JPH11344621A - 光フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相マスク法によるＦＢＧのグレーティング
書き込み工程において、グレーティング書き込み部分
（屈折率変調部分）の割合を制御することができる光フ
ィルタの製造方法を提供する。 【解決手段】 ＦＢＧフィルタの製造方法では、光感光
性ファイバ１０にレーザ照射を行う時に、位相マスク６
とファイバホルダの傾きを変化させ、グレーティング１
周期中の屈折率変調部分（屈折率変化部１２）の割合を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光フィルタの製造
方法に関し、詳細には、例えばファイバブラッググレー
ティングを用いた光フィルタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信分野では、波長フィルタや
分散補償器などの光フィルタとして、ファイバブラッグ
グレーティング（以下、ＦＢＧという）が多用されてい
る。このＦＢＧは、光ファイバのコアに対して周期的な
屈折率変化を施して形成する。周期的な屈折率変化（屈
折率変調）は、例えば位相マスク法により形成する。こ
の位相マスク法については、例えば「米国特許５３６７
５８８号」（文献１）がある。

【０００３】位相マスク法では、位相マスクを介して光
ファイバに紫外線光を照射する。位相マスクは紫外線光
の透過が可能な板状体である。この板状体の表面には複
数個の凹部が形成されており、各凹部は所定の間隔をも
って直線的に配列している。これら凹部により紫外線光
が回折する。その回折光の強度は、凹部の配列間隔（ピ
ッチ）に応じた位置で強められたり弱められたりする。
一方、光ファイバのコアは、紫外線光によってその屈折
率が変化する材料で形成されている。このような光ファ
イバを光感光性ファイバという。

【０００４】上述した回折光が光ファイバに対して照射
されるので、光ファイバの延在方向（長手方向、光の導
波方向）に沿って、周期的な屈折率変調すなわちグレー
ティングがコアに形成される。

【０００５】上述の位相マスクは、例えば「ＰＲＯＤＵ
ＣＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮ＿ＦＩＢＲＥ ＧＲＡＴＩＮＧ
Ｓ ＵＳＩＮＧ Ａ ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ ＯＰＴ
ＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴ」 D.Z.Anderson et.al.,El
ectronics Letters 18th Mar1993 Vol 29 No.6（文献
２）に記載されている製造方法によって形成される。

【０００６】また、ＦＢＧの反射帯域を広くしたい場合
には、「ファイバグレーティングとその応用」井上ら応
用物理第６６巻第１号ｐｐ３３−３６（文献３）に記載
されているチャープグレーティングの構造にすればよ
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の光フィルタの製造方法にあっては、以下のよう
な問題点があった。

【０００８】ＦＢＧのフィルタ特性、例えば反射強度や
反射波長帯域などは、ＦＢＧのグレーティングの書き込
み部分の割合、すなわちグレーティング１周期中の屈折
率変調部分の割合に依存する。例えば、ＦＢＧの１周期
中の屈折率変調部分の割合を５０％以下にすると、割合
が小さくなるほど反射強度は弱くなる。また、屈折率変
調部分の割合を５０％以上にすると、割合が大きくなる
ほど反射強度は弱くなる。すなわち、グレーティング１
周期中の屈折率変調部分と非変調部分の割合が５０％と
なった時、反射強度が最も強くなるという傾向がある。
しかし、このグレーティング書き込み部分の割合は制御
する方法がなく、また、どの程度の割合になっているか
判明していない。このＦＢＧのグレーティングの書き込
み部分（グレーティング１周期中の屈折率変調部分）の
割合を制御できる製造方法が望まれていた。

【０００９】また、チャープグレーティングを用いた位
相マスクの場合には、屈折率変調の周期の長い側も短い
側も回折光の幅は同じであるため、グレーティング１周
期中の屈折率変調部分の割合は長周期側の方が短周期側
より割合が小さくなることは明らかである。

