JP4448922B2 - Fiber grating manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバーに、特定の波長の光を反射させる回折格子であるファイバーグレーティングを、紫外線レーザー光を照射して形成する方法およびその装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for forming an optical fiber by irradiating an optical fiber with a fiber grating, which is a diffraction grating that reflects light of a specific wavelength.
光ファイバーに形成したファイバーグレーティング（ファイバーブラッググレーティングともいう）は、光ファイバーのコア部に周期的な屈折率変化を与えたもので、入射した光の特定波長の光のみを反射し、他の光はすべて通過させる光フィルターである。例えば、非特許文献１および非特許文献２に述べられているように、ファイバーグレーティングは伝送損失が少なく、優れた反射特性および透過特性を有しており、光信号を利用する各種デバイス、装置、システムに、例えば、高密度波長多重光通信機器、レーザーダイオード外部共振器、ファイバーレーザー共振器、温度・歪み等の各種センサー等々に、広く応用展開されている。 A fiber grating (also called a fiber Bragg grating) formed on an optical fiber is a periodic refractive index change applied to the core of the optical fiber. It reflects only incident light at a specific wavelength, and all other light is reflected. It is a light filter that passes through. For example, as described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, fiber gratings have low transmission loss, excellent reflection characteristics and transmission characteristics, and various devices, apparatuses using optical signals, The system is widely applied to, for example, high-density wavelength division multiplexing optical communication equipment, laser diode external resonators, fiber laser resonators, various sensors such as temperature and strain.
ファイバーグレーティングの反射波長λFBGは、光ファイバーのコア部の実効屈折率ｎeffと屈折率変調の周期、すなわちグレーティング周期Λ、によって、 The reflection wavelength λ FBG of the fiber grating is determined by the effective refractive index n eff of the core portion of the optical fiber and the period of the refractive index modulation, that is, the grating period Λ.
として決まる。光ファイバーの屈折率をその長手方向に周期的に変化させてグレーティングを形成するには、通常、被覆樹脂を除去した光ファイバーにその長手方向に側面から、グレーティング周期に対応する周期的な強度分布を持たせた紫外線を照射し、光ファイバーのコア部にドープされているゲルマニウム（Ｇｅ）の紫外線に対する光誘起反応に基づく屈折率上昇の現象を利用してなされる。形成される屈折率変調の周期Λは、例えば、光ファイバーの実効屈折率ｎeffが約１．４４７で、光通信によく用いられる波長の約１５５０ｎｍに対しては、式（１）の関係式から、Λ＝０．５３６μｍとなる。良好な光信号の反射特性を得るためにファイバーグレーティングは、通常、この大きさの周期を約５ｍｍから数１０ｍｍの長さに渡って形成され、１０ｍｍ長のファイバーグレーティングではその周期の個数は、１０ｍｍ／０．５３６μｍとなり、すなわち約１万９千個のグレーティングが形成されている。 Determined as To form a grating by periodically changing the refractive index of the optical fiber in the longitudinal direction, the optical fiber from which the coating resin has been removed usually has a periodic intensity distribution corresponding to the grating period from the side in the longitudinal direction. This is done by utilizing the phenomenon of refractive index increase based on the photo-induced reaction of germanium (Ge) doped in the core of the optical fiber with ultraviolet light. The refractive index modulation period Λ is, for example, that the effective refractive index n eff of the optical fiber is about 1.447, and for the wavelength of about 1550 nm often used for optical communication, the relational expression of Equation (1) , Λ = 0.536 μm. In order to obtain a good optical signal reflection characteristic, a fiber grating is usually formed with a period of this size ranging from about 5 mm to several tens of mm. In a 10 mm long fiber grating, the number of periods is 10 mm. /0.536 μm, that is, about 19,000 gratings are formed.
このようなファイバーグレーティングを形成する方法としては、例えば、非特許文献１および非特許文献２に述べられているように、大きく分けて、位相マスク法と２光束干渉法が知られている。
位相マスク法では、光ファイバーを位相マスクに近接乃至は接触させて配置し、位相マスクを介して光ファイバーに紫外線レーザー光を照射し、位相マスクによって回折される＋1次光と−１次光を光ファイバーの位置で干渉させ、周期Λの干渉縞からなる紫外光強度分布を形成し、これによって光ファイバーの長手方向に周期的屈折率変調をそのコア部に誘起させて形成する方法である。
後者の２光束干渉法は、紫外線レーザー光を２つのビームに分岐し、その後、２つのビームを光ファイバーの位置で交差させて干渉させ、周期Λの干渉縞からなる紫外光強度分布を形成し、これによって光ファイバーの長手方向に周期的屈折率変調をそのコア部に形成する方法である。この方法の最も基本的な実現方法は、特許文献１、特許文献２および非特許文献３に開示されており、そこでは入射紫外線レーザー光は、約５０％を透過させ残りの約５０％を反射させるビームスプリッタ−（ビーム分岐器ともいう）を用いて２つに分岐させ、それぞれのビームはミラーを用いて光ファイバーの位置で交差させる構成でなされる。２光束干渉法は、光ファイバーの位置で２つのビームが交差する角度を変えることで、干渉縞の周期Λを変えることができ、これに比例して式（１）の反射波長λFBGが変わるため、作製されるファイバーグレーティングの反射波長を制御することが容易に可能であると言う特徴を有している。
As a method for forming such a fiber grating, for example, as described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, a phase mask method and a two-beam interference method are known.
In the phase mask method, an optical fiber is arranged close to or in contact with the phase mask, the optical fiber is irradiated with ultraviolet laser light through the phase mask, and the + 1st order light and the −1st order light diffracted by the phase mask are transmitted to the optical fiber. In this method, an ultraviolet light intensity distribution composed of interference fringes having a period Λ is formed by causing interference at a position, and thereby a periodic refractive index modulation is induced in the core portion in the longitudinal direction of the optical fiber.
In the latter two-beam interferometry, the ultraviolet laser beam is split into two beams, and then the two beams are crossed and interfered at the position of the optical fiber to form an ultraviolet light intensity distribution consisting of interference fringes of period Λ. This is a method of forming a periodic refractive index modulation in the core portion in the longitudinal direction of the optical fiber. The most basic method of realizing this method is disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, in which incident ultraviolet laser light transmits about 50% and reflects the remaining about 50%. A beam splitter (also referred to as a beam splitter) is used to split the beam into two, and each beam is configured to cross at the position of the optical fiber using a mirror. In the two-beam interferometry, by changing the angle at which the two beams intersect at the position of the optical fiber, the period Λ of the interference fringes can be changed, and the reflection wavelength λ FBG of equation (1) changes in proportion to this. The reflection wavelength of the produced fiber grating can be easily controlled.
非特許文献４では、位相マスクをビームスプリッタ−（ビーム分岐器ともいう）として用いて紫外線レーザー光を２つのビームに分岐し、２つのミラーでそれぞれのビームを反射させ光ファイバーの位置で交差させて干渉させる構成で、ミラーの角度を変えるだけでファイバーグレーティングの反射波長を約２５０ｎｍにわたって変えることが可能であることを、透過阻止量が−２８ｄＢに達する強いファイバーグレーティングを実験で作製して示している。 In Non-Patent Document 4, a phase mask is used as a beam splitter (also referred to as a beam splitter), the ultraviolet laser beam is split into two beams, each beam is reflected by two mirrors, and crossed at the position of the optical fiber. Experiments have shown that a strong fiber grating with a transmission blocking amount of −28 dB can be obtained by changing the mirror angle by changing the mirror angle in an interfering configuration. .
本発明でいう「紫外線レーザー光を位相マスクへ入射させ、その回折現象を利用して±１次回折光の２つのビーム束に分岐して、入射紫外線レーザー光の該位相マスクへの入射光軸に対して対称に配置された２つのミラーで２つのビーム束をそれぞれ反射させ、前方に配置された光ファイバーの位置において２つのビーム束を交差させ、干渉を誘起させる２光束干渉装置」とは、位相マスクをビーム分岐器として用い、入射紫外線レーザー光をその位相マスクによる回折現象を利用して２つの１次回折光のビーム束に対称に分岐して、入射紫外線レーザーの位相マスクへの入射光軸に対して対称に配置された２つのミラーで２つの分岐したビーム束をそれぞれ反射させ、光ファイバーの位置において交差させ、干渉を誘起させる２光束干渉法に基づきファイバーグレーティングを形成する装置（たとえば図４の構成）を意味する。 According to the present invention, “ultraviolet laser light is incident on a phase mask, and its diffraction phenomenon is used to branch into two beam bundles of ± first-order diffracted light. A two-beam interference device that reflects two beam bundles with two mirrors arranged symmetrically with respect to each other, crosses the two beam bundles at the position of an optical fiber arranged in front, and induces interference is a phase difference Using a mask as a beam splitter, the incident ultraviolet laser beam is split into two first-order diffracted beam bundles symmetrically using the diffraction phenomenon of the phase mask, and the incident optical axis to the phase mask of the incident ultraviolet laser is used. Two-beam interference method in which two branched beam bundles are reflected by two mirrors arranged symmetrically with respect to each other and crossed at the position of the optical fiber to induce interference. It means a device that forms a fiber grating based (e.g. the configuration of FIG. 4).
このようにして光ファイバーに紫外線レーザー光を照射してファイバーグレーティングを形成する場合、非特許文献１および非特許文献２に記載されているように、光ファイバーのコア部に紫外線で誘起される屈折率変調が図１（ａ）に示すようにファイバーグレーティング長手方向全長に渡って一様なときは反射スペクトルにおいてサイドローブ（側波帯ともいう）が図１（ｂ）のように反射中心波長のとなりに長波長側と短波長側に数多く出て来る。これに対して、屈折率変調の振幅が図１（ｃ）のようにスムーズに上昇して下降する屈折率分布を与えれば、図１（ｄ）のようにサイドローブは大きく抑えられるか、あるいは皆無とすることが可能である。このような屈折率分布を持たせることはアポダイゼーションと呼ばれ、より単一波長に近い良好なスペクトルが得られることが理論的にも知られ、例えば、非特許文献１および非特許文献２に詳述されている。屈折率変調の周期は通常数万個あるが、図１（ａ）および（ｃ）では理解を容易にするため、その数を少なくして示した。 When a fiber grating is formed by irradiating an optical fiber with an ultraviolet laser beam in this way, as described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, refractive index modulation induced by ultraviolet light in the core portion of the optical fiber. As shown in FIG. 1A, when the fiber grating is uniform over the entire length in the longitudinal direction, side lobes (also referred to as sidebands) in the reflection spectrum are next to the reflection center wavelength as shown in FIG. Many appear on the long and short wavelength sides. On the other hand, if the refractive index distribution gives a refractive index distribution that smoothly rises and falls as shown in FIG. 1C, the side lobe can be largely suppressed as shown in FIG. It is possible to have nothing at all. Giving such a refractive index distribution is called apodization, and it is theoretically known that a good spectrum closer to a single wavelength can be obtained. For example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 are detailed. It is stated. The number of periods of refractive index modulation is usually tens of thousands, but in order to facilitate understanding in FIGS. 1 (a) and 1 (c), the number is reduced.
このようなアポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングを形成する１つの手法として、まず、紫外線レーザー光の干渉を用いて図２（ａ）に示すように屈折率変調を光ファイバー長手方向に形成し、次にこの長手方向屈折率変調分布の包絡線と逆の形状を持つ屈折率分布を紫外線レーザー光の干渉なしで図２（ｂ）のように形成して、図２（ａ）に重畳させることで、図２（ｃ）に示すようなアポダイゼーション付きファイバーグレーティングを形成する方法がある。ここで、図２（ａ）のグレーティングと図２（ｂ）のバックグラウンドの屈折率分布は、順序は逆に形成してもよく、あるいは同時に形成してもよい。 As one method for forming a fiber grating with such apodization, first, refractive index modulation is formed in the longitudinal direction of the optical fiber as shown in FIG. A refractive index distribution having a shape opposite to the envelope of the longitudinal refractive index modulation distribution is formed as shown in FIG. 2B without interference of ultraviolet laser light, and is superimposed on FIG. There is a method of forming a fiber grating with apodization as shown in 2 (c). Here, the refractive index distributions of the grating in FIG. 2A and the background in FIG. 2B may be formed in the reverse order or simultaneously.
図２（ａ）に示すような屈折率変調を光ファイバー長手方向に形成するためには、照射する紫外線レーザーに光ファイバー長手方向に強度分布を持たせることが必要である。特許文献３では、位相マスク法で、光ファイバーを位相マスクに近接乃至は接触して配置し、位相マスク側から入射させる紫外線レーザー光を三角形状のスリットを通して照射し、この三角形状のスリットを光ファイバーと直角方向に駆動させて、強度分布を持たせてアポダイゼーションを付与する方法が開示されている。この特許文献３では三角形状のスリットが用いられているが、他の形状のスリットを用いたりあるいはスリットの駆動速度を制御してガウジアン分布やコサイン分布の強度分布を得ることは可能である。また、これらのスリットと同じ形状で、スリットによる光通過とスリットによる光阻止を逆にしたパターンのスリットを作製して、これを介して、位相マスクなしで紫外線レーザー光を光ファイバーに照射すれば、図２（ｂ）のバックグラウンドの屈折率分布を得ることも可能であり、このこともこの特許文献３に開示されている。三角形状スリットと位相マスクを介して紫外線レーザー光を照射して図２（ａ）の屈折率変調を形成し、次に位相マスクをはずして同一形状三角形で逆パターンのスリットを介して同じ紫外線レーザー光を照射して図２（ｂ）の屈折率を形成してアポダイゼーションを付与した図２（ｃ）のファイバーグレーティングを形成する方法も、この文献に開示されている。 In order to form the refractive index modulation as shown in FIG. 2A in the longitudinal direction of the optical fiber, it is necessary for the ultraviolet laser to be irradiated to have an intensity distribution in the longitudinal direction of the optical fiber. In Patent Document 3, an optical fiber is arranged close to or in contact with the phase mask by the phase mask method, and ultraviolet laser light incident from the phase mask side is irradiated through the triangular slit, and the triangular slit is defined as the optical fiber. A method of imparting apodization with an intensity distribution by driving in a perpendicular direction is disclosed. In this Patent Document 3, a triangular slit is used, but it is possible to obtain a Gaussian distribution or an intensity distribution of a cosine distribution by using a slit of another shape or controlling the driving speed of the slit. Moreover, if the slit of the pattern which reversed the light passage by the slit and the light blocking by the slit is reversed with the same shape as these slits, and irradiating the optical fiber with the ultraviolet laser light without the phase mask through this, It is also possible to obtain the background refractive index distribution of FIG. 2B, which is also disclosed in Patent Document 3. 2A is formed by irradiating ultraviolet laser light through a triangular slit and a phase mask, and then the phase mask is removed, and then the same ultraviolet laser is passed through a slit of the same shape triangle and reverse pattern. A method of forming the fiber grating of FIG. 2C in which light is irradiated to form the refractive index of FIG. 2B and apodization is provided is also disclosed in this document.
特許文献４では、位相マスク法で、光ファイバーを位相マスクに近接乃至は接触して配置し、紫外線レーザー光をビームスプリッタ―で２つに分岐し、一方の紫外線レーザービームに強度分布を持たせて位相マスクの側から照射して、位相マスクによる回折光を干渉させて光ファイバーに干渉縞を形成し、同時に他方の紫外線レーザービームを光ファイバーの側から強度分布を持たせて、位相マスクなしで光ファイバーに照射して、アポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングを形成する方法が開示されている。前者の紫外線レーザービームが図２（ａ）の屈折率分布を、後者の紫外線レーザービームが図２（ｂ）の屈折率分布を形成し、その結果、図２（ｃ）の屈折率分布が得られる構成であり、特許文献３と考え方は同じである。 In Patent Document 4, an optical fiber is arranged close to or in contact with a phase mask by a phase mask method, an ultraviolet laser beam is split into two by a beam splitter, and one ultraviolet laser beam has an intensity distribution. Irradiate from the phase mask side, interfere with the diffracted light from the phase mask to form interference fringes on the optical fiber, and at the same time, give the other ultraviolet laser beam intensity distribution from the optical fiber side to the optical fiber without the phase mask A method of forming a fiber grating by irradiation and imparting apodization is disclosed. The former ultraviolet laser beam forms the refractive index distribution of FIG. 2A, and the latter ultraviolet laser beam forms the refractive index distribution of FIG. 2B. As a result, the refractive index distribution of FIG. 2C is obtained. The concept is the same as that of Patent Document 3.
非特許文献５では、位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉法のファイバーグレーティング作製装置で、２つのビームが光ファイバーに入射して交差する前に、一方のビームの光路にくさび状光学位相板（ウェッジともいう）を挿入して他方のビームとの間に光路差および光路差の分布を持たせて光ファイバーで交差させる構成とし、まずファイバーグレーティングをくさび状光学位相板の挿入なしで形成し、続けて重ね描きで２つ目のファイバーグレーティングをくさび状光学位相板を挿入して形成し、これら２つのファイバーグレーティングの長手方向屈折率変調周期の位相をファイバーグレーティングの中央部で同じとし端部で逆位相となるようにくさび状光学位相板の断面形状と一方の光路への挿入量を調整して、ファイバーグレーティングの屈折率変調にモアレ干渉をもたせることでアポダイゼーション付与が可能であると述べている。しかしながら、この方法では、反射波長の異なるファイバーグレーティング作製に対しては、くさび状光学位相板の断面におけるくさび角度が異なるので、別のくさび角度のくさび状光学位相板にその都度取り替えなければならない。また、作製するファイバーグレーティングの長さが異なれば、このくさび角も、当然、変えなければならない。さらに、２光束干渉装置の２つのビーム束の一方だけの光路に挿入するため、ファイバーブグレーティングの長手方向にその中央部を中心に対称となるようにくさび状光学位相板の形状とその挿入量を選定しなければならず、これらの調整はきわめて煩雑である。位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉法装置の最大の特徴は、その光学部品のすべてが位相マスクへの入射光軸に対して対称に配置されていることでこれによって高い再現性で高精度のファイバーグレーティング製造が可能であるが、この非特許文献５のアポダイゼーション付与方法ではこの対称性をこわしてしまうという大きな欠点があり、高い再現性でのファイバーグレーティング製造が損なわれる可能性がある。 In Non-Patent Document 5, a two-beam interferometry fiber grating fabrication apparatus that symmetrically splits an incident beam into two using a phase mask, before the two beams are incident on an optical fiber and crossed, Insert a wedge-shaped optical phase plate by inserting a wedge-shaped optical phase plate (also called a wedge) and having an optical path difference between the other beam and the distribution of the optical path difference. The second fiber grating is formed by inserting a wedge-shaped optical phase plate, and the phase of the longitudinal refractive index modulation period of these two fiber gratings is formed at the center of the fiber grating. Adjust the cross-sectional shape of the wedge-shaped optical phase plate and the amount of insertion into one optical path so that they are the same and have opposite phases at the ends. It stated that it is possible apodization applied by to have a Moire interference to the refractive index modulation of the fiber grating. However, in this method, for the production of fiber gratings having different reflection wavelengths, the wedge angle in the cross section of the wedge-shaped optical phase plate is different, so that it must be replaced with a wedge-shaped optical phase plate having a different wedge angle each time. In addition, if the length of the fiber grating to be manufactured is different, the wedge angle must naturally be changed. Further, since it is inserted into only one optical path of the two beam bundles of the two-beam interference device, the shape of the wedge-shaped optical phase plate and the amount of insertion thereof are symmetrical in the longitudinal direction of the fiber grating. These adjustments are extremely complicated. The greatest feature of the two-beam interferometer that splits the incident beam symmetrically using the phase mask is that all of its optical components are arranged symmetrically with respect to the optical axis of incidence on the phase mask. Although high-precision fiber gratings can be manufactured with high reproducibility, the apodization imparting method of Non-Patent Document 5 has a major drawback that the symmetry is broken, and the fiber grating manufacture with high reproducibility is impaired. there is a possibility.
