JP4018026B2 - サンプルドファイバグレーティング - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられるサンプルドファイバグレーティングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティングは、光ファイバの、ゲルマニウムをドープしたコア部に紫外線を照射し、屈折率を上昇させて、光ファイバのコア部の長手方向に周期的な屈折率変化を形成させた光ファイバ型の回折格子である。ファイバグレーティングの中でも、屈折率変化の周期の長さが１μｍ以下のものを短周期型ファイバグレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）といい、屈折率変化の周期の長さが数百μｍ程度のものを長周期型ファイバグレーティング（Ｌｏｎｇ Ｐｅｒｉｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＬＰＧ）といい、これら２つが主に普及している。
【０００３】
近年、短周期型ファイバグレーティングおよび長周期型ファイバグレーティングを組み合わせたような特性を有するサンプルドファイバグレーティング（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＳＦＧ）が提案されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
図１０に、サンプルドファイバグレーティングにおける屈折率分布を示す。このように、サンプルドファイバグレーティングの屈折率分布は、長周期の屈折率変化における上昇部１１に短周期の屈折率変化１２が光ファイバ長手方向に形成されている。このような屈折率分布を有するサンプルドファイバグレーティングは、図１１に示すように、各ピークの極大値が包絡線Ｅに接するような櫛型反射スペクトルを形成する多波長ファイバグレーティングになる。
【０００４】
なお、図１１に示すように、各ピークが鋭い櫛型反射スペクトルを有するものは、短周期で等間隔のマスク周期であるユニフォームマスクを用いて露光して作製したものである。また、図１２に示すように、ピークの頂部が平坦な櫛型反射スペクトルを有するものは、光ファイバ長手方向に対してマスク周期が徐々に大きくまたは小さくなっているチャープマスクを用いて露光して作製したものである。
また、図１１に示したサンプルドファイバグレーティングにおいて、その反射スペクトル帯域の中心波長λＢ は、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ と、光ファイバの導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏとの積で表される（λＢ ＝２ｎｃｏ×ΛＦＢＧ ）。また、中心の反射スペクトルとその両側の反射スペクトルとの間隔Δλは、Δλ＝λＢ ２／（２ｎｃｏ×ΛＬＰＧ）で表される（ΛＬＰＧ は、長周期のグレーティング周期）。そして、反射スペクトル帯域の中心波長λＢ や反射スペクトルの間隔Δλは、従来、要求される特性に応じて、短周期のグレーティング周期や長周期のグレーティング周期を調整して設定されていた。
【０００５】
【非特許文献１】
「ロングピリオディックスーパーストラクチャーブラッググレーティング イン オプティカルファイバズ（Ｌｏｎｇ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ）」，エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第３０巻，第１９号，１９９４年，ｐ．１６２０
【非特許文献２】
「ストロングサンプルドブラッググレーティングス フォー ＷＤＭアプリケーションズ（Ｓｔｒｏｎｇ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｏｒ ＷＤＭ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，フォトニクステクノロジーレターズ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第１０巻，第４号，１９９８年，ｐ．５５２
【非特許文献３】
「ノヴェルフラットマルチチャネルフィルタ ベイスト オン ストロングリィチャープトサンプルドファイバブラッググレーティング イン オプティカルファイバズ（Ｎｏｖｅｌ Ｆｌａｔ Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）」，フォトニクステクノロジーレターズ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第１２巻，第１１号，２０００年，ｐ．１５０１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のサンプルドファイバグレーティングでは、長周期の屈折率変化を形成した部分が長周期型ファイバグレーティング特有の前進クラッドモード結合損失を発生させることがあった。そして、この前進クラッドモード結合損失がサンプルドファイバグレーティングの櫛型反射波長帯域と重なった場合には、望ましくない損失を招くことがあった。その結果、サンプルドファイバグレーティングを波長分割多重光通信用部品などの光部品に応用する場合、精度や信頼性が不十分になることがある上に、必要な特性を再現性の良く得ることが困難になるという問題があった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、光部品の精度や信頼性を十分に高くできる上に、必要な特性を再現性よく得られるサンプルドファイバグレーティングを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、長周期の屈折率変化が形成された部分に短周期の屈折率変化がさらに形成されたサンプルドファイバグレーティングにおいて、長周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＬＰＧ と、短周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＦＢＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと、最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たすことを特徴とする。
本発明のサンプルドファイバグレーティングにおいては、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であることが好ましい。
または、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサンプルドファイバグレーティングについて説明する。
