JPH09145941A - 長周期ファイバ・グレーティング装置 - Google Patents

長周期ファイバ・グレーティング装置

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JPH09145941A JP8254395A JP25439596A JPH09145941A JP H09145941 A JPH09145941 A JP H09145941A JP 8254395 A JP8254395 A JP 8254395A JP 25439596 A JP25439596 A JP 25439596A JP H09145941 A JPH09145941 A JP H09145941A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度に対する安定性が向上した長周期グレー
ティング装置を提供すること。 【解決手段】 本発明者は、長周期グレーティング装置
の温度敏感性が、コアとクラッドの屈折率が温度に対し
て異なる変化をすることに起因すると結論づけた。そし
て、本発明者は、さらに、クラッドのプロファイルとフ
ァイバの組成を設計し直すことにより、この異なる変化
を抑制することができ、その結果、長周期グレーティン
グの温度敏感性を１００℃あたり４ｎｍ以下で、望まし
くは１００℃あたり２ｎｍ以下に低下することができる
と結論づけた。この設計によって、長周期グレーティン
グ装置を、温度制御や温度補償なしに使用することが出
来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長周期グレーティ
ング装置（ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ ｇｒａｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅ）に関し、特に、温度の変動に対する安定
性が向上した、長周期グレーティング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】長周期ファイバグレーティング装置は、
さまざまな光通信応用分野について潜在的な有用性を有
する。この装置は、一般的には、ある長さの光ファイバ
からなり、そのファイバに沿って周期的な間隔Λで配置
された複数の屈折率の摂動（refractive index perturb
ations）からなる長周期グレーティングを有する。一般
的には、長周期グレーティング装置は、入力光の波長よ
りも少なくとも１０倍以上大きな周期を有する。そし
て、通常は、Λは１５〜１５００μｍの範囲にあり、摂
動の幅ｗはΛ／５から４Λ／５の範囲にある。
【０００３】光を反射するような従来の短周期グレーテ
ィング（short period gratings）とは対照的に、この
ような長周期デバイスは、光を、ガイド・モード（guid
ed mode）から非ガイド・モード（non-guided mode）に
変換することにより、反射することなく除去する。摂動
の間隔Λは、伝搬する光のうちで所定の波長λｐを有す
るものをガイド・モードから非ガイド・モードにシフト
させることにより、λｐを中心とした波長帯域の光の強
度を低下させるように、選択される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】長周期グレーティング
装置は、このように、分光特性を調節するための装置と
して有用であり、例えば、エルビウム・ドープ・ファイ
バ増幅器（erbium-dopedfiber amplifier）の利得の波
長依存性を平坦化することができる。ここで、参考文献
として、１９９５年７月４日にＡ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒ
ｋａｒに付与された米国特許第５，４３０，８１７号を
挙げることができる。長周期グレーティング装置は、ま
た、光傍受フィルタ（optical tapping filter）として
用いることもできる。
【０００５】しかし、これらの長周期グレーティング装
