JP4121906B2 - グレーティングの形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板や光ファイバ等の光導波路部品にグレーティングを形成する方法に関し、特に精度良く目的とする光学特性を有するグレーティングが形成できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に周期的な屈折率の変調構造が形成されたものであり、特定波長の光を反射したり、あるいはクラッドモードと結合させて選択的に損失させる特性を有する光部品である。このような光ファイバグレーティングは、紫外光の照射によってゲルマニウム添加石英ガラスの屈折率が上昇する現象を利用して製造することができる。
例えば、ゲルマニウム添加石英ガラスから構成された光ファイバに、周期的な光強度分布をもった紫外光を照射することによって、屈折率の周期的な変調構造（以下、グレーティングとも言う。）を形成でき、光ファイバグレーティングとすることができる。前記周期的な光強度分布をもった紫外光を照射する方法として、位相マスク法や２光束干渉法等が広く用いられている。
【０００３】
前記位相マスク法では、回折格子が形成された位相マスクを用い、この位相マスクに露光用の紫外光を透過させることによって、紫外光を回折光として位相マスクから出射させる。位相マスクから出射した回折光は、伝播経路の重なる領域で互いに干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞となる。
ゲルマニウム添加石英ガラスから構成された光ファイバのコアに前記干渉縞を照射すると、干渉縞の周期的な光強度分布に対応したグレーティングが形成される（特許文献１，２参照。）。
回折光のうち、＋１次回折光と−１次回折光が干渉すると、位相マスクの回折格子の周期間隔（以下、位相マスクピッチとも言う。）の１／２の長さを１周期とした光強度分布をもった干渉縞ができる。位相マスク法では、前記＋１次回折光と−１次回折光とが干渉することによってできた干渉縞を用いて、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有するグレーティングを形成する。
しかしながら、回折光には、＋１次回折光と−１次回折光以外に、２次回折光等の高次回折光も存在しており、得られる干渉縞の周期的な光強度分布は、前記位相マスクピッチの１／２の周期以外の周期成分をノイズとして含んだものとなってしまう。このため、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することが難しい。
【０００４】
また、光導波路部品のコアに干渉縞を照射する他の方法として、２光束干渉法が挙げられるが、この２光束干渉法では、露光用の紫外光を２方向に分岐し、この２分された紫外光を干渉させることにより干渉縞を照射する。
前記二光束干渉法では、２分された紫外光が位相の乱れを含むと、得られる干渉縞は、主となる周期成分以外に他の周期成分を含んだものとなってしまう。
このため、前記位相マスク法と同様に、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することが難しい。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２６６５６号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３７０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち干渉縞の光強度分布のうち、主となる周期成分以外の他の周期成分を低減し、精度良く目的とする光学特性を有するグレーティングを形成できるグレーティングの形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動することを特徴とするグレーティングの形成方法である。
請求項２に係る発明は、位相マスクを介して露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動した際に、１回目に照射された干渉縞と２回目に照射する干渉縞との位相のズレが位相マスクの回折格子の周期の０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞の照射位置を前記コアの長手方向に移動することを特徴とするグレーティングの形成方法である。
請求項３に係る発明は、前記１回目と２回目の干渉縞の照射位置を繰り返し往復動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形成方法である。
請求項４に係る発明は、２回目以降の干渉縞の照射位置を１回目の干渉縞の照射位置とは異なる位置に移動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形成方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、位相マスク法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。符号１は、位相マスクであり、この位相マスク１は、石英ガラス等の透光性の基板から構成され、その一方の主面１ａに回折格子（図示省略）が形成されたものである。位相マスク１に露光用光２が照射されると、回折格子にて露光用光２が回折し、回折光３となって位相マスク１から出射されるようになっている。
特に、回折格子は、０次回折光や２次以上の高次回折光の発生を抑えて、＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂの光強度が強く現れるように、寸法や形状等が調整されている。
前記位相マスク１の他方の主面１ｂの上方には、露光用光源（図示省略）が設けられており、位相マスク１の他方の主面１ｂに向かって露光用光２を照射できるようになっている。
【０００９】
光源から露光用光２を位相マスク１の他方の主面１ｂに照射すると、露光用光２は位相マスク１を透過し、位相マスク１に形成された回折格子にて回折され、主として＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂとして位相マスク１の一方の主面１ａから出射される。そして、＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂ等の回折光が伝播経路の重なった空間にて干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞４ができる。
ここで、＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂとが干渉すると、位相マスクピッチｄの１／２の長さを１周期とした光強度分布をもった干渉縞４ができる。
【００１０】
前記した干渉縞４を、光感受性をもった光導波路部品５のコアに照射すると、干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。
前記光感受性をもった光導波路部品５とは、光が照射されると屈折率が増加又は減少する性質をもったものである。例えば紫外光等の光が照射されるとコアの屈折率が上昇する性質（以下、光誘起屈折率変化とも言う。）をもったもの等が挙げられる。このような性質をもった光導波路部品５としては、酸化ゲルマニウム等が添加された石英ガラスから構成された光ファイバや、酸化ゲルマニウム等が添加された石英ガラス基板にコアが形成された基板型光導波路部品等が挙げられる。
また、露光用光２としては、前記コアの屈折率を効率良く変化させることができる波長の光が適用できる。前記したように紫外光等の光に対して光誘起屈折率変化が得られる光導波路部品５を用いる場合、露光用光２としては、２５０ｎｍ帯の紫外線レーザ等が挙げられる。
【００１１】