ファイバーグレーティングにアポダイゼーションを付与するために反射波長の異なる２つのファイバーグレーティングを重ね合せて１つのファイバーグレーティングを形成する手法は、図３に示すように、その理屈はきわめて明瞭でありかつシンプルである。すなわち、まず１つ目のファイバーグレーティング（図３（ａ）の実線）を形成し、反射波長が若干異なる２つ目のファイバーグレーティング（図３（ａ）の点線）を続けてその上に重ねて形成し、２つのファイバーグレーティングを重ね合わせた結果として図３（ｂ）に示す屈折率分布が得られるようにできれば、良好なアポダイゼーションが付与されることになる。しかしながら、図３（ｂ）に示すようなアポダイゼーション付き屈折率分布を実現するためには、２つのファイバーグレーティングの屈折率分布が正確に図３（ａ）のような位相関係になっていなければならない。なお、屈折率変調の周期は、通常、数万個あるが、図では理解を容易にするため、その数を少なくして示した。 In order to impart apodization to the fiber grating, the technique of superposing two fiber gratings having different reflection wavelengths to form one fiber grating is very clear and simple as shown in FIG. That is, the first fiber grating (solid line in FIG. 3 (a)) is formed first, and the second fiber grating (dotted line in FIG. 3 (a)) having a slightly different reflection wavelength is continuously superimposed on the first fiber grating. If the refractive index distribution shown in FIG. 3B can be obtained as a result of forming and superimposing the two fiber gratings, good apodization is imparted. However, in order to realize the refractive index distribution with apodization as shown in FIG. 3B, the refractive index distributions of the two fiber gratings must have a phase relationship exactly as shown in FIG. . In general, there are tens of thousands of refractive index modulation cycles, but the number is shown in the figure to be easy to understand.
非特許文献５ではくさび状光学位相板を挿入して図３（ｂ）を実現することが可能であると述べているが、くさび状光学位相板のくさび角度、断面でのくさび長、２光束の一方のビーム束に挿入する量が正確に制御されなければならない。アポダイゼーション付与ができたと主張されているが、ファイバーグレーティングの量産で必須となる再現性に関しては何ら説明がなされていない。さらに、反射波長の異なるファイバーグレーティングの作製に対しては、くさび状光学位相板の断面におけるくさび角度が異なるので、別のくさび角度のくさび状光学位相板に取り替えなければならなくなり、また、作製するファイバーグレーティングの長さが異なれば、このくさび角度とくさび長も変えなければならなくなることが、当然、推定される。従って、くさび状光学板を挿入して図３（ｂ）を実現する非特許文献５に開示されている方法は、指定されたある１つの反射波長で、しかも指定されたある長さのファイバーグレーティングの作製のみに限定されるので、他の異なる反射波長のファイバーグレーティングや他の異なる長さのファイバーグレーティング作製には適していないという大きな欠点がある。 In Non-Patent Document 5, it is stated that a wedge-shaped optical phase plate can be inserted to realize FIG. 3B. However, the wedge angle of the wedge-shaped optical phase plate, the wedge length in the cross section, and two light beams The amount inserted into one of the beam bundles must be precisely controlled. Although it is claimed that apodization can be given, no explanation has been given regarding the reproducibility that is essential for mass production of fiber gratings. Furthermore, for the production of fiber gratings with different reflection wavelengths, the wedge angle in the cross section of the wedge-shaped optical phase plate is different, so it has to be replaced with a wedge-shaped optical phase plate with a different wedge angle, and is produced. Of course, if the length of the fiber grating is different, the wedge angle and the wedge length must also be changed. Therefore, the method disclosed in Non-Patent Document 5 that realizes FIG. 3B by inserting a wedge-shaped optical plate is a fiber grating having a specified reflection wavelength and a specified length. Therefore, there is a great disadvantage that it is not suitable for manufacturing fiber gratings of other different reflection wavelengths or fiber gratings of other different lengths.
図３に示す手法によるアポダイゼーション付与の方法は、きわめて明瞭でかつシンプルであり、大きな効果を発揮できる特徴を潜在的に有している。しかしながら、非特許文献５に開示されているくさび状光学位相板の挿入ではあまりにも制約条件が多く、図３に示す手法によるアポダイゼーション付与の特徴を充分に発現させることは困難である。我々は、非特許文献５に開示されている従来法に替わって、図３のアポダイゼーションの優れた潜在的特徴を発現させる方法を確立することに動機づけをみいだし、新規方法の研究開発を行い本発明に到った。すなわち、本発明の課題は、非特許文献５で述べられている諸制約条件から解放されて、任意の反射波長を有しかつ任意の長さを有するファイバーグレーティングを作製し、２光束干渉法装置の大きな特徴である２つのビーム束の対称性（図４における左右対称性）を維持し、高い精度でファイバーグレーティング作製パラメータを制御し、そして高い再現性をもって、図３（ｂ）に示すアポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングを作製する技術を提供し、併せてその量産に貢献できる新しい技術を提供することである。 The apodization imparting method according to the technique shown in FIG. 3 is very clear and simple, and potentially has a feature that can exert a great effect. However, the insertion of the wedge-shaped optical phase plate disclosed in Non-Patent Document 5 has too many restrictive conditions, and it is difficult to fully develop the characteristics of apodization imparted by the method shown in FIG. Instead of the conventional method disclosed in Non-Patent Document 5, we found the motivation to establish a method for expressing the excellent potential characteristics of apodization shown in FIG. The present invention has been reached. That is, the subject of the present invention is released from the various constraints described in Non-Patent Document 5, and a fiber grating having an arbitrary reflection wavelength and an arbitrary length is manufactured, and a two-beam interferometry apparatus 3) maintain the symmetry of the two beam bundles (left-right symmetry in FIG. 4), control the fiber grating fabrication parameters with high accuracy, and with high reproducibility, the apodization shown in FIG. It is to provide a technology to produce the assigned fiber grating and to provide a new technology that can contribute to mass production.
本発明の特徴を定量的に規定するためには、図３の理屈の定式化が必要である。以下にその定式化を述べ、その後に本発明の特徴を説明する。 In order to quantitatively define the characteristics of the present invention, it is necessary to formulate the logic shown in FIG. The formulation is described below, and then the features of the present invention are described.
２つのファイバーグレーティングがあって、第１のファイバーグレーティングの長手方向屈折率変調をＡ１とする。図３（ａ）の実線のように一様な振幅で、ファイバーグレーティング中央部で１の大きさに、端部で０の大きさになっているとすると、 There are two fiber grating, the longitudinal refractive index modulation of the first fiber grating and A 1. Assuming that the amplitude is uniform as shown by the solid line in FIG. 3A and is 1 at the center of the fiber grating and 0 at the end.
と表され、ファイバーグレーティングの左右両端の端部では、ファイバーグレーティングの長さをＬFBG、変調の数をＮ個とすると、 And at the left and right ends of the fiber grating, if the length of the fiber grating is L FBG and the number of modulations is N,
となる。第２のファイバーグレーティングの屈折率周期をΛ’とすると、屈折率変調は It becomes. If the refractive index period of the second fiber grating is Λ ′, the refractive index modulation is
と表される。図３では第１と第２のファイバーグレーティングの右端での屈折率周期の位相差がπである場合であり、この位相差を任意の値Δとすると、Δは屈折率周期ΛおよびΛ’との間に It is expressed. In FIG. 3, the phase difference between the refractive index periods at the right ends of the first and second fiber gratings is π. If this phase difference is an arbitrary value Δ, Δ is the refractive index periods Λ and Λ ′. Between
の関係がある。式（５）の第２のファイバーグレーティングの屈折率変調はこの位相差Δを用いて、 There is a relationship. The refractive index modulation of the second fiber grating of Equation (5) uses this phase difference Δ,
と表され、式（１）に関連して説明したように、変調屈折率の周期Λ、Λ’の大きさは約０．５μｍで、ファイバーグレーティング長Ｌは数ｍｍから数１０ｍｍであり、従って、Λ／ＬFBGは１０−４乃至はそれ以下である。Δの大きさはπと同じオーダーであり、従って、式（７）の引数の括弧内の第２項は微小量である。すなわち、 As described in connection with the equation (1), the periods of the modulation refractive index periods Λ and Λ ′ are about 0.5 μm, and the fiber grating length L is several mm to several tens mm. , Λ / L FBG is 10 −4 or less. The magnitude of Δ is in the same order as π. Therefore, the second term in the parenthesis of the argument in equation (7) is a minute amount. That is,
である。変調屈折率の周期がΛおよびΛ’の２つのファイバーグレーティングを重ねて得られるファイバーグレーティングの屈折率変調Ａ３は It is. The refractive index modulation A 3 of the fiber grating obtained by superimposing two fiber gratings whose modulation index periods are Λ and Λ ′ is:
と表され、これは三角関数の公式を用いて Which is expressed using the trigonometric formula
と書き直すことができる。２つの変調屈折率周期が近接している我々の課題に対して、これを式（２）と式（７）に適用すると、 Can be rewritten. Applying this to equations (2) and (7) for our problem where two modulated refractive index periods are close:
となるから、重ねて得られるファイバーグレーティングの振幅変調は Therefore, the amplitude modulation of the fiber grating obtained by layering is
と書き直すことができる。右辺後半のｃｏｓ（２πｙ／Λ）が屈折率変調で、右辺前半のｃｏｓ（Δ／ＬFBG・ｙ）が屈折率変調の振幅の分布、すなわちアポダイゼーションの形状を表している。式（１）に関連して述べたように屈折率変調の周期の数Ｎはおおよそ数千乃至数万あるが、図３では理解を容易にするため十数個で示した。式（１５）で表される２つのファイバーグレーティングの端部での屈折率変調の位相差Δがπの場合、中央部で強めあい、端部で打ち消しあって、その結果得られる重ね合わせたファイバーグレーティングは図３（ｂ）に示すように、図１（ｃ）に示す理想的なアポダイゼーションに近いコサイン型アポダイゼーションが付与されることになり、反射スペクトルのサイドローブは図１（ｄ）のように抑制することが可能となる。 Can be rewritten. Cos (2πy / Λ) in the latter half of the right side represents refractive index modulation, and cos (Δ / L FBG · y) in the first half of the right side represents the amplitude distribution of the refractive index modulation, that is, the shape of apodization. As described in relation to Equation (1), the number N of refractive index modulation periods is approximately several thousand to several tens of thousands, but in FIG. When the phase difference Δ of the refractive index modulation at the ends of the two fiber gratings represented by the formula (15) is π, they are strengthened at the center and canceled at the ends, and the resulting superimposed fiber As shown in FIG. 3 (b), the grating is given cosine type apodization close to the ideal apodization shown in FIG. 1 (c), and the side lobe of the reflection spectrum is as shown in FIG. 1 (d). It becomes possible to suppress.
２つのファイバーグレーティングの位相が、中央部で同じであり、端部で位相差がΔの場合、屈折率周期の差（Λ’−Λ）および反射波長の差δλ＝（λFBG’−λFBG）は When the phase of the two fiber gratings is the same at the center and the phase difference is Δ at the end, the difference in refractive index period (Λ′−Λ) and the difference in reflection wavelength δλ = (λ FBG '−λ FBG )
となる。ここでｎeffは式（１）で述べた光ファイバーの実効屈折率である。 It becomes. Here, n eff is the effective refractive index of the optical fiber described in the equation (1).
