JP4437951B2 - 光ファイバグレーティングの製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバなどの光伝送路による波長多重伝送にとって重要な光フィルタなどに用いられる光ファイバグレーティングの製造装置および製造方法に関する。

インターネットなどによる光通信の需要が急増している近年において、一本の光ファイバ中に多数の波長を載せる波長多重方式が採用されている。かかる波長多重方式には、各波長を分離するための光ファイバグレーティングなどを必要とする。光ファイバグレーティングは、コアに周期的に屈折率の高い領域と低い領域とを交互に形成したものであり、その周期に対応した特定の波長（ブラッグ波長）のみを反射し、必要な特定の波長を伝播させる導波路フィルタである。

光ファイバグレーティングを製造する方法として、細かいスリットが形成された位相格子を用いる位相格子法がある。かかる位相格子法は、レーザから位相格子に垂直に紫外光を照射し、位相格子を透過した紫外光の直進する０次光を抑え、±１次回折光による干渉稿を光ファイバ上に形成し、周期的に光ファイバの屈折率を変化させることを利用している（図６参照）。ところが実際には、±１次回折光による干渉稿以外にも、０次光、２次光、−２次光・・などによる干渉稿が光ファイバ上に形成される。この±１次光以外による干渉稿の影響を受けた光ファイバグレーティングは、必要な特定の波長の伝播を妨げ、結果として伝搬する波長の損失が生じる。

特許文献１には、かかる損失を低減するために、位相格子及び／又は光ファイバを移動させて、±１次光による干渉稿以外の干渉稿を減少させるために位相マスク法を用いて作製する光ファイバグレーティングが記載されている。

特開２００１−１８３５３５号公報（図１）

しかしながら、特許文献１により作製した光ファイバグレーティングでは、反射波長帯域以外の波長が反射してしまうおそれがあり、精度の良いグレーティングを形成することができない。これは、特許文献１の作製方法では、回折した紫外光の±１次以外の干渉稿を、完全に取り除くことができないことに起因していることを、本発明者は見いだした。

そこで、本発明の目的は、反射波長帯域以外の損失を低減できる精度のよいグレーティングを形成することができる光ファイバグレーティングの製造装置および製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、光ファイバに紫外光を照射する光照射機構と、紫外光を透過させる位置に配置され、透過する紫外光を回折する位相格子と、位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射するように位相格子と光ファイバとの間に対向配置された一対のミラーと、一対のミラーによって反射した紫外光の干渉稿が、光ファイバ上に存在するように前記ミラーと、位相格子と、光ファイバとの位置関係を調整する調整機構とを有している。

この構成によると、ミラー、位相格子、及び光ファイバの位置関係を調整することで、ミラーに反射した±１次回折光による干渉稿を光ファイバ上の最適な位置に調整することができる。これにより、反射波長帯域以外の波長が反射することがないため、精度のよいグレーティングを形成することができる。また、干渉稿の形成される位置にバラツキが生じる場合であっても、光ファイバ上に干渉稿を位置させることができ、目的に応じたグレーティングを作製することができる。

例えば、周期が変化するチャープグレーティングを作製する場合では、位相格子の格子ピッチが異なっているため、紫外光の干渉稿のできる位置が光ファイバの軸芯方向において、軸芯方向に垂直な方向にズレが生じるようになる。従って、光ファイバに干渉稿が位置するように調整することで精度の良いチャープグレーティングを作成することができる。

また、紫外光の光軸の中心と外周近傍とで光強度が異なる光照射機構を使用して、ユニフォームグレーティングを作製する場合では、光ファイバに干渉稿が位置するように調整し、一旦グレーティングをファイバ内に形成した後、光ファイバに形成された干渉稿の外周部にのみ紫外線が照射される位置に光ファイバを移動し、干渉稿全域の平均屈折率を均一にすることで精度の良いグレーティングを作製することができる。

本発明の調整機構が、光ファイバを移動させ、位相格子と光ファイバとの間隔を拡縮する光ファイバ移動機構を備えていることが好ましい。また、本発明の調整機構は、位相格子を移動させ、前記位相格子と前記光ファイバとの間隔を拡縮する位相格子移動機構を備えていてもよい。さらに、本発明の調整機構が、対向配置された一対のミラーの間隔を拡縮するミラー移動機構を備えていることが好ましい。この構成によれば、±１次回折光による干渉稿を容易に光ファイバ上に形成させることができる。