本実施形態では、光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成する。特に、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動して光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する。
図２は、干渉縞４が照射された状態の光導波路部品５の一例を示す概略図であり、（ａ）は１回目の干渉縞４が照射された状態であり、（ｂ）は位相マスク１が移動した後、２回目の干渉縞４が照射された状態である。
【００１２】
まず、図２(ａ)に示されたように、光源から露光用光２を位相マスク１に照射し、光導波路部品５のコアへの１回目の干渉縞４の照射を行う。１回目の干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。次に、前記露光用光２の照射を止め、１回目に照射された干渉縞４に対して、次の２回目に照射する干渉縞４の照射位置が、干渉縞４の周期の整数倍移動した位置にくるように位相マスク１又は光導波路部品５を移動する。
前述したように干渉縞４は主に＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂとが干渉してできるため、干渉縞４の光強度分布の周期は、位相マスクピッチｄの１／２の長さである。
また、干渉縞４は、位相マスク１の一方の主面１ａ側のうち、露光用光２の入射方向の延長線上にできる。このため位相マスク１又は光導波路部品５をコアの長手方向に移動させることによって、その移動距離分、干渉縞４の照射位置をコアの長手方向に移動させることができる。
【００１３】
次に、図２（ｂ）に示されたように、再び光源から露光用光２を位相マスク１に照射して、光導波路部品５のコアへの２回目の干渉縞４の照射を行う。これにより、２回目の干渉縞４の光強度分布に応じてコアに更にグレーティングを形成する。
以上により、光導波路部品５のコアには、１回目及び２回目に照射されたそれぞれの干渉縞４に応じてできたグレーティングを重ね合わせたものが形成されることになる。
【００１４】
図３は、光導波路部品５のコアに照射された干渉縞４の光強度分布の一例を示す図であり、（ａ）は１回目に照射された干渉縞４の光強度分布であり、（ｂ）は２回目に照射された干渉縞４の光強度分布であり、（ｃ）は１回目及び２回目に照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせたものである。
ここで、図３では、図２に示されたように１回目の干渉縞４の照射後、位相マスク１をコアの長手方向左側に、干渉縞４の光強度分布の周期の２倍の距離移動させた場合の結果を示している。また、各光強度は最大値に対する相対値として示している。
【００１５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）では、干渉縞４の光強度分布の波形に微小な凹凸がノイズとしてみられる。これは、高次回折光に起因した周期成分と、位相マスク１に形成された回折格子の成形誤差に起因したノイズ（以下、ホワイトノイズとも言う。）である。
回折光には＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂ以外に、高次回折光も存在しており、＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂと共に高次回折光も干渉するため、得られる干渉縞４には高次回折光に起因した周期成分が含まれ、前記したように光強度分布にノイズとして現れる。このため、１回目及び２回目の干渉縞４の照射によってできたそれぞれのグレーティングの屈折率変化には、干渉縞４の高次回折光に起因した周期成分に対応して微小な屈折率変化を不要成分として含んだものとなる。
【００１６】
これに対して、図３（ｃ）では干渉縞４の光強度分布の波形に微小な凹凸（ノイズ）がみられず、高次回折光に起因した周期成分とホワイトノイズがほとんど無いことが分かる。１回目に形成された干渉縞４に対して、２回目に形成する干渉縞４の形成位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動することによって、２回目に形成する干渉縞４には、１回目に形成された干渉縞４に含まれるノイズの一部とは符号が逆で強度の等しいノイズが含まれたものとなる。
これにより、１回目に形成された干渉縞４と２回目に形成された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせた場合、干渉縞４に含まれる高次回折光に起因した周期成分（ノイズ）の一部は相殺され、ノイズが低減された光強度分布となる。
【００１７】
前記したように１回目に形成された干渉縞４と２回目に形成された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせた際に相殺されて低減される周期成分は、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数で除した値以外の周期成分である。
本実施形態では、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期（位相マスクピッチｄの１／２の長さ）の整数（Ｎ）倍移動することによって、１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））以外の周期成分を低減できる。このため、干渉縞４の周期成分（ｄ／２）は低減されず残ることになる。
これにより、高次回折光に起因した周期成分のうち、（ｄ／２）×（Ｎ／（ｘ＋０．５））で表される周期成分以外の周期成分等を低減できる。
【００１８】
１回目に照射された干渉縞４によってできたグレーティングに、更に２回目の干渉縞４を照射すると、１回目の干渉縞４によってできたグレーティングに含まれる微小な屈折率変化のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））以外の周期成分に起因して形成された微小な屈折率変化は、２回目の干渉縞４によってできたグレーティングに含まれる微小な屈折率変化によって相殺されて無くなり、目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００１９】
ここで、形成されたグレーティングには、干渉縞４の高次回折光に起因した周期成分のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））の周期成分によってできた微小な屈折率変化が残留することになる。特に照射位置の移動距離（（ｄ／２）×Ｎ）の整数Ｎによって残留する周期成分が決定され、この残留する周期成分によって、形成されるグレーティングの光学特性が左右されることになる。
光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する工程を３回以上行う場合をもとに、２回目に照射する干渉縞の照射位置の移動距離と、形成されたグレーティングの光学特性との関係について以下に示す。
コアに干渉縞４を照射する工程を２回以上行い、照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布と、照射位置を固定して照射した干渉縞４の光強度分布との比（以下、干渉縞４のコントラストと言う。）は、以下の式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、式（１）中、ｋは干渉縞４の照射回数、Ｔｋはｋ回目の干渉縞４の露光時間、Ｔｔは総露光時間、ｎｋは１回目に照射された干渉縞４に対するｋ回目の干渉縞４の照射位置の移動距離（ただし、ｄ／２の比で示し、ｎ１＝０とする。）、ｄは位相マスクピッチ、ｐは干渉縞４の光強度分布の周期成分、ｊは虚数単位、ｍは干渉縞４の総照射回数、Ｃは干渉縞４のコントラストをそれぞれ示す。
また、露光用光２がパルス光のとき、干渉縞４のコントラストは以下の式（２）で表される。
【００２２】
【数２】
【００２３】
