JPH11504123A - チャープ型光ファイバ格子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光ファイバの一部の断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分をエッチングするステップと、上記ファイバの上記部分上に均一なピッチの格子をインプレスするステップとを含み、上記インプレスステップ及びその後の上記格子の使用中、上記ファイバの上記部分には、異なるそれぞれの長手方向への力が加わるようにした、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】 チャープ型光ファイバ格子 本発明は、チャープ型光ファイバ格子に関する。 光ファイバのブラッグ（Bragg）格子は、光ファイバのクラッド部分（光を封 じ込める低屈折率領域）、又は光ファイバのコア（光を導く高屈折率領域）、或 いはその双方にインプレスされた、周期的な屈折率の変調部分である。格子をイ ンプリントするためには、適当なファイバは、通常、感光性コア、感光性クラッ ド部分、又はその双方を有する。その屈折率を（通常、これらの目的のため、恒 久的に）光線により変調できるガラスは感光性である。 二酸化ケイ素系の光ファイバの場合、特定の量のゲルマニウムを含めるだけで コアを感光性にすることができ、このことは、また、導波管を形成し得るように コアの屈折率を増大させるという望ましい効果がある。この二酸化ケイ素系のク ラッド部分は、通常、書き込みビームに対して透明であり、ファイバの側部から のコアへのアクセスを容易にする。 ファイバのコアのみが感光性であるこの技術の従来の例において、一つのイン プリント技術は、ファイバの側部を２つのコヒーレントな干渉性の光ビームに露 呈させることを含む。この格子のピッチは、その格子の長さに沿って一定であり 、その２つのビーム間の角度を変化させることで便宜に調節することができる。 この場合の「書き込みビーム」は、約240ｎｍ（ナノメートル）の波長の光線と することができる。感光性ファイバを使用することで、光パワーの大部分はコア 内を伝送されるから、屈折率の変調と案内される光の伝送モードとの空間的重な り合いを大きくすることができる。 ファイバ格子を書き込むもう一つの従来から提案された方法は、フェーズマス クを使用する技術である。このフェーズマスクは、その上に多数の溝が規則的に 平行に書き込まれた二酸化ケイ素の板であり、このフェーズマスクに光線を当て たとき、このフェーズマスクの後方のスペース内に規則的なパターンの像が複製 される。ファイバの感光性領域内に、格子がインプリントされるように、感光性 ファイバをフェーズマスクの後方に配置することができる。 非チャープ型ファイバ格子の顕著な特徴は、その格子のピッチの特徴である、 特定の共鳴波長（ブラッグ波長）の光のみを反射させる点である。これは、狭小 帯域のデバイスとして、ファイバレーザ用の反射器（特に、単周波数のファイバ レーザ用）、帯域遮断フィルタ、帯域−透過フィルタ、又はファイバセンサのよ うな多くの用途がある。 「チャープ」型格子は、その格子の長さに沿ってブラッグ波長が変化する格子 である。チャープ型格子は、その長さに沿った異なる位置にて波長の異なる光を 反射させる。この強力な拡散特徴を使用して、光ファイバリンクの拡散を補償し （以下の文献１、２）、また、光パルスの形状を設定することができる。また、 ファイバ及び半導体レーザにおいて、広帯域の反射器としてチャープ型格子を使 用することもできる。 チャープ型格子を製造する２つの主な方法がある。即ち、（ｉ）均一な格子を 「後からチャープする」方法、（ii）格子の書き込み中、チャープを導入する方 法である。 ブラッグ波長（λ_g）は、λ_g＝２ｎ_effΛで求められ、ここで、ｎ_effは伝送す る光モードの有効屈折率であり、Λは格子ピッチであり、このため、その長さに 沿った有効モード率、又は格子ピッチの何れかを変化させることにより、格子に チャープすることができる。 書き込み中に、チャープを導入するためには、第二の露出を使用して、格子に 沿って有効モードの屈折率を変化させる方法（以下の文献１）、ファイバを曲げ ることにより、格子に沿って格子ピッチを変化させる方法（以下の文献３）、フ ァイバコアにテーパーを付けることにより格子に沿って有効モードの屈折率を変 化させる方法（以下の文献４）、チャープ型フェーズマスクを使用することによ り格子に沿って格子のピッチを変化させる方法（以下の文献５）、及び２つの干 渉ビームを異なる程度に収束させることによりその格子に沿って格子ピッチを変 化させる方法（以下の文献６）のような幾つかの技術が実証されている。しかし ながら、チャープ型フェーズマスクを使用する技術（以下の文献５。自由度に欠 ける技術）を別にして、制御可能なチャープを得るためには、通常、多くの困難 さ を伴う。 ある温度（以下の文献７）、又は歪み勾配（以下の文献８）は、均一な格子を 後からチャープするために適用することができる。この温度、又は歪み勾配は、 格子の長さに沿って有効モードの屈折率及び格子ピッチの双方を変化させる。あ る温度勾配のとき（以下の文献７）、十分な制御可能性が得られることが実証さ れているが、大きいチャープ（Δλ_g／λ_g＝8.86×10^-6ΔＴ、ここで、ΔＴは、 変化温度℃であり、このため、1.55μｍ（マイクロメートル）の波長のとき、１ ｎｍのチャープを得るためには、約70℃のΔＴが必要とされる）を形成するため には、高温度が必要とされ、線形のチャープ（即ち、反射した波長と格子に沿っ た位置との間の線形の関係）以外のチャープのプロファイルを得ることは極めて 難しい。