【００１０】本発明は、位相マスク法によるＦＢＧのグ
レーティング書き込み工程において、グレーティング書
き込み部分（屈折率変調部分）の割合を制御することが
できる光フィルタの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】本発明は、ＦＢＧのフィルタ特性、例えば
反射強度や反射波長帯域などを向上させることができ、
短周期側も長周期側も変調部分の割合を同程度に制御で
きる光フィルタの製造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】本発明に係る光フィルタ
の製造方法は、光感光性ファイバに紫外線光と位相マス
クを用いて、光感光性ファイバの選択的領域に紫外線光
を照射することで選択的にグレーティング領域を形成す
る光フィルタ製造方法において、露光される光感光性フ
ァイバホルダと位相マスクの位置関係を変化できるよう
にし、グレーティング書き込み中に位置関係を変化させ
ることによって屈折率変調箇所を変化させ、屈折率変調
箇所を変化させることで、屈折率変調部の割合を制御す
るようにしたことを特徴とする。

【００１３】本発明に係る光フィルタの製造方法は、位
相マスクと光感光性ファイバホルダとの位置関係を、始
めから傾きを持たせ、徐々に平行となるよう移動させ、
始めと逆の傾きを持つようにさせて終了することで、グ
レーティング領域において、１周期中の屈折率変調部の
割合を制御するようにしてもよい。

【００１４】本発明に係る光フィルタの製造方法は、位
相マスクと光感光性ファイバホルダとの位置関係を、平
行から、徐々に傾きを持たせるように移動させ、またそ
の傾きを周期の長い側が大きく傾くようにさせること
で、チャープグレーティングにおいて、各周期の１周期
中の屈折率変調部の割合を制御するようにしてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る光フィルタの製造方
法は、波長フィルタや分散補償器などの光フィルタとし
て用いられるＦＢＧの製造方法に適用することができ
る。

【００１６】第１の実施形態 図１は本発明の第１の実施形態に係る光フィルタの製造
方法の構成を示す図であり、位相マスク法を用いたＦＢ
Ｇ作製の概念図を示す。また、図２は位相マスクの外観
図である。

【００１７】まず、ＦＢＧ作製の概要について説明す
る。

【００１８】光学系は、レーザ光源１、アッテネータ
（出力調整器）３、ミラー４、及びシリンドリカルレン
ズ５を備えている。レーザ光源１（例えば、ラムダ・フ
ィジックス製ＫｒＦエキシマレーザ）から波長２４８ｎ
ｍのレーザ光２が出力され、レーザ光２は、アッテネー
タ３を通過して、ミラー４により９０°の方向変換を受
け、さらに、シリンドリカルレンズ５によりビーム径が
調整されて位相マスク６に照射される。

【００１９】この位相マスク６でレーザ光７は回折さ
れ、図１拡大部に示すように位相マスク６の下部には縞
模様の回折光８が生じる。この下に、クラッド９が露出
した状態の感光性光ファイバ１０（例えば、水素充填を
施したコーニング社製のＳＭＦ２８）を設置すること
で、回折光の強度の高い部分で光感光性ファイバ１０の
コア部１１に局所的な屈折率変化が起こる。図中、１２
はこの屈折率変化部（屈折率変調部）を示し、後述する
図３及び図４で述べるように、位相マスクと光感光性フ
ァイバの位置関係により作製された屈折率変調部分であ
る。

【００２０】この光感光性ファイバ１０の軸方向からレ
ーザ光１３を入射させると式（１）に示す波長の反射光
λｂ１４はブラッグ反射により入射端１５に出射される
ようになる。

【００２１】 λｂ＝２・ｎ ｅｆｆ・Λ …（１） ここで、ｎ ｅｆｆはグレーティング部のコアの実効屈
折率、Λはファイバの屈折率変化の周期である。

【００２２】位相マスク６の作製方法は、例えば前記文
献２に記載されており、図示せずに以下に説明する。ま
ず、石英ガラス板にＣｒ薄膜をスパッタリング若しくは
蒸着法により、形成する。次に電子ビームリソグラフィ
法により、Ｃｒ薄膜をパターニングする。この時、ライ
ン（Ｃｒ）／スペースを等寸法（Λ／Λ）としておく。
２Λが後の回折格子列の周期となる。その後、Ｃｒパタ
ーンをマスクとして下地の石英を反応性イオンエッチン
グを用いてエッチングし、溝を形成する。その後、Ｃｒ
薄膜を酸により除去することで、石英基板上に凸凹の回
折格子列１７（図２）が作製される。