ここで、式（２）中、ｉは干渉縞４（又はパルス光）の照射回数、ｎｉは１回目に照射された干渉縞４に対するｉ回目の干渉縞４の照射位置の移動距離（ただし、ｄ／２の比で示し、ｎ１＝０とする。）、ｍは干渉縞４（又はパルス光）の総照射回数をそれぞれ示す。
【００２４】
干渉縞４の照射位置を複数回移動する方法としては、１回目と２回目の干渉縞４の照射位置を繰り返し往復動する方法や、２回目以降の干渉縞４の照射位置を１回目の干渉縞４の照射位置とは異なる位置に移動する方法等が挙げられる。
干渉縞４の照射位置を長手方向に往復動させるためには、位相マスク１又は光導波路部品５をコアの長手方向に往復動させる方法等が適用できる。
【００２５】
１回目と２回目の干渉縞４の照射位置を繰り返し往復動する場合を以下に例示する。
一例として、位相マスク１を、コアの長手方向に干渉縞４の周期（位相マスクピッチｄの１／２）の整数（Ｎ）倍（ｄ／２×Ｎ）の距離離れた２点間にて複数回往復動させ、この往復動の折り返し点で露光用光２をパルス照射して、コアの長手方向にｄ／２×Ｎの距離離れた２点に干渉縞４を繰り返し照射する場合を述べる。この場合、光導波路部品５に照射される干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｋが奇数のときｎｋ＝０、ｋが偶数のときｎｋ＝Ｎを代入して得られる。
【００２６】
図４は、前記したように干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されるグレーティングの周期成分と、干渉縞４の照射位置を固定して形成されるグレーティングの周期成分との比（以下、コントラストとも言う。）を、前記式（２）を用いてシミュレーションにより算出した結果を示す図である。ここで、図４は、グレーティング間隔が５６９．５ｎｍであり、１６５０ｎｍ帯の光を反射できるグレーティングを形成する場合について算出した結果である。
また、グレーティングの周期成分とは、グレーティングの屈折率分布をグレーティングによって反射される光の波長でフーリエ展開して得られる周期成分であり、グレーティングに光を伝搬させた際、グレーティングによって反射される光の波長に対応したグレーティングの屈折率変調の周期成分である。このため、グレーティングの周期成分が大きいほど、グレーティングの反射率が高いことになる。
例えば、コントラストが１であるとき、干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングの反射率が、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの反射率と同一であることになる。また、コントラストが１よりも小さいとき、干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングの反射率が、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの反射率よりも小さくなっていることになる。
【００２７】
図４に示されたように、干渉縞４の照射位置の移動距離（＝（ｄ／２）×Ｎ，Ｎ＝１〜９）に対応してコントラストが変化することが分かる。これは、以下のような理由によると考えられる。
前述したように、干渉縞４の照射位置を移動させて複数回干渉縞４を照射した場合、干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布には、照射位置の移動距離に対応した周期成分が残留しており、この残留した周期成分に起因して微小な屈折率変化が形成されることとなる。このため形成されるグレーティングには、干渉縞４の照射位置の移動距離に対応した微小な屈折率変化が含まれ、この微小な屈折率変化によってグレーティングの反射率が左右されることとなる。このため干渉縞４の照射位置の移動距離に対応してコントラストが変化すると考えられる。
本実施形態では、図４に示されたように、形成されるグレーティングのコントラストを予めシミュレーションにより算出し、その結果を元に目的とする波長帯の光が透過できるように、干渉縞４の照射位置の距離移動を決定することが好ましい。これにより、目的とする光学特性を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００２８】
次に、２回目以降の干渉縞４の照射位置を１回目の干渉縞４の照射位置とは異なる位置に移動する場合を以下に例示する。
一例として、２回目以降に照射する干渉縞４の照射位置を、コアの長手方向に干渉縞４の周期（ｄ／２）の距離ずつ、１回目に照射された干渉縞４から遠ざかる方向に１５回移動し、次に１回目に照射された干渉縞４の位置に移動する場合を述べる。この場合、照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｎｋ＝ｋ−１（ｋ＝１〜１５），ｎ１６＝０を代入して得られる。
【００２９】
図５は、前記したように１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目以降の干渉縞４の照射位置をコアの長手方向に次第に遠ざかるように移動して形成されるグレーティングの周期成分と、干渉縞４の照射位置を固定して形成されるグレーティングの周期成分との比（コントラスト）をシミュレーションにより算出した結果を示す図である。ここで、図５は、図４の場合と同様にグレーティング間隔が５６９．５ｎｍであり、１６５０ｎｍ帯の光を反射できるグレーティングを形成する場合について算出した結果である。
干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、高次回折光に起因した周期成分を大幅に低減することができ、１６５０ｎｍ帯以外の波長帯では、コントラストを０．２以下に抑えることができる。このため、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングに比べて、１６５０ｎｍ以外の波長帯の反射率を小さくすることができる。このように、干渉縞４の照射位置を２以上の異なる位置に移動することによって、特定の波長帯の光のみを反射するようなグレーティングを形成できる。
以上のように、干渉縞４の照射位置の移動距離によって、形成されたグレーティングの反射率等の光学特性が左右されることが分かる。
このため、干渉縞４の照射位置の移動距離や、移動回数を適宜決定することによって、干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、特定の高次回折光に起因した周期成分を低減することができ、所望の透過率等の光学特性を有するグレーティングが形成できる。
【００３０】
次に、干渉縞４の照射位置の移動精度について説明する。
１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動することが好ましいが、１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射する干渉縞４との位相のズレが位相マスクピッチｄの０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を移動しても、十分に実用レベルの光学特性を満たすグレーティングが形成できる。
この場合、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期（ｄ／２）の（Ｎ−０．２）〜（Ｎ＋０．２）倍の距離移動させることになる。
例えば１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射する干渉縞４との位相のズレが位相マスクピッチｄの０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を移動して、特定の波長の光を反射するグレーティングを形成した場合、特定の波長におけるコントラストが８１％以上であり、十分に実用レベルの光学特性を満たすグレーティングが形成できる。
【００３１】
