JP4190959B2 - 光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野や光ファイバセンサなどに用いられる光ファイバグレーテイングの製造方法および製造装置に関し、特に、所望の波長帯域幅を有する光ファイバグレーテイングを安定かつ安価に量産することができる光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーテイングは、一般に、水素浸漬処理を行った光ファイバに、干渉露光法、位相マスク法、強度マスク法、ステップバイステップ法などの公知の方法によって、光ファイバの側面より、光ファイバの長さ方向にそって所定の周期で紫外光を照射することにより作製される。
【０００３】
すなわち、光ファイバに紫外線を照射すると、ゲルマニウムＧｅを添加した石英ガラスのうち、露光された部分の屈折率が上昇するため、光ファイバの長さ方向に沿って屈折率が所定の周期で変動し、グレーテイング部が形成される。
【０００４】
この光ファイバグレーティングは、形成する屈折率変化の周期により、大きく二つに分けられる。一方は、長周期ファイバグレーテイングと呼ばれるもので、光ファイバ中を導波してきた導波モードを同方向に伝搬するクラッドモードに結合させるデバイスである。
【０００５】
他方は、短周期ファイバグレーテイング（ファイバブラッググレーティング）と呼ばれるもので、導波モードを逆方向に進行する導波モードに結合させるデバイスである。
【０００６】
マスク法により光ファイバグレーティング（以下、ＦＧという）を作製する場合、長周期ＦＧは強度マスクを、短周期ＦＧは位相マスクを使用する。この時、得られるＦＧの屈折率変化の周期は、使用するマスクの周期によって決定されるため、所望の周期のＦＧを作製するためには、これに対応した周期変化を有するマスクを用意する必要があった。特に、位相マスクは高価であるため、数多くの位相マスクを用意するには、多額の費用が必要であった。
【０００７】
この解決策として、特許文献１には、屈折率変化を生じさせる波長の光を光導波路の一部に照射して屈折率変化を形成した後に、一定周期のマスクを使ってＦＧを作製するという方法が「模式的」に記述されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−３１１２３８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に特許文献１に記載された方法で作製する場合、屈折率変化の形成中にその屈折率変化量を把握することができないため、サンプル毎にばらつきが大きく、実用上大きな問題となる。特に、屈折率の変化量が多く必要な場合には、ばらつきも大きくなってしまうといった問題があった。
【００１０】
ここで、図１７に、上述した特許文献１に示す方法で実際に作製した４本のＦＧの透過特性を示す。具体的には、予め、帯域が２ｎｍになる条件を出しておき、その後光ファイバの長手方向に紫外光の非干渉光の照射量を変えながら帯域が２ｎｍになるように照射した後、干渉光をユニフオームマスクに照射して露光し、ＦＧを作製した。
【００１１】
４本のそれぞれのＦＧは、光ファイバの位置と屈折率の変化量の関係が線形となるように、紫外線の照射量を光ファイバの長手方向に変えながら紫外線をＦＧ全体に照射した後、ユニフォームマスクを使って露光を行った。
【００１２】
その結果、この４本のサンプルでは、それぞれ波長帯域幅が例えば１．８〜２．４ｎｍと大きくばらつくことが確認された。すなわち、上述した製造方法では、３０％のばらつきが生じるので、安定した所望の特性を有するＦＧを作製することができなかった。即ち、歩留まりの悪化など、実用上の支障が発生するといった問題があった。
【００１３】
特に、必要な露光量が多い場合には、ばらつきも大きくなってしまう。図１７において、長波長側のばらつきが大きいこともこれを反映している。
【００１４】
さらに、一定周期のマスクを使って、数ｎｍ〜数十ｎｍの波長帯域幅の広いチャープトＦＧを作製する場合には、さらに多い露光量が必要となるため、ばらつきはこれ以上に大きくなってしまうといった問題があった。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、所望の波長帯域幅を有する光ファイバグレーティングを安定かつ安価に量産することができる光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填工程と、紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射工程と、紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光工程と、前記非干渉露光工程後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素工程とを有し、前記非干渉露光工程は、前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査工程と、前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査工程による走査を繰り返すように制御する制御工程とを有し、前記回折パターン照射工程は、前記非干渉露光工程後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射工程でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを要旨とする。
【００１７】
非干渉露光工程でファイバに当てる光は必ずしも、周期的な強度分布をもたない光でなくてもよく、光を走査することによって、時間的な積分値として強度分布が残らなければよい。
【００１８】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記回折パターン照射工程は、前記位相マスクとして、前記複数の凹溝が一定間隔で刻まれたユニフォームマスク、前記複数の凹溝の周期変化が線形な線形チャープマスク、前記複数の凹溝の周期変化が非線形な非線形チャープマスクの何れか１つを用いることを要旨とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記非干渉露光工程は、前記光源としてエキシマランプ、又は、レーザ光源を用いることを要旨とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御工程は、前記走査工程により走査される非干渉光の走査速度を光ファイバの長手方向の位置に応じて変化するように制御することを要旨とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填手段と、紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射手段と、紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光手段と、前記非干渉露光手段により紫外光を前記光ファイバに照射した後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素手段とを有し、前記非干渉露光手段は、前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査手段と、前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査手段による走査を繰り返すように制御する制御手段とを有し、回折パターン照射手段は、前記非干渉露光手段により屈折率変化が形成された後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射手段でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを要旨とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法を説明するための製造工程フローである。図１に示す製造工程フロー、図２〜図９に示す各工程の説明図を参照して、光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００２４】
