JPH08286013A - Formation of optical waveguide type diffraction grating - Google Patents

Formation of optical waveguide type diffraction grating

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JPH08286013A
JPH08286013A JP7089173A JP8917395A JPH08286013A JP H08286013 A JPH08286013 A JP H08286013A JP 7089173 A JP7089173 A JP 7089173A JP 8917395 A JP8917395 A JP 8917395A JP H08286013 A JPH08286013 A JP H08286013A
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JP
Japan
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optical waveguide
hydrogen
diffraction grating
refractive index
ultraviolet light
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Pending
Application number
JP7089173A
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Japanese (ja)
Inventor
Masumi Ito
真澄 伊藤
Maki Inai
麻紀 稲井
Tadashi Enomoto
正 榎本
Susumu Inoue
享 井上
Masaichi Mobara
政一 茂原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To provide a forming method of a fiber type diffraction grating for increasing the reflectance of an optical component of a specific wavelength and a fiber for forming diffraction grating. CONSTITUTION: A usual quartz-system optical waveguide 10 with a core part containing germanium oxide (GeO2 ) is mounted in a reaction chamber and gaseous hydrogen (H2 ) is made to flow in the reaction chamber and the inside of the chamber is made to a high temp. high pressure state. Then, the diffraction grating is formed by increasing oxygen deficient type defect in the quartz-system optical waveguide 10 with the irradiation of interference light of ultraviolet ray produced by an interference mechanism 40 while heating the hydrogen reduced optical fiber 10 by a heater 110 to generate the large change of refractive index.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路のコア部の屈
折率を光軸に沿って周期的に変化させて回折格子を形成
する光導波路型回折格子の作製方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating in which the refractive index of the core portion of the optical waveguide is periodically changed along the optical axis to form a diffraction grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバ通信技術の進展に伴
い、ネットワークの複雑化や信号波長の多重化などが進
行し、システム構成は高度化しつつある。このような光
通信システムでは、光回路素子の重要性が増大してい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of optical fiber communication technology, the complexity of networks and the multiplexing of signal wavelengths have progressed, and the system configuration is becoming more sophisticated. In such optical communication systems, the importance of optical circuit elements is increasing.

【0003】光回路素子における一般的構成の一つとし
てファイバ型素子は、小型で挿入損失が小さいことや、
光ファイバとの接続が容易であること等の利点を有して
いる。そして、このようなファイバ型素子として、ファ
イバ型フィルターが知られている。
As one of the general constitutions of optical circuit elements, the fiber type element is small in size and has a small insertion loss.
It has advantages such as easy connection with an optical fiber. A fiber type filter is known as such a fiber type element.

【0004】最近では、コア部に酸化ゲルマニウムをド
ープした石英系光ファイバについて、紫外光照射によっ
てコア部の屈折率が変化するという知見が周知であり、
このような光誘起屈折率変化を利用したファイバ型フィ
ルターとして、光ファイバ型回折格子が研究開発されて
いる。
Recently, it is well known that the refractive index of the core part of the silica-based optical fiber whose core part is doped with germanium oxide is changed by the irradiation of ultraviolet light.
An optical fiber type diffraction grating has been researched and developed as a fiber type filter utilizing such light-induced refractive index change.

【0005】この光ファイバ型回折格子は、光ファイバ
内を進行する光のうち特定波長の光成分を反射するもの
であり、一般に、紫外光の照射によって光ファイバのコ
ア部に屈折率が光軸に沿って周期的に変化した領域を形
成することにより作製されている。この作製方法には、
信頼性の高い光ファイバ型回折格子を生産性良く作製す
ることができるという利点がある。
This optical fiber type diffraction grating reflects a light component of a specific wavelength in the light traveling in the optical fiber. Generally, when the ultraviolet light is radiated, the refractive index of the core portion of the optical fiber is the optical axis. It is produced by forming a periodically changing region along the. This manufacturing method includes
There is an advantage that a highly reliable optical fiber type diffraction grating can be manufactured with high productivity.

【0006】このような光ファイバ型回折格子において
は反射率Rが重要な特性であり、この反射率Rは、グレ
ーティング長(コア部の屈折率が光軸に沿って周期的に
変化した領域の長さ)と光誘起による屈折率の変化量に
依存する。この関係は、次式のように表される。
In such an optical fiber type diffraction grating, the reflectance R is an important characteristic, and the reflectance R is the grating length (in the region where the refractive index of the core portion changes periodically along the optical axis). Length) and the amount of light-induced change in the refractive index. This relationship is expressed by the following equation.

【0007】R=tanh2 (LπΔn/λR ) ここで、Rは反射率、Lはグレーティング長、Δnは光
誘起による屈折率の変化量、λR は反射波長である。
R = tanh 2 (LπΔn / λ R ) where R is the reflectance, L is the grating length, Δn is the amount of change in the refractive index due to light induction, and λ R is the reflection wavelength.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】紫外光照射による屈折
率変化は、コア部のガラス中に存在するゲルマニウム関
連のガラス欠陥に起因することが知られている。しか
し、従来のような酸化ゲルマニウムをコア部にドープし
ただけのガラス光ファイバではガラス欠陥の数が少ない
ため、紫外光を照射しても屈折率変化量Δnが小さく、
したがって、上記の式から明らかなように反射率も低
い。具体的に言えば、紫外光照射によるコア部の屈折率
変化は10-5程度であり、反射率は数%と過小である。
It is known that the change in the refractive index due to the irradiation of ultraviolet light is caused by a glass defect related to germanium existing in the glass of the core part. However, since the number of glass defects is small in the conventional glass optical fiber in which the core portion is doped with germanium oxide, the refractive index change amount Δn is small even when irradiated with ultraviolet light,
Therefore, as is clear from the above equation, the reflectance is low. Specifically, the change in the refractive index of the core portion due to the irradiation of ultraviolet light is about 10 −5 , and the reflectance is a few percent, which is too small.

【0009】反射率を高くするためには、上記の式が示
すようにグレーティング長Lを大きくする方法もある
が、紫外光レーザビームを照射するにあたって、レーザ
ビームに高い均一性が要求され、そのために紫外光照射
を行う光学系が複雑になるという問題点がある。また、
ガラス欠陥が少ないため、紫外光照射による屈折率変化
の速度が遅く、反射率を高くしようとすると、照射時間
が長くなって生産性が低下するという問題点がある。
In order to increase the reflectance, there is a method of increasing the grating length L as shown in the above equation, but when irradiating the ultraviolet laser beam, the laser beam is required to have high uniformity, which is why In addition, there is a problem that the optical system for irradiating ultraviolet light becomes complicated. Also,
Since there are few glass defects, there is a problem that the rate of change of the refractive index due to the irradiation of ultraviolet light is slow, and if an attempt is made to increase the reflectance, the irradiation time becomes long and the productivity decreases.

【0010】上記のような問題点は、光ファイバのみな
らず薄膜導波路のような光導波路に回折格子領域を形成
して光導波路型素子を作製する場合にも同様に存在す
る。
The above-mentioned problems also exist in the case of forming an optical waveguide type element by forming a diffraction grating region in an optical waveguide such as a thin film waveguide as well as an optical fiber.

【0011】本発明は、光ファイバや薄膜導波路のよう
な光導波路について存在する上記の問題点に鑑みなされ
たものであり、反射率の高い光導波路型回折格子を容易
に、生産性良く作製する方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems existing in optical waveguides such as optical fibers and thin film waveguides, and an optical waveguide type diffraction grating having a high reflectance can be easily manufactured with high productivity. The purpose is to provide a method of doing.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路型
回折格子の作製方法は、上記の目的を達成するために、
光導波路のコア部に水素を添加する第1の工程と、この
光導波路の所定領域を50℃〜500℃に加熱しなが
ら、光導波路の所定領域のコア部に紫外光を照射し、所
定領域のコア部の屈折率を変化させる第2の工程とを備
えることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating according to the present invention comprises:
The first step of adding hydrogen to the core part of the optical waveguide, and irradiating the core part of the predetermined region of the optical waveguide with ultraviolet light while heating the predetermined region of the optical waveguide to 50 ° C. to 500 ° C. And a second step of changing the refractive index of the core part.

