JP6879300B2 - マルチコア光ファイバ、ファイバ・ブラッグ・グレーティングおよびファイバ・ブラッグ・グレーティングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチコア光ファイバ、ファイバ・ブラッグ・グレーティングおよびファイバ・ブラッグ・グレーティングの製造方法に関するものである。

ＣバンドまたはＬバンドの信号光を伝送する長距離光ファイバ通信システムでは、信号光を増幅する光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）等の稀土類元素が添加された光ファイバ増幅器が使用される。エルビウムが添加された光ファイバ（Erbium-Doped Fiber、以下、「ＥＤＦ」と記す）を光増幅媒体として備える増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier、以下、「ＥＤＦＡ」と記す）の利得スペクトルは、波長１.５３μｍ帯にピークを有する。この利得スペクトルの非平坦性によりビット誤り率が増加して伝送システムの性能が劣化する。このような性能劣化を回避するための部品として、利得等化器であるファイバ・ブラッグ・グレーティング（Fiber Bragg Grating、以下、「ＦＢＧ」と記す）、特にスラント・ファイバ・グレーティング（Slanted Fiber Grating、以下、「ＳＦＧ」と記す）が開発されている。

一方、近年では、光ファイバ１本当たりの伝送容量を大幅に増大させる手法として、それぞれがコアを有する複数の導光構造体と、これら複数の導光構造体を包囲する単一の共通クラッドとで構成されるマルチコア光ファイバ（Multi-Core Fiber、以下、「ＭＣＦ」と記す）を光伝送路として、空間多重方式の信号光伝送を行う長距離光ファイバ通信システム（long-haul optical fiber communication system）が提案されている。このことから、マルチコア型ＥＤＦ（ＭＣ-ＥＤＦ）やマルチコア型ＳＦＧ（ＭＣ-ＳＦＧ）の重要性が増している。

シングルコア光ファイバ（single-core optical fiber）を利用して利得等化器を製造する技術は、特許文献１，２に記載されている。感光性材料（例えばＧｅＯ_２やＢ_２Ｏ_３）が添加された石英ガラスからなるコアまたはクラッドを有する光ファイバに対して、コアの軸方向に空間的に強度変調された紫外光を照射することで、該紫外光の強度分布に応じた屈折率分布をコアの軸方向に有するグレーティングを書き込むことができる。紫外光としては、アルゴンイオンレーザ光の２倍波（２４４ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ光の４倍波（２６５ｎｍ）、銅蒸気レーザ光の２倍波（２５５ｎｍ）などが用いられる。

コアの軸方向に沿って空間的に強度変調された紫外光を光ファイバに照射する方法としては、チャープ型グレーティング位相マスクを用いて発生させた±１次回折光を互いに干渉させる位相マスク法、レーザ光で直接に露光する方法、および、レーザ光を２分岐した後に２つの分岐光を互いに干渉させる２光束干渉露光法がある。これらのうちでも位相マスク法は、他の方法と比べると、グレーティングを再現性よく且つ容易に製造することができる。

ＭＣ-ＳＦＧを製造する技術は特許文献３に記載されている。この文献に記載された製造技術は、ＭＣＦの周囲をマッチングオイルで満たした上で、空間的に強度変調された紫外光をＭＣＦの複数の導光構造体に対して同時に照射することで、複数の導光構造体に同時にグレーティングを形成する。ＭＣＦの周囲をマッチングオイルで満たすのは、ＭＣＦが円柱形状を有することによる集光効果を補償するためである。この製造技術は、ＭＣＦの複数の導光構造体に同時にグレーティングを形成することから、製造時間の短縮化が可能である。加えて、複数の導光構造体それぞれに形成されるグレーティングの特性の均一化が期待される。

特開２００３−４９２６号公報 国際公開第２００３／０９３８８７号 特開２０１４−１９４５３８号公報 特開２０１５−２０６９９３号公報

発明者は、従来のＦＢＧについて検討した結果、以下のような課題を発見した。まず、発明者の知見によれば、ＭＣＦの複数の導光構造体に対して同時に紫外光を照射することで同時にグレーティングを形成する技術は、導光構造体それぞれに形成されるグレーティングの透過スペクトルにおけるリップル幅が大きくなる場合がある。なお、リップルとは、波長に対するグレーティング形成ロスに重畳している脈動の成分を指す。リップル幅とは、波長０.２ｎｍ毎に波長±０.６ｎｍの範囲で移動平均をとることにより平滑化処理をした後、波長±２ｎｍの範囲での脈動成分の最大値と最小値との差を指す。

ＳＦＧにおける光損失は、傾斜したグレーティングによりコアモード光がクラッドモードへ結合することにより得られる。ガラス領域を覆う樹脂領域の屈折率を高くすることで、クラッドモードへ結合した光（クラッドモード光）は、ガラス領域から樹脂領域へ放射される。しかし、クラッドモード光の一部は、ガラス領域と樹脂領域との屈折率差によるフレネル反射により、元のコアモード光の伝搬方向とは逆の方向に伝搬する。