【００２３】一方、レーザの照射方法は、レーザビーム
７の大きさが２５×１０ｍｍ程度であるので屈折率変化
部１２が十分に短い場合（≦１５ｍｍ）は直接、長い場
合には、ミラー４あるいは位相マスク６と光感光性ファ
イバ１０を走査させる方式で作製される。

【００２４】また、ブラッグ反射波長λｂ１４の反射帯
域を広くしたい場合には、チャープグレーティングと呼
ばれるようなΛが小から大へ連続的、段階的に変化する
ようにすればよい（図２）。

【００２５】次に、ＦＢＧ作製の特徴部分について詳細
に説明する。

【００２６】本実施形態に係るＦＢＧ作製方法では、位
相マスク法により光ファイバに紫外線光を照射する時
に、通常は平行に設置する光ファイバと位相マスクの位
置関係に傾きを持たせ、かつその傾きを変化させながら
照射を行うことに特徴がある。

【００２７】図１において、位相マスク６と光感光性フ
ァイバ１０との位置関係に着目する。本実施形態では、
支持部材としてのファイバホルダの上面に、光感光性フ
ァイバ１０を同一平面内に直線状に延在させて設置して
いる。また、図２に示すように、位相マスク６の主面に
は、複数個の凹部が設けてあり、板状態である。位相マ
スク６の主面は、光感光性ファイバ１０を設けたファイ
バホルダの上面に対して平行となるように対向させてあ
る。この主面には、光感光性ファイバ１０の延在する方
向に沿って、凹部が周期的に設けられている。これら凹
部により、回折格子列１７が形成されている。

【００２８】位相マスク６とファイバホルダとは、凹部
が光感光性ファイバ１０の延在する位置に沿って重なる
ように位置決めしてある。図１では、位相マスク６とフ
ァイバホルダとを離間させた状態で示しているが、位相
マスク６とファイバホルダに傾きを持たせて設置する時
は、ファイバ延在方向の片側は位相マスク６とファイバ
ホルダを固設させ、片側は離間させるという形状とな
る。

【００２９】そして、位相マスク６を介して光感光性フ
ァイバ１０に対して紫外線光を照射することにより、光
感光性ファイバ１０のコア部１１に周期的な屈折率変調
を形成する。このため、位相マスク６の主面とは反対の
面側からレーザ光１３を入射する。レーザ光１３はビー
ム状の紫外線光であって、主面に対して垂直に入射す
る。レーザ光７が位相マスク６を通過すると、上述した
回折格子列１７の作用により主面側から回折光８が発生
する。この回折光８が光感光性ファイバ１０に照射され
る。この回折光８の強度は、凹部の配列間隔に応じた所
定の位置において強められている。したがって、光感光
性ファイバ１０の所定の位置の屈折率を変化させること
ができる。

【００３０】さらに、本実施形態における位相マスク６
と光感光性ファイバ１０の位置関係について、図３及び
図４を用いて具体的に説明する。

【００３１】図３及び図４は位相マスクと光感光性ファ
イバの位置関係を説明するための図であり、図３は位相
マスクとファイバホルダの位置関係及びグレーティング
のずれを示す図、図４は書込み終了後のグレーティング
領域のイメージを示す図である。

【００３２】図３（ａ）に示すように、位相マスク６と
光感光性ファイバ１０の位置関係を、傾きを持たせる
と、回折光８の強度が強められる方向に対して斜めの方
向に光感光性ファイバ１０が交わるため、屈折率が変化
する部分の周期は、平行に設置した場合（位相マスクの
周期（Λ）の１／２）よりも広くなる。

【００３３】また、その周期の広がりは、光感光性ファ
イバ１０の延在方向について等しくなる。このため、傾
きの中心、すなわち位相マスク６とファイバホルダを固
設してある端側から遠くなるほど、平行に設置してある
場合に対してのずれが大きくなる。

