodiment, the holder 4 is fixed at a fixed position.

ここで、ビームスキャンレーザ照射装置30は、例えば、図10あるいは図11のような構成によって実現できる。移動ミラー32を用いて紫外レーザ光7を光導波路1の光軸方向に走査する方法を図10に示している。紫外レーザから出力された紫外レーザ光の光軸と45°傾けた移動ミラー32を配置することにより、紫外レーザ光は光軸を90°変えて反射され、位相マスク3および光導波路1に垂直に入射される。ここで移動ミラー32としては使用する波長の紫外光を反射する紫外光ミラーである。そして移動ミラー32を光導波路1の光軸方向と平行に移動させることで、紫外レーザ光7を光導波路1の光軸方向に走査して照射することができる。   Here, the beam scan laser irradiation apparatus 30 can be realized, for example, by a configuration as shown in FIG. A method of scanning the ultraviolet laser beam 7 in the optical axis direction of the optical waveguide 1 using the moving mirror 32 is shown in FIG. By disposing the moving mirror 32 inclined by 45 ° with respect to the optical axis of the ultraviolet laser beam output from the ultraviolet laser, the ultraviolet laser beam is reflected by changing the optical axis by 90 ° and is perpendicular to the phase mask 3 and the optical waveguide 1. Incident. Here, the moving mirror 32 is an ultraviolet light mirror that reflects ultraviolet light having a wavelength to be used. By moving the moving mirror 32 in parallel with the optical axis direction of the optical waveguide 1, the ultraviolet laser light 7 can be scanned and irradiated in the optical axis direction of the optical waveguide 1.

一方、図11は、同一の4個のくさび型プリズム33を用いた方法を示したもので、4個のプリズム33はそれぞれ2個ずつが一組となりディフレクター(Deflector)1、ディフレクター2を構成している。各ディフレクターの一組のプリズムは互いに逆方向に、符号が逆で絶対値が同一の角速度で回転する(一方の回転角がθのとき他方の回転角は−θ)。またディフレクター1とディフレクター2の回転方向が同一の一組のプリズムは、その回転角も同一のまま同期して回転する。このように4個のくさび型プリズム33を同期して回転させることにより、紫外レーザ装置6から出力された紫外レーザ光7を、くさび型プリズム33を通過するごとに光軸方向が変化させ、光導波路の光軸方向に沿って走査させることができる。このように4個のくさび型プリズム33を、図11に示すような位置関係で精密に制御することにより、位相マスク3および光導波路1に対して垂直に照射し、光導波路の光軸方向に対して平行に走査することができる。   On the other hand, FIG. 11 shows a method using the same four wedge-shaped prisms 33, and each of the four prisms 33 is a pair, and constitutes a deflector 1 and a deflector 2. ing. A pair of prisms of each deflector rotate in opposite directions, at opposite angular speeds and with the same absolute value (when one rotation angle is θ, the other rotation angle is −θ). A pair of prisms having the same rotation direction of the deflector 1 and the deflector 2 rotate synchronously with the same rotation angle. By rotating the four wedge-shaped prisms 33 synchronously in this way, the optical axis direction of the ultraviolet laser light 7 output from the ultraviolet laser device 6 is changed every time it passes through the wedge-shaped prism 33, and the optical It is possible to scan along the optical axis direction of the waveguide. In this way, by precisely controlling the four wedge-shaped prisms 33 in the positional relationship as shown in FIG. 11, the phase mask 3 and the optical waveguide 1 are irradiated perpendicularly to the optical axis direction of the optical waveguide. It is possible to scan in parallel.

次に、このグレーティングの作製方法において、移動遮光板31によって紫外レーザ光の走査範囲を制御する方法について、図12を用いて説明する。図12の(a)において、破線で記した曲線は、アポダイゼーションのための紫外レーザ光の照射量分布である。また、図の左下から右下へ、その後、左右に複数回往復して、右上の矢印に至る折れ線は光導波路に照射する紫外レーザ光の走査軌跡であり、それによって累積される照射量分布との関係を概念的に示したものである。また、この図12の(b)には光導波路への紫外レーザ光の2往復分の走査軌跡を示した。   Next, in this grating manufacturing method, a method of controlling the scanning range of the ultraviolet laser light by the moving light shielding plate 31 will be described with reference to FIG. In FIG. 12A, the curve indicated by the broken line is the irradiation amount distribution of the ultraviolet laser light for apodization. In addition, the broken line from the lower left to the lower right in the figure and then reciprocating multiple times to the left and right, and reaching the upper right arrow is the scanning trajectory of the ultraviolet laser light that irradiates the optical waveguide, and the dose distribution accumulated thereby This is a conceptual illustration of the relationship. FIG. 12B shows a scanning trajectory for two reciprocations of the ultraviolet laser light into the optical waveguide.