ここで、１回目の干渉縞４と２回目の干渉縞４との位相のズレとは、１回目の干渉縞４のうち、特定の光強度が得られる地点を原点として定め、この原点から干渉縞４の１周期の距離の範囲において、２回目の干渉縞４のうち、前記原点として定めた地点での１回目の干渉縞４の光強度と同一の光強度が得られる地点と、前記原点との距離である。
例えば、１回目の干渉縞４のうち、最大の光強度が得られる地点のうちの１つを原点として定め、この原点から干渉縞４の１周期の距離の範囲において、２回目の干渉縞４の最大の光強度が得られる地点と原点との距離が、１回目の干渉縞４と２回目の干渉縞４との位相のズレとなる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、干渉縞４の照射方法として、位相マスク法以外に２光束干渉法等も適用できる。
図６は、２光束干渉法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。符号６は干渉縞照射機構であり、この干渉縞照射機構６は、ハーフミラー６１と全反射ミラー６２ａ，６２ｂから構成されている。ハーフミラー６１は、光源から出射された露光用光２の一部を透過し、また同時に光２の一部を反射して２方向に分離するものである。全反射ミラー６２ａ，６２ｂは、それぞれハーフミラー６１にて分離された光２の伝播経路に設けられ、分離された光２を反射して、分離された光２が重なるように光２の伝播経路を調整するものである。
【００３３】
光源から露光用光２を出射すると、光２はハーフミラー６１で分離され、更に全反射ミラー６２ａ，６２ｂで反射され、分離された光２が重なるように伝播経路が調整される。分離された光２が重なると干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞４が照射される。
前記した干渉縞４を、光感受性をもった光導波路部品５のコアに照射することによって、この干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。
【００３４】
前記２光束干渉法によってグレーティングを形成する場合、前記干渉縞照射機構６又は光導波路部品５をコアの長手方向に移動することによって、干渉縞４の照射位置を移動することができる。
位相マスク法を用いた場合と同様に、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動する。これにより目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００３５】
次に、本実施形態の具体例を以下に示す。
図１に示された装置を使用し、露光用光２として、波長が２４８ｎｍ、パルス周波数６０Ｈｚのレーザ光を用い、また、位相マスクピッチｄの中心周期が１１３９ｎｍの位相マスク１を用いて、グレーティング長が１．２ｃｍ、チャープ率が１．３５ｎｍ／ｍｍのグレーティングを光導波路部品５に形成した。
図７は、光源及び位相マスク１の移動位置及び露光用光２の光強度の経時変化を示す図である。光源と共に位相マスク１を、コアの長手方向に３９８６．５ｎｍ、すなわち位相マスクピッチｄの１／２の長さの７倍の距離を往復動させ、この往復動の折り返し点で露光用光２をパルス照射して、コアの長手方向に３９８６．５ｎｍ離れた２点に干渉縞４を繰り返し照射し、コアにグレーティングを形成した。この場合、照射される干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｋが奇数のときｎｋ＝０、ｋが偶数のときｎｋ＝７を代入して得られる。
【００３６】
図８及び図９は、形成されたグレーティングの光学特性を示し、図８（ａ）は１６５０ｎｍ帯での透過率であり、図８（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率であり、図９（ａ）は１５５０ｎｍ帯での透過率であり、図９（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率をそれぞれ示す。
図１０及び図１１は、従来例として光源及び位相マスク１を移動せず、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの光学特性を示し、図１０（ａ）は１６５０ｎｍ帯での透過率であり、図１０（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率であり、図１１（ａ）は１５５０ｎｍ帯での透過率であり、図１１（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率をそれぞれ示す。
従来の図１０及び図１１と比べて、図８及び図９に示された本実施形態の具体例は、１５５０ｎｍ帯の反射率が約２０ｄＢ低減され、かつ透過率が０．１〜０．２ｄＢ改善されていることが分かる。このように、１６５０ｎｍ帯の光の反射率が高い値であり、かつ１５５０ｎｍ帯の光の反射率が低減されたグレーティングが形成できた。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のグレーティングの形成方法によれば、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の整数倍移動することによって、高次回折光に起因した周期成分を低減でき、目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 位相マスク法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。
【図２】 図２は、干渉縞が照射された状態の光導波路部品の一例を示す概略図であり、（ａ）は１回目の干渉縞が照射された状態であり、（ｂ）は２回目の干渉縞が照射された状態である。
【図３】 光導波路部品のコアに照射された干渉縞の光強度分布の一例を示す図であり、（ａ）は１回目に照射された干渉縞の光強度分布であり、（ｂ）は２回目に照射された干渉縞の光強度分布であり、（ｃ）は１回目及び２回目に照射された干渉縞の光強度分布を重ね合わせたものである。
【図４】 干渉縞の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングのコントラストをシミュレーションにより算出した結果を示す図である。
【図５】 干渉縞の照射位置をコアの長手方向に次第に遠ざかるように移動して形成されたグレーティングのコントラストをシミュレーションにより算出した結果を示す図である。
【図６】 ２光束干渉法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。
【図７】 具体例の光源及び位相マスクの移動位置と露光用光の光強度の経時変化を示す図である。
【図８】 （ａ）は具体例で形成されたグレーティングの１６５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図９】 （ａ）は具体例で形成されたグレーティングの１５５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図１０】 （ａ）は従来の方法で形成されたグレーティングの１６５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図１１】 （ａ）は従来の方法で形成されたグレーティングの１５５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥位相マスク、２‥‥露光用光、３，３ａ，３ｂ‥‥回折光、４‥‥干渉縞、５‥‥光導波路部品
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板や光ファイバ等の光導波路部品にグレーティングを形成する方法に関し、特に精度良く目的とする光学特性を有するグレーティングが形成できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に周期的な屈折率の変調構造が形成されたものであり、特定波長の光を反射したり、あるいはクラッドモードと結合させて選択的に損失させる特性を有する光部品である。このような光ファイバグレーティングは、紫外光の照射によってゲルマニウム添加石英ガラスの屈折率が上昇する現象を利用して製造することができる。
