JPH07261038A - 光導波路および光伝送システム - Google Patents

光導波路および光伝送システム

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JPH07261038A
JPH07261038A JP7052027A JP5202795A JPH07261038A JP H07261038 A JPH07261038 A JP H07261038A JP 7052027 A JP7052027 A JP 7052027A JP 5202795 A JP5202795 A JP 5202795A JP H07261038 A JPH07261038 A JP H07261038A
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grating
optical
interference pattern
medium
optical waveguide
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JP7052027A
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Turan Erdogan
アードガン ツラン
Victor Mizrahi
ミズラヒ ビクター
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American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 感光媒体を露光することによって光伝搬軸に
沿って格子を形成する。同一直線上にない、それぞれが
平行光束をなす二つの放射ビームを生成する。この放射
は化学線の波長λを有し、媒体内の屈折率変化を引き起
こす。これら二つのビームは、媒体の一部分に交差角φ
で周期的干渉パタンをその照射部分に生成する。干渉パ
タンの局所的コヒーレンスを維持しながら、干渉パタン
の照射部分を媒体と相対的に移動させる。干渉パタンが
空間的に変化する周期を持つように、その照射部分を移
動させながら、λ×0.5csc（φ／2）の積を変化させ
る。他の態様では、互いに干渉する化学線放射ビームを
感光性光媒体に照射し、媒体に対して干渉パタンの照射
部分を移動させることによって、ブラッグ格子を形成す
る。 【効果】 ブラッグ格子等の格子の周期は、格子の各位
置で独立に規定することができる。その結果、空間依存
性について、広い範囲の関数形式を規定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバ等の導波
装置と組み合わせて使用され誘導格子として知られる受
動的光要素に関する。ここに記載される格子は、ドープ
されたファイバ増幅器を用いた光ファイバシステムにお
けるポンプ放射反射器として、特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】適当なスペクトル領域の電磁放射を、ホ
トレジスト等とともに、シリカをベースにした光ファイ
バ等の光媒体に照射することにより、その光媒体を変化
させることができる。そのような照射は典型的には紫外
線照射であり、以下、「化学線」照射と呼ぶ。すなわ
ち、感光性光ファイバ（またはその他の光媒体）に化学
線照射を行うことにより、その媒体のうちの照射を受け
た部分の屈折率を変化させることができる。たとえばレ
ーザ等からの二つのほぼ単色の放射光ビームを重ね合わ
せることにより、周期的なパタンが照射され、干渉パタ
ンが生成される。
【０００３】波長λの二つのビームが交差角φで交差す
る場合、干渉パタンの周期Λは、 Λ＝0.5λcsc(φ／２) で与えられる。このようなパタンをもった放射場が、適
当な感光性をもったコアを有する光ファイバその他の光
導波路に衝突すると、このパタンに応じてコアの屈折率
の周期的（または疑似周期的）変動パタンが生成され
る。
【０００４】このようなパタンは、「ブラッグ格子(Bra
gg grating)」または「分布ブラッグ反射器（ＤＢ
Ｒ）」と呼ばれ、電磁放射に対してスペクトラムに選択
的な反射器として動作する。このようにして形成された
ブラッグ格子は、光ファイバレーザにおける端部反射器
として特に有用である。これらのブラッグ格子は、スペ
クトラムに選択的であるがゆえに、また、能動的レーザ
媒体を支持する同じ光ファイバ内に容易に内在されうる