【００３４】次いで、図３（ｂ）に示すように、図３
（ａ）と反対側の端を固設し、位相マスク６とファイバ
ホルダに同様な傾きを持たせると、図３（ａ）のずれと
対称のずれが生じる。このようにして、グレーティング
の周期は変化させずに、屈折率変調部分（屈折率変化部
１２）の割合だけを変化させることができる（図４参
照）。

【００３５】この構成例の回折格子列１７は、凹部が配
列する方向に沿って複数個の回折格子が等間隔に配列し
ている、単周期グレーティングである。

【００３６】次に、ＦＢＧ作製方法の構成について説明
する。

【００３７】このＦＢＧ作製方法では、ファイバホルダ
と位相マスク６とを重ねた状態にして設置し、紫外線光
を光学系により発生させる。

【００３８】まず、ファイバホルダに光感光性ファイバ
１０を収める。光感光性ファイバ１０として例えばコー
ニング社製のＳＭＦ２８（商品名）を用いている。な
お、光感光性ファイバ１０は、クラッド９の周囲に被覆
している被覆層を剥がし、クラッド９表面が露出した状
態にしてから収める。

【００３９】ファイバホルダと位相マスク６とは上述し
たように位置決めされて固定されている。この位置決め
を行うには、ファイバホルダと位相マスク６とをそれぞ
れ個別のステージに固定する。固定されるステージは、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びθ軸方向の調節機構を備えてい
る。これら軸方向の調節を、例えば顕微鏡で目視しなが
ら行うことにより、所定の位置決めを行う。そして、位
置決めして固定した位相マスク６及びファイバホルダを
設置する。

【００４０】ＦＢＧをデバイスとして使用するために
は、光感光性ファイバ１０の一方の端部に通常の光コネ
クタを接続する。また、他方の端部には透過光を反射さ
せないための終端器を取り付ける。

【００４１】以上説明したように、第１の実施形態に係
るＦＢＧフィルタの製造方法では、光感光性ファイバ１
０にレーザ照射を行う時に、位相マスク６とファイバホ
ルダの傾きを変化させ、グレーティング１周期中の屈折
率変調部分（屈折率変化部１２）の割合を制御するよう
にしたので、グレーティングの周期は変化させずに、屈
折率変調部分の割合だけを変化させることができ、ＦＢ
Ｇのフィルタ特性、例えば反射強度や反射波長帯域など
を向上させることができる。

【００４２】特に、第１の実施形態では、傾きを対称に
与えるようにしているため、単周期グレーティングの全
グレーティング領域において、均一な屈折率変調部分
（屈折率変化部１２）の増加を生じさせ、屈折率変調部
分の割合を適切に制御することができる。

【００４３】第２の実施形態 本発明の第２の実施形態に係る光フィルタの製造方法の
構成は、前記図１及び図２に示す第１の実施形態と同様
である。

【００４４】図１において、本実施形態では、第１の実
施形態と同様に、支持部材としてのファイバホルダの上
面に、光感光性ファイバ１０を同一平面内に直線状に延
在させて設置している。また、位相マスク６の主面に
は、光感光性ファイバ１０の延在する方向に沿って、凹
部が周期的に設けられている。これら凹部により、回折
格子列１７（図２）が形成されている。

【００４５】ここで、位相マスク６と光感光性ファイバ
１０の位置関係について、図５及び図６を用いて説明す
る。

【００４６】図５及び図６は位相マスクと光感光性ファ
イバの位置関係を説明するための図であり、図５は位相
マスクとファイバホルダの位置関係及びグレーティング
のずれを示す図、図６は書込み終了後のグレーティング
領域のイメージを示す図である。

【００４７】図５（ａ）に示すように、位相マスク６と
光感光性ファイバ１０の位置関係を、通常通りに平行と
すると、回折光８の強度が強められ、光感光性ファイバ
１０に書き込まれるグレーティングの周期は、位相マス
クの周期（Λ）の１／２に等しくなる。