例えば、ゲルマニウム添加石英ガラスから構成された光ファイバに、周期的な光強度分布をもった紫外光を照射することによって、屈折率の周期的な変調構造（以下、グレーティングとも言う。）を形成でき、光ファイバグレーティングとすることができる。前記周期的な光強度分布をもった紫外光を照射する方法として、位相マスク法や２光束干渉法等が広く用いられている。
【０００３】
前記位相マスク法では、回折格子が形成された位相マスクを用い、この位相マスクに露光用の紫外光を透過させることによって、紫外光を回折光として位相マスクから出射させる。位相マスクから出射した回折光は、伝播経路の重なる領域で互いに干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞となる。
ゲルマニウム添加石英ガラスから構成された光ファイバのコアに前記干渉縞を照射すると、干渉縞の周期的な光強度分布に対応したグレーティングが形成される（特許文献１，２参照。）。
回折光のうち、＋１次回折光と−１次回折光が干渉すると、位相マスクの回折格子の周期間隔（以下、位相マスクピッチとも言う。）の１／２の長さを１周期とした光強度分布をもった干渉縞ができる。位相マスク法では、前記＋１次回折光と−１次回折光とが干渉することによってできた干渉縞を用いて、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有するグレーティングを形成する。
しかしながら、回折光には、＋１次回折光と−１次回折光以外に、２次回折光等の高次回折光も存在しており、得られる干渉縞の周期的な光強度分布は、前記位相マスクピッチの１／２の周期以外の周期成分をノイズとして含んだものとなってしまう。このため、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することが難しい。
【０００４】
また、光導波路部品のコアに干渉縞を照射する他の方法として、２光束干渉法が挙げられるが、この２光束干渉法では、露光用の紫外光を２方向に分岐し、この２分された紫外光を干渉させることにより干渉縞を照射する。
前記二光束干渉法では、２分された紫外光が位相の乱れを含むと、得られる干渉縞は、主となる周期成分以外に他の周期成分を含んだものとなってしまう。
このため、前記位相マスク法と同様に、目的とする透過特性や反射特性等の光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することが難しい。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２６６５６号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３７０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち干渉縞の光強度分布のうち、主となる周期成分以外の他の周期成分を低減し、精度良く目的とする光学特性を有するグレーティングを形成できるグレーティングの形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動することを特徴とするグレーティングの形成方法である。
請求項２に係る発明は、位相マスクを介して露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動した際に、１回目に照射された干渉縞と２回目に照射する干渉縞との位相のズレが位相マスクの回折格子の周期の０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞の照射位置を前記コアの長手方向に移動することを特徴とするグレーティングの形成方法である。
請求項３に係る発明は、前記１回目と２回目の干渉縞の照射位置を繰り返し往復動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形成方法である。
請求項４に係る発明は、２回目以降の干渉縞の照射位置を１回目の干渉縞の照射位置とは異なる位置に移動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形成方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、位相マスク法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。符号１は、位相マスクであり、この位相マスク１は、石英ガラス等の透光性の基板から構成され、その一方の主面１ａに回折格子（図示省略）が形成されたものである。位相マスク１に露光用光２が照射されると、回折格子にて露光用光２が回折し、回折光３となって位相マスク１から出射されるようになっている。
特に、回折格子は、０次回折光や２次以上の高次回折光の発生を抑えて、＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂの光強度が強く現れるように、寸法や形状等が調整されている。
前記位相マスク１の他方の主面１ｂの上方には、露光用光源（図示省略）が設けられており、位相マスク１の他方の主面１ｂに向かって露光用光２を照射できるようになっている。
【０００９】
光源から露光用光２を位相マスク１の他方の主面１ｂに照射すると、露光用光２は位相マスク１を透過し、位相マスク１に形成された回折格子にて回折され、主として＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂとして位相マスク１の一方の主面１ａから出射される。そして、＋１次回折光３ａ及び−１次回折光３ｂ等の回折光が伝播経路の重なった空間にて干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞４ができる。
ここで、＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂとが干渉すると、位相マスクピッチｄの１／２の長さを１周期とした光強度分布をもった干渉縞４ができる。
【００１０】
前記した干渉縞４を、光感受性をもった光導波路部品５のコアに照射すると、干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。
前記光感受性をもった光導波路部品５とは、光が照射されると屈折率が増加又は減少する性質をもったものである。例えば紫外光等の光が照射されるとコアの屈折率が上昇する性質（以下、光誘起屈折率変化とも言う。）をもったもの等が挙げられる。このような性質をもった光導波路部品５としては、酸化ゲルマニウム等が添加された石英ガラスから構成された光ファイバや、酸化ゲルマニウム等が添加された石英ガラス基板にコアが形成された基板型光導波路部品等が挙げられる。
また、露光用光２としては、前記コアの屈折率を効率良く変化させることができる波長の光が適用できる。前記したように紫外光等の光に対して光誘起屈折率変化が得られる光導波路部品５を用いる場合、露光用光２としては、２５０ｎｍ帯の紫外線レーザ等が挙げられる。
【００１１】
本実施形態では、光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成する。特に、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動して光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する。
図２は、干渉縞４が照射された状態の光導波路部品５の一例を示す概略図であり、（ａ）は１回目の干渉縞４が照射された状態であり、（ｂ）は位相マスク１が移動した後、２回目の干渉縞４が照射された状態である。
【００１２】