置は、利得特性の平坦化という問題について的確かつ簡
潔な解決を与える一方で、温度に対して敏感であるとい
う問題を有する。例えば、温度が１００℃変化すると、
ピーク波長λｐは、４〜１０ｎｍシフトする。従って、
周囲温度が５〜４５℃の間で変動するようないくつかの
用途では、そのような温度の変動を許容することが出来
ないために、装置は安定動作のために、温度補償容器ま
たは温度コントローラの中に配置される。そのような容
器は高価であり、また、信頼性上の問題を生ずる。従っ
て、温度に対する安定性が向上した長周期グレーティン
グ装置が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、長周期グレ
ーティング装置の温度敏感性が、コアとクラッドの屈折
率が温度に対して異なる変化をすることに起因すると結
論づけた。そして、本発明者は、さらに、クラッドのプ
ロファイルとファイバの組成を設計し直すことにより、
この異なる変化を抑制することが出来て、その結果とし
て、長周期グレーティングの温度敏感性を１００℃あた
り４ｎｍ以下で、望ましくは１００℃あたり２ｎｍ以下
に抑制することができると結論づけた。この設計によっ
て、長周期グレーティング装置を、温度制御や温度補償
なしに使用することが出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、温度安定性が向上した、
本発明による長周期グレーティング装置の概略断面図で
ある。この装置は、ガイド・モードの光を伝搬するため
の、所定の長さの光ファイバ１０からなる。その光ファ
イバ１０は、複合クラッドによって囲まれているコア１
１を有し、その複合クラッドは、低屈折率部１２と高屈
折率部１３とからなる。クラッドのいずれの部分１２，
１３共に、コア１１よりも低い屈折率を有する。
【０００８】温度安定性を向上するために、クラッド部
１２、１３の組成は次のように決定されている。すなわ
ち、対象とされる（通常は、５℃〜４５℃）温度範囲に
おいて、その複合クラッドの屈折率の温度に対する平均
の変動が、その温度範囲におけるコアの屈折率の温度に
対する変動と実質的に同じになるように、クラッド部１
２、１３の組成が決定されている。ここで、望ましい材
料系は、それぞれ、コア１１についてはゲルマニウムが
ドープされたシリカ（ｓｉｌｉｃａ）であり、また、ク
ラッドの低屈折率部１２についてはフッ素がドープされ
たシリカであり、また、高屈折率部１３についてはノン
ドープのシリカである。図２は、本発明によるファイバ
について、そのコア中心からの距離に対して屈折率をプ
ロットしたものであり、上述したような用途に対する代
表的な寸法と屈折率プロファイルを示すものである。
【０００９】コア１１は、ひとつまたはそれ以上の長周
期グレーティング１４を有し、それぞれのグレーティン
グ１４は、周期的な間隔Λだけ離れて配置された幅ｗの
複数の屈折率の摂動（perturbation）１５を有し、ここ
で、Λは、通常は１５μｍから１５００μｍの範囲にあ
る。ｗは、Λ／５から４Λ／５までの範囲にあることが
都合よく、特にｗ＝Λ／２であることが望ましい。摂動
は、ファイバのガラス・コアのなかで形成され、ファイ
バの軸方向と角度θ（２°≦θ≦９０°）をなすことが
望ましい。ファイバは、波長λをほぼ中心とした広い波
長範囲の光を伝搬するように設計されている。
【００１０】摂動の間隔Λは、伝搬する光のうちで所定
の波長λｐを有するものをガイド・モードから非ガイド
・モードにシフトさせることにより、λｐをほぼ中心と
した波長帯域の光の強度を低下させるように、選択され
ている。ここで、非ガイド・モードとはコアの中でコヒ
ーレントに伝搬されないモードをいい、その典型的なも
のとしては、クラッド・モードや、放射モード、または
多層プロファイルの場合は、リング・モードがある。
【００１１】図３は、図２に示したファイバについて、
波長λｐをほぼ中心とする光を除去するための周期的な
間隔Λを表すグラフである。すなわち、波長λｐ＝１５
４０ｎｍをほぼ中心とする光を除去する装置を製作する
ためには、図３に示されているように、間隔Λ＝７６０