【0013】ここで、光導波路とは、コアとクラッドと
の屈折率差を利用して光を一定領域に閉じ込めて伝送す
る回路または線路をいい、これには光ファイバや薄膜導
波路等が含まれる。
Here, the optical waveguide means a circuit or a line for confining and transmitting light in a certain region by utilizing the difference in refractive index between the core and the clad, which includes an optical fiber and a thin film waveguide. Be done.

【0014】上記第1の工程は、光導波路を水素雰囲気
で還元処理する工程とすることができる。
The first step can be a step of reducing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere.

【0015】このとき、光導波路の還元処理は、水素雰
囲気で光導波路を加熱して行うことができる。そのとき
の光導波路の加熱温度は、室温〜100℃であることが
好適である。
At this time, the reduction treatment of the optical waveguide can be performed by heating the optical waveguide in a hydrogen atmosphere. The heating temperature of the optical waveguide at that time is preferably room temperature to 100 ° C.

【0016】また、光導波路の還元処理は、水素雰囲気
で光導波路を加圧して行うことができる。そのときの光
導波路の加圧圧力は、20〜300atmであることが
望ましい。
The reduction treatment of the optical waveguide can be carried out by pressurizing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere. The pressure applied to the optical waveguide at that time is preferably 20 to 300 atm.

【0017】上記第1の工程により光導波路に添加され
る水素の濃度は、500ppm以上であると良い。この
とき、第1の工程は、水素雰囲気で光導波路を4.17
atm以上の圧力で加圧する工程とすると良い。
The concentration of hydrogen added to the optical waveguide in the first step is preferably 500 ppm or more. At this time, in the first step, the optical waveguide is set to 4.17 in a hydrogen atmosphere.
A step of applying pressure at a pressure of atm or higher is preferable.

【0018】また、上記光導波路のコア部は、石英ガラ
スに酸化ゲルマニウムをドープして形成されていること
が望ましい。
Further, it is desirable that the core portion of the optical waveguide is formed by doping quartz glass with germanium oxide.

【0019】上記第2の工程における紫外光の照射は、
紫外光を干渉させて生じた干渉縞をコア部の所定領域に
照射して行うことができる。なお、紫外光の干渉縞は、
紫外光を2つの分岐光に分岐し、一方の分岐光をコア部
の軸方向に対して第1角度で所定領域に照射すると共
に、他方の分岐光をコア部の軸方向に対して第1角度の
補角となる第2角度で所定領域に照射して形成される。
また、紫外光の干渉縞は、所定周期で配列された格子を
有する位相格子を光ファイバに隣接して設置し、紫外光
を位相格子の面方向に対して所定角度で照射して形成さ
れるものでも良い。
Irradiation with ultraviolet light in the second step is as follows.
This can be performed by irradiating a predetermined area of the core portion with an interference fringe generated by causing interference of ultraviolet light. The interference fringes of ultraviolet light are
The ultraviolet light is split into two split lights, one of the split lights is applied to a predetermined area at a first angle with respect to the axial direction of the core portion, and the other split light is split into a first axial direction of the core portion. It is formed by irradiating a predetermined area with a second angle which is a complementary angle of the angle.
The interference fringes of ultraviolet light are formed by arranging a phase grating having a grating arranged at a predetermined cycle adjacent to an optical fiber and irradiating the ultraviolet light at a predetermined angle with respect to the plane direction of the phase grating. Anything is fine.

【0020】また、第2の工程での加熱は、熱風の吹き
つけ、または、赤外線の照射によって行うことが実用的
である。
The heating in the second step is practically performed by blowing hot air or irradiating infrared rays.

【0021】[0021]

【作用】酸化ゲルマニウムをドープした石英ガラス系の
光導波路において、紫外光照射による屈折率変化のメカ
ニズムは、完全に解明されてはいない。しかしながら、
重要な原因として、ゲルマニウムに関連した酸素欠損型
の欠陥が考えられており、このような欠陥としてSi−
GeまたはGe−Geなどの中性酸素モノ空孔が想定さ
れている。このような屈折率変化のメカニズムに関して
は、文献「1993年電子情報通信学会春季大会, C-243,p
p.4-279」などに記載されている。
The mechanism of the change in the refractive index of the quartz glass optical waveguide doped with germanium oxide due to the irradiation of ultraviolet light has not been completely clarified. However,
As an important cause, oxygen-deficiency type defects related to germanium are considered, and such defects include Si-
Neutral oxygen mono-pores such as Ge or Ge-Ge are envisioned. Regarding the mechanism of such a change in the refractive index, refer to the literature "1993 IEICE Spring Conference, C-243, p.
p.4-279 ”and the like.

【0022】本出願の発明者らは、酸化ゲルマニウムを
ドープした石英系の光導波路に通常わずかしか存在しな
い酸素欠損型の欠陥を増大させることにより、紫外光照
射による屈折率変化が増大するであろうと推定した。そ
して、光導波路内に存在するゲルマニウムに関連した酸
素欠損型の欠陥を増大するためには、光導波路を水素雰
囲気で還元処理することが有効であることを見出した。
また、紫外光照射時に、紫外光照射領域を加熱すること
で、酸素欠損型の欠陥を増大速度が増加することを見出
した。
The inventors of the present application will increase the change in the refractive index due to the irradiation of ultraviolet light by increasing the number of oxygen-deficient defects, which are normally present in the germanium oxide-doped silica-based optical waveguide. Presumed to be. Then, it was found that reduction treatment of the optical waveguide in a hydrogen atmosphere is effective for increasing the number of germanium-related oxygen-deficient defects existing in the optical waveguide.
Further, it was found that the rate of increase of oxygen deficiency type defects is increased by heating the ultraviolet light irradiation region during ultraviolet light irradiation.

【0023】光導波路を水素雰囲気で還元処理すること
により、光導波路には水素が添加される。本発明者らの
知見によれば、水素が添加された光導波路に紫外光が照
射されると、添加水素が光導波路材料中のゲルマニウ
ム、シリカ、酸素と反応して、Ge−H,Ge−OH,
Si−H,Si−OHという新たな結合を形成し、これ
らの結合が屈折率変化を高める。
Hydrogen is added to the optical waveguide by reducing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere. According to the findings of the present inventors, when the optical waveguide to which hydrogen is added is irradiated with ultraviolet light, the added hydrogen reacts with germanium, silica, and oxygen in the optical waveguide material to form Ge-H, Ge- OH,
New bonds of Si-H and Si-OH are formed, and these bonds enhance the refractive index change.

【0024】本発明に係る光導波路型回折格子の作製方
法によれば、第1の工程において、光導波路のコア部に
水素が添加される。このとき、光導波路を構成する石英
(SiO2 )や、これにドープされている酸化ゲルマニ
ウム(GeO2 )が全体的に還元され易くなり、Geや
Siと結合している酸素が一部取り除かれる現象が発生
すると推察される。結合酸素が一部取り除かれたGeや
Siが結合しあえば、Si−GeまたはGe−Geなど
の中性酸素モノ空孔、すなわち酸素欠損型の欠陥が新た
に生じることとなる。これにより、光導波路のコア部に
おける酸素欠損型の欠陥が増大し、紫外光照射による屈
折率変化が高まる。
According to the method of manufacturing the optical waveguide type diffraction grating of the present invention, hydrogen is added to the core portion of the optical waveguide in the first step. At this time, quartz (SiO 2 ) forming the optical waveguide and germanium oxide (GeO 2 ) doped therein are easily reduced as a whole, and oxygen bonded to Ge and Si is partially removed. It is estimated that a phenomenon will occur. If Ge and Si from which the bound oxygen is partially removed are bound to each other, a neutral oxygen mono-vacancy such as Si-Ge or Ge-Ge, that is, an oxygen deficiency type defect is newly generated. As a result, oxygen-deficient defects in the core portion of the optical waveguide increase, and the change in refractive index due to irradiation with ultraviolet light increases.