（１）水素充填工程
図１に示す水素充填工程Ｐ１では、光ファイバをリール等に巻いて、高圧容器１１内に光ファイバを収納する。
【００２５】
高圧容器１１内には高圧水素（H2）１７を充填し、例えば１００気圧に加圧した状態で、温度を５５℃に保って、１週間放置して、水素を光ファイバ１３のクラッドを通過してコアに至るまで拡散させる。この目的としては、得られる屈折率変化量を短時間の露光で大きくすることができるからである。
【００２６】
（２）回折パターン照射工程
図３に示す回折パターン照射工程Ｐ２に用いる各部の構成を説明する。
【００２７】
光源２１はレーザダイオードＬＤであり、光源２１から出射されたコヒーレント紫外光がアイソレータ２３を介してサーキュレータ２５の端子Ｔ１に入射し、端子Ｔ２から光スイッチＳＷ１のコモン端子Ｃに入力される。
【００２８】
光スイッチＳＷ１，ＳＷ２は１回路５接点の光スイッチを有しており、光スイッチＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれのコモン端子Ｃ間には、ＦＧ部２７を形成すべき光ファイバ１３が接続されている。この時の光ファイバ１３の形状としては、数メートルに切断加工して中間部の被覆を除去し、被覆１５ａ，１５ｂを残したものである。ＦＧ部２７が形成されるべき部位の光路の上流側には位相マスク２９およびミラー３１が設けられており、レーザ光源３３から照射されたレーザ光がミラー３１で反射され、さらに位相マスク２９で回折されてＦＧ部２７に到達する。
【００２９】
また、サーキュレータ２５の端子Ｔ３には光スイッチＳＷ２の第４端子が接続されており、光スイッチＳＷ２のコモン端子Ｃはアイソレータ３５を介してＯＳＡ（スペクトラムアナライザ）３７に接続されている。
【００３０】
さらに、ミラー３１はミラー駆動部３９に固定されており、このミラー駆動部３９は光ファイバ１３の長手方向に対して自在に移動できるようにガイドライン４１上に取り付けられている。上述したレーザ光源３３から出射されたレーザ光はミラー３１で直交方向に反射され、位相マスク２９により回折されてＦＧ部２７に照射される。
【００３１】
制御部４３には、ミラー駆動部３９、シャッター、ＯＳＡ３７が接続されており、後述するフローチャートに従って制御が実行される。
【００３２】
図４に示す回折パターン照射工程Ｐ２の拡大図のように、上記工程Ｐ１を経た光ファイバ１３に干渉性を有する干渉性ＵＶレーザ光４５を照射してＦＧ部２７を形成する。そのレーザ光源３３としては、例えばエキシマレーザやアルゴンイオンレーザの第２高調波等が挙げられる。
【００３３】
ここでＦＧ部２７の具体的な形成方法の一例として、位相マスク２９を使用した短周期のＦＧ部２７の例を示す。
【００３４】
まず、水素充填済みの光ファイバ１３の所定位置に、複数の凹溝が一定間隔で刻まれた位相マスク２９を配置し、この位相マスク２９を介して干渉性ＵＶレーザ光４５を照射する。これにより光ファイバ１３のコア１３ａ内に干渉縞が生じ、その高輝度点で屈折率ΔＮbの上昇が生じる。このようにしてコア１３ａ内に一定周期からなるＦＧ部２７が形成される。
【００３５】
なお、ＦＧ部２７の形成方法としては、上記の位相マスク２９を使用する方法以外にも、強度変調マスクを使用する方法や、或いは１本ずつＵＶレーザ光をコア１３ａに照射してＦＧ部２７を形成する方法もある。
【００３６】
この結果、図５に示すような透過率−波長特性を有するＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。回折パターン照射工程Ｐ２を経た段階では、図５に示すような波長１５４９．５ｎｍ付近を中心にした極めて急峻な透過スペクトルを有しているＦＧ部２７が得られる。
【００３７】
図６に示すように、屈折率の交流変動を表すＡＣ成分はその照射時間により変化するので、マスク露光の際に光ファイバ１３上でミラー３１を移動させてビームをスキャンさせる場合には、そのスキャン速度を変化させることで、ＡＣ成分を長手方向に変化させることができる。
【００３８】
ミラー側を移動（走査）させる場合、ミラー３１の直後にスリットを設ける場合には、ミラー３１とスリットおよびミラー駆動部３９を一つのガイドライン４１上に乗せ、ミラー駆動部３９を光ファイバ１３の長手方向に移動させて走査する。
【００３９】
なお、光ファイバ１３を移動させる場合は、位相マスク２９と光ファイバ１３の相対位置が動かないように固定し、一体化させて移動させる必要がある。
【００４０】
上述したように、ＦＧ部２７は光ファイバ１３の屈折率を変化させることにより形成される。ここで、図６を参照して、本実施の形態において使用するＦＧ部図６において、ＡＣ成分（Δｎ（ＡＣ））はＦＧ部２７での屈折率の変調成分の半分の量であり、平均（Δｎ（平均））はＡＣ成分の半分の量までの変化量であり、ＤＣ成分（Δｎ（ＤＣ））は変調成分の下限の量である。
【００４１】
（３）非干渉露光工程
まず、図７に示す非干渉露光工程Ｐ３に用いる各部の構成は、図３に示す回折パターン照射工程Ｐ２に用いる構成から位相マスク２９を取り去ったことにあり、ミラー３１に反射したレーザ光を直接に光ファイバ１３のＦＧ部２７に照射することにある。
【００４２】
ここで、図８に示すフローチャートを参照して、非干渉露光工程Ｐ３における制御動作について説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ５では、レーザ光源３３と光源２１をＯＮにしておく。次にステップ７として、露光前の透過光の強度をリファレンスとして、ＯＳＡ３７にとりこむ。この時、光スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、図９に示す表のように、それぞれ透過モードに設定されている。
【００４４】
光源２１から出射されたＬＥＤ光は、サーキュレータ２５の端子Ｔ１から端子Ｔ２、光スイッチＳＷ１のコモン端子Ｃから端子１、光ファイバ１３に形成されたＦＧ部２７、光スイッチＳＷ２の端子１からコモン端子Ｃ、アイソレータ３５を伝搬してＯＳＡ３７に入力される。ＯＳＡ３７では、内部に設けられたフォトダイオードＰＤ（図示しない）により光電変換され、スペクトル解析された結果を表す波長−透過率特性信号が制御部４３に出力される。
【００４５】
次に、ステップＳ１０では、制御部４３は、シャッターをＯＰＥＮに制御してミラー３１に向かってレーザ光を照射する。同時に、ミラー駆動部３９に起動信号を与えて１回のスキャン動作を開始させる。この結果、ミラー駆動部３９はＦＧ部２７の紙面右端Ｐａから左端Ｐｂに向かって移動するので、レーザ光源３３から出射されたレーザ光が移動中のミラー３１に反射してＦＧ部２７の紙面右端Ｐａから左端Ｐｂに照射される。
【００４６】
次いで、ステップＳ２０では、制御部４３は、シャッターをＣＬＯＳＥ制御してレーザ光の照射を停止する。同時に、ミラー駆動部３９に初期位置停止信号を与える。この結果、ミラー駆動部３９は初期位置となるＦＧ部２７の紙面右端Ｐａまで戻って停止する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３０では、制御部４３は、透過光の強度をＯＳＡ３７で測定し、ＯＳＡ３７から、リファレンスとの差を信号として入力する。
【００４８】
次いで、ステップＳ４０では、制御部４３は、ＯＳＡ３７から入力した波長−透過率特性信号から信号レベルが例えば−３ｄＢ以下となる波長のうち最も短い最低波長min λ１を抽出する。
【００４９】
次いで、ステップＳ５０では、制御部４３は、ＯＳＡ３７から入力した波長−透過率特性信号から信号レベルが例えば−３ｄＢ以下となる波長のうち最も長い最高波長max λ２を抽出する。