この場合において、紫外レーザ光7を、光導波路のグレーティングを作製する範囲を含むより広い範囲について、一定の走査速度で、光導波路の光軸方向に沿って左端Lと右端Rの間を複数回の走査を行う。この場合において、紫外レーザ光7が光導波路に照射される範囲を移動遮光板31によって制限することによって累積される照射量分布を調整することができる。即ち、最初の往路では、紫外レーザ光を左端Lから走査し、移動遮光板31によってAからaの走査範囲で光導波路に照射する。このときa〜Rの範囲では、移動遮光板31により遮光されて光導波路1には照射されない。その復路では、左端で移動遮光板31を移動してbの位置まで照射する。この場合にも、b〜Lの範囲では、移動遮光板31により遮光されて光導波路1には照射されない。また、次の一往復では、右端はcまでと走査範囲を移動遮光板31によって狭めて、左端はdまでの走査範囲で走査する。以降、同様に移動遮光板31を移動させて走査範囲を徐々に狭くしていくことで、グレーティングの両端では紫外レーザ光の照射量が小さく、グレーティングの中央部では紫外レーザ光の照射量が大きいアポダイゼーションを施したグレーティングが作製される。このように紫外レーザ光の走査範囲を制御することによって、累積の照射量分布を所定の照射量分布とすることができる。その後、紫外レーザ光を光導波路のグレーティングを作製する範囲外に移動してグレーティングの作製が完了する。なお、図12には図示していないが、グレーティングを作製する範囲外には紫外レーザ光が光導波路に照射されないように遮光マスクなどによって遮光されている。   In this case, the ultraviolet laser beam 7 is passed a plurality of times between the left end L and the right end R along the optical axis direction of the optical waveguide at a constant scanning speed over a wider range including the range for producing the grating of the optical waveguide. Scan. In this case, the accumulated dose distribution can be adjusted by limiting the range in which the ultraviolet laser beam 7 is applied to the optical waveguide by the movable light shielding plate 31. That is, in the first forward path, the ultraviolet laser beam is scanned from the left end L, and the light guide plate 31 irradiates the optical waveguide in the scanning range from A to a. At this time, in the range of a to R, the light is blocked by the moving light blocking plate 31 and is not irradiated to the optical waveguide 1. In the return path, the moving light shielding plate 31 is moved at the left end to irradiate the position b. Also in this case, in the range of b to L, the light is blocked by the moving light blocking plate 31 and is not irradiated to the optical waveguide 1. In the next round trip, the scanning range is narrowed by the moving light shielding plate 31 with the right end up to c, and the left end is scanned within the scanning range up to d. Thereafter, by similarly moving the moving light shielding plate 31 to gradually narrow the scanning range, the irradiation amount of the ultraviolet laser light is small at both ends of the grating, and the irradiation amount of the ultraviolet laser light is large at the center of the grating. An apodized grating is produced. By controlling the scanning range of the ultraviolet laser light in this way, the cumulative irradiation dose distribution can be made a predetermined irradiation dose distribution. Thereafter, the ultraviolet laser beam is moved out of the range for producing the grating of the optical waveguide to complete the production of the grating. Although not shown in FIG. 12, light is shielded by a light shielding mask or the like so that the ultraviolet laser beam is not irradiated onto the optical waveguide outside the range in which the grating is manufactured.

