JPH1195033A - 回折格子型帯域透過フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

回折格子型帯域透過フィルタ及びその製造方法

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JPH1195033A
JPH1195033A JP10155994A JP15599498A JPH1195033A JP H1195033 A JPH1195033 A JP H1195033A JP 10155994 A JP10155994 A JP 10155994A JP 15599498 A JP15599498 A JP 15599498A JP H1195033 A JPH1195033 A JP H1195033A
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pass filter
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Michiko Harumoto
道子 春本
Toru Iwashima
徹 岩島
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
    • G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過効率の良好な帯域透過フィルタおよびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 光導波路１０に形成され、屈折率変動の
ピッチΛを軸方向に変化させるとともにその屈折率変動
幅Δｎが略一定の回折格子群を形成した帯域透過フィル
タにおいて、ピッチΛの異なる２つの周期的屈折率変動
領域５と、その間に形成された屈折率がほぼ一定の零領
域３と、零領域３とそれぞれの周期的屈折率変動領域５
との間に形成された屈折率の変動幅が０からΔｎの間で
単調に変化する境界領域６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路上に形成
された回折格子を用いた帯域透過フィルタ、及びその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムで使用される素
子として光ファイバ型回折格子が知られている。この光
ファイバ型回折格子は、隣接する格子のピッチによって
特定波長の光成分を反射すると共に、その他の格子との
間においてもそれらの格子間のピッチに応じて夫々特定
波長の光成分を反射する。したがって、特定波長領域の
光を効果的に反射することができ、反射素子として用い
られている。
【０００３】一方、ピッチが異なる光ファイバ型回折格
子を組合わせて、帯域透過フィルタを形成することが知
られている。このような帯域透過フィルタに関する一例
が、論文「Fiber-grating transmission filters for u
se in an all-fiber demultiplexer」（ＯＦＣ’９４ T
echnical Digest ：ＴｕＬ６）に記載されている。反射
波長領域の異なるチャープグレーティングによる光ファ
イバ型回折格子を二つ組み合わせることで、特定波長領
域のうち所望の帯域の光を透過させる技術が開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、チャープグレ
ーティングを用いた構成のこの種の帯域透過フィルタ
は、透過波長帯域の透過損失が大きく、また、透過波長
帯域を絞りこむことが困難である。さらに、フィルタリ
ングの対象範囲外の波長領域においても反射光が発生す
ることがある。したがって、広い波長領域の中から特定
の波長のみを正確に分離することが困難であるという問
題がある。
【０００５】そこで本発明は、透過効率の良好な帯域透
過フィルタ及びその製造方法を提供することを課題とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る帯域透過フィルタは、光導波路内に軸
方向に周期的な屈折率変化を有する回折格子領域を形成
して所定波長帯域の光を透過するように調整した回折格
子型帯域透過フィルタにおいて、屈折率を略一定のΔｎ
の変動幅で、軸方向に単調に変化するピッチで変動させ
て複数の回折格子を形成しており、一方の最短ピッチが
他方の最長ピッチより長い第１及び第２の周期的屈折率
変動領域と、これら第１及び第２の周期的屈折率変動領
域の間に位置する屈折率が略一定の零領域と、第１及び
第２の周期的屈折率変動領域のそれぞれと零領域との間
にそれぞれ位置し、屈折率の変動幅がΔｎと０の間で連
続的かつ単調に変化している第１及び第２の境界領域
と、を有することを特徴とする。
【０００７】これによれば、本発明に係る帯域透過フィ
ルタでは、屈折率の変動幅がΔｎで一定の第１の周期的
