JPH05508028A - 光導波体における屈折率格子の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光導波体における屈折率格子の形成方法本発明は、先導波体における屈折率格子 の形成方法に関し、特に、光フアイバ導波体におけるそのような格子の形成方法 に関する。

先導波体格子は、例えば波長多重通信およびセンサシステムにおける受動波長フ ィルタ、および能動ファイバ装置における周波数選択素子のような多くの応用を 有する。

光導波体格子を形成するための１つの方法は、例えば光ファイバのほぼ露出され たコアに接近した格子をエツチングすることによって導波体の減衰フィールドと 相互作用する外部格子を形成することである。この明細書に関係する第２の方法 は、導波体のコア内に屈折率格子を形成することである。

定在波は単一周波数レーザから得られる２つの干渉ビームを使用して設定され、 それは十分に強い場合、数分程度の周期で導波体コアに屈折率格子を書込む。

１９８６年２月２７日に公表されたＷＯ３６１０１３０３号明細書は、単一のコ ヒーレントソースから得られる２つの適当な角度の紫外線ビームによって設定さ れる定在波干渉パターンによって横切って照射することによる光フアイバ導波体 にこのような格子を形成する方法が記載されている。２つの紫外線ビームは光フ ァイバの領域に定常波干渉パターンを形成するために１対のミラーによって反射 される１対の分割ビームを生成するビームスプリッタにソースＵＶビームを導く ことによって生成される。格子間隔は、干渉分割ビームの入射角の変化によって 制御可能である。

書込み波長は媒体の屈折率を効果的に変更するように選択される。形成された格 子は、格子を書込むことが不可能である長い波長で効果的である。

このような格子を形成するための従来の装置は、格子を形成するために必要とさ れる数分の露出時間の間、ＵＶソースおよび光ファイバに関連した位置を正確に 保持されなければならない複数の光学素子を有する。これは、格子の生成が注意 深く準備されて行われ、環境が管理される時に適当である。

しかしながら、本発明者はそれほど管理されていない環境において格子の形成を 必要とするこのような格子の必要性を認めている。

本発明に従って、光導波体において屈折率格子を形成する方法は、屈折性材料の ブロックの第１の面に対して光導波体を位置させ、ブロックに第１の波長で光放 射のコヒーレントなビームを向け、それによって定在波フィールドが第１の面に 直接ブロックを通って伝播するビームの第１の部分およびブロックの第２の面で 反射される第２の部分によって先導波体内に形成され、フィールドは第１の波長 よりも長い第２の波長で反射する屈折率格子が形成されるまで保持されることを 特徴とする。

１．３μｍ乃至１．５μｍの領域で反射する格子は、シリカ通信ファイバを使用 している現在のシリカベース光通信システムに対する特定な応用を有する。例え ば、可視光によって書込まれるフッ化物ファイバの２．７μｍの窓において動作 する格子の形成は別の波長に対しても適用できる。

ブロックは、容易に入手可能である直角三角形あるいは四角形のプリズムが適当 である。

プリズムに関するファイバの位置は、プリズムに関して固定される光放射のソー スのみを残してプリズム面にファイバを簡単に固定することによって維持される 。従来の側面書込み技術に関連する整列の問題は、それによって大いに減少され る。

光導波体は、光ファイバまたはフレーム加水分解蒸着によって形成されるゲルマ ニウムでドープされた平坦な導波体のような平坦な導波体である。ブロックの第 ２の面は、全内部反射によって、あるいはこれが与えられた適用において使用さ れた特定な波長およびブロックの形状によって不可能である場合、第２の面に反 射フィルムを形成することによってビームを反射する。

本発明はまた、先導波体内に書込まれる格子の形式において広範囲に適応する。

内部反射によって干渉ビームの１つを生成するブロックあるいはプリズムの面は 、チャープな格子を生成するために湾曲される。さらに一般的に、放射のコヒー レントなビームは位相プレートを通過し、例えばコンピュータ生成位相プレート は、プリズムに入る前に導波体内の干渉パターンおよび格子の形式を決定する。

