JP4950932B2 - 光ファイバーグレーティング部のアニール方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールできる方法に関するものである。

従来においては、光ファイバーグレーティング部周辺を放射熱又は強制通風熱などで加熱することにより、光ファイバーグレーティング部のアニールを行っていた（例えば、下記特許文献１、２）。このアニールは、製品出荷後の光ファイバーグレーティング部における特性の経時変動を小さくするためには必要な処理である。
特開平１１−３２６６５１号公報 特表２００１−５０２４４３号公報

しかし、アニールを行う場合に、放射熱又は強制通風熱などで光ファイバーグレーティング部周辺を加熱する方法を採用すると、光ファイバーの被覆部分まで加熱され、該被覆部分が焼けたり溶融したりしてしまうことがあった。また、光ファイバーの被覆部分が焼けたり溶融したりしないようにするためには、加熱温度に上限があるため、アニール時間がかかってしまう（上記特許文献１参照）。また、放射熱を発生させるには、ペルチェ素子を用いたヒーターなどが用いられるが、この場合はバッチ処理となるので、光ファイバーグレーティング部の形成工程とアニール工程とで、光ファイバーの脱着工程が余分に必要であった。

そこで、本発明の目的は、従来に比べ短時間で、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールできる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

本発明の光ファイバーグレーティング部のアニール方法は、光ファイバーグレーティング部に、所定の波長を有するレーザー光を照射して加熱する加熱工程を有している。
そして、前記加熱工程は、前記レーザー光を発振するレーザー発振器の出力を調整することにより、前記光ファイバーグレーティング部の温度を調整するものであり、温度を計測可能にされた前記光ファイバーグレーティング部に光を入射させながら前記光ファイバーグレーティング部の温度を変化させて反射波の中心波長の変化を計測することによって予め得ておいた前記光ファイバーグレーティング部の温度と前記中心波長の変化とを対応させた計測値と、前記レーザー光を前記光ファイバグレーティング部に照射させたときの前記レーザー発振器の出力値に対する前記光ファイバグレーティング部において反射する反射波の中心波長の変化とから得た前記レーザー発振器の出力値と前記光ファイバグレーティング部の温度との比例関係に基づいて、前記レーザー発振器の出力値に対する前記光ファイバーグレーティング部の温度を推定する。

本発明によれば、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールできる方法を提供できる。また、アニール時間も従来に比べ大幅に短縮でき、かつ経時変化に強い光ファイバーグレーティング部を得ることができる。
また、結果的に、レーザー発振器の出力調整により、アニール時における光ファイバーグレーティング部の屈折率変調の熱緩和を調整することができる。

本発明の光ファイバーグレーティング部のアニール方法は、前記加熱工程の前において、所定箇所に載置した光ファイバーに、前記光ファイバーグレーティング部を形成する形成工程を有しており、前記形成工程を行った後に、前記光ファイバーを前記所定箇所に載置したままの状態で、前記加熱工程を連続して行うことが好ましい。

本発明によれば、光ファイバーの脱着工程が必要でなく、前記光ファイバーグレーティング部の形成から連続して、前記光ファイバーグレーティング部のアニールを行うことができる。したがって、処理工程の簡素化が可能となる。

本発明の光ファイバーグレーティング部のアニール方法は、前記レーザー光が、石英ガラス吸収帯の一部の波長のものであることが好ましく、炭酸ガスレーザー光（ＣＯ２レーザー光）であることがより好ましい。

本発明によれば、確実に、従来に比べ短時間で、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールできる方法を提供できる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る光ファイバーグレーティング部（以下、単に、グレーティング部と表現する）のアニール方法の説明に用いるための概念図であって、むき出しになったコア及びクラッド部分においては、断面を示す図となっている。まず、図１に示した各部位について説明する。

図１には、コア２ａ、コア２ａの外周に形成されたクラッド２ｂ、及び、クラッド２ｂを被覆した被覆部材２ｃからなる光ファイバー１と、コア２ａに形成されたグレーティング部３と、レーザー発振器４と、レーザー光５とが示されている。なお、図示していないが、光ファイバー１は、軽く張る程度に引っ張った状態で固定されている。

光ファイバー１は、材質が石英系のクラッド（図示せず）に樹脂などで外表面を被覆したものである。コア２ａは、光ファイバー１の断面中央に軸方向に沿って形成されているものであり、光が通過できる領域となっている。

グレーティング部３は、入射してきた光のうち、所望する光を透過させたり、反射させたりできるという特性を有する部分である。このグレーティング部３の形成方法としては、光ファイバーのクラッドをむき出しにして、該クラッドに紫外線を照射してコア中に形成する方法が一般的であるが、これに限られない。