上記のように紫外レーザ光の照射範囲を制御することで累積の紫外光照射量分布を調整してアポダイゼーションを施すことができる。また、1回の照射によるのではなく、複数回の紫外レーザ光照射による累積の照射量分布によって所定の照射量分布を得ることから、1回当りの照射量を少なくすることができる。このため、走査速度を高速にすることができるので、光ファイバを局部照射することによって生じる局部加熱を抑制することができ、局所的な熱膨張を抑制することができる。   By controlling the irradiation range of the ultraviolet laser light as described above, it is possible to adjust the cumulative ultraviolet light irradiation amount distribution and perform apodization. In addition, since a predetermined irradiation dose distribution is obtained not by a single irradiation but by a cumulative irradiation dose distribution by a plurality of times of ultraviolet laser light irradiation, the irradiation dose per time can be reduced. For this reason, since a scanning speed can be made high, the local heating which arises by locally irradiating an optical fiber can be suppressed, and local thermal expansion can be suppressed.

このように移動遮光板31の位置を制御して、紫外レーザ光の照射範囲を制御する方法には次の効果がある。即ち、移動ステージやビームスキャン機構を高速で動かして往復走査しようとすると、その折り返し点では減速する必要があるため、走査速度にゆらぎが生じる場合がある。また、この減速によって紫外レーザ光の照射時間が増加し、これによりアポダイゼーションが設計よりずれてくる可能性がある。一方、このように移動遮光板31によって照射範囲を制御すると、方向転換のために減速した部分をカットできるので所定の照射量分布を形成したアポダイゼーションを施すことができる。   Thus, the method of controlling the irradiation range of the ultraviolet laser light by controlling the position of the movable light shielding plate 31 has the following effects. That is, if the moving stage or the beam scanning mechanism is moved at a high speed to attempt reciprocal scanning, it is necessary to decelerate at the turning point, so that the scanning speed may fluctuate. Moreover, the irradiation time of the ultraviolet laser light increases due to this deceleration, which may cause apodization to deviate from the design. On the other hand, when the irradiation range is controlled by the moving light shielding plate 31 as described above, the portion decelerated for the direction change can be cut, so that apodization with a predetermined irradiation amount distribution can be applied.

なお、本実施の形態では、光導波路を固定し、紫外レーザ光7を走査する方法について述べたが、実施の形態1に係るグレーティングの作製方法と同様に光導波路を移動させてもよい。この場合において、光導波路の移動に合わせて移動遮光板31を移動させて照射範囲の制御を行ってもよい。また紫外レーザ光を移動遮光板31によって遮光したが遮光手段はこれに限るものではなく、さらには遮光したい領域ではレーザ発振を停止させてもよい。   In the present embodiment, the method of fixing the optical waveguide and scanning the ultraviolet laser beam 7 has been described. However, the optical waveguide may be moved in the same manner as the grating manufacturing method according to the first embodiment. In this case, the irradiation range may be controlled by moving the movable light shielding plate 31 in accordance with the movement of the optical waveguide. Although the ultraviolet laser beam is shielded by the moving light shielding plate 31, the light shielding means is not limited to this, and laser oscillation may be stopped in a region where it is desired to shield light.

実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係るグレーティングの作製方法では、光ファイバを鏡面基板に形成した溝に収納しておき、照射する紫外レーザ光の反射光をモニタして受光量が最大となるように位置合わせを行う。これによってグレーティングを形成するために十分なエネルギー密度を有する紫外レーザ光を光ファイバに照射することができる。
Embodiment 4 FIG.
In the grating manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention, the optical fiber is housed in a groove formed in the mirror substrate, and the reflected light of the irradiated ultraviolet laser beam is monitored to maximize the amount of light received. Perform alignment. This makes it possible to irradiate the optical fiber with ultraviolet laser light having an energy density sufficient to form a grating.