【００５０】
次いで、ステップＳ６０では、制御部４３は、ステップＳ４０，Ｓ５０で抽出した最高波長max λ２から最低波長min λ１を引いた差を波長帯域の幅Δλとして求め、この波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍを越えたかどうかを判断する。この時、波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍに到達していない場合にはステップＳ１０に戻って上述した処理を繰り返す。
【００５１】
一方、ステップＳ６０において、波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍに到達した場合には処理を停止する。この結果、図１０に示すように、波長−透過率特性が−３ｄＢ以下であり波長帯域幅が２ｎｍのＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。
【００５２】
なお、図１０に示す波長−透過率特性グラフは３回の同様な実験を行った際の実験結果であり、どの実験でも波長帯域幅が２ｎｍのＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。
【００５３】
（４）脱水素工程
図１１に示す脱水素工程Ｐ４では、オーブン５１内に光ファイバ１３を収納し、高温加熱（例：温度１２０℃）した状態で、例えば１２時間放置することにより、光ファイバ１３中に拡散した水素５３あるいは重水素をオーブン５１内へ放出させることができる。
【００５４】
これにより、光ファイバ１３中の水素あるいは重水素の残留濃度は十分低減しているので、長時間保管しても特性の変化を殆ど生じない。
【００５５】
（実験例１）
本発明の第１の実施の形態を適用可能な実験例として、中心周期１０７１．０ｎｍのユニフォームマスクを使って、１００ｍｍ露光した場合を取り上げる。
【００５６】
まず、ユニフォームマスクを使って回折パターン照射工程を行う。次いで、非干渉露光工程として、光ファイバ１３の位置と屈折率変化量の関係が線形になるように、制御部４３は、スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００５７】
この場合、例えば５０回前後のスキャンで、波長が短波長側で＋０．５ｎｍ、長波長側で＋２．５ｎｍ変化するように、すなわち、波長帯域幅が２．０ｎｍになるように条件出しを行っている。これは、屈折率変化量にして、短波長側が４．７×１０-4、長波長側が２．３×１０-3で、ＦＧ部２７の両側での変調成分以外の屈折率変化量の差は１．９×１０-3である。
【００５８】
ＦＧ部２７の波長帯域λは、屈折率変化の周期Ａ、実効屈折率ｎを用いて、
【数１】
λ＝２ｎΛ （１）
と書き表すことができる。形成される屈折率変化の周期Λは、ユニフォームマスクの周期ｄの１／２、即ちΛ＝ｄ／２という関係があるので、ＦＧ部２７の波長帯域は、λ＝ｎｄとなる。
【００５９】
ここで、実効屈折率がΔｎだけ変化した場合を考えると、実効屈折変化量Δｎと波長帯域幅Δλは、
【数２】
Δｎ＝Δλ／ｄ （２）
という関係が成り立つ。
【００６０】
従って、波長変化が例えば０．５ｎｍの場合、
【数３】
Δｎ＝０．５ｎｍ／１０７１ｎｍ＝４．７×１０-4 （３）
となる。同様に、波長帯域幅が例えば２．５ｎｍの場合、Δｎ＝２．３×１０-3となり、屈折率変化量の差は、これらの差を取って１．９×１０-3となる。
【００６１】
また、
【数４】
Δ（Δｎ）＝Δ（Δλ）／ｄ＝２．０／１０７１＝１．９×１０-3 （４）
としても求められる。
【００６２】
ここで、図１０に、波長帯域幅が２．０ｎｍになるまでスキャンして露光することにより作製した３本の光ファイバ１３のＦＧ部２７の透過スペクトルを示す。
【００６３】
これは、ユニフォームマスクを使って露光した後に、照射量をＦＧ部２７の長手方向に変えながら波長帯域幅が２ｎｍになるまで紫外線を照射して作製した３本のＦＧ部の透過及び反射特性である。
【００６４】
各サンプルのスキャン回数は、実験の結果、５１回、４７回、４３回とばらつきがある。それぞれのスペクトルを見ると、各サンプルの波長帯域が重なり、安定して所望の特性が得られていることが確認できる。
【００６５】
但し、回折パターン照射工程では主にＡＣ成分が、非干渉露光工程では主にＤＣ成分が増大するが、非干渉露光工程においてもＡＣ成分が若干変化するため、最終的なＡＣ成分量を揃えたい場合、予め、回折パターン照射工程でのＡＣ成分量をファイバの長手方向に変えておく必要がある。
【００６６】
回折パターン照射工程において、スキャン露光する場合、そのスキャン速度を長手方向に変えることにより、ＡＣ成分を長手方向に変えておくことができる。
【００６７】
図１２に、ユニフォームマスクを使って、線形チャープＦＧを作製する時のファイバ上の位置と、屈折率変化周期の関係を示す。斜線で示す所望の周期との差が必要な屈折率変化、即ち露光量である。スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えることで、紫外線の照射量を変化させることができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００６９】
本実施の形態では、図３に示す位相マスク２９に代わって、図１３に示すように、現在所有している中心周期１０７２．０ｎｍ、チャープ率０．０１４ｎｍ／ｍｍのチャープマスクを用いて、光ファイバ１３の長手方向に１００ｍｍだけ露光した場合を例にして説明する。なお、図１３に示す斜線部分は露光量を示している。
【００７０】
図１４は、このチャープマスクを用いて作製したＦＧ部２７の透過スペクトルを示している。
【００７１】
このチャープマスクを使って作製したＦＧ部２７の透過及び反射特性は、図１４に示すように、中心波長が１５５１．１ｎｍとなり、波長帯域幅が、
【数５】
チヤープ率×長さ×実効屈折率（〜１．４５）≒〜２．０ｎｍ （５）
となる特性が得られる。
【００７２】
このチャープマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、非干渉露光工程として、光ファイバ１３上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係が線形となるように、スキャン速度ｖを光ファイバ１３の長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００７３】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、光ファイバの長手方向への５０回のスキャンで、波長が、短波長側で＋０．５ｎｍ、長波長側で＋２．５ｎｍ変化するように、即ち、波長帯域幅が２．０＋２．０＝４．０ｎｍになるように条件出しを行っている。
【００７４】
図１５に、波長帯域幅が４．０ｎｍになるまでスキャンして非干渉露光することにより作製したＦＧ部２７の透過スペクトルを示す。
【００７５】
このチャープマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、照射量をＦＧ部２７の長手方向に変えながら波長帯域幅が４ｎｍになるまで紫外線を照射して作成したので、このようなＦＧ部２７の透過特性を得ることができる。
【００７６】
但し、上述したように、非干渉露光工程においてもＡＣ成分が若干変化するため、図１４とは異なり、回折パターン照射工程でのＡＣ成分量を光ファイバ１３の長手方向に変えている。図１４と図１５とを比較すると、波長帯域の中心波長が約１．５ｎｍ長波長側にシフトし、波長帯域幅が２．０ｎｍから４．０ｎｍに変化していることが確認できる。また、波長帯域のばらつきも小さい。
【００７７】