μｍを選択すればよい。
【００１２】長周期グレーティング装置１４は、距離Λ
ずつ離れた場所毎に、コアを幅ｗの強い光線に選択的に
露出させることによって、形成することができる。予備
的なステップとして、コアの光感度を向上させるため
に、ファイバに分子状水素または重水素を添加すること
が望ましい。露出用の光源としては、ＫｒＦエキシマ・
レーザ（ｅｘｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ）からの紫外（Ｕ
Ｖ）放射が望ましい。適切な間隔を形成するためには、
幅ｗのスリットを介して光露出し、続けて、次の露出場
所にファイバを移動させれば良い。あるいは、間隔Λで
開口幅ｗの透明な複数のスリットを有する幅広のマスク
を介して、レーザからの幅広の光線にファイバを露出さ
せても良い。それぞれのスリットについての光露出量
は、単位平方センチメートル当たり１００ｍＪフルーエ
ンス（ｆｌｕｅｎｃｅ）以上のパルス強度で、１０００
パルスのオーダーであり、摂動の数は、１０から１００
の範囲である。
【００１３】本発明による装置が従来の長周期グレーテ
ィングより優る点は、温度安定性が向上された点であ
る。このような温度安定性の向上が生ずる理由は、図４
および図５により説明することができる。図４は、従来
の長周期グレーティングのコア（曲線１）およびクラッ
ド（曲線２）について、実効屈折率の温度に対する変化
を概略的に図示したものである。同図から分かるよう
に、温度が上昇するに従って、これら２つの屈折率の差
Δｎはシフトし、従って、λｐに影響を与えることとな
る。
【００１４】一方、図５は、図１に対応する長周期グレ
ーティング装置について、同様に、屈折率の変化を示す
ものである。平均のｄｎeff,cladding／ｄＴが平均のｄ
ｎef f,core／ｄＴに実質的に等しいので、コア（曲線
１）とクラッド（曲線２）の実効屈折率は、温度に対し
て実質的に同様に変化し、差Δｎを減少している。この
ようにして、λｐの温度安定性が向上する。
【００１５】従来の長周期グレーティング装置とは対照
的に、図１に示されたグレーティングでは、１００℃あ
たりの波長のシフトは４ｎｍ以下であった。図２に示し
たファイバを用い、３種類の異なる波長λｐに対応する
３つのグレーティングを形成して温度安定性の試験を行
った結果、次の結果を得た：
【００１６】 グレーティング λｐ ΔＴ Δλ ｄλ／ｄＴ （ｎｍ） （℃） （ｎｍ） （ｎｍ／１００℃） １ １３９６.４ １１３ １ ０.８９ ２ １３０７.６ １１３ ０.７ ０.６２ ３ １２３５.０ １１３ ０.８ ０.７１
【００１７】図６は、図２に示した２層クラッドでな
く、３層構造の複合クラッドを有する、温度依存性の少
ない長周期グレーティング装置を実現するためのファイ
バの屈折率プロファイルを示す。ここでは、コア（横方
向距離＝０の中心に位置する）はゲルマニウム・ドープ
のシリカで、中間クラッド・リング（横方向距離＝５）
は比較的高い（しかし、コアよりは低い）屈折率領域を
形成するように燐ドープのシリカで、そして、内側と外
側のクラッド・リングは、フッ素ドープのシリカによる
相対的に低い屈折率領域となるように、それぞれ構成す
ることができる。これらの温度依存性の小さい長周期グ
レーティング装置は、分光特性を調節する装置として有
用である。
【００１８】図７は、使用されていないポンプ・エネル
ギを除去するために、温度に敏感でない長周期分光特性
調節装置を用いた、光伝送システム５０を表す。すなわ
ち、システム５０は、デジタル変調された波長１．５５
μｍの信号のような光信号の発信源５１と、その信号を
伝搬するための所定の長さの光ファイバ５２からなる光
信号のパス（ｐａｔｈ）と、その信号を受信し、復調す
るための受信器５３とからなる。その光信号パスには、
伝搬される信号を増幅するための、エルビウム・ドープ
・ファイバ増幅器５４のような光増幅器が配置されてい
る。その増幅器は、ポンプ波長λｐ1とλｐ2の光エネル
ギのポンプ源５５と５６によってポンプされる。それぞ
れのポンプ波長の使用されないポンプ・エネルギは、増