【0025】続いて、第2の工程において、紫外光がコ
ア部における所定領域に照射されると、添加水素がコア
部のゲルマニウム、シリカ、酸素と反応して、Ge−
H,Ge−OH,Si−H,Si−OHという結合が形
成され、これらの結合が光誘起屈折率変化を高める。し
たがって、酸素欠損型欠陥の増大による効果と添加水素
の反応により生成された新たな結合(Ge−H等)によ
る効果とが相舞って、紫外光の照射領域では大きな屈折
率変化が生じる。この屈折率変化の速度は、紫外光照射
時に紫外光照射領域を加熱すると増大する。この速度増
大効果は、室温に対して50℃程度から始まり、500
℃を超えると500℃に対する速度増大効果は殆ど見ら
れなくなる。
Subsequently, in the second step, when ultraviolet light is applied to a predetermined region in the core portion, the added hydrogen reacts with germanium, silica and oxygen in the core portion, and Ge-
Bonds of H, Ge-OH, Si-H, and Si-OH are formed, and these bonds enhance the photoinduced refractive index change. Therefore, the effect due to the increase of oxygen deficiency type defects and the effect due to the new bond (Ge-H, etc.) generated by the reaction of the added hydrogen are mixed, and a large change in the refractive index occurs in the ultraviolet light irradiation region. The rate of change in the refractive index increases when the ultraviolet light irradiation region is heated during ultraviolet light irradiation. This speed increasing effect starts at about 50 ° C. with respect to room temperature and increases to 500
When the temperature exceeds 500C, the effect of increasing the speed at 500C is hardly seen.

【0026】これにより、コア部に屈折率が局部的に高
まった領域が光軸に沿って配列された格子(グレーティ
ング)が形成され、光導波路型回折格子が完成する。こ
の光導波路型回折格子のコア部を進行する光が格子領域
に至ると、屈折率変化の周期に対応した特定波長の光成
分が十分な反射率で反射されるので、本発明の光導波路
型回折格子は光導波路型フィルタとして機能する。
As a result, a grating (grating) in which regions having a locally increased refractive index are arranged along the optical axis is formed in the core portion, and the optical waveguide type diffraction grating is completed. When the light propagating through the core portion of the optical waveguide type diffraction grating reaches the grating region, the light component of the specific wavelength corresponding to the cycle of the change in the refractive index is reflected with sufficient reflectance. The diffraction grating functions as an optical waveguide type filter.

【0027】第1の工程で水素を添加するにあたって
は、光導波路を水素雰囲気で還元処理する方法を採るこ
とができる。この場合、光導波路を構成する石英(Si
2 )や、これにドープされている酸化ゲルマニウム
(GeO2 )が還元され易くなり、GeやSiと結合し
ている酸素が一部取り除かれる現象が発生する。結合酸
素が一部取り除かれたGeやSiが結合しあえば酸素欠
損型の欠陥が新たに生じることとなり、光導波路のコア
部における酸素欠損型の欠陥が増大して、紫外光の照射
による屈折率変化が高まる。
In adding hydrogen in the first step, a method of reducing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere can be adopted. In this case, quartz (Si
O 2 ) and germanium oxide (GeO 2 ) doped therein are easily reduced, and a phenomenon occurs in which oxygen bound to Ge and Si is partially removed. If Ge or Si from which the bound oxygen is partly removed are bonded to each other, an oxygen deficiency type defect is newly generated, and the oxygen deficiency type defect in the core portion of the optical waveguide increases, so that the refraction due to the irradiation of ultraviolet light is performed. The rate change increases.

【0028】これに加えて、紫外光がコア部における所
定領域に照射されると、酸素が取り除かれたGeやSi
と光導波路に添加された水素とが反応して、Ge−H,
Ge−OH,Si−H,Si−OHという結合が形成さ
れ、これらが屈折率変化を高める。したがって、酸素欠
損型欠陥の増大による効果と添加水素の反応により生成
された新たな結合(Ge−H等)による効果とが相舞っ
て、紫外光の照射領域では大きな屈折率変化が生じる。
In addition to this, when ultraviolet light is applied to a predetermined region of the core portion, Ge and Si from which oxygen is removed are removed.
And hydrogen added to the optical waveguide react with each other to form Ge-H,
Ge-OH, Si-H, and Si-OH bonds are formed, which enhance the refractive index change. Therefore, the effect due to the increase of oxygen deficiency type defects and the effect due to the new bond (Ge-H, etc.) generated by the reaction of the added hydrogen are mixed, and a large change in the refractive index occurs in the ultraviolet light irradiation region.

【0029】第1の工程における光導波路の還元処理に
ついて、水素雰囲気で光導波路を加熱して行うことが効
果的である。なお、光導波路の加熱温度は、室温〜10
0℃の範囲に含まれていることが好ましい。この加熱温
度が100℃を超える場合、光導波路を構成するガラス
と水素との反応が発生がファイバ全体で起こるので大き
な屈折率変化の発生のマイナス材料となる。
The reduction treatment of the optical waveguide in the first step is effective by heating the optical waveguide in a hydrogen atmosphere. The heating temperature of the optical waveguide is room temperature to 10
It is preferably contained in the range of 0 ° C. When the heating temperature exceeds 100 ° C., the reaction between the glass forming the optical waveguide and hydrogen occurs in the entire fiber, which is a negative material for the large change in the refractive index.

【0030】また、第1の工程における光導波路の還元
処理について、水素雰囲気で光導波路を加圧して行うこ
とが効果的である。なお、光導波路に対する圧力は、範
囲20〜300atmに含まれていることが好ましい。
仮に、この圧力が20atm未満である場合、光ファイ
バを構成するガラスと水素との反応が遅いので、生産性
が向上しない。仮に、この圧力が300atmを越える
場合、作製設備に高耐圧性が要求されるので、設備費が
高騰して実用的でなくなる。
Further, it is effective to perform the reduction treatment of the optical waveguide in the first step by pressurizing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere. The pressure applied to the optical waveguide is preferably in the range of 20 to 300 atm.
If this pressure is less than 20 atm, the reaction between the glass forming the optical fiber and hydrogen is slow, and the productivity is not improved. If the pressure exceeds 300 atm, the manufacturing equipment is required to have high pressure resistance, so that the equipment cost rises and it becomes impractical.

【0031】また、本発明者らの知見によれば、添加さ
れる水素の濃度が500ppm以上であると、紫外光の
照射によって、十分な反射率の光導波路型回折格子が得
られる。500ppm以上の添加水素濃度を得るために
は、4.17気圧以上の水素雰囲気で光導波路を加圧す
ると良い。
According to the knowledge of the present inventors, when the concentration of hydrogen added is 500 ppm or more, an optical waveguide type diffraction grating having a sufficient reflectance can be obtained by irradiation with ultraviolet light. In order to obtain the added hydrogen concentration of 500 ppm or more, it is preferable to pressurize the optical waveguide in a hydrogen atmosphere of 4.17 atm or more.

【0032】第2の工程における紫外光の照射につい
て、紫外光を干渉させて生じた干渉縞をコア部の所定領
域に照射して行うことが容易である。なお、紫外光の干
渉縞は、分岐した紫外光の一方をコア部の軸方向に対し
て第1角度で、他方を第1角度の補角となる第2角度
で、共に所定領域に照射して形成されることが適切であ
る。このホログラフィック法によれば、コア部の屈折率
変化は、これら二つの分岐光の入射角度に対応した周期
で生じる。また、紫外光の干渉縞は、所定周期で配列さ
れた格子を有する位相格子に紫外光を位相格子の面方向
に対して所定角度で照射して形成されることが適切であ
る。この位相格子法によれば、コア部の屈折率変化は、
位相格子の格子配列に対応した周期で生じる。
It is easy to irradiate the ultraviolet light in the second step by irradiating the predetermined region of the core portion with the interference fringes generated by the interference of the ultraviolet light. The interference fringes of the ultraviolet light are obtained by irradiating one of the branched ultraviolet light at a first angle with respect to the axial direction of the core portion and the other at a second angle which is a complementary angle of the first angle to a predetermined region. It is suitable to be formed by. According to this holographic method, the change in the refractive index of the core portion occurs at a cycle corresponding to the incident angles of these two branched lights. Further, it is appropriate that the interference fringes of the ultraviolet light are formed by irradiating a phase grating having a grating arranged in a predetermined cycle with the ultraviolet light at a predetermined angle with respect to the plane direction of the phase grating. According to this phase grating method, the change in the refractive index of the core is
It occurs at a period corresponding to the grating arrangement of the phase grating.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明に係る実施例について、図1〜
図4を参照して説明する。なお、図面の説明においては
同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Further, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.