このグレーティングの作製方法は、実施の形態1に係るグレーティングの作製方法と比較すると、図13及び図14に示すように、光ファイバを収納する基板が鏡面基板である点で相違する。また、反射光9をモニタするためのCCDカメラ8を設けている点で相違する。このグレーティングの作製方法では、図13の斜視図に示すように、光導波路に入射した紫外レーザ光の0次回折光は鏡面基板2によって反射され、紫外レーザ装置6の側に出射される反射光9をCCDカメラ8でモニタする。なお、0次回折光をモニタする場合について説明するが、±1次あるいは±2次,±3次,・・・のいかなる次数の回折光であってもよい。この場合において、光ファイバの径方向の断面図である図14(a)に示すように、紫外レーザ光7を基板2に垂直な方向から光導波路1の径方向に約1°傾いて入射される。反射光9をCCDカメラ8でモニタしている。このとき、図14の(b)に示すように、光ファイバの幅から外れた紫外レーザ光は鏡面基板で鏡面反射される。一方、光ファイバに照射された部分では乱反射される。このため反射光9は、光導波路1の幅の内側に照射された光がカットされた強度分布となる。この反射光9をCCDカメラ8でモニタすることにより紫外レーザ光の中心を光導波路1に正確に照射することができる。例えば、ビーム径1mmのガウス分布型紫外レーザビームでは、ビーム中心より±100μmの領域のエネルギー分布の変動は3%以内である。一方、通常のシングルモード光ファイバの直径は125μmであるから、この方法で十分に精度良く紫外レーザ光の中心を光導波路1に照射することができる。これによって、光ファイバに照射される紫外レーザ光の照射分布を設計通りにすることができ、振幅エラーを低減させたグレーティングを作製することができる。   This grating manufacturing method is different from the grating manufacturing method according to the first embodiment in that the substrate for storing the optical fiber is a mirror substrate as shown in FIGS. Another difference is that a CCD camera 8 for monitoring the reflected light 9 is provided. In this grating manufacturing method, as shown in the perspective view of FIG. 13, the 0th-order diffracted light of the ultraviolet laser light incident on the optical waveguide is reflected by the mirror substrate 2, and is reflected light 9 emitted to the ultraviolet laser device 6 side. Is monitored by the CCD camera 8. In addition, although the case where 0th-order diffracted light is monitored will be described, diffracted light of any order of ± 1st order, ± 2nd order, ± 3rd order,... In this case, as shown in FIG. 14A, which is a sectional view in the radial direction of the optical fiber, the ultraviolet laser beam 7 is incident with a tilt of about 1 ° from the direction perpendicular to the substrate 2 in the radial direction of the optical waveguide 1. The The reflected light 9 is monitored by the CCD camera 8. At this time, as shown in FIG. 14B, the ultraviolet laser beam deviating from the width of the optical fiber is specularly reflected by the mirror substrate. On the other hand, the portion irradiated with the optical fiber is irregularly reflected. For this reason, the reflected light 9 has an intensity distribution obtained by cutting the light irradiated on the inner side of the width of the optical waveguide 1. By monitoring the reflected light 9 with the CCD camera 8, the center of the ultraviolet laser light can be accurately irradiated onto the optical waveguide 1. For example, in a Gaussian distribution type ultraviolet laser beam having a beam diameter of 1 mm, the fluctuation of the energy distribution in the region of ± 100 μm from the beam center is within 3%. On the other hand, since the diameter of a normal single mode optical fiber is 125 μm, the center of the ultraviolet laser beam can be irradiated onto the optical waveguide 1 with sufficient accuracy by this method. As a result, the irradiation distribution of the ultraviolet laser light applied to the optical fiber can be made as designed, and a grating with reduced amplitude error can be manufactured.

ここで、鏡面基板2としては、反射光9において光ファイバからの部分が明確に判別される程度の反射率を有することが好ましい。なお、この方法で光導波路と紫外レーザ光の照射位置を正確に合わせるには、紫外レーザ光のビーム径が大きい方が好ましい。この場合、従来からよく用いられているArレーザの第2高調波を使用した紫外レーザ光では、エネルギー強度が小さいため集光して照射しなければならず、あまり適していない。これに対して半導体光源により励起されたNd−YAGレーザの第4高調波は、エネルギー強度が大きく集光する必要がないので好ましい。   Here, it is preferable that the mirror substrate 2 has a reflectivity such that a portion of the reflected light 9 from the optical fiber is clearly discriminated. In order to accurately match the irradiation position of the optical waveguide with the ultraviolet laser beam by this method, it is preferable that the beam diameter of the ultraviolet laser beam is large. In this case, the ultraviolet laser beam using the second harmonic of the Ar laser, which has been often used in the past, has a low energy intensity and must be focused and irradiated, which is not very suitable. On the other hand, the fourth harmonic of the Nd-YAG laser excited by the semiconductor light source is preferable because it has a large energy intensity and does not need to be condensed.