幅器５４を通過する。そして、そのエネルギは、ポンプ
源５５、５６や発信器５１、受信器５３の動作を劣化さ
せないように、システムから効果的に除去される。この
使用されないポンプ・エネルギを除去するために、ポン
プ５５からのエネルギが増幅器５４を通過した後のパス
上に、長周期分光特性調節装置５７が配置されている。
特に、図７のデュアル・ポンプ・レーザでは、装置５７
は波長λｐ１のエネルギを除去するように選択された間
隔Λを有する。また、第２の長周期グレーティング５８
は、波長λｐ２のエネルギを除去するように選択された
間隔を有する。通常の用途では、λｓは１．５５μｍ
で、λｐ1は０．９７８μｍで、λｐ2は０．９８μｍで
ある。すなわち、例えば、装置５７は、波長λ≧０．９
７μｍで基礎モードのみの伝搬を許容するようにコアの
屈折率と直径が選択されている、水素添加のゲルマニウ
ム添加シリカ（ｇｅｒｍａｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ファ
イバからなるものとすることができる。この用途のため
には、摂動は、単位平方センチメートルあたり１００ｍ
Ｊ以上の照射量で光露出される必要があり、それぞれの
グレーティングには少なくとも２０の摂動が必要であ
る。
【００１９】図１に示した装置、また、希土類元素がド
ープされた光ファイバ増幅器の出力利得の波長依存性を
低減するために用いることができる。例えば、エルビウ
ムがドープされた光ファイバ増幅器の利得分光特性で
は、およそ１．５３μｍと１．５６μｍの一対の利得ピ
ークがある。従って、１．５３μｍの波長の信号は、
１．５４μｍの波長の信号よりも大きく増幅され、ＷＤ
Ｍシステムには不適当となる。
【００２０】図８は、温度に敏感でない長周期調節装置
７２を用いることによって希土類ドープ光ファイバ増幅
器の分光利得特性を調節するようにした、光伝送システ
ム７０を表す。すなわち、ここでは長周期調節装置は、
エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器５４の分光依存性
を低減するために用いられている。装置７２は増幅器５
４の経路上に配置されている。調節装置７２は、２組の
間隔Λを有し、そのうちの一組は、増幅器の利得ピーク
に対応する波長１．５３μｍのエネルギを除去するよう
に選択された間隔Λであり、もう一組の間隔は増幅器の
もうひとつの利得ピークである波長１．５６μｍのエネ
ルギを除去する間隔Λである。摂動の数と光露出の際の
照射量とを適切に選択すれば、この増幅器・調節器の組
み合わせにより分光利得特性を、波長１５３０ｎｍから
１５６０ｎｍまでの範囲に渡って実質的に平坦なものと
することができる。通常のエルビウム増幅器の場合は、
単位平方センチメートルあたり１００ｍＪ以下の光照射
量でスリット毎に１０００パルスの条件で光露出した調
節装置を用いることによって、波長１５３０〜１５６０
ｎｍの範囲でさらに均一な利得応答特性を得ることがで
きる。
【００２１】システム７０は、複数の異なる波長の信
号、例えばλｓ1とλｓ2、を用いたＷＤＭシステムとす
ることができる。ここで、調節装置７２は、増幅器の光
経路上にあれば、どこに配置されていても良い。すなわ
ち、希土類ドープ・ファイバからなる光増幅キャビティ
の、前でも、後でも、あるいはその内部に配置されてい
ても良い。
【００２２】ここで、本発明に直接必要ではないが、本
発明の作用について本発明者の理解するところを以下に
説明する。まず、グレーティング部分が屈折率の細かい
摂動からなるような、長周期誘電導波路グレーティング
においては、その中心波長は次式によって正確に記述す
ることができる：
【００２３】ｎeff,core−ｎeff,cladding＝λｐ／Λ
【００２４】ここで、ｎeff,coreとｎeff,claddingはそ
れぞれコア・モードとクラッド・モードの実効屈折率で
あり、Λはグレーティングの周期である。従って、グレ
ーティングの温度依存性ｄλｐ／ｄＴは、次式により表
すことができる。
【００２５】ｄλｐ／ｄＴ＝Λ［ｄ（ｎeff,core）／ｄ
Ｔ−ｄ（ｎeff,cladding）／ｄＴ］