がゆえに、有用である。
【０００５】これらのブラッグ格子の生成技術について
は、１９８８年２月１６日付けでＷ．Ｈ．グレン(Glen
n)らに付与された米国特許第４，７２５，１１０号およ
び１９８９年２月２８日付けでＷ．Ｈ．グレン(Glenn)
らに付与された米国特許第４，８０７，９５０号に記載
されている。端部にＤＢＲを配した空洞を有する光ファ
イバレーザについて、Ｇ．Ａ．ボール(Ball)およびＷ．
Ｗ．モレー(Morey)著「連続的にチューニング可能な単
一モード・エルビウムファイバレーザ(Continuously tu
nable single-mode erbium fiber laser)」Optics Let
t.17(1992)420-422に記載されている。
【０００６】ブラッグ格子は、ファイバレーザの端部反
射器以外の応用に対しても受動光要素として有用であ
る。たとえば、ブラッグ格子は、波長分割多重化その他
の光信号処理の応用のためのスペクトラムフィルタとし
て有用である。ブラッグ格子を含み光ファイバ内に形成
された光フィルタが、１９９１年４月１６日付けでＷ．
Ｗ．モレー(Morey)らに付与された米国特許第５，００
７，７０５号に記載されている。同様な技術は、基板の
上を覆って配置されるホトレジスト等の感光媒体内に格
子パタンを形成するのにも有用である。その基板は、レ
ジストの露光と現像の後にリソグラフィにより処理され
る。
【０００７】通信における応用では、ドープファイバ増
幅器を用いた光ファイバ通信システムで、広帯域インラ
イン格子を使用して、ポンプ放射反射器を形成する。こ
れについては、１９９３年６月８日付けでビクタ・ミズ
ラヒ(Victor Mizrahi)に付与された米国特許第５，２１
８，６５５号に記載されている。この特許に記載されて
いるように、そのようなシステムの増幅器と検出器との
間に配置された格子は、ポンプ放射を、増幅器を通過さ
せて、検出器に入らないように反射し、それによってポ
ンピング効率を向上させるのに使用することができる。
【０００８】用途によっては、周期的なブラッグ格子の
代わりに準周期的なブラッグ格子を設けるのが望ましい
こともある。すなわち、格子の周期（すなわち、屈折率
プロフィルの隣接する山と山との間または谷と谷との間
の伝搬軸に沿った直線的な距離）が一定でなく、伝搬軸
に沿ってあらかじめ定めたとおりに変化する。最も一般
的な準周期的格子では、周期が、伝搬軸に沿った位置の
関数として（典型的にはほぼ直線的な関数として）増大
または減少する。そのような格子は「チャープ(chirpe
d)」格子と呼ばれる。
【０００９】チャープ格子は、広帯域光反射器を作るの
に特に有用である。チャープ格子の光ファイバ通信レー
ザへの応用については、Ｒ．アダー(Adar)らにより１９
９２年１月２９日に出願された米国特許出願第０７／８
２７，２４９号に記載されている。また、チャーピング
を応用して格子反射スペクトルから望ましくない成分を
取り除くことについて、Ｖ．ミズラヒ(Mizrahi)らによ
る「光媒体中の分布ブラッグ反射器の形成方法(Method
for Forming Distributed Bragg Reflectors in Optica
l Media)」と題する米国特許出願に記載されている。
【００１０】ホトレジスト中にチャープ格子を作る従来
の方法では、感光媒体上に衝突される複数の干渉するビ
ームは、平行光束になっておらず、各ビームがあらかじ
め定めた分散角で分散する。ビームの分散の結果、ビー
ム同士の交差角は、単一で明確に定義されたものとはな
っていない。その代わりに、干渉パタン内の位置（これ
は感光媒体の伝搬軸に沿って測定される）に依存する実
効交差角度がある。その結果、空間的位置に依存する周
期をもつ格子が形成される。この方法については、Ｘ．
メイ(Mai)ら著の「導波格子を製造するための単純な他
面的方法(Simpleversatile method for fabricating gu
ided-wave gratings)」Appl.Optics,24(1985)3155-3161
に記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】この従来の方法は、周
期が任意の空間依存性を持つ格子を作るのに使用できな
いという点で不利である。この依存性は、ビームを分散
する方法によってアクセスできる形式しかとることがで