屈折率変動領域、屈折率の変動幅がΔｎから０に単調に
減少する第１の境界領域、屈折率が略一定の零領域、屈
折率の変動幅が０からΔｎに単調に増加する第２の境界
領域、屈折率の変動幅がΔｎで一定の第２の周期的屈折
率変動領域が光軸方向に順に形成されている。そして、
第１の周期的屈折率変動領域と第２の周期的屈折率変動
領域には、ピッチの異なる回折格子が複数配列されると
ともに、一方の最短ピッチは他方の最長ピッチより長く
なっている。このため、第１及び第２の周期的屈折率変
動領域では異なる波長帯域の光が反射されて遮断され
る。また、両者の中間に形成された零領域には回折格子
が存在しないので光が透過される。このような構成とす
ることで、遮断波長帯域及び透過波長帯域が正確に定め
られる。２つの周期的屈折率変動領域を独立に作製する
と、透過波長帯域の範囲を正確に定めることは極めて困
難である。
【０００８】さらに、周期的屈折率変動領域と零領域の
間に形成された境界領域は、透過波長帯域内の透過損失
を改善する効果がある。というのは、境界領域における
屈折率の変動幅を急激にΔｎから零に変化させたり、あ
るいは境界領域内の屈折率変動幅が減少又は増加を繰り
返すような場合には、回折格子による反射が複雑とな
り、透過波長帯域内の透過損失を増大させるからであ
る。本発明によれば、こうした複雑な反射が起こらず、
透過損失を抑制することができる。
【０００９】そして、これら第１及び第２の境界領域に
おいて、その軸方向の長さをＬとすると、零領域との境
界位置から距離ｘ離れた該境界領域の任意の位置の屈折
率変動幅は、ｆ（０）＝０、ｆ（Ｌ）＝１を満たし、ｘ
＝０〜Ｌ間で滑らかに単調増加する任意の関数ｆ（ｘ）
を用いてΔｎ・ｆ（ｘ）により示されることが好まし
い。これにより、上記の透過損失を抑制する効果が得ら
れる。
【００１０】さらに、この任意の関数ｆ（ｘ）は、Ｌ／
２≦ｘ＜Ｌ間に変曲点を有する関数であることが好まし
い。このような関数に合わせて屈折率を変動させると、
零領域との境界及び屈折率変動領域との境界近傍での屈
折率の変動幅が緩やかに変化する。本願発明者はこの任
意の関数ｆ（ｘ）としては、ｆ（ｘ）＝ｃｏｓ2（π
（Ｌ−ｘ）／２Ｌ）が好適であることを確認した。
【００１１】また、第１及び第２の周期的屈折率変動領
域の外側に、屈折率の変動幅がΔｎから０の間で単調に
変化する第１及び第２の端部領域をさらに備えていても
よい。周期的屈折率変動領域の外側の領域をこのように
形成すると周期的屈折率変動領域と端部領域を形成する
各格子の組合せによって発生する反射が打消されること
となり、帯域外に発生する反射パワーが減少するものと
推定される。
【００１２】そして、このような遮断特性を形成するた
めには、回折格子のピッチによって決まるブラッグ波長
が単位軸長当りに変化する割合をΔＰ（ｎｍ／ｍｍ）、
周期的屈折率変動領域の振幅をΔｎとした場合、屈折率
変動領域における遮断率（入射パワーに対する透過パワ
ーの比）は下記の式を満たすことによって得られること
が分かった。
【００１３】-3.67×（Δｎ）2×106／ΔＰ≦-10(dB) 一方、本発明に係る回折格子型帯域透過フィルタの製造
方法は、紫外線感光性の光導波路上に所定形状の位相マ
スクを介して紫外光を投射して干渉縞を投影することに
より回折格子を形成する回折格子型帯域透過フィルタの
製造方法であって、この干渉縞の投影は、光導波路の光
軸方向に紫外線ビームを走査して照射することにより行
われ、この走査は、第１の領域では一定速度ｖ１で、こ
れに連なる第２の領域ではｖ１からｖ２まで単調に加速
しながら、これに連なる第３の領域では一定速度ｖ２
で、これに連なる第４の領域ではｖ２からｖ１まで単調
に減速しながら、第５の領域では再び所定速度ｖ１で行
われることを特徴とする。
【００１４】紫外線感光性の光導波路に紫外線を照射す
ると、照射光量に応じてその屈折率を変化させることが
できる。干渉縞を投影することにより、照射される紫外
線の光量を場所により変化させることで、場所により屈
折率を変化させて回折格子を形成する方法がある。本発
明の製造方法では、照射する紫外線ビームを照射する際
の走査時の速度を変動させることにより、照射光量を制
御する。これにより、本発明に係る回折格子型帯域透過
フィルタを容易に製造することができる。
【００１５】さらに、第１の領域に先行する先行領域で
は所定速度ｖ３からｖ１に単調に減速しながら、第５の
領域に連なる後続領域ではｖ１からｖ３に単調に加速し
ながら走査を行ってもよい。
【００１６】これによれば、上述した屈折率変動領域の
両側に端部領域を備える回折格子型帯域透過フィルタが
得られる。
【００１７】そして、走査における加速時、減速時には
ｃｏｓ２関数状に走査速度の加減速を行ってもよい。こ
のようにすれば、走査速度に応じて屈折率変動幅が制御
される。
【００１８】さらに、光導波路を透過する透過光の分光
特性をモニターするとともに、１回目の紫外線ビームの
