JPWO2003007032A1 - 光導波路型回折格子素子およびその製造方法 - Google Patents
光導波路型回折格子素子およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2003007032A1 JPWO2003007032A1 JP2003512743A JP2003512743A JPWO2003007032A1 JP WO2003007032 A1 JPWO2003007032 A1 JP WO2003007032A1 JP 2003512743 A JP2003512743 A JP 2003512743A JP 2003512743 A JP2003512743 A JP 2003512743A JP WO2003007032 A1 JPWO2003007032 A1 JP WO2003007032A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractive index
- optical waveguide
- diffraction grating
- optical axis
- type diffraction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02123—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
- G02B6/02133—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating using beam interference
- G02B6/02138—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating using beam interference based on illuminating a phase mask
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- 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
Abstract
各屈折率変調部13nについて、屈折率が等位となる屈折率等位面をLnと表し、屈折率等位面Lnに垂直であって光ファイバ10の光軸(x軸)と交わる直線をAnと表し、直線Anと光軸とがなす角度をθnと表し、直線Anと光軸とがなす偏角面をMnと表す(n=1〜N)。このとき、各屈折率変調部13nは、直線Anが光軸と平行でなく、直線Anと光軸とがなす角度θnが0でない。また、各屈折率変調部13nの偏角面Mnは互いに一致していない。N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの何れか2つの屈折率変調部13n1,13n2それぞれの形成領域は、互いに少なくとも一部が重なっている光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)およびその製造方法を提供する。
Description
技術分野
本発明は、光導波路の長手方向に沿って屈折率変調部が形成された光導波路型回折格子素子およびその製造方法に関するものである。
背景技術
光導波路型回折格子素子は、光導波路(例えば光ファイバ)における長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調部が形成されたものである。通常の光導波路型回折格子素子は、屈折率等位面(屈折率変調部における屈折率が等位となる面)に垂直な直線が光導波路の光軸と平行である。この場合、屈折率変調周期がΛであり、光導波路の屈折率変調部における平均の実効屈折率がnaveであれば、この光導波路型回折格子素子は、λ=2naveΛなる式で表されるブラッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。この屈折率変調部において反射された反射波長λの光は、入射時と逆の方向に光導波路を伝搬していく。
これに対して、屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でない光導波路型回折格子素子(以下「傾斜型回折格子素子」と言う。)が知られている(例えば文献「M.J.Holmes,et al.,”Ultra Narrow−Band Optical Fibre Sidetap Filters”,ECOC’98,pp.137−138(1998)」を参照)。図1A及び図1Bは、従来の傾斜型回折格子素子の説明図である。図1Aは、傾斜型回折格子素子の光軸を含む面で切断したときの断面図であり、図1Bは、光軸に垂直な面で切断したときの断面図である。この図に示される従来の傾斜型回折格子素子9は、高屈折率のコア領域91および低屈折率のクラッド領域92を有する光ファイバ90において、そのコア領域91の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調部93が形成されたものである。そして、屈折率変調部93における屈折率等位面Lに垂直な直線Aは、光ファイバ90の光軸(図中のx軸)と平行でなく、直線Aと光軸とがなす角度θは0でない。この場合、直線Aに沿った屈折率変調周期がΛであり、屈折率変調部93における平均の実効屈折率がnaveであれば、この傾斜型回折格子素子9は、λ=2naveΛ/sinθなる式で表されるブラッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。この屈折率変調部93において反射された反射波長λの光は、光ファイバ90を伝搬していくことなく、光ファイバ90の外部へ放射される。すなわち、この傾斜型回折格子素子9は低反射の損失フィルタとして作用する。したがって、傾斜型回折格子素子9は、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
しかしながら、従来の傾斜型回折格子素子9の損失特性は偏波依存性を有している。すなわち、直線Aと光軸とがなす偏角面M(図11A及び図11B中のxy平面)に平行な偏波面を有する偏波モードと、偏角面Mに垂直な偏波面を有する偏波モードとでは、損失特性が相違している。
そこで、このような偏波依存損失を低減する為に、例えば、従来の傾斜型回折格子素子を光軸回りに捻回させることで長手方向に沿って偏角面を回転させることが考えられる。また、複数の屈折率変調部を接続するとともに長手方向に沿って各々の偏角面を異なるものとすることも考えられる。このようにすれば、長手方向の或る位置および他の位置それぞれにおける偏波依存損失が互いに相殺されて、偏波依存損失が低減され得る。