きない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】発明者らは、空間に依存
する周期をもつブラッグ格子のような格子を生成する新
しい方法を見いだした。
【００１３】この発明の一つの実施態様では、感光媒体
を露光することによって「光伝搬軸」と呼ばれる軸に沿
って形成される格子が含まれる。この軸の方向は、
「軸」方向と呼ばれる。この方法は、同一直線上にな
い、それぞれが平行光束をなす二つの電磁放射ビームを
生成する工程を含む。この電磁放射は、化学線の波長λ
をもっており、この波長は媒体内の屈折率変化を引き起
こすことのできる波長である。これら二つのビームは、
その媒体の少なくとも一部分に、交差角φで、周期的干
渉パタンがその照射部分に生成されるように照射され
る。
【００１４】この方法にはさらに、少なくとも干渉パタ
ンの局所的コヒーレンスを維持しながら、干渉パタンの
照射部分を媒体と相対的に移動させる工程を含む。さら
にこの方法は、干渉パタンが空間的に変化する周期を持
つように、その照射部分を移動させる工程の最中に、λ
×0.5csc（φ／2）の積を変化させる工程を含む。
【００１５】この発明の第２の実施態様では、互いに干
渉する化学線放射ビームを生成し、これらの放射ビーム
を感光性光媒体に照射し、上述のように、この媒体に対
して相対的に干渉パタンの照射部分を移動させることに
よって、ブラッグ格子を形成する。その結果、この媒体
中に屈折率の変動が形成される。この実施態様ではさら
に、この照射部分の移動工程の最中に、結果的に屈折率
の変動ができる種々の場所が受け取る化学線放射の照射
量を変動させる工程を含む。この照射量の変動の結果、
あらかじめ規定したパタンに従って軸方向に変動の平均
振幅を変えることができる。その意味で、「平均」振幅
は、空間依存性のある振幅を多数（たとえば１０）周期
にわたって平均したものである。
【００１６】
【作用】上記手段によれば、従来の方法と違って、ブラ
ッグ格子等の格子の周期は、格子の各位置で独立に規定
することができる。その結果、空間依存性について、広
い範囲の関数形式を規定でき、きわめて優れた特性を持
つ新しい格子を作ることができる。
【００１７】
【実施例】説明を簡単にするために、以下の説明は、光
ファイバの中にブラッグ格子を形成する場合について述
べる。しかし、直接の露光により、またはホトレジスト
の露光の後に通常のリソグラフ処理を行うことによっ
て、他の光媒体内に格子を形成することも可能である。
これらの他の光媒体についてもこの発明に含まれ、さら
に、ブラッグ格子のほかに、反射格子等の他のタイプの
格子もこの発明に含まれる。
【００１８】発明者らの知見によれば、一つの移動可能
な鏡が、干渉パタンの照射されている部分の位置をファ
イバまたは他の感光媒体に沿って動かし、しかも同時
に、レジストレーションを保持、すなわちその干渉パタ
ンの位相を変化させずにそれを行うことができるような
走査干渉計を使用して干渉パタンを生成するのがよいこ
とがわかった。そのファイバまたはその他の媒体を露光
している間、そのファイバ等は固定しておき、その鏡を
移動させる。その結果、照らされた部分自体よりも軸方
向に長いそのファイバ等の内部に屈折率の変動が容易に
生成される。
【００１９】このような露光を実現するための好ましい
干渉計２０を図１に示す。これについては、１９７８年
６月６日付けでＧ．Ｃ．ブジョークルンド(Bjorklund)
らに付与された米国特許第４，０９３，３３８号に詳し
く記載されている。この干渉計２０は、レーザ源１１、
移動可能な鏡１３、回転可能な鏡２２、鏡１４、１７、
２１を含んでいる。互いに干渉するビームは感光媒体１
８の上で収束する。感光媒体１８は、たとえば光ファイ
バである。干渉パタンの照らされる部分は、移動可能な
鏡１３によって、ファイバに沿って（その位相は変えず
に）シフトされる。干渉パタンの周期は、化学線の波長
によって、そしてまた回転可能な鏡２２の回転位置によ
って、決定される。
【００２０】ブラッグ格子の製造方法の好ましい一実施
例では、露光される領域が直線的であることを保証する
ために、ファイバを初めに固定する。ファイバは、たと
えば紫外線の照射を有効に受けるものである。紫外線発
光源としては、種々の適当なものが知られている。
【００２１】たとえば、約２４５ｎｍのレーザ光を発す
る、エキシマポンプでポンピングされた、２倍周波数
の、チューニング可能な色素レーザが、露光源として適
当である。このような露光源の使用については、１９９