歪み勾配（以下の引例２）を付与するため、片持ち状の配置により良好 な歪み−チャープ型格子が実証されているが、この方法は、曲げに起因する複屈 折のため、分光の影響を受け易い可能性がある。また、線形チャープ以外のチャ ープを製造し、また、チャープ型の格子を包装することも難しい。 本発明は、チャープ型の光ファイバ格子を製造する方法にして、 光ファイバの一部分の断面積を変化させ得るように光ファイバのグラッド部分 をエッチングするステップと、 ファイバの部分上に均一なピッチの格子をインプリントするステップとを含み 、 インプリントステップ、及び格子を使用するその後のステップ中、光ファイバ の当該部分に対してそれぞれの相違する長手方向への力が加わるようにした、製 造方法を提供するものである。 本発明の実施の形態による方法において、ファイバのクラッド部分のテーパー は、エッチング法により形成され、このエッチング法は、融着テーパー付け法と 比べて、ファイバコアを比較的影響を受けない状態に保つ。次に、次の２つの力 付与方法の一方により、ファイバコア上に均一な格子がインプリントされる。 （ｉ）ファイバに一時的な力（その力は、その後に、緩められる）が加わる間 に、格子がインプリントされる方法； （ii）ファイバに力を加えずに、格子をインプリントする。次に、使用中のフ ァイバに長手方向への力が付与される方法。 その何れの場合でも、均一な力に起因する局所的な応力の変化は、そのファイ バ（クラッド部分を含む）の局所的な断面積によって決まり、このため、ファイ バに沿って外部から歪み勾配を付与することなく、上記の方法の何れかによって 、応力に関係したチャープを形成することができる。 この方法は、ファイバの予張力、ファイバの後張力、又はファイバのテーパー のプロファイルを変化させることにより、格子の性質を変化させ、しかも、制御 性が犠牲にならないようにすることができる点にて自由度がある。この方法は、 形成される格子を分光の影響を受け易いものにする技術（片持ち状に曲げる技術 のような）を利用しない。 この方法によれば、形成される装置を能動的に制御することを必要とせずに、 広い範囲に亙るチャープ特性を得ることができる。 一つの実施の形態において、ファイバの当該部分には、格子をその後に使用す る間よりもインプレスステップ中にて、より大きい長手方向の力が作用するよう にする。特に、そのファイバ部分には、その後に格子を使用間に、長手方向への 力が略零であるようにすることが好ましい。その結果、応力に起因するチャープ と、ファイバを延長させることに起因するチャープとの矛盾のため、顕著にチャ ープされた格子となる可能性がある（それは、ファイバには、使用中、応力が加 わらないからである）。また、この格子は、略応力無しの状態に実装することが できる。加えられた力は、圧縮力であるが、少なくともインプレスステップ中、 ファイバの当該部分には、長手方向への延伸力が加わることが好ましい。 別の実施の形態において、このファイバ部分に加わる長手方向への力は、その 後に格子を使用する間よりも、インプレスステップ中の方が小さい。特に、この ファイバ部分には、インプレスステップ中、長手方向への力が略零があることが 好ましい。この場合にも、その後の格子のの使用中に加わる力は圧縮力であるが 、そのファイバ部分には、少なくともその後のファイバの使用中に、長手方向へ の延伸力が加わることが好ましい。 適当なファイバの断面プロファイルを使用して、非線形のチャープ型格子を製 造することが可能であるが、線形のチャープ型格子を製造するためには、その光 ファイバのエッチング部分は、ファイバに沿った距離に伴う断面積に対して逆比 例して略線状に変化することが好ましい。 このエッチングステップは、次のステップを含むことが好ましい。 ２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャント 層を有するエッチング浴内にファイバを吊り下げるステップと、 クラッド部分のエッチャント層が時間と共にファイバに沿って長手方向に動く ように、ファイバとエッチング浴とを相対的に動かすステップとである。 未被覆のファイバを使用してよいが、ファイバが被覆されている場合、この方 法は、吊り下げるステップの前に、ファイバの少なくとも当該部分から被覆を除 去するステップを含めることが好ましい。 各種のエッチャントが採用可能であるが、好適な実施の形態において、クラッ ド部分のエッチャントは、フッ化水素酸の水溶性溶液を含むものである。 その非エッチング液体層の少なくとも１つは、約10％のジクロロトルエンを有 するデカヒドロナフタリンを含み、且つ／又は非エッチング液体層の少なくとも 一方は、トリクロロエチレンを含むものとする。 このエッチング層の厚さは、何らかの方法にて、エッチング速度とエッチング 分解能との妥協によるものである。過度に薄い層であるならば、エッチング時間 が極めて長くなり、また、その他の層との境界混合が顕著となる可能性があるた め、エッチングの精度が低下する。代替的な好適な実施の形態において、クラッ ド部分のエッチャント層は、約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲の厚さであり、又は、 クラッド部分のエッチャント層の厚さは、ファイバ部分の長さよりも厚いように する（例えば、25ｍｍの部分の場合、約40ｍｍの厚さとする）。 例えば、格子が特定の通信装置における精密な特性に適合するようにするため には、その後の格子の使用中に、その部分に付与される長手方向への力が、格子 の応答性を調節し得るように可変であることが好ましい。 