しかし、傾斜型回折格子素子を捻回させる場合には、光ファイバがガラスからなるものであって脆弱であることから、偏波依存損失を低減するには、屈折率変調部が長いことが必要である。また、複数の屈折率変調部を接続する場合には、融着接続のために余長部が必要となることから、屈折率変調部が全体として長くなってしまう。何れにしても、従来の傾斜型回折格子素子は、短尺で偏波依存損失を低減することができない。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)およびその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、(1)光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部が形成されており、(2)N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、(3)N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす偏角面が互いに一致しておらず、(4)N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっていることを特徴とする。
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、(1)光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部を、屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行とならないようにして順次に形成するとともに、(2)第n(nは2以上N以下の整数)番目の屈折率変調部を形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす偏角面が、既に形成した第1番目〜第(n−1)番目の屈折率変調部それぞれの偏角面の何れとも一致しないようにし、(3)N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なるようにして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。
本発明に係る光導波路型回折格子素子、および、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法により製造される光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部が形成されていて、各屈折率変調部の屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、各屈折率変調部の偏角面が互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成されることで、光導波路型回折格子素子は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずれていることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずらして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。この場合には、光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずれていることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずらして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。上述した180度/Nずつずらす場合と比較して、このように360度/Nずつずらす場合には、光導波路型回折格子素子は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。また、Nは、奇数であってもよいが、偶数であるのが好適である。Nが偶数であれば、偏角面が互いに180度だけ異なる対の屈折率変調部それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺されるので、このことによっても、光導波路型回折格子素子は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子では、N個の屈折率変調部それぞれは、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす角度が互いに同一であり、光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さが互いに同一であり、屈折率変調周期が互いに同一であり、屈折率変調振幅が互いに同一であることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれを形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす角度を互いに同一にし、光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さを互いに同一し、屈折率変調周期を互いに同一にし、屈折率変調振幅を互いに同一にすることを特徴とする。この場合にも、光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、透過損失が最大となる波長において偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であることを特徴とする。この場合には、光導波路型回折格子素子は、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、透過損失をモニタしながらN個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする。或いは、偏波依存損失をモニタしながらN個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする。この場合には、製造される光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して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。