走査に続いて、前回走査時の各位置における走査速度に
所定の係数を乗じた速度を各位置における走査速度とし
て２回目以降の紫外線ビームの走査を行い、透過光の分
光特性が所望の分光特性に達した時点で走査を終了する
こととしてもよい。
【００１９】これによれば、所望の分光特性を有する回
折格子型帯域透過フィルタが容易かつ確実に得られる。
【００２０】
【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。
【００２１】図１ないし図３を参照しながら、本発明に
係る回折格子型帯域透過フィルタの第１の実施形態の構
成について説明する。図１は、本実施形態の構成を示す
全体図、図２は、図１の屈折率分布を拡大して示した図
である。
【００２２】図１および図２において、光導波路１０に
形成された回折格子型帯域透過フィルタ７は、光導波路
１０の第１端Ｐから第２端Ｑまでの区間におけるコア１
の屈折率ｎを周期的に変動させることによって形成され
た複数の回折格子４を有している。これらの各回折格子
のピッチΛは、基本的に軸方向、つまりＰからＱにかけ
て単調に増加する一方、屈折率ｎの変動幅Δｎは略一定
であり、これにより両端Ｐ、Ｑ側に周期的屈折率変動領
域５（５S、５L）が形成されている。すなわち、第１端
Ｐ側には、ピッチΛが比較的短い周期的屈折率変動領域
５Sが、第２端Ｑ側には、ピッチΛが比較的長い周期的
屈折率変動領域５Lが配置されており、領域５Sの最長ピ
ッチより領域５Lの最短ピッチは長く設定されている。
そして、これら２つの周期的屈折率変動領域５の中間領
域には屈折率がほぼ一定の零領域３が存在する。また、
零領域３と周期的屈折率変動領域５S、５Lのそれぞれと
の間に屈折率の変動幅がΔｎと零の間で単調に変化して
いる境界領域６S、６Lを有している。
【００２３】このような回折格子型帯域透過フィルタ７
の周期的屈折率変動領域５では、コア１の平均屈折率が
ｎ0でピッチがΛの回折格子４においては、ブラッグの
回折条件によって反射波長λ＝２ｎ0Λの反射が生じ
る。ここで周期的屈折率変動領域５内では、前述したよ
うにピッチΛが軸方向に変化する構成となっているの
で、この変化しているピッチに対応して波長の光がそれ
ぞれ反射されるため、結果的に特定の帯域の波長光を反
射する反射領域が形成されることになる。
【００２４】図３は、回折格子型帯域透過フィルタ７の
透過及び反射の波長特性を示す模式図である。比較的長
いピッチの回折格子群が形成された周期的屈折率変動領
域５Lと、比較的短いピッチの回折格子群が形成された
周期的屈折率変動領域５Sのそれぞれにおいては、各回
折格子のピッチに対応する波長の光成分が反射される結
果、それぞれ波長領域ＢL、ＢSの光が反射されることに
なる。以下、それぞれの波長領域を遮断波長領域と称す
る。一方、零領域３においては、屈折率が一定であり、
回折格子４が形成されていないため、反射は起こらな
い。したがって、この回折格子型帯域透過フィルタ７で
はこれらの遮断波長領域ＢL、ＢSの中間の波長帯域Ａに
対応する光成分は透過されることになる。以下、この波
長領域を透過波長領域と称する。同様に、遮断波長領域
ＢLより長波長側の領域ＣLと遮断波長領域ＢSより短波
長側の領域ＣSにおいても反射は起こらないため、これ
らの波長領域の光は透過される。
【００２５】周期的屈折率変動領域５は、石英系ガラス
にゲルマニウム等を添加した感光性コアを有する光導波
路に紫外光の干渉光を照射することによって形成され、
干渉光は二束干渉法あるいは位相格子法が主に用いられ
る。二束干渉法は、２つの紫外光の干渉角度を制御する
ことにより任意のピッチで作製できる利点がある。位相
格子法は、位相格子のパターン（周期）が光導波路上に
転写されるため、位相格子のパターンを光導波路軸方向
にグレーティングピッチを変化させることによって周期
的屈折率変動領域５を再現性よく製造することができ
る。
【００２６】屈折率の変動幅Δｎが略零となる零領域３
は、紫外光を照射して一連の周期的屈折率変動領域５を
形成するときに、零領域３の部分に紫外光を遮光する遮
光マスクを中間部分３に使用したり、あるいは位相格子
の中間部に予め遮光部分を設けることによって形成する
手法がある。
【００２７】図４は、図１の回折格子型帯域透過フィル
タ７の作成装置を示す図である。この作成装置は、所望
のフィルタ特性を有する回折格子のパターンを被照射光
ファイバ１０に投影するための位相格子１１と、照射光
となる紫外光の光源１２と、全反射ミラー１３と、全反
射ミラー１３を保持して光導波路１０の軸方向に移動可
能な可動ステージ１４と、可動ステージ１４の移動速度
を制御するコンピュータ１５からなる。この作成装置で
は、光源１２から出射された紫外光は、全反射ミラー１
３で反射され、位相格子１１の特定の位置に照射され、
その結果、この部分の干渉縞のみが光導波路１０に投影
される。この際に、コンピュータ１５を用いて可動ステ
ージ１４の移動速度を制御することにより、光導波路１