このチャープマスクを用いて回折パターン照射工程のみを行って、ＦＧ部２７を作製する場合にもＤＣ成分は僅かに存在するが、この場合のＤＣ成分の量は非常に小さく、ＦＧ部の領域内におけるＤＣ成分量の差は大きくとも１０-5のオーダである。従って、非干渉露光工程を経て意図的にＤＣ成分を与えた場合とは明らかに異なる。
【００７８】
このように、回折パターン照射工程の後に、透過率−波長帯域幅の特性変化をモニターしながら所望の特性になるまで非干渉露光工程を行い、その際、ＤＣ成分量を調整することで、１つのマスクを使って、所望の特性を有するＦＧ部２７を容易にかつ安定して作製することができる。
【００７９】
さらに、モニターされる特性の変化を見ながら、非干渉露光工程におけるスキャン速度ｖの関数、位相マスク２９のスリット幅等を変更することにより、より精度の高いＦＧ部２７を製造することができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００８１】
図１６に示すユニフォームマスクを用いて、二次の波長分散補償に用いるＦＧ部２７など、周期の変化が一定ではない非線形なＦＧ部２７を作製する場合について説明する。なお、図１６に示す斜線部分は露光量を示している。
【００８２】
このユニフォームマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、非干渉露光工程として、光ファイバ１３上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係が所望の関係となるように、スキャン速度ｖを光ファイバ１３の長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００８３】
第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、光ファイバの長手方向への５０回のスキャンで、波長が、短波長側で０ｎｍ、中心波長で３ｎｍ、長波長側で０ｎｍ変化するように条件出しを行っている。
【００８４】
このように、スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えることで、紫外線の照射量を増大することができ、複数回スキャンさせてＦＧ部２７を作製するので、図１６に示すように、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を所望の円弧形状の非線形にすることができる。
【００８５】
上述した実施の形態によれば、特性のばらつきが小さく、所望の特性をもつ光ファイバグレーティングを安定して作製することができる。また、所有しているマスクの中で、所望の周期に近いマスクを用いることで、必要な屈折率変化量を抑えることができ、所望の特性をさらに安定して作製することができる。
【００８６】
二次分散補償に用いる光ファイバグレーティングなど、周期の変化が一定ではない非線形な光ファイバグレーティングを作製する際にも、非線形なチヤープ率をもつような特別なマスクを使う必要がなくなる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１又は５記載の本発明によれば、非干渉露光時に、光ファイバの長手方向の一部分に照射した紫外光を長手方向に走査し、光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、出射光のレベルと波長を測定し、測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで走査を繰り返すように制御することで、特性のばらつきが小さく、所望の特性をもつ光ファイバグレーティングを安定して作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法を説明するための製造工程フローである。
【図２】水素充填工程を説明するための図である。
【図３】回折パターン照射工程に用いる各部の構成を説明するための図である。
【図４】回折パターン照射工程を説明するための図である。
【図５】光ファイバ上に形成されたＦＧ部の透過率−波長特性を示すグラフである。
【図６】屈折率の交流変動及び直流成分を示すグラフである。
【図７】非干渉露光工程に用いる各部の構成を説明するための図である。
【図８】非干渉露光工程における制御動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】光スイッチＳＷ１，ＳＷ２により設定されるモードを示す表である。
【図１０】ユニフォームマスクを使ってチャープＦＧを作製する実験を３回行った結果、光ファイバ上に形成されたＦＧ部の透過率−波長特性を示すグラフである。
【図１１】脱水素工程を説明するための図である。
【図１２】ユニフォームマスクを用いて露光した場合に光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を線形にしたことを示すグラフである。
【図１３】チャープマスクを用いて露光した場合に、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を線形にしたことを示すグラフである。
【図１４】チャープマスクを用いて作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【図１５】波長帯域幅が４．０ｎｍになるまでスキャンして非干渉露光することにより作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【図１６】ユニフォームマスクを用いて露光した場合に、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を円弧形状の非線形にしたことを示すグラフである。
【図１７】従来の方法に従って作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１３…光ファイバ
２１…光源
２３…アイソレータ
２５…サーキュレータ
２７…ＦＧ部
２９…位相マスク
３１…ミラー
３３…エキシマランプ光
３３…レーザ光源
３５…アイソレータ
３７…ＯＳＡ
３９…ミラー駆動部
４１…ガイドライン
４３…制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野や光ファイバセンサなどに用いられる光ファイバグレーテイングの製造方法および製造装置に関し、特に、所望の波長帯域幅を有する光ファイバグレーテイングを安定かつ安価に量産することができる光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーテイングは、一般に、水素浸漬処理を行った光ファイバに、干渉露光法、位相マスク法、強度マスク法、ステップバイステップ法などの公知の方法によって、光ファイバの側面より、光ファイバの長さ方向にそって所定の周期で紫外光を照射することにより作製される。
【０００３】
すなわち、光ファイバに紫外線を照射すると、ゲルマニウムＧｅを添加した石英ガラスのうち、露光された部分の屈折率が上昇するため、光ファイバの長さ方向に沿って屈折率が所定の周期で変動し、グレーテイング部が形成される。
【０００４】
この光ファイバグレーティングは、形成する屈折率変化の周期により、大きく二つに分けられる。一方は、長周期ファイバグレーテイングと呼ばれるもので、光ファイバ中を導波してきた導波モードを同方向に伝搬するクラッドモードに結合させるデバイスである。
【０００５】
他方は、短周期ファイバグレーテイング（ファイバブラッググレーティング）と呼ばれるもので、導波モードを逆方向に進行する導波モードに結合させるデバイスである。
【０００６】
マスク法により光ファイバグレーティング（以下、ＦＧという）を作製する場合、長周期ＦＧは強度マスクを、短周期ＦＧは位相マスクを使用する。この時、得られるＦＧの屈折率変化の周期は、使用するマスクの周期によって決定されるため、所望の周期のＦＧを作製するためには、これに対応した周期変化を有するマスクを用意する必要があった。特に、位相マスクは高価であるため、数多くの位相マスクを用意するには、多額の費用が必要であった。