【００４８】また、図５（ｂ）に示すように第１の実施
形態と同様に、位相マスク６と光感光性ファイバ１０の
位置関係に傾きを持たせると、回折光８の強度が強めら
れる方向に対して斜めの方向に光感光性ファイバ１０が
交わるため、屈折率が変化する部分の周期は、平行に設
置した場合よりも広くなる。また、その周期の広がり
は、光感光性ファイバ１０の延在方向について等しくな
り、傾きの中心、すなわちファイバホルダを固設してあ
る端側から遠くなるほど、平行に設置してある場合に対
してのずれが大きくなる。これを利用して、チャープグ
レーティングの周期の短い側を固設し、周期の長い側の
ずれが大きくなるように、傾きを持たせる。

【００４９】これにより、周期の長い側の屈折率変調部
分（屈折率変化部１２）は、周期の短い側よりも長くな
り、結果的に１周期中の屈折率変調部分（屈折率変化部
１２）の割合が、周期の長い側と短い側で同等となる
（図６参照）。

【００５０】この構成例の回折格子列１２は、凹部が配
列する方向に沿って複数個の回折格子ブロックが画成し
てある。例えば、前記図２において、この図中に示す領
域には、ｎ個の回折格子ブロックが配列している。そし
て、回折格子ブロックの各々に属する凹部の配列間隔
が、回折格子ブロック毎に、配列方向に沿って段階的ま
たは連続的に変化している。例えば、回折格子ブロック
の各々に属する凹部の配列間隔をそれぞれΛ１，Λ２，
…，Λｎ（但し、Λ１＜Λ２＜…＜Λｎである）とす
る。したがって、配列間隔（ピッチ）が段階的に変化す
るチャープグレーティングが構成される。各々の回折格
子ブロックに属する凹部の数は適当に設定してよい。こ
こで、Λ１＝Λ２＝…＝Λ３とすると、通常の単周期グ
レーティングが形成される。

【００５１】ＦＢＧ作製方法の構成については、第１の
実施形態と同様である。

【００５２】ファイバホルダと位相マスク６も、第１の
実施形態と同様に、上述したようにして位置決めされて
固定されているが、第１の実施形態はレーザ照射中に両
端を移動する必要があるが、第２の実施形態では片側は
固設したまま行うことができるため、調節が容易であ
る。

【００５３】以上説明したように、第２の実施形態に係
るＦＢＧフィルタの製造方法では、チャープグレーティ
ングを用いた位相マスク６を用いる際に、屈折率変調の
周期の長い側をより大きく傾けることにより、長周期側
の屈折率変調部分の割合が大きくなり、結果的に短周期
側も長周期側も変調部分の割合を同程度に制御すること
ができる。

【００５４】すなわち、第１の実施形態では、傾きを対
称に与えることで、単周期グレーティングの全グレーテ
ィング領域において、均一な屈折率変調部分の増加を生
じさせ、屈折率変調部分の割合を制御することができた
が、第２の実施形態では、偏った傾きを与えることで、
チャープグレーティングにおいて、長周期側でより増加
分を大きくし、単周期側で小さくすることができるた
め、各々の周期で屈折率変調部分（屈折率変化部１２）
の割合が同等になるように制御することができる。

【００５５】したがって、このような優れた特長を有す
る光フィルタの製造方法を、例えば位相マスク法による
ＦＢＧのグレーティング書き込み工程に適用すれば、グ
レーティング書き込み部分（屈折率変調部分）の割合を
制御することができる。

【００５６】なお、上記各実施形態に係る光フィルタの
製造方法を、上述したようなＦＢＧに適用することもで
きるが、勿論これには限定されず、光感光性ファイバに
紫外線光と位相マスクを用いて選択的にグレーティング
領域を形成する光フィルタ製造方法であれば、全ての製
造方法及び装置に適用可能であることは言うまでもな
い。

【００５７】また、第１の実施形態では、位相マスクと
光感光性ファイバホルダとの位置関係を、始めから傾き
を持たせ、徐々に平行となるよう移動させ、始めと逆の
傾きを持つようにさせて終了するようにし、また第２の
実施形態では、位相マスクと光感光性ファイバホルダと
の位置関係を、平行から、徐々に傾きを持たせるように
移動させ、またその傾きを周期の長い側が大きく傾くよ
うにさせるようにしているが、これらは一例であって、
光感光性ファイバホルダと位相マスクの位置関係を変化
させることができる工程が含まれているものであればど
のような工程でどのような手段を用いていてもよい。