しかしながら、この理論に基づいて図３（ｂ）に示すような良好なアポダイゼーションの付与を実現するには、ファイバーグレーティング作製方法において３つの条件が満足されなければならない。最初の条件は、「重ね合わせる２つのファイバーグレーティングの屈折率変調の位相差Δは、ファイバーグレーティングの長手方向中央部でゼロ、すなわち同位相であること」（条件１）であり、次に「この位相差Δは、ファイバーグレーティング端部へ向けて徐々に増え、端部でπの大きさ、すなわち、逆位相であること」（条件２）、そして３つ目が「重ね合わせる２つのファイバーグレーティングの屈折率変調の振幅が同じであること」（条件３）の３つの条件がすべて満足されなければ図３（ｂ）の良好なアポダイゼーションは得られない。 However, in order to realize the provision of good apodization as shown in FIG. 3B based on this theory, three conditions must be satisfied in the fiber grating manufacturing method. The first condition is that “the phase difference Δ of the refractive index modulation of the two fiber gratings to be overlapped is zero at the longitudinal center of the fiber grating, that is, the same phase” (Condition 1). The phase difference Δ gradually increases toward the end of the fiber grating, and the end has a magnitude of π, that is, an opposite phase ”(Condition 2), and the third is“ the two fiber gratings to be overlapped. If all three conditions of “the amplitude of the refractive index modulation is the same” (condition 3) are not satisfied, the good apodization of FIG. 3B cannot be obtained.
次に、位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉法装置を用いて、この干渉縞ピッチ制御によるアポダイゼーションを付与する方法の理屈を述べる。紫外線レーザー光を、回折格子周期がｐである位相マスクに入射させると図４の位相マスク１の下に示すように角度θで＋１次光と−１次光が左右対称に出射される。紫外線レーザー光の波長をλUVとすれば、角度θは Next, the reasoning of the method of imparting apodization by controlling the interference fringe pitch using a two-beam interferometry apparatus that bifurcates the incident beam symmetrically using a phase mask will be described. When ultraviolet laser light is incident on a phase mask having a diffraction grating period of p, + 1st order light and −1st order light are emitted symmetrically at an angle θ as shown below the phase mask 1 in FIG. If the wavelength of the ultraviolet laser beam is λ UV , the angle θ is
である。２つのビーム束が２つのミラーでそれぞれ反射して、図４のように光ファイバーに角度βで入射するとき干渉縞の周期Λは It is. When the two beam bundles are reflected by the two mirrors and enter the optical fiber at an angle β as shown in FIG.
の関係式で決まる。２つのミラーの互いに平行（すなわち位相マスクへの入射紫外線レーザー光の光軸と平行）な位置からの回転角度をαとすると、作製されるファイバーグレーティングの反射波長λFBGは、入射角βは図４から分かるようにβ＝θ−２αであるから、式（１）および式（１９）を用いて It is determined by the relational expression. If the rotation angle from the position of the two mirrors parallel to each other (that is, parallel to the optical axis of the incident ultraviolet laser beam to the phase mask) is α, the reflection wavelength λ FBG of the manufactured fiber grating is as follows. Since β = θ−2α, as can be seen from FIG. 4, using equations (1) and (19)
となる。２つのミラーの回転角度αを、微小角εだけ追加して回転させて（α＋ε）へ回転させて得られる反射波長λFBG'および波長の差δλFBG＝（λFBG−λFBG'）は、ε＜＜α、|θ−２α|であることを用いて、 It becomes. The reflection wavelength λ FBG ′ obtained by rotating the rotation angle α of the two mirrors by adding a small angle ε and rotating to (α + ε) and the difference in wavelength δλ FBG = (λ FBG −λ FBG ′) are: Using ε << α, | θ-2α |
式（１８）乃至式（２０）が２光束干渉法装置における条件である。式（２２）と式（１７）から、重ね合わせる２つのファイバーグレーティングの端部での位相差Δと、２つのミラーの微小回転角εとの関係式が得られる。 Expressions (18) to (20) are conditions in the two-beam interferometry apparatus. From Expression (22) and Expression (17), a relational expression between the phase difference Δ at the ends of the two fiber gratings to be superimposed and the minute rotation angle ε of the two mirrors can be obtained.
重ね合わせる２つのファイバーグレーティングの端部での位相差Δがπのときは次式が得られる。 When the phase difference Δ at the ends of the two fiber gratings to be superimposed is π, the following equation is obtained.
以上は、反射波長がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングを重ね合わせることによってアポダイゼーションを付与することができる理屈を定式化したものであるが、これは反射波長がわずかに少しずつ異なる複数のファイバーグレーティングをＮ個（Ｎは偶数）重ね合わせることによっても可能である。すなわち、反射波長がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングをペアとして重ね合わせ、さらに反射波長がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングを別のペアとして重ね合わせて形成すればよい。２つのペア（Ｎ＝４、すなわち合計４つのファイバーグレーティング）に対する場合の理屈を図９に示す。図では図３と同様に、理解を容易にするため周期の数は少なくして示した。図９（ａ）および（ｂ）に示すように、ペアとなる２つのそれぞれのファイバーグレーティングの長手方向屈折率分布変調は振幅が同じでその中央部で強め合いそしてその端部で互いに打ち消し合っているためアポダイゼーションが付与されたファイバーグレーティングを構成し、このペアを複数個（図９はペア２個（Ｎ＝４）に対する場合である。）重ね合わせれば、良好なファイバーグレーティングを形成することが可能である。
ペアの数は任意であるが、ペアの中のそれぞれのファイバーグレーティングの長手方向屈折率変調の位相は、図１０に示すように、互いにその端部でπだけ異なって打ち消しあっていることが必要である。図１０（ａ）はペア１個（合計２個のファイバーグレーティング）で、（ｂ）はペア２個（合計４個のファイバーグレーティング）で、図（ｃ）はペアがＮ／２個（合計Ｎ個のファイバーグレーティング）の場合に対するファイバーグレーティング端部での屈折率変調位相差の関係を極座標で示した図である。ペアの数は任意で、この数を極度に多く取れば２つのミラーの微小角度回転を連続して行うことと等価になる。
The above is the formulation of the theory that apodization can be imparted by superimposing two fiber gratings with slightly different reflection wavelengths. This is the case with multiple fiber gratings with slightly different reflection wavelengths. It is also possible to superimpose N (N is an even number). That is, two fiber gratings having slightly different reflection wavelengths may be overlapped as a pair, and two fiber gratings having slightly different reflection wavelengths may be overlapped as another pair. The theory for two pairs (N = 4, ie a total of four fiber gratings) is shown in FIG. In the figure, as in FIG. 3, the number of periods is reduced for easy understanding. As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the longitudinal refractive index profile modulations of the two paired fiber gratings have the same amplitude, strengthen at the center, and cancel each other out at the ends. Therefore, it is possible to form a good fiber grating by forming a fiber grating to which apodization is applied, and superimposing a plurality of pairs (FIG. 9 is for two pairs (N = 4)). It is.
The number of pairs is arbitrary, but the phase of the refractive index modulation in the longitudinal direction of each fiber grating in the pair needs to cancel each other by π at their ends as shown in FIG. It is. FIG. 10A shows one pair (two total fiber gratings), FIG. 10B shows two pairs (four total fiber gratings), and FIG. 10C shows N / 2 pairs (total N). It is the figure which showed the relationship of the refractive index modulation phase difference in the fiber grating edge part with respect to the case of a fiber grating) in the polar coordinate. The number of pairs is arbitrary, and if this number is extremely large, it is equivalent to performing minute angle rotation of two mirrors continuously.
以上の本発明の定式化を踏まえて、本発明の特徴を次に述べる。 Based on the above formulation of the present invention, the features of the present invention will be described below.
本発明の第１の特徴は、紫外線レーザー光を照射して、光ファイバー長手方向の屈折率変調振幅にアポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングを作製する方法及びその製造装置において、
（ｉ）位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉装置を用いて、
（ii）光ファイバーを、その長手方向において入射紫外線レーザー光軸が作製されるファイバーグレーティングの中央となるように配置して、
（iii）紫外線レーザー光を照射して１つのファイバーグレーティングを形成し、
（iv）その後に続けて、光ファイバーは動かさずにそのまま保持した状態で、２光束干渉装置の２つのミラーを入射紫外線レーザー光軸に対して互いに対称に回転させ、
（ｖ）１つ目のファイバーグレーティングの上に重ねて同じパワーの紫外線レーザー光を略同一時間連続して照射する
手段を有し、これらの手段によって、
（ａ）屈折率変調周期がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングが重ね描きして形成され、
（ｂ）２つのファイバーグレーティングの屈折率変調の長手方向位相がファイバーグレーティングの中央部で同位相であり、かつ端部で逆位相とすることにより、
これらの２つのファイバーグレーティングの重ね合わせによって、アポダイゼーションが付与される制御が可能である。
A first feature of the present invention is a method of manufacturing a fiber grating in which an apodization is applied to a refractive index modulation amplitude in the longitudinal direction of an optical fiber by irradiating with ultraviolet laser light, and a manufacturing apparatus thereof.
(I) using a two-beam interferometer that bifurcates the incident beam symmetrically using a phase mask,
(Ii) Arranging the optical fiber so as to be the center of the fiber grating in which the incident ultraviolet laser optical axis is produced in the longitudinal direction,
(Iii) Irradiate ultraviolet laser light to form one fiber grating,
(Iv) Subsequently, with the optical fiber held without moving, the two mirrors of the two-beam interference device are rotated symmetrically with respect to the incident ultraviolet laser optical axis,
(V) having means for continuously irradiating ultraviolet laser light of the same power on the first fiber grating for substantially the same time, and by these means,
(A) Two fiber gratings having slightly different refractive index modulation periods are formed by overlapping,
(B) By making the longitudinal phase of the refractive index modulation of the two fiber gratings in-phase at the center of the fiber grating and opposite in phase at the ends,
By superimposing these two fiber gratings, it is possible to control the apodization.