まず、図２(ａ)に示されたように、光源から露光用光２を位相マスク１に照射し、光導波路部品５のコアへの１回目の干渉縞４の照射を行う。１回目の干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。次に、前記露光用光２の照射を止め、１回目に照射された干渉縞４に対して、次の２回目に照射する干渉縞４の照射位置が、干渉縞４の周期の整数倍移動した位置にくるように位相マスク１又は光導波路部品５を移動する。
前述したように干渉縞４は主に＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂとが干渉してできるため、干渉縞４の光強度分布の周期は、位相マスクピッチｄの１／２の長さである。
また、干渉縞４は、位相マスク１の一方の主面１ａ側のうち、露光用光２の入射方向の延長線上にできる。このため位相マスク１又は光導波路部品５をコアの長手方向に移動させることによって、その移動距離分、干渉縞４の照射位置をコアの長手方向に移動させることができる。
【００１３】
次に、図２（ｂ）に示されたように、再び光源から露光用光２を位相マスク１に照射して、光導波路部品５のコアへの２回目の干渉縞４の照射を行う。これにより、２回目の干渉縞４の光強度分布に応じてコアに更にグレーティングを形成する。
以上により、光導波路部品５のコアには、１回目及び２回目に照射されたそれぞれの干渉縞４に応じてできたグレーティングを重ね合わせたものが形成されることになる。
【００１４】
図３は、光導波路部品５のコアに照射された干渉縞４の光強度分布の一例を示す図であり、（ａ）は１回目に照射された干渉縞４の光強度分布であり、（ｂ）は２回目に照射された干渉縞４の光強度分布であり、（ｃ）は１回目及び２回目に照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせたものである。
ここで、図３では、図２に示されたように１回目の干渉縞４の照射後、位相マスク１をコアの長手方向左側に、干渉縞４の光強度分布の周期の２倍の距離移動させた場合の結果を示している。また、各光強度は最大値に対する相対値として示している。
【００１５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）では、干渉縞４の光強度分布の波形に微小な凹凸がノイズとしてみられる。これは、高次回折光に起因した周期成分と、位相マスク１に形成された回折格子の成形誤差に起因したノイズ（以下、ホワイトノイズとも言う。）である。
回折光には＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂ以外に、高次回折光も存在しており、＋１次回折光３ａと−１次回折光３ｂと共に高次回折光も干渉するため、得られる干渉縞４には高次回折光に起因した周期成分が含まれ、前記したように光強度分布にノイズとして現れる。このため、１回目及び２回目の干渉縞４の照射によってできたそれぞれのグレーティングの屈折率変化には、干渉縞４の高次回折光に起因した周期成分に対応して微小な屈折率変化を不要成分として含んだものとなる。
【００１６】
これに対して、図３（ｃ）では干渉縞４の光強度分布の波形に微小な凹凸（ノイズ）がみられず、高次回折光に起因した周期成分とホワイトノイズがほとんど無いことが分かる。１回目に形成された干渉縞４に対して、２回目に形成する干渉縞４の形成位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動することによって、２回目に形成する干渉縞４には、１回目に形成された干渉縞４に含まれるノイズの一部とは符号が逆で強度の等しいノイズが含まれたものとなる。
これにより、１回目に形成された干渉縞４と２回目に形成された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせた場合、干渉縞４に含まれる高次回折光に起因した周期成分（ノイズ）の一部は相殺され、ノイズが低減された光強度分布となる。
【００１７】
前記したように１回目に形成された干渉縞４と２回目に形成された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせた際に相殺されて低減される周期成分は、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数で除した値以外の周期成分である。
本実施形態では、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期（位相マスクピッチｄの１／２の長さ）の整数（Ｎ）倍移動することによって、１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））以外の周期成分を低減できる。このため、干渉縞４の周期成分（ｄ／２）は低減されず残ることになる。
これにより、高次回折光に起因した周期成分のうち、（ｄ／２）×（Ｎ／（ｘ＋０．５））で表される周期成分以外の周期成分等を低減できる。
【００１８】
１回目に照射された干渉縞４によってできたグレーティングに、更に２回目の干渉縞４を照射すると、１回目の干渉縞４によってできたグレーティングに含まれる微小な屈折率変化のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））以外の周期成分に起因して形成された微小な屈折率変化は、２回目の干渉縞４によってできたグレーティングに含まれる微小な屈折率変化によって相殺されて無くなり、目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００１９】
ここで、形成されたグレーティングには、干渉縞４の高次回折光に起因した周期成分のうち、干渉縞４の照射位置の移動距離を任意の整数（ｘ）で除した値（（ｄ／２）×（Ｎ／ｘ））の周期成分によってできた微小な屈折率変化が残留することになる。特に照射位置の移動距離（（ｄ／２）×Ｎ）の整数Ｎによって残留する周期成分が決定され、この残留する周期成分によって、形成されるグレーティングの光学特性が左右されることになる。
光導波路部品５のコアに干渉縞４を照射する工程を３回以上行う場合をもとに、２回目に照射する干渉縞の照射位置の移動距離と、形成されたグレーティングの光学特性との関係について以下に示す。
コアに干渉縞４を照射する工程を２回以上行い、照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布と、照射位置を固定して照射した干渉縞４の光強度分布との比（以下、干渉縞４のコントラストと言う。）は、以下の式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
ここで、式（１）中、ｋは干渉縞４の照射回数、Ｔｋはｋ回目の干渉縞４の露光時間、Ｔｔは総露光時間、ｎｋは１回目に照射された干渉縞４に対するｋ回目の干渉縞４の照射位置の移動距離（ただし、ｄ／２の比で示し、ｎ１＝０とする。）、ｄは位相マスクピッチ、ｐは干渉縞４の光強度分布の周期成分、ｊは虚数単位、ｍは干渉縞４の総照射回数、Ｃは干渉縞４のコントラストをそれぞれ示す。
また、露光用光２がパルス光のとき、干渉縞４のコントラストは以下の式（２）で表される。
【００２２】
【数２】
ここで、式（２）中、ｉは干渉縞４（又はパルス光）の照射回数、ｎｉは１回目に照射された干渉縞４に対するｉ回目の干渉縞４の照射位置の移動距離（ただし、ｄ／２の比で示し、ｎ１＝０とする。）、ｍは干渉縞４（又はパルス光）の総照射回数をそれぞれ示す。
【００２４】
干渉縞４の照射位置を複数回移動する方法としては、１回目と２回目の干渉縞４の照射位置を繰り返し往復動する方法や、２回目以降の干渉縞４の照射位置を１回目の干渉縞４の照射位置とは異なる位置に移動する方法等が挙げられる。
干渉縞４の照射位置を長手方向に往復動させるためには、位相マスク１又は光導波路部品５をコアの長手方向に往復動させる方法等が適用できる。
【００２５】
１回目と２回目の干渉縞４の照射位置を繰り返し往復動する場合を以下に例示する。