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、長周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＬＰＧ と、短周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＦＢＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと、最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしている。
ここで、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係は、以下のようにして導かれる。
【０００９】
前進クラッドモード結合損失波長λＬＰＧ は、グレーティング周期ΛＬＰＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）との積に等しい（λＬＰＧ ＝ΛＬＰＧ ×（ｎｃｏ−ｎｃｌ））。また、サンプルドファイバグレーティングにおける中心波長λＢ は、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ と、光ファイバの導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏとの積で表される（λＢ ＝２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ）。本発明は、前進クラッドモード結合損失波長λＬＰＧ が中心波長λＢ より大きくなるようにずらして、前進クラッドモード結合損失の影響を排除するものである。すなわち、λＬＰＧ ＞λＢ としたものであるから、λＬＰＧ およびλＢ に上記各式を代入すると、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係が導出される。
【００１０】
ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係についてさらに説明する。
図１に、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝のλに１．４６μｍあるいは１．５６μｍを代入したときの曲線を示す。ここで、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝は、中心波長が１．４６μｍあるいは１．５６μｍ付近にある場合において、最も低次のクラッドモードに対しての結合損失が発生する境界条件であり、この曲線から下の領域の条件にあるものでは高次のクラッドモードに対しての結合損失が複数発生する。したがって、この曲線から下の領域の条件にあるものでは、前進クラッドモード結合損失が反射波長帯域に重なる可能性が非常に大きくなる。
一方、中心波長と前進クラッドモード結合損失が重なる条件である曲線から上の領域の条件（ΛＬＰＧ ＞｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝）にあるものは、前進クラッドモード結合損失が中心波長に重なることはなく、そのためサンプルドファイバグレーティングの反射波長帯域にも重ならない。したがって、前進クラッドモード結合損失の影響を排除することができ、反射波長帯域での重なりを防止できるので、損失を抑制できる。
また、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝は、中心波長と前進クラッドモード結合損失が重なる条件であるから、λに中心波長（２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ）を代入すると、図１における曲線上部の領域は、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝になる。
【００１１】
このサンプルドファイバグレーティングにおいては、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であることが好ましい。実効屈折率の差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であれば、実効屈折率の差が十分に大きくなるので、光ファイバの光感受性がより高くなり、高い反射率を得ることができる。
また、λＬＰＧ が１．４６μｍ〜１．５６μｍであり、サンプルドファイバグレーティングの実効屈折率差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上である場合、図１から、一般的なサンプルドファイバグレーティングの長周期のグレーティング周期４００μｍ〜１２００μｍで確実に前進クラッドモード結合損失の影響を排除することができる。なお、実効屈折率差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５未満、例えば、０．００３では、長周期のグレーティング周期が６００μｍのときに前進クラッドモード結合損失の影響を排除できるものの、長周期のグレーティング周期が４００μｍのときに前進クラッドモード結合損失の影響を排除できない。
【００１２】
ここで、実効屈折率の差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上のものは、サンプルドファイバグレーティングの作製に用いた光ファイバのコア部のＧｅＯ２ 濃度が約３．４６重量％以上のものである。このことは、ＧｅＯ２ 濃度約１重量％で比屈折率差Δが０．１％変化するという関係、比屈折率差Δ＝（ｎ２ ｃｏ−ｎ２ ｃｌ）／２ｎ２ ｃｏ の関係に（ｎｃｏ−ｎｃｌ）＝０．００５、ｎｃｏ＝１．４４５を代入して導き出される。
【００１３】
また、このサンプルドファイバグレーティングにおいては、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であることが好ましい。グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であれば、このサンプルドファイバグレーティングを容易に作製できるようになる。
以下に、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であれば、サンプルドファイバグレーティングを容易に作製できるようになる理由について説明する。
【００１４】
サンプルドファイバグレーティングの長周期の屈折率変化における屈折率上昇部の形成では、金属板に連続的なスリットが形成されたメタルマスクを使用し、このメタルマスクにレーザ光を照射しながらスキャンして連続的に形成させる方法、１つのスリットを使用し、このスリットとレーザ光を所定の位置に移動させてから照射するという工程を繰り返して１つずつ形成させる方法が採用される。ここで用いられるメタルマスクには、レーザ加工におけるビーム径や熱膨張の問題から、スリット幅２００μｍ以下のスリットを形成させることは難しい。また、連続的なスリットが形成されたメタルマスクでは、スリット間隔が２００μｍ以下になると、強度が低下して金属板が歪んで精度が低下する。さらに、スリット幅が狭いと、スリットを通過したレーザ光は回折してしまい、しかも、スリット間隔を短くすると、隣のスリットの回折光の影響を受けてしまうので、高精度に屈折率変化を形成させることは困難である。なお、この回折の影響は１つのスリットを用いた場合でも同様である。このようなことから、メタルマスクのスリット幅は広い方が好ましい。