これは、例えば通常の振幅および周波数変調屈折率格子の形成を可能にする。

位相プレートは、分離された光学素子の数を最小に維持するためにプリズムの面 あるいはブロックに形成されてもよい。

その他の格子構造は、様々なプリズム面上のマスクの使用あるいは向い合った第 ２の面の使用によって得られる。格子構造を変化させるその他の手段は、本発明 の方法による使用に対して容易に工夫される。

本発明の方法は、形成中に行われる格子の間隔の良好な微調整を許容する。屈折 率格子は、反射し始める波長を決定するために形成中監視される。これが所望さ れた予め選択された波長でない場合、プリズムの第１の面のＵＶビームの入射角 度は格子の間隔を調整するために変えられる。格子形成の開始において反射され た波長が予め選択された波長と等しければ、格子が十分に形成されるまで、すな わち予め選択された波長の屈折力が最大である時に干渉フィールドはさらに調整 なしに保持される。

この調整は、波長分割多重化を利用している光通信ネットワーク用のレーザの生 成に実質的に影響を与える。このようなネットワークのレーザは、レーザが割当 てられる波長チャンネルに正確に同調されることが必要である。レーザがうまく 作用しない場合、同一の周波数に同調される置換レーザが代りのものとして得ら れなければならない。数百の波長チャンネルが使用される場合、これは修復が素 早く達成されなければならない場合に置換のために莫大なストックを必要とする 。同様に、送信機が別のチャンネルに再割合される場合、要求された新しいチャ ンネルに設定された新しいレーザが供給されなければならない。

本発明は、新しく特別に同調されたレーザの供給を非常に簡単にし、（シリカフ ァイバにおけるエルビウムイオンのような）光学活性ドーパントによってドープ されているコアを有する光ファイバの端部に格子が形成されることを許容し、反 射周波数は上記に説明されたように要求されたレーザ周波数を得るために監視お よび調整される。すなわち、単一のタイプの光能動ファイバのみが蓄積され、レ ーザは要求された波長で本発明の方法に従った格子を形成することによって形成 される。格子は、能動ファイバ中に形成され、あるいは能動ファイバに実質的に 接合された非能動コアイノくに分離して形成される。

本発明に従った赤外線反射格子の形成方法は、添付図面に関連して説明されてい る。

図１は、本発明の方法を実行するのに適当な装置の概略図であり、 図２は、光ファイバにおける赤外線格子の形成を監視するための装置の概略図で あり、 図３は、赤外線格子の形成中の時間による反射信号の変化を示しているグラフで あり、 図４は、複数の格子が書込まれているコアイノくの反射スペクトルを示している グラフであり、 図５は、本発明の方法を使用してチャーブな格子に書込むための装置の概略図で あり、 図６は、光ファイバに赤外線格子を形成するための装置の概略図であり、 図７は、ファイバにおける格子形成ビームを強める円筒型レンズを具備している 光ファイバに赤外線格子を形成するための装置の概略図である。

図１を参照すると、赤外線反射格子は以下のように光ファイバ２（明瞭にするた めに過度の厚さで示されている）中に形成される。ファイバ２は、書込みビーム が紫外線であるので溶融シリカの直角三角形のプリズム５の面４に固定される。

コヒーレントな紫外線ビーム７は、ビーム７の部分Ａが内部に反射されないよう なビームの部分Ｂと面４で干渉するために第２の面で内部に反射されるようにプ リズムの第２の面６に向けられる。

面゛４における定在波干渉フィールドは、ファイバのコア内の周期的な屈折率の 変化を与えることができることが認められる。表面６によりコヒーレントなビー ム７の適当な入射角度ｉを選択することによって、所望な間隔の赤外線格子が形 成される。