なお、このグレーティングの作製方法では、鏡面基板2の溝に、光導波路である光ファイバを設置した場合について説明したが、溝を形成していない鏡面基板2上に光ファイバを設置しても良い。また、Si基板上に光導波路を形成したPLCであっても、コアを形成した部分で紫外レーザ光がわずかに乱反射されるので、同様に光導波路と紫外レーザ光の照射位置を正確に合わせることができる。さらに石英基板に光導波路を形成したPLCであっても、裏面に鏡面基板を設置することでSi基板に光導波路を形成したPLCと同様に光導波路と紫外レーザ光の照射位置を正確に合わせることができる。またCCDカメラ8の変わりにレーザビームのエネルギー分布を測定するビームプロファイラなどのモニタ手段を使用してもよい。   In this grating manufacturing method, the case where an optical fiber as an optical waveguide is installed in the groove of the mirror substrate 2 has been described. However, an optical fiber may be installed on the mirror substrate 2 where no groove is formed. . In addition, even in a PLC with an optical waveguide formed on a Si substrate, the ultraviolet laser light is slightly diffusely reflected at the portion where the core is formed. Similarly, the irradiation position of the optical waveguide and the ultraviolet laser light must be precisely matched. Can do. Furthermore, even with a PLC in which an optical waveguide is formed on a quartz substrate, the mirror waveguide substrate is installed on the back surface so that the irradiation position of the optical waveguide and the ultraviolet laser light can be accurately aligned in the same manner as the PLC in which the optical waveguide is formed on the Si substrate. Can do. Instead of the CCD camera 8, a monitor means such as a beam profiler for measuring the energy distribution of the laser beam may be used.

また、Siあるいは石英基板に光導波路を形成した平面光波回路(PLC)の光導波路から所定距離離れた位置に光導波路と平行に溝を形成しておいてもよい。この溝に紫外レーザ光を照射したときの反射光9をCCDカメラ8でモニタして位置合わせを行った後、光導波路を所定距離ずらすことによって、光導波路に紫外レーザ光を精度よく照射することができる。   Further, a groove may be formed in parallel with the optical waveguide at a predetermined distance from the optical waveguide of a planar lightwave circuit (PLC) in which the optical waveguide is formed on a Si or quartz substrate. The reflected light 9 when the groove is irradiated with the ultraviolet laser light is monitored by the CCD camera 8 and alignment is performed, and then the optical waveguide is shifted by a predetermined distance to accurately irradiate the optical waveguide with the ultraviolet laser light. Can do.

実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係るグレーティングの作製方法は、紫外レーザ光を照射する部分を局所的に冷却しながら紫外レーザ光を走査する。このように局所的に冷却することによって光ファイバの局所的な温度上昇を抑制し、局所的な熱膨張を抑制できる。
Embodiment 5 FIG.
In the grating manufacturing method according to Embodiment 5 of the present invention, the ultraviolet laser light is scanned while locally cooling the portion irradiated with the ultraviolet laser light. By locally cooling in this way, local temperature rise of the optical fiber can be suppressed and local thermal expansion can be suppressed.