ＭＣ-ＳＦＧでは、複数の導光構造体それぞれにグレーティングが形成されていることから、或るグレーティングで発生したクラッドモード光が自他のグレーティングにおいてコアモード光へ再結合される機会が大きい。この再結合後のコアモード光の伝搬方向は、元のコアモード光の伝搬方向と同じである。これら再結合後のコアモード光と元のコアモード光との干渉により、リップル幅が大きくなる場合がある。特に海底ケーブル伝送などの長距離伝送（long-haul transmission）の場合、多数の光増幅器が直列的に設けられることから、利得等化フィルタ（Gain Flattening Filter、ＧＦＦ）として使用されるＭＣ-ＳＦＧのリップル特性は大きな問題となる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、リップル特性が改善されたＦＢＧを作製するのに好適なＭＣＦを提供することを目的とする。また、このようなＭＣＦを用いたＦＢＧおよび該ＦＢＧの製造方法を提供することを目的としている。

本実施形態に係るＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）は、シリカガラスを主成分とし、中心軸に沿ってそれぞれ延びた複数の導光構造体と、該複数の導光構造体を取り囲む単一の共通クラッドと、を備える。複数の導光構造体それぞれは、中心軸に沿って延びたコアと、コアの外周上に設けられるとともに該コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドの外周上に設けられるとともに該第１クラッドの屈折率よりも高く、かつ、コアおよび共通クラッドそれぞれの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、を含む。また、当該ＭＣＦは、第１クラッドおよび第２クラッドにより構成された内側クラッド領域の少なくとも一部（感光領域）に、添加されたガラス領域の屈折率を特定波長の光の照射により変化させる感光性を有する感光性材料を含む。

本実施形態によれば、リップル特性が改善されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（その中でもＭＣ-ＳＦＧ）を容易に作製することができる。

は、ＭＣＦ１の断面構造を示す図である。 は、ＭＣＦ１の各導光構造体の屈折率プロファイルである。 は、グレーティング製造装置１００の構成を示す図である。 は、Ｇａｐと干渉光変化の関係を説明するための図である。 は、Ｇａｐ＝１５０μｍにおける遠視野像の±１次回折光に成長する前段階における干渉光領域とバイアス光領域の状態を説明するためのグラフである。 は、バイアス光領域と干渉光領域の関係を示すグラフである。 は、ＭＣＦ１の断面における紫外光の照射を説明する図である。 は、ＭＣＦの種々のタイプの断面構造を示す図である。 は、ＭＣＦ１Ｂを用いて製造されたＭＣ-ＳＦＧの断面構造を示す図である。 は、ＭＣＦ１Ｄの断面構造を示す図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

（１） 本実施形態に係るＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）は、その一態様として、シリカガラスを主成分とし、中心軸（当該ＭＣＦの長手方向に沿って延びるファイバ軸）に沿ってそれぞれ延びた複数の導光構造体と、該複数の導光構造体を取り囲む単一の共通クラッドと、を備える。複数の導光構造体それぞれは、中心軸に沿って延びたコアと、コアの外周上に設けられるとともに該コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、第１クラッドの外周上に設けられるとともに該第１クラッドの屈折率よりも高く、かつ、コアおよび共通クラッドそれぞれの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、を含む。また、当該ＭＣＦは、第１クラッドおよび第２クラッドにより構成された内側クラッド領域の少なくとも一部（感光領域）に、添加されたガラス領域の屈折率を特定波長の光の照射により変化させる感光性を有する感光性材料を含む。なお、感光性材料を含む感光領域は、第１クラッドのみの全体または一部、第２クラッドのみの全体または一部、第１および第２クラッドの双方の一部、第１クラッドの一部と第２クラッドの全体、および、第１クラッドの全体と第２クラッドの何れかであればよい。

（２）本実施形態の一態様として、複数の導光構造体を除く共通クラッド内には、特定波長の光のうち不要成分を除去するための添加物（dopant）が含まれるのが好ましい。

（３）本実施形態の一態様として、中心軸に直交する当該ＭＣＦの断面において、該断面の中心を含み、かつ、添加物として、特定波長の光を吸収する吸収材を含む第１吸収領域が、共通クラッド内に設けられるのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、第１吸収領域における波長２４４ｎｍでの吸光度は、０.１以上４以下であるのが好ましい。

（４）本実施形態の一態様として、第１吸収領域は、添加物として、特定波長の光を吸収して蛍光を発する蛍光材を含んでもよい。この場合、第１吸収領域において特定波長の光のうち蛍光に変換される光量の割合が５０％以上１００％以下であるのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、第１吸収領域の直径は、５μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。

（５）本実施形態の一態様として、共通クラッド内には、添加物として、特定波長の光を吸収する吸収材を含む第２吸収領域が設けられてもよい。

（６）本実施形態の一態様として、吸収材または蛍光材として機能し得る上述の添加物は、金属原子または半導体原子であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、添加物は、Ｇｅであってもよい。更に、本実施形態の一態様として、添加物のドープ量は、０.１ｗｔ％以上であるのが好ましい。