図２を参照すると、図１の装置および方法を使用する格子の形成を監視するため に使用される装置が示されている。２５７．３ｎｍで動作し、ｃｗの１０．０ｍ Ｗのパワーを供給する空洞内二重周波数Ａｒ＋レーザによって生成されるビーム ７は、１対の溶融シリカプリズム（示されていない）を使用して１方向に拡大さ れ、表面４および８によって挟まれる通常プリズムの直角の頂点の方向へ導かれ るビーム７が溶融シリカプリズム５を通過することを可能にする。ビーム７は、 一部は直接に、一部は表面８で全内部反射して表面４に対する垂線に対して約９ °の角度で表面４に衝突する。プリズムの表面４との光学的に接触しているシリ カファイバ２の長さは、ＵＶビーム７の２つの重複部分によって形成された定在 波に対して露光された。プリズム５は図２において１０として概略的に示される 回転支持台上に位置され、２つの部分の交差角度が格子の微調整のために変化さ れることを許容する。

５０　：　５０の融着されたファイバカプラ１２の１つのアームあるいはポート Ｐ３が形成されるファイバ２は、ポートＰ１乃至Ｐ４を有する。１１００ｎの３ 　ｄ　Ｂ’帯域幅の１５４０ｎｍの中心波長のピグテールＥＬＥＤは、カプラ１ ２のポートＰ１に接続された。ボー）Ｐ２は格子からの後方に反射される光を監 視するために使用され、ポートＰ４はスプリアスの後方反射を避けるために屈折 率整合された。ＵＶ放射にポートＰ３に結合されたファイバを露出する前に、ポ ートＰ３の襞間されたファイバ端部からの４％のフレネル反射はポートＰ２に結 合されるスペクトル分析器（型式番号Ｑ８３８１）によって測定された反射信号 を較正するために使用され、ポートＰ３は格子を書込む前にこの端部反射を除去 するために屈折率整合される。この方法において、狭い帯域幅の反射の増加は監 視され、格子が形成される。

図３は、様々な書込み時間にポートＰ３に到着した反射信号を示す。０．５％の 反射率が到着された時、ファイバ格子を含んでいるファイバ２は折られる。小さ いボールは端部反射を減少するために１端部に融着され、他方の端部は３０メー トルのＥｒ３＋のドープされたファイバに融着接合された。

このドープされたファイバは、０．０１７のΔｎ１約１．２μｍのＬｐＨ遮断波 長、および１．５μｍバンドのピークで約３ｄＢ／ｍの非ポンプ吸収を有する。

１００％の反射器はＥｒ”Ｏドープされたファイバの別の端部に突合され、レー は、１５３７．５　ｎ　ｍ　、すなわちファイバ格子からの受動反射の正確な波 長で発振することが認められる。レーザしきい値は約４０ｍＷの発射パワーであ り、６００ｍＷの発射されたポンプパワーに関して１５３７．５ｎ　ｍで３００ ｍＷの出力パワーは約ＩＧＨｚの測定された時間平均ライン幅によって得られる 。

このような非常に低い反射率の出力カプラが使用されても、内部損失のないレー ザに関して予想されるように本質的な量子限定特性が得られる。ファイバレーザ の偏光制御は不必要であることが認められた。

感光性の格子は複雑な材料処理を必要としないので、それらはシリカファイバ中 に直接エツチングされるよりも容易に形成される。

図４を参照すると、本発明の方法によって書込まれる複数の格子を存するファイ バに対する反射率スペクトルが示され、１４５０ｎｍ乃至１６００ｎｍの様々な 波長の反射領域はＥＬＥＤの出カスベクトルによって限定され、最大の効率は、 現在までのところ３ｍｍの長さの格子で約６．３％が得られている。