このグレーティングの作製方法は、実施の形態1に係るグレーティングの作製方法と比較すると、紫外レーザ光を照射する部分を局所的に冷却しながら紫外レーザ光を走査する点で相違する。この局所的な冷却方法としては、例えば、図15の(a)の径方向についての断面図や(b)の光軸方向の断面図に示すように、基板2の背面から空気等の気体流11を送風して空冷法で冷却してもよい。この場合、光ファイバ1に沿って基板2の背面には空気などに気体流11を送風するための穴が空けられており、紫外レーザ光7と同一直線上に、冷却手段である送風器10が設けられている。また、送風器10からは空気などの気体流11が吹き出されており、光導波路1に吹きつけている。なお、紫外レーザ光7の走査にしたがって送風器10を移動させてもよい。このような構成で光導波路1の紫外レーザ光7が局所的に照射される部分のみに気体流11が吹きつけることによって、光導波路1の局所加熱による局所的な熱膨張を抑制することができる。なお、気体流11は、光導波路1を局所的な部分をその周辺部より過剰に冷却することがないような流量に調整されており、光導波路1の紫外レーザ光7が局所的に照射された部分と、照射されていない部分の温度がほぼ同一に保たれる。これにより光導波路1の局所的な熱膨張によるグレーティングピッチの歪みから生じる位相エラーを低減することができる。   This grating manufacturing method is different from the grating manufacturing method according to the first embodiment in that the ultraviolet laser light is scanned while locally cooling the portion irradiated with the ultraviolet laser light. As this local cooling method, for example, as shown in the sectional view in the radial direction in FIG. 15A and the sectional view in the optical axis direction in FIG. 11 may be blown and cooled by an air cooling method. In this case, a hole for blowing the gas flow 11 to the air or the like is formed on the back surface of the substrate 2 along the optical fiber 1, and the blower 10 serving as a cooling unit is collinear with the ultraviolet laser beam 7. Is provided. Further, a gas flow 11 such as air is blown out from the blower 10 and is blown onto the optical waveguide 1. In addition, you may move the air blower 10 according to the scan of the ultraviolet laser beam 7. FIG. With such a configuration, the gas flow 11 is blown only on the portion of the optical waveguide 1 to which the ultraviolet laser light 7 is locally irradiated, so that local thermal expansion due to local heating of the optical waveguide 1 can be suppressed. . The gas flow 11 is adjusted to such a flow rate that the local portion of the optical waveguide 1 is not excessively cooled from its peripheral portion, and the ultraviolet laser light 7 of the optical waveguide 1 is locally irradiated. The temperature of the exposed part and the part not irradiated are kept substantially the same. As a result, phase errors caused by grating pitch distortion due to local thermal expansion of the optical waveguide 1 can be reduced.

なお、このグレーティングの作製方法では、光ファイバを背面に穴を設けた基板に設置したが、基板を用いないで光導波路を中空に設置し、背面から空冷により冷却してもよい。また、冷却手段は空冷法に限られない。例えば、光導波路の光軸方向に沿って複数のペルチエ素子などを配置した基板上に光導波路を設置し、紫外レーザ光が照射される部分を選択的に冷却するような方法であってもよい。様々な冷却法のうち、送風による空冷法で局所加熱を抑制する方法は構成が非常に簡単であり、調整も気体流の流量を変えるだけでよいので、生産装置を安価な構成にすることができる。   In this grating manufacturing method, the optical fiber is installed on the substrate having a hole on the back surface. However, the optical waveguide may be installed in a hollow state without using the substrate, and may be cooled by air cooling from the back surface. The cooling means is not limited to the air cooling method. For example, a method may be used in which an optical waveguide is installed on a substrate on which a plurality of Peltier elements are arranged along the optical axis direction of the optical waveguide, and a portion irradiated with ultraviolet laser light is selectively cooled. . Among various cooling methods, the method of suppressing local heating by air cooling by blowing is very simple in configuration, and adjustment only needs to change the flow rate of the gas flow. it can.