【0034】本実施例の光導波路型回折格子の作製方法
では、まず、光導波路として光ファイバを用意し、水素
雰囲気で光ファイバを加熱して還元処理する。
In the method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating of this embodiment, first, an optical fiber is prepared as an optical waveguide, and the optical fiber is heated in a hydrogen atmosphere for reduction treatment.

【0035】具体的には、図1に示すように、炉心管2
0内に光ファイバ10を設置し、バルブ21側からバル
ブ22に向かって水素(H2 )ガスを気流として通過さ
せつつ、図示しないヒータで炉心管20を高温に加熱す
る。この際、水素ガスの流量は、バルブ21及び22の
開閉によって調節される。
Specifically, as shown in FIG. 1, the core tube 2
The optical fiber 10 is installed in the chamber 0, and hydrogen (H 2 ) gas is passed as a stream from the valve 21 side toward the valve 22, while the heater (not shown) heats the core tube 20 to a high temperature. At this time, the flow rate of hydrogen gas is adjusted by opening and closing the valves 21 and 22.

【0036】光ファイバ10は、コア部に酸化ゲルマニ
ウム(GeO2 )を含む通常の石英系光ファイバであ
り、本実施例では、被覆のされていない裸光ファイバで
ある。裸光ファイバとするのは、加熱により被覆が損
傷、劣化するのを防ぐためである。また、炉心管20内
の水素圧力は、ほぼ200atmである。この段階で水
素反応を抑制するためには、光ファイバ10の加熱温度
は、100℃以下であることが好ましい。本実施例で
は、加熱温度して約50℃を採用した。
The optical fiber 10 is an ordinary silica-based optical fiber containing germanium oxide (GeO 2 ) in its core portion, and in this embodiment, it is a bare optical fiber which is not covered. The bare optical fiber is used to prevent the coating from being damaged or deteriorated by heating. The hydrogen pressure in the core tube 20 is about 200 atm. In order to suppress the hydrogen reaction at this stage, the heating temperature of the optical fiber 10 is preferably 100 ° C. or lower. In this embodiment, a heating temperature of about 50 ° C. is adopted.

【0037】なお、加熱温度とは、炉心管20内の水素
雰囲気の温度であり、これは炉心管20内に配設された
熱電対により測定され、上記の圧力は炉心管20内部の
圧力であり、これは炉心管20に付属の圧力計で測定さ
れる。
The heating temperature is the temperature of the hydrogen atmosphere in the core tube 20, which is measured by a thermocouple arranged in the core tube 20, and the above-mentioned pressure is the pressure inside the core tube 20. Yes, this is measured by the pressure gauge attached to the core tube 20.

【0038】本実施例のような水素還元工程によれば、
光ファイバ10に添加された水素により光ファイバ10
のコア部にドープされている酸化ゲルマニウムが還元さ
れ易くなり、GeやSiと結合している酸素が一部取り
除かれる現象が発生する。結合酸素が一部取り除かれた
GeやSiが結合しあえば、酸素欠損型の欠陥が新たに
生じることとなり、光導波路のコア部において通常わず
かしか存在しない酸素欠損型の欠陥が増大する。
According to the hydrogen reduction step as in this embodiment,
Due to the hydrogen added to the optical fiber 10, the optical fiber 10
The germanium oxide doped in the core part of the is easily reduced, and a phenomenon occurs in which oxygen bound to Ge or Si is partially removed. If Ge and Si from which the bound oxygen is partially removed are bonded to each other, oxygen deficiency type defects are newly generated, and the number of oxygen deficiency type defects, which are usually few in the core portion of the optical waveguide, increases.

【0039】次に、光ファイバ内のコア部に二つの紫外
光を干渉させつつ照射し、屈折率が所定周期で変化した
領域を形成する。
Next, two ultraviolet rays are radiated while interfering with the core portion in the optical fiber to form a region where the refractive index changes in a predetermined cycle.

【0040】図2は、本実施例における、ホログラフィ
ック法による紫外光照射の説明図である。図2に示すよ
うに、干渉機構40を用いて干渉空間50を生成するよ
うに、光源30から出射された紫外光を干渉させ、この
干渉空間50に光ファイバ10を設置する。そして、加
熱器110によって、干渉光の照射領域を約200℃に
加熱しながら、1分間紫外干渉光を1分間にわたって照
射する。加熱方法としては、ドライヤによる熱風の吹き
つけや赤外線発生器による赤外線照射などがある。本実
施例では、加熱器110としてドライヤを採用し、熱風
の吹きつけにより加熱を行った。
FIG. 2 is an explanatory diagram of ultraviolet light irradiation by the holographic method in this embodiment. As shown in FIG. 2, the ultraviolet light emitted from the light source 30 is interfered and the optical fiber 10 is installed in the interference space 50 so as to generate the interference space 50 using the interference mechanism 40. Then, while heating the irradiation area of the interference light to about 200 ° C. by the heater 110, the ultraviolet interference light is irradiated for 1 minute for 1 minute. Examples of heating methods include blowing hot air with a dryer and infrared irradiation with an infrared generator. In this embodiment, a dryer is used as the heater 110, and heating is performed by blowing hot air.

【0041】光源30は、SHG(高調波発生器)アル
ゴンレーザやKrFエキシマレーザ等であり、所定波長
を有するコヒーレントな紫外光を出射する。干渉機構4
0は、ビームスプリッタ41及びミラー42,43で構
成されている。ビームスプリッタ41は、光源30から
の紫外光を二つの分岐光に二分岐させる。ミラー42及
び43は、ビームスプリッタ41からの分岐光をそれぞ
れ反射し、光ファイバ10の軸方向に対して所定角度θ
1 ,θ2 でそれぞれ入射して共面ビームとして相互に干
渉させる。光ファイバ10は、シリカガラスからなるク
ラッド部11及びコア部12で構成されている。コア部
12は、上述したように酸化ゲルマニウムがドープされ
ており、クラッド部11と比較して高屈折率を有する。
なお、二つの分岐光の入射角度θ1 及びθ2 は相互に補
角であり、これらの和(θ1 +θ2 )は180°にな
る。
The light source 30 is an SHG (harmonic generator) argon laser, a KrF excimer laser, or the like, and emits coherent ultraviolet light having a predetermined wavelength. Interference mechanism 4
Reference numeral 0 is composed of a beam splitter 41 and mirrors 42 and 43. The beam splitter 41 splits the ultraviolet light from the light source 30 into two split lights. The mirrors 42 and 43 respectively reflect the branched lights from the beam splitter 41, and make a predetermined angle θ with respect to the axial direction of the optical fiber 10.
They are incident at 1 and θ 2 , respectively, and interfere with each other as coplanar beams. The optical fiber 10 is composed of a clad portion 11 and a core portion 12 made of silica glass. The core portion 12 is doped with germanium oxide as described above, and has a higher refractive index than the cladding portion 11.
The incident angles θ 1 and θ 2 of the two branched lights are complementary angles to each other, and the sum (θ 1 + θ 2 ) of them becomes 180 °.