０への紫外線照射時間を制御することができる。感光性
コアの屈折率変化は、紫外線の照射時間に対応するか
ら、紫外線を照射する時間を長くするほど屈折率の変化
を大きくすることができる。さらに、位相格子１０との
併用により、紫外線を照射する時間を長くするほど屈折
率の変動幅を大きくすることができる。したがって、屈
折率の変動幅がΔｎと零の間で単調に変化する境界領域
６は、該境界領域６における紫外光の照射時間を軸方向
に変化させることによって容易に形成することができ
る。また，零領域については、高速で紫外線を走査すれ
ば、ほとんど屈折率の変化を起こさないで済む。
【００２８】図５（ａ）は、図４の作成装置で用いられ
る位相格子１１の格子パターンの一例を示す図である。
この位相格子１１による干渉縞を利用することで、光導
波路１０に同図（ｂ）に示されるような屈折率変調パタ
ーンを形成することができる。
【００２９】図６は、本実施形態の変形形態である帯域
透過フィルタの屈折率分布を示す図であり、零領域３の
屈折率がコアの屈折率ｎと一致しない場合である。これ
に対して図２の実施形態の場合は、零領域３の屈折率が
コアの屈折率ｎと一致する点で相違する。零領域３の屈
折率が平均屈折率ｎ0と一致する場合は、周期的屈折率
変動領域５と零領域３の間隔が変わっても平均屈折率ｎ
0が変化しないので、フィルタの反射特性が安定すると
いう長所がある。
【００３０】次に、周期的屈折率変動領域５S、５Lと零
領域３との間に境界領域６を設けたことによる効果を実
験的に検討する。
【００３１】まず、図７は、本実施形態の帯域透過フィ
ルタの屈折率プロファイルを示す図（同図（ａ））と、
透過及び反射の波長特性を示すグラフ（同図（ｂ））で
ある。図７（ａ）は、周期的屈折率変動領域５と零領域
３との間に、屈折率変動幅がΔｎから零の間で単調に変
化する境界領域６を設けた帯域透過フィルタの屈折率プ
ロファイルを示す図である。境界領域６は、光軸に対し
て傾斜角θに沿ってΔｎと零の間を直線的に変化し、傾
斜部における光軸方向の距離は１．５ｍｍである。帯域
透過フィルタ７は、長さが３０ｍｍ、周期的屈折率変動
領域５及び境界領域６のチャープ率は１．８７ｎｍ／ｍ
ｍ、第１端及び第２端におけるブラッグ波長はそれぞれ
１６０４ｎｍと１６６０ｎｍである。ここで、「チャー
プ率」とは、単位光軸長当りのブラッグ波長の変化量
（ｎｍ／ｍｍ）である。また、屈折率の変動幅Δｎは５
×１０-3である。両端部のプロファイルはステップ状に
Δｎから零に変化している。図７（ｂ）は、図７（ａ）
の屈折率プロファイルを有する帯域透過フィルタ７の透
過及び反射の波長特性を示すグラフである。
【００３２】このように周期的屈折率変動領域５と零領
域３との間に設けた境界領域６の屈折率プロファイルが
単調に変化するように形成されると、透過及び反射特性
は、図７（ｂ）に示されように、透過領域Ａの損失はフ
ィルタとして使用可能の０．１ｄＢまで改善される。し
かし、帯域外領域ＣL、ＣSの反射パワーは十分に小さく
はならない（この点についての詳細な説明は、後述す
る）。
【００３３】また、本発明者等は、図７（ａ）に示した
帯域透過フィルタの変動屈折率のプロファイルにおい
て、境界領域６の傾斜角θを変えたときの透過損失につ
いて検討した。その結果、境界領域６の屈折率プロファ
イルが、Δｎから零に、あるいは零からΔｎにステップ
状に変化させる場合の透過損失が最も大きく、傾斜角θ
を緩やかにする程減少することが分かった。従って、傾
斜部には、１つ以上の格子４を介して形成することが必
要である。境界部分における変動屈折率を急激にΔｎか
ら零に変化させたり、あるいは減少又は増加を繰り返す
ような場合は、チャープグーティング５を形成する格子
４による反射が複雑となり、透過波長帯域Ａの透過損失
を増大させるものと推定される。
【００３４】これらの帯域透過フィルタの製造にあたっ
ては、図４、図５を参照して説明した方法を採ることが
できるが、ここで、その具体的な製作方法を説明する。
例えば、図８に示される屈折率プロファイルを有する帯
域透過フィルタを作製する場合を考える。ここでは、両
端に設けられた周期的屈折率変動領域５の長さを1２．
７ｍｍ、これらに連続する境界領域６のそれぞれの長さ
を１．５ｍｍ、そして中央の零領域３の長さを１．６ｍ
ｍとしている。ここで、図４の装置を用いて紫外線を軸
方向に走査して照射する。それぞれの領域の照射速度を
変更して２つの帯域透過フィルタを作製し、その透過、
反射特性を比較した。表１は、それぞれの場合の紫外線
の走査速度を表している。
【００３５】
【表１】 ここで、実施例Ｂでは、走査速度を変えて３回照射を行
う。なお、境界領域６内では、走査速度を零領域３と屈
折率変動領域５の走査速度の間で直線的に変化させる。
図９、図１０に実施例Ａ、Ｂそれぞれの透過、反射特性
を示す。
【００３６】紫外線を繰り返し照射することにより、照
射時間が長くなり、屈折率変動領域における反射特性を