大きさΔｎの周期的な屈折率の変動に対するＢｒａｇｇ波長の反射率は次の式に よって与えられる。

Ｒ−ｔａｎｈ２πＬΔｎｒｉ／λ　（１）ここでＬは格子の長さであり、λはＢ ｒａｇｇ反射波長であり、ηはファイバコアにおいて位置されるモードパワーに おけるパワーの端数である。上記説明された５％の反射器に関して、３ｍｍの長 さの格子に対して約４Ｘ１０’の最大屈折率変調が予測される。さらにファイバ コアにおける干渉縞の可視度が多くの反射およびファイバ内の位相の歪みのため に特別に高くないものと信じられる。達成された反射率は小さいが、式（１）を 使用して得られた結果による推定は、同様の屈折率変化による２０ｍｍの長さの 格子は８０％以上の反射率を有することを確信させる。１０−４の屈折率変化が 得られた場チャーブな格子は、図５に示されるような湾曲した第２の面１６を有 するプリズムによって定在波干渉フィールドを生成することによって図２に関連 して説明された規則的に間隔を有する格子と同様の方法によって形成される。そ の他の素子は図２において示されるのと同じ参照番号を有する。この場合、面１ ６（ビームＣ）によって反射されたビーム部分は所望なチャープな格子を生じさ せるように発散する。

本発明の方法は、別の導波体および既知の書込みおよび反射された波長の別のス ペクトル領域に適用でき、屈折率格子の形成を容易に可能にすることが認められ る。

要約書 光ファイバは、プリズム５の第１の面４に対して固定される。光放射のコヒーレ ントなビーム７は、一部分Ｂが第１の面４に直接伝播し、第２の部分Ａが第２の 面８におけるの全内部反射によって伝播するようにプリズム５に導かれる。２つ の部分の干渉は、放射７の波長よりも長い波長でファイバ２中に屈折率格子を形 成する。この方法は、導波体格子の側面書込みの安定した簡単な方法を提供する 。

国際調査報告 −一一藝＾−”””　Ｐｅｒ／ＧＢ　９１１０Ｏ４ｑｔ国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．屈折性材料のブロックの第１の面に対して光導波体を位置させ、ブロックに 第１の波長で光放射のコヒーレントなビームを導き、定在波フィールドが、第１ の面に直接ブロックを通って伝播しているビームの第１の部分およびブロックの 第２の面で反射される第２の部分によって光導波体内に形成され、フィールドが 第１の波長よりも長い第２の波長で反射する屈折率格子が形成されるまで保持さ れるようにする光導波体における屈折率格子の形成方法。
2. ２．ブロックが直角三角形のプリズムを具備する請求項１記載の方法。
3. ３．光放射のコヒーレントなビームが紫外線より構成され、屈折性材料のブロッ クが溶融シリカにより構成され、第２の波長がスペクトルの赤外線領域に存在す る請求項１または２記載の方法。
4. ４．ブロックの第２の面が非平坦である請求項１乃至３のいずれか１項記載の方 法。
5. ５．第２の面が一定の曲率半径を有している請求項４記載の方法。
6. ６．光放射のコヒーレントビームがブロックに到達する前に位相ブレートを通っ て伝播する請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
7. ７．形成を開始する前記第２の波長を決定するために形成中に屈折率格子を監視 し、前記波長が予め選択された波長と等しくなるまでプリズムの第１の面の光放 射のコヒーレントなビームの入射角度を変化させ、予め選択された波長の反射が 実質的に最大になるフィールドを保持することを含む請求項１乃至６のいずれか １項記載の方法。
8. ８．光導波体が光ファイバである請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. ９．光ファイバがコア中に光学活性ドーパントイオンを含んでいる請求項８記載 の方法。
10. １０．光ファイバがフッ化物ファイバである請求項１乃至９のいずれか１項記載 の方法。
11. １１．光導波体が平坦な導波体を具備する請求項１乃至７のいずれか１項記載の 方法。
12. １２．添付図面を参照して説明された光導波体における屈折率格子の形成方法。
13. １３．屈折率格子が前述の請求項のいずれか１つに記載された方法によって形成 されている光導波体。
14. １４．前述のいずれか１つの方法によって形成された格子を含んでいるドーブさ れたファイバレーザ。