【0042】このような工程によれば、光ファイバ10
に所定波長の紫外光を照射するので、酸化ゲルマニウム
をドープしたコア部12における露光領域の屈折率が変
化する。現在、このような紫外光照射による屈折率変化
のメカニズムは、完全に解明されてはいない。しかしな
がら、これを説明するものとして、クラマース・クロー
ニッヒ機構、双極子モデル及び圧縮モデルなどが一般に
提案されている。ここでは、クラマース・クローニッヒ
機構に基づいて説明を行う。
According to such a process, the optical fiber 10
Since it is irradiated with ultraviolet light of a predetermined wavelength, the refractive index of the exposed region in the core portion 12 doped with germanium oxide changes. At present, the mechanism of such a change in the refractive index by irradiation with ultraviolet light has not been completely clarified. However, the Kramers-Kronig mechanism, the dipole model, the compression model, and the like have been generally proposed to explain this. Here, description will be given based on the Kramers-Kronig mechanism.

【0043】光ファイバ10内のコア部12には、Ge
に関連した酸素欠損型の欠陥が通常わずかに存在してい
る。ここで、欠陥をGe−Siの中性酸素モノ空孔で代
表すると、その欠陥は紫外光照射によって Ge−Si → Ge・+Si+ +e- (1) で示すように転化する。この反応で放出された電子は転
化した欠陥の周辺に位置するGeにトラップされるの
で、コア部12の光吸収特性が変化する。このような欠
陥における吸収スペクトルによると、紫外光照射前には
波長240〜250nm付近にピークが現れるが、紫外
線照射後には波長210nm付近及び280nm付近に
ピークが遷移することが確認されている。この遷移によ
りコア部の屈折率が変化すると考えられている。なお、
周知なクラマース・クローニッヒの関係式に基づき、欠
陥の吸収スペクトル変化から見積ったコア部12におけ
る屈折率変化の値は、反射率の測定値から算出した屈折
率変化の値に良く一致している。
The core portion 12 in the optical fiber 10 has a Ge
There are usually a few oxygen-deficient defects associated with. Here, when the defect is represented by Ge-Si neutral oxygen mono-vacancy, the defect is converted by Ge irradiation by Ge-Si → Ge · + Si + + e (1). The electrons emitted by this reaction are trapped in Ge located around the converted defects, so that the light absorption characteristics of the core portion 12 change. According to the absorption spectrum of such a defect, it is confirmed that a peak appears around a wavelength of 240 to 250 nm before irradiation with ultraviolet light, but the peak transits around a wavelength of 210 nm and around 280 nm after irradiation with ultraviolet light. It is believed that this transition changes the refractive index of the core. In addition,
Based on the well-known Kramers-Kronig relational expression, the value of the change in the refractive index in the core portion 12 estimated from the change in the absorption spectrum of the defect is in good agreement with the value of the change in the refractive index calculated from the measured value of the reflectance.

【0044】上記で還元処理された光ファイバ10のコ
ア部12では、上述したように通常わずかしか存在しな
い酸素欠損型の欠陥が増大しているので、紫外光の露光
領域における屈折率変化が大きくなる。これに加えて、
紫外光がコア部に照射されると、酸素が取り除かれたG
eやSi、あるいは通常のGe−O−Siのような結合
と、光導波路に添加された水素とが反応して、Ge−
H,Ge−OH,Si−H,Si−OHという結合が形
成される。本出願の発明者らは、これらの結合が新たな
光吸収帯を形成することにより、紫外光照射による屈折
率変化が高まると推察する。したがって、本発明の方法
によれば、酸素欠損型欠陥の増大による効果と添加水素
の反応により生成された新たな結合(Ge−H等)によ
る効果とが相舞って、紫外光の露光領域における屈折率
変化が10-4〜10-3程度に大きくなる。
In the core portion 12 of the optical fiber 10 which has been subjected to the reduction treatment as described above, oxygen deficiency type defects, which are usually present only slightly, are increased as described above, so that the refractive index change in the ultraviolet light exposure region is large. Become. In addition to this,
When the core was exposed to UV light, oxygen was removed. G
A bond such as e, Si, or ordinary Ge—O—Si reacts with hydrogen added to the optical waveguide to form Ge—
Bonds of H, Ge-OH, Si-H, and Si-OH are formed. The inventors of the present application speculate that these bonds form a new light absorption band, thereby increasing the change in refractive index due to irradiation with ultraviolet light. Therefore, according to the method of the present invention, the effect due to the increase of oxygen deficiency type defects and the effect due to the new bond (Ge-H, etc.) generated by the reaction of the added hydrogen are mixed with each other, and the effect in the exposure region of ultraviolet light is increased. The change in refractive index increases to about 10 −4 to 10 −3 .

【0045】本実施例では、二つのコヒーレントな紫外
光を光ファイバ10の軸方向に対する角度θ1 ,θ
2 (=180°−θ1 )で入射して干渉させている。そ
のため、光ファイバ10の径方向に対するコヒーレント
な紫外光の入射角度θ(=90°−θ1 )と紫外光の波
長λとを用い、干渉空間50における干渉縞の間隔Λ
は、 Λ=λ/(2sinθ) (2) となる。したがって、コア部12の露光領域には、異な
る屈折率を有する領域が干渉縞の間隔Λを周期として光
ファイバ10の軸方向に配列されるので、格子13が形
成されることになる。
In the present embodiment, two coherent ultraviolet rays are emitted at angles θ 1 and θ with respect to the axial direction of the optical fiber 10.
It is incident at 2 (= 180 ° −θ 1 ) and causes interference. Therefore, the coherent incident angle θ (= 90 ° −θ 1 ) of ultraviolet light with respect to the radial direction of the optical fiber 10 and the wavelength λ of the ultraviolet light are used, and the interval Λ of the interference fringes in the interference space 50 is used.
Is Λ = λ / (2sin θ) (2) Therefore, in the exposed region of the core portion 12, regions having different refractive indexes are arranged in the axial direction of the optical fiber 10 with the interval Λ of the interference fringes as a period, so that the grating 13 is formed.

【0046】周知なブラッグの回折条件に基づいてコア
部12の屈折率nと格子13の周期Λとを用い、このフ
ァイバ型回折格子の反射波長λR は、 λR =2nΛ =λn/sinθ (3) となる。また、格子13の長さLと屈折率差Δnとを用
い、このファイバ型回折格子の反射率Rは、 R=tanh2 (LπΔn/λR ) (4) となる。したがって、光ファイバ10のコア部12で
は、格子13が10-4〜10-3程度の大きい屈折率変化
で形成されているので、反射波長λR の反射率が100
%近い値に達する。
Using the refractive index n of the core portion 12 and the period Λ of the grating 13 based on the well-known Bragg diffraction condition, the reflection wavelength λ R of this fiber type diffraction grating is λ R = 2nΛ = λn / sin θ ( 3) Further, using the length L of the grating 13 and the refractive index difference Δn, the reflectance R of this fiber type diffraction grating is R = tanh 2 (LπΔn / λ R ) (4). Therefore, in the core portion 12 of the optical fiber 10, since the grating 13 is formed with a large change in the refractive index of about 10 −4 to 10 −3 , the reflectance of the reflection wavelength λ R is 100.
Reaches a value close to%.

【0047】なお、このようなホログラフィック法で
は、光源30としては干渉性の良好なレーザが必要であ
る。また、高精度の位置調整や安定性が必要となる。
In such a holographic method, a laser having good coherence is required as the light source 30. In addition, highly accurate position adjustment and stability are required.

【0048】以上のようなホログラフィック法に替え
て、位相格子を介して紫外光を照射する位相格子法も使
用できる。図3は、位相格子法による紫外光照射の説明
図である。
Instead of the above holographic method, a phase grating method of irradiating ultraviolet light through a phase grating can also be used. FIG. 3 is an explanatory diagram of ultraviolet light irradiation by the phase grating method.