別の観点において、本発明は、光ファイバに紫外光を照射する光照射機構と、紫外光を透過させる位置に配置され、透過する紫外光を回折する位相格子と、位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射し、光ファイバ上に反射した紫外光による干渉稿を位置させ、かつ、干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が互いに等しくなるように、位相格子と前記光ファイバとの間に対向配置された一対のミラーと、光照射機構および前記一対のミラーの位置関係を保持したまま、光照射機構および一対のミラーを位相格子に沿って移動させる移動機構とを有している。

この構成によると、光ファイバ上に位置させる干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が等しくなるように配置された一対のミラーと、光照射機構とを、位置関係を保持したまま移動させることで、光ファイバ上に常に光路長の等しい±１次回折光の紫外光を照射できるため、精度の良いグレーティングを作製することができる。また、光照射機構を位相格子に沿って移動させることで、長いグレーティングを容易に作製することができる。さらに、±１次回折光の光路長を等しくすることで、コヒーレンス（可干渉性）が低い光源であっても、精度の良いグレーティングを作製することができる。

また、本発明の光照射機構が、エキシマレーザの場合、エキシマレーザから照射された紫外光の直進光だけを取出す不安定共振器を有していることが好ましい。これによれば、ピークパワーの高いエキシマレーザを用いることで、光ファイバグレーティングの生産性を向上させることができる。

さらに、別の観点において、本発明は、光ファイバに紫外光を照射するエキシマレーザと、エキシマレーザから照射された紫外光の直進光だけを取出す不安定共振器と、紫外光の進行方向に配置され、透過する紫外光を回折する位相格子と、位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射させ、光ファイバ上に紫外光による干渉稿を位置させるように位相格子と光ファイバとの間に対向配置された一対のミラーとを有している。

この構成によれば、ピークパワーの高いエキシマレーザを用いることで、光ファイバグレーティングの生産性を向上させることができる。また、ビームが拡散するエキシマレーザであっても、不安定共振器を用いることにより、直進光のみを取出すことができる。

本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、位相格子により直進する紫外光を回折し、回折された紫外光の±１次回折光のみを対向する一対のミラーに反射し、その反射した紫外光による干渉稿が光ファイバ上に位置するように、ミラーと、位相格子と、光ファイバとの位置関係を調節する。また、別の観点において、本発明の製造方法は、位相格子により光照射機構から照射された紫外光を回折し、回折された紫外光の±１次回折光のみを反射し、その反射した紫外光による干渉稿を光ファイバ上に位置し、且つ、干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が互いに等しくなるように対向する一対のミラーを調節し、光照射機構及びミラーを、互いの位置関係を保持したまま位相格子に沿って移動させる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。まず、光ファイバグレーティングについて説明する。図５に示すように、光ファイバ５は、細いガラス繊維状であり、光を伝搬するコア５ａと、コア５ａの外周に設けられ、光をコア５ａ内に閉じ込めるクラッド５ｂとを有している。クラッド５ｂよりもコア５ａの屈折率を高くする事で、屈折率の異なる境界面で生ずる全反射と呼ばれる光の性質により、光はクラッド５ｂの外に漏れることなくコア５ａ内を伝搬することができる。

上述の光ファイバ５に紫外光１０を照射すると、紫外光１０が照射されたコア５ａの領域５ｃの屈折率が高くなる現象が生じる。屈折率が高くなった領域５ｃを周期的に設ける（以下、領域５ｃの周期をグレーティングの周期と称す）ことにより、コア５ａを伝搬する、複数の波長が載った光の特定の波長（以下、ブラッグ波長という）が反射するようになっている。短周期グレーティングの場合、つまり、グレーティングの周期が光の波長と略同じ場合は、光が伝搬する方向と反対方向に反射する。また、長周期グレーティングの場合、つまり、グレーティングの周期が光の波長より長い場合は、コア５ａを伝搬する光とクラッド５ｂから外部に放出される光とのモード間の結合を生じさせ、モード結合条件を満たす光を光ファイバ外へ取り除く。尚、以下の説明において、領域５ｃが存在する光ファイバ５の領域をグレーティングセクションと称す。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバグレーティングの製造装置について説明する。図１に示すように、本発明の第１の形態に係る光ファイバグレーティングの製造装置１は、レーザ２（光照射機構）と、位相格子３と、ミラー４ａ・４ｂと、光ファイバ５とを備えている。位相格子３と光ファイバ５とが対向配置され、その間に対向配置された一対のミラー４ａ・４ｂが介設されている。さらに、位相格子３の光ファイバ５と反対方向に、レーザ２が配置されている。位相格子３と対向配置されている光ファイバ５は、移動手段（光ファイバ移動機構）を有しており、光ファイバ５の軸芯方向（以下、この方向を方向Ａと称す）に垂直な方向（以下、方向Ｂという）に移動可能となっている。