また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイ バの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチング するステップと、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加える ステップと、光ファイバの当該部分に均一なピッチの格子をインプレスするステ ップと、その長手方向への力を緩和するステップとを含む、製造方法を提供する も のである。 また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイ バの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチング するステップと、該ファイバ上に均一なピッチの格子をインプリントすることと 、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加えるステップとを含 む、製造方法を提供するものである。 また、本発明は、チャープ型の光ファイバ格子の製造方法であって、光ファイ バの一部分の断面積を変化させるために光ファイバのクラッド部分をエッチング するステップと、その光ファイバ部分に対して零以上の長手方向への力を加える ステップと、光ファイバの当該部分に均一なピッチの格子をインプレスするステ ップとを含む、製造方法（及び当該方法により製造されたファイバ）を提供する ものである。この場合、その後の格子の使用中、長手方向への力を保つことがで きる。 また、本発明は、光ファイバの一部にテーパーを付する方法であって、 ２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャント 層を有するエッチング浴内にファイバを吊り下げるステップと、 クラッド部分のエッチャント層が時間の経過に伴って長手方向に動くように、 ファイバとエッチング浴とを相対的に動かすステップとを含む、方法を提供する ものである。 また、本発明は、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために、光ファイ バのクラッド部分をエッチングすることと、光ファイバの部分上に均一なピッチ の格子をインプレスすることとを含み、インプレスステップ中、及びその後の格 子の使用中に、そのファイバ部分に対して異なる長手方向への力を加えることに より製造されるチャープ型の光ファイバ格子を提供するものである。 また、本発明は、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために光ファイバ のクラッド部分をエッチングすることと、当該光ファイバ部分に対して零以上の 長手方向への力を加えることと、光ファイバ部分上に均一なピッチの格子をイン プレスすることと、その長手方向への力を緩和することにより製造される、チャ ープ型の光ファイバ格子を提供するものである。 また、本発明は、光ファイバの一部分の断面積を変化させるために光ファイバ のクラッド部分をエッチングすることと、当該ファイバの部分上に均一なピッチ の格子をインプレスすることと、当該光ファイバの部分に対して零以上の長手方 向への力を加えることとにより、製造されるチャープ型の光ファイバ格子を提供 するものである。 また、本発明は、光ファイバの伝送媒体と、該伝送媒体の拡散を補償し得るよ うにこの光ファイバの伝送媒体に結合された、上述のチャープ型の光ファイバ格 子とを備える、光伝送リンクを提供するものである。 また、本発明は、 光トランスミッターと、 光レシーバと、 光トランスミッターと光レシーバとを連結する光ファイバ伝送媒体と、 伝送媒体の拡散を補償し得るように光ファイバの伝送媒体に結合された、上述 のチャープ型の光ファイバとを備える、光通信装置を提供するものである。 また、本発明は、２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられた光ファイバ クラッド部分のエッチャント層から成る光ファイバエッチング浴を提供するもの である。 上述した本発明の各種の形態の好適な特徴は、本発明のその他の形態にも同様 に当て嵌まるものである。 以下に、全体を通じて同様の部品は同様の参照符号で表示する添付図面を参照 しつつ、一例として、本発明に関して説明する。添付図面において、 図１は、エッチング浴の概略図である。 図２ａ乃至図２ｄは、図１のエッチング浴を使用してテーパーが付けられたフ ァイバを使用して格子を書き込む２つの技術の概略図である。 図３は、線形のチャープ型ファイバ格子を形成する多数の可能なファイバの輪 郭を示す概略図である。 図４は、力を緩めた後に、特定のチャープ特徴を実現するのに必要とされる書 き込み中に付与すべき力及びテーパーの程度を示す概略図的なグラフである（こ のグラフ及び以下のその他の概略図的なグラフにおいて、チャープの特徴は、中 心波長（λ_o）が1.55μｍであるとして示してある）。 図５は、後延伸技術を使用して達成された実験結果を示す概略図的なグラフで ある。 図６は、付与された張力に対して、後延伸させた格子の総チャープを示す概略 図的なグラフである。 図７は、予延伸技術を使用して達成された実験結果を示す概略図的なグラフで ある。 図８は、付与された張力に対して、予め延伸された格子の総チャープを示す概 略図的なグラフである。 図９は、チャープ型格子を使用する光通信装置を示す図である。 図１０は、張力下にてファイバ格子を保持する包装体を示す概略図である。 以下に説明する実施の形態において、ファイバの長さに沿って異なるエッチン グを施すことにより、光ファイバの外側クラッド部分にテーパーが付与される。 このファイバのコアは、実質的にこの工程による影響を受けない。