２年５月５日にＤ．Ｊ．ディジオバニ(DiGiovanni)らが
出願した米国特許出願第０７／８７８７９１号に記載さ
れている。
【００２２】そこで説明されているように、この露光源
は、エルビウムで高濃度にドープしたシリカベースの光
ファイバ内に格子を生成するのに有用である。これらの
ファイバは、典型的には、毎秒２０パルスの繰り返し率
で２ｍＪパルスに露光される。円柱レンズが、このレー
ザ光を長さ約０．５ｃｍ、幅１００〜２００μｍの帯に
収光する。典型的露光時間は３０秒間である。この方法
により、たとえば約０．５μｍの一定周期のブラッグ格
子が容易に形成される。
【００２３】前述のように、化学線ビームの交差により
形成される干渉パタンの周期Λは、λ×0.5csc(φ／2)
の積で表される。所望の空間依存性をもつ準周期的格子
を生成するために、移動可能な鏡１３を動かすことによ
り干渉パタンの照射部分を動かしながら、この積を変化
させる。この積は、波長λまたは交差角φを変化させる
ことにより変化させることができる。
【００２４】化学線放射源がチューニング（同調）可能
なレーザである場合は、波長は容易に変化させることが
できる。たとえば、エキシマポンプを伴う２倍周波数の
色素レーザであって、実際に使用できる約２３５〜２４
５ｎｍの波長の光を発するものが、入手できる。交差角
が一定の場合、そのような照射源によれば、格子周期
は、格子の長さにわたって約４％変化させることができ
る。
【００２５】前述のように、好ましい干渉計では、干渉
パタンの位相を変えずにその照射部分を移動させる、す
なわちそのコヒーレンスを維持しながら移動させること
ができる。しかし、その移動のときに波長が変化する場
合は、干渉パタンは、短い距離についてだけしかコヒー
レントでない。典型的な格子の設計では、波長変動は１
％未満であることを要求する。したがって、通常、干渉
パタンは、波長が変動する場合でも、格子周期の数十倍
以上にわたってコヒーレント（よい近似で）である。そ
のような干渉パタンを、ここでは「局所的にコヒーレン
ト」と呼ぶ。
【００２６】格子のチャーピングの一つの限界は、干渉
する化学線ビームのスポットサイズによるものである。
この距離でブラッグ波長があまり急激に変化する場合
は、スポットの移動により、新たに書き込まれた格子の
部分が、その前に書き込まれた格子の部分にインコヒー
レントに追加されることになり、格子が少なくとも部分
的に消去されることになる。およそのガイドラインとし
て、これは、１スポットサイズＬspotにおけるブラッグ
波長λBの変動δλBが次の関係を満たすときには回避で
きる。 （δλB／λB）Ｌspot＜（１／４）Λ ここに、Λは公称格子周期である。
【００２７】一般に、化学線露光をしているときに、鏡
２２を回転することにより交差角を変えるのは望ましく
ない。鏡の軸受け同士の機械的結合および光学システム
が振動を起こし、これにより、干渉パタンの安定性が著
しく悪化する可能性がある。さらに、必要な波長シフト
を生成するための回転が通常、実際的に制御するために
はあまりに小さすぎる。しかし、鏡２２の回転に対する
代替手段がある。すなわち、以下に詳述するように、こ
の光学システムの複数の平面鏡のうちの一つを局面鏡で
置き換えることにより、交差角を簡単に変えることがで
きる。
【００２８】たとえば、移動可能な鏡１３を移動させる
ためには電気機械的アクチュエータ（移動アクチュエー
タ）が使用され、また、光源のチューニングを変えるた
めには第２の電気機械的アクチュエータが使用される。
これらの移動アクチュエータおよび周期設定アクチュエ
ータの両方を制御するために、マイクロプロセッサに基
づく制御器等のプログラム可能な一つの制御器が使用さ
れる。この制御器は、格子の各部分における周期とその
部分の軸方向位置との間の所望の関数関係を提供するよ
うにプログラムされる。
【００２９】光学システムに曲面鏡を含めることによっ
て交差角を変化させる場合、チャープ(chirped)格子が
簡単に作成できる。格子周期の空間依存性は、光学シス
テムにおける鏡のうちの一つの反射表面の形状によって
決定される。図２に示すように、光学システムのたとえ
ば鏡２１（図１参照）を曲面鏡３０に置き換えることが
できる。必ずしも鏡２１を置き換える必要はなく、この
光学システムの平面鏡のうちの移動可能な鏡１３を除く
どれを曲面鏡で置き換えてもよい。たとえば、曲面鏡３
０が凸球表面または凹球表面をもつ場合、その結果とし
て得られる干渉パタンはほぼ直線状のチャープをもつ。