レーザ２は、位相格子３に紫外光１０を透過させるエキシマレーザである。エキシマレーザは、他のレーザ、例えばアルゴンレーザに比べると、ピークパワーが高いため、光ファイバグレーティングの生産性を向上させることができる。また、エキシマレーザは、ビームの広がり角が大きいため、レーザ２と位相格子３との間には不安定共振器２ａが介設されており、紫外光の広がりを抑えて直進する紫外光１０のみを取り出している。尚、不安定共振器２ａは、エキシマレーザ内に含まれていてもよい。

位相格子３は、透過する紫外光１０を回折する回折格子である。位相格子３は、石英ガラスを材料とし、方向Ａに延在する直方体の基板３ｂを有しており、光ファイバ５と対向する側の表面に複数の凸部３ａが方向Ａに沿って設けられている。このとき、各凸部３ａの間隔が方向Ａに沿って徐々に大きくなるように設けられている。つまり、本実施の形態は、光ファイバ５の長手方向にグレーティング周期が変化するチャープグレーティングを作製するものである。

また、位相格子３は、移動手段（位相格子移動機構）を有しており、方向Ｂに移動することができるようになっている。これにより、方向Ａにおいて、方向Ｂにずれる干渉稿の形成位置を光ファイバ５上に位置させることができる（後に詳述する）。

ミラー４ａ及びミラー４ｂは、位相格子３を透過し、回折した紫外光１０を反射するものである。ミラー４ａ・４ｂは、位相格子３により回折した紫外光１０の±１次回折光のみが反射するように、位相格子３と光ファイバ５との間に、対向配置されている。また、ミラー４ａ・４ｂの反射光による干渉稿が光ファイバ５へ形成される位置を調整するために、ミラー４ａ・４ｂ間の距離を変えることができる移動手段（ミラー移動機構）を有している。尚、干渉稿が光ファイバ５上に位置されるように、位相格子３、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５は移動手段を有しているが、少なくともいずれか一つが移動手段を有していれば良い。

ここで、上述した、方向Ａにおいて干渉稿が方向Ｂにずれるということについて説明する。位相格子３を透過する紫外光１０の回折角度は、位相格子３の凸部３ａの周期によって異なっている。ここで、回折角度とは、方向Ｂと±１次回折光との角度を言う。回折角度をθ、紫外光１０の波長をλ、位相格子３の凸部３ａの周期をΛとすると、周期Λはλ／（sinθ）で表すことができる。この式から分るように、周期Λが小さい場合、回折角度θは大きくなる。一方、凸部３ａの周期Λが大きい場合、回折角度θは小さくなる。

このため、方向Ａに沿って位相格子３の凸部３ａの周期が異なる本実施の形態では、方向Ａに沿って干渉稿の形成される位置が方向Ｂにずれるようになる。従って、位相格子３、ミラー４ａ・４ｂ及び光ファイバ５の少なくともいずれか一つを移動することにより、干渉稿を常に光ファイバ５上に位置させるようにすることができる。

次に、製造装置１の動作について説明する。レーザ２から紫外光１０を位相格子３に照射する。このとき、不安定共振器２ａにより、紫外光１０は直進光のみが取り出され、位相格子３に照射される。位相格子３を透過し、回折された±１次回折光のみがミラー４ａ・４ｂに反射する。そして、位相格子３、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５の少なくともいずれか一つを移動させ、ミラー４ａ・４ｂに反射した紫外光１０が形成する干渉稿のいずれか一つが光ファイバ５上に形成されるように調節する。

光ファイバ５上に位置させた干渉稿により、グレーティングが作製されると、別の干渉稿が光ファイバ５上に位置するように、再び位相格子３、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５の少なくともいずれか一つを移動させ調節する。以上の動作を繰り返すことにより、グレーティングセクション内の光ファイバ５の屈折率が均一になるようにチャープグレーティングを作製することができる。