レーザー発振器４は、９．３μｍ〜１０．８μｍの波長のレーザー光５を発振できる装置である。また、レーザー発振器４は、レーザー光５が安定するまで、出力のフィードバックを行う機能を有しているものである。レーザー光５としては、例えば炭酸ガスレーザー光（ＣＯ２レーザー光）などが挙げられる。なお、レーザー光５をグレーティング部３へ照射する際は、図示しないガルバノスキャナとミラーとを用いて、グレーティング部３全体にレーザー光５を照射できるようになっている。ガルバノスキャナについては、後述する。また、レーザー発振器４の出力調整によってレーザー光５は調整されるが、この出力と、レーザー光５を照射されたグレーティング部３の温度とは比例関係にある。したがって、予め、この比例関係を調べておけば、レーザー発振器４の出力調整だけでグレーティング部３の温度を調整することができる。

ここで、上述したレーザー発振器４の出力とグレーティング部３の温度との比例関係を調べる方法について、具体的に説明する。まず、グレーティング部３の温度を計測できる場所、例えば恒温槽などにグレーティング部３を設置する。次に、多波長の光を入射させながら、グレーティング部３の温度を変化させる。グレーティング部３において反射する光（反射波）の中心波長は、グレーティング部３の温度に依存するため、グレーティング部３の温度を変化させると、反射波の中心波長が変化する。この時のグレーティング部３の温度変化に対する反射波の中心波長の変化値を計測し、図示しないグラフにプロットする。

一方、レーザー光５をグレーティング部３に照射させると、レーザー発振器４の出力に対して、グレーティング部３において反射する光（反射波）の中心波長が変化する。そのため、前述したグレーティング部３の温度変化に対する反射波の中心波長の変化値をプロットしたグラフを用いることにより、レーザー発振器４の出力値からグレーティング部３の温度を推定することが可能となる。即ち、レーザー発振器４の出力調整により、グレーティング部３の温度を調整することが可能となる。

上述した方法により得られた、グレーティング部３の温度に対するレーザー発振器４の出力値を表１に示す。なお、各温度に調整するためのレーザー発振器４の出力に対応したガルバノスキャナの設定周波数も同時に示している。

また、表１に示したレーザー発振器４の出力値に対するグレーティング部３の温度をグラフ化したものを図２に示す。

図２より、レーザー発振器４の出力とグレーティング部３の温度とは比例関係にあることが分かる。したがって、予め、この比例関係を調べておけば、レーザー発振器４の出力調整だけでグレーティング部３の温度を調整できることが分かる。

さらに、図３は、グレーティング部３におけるアニール時間に対する初期屈折率変調からの変化の割合（η）を示したグラフである。なお、図３のグラフは、グレーティング部３の温度が１７０℃、２３０℃、３４０℃の３つの場合の条件についてプロットされている。図３より、初期屈折率変調からの変化の割合（η）は、どの温度条件によっても、類似する曲線を描いてアニール時間の経過とともになだらかになっていることが分かる。さらに、温度条件によって、初期屈折率変調からの変化の割合（η）は、異なることが分かる。これより、アニール時のグレーティング部３の温度を調整することで、初期屈折率変調からの変化の割合（η）を所望の値に調整できることが分かる。ここで、前述したように、レーザー発振器４の出力調整により、グレーティング部３の温度を調整することができるため、結果的に、レーザー発振器４の出力調整により、初期屈折率変調からの変化の割合（η）を所望の値に調整することができる。即ち、結果的に、レーザー発振器４の出力調整により、アニール時におけるグレーティング部３の屈折率変調の熱緩和を調整することが可能となる。

次に、一例を用いて、グレーティング部３のアニール方法を説明する。まず、図１に示すような位置に、グレーティング部３が形成されている光ファイバー１を固定し、光ファイバー１の一端を光源に、他端をスペクトラムアナライザーに接続する（図示せず）。そして、レーザー発振器４の出力調整により、グレーティング部３の所定範囲にレーザー光５を波長９．３〜１０．８μｍ、出力９．５３ｗで、約５分照射する。これにより、グレーティング部３を約３００℃の温度に調整してアニールできる。その後、アニールされたグレーティング部３のスペクトルをスペクトラムアナライザーで確認し、問題なければ、アニール処理されたグレーティング部３を有する光ファイバー１の製品が完成したことになる。

本実施形態によれば、グレーティング部３を容易にアニールできる方法を提供できる。また、アニール時間も従来に比べ大幅に短縮でき、かつ経時変化に強いグレーティング部３を得ることができる。