一例として、位相マスク１を、コアの長手方向に干渉縞４の周期（位相マスクピッチｄの１／２）の整数（Ｎ）倍（ｄ／２×Ｎ）の距離離れた２点間にて複数回往復動させ、この往復動の折り返し点で露光用光２をパルス照射して、コアの長手方向にｄ／２×Ｎの距離離れた２点に干渉縞４を繰り返し照射する場合を述べる。この場合、光導波路部品５に照射される干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｋが奇数のときｎｋ＝０、ｋが偶数のときｎｋ＝Ｎを代入して得られる。
【００２６】
図４は、前記したように干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されるグレーティングの周期成分と、干渉縞４の照射位置を固定して形成されるグレーティングの周期成分との比（以下、コントラストとも言う。）を、前記式（２）を用いてシミュレーションにより算出した結果を示す図である。ここで、図４は、グレーティング間隔が５６９．５ｎｍであり、１６５０ｎｍ帯の光を反射できるグレーティングを形成する場合について算出した結果である。
また、グレーティングの周期成分とは、グレーティングの屈折率分布をグレーティングによって反射される光の波長でフーリエ展開して得られる周期成分であり、グレーティングに光を伝搬させた際、グレーティングによって反射される光の波長に対応したグレーティングの屈折率変調の周期成分である。このため、グレーティングの周期成分が大きいほど、グレーティングの反射率が高いことになる。
例えば、コントラストが１であるとき、干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングの反射率が、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの反射率と同一であることになる。また、コントラストが１よりも小さいとき、干渉縞４の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングの反射率が、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの反射率よりも小さくなっていることになる。
【００２７】
図４に示されたように、干渉縞４の照射位置の移動距離（＝（ｄ／２）×Ｎ，Ｎ＝１〜９）に対応してコントラストが変化することが分かる。これは、以下のような理由によると考えられる。
前述したように、干渉縞４の照射位置を移動させて複数回干渉縞４を照射した場合、干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布には、照射位置の移動距離に対応した周期成分が残留しており、この残留した周期成分に起因して微小な屈折率変化が形成されることとなる。このため形成されるグレーティングには、干渉縞４の照射位置の移動距離に対応した微小な屈折率変化が含まれ、この微小な屈折率変化によってグレーティングの反射率が左右されることとなる。このため干渉縞４の照射位置の移動距離に対応してコントラストが変化すると考えられる。
本実施形態では、図４に示されたように、形成されるグレーティングのコントラストを予めシミュレーションにより算出し、その結果を元に目的とする波長帯の光が透過できるように、干渉縞４の照射位置の距離移動を決定することが好ましい。これにより、目的とする光学特性を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００２８】
次に、２回目以降の干渉縞４の照射位置を１回目の干渉縞４の照射位置とは異なる位置に移動する場合を以下に例示する。
一例として、２回目以降に照射する干渉縞４の照射位置を、コアの長手方向に干渉縞４の周期（ｄ／２）の距離ずつ、１回目に照射された干渉縞４から遠ざかる方向に１５回移動し、次に１回目に照射された干渉縞４の位置に移動する場合を述べる。この場合、照射された干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｎｋ＝ｋ−１（ｋ＝１〜１５），ｎ１６＝０を代入して得られる。
【００２９】
図５は、前記したように１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目以降の干渉縞４の照射位置をコアの長手方向に次第に遠ざかるように移動して形成されるグレーティングの周期成分と、干渉縞４の照射位置を固定して形成されるグレーティングの周期成分との比（コントラスト）をシミュレーションにより算出した結果を示す図である。ここで、図５は、図４の場合と同様にグレーティング間隔が５６９．５ｎｍであり、１６５０ｎｍ帯の光を反射できるグレーティングを形成する場合について算出した結果である。
干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、高次回折光に起因した周期成分を大幅に低減することができ、１６５０ｎｍ帯以外の波長帯では、コントラストを０．２以下に抑えることができる。このため、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングに比べて、１６５０ｎｍ以外の波長帯の反射率を小さくすることができる。このように、干渉縞４の照射位置を２以上の異なる位置に移動することによって、特定の波長帯の光のみを反射するようなグレーティングを形成できる。
以上のように、干渉縞４の照射位置の移動距離によって、形成されたグレーティングの反射率等の光学特性が左右されることが分かる。
このため、干渉縞４の照射位置の移動距離や、移動回数を適宜決定することによって、干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布のうち、特定の高次回折光に起因した周期成分を低減することができ、所望の透過率等の光学特性を有するグレーティングが形成できる。
【００３０】
次に、干渉縞４の照射位置の移動精度について説明する。
１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動することが好ましいが、１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射する干渉縞４との位相のズレが位相マスクピッチｄの０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を移動しても、十分に実用レベルの光学特性を満たすグレーティングが形成できる。
この場合、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期（ｄ／２）の（Ｎ−０．２）〜（Ｎ＋０．２）倍の距離移動させることになる。
例えば１回目に照射された干渉縞４と２回目に照射する干渉縞４との位相のズレが位相マスクピッチｄの０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を移動して、特定の波長の光を反射するグレーティングを形成した場合、特定の波長におけるコントラストが８１％以上であり、十分に実用レベルの光学特性を満たすグレーティングが形成できる。
【００３１】
ここで、１回目の干渉縞４と２回目の干渉縞４との位相のズレとは、１回目の干渉縞４のうち、特定の光強度が得られる地点を原点として定め、この原点から干渉縞４の１周期の距離の範囲において、２回目の干渉縞４のうち、前記原点として定めた地点での１回目の干渉縞４の光強度と同一の光強度が得られる地点と、前記原点との距離である。
例えば、１回目の干渉縞４のうち、最大の光強度が得られる地点のうちの１つを原点として定め、この原点から干渉縞４の１周期の距離の範囲において、２回目の干渉縞４の最大の光強度が得られる地点と原点との距離が、１回目の干渉縞４と２回目の干渉縞４との位相のズレとなる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、干渉縞４の照射方法として、位相マスク法以外に２光束干渉法等も適用できる。