（７）本実施形態に係るＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）は、その一態様として、上述のような構造を有するＭＣＦ（本実施形態に係るＭＣＦ）と、該ＭＣＦの複数の導光構造体それぞれに空間的な屈折率変調により設けられたグレーティングと、を備える。

（８）本実施形態に係るＦＢＧの製造方法は、その一態様として、集光レンズおよび回折格子の配置、上述のような構造を有するＭＣＦ（本実施形態に係るＭＣＦ）の配置、およびグレーティングの書き込みにより構成される。集光レンズは、３００ｍｍ〜１６００ｍｍの焦点距離を有し、該集光レンズと回折格子が、照射される紫外光の伝搬経路上に配置される。用意されたＭＣＦは、当該ＭＣＦの中心軸と回折格子の光出射面との距離（Ｇａｐ）が２５０μｍ以下になるように配置される。このような設置状態において、集光レンズを介して回折格子に紫外光が照射される。紫外光が回折格子を通過すると周期的な干渉縞が形成され、この干渉縞がＭＣＦの複数の導光構造体の何れかに照射されることにより、該干渉縞が照射された導光構造体にグレーティングが形成される。以上の工程を経て、本実施形態に係るＦＢＧが得られる。

（９）本実施形態の一態様として、複数の導光構造体それぞれへの干渉縞の照射は、中心軸を中心にＭＣＦを回転させながら行われるのが好ましい。

以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係るＭＣＦ、ＦＢＧおよびＦＢＧの製造方法の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、ＭＣＦ１（マルチコア光ファイバ）の断面構造を示す図である。当該ＭＣＦ１は、シリカガラスを主成分とし、複数（図１では４個）の導光構造体１１〜１４と、単一の共通クラッド２０とを備える。ファイバ断面において、共通クラッド２０の外形は中心軸（当該ＭＣＦ１の長手方向に沿って延びるファイバ軸）ＡＸを中心とする円形であり、導光構造体１１〜１４それぞれは、中心軸ＡＸを中心とする円の周上に等間隔に配置されている。導光構造体１１〜１４は、等しい構造を有していてもよい。図１の例では、導光構造体１１〜１４それぞれは、中心軸ＡＸに沿って延びたコアａと、コアａの外周上に設けられた第１クラッドｂと、第１クラッドｂの外周上に設けられた第２クラッドｃにより構成されている。

図２は、ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４それぞれの屈折率プロファイルである。この屈折率プロファイルは、図１に示された断面内で導光構造体１１〜１４それぞれの中心位置（中心軸ＡＸ１に一致した位置）を通る線Ｒ１（図１中の破線）上の各位置での屈折率の分布を示す。なお、図２中、ＡＸ１は、ＭＣＦ１の中心軸ＡＸ（ファイバ軸）に平行な、導光構造体１１〜１４それぞれの中心軸である。

第２クラッドｃの屈折率は、第１クラッドｂの屈折率より高く、かつ、コアａおよび共通クラッドそれぞれの屈折率より低い。なお、第２クラッドｃの屈折率は、第１クラッドｂの屈折率と同程度であってもよい。共通クラッドの屈折率は、コアａの屈折率と同程度であってもよいし、コアａの屈折率より高くてもよい。

第１クラッドｂおよび第２クラッドｃにより構成される内側クラッド領域の少なくとも一部には、感光性材料が添加された感光領域が設けられる。したがって、感光性材料を含む感光領域は、第１クラッドｂのみの全体または一部、第２クラッドｃのみの全体または一部、第１クラッドｂおよび第２クラッドｃの双方の一部、第１クラッドの一部と第２クラッドの全体、および、第１クラッドの全体と第２クラッドの何れかであればよい。感光性材料は、特定波長の光（紫外光）の照射により添加されたガラス領域の屈折率を変化させる観光性を有し、例えば、ＧｅＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３などである。ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４それぞれにおいて、感光性材料が添加されている領域にグレーティングが形成されることで、ＭＣ-ＳＦＧが得られる。

ＭＣＦ１から作製されるＭＣ-ＳＦＧでは、第２クラッドｃの屈折率が共通クラッドの屈折率より低いので、導光構造体それぞれのグレーティングから共通クラッド２０へ放出されたクラッドモード光は、自他のグレーティングにおいてコアモード光に再結合されることがない。ＭＣＦ１を用いることで、リップル特性が改善されたＭＣ-ＳＦＧを作製することができる。

図３は、グレーティング製造装置１００の構成を示す図である。グレーティング製造装置１００は、ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４それぞれの感光領域（感光性材料が添加された領域）にグレーティングを形成（ＭＣ-ＳＦＧの作製）する装置である。図３には、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。ｘ軸は、ＭＣＦ１の中心軸ＡＸに平行な軸である。ｚ軸は、ＭＣＦ１へのレーザ光照射方向に平行な軸である。ｙ軸は、ｘ軸およびｚ軸の双方に垂直な軸である。