スリット幅はグレーティング周期ΛＬＰＧ より短いので、スリット幅を広くするためには、グレーティング周期ΛＬＰＧ を長くすることが好ましい。そして、スリット幅の望ましい下限値２００μｍとスリット間隔の望ましい下限値１５０μｍとを合わせた値（３５０μｍ）がグレーティング周期の望ましい下限になる。以上のことから、グレーティング周期が３５０μｍ以上であれば、サンプルドファイバグレーティングの作製を容易にする。
【００１５】
さらに、このサンプルドファイバグレーティングの特に好ましい形態は、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上、かつ、長周期のファイバグレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上のものである。
【００１６】
以上説明したサンプルドファイバグレーティングは、光ファイバレーザ用のコムフィルタやバンドパスフィルタ、波長多重光通信システムにおける波長多重分散補償などに好適に組み込まれる。そして、このコムフィルタ、バンドパスフィルタ、波長多重分散補償は、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されたサンプルドファイバグレーティングが組み込まれているので、高精度であり、信頼性も高い。
【００１７】
【実施例】
（試験例１）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏが１．４４６程度であり、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．０１程度の光ファイバに、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が２００μｍ、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ が５３８ｎｍ程度になるように、波長２４０ｎｍ付近の紫外光をエキシマレーザによって照射した。このようにして、長周期の屈折率上昇部に短周期の屈折率変化を光ファイバの長手方向に周期的に形成させてサンプルドファイバグレーティングを作製した。その際、長周期の屈折率変化の形成においてはユニフォームの強度マスク、短周期の屈折率変化の形成においてはユニフォームの位相マスクを用い、これら強度マスクと位相マスクとを重ね合わせ、強度マスク側から紫外光を照射して屈折率変化を形成させた。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図２に示す。図２に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが４．１７ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られた。さらに、この櫛型透過スペクトルでは、各ピークの極大値が包絡線で結ばれた。これは、このサンプルドファイバグレーティングは、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たし、λＬＰＧ （λＬＰＧ ＝２０００ｎｍ）＞λＢ となっており、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されていたためである。
【００１８】
（試験例２）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００１５程度の光ファイバを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを得た。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図３に示す。図３に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが４．１７ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、この櫛型透過スペクトルでは、各ピークの極大値を包絡線で結ぶことができなかった。これは、このサンプルドファイバグレーティングは、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっていたためである。なお、図４にて斜線で示された部分１４が、図３の透過スペクトルの前進クラッドモード結合損失に基づく部分である。
【００１９】
（試験例３）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００３程度の光ファイバを用い、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が６００μｍになるようにし、短周期の屈折率変化の形成でマスクの中心周期が１０７５ｎｍ程度のチャープマスクを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図５に示す。図５に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが１．３９ｎｍであり、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たし、λＬＰＧ （λＬＰＧ ＝１８００ｎｍ）＞λＢ となっていたので、前進クラッドモード結合損失の影響が排除された櫛型透過スペクトルが得られた。
【００２０】
（試験例４）
長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が４００μｍになるようにしたこと以外は試験例３と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図６に示す。図６に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが２．０９ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっており、その帯域全体に過剰な損失が生じていた。
【００２１】
（試験例５）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００８程度の光ファイバを用い、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が１０００μｍになるようにし、短周期の屈折率変化の形成でマスクの中心周期が１０７５ｎｍ程度のチャープマスクを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図７に示す。図７に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが０．８３ｎｍであり、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしていたので、ピークの頂部が平坦で前進クラッドモード結合損失の影響が排除された櫛型透過スペクトルが得られた。
【００２２】