本発明の第２の特徴は、ファイバーグレーティングの所望の長さＬおよび反射波長λFBG、用いる位相マスクの１次光回折角θ、および２つのミラーの平行からの回転角度αを用いて式（２４）で規定される微小回転角ε0を求めて、２つ目のファイバーグレーティング形成のときにこの微小回転角ε0を２つのミラーに対称に与えれば、図３（ｂ）に図示するアポダイゼーションが得られる。ここでミラーを微小回転角ε0だけ回転する方向は、２つのミラーで対称であれば増やす方向でも減らす方向でもよい。 The second feature of the present invention is that the desired length L and reflection wavelength λ FBG of the fiber grating, the primary light diffraction angle θ of the phase mask used, and the rotation angle α from the parallel of the two mirrors If the minute rotation angle ε 0 defined in 24) is obtained and this minute rotation angle ε 0 is symmetrically given to the two mirrors when the second fiber grating is formed, the apodization shown in FIG. Is obtained. Here, the direction in which the mirror is rotated by the minute rotation angle ε 0 may be an increasing direction or a decreasing direction as long as the two mirrors are symmetrical.
本発明の第３の特徴は、上述第２の特徴に記載するミラー微小回転角度εが、式（２４）で規定する大きさの角度ε0を用いて、 A third feature of the present invention is that the mirror micro-rotation angle ε described in the second feature is an angle ε 0 having a magnitude defined by the equation (24).
の範囲にあることである。この範囲については、我々の実験結果である実施例２に基づくもので、この式は実施例２に記載する式（２９）と同じである。 It is in the range. About this range, it is based on Example 2 which is our experimental result, and this formula is the same as the formula (29) described in the second embodiment.
本発明の第４の特徴は、上述第２の特徴に記載するファイバーグレーティングの所望の長さＬFBGを用いて式（２４）で規定する大きさの角度ε0回転させる場合において、ファイバーグレーティング長を0.75×ＬFBG以上でかつ1.25×ＬFBG以下の範囲内の大きさに設定することである。この範囲は、我々の実験結果である実施例２で求めた式（２８）に基づくものである。 The fourth feature of the present invention is that when the fiber grating length described in the second feature is rotated by an angle ε 0 of the magnitude defined by the equation (24) using the desired length L FBG of the fiber grating, the fiber grating length Is set to a size in the range of 0.75 × L FBG or more and 1.25 × L FBG or less. This range is based on the equation (28) obtained in Example 2, which is the result of our experiment.
本発明の第５の特徴は、上述第３および第４の特徴を、視点を変えてファイバーグレーティング反射波長の観点に立って等価的に規定したものであり、２つのファイバーグレーティングの反射波長がきわめて近接しており、その差Δλの大きさが次式の範囲内にあることである。 The fifth feature of the present invention is that the above third and fourth features are equivalently defined from the viewpoint of the reflection wavelength of the fiber grating by changing the viewpoint, and the reflection wavelengths of the two fiber gratings are extremely different. It is close and the magnitude of the difference Δλ is within the range of the following equation.
本発明の第６の特徴は、上述第１の特徴における光ファイバーの配置位置について、入射紫外線レーザー光軸からのファイバーグレーティングの長手方向中央部のズレ量の大きさｓがファイバーグレーティング長ＬFBGの１／５以下であるとするもので、この許容範囲は我々の実験の実施例３の結果である式（３１）に基づくものである。 The sixth feature of the present invention is that, with respect to the arrangement position of the optical fiber in the first feature described above, the amount s of the amount of deviation in the longitudinal center of the fiber grating from the incident ultraviolet laser optical axis is 1 of the fiber grating length L FBG . This tolerance is based on equation (31), which is the result of Example 3 of our experiment.
本発明の第７の特徴によれば、上述第１の特徴における２つ目ファイバーグレーティング形成のための紫外線レーザー光照射時間Ｔ2と１つ目ファイバーグレーティング形成のための紫外線レーザー光照射時間Ｔ1の間に次式が成り立つようにそれぞれの照射時間Ｔ1およびＴ2を決めれば、良好なアポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングが作製できる。この許容範囲は、我々の実験の実施例４の結果である式（３２）に基づくものである。 According to the seventh aspect of the present invention, the ultraviolet laser beam irradiation time T 2 for forming the second fiber grating and the ultraviolet laser beam irradiation time T 1 for forming the first fiber grating in the first feature described above. If the irradiation times T 1 and T 2 are determined so that the following equation is established between the two , a fiber grating imparted with good apodization can be produced. This tolerance is based on equation (32), which is the result of Example 4 of our experiment.
本発明の第８の特徴によれば、２つのミラーの回転を２段階として近接して反射波長の異なる２つのファイバーグレーティングを重ね合わせて形成する第１の特徴の工程を、多段階のミラー回転として近接して反射波長の異なる多数のファイバーグレーティングを重ね合わせることで、良好なアポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングを作製することができる。反射波長がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングをペアとして重ね合わせ、さらに反射波長がわずかに異なる２つのファイバーグレーティングを別のペアとして重ね合わせて形成すればよい。図９は、２つのファイバーグレーティングからなるペアを２つ、すなわち合計４つのファイバーグレーティングを重ね合わせた場合で、ペアの数は任意にできる。ペアの数は極度に多く取れば２つのミラーの微小角度回転を連続して行うことと等価になり、２つのミラーの微小角度回転は一定の回転速度で連続して行ってもよい。 According to the eighth feature of the present invention, the step of the first feature of forming two fiber gratings in close proximity and superposing two fiber gratings in two steps by rotating the two mirrors in two steps is a multi-step mirror rotation. As described above, a fiber grating imparted with good apodization can be produced by superimposing a large number of fiber gratings having different reflection wavelengths in the vicinity. Two fiber gratings having slightly different reflection wavelengths may be overlapped as a pair, and two fiber gratings having slightly different reflection wavelengths may be overlapped as another pair. FIG. 9 shows a case where two pairs of two fiber gratings, that is, a total of four fiber gratings are overlapped, and the number of pairs can be arbitrarily set. If the number of pairs is extremely large, it is equivalent to continuously performing the minute angle rotation of the two mirrors, and the minute angle rotation of the two mirrors may be performed continuously at a constant rotational speed.
本発明の方法で、位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉法装置を用いてファイバーグレーティング作製を行えば、２つのビーム束の一方にのみくさび状光学位相板を挿入する等の従来法における多くの制約条件から解放されて、長さの異なるファイバーグレーティングや、反射波長の異なるファイバーグレーティング等を式（２４）で規定される微小角度だけ２つのミラーを対称に回転することで、コサイン型アポダイゼーションを付与してサイドローブを大きく抑制したファイバーグレーティングを得ることができる。２光束干渉法装置に、従来法のようにくさび状光学位相板等の光学部品を新たに追加するわけではなく、すでに回転機構を有する２つのミラーに微小角の回転を与えるだけであるため、部品点数を増やすことなく、優れたアポダイゼーション付与を実現できる大きな効果が得られる。 In the method of the present invention, if a fiber grating is manufactured using a two-beam interferometry apparatus that bifurcates an incident beam symmetrically using a phase mask, a wedge-shaped optical phase plate is inserted into only one of the two beam bundles. The two mirrors are rotated symmetrically by a minute angle defined by the equation (24), such as fiber gratings having different lengths, fiber gratings having different reflection wavelengths, etc. Thus, it is possible to obtain a fiber grating in which cosine type apodization is imparted and side lobes are largely suppressed. Since the optical component such as a wedge-shaped optical phase plate is not newly added to the two-beam interferometry apparatus as in the conventional method, only a small angle of rotation is given to two mirrors that already have a rotation mechanism. A great effect is obtained that can provide excellent apodization without increasing the number of parts.
本発明を実施するための最良の形態は、位相マスクを用いて入射ビームを対称に２分岐する２光束干渉法装置を用いて、ファイバーグレーティングの長手方向の位置が入射紫外線レーザー光軸で中央となるように配置し、紫外線レーザー光を照射して１つのファイバーグレーティングを形成し、その後、続けて２光束干渉法装置の２つのミラーを入射紫外線レーザー光軸に対して互いに対称に式（２３）でΔ＝πと置いて規定される大きさの角度εだけ回転させてから、１つ目のファイバーグレーティングの上に重ねてほぼ同じ時間同じパワーの紫外線レーザー光を連続して照射し、２つ目のファイバーグレーティングを形成することで実現できる。 The best mode for carrying out the present invention is to use a two-beam interferometry apparatus that bifurcates an incident beam symmetrically using a phase mask. The longitudinal position of the fiber grating is centered on the incident ultraviolet laser optical axis. Are arranged so that one fiber grating is formed by irradiating with ultraviolet laser light, and then the two mirrors of the two-beam interferometry apparatus are successively symmetrical with respect to the incident ultraviolet laser optical axis (23) Rotate by an angle ε of the size specified by Δ = π in FIG. 1, and then irradiate continuously with the same laser power with the same power on the first fiber grating for two times. This can be achieved by forming a fiber grating for the eye.