【0049】図3に示すように、光ファイバ10を位相
格子60に隣接して設置し、光源30から出射された紫
外光を位相格子60表面の法線方向に対して所定角度θ
で入射させる。そして、加熱器110によって、干渉光
の照射領域を約200℃に加熱する。加熱方法として
は、図2のホログラフィック法と同様に、ドライヤによ
る熱風の吹きつけや赤外線発生器による赤外線照射など
がある。
As shown in FIG. 3, the optical fiber 10 is installed adjacent to the phase grating 60, and the ultraviolet light emitted from the light source 30 is directed at a predetermined angle θ with respect to the normal to the surface of the phase grating 60.
To make it incident. Then, the irradiation area of the interference light is heated to about 200 ° C. by the heater 110. As the heating method, as in the case of the holographic method shown in FIG. 2, hot air is blown by a dryer or infrared irradiation is performed by an infrared generator.

【0050】光源30は、SHGアルゴンレーザやKr
Fエキシマレーザ等であり、これらは所定波長を有する
コヒーレントな紫外光を出射する。位相格子60は、所
定周期で格子を配列して形成されている。光ファイバ1
0は、シリカガラスからなるクラッド部11及びコア部
12で構成されている。コア部12は、上述したように
酸化ゲルマニウムがドープされており、クラッド部11
と比較して高屈折率を有する。
The light source 30 is an SHG argon laser or Kr.
F excimer lasers and the like emit coherent ultraviolet light having a predetermined wavelength. The phase grating 60 is formed by arranging gratings at a predetermined cycle. Optical fiber 1
0 is composed of a clad portion 11 and a core portion 12 made of silica glass. The core portion 12 is doped with germanium oxide as described above, and the cladding portion 11
It has a high refractive index compared to.

【0051】このような工程によれば、ホログラフック
法と同様に、光ファイバ10に所定波長の紫外光を照射
するので、酸化ゲルマニウムをドープしたコア部12に
おける露光領域の屈折率が変化する。
According to this process, as in the holographic method, the optical fiber 10 is irradiated with ultraviolet light of a predetermined wavelength, so that the refractive index of the exposed region of the core portion 12 doped with germanium oxide changes.

【0052】また、格子が所定間隔Λ´で配列された位
相格子60表面の法線方向に対して紫外光を角度θで照
射して干渉させている。そのため、コア部12の露光領
域における干渉縞の間隔Λは、 Λ=Λ´ (5) となる。したがって、コア部12の露光領域には、異な
る屈折率を有する領域が干渉縞の間隔Λを周期として光
ファイバ10の軸方向に配列されるので、格子13が形
成されることになる。
Further, ultraviolet light is emitted at an angle θ with respect to the normal line direction of the surface of the phase grating 60 in which the gratings are arranged at a predetermined interval Λ ', and they interfere with each other. Therefore, the interval Λ of the interference fringes in the exposure area of the core portion 12 is Λ = Λ ′ (5). Therefore, in the exposed region of the core portion 12, regions having different refractive indexes are arranged in the axial direction of the optical fiber 10 with the interval Λ of the interference fringes as a period, so that the grating 13 is formed.

【0053】周知なブラッグの回折条件に基づいてコア
部12の屈折率nと格子13の周期Λとを用い、このフ
ァイバ型回折格子の反射波長λR は、 λR =2nΛ =2nΛ´ (6) となる。また、格子13の長さLと屈折率差Δnとを用
い、このファイバ型回折格子の反射率Rは、上述した式
(4)に示すようになる。したがって、光ファイバ10
のコア部12では、格子13が10-4〜10-3程度の大
きい屈折率変化で形成されているので、反射波長λR
反射率が100%近い値に達する。
Using the refractive index n of the core 12 and the period Λ of the grating 13 based on the well-known Bragg diffraction condition, the reflection wavelength λ R of this fiber type diffraction grating is λ R = 2nΛ = 2nΛ '(6 ). Further, using the length L of the grating 13 and the refractive index difference Δn, the reflectance R of this fiber type diffraction grating is as shown in the above-mentioned formula (4). Therefore, the optical fiber 10
In the core portion 12, the grating 13 is formed with a large change in the refractive index of about 10 −4 to 10 −3, so that the reflectance of the reflection wavelength λ R reaches a value close to 100%.

【0054】なお、このような位相格子法によれば、上
述したホログラフィック法に要求される位置調整や安定
性の条件が緩和される。また、通常のリソグラフィ技術
や化学エッチングにより、格子の周期を自由に選択する
ことができるので、複雑な形状も実現可能である。
According to such a phase grating method, the conditions for position adjustment and stability required for the above holographic method are alleviated. Moreover, since the lattice period can be freely selected by the ordinary lithography technique or chemical etching, a complicated shape can be realized.

【0055】こうして得たファイバ型回折格子の反射率
測定を行った。図4は、反射率測定のシステム構成図で
ある。図4に示すように、このシステムは、光源70、
光ファイバ10及び光スペクトルアナライザ90を光カ
プラ80で光結合して構成されている。光ファイバ10
は、上記第1または第2実施例及び第3または第4実施
例で形成した格子(グレーティング)13を有するファ
イバ型回折格子である。光源70は通常の発光ダイオー
ド等であり、光ファイバ10における反射波長λR を有
する光成分を含む光を出射する。光カプラ80は通常の
溶融延伸型ファイバカプラであり、光源70からの入射
光を光ファイバ10に出力すると共に光ファイバ10か
らの反射光を光スペクトルアナライザ90に出力する。
光スペクトルアナライザ90は、光ファイバ10からの
反射光における波長と光強度との関係を検出する。な
お、光ファイバ10の開放端は、マッチングオイル10
0中に浸されている。このマッチングオイル100は、
通常の屈折率整合液であり、不要な反射光成分を除去し
ている。
The reflectance of the fiber type diffraction grating thus obtained was measured. FIG. 4 is a system configuration diagram of the reflectance measurement. As shown in FIG. 4, this system includes a light source 70,
The optical fiber 10 and the optical spectrum analyzer 90 are optically coupled by an optical coupler 80. Optical fiber 10
Is a fiber type diffraction grating having a grating (grating) 13 formed in the first or second embodiment and the third or fourth embodiment. The light source 70 is an ordinary light emitting diode or the like, and emits light including a light component having a reflection wavelength λ R in the optical fiber 10. The optical coupler 80 is a normal melt-stretch fiber coupler, which outputs the incident light from the light source 70 to the optical fiber 10 and outputs the reflected light from the optical fiber 10 to the optical spectrum analyzer 90.
The optical spectrum analyzer 90 detects the relationship between the wavelength and the light intensity of the reflected light from the optical fiber 10. The open end of the optical fiber 10 is connected to the matching oil 10
It is immersed in 0. This matching oil 100 is
It is a normal refractive index matching liquid and removes unnecessary reflected light components.

【0056】このような構成によれば、光源70から出
射された光は、光カプラ80を介して光ファイバ10に
入射する。光ファイバ10では、コア部12に形成され
ている格子13が特定波長の光成分を反射する。光ファ
イバ10から出射された光は、光カプラ80を介して光
スペクトルアナライザ90で受光される。光スペクトル
アナライザ90では、波長と光強度とからなる光ファイ
バ10の反射スペクトルが検出される。
According to this structure, the light emitted from the light source 70 enters the optical fiber 10 via the optical coupler 80. In the optical fiber 10, the grating 13 formed on the core portion 12 reflects a light component having a specific wavelength. The light emitted from the optical fiber 10 is received by the optical spectrum analyzer 90 via the optical coupler 80. The optical spectrum analyzer 90 detects the reflection spectrum of the optical fiber 10, which is composed of wavelength and light intensity.

【0057】図4のシステムによる測定結果、ホログラ
フィック法または位相格子法で作製した光導波路型回折
格子の反射率は約99%であった。
As a result of measurement by the system of FIG. 4, the reflectance of the optical waveguide type diffraction grating manufactured by the holographic method or the phase grating method was about 99%.

【0058】本発明者らは、上記実施例において、紫外
光照射時に加熱しない工程を採用してファイバ型回折格
子を作製した。この結果、99%の反射率を得るために
は、紫外光照射時間が20分以上必要であった。
The inventors of the present invention manufactured a fiber type diffraction grating by adopting the step of not heating at the time of irradiation of ultraviolet light in the above-mentioned embodiment. As a result, in order to obtain the reflectance of 99%, the ultraviolet light irradiation time was required to be 20 minutes or longer.