グレーティング製造装置１００は、レーザ光源１１１、ビーム径調整部１１２、走査ミラー１２１、走査ミラー位置調整部１２２、シリンドリカルレンズ１３１、シリンドリカルレンズ位置調整部１３２、位相マスク１４１、位相マスク位置調整部１４２、ステージ１５１、固定治具１５２および同期制御部１６０を備える。

レーザ光源１１１は、ＭＣＦ１における感光領域の屈折率を変化させ得る波長（例えば２４４ｎｍ帯）の紫外レーザ光を出力する。ビーム径調整部１１２は、レーザ光源１１１から出力されたレーザ光のビーム径および波面を調整して、その調整後のレーザ光を出力する。

走査ミラー１２１は、ＭＣＦ１の中心軸ＡＸに沿った方向（ｘ方向）に移動可能であって、ビーム径調整部１１２から出力されたレーザ光をＭＣＦ１へ向けてｚ方向に偏向させる。走査ミラー位置調整部１２２は、走査ミラー１２１の位置を調整することで、ＭＣＦ１におけるグレーティング書込み位置を調整する。

シリンドリカルレンズ１３１は、走査ミラー１２１により偏向されたレーザ光を入力して該レーザ光を収斂させる集光レンズとして機能する。シリンドリカルレンズ位置調整部１３２は、シリンドリカルレンズ１３１とＭＣＦ１との間の間隔を調整する。なお、シリンドリカルレンズ１３１の焦点距離は、３００ｍｍ〜１６００ｍｍが好ましい。

位相マスク１４１は、シリンドリカルレンズ１３１とＭＣＦ１との間に配置されている。位相マスク１４１は、ＭＣＦ１に対向する面（光出射面）に波長オーダーの周期の凹凸グレーティング（回折格子）が形成されている。位相マスク１４１は、シリンドリカルレンズ１３１から出力されたレーザ光を入力し、±１次回折光を発生させる。±１次回折光は、ＭＣＦ１の感光領域において干渉し、光強度分布を形成する。これにより、ＭＣＦ１の感光領域にグレーティングが形成される。位相マスク位置調整部１４２は、位相マスク１４１の位置（ＭＣＦ１に対する光出射面の位置）を調整することで、位相マスク１４１とＭＣＦ１との間の間隔（Ｇａｐ）を調整する。なお、Ｇａｐは、２５０μｍ以下が好ましい。

ＭＣＦ１は、ステージ１５１上に固定治具１５２により固定されている。ＭＣＦ１は、ステージ１５１上において、中心軸ＡＸを中心とする回転が自在であり、また、ファイバ軸に一致する中心軸ＡＸの方向（ｘ方向）に移動が自在である。なお、固定治具１５２が、中心軸ＡＸを中心としてＭＣＦ１を回転させてもよい。

同期制御部１６０は、走査ミラー位置調整部１２２による走査ミラー１２１の位置調整と、位相マスク位置調整部１４２による位相マスク１４１の位置調整と、を互いに関連付けて制御する。同期制御部１６０は、ビーム径調整部１１２によるレーザ光のビーム径調整をも関連付けて制御するのが好適であり、また、シリンドリカルレンズ位置調整部１３２によるシリンドリカルレンズ１３１の位置調整をも関連付けて制御するのが好適である。

好適には以下のとおりである。シリンドリカルレンズ１３１の焦点距離は３００ｍｍ〜１６００ｍｍである。位相マスク１４１へ照射されるレーザ光の波面の曲率半径は２０ｍｍ以上である。位相マスク１４１へ照射されるレーザ光のビーム幅を５００μｍから３０００μｍまで変動させながら、走査ミラー１２１をＭＣＦ１の軸方向に移動させる。シリンドリカルレンズ１３１へ入射するレーザ光のビーム幅は５００μｍから３０００μｍである。また、走査ミラー位置調整部１２２、シリンドリカルレンズ位置調整部１３２および位相マスク位置調整部１４２それぞれは、リニアモーター、ステッピングモーター、圧電素子等を含んで構成される。

次に、ＭＣ−ＳＦＧの製造方法について、図４〜６を用いて詳細に説明する。なお、図４は、Ｇａｐと干渉光変化の関係を説明するための図である。図５は、Ｇａｐ＝１５０μｍにおける遠視野像の±１次回折光に成長する前段階における干渉光領域とバイアス光領域の状態を説明するためのグラフである。また、図６は、バイアス光領域と干渉光領域の関係を示すグラフである。

当該製造方法は、ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４内の感光領域それぞれにグレーティングを書き込むため、図３のグレーティング製造装置１００を利用する。グレーティング製造装置１００では、位相マスク１４１（周期的な凹凸グレーティングを構成する回折格子含む）とシリンドリカルレンズ１３１の位置調節等により、選択的なグレーティングの書込みが可能になる。なお、図４のタイプＡは、図３中の領域Ａの拡大図であり、ＭＣＦ１に書き込まれるグレーティングは、断面（中心軸ＡＸに直交する面）に対して０度よりも大きく１０度よりも小さい角度θで書き込まれる。