【０００７】
この解決策として、特許文献１には、屈折率変化を生じさせる波長の光を光導波路の一部に照射して屈折率変化を形成した後に、一定周期のマスクを使ってＦＧを作製するという方法が「模式的」に記述されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−３１１２３８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に特許文献１に記載された方法で作製する場合、屈折率変化の形成中にその屈折率変化量を把握することができないため、サンプル毎にばらつきが大きく、実用上大きな問題となる。特に、屈折率の変化量が多く必要な場合には、ばらつきも大きくなってしまうといった問題があった。
【００１０】
ここで、図１７に、上述した特許文献１に示す方法で実際に作製した４本のＦＧの透過特性を示す。具体的には、予め、帯域が２ｎｍになる条件を出しておき、その後光ファイバの長手方向に紫外光の非干渉光の照射量を変えながら帯域が２ｎｍになるように照射した後、干渉光をユニフオームマスクに照射して露光し、ＦＧを作製した。
【００１１】
４本のそれぞれのＦＧは、光ファイバの位置と屈折率の変化量の関係が線形となるように、紫外線の照射量を光ファイバの長手方向に変えながら紫外線をＦＧ全体に照射した後、ユニフォームマスクを使って露光を行った。
【００１２】
その結果、この４本のサンプルでは、それぞれ波長帯域幅が例えば１．８〜２．４ｎｍと大きくばらつくことが確認された。すなわち、上述した製造方法では、３０％のばらつきが生じるので、安定した所望の特性を有するＦＧを作製することができなかった。即ち、歩留まりの悪化など、実用上の支障が発生するといった問題があった。
【００１３】
特に、必要な露光量が多い場合には、ばらつきも大きくなってしまう。図１７において、長波長側のばらつきが大きいこともこれを反映している。
【００１４】
さらに、一定周期のマスクを使って、数ｎｍ〜数十ｎｍの波長帯域幅の広いチャープトＦＧを作製する場合には、さらに多い露光量が必要となるため、ばらつきはこれ以上に大きくなってしまうといった問題があった。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、所望の波長帯域幅を有する光ファイバグレーティングを安定かつ安価に量産することができる光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填工程と、紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射工程と、紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光工程と、前記非干渉露光工程後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素工程とを有し、前記非干渉露光工程は、前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査工程と、前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定工程と、前記測定工程により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査工程による走査を繰り返すように制御する制御工程とを有し、前記回折パターン照射工程は、前記非干渉露光工程後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射工程でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを要旨とする。
【００１７】
非干渉露光工程でファイバに当てる光は必ずしも、周期的な強度分布をもたない光でなくてもよく、光を走査することによって、時間的な積分値として強度分布が残らなければよい。
【００１８】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記回折パターン照射工程は、前記位相マスクとして、前記複数の凹溝が一定間隔で刻まれたユニフォームマスク、前記複数の凹溝の周期変化が線形な線形チャープマスク、前記複数の凹溝の周期変化が非線形な非線形チャープマスクの何れか１つを用いることを要旨とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記非干渉露光工程は、前記光源としてエキシマランプ、又は、レーザ光源を用いることを要旨とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御工程は、前記走査工程により走査される非干渉光の走査速度を光ファイバの長手方向の位置に応じて変化するように制御することを要旨とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填手段と、紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射手段と、紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光手段と、前記非干渉露光手段により紫外光を前記光ファイバに照射した後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素手段とを有し、前記非干渉露光手段は、前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査手段と、前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定手段と、前記測定手段により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査手段による走査を繰り返すように制御する制御手段とを有し、回折パターン照射手段は、前記非干渉露光手段により屈折率変化が形成された後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射手段でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを要旨とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法を説明するための製造工程フローである。図１に示す製造工程フロー、図２〜図９に示す各工程の説明図を参照して、光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００２４】
（１）水素充填工程
図１に示す水素充填工程Ｐ１では、光ファイバをリール等に巻いて、高圧容器１１内に光ファイバを収納する。
【００２５】
高圧容器１１内には高圧水素（H2）１７を充填し、例えば１００気圧に加圧した状態で、温度を５５℃に保って、１週間放置して、水素を光ファイバ１３のクラッドを通過してコアに至るまで拡散させる。この目的としては、得られる屈折率変化量を短時間の露光で大きくすることができるからである。
【００２６】
（２）回折パターン照射工程
図３に示す回折パターン照射工程Ｐ２に用いる各部の構成を説明する。
【００２７】
光源２１はレーザダイオードＬＤであり、光源２１から出射されたコヒーレント紫外光がアイソレータ２３を介してサーキュレータ２５の端子Ｔ１に入射し、端子Ｔ２から光スイッチＳＷ１のコモン端子Ｃに入力される。
【００２８】
光スイッチＳＷ１，ＳＷ２は１回路５接点の光スイッチを有しており、光スイッチＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれのコモン端子Ｃ間には、ＦＧ部２７を形成すべき光ファイバ１３が接続されている。この時の光ファイバ１３の形状としては、数メートルに切断加工して中間部の被覆を除去し、被覆１５ａ，１５ｂを残したものである。ＦＧ部２７が形成されるべき部位の光路の上流側には位相マスク２９およびミラー３１が設けられており、レーザ光源３３から照射されたレーザ光がミラー３１で反射され、さらに位相マスク２９で回折されてＦＧ部２７に到達する。
