JP4519334B2

JP4519334B2 - 光ファイバグレーティングの製造方法

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Publication number: JP4519334B2
Application number: JP2001014635A
Authority: JP
Inventors: 明展二本柳; 裕石井; 聡奥出; 研二西出
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: JP2002214456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバグレーティングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングは、光ファイバの長さ方向にそって所定の周期で摂動を形成したものである。摂動は、例えばコア−クラッド間の比屈折率差を所定の周期で変動させたり、コア径を所定の周期で変動させたりすることによって形成される。
【０００３】
図４は光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置の一例を示したもので、図中符号１は光ファイバ素線である。光ファイバ素線１は、例えば石英系ガラスからなる裸光ファイバの外周上に、紫外線硬化型樹脂などのプラスチックからなる被覆層が設けられたものである。この裸光ファイバは、コアとその外周上に設けられたクラッドとを備え、その少なくとも一部がゲルマニウム添加石英ガラスからなるものを用いる。
そして、この光ファイバ素線１の長さ方向の一部の被覆層を除去し、裸光ファイバを露出させ、その両端の被覆層部分を自動ステージ２のクランプ４ａ、４ａに固定する。
なお、自動ステージ２は直方体状の本体３と、その上面に設けられた移動自在なステージ４と、このステージ４に設けられたクランプ４ａ、４ａとからなる。
そして、自動ステージ２の外側に延びる光ファイバ素線１をＶ溝台５、５にて支持し、この光ファイバ素線１の一方の端部を広帯域型光源６に接続し、他方の端部をスペクトルアナライザ７に接続する。
【０００４】
そして、エキシマレーザなどの光源８から特定波長の紫外光を発射し、ミラー系９を経てシリンドリカルレンズなどのレンズ１０にて集光し、光ファイバ素線１の裸光ファイバの一点に照射する。すると、いわゆるフォトリフラクティブ効果により、ゲルマニウム添加石英ガラスからなる部分の屈折率が上昇する。ついで、ステージ４を光ファイバ素線１の長さ方向にそって移動し、同様にして紫外光を照射する操作を繰り返すことにより、光ファイバグレーティングを得ることができる。なお、このとき広帯域型光源６から光ファイバ素線１に光を入射し、スペクトルアナライザ７において、この光ファイバグレーティングの光学特性（減衰波長特性）をモニターしながら操作を行う。
【０００５】
図５はコアに屈折率の変動を形成した場合の光ファイバグレーティングの構造の一例を示した断面図であって、図中符号１１は裸光ファイバである。この例において、裸光ファイバ１１はコア１１ａとその外周上に設けられたクラッド１１ｂとからなり、コア１１ａがゲルマニウム添加石英ガラス、クラッドが純粋石英ガラスまたはフッ素添加石英ガラスからなる。そして、コア１１ａに、その長さ方向にそって、屈折率が上昇した複数の屈折率上昇部１２、１２…が、所定の周期で間欠的に配置されて、グレーティング部１３Ａが構成されている。なお、図中符号Λで示したグレーティング部１２、１２…の間隔をグレーティング周期といい、この例において、グレーティング周期Λは一定である。
【０００６】
光ファイバグレーティングにおいては、コアを入射方向と同方向（正の方向）に伝搬する所定の波長のモードを、その反対方向（負の方向）に伝搬するモードや、クラッドを正の方向に伝搬するモードと結合させたりすることによって減衰させることができる。このような作用により、所定の波長の光を選択的に減衰させることができるため、光フィルタとして用いられている。
【０００７】
光ファイバグレーティングは、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと略記する）などの希土類添加光ファイバ増幅器の利得の波長依存性を低減する手段として用いられている。そして、通信の信号帯域の拡大に伴い、より広帯域の利得の平坦化（等化）が要求されるようになってきている。