以上、説明したように、本実施の形態では、位相格子３、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５の位置関係を調整することで、干渉稿を光ファイバ５上の最適な位置に調整することができる。これにより、干渉稿の形成される位置にバラツキが生じる場合であっても、光ファイバ５上に干渉稿を位置させることができ、目的に応じたグレーティングを作製することができる。

このため、位相格子３の凸部３ａの周期が異なるため、紫外光１０の干渉稿のできる位置が光ファイバ５の軸芯方向Ａにおいて、方向Ｂにズレが生じる本実施の形態の場合であっても、光ファイバ５に干渉稿が位置するように調整することで精度の良いチャープグレーティングを作成することができる。また、干渉稿が位置するように調整することで、セルフアポダイゼーションを回避することができる。

また、レーザ２に生産性の良いエキシマレーザを用いることにより、製造装置１の生産性が向上し、光ファイバグレーティングを安価に作製することができる。

尚、本実施の形態では、光源はエキシマレーザを用いているが、別の光源を用いても良い。また、位相格子３及び光ファイバ５は軸芯方向Ａと垂直な方向に移動可能なようにしているが、方向Ａに移動可能であってもよいし、レーザ２を方向Ａに沿って紫外光１０を照射しながら走査することができるものであってもよい。この場合、グレーティングセクションを長く形成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、位相格子の凸部の周期が長手方向に同じであり、使用するレーザが照射する紫外光１０は、中心部の光強度が強く、外周側に近づくにつれ光強度が弱くなる特性を有していると言う点で第１の実施の形態と相違している。以下、その相違点を中心に説明する。尚、第１の実施の形態と同じ部材について同符号を用い、説明は省略する。

レーザ２は、位相格子６に紫外光１０を透過させるエキシマレーザであり、中心部の光強度が強く、外周側に近づくにつれ光強度が弱くなる。また、位相格子６は、透過する紫外光１０を回折する回折格子である。位相格子６は、石英ガラスを材料とし、方向Ａに延在する直方体の基板６ｂを有しており、光ファイバ５と対向する側の表面に複数の凸部６ａが方向Ａに周期的に設けられている。各凸部６ａの間隔を調整することにより、光ファイバ５に形成するグレーティングの周期を調整することができる。つまり、本実施の形態は、光ファイバ５の長手方向にグレーティング周期が一定であるユニフォームグレーティングを作製するものである。

位相格子６は、移動手段（位相格子移動機構）を有しており、方向Ａに垂直な方向に移動することができるようになっている。これにより、干渉稿の形成位置を方向Ｂにずらし、光ファイバ５上に位置させることができる。尚、他の部材に関しては、第１の実施の形態と同じであるため、説明は省略する。

位相格子６の凸部６ａの周期が一定であるため、第１の実施の形態とは異なり、紫外光１０による干渉稿が方向Ｂにずれることはない。このため、初めに光ファイバ５上に干渉稿が形成されるように調整すればよく、光ファイバ５の屈折率も、図４（ａ）に示すように、どの位置においても同じ屈折率となる。尚、図４における破線は、平均屈折率を表している。

しかしながら、上述したように、本実施の形態で使用されるレーザ２は、図３（ａ）に示すように、中心部から外方向に向かって徐々に光強度が弱くなる。このため、形成される干渉稿も同様の特性を有するようになる。かかる干渉稿により形成されるグレーティングにおける位置と屈折率との関係は、図４（ｂ）に示すように、グレーティングの中央部の屈折率が大きく、両端に近づくにつれ小さくなる。

この場合、グレーティング中央部を挟み、対称な位置同士で多重反射が生じ、反射スペクトルではブラッグ波長よりも短い波長において、ピーク値を複数有する共振モード（ファブリー・ペロー・モード）となって現れる。このため、本実施の形態では、ブラッグ波長のみを反射させるために、図３（ｂ）に示すように、光ファイバ５を方向Ａと垂直方向に移動させ、グレーティングの両端部に局所的に紫外光１０が照射されるように位置を調節する。これにより、グレーティングの両端部の屈折率が上昇し、光ファイバ５に形成されるグレーティングの位置と屈折率との関係は、図４（ｃ）に示すように、平均屈折率を均一化することができる（この方法をアポダイゼーションと言う）。これにより、ブラッグ波長のみを反射するようになる。