【００２９】
また、サーキュレータ２５の端子Ｔ３には光スイッチＳＷ２の第４端子が接続されており、光スイッチＳＷ２のコモン端子Ｃはアイソレータ３５を介してＯＳＡ（スペクトラムアナライザ）３７に接続されている。
【００３０】
さらに、ミラー３１はミラー駆動部３９に固定されており、このミラー駆動部３９は光ファイバ１３の長手方向に対して自在に移動できるようにガイドライン４１上に取り付けられている。上述したレーザ光源３３から出射されたレーザ光はミラー３１で直交方向に反射され、位相マスク２９により回折されてＦＧ部２７に照射される。
【００３１】
制御部４３には、ミラー駆動部３９、シャッター、ＯＳＡ３７が接続されており、後述するフローチャートに従って制御が実行される。
【００３２】
図４に示す回折パターン照射工程Ｐ２の拡大図のように、上記工程Ｐ１を経た光ファイバ１３に干渉性を有する干渉性ＵＶレーザ光４５を照射してＦＧ部２７を形成する。そのレーザ光源３３としては、例えばエキシマレーザやアルゴンイオンレーザの第２高調波等が挙げられる。
【００３３】
ここでＦＧ部２７の具体的な形成方法の一例として、位相マスク２９を使用した短周期のＦＧ部２７の例を示す。
【００３４】
まず、水素充填済みの光ファイバ１３の所定位置に、複数の凹溝が一定間隔で刻まれた位相マスク２９を配置し、この位相マスク２９を介して干渉性ＵＶレーザ光４５を照射する。これにより光ファイバ１３のコア１３ａ内に干渉縞が生じ、その高輝度点で屈折率ΔＮbの上昇が生じる。このようにしてコア１３ａ内に一定周期からなるＦＧ部２７が形成される。
【００３５】
なお、ＦＧ部２７の形成方法としては、上記の位相マスク２９を使用する方法以外にも、強度変調マスクを使用する方法や、或いは１本ずつＵＶレーザ光をコア１３ａに照射してＦＧ部２７を形成する方法もある。
【００３６】
この結果、図５に示すような透過率−波長特性を有するＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。回折パターン照射工程Ｐ２を経た段階では、図５に示すような波長１５４９．５ｎｍ付近を中心にした極めて急峻な透過スペクトルを有しているＦＧ部２７が得られる。
【００３７】
図６に示すように、屈折率の交流変動を表すＡＣ成分はその照射時間により変化するので、マスク露光の際に光ファイバ１３上でミラー３１を移動させてビームをスキャンさせる場合には、そのスキャン速度を変化させることで、ＡＣ成分を長手方向に変化させることができる。
【００３８】
ミラー側を移動（走査）させる場合、ミラー３１の直後にスリットを設ける場合には、ミラー３１とスリットおよびミラー駆動部３９を一つのガイドライン４１上に乗せ、ミラー駆動部３９を光ファイバ１３の長手方向に移動させて走査する。
【００３９】
なお、光ファイバ１３を移動させる場合は、位相マスク２９と光ファイバ１３の相対位置が動かないように固定し、一体化させて移動させる必要がある。
【００４０】
上述したように、ＦＧ部２７は光ファイバ１３の屈折率を変化させることにより形成される。ここで、図６を参照して、本実施の形態において使用するＦＧ部図６において、ＡＣ成分（Δｎ（ＡＣ））はＦＧ部２７での屈折率の変調成分の半分の量であり、平均（Δｎ（平均））はＡＣ成分の半分の量までの変化量であり、ＤＣ成分（Δｎ（ＤＣ））は変調成分の下限の量である。
【００４１】
（３）非干渉露光工程
まず、図７に示す非干渉露光工程Ｐ３に用いる各部の構成は、図３に示す回折パターン照射工程Ｐ２に用いる構成から位相マスク２９を取り去ったことにあり、ミラー３１に反射したレーザ光を直接に光ファイバ１３のＦＧ部２７に照射することにある。
【００４２】
ここで、図８に示すフローチャートを参照して、非干渉露光工程Ｐ３における制御動作について説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ５では、レーザ光源３３と光源２１をＯＮにしておく。次にステップ７として、露光前の透過光の強度をリファレンスとして、ＯＳＡ３７にとりこむ。この時、光スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、図９に示す表のように、それぞれ透過モードに設定されている。
【００４４】
光源２１から出射されたＬＥＤ光は、サーキュレータ２５の端子Ｔ１から端子Ｔ２、光スイッチＳＷ１のコモン端子Ｃから端子１、光ファイバ１３に形成されたＦＧ部２７、光スイッチＳＷ２の端子１からコモン端子Ｃ、アイソレータ３５を伝搬してＯＳＡ３７に入力される。ＯＳＡ３７では、内部に設けられたフォトダイオードＰＤ（図示しない）により光電変換され、スペクトル解析された結果を表す波長−透過率特性信号が制御部４３に出力される。
【００４５】
次に、ステップＳ１０では、制御部４３は、シャッターをＯＰＥＮに制御してミラー３１に向かってレーザ光を照射する。同時に、ミラー駆動部３９に起動信号を与えて１回のスキャン動作を開始させる。この結果、ミラー駆動部３９はＦＧ部２７の紙面右端Ｐａから左端Ｐｂに向かって移動するので、レーザ光源３３から出射されたレーザ光が移動中のミラー３１に反射してＦＧ部２７の紙面右端Ｐａから左端Ｐｂに照射される。
【００４６】
次いで、ステップＳ２０では、制御部４３は、シャッターをＣＬＯＳＥ制御してレーザ光の照射を停止する。同時に、ミラー駆動部３９に初期位置停止信号を与える。この結果、ミラー駆動部３９は初期位置となるＦＧ部２７の紙面右端Ｐａまで戻って停止する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３０では、制御部４３は、透過光の強度をＯＳＡ３７で測定し、ＯＳＡ３７から、リファレンスとの差を信号として入力する。
【００４８】
次いで、ステップＳ４０では、制御部４３は、ＯＳＡ３７から入力した波長−透過率特性信号から信号レベルが例えば−３ｄＢ以下となる波長のうち最も短い最低波長min λ１を抽出する。
【００４９】
次いで、ステップＳ５０では、制御部４３は、ＯＳＡ３７から入力した波長−透過率特性信号から信号レベルが例えば−３ｄＢ以下となる波長のうち最も長い最高波長max λ２を抽出する。
【００５０】
次いで、ステップＳ６０では、制御部４３は、ステップＳ４０，Ｓ５０で抽出した最高波長max λ２から最低波長min λ１を引いた差を波長帯域の幅Δλとして求め、この波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍを越えたかどうかを判断する。この時、波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍに到達していない場合にはステップＳ１０に戻って上述した処理を繰り返す。
【００５１】
一方、ステップＳ６０において、波長帯域幅Δλが目標とする例えば２ｎｍに到達した場合には処理を停止する。この結果、図１０に示すように、波長−透過率特性が−３ｄＢ以下であり波長帯域幅が２ｎｍのＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。
【００５２】
なお、図１０に示す波長−透過率特性グラフは３回の同様な実験を行った際の実験結果であり、どの実験でも波長帯域幅が２ｎｍのＦＧ部２７が光ファイバ１３上に形成される。
【００５３】
（４）脱水素工程
図１１に示す脱水素工程Ｐ４では、オーブン５１内に光ファイバ１３を収納し、高温加熱（例：温度１２０℃）した状態で、例えば１２時間放置することにより、光ファイバ１３中に拡散した水素５３あるいは重水素をオーブン５１内へ放出させることができる。
【００５４】
これにより、光ファイバ１３中の水素あるいは重水素の残留濃度は十分低減しているので、長時間保管しても特性の変化を殆ど生じない。