【００２６】温度に対して最も敏感でなくなるのは、特
定の波長のもとでクラッド・モードが、 ｄ（ｎeff,core）／ｄＴ＝ｄ（ｎeff,cladding）／ｄＴ を満たすように選択された場合である。
【００２７】分散関係の温度依存性が生ずるのは、導波
路の誘電材料の屈折率が変化することに起因する。この
変化は、導波路のプロファイルを設計し、また、誘電材
料の温度係数を選択することにより、調節することがで
きる。 所望の中央値を有する複合クラッド構造の組み
合わせ方は、上述の拘束条件と数値計算技術とを組み合
わせることによって、見出すことができる。そのような
数値計算技術は、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ誌、Ｖｏｌ．Ｑ
Ｅ−１０，Ｎｏ．１２（１９７４年１２月）において
Ｓ．Ｋａｗａｋａｍｉらにより「低屈折率の内側クラッ
ドを有する２重クラッド光ファイバの特性（Ｃｈａｒａ
ｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｄｏｕｂｌｙ Ｃｌ
ａｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ａ Ｌ
ｏｗ−Ｉｎｄｅｘ Ｉｎｎｅｒ Ｃｌａｄｄｉｎｇ）な
る題名により開示され、ここに参考文献として挙げるこ
とができる。
【００２８】本明細書の本欄の以下の部分は、当業者が
上述した実施の形態とは実質的に異なる構造や波長領域
に対して、本発明を応用するために説明するものであ
る。ここでは、第１に、概略的なアプローチについて説
明し、第２に、ファイバ導波路のモデルのために用いる
式について説明し、第３に、温度依存性の影響について
説明し、第４に、その影響を考慮した導波路の温度モデ
ルについて説明する。
【００２９】１．概略的なアプローチ 概略的なアプローチは、以下に示すように要約すること
ができる： （１）温度依存性の小さい長周期ファイバグレーティン
グは、モデリングによるアプローチによって設計するこ
とができる。 （２）そのモデルを作る前に、その長周期グレーティン
グ装置の温度に対して敏感なすべての特性を考慮する。 （３）それぞれの温度依存性について、全体に対してい
かなる寄与を与えるかという観点から評価する。そし
て、最も重要な特性を残し、他は無視することとする。 （４）所定の入力についての長周期ファイバ・グレーテ
ィング・フィルタの中心波長λｐの温度依存性を決定す
るためのモデルを作る。 （５）マックスウエルの式と温度モデルに基づくコンピ
ュータ・プログラムを用ることによって、屈折率プロフ
ァイルと、合理的な数の層を有するステップ状屈折率の
ファイバのプロファイルの物理的寸法から、ｄλｐ／ｄ
Ｔを導出することができる。 （６）対象となる量の数値を最小限にするために、暫定
的なデザインでの変化の範囲のシミュレーションを行
う。これにより、温度依存性の小さいデザインが得られ
る。
【００３０】２．ファイバ導波路モデル ファイバは、同軸状の複数の均一な層として近似するこ
とができる特性を有する。それぞれの領域での場（ｆｉ
ｅｌｄｓ）に対する解は、ベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）関
数により与えられる。この関数は、基礎（ｂａｓｉｓ）
の関数として用いられる。それぞれの層毎に、電界ベク
トルＦと磁界ベクトルＡのポテンシャルに対する解を表
す式を仮定することができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで、ＡiとＢiは、未知の係数であり、
Ｊn，ＮnとＩn，Ｋnは、ベッセル関数であり、 ｋ2ρi
＝ ｋ2 i−β2である。また、Ｆ＝ΨFｕZは、ＣiとＤi
を未知の係数として、Ａと同様に表すことができる。マ
ックスウエルの式より、それぞれの場はポテンシャルに
よって表すことができる。
【００３３】
【数２】
【００３４】ここで、以下の境界条件を適用する： ｉ）それぞれの場は、原点で有限である。 ｉｉ）それぞれの場は、無限遠ではゼロである。 ｉｉｉ）ＥΦ，ＨΦ，ＥZ，ＨZは、ファイバの領域間の