次に、本実施の形態の製造装置１の動作について説明する。レーザ２から紫外光１０を位相格子６に照射する。このとき、不安定共振器２ａにより、紫外光１０は直進光のみが取り出され、位相格子６に照射される。位相格子６を透過し、回折された±１次回折光のみがミラー４ａ・４ｂに反射する。そして、位相格子６、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５の少なくともいずれか一つを移動させ、ミラー４ａ・４ｂに反射した紫外光１０が形成する干渉稿が光ファイバ５上に形成されるように調節する。

位相格子６、ミラー４ａ・４ｂ、及び光ファイバ５の少なくともいずれか一つを移動させ、紫外光１０がグレーティングの両端部に照射されるように調整する（図３（ｂ））。これにより、グレーティングの両端部の屈折率が上昇し、グレーティングセクション内の光ファイバ５の屈折率が均一になるようにユニフォームグレーティングを作製することができる。

以上、説明したように、本実施の形態において、ユニフォームグレーティングを作製するときに、紫外光１０の光軸の中心と外周近傍では光強度が異なるレーザ２使用する場合においても、光ファイバ５に干渉稿が位置するように調整し、一旦グレーティングをファイバ内に形成した後、光ファイバに形成された干渉稿の外周部にのみ紫外線が照射される位置に光ファイバを移動し、干渉稿全域の平均屈折率を均一にすることで、アポダイゼーションを行った精度の良いグレーティングを作製することができる。

尚、本実施の形態では、光源はエキシマレーザを用いているが、別の光源を用いても良い。また、位相格子６、ミラー４ａ・４ｂ、光ファイバ５の夫々を移動させ、最適な干渉稿が光ファイバ５に形成されるようにしているが、いずれか一つだけを移動させて、調整するようにしても良い。さらに、平均屈折率を均一化するために、光ファイバ５を位相格子６から遠ざけてグレーティング端部に紫外線が局所的に照射されるようにしているが、光ファイバ５を位相格子６に近づける方向に移動させても良い。逆に、光ファイバ５を移動させずに、位相格子３を移動させるようにしてもよい。また、レーザ２を方向Ａに沿って紫外光１０を照射しながら走査することができるものであってもよい。この場合、グレーティングセクションを長く形成することができ、幅広のレーザを用いて長いグレーティングを形成する場合との対比において、精度のよいグレーティングを形成することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照しつつ説明する。本実施の形態は、ユニフォームグレーティングを作製する点で第２の実施形態と同じであるが、レーザ２とミラー８ａ・８ｂとを同期して位相格子６に沿って方向Ａに移動させると言う点で、第２の実施の形態と相違している。以下、相違点を中心に説明する。尚、第１及び第２の実施の形態と同じ部材について同符号を用い、説明は省略する。

本実施の形態の製造装置１は、レーザ２、位相格子６、移動機構７、ミラー８ａ・８ｂ及び光ファイバ５を有している。移動機構７は、位相格子６に対向配置され、レーザ２及びミラー８ａ・８ｂを位相格子６に沿って方向Ａに移動させる。レーザ２を移動させることで、光ファイバ５に長いグレーティングを形成することができる。また、移動機構７は、後述するが、レーザ２及びミラー８ａ・８ｂを移動させる際、レーザ２及びミラー８ａ・８ｂの位置関係を保持したまま移動させるようになっている。

ミラー８ａ・８ｂは、位相格子６により回折した紫外光１０の±１次回折光のみが反射し、反射した±１次回折光がファイバ５上に干渉稿を形成するように、位相格子６と光ファイバ５との間に対向配置されている。またこのとき、ミラー８ａ・８ｂは、±１次回折光の光路長が等しくなるように配置されている。ここで、±１次回折光の光路長とは、紫外光１０が位相格子６により回折して取り出された±１次回折光の光ファイバ５までの距離である。

また、光ファイバ５に形成される干渉稿は、位相格子６により取り出された±１次回折光を重ね合わせることで形成されるが、本実施の形態のレーザ２であるエキシマレーザは、コヒーレンス（可干渉性）が低いため、２つの光を干渉させる場合、光路長がずれると干渉しなくなる。このため、±１次回折光の光路長を等しくすることで、レーザ２がエキシマレーザであっても、光ファイバ５に干渉稿を形成することができるようになっている。