向上させられることが明らかである。これらの分光特性
を測定しながら照射を繰り返すことにより、所定の反射
特性を有するフィルタを容易に製作することができる。
【００３７】次に、図１１は、本実施形態の帯域透過フ
ィルタにおいて、境界領域における屈折率の変動が、一
定の曲線に沿って変化する場合の屈折率プロファイルを
示す図（同図（ａ））、境界領域近傍の拡大図（同図
（ｂ））と透過及び反射の波長特性を示すグラフ（同図
（ｃ））である。
【００３８】図１１（ａ）は、境界領域６の軸方向の長
さをＬ、境界領域６と零領域３との境界位置、つまり屈
折率の増加開始位置、を原点とし、軸方向の任意の位置
をｘ、境界領域６に連なる周期的屈折率変動領域５の屈
折率変動幅をΔｎとした場合、境界領域６の屈折率変動
幅を Δｎ・ｃｏｓ2（π（Ｌ−ｘ）／２Ｌ）…（１） に沿って変化させた場合の屈折率変化量を表す図であ
り、同図（ｂ）はその零領域３及びそれを挟み込む境界
領域６部分の屈折率変化量の拡大図である。フィルタ両
端の屈折率プロファイルはステップ状にΔｎから零に変
化させている。
【００３９】この帯域透過フィルタ７は、長さが３０ｍ
ｍ、周期的屈折率変動領域５及び境界領域６のチャープ
率は１．８７ｎｍ／ｍｍ、第１端及び第２端におけるブ
ラッグ波長はそれぞれ１６０４ｎｍと１６６０ｎｍであ
る。屈折率の変動幅Δｎは５×１０-3である。境界領域
６の光軸方向の距離Ｌは１．５ｍｍである。
【００４０】このような屈折率プロファイルを有する帯
域透過フィルタ７の透過及び反射波長特性は、図１１
（ｃ）に示すように、透過領域Ａの損失はフィルタとし
て十分使用可能の０．０２ｄＢまで改善されている。一
方、帯域外領域ＣL、ＣSの反射パワーは前述と同様に十
分には小さくならない。
【００４１】本実施形態の境界領域における屈折率変動
を規定する関数には各種の関数を用いることができる。
例えば、境界領域の屈折率変動幅を所定の定数ａに対し
て、 Δｎ・｛ｃｏｓ（π（Ｌ−ｘ）／２Ｌ）｝＾ａ…（２） で変化させてもよい。ここで、ａを１．５、２、３、４
と変化させた場合の境界領域における屈折率変動振幅の
変化及び振幅幅の傾き（変化率）の推移を図１２に示
す。図１３は、これらの関数にあわせて境界領域の屈折
率変動幅を変動させた場合の透過特性を示す図である。
ａを増加させるにしたがって透過率の高い部分が拡がる
と同時に透過領域の境界での透過率が急峻に変化し、フ
ィルタ性能が向上していることが分かる。
【００４２】また、境界領域の屈折率変動幅を３次関数
を用いて Δｎ（−２（ｘ／Ｌ）3＋３（ｘ／Ｌ）2）…（３） により変化させた場合の透過特性を、（２）式により変
化させた場合の透過特性と比較して図１４に示す。この
場合も、ｃｏｓ２関数状に屈折率を変動させた場合と同
様の効果が得られている。
【００４３】さらに、境界領域の屈折率変動幅を２つの
２次関数を組み合わせて、 Δｎ・Ｌ／ｘ0（ｘ／Ｌ）2 ０＜ｘ＜ｘ0 Δｎ・｛（ｘ−Ｌ）2／（Ｌ（ｘ0−Ｌ））＋１｝ ｘ0≦ｘ＜Ｌ により変化させてもよい。ここで、ｘ0は、任意の変曲
点位置を示す。ｘ0／Ｌを０．４、０．５、０．６と変
化させた場合の透過特性を図１５に示す。変曲点が零領
域から離れるほど透過領域が拡大し、透過領域境界での
透過率が急峻に変化していることが分かる。
【００４４】これらの結果から、境界領域の屈折率変動
幅を零領域から周期的屈折率変動領域にかけて単調に増
加させることが好ましく、その変動幅を規定する関数
は、零領域から境界領域の幅Ｌの半分のＬ／２より離れ
た位置に変曲点を有する関数であることがより好ましい
ことがわかった。このような関数により変動幅を規定す
ることで、零領域近傍での不要な反射を防止できるため
と考えられる。
【００４５】次に、本回折格子型帯域透過フィルタにお
ける遮断波長領域ＢL、ＢSの遮断特性について詳細に説
明する。
【００４６】帯域透過フィルタでは、遮断波長領域
ＢL、ＢSにおいて透過する光のパワーが小さいことが重
要な要件の一つである。本実施形態のように回折格子４
を採用した帯域透過フィルタ７では、回折格子で反射さ
れる光のパワーは、周期的屈折率変動領域５の屈折率の
変動幅Δｎと、単位光軸長当りにブラッグ波長が変化す
る割合（ｎｍ／ｍｍ）であるチャープ率ΔＰとによって
決まる。即ち、屈折率の変動幅Δｎが小さすぎると、各
格子４のピッチによって反射されるパワーが小さくなる
ので光を十分に遮断することができない。また、チャー
プ率が大きすぎると、隣接するブラッグ波長の間隔が大
きくなるので、その中間の波長に対応する波長の光成分
を十分反射させることができなくなる。
【００４７】そこで、本発明者等は遮断波長領域におけ
る入射するパワーと、このパワーが透過するパワーとの
比（「遮断率」と呼ぶ。）と屈折率の変動幅Δｎとの関
係についてチャープ率ΔＰをパラメータとして実験的に
検討した。その結果を図１６に示す。図１６は、チャー
プ率ΔＰをパラメータとして屈折率の変動幅Δｎと遮断