（試験例６）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００１５程度の光ファイバを用いたこと以外は試験例５と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図８に示す。図８に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが０．８３ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっており、各ピークの頂部は一定でなく斜めになっていた。したがって、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失が生じていた。なお、図９にて斜線で示された部分１５が、図８の透過スペクトルの前進クラッドモード結合損失に基づく部分である。したがって、中心波長における透過損失のうち８ｄＢは前進クラッドモード結合損失に基づくものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されているため、このサンプルドファイバグレーティングが設けられた光部品は、精度や信頼性が十分に高い上に、必要な特性の再現性に優れたグレーティングを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 長周期のグレーティング周期と、導波モードに対する実効屈折率と最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率との差との関係の一例を示すグラフである。
【図２】 試験例１のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図３】 試験例２のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図４】 図３の透過損失特性における前進クラッドモード結合損失を示す図である。
【図５】 試験例３のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図６】 試験例４のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図７】 試験例５のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図８】 試験例６のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図９】 図８の透過損失特性における前進クラッドモード結合損失を示す図である。
【図１０】 サンプルドファイバグレーティングにおける屈折率変化を示す図である。
【図１１】 サンプルドファイバグレーティングにおける反射スペクトルの一例を示す図である。
【図１２】 サンプルドファイバグレーティングにおける反射スペクトルの他の例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられるサンプルドファイバグレーティングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティングは、光ファイバの、ゲルマニウムをドープしたコア部に紫外線を照射し、屈折率を上昇させて、光ファイバのコア部の長手方向に周期的な屈折率変化を形成させた光ファイバ型の回折格子である。ファイバグレーティングの中でも、屈折率変化の周期の長さが１μｍ以下のものを短周期型ファイバグレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）といい、屈折率変化の周期の長さが数百μｍ程度のものを長周期型ファイバグレーティング（Ｌｏｎｇ Ｐｅｒｉｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＬＰＧ）といい、これら２つが主に普及している。
【０００３】
近年、短周期型ファイバグレーティングおよび長周期型ファイバグレーティングを組み合わせたような特性を有するサンプルドファイバグレーティング（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＳＦＧ）が提案されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
図１０に、サンプルドファイバグレーティングにおける屈折率分布を示す。このように、サンプルドファイバグレーティングの屈折率分布は、長周期の屈折率変化における上昇部１１に短周期の屈折率変化１２が光ファイバ長手方向に形成されている。このような屈折率分布を有するサンプルドファイバグレーティングは、図１１に示すように、各ピークの極大値が包絡線Ｅに接するような櫛型反射スペクトルを形成する多波長ファイバグレーティングになる。
【０００４】
なお、図１１に示すように、各ピークが鋭い櫛型反射スペクトルを有するものは、短周期で等間隔のマスク周期であるユニフォームマスクを用いて露光して作製したものである。また、図１２に示すように、ピークの頂部が平坦な櫛型反射スペクトルを有するものは、光ファイバ長手方向に対してマスク周期が徐々に大きくまたは小さくなっているチャープマスクを用いて露光して作製したものである。
また、図１１に示したサンプルドファイバグレーティングにおいて、その反射スペクトル帯域の中心波長λＢ は、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ と、光ファイバの導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏとの積で表される（λＢ ＝２ｎｃｏ×ΛＦＢＧ ）。また、中心の反射スペクトルとその両側の反射スペクトルとの間隔Δλは、Δλ＝λＢ ２／（２ｎｃｏ×ΛＬＰＧ）で表される（ΛＬＰＧ は、長周期のグレーティング周期）。そして、反射スペクトル帯域の中心波長λＢ や反射スペクトルの間隔Δλは、従来、要求される特性に応じて、短周期のグレーティング周期や長周期のグレーティング周期を調整して設定されていた。
【０００５】
【非特許文献１】
「ロングピリオディックスーパーストラクチャーブラッググレーティング イン オプティカルファイバズ（Ｌｏｎｇ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ）」，エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第３０巻，第１９号，１９９４年，ｐ．１６２０
【非特許文献２】
「ストロングサンプルドブラッググレーティングス フォー ＷＤＭアプリケーションズ（Ｓｔｒｏｎｇ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｏｒ ＷＤＭ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，フォトニクステクノロジーレターズ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第１０巻，第４号，１９９８年，ｐ．５５２
【非特許文献３】