なお、図３のグレーティング製造装置１００において、レーザ光（紫外光）は、シリンドリカルレンズ１３１、位相マスク１４１を介してＭＣＦ１に照射される。重要なパラメータは、位相マスク１４１とＭＣＦ１の距離（Ｇａｐ）である。具体的に、「Ｇａｐ」は、図４のタイプＡに示されたように、回折光が放出される位相マスク１４１の光出射面（回折格子の光出射面）と、ＭＣＦ１の中心軸ＡＸとの距離で規定される。図４のタイプＢは、Ｇａｐに対する干渉光の振る舞いの計算結果の一例を示すグラフである。図４のタイプＢから判るように、Ｇａｐが小さい程、回折格子により生成された干渉縞の明瞭度（光強度の明暗）は高くなり、干渉縞の明暗(明：I_i、暗：I_n)の光強度比はI_i /I_n＝∞となる。一方で、Ｇａｐが大きくなる程、その明瞭度は小さくなり、いずれも回折格子から遠方の遠視野像では、I_i /I_n≒０の±１次回折光となる。グレーティング書込みには、I_i /I_nが大きい方が有利である。すなわち、Ｇａｐが小さい方が、設計通りのロスを形成することができる。なお、図５のタイプＡは、図４のタイプＢ中に示された領域Ｂの干渉光領域（干渉縞）とバイアス光領域の関係を示すグラフである。また、図５のタイプＢは、図４のタイプＢ中に示された領域Ｃの干渉光領域（干渉縞）とバイアス光領域の関係を示すグラフである。これらのグラフからも、Ｇａｐが大きくなる程、バイアス光の比率が増大してくることが判る。なお、「バイアス光」とは、図５のタイプＢに示されたように、干渉縞が崩れた状態で干渉縞に重畳した光成分であり、グレーティングの書込み寄与度は、極めて小さい。

なお、図５のタイプＣには、遠視野像の±１次の回折光に成長する前段階の干渉光領域とバイアス光とが混在している、Ｇａｐ＝１５０μｍの場合の計算例（グラフ）である。入射されるレーザ光の波長は２４４ｎｍである。また、図５のタイプＣには、入射ビームの中心位置からの距離と、各位置における規格化された光強度の関係が示されている。ＡＲ１はバイアス光領域、ＡＲ２は干渉光領域、破線Ｒ２は干渉光領域ＡＲ２の包絡線である。Ｇａｐに対する干渉光領域の面積（包絡線で仕切られた干渉縞面積）とバイアス光面積（領域）の比の関係を図６のタイプＡ〜Ｃに示す。回折光への入射ビーム径はタイプＡが１００μｍ、タイプＢが１５０μｍ、タイプＣは２００μｍである。これらタイプＡ〜Ｃのグラフには、ビーム径１００μｍの入射ビームに対するＧａｐと面積比（＝バイアス光領域ＡＲ１の面積/（バイアス光領域ＡＲ１の面積＋干渉光領域ＡＲ２の面積））の関係を示す。また、各グラフの破線は、グラフの上限および下限をそれじれ示す包絡線である。Ｇａｐは、ＭＣＦ１の断面の直径方向に相当する。タイプＡ〜Ｃの何れにおいても、Ｇａｐの増大に伴い、面積比は大きくなり、干渉光領域ＡＲ２の面積（干渉縞面積）が低減していることが判る。入射ビーム径を増大させれば、グラフの傾きは小さくなる。ＭＣＦ１への書込みにおいては、タイプＡのように、Ｇａｐに対する面積比を示すグラフの傾きが大きい方が有利である。すなわち、グラフの傾きが大きい程、短い距離の中で書込み易さと書込み難さのコントラストを付けられることを意味する。この場合、入射ビームの光軸上に複数の導光構造体（特に、感光領域）が存在していても、回折格子に近い導光構造体では干渉縞が支配的となり、優先的にグレーティングが書き込まれる。一方、遠方の導光構造体にはグレーティングが書き込み難い光が支配的となり、グレーティングの書き込みは困難となる。したがって、入射ビーム径が１００μｍに設定された図６のタイプＡ〜Ｃから判るように、グラフの傾きを急峻にするためには、Ｇａｐは２５０μｍ以下が特に有効である。