【0059】この結果、紫外光照射時の加熱が屈折率変
化の速度を増大させることが確認できる。
As a result, it can be confirmed that heating during irradiation with ultraviolet light increases the rate of change in the refractive index.

【0060】次に、本出願の発明者らは、光導波路内に
添加される水素の濃度に着目した。すなわち、水素が添
加された光導波路に紫外光が照射されると、添加水素が
光導波路材料中のゲルマニウム、シリカ、酸素と反応し
て、Ge−H,Ge−OH,Si−H,Si−OHとい
う新たな結合を形成する。ここで、本出願の発明者ら
は、これらの結合が新たな光吸収帯を形成することに起
因して、光導波路のコア部に水素を添加することによ
り、紫外光照射による屈折率変化が高まることを見出だ
した。
Next, the inventors of the present application focused on the concentration of hydrogen added in the optical waveguide. That is, when the optical waveguide to which hydrogen is added is irradiated with ultraviolet light, the added hydrogen reacts with germanium, silica, and oxygen in the optical waveguide material to form Ge-H, Ge-OH, Si-H, Si-. Form a new bond called OH. Here, the inventors of the present application, due to the fact that these bonds form a new light absorption band, by adding hydrogen to the core portion of the optical waveguide, the refractive index change due to ultraviolet light irradiation I found it rising.

【0061】水素の添加による屈折率変化は、光導波路
のコア部に添加される水素の量が多い程、大きくなると
推察される。そこで、本発明者らは、様々な濃度の水素
を光ファイバのコア部に添加してから、紫外光を照射
し、得られたファイバ型回折格子の反射率を調べて、水
素の添加濃度とその効果との関係を調査した。
It is assumed that the change in the refractive index due to the addition of hydrogen increases as the amount of hydrogen added to the core portion of the optical waveguide increases. Therefore, the inventors of the present invention added various concentrations of hydrogen to the core portion of the optical fiber, and then radiated the ultraviolet light to examine the reflectance of the obtained fiber type diffraction grating to determine the concentration of hydrogen added. The relationship with the effect was investigated.

【0062】図5は、調査結果を示すグラフである。こ
のグラフに示されるように、水素(H2 )無添加の光フ
ァイバでは反射率は20%であるが、コア部に添加され
た水素濃度が増加するにつれて反射率が上昇し、500
ppmで反射率30%、1000ppmで反射率50
%、3000ppm以上では反射率99%に達すること
が分かった。なお、1ppmは、1モルのSiO2 に1
-6モルの水素が含まれていることを表す。
FIG. 5 is a graph showing the survey results. As shown in this graph, the reflectance of the optical fiber without hydrogen (H 2 ) is 20%, but as the concentration of hydrogen added to the core increases, the reflectance increases to 500%.
30% reflectance at ppm, 50% reflectance at 1000 ppm
%, It was found that the reflectance reaches 99% at 3000 ppm or more. 1 ppm is 1 in 1 mol of SiO 2 .
0 -6 indicating that it contains a mole of hydrogen.

【0063】次に、紫外光を照射して反射率が飽和する
までの照射時間の水素濃度依存性を調べた。図6は、こ
の結果を示すグラフである。このグラフに示されるよう
に、水素濃度の増加とともに必要な照射時間は減少し、
20000ppmにおいて10分まで短縮される。これ
は、水素無添加の光ファイバに要する時間のほぼ20分
の1に相当する。さらに高濃度では、照射時間が短くな
り、48000ppmで1分となったところで照射時間
の短縮化傾向が飽和した。
Next, the hydrogen concentration dependence of the irradiation time until the reflectance was saturated by irradiation with ultraviolet light was examined. FIG. 6 is a graph showing this result. As shown in this graph, the required irradiation time decreases with increasing hydrogen concentration,
Reduced to 10 minutes at 20000 ppm. This corresponds to about 1/20 of the time required for the hydrogen-free optical fiber. At a higher concentration, the irradiation time was shortened, and the tendency of shortening the irradiation time was saturated at the time of 1 minute at 48000 ppm.

【0064】以上の結果によれば、コア部の水素濃度が
500ppm以上であると、反射率上昇の効果が著し
い。さらに、50%以上の反射率を得るためには、水素
濃度が1000ppm以上であることが、また、90%
以上の極めて高い反射率を得るためには、水素濃度が2
000ppm以上であることが必要である。さらに高い
反射率99%を得るためには、水素濃度が3000pp
m以上であることが必要である。一方、水素濃度が48
000ppm以上では紫外光照射時間の短縮効果が飽和
しており、反射率上昇の効果も既に飽和しているので、
これ以上水素添加濃度を増やしても意義は少ないと思わ
れる。したがって、光導波路のコア部に含まれる水素の
濃度は、約500ppm以上であることが好ましく、特
に、約500〜約48000ppmの範囲にあることが
適当である。
According to the above results, the effect of increasing the reflectance is remarkable when the hydrogen concentration in the core is 500 ppm or more. Furthermore, in order to obtain a reflectance of 50% or more, the hydrogen concentration should be 1000 ppm or more, and 90% or more.
In order to obtain the above extremely high reflectance, the hydrogen concentration is 2
It is necessary to be 000 ppm or more. To obtain a higher reflectance of 99%, the hydrogen concentration should be 3000 pp.
It must be m or more. On the other hand, hydrogen concentration is 48
At 000 ppm or more, the effect of shortening the ultraviolet light irradiation time is saturated, and the effect of increasing reflectance is already saturated, so
It seems that increasing the hydrogenation concentration beyond this is not significant. Therefore, the concentration of hydrogen contained in the core portion of the optical waveguide is preferably about 500 ppm or more, and particularly preferably in the range of about 500 to about 48,000 ppm.

【0065】なお、上記の水素濃度は以下の方法により
推定されたものである。次の表1は、この水素濃度推定
に当たって用いるもので、ロッド径1mmの石英ガラス
への水素の溶解度を示すものである。
The above hydrogen concentration is estimated by the following method. The following Table 1 is used for estimating the hydrogen concentration, and shows the solubility of hydrogen in the quartz glass having a rod diameter of 1 mm.

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】水素濃度推定に当たっては、まず、表1の
データに基づき、温度と拡散度との関係を比例関係と見
なし、最小二乗法を用いて、ほぼ常温の20℃(293
K)における石英ガラスに対する水素の溶解度を算出す
る。これをppm単位に換算すると、20℃における飽
和水素濃度が約121ppmと求まる。
In estimating the hydrogen concentration, first, based on the data in Table 1, the relationship between the temperature and the diffusivity is regarded as a proportional relationship, and the least square method is used to calculate the hydrogen concentration at 20 ° C. (293 ° C.).
The solubility of hydrogen in quartz glass in K) is calculated. When this is converted into ppm unit, the saturated hydrogen concentration at 20 ° C. is found to be about 121 ppm.

【0068】ゲルマニウムがドープされたコアを有する
20℃の光ファイバに関して、波長1.24μm光の水
素分子による吸収損失は約6dB/kmであることが分
かっている。このことから、20℃の光ファイバにおい
て、吸収損失1dB/km当たりの水素濃度は、 121/6=約20ppm/(dB/km) と求まる。
It has been found that for a 20 ° C. optical fiber having a germanium-doped core, the absorption loss due to hydrogen molecules of the 1.24 μm wavelength light is about 6 dB / km. From this, in the optical fiber at 20 ° C., the hydrogen concentration per 1 dB / km of absorption loss is 121/6 = about 20 ppm / (dB / km).