図６は、２光束干渉法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。符号６は干渉縞照射機構であり、この干渉縞照射機構６は、ハーフミラー６１と全反射ミラー６２ａ，６２ｂから構成されている。ハーフミラー６１は、光源から出射された露光用光２の一部を透過し、また同時に光２の一部を反射して２方向に分離するものである。全反射ミラー６２ａ，６２ｂは、それぞれハーフミラー６１にて分離された光２の伝播経路に設けられ、分離された光２を反射して、分離された光２が重なるように光２の伝播経路を調整するものである。
【００３３】
光源から露光用光２を出射すると、光２はハーフミラー６１で分離され、更に全反射ミラー６２ａ，６２ｂで反射され、分離された光２が重なるように伝播経路が調整される。分離された光２が重なると干渉し合い、周期的な光強度分布をもった干渉縞４が照射される。
前記した干渉縞４を、光感受性をもった光導波路部品５のコアに照射することによって、この干渉縞４の光強度分布に応じてコアの屈折率が変化し、グレーティングが形成される。
【００３４】
前記２光束干渉法によってグレーティングを形成する場合、前記干渉縞照射機構６又は光導波路部品５をコアの長手方向に移動することによって、干渉縞４の照射位置を移動することができる。
位相マスク法を用いた場合と同様に、１回目に照射された干渉縞４に対して、２回目に照射する干渉縞４の照射位置を、干渉縞４の周期の整数倍移動する。これにより目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【００３５】
次に、本実施形態の具体例を以下に示す。
図１に示された装置を使用し、露光用光２として、波長が２４８ｎｍ、パルス周波数６０Ｈｚのレーザ光を用い、また、位相マスクピッチｄの中心周期が１１３９ｎｍの位相マスク１を用いて、グレーティング長が１．２ｃｍ、チャープ率が１．３５ｎｍ／ｍｍのグレーティングを光導波路部品５に形成した。
図７は、光源及び位相マスク１の移動位置及び露光用光２の光強度の経時変化を示す図である。光源と共に位相マスク１を、コアの長手方向に３９８６．５ｎｍ、すなわち位相マスクピッチｄの１／２の長さの７倍の距離を往復動させ、この往復動の折り返し点で露光用光２をパルス照射して、コアの長手方向に３９８６．５ｎｍ離れた２点に干渉縞４を繰り返し照射し、コアにグレーティングを形成した。この場合、照射される干渉縞４の光強度分布を重ね合わせて得られる光強度分布は、前記式（２）において、ｋが奇数のときｎｋ＝０、ｋが偶数のときｎｋ＝７を代入して得られる。
【００３６】
図８及び図９は、形成されたグレーティングの光学特性を示し、図８（ａ）は１６５０ｎｍ帯での透過率であり、図８（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率であり、図９（ａ）は１５５０ｎｍ帯での透過率であり、図９（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率をそれぞれ示す。
図１０及び図１１は、従来例として光源及び位相マスク１を移動せず、干渉縞４の照射位置を固定して形成されたグレーティングの光学特性を示し、図１０（ａ）は１６５０ｎｍ帯での透過率であり、図１０（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率であり、図１１（ａ）は１５５０ｎｍ帯での透過率であり、図１１（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率をそれぞれ示す。
従来の図１０及び図１１と比べて、図８及び図９に示された本実施形態の具体例は、１５５０ｎｍ帯の反射率が約２０ｄＢ低減され、かつ透過率が０．１〜０．２ｄＢ改善されていることが分かる。このように、１６５０ｎｍ帯の光の反射率が高い値であり、かつ１５５０ｎｍ帯の光の反射率が低減されたグレーティングが形成できた。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のグレーティングの形成方法によれば、１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の整数倍移動することによって、高次回折光に起因した周期成分を低減でき、目的とする屈折率変化量、屈折率周期等を有するグレーティングを精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 位相マスク法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。
【図２】 図２は、干渉縞が照射された状態の光導波路部品の一例を示す概略図であり、（ａ）は１回目の干渉縞が照射された状態であり、（ｂ）は２回目の干渉縞が照射された状態である。
【図３】 光導波路部品のコアに照射された干渉縞の光強度分布の一例を示す図であり、（ａ）は１回目に照射された干渉縞の光強度分布であり、（ｂ）は２回目に照射された干渉縞の光強度分布であり、（ｃ）は１回目及び２回目に照射された干渉縞の光強度分布を重ね合わせたものである。
【図４】 干渉縞の照射位置を複数回往復動させて形成されたグレーティングのコントラストをシミュレーションにより算出した結果を示す図である。
【図５】 干渉縞の照射位置をコアの長手方向に次第に遠ざかるように移動して形成されたグレーティングのコントラストをシミュレーションにより算出した結果を示す図である。
【図６】 ２光束干渉法を用いたグレーティング形成用装置の要部の一例を示す概略図である。
【図７】 具体例の光源及び位相マスクの移動位置と露光用光の光強度の経時変化を示す図である。
【図８】 （ａ）は具体例で形成されたグレーティングの１６５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図９】 （ａ）は具体例で形成されたグレーティングの１５５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図１０】 （ａ）は従来の方法で形成されたグレーティングの１６５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１６５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【図１１】 （ａ）は従来の方法で形成されたグレーティングの１５５０ｎｍ帯での透過率であり、（ｂ）は１５５０ｎｍ帯での反射率を示す図である。
【符号の説明】
１‥‥位相マスク、２‥‥露光用光、３，３ａ，３ｂ‥‥回折光、４‥‥干渉縞、５‥‥光導波路部品
Claims (4)
- 露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、
１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動することを特徴とするグレーティングの形成方法。 - 位相マスクを介して露光用光を光導波路部品のコアに照射し、このコアに干渉縞を照射する工程を２回以上行い、コアにグレーティングを形成するグレーティングの形成方法であって、
１回目に照射された干渉縞に対して、２回目に照射する干渉縞の照射位置を、干渉縞の周期の１以上の整数倍移動した際に、
１回目に照射された干渉縞と２回目に照射する干渉縞との位相のズレが位相マスクの回折格子の周期の０．１倍以下となるように、２回目に照射する干渉縞の照射位置を前記コアの長手方向に移動することを特徴とするグレーティングの形成方法。 - 前記１回目と２回目の干渉縞の照射位置を繰り返し往復動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形成方法。
- ２回目以降の干渉縞の照射位置を１回目の干渉縞の照射位置とは異なる位置に移動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形成方法。
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