率との関係を示すグラフであり、同図に示されるように
チャープ率が小さい程遮断率は大きくなり、また、屈折
率の変動幅Δｎが大きくなる程ブラッグ反射が大きくな
るので遮断率が大きくなることが分かる。このように、
屈折率の変動幅Δｎとチャープ率ΔＰとを用いて所望の
遮断率を得るというのは最初の試みであろう。
【００４８】さらに、図１６に示された遮断率と（Δ
ｎ）2／ΔＰとを所定のグラフ上にプロットすると、図
１７に示すように直線状に表される。したがって、本実
施形態の帯域透過フィルタ７の遮断率は、 遮断率＝-3.67×（Δｎ）2×106／ΔＰ で表される。
【００４９】通常、帯域透過フィルタの遮断領域におい
て、遮断率は少なくとも−１０ｄＢ以下であることが好
ましい。したがって、このような遮断特性を得るために
は上式から、 -3.67×Δｎ2×106／ΔＰ≦ -10 (dB) の関係が得られる。この式を満足するようにΔｎとΔＰ
とを選択することによって、遮断特性の良好な帯域透過
フィルタ７を形成することができる。
【００５０】次に、本回折格子型帯域透過フィルタにお
ける帯域外領域ＣL、ＣSの反射損失について説明する。
本回折格子型帯域透過フィルタを利用した光伝送路にお
いては、この帯域透過フィルタの帯域外領域ＣL、ＣSの
信号光が使用されることがあるので、これらの帯域外領
域において不要な光の反射を発生させないようにするこ
とが帯域透過フィルタに課せられる一つの要件である。
【００５１】図１８（ａ）は、本発明の第２の実施形態
である帯域透過フィルタの屈折率プロファイルを示す図
であり、同図（ｂ）はその透過及び反射の波長特性を示
すグラフである。
【００５２】図１８（ａ）に示されるように、本実施形
態においては、光導波路の第１端及び第２端に屈折率の
変動幅がΔｎから零の間で単調に変化する端部領域８を
有している。また、境界領域６の屈折率プロファイルは
光軸に対して一定の傾斜角に沿ってΔｎと零間を変化し
ており、その光軸方向の長さは１．５ｍｍである。帯域
透過フィルタ７は、全体の長さが３０ｍｍ、周期的屈折
率変動領域５及び境界領域６のチャープ率は１．８７ｎ
ｍ／ｍｍ、第１端及び第２端におけるブラッグ波長はそ
れぞれ１６０４ｎｍと１６６０ｎｍである。さらに、屈
折率の変動幅Δｎは５×１０-3である。
【００５３】図１８（ｂ）に示すこの実施形態の帯域透
過フィルタの反射特性より、帯域外領域ＣL、ＣSの反射
パワーは、それぞれの遮断波長領域ＢL、ＢSとの境界か
ら離れるにつれて急激に減少していることが分かる。こ
のように屈折率の変動幅がΔｎから零の間で単調に変化
する端部領域８を設けると、周期的屈折率変動領域５と
端部領域８を形成する各格子４の組合せによって発生す
る反射が打ち消されることになり、帯域外に発生する反
射光が減ってそのパワーが減少するものと推定される。
したがって、本実施形態の帯域透過フィルタ７は、帯域
外領域ＣL、ＣSを伝送する他の信号光に干渉し、悪影響
を及ぼすような反射光のパワーを低下させることができ
る。
【００５４】因みに、図１９（ａ）は、図１８（ａ）と
ほぼ同一の構成の帯域透過フィルタであって、端部領域
８を設けていない点のみが相違する帯域透過フィルタの
屈折率分布を示す図である。このような屈折率プロファ
イルを有する帯域透過フィルタ７の透過及び反射特性
は、図１９（ｂ）に示すように、透過領域Ａの損失は
０．１ｄＢまで改善されるが、周期的屈折率変動領域５
の両端部の屈折率がステップ状に変化しているので、帯
域外領域ＣL、ＣSには反射パワーが残存し、この領域を
伝送する他の信号光に影響を及ぼさなくなるまで反射光
量を減少させることはできない。
【００５５】本実施形態の帯域透過フィルタを製作する
には、図４に示される製作系において、図２０（ａ）に
示される格子パターンを有する位相格子を用いればよ
い。これにより、感光性の光導波路上に同図（ｂ）に示
される屈折率変調パターンを形成することができる。
【００５６】ここで、具体的な制作方法について説明す
る。例えば、図２１に示される屈折率プロファイルを有
する帯域透過フィルタを作製する場合を考える。ここで
は、両端に設けられた周期的屈折率変動領域５の長さを
1１．２ｍｍ、これらに連続する境界領域６それぞれの
長さを１．５ｍｍ、中央の零領域３の長さを１．６ｍ
ｍ、端部領域８それぞれの長さを１．５ｍｍとしてい
る。ここで、図４の装置を用いて紫外線を軸方向に走査
して照射する。それぞれの領域の照射速度を変更して２
つの帯域透過フィルタを作製し、その透過、反射特性を
比較した。零領域３と屈折率変動領域５の走査速度はい
ずれも前述の表１に掲げた例と同一であり、境界領域６
と端部領域８内では、走査速度を零領域３と屈折率変動
領域５の走査速度の間で直線的に変化させる。図２２、
図２３に実施例Ａ、Ｂそれぞれの透過、反射特性を示
す。
【００５７】紫外線を繰り返し照射することにより、照
射時間が長くなり、屈折率変動領域における反射特性を