また、本実施形態によれば、結果的に、レーザー発振器４の出力調整により、アニール時におけるグレーティング部３の屈折率変調の熱緩和を調整することができる。

なお、一変形例として、グレーティング部３の形成を行ってから、そのまま連続して、上記実施形態と同様に、グレーティング部３のアニールを行ってもよい。具体的には、以下の通りである。まず、上記実施形態と同様に、クラッド２ｂがむき出しになった光ファイバー１を固定し、光ファイバー１の一端を光源に、他端をスペクトラムアナライザーに接続する。そして、コア２ａの中央部に、紫外線を照射し、グレーティング部３を形成する。次に、グレーティング部３にレーザー光５を波長９．３〜１０．８μｍ、出力９．５３ｗで、約５分照射する。その後、アニールされたグレーティング部３のスペクトルをスペクトラムアナライザーで確認し、問題なければ、アニール処理されたグレーティング部３を有する光ファイバー１の製品が完成したことになる。

本実施形態によれば、光ファイバー１の脱着工程が必要でなく、グレーティング部３の形成から連続して、グレーティング部３のアニールを行うことができる。したがって、処理工程の簡素化が可能となる。

また、レーザー発振器からのグレーティング部へのレーザー光照射は、図４や図５に示すようなものであってもよい（説明の便宜のため、図４及び図５においては、グレーティング部のみを示している。）。具体的に説明すると、図４においては、以下の通りである。まず、レーザー発振器１２から発せられるレーザー光１４ａの照射方向を、グレーティング部１１の軸方向に沿ったものとする。次に、ミラー１３ａを利用して方向を変化させることによって、グレーティング部１１にレーザー光１４ａを照射する。そして、ミラー１３ａをグレーティング部１１の軸方向に沿って移動（例えば、図４中のミラー１３ｂのように移動（これによりレーザー光１４ｂも照射位置変動））させることによって、グレーティング部１１全体を照射する。これにより、グレーティング部１１全体のアニールを容易に行うことができる。また、レーザー発振器１２とミラー１３ａとを一体にして、グレーティング部１１の軸方向に沿って移動するような態様であってもよい。

次に、図５について説明する。まず、図４の場合と同様に、レーザー発振器２２から発せられるレーザー光２４の照射方向を、グレーティング部２１の軸方向に沿ったものとする。次に、ミラー２３を利用して照射方向を変化させることによって、グレーティング部２１にレーザー光２４を照射する。そして、レーザー光２４の照射を受けつつ、ミラー２３をその場で回動させることにより、レーザー光２４の照射方向の角度を適宜変更（例えば、図５中の点線で囲まれた領域２５の範囲で変更）させることにより、グレーティング部２１全体を照射する。これにより、グレーティング部２１全体のアニールを容易に行うことができる。

次に、本発明について実施例を用いて説明する。図６は、図示しないガルバノスキャナを用いたＣＯ２レーザー５０の照射方法を示した概念図である。ここで、ガルバノスキャナとは、ミラー３３の角度を高速かつ高精度に制御し、レーザー発振器４０から出力されたＣＯ２レーザー５０を走査する装置である。図６に示すように、ガルバノスキャナが有するミラー３３と光ファイバー１０との距離は、約３０ｃｍである。また、光ファイバー１０のグレーティング部３０にＣＯ２レーザー５０を照射する範囲は、光ファイバー１０の軸方向に約１．２ｍｍである。さらに、グレーティング部３０への照射を均等にするため、ガルバノスキャナを動作させる電気信号は三角波を使用している。なお、ＣＯ２レーザー５０の照射条件は表２に示す。

また、本実施例においてアニールを施す前に、図１で説明したように、紫外線により予めグレーティング部３０の形成を行ってから、そのまま連続して、アニールを行った。

図６および表２に示した本発明の方法によってアニールされたグレーティング部３０及びアニール前のグレーティング部３０において、光の反射（遮断）を図示しないスペクトラムアナライザーで測定した。また、比較対象として、従来方法（図示せず）によるアニール前後のグレーティング部３０の光の反射をスペクトラムアナライザーで測定した。

ここで、従来方法とは、ペルチェ素子を用いたヒーターによる加熱でグレーティング部３０にアニールを施した方法である。なお、加熱条件は１２０℃の温度で１２時間行った。

また、本発明の方法とは、図６および表２に示したように、ＣＯ２レーザー５０による加熱でグレーティング部３０にアニールを施した方法である。加熱条件は３００℃の温度で５分行った。

上述した、従来方法によるアニール前後におけるスペクトラムアナライザーの測定結果を図７の（ａ）、（ｂ）に示す。また、本発明の方法によるアニール前後におけるスペクトラムアナライザーの測定結果を図８の（ｃ）、（ｄ）に示す。これらの結果から、両者ともアニール前後におけるグレーティング部の遮断能に差があり、中心波長が短波長にシフトしていることがわかる。