【００５５】
（実験例１）
本発明の第１の実施の形態を適用可能な実験例として、中心周期１０７１．０ｎｍのユニフォームマスクを使って、１００ｍｍ露光した場合を取り上げる。
【００５６】
まず、ユニフォームマスクを使って回折パターン照射工程を行う。次いで、非干渉露光工程として、光ファイバ１３の位置と屈折率変化量の関係が線形になるように、制御部４３は、スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００５７】
この場合、例えば５０回前後のスキャンで、波長が短波長側で＋０．５ｎｍ、長波長側で＋２．５ｎｍ変化するように、すなわち、波長帯域幅が２．０ｎｍになるように条件出しを行っている。これは、屈折率変化量にして、短波長側が４．７×１０-4、長波長側が２．３×１０-3で、ＦＧ部２７の両側での変調成分以外の屈折率変化量の差は１．９×１０-3である。
【００５８】
ＦＧ部２７の波長帯域λは、屈折率変化の周期Ａ、実効屈折率ｎを用いて、
【数１】
λ＝２ｎΛ （１）
と書き表すことができる。形成される屈折率変化の周期Λは、ユニフォームマスクの周期ｄの１／２、即ちΛ＝ｄ／２という関係があるので、ＦＧ部２７の波長帯域は、λ＝ｎｄとなる。
【００５９】
ここで、実効屈折率がΔｎだけ変化した場合を考えると、実効屈折変化量Δｎと波長帯域幅Δλは、
【数２】
Δｎ＝Δλ／ｄ （２）
という関係が成り立つ。
【００６０】
従って、波長変化が例えば０．５ｎｍの場合、
【数３】
Δｎ＝０．５ｎｍ／１０７１ｎｍ＝４．７×１０-4 （３）
となる。同様に、波長帯域幅が例えば２．５ｎｍの場合、Δｎ＝２．３×１０-3となり、屈折率変化量の差は、これらの差を取って１．９×１０-3となる。
【００６１】
また、
【数４】
Δ（Δｎ）＝Δ（Δλ）／ｄ＝２．０／１０７１＝１．９×１０-3 （４）
としても求められる。
【００６２】
ここで、図１０に、波長帯域幅が２．０ｎｍになるまでスキャンして露光することにより作製した３本の光ファイバ１３のＦＧ部２７の透過スペクトルを示す。
【００６３】
これは、ユニフォームマスクを使って露光した後に、照射量をＦＧ部２７の長手方向に変えながら波長帯域幅が２ｎｍになるまで紫外線を照射して作製した３本のＦＧ部の透過及び反射特性である。
【００６４】
各サンプルのスキャン回数は、実験の結果、５１回、４７回、４３回とばらつきがある。それぞれのスペクトルを見ると、各サンプルの波長帯域が重なり、安定して所望の特性が得られていることが確認できる。
【００６５】
但し、回折パターン照射工程では主にＡＣ成分が、非干渉露光工程では主にＤＣ成分が増大するが、非干渉露光工程においてもＡＣ成分が若干変化するため、最終的なＡＣ成分量を揃えたい場合、予め、回折パターン照射工程でのＡＣ成分量をファイバの長手方向に変えておく必要がある。
【００６６】
回折パターン照射工程において、スキャン露光する場合、そのスキャン速度を長手方向に変えることにより、ＡＣ成分を長手方向に変えておくことができる。
【００６７】
図１２に、ユニフォームマスクを使って、線形チャープＦＧを作製する時のファイバ上の位置と、屈折率変化周期の関係を示す。斜線で示す所望の周期との差が必要な屈折率変化、即ち露光量である。スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えることで、紫外線の照射量を変化させることができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００６９】
本実施の形態では、図３に示す位相マスク２９に代わって、図１３に示すように、現在所有している中心周期１０７２．０ｎｍ、チャープ率０．０１４ｎｍ／ｍｍのチャープマスクを用いて、光ファイバ１３の長手方向に１００ｍｍだけ露光した場合を例にして説明する。なお、図１３に示す斜線部分は露光量を示している。
【００７０】
図１４は、このチャープマスクを用いて作製したＦＧ部２７の透過スペクトルを示している。
【００７１】
このチャープマスクを使って作製したＦＧ部２７の透過及び反射特性は、図１４に示すように、中心波長が１５５１．１ｎｍとなり、波長帯域幅が、
【数５】
チヤープ率×長さ×実効屈折率（〜１．４５）≒〜２．０ｎｍ （５）
となる特性が得られる。
【００７２】
このチャープマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、非干渉露光工程として、光ファイバ１３上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係が線形となるように、スキャン速度ｖを光ファイバ１３の長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００７３】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、光ファイバの長手方向への５０回のスキャンで、波長が、短波長側で＋０．５ｎｍ、長波長側で＋２．５ｎｍ変化するように、即ち、波長帯域幅が２．０＋２．０＝４．０ｎｍになるように条件出しを行っている。
【００７４】
図１５に、波長帯域幅が４．０ｎｍになるまでスキャンして非干渉露光することにより作製したＦＧ部２７の透過スペクトルを示す。
【００７５】
このチャープマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、照射量をＦＧ部２７の長手方向に変えながら波長帯域幅が４ｎｍになるまで紫外線を照射して作成したので、このようなＦＧ部２７の透過特性を得ることができる。
【００７６】
但し、上述したように、非干渉露光工程においてもＡＣ成分が若干変化するため、図１４とは異なり、回折パターン照射工程でのＡＣ成分量を光ファイバ１３の長手方向に変えている。図１４と図１５とを比較すると、波長帯域の中心波長が約１．５ｎｍ長波長側にシフトし、波長帯域幅が２．０ｎｍから４．０ｎｍに変化していることが確認できる。また、波長帯域のばらつきも小さい。
【００７７】
このチャープマスクを用いて回折パターン照射工程のみを行って、ＦＧ部２７を作製する場合にもＤＣ成分は僅かに存在するが、この場合のＤＣ成分の量は非常に小さく、ＦＧ部の領域内におけるＤＣ成分量の差は大きくとも１０-5のオーダである。従って、非干渉露光工程を経て意図的にＤＣ成分を与えた場合とは明らかに異なる。
【００７８】
このように、回折パターン照射工程の後に、透過率−波長帯域幅の特性変化をモニターしながら所望の特性になるまで非干渉露光工程を行い、その際、ＤＣ成分量を調整することで、１つのマスクを使って、所望の特性を有するＦＧ部２７を容易にかつ安定して作製することができる。
【００７９】
さらに、モニターされる特性の変化を見ながら、非干渉露光工程におけるスキャン速度ｖの関数、位相マスク２９のスリット幅等を変更することにより、より精度の高いＦＧ部２７を製造することができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
【００８１】
図１６に示すユニフォームマスクを用いて、二次の波長分散補償に用いるＦＧ部２７など、周期の変化が一定ではない非線形なＦＧ部２７を作製する場合について説明する。なお、図１６に示す斜線部分は露光量を示している。
【００８２】
このユニフォームマスクを使って回折パターン照射工程を行った後に、非干渉露光工程として、光ファイバ１３上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係が所望の関係となるように、スキャン速度ｖを光ファイバ１３の長手方向ｘに変えながら紫外線を照射し、複数回スキャンさせることによりＦＧ部２７を作製する。
【００８３】
第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、光ファイバの長手方向への５０回のスキャンで、波長が、短波長側で０ｎｍ、中心波長で３ｎｍ、長波長側で０ｎｍ変化するように条件出しを行っている。
