JPH11211923A - 光導波路型回折格子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 屈折率分布を有する光導波路型回折格子を正
確に製造することのできる方法を提供する。 【解決手段】 光導波路１０のコア部１２に紫外線を照
射して回折格子１３を形成する方法において、コア部１
２は、その屈折率が紫外線照射によって増加し、かつ、
照射量に対する屈折率の変加量が第１割合で増加し、所
定量増加した後の変化量は、第１割合より小さい第２割
合で増加するものであり、光導波路１０の所定長さにつ
いて、コア部１２の屈折率が第１割合で増加する領域の
最大屈折率となるまで紫外線を照射し、軸方向に均一な
屈折率変化領域を形成する第１工程と、屈折率変化領域
の軸方向に紫外線干渉縞を照射して屈折率分布を有する
回折格子を形成する第２工程とを有する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に回折格
子を製造する方法に関し、特に、軸方向に屈折率分布を
有する回折格子を正確に製造する方法である。

【０００２】

【従来の技術】近年、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、紫外線照射によって
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
タとして、光ファイバ型回折格子が研究されている。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、紫外線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
よって製造させている。

【０００３】ところで、光回路素子に係わる最近の研究
成果として、コア部に回折格子を設けたフィルタにおい
て、光軸方向の屈折率変化を所望の分布に形成してフィ
ルタの性能を向上させるものがある（USP5,309,260、ELE
CTRONICS LETTERS 18th Aug.1994 Vol.30 No.17 PP1401
〜1403 ）。

【０００４】このように光軸方向の屈折率変化がガウス
分布曲線状のように屈折率強度が小さい裾野の部分と、
大きい中央部分とを含むような回折格子を製造する場
合、屈折率強度が小さく紫外線照射量が少ない領域で
は、照射量に対する屈折率変化の割合が大きく、反対に
屈折率強度が大きく紫外線照射量が大きい領域では、照
射量に対する屈折率変化の割合が小さくなり、非線形特
性を示すことが知られている（光ファイバグレーティン
グの形成方法と形成機構：第９回光ファイバ応用技術研
究会）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガウス分布曲線状の屈
折率分布を有する回折格子を形成する場合、従来のよう
に光ファイバのコア部に直接紫外線干渉縞を照射したの
では、ガウス分布曲線の裾野部分では紫外線照射量に対
する屈折率変化の割合が大きく、反対に、ガウス分布曲
線の中央部分では屈折率変化の割合が小さくなる。その
ために、作製された回折格子の屈折率の分布は、中心部
は低く、周辺部が高く歪んだ分布となる。このような屈
折率分布の歪みは紫外線照射量と屈折率変化との間に補
正係数を付与して修正することも可能であるが、複雑と
なり、正確さに欠ける。

【０００６】そこで本発明の目的は、かかる問題を解決
して屈折率分布を有する光導波路型回折格子を正確に製
造することのできる方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光導波路
型回折格子の製造方法は、光導波路のコア部に紫外線を
照射して回折格子を形成する方法において、コア部は、
その屈折率が紫外線照射によって増加し、かつ、照射量
に対する屈折率の変化量が第１割合で増加し、所定量増
加した後の変化量は第１割合より小さい第２割合で増加
するガラス材料で形成され、光導波路の所定長さについ
て、コア部の屈折率が第１割合で増加する領域の最大屈
折率となるまで紫外線を照射し、軸方向に均一な屈折率
変化領域を形成する第１工程と、屈折率変化領域の軸方
向に紫外線干渉縞を照射して軸方向に屈折率分布を有す
る回折格子を形成する第２工程とを有することを特徴と
する。

【０００８】本発明に係わる光導波路型回折格子の製造
方法によれば、コア部の屈折率が第１割合で増加する領
域における最大屈折率となるまで紫外線を照射し、軸方
向に均一な屈折率変化領域を形成し（第１工程）、次い
で、屈折率変化領域の軸方向に紫外線干渉縞を照射して
屈折率分布を有する回折格子を形成する（第２工程）方
法である。屈折率変化領域はコア部の屈折率が第１割合
の領域における最大屈折率となるまで紫外線を照射した
結果形成されるので、第１工程に続いて紫外線干渉縞を
照射すると、紫外線干渉縞の照射による屈折率変化量は
第２割合で増加する。第２割合の領域は紫外線照射量に
対して略直線的に屈折率が増加するので、紫外線干渉縞
の照射量に比例した屈折率分布の回折格子を形成するこ
とができる。

【０００９】本発明に係わる光導波路型回折格子の製造
方法において第１工程は、少なくとも２００Ｊ／ｃｍ²
の紫外線を照射するすることが好ましい。光導波路に紫
外線を照射して、第１傾斜の領域全体を均一な高屈折率
にするためには少なくとも２００Ｊ／ｃｍ²が必要であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明
において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。