【００３０】図２において、移動可能な鏡１３（図１参
照）がｘ0からｘ1に移動すると、ビーム１６の方向が角
度２αだけ変化する。これによって、ビーム１５とビー
ム１６との間の交差角が変化し、それによって局所格子
周期が変化する。このように、感光媒体を一定の化学線
波長で露光しながら移動可能な鏡１３を移動させるだけ
で、チャープ格子が形成される。たとえば、曲率半径約
５０ｍの凹球面鏡を用いて、チャープ格子を生成するこ
とができる。公称ブラッグ波長１．５μｍの格子では、
移動可能な鏡１３を１ｃｍ移動させると、ブラッグ波長
の全体シフトは約１９Åすなわち約０．１２％と予測さ
れる。
【００３１】干渉するビームの幅が曲面鏡３０の曲率半
径に比べて十分に広い場合は、移動可能な鏡１３の移動
がなくともチャープ格子を生成することができる。これ
は、曲面鏡３０からのビームのうちの少なくとも一つを
反射させることによってできる。（この場合、他のビー
ムは、第２の曲面鏡から反射させてもよい。）
【００３２】図３において、格子４０の強さ（すなわち
屈折率変動の振幅）は、化学線露光の時間と強さに関係
する。この強さは、化学線放射の照射量を変調すること
により、軸方向位置の関数として変調しうる。この照射
量は、移動可能な鏡１３の移動速度を（たとえば制御装
置４２により）制御することによって、またはレーザ源
１１の放射強度を制御することによって、または（レー
ザ源１１がパルス光源の場合）光源のパルス繰り返し率
を制御することによって、簡単に変調することができ
る。これら３種類の方法のうち、現在のところ、３番目
のものが最も好ましい。
【００３３】すなわち、たとえば、パルスエキシマポン
プによる(pulsed, excimer-pumped)色素レーザは、指定
された平均屈折率分布をもつブラッグ格子を生成するよ
うに、プログラム可能なマイクロプロセッサに基づく制
御装置４４により簡単に制御することができる。ここ
に、平均屈折率分布とは、空間的に依存する屈折率を多
数（たとえば１０）格子周期にわたって平均することを
意味する。平均屈折率分布の修正は、特にブラッグ格子
のスペクトル特性の改善にとって、有用である。そのよ
うな応用については、前出のＶ．ミズラヒ(Mizrahi)ら
による米国特許出願「光媒体内に分布ブラッグ反射器を
形成する方法(Method for Forming Distributed Bragg
Reflectors in Optical Media)」に記載されている。
【００３４】本願発明者らは、曲面鏡を上述のように使
用することにより、チャープ率３Å／ｃｍ以上、さらに
は１０Å／ｃｍ以上、または１００Å／ｃｍ以上でも簡
単に実現できるということを見いだした。ブラッグ波長
の中央値が１．５５μｍの場合、これらの率は１ｃｍあ
たり、それぞれ０．０２％、０．０５％、０．５％であ
る。さらに、これらの格子のチャープは、１０％以上の
直線性をもつ。すなわち、典型的なブラッグ格子の長さ
は、空間的に平均された屈折率変動δa（ｘ）との関係
で表現できる。ここに、ｘは光の伝搬方向に沿って測定
する。δa（ｘ）の分布の極大の半分における全幅が、
一般的に格子長さの測定に都合がよい。
【００３５】この長さにわたって、（チャープされた）
格子の周期Λは、最良直線近似Λ0によって近似でき
る。ここに、Λ0はΛ0＝λ0＋ｍｘで与えられ、λ0とｍ
は一定である。ここで、Λ（ｘ）は書き込まれた格子の
隣接する線間の距離である。光路長は屈折率の変化の影
響を受けるので、Λ（ｘ）は隣接する線間の光路長と同
じではない。したがって、幾何学的周期Λが純粋にｘに
対して直線的である場合であっても、周期が放射の伝搬
に影響することから、周期は、一般により高次の、たと
えば２次の成分をもつ。「１０％以上の直線性」とは、
格子の長さにわたって、ΛとΛ0との間の差の絶対値が
どの位置でもΛ0の１０％以下であることを意味する。
【００３６】たとえば、発明者らは、水素感光性光ファ
イバ内に高チャープ率格子を生成するために、ほぼ上述
の露光方法を使用した。光ファイバの感光性を高めるた
めに水素を使用する方法については、たとえば、１９９
３年８月１０日付けでＲ．Ｍ．アトキンズ(Atkins)らに
付与された米国特許第５，２３５，６５９号に記載され
ている。
【００３７】格子の特性が改善されることにより、ドー
プしたファイバの増幅器を伴う光ファイバ通信システム
におけるポンプ放射反射器として特に有用である。図４