ここで、入射ビームの波長（グレーティングの書き込み波長）λ、集光レンズ（シリンドリカルレンズ１３１）の焦点距離ｆ、集光レンズへ入射されるビームの直径Ｄ、集光スポット径すなわち回折格子（位相マスク１４１）へ入射されるビームの直径Ｄ_０の関係は、以下の式（１）のように表される。すなわち、４λｆをπＤで割った値がＤ_０となる。
Ｄ_０＝４λｆ／（πＤ） …（１）
例えば、書込み波長λが２４４ｎｍ、ビーム直径Ｄが１ｍｍのレーザ光が集光レンズに入射する場合において、回折格子への入射ビームの直径を１００μｍにするためには上記式（１）から集光レンズの焦点距離ｆ_{１００μｍ}は３２３ｍｍとなる。同様に、回折格子への入射ビームの直径を１５０μｍにするためには集光レンズの焦点距離ｆ_{１５０μｍ}は４８５ｍｍとなる。更に、回折格子への入射ビームの直径を２００μｍにするためには集光レンズの焦点距離ｆ_{２００μｍ}は６４５ｍｍとなる。すなわち、回折格子に入射する前段階の集光レンズの焦点距離ｆは小さくすることが有効である。

当然のことながら、グレーティング書き込み波長λ、集光レンズへの入射されるビームの直径ＤによってもＤ_０は調整されるが、入射ビーム直径Ｄは１〜５ｍｍの範囲、グレーティング書き込み波長λは２４４ｎｍ〜２６５ｎｍの範囲が有効である。このようなグレーティング書き込み用のレーザ光には、アルゴンイオンレーザ光の２倍波（２４４ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、銅蒸気レーザ光の２倍波（２５５ｎｍ）、ＹＡＧレーザ光の４倍波（２６５ｎｍ）等が適用可能である。

具体的には、上記式（１）から、波長λが２４４ｎｍの入射ビームに対する集光レンズの焦点距離ｆは、３２３ｍｍ〜１６１５ｍｍが有効である。また、波長λが２６５ｎｍの入射ビームに対する集光レンズの焦点距離ｆは、２９７ｍｍ〜１４８５ｍｍが有効である。

図７は、ＭＣＦ１の断面における紫外光の照射を説明する図である。シリンドリカルレンズ１３１により収斂された後、位相マスク１４１で生成された紫外レーザ光の±１次回折光Ｌを、ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４のうちの導光構造体１１の位置で集光させることで、導光構造体１１の感光領域にグレーティングを効率よく形成することができる。中心軸ＡＸ（ファイバ軸）を中心にＭＣＦ１を９０度ずつ回転させることで、ＭＣＦ１の導光構造体１１〜１４それぞれの感光領域にグレーティングを順次に形成することができ、これによりＭＣ-ＳＦＧが得られる。

紫外レーザ光の±１次回折光Ｌを導光構造体１１の位置で集光させ、該導光構造体１１にグレーティングを形成しているときに、他の導光構造体１３の感光領域にも僅かにグレーティングが形成される。このような事態を回避するには、図８に示されたタイプＡに示されるような断面構造を有するＭＣＦを用いればよい。

図８に示されたタイプＡは、ＭＣＦ１Ａの断面構造を示す図である。図１および図７に示されたＭＣＦ１の断面構造と比較すると、タイプＡのＭＣＦ１Ａは、第１吸収領域３０が設けられている点で相違する。

第１吸収領域３０は、当該ＭＣＦ１Ａの断面（中心軸ＡＸに直交する面）において、共通クラッド２０のうち、中心軸ＡＸに一致した断面中心を含む領域である。第１吸収領域３０は、導光構造体１１〜１４ぞれぞれの感光領域の屈折率を変化させ得る特定波長の光（紫外光）を吸収する添加物（吸収材）を含む領域である。第１吸収領域３０は、特定波長の光を励起光として、該励起光を吸収して蛍光を発する添加物（蛍光材）を含む領域であってもよい。

第１吸収領域３０における波長２４４ｎｍでの吸光度は、０.１以上４以下であるのが好適である。第１吸収領域３０が蛍光材を含む場合、第１吸収領域３０において特定波長の光のうち蛍光に変換される光量の割合は５０％以上１００％以下であるのが好適である。第１吸収領域３０の直径は、５μｍ以上１００μｍ以下であるのが好適である。

添加物は、金属原子または半導体原子であるのが好適である。吸収材としては、例えばＧｅ、ＴｅＯ_２、ＺｎＯ、Ｅｒ、Ｙｂ、ＭｇＯなどが用いられる。蛍光材としては、例えばＧｅ、Ｂ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｓｎなどが用いられる。添加物のドープ量は、０.１ｗｔ％以上であるのが好適である。

このＭＣＦ１Ａを用いてＭＣ-ＳＦＧを作製する場合、紫外レーザ光の±１次回折光Ｌが導光構造体１１の位置で集光されることで、導光構造体１１内の感光領域にグレーティングが形成される。このとき、導光構造体１１を通過した紫外レーザ光は、第１吸収領域３０において吸収されるので、導光構造体１３への入射が抑制される。したがって、導光構造体１３の感光領域におけるグレーティング形成が抑制される。第１吸収領域３０の添加物が蛍光材である場合、第１吸収領域３０において蛍光が発生する。しかしながら、この蛍光に対しては感光性材料が感光性を有しないので、蛍光による感光領域の屈折率が変化することはない。