図2は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1の説明図である。この図には、光軸を含む面で切断したときの断面図、および、光軸に垂直な面で切断したときの断面図が示されている。この図に示される本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、光導波路である光ファイバ10の長手方向に沿って、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部131〜13Nが形成されている。光ファイバ10は、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域11と、このコア領域11を取り囲むクラッド領域12とを含む。
各屈折率変調部13n(nは1以上N以下の任意の整数)について、屈折率が等位となる屈折率等位面をLnと表し、屈折率等位面Lnに垂直であって光ファイバ10の光軸(x軸)と交わる直線をAnと表し、直線Anと光軸とがなす角度をθnと表し、直線Anと光軸とがなす偏角面をMnと表す。
各屈折率変調部13nは、直線Anが光軸と平行でなく、直線Anと光軸とがなす角度θnが0でない。すなわち、各屈折率変調部13nは、光軸に対して角度θnだけ傾斜した直線Anに沿って周期Λnの屈折率変調がコア領域11に形成されたものである。また、各屈折率変調部13nの偏角面Mnは互いに一致していない。すなわち、N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの任意の2つの屈折率変調部13n1,13n2を取り上げたときに、偏角面Mn1と偏角面Mn2とは一致していない。
N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの何れか2つの屈折率変調部13n1,13n2それぞれの形成領域は、互いに少なくとも一部が重なっている。図では、例えば、屈折率変調部131の形成領域は、屈折率変調部132の形成領域と一部が重なっており、屈折率変調部133の形成領域とも一部が重なっており、また、屈折率変調部13Nの形成領域とも一部が重なっている。また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの形成領域は全て一致しているのが好適である。
このように、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、N個の屈折率変調部131〜13Nが形成されていて、各屈折率変調部13nの角度θnが0でなく、各屈折率変調部13nの偏角面Mnが互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部13n1,13n2それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成された傾斜型回折格子素子1は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの偏角面M1〜MNは、光ファイバ10の光軸の回りに180度/Nずつずれているのが好適である。例えば、N=2であれば、偏角面M1と偏角面M2とは互いに直交している。また、例えば、N=3であれば、偏角面M1〜M3は光ファイバ10の光軸の回りに60度ずつずれている。このように偏角面M1〜MNが配置されることにより、傾斜型回格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれは、直線Anと光軸とがなす角度θnが互いに同一であり、光ファイバ10の長手方向に沿った形成領域の長さDnが互いに同一であり、屈折率変調周期が互いに同一であり、屈折率変調振幅が互いに同一であるのが好適である。このように各屈折率変調部13nが形成されることにより、傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
そして、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、透過損失が最大となる波長において、偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であるのが好適である。このような傾斜型回折格子素子1は、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられ、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1の製造方法について説明する。図3および図4Aから図4Dは、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための図である。図3は斜視図であり、図4Aから図4Dは光軸に垂直な面で切断したときの断面図である。
初めに、光ファイバ10、位相格子マスク20および光源30が用意される。光ファイバ10は、上述したように、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域11と、このコア領域11を取り囲むクラッド領域12とを含むものである。位相格子マスク20は、石英ガラス平板の一方の面に周期2Λの溝状凹凸からなる位相格子が形成されたものである。光源30は、光ファイバ10のコア領域11の屈折率変化を誘起せしめる波長の光(以下「屈折率変化誘起光」という。)を出力するものであり、例えば、波長248nmのレーザ光を屈折率変化誘起光として出力するKrFエキシマレーザ光源が用いられる。
そして、図3に示されるように、位相格子マスク20は、光ファイバ10の側方に、位相格子が形成された面が光ファイバ10に対向するように配置される。また、このとき、位相格子マスク20の位相格子における溝方向は、光ファイバ10の光軸に垂直な面に対して角度θ1だけ傾斜している。このように両者が配置された状態で、光源30から出力された屈折率変化誘起光UVは、位相格子マスク20に対して垂直に照射される。この屈折率変化誘起光UVの照射に伴い、位相格子マスク20の回折作用により+1次回折光と−1次回折光とが生じ、これら+1次回折光と−1次回折光とが互いに干渉して、周期Λの干渉縞が生じる。光ファイバ10のGeO2が添加されたコア領域11では、干渉縞の各位置における屈折率変化誘起光のエネルギの大きさに応じて屈折率が上昇するので、これにより屈折率変調部131が形成される。この屈折率変調部131は、屈折率等位面L1に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA1としたときに、この直線A1と光軸とがなす角度がθ1であり、直線A1と光軸とがなす偏角面M1が位相格子マスク20の面に平行である(図3および図4A参照)。