それぞれの界面で連続関数である。
【００３５】これにより、Ａi，Ｂi，ＣiおよびＤiと、
未知の固有値βとからなる連立式が得られる。この連立
式は、ｍ行ｍ列のマトリックスとして表され、ここで、
ｍ＝（層数−１／２）×４ である。固有値βは、その
マトリックスの行列式Ｄ（β）＝０の根であり、通常の
根を求める手法により求めることができる。ここで、そ
れぞれのモードは、βについての異なる解によって特徴
づけられる。
【００３６】それぞれのモードのβが得られたら、未知
数のうちのひとつに数値として１を割り当てる。多くの
場合に、この数値を割り当てる未知数は、Ａ1である。
そして、他の係数について、Ａ1に対する相対的な解を
得るために、マトリックスを反転する。このようにし
て、すべての係数が時間的に平均化されたパワー流れ
（ｔｉｍｅ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ）
を形成するように相対的に数値化（ｓｃａｌｅ）され
る。
【００３７】
【数３】 は、１ワットに等しい。
【００３８】この方法により、コンピュータ上で効率的
に求めるためには、層数の最大値は８までに制限され
る。
【００３９】３．温度の影響 長周期ファイバ・グレーティング・フィルタの中心波長
（すなわち、コア・モードとグレーティング・モードの
位相がグレーティングによって整合している波長）は次
式により与えられる。
【００４０】 ｎcore（λ，Ｔ）−ｎcladding（λ，Ｔ）＝λｐ／Λ
【００４１】従って、中心波長の温度依存性は次式によ
り与えられる。 ｄλｐ／ｄＴ＝Λ（ｄｎeff,core／ｄＴ−ｄｎ
eff,cladding／ｄＴ）
【００４２】実験によれば、０℃から１００℃までの温
度では、温度依存性は、ほぼ線形であっる。従って、こ
こで、ｄλｐ／ｄＴを一定として、λｐ（Ｔ）＝Ｔｄλ
ｐ／ｄＴとすることができる。すなわち、ファイバの設
計に際しては、ｄλｐ／ｄＴを最少になるようにすれば
よいこととなる。ファイバのなかの特定のモードに対し
て、ある波長範囲では、ｄｎeff,core／ｄＴは、ｄｎ
eff,cladding／ｄＴとバランスするはずである。
【００４３】熱膨張によるＳｉＯ2での影響は、１℃あ
たりのΔＬ／Ｌが約６×１０-6に等しいものである。従
って、軸方向の膨張は、１００℃あたりΔλ／λ＝６×
１０-4となる。波長１５００ｎｍでは、第１の影響のみ
による温度依存性は、＋０．９ｎｍ／１００℃となる。
また、コア・モードとクラッド・モードのいずれも波長
依存性に対しては、同一の物理的寸法を有するので、半
径方向への均一な膨張も、両方のモードに同様の影響を
与える。従って、ΔＬ／Ｌ（半径方向）＝Δλ／λとな
る。（ｎeff,core−ｎeff,cladding）に対するこの影響
は、はるかに小さい。
【００４４】４．温度モデル 摂動理論によって次式が得られる。
【数４】 ここで、βは伝搬定数、ωは角周波数（ｒａｄｉａｌ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、Ｓはファイバの断面積である。
また、ここで、β−β0＝ω（ｎeff−ｎeff,0）／ｃ
で、ｎeffはそのモードの実効屈折率、ｎeff,0はそのモ
ードの摂動を受けていない実効屈折率である。この式
は、摂動場（ｐｅｒｔｕｒｂｅｄ ｆｉｅｌｄ）である
ベクトルＥおよびベクトルＨと、摂動を受けていない導
波路の横方向場（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｆｉｅｌｄ）
であるベクトルＥ0およびベクトルＨ0の両方を含む、厳
密な方程式である。導波路に対する摂動は、Δεで与え
られ、温度の関数である。
【００４５】温度の変化により、バルクのガラスの屈折
率に生ずるわずかな変化Δｎ＝αΔＴについては、未知
の摂動場であるベクトルＥとベクトルＨに対する解の代
わりに、摂動を受けていないファイバの場に対する解を
置き換えて近似することができる。すなわち、 ベクトルＥ→ベクトルＥ0 従って、
【数５】
【００４６】ここで、η0は自由空間のインピーダンス