そこで、グレーティング周期を一定とせず、その１カ所以上に位相シフトを導入して光ファイバグレーティングを製造することによって、広帯域の光を減衰させることができる光ファイバグレーティングが得られることが知られている（第７１回微小光学研究会「利得等化用光ファイバグレーティング」島研介、和田朗）。
図６はこのような光ファイバグレーティングの一例を示したもので、図５に示したものと異なるのは、グレーティング周期が一定ではなく、途中に位相シフトが導入されたグレーティング部１３Ｂが形成されている点である。なお、この位相シフト部１４をはさんで隣接する屈折率上昇部１２、１２間の距離（位相シフト部１４の長さ）はΛ＋Δｌである。そして、このΔｌを位相シフト量と呼ぶ。
また、この位相シフト部１４は、図４に示した装置において、ステージ４の移動距離を変更することによって導入することができる。
【０００８】
光ファイバグレーティングの光学特性は裸光ファイバの構造や、上述のように屈折率上昇部１２を形成する際の屈折率変化量、およびグレーティング周期Λなどによって変化する。
【０００９】
また、上述のように、負の方向に伝搬するモードに結合するか、クラッドを正の方向に伝搬するモードに結合するかは、主にグレーティング周期によって異なる。
なお、以下、クラッドを正の方向に伝搬するモードと結合するタイプの光ファイバグレーティングをクラッドモード結合型とよぶ。このタイプのものは比較的グレーティング周期が大きいという特徴がある。また、比較的広帯域の減衰ピークが得られるため、上述の様な希土類添加ファイバアンプの利得を平坦化する用途には、クラッドモード結合型が多く用いられている。
そして、このクラッドモード結合型においては、光学特性が屈折率変化量に極めて敏感であるという特徴を有している。
したがって、例えばエキシマレーザなどの光源のパワーが不足したり、不安定であったりすると、所望の光学特性を備えた光ファイバグレーティングを安定に作成することができないという問題があった。
また、位相シフトを導入したものにおいては、さらに、位相シフトの導入数や位相シフトの位置によっても光学特性が変化する。したがって、特に位相シフト量Δｌの精密な制御ができなければ、安定した製造が困難であるという問題があった。
そこで、以下の様な方法が提案されている（電子情報通信学会総合大会C-3-69（2000）「位相シフト長周期グレーティング」春本道子など）。
すなわち、例えば図６に示した様に位相シフト部１４を備えたグレーティング部１３Ｂを形成した後、この位相シフト部１４に再び紫外光を照射して屈折率をわずかに上昇させ、光路長を長くすることにより、光学特性を調整する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、屈折率を上昇させることはできるが、下降させることはできないため、限られた場合にしか適用できないという問題があった。
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、位相シフトを導入した光ファイバグレーティングにおいて、所望の光学特性を備えたものが安定に製造できる光ファイバグレーティングの製造方法を提供することを課題とする。
そして、特にクラッドモード結合型において、この課題を解決することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、コアとその外周上に設けられたクラッドとを備え、該コアとクラッドの少なくとも一部が紫外光の照射によって屈折率が上昇する石英系ガラスからなる裸光ファイバに、その長さ方向にそって所定の周期で紫外光を照射し、位相シフト部と屈折率上昇部を有するグレーティング部を形成する第１の工程と、
該グレーティング部の光学特性をモニターし、該光学特性と所望の光学特性とを比較し、位相シフト部に紫外光を照射する操作と該位相シフト部を加熱する操作の両方を行って、当該グレーティング部の光学特性を調整する第２の工程とを備える光ファイバグレーティングの製造方法であって、
前記第１の工程によって形成されるグレーティング部が、１つの位相シフト部と、この位相シフト部の両側にそれぞれ形成された複数の屈折率上昇部を有し、前記位相シフト部の一方側にある屈折率上昇部の数と位相シフト部の他方側にある屈折率上昇部の数とが異なっているものであることを特徴とする。