このように図4Aに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第1番目の屈折率変調部131が形成される。形成後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断され、その間に光ファイバ10が一定角度だけ光軸回りに回転されて、図4Bに示された配置状態となる。そして、図4Bに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第2番目の屈折率変調部132が形成される。このようにして形成された第2番目の屈折率変調部132は、屈折率等位面L2に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA2としたときに、この直線A2と光軸とがなす角度がθ2であり、直線A2と光軸とがなす偏角面M2が位相格子マスク20の面に平行である。第2番目の屈折率変調部132の偏角面M2は、既に形成された第1番目の屈折率変調部131の偏角面M1と一致していない。
さらに、第2番目の屈折率変調部132の形成後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断され、その間に光ファイバ10が一定角度だけ光軸回りに回転されて、図4Cに示された配置状態となる。そして、図4Cに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第3番目の屈折率変調部133が形成される。このようにして形成された第3番目の屈折率変調部133は、屈折率等位面L3に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA3としたときに、この直線A3と光軸とがなす角度がθ3であり、直線A3と光軸とがなす偏角面M3が位相格子マスク20の面に平行である。第3番目の屈折率変調部133の偏角面M3は、既に形成された第1番目の屈折率変調部131の偏角面M1と一致しておらず、また、既に形成された第2番目の屈折率変調部132の偏角面M2とも一致していない。
以降も同様にして、第4番目〜第N番目の屈折率変調部134〜13Nが順次に形成される。第N番目の屈折率変調部13Nの形成の際には、図4Dに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第N番目の屈折率変調部13Nが形成される。このようにして形成された第N番目の屈折率変調部13Nは、屈折率等位面LNに垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をANとしたときに、この直線ANと光軸とがなす角度がθNであり、直線ANと光軸とがなす偏角面MNが位相格子マスク20の面に平行である。第N番目の屈折率変調部13Nの偏角面MNは、既に形成された第1番目〜第(N−1)番目の屈折率変調部131〜13N−1の偏角面M1〜MN−1の何れとも一致していない。
なお、位相格子マスク20が位置固定のままであれば各θnは全て同一値であるが、位相格子マスク20がその面上で回転されることにより各θnは異なるものとすることができる。また、1つの位相格子マスク20が用いられれば、各屈折率変調部13nにおいて直線Anに沿った屈折率変調周期は全て同一値であるが、異なる位相格子周期の位相格子マスクに交換されることで、各屈折率変調部13nにおいて直線Anに沿った屈折率変調周期は異なるものとすることができる。
このように、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法では、N個の屈折率変調部131〜13Nは、光ファイバ10の長手方向に沿って、屈折率等位面Lnに垂直な直線Anが光ファイバ10の光軸と平行とならない(すなわち角度θn≠0となる)ようにして順次に形成される。また、第n番目の屈折率変調部13nを形成する際に、その偏角面Mnが、既に形成された第1番目〜第(n−1)番目の屈折率変調部131〜13n−1それぞれの偏角面M1〜Mn−1の何れとも一致しないようにされる。さらに、N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なるように形成される。このようにして、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1が製造される。
特に、第(n−1)番目の屈折率変調部13n−1が形成された後に、光ファイバ10が一定角度180/Nだけ光軸回りに回転されて、第n番目の屈折率変調部13nが形成されるのが好適である。このようにして製造される傾斜型回折格子素子1は、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの偏角面M1〜MNが光ファイバ10の光軸の回りに180度/Nずつずれているので、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、各屈折率変調部13nを形成する際に、屈折率等位面Lnに垂直な直線Anと光ファイバ10の光軸とがなす角度Anを互いに同一にし、光ファイバ10の長手方向に沿った形成領域の長さDnを互いに同一し、屈折率変調周期を互いに同一にし、屈折率変調振幅を互いに同一にするのが好適である。このようにして製造される傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、各屈折率変調部13nを形成する際に、製造途中の傾斜型回折格子素子1の透過損失または偏波依存損失をモニタするのが好適である。このようにすることで、製造される傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1およびその製造方法の実施例について説明する。本実施例では、光ファイバ10は、コア領域11だけでなくクラッド領域12にもGeO2が添加されたものであった。位相格子マスク20は、一定周期ではなく、溝方向に垂直な方向に沿って周期が次第に変化していて、中心周期が1.0650μmであり、周期変化率が10.0nm/cmであった。光源30は、波長248nmのレーザ光を屈折率変化誘起光として出力するKrFエキシマレーザ光源が用いられた。
そして、製造された本実施例の傾斜型回折格子素子1は、2つの屈折率変調部131,132を有するものであった。2つの屈折率変調部131,132それぞれは、形成領域の長さが5mmであり、互いに全く重ねられて形成された。屈折率変調部131の偏角面M1と屈折率変調部132の偏角面M2とは互いに直交するものであった。