「ノヴェルフラットマルチチャネルフィルタ ベイスト オン ストロングリィチャープトサンプルドファイバブラッググレーティング イン オプティカルファイバズ（Ｎｏｖｅｌ Ｆｌａｔ Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）」，フォトニクステクノロジーレターズ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ），第１２巻，第１１号，２０００年，ｐ．１５０１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のサンプルドファイバグレーティングでは、長周期の屈折率変化を形成した部分が長周期型ファイバグレーティング特有の前進クラッドモード結合損失を発生させることがあった。そして、この前進クラッドモード結合損失がサンプルドファイバグレーティングの櫛型反射波長帯域と重なった場合には、望ましくない損失を招くことがあった。その結果、サンプルドファイバグレーティングを波長分割多重光通信用部品などの光部品に応用する場合、精度や信頼性が不十分になることがある上に、必要な特性を再現性の良く得ることが困難になるという問題があった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、光部品の精度や信頼性を十分に高くできる上に、必要な特性を再現性よく得られるサンプルドファイバグレーティングを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、長周期の屈折率変化が形成された部分に短周期の屈折率変化がさらに形成されたサンプルドファイバグレーティングにおいて、長周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＬＰＧ と、短周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＦＢＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと、最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たすことを特徴とする。
本発明のサンプルドファイバグレーティングにおいては、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であることが好ましい。
または、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサンプルドファイバグレーティングについて説明する。
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、長周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＬＰＧ と、短周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＦＢＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと、最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしている。
ここで、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係は、以下のようにして導かれる。
【０００９】
前進クラッドモード結合損失波長λＬＰＧ は、グレーティング周期ΛＬＰＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）との積に等しい（λＬＰＧ ＝ΛＬＰＧ ×（ｎｃｏ−ｎｃｌ））。また、サンプルドファイバグレーティングにおける中心波長λＢ は、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ と、光ファイバの導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏとの積で表される（λＢ ＝２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ）。本発明は、前進クラッドモード結合損失波長λＬＰＧ が中心波長λＢ より大きくなるようにずらして、前進クラッドモード結合損失の影響を排除するものである。すなわち、λＬＰＧ ＞λＢ としたものであるから、λＬＰＧ およびλＢ に上記各式を代入すると、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係が導出される。
【００１０】
ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係についてさらに説明する。
図１に、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝のλに１．４６μｍあるいは１．５６μｍを代入したときの曲線を示す。ここで、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝は、中心波長が１．４６μｍあるいは１．５６μｍ付近にある場合において、最も低次のクラッドモードに対しての結合損失が発生する境界条件であり、この曲線から下の領域の条件にあるものでは高次のクラッドモードに対しての結合損失が複数発生する。したがって、この曲線から下の領域の条件にあるものでは、前進クラッドモード結合損失が反射波長帯域に重なる可能性が非常に大きくなる。
一方、中心波長と前進クラッドモード結合損失が重なる条件である曲線から上の領域の条件（ΛＬＰＧ ＞｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝）にあるものは、前進クラッドモード結合損失が中心波長に重なることはなく、そのためサンプルドファイバグレーティングの反射波長帯域にも重ならない。したがって、前進クラッドモード結合損失の影響を排除することができ、反射波長帯域での重なりを防止できるので、損失を抑制できる。
また、ΛＬＰＧ ＝｛λ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝は、中心波長と前進クラッドモード結合損失が重なる条件であるから、λに中心波長（２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ）を代入すると、図１における曲線上部の領域は、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝になる。
【００１１】
このサンプルドファイバグレーティングにおいては、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であることが好ましい。実効屈折率の差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であれば、実効屈折率の差が十分に大きくなるので、光ファイバの光感受性がより高くなり、高い反射率を得ることができる。