この光ファイバグレーティングの製造方法は、コアを入射方向と同じ正の方向に伝搬するモードを、クラッドを該正の方向に伝搬するモードと結合させるクラッドモード結合型に適用すると効果が大きく、好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、例えば図６に示したものと同様に、図４に示した装置を用いてフォトリフラクティブ効果を利用することにより、クラッドモード結合型であって、位相シフト導入型のグレーティング部１３Ｂを形成する工程を行う。
この工程で形成されるグレーティング部１３Ｂは、図６に示すように、複数の屈折率上昇部１２、１２・・と１つの位相シフト部１４からなり、位相シフト部１４の一方側（図面では左側）にある屈折率上昇部１２の数と位相シフト部１４の他方側（図面では右側）にある屈折率上昇部１２の数とが異なっているものである。すなわち、位相シフト部１４の図面での左側に存在する屈折率上昇部１２は３個であり、位相シフト部１４の図面での右側に存在する屈折率上昇部１２は５個となっている。
このような構造のグレーティング部１３Ｂの位相シフト１４に対して、次の工程によって紫外光を照射し、さらに加熱して光学特性を調整した場合に、図２に示すように、透過損失が最大になる波長が変動しない特徴がある。
ついで、このグレーティング部１３Ｂの光学特性を調整する工程を行う。
【００１３】
図１は、この調整工程における操作の一例を示した説明図である。以下、図４、図６も参照しつつ、説明する。
すなわち、図４に示した装置にてグレーティング部１３Ｂを製造した後、図１に示した様に紫外光照射手段と加熱手段とを備えた調整装置１５を配置する。
位相シフト部１４に紫外光を照射すると、ゲルマニウム添加石英ガラスからなる部分、すなわち、この例においてはコア１１ａの屈折率が上昇する。
ここで、光路長は実効屈折率と物理的な長さの積で表される。
したがって、紫外光照射前の位相シフト部１４のコア１１ａの実効屈折率をｎ、紫外光照射によるコア１１ａの屈折率の上昇分をΔｎ、位相シフト部１４の物理的な長さをＬとすると、光路長は（ｎ＋Δｎ）×Ｌとなる。
これは、Δｎ×Ｌの分、位相シフト量Δｌが大きくなることに相当し、これにより光学特性が変化することになる。
【００１４】
一方、位相シフト部１４を加熱すると、屈折率が減少し、光路長が短くなる。したがって、広帯域型光源６からの光を光ファイバ素線１に入射し、この光ファイバグレーティングの光学特性をモニターしながらグレーティング部１３Ｂを製造した後、この得られた光学特性と、所望の光学特性とを比較し、位相シフト部１４の光路長を長くする必要がある場合には調整装置１５の紫外光照射手段を動作させて紫外光を照射する操作を行い、逆に光路を短くする必要がある場合には、調整装置１５の加熱手段を動作させて加熱する操作を行うことにより、所望の光学特性を備えた光ファイバグレーティングを得ることができる。本発明によれば、紫外光を照射する操作と加熱する操作の両方の操作を行うことにより、光ファイバグレーティングが所望の光学特性を有するように調整できる。たとえば、両方の操作を交互に行って微調整を行い、できるだけ精度の高い調整を行う様にすると好ましい。
【００１５】
調整装置１５は特に限定せず、水銀ランプ、エキシマレーザ、アルゴンイオンレーザの第２高周波を利用したものなどの公知の紫外光照射装置と、ヒータ、炭酸ガスレーザ、アーク放電などの公知の加熱装置とを組み合わせて用いることができる。なお、加熱温度は２００℃以上であると好ましい。
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造において、光ファイバ素線１、裸光ファイバ１１などの構成は特に限定せず、裸光ファイバ１１を構成するコア１１ａとクラッド１１ｂのうち、少なくともその一方の一部がゲルマニウム添加石英ガラスのように、紫外光の照射によって屈折率が上昇するものからなるものであればよい。
また、グレーティング周期、位相シフト部１４の導入数、導入位置、位相シフト量などは特に限定しないが、本発明は屈折率変化量に対して光学特性が鋭敏に変化するクラッドモード結合型に適用すると好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
図４に示した方法と同様にして位相シフトを導入したクラッドモード結合型の光ファイバグレーティングを製造した。なお、光源８にはエキシマレーザを用いた。