【００１１】本実施形態の光導波路型回折格子の製造方
法では、まず、光ファイバを用意し、光ファイバを水素
雰囲気で還元処理する。具体的には、図１に示すよう
に、圧力容器２０内に光ファイバ１０を設置し、バルブ
２１側からバルブ２２にむかって水素（Ｈ₂）ガスを気
流として通過させつつ、ヒータなどの温度調整器２３で
圧力容器２０を所定温度に設定する。この際、水素ガス
の流量は、バルブ２１およびバルブ２２の開閉によって
調節される。雰囲気は水素圧力２０〜４００気圧であ
る。

【００１２】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る
が、二次被覆が施された光ファイバ心線であっても良
い。

【００１３】光ファイバ１０に水素が添加されると、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やすくなり、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にな
り、光ファイバ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。

【００１４】次に、水素添加工程で処理された光ファイ
バ１０内のコア部の所定領域に均一に紫外線を照射する
方法について説明する。

【００１５】図２は、光ファイバ１０の軸方向に均一に
紫外線を照射する説明図である。図２に示すように、光
ファイバ１０を遮光マスク４０に隣接して設置し、光源
３０から出射された紫外線は光ファイバ１０の軸方向Ｘ
に移動自在に設置された反射ミラー３１を介して入射さ
せる。

【００１６】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線を出射する。遮光マスク４０は、
光ファイバ１０の軸方向に設けられたスリット状の光透
過窓４１を有し、周辺部４２は紫外線の通過を阻止する
板である。遮光マスク４０は、金属板にスリット状の窓
４１の部分を切り抜いて形成したり、石英ガラス板の遮
光部分に誘電体多層膜を蒸着して形成される。光ファイ
バ１０は、石英系ガラスからなるクラッド部１１および
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。

【００１７】図２において、光ファイバ１０に紫外線が
照射されると、酸化ゲルマニウムが添加されたコア部１
２の屈折率が変化する。現在、このような紫外線照射に
よる屈折率変化のメカニズムは、完全に解明されていな
い。しかしながら、この屈折率変化は、光ファイバ１０
のコア部１２に通常わずかに存在しているＧｅに関連し
た酸素欠損型の欠陥が関与していると、一般に推定され
ている。水素添加工程で水素添加され還元処理された光
ファイバ１０のコア部１２では、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、紫外線の露
光領域における屈折率変化が大きくなる。

【００１８】図３は、光ファイバ１０に照射された紫外
線照射量と、照射量に対応する屈折率変化量との関係を
示すグラフである。光ファイバ１０に照射された紫外線
照射量は、図２に示した紫外線照射方法において、ミラ
ー３１の軸方向Ｘへの移動速度を変えて調整した。

【００１９】図３に示すように、紫外線照射によるコア
部の屈折率は、照射量に対する屈折率の変加量が第１割
合で増加し、所定量増加した後の変化量は、第１割合よ
り小さい第２割合で増加する。屈折率変化が第１割合で
増加する領域と第２割合で増加する領域との境界は、紫
外線照射量が２００Ｊ／ｃｍ²近傍に現れる。

【００２０】屈折率分布を有する回折格子を形成する場
合、前述のように紫外線照射量に対する屈折率変化の割
合が異なる領域が存在すると、得られる屈折率分布は歪
んだ分布となる。そこで、光ファイバ１０の軸方向に図
２に示した方法によって２００Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照
射し、屈折率変化領域を形成した。この屈折率変化領域
は紫外線照射に対する屈折率変化は第２直線のみに従っ
て変化するので、屈折率変化領域に屈折率分布を有する
回折格子を形成しても歪みを起こすことがなく正確な分
布が得られる。

【００２１】次に、軸方向に均一に紫外線照射された光
ファイバ１０内のコア部１２に紫外線干渉縞を照射する
方法について説明する。

【００２２】図４は位相格子法による紫外線干渉縞の照
射の説明図である。図４において、光ファイバ１０を位
相格子５０に隣接して設置し、その上に遮光マスク４０
を配置する。光源３０から出射された紫外線は光ファイ
バ１０の軸方向Ｘに移動自在に設置されたミラー３１を
介して位相格子５０の表面の法線方向に入射される。位
相格子５０は、光透過性の板５１の底面に凸部５２が形
成され、位相格子５０の底面から出射する紫外線を回折
させ干渉させるための部位であり、多数の溝５３を設け
ることにより形成される。光源３０、ミラー３１および
遮光マスク４０は図２の場合と同じである。

【００２３】図４において、格子が所定間隔Λ’で配列
された位相格子５０表面の法線方向で照射させているた
め、コア部１２の露光領域における干渉縞の間隔Λは、 Λ＝Λ’／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。

【００２４】光ファイバ１０のコア部１２に形成される
格子１３の屈折率分布は、前述のように第１直線部分が
存在しないので、紫外線干渉縞の照射量に比例した分布
となる。