また、λＬＰＧ が１．４６μｍ〜１．５６μｍであり、サンプルドファイバグレーティングの実効屈折率差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上である場合、図１から、一般的なサンプルドファイバグレーティングの長周期のグレーティング周期４００μｍ〜１２００μｍで確実に前進クラッドモード結合損失の影響を排除することができる。なお、実効屈折率差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５未満、例えば、０．００３では、長周期のグレーティング周期が６００μｍのときに前進クラッドモード結合損失の影響を排除できるものの、長周期のグレーティング周期が４００μｍのときに前進クラッドモード結合損失の影響を排除できない。
【００１２】
ここで、実効屈折率の差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上のものは、サンプルドファイバグレーティングの作製に用いた光ファイバのコア部のＧｅＯ２ 濃度が約３．４６重量％以上のものである。このことは、ＧｅＯ２ 濃度約１重量％で比屈折率差Δが０．１％変化するという関係、比屈折率差Δ＝（ｎ２ ｃｏ−ｎ２ ｃｌ）／２ｎ２ ｃｏ の関係に（ｎｃｏ−ｎｃｌ）＝０．００５、ｎｃｏ＝１．４４５を代入して導き出される。
【００１３】
また、このサンプルドファイバグレーティングにおいては、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であることが好ましい。グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であれば、このサンプルドファイバグレーティングを容易に作製できるようになる。
以下に、グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であれば、サンプルドファイバグレーティングを容易に作製できるようになる理由について説明する。
【００１４】
サンプルドファイバグレーティングの長周期の屈折率変化における屈折率上昇部の形成では、金属板に連続的なスリットが形成されたメタルマスクを使用し、このメタルマスクにレーザ光を照射しながらスキャンして連続的に形成させる方法、１つのスリットを使用し、このスリットとレーザ光を所定の位置に移動させてから照射するという工程を繰り返して１つずつ形成させる方法が採用される。ここで用いられるメタルマスクには、レーザ加工におけるビーム径や熱膨張の問題から、スリット幅２００μｍ以下のスリットを形成させることは難しい。また、連続的なスリットが形成されたメタルマスクでは、スリット間隔が２００μｍ以下になると、強度が低下して金属板が歪んで精度が低下する。さらに、スリット幅が狭いと、スリットを通過したレーザ光は回折してしまい、しかも、スリット間隔を短くすると、隣のスリットの回折光の影響を受けてしまうので、高精度に屈折率変化を形成させることは困難である。なお、この回折の影響は１つのスリットを用いた場合でも同様である。このようなことから、メタルマスクのスリット幅は広い方が好ましい。
スリット幅はグレーティング周期ΛＬＰＧ より短いので、スリット幅を広くするためには、グレーティング周期ΛＬＰＧ を長くすることが好ましい。そして、スリット幅の望ましい下限値２００μｍとスリット間隔の望ましい下限値１５０μｍとを合わせた値（３５０μｍ）がグレーティング周期の望ましい下限になる。以上のことから、グレーティング周期が３５０μｍ以上であれば、サンプルドファイバグレーティングの作製を容易にする。
【００１５】
さらに、このサンプルドファイバグレーティングの特に好ましい形態は、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上、かつ、長周期のファイバグレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上のものである。
【００１６】
以上説明したサンプルドファイバグレーティングは、光ファイバレーザ用のコムフィルタやバンドパスフィルタ、波長多重光通信システムにおける波長多重分散補償などに好適に組み込まれる。そして、このコムフィルタ、バンドパスフィルタ、波長多重分散補償は、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されたサンプルドファイバグレーティングが組み込まれているので、高精度であり、信頼性も高い。
【００１７】
【実施例】
（試験例１）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏが１．４４６程度であり、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．０１程度の光ファイバに、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が２００μｍ、短周期のグレーティング周期ΛＦＢＧ が５３８ｎｍ程度になるように、波長２４０ｎｍ付近の紫外光をエキシマレーザによって照射した。このようにして、長周期の屈折率上昇部に短周期の屈折率変化を光ファイバの長手方向に周期的に形成させてサンプルドファイバグレーティングを作製した。その際、長周期の屈折率変化の形成においてはユニフォームの強度マスク、短周期の屈折率変化の形成においてはユニフォームの位相マスクを用い、これら強度マスクと位相マスクとを重ね合わせ、強度マスク側から紫外光を照射して屈折率変化を形成させた。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図２に示す。図２に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが４．１７ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られた。さらに、この櫛型透過スペクトルでは、各ピークの極大値が包絡線で結ばれた。これは、このサンプルドファイバグレーティングは、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たし、λＬＰＧ （λＬＰＧ ＝２０００ｎｍ）＞λＢ となっており、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されていたためである。
【００１８】
（試験例２）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００１５程度の光ファイバを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを得た。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図３に示す。図３に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが４．１７ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、この櫛型透過スペクトルでは、各ピークの極大値を包絡線で結ぶことができなかった。これは、このサンプルドファイバグレーティングは、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっていたためである。なお、図４にて斜線で示された部分１４が、図３の透過スペクトルの前進クラッドモード結合損失に基づく部分である。