本実施例の製造方法では、初めに第1番目の屈折率変調部131が形成され、その後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断されている間に光ファイバ10が90だけ光軸回りに回転されて、続いて第2番目の屈折率変調部132が形成された。また、2つの屈折率変調部131,132それぞれの形成の際に、製造途中の傾斜型回折格子素子1の透過損失がモニタされた。
本実施例では、透過損失が最大となる波長における透過損失の目標値は1dBとされた。そして、第1番目の屈折率変調部131の形成の際には、モニタされた透過損失が目標値の1/2(0.5dB)となった時点で、屈折率変化誘起光UVの照射が中断された。また、続く第2番目の屈折率変調部132の形成の際には、モニタされた透過損失が目標値(1dB)となった時点で、屈折率変化誘起光UVの照射が終了された。図5Aは、第1番目の屈折率変調部131の形成終了時点での透過特性を示す図であり、図5Bは、第2番目の屈折率変調部132の形成終了時点での透過特性を示す図である。この図に示されるように、本実施例の傾斜型回折格子素子1の透過損失の最大値は、第1番目の屈折率変調部131の形成終了時点では0.5dBであり、第2番目の屈折率変調部132の形成終了時点では1.0dBであった。
図6Aは、本実施例の傾斜型回折格子素子の透過特性を示す図であり、図6Bは、本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失特性を示す図である。また、図7Aは、比較例の傾斜型回折格子素子の透過特性を示す図であり、図7Bは、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失特性を示す図である。ここで、比較例の傾斜型回折格子素子は、重ね書きされることなく1つの屈折率変調部のみを有するものであった。
図6Aと図7Aとを比較して判るように、本実施例の傾斜型回折格子素子および比較例の傾斜型回折格子素子それぞれは、透過スペクトルの形状が互いに似ており、何れも透過損失の最大値が0.6dB程度であった。しかし、図6Bと図7Bとを比較して判るように、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は0.125dB程度であるのに対して、本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は0.03dB程度であった。本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値と比較して約1/4であり、また、本実施例の傾斜型回折格子素子の透過損失の最大値と比較して約1/20であった。
図8は、他の実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)2の説明図である。この図には、光軸を含む面で切断したときの断面図、および、光軸に垂直な面で切断したときの断面図が示されている。この図に示される本実施形態に係る傾斜型回折格子素子2は、光導波路である光ファイバ20の長手方向に沿って、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部231〜23Nが形成されている。光ファイバ20は、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域21と、このコア領域21を取り囲むクラッド領域22とを含む。
各屈折率変調部23n(nは1以上N以下の任意の整数)について、屈折率が等位となる屈折率等位面をLnと表し、屈折率等位面Lnに垂直であって光ファイバ20の光軸(x軸)と交わる直線をAnと表し、直線Anと光軸とがなす角度をθnと表し、直線Anと光軸とがなす偏角面をMnと表す。各屈折率変調部23nの形成領域、屈折率等位面Ln、直線Anおよび角度θnそれぞれに関しては、既に説明したとおりである。
この傾斜型回折格子素子2は、各屈折率変調部23nの偏角面Mnが光軸の周りに360度/Nずつずれている点に特徴を有する。なお、図では、N=4としている。この場合、偏角面が互いに180度だけ異なる屈折率変調部231,233それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺され、また、偏角面が互いに180度だけ異なる屈折率変調部233,234それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺されるので、このことによっても、光導波路型回折格子素子2は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。なお、ここで言う非軸対称性とは、光ファイバ20に対して屈折率変化誘起光が照射されて形成された屈折率変調部231において、屈折率変化誘起光の入射側において屈折率上昇が大きくなっていることを言う。そこで、光ファイバ20に対して屈折率変化誘起光が互いに逆の方向それぞれから照射されて屈折率変調部231、233が形成されることにより、各々の非軸対称性に因る複屈折性が相殺される。
この傾斜型回折格子素子2も、透過損失が最大となる波長において、偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であるのが好適である。このような傾斜型回折格子素子2も、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられ、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
図9A〜図11Bそれぞれは、3種類の傾斜型回折格子素子の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。図9A及び図9Bは、1方向のみから屈折率変化誘起光が照射されて1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子について示す。図9A及び図9Bは、互いに90度だけ異なる2方向から屈折率変化誘起光が照射されて2つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子1について示す。図11A及び図11Bは、互いに90度ずつ異なる4方向から屈折率変化誘起光が照射されて4つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子2について示す。
傾斜型回折格子素子1および傾斜型回折格子素子2それぞれでは、各屈折率変調部は重ねて形成された。