はかかるシステムを示すものであって、光伝送信号を搬
送する一定長さの光伝送ファイバ５０と、その信号を増
幅するための、たとえばエルビウムドープしたファイバ
等のドープファイバ増幅器５３と、その増幅器にポンプ
放射を提供するためのポンプ放射源５１と、ポンプ放射
を増幅器に反射させるように配設された格子５２とを有
する。
【００３８】望ましくは、ポンプ放射は光伝送ファイバ
５０を通して送信され、送信されたポンプ放射と格子５
２によって反射されたポンプ放射の双方によって増幅器
５３がポンピングされるように、増幅器５３はポンプ放
射源５１と格子５２との間の導波路上に配設される。こ
れまでに実施した例では、光送信信号は１．５５μｍ放
射で、ポンプ放射の中央値は約１．４８μｍである。増
幅ファイバは、たとえばポンプ放射源から１ｋｍ以上で
ある。他の例としては、ポンプ、増幅器、格子を複数段
にしてもよい。
【００３９】このようなシステムの特性を最適化するた
めには、格子５２は、従来の格子の特性の組み合わせと
は異なるものとしなければならない。たとえば、ポンプ
放射源のスペクトルの広がりを包含するために、格子は
十分に広帯域でなければならない。
【００４０】すなわち、通常のポンプ放射源を用いる場
合、格子の反射特性は、極大値の半分における全幅が１
２ｎｍより大きいこと、より望ましくは２０ｎｍより大
きいことを意味する。さらにシステム全体を考慮した最
適特性を得るためには、全固有光損失は０．５ｄＢ未満
（望ましくは０．２ｄＢ未満）とし、透過側で測定され
る極大吸光度は、１２ｎｍ格子の場合に２０ｄＢよりも
大きく、また２０ｎｍ格子の場合に１０ｄＢよりも大き
くする必要がある。発明者らは、これらの条件を満たす
格子をはじめて実現したものと信ずる。
【００４１】［実施例１］エルビウム増幅器に使用され
るファイバとほぼ同様の特性をもちエルビウムを含有し
ないファイバ内に、広帯域低損失ファイバ格子を生成し
た。ファイバコアは、モル濃度１６％のゲルマニウムを
含み、Δは１．９％で、半径は１．２μｍであり、アル
ミニウムとともにドープした。ファイバは、その紫外線
感光性を高めるために、３７０ａｔｍのＤ2中に５０℃
で４日間保持することにより、モル濃度３％の重水素を
付加した。
【００４２】紫外線レーザ源は、３０Ｈｚの繰り返し率
で１５ｎｓｅｃのパルスを生成するエキシマレーザポン
プでポンピングされる２倍周波数の色素レーザであっ
た。その結果得られた２４２ｎｍレーザビームは、ほぼ
ガウス分布であり、平均出力が３０ｍＷであって、移動
可能な鏡１３とビーム分割器（鏡）１４との間に置かれ
た円柱レンズを用いてファイバで８ｎｍ×５０μｍのス
ポットサイズに収束された。曲率半径５ｍの曲面鏡を使
用した結果、疑似周期的パタンのチャープ率は１９ｎｍ
／ｃｍであった。ファイバは６分間露光した。
【００４３】この曲率の大きな曲面鏡を使用して高品質
のチャープ格子を生成できるように、図２に示した干渉
装置に改良を加えた。この曲面鏡の代わりに平面鏡を配
置し、ファイバから１焦点距離だけ離れた位置に円柱状
の収光レンズを置くことにより、干渉計の両方のアーム
を横切るビームは、そのファイバ上で、同じスポットサ
イズ、同じ強度に収束した。曲面鏡を再度置くと、その
曲面鏡で反射するビームは、ファイバ上では焦点を結ば
ず、そのファイバに沿った干渉パタンの縁の見え方に変
化が生じる。この問題を避けるために、干渉パタンの中
央で二つのビームの強さが等しくなるように、円柱状レ
ンズの位置を調節した。
【００４４】広帯域発光ダイオードおよび光スペクトル
アナライザを使用して、格子のスペクトルを、反射光部
分においておよび発光部分において測定した。こうして
得られたスペクトルを、それぞれ図５および図６に示
す。反射スペクトルについては、光は、チャープ格子の
短い周期の端で光が入射した。この方向性が、ファイバ
からの散乱損失を避けるために重要である。この格子
は、半値全幅（ＦＷＨＭ）で１６．４ｎｍの反射帯域幅
をもつ。透過スペクトルから、吸光度は２０ｄＢをはる
かに越え、ブラッグ領域の長波長側での挿入損失は０．
１ｄＢより小さいことは明かである。
【００４５】［実施例２］第２の格子は、実施例１で記
載したのと同じファイバ内に、同じレーザ源および同じ
干渉計を用いて書き込まれた。ただし、この格子におい
ては、移動可能な鏡１３を図２の位置から移動させるこ
とにより、干渉計へのレーザビーム入射を横方向に走査
することによって、帯域幅を増大させた。ファイバを４
分間露光させた後に、ビームをファイバに沿って６ｍｍ