【００２５】これまでは、位相格子を用いて紫外線干渉
縞を形成する方法について説明してきたが、ホログラフ
ィック法によって形成してもよい。

【００２６】（実施例）本実施形態に係わる光導波路型
回折格子の製造方法の実施例について説明する。軸方向
にＧｅＯ₂が均一にドープされたＳｉＯ₂を主成分とする
直径８μｍのコア１２と、コア１２の外周にＳｉＯ₂を
主成分とする直径１２５μｍのクラッドからなる石英系
ガラスであり、コアとクラッドとの屈折率差は０．３％
である光ファイバ１０を準備した。この光ファイバ１０
を図１に示した容器２０内に２週間放置して水素処理し
た。容器２０内には水素ガスが導入され、２００気圧、
３０℃に保持した。

【００２７】次いで、図２に示した照射方法によって、
上述の光ファイバ１０の軸方向に均一に２００Ｊ／ｃｍ
²の紫外線を照射した。光源３０として照射ビーム幅が
１ｍｍ、出射パワーが０．２Ｊ／ｃｍ²のＫｒＦエキシ
マレーザを用いた。

【００２８】次に、図４に示した位相格子法によって上
述の光ファイバ１０に回折格子を形成した。光源３０、
遮光マスク４０、ミラー３１は図２で使用したものと同
じであり、位相格子５０を上述の光ファイバ１０に隣接
して配置した。光源３０から出射された紫外線は、軸方
向Ｘに移動するミラー３１を介して光ファイバ１０に照
射され、照射量はミラー３１の移動速度によって調節し
た。光ファイバ軸方向の紫外線照射量は、ガウス分布曲
線状に照射した。

【００２９】このように形成された回折格子の屈折率分
布を図５に示す。実線は測定値、鎖線は設計値であり、
両者は分布全体にわたって略一致することが分かった。
因みに光ファイバ１０に形成された１．５５μｍ帯にお
ける回折格子の反射特性は、反射ピーク値から３０ｄＢ
下がったレベルのスペクトル幅は１．６ｎｍであった。

【００３０】（比較例）実施例と同一条件で水素処理さ
れた光ファイバ１０について、第１工程の紫外線照射を
行なわずに直接図４に示した位相格子法によって回折格
子を形成した。回折格子の製造条件、製造装置は実施例
と同じである。

【００３１】このように形成された回折格子の屈折率分
布を図６に示す。実線は測定値、鎖線は設計値である。
紫外線照射量が多いガウス分布曲線の中央部分で両者は
一致するが、照射量が少ない裾野の部分に近付く程、差
が大きくなっていることが分かった。光ファイバ１０に
形成された１．５５μｍ帯における回折格子の反射特性
は、反射ピーク値から３０ｄＢ下がったレベルのスペク
トル幅が３．３ｎｍであり、波長帯域幅の劣化が現れ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明の製造方法は、コア部の屈折率が
第１割合で増加する領域の最大屈折率となるまで紫外線
を照射して、軸方向に均一な屈折率変化領域を形成し
（第１工程）、次いで、屈折率変化領域の軸方向に紫外
線干渉縞を照射して屈折率分布を有する回折格子を形成
する（第２工程）方法である。屈折率変化領域は第１割
合の領域における最大屈折率となるまで紫外線を照射し
た結果形成されるので、第１工程に続いて紫外線干渉縞
を照射すると、干渉縞の屈折率変化は第２割合にしたが
って増加することになり、歪みの少ない屈折率分布の回
折格子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法における水素添加工程の説明
図である。

【図２】本発明の製造方法における紫外線照射工程の説
明図である。

【図３】本発明の製造方法における紫外線照射量と屈折
率変化の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の製造方法における回折格子書き込み工
程（位相格子法）の説明図である。

【図５】実施例で作製された回折格子の測定値と設計値
を示すグラフである。

【図６】比較例で作製された回折格子の測定値と設計値
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、１２・・・コア、
１３・・・回折格子、２０・・・容器、２１、２２・・・バル
ブ、２３・・・温度調節器、３０・・・光源、３１・・・ミラ
ー、４０・・・遮光マスク、４１・・・光透過窓、４２・・・遮
光部、５０・・・位相格子、５１・・・光透過性板、５２・・・
凸部、５３・・・溝、Ｘ・・・軸方向、Λ・・・干渉縞の間隔、
Λ’・・・格子間隔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路のコア部に紫外線を照射して回
   折格子を製造する方法において、 前記コア部は、その屈折率が紫外線照射によって増加
   し、かつ、照射量に対する屈折率の変化量が第１割合で
   増加し、所定量増加した後の変化量は前記第１割合より
   小さい第２割合で増加するガラス材料で形成され、 前記光導波路の所定長さについて、前記コア部の屈折率
   が前記第１割合で増加する領域の最大屈折率となるまで
   紫外線を照射し、軸方向に均一な屈折率変化領域を形成
   する第１工程と、 前記屈折率変化領域の軸方向に紫外線干渉縞を照射して
   軸方向に屈折率分布を有する回折格子を形成する第２工
   程とを有することを特徴とする光導波路型回折格子の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記第１工程は、前記光導波路の所定長
   さについて、少なくとも２００Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照
   射することを特徴とする請求項１に記載の光導波路型回
   折格子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記コア部は、酸化ゲルマニウムを含む
   石英系ガラスで形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の光導波路型回折格子の製造方法。