また、ミラー８ａ・８ｂは、角度が調節できるようになっており、これにより、任意の反射波長を得ることができるように、光ファイバ５への入射角度θ２とが設定できるようになっている。入射角度とは、ミラー８ａ・８ｂに反射した±１次回折光が、光ファイバ５に入射する入射方向と方向Ｂとの角度を言う。グレーティングの周期をσ、紫外光１０の波長をλとすると、周期σは、λ／（２sinθ２）と表すことができる。方向Ｂと±１次回折光との角度である±１次回折光の回折角度θ１は、第１の実施形態で述べたように、位相格子６の凸部６ａの周期と波長λにより決定されるが、本実施の形態の位相格子６は、凸部６ｂが周期的に設けられているため、ミラー８ａ・８ｂの角度を調整して入射角度θ２を変更することで、任意の周期σをもつグレーティングを形成することができるようになっている。即ち、同じ位相格子６を用いて光ファイバ５における反射波長の範囲を変更することができるようになっている。

さらに、ミラー８ａ・８ｂは、移動機構７により、位相格子６に沿って方向Ａにレーザ２と同期して移動するようになっている。即ち、レーザ２およびミラー８ａ・８ｂは、互いの位置関係を保持したまま、位相格子６に沿って移動するようになっている。これにより、レーザ２を移動させて長いグレーティングを作製する場合、ミラー８ａ・８ｂは、±１次回折光の光路長が等しくなるように配置されているため、光ファイバ５上には、常に同じ光路長を有する±１次回折光が形成する干渉稿が照射されるようになる。従って、精度のよいグレーティングを作製することができる。尚、他の部品に関しては、第１及び第２の実施形態と同様のため説明は省略する。

次に、製造装置１の動作について説明する。レーザ２から紫外光１０を位相格子６に照射する。このとき、不安定共振器２ａにより、紫外光１０は直進光のみが取り出され、位相格子６に照射される。位相格子６を透過し、回折された±１次回折光のみがミラー８ａ・８ｂに反射し、光ファイバ５上に±１次回折光による干渉稿形成されるように調節する。また、このとき、±１次回折光の光路長が等しくなるように調節する。そして、レーザ２及びミラー８ａ・８ｂの位置関係を保持しながら、位相格子６に沿って移動させる。これにより、光ファイバ５には、常に同じ光路長を有する±１次回折光を照射することができるため、精度の良いユニフォームグレーティングを作製することができる。

以上、説明したように、本実施の形態は、光ファイバ５に紫外光を照射するレーザ２（光照射機構）と、紫外光を透過させる位置に配置され、透過する紫外光を回折する位相格子６と、位相格子６により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射し、光ファイバ５上に反射した紫外光による干渉稿を位置させ、かつ、干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が互いに等しくなるように、位相格子６と光ファイバ５との間に対向配置された一対のミラー８ａ・８ｂと、レーザ２および一対のミラー８ａ・８ｂの位置関係を保持したまま、レーザ２および一対のミラー８ａ・８ｂを位相格子６に沿って移動させる移動機構７とを有している。

この構成によると、光ファイバ上に位置させる干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が等しくなるように配置された一対のミラーと、光照射機構とを、位置関係を保持したまま移動させることで、光ファイバ上に常に光路長の等しい±１次回折光の紫外光を照射できるため、精度の良いグレーティングを作製することができる。また、光照射機構を位相格子に沿って移動させることで、長いグレーティングを容易に作製することができる。さらに、±１次回折光の光路長を等しくすることで、コヒーレンス（可干渉性）が低い光源であっても、精度の良いグレーティングを作製することができる。

尚、本実施の形態では、光源はエキシマレーザを用いているが、別の光源を用いても良いし、ミラー８ａ・８ｂを平行に配置するようにしても良く、±１次回折光の光路長が等しくなるように、レーザ２とミラー８ａ・８ｂとを同期させて移動する構成であれば良い。

次に、第３の実施形態において、図７に示す製造装置１を用いて、ミラー８ａ・８ｂを平行に配置した場合と、非平行に配置した場合とで作製した光ファイバ５の反射波長について調べる実験を行った。図８（ａ）は、回折角度θ１と入射角度θ２とが等しくなるように、ミラー８ａ・８ｂを平行に配置した場合の透過スペクトルである。図８（ｂ）は、回折角度θ１と入射角度θ２とが等しくならないように、ミラー８ａ・８ｂを非平行に配置した場合の透過スペクトルである。尚、本実施例では、紫外光の波長が２４８ｎｍ、図８（ａ）におけるθ１、θ２が１３．５９°、図８（ｂ）におけるθ１が１３．５９°、θ２が１２．７６°のパラメータを用いて実験を行った。