光ファイバ素線１としては、コア１１ａがゲルマニウム添加石英ガラスからなり、クラッド１１ｂが純粋石英ガラスからなるものを用いた。また、グレーティング周期Λは１６７μｍ、グレーティング長（グレーティング部１３Ｂの長さ）は１１．６９ｍｍとし、グレーティングの屈折率上昇部１２、１２…の１２段目と１３段目との間に位相シフト量Δｌが６．０４ｍｍの位相シフト部１４を形成した。
これらの操作はスペクトルアナライザ７にて光ファイバグレーティングの光学特性をモニターしながら行った。
【００１７】
そして、目標とする光学特性と、製造した光ファイバグレーティングの特性とを比較しながら、以下のようにして位相シフト部１４に紫外光を照射する操作と位相シフト部１４を加熱する操作を行った。
図２は調整工程における光学特性の変化を示したグラフである。
紫外光を照射した場合には、曲線１から曲線４に光学特性が変化し、加熱した場合には曲線４から曲線１に光学特性が変化した。
そして、この紫外光の照射操作と、加熱操作を繰り返すことにより、所望の特性が得られるまで調整した。
この光ファイバグレーティングを、実際にＥＤＦＡの利得等化に用いたところ、図３に示したグラフが得られ、約２０ｎｍにわたって利得等化がなされていた。
【００１８】
なお、調整工程において、紫外光照射手段として、水銀ランプにかえてエキシマレーザ、アルゴンイオンレーザの第２高周波を利用しものを用いたり、加熱手段としてヒータにかえて、炭酸ガスレーザ、アーク放電を用いたりして同様の実験を行ったところ、上述の場合と同様の結果が得られた。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ファイバグレーティングの製造方法においては、位相シフト部に紫外光を照射する操作と、位相シフト部を加熱する操作によって光学特性を調整するため、
光ファイバグレーティングの種々の光学特性に応じた調整が可能となり、所望の特性を備えた光ファイバグレーティングを安定に製造することができる。
そして、特に屈折率変化量に対して光学特性が鋭敏に変化するクラッドモード結合型の光ファイバグレーティングの光学特性の調整に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の調整工程における操作の一例を示した説明図である。
【図２】実施例において得られた調整工程における光学特性の変化を示したグラフである。
【図３】実施例において得られたＥＤＦＡの利得等化を示したグラフである。
【図４】光ファイバグレーティングの製造方法および製造装置の一例を示した概略構成図である。
【図５】コアに屈折率の変動を形成した場合の光ファイバグレーティングの構造の一例を示した模式図である。
【図６】位相シフト導入した光ファイバグレーティングの構造の一例を示した模式図である。
【符号の説明】
１…光ファイバ素線、
６…広帯域型光源、７…スペクトルアナライザ、
１１…裸光ファイバ、１１ａ…コア、１１ｂ…クラッド、
１２…屈折率上昇部、１３Ｂ…グレーティング部、１４…位相シフト部、
１５…調整装置。

Claims

コアとその外周上に設けられたクラッドとを備え、該コアとクラッドの少なくとも一部が紫外光の照射によって屈折率が上昇する石英系ガラスからなる裸光ファイバに、その長さ方向にそって所定の周期で紫外光を照射し、位相シフト部と屈折率上昇部を有するグレーティング部を形成する第１の工程と、
該グレーティング部の光学特性をモニターし、該光学特性と所望の光学特性とを比較し、位相シフト部に紫外光を照射する操作と該位相シフト部を加熱する操作の両方を行って、当該グレーティング部の光学特性を調整する第２の工程とを備える光ファイバグレーティングの製造方法であって、
前記第１の工程によって形成されるグレーティング部が、１つの位相シフト部と、この位相シフト部の両側にそれぞれ形成された複数の屈折率上昇部を有し、前記位相シフト部の一方側にある屈折率上昇部の数と位相シフト部の他方側にある屈折率上昇部の数とが異なっているものであ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。
請求項１に記載の光ファイバグレーティングの製造方法において、当該光ファイバグレーティングが、コアを入射方向と同じ正の方向に伝搬するモードを、クラッドを該正の方向に伝搬するモードと結合させるクラッドモード結合型であ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。