このテーパー は、フッ化水素酸（ＨＦ）浴を通るファイバの動きを制御することにより、エッ チングが施される。次に、予張力をファイバに加えずに、又は多少の予張力を加 えた状態で通常の方法により格子をそのテーパー上に書き込むことができる。こ うした代替的な方法は、「方法Ａ」及び「方法Ｂ」と称する。方法Ａ 書き込み中、ファイバ上に予張力が全く加えられないとき（この方法は、以下 に、方法Ａと称する）、その格子は、その書き込んだままの状態ではチャープさ れないが、その後に、ファイバに力を加えたときにチャープされる。これは、そ の力がテーパー上に歪み勾配を形成するからである（その理由は、局所的な歪み は、ファイバの直径に依存するためである）。一方、この歪み勾配の結果、いわ ゆる「応力−光」効果によりテーパー上に屈折率勾配が生じる。また、単純なフ ァイバの延長効果（局所的な直径に依存するファイバの延伸）によってテーパー 付き部分に沿ってこの格子のピッチが変化するようにされる。 実際には、格子の露出中、ファイバを真っ直ぐに且つ固定状態に保持するため には、僅かな張力を加える必要があるが、かかる僅かな張力は、格子の特性にと っ て重要ではなく、本明細書において力は実質的に存在しないものとして取り扱う 。方法Ｂ 方法Ｂにおいて、格子の書き込み中、テーパー付きファイバに力が加えられ、 その後に除去される。 書き込み中に力が加えられると、ファイバに沿った歪み勾配のため、格子がチ ャープされる。このチャープは、歪み勾配（応力光効果）による屈折率の変化の 結果である。しかしながら、この場合、テーパー上にてこの格子のピッチは変化 しない。 この格子はこの（張力状態の）形態にて使用される。しかしながら、その後に 、力を除去すれば、歪み勾配と共に、応力光効果に伴うチャープが失われるが、 当初の応力勾配と異なる状態にてテーパーの異なる部分が緩るむに伴って別のチ ャープが形成される（これは、実際には、延長効果とは逆のものである）。 方法Ａに関して上述したように、実際には、使用のため最終的に実装するとき 、ファイバを真っ直ぐに且つ静止状態に保持するためには、僅かな張力を加える 必要がある。しかしながら、かかる僅かな張力は、格子の性質にとって重要では なく、本明細書において、力は実質的に零であるとして取り扱う。 次に、図１を参照する、エッチング浴１０は、トリクロロエチレン層３０と、 水溶性のフッ化水素酸層４０（32％）と、10％のジクロロトルエンを有するデカ ヒドロナフタリン層５０とを含む、ビーカー２０を備えている。エッチング処理 すべき感光性の光ファイバ６０は、レトルトスタンド９０上に支持されたガラス 管７０、０により３つの層３０、４０、５０を通じて導かれる。このビーカー２ ０は、プラットフォームによって支持されており、このプラットフォームは、プ ログラム化可能なモータコントローラ１２０の制御の下、高精度モータ（ステッ パモータのような）１１０によって駆動されるねじ式接続部１００によって垂直 方向に動かすことができる。 層４０に対して適当な厚さを選択するためには、２つの代替的な方法がある。 その一つの方法において、層４０は、約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲の厚さである ことが好ましい。この比較的薄い層は、高エッチング分解能を提供し、ファイバ 直径が瞬間的に増大し、又は縮小せずに製造されるようにする、エッチング後の プロファイルを許容する。その一つの代替的な方法において、この層４０は、必 要とされる実際のテーパー長さよりも厚くすることができ、次に、層４０からフ ァイバをゆっくりと引き出すことができる。この場合、層４０は、例えば、25ｍ ｍの長さのテーパーの場合、例えば、40ｍｍの厚さとすることができる。 ファイバをエッチングする前に、その前にファイバに付与された全ての被覆は 除去する。かかる被覆は、全体として、ポリマー、アクリレート、又はプラスチ ック材料であり、ファイバをスクレープするか、又はジクロロメタン及びアセト ン、50対50から成る混合体のような溶剤を使用することにより、被覆を軟化させ るような十分に確立した技術により除去することができる。次に、そのファイバ の長さに沿って強固に拭き取ることにより、その軟化した被覆を除去することが できる。勿論、これと代替的に、当初の被覆工程が為される前に、ファイバをエ ッチングしてもよい。 ファイバ６０の外側クラッド材に所望のプロファイルのテーパーを形成するた めに、エッチング浴１０が使用される。ファイバをエッチング浴に浸漬させ、次 に、制御された速度にてビーカー２０を上下に動かすことによって、このテーパ ーが付与される。エッチングは、ＨＦ層４０にのみ施される。その他の２つの層 ３０、５０は、適当な高密度及び低密度を有する、比較的不活性なバッファーオ イルに過ぎず、フッ化水素酸層４０を保持し且つテーパーの両端にてファイバの 直径を十分に制御する。このエッチング速度は、時間と共に、直線的であり、こ のため、ＨＦエッチング層４０（上述）の厚さ（高さ）の選択に従って、ビーカ ー２０の垂直方向への動きを制御することにより、任意の所望のテーパープロフ ァイルを形成することができる。 当該技術において、テーパーを付与し得るように、ファイバのクラッド部分を エッチングして除去する。融着テーパー付け技術（ファイバが加熱され且つテー パーを付与し得るように延伸される）と比べて、ファイバのコアは、図１に示し た工程により略影響を受けることはない。 同一のテーパープロファイルを有するファイバのバッチは、図１に示したエッ チング浴を使用して、同時にエッチングを施すことができる。一例としての32％ のＨＦ溶液は、室温（17.5℃）にて約1.07μｍ／分の速度にてファイバの直径を 縮小させる。