また、第１吸収領域３０の添加物が蛍光材である場合、グレーティング形成時の蛍光強度は光検出器により検出されてもよい。この場合、ＭＣＦ１Ａへの紫外レーザ光の±１次回折光Ｌの照射の状態を把握することができるため、照射光学系のアライメント状態の確認や調整が可能になる。

図８に示されたタイプＢは、ＭＣＦ１Ｂの断面構造を示す図である。タイプＡのＭＣＦ１Ａの断面構造と比較すると、タイプＢのＭＣＦ１Ｂは、断面において第１吸収領域３０の径が大きい点で相違する。

グレーティング形成に要する時間の短縮しようとした場合、ＭＣＦに照射される紫外レーザ光のパワーを大きくすることが考えられる。しかしながら、導光構造体１１から第１吸収領域３０を透過して導光構造体１３へ照射される紫外レーザ光のパワーが大きくなり、導光構造体１３の感光領域においてもグレーティングが形成されることになる。このような場合、ＭＣＦ１Ｂのように第１吸収領域３０の径を大きくしたり、第１吸収領域３０における添加物（吸収材、蛍光材）の濃度を高くしたりすることで、第１吸収領域３０を透過して導光構造体１３へ照射される紫外レーザ光のパワーを小さくすることができる。

図８に示されたタイプＣは、ＭＣＦ１Ｃの断面構造を示す図である。タイプＢのＭＣＦ１Ｂの断面構造と比較すると、タイプＣのＭＣＦ１Ｃは、断面において第２吸収領域３１〜３４が共通クラッド２０内に更に設けられている点で相違する。

第２吸収領域３１は、導光構造体１１と導光構造体１２との間に設けられている。第２吸収領域３２は、導光構造体１２と導光構造体１３との間に設けられている。第２吸収領域３３は、導光構造体１３と導光構造体１４との間に設けられている。また、第２吸収領域３４は、導光構造体１４と導光構造体１１との間に設けられている。

第２吸収領域３１〜３４は、導光構造体１１〜１４ぞれぞれの感光領域の屈折率を変化させ得る特定波長の光（紫外光）を吸収する添加物（吸収材）を含む領域である。第２吸収領域３１〜３４は、特定波長の光を励起光として吸収して蛍光を発する添加物（蛍光材）を含む領域であってもよい。第２吸収領域３１〜３４に添加される吸収材および添加材については、第１吸収領域３０に添加されるものと同様であってよい。

このＭＣＦ１Ｃを用いてＭＣ-ＳＦＧを作製する場合、導光構造体１１の感光領域におけるグレーティングの形成に寄与しなかった紫外レーザ光によって他の導光構造体１２〜１４ぞれぞれの感光領域の屈折率が変化することを抑制することができる。

図９は、ＭＣＦ１Ｂ（図８に示されたタイプＢ）を用いて製造されたＭＣ-ＳＦＧの断面構造を示す図である。図９に示されたタイプＡは、中心軸ＡＸ（ファイバ軸に垂直なＭＣＦ１Ｂの断面を示す。また、図９に示されたタイプＢは、タイプＡ中に示された矢印ＡＢで示された方向から見たときの、中心軸ＡＸに沿ったＭＣＦ１Ｂの導光構造体１１〜１４を示す。タイプＢに示されたように、導光構造体１１におけるグレーティング形成領域４１、導光構造体１２におけるグレーティング形成領域４２、導光構造体１３におけるグレーティング形成領域４３、および、導光構造体１４におけるグレーティング形成領域４４は、中心軸ＡＸ（ＭＣＦ１Ｂの長手方向）に沿って互いに異なる位置に設けられている。

上述のように、ＭＣＦ１Ｂを、中心軸ＡＸを中心に９０度ずつ回転させることで、ＭＣＦ１Ｂの導光構造体１１〜１４それぞれの感光領域にグレーティングを順次に形成させることができる。導光構造体１１〜１４それぞれにおけるグレーティング形成領域が中心軸ＡＸに沿って互いに同じ領域であると、第１吸収領域３０の蛍光材が損傷する場合がある。このような問題を回避するため、図９のタイプＢに示されるように、導光構造体１１〜１４それぞれにおけるグレーティング形成領域４１〜４４は、中心軸ＡＸに沿って互いに異なる位置に設けられるのが好適である。このような構成により、第１吸収領域３０の蛍光材の損傷を抑制することができる。

共通クラッド２０内の導光構造体の個数は、４に限られるものではなく、２、３または５以上であってもよい。図１０は、ＭＣＦ１Ｄの断面構造を示す図である。図１０に示されたＭＣＦ１Ｄは、８個の導光構造体１１〜１８を共通クラッド２０内に含む。８個の導光構造体１１〜１８は中心軸ＡＸを中心とする円の周上に等間隔に配置されている。また、共通クラッド２０内には、当該ＭＣＦ１Ｄの断面中心を含む第１吸収領域３０が設けられている。なお、導光構造体１１〜１８の各構造体間に第２吸収領域が設けられてもよい。