本発明の実施の形態1に係るグレーティングの作製方法における光導波路と光学系との位置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positional relationship of the optical waveguide and optical system in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)は、図1のA−A’線断面図であり、(b)は、図1のB−B’線断面図である。(A) is the sectional view along the A-A 'line in FIG. 1, and (b) is the sectional view along the B-B' line in FIG. 熱伝導率の異なる基板に配置した光ファイバに紫外レーザ光を照射した場合における、レーザ照射時間と光ファイバの上昇温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the laser irradiation time and the raise temperature of an optical fiber at the time of irradiating an ultraviolet laser beam to the optical fiber arrange | positioned on the board | substrate with which thermal conductivity differs. 熱伝導率の異なる基板に配置した光ファイバに紫外レーザ光を照射した場合における、照射エネルギー密度と光ファイバの温度が1℃上昇する照射時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between irradiation energy density and the irradiation time when the temperature of an optical fiber raises 1 degreeC at the time of irradiating an ultraviolet laser beam to the optical fiber arrange | positioned on the board | substrate with which thermal conductivity differs. 光ファイバに紫外レーザ光を一定時間照射した場合における、1パルスあたりのエネルギー密度と屈折率変調度変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the energy density per pulse and a refractive index modulation degree change when an optical fiber is irradiated with ultraviolet laser light for a fixed time. 本発明の実施の形態2に係るグレーティングの作製方法において、光導波路にアポダイゼーションを施したグレーティングを作製する手順において、(a)はグレーティングと等価屈折率との関係を示す概念図であり、(b)は、グレーティングの等価屈折率を一定にするために行う等価屈折率均一化処理で与える屈折率変化の分布の概念図であり、(c)は、グレーティングの等価屈折率が均一化された状態を示す概念図である。In the method for manufacturing a grating according to the second embodiment of the present invention, in the procedure for manufacturing a grating in which an optical waveguide is apodized, (a) is a conceptual diagram showing the relationship between the grating and the equivalent refractive index, (b ) Is a conceptual diagram of the distribution of refractive index change given by the equivalent refractive index uniformization process performed to make the equivalent refractive index of the grating constant, and (c) is a state where the equivalent refractive index of the grating is made uniform. FIG. 本発明の実施の形態2に係るグレーティングの作製方法における紫外レーザ光の走査軌跡と累積の照射量分布との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the scanning locus | trajectory of an ultraviolet laser beam and the cumulative irradiation amount distribution in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るグレーティングの作製方法の概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図8の光導波路の光軸に沿った断面図である。It is sectional drawing along the optical axis of the optical waveguide of FIG. 本発明の実施の形態3に係るグレーティングの作製方法において用いるビームスキャンレーザ照射装置の一例の動作を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows operation | movement of an example of the beam scan laser irradiation apparatus used in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るグレーティングの作製方法において用いるビームスキャンレーザ照射装置の一例の動作を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows operation | movement of an example of the beam scan laser irradiation apparatus used in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るグレーティングの作製方法における紫外レーザ光の走査軌跡と累積の照射量分布との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the scanning locus | trajectory of an ultraviolet laser beam and the cumulative irradiation amount distribution in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るグレーティングの作製方法における光導波路と光学系の関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between the optical waveguide in the manufacturing method of the grating which concerns on Embodiment 4 of this invention, and an optical system. (a)は図13の光導波路の径方向の断面図であり、(b)は反射光の概念図である。(A) is sectional drawing of the radial direction of the optical waveguide of FIG. 13, (b) is a conceptual diagram of reflected light. ビーム径Bの紫外レーザ光の走査によって照射部分が膨張する様子を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed a mode that the irradiation part expanded by the scan of the ultraviolet laser beam of the beam diameter B. FIG. (a)は本発明の実施の形態5に係るグレーティング作製方法における局所的な冷却方法を示す光導波路の径方向の断面図であり、(b)は光導波路の光軸方向の断面図である。(A) is sectional drawing of the radial direction of the optical waveguide which shows the local cooling method in the grating preparation method concerning Embodiment 5 of this invention, (b) is sectional drawing of the optical axis direction of an optical waveguide. . 従来のグレーティングの作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the preparation methods of the conventional grating. 従来のグレーティングの作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the preparation methods of the conventional grating.

符号の説明Explanation of symbols

1 光導波路、2 基板、3 位相マスク、4 ホルダ、5 移動ステージ、6 紫外レーザ装置、7 紫外レーザ光、8 CCDカメラ、9 反射光、10 送風器、11 気体流、 19 光導波路からの反射光、 20 グレーティング、 21 コア、 22 クラッド、 23 +1次回折光、 24 −1次回折光、 30 ビームスキャンレーザ照射装置、 31 移動遮光板、 32 移動ミラー、 33 くさび型プリズム、 34 ディフレクター1、 35 ディフレクター2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical waveguide, 2 Substrate, 3 Phase mask, 4 Holder, 5 Moving stage, 6 Ultraviolet laser device, 7 Ultraviolet laser beam, 8 CCD camera, 9 Reflected light, 10 Blower, 11 Gas flow, 19 Reflection from optical waveguide Light, 20 grating, 21 core, 22 clad, 23 + 1st order diffracted light, 24 -1st order diffracted light, 30 beam scan laser irradiation device, 31 moving light shielding plate, 32 moving mirror, 33 wedge prism, 34 deflector 1, 35 deflector 2