走査させ、さらにもう４分間の露光を続けた。図７に示
すように、この格子についてのＦＷＨＭ反射帯域幅は、
２４．５ｎｍである。
【００４６】しかし、スペクトルの中央近傍の領域に、
反射率が低下する所がある。この領域は、図８の透過ス
ペクトルに、２０ｄＢ未満の吸光度の領域として、より
明確に示されている。この格子でこのようなことが起こ
るのは、二つのビームが走査されたときに、二つのビー
ムのファイバ軸に垂直な方向の位置合わせが完全ではな
いことと、円柱状レンズの位置の調整が完全ではないこ
とによる。一つの連続的な広いスペクトルを得るために
第２の露光は第１の露光と重なる部分がある。このため
に、ビームの位置の調整が不完全であると、格子の消去
を招き、スペクトルに「ノッチ」（Ｖ字状のくぼみ）を
生じさせる。この格子でも、挿入損失は０．１ｄＢより
小さい。
【００４７】［実施例３］第３の格子は、実施例１で記
載したのと同じファイバ内に、同じレーザ源および同じ
干渉計を用いて書き込まれた。また、実施例２で記載し
たのと同じ横方向走査技術を用いて書き込まれた。ただ
し、この格子においては、実施例２で生じたノッチを避
けるために、ビームの配置を改善した。ファイバは４分
間露光され、ビームはファイバに沿って６ｍｍ走査さ
れ、それからさらに３分間露光を継続された。この格子
の反射スペクトルを図９に示す。格子の短周期側に光を
入射することによって測定した場合、この格子のＦＷＨ
Ｍ反射帯域は２２．５ｎｍである。図示されていない
が、吸光度は２０ｄＢをはるかに上回り、挿入損失は、
０．１ｄＢより小さい。
【００４８】上述の実施例は、本発明の考えられる多数
の実施例のうちのいくつかを例示したものにすぎない。
たとえば、最近の技術進歩により、感光ファイバの位相
マスク露光を使用して、改良格子を作ることができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、ブラッグ格子等の格子
の周期は、格子の各位置で独立に規定することができ
る。その結果、空間依存性について、広い範囲の関数形
式を規定でき、きわめて優れた特性を持つ新しい格子を
作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される干渉計の一実施例の光学的
概略図である。
【図２】図１の平板鏡の一つを曲面鏡に置き換えた場合
の光学的部分図である。
【図３】本発明に係るシステムの一実施例のブロック図
である。このシステムは、感光媒体への化学線放射の照
射量を制御するための装置を含む。
【図４】遠隔でポンピングされる光ファイバ伝送システ
ムにおいて格子を使用する好ましい方法を示す概略図で
ある。
【図５】図４のシステムで特に有用な格子の第１の実施
例の反射特性を表すグラフの図である。
【図６】図４のシステムで特に有用な格子の第１の実施
例の発信特性を表すグラフの図である。
【図７】格子の第２の実施例の反射特性を表すグラフの
図である。
【図８】格子の第２の実施例の発信特性を表すグラフの
図である。
【図９】格子の第３の実施例の反射特性を表すグラフの
図である。
【符号の説明】
１１ レーザ源 １３ 移動可能な鏡 １４ 鏡（ビーム分割器） １７、２１ 鏡 １５、１６ ビーム（光線） １８ 感光媒体 ２０ 干渉計 ２２ 鏡 ３０ 曲面鏡 ４０ 格子 ４２ 制御装置 ４４ 制御装置 ５０ 光伝送ファイバ ５１ ポンプ放射源 ５２ 格子 ５３ 増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビクター ミズラヒ アメリカ合衆国、07921 ニュージャージ ー、ベドミンスター、カーディナル レイ ン 412

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コアとクラッドとを有する、光伝搬のた
    めの光導波路において、 屈折率変動を有するブラッグ格子が前記導波路に形成さ
    れており、その格子は、反射側で測定された消滅帯域の
    半値全幅が１２ｎｍよりも大きく、 全固有光損失が０．５ｄＢよりも小さく、 透過側で測定された全極大光消滅が２０ｄＢよりも大き
    いことを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項２】 前記ブラッグ格子の消滅帯域は、反射側
    で測定したとき、半値全幅が２０ｎｍより大きいことを
    特徴とする請求項１の光導波路。