である。ここで、ファイバは、各層ｉが屈折率ｎiと温
度係数αiを有する、多層構造であると仮定すると： ｉ）Δεi〜２ｎiΔｎi＝２ｎiαiΔＴ ｉｉ）例えば、時間平均のパワー流れとして、次式のよ
うに場を正規化することができる。
【数６】 ｉｉｉ）各層（ｉ）の表面積はＳiとする。
【００４７】総合的な温度依存性は、各層の寄与の和に
より与えられる。
【数７】 この式から、温度による波長のシフトは次式により与え
られる。
【数８】 ここで、Ｗi coreとＷi claddingは次式により与えられる
コアとクラッドの場の関数である。
【数９】 モードの電場ベクトルＥは、前節の方法により計算され
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による長周期グレーティング
の概略図である。
【図２】図１に示したタイプの長周期グレーティング装
置を製作するために適した一例の光ファイバの屈折率プ
ロファイルを表すグラフである。
【図３】図１に示した装置を製作するために便利な、中
心波長λｐに対して周期Λをプロットしたグラフであ
る。
【図４】従来の長周期グレーティングの屈折率の温度に
対する変化を概略的に表すグラフである。
【図５】改良された長周期グレーティングの屈折率の温
度に対する変化を概略的に表すグラフである。
【図６】温度依存性の小さい長周期グレーティング装置
を製作するための、別のファイバの屈折率プロファイル
を表すグラフである。
【図７】使用されないポンプ・エネルギを除去するため
に温度依存性の小さい長周期グレーティング装置を用い
た、光伝送システムを表す概略構成図である。
【図８】光増幅器の利得を平坦化するために温度依存性
の小さい長周期グレーティング装置を用いた光伝送シス
テムを表す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 光ファイバ １１ コア １２，１３ クラッド部分 １４ 長周期グレーティング １５ 屈折率の摂動 ５０ 光伝送システム ５１ 発信源 ５２ 光ファイバ ５３ 受信器 ５４ 光増幅器 ５５，５６ ポンプ源 ５７ 長周期分光特性調節装置 ５８ 長周期グレーティング ７０ 光伝送システム ７２ 長周期分光特性調節装置
フロントページの続き (72)発明者 ジャスティン ボイド ジャドキンズ アメリカ合衆国，07922 ニュージャージ ー，バークレイ ハイツ，レナイプ レイ ン ３ (72)発明者 ジャネット レニー ペドラッツァニ アメリカ合衆国，07901 ニュージャージ ー，サミット，ヒルサイド アヴェニュー 19−エイ (72)発明者 アシシュ マドフカー ヴェンフサーカー アメリカ合衆国，07928 ニュージャージ ー，チャタム，ヒッコリー プレイス 25 アパートメント ビー12 (72)発明者 ケネス リー ウォーカー アメリカ合衆国，07974 ニュージャージ ー，ニュー プロヴィデンス，セントラル アヴェニュー 1003

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 温度の変化に対して向上した安定性を有
    する長周期グレーティング装置であって、 屈折率を有し、コア導波モードの実効屈折率がｎ
    eff,coreで、その温度に対する変化速度がｄｎeff,core
    ／ｄＴである、コアを有する光ファイバと、 前記コアを囲み、ｎeff,coreよりも小さい実効屈折率ｎ
    eff,claddingを有し、温度に対する平均変化速度がｄｎ
    eff,cladding／ｄＴである、クラッド層とを備え、前記
    コアは、周期的な間隔Λづつ離れて配置された、その屈
    折率の複数の摂動を有することによって、中心波長λｐ
    の長周期グレーティングを形成し、 ｄｎeff,cladding／ｄＴは、ｄｎeff,core／ｄＴに十分
    に近い値を有し、λｐの温度に対する変化速度は４ｎｍ
    ／１００℃以下であることを特徴とする長周期ファイバ
    ・グレーティング装置。
  2. 【請求項２】 前記クラッド層は、前記コアに隣接
    し、前記コアよりも低い屈折率を有する第１の部分と、