我々の２光束干渉法装置を用いて本発明のアポダイゼーション付与ファイバーグレーティング作製実験を行った。２光束干渉法装置を図４に示す。位相マスク１に直角に入射する紫外線レーザー光５は、位相マスク１でその回折現象によって左右に角度θで対称に２つのビーム束に分岐され、それぞれのビーム束は左右に対称に配置されたミラー２で反射され、光ファイバー４の位置で交差し、２つのビーム束の干渉で干渉縞ができ、この干渉縞のパターンが光ファイバーに刻印されファイバーグレーティングが形成される。用いた紫外線レーザーは、波長λUVが２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー（ラムダフィジックス社製Ｃｏｍｐｅｘ−１０２ＭＪ、不安定共振器付き）である。位相マスクは、StockerYale社製のLasiris位相マスク（回折格子ピリオドｐ＝１０７１．２９ｎｍ）である。位相マスクへの入射エキシマレーザー光は、位相マスクの前で、焦点距離４５１．９ｍｍのシリンドリカルレンズ（図示せず）で絞り、さらにスリット６の開口幅を調整し光ファイバーの長手方向に整形して作製するファイバーグレーティングの長さを設定した。本実施例ではファイバーグレーティング長は５．５ｍｍとした。位相マスク１と光ファイバー４の間隔ＬＭＦは３００．３ｍｍに、位相マスク１とミラー回転軸３の距離ｕは３０８．７ｍｍに、２つのミラー回転軸間隔の半値ｓは３５．７４ｍｍとした。これらの光学構成部品はすべて入射光５の光軸に対して対称に配置した。本実施例におけるミラー回転角αは略ゼロ度に、すなわち左右のミラーは平行となるように設定した。使用した光ファイバーには標準シングルモードファイバーＳＭＦ２８を用い、エキシマレーザー光に対する感光性を高めるために、実験に先立って、１００気圧の水素ガス雰囲気に室温で１０日間保持し、水素ローディング処理を施した。エキシマレーザー出力は、１パルスあたりのエネルギーは３０ｍＪで、パルスくり返し周波数２０Ｈｚとした。ファイバーグレーティングの反射および透過スペクトルは、光ファイバーにＡＳＥ光源（ファイバーラボ社製ＡＳＥ−ＦＬ７００４光源）の光を入れ、２台のスペクトラムアナライザー（アドバンテスト社製Ｑ８３８４）でそれぞれ測定した。本実施例では２つのミラーは互いに平行であるため、作製されるファイバーグレーティングの反射波長は、式（１）で位相マスクのピリオドからΛ＝ｐ／２＝１０７１．２９ｎｍ／２とし、ＳＭＦ２８ファイバーの実効屈折率ｎeff＝１．４４７から、λFBG＝１５５０．１ｎｍと予測される。 An apodization imparted fiber grating fabrication experiment of the present invention was conducted using our two-beam interferometry apparatus. A two-beam interferometry apparatus is shown in FIG. The ultraviolet laser beam 5 incident on the phase mask 1 at a right angle is bifurcated into two beam bundles symmetrically at an angle θ on the left and right by the diffraction phenomenon on the phase mask 1, and the respective beam bundles are arranged symmetrically on the left and right. 2 and crosses at the position of the optical fiber 4, and interference fringes are formed by interference of the two beam bundles. The pattern of the interference fringes is imprinted on the optical fiber to form a fiber grating. The ultraviolet laser used was a KrF excimer laser having a wavelength λ UV of 248 nm (Compex-102MJ, manufactured by Lambda Physics, with unstable resonator). The phase mask is a Lasiris phase mask (diffraction grating period p = 1071.29 nm) manufactured by StockerYale. The excimer laser light incident on the phase mask is produced in front of the phase mask by a cylindrical lens (not shown) having a focal length of 451.9 mm, and the slit 6 is adjusted in the longitudinal direction by adjusting the aperture width. The length of the fiber grating to be set was set. In this example, the fiber grating length was 5.5 mm. The distance L MF of the phase mask 1 and the optical fiber 4 300.3mm, the distance u of the phase mask 1 and the mirror rotating shaft 3 in 308.7Mm, the half value s of the two mirror rotation axis distance was 35.74Mm. All of these optical components are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the incident light 5. In this embodiment, the mirror rotation angle α is set to approximately zero degrees, that is, the left and right mirrors are parallel. A standard single mode fiber SMF28 was used as the optical fiber used, and in order to increase the sensitivity to excimer laser light, a hydrogen loading treatment was performed in a hydrogen gas atmosphere at 100 atm for 10 days prior to the experiment. The excimer laser output was 30 mJ per pulse, and the pulse repetition frequency was 20 Hz. The reflection and transmission spectra of the fiber grating were measured with two spectrum analyzers (Q8384 manufactured by Advantest Corp.) by putting light of an ASE light source (ASE-FL7004 light source manufactured by Fiber Lab Co., Ltd.) into the optical fiber. In this embodiment, since the two mirrors are parallel to each other, the reflection wavelength of the produced fiber grating is set to Λ = p / 2 = 1071.29 nm / 2 from the period of the phase mask in the equation (1), and the SMF28 fiber From the effective refractive index n eff = 1.447, it is predicted that λ FBG = 1550.1 nm.
最良の実施形態は、２光束干渉装置で、まず１つのファイバーグレーティングを形成し、その後、続けて２つのミラーを入射紫外線レーザー光軸に対して互いに対称に式（２３）でΔ＝πと置いたときの角度εだけ回転させてから、２つ目のファイバーグレーティングを重ね描きで形成することで実現できる。位相マスクの１次回折角θは、式（１８）からλUV＝２４８ｎｍ、ｐ＝１０７１．２９ｎｍを用いて、θ＝１３．３８５度となる。ミラー回転角αは設定のゼロと置き、ファイバーグレーティング長Ｌ＝５．５ｍｍとして、式（２３）で予測されるミラーの回転角度は、０．０００６６４度となる。実験ではこの回転角度を０.０００６６度とし、エキシマレーザー光照射時間は１つ目のファイバーグレーティングに対して１５秒間、２つ目のファイバーグレーティングに対して１７秒間とした。その結果得られたファイバーグレーティングの反射スペクトルを図５（ｂ）に太線データで示す。比較のため、ミラー回転を行わず同じ照射時間（１５＋１７＝３２秒間）照射して作製したアポダイゼーション付与なしのファイバーグレーティング反射スペクトルを同図（図５（ｂ））に細線で示す。アポダイゼーションなしで見られる多くのサイドローブ（側波体ともいう）は、アポダイゼーションを施した場合大きく抑制されていることが明瞭に分かる。本発明の方法の有効性がきわめて効果的であることが証明できた。
なお、反射中心における透過阻止量は、アポダイゼーション付与なしの場合、−２．９ｄＢで、アポダイゼーション付与ありの場合、−１．３ｄＢであった。アポダイゼーションありで透過阻止量の大きさが小さくなったのは、ファイバーグレーティング端部で２つのファイバーグレーティングの重ね描きで長手方向の屈折率変調が打ち消し合い、長手方向累積値が実効的に減ったためである。
The best embodiment is a two-beam interference device in which one fiber grating is formed first, and then two mirrors are placed symmetrically with respect to the incident ultraviolet laser optical axis and Δ = π in equation (23). This is realized by rotating the second fiber grating in an overlaid manner after being rotated by the angle ε. The first-order diffraction angle θ of the phase mask is θ = 13.385 degrees using λ UV = 248 nm and p = 1071.29 nm from Equation (18). The mirror rotation angle α is set to zero, the fiber grating length L is set to 5.5 mm, and the mirror rotation angle predicted by Expression (23) is 0.000664 degrees. In the experiment, the rotation angle was set to 0.0006 degrees, and the excimer laser light irradiation time was set to 15 seconds for the first fiber grating and 17 seconds for the second fiber grating. The reflection spectrum of the fiber grating obtained as a result is shown by thick line data in FIG. For comparison, a fiber grating reflection spectrum without apodization, which was produced by irradiating with the same irradiation time (15 + 17 = 32 seconds) without rotating the mirror, is shown by a thin line in FIG. 5 (b). It can be clearly seen that many side lobes (also called side wave bodies) seen without apodization are greatly suppressed when apodization is applied. It has been proved that the effectiveness of the method of the invention is very effective.
The transmission blocking amount at the reflection center was −2.9 dB when no apodization was imparted, and −1.3 dB when apodization was imparted. The reason why the amount of transmission blocking is reduced with apodization is that the longitudinal refractive index modulation cancels out by overlaying two fiber gratings at the end of the fiber grating, and the cumulative value in the longitudinal direction is effectively reduced. is there.
図５（ａ）はコンピューターシミュレーションの結果である。シミュレーションには、信頼性の優れている“IFO_grating”コンピューターソフトウェアー（Optiwave Corporation社）を用いた。このソフトウェアーでは、光ファイバーのコア部およびクラッド部の屈折率分布を与え、コア部に屈折率変調のグレーティングの周期Λとその長さおよび屈折率の変調成分と非変調成分をインプットして、このグレーティングに光が入ったときの反射および透過のスペクトルが計算される。アポダイゼーションに関しては、光ファイバー長手方向の屈折率変調振幅の分布に所望の依存性を持たせて入力できる。シミュレーションのための入力パラメータは、光ファイバーの屈折率分布は、実験で用いたＳＭＦ２８シングルモードファイバーに合わせて、コア径８．１４μｍ、クラッド径１２５μｍ、コア屈折率１．４４９５５、クラッド屈折率１．４４４３のステップインデクス型とした。実効屈折率ｎｅｆｆは１．４４７である。ファイバーグレーティングの周期Λは５３５．６５ｎｍとし、その長さは実験に合わせて５．５ｍｍとし、アポダイゼーションの強度分布は式（１５）のコサイン分布を持たせ、反射および透過のスペクトルを計算した。屈折率変調振幅の大きさはアポダイゼーションなしに対して反射率の実験値を参照値とし、Δｎ＝０．０００１として計算した。図５（ｂ）の実験に合わせてシミュレーションしたこの結果を図５（ａ）に示す。図中の塗りつぶし挿絵は、長手方向のアポダイゼーション振幅の分布である。シミュレーション結果は実験結果と良好に対応しており、サイドローブ抑制の効果はハッキリと見て取れる。 FIG. 5A shows the result of computer simulation. For simulation, “IFO_grating” computer software (Optiwave Corporation), which has excellent reliability, was used. This software gives the refractive index distribution of the core and cladding of the optical fiber, and inputs the refractive index modulation grating period Λ and its length and the modulation and non-modulation components of the refractive index to the core. The reflection and transmission spectra when light enters the grating are calculated. As for apodization, the distribution of refractive index modulation amplitude in the longitudinal direction of the optical fiber can be input with a desired dependency. The input parameters for the simulation are as follows: the refractive index distribution of the optical fiber is the same as the SMF28 single mode fiber used in the experiment, the core diameter is 8.14 μm, the cladding diameter is 125 μm, the core refractive index is 1.44955, and the cladding refractive index is 1.4443. Step index type. The effective refractive index n eff is 1.447. The period Λ of the fiber grating was 535.65 nm, the length thereof was 5.5 mm in accordance with the experiment, the intensity distribution of the apodization was given the cosine distribution of Equation (15), and the reflection and transmission spectra were calculated. The magnitude of the refractive index modulation amplitude was calculated with Δn = 0.0001, with the experimental value of the reflectance as a reference value for no apodization. FIG. 5A shows the result of simulation according to the experiment of FIG. The filled illustration in the figure is the distribution of the apodization amplitude in the longitudinal direction. The simulation results correspond well with the experimental results, and the effect of sidelobe suppression can be seen clearly.
本実施例によって、本発明のアポダイゼーション付与方法の効果がきわめて大きいことが、理論的にも強く支持されて、明確に実証された。 This example clearly proved that the effect of the apodization imparting method of the present invention is very large, theoretically strongly supported.