また、図９は、図７および図８に基づく、従来方法と本発明の方法との比較を示した図である。この結果から、従来方法に比べて本発明の方法によるアニールは、アニール前後におけるグレーティング部の遮断能の差が大きいことが分かる。ここで、アニール前後におけるグレーティング部の遮断能の差が大きい方が経時変化に強いため、本発明の方法によるアニールは、従来方法に比べて短時間で、より経時変化に強い光ファイバーを作製できることが分かる。

これにより、本発明によれば、従来方法の時間（１２時間）に比べて、はるかに短い時間（５分）でアニールすることが可能となり、アニール時間を従来方法に比べ大幅に短縮することが可能となる。

また、本発明によれば、アニール前後におけるグレーティング部の遮断能の差を従来よりも大きくすることができるため、経時変化に強いグレーティング部３０を得ることが可能となる。

さらに、本発明によれば、レーザー発振器４０の出力調整により、グレーティング部３０の温度を調整することができるため、結果的に、レーザー発振器４０の出力調整により、アニール時におけるグレーティング部３０の屈折率変調の熱緩和を調整することができる。

また、本発明によれば、光ファイバーの脱着工程が必要でなく、グレーティング部３０の形成から連続して、グレーティング部３０のアニールを行うことができる。したがって、処理工程の簡素化が可能となる。

また、本発明によれば、レーザー光が石英ガラス吸収帯の一部の波長のものである炭酸ガスレーザー光（ＣＯ２レーザー光）を用いているため、確実に、従来に比べ短時間で、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールすることが可能となる。

以上より、本発明によれば、従来に比べ短時間で、光ファイバーグレーティング部を容易にアニールできる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る光ファイバーグレーティング部のアニール方法の説明に用いるための概念図である。 レーザー発振器の出力とグレーティング部の温度との関係を示すグラフである。 グレーティング部３におけるアニール時間に対する初期屈折率変調からの変化の割合（η）を示したグラフである。 本発明の実施形態の変形例に係るレーザー発振器からの光ファイバーグレーティング部へのレーザー光照射を説明に用いるための概念図である。 本発明の実施形態の別変形例に係るレーザー発振器からの光ファイバーグレーティング部へのレーザー光照射を説明に用いるための概念図である。 本発明の実施形態におけるガルバノスキャナを用いたＣＯ２レーザーの照射方法を示した概念図である。 従来方法によるアニール前後におけるスペクトラムアナライザーの測定結果を示した図である。 本発明の方法によるアニール前後におけるスペクトラムアナライザーの測定結果を示した図である。 従来方法と本発明の方法との比較を示した図である。

符号の説明

１、１０ 光ファイバー
２ａ、２０ａ コア
２ｂ クラッド
２ｃ 被覆部材
３、１１、２１、３０ グレーティング部
４、１２、２２、４０ レーザー発振器
５、１４ａ、１４ｂ、２４、５０ レーザー光（ＣＯ２レーザー）
１３ａ、１３ｂ、２３、３３ ミラー
２５ （レーザー光の）照射領域

Claims (4)

1. 光ファイバーグレーティング部に、所定の波長を有するレーザー光を照射して加熱する加熱工程を有し、
   前記加熱工程は、
   前記レーザー光を発振するレーザー発振器の出力を調整することにより、前記光ファイバーグレーティング部の温度を調整するものであり、
   温度を計測可能にされた前記光ファイバーグレーティング部に光を入射させながら前記光ファイバーグレーティング部の温度を変化させて反射波の中心波長の変化を計測することによって予め得ておいた前記光ファイバーグレーティング部の温度と前記中心波長の変化とを対応させた計測値と、前記レーザー光を前記光ファイバグレーティング部に照射させたときの前記レーザー発振器の出力値に対する前記光ファイバグレーティング部において反射する反射波の中心波長の変化とから得た前記レーザー発振器の出力値と前記光ファイバグレーティング部の温度との比例関係に基づいて、前記レーザー発振器の出力値に対する前記光ファイバーグレーティング部の温度を推定することを特徴とする光ファイバーグレーティング部のアニール方法。
2. 前記加熱工程の前において、所定箇所に載置した光ファイバーに、前記光ファイバーグレーティング部を形成する形成工程を有しており、
   前記形成工程を行った後に、前記光ファイバーを前記所定箇所に載置したままの状態で、前記加熱工程を連続して行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーグレーティング部のアニール方法。
3. 前記レーザー光が、石英ガラス吸収帯の一部の波長のものであ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ーグレーティング部のアニール方法。
4. 前記レーザー光が、炭酸ガスレーザー光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバーグレーティング部のアニール方法。