  3. 【請求項３】 前記全固有損失が０．２ｄＢよりも小さ
    いことを特徴とする請求項１の光導波路。
  4. 【請求項４】 前記屈折率変動は少なくとも部分的に前
    記導波路のコア内に形成されていることを特徴とする請
    求項１の光導波路。
  5. 【請求項５】 前記光導波路は光ファイバであることを
    特徴とする請求項１の光導波路。
  6. 【請求項６】 コアとクラッドとを有する、光伝搬のた
    めの光導波路において、 屈折率変動を有するブラッグ格子が少なくとも部分的に
    前記コア内に形成されており、その格子は、反射側で測
    定された消滅帯域の半値全幅が２０ｎｍよりも大きく、 全固有光損失が０．２ｄＢよりも小さく、 透過側で測定された全極大光消滅が１０ｄＢよりも大き
    いことを特徴とする光導波路。
  7. 【請求項７】 前記極大光消滅が２０ｄＢより大きいこ
    とを特徴とする請求項６の光導波路。
  8. 【請求項８】 光信号を伝搬する一定長さの光伝送導波
    路と、前記光信号を増幅する、ポンプ放射を必要とする
    増幅手段と、その増幅手段にポンプ放射を供給するポン
    プ放射源手段と、前記増幅手段にポンプ放射を反射する
    ブラッグ格子とからなる光伝送システムにおいて、 前記格子は、反射側で測定された半値全幅が２０ｎｍよ
    りも大きく、全固有光損失が０．５ｄＢよりも小さく、
    透過側で測定された全極大光消滅が２０ｄＢよりも大き
    いことを特徴とする光伝送システム。
  9. 【請求項９】 前記格子は、半値全幅が２０ｎｍより大
    きいことを特徴とする請求項８のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記格子の全外因性光損失が０．２ｄ
    Ｂよりも小さいことを特徴とする請求項８のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記増幅手段は前記ポンプ放射源手段
    から１ｋｍ以上離れていることを特徴とする請求項８の
    システム。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5822479A (en) * 1997-01-24 1998-10-13 Northern Telecom Limited Writing diffraction gratings with interference fringe patterns
US5955221A (en) * 1997-11-21 1999-09-21 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for fabrication of high gradient insulators with parallel surface conductors spaced less than one millimeter apart
GB2339921B (en) * 1998-07-21 2000-06-14 Exitech Ltd The use of a laser pulse extender to increase the speed for writing bragg gratings in optical fibres
CN116520484B (zh) * 2023-07-03 2023-09-22 上海频准激光科技有限公司 光纤光栅刻写方法、装置及光纤光栅f-p腔

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5337382A (en) * 1992-05-29 1994-08-09 At&T Bell Laboratories Article comprising an optical waveguide with in-line refractive index grating

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200127976A (ko) * 2018-01-03 2020-11-11 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베. 직접적인 레이저 간섭 구조를 위한 광학 배열

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