本実施例では、実施例１の図５（ｂ）の実験条件に対して、ファイバーグレーティング長を変えて、アポダイゼーション付与の効果のファイバーグレーティング長に対する依存性を実験で調べた。ファイバーグレーティング長は、図４のスリット６を左右へその開口幅を中心対称に広げたり狭めたりして変化させた。アポダイゼーション付与のための２つのミラーの回転条件は実施例１と同じにした。光ファイバーの位置での干渉縞のパターンは５．５ｍｍ長で半周期のコサイン型である。図６（ａ）はＬ＝４ｍｍからＬ＝１１ｍｍまで変化させて測定した反射スペクトルで、図６（ｂ）はそれぞれの実験条件に対応するシミュレーション計算結果のスペクトルである。１つ目と２つ目のファイバーグレーティング形成のためのエキシマレーザー光照射時間は、それぞれ１５秒間と２５秒間とした。図中の塗りつぶし挿絵は、長手方向のアポダイゼーション振幅の分布である。 In this example, the dependence of the effect of imparting apodization on the fiber grating length was experimentally examined by changing the fiber grating length with respect to the experimental condition of FIG. The fiber grating length was changed by expanding or narrowing the opening width of the slit 6 of FIG. 4 left and right symmetrically. The rotation conditions of the two mirrors for imparting apodization were the same as in Example 1. The pattern of interference fringes at the position of the optical fiber is a cosine type having a length of 5.5 mm and a half cycle. 6A is a reflection spectrum measured by changing from L = 4 mm to L = 11 mm, and FIG. 6B is a spectrum of a simulation calculation result corresponding to each experimental condition. The excimer laser light irradiation time for forming the first and second fiber gratings was 15 seconds and 25 seconds, respectively. The filled illustration in the figure is the distribution of the apodization amplitude in the longitudinal direction.
ファイバーグレーティングの端部で２つのファイバーグレーティングの屈折率周期の位相差Δがπのときで、Ｌ0＝５．５ｍｍのとき最適のアポダイゼーションが期待される。図６（ａ）の実験結果と図６（ｂ）のシミュレーション計算結果から分かるように、期待されるファイバーグレーティング長Ｌ0＝５．５ｍｍよりも短いＬmin＝４ｍｍでも、最適値ではないが、アポダイゼーションの効果は充分に見られる。また、長い方でもＬmax＝７ｍｍでも見られる。しかし、最も良好にサイドローブが抑制されているのはＬ0＝５．５ｍｍのときである。この実験からファイバーグレーティング長は最適値から少々ずれていてもアポダイゼーションは得られ、本実施例で確認したその範囲は Optimal apodization is expected when the phase difference Δ of the refractive index period of the two fiber gratings is π at the end of the fiber grating and L 0 = 5.5 mm. As can be seen from the simulation calculation results of the experimental results and 6 in FIG. 6 (a) (b), even short L min = 4 mm than the fiber grating length L 0 = 5.5 mm which is expected, but not at the optimum value, The effect of apodization is fully seen. Even the longer one can be seen even at L max = 7 mm. However, the side lobe is most effectively suppressed when L 0 = 5.5 mm. From this experiment, apodization is obtained even if the fiber grating length is slightly deviated from the optimum value, and the range confirmed in this example is
にあればよいことが分かる。なお、Ｌ＝１１ｍｍにおいては、得られたスペクトルのピークは２つに分裂しており、これは２つのファイバーグレーティングの反射波長が異なりすぎているため、２つのスペクトルを単に重ねた状態に近づいていることを意味している。 You can see that it is good to have. In addition, at L = 11 mm, the peak of the obtained spectrum is split into two, and this is because the reflection wavelengths of the two fiber gratings are too different, so that the two spectra are close to being simply superimposed. It means that
この実験ではミラーの回転角度を一定にしてスリットの開口幅を変えてファイバーグレーティング長依存性を見たが、前述の理論から分かるように、この実験はファイバーグレーティング長を一定としてミラーの回転角度を変えた場合と内容的には等価である。ファイバーグレーティング長をＬ0に固定し、ミラー回転角度εを式（２３）で規定される角度ε0から変えた場合、同式を用いて式（２８）を書き直せば、 In this experiment, we looked at the fiber grating length dependence by changing the aperture width of the slit while keeping the mirror rotation angle constant, but as can be seen from the above theory, this experiment performed the mirror rotation angle with the fiber grating length constant. The content is equivalent to the case of changing. When the fiber grating length is fixed to L 0 and the mirror rotation angle ε is changed from the angle ε 0 defined by the equation (23), if the equation (28) is rewritten using the equation,
がミラー回転角度εの許容範囲となる。 Becomes the allowable range of the mirror rotation angle ε.
このミラー回転角度εの許容範囲は、重ね合わせる２つのファイバーグレーティングの反射波長の差Δλで等価的に表現することもできる。すなわち、式（２３）を用いて、 The allowable range of the mirror rotation angle ε can be equivalently expressed by a difference Δλ between reflection wavelengths of two overlapping fiber gratings. That is, using equation (23),
２つのファイバーグレーティングを重ね合わせてコサイン型アポダイゼーションを付与するには、２つのミラーを対称に回転させる場合、実施例１で示したように、ファイバーグレーティングの長手方向の中央部の位置が入射紫外線レーザー光の光軸延長線上にあることが必要である。実施例２と同じように、この位置も、厳密に入射紫外線レーザー光の光軸延長線上になければならないわけでなく、許容範囲が考えられる。 In order to provide cosine type apodization by superimposing two fiber gratings, when the two mirrors are rotated symmetrically, the position of the central portion in the longitudinal direction of the fiber grating is the incident ultraviolet laser as shown in the first embodiment. It is necessary to be on the optical axis extension line of light. Similar to the second embodiment, this position does not have to be strictly on the optical axis extension line of the incident ultraviolet laser beam, and an allowable range is conceivable.
本実施例実験では、図４のスリット６（開口は５．５ｍｍ長）を左右にシフトさせてその影響を見た。その結果を図７に示す。ｓは、ファイバーグレーティングの長手方向の中央部の位置の、入射紫外線レーザー光の光軸延長線からのズレ量で、これをファイバーグレーティング長Ｌで規格化したのがｓ／Ｌである。実験ではｓ＝０とｓ＝２．７５ｍｍの２点しか押さえていないので、その間のスペクトルはコンピュータシミュレーションで補完して求めた。スリット６がなければ、光ファイバーの位置での２つのビーム束の干渉縞の振幅は、入射紫外線レーザー光の光軸延長線を中央にして対称に位相マスクの回折格子幅にわたってコサイン型を繰り返している。スリット６でそのうちの５．５ｍｍ長を図７（ｂ）の挿絵のように切り出した屈折率変調分布が得られている。図６（ｂ）はコンピュータシミュレーションによる反射スペクトルで、図６（ａ）は実測した反射スペクトルである。ｓ／Ｌ＝１／２の場合、反射スペクトルピークは２つにスプリットしており、シミュレーション結果も忠実にこの様子を再現している。シミュレーション結果はこのように信頼性が高いので、ｓ／Ｌ＝０とｓ／Ｌ＝１／４の間はシミュレーション結果で補完した。図７（ｂ）の結果から、アポダイゼーション効果の最適値はｓ／Ｌ＝０で得られるが、ｓ／Ｌの値は次式の範囲内にあれば充分に効果があることが分かる。 In the experiment of this embodiment, the effect was observed by shifting the slit 6 (opening is 5.5 mm long) in FIG. 4 to the left and right. The result is shown in FIG. s is the amount of deviation of the center position of the fiber grating in the longitudinal direction from the optical axis extension line of the incident ultraviolet laser beam, and this is normalized by the fiber grating length L, which is s / L. Since only two points of s = 0 and s = 2.75 mm were pressed in the experiment, the spectrum between them was obtained by complementing with computer simulation. Without the slit 6, the amplitude of the interference fringes of the two beam bundles at the position of the optical fiber repeats a cosine shape over the diffraction grating width of the phase mask symmetrically about the optical axis extension line of the incident ultraviolet laser beam. . A refractive index modulation distribution obtained by cutting out a 5.5 mm length of the slit 6 as shown in the illustration of FIG. 7B is obtained. FIG. 6B is a reflection spectrum by computer simulation, and FIG. 6A is an actually measured reflection spectrum. When s / L = 1/2, the reflection spectrum peak is split into two, and the simulation result also faithfully reproduces this situation. Since the simulation result is thus highly reliable, the simulation result is supplemented between s / L = 0 and s / L = 1/4. From the result of FIG. 7B, it can be seen that the optimum value of the apodization effect is obtained when s / L = 0, but the value of s / L is sufficiently effective if it is within the range of the following equation.
本発明の理論の定式化で書いたように重ね描きする２つのファイバーグレーティングの屈折率変調の振幅は同じであることが必要である。この振幅は、紫外線レーザー光の照射時間に比例することが予測される。１つ目と２つ目のファイバーグレーティング形成のためのエキシマレーザー光照射時間は、実施例１の実験では、それぞれ１５秒間と１７秒間とし、実施例２の実験では、それぞれ１５秒間と２５秒間とした。本実施例では、１つ目のファイバーグレーティング形成のためのエキシマレーザー光照射時間を１５秒間として、２つ目の照射時間を０秒間から３５秒間まで変える実験を行った。他の実験条件は実施例１と同じである。この結果を図８に示す。１つ目と２つ目のエキシマレーザー光照射時間をそれぞれＴ1およびＴ2とすると、サイドローブが最も効率よく抑制されているのはＴ2＝１５秒間乃至１７秒間である。２つ目の照射時間Ｔ2が１つ目の照射時間Ｔ１より同じか少し長いということは、屈折率変調振幅は照射時間に対しておおよそ線形的に増えていくが、描き込み時間が長くなると描き込み効率が若干低下することを意味している。実験で確認された図８のスペクトルデータから、照射時間は最適の時間から少しずれていてもＴ2＝１０秒間乃至２５秒間であればアポダイゼーション付与は良好に効いていることが分かる。この結果を数式化すると次式のようになる。 As described in the theoretical formulation of the present invention, the amplitudes of the refractive index modulations of the two fiber gratings to be overlaid must be the same. This amplitude is predicted to be proportional to the irradiation time of the ultraviolet laser light. The excimer laser light irradiation time for forming the first and second fiber gratings is 15 seconds and 17 seconds, respectively, in the experiment of Example 1, and 15 seconds and 25 seconds, respectively, in the experiment of Example 2. did. In this example, an experiment was performed in which the excimer laser light irradiation time for forming the first fiber grating was 15 seconds, and the second irradiation time was changed from 0 seconds to 35 seconds. Other experimental conditions are the same as in Example 1. The result is shown in FIG. Assuming that the first and second excimer laser light irradiation times are T 1 and T 2 , the side lobes are most effectively suppressed for T 2 = 15 to 17 seconds. The fact that the second irradiation time T 2 is the same or slightly longer than the first irradiation time T 1 means that the refractive index modulation amplitude increases approximately linearly with respect to the irradiation time, but the drawing time is longer. This means that the drawing efficiency is slightly reduced. From the spectral data shown in FIG. 8 confirmed in the experiment, it can be seen that the apodization is effective if T 2 = 10 to 25 seconds even if the irradiation time is slightly deviated from the optimum time. The result is expressed in the following formula.