【００５８】さらに、上記光フィルタの製造方法を構成
する光学系、位相マスク、ファイバホルダ等の種類、
数、配置関係、さらには材料や数値等の条件は上述の実
施形態に限られないことは言うまでもない。

【００５９】

【発明の効果】本発明に係る光フィルタの製造方法で
は、露光される光感光性ファイバホルダと位相マスクの
位置関係を変化できるようにし、グレーティング書き込
み中に位置関係を変化させることによって屈折率変調箇
所を変化させ、屈折率変調箇所を変化させることで、屈
折率変調部の割合を制御するようにしたので、グレーテ
ィング書き込み部分（屈折率変調部分）の割合を制御す
ることができる。

【００６０】本発明に係る光フィルタの製造方法では、
位相マスクと光感光性ファイバホルダとの位置関係を、
始めから傾きを持たせ、徐々に平行となるよう移動さ
せ、始めと逆の傾きを持つようにさせて終了すること
で、グレーティング領域において、１周期中の屈折率変
調部の割合を制御するようにしたので、光フィルタ特
性、例えば反射強度や反射波長帯域などを向上させるこ
とができる。

【００６１】本発明に係る光フィルタの製造方法では、
位相マスクと光感光性ファイバホルダとの位置関係を、
平行から、徐々に傾きを持たせるように移動させ、また
その傾きを周期の長い側が大きく傾くようにさせること
で、チャープグレーティングにおいて、各周期の１周期
中の屈折率変調部の割合を制御するようにしたので、短
周期側も長周期側も変調部分の割合を同程度に制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る光フィ
ルタの製造方法の構成を示す図である。

【図２】上記光フィルタの製造方法の位相マスクの外観
図である。

【図３】上記光フィルタの製造方法の位相マスクとファ
イバホルダの位置関係及びグレーティングのずれを示す
図である。

【図４】上記光フィルタの製造方法の書込み終了後のグ
レーティング領域のイメージを示す図である。

【図５】本発明を適用した第２の実施形態に係る光フィ
ルタの製造方法の位相マスクとファイバホルダの位置関
係及びグレーティングのずれを示す図である。

【図６】上記光フィルタの製造方法の書込み終了後のグ
レーティング領域のイメージを示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源、２，７ レーザ光、３ アッテネー
タ、４ ミラー、５ シリンドリカルレンズ５、６ 位
相マスク、８ 回折光、９ クラッド、１０ 感光性光
ファイバ、１１ コア部、１２ 屈折率変化部（屈折率
変調部）、１３入射光、１４ 反射光、１５ 入射端、
１６ 回折格子、１７ 回折格子列

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光感光性ファイバに紫外線光と位相マス
   クを用いて、前記光感光性ファイバの選択的領域に紫外
   線光を照射することで選択的にグレーティング領域を形
   成する光フィルタ製造方法において、 露光される光感光性ファイバホルダと位相マスクの位置
   関係を変化できるようにし、 グレーティング書き込み中に前記位置関係を変化させる
   ことによって屈折率変調箇所を変化させ、 屈折率変調箇所を変化させることで、屈折率変調部の割
   合を制御するようにしたことを特徴とする光フィルタの
   製造方法。
2. 【請求項２】 位相マスクと光感光性ファイバホルダと
   の位置関係を、始めから傾きを持たせ、徐々に平行とな
   るよう移動させ、始めと逆の傾きを持つようにさせて終
   了することで、グレーティング領域において、１周期中
   の屈折率変調部の割合を制御するようにしたことを特徴
   とする請求項１記載の光フィルタの製造方法。
3. 【請求項３】 位相マスクと光感光性ファイバホルダと
   の位置関係を、平行から、徐々に傾きを持たせるように
   移動させ、またその傾きを周期の長い側が大きく傾くよ
   うにさせることで、チャープグレーティングにおいて、
   各周期の１周期中の屈折率変調部の割合を制御するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の光フィルタの製
   造方法。