【００８４】
このように、スキャン速度ｖを光ファイバの長手方向ｘに変えることで、紫外線の照射量を増大することができ、複数回スキャンさせてＦＧ部２７を作製するので、図１６に示すように、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を所望の円弧形状の非線形にすることができる。
【００８５】
上述した実施の形態によれば、特性のばらつきが小さく、所望の特性をもつ光ファイバグレーティングを安定して作製することができる。また、所有しているマスクの中で、所望の周期に近いマスクを用いることで、必要な屈折率変化量を抑えることができ、所望の特性をさらに安定して作製することができる。
【００８６】
二次分散補償に用いる光ファイバグレーティングなど、周期の変化が一定ではない非線形な光ファイバグレーティングを作製する際にも、非線形なチヤープ率をもつような特別なマスクを使う必要がなくなる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１又は５記載の本発明によれば、非干渉露光時に、光ファイバの長手方向の一部分に照射した紫外光を長手方向に走査し、光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、出射光のレベルと波長を測定し、測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで走査を繰り返すように制御することで、特性のばらつきが小さく、所望の特性をもつ光ファイバグレーティングを安定して作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造方法を説明するための製造工程フローである。
【図２】水素充填工程を説明するための図である。
【図３】回折パターン照射工程に用いる各部の構成を説明するための図である。
【図４】回折パターン照射工程を説明するための図である。
【図５】光ファイバ上に形成されたＦＧ部の透過率−波長特性を示すグラフである。
【図６】屈折率の交流変動及び直流成分を示すグラフである。
【図７】非干渉露光工程に用いる各部の構成を説明するための図である。
【図８】非干渉露光工程における制御動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】光スイッチＳＷ１，ＳＷ２により設定されるモードを示す表である。
【図１０】ユニフォームマスクを使ってチャープＦＧを作製する実験を３回行った結果、光ファイバ上に形成されたＦＧ部の透過率−波長特性を示すグラフである。
【図１１】脱水素工程を説明するための図である。
【図１２】ユニフォームマスクを用いて露光した場合に光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を線形にしたことを示すグラフである。
【図１３】チャープマスクを用いて露光した場合に、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を線形にしたことを示すグラフである。
【図１４】チャープマスクを用いて作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【図１５】波長帯域幅が４．０ｎｍになるまでスキャンして非干渉露光することにより作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【図１６】ユニフォームマスクを用いて露光した場合に、光ファイバ上の位置ｘと屈折率ｎの変化量の関係を円弧形状の非線形にしたことを示すグラフである。
【図１７】従来の方法に従って作製したＦＧ部の透過スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１３…光ファイバ
２１…光源
２３…アイソレータ
２５…サーキュレータ
２７…ＦＧ部
２９…位相マスク
３１…ミラー
３３…エキシマランプ光
３３…レーザ光源
３５…アイソレータ
３７…ＯＳＡ
３９…ミラー駆動部
４１…ガイドライン
４３…制御部
Claims (5)
- 紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填工程と、
紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射工程と、
紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光工程と、
前記非干渉露光工程後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素工程とを有し、
前記非干渉露光工程は、
前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査工程と、
前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査工程による走査を繰り返すように制御する制御工程とを有し、
前記回折パターン照射工程は、前記非干渉露光工程後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射工程でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。 - 前記回折パターン照射工程は、
前記位相マスクとして、前記複数の凹溝が一定間隔で刻まれたユニフォームマスク、前記複数の凹溝の周期変化が線形な線形チャープマスク、前記複数の凹溝の周期変化が非線形な非線形チャープマスクの何れか１つを用いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバグレーティングの製造方法。 - 非干渉露光工程は、
前記光源としてエキシマランプ、又は、レーザ光源を用いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバグレーティングの製造方法。 - 前記制御工程は、
前記走査工程により走査される非干渉光の走査速度を光ファイバの長手方向の位置に応じて変化するように制御することを特徴とする請求項１記載の光ファイバグレーティングの製造方法。 - 紫外光に対して光感受性を有する添加物を添加したコアと該コアを覆うクラッドとを備える光ファイバに、水素又は重水素を拡散させる水素充填手段と、
紫外光域で単色発光する干渉性光源からの紫外光を、複数の凹溝を有する回折パターンが刻まれた位相マスクを介して前記光ファイバに照射し、照射した紫外光を前記光ファイバの長手方向に走査速度を変化させながら走査し、干渉縞の濃淡に応じた周期的に変動する屈折率を前記光ファイバに形成する回折パターン照射手段と、
紫外光を前記光ファイバに照射し、周期的ではない屈折率変化を前記光ファイバに形成する非干渉露光手段と、
前記非干渉露光手段により紫外光を前記光ファイバに照射した後、前記光ファイバを加熱して内部に拡散されている水素又は重水素を外部に放出させる脱水素手段とを有し、
前記非干渉露光手段は、
前記光ファイバの長手方向の一部分に照射した非干渉光を長手方向に走査する走査手段と、
前記光ファイバの一端から照射した光を他端から出射させ、該出射光のレベルと波長を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された出射光のレベルが所定のレベルよりも低くなる波長の帯域幅が所望の幅になるまで前記走査手段による走査を繰り返すように制御する制御手段とを有し、
前記回折パターン照射手段は、前記非干渉露光手段により屈折率変化が形成された後の前記光ファイバの屈折率変化のＡＣ成分量を揃えるために、前記回折パターン照射手段でのＡＣ成分量を前記光ファイバの長手方向に変化させることを特徴とする光ファイバグレーティングの製造装置。
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