本発明の第８の特徴を実証するために、２つのミラーの微小角度回転を連続して行い、良好なアポダイゼーションを得ることができた実験結果について述べる。
本実施例の実験条件は、２つのミラー微小角度連続回転とエキシマ紫外線レーザー光照射時間に関する条件以外はすべて実施例１と同じである。２つのミラー回転角度を０．０００６６度だけ１分３０秒かけて一定速度で回転させ、この１分３０秒間の時間、エキシマ紫外線レーザー光を照射して、アポダイゼーションを付与したファイバーグレーティングの反射スペクトルを図１１に太線で示す。この場合、透過阻止量は−１２ｄＢであった。この実験結果におけるアポダイゼーション付与の効果を見るため、２つのミラーを回転させず固定させてアポダイゼーションを付与しないで作製したファイバーグレーティングの反射スペクトルを同じ図１１に細線で示す。エキシマ紫外線レーザー光照射時間は同じ１分３０秒間である。この場合の透過阻止量は−２４ｄＢであった。
図の太線のデータ（アポダイゼーションあり）と細線（アポダイゼーションなし）のスペクトルを比較すれば、サイドローブが極めて顕著に明瞭に抑制されていることが分かる。アポダイゼーションなしの場合のサイドローブは短波長側で−７ｄＢであるが、本発明の方法によるアポダイゼーションありでは長波長側で−２２ｄＢまで、−１５ｄＢ抑制されている。このｄＢ量は割合に換算すれば、１０−１５ｄＢ／１０＝３．２％となり、本発明の効果が極めて有効であることを示している。
In order to demonstrate the eighth feature of the present invention, an experimental result in which a fine apodization can be obtained by continuously performing minute angle rotation of two mirrors will be described.
The experimental conditions of the present embodiment are all the same as those of the first embodiment except for the conditions relating to the two mirror micro-angle continuous rotation and the excimer ultraviolet laser light irradiation time. Two mirror rotation angles are rotated at a constant speed by 0.00066 degrees for 1 minute and 30 seconds, and the reflection spectrum of the fiber grating to which apodization is applied by irradiating excimer ultraviolet laser light for this time of 1 minute and 30 seconds. It is shown by a thick line in FIG. In this case, the transmission blocking amount was −12 dB. In order to see the effect of imparting apodization in this experimental result, the reflection spectrum of the fiber grating produced without fixing the two mirrors without rotation and imparting apodization is shown by a thin line in FIG. Excimer ultraviolet laser beam irradiation time is the same 1 minute 30 seconds. In this case, the transmission blocking amount was −24 dB.
Comparing the spectrum of the thick line data (with apodization) and the thin line (without apodization) in the figure, it can be seen that the side lobes are suppressed significantly and clearly. The side lobe without apodization is -7 dB on the short wavelength side, but is suppressed by -15 dB to -22 dB on the long wavelength side with apodization according to the method of the present invention. The amount of dB is 10 −15 dB / 10 = 3.2% in terms of a ratio, indicating that the effect of the present invention is extremely effective.
本発明の方法でファイバーグレーティングを作製すれば、その反射スペクトルにおけるサイドローブを大きく抑制して、ファイバーグレーティングが潜在的に有する優れた反射特性および透過特性を充分に発現させることができ、光信号を利用する各種デバイス、装置、システムに、例えば、高密度波長多重光通信機器、レーザーダイオード外部共振器、ファイバーレーザー共振器、温度・歪み等の各種センサー等々に広く応用され、重要な役割を果たすことができる。 If the fiber grating is produced by the method of the present invention, the side lobe in the reflection spectrum is greatly suppressed, and the excellent reflection characteristics and transmission characteristics that the fiber grating potentially has can be sufficiently expressed, and the optical signal can be expressed. Widely applied to various devices, devices and systems to be used, for example, high-density wavelength multiplexing optical communication equipment, laser diode external resonators, fiber laser resonators, various sensors such as temperature and strain, etc. Can do.
１ 位相マスク
２ ミラー
３ ミラー回転軸
４ 光ファイバー
５ 紫外線レーザー光
６ スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase mask 2 Mirror 3 Mirror rotation axis 4 Optical fiber 5 Ultraviolet laser beam 6 Slit
Claims (9)
紫外線レーザー光を位相マスクへ入射させ、その回折現象を利用して±１次回折光の２つのビーム束に分岐して、入射紫外線レーザー光の該位相マスクへの入射光軸に対して対称に配置された２つのミラーで２つのビーム束をそれぞれ反射させ、前方に配置された光ファイバーの位置において２つのビーム束を交差させ、干渉を誘起させる２光束干渉装置を用い、
紫外線レーザー光を、ファイバーグレーティング作製に必要な通常の照射時間の半分の時間照射した後、
２つのミラーを互いに対称に等量の微小角度回転させる制御を施し、
ファイバーグレーティングの両終端において最初のファイバーグレーティングとは逆位相となる２つ目のファイバーグレーティングを、残り半分の時間、同じ位置に、同じ長さにわたって、同一パワーの紫外線レーザー光を連続して照射して、
近接して異なる反射波長の２つのファイバーグレーティングを重ねて形成する
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。 In a method of producing a fiber grating by irradiating ultraviolet laser light and imparting apodization to the refractive index modulation amplitude in the longitudinal direction of the optical fiber,
Ultraviolet laser light is incident on the phase mask, and its diffraction phenomenon is used to split it into two beam bundles of ± first-order diffracted light, which are arranged symmetrically with respect to the optical axis of incidence of the incident ultraviolet laser light on the phase mask. The two beam bundles are respectively reflected by the two mirrors, and the two beam bundles are crossed at the position of the optical fiber arranged in front to induce interference.
After irradiating with ultraviolet laser light for half the normal irradiation time required for fiber grating fabrication,
The two mirrors are controlled to rotate symmetrically with an equal amount of minute angle,
At the both ends of the fiber grating, the second fiber grating, which is opposite in phase to the first fiber grating, is continuously irradiated with the same length of UV laser light at the same position over the same length for the remaining half of the time. And
A method of manufacturing a fiber grating, characterized in that apodization is imparted by forming two fiber gratings having different reflection wavelengths close to each other.
１つ目のファイバーグレーティングの上に重ねて、略同一時間、同じパワーの紫外線レーザー光を照射し、２つ目のファイバーグレーティングを形成する
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。
ここでλFBGはファイバーグレーティングの反射波長で、neffは光ファイバーの実効屈折率で、ＬFBGはファイバーグレーティングの長さで、θは２光束干渉法装置における位相マスクの１次光回折角度で、αは２光束干渉装置における２つのミラーの入射光軸から互いに対称に回転する角度である。 2. The rotation of the two mirrors in the fiber grating manufacturing method according to claim 1, wherein the angle is substantially the same as the angle ε 0 of the size specified by the following equation symmetrically with respect to the incident ultraviolet laser optical axis. rotate by ε,
A fiber grating manufactured by applying apodization by forming a second fiber grating by irradiating an ultraviolet laser beam of the same power for approximately the same time on top of the first fiber grating. Method.
Where λ FBG is the reflection wavelength of the fiber grating, n eff is the effective refractive index of the optical fiber, L FBG is the length of the fiber grating, θ is the primary light diffraction angle of the phase mask in the two-beam interferometer, α is an angle that rotates symmetrically with respect to the incident optical axes of the two mirrors in the two-beam interference device.
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。 3. The rotation angle ε in the fiber grating manufacturing method according to claim 2, wherein the rotation angle ε is within a range of 0.75 × ε 0 or more and 1.25 × ε 0 or less using the angle ε 0 of the size specified in the same paragraph. A method for producing a fiber grating, characterized in that apodization is imparted.
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。 The fiber grating length in the fiber grating manufacturing method according to claim 2 is set to a desired length L FBG , the two mirrors are rotated symmetrically by the rotation angle ε 0 specified in the same paragraph, and the fiber grating length is 0.75 × L FBG A method for producing a fiber grating, wherein apodization is imparted by having a size within the range of 1.25 × L FBG or less.
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。 2. In the fiber grating manufacturing method according to claim 1, the amount of displacement s in the longitudinal central portion of the fiber grating from the incident ultraviolet laser optical axis is １ ／ or less of the fiber grating length L FBG . A method for producing a fiber grating, characterized in that apodization is imparted.
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。
該ミラー回転の回数を（Ｎ−１）回とし、
近接して異なる反射波長のＮ個（Ｎは整数で、かつ、２の倍数）のファイバーグレーティングを重ねて形成せしめ、
Ｎ個のファイバーグレーティングは両終端における位相ズレの総和が、両終端においてそれぞれ略ゼロとなるように（Ｎ−１）回の微小角度回転を施し、
それぞれのファイバーグレーティングには、ファイバーグレーティング作製に必要な通常の照射時間の１／Ｎの照射時間、同じ位置に、同じ長さにわたって、同一パワーの紫外線レーザー光を照射して、
近接して異なる反射波長のＮ個のファイバーグレーティングを重ねて形成する
ことによりアポダイゼーションを付与することを特徴とするファイバーグレーティングの製造方法。 In the control for rotating the two mirrors symmetrically to each other with an equal minute angle in the fiber grating manufacturing method according to claim 1 ,
The number of rotations of the mirror is (N-1) times,
N fiber gratings with different reflection wavelengths (N is an integer and a multiple of 2) are formed in close proximity,
The N fiber gratings are rotated (N−1) times at a minute angle so that the sum of the phase shifts at both ends is substantially zero at both ends,
Each fiber grating is irradiated with an ultraviolet laser beam of the same power over the same length, at the same position, at an irradiation time of 1 / N of the normal irradiation time required for fiber grating production,
A method of manufacturing a fiber grating, wherein apodization is imparted by forming N fiber gratings having different reflection wavelengths close to each other.
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