    前記第１の部分に隣接し、前記第１の部分よりも高い屈
    折率を有する第２の部分とからなる複合クラッド層であ
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記コアは、ゲルマニウムがドープさ
    れたシリカからなり、 前記クラッド層の前記第
    １の部分は、フッ素がドープされたシリカからなり、前
    記クラッド層の前記第２の部分は、シリカからなること
    を特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記複合クラッド層は、さらに、前記
    第２の部分に隣接する第３の部分を備え、前記第３の部
    分は、前記第２の部分よりも低い屈折率を有することを
    特徴とする、請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記コアは、ゲルマニウムがドープされ
    たシリカからなり、 前記クラッド層の前記第１の部分はフッ素がドープされ
    たシリカからなり、 前記第２の部分は、燐がドープされたシリカからなり、 前記第３の部分は、フッ素がドープされたシリカからな
    ることを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ｄｎeff,cladding／ｄＴは、０℃
    から１００℃の範囲でｄｎeff,core／ｄＴに十分に近い
    値を有し、λｐの温度に対する変化速度が前記範囲にお
    いて２ｎｍ／１００℃以下であることを特徴とする請求
    項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 光信号の発生源と、 前記発生源に光結合され、前記光信号を伝送するための
    光ファイバからなる光信号のパス（ｐａｔｈ）と、 前記光信号のパス上に配置され、前記光信号を増幅する
    光増幅器と、 波長λｐ1とλｐ2を有する光ポンプ・エネルギにより前
    記光増幅器をポンピングする、一対のポンピング源と、 請求項１記載の長周期ファイバグレーティング装置から
    なり、それぞれのポンプからのエネルギのパス上であっ
    て、前記ポンピング・エネルギが使用されることなく前
    記増幅器を通過した後の箇所に配置され、前記光パスか
    らの前記使用されないポンピング・エネルギを除去す
    る、分光特性調節装置と、を備えることを特徴とする、
    光ファイバ通信システム。
  8. 【請求項８】 前記光増幅器は、エルビウム・ドープ
    光ファイバ増幅器からなることを特徴とする、請求項７
    記載の通信システム。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つの光信号の発生源と、 前記発生源に光結合され、前記光信号を伝送するための
    光ファイバからなる光信号のパス（ｐａｔｈ）と、 前記光信号のパス上に配置され、異なる波長で異なる利
    得を生ずる一つまたはそれ以上のピーク領域を伴う分光
    利得特性を有する光増幅器と、 前記光信号のパス上に配置され、請求項１記載の長周期
    ファイバグレーティング装置からなり、より均一な分光
    特性を有する出力を得るために、一つまたはそれ以上の
    前記ピーク領域の波長領域からエネルギを除去する、分
    光特性調節装置と、を備えることを特徴とする、光ファ
    イバ通信システム。
  10. 【請求項１０】 前記光増幅器は、エルビウム・ドー
    プ光ファイバ増幅器からなることを特徴とする、請求項
    ９記載の通信システム。
  11. 【請求項１１】 光ファイバ増幅器であって、 希土類元素がドープされた光ファイバと、 前記ファイバのパス上に配置され、前記増幅器の分光利
    得特性を調節する、請求項１記載の長周期ファイバグレ
    ーティング装置と、を有する光ファイバ増幅器。
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