【００１９】
（試験例３）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００３程度の光ファイバを用い、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が６００μｍになるようにし、短周期の屈折率変化の形成でマスクの中心周期が１０７５ｎｍ程度のチャープマスクを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図５に示す。図５に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが１．３９ｎｍであり、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たし、λＬＰＧ （λＬＰＧ ＝１８００ｎｍ）＞λＢ となっていたので、前進クラッドモード結合損失の影響が排除された櫛型透過スペクトルが得られた。
【００２０】
（試験例４）
長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が４００μｍになるようにしたこと以外は試験例３と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図６に示す。図６に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが２．０９ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっており、その帯域全体に過剰な損失が生じていた。
【００２１】
（試験例５）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００８程度の光ファイバを用い、長周期のグレーティング周期ΛＬＰＧ が１０００μｍになるようにし、短周期の屈折率変化の形成でマスクの中心周期が１０７５ｎｍ程度のチャープマスクを用いたこと以外は試験例１と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図７に示す。図７に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが０．８３ｎｍであり、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしていたので、ピークの頂部が平坦で前進クラッドモード結合損失の影響が排除された櫛型透過スペクトルが得られた。
【００２２】
（試験例６）
導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００１５程度の光ファイバを用いたこと以外は試験例５と同様にしてサンプルドファイバグレーティングを作製した。
このような条件によって作製したサンプルドファイバグレーティングの透過損失特性を図８に示す。図８に示すように、このサンプルドファイバグレーティングでは、中心波長λＢ が約１５５０ｎｍでスペクトル間隔Δλが０．８３ｎｍの櫛型透過スペクトルが得られたが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たしておらず、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失帯域が重なっており、各ピークの頂部は一定でなく斜めになっていた。したがって、透過スペクトル帯域に前進クラッドモード結合損失が生じていた。なお、図９にて斜線で示された部分１５が、図８の透過スペクトルの前進クラッドモード結合損失に基づく部分である。したがって、中心波長における透過損失のうち８ｄＢは前進クラッドモード結合損失に基づくものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のサンプルドファイバグレーティングは、前進クラッドモード結合損失の影響が排除されているため、このサンプルドファイバグレーティングが設けられた光部品は、精度や信頼性が十分に高い上に、必要な特性の再現性に優れたグレーティングを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 長周期のグレーティング周期と、導波モードに対する実効屈折率と最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率との差との関係の一例を示すグラフである。
【図２】 試験例１のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図３】 試験例２のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図４】 図３の透過損失特性における前進クラッドモード結合損失を示す図である。
【図５】 試験例３のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図６】 試験例４のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図７】 試験例５のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図８】 試験例６のサンプルドファイバグレーティングにおける透過損失特性を示す図である。
【図９】 図８の透過損失特性における前進クラッドモード結合損失を示す図である。
【図１０】 サンプルドファイバグレーティングにおける屈折率変化を示す図である。
【図１１】 サンプルドファイバグレーティングにおける反射スペクトルの一例を示す図である。
【図１２】 サンプルドファイバグレーティングにおける反射スペクトルの他の例を示す図である。
Claims (3)
- 長周期の屈折率変化が形成された部分に短周期の屈折率変化がさらに形成されたサンプルドファイバグレーティングにおいて、
長周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＬＰＧ と、短周期の屈折率変化であるグレーティング周期ΛＦＢＧ と、導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと、最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとが、ΛＬＰＧ ＞｛２ｎｃｏ・ΛＦＢＧ／（ｎｃｏ−ｎｃｌ）｝の関係を満たすことを特徴とするサンプルドファイバグレーティング。 - 導波モードに対する実効屈折率ｎｃｏと最も低次のクラッドモードに対する実効屈折率ｎｃｌとの差（ｎｃｏ−ｎｃｌ）が０．００５以上であることを特徴とする請求項１に記載のサンプルドファイバグレーティング。
- グレーティング周期ΛＬＰＧ が３５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のサンプルドファイバグレーティング。
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