JPH08286051A - 光導波路型回折格子の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定波長の光成分に対する反射率を増大させ
るファイバ型回折格子の作製方法及び回折格子作製用フ
ァイバを提供する。 【構成】 コア部に酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂ ）を含
む通常の石英系光導波路１０を反応室内に設置し、水素
（Ｈ₂ ）ガスを流入すると共に、反応室内を高温または
高圧な状態にする。こうして水素還元処理された光ファ
イバ１０を冷却器１１０で冷却しながら、干渉機構４０
で紫外光の干渉光を生成し、この干渉光を照射して石英
系光導波路１０内の酸素欠損型欠陥の増大させるととも
に、ＯＨ基の発生を抑制して、大きな屈折率変化を生じ
させて回折格子を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００７】Ｒ＝ｔａｎｈ² （ＬπΔｎ／λ_R ） 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、λ_R は反射波長である。

【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。

【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。

【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。

【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作製
する方法を提供することを目的とする。

【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−２００℃〜１０℃に冷却しなが
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２０】また、第２の工程での加熱は、冷風の吹き
つけ、または、通電したペルチェ素子への接触によって
行うことが実用的である。

【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。

【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。

【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。

【００２４】しかしながら、形成された新たな結合の
内、ＯＨ基は波長＝１．３９μｍの光を吸収する。一般
に、光通信で使用する信号光の波長は１．３μｍ帯また
は１．５５μｍ帯なので、１．３μｍ帯の近傍である波
長＝１．３９μｍの光の吸収は光通信の分野では好まし
くない。

【００２５】本発明者らの知見によれば、ＯＨ基の生成
は紫外光照射による発熱によって促進される。したがっ
て、紫外光照射時に光導波路を冷却することにより、Ｏ
Ｈ基の生成が抑制できることを見出した。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】こうした新たな結合の内、ＯＨ基は、紫外
光照射時に光導波路の紫外光照射領域を冷却することに
よりＨ基の発生に比べて実効的に抑制される。この抑制
は、室温（約２５℃）の場合と比べて１０℃以下で始ま
る。そして、低温であるほど抑制効果は顕著であるが、
液体窒素による冷却を考慮すると、冷却温度は−２００
℃以上が実用的である。

【００２９】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。

【００３０】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
Ｏ₂ ）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。

【００３１】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、主にＧｅ−
Ｈ，Ｓｉ−Ｈ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（Ｇ
ｅ−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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】

【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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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、冷
却器１１０によって、干渉光の照射領域を約−１００℃
に冷却しながら、紫外干渉光を照射する。冷却方法とし
ては、クーラによる冷風の吹きつけや通電したペルチェ
素子による冷却などがある。本実施例では、冷却器１１
０としてクーラを採用し、冷風の吹きつけにより冷却を
行った。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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、主に、Ｇ
ｅ−Ｈ，Ｓｉ−Ｈ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。

【００４８】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。

【００４９】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λ_R は、 λ_R ＝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／λ_R ） （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λ_R の反射率が１００
％近い値に達する。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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λ_R は、 λ_R ＝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λ_R の
反射率が１００％近い値に達する。

【００５７】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。

【００５８】次に、ファイバ型回折格子の反射率測定を
行うシステムの一実施例を説明する。このシステムは、
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
に特定波長の光成分を含む光を入射し、そのファイバ型
回折格子からの反射光のスペクトルを測定する。

【００５９】具体的には、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λ_R 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１００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。

【００６０】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。

【００６１】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％であり、波長＝１．３９μｍに
おける光吸収は０．０１ｄＢであった。

【００６２】本発明者らは、上記実施例において、紫外
光照射時に冷却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％の反射率を得た場合に
は、波長＝１．３９μｍにおける光吸収は０．１０ｄＢ
であった。

【００６３】この結果、紫外光照射時の冷却がＯＨ器の
発生を抑制していることが確認できる。

【００６４】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、主に、Ｇｅ−Ｈ，Ｓｉ−Ｈ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。

【００６５】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。

【００６６】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
０^-6モルの水素が含まれていることを表す。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】

【表１】

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】図７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。

【００７５】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。

【００７６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本出願の
発明者らは、酸化ゲルマニウムをドープした光導波路に
水素を添加することにより、紫外光照射による屈折率変
化が増大することを見出だした。また、酸化ゲルマニウ
ムをドープした石英系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ことを推定す
るとともに、紫外光照射時に紫外光照射領域を冷却する
ことにより、波長＝１．３９μｍに光吸収を有するＯＨ
器の発生を抑制できることを見出した。

【００７７】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、冷却しなが
ら、紫外光が所定領域のコア部に照射されるので、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、極めて大きな屈折率変化が生じるととも
に、一般の光通信の信号光として使用される１．３μｍ
帯に近接した、波長＝１．３９μｍにおける光吸収を抑
制する。

【００７８】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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【図５】光ファイバに添加する重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。

【図６】光ファイバに添加する重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。

【図７】重水素雰囲気の圧力と光ファイバに添加される
重水素の濃度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

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…冷却器。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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−２００℃〜１０℃に冷却し
   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。
2. 【請求項２】 前記第１の工程は、水素雰囲気で前記光
   導波路を加熱して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。
3. 【請求項３】 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２記載の光導波路型回折格子の作製方法。
4. 【請求項４】 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. 【請求項５】 前記第２の工程での冷却は、冷風の吹き
   つけ、または、通電したペルチェ素子への接触によって
   行われ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。