図８から読み取れるように、ミラー８ａ・８ｂを平行に配置した場合、反射波長は約１５２０ｎｍとなり、ミラー８ａ・８ｂを非平行に配置した場合、反射波長は約１６１７ｎｍとなる。従って、同じ位相格子を用いても、ミラー８ａ・８ｂの角度を変更することにより、反射波長の範囲を容易に変更することができる。

次に、第３の実施形態において、レーザ２とミラー８ａ・８ｂと共に移動させた場合と、ミラー８ａ・８ｂを動かさずレーザ２のみ移動させた場合とで作製した光ファイバ５の反射波長について調べる実験を行った。図９（ａ）は、ミラー８ａ・８ｂとレーザ２とを共に移動した場合のグラフ、図９（ｂ）は、レーザ２のみを移動した場合のグラフである。

図９から読み取れるように、ミラー８ａ・８ｂとレーザ２とを共に移動した場合の透過率は約−２８ｄＢであり、レーザ２のみを移動した場合の透過率は約−５ｄＢである。従って、ミラー８ａ・８ｂとレーザ２とを共に移動した場合、即ち、同じ光路長の±１次回折光の干渉稿でグレーティングを形成した場合の方が、精度の良いグレーティングを形成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る製造装置の概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る製造装置の概略図である。 （ａ）光ファイバに干渉稿が形成される場合の概略図である。（ｂ）干渉稿が形成される位置から光ファイバをずらした場合の概略図である。 （ａ）ユニフォームグレーティングの屈折率と位置との関係を表した図である。（ｂ）第２の実施の形態で使用されるレーザを用いた場合の屈折率と位置との関係を表した図である。（ｃ）平均屈折率を均一にした場合の屈折率と位置との関係を表した図である。 光ファイバグレーティングの部分透視図である。 従来の位相格子法による光ファイバグレーティングの作製を表した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る製造装置の概略図である。 （ａ）図７に描かれている一対のミラーを平行配置して作製した光ファイバの透過スペクトラムを表す図。（ｂ）図７に描かれている一対のミラーを非平行配置して作製した光ファイバの透過スペクトラムを表す図。 （ａ）図７に描かれているレーザと一対のミラーとを共に移動させて作製した光ファイバの透過スペクトラムを表す図。（ｂ）図７に描かれているレーザのみを移動させて作製した光ファイバの透過スペクトラムを表す図。

符号の説明

１ 製造装置
２ レーザ
３ 位相格子
４ａ・４ｂ・８ａ・８ｂ ミラー
５ 光ファイバ
５ａ コア
５ｂ クラッド
５ｃ （屈折率の高い）領域
１０ 紫外光

Claims (11)