Claims (7)

紫外光の照射により屈折率が変化する材料からなるコアと、該コアを包んでいるクラッドとからなる光導波路に、紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査して、前記コアに屈折率変調を形成してグレーティングを作製する方法であって、
単位時間当りのエネルギー密度E(W/cm 2 )とビーム径B(mm)とで規定される走査速度
2 /(85・E -1.2 )(mm/秒)
以上の走査速度で、前記紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査することを特徴とするグレーティングの作製方法。
A laser beam is scanned along the optical axis of the optical waveguide onto an optical waveguide composed of a core made of a material whose refractive index changes when irradiated with ultraviolet light, and a clad surrounding the core, and the core is scanned A method of forming a grating by forming a refractive index modulation,
Scanning speed defined by energy density E (W / cm 2 ) per unit time and beam diameter B (mm)
B 2 / (85 · E -1.2 ) (mm / sec)
A method for producing a grating , wherein the ultraviolet laser beam is scanned along the optical axis of the optical waveguide at the above scanning speed .
前記コアにおいてグレーティングの光軸方向に対して所定の照射量分布となるように照射範囲を制御して、前記紫外レーザ光の走査を複数回行うことを特徴とする請求項に記載のグレーティングの作製方法。 And controls the irradiation range to a predetermined distribution of irradiation amount with respect to the optical axis direction of the grating in the core, the grating according to claim 1, characterized in that a plurality of times scanning of the ultraviolet laser beam Manufacturing method. 前記光導波路を、熱伝導性基板の上に配置することを特徴とする請求項1又は2に記載のグレーティングの作製方法。 Grating manufacturing method of claim 1 or 2, characterized in that the optical waveguide is placed on the thermally conductive substrate. 前記紫外レーザ光単位時間当りのエネルギー密度E(W/cm2)、ビーム径B(mm)及び前記熱伝導性基板の熱伝導率k(J/(m・K))とで規定される走査速度
2/[(115・k)0.5・E-1.2](mm/秒)
以上の走査速度で、前記紫外レーザ光を前記光導波路の光軸に沿って走査することを特徴とする請求項に記載のグレーティングの作製方法。
The ultraviolet laser beam per unit time of the energy density E (W / cm 2), is defined out with beam diameter B (mm) and thermal conductivity k of the heat conducting board (J / (m · K) ) Scanning speed B 2 / [(115 · k) 0.5 · E -1.2 ] (mm / sec)
The method for manufacturing a grating according to claim 3 , wherein the ultraviolet laser beam is scanned along the optical axis of the optical waveguide at the above scanning speed.
前記紫外レーザ光は、1パルス当りのエネルギー密度に対する屈折率増加係数の傾きが変化する変化点でのエネルギー密度以上のエネルギー密度を有する紫外パルスレーザ光であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のグレーティングの作製方法。 The ultraviolet laser light is 1 to 4 claim 1, characterized in that the ultraviolet pulse laser beam inclination of refractive index increase factor for the pulse per energy density having an energy density more than the energy density at the change point that changes The method for producing a grating according to any one of the above. 前記光導波路を、紫外レーザ光を反射する鏡面基板の上に配置すると共に、
前記紫外レーザ光を前記光導波路に照射した場合に前記鏡面基板から反射される反射光をモニタして、前記紫外レーザ光の照射位置と前記光導波路の相対的位置を調整することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のグレーティングの作製方法。
The optical waveguide is disposed on a mirror substrate that reflects ultraviolet laser light, and
The reflected light reflected from the mirror substrate when the ultraviolet laser light is irradiated onto the optical waveguide is monitored, and the irradiation position of the ultraviolet laser light and the relative position of the optical waveguide are adjusted. The method for producing a grating according to any one of claims 1 to 5 .
前記光導波路において、前記紫外レーザ光が照射される部分を局所的に冷却しながら前記紫外レーザ光を走査することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のグレーティングの作製方法。 The method for producing a grating according to any one of claims 1 to 6 , wherein in the optical waveguide, the ultraviolet laser light is scanned while locally cooling a portion irradiated with the ultraviolet laser light. .
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