このため、それぞれ125μｍ及び60μｍの大径端及び小径端を有す るテーパー部分を形成するのに約１時間かかる。より濃いＨＦ溶液、又はより高 温の溶液を使用するならば、所要時間は、より短くて済む。 テーパーが付与されたならば、チャープ型の格子を形成するため、２つの異な る方法を使用することができる。上述したように、これらは、本明細書において 、方法Ａ及び方法Ｂと称する。 図２ａ及び図２ｂは、方法Ａの工程ステップの概略図である。方法Ａにおいて 、上述した２つの技術の何れかにより、ファイバに顕著な予張力が加えられるこ とがなく、ファイバ６０のテーパー付き部分上に均一な格子１３０が書き込まれ る。次に、ファイバ６０には、長手方向への張力１４０が加えられ（使用時）、 局所的な歪みはファイバの断面積に依存すると事実から、格子に沿って歪み勾配 が形成されるようにする。このことは、例えば、図１０に概略図で示すように、 格子をクランプ装置内で包装することにより達成可能である。この場合、ファイ バ６０は、クランプ５００により、長手方向への張力が加わる間に、基板５１０ にクランプ止めされる（勿論、これと代替的に、格子は、ファイバを張力状態に 保持する材料中に封止し、又はファイバの長さに沿って基板にクランプ止めして もよい。この基板は、格子を調節し得るように可変の張力を提供するにようにＰ ＺＴ要素としてもよい）。歪み勾配の結果、有効モードの屈折率及び格子のピッ チの双方がその長さに沿って変化するため、この格子はチャープ型となる。 この技術において、ファイバに加わる長手方向力１４０をＦとするならば、フ ァイバの半径ｒにてブラッグ波長Δλ_gの局所的な変化は次式のようになる。 Δλｇ／λｇ＝Ｆ／（πＥｒ²）−χ（Ｆ／（πＥｒ²）） (1) ここで、Ｅは、ヤング弾性率、χは、二酸化ケイ素の場合、0.22である。第一 の項は格子のピッチの変化（ファイバの延長化効果）に基づくものであり、第二 の項は、応力光効果による屈折率の変化に基づくものである。この応力光効果は 、逆の符号を有するため、ファイバの延長化効果からチャープ部分を打ち消すも のである。 図２ｃ及び図２ｄは、方法Ｂにおける工程プロセスの概略図である。この場合 、 ファイバに対し長手方向への予張力１５０が加わる間に、ファイバ６０のテーパ ー付き部分の上に均一なピッチの格子が書き込まれる。長手方向への張力が保た れる間に、そのテーパーの長さに沿った屈折率勾配のため、形成される格子がチ ャープされる一方、その屈折率勾配は、歪み勾配により生ずる。 書き込み後に、ファイバの予張力が除去されると、歪み勾配が失われる。これ により、屈折率勾配に起因して存在するチャープが除去される。しかしながら、 予張力を除去すると、別のチャープが形成される。これは、歪み勾配の除去に伴 いファイバは不均一に緩むため、格子ピッチが最早均一でないたくなるからであ る。このため、形成される格子は、長手方向への力を必要とせずにチャープされ 、従って、装置は、長手方向への静止力が存在せずに（即ち、「力が存在しない 状態」で）包装することができる。 この方法におけるこの応力光効果は、最終製品に対して何らの働きもせず、こ のため、等式１の第一の項のみが残る。このように、全体的なチャープは、付与 された力が等しいとき、方法Ａの場合よりも大きい。 方法Ｂにおいて、チャープ型格子は、力が存在しない状態で包装することがで きる。また、方法Ｂにおいては、同一の力を加えた場合、方法Ａの場合よりも大 きいチャープが形成され、それは、方法Ａにおける応力光効果は、延長化効果に 対し逆の符号を有し、延長化効果の一部を打ち消すからである。 線形のチャープ型格子を製造するためには、ファイバの断面積が距離に反比例 して直線状に依存することが必要となる。 １/(ｒ²(ｚ))＝１/ｌ{１/(ｒ²(ｌ))−１/(ｒ²(ｏ)}ｚ＋１/(ｒ²(ｏ)) (2) ここで、ｌはテーパーの長さ、ｒ（ｚ）は軸方向部分ｚにおけるファイバの半 径である。 図３は、線形のチャープ型ファイバの格子を製造することが可能なテーパープ ロファイルの一部を示す概略図的なグラフである。 「総チャープ」をチャープ型格子の両端におけるブラッグ波長の差と定義する ならば、方法Ａの場合、総チャープは、次式で与えられる。 総チャープ＝((１−χ)Ｆλ_o)/(πＥ){１/(ｒ²(ｌ))−１/(ｒ²(ｏ))} (3) ここで、λ_oは、チャープ型格子の中心波長である。 方法Ｂに対する総チャープの値を得るためには、等式３にて、χ＝Ｏに設定す るだけでよい。 付与された力の程度が等しい場合、より大きいチャープを形成するためには、 ｒ（ｏ）とｒ（ｌ）との差を大きくする必要がある。ｒ（ｏ）＝125μｍの場合 、８ｎｍ、４ｎｍ、２ｎｍ、１ｎｍ及び0.5ｎｍという、特定の総チャープの値 を得るために、方法Ｂの場合に必要とされる力Ｆ及びｒ（ｌ）は、図４に示して ある。 この付与された力が変化すると、総チャープ及び中心反射波長の双方が変化す る。この効果は、装置を調節するために使用することができる。ファイバは、通 常、長手方向への力に起因して数パーセント程度、延びる。60μｍのファイバを １％伸長させるのに必要な力は、約２ニュートンであり、従って、５ｎｍのチャ ープは、容易に実現可能である。 また、上述した技術を使用して、非線形のチャープ型格子（平行四辺形のチャ ープ型格子のような）に対するテーパープロファイルも可能である。 図５は、延伸後の技術（方法Ａ）を使用した場合の実験結果を示す概略図的な グラフであり、図６は、付与された長手方向への力に対するかかる延伸後の格子 の総チャープを示す概略図的なグラフである。 図５において、付与された長手方向への力、０ｇ（グラム−力）、12.7ｇ、25 .0ｇ、37.4ｇ、47.3ｇ、65.7ｇ及び87.9ｇに対して、反射した光信号の曲線がプ ロットされており、ここで、１ｇは約9.81×10^-3ニュートンである。