1. 光ファイバに紫外光を照射する光照射機構と、
   前記紫外光を透過させる位置に前記光ファイバと対向して配置され、間隔が前記光ファイバの軸芯方向に沿って徐々に大きくなるように前記光ファイバと対向する側の表面に設けられた複数の凸部を有し、透過する紫外光を回折する位相格子と、
   前記位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射するように、前記位相格子と前記光ファイバとの間に対向配置され、前記位相格子により回折された紫外光の内の±１次回折光のみが照射されると共に該±１次回折光を前記光ファイバ方向に反射させる反射面を備え、前記位相格子によって前記±１次回折光の回折角度よりも大きく回折される紫外光が通過する領域よりも大きな間隔で、前記位相格子から前記光ファイバの軸芯方向に対して垂直な方向に離された位置に配設された一対のミラーと、
   前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動により、前記一対のミラーによって反射した紫外光の干渉稿が、前記光ファイバ上に存在するように調整する調整機構とを有してい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。
2. 光ファイバに中心部の光強度が強く、外周側に近づくにつれ光強度が弱くなる特性を有する紫外光を照射する光照射機構と、
   前記紫外光を透過させる位置に前記光ファイバと対向して配置され、間隔が前記光ファイバの軸芯方向に沿って周期的に前記光ファイバと対向する側の表面に設けられた複数の凸部を有し、透過する紫外光を回折する位相格子と、
   前記位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射するように、前記位相格子と前記光ファイバとの間に対向配置され、前記位相格子により回折された紫外光の内の±１次回折光のみが照射されると共に該±１次回折光を前記光ファイバ方向に反射させる反射面を備え、前記位相格子によって前記±１次回折光の回折角度よりも大きく回折される紫外光が通過する領域よりも大きな間隔で、前記位相格子から前記光ファイバの軸芯方向に対して垂直な方向に離された位置に配設された一対のミラーと、
   前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動により、前記一対のミラーによって反射した紫外光の干渉稿が、前記光ファイバ上に存在させるように調整すると共に、前記紫外光が前記干渉縞によって形成された前記光ファイバ上のグレーティングの両端部に照射されるように調整する調整機構とを有してい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。
3. 前記調整機構が、
   前記光ファイバを移動させ、前記位相格子と前記光ファイバとの間隔を前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向に拡縮する光ファイバ移動機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバグレーティングの製造装置。
4. 前記調整機構が、
   前記位相格子を移動させ、前記位相格子と前記光ファイバとの間隔を前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向に拡縮する位相格子移動機構を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバグレーティングの製造装置。
5. 前記調整機構が、
   前記対向配置された一対のミラーの間隔を前記光ファイバの軸芯方向に拡縮するミラー移動機構を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバグレーティングの製造装置。
6. 光ファイバに紫外光を照射する光照射機構と、
   前記紫外光を透過させる位置に配置され、透過する紫外光を回折する位相格子と、
   前記位相格子により回折された紫外光の±１次回折光のみ反射し、前記光ファイバ上に反射した紫外光による干渉稿を位置させ、かつ、前記干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が互いに等しくなるように、前記位相格子と前記光ファイバとの間に対向配置され、前記位相格子により回折された紫外光の内の±１次回折光のみが照射されると共に該±１次回折光を前記光ファイバ方向に反射させる反射面を備え、前記位相格子によって前記±１次回折光の回折角度よりも大きく回折される紫外光が通過する領域よりも大きな間隔で、前記位相格子から前記光ファイバの軸芯方向に対して垂直な方向に離された位置に配設された一対のミラーと、
   前記光照射機構および前記一対のミラーの位置関係を保持したまま、前記光照射機構および前記一対のミラーを前記位相格子に沿って移動させる移動機構と
   を有してい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。
7. 前記一対のミラーの夫々の角度を調節することが可能なミラー角度調節機構をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバグレーティングの製造装置。
8. 前記光照射機構から照射された前記紫外光の直進光だけを取出す不安定共振器を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバグレーティングの製造装置。
9. 光ファイバに紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造する方法であって、
   前記紫外光を透過させる位置に長手方向に沿って間隔が徐々に大きくなるように複数の凸部を設けた位相格子を配置し、
   前記紫外光から直進光のみを取り出し、
   位相格子により直進する紫外光を回折し、
   回折された前記紫外光の±１次回折光のみを対向する一対のミラーで反射し、
   前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動により、その反射した前記紫外光による干渉稿が光ファイバ上に位置するように調節す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。
10. 光ファイバに紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造する方法であって、
    前記紫外光を透過させる位置に長手方向に周期的に複数の凸部を設けた位相格子を配置し、
    前記位相格子により、中心部の光強度が強く外周側に近づくにつれ光強度が弱くなる特性を有する前記紫外光を回折し、
    回折された前記紫外光の±１次回折光のみを対向する一対のミラーで反射し、
    前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動により、その反射した前記紫外光による干渉稿が前記光ファイバ上に位置するように、前記ミラーと、前記位相格子と、前記光ファイバとの位置関係を調節してグレーティングを形成し、
    前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動により、前記グレーティングの両端部に前記紫外光が照射されるように前記位置関係を調節す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。
11. 位相格子により光照射機構から照射された紫外光を回折し、
    回折された前記紫外光の±１次回折光のみを対向する一対のミラーで反射し、
    前記ミラーの前記光ファイバの軸芯方向への移動と、前記位相格子の前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動と、前記光ファイバの前記光ファイバの軸芯方向に垂直な方向への移動との内で、少なくも何れか一つの移動によりその反射した前記紫外光による干渉稿を光ファイバ上に位置するように調節し、且つ、前記干渉稿を構成する紫外光の±１次回折光の光路長が互いに等しくなるように対向する一対のミラーの角度を調節し、
    前記光照射機構及び前記ミラーを、互いの位置関係を保持したまま前記位相格子に沿って移動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。

Images