本実施形態に係るＭＣＦを用いれば、リップル特性が改善されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（その中でもＭＣ-ＳＦＧ）を容易に作製することができる。

また、本実施形態によれば、ＭＣＦの各導光構造体に含まれる感光領域に個別にグレーティングを形成することができるので、複数の導光構造体に書き込まれたグレーティングの透過スペクトルを個別に最適化することができる。例えば、ＭＣ-ＥＤＦの各導光構造体の製造ばらつきにより、各導光構造体の利得スペクトルもばらつく場合がある。このような場合であっても、ＭＣ-ＥＤＦの各導光構造体の利得スペクトルに適合するように、ＭＣ-ＳＦＧの各導光構造体の透過スペクトルを個別に最適化することができる。

１，１Ａ〜１Ｄ…マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）、１１〜１８…導光構造体、２０…共通クラッド、３０…第１吸収領域、３１〜３４…第２吸収領域、１００…グレーティング製造装置、１１１…レーザ光源、１１２…ビーム径調整部、１２１…走査ミラー、１２２…走査ミラー位置調整部、１３１…シリンドリカルレンズ、１３２…シリンドリカルレンズ位置調整部、１４１…位相マスク、１４２…位相マスク位置調整部、１５１…ステージ、１５２…固定治具、１６０…同期制御部、ａ…コア、ｂ…第１クラッド、ｃ…第２クラッド。

Claims (13)

1. 中心軸に沿ってそれぞれ延びた複数の導光構造体と、前記複数の導光構造体を取り囲む単一の共通クラッドと、を備えた、シリカガラスを主成分とするマルチコア光ファイバであって、
   前記複数の導光構造体それぞれは、前記中心軸に沿って延びたコアと、前記コアの外周上に設けられるとともに前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有する第１クラッドと、前記第１クラッドの外周上に設けられるとともに前記第１クラッドの屈折率よりも高く、かつ、前記コアおよび前記共通クラッドそれぞれの屈折率よりも低い屈折率を有する第２クラッドと、を含み、
   前記第１クラッドおよび前記第２クラッドにより構成された内側クラッド領域の少なくとも一部に、添加されたガラス領域の屈折率を特定波長の光の照射により変化させる感光性を有する感光性材料を含み、
   前記共通クラッドは、前記コアの屈折率以上の屈折率を有する、
   マルチコア光ファイバ。
2. 前記複数の導光構造体を除く前記共通クラッド内に、前記特定波長の光のうち不要成分を除去するための添加物が含まれる、
   請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
3. 前記中心軸に直交する当該マルチコア光ファイバの断面において、前記断面の中心を含み、かつ、前記添加物として、前記特定波長の光を吸収する吸収材を含む第１吸収領域が、前記共通クラッド内に設けられている、
   請求項２に記載のマルチコア光ファイバ。
4. 前記第１吸収領域における波長２４４ｎｍでの吸光度は、０.１以上４以下である、
   請求項３に記載のマルチコア光ファイバ。
5. 前記第１吸収領域は、前記添加物として、前記特定波長の光を吸収して蛍光を発する蛍光材を含み、かつ、前記第１吸収領域において前記特定波長の光のうち前記蛍光に変換される光量の割合が５０％以上１００％以下である、
   請求項３または４に記載のマルチコア光ファイバ。
6. 前記第１吸収領域の直径は、５μｍ以上１００μｍ以下である、
   請求項３〜５の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
7. 前記添加物として、前記特定波長の光を吸収する吸収材を含む第２吸収領域が、前記共通クラッド内に設けられている、
   請求項２〜６の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
8. 前記添加物は、金属原子または半導体原子である、
   請求項２〜７の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
9. 前記添加物は、Ｇｅである、
   請求項２〜８の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
10. 前記添加物のドープ量は、０.１ｗｔ％以上である、
    請求項２〜９の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバと、
    前記マルチコア光ファイバの前記複数の導光構造体それぞれに空間的な屈折率変調により設けられたグレーティングと、を備えた、
    ファイバ・ブラッグ・グレーティング。
12. ファイバ・ブラッグ・グレーティングを製造するための製造方法であって、
    紫外光の伝搬経路上に３００ｍｍ〜１６００ｍｍの焦点距離を有する集光レンズと、回折格子を配置し、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバを、前記マルチコア光ファイバの中心軸と前記回折格子の光出射面との距離が２５０μｍ以下になるように設置し、
    前記集光レンズを介して前記回折格子に前記紫外光を照射し、
    前記回折格子により形成された周期的な干渉縞を、前記マルチコア光ファイバの前記複数の導光構造体の何れかに照射することにより、前記干渉縞が照射された導光構造体にグレーティングを書き込む、
    製造方法。
13. 前記中心軸を中心に前記マルチコア光ファイバを回転させながら、前記複数の導光構造体それぞれに前記干渉縞を照射する、
    請求項１２に記載の製造方法。

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