【0069】続いて、水素が添加された光ファイバ(温
度20℃)の損失スペクトルを測定し、水素分子に起因
する波長1.24μmの吸収ピークが示す損失値[dB
/km]を求める。この損失値に吸収損失1dB/km
当たりの水素濃度20ppm/(dB/km)を掛ける
ことにより、添加水素濃度[ppm]が求まる。すなわ
ち、1.24μm光の損失値を20倍したものが上記し
た添加水素濃度の推定値である。
Subsequently, the loss spectrum of the optical fiber containing hydrogen (temperature: 20 ° C.) was measured, and the loss value [dB] shown by the absorption peak at the wavelength of 1.24 μm due to hydrogen molecules was measured.
/ Km] is calculated. Absorption loss 1 dB / km
The added hydrogen concentration [ppm] can be obtained by multiplying the hydrogen concentration per unit by 20 ppm / (dB / km). That is, the estimated value of the added hydrogen concentration is obtained by multiplying the loss value of 1.24 μm light by 20 times.

【0070】図8は、水素雰囲気の圧力、すなわち光フ
ァイバに対する加圧圧力と、添加される水素濃度との関
係を示すグラフである。このグラフに示されるように、
加圧圧力と添加水素濃度とは、ほぼ比例関係にある。グ
ラフの通り、500ppmを添加するには約4.17a
tmの圧力が必要であり、48000ppmを添加する
には約400atmの圧力が必要である。したがって、
加圧圧力は、約4.17atm以上であることが好まし
く、特に、約4.17〜約400atmの範囲にあるこ
とが適当である。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the hydrogen atmosphere pressure, that is, the pressure applied to the optical fiber, and the concentration of added hydrogen. As shown in this graph,
The pressurizing pressure and the concentration of added hydrogen have a substantially proportional relationship. As shown in the graph, about 4.17a to add 500ppm
A pressure of tm is required and a pressure of about 400 atm is required to add 48000 ppm. Therefore,
The pressurizing pressure is preferably about 4.17 atm or more, and particularly preferably in the range of about 4.17 to about 400 atm.

【0071】また、反射率50%以上を得るためには約
8.34atm以上の圧力が、反射率90%以上を得る
ためには約16.7atm以上の圧力が適当であり、反
射率99%以上を得るためには約25.0atm以上の
圧力が適当である。
A pressure of about 8.34 atm or more is suitable for obtaining a reflectance of 50% or more, and a pressure of about 16.7 atm or more is suitable for obtaining a reflectance of 90% or more. To obtain the above, a pressure of about 25.0 atm or higher is suitable.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
光導波路型回折格子の作製方法によれば、第1の工程に
おいて、光導波路のコア部に水素が添加され、続いて、
第2の工程において、加熱しながら、紫外光がコア部に
おける複数の所定領域に照射されるので、酸素欠損型の
欠陥が増大するとともに水素の反応による新しい結合が
生じる。これらによって、前記所定領域では極めて大き
な屈折率変化が生じる。
As described above in detail, according to the method of manufacturing the optical waveguide type diffraction grating of the present invention, hydrogen is added to the core portion of the optical waveguide in the first step, and then,
In the second step, ultraviolet light is applied to a plurality of predetermined regions in the core while heating, so that oxygen deficiency type defects increase and new bonds due to hydrogen reaction occur. Due to these, an extremely large change in the refractive index occurs in the predetermined region.

【0073】これにより、光導波路のコア部に屈折率が
局部的に大きく変化した領域を光軸に沿って配列して格
子(グレーティング)を形成することができるので、こ
の光導波路を進行する光のうち、屈折率変化の周期に対
応した特定波長の光成分が極めて高反射率で反射され
る。したがって、本発明の方法によれば、極めて高い反
射率を有する光導波路型回折格子を作製することができ
る。
As a result, it is possible to form a grating (grating) in the core portion of the optical waveguide by arranging regions in which the refractive index locally changes greatly along the optical axis. Among them, the light component of the specific wavelength corresponding to the cycle of the refractive index change is reflected with extremely high reflectance. Therefore, according to the method of the present invention, an optical waveguide type diffraction grating having an extremely high reflectance can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るファイバ型回折格子の作製方法に
おける第1の工程を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first step in a method for producing a fiber type diffraction grating according to the present invention.

【図2】本発明に係るファイバ型回折格子の作製方法に
おける第2の工程を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second step in the method for producing a fiber type diffraction grating according to the present invention.

【図3】本発明に係るファイバ型回折格子の作製方法に
おける第2の工程を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second step in the method for manufacturing a fiber type diffraction grating according to the present invention.

【図4】本発明に係る作製方法で形成されたファイバ型
回折格子における反射率測定を行うシステムを示す構成
図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a system for measuring reflectance in a fiber type diffraction grating formed by the manufacturing method according to the present invention.

【図5】光ファイバに添加する水素の濃度と得られるフ
ァイバ型回折格子の反射率との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen added to the optical fiber and the reflectance of the obtained fiber type diffraction grating.

【図6】光ファイバに添加する水素の濃度と反射率が飽
和するまでの紫外光照射時間との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen added to the optical fiber and the ultraviolet light irradiation time until the reflectance is saturated.

【図7】水素雰囲気の圧力と光ファイバに添加される水
素の濃度との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the pressure of a hydrogen atmosphere and the concentration of hydrogen added to an optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…光ファイバ、11…クラッド部、12…コア部、
13…格子、20…炉心管、21,22…バルブ、3
0,70…光源、40…干渉機構、41…ビームスプリ
ッタ、42,43…ミラー、50…干渉空間、60…位
相格子、80…光カプラ、90…光スペクトルアナライ
ザ、100…マッチングオイル、110…加熱器。
10 ... Optical fiber, 11 ... Clad part, 12 ... Core part,
13 ... Lattice, 20 ... Core tube, 21, 22 ... Valve, 3
0, 70 ... Light source, 40 ... Interference mechanism, 41 ... Beam splitter, 42, 43 ... Mirror, 50 ... Interference space, 60 ... Phase grating, 80 ... Optical coupler, 90 ... Optical spectrum analyzer, 100 ... Matching oil, 110 ... Heater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 享 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 茂原 政一 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kyo Inoue 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Masaichi Mobara 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama, Kanagawa Sumitomo Electric Industry Co., Ltd. Yokohama Works

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光導波路のコア部に水素を添加する第1
の工程と、 前記光導波路の所定領域を50℃〜500℃に加熱しな
がら、前記光導波路の前記所定領域の前記コア部に紫外
光を照射し、前記所定領域の前記コア部の屈折率を変化
させる第2の工程と、 を備えることを特徴とする光導波路型回折格子の作製方
法。
1. A first method for adding hydrogen to a core portion of an optical waveguide
And heating the predetermined region of the optical waveguide to 50 ° C. to 500 ° C., irradiating the core portion of the predetermined region of the optical waveguide with ultraviolet light to increase the refractive index of the core portion of the predetermined region. And a second step of changing the optical waveguide type diffraction grating.
【請求項2】 前記第1の工程は、前記光導波路を水素
雰囲気で還元処理する工程であることを特徴とする請求
項1記載の光導波路型回折格子の作製方法。
2. The method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating according to claim 1, wherein the first step is a step of reducing the optical waveguide in a hydrogen atmosphere.
【請求項3】 前記第1の工程における前記光導波路の
還元処理は、前記水素雰囲気で該光導波路を加熱して行
うことを特徴とする請求項2記載の光導波路型回折格子
の作製方法。
3. The method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating according to claim 2, wherein the reduction treatment of the optical waveguide in the first step is performed by heating the optical waveguide in the hydrogen atmosphere.
【請求項4】 前記光導波路は、前記第1の工程におい
て、室温〜100℃に設定されることを特徴とする請求
項3記載の光導波路型回折格子の作製方法。
4. The method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating according to claim 3, wherein the optical waveguide is set at room temperature to 100 ° C. in the first step.
【請求項5】 前記第1の工程における前記光導波路の
還元処理は、前記水素雰囲気で該光導波路を加圧して行
うことを特徴とする請求項2記載の光導波路型回折格子
の作製方法。
5. The method of manufacturing an optical waveguide type diffraction grating according to claim 2, wherein the reduction treatment of the optical waveguide in the first step is performed by pressurizing the optical waveguide in the hydrogen atmosphere.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6221566B1 (en) * 1999-02-18 2001-04-24 Corning Incorporated Optical waveguide photosensitization

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