向上させられることが明らかである。これらの分光特性
を測定しながら照射を繰り返すことにより、所定の反射
特性を有するフィルタを容易に製作することができる。
【００５８】また、境界領域６と端部領域８内での走査
速度を直線的にではなく、所定の関数を用いて単調に変
化させてもよい。図２４に示される屈折率プロファイル
は、これらの領域での走査速度をｃｏｓ2関数を用いて
変化させた場合のものである。図２５、図２６は、実施
例Ａ、Ｂそれぞれの透過、反射特性を示したものであ
る。図２２、２３に示される走査速度を直線的に変化さ
せた場合と比較すると、しゃ断領域と帯域外領域、零領
域のそれぞれの境界での透過率、反射率の変化がより急
峻になり、遮断特性が向上していることが確認された。
【００５９】
【発明の効果】本発明の帯域透過フィルタは、周期的屈
折率変動領域と零領域との間に屈折率の変動幅が単調に
変化する境界領域を設けているので、透過波長領域内の
透過損失を改善することができる。また、上記フィルタ
の両端部に、屈折率の変動幅が単調に変化する端部領域
を設けているので、帯域外領域に発生する反射光を抑制
することができる。
【００６０】本発明の帯域透過フィルタの製造方法によ
れば、所望の特性を有する上記帯域透過フィルタを容易
かつ正確に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の回折格子型帯域透過
フィルタの構成を示す図である。
【図２】図１の回折格子型帯域透過フィルタの屈折率分
布を示す部分拡大図である。
【図３】第１の実施形態の透過及び反射パワーの波長特
性を示す模式図である。
【図４】本発明の回折格子型帯域透過フィルタの製作系
を示す図である。
【図５】第１の実施形態を製作するのに使用される位相
格子及びこれにより製造されるフィルタの屈折率プロフ
ァイルをそれぞれ示す図（同図（ａ）、（ｂ））であ
る。
【図６】第２の実施形態の変形形態における屈折率分布
を示す部分拡大図である。
【図７】第１の実施形態における屈折率プロファイルを
示す図（同図（ａ））と、透過及び反射の波長特性を示
すグラフ（同図（ｂ））である。
【図８】第１の実施形態の別の変形形態の屈折率プロフ
ァイルを示す図である。
【図９】図８の屈折率プロファイルを有するよう製作し
た実施例Ａの透過・反射特性を示す図である。
【図１０】図８の屈折率プロファイルを有するよう製作
した実施例Ｂの透過・反射特性を示す図である。
【図１１】第１の実施形態のさらに別の変形形態の屈折
率プロファイルを示す図（同図（ａ）、（ｂ））と、透
過及び反射の波長特性を示すグラフ（同図（ｃ））であ
る。
【図１２】境界領域の屈折率変調振幅とその傾きをｃｏ
ｓ指数関数で変化させた例を示す図である。
【図１３】図１２に対応させて境界領域の屈折率変調振
幅を変化させた本発明の帯域透過フィルタの透過領域の
透過波長特性を示す図である。
【図１４】境界領域の屈折率変調振幅を３次関数を用い
て変化させた本発明の帯域透過フィルタの透過領域の透
過波長特性を示す図である。
【図１５】境界領域の屈折率変調振幅を２次関数を用い
て変化させた本発明の帯域透過フィルタの透過領域の透
過波長特性を示す図である。
【図１６】第１の実施形態の回折格子型帯域透過フィル
タのΔｎと遮断率との関係を示すグラフである。
【図１７】第１の実施形態の回折格子型帯域透過フィル
タの（Δｎ）2／ΔＰと遮断率との関係を示すグラフで
ある。
【図１８】本発明の第２の実施形態における帯域透過フ
ィルタの屈折率プロファイルを示す図（同図（ａ））
と、透過及び反射の波長特性を示すグラフ（同図
（ｂ））である。
【図１９】第２の実施形態の変形形態の帯域透過フィル
タの屈折率プロファイルを示す図（同図（ａ））と、透
過及び反射の波長特性を示すグラフ（同図（ｂ））であ
る。
【図２０】第２の実施形態を製作するのに使用される位
相格子及びこれにより製造されるフィルタの屈折率プロ
ファイルをそれぞれ示す図（同図（ａ）、（ｂ））であ
る。
【図２１】第２の実施形態の別の変形形態の屈折率プロ
ファイルを示す図である。
【図２２】図２１の屈折率プロファイルを有するよう製
作した実施例Ａの透過・反射特性を示す図である。
【図２３】図２１の屈折率プロファイルを有するよう製
作した実施例Ｂの透過・反射特性を示す図である。
【図２４】第２の実施形態のさらに別の変形形態の屈折
率プロファイルを示す図である。
【図２５】図２４の屈折率プロファイルを有するよう製
作した実施例Ａの透過・反射特性を示す図である。
【図２６】図２４の屈折率プロファイルを有するよう製
作した実施例Ｂの透過・反射特性を示す図である。
【符号の説明】
１・・・コア、２・・・クラッド、３・・・零領域、４・・・回折格
子、５・・・周期的屈折率変動領域、７・・・回折格子型帯域
透過フィルタ、８・・・端部領域、１０・・・光導波路、Ａ・・
・透過領域、Ｂ・・・遮断領域、Ｃ・・・帯域外領域、Ｐ・・・第