こうした曲 線は、図５の挿入図に示すように、テーパープロファイル２００の25ｍｍの長さ に亙ってテーパーを付与したファイバについて得たものである。この格子は、テ ーパー付き領域内で長さ21ｍｍのファイバに対しフェーズマスクを使用して形成 されたものである。 図６には、上述の７つの値の力を付与して得られた総チャープが図示されてい る（ｎｍ単位）。また、付与された力と総チャープとの理論的な関係も示されて いる。チャープの測定値は、予想通りに負荷に依存する線形となるが、上述の理 論から予測される値よりも約30％小さいことを示す。しかしながら、図６のグラ ムは、所望のチャープ特性を得るために必要とされる特性の値を求めるために使 用することができる。 図５の挿入図は、所望のテーパープロファイルを達成するためにエッチング工 程が十分に制御可能であることを示す。図５及び図６を得るために行った実験に おいて、６つ乃至８つのテーパーのバッチを同時に試験した。十分な反復性及び 均一さが確認された。32％のＨＦ溶液でテーパー２００を形成するためには、約 50分かかった。 図７は、予延伸技術（方法Ｂ）を使用して得られた実験結果を示す概略図的な グラフである一方、図８は、付与された力に対するかかる予延伸した格子の総チ ャープを示す概略図的なグラフである。図７及び図８に使用した力の値は、０ｇ 及び94ｇである。使用したテーパープロファイル２１０は、図７の挿入図に図示 されている。この場合にも、使用された格子は、25ｍｍのテーパーの範囲内で約 21ｍｍの長さのものである。 付与された力に対する総チャープの理論的な予測値は、図８に実線で示してあ り、同様に、測定値の略30％以上である。この差の理由は、光ファイバ中のドー プ被覆有りの二酸化ケイ素は、ドープ被覆無しの二酸化ケイ素のヤング弾性率と 異なる値を有するから、予測に使用したファイバのヤング弾性率の値が実際の値 でないからである。 図９には、チャープ型ファイバ格子の一つの可能な用途を具体化する光通信装 置が図示されている。 図９において、レーザと、レーザ出力を直接に又は間接的に変調させる手段と 、光増幅器とを備えることのできる光トランスミッター３００が、電気的データ の入力信号に依存して、変調された光信号を発生させる。この光出力信号は、あ る特徴的な拡散を呈する一本の光ファイバ３１０に沿って進む。３ｄＢ（デシベ ル）のファイバカプラー３２０がファイバ３１０から光信号を受け取り、また、 その両ポートにてチャープ型格子３３０と、端子３４０とを有し、その他方のポ ートに光レシーバと、復調器３５０とを有している。該レシーバ及び復調器３５ ０は、３ｄＢカプラーから受け取る光信号に依存する、電気データの出力信号を 発生させる。 以下の図２に示すように、このチャープ型格子は、光ファイバ３１０の拡散の 全部、又はその一部を補償することができる。 この格子は、光トランスミッター及びレシーバと共に使用すべく光ファイバ伝 送リンク内に組み込むこともできる。かかるリンクは、（例えば、３ｄＢカプラ ー３２０により）一本の光ファイバ３１０に結合された格子を備えるようにして もよい。 上述の実施の形態は、テーパー付きファイバに予又は後延伸力が加えられた場 合に関するものである。しかしながら、この技術は、ファイバに対し圧縮力が加 えられる場合にも同様に適用可能である。例えば、ファイバは、上述した技術を 使用してテーパーを付け、次に、長手方向への力を略加えずに、格子をインプレ スし、その後、以下の文献９に記載されたステッパモータ技術の一つを使用して ファイバを圧縮することができる（この文献は、二酸化ケイ素が圧縮力を加えた とき、張力を加えた場合よりも、23倍も丈夫であるため、この圧縮が有利である と記している）。これと代替的に、上述した方法Ｂと異なり、格子のインプレス 中、ファイバを圧縮するため、ステッパモータ装置を使用してもよい。更に別の 代替的な配置において、方法Ａに従ってファイバをエッチングし、格子をインプ レスしてもよく、凝固するときに収縮して、ファイバ格子を長手方向に圧縮する 溶融プラスチック又はガラス基板内に形成されるファイバを植え込んでもよい。 最後に、上述した実施例は、主として、書き込み中、又はその後にファイバを 使用する間の力の何れもが略零である、力の状態に関するものであるが、この技 術は、その２つの段の間に付与される長手方向への力が異なる場合（即ち、その 何れも略零でない場合）にも同様に適用可能であることが理解される。例えば、 その場合、方法Ａを使用して形成された格子は、その後にその格子を使用する間 に、可変の長手方向への力（異なるが、零以上の力）を付与することで調節する ことができる。 刊行文献 １．Ｋ.Ｏ.ヒル（Hill）、Ｆ.ビロードウ（Bilodeau）、Ｂ.マロー（Malo）、 Ｓ.テリアルト（Theriault）、Ｄ.Ｃ.ジョンソン（Johnson）及びＪ.アルバート （Albert）、1994年の「光ファイバの拡散を補償する、チャープ型ファイバ内の ブラッグ格子（Chirped in-fibre Bragg gratings for compensation of optica l-fibre dispersion）」、オプティクス・レターズ（Optics Letters）19、1314 −1316頁。 ２．Ｄ.ガレース（Garethe）、Ｗ.Ｓ.リー（lee）、Ｒ.Ｅ.エプワース（Epwor th）、Ｔ.ブリチャーズ（Brichers）及びＣ.Ｐ.チュウ（Chew）、「1.6Ｔビット ／s.Kmのビット速度長さを有するファイバ格子に基づく実際的な拡散均等器（Pr actical dispersion equaliser based on fibre gratings with a bit rate len gth product of 1.6 Tbits/s.Km）」、ＥＣＯＣ'94、ＰＤペーパー、11頁。 ３．Ｋ.スージャン（Sugden）、Ｉ.ベニオン（Bennion）、Ａ.モロニー（Molo ny）及びＮ.Ｊ.クーパー（Cooper）、1994年の「露出中のファイバの変形により 感光性光ファイバに形成されたチャープ型格子（Chirped gratings produced in photosensitive optical fibres by fibre deformation during exposure）」 、エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters）30（5）、440−442頁。 ４．Ｋ.Ｃ.バイロン（Byron）、Ｋ.スージャン、Ｔ.ブリチェノ（Bricheno） 及びＩ.ベニオン、1993年の「感光性ファイバにおけるチャープ型ブラッグ格子 の製造（Fabrication of chirped Bragg gratings in photosensitive fibre） 」、エレクトロニクス・レターズ29、1659−1670頁。 ５．Ｒ.カシヤップ（Kashyap）、Ｐ.Ｆ.マッキー（Mckee）、Ｒ.Ｊ.キャンプ ベル（Campbell）及びＤ.Ｌ.ウィリアムズ（Williams）、1994年の「全ファイバ の光励起によるチャープ型格子の新規な製造方法（Novel method of producing all fibre photoinduced chirped gratings）」、エレクトロニクス・レターズ3 0（12）、996−998頁。 ６．Ｍ.Ｃ.フェリーズ（Farries）、Ｋ.スージャン、Ｄ.Ｃ.Ｊ.レイド（Reid ）、Ｉ.ベニオン、Ａ.モロニー及びＭ.Ｊ.グッドウィン（Goodwin）、1994年の 「増幅マスクを使用して製造された極めて広い反射帯域幅（44nm）チャープ型フ ァ イバ格子、及び狭小帯域幅フィルタ（Very broad reflection bandwidth（44nm ）chirped fibre gratings and narrow bandpass filters produced by the use of an amplitude mask）」、エレクトロニクス・レターズ30、891−892頁。 ７．Ｊ.ルーゾン(Lauzon)、Ｓ.ティボルト（Thibault）、Ｊ.マーチン（Marti n）、Ｆ.クォレッタ（Quellette）、1994年の「温度勾配により線形チャープさ れたファイバブラーグの具体化及びその特徴（Implementation and characteris ation of fibre Bragg gratings linealy chirped by a temperature gradient ）」、オプティクス・レターズ19、2027−2029頁。 ８．Ｐ.Ｃ.ヒル（Hill）及びＢ.Ｊ.エグレトン（Eggleton）、1994年の「ファ イバブラッグ格子の歪み勾配チャープ（Strain gradient chirp of fibre Bragg gratings）」、エレクトロニクス・レターズ30（14）、1172−1174頁。 ９．Ｇ.Ａ.ボール（Ball）、Ｗ.Ｗ.モーリー（Morey）、1994年の「圧縮を調 節した、単周波数ブラッグ格子ファイバレーザ（Compression-tuned single-fre quency Bragg grating fibre laser）」、オプティクス・レターズ23(19)、1979 −1981頁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドン，リャン イギリス国サザンプトン エスオー16・３ エヌエックス，バセット，コッパーフィー ルド・ロード 20 (72)発明者 クルス，ホセ・ルイス スペイン王国エー−46560 ヴァレンシア, マッサルファッサル，カルレ・サン・ロレ ンソ ヌメロ 26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．チャープ型の光ファイバ格子の製造方法にして、 光ファイバの一部の断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分を エッチングするステップと、 前記ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスするステップと を含み、 前記インプレスステップ及びその後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記 部分には、異なるそれぞれの長手方向への力が加わるようにした、製造方法。 ２．請求項１に記載の製造方法にして、 前記インプレスステップ及びその後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記 部分には、より大きい長手方向への力が加わるようにした、製造方法。 ３．請求項２に記載の製造方法にして、 その後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記部分には、長手方向への力が 実質的に加わらないようにした、製造方法。 ４．請求項２又は３に記載の製造方法にして、 少なくとも前記インプレスステップ中、前記ファイバの前記部分には、長手方 向への延伸力が加わるようにした、製造方法。 ５．請求項１に記載の製造方法にして、 前記ファイバの前記部分には、前記インプレスステップ中の方が、その後の前 記格子の使用中よりもより小さい長手方向への力が加わるようにした、製造方法 。 ６．請求項５に記載の製造方法にして、 前記インプレスステップ中、前記ファイバの前記部分には、長手方向への力が 実質的に加わらないようにした、製造方法。 ７．請求項５又は６に記載の製造方法にして、 少なくともその後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記部分には、長手方 向への延伸力が加わるようにした、製造方法。 ８．請求項１乃至７の何れかに記載の製造方法にして、 前記光ファイバの前記エッチング部分が、前記ファイバに沿った距離に対する 断面積の逆数として略線形に変化するようにした、製造方法。 ９．請求項１乃至８の何れかに記載の製造方法にして、 前記エッチングステップが、 ２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャン ト層を有するエッチング浴内に前記ファイバを吊り下げるステップと、 前記クラッド部分のエッチャント層が、時間の経過に伴い前記ファイバに関し て長手方向に動くように、前記ファイバと前記エッチング浴とを相対的に動かす ステップとを含む、製造方法。 １０．請求項９に記載の製造方法にして、 前記吊り下げステップの前に、前記ファイバの少なくとも前記部分から被覆を 除去するステップを含む、製造方法。 １１．請求項９又は１０に記載の製造方法にして、 前記クラッド部分のエッチャントがフッ化水素酸の水溶液から成る、製造方法 １２．請求項１１に記載の製造方法にして、 前記非エッチング液体層の少なくとも１つが、約10％のジクロロトルエンを有 するデカヒドロナフタリンから成る、製造方法。 １３．請求項１１又は１２に記載の製造方法にして、 前記非エッチング液体層の少なくとも１つがトリクロロエチレンから成る、製 造方法。 １４．請求項９乃至１３の何れかに記載の製造方法にして、 前記クラッド部分のエッチャント層が約３ｍｍ乃至約10ｍｍの範囲の厚さであ る、製造方法。 １５．請求項９乃至１３の何れかに記載の製造方法にして、 前記クラッド部分の前記エッチャント層の前記厚さが、前記ファイバの前記部 分の前記長さを上廻る、製造方法。 １６．請求項１乃至１５の何れかに記載の製造方法にして、 その後の前記格子の使用中、前記格子の応答性を調節すべく前記部分に加わる 前記長手方向への力を変化させるステップを含む、製造方法。 １７．チャープ型の光ファイバ格子の製造方法にして、 光ファイバの一部の断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部分を エッチングするステップと、 前記光ファイバの前記部分に零以上の長手方向への力を加えるステップと、 前記光ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスするステップ と、 前記長手方向への力を緩めるステップとを含む、製造方法。 １８．チャープ型の光ファイバ格子の製造方法にして、 光ファイバの一部の前記断面積を変化させるために該光ファイバのクラッド部 分をエッチングするステップと、 前記ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスするステップと 、 前記光ファイバの前記部分に零以上の長手方向への力を加えるステップとを含 む、製造方法。 １９．光ファイバの一部にテーパーを付ける方法にして、 ２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられたクラッド部分のエッチャント 層を有するエッチング浴内に前記ファイバを吊り下げるステップと、 時間の経過に伴い、前記クラッド部分のエッチャント層が前記ファイバに沿っ て長手方向に動くように、前記ファイバと前記エッチング浴とを相対的に動かす ステップとを含む、方法。 ２０．光ファイバの一部の前記断面積を変化させるために前記光ファイバの前記 クラッド部分をエッチングすることと、 前記ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスすることとを含 み、 前記インプレスステップ及びその後の前記格子の使用中、前記ファイバの前記 部分に異なるそれぞれの長手方向への力を加えることとにより製造された、チャ ープ型光ファイバ格子。 ２１．光ファイバの一部の前記断面積を変化させるために前記光ファイバの前記 クラッド部分をエッチングすることと、 前記光ファイバの前記部分に零以上の長手方向への力を加えることと、 前記光ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスすることと、 前記長手方向への力を緩めることとにより製造された、チャープ型光ファイバ 格子。 ２２．光ファイバの一部の前記断面積を変化させるために前記光ファイバの前記 クラッド部分をエッチングすることと、 前記光ファイバの前記部分上に均一なピッチの格子をインプレスすることと、 前記光ファイバの前記部分に零以上の長手方向への力を加えることとにより製造 された、チャープ型光ファイバ格子。 ２３．光トランスミッターと、 光レシーバと、 前記光トランスミッター及び前記光レシーバとを連結する光ファイバの伝送媒 体と、 該伝送媒体の拡散を補償し得るように前記光ファイバの伝送媒体に結合された 、請求項２０乃至２２の何れかによるチャープ型光ファイバ格子とを備える、光 通信装置。 ２４．光ファイバの伝送媒体と、 該伝送媒体の拡散を補償し得るように前記光ファイバの伝送媒体に結合された 、請求項２０乃至２２の何れかによるチャープ型光ファイバ格子とを備える、光 通信リンク。 ２５．前記２つの非エッチング液体層の間に吊り下げられた光ファイバのクラッ ド部分のエッチャント層から成る、光ファイバのエッチング浴。