１端、Ｑ・・・第２端、Λ・・・ピッチ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光導波路内に軸方向に周期的な屈折率変
    化を有する回折格子領域を形成して所定波長帯域の光を
    透過するように調整した回折格子型帯域透過フィルタに
    おいて、 前記回折格子領域は、光軸方向に分割された複数の領域
    からなり、 屈折率を略一定のΔｎの変動幅で、軸方向に単調に変化
    するピッチで変動させて複数の回折格子を形成してお
    り、一方の最短ピッチが他方の最長ピッチより長い第１
    及び第２の周期的屈折率変動領域と、 前記第１及び第２の周期的屈折率変動領域の間に位置す
    る屈折率が略一定の零領域と、 前記第１及び第２の周期的屈折率変動領域のそれぞれと
    前記零領域との間にそれぞれ位置し、屈折率の変動幅が
    Δｎと０の間で連続的かつ単調に変化している第１及び
    第２の境界領域と、 を有することを特徴とする回折格子型帯域透過フィル
    タ。
  2. 【請求項２】 前記第１及び第２の境界領域において、
    その軸方向の長さをＬとすると、前記零領域との境界位
    置から距離ｘ離れた該境界領域の任意の位置の屈折率変
    動幅は、ｆ（０）＝０、ｆ（Ｌ）＝１を満たし、ｘ＝０
    〜Ｌ間で滑らかに単調増加する任意の関数ｆ（ｘ）を用
    いてΔｎ・ｆ（ｘ）により示されることを特徴とする請
    求項１記載の回折格子型帯域透過フィルタ。
  3. 【請求項３】 前記任意の関数ｆ（ｘ）は、Ｌ／２≦ｘ
    ＜Ｌ間に変曲点を有する関数であることを特徴とする請
    求項２記載の回折格子型帯域透過フィルタ。
  4. 【請求項４】 前記任意の関数ｆ（ｘ）は、以下の式で
    表される関数であることを特徴とする請求項３記載の回
    折格子型帯域透過フィルタ。 ｆ（ｘ）＝ｃｏｓ2（π（Ｌ−ｘ）／２Ｌ）
  5. 【請求項５】 前記回折格子領域は、前記第１及び第２
    の周期的屈折率変動領域の外側に屈折率の変動幅がΔｎ
    から０の間で単調に変化する第１及び第２の端部領域を
    さらに備えていることを特徴とする請求項１記載の回折
    格子型帯域透過フィルタ。
  6. 【請求項６】 前記回折格子のピッチによって決まるブ
    ラッグ波長が単位軸長当りに変化する割合をΔＰ（ｎｍ
    ／ｍｍ）とすると、前記屈折率変動領域における遮断率
    （入射パワーに対する透過パワーの比）が下記の式を満
    たすように形成されることを特徴とする請求項１記載の
    回折格子型帯域透過フィルタ。 -3.67×（Δｎ）2×106／ΔＰ≦-10(dB)
  7. 【請求項７】 紫外線感光性の光導波路上に所定形状の
    位相マスクを介して紫外光を照射して干渉縞を投影する
    ことにより回折格子を形成する回折格子型帯域透過フィ
    ルタの製造方法であって、 前記干渉縞の投影は、光導波路の光軸方向に紫外線ビー
    ムを走査して照射することにより行われ、この走査は、
    第１の領域では一定速度ｖ１で、これに連なる第２の領
    域ではｖ１からｖ２まで単調に加速しながら、これに連
    なる第３の領域では一定速度ｖ２で、これに連なる第４
    の領域ではｖ２からｖ１まで単調に減速しながら、第５
    の領域では再び所定速度ｖ１で行われることを特徴とす
    る回折格子型帯域透過フィルタの製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第１の領域に先行する先行領域では
    所定速度ｖ３からｖ１に単調に減速しながら、前記第５
    の領域に連なる後続領域ではｖ１からｖ３に単調に加速
    しながら走査を行うことを特徴とする請求項７記載の回
    折格子型帯域透過フィルタの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記加速時、減速時にはｃｏｓ２関数状
    に走査速度の加減速を行うことを特徴とする請求項７ま
    たは８に記載の回折格子型帯域透過フィルタの製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記光導波路を透過する透過光の分光
    特性をモニターするとともに、１回目の紫外線ビームの
    走査に続いて、前回走査時の各位置における走査速度に
    所定の係数を乗じた速度を各位置における走査速度とし
    て２回目以降の紫外線ビームの走査を行い、前記透過光
    の分光特性が所望の分光特性に達した時点で走査を終了
    することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載
    の回折格子型帯域透過フィルタの製造方法。
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