図9A,図10Aおよび図11Aを比較して判るように、3種類の傾斜型回折格子素子それぞれの透過率Tの波長依存性は略同様のものであった。一方、図9B,図10Bおよび図11Bを比較して判るように、1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子の偏波依存損失PDLは0.127dBにも達したのに対して、傾斜型回折格子素子1の偏波依存損失PDLは0.023dBと小さく、傾斜型回折格子素子2の偏波依存損失PDLは0.016dBと更に小さかった。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部が形成されていて、各屈折率変調部の屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、各屈折率変調部の偏角面が互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成される光導波路型回折格子素子は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
図1A及び図1Bは、従来の傾斜型回折格子素子の説明図である。
図2は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の説明図である。
図3は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための斜視図である。
図4A、図4B、図4C及び図4Dは、それぞれ本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための断面図である。
図5A及び図5Bは、本実施例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性を示す図であり、図5Aは第1番目の屈折率変調部の形成終了時点での透過特性を示す図であり、図5Bは第2番目の屈折率変調部の形成終了時点での透過特性を示す図である。
図6A及び図6Bは、それぞれ本実施例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性および偏波依存損失特性を示す図である。
図7A及び7Bは、それぞれ比較例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性および偏波依存損失特性を示す図である。
図8は、他の実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の説明図である。
図9A及び9Bは、それぞれ1方向のみから屈折率変化誘起光が照射されて1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
図10A及び図10Bは、互いに90度だけ異なる2方向から屈折率変化誘起光が照射されて2つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子1の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
図11A及び図11Bは、それぞれ、互いに90度ずつ異なる4方向から屈折率変化誘起光が照射されて4つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子2の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
本発明は、光導波路の長手方向に沿って屈折率変調部が形成された光導波路型回折格子素子およびその製造方法に関するものである。
背景技術
光導波路型回折格子素子は、光導波路(例えば光ファイバ)における長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調部が形成されたものである。通常の光導波路型回折格子素子は、屈折率等位面(屈折率変調部における屈折率が等位となる面)に垂直な直線が光導波路の光軸と平行である。この場合、屈折率変調周期がΛであり、光導波路の屈折率変調部における平均の実効屈折率がnaveであれば、この光導波路型回折格子素子は、λ=2naveΛなる式で表されるブラッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。この屈折率変調部において反射された反射波長λの光は、入射時と逆の方向に光導波路を伝搬していく。
これに対して、屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でない光導波路型回折格子素子(以下「傾斜型回折格子素子」と言う。)が知られている(例えば文献「M.J.Holmes,et al.,”Ultra Narrow−Band Optical Fibre Sidetap Filters”,ECOC’98,pp.137−138(1998)」を参照)。図1A及び図1Bは、従来の傾斜型回折格子素子の説明図である。図1Aは、傾斜型回折格子素子の光軸を含む面で切断したときの断面図であり、図1Bは、光軸に垂直な面で切断したときの断面図である。この図に示される従来の傾斜型回折格子素子9は、高屈折率のコア領域91および低屈折率のクラッド領域92を有する光ファイバ90において、そのコア領域91の長手方向に沿った所定範囲に亘って屈折率変調部93が形成されたものである。そして、屈折率変調部93における屈折率等位面Lに垂直な直線Aは、光ファイバ90の光軸(図中のx軸)と平行でなく、直線Aと光軸とがなす角度θは0でない。この場合、直線Aに沿った屈折率変調周期がΛであり、屈折率変調部93における平均の実効屈折率がnaveであれば、この傾斜型回折格子素子9は、λ=2naveΛ/sinθなる式で表されるブラッグ条件式を満たす反射波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。この屈折率変調部93において反射された反射波長λの光は、光ファイバ90を伝搬していくことなく、光ファイバ90の外部へ放射される。すなわち、この傾斜型回折格子素子9は低反射の損失フィルタとして作用する。したがって、傾斜型回折格子素子9は、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
しかしながら、従来の傾斜型回折格子素子9の損失特性は偏波依存性を有している。すなわち、直線Aと光軸とがなす偏角面M(図11A及び図11B中のxy平面)に平行な偏波面を有する偏波モードと、偏角面Mに垂直な偏波面を有する偏波モードとでは、損失特性が相違している。
そこで、このような偏波依存損失を低減する為に、例えば、従来の傾斜型回折格子素子を光軸回りに捻回させることで長手方向に沿って偏角面を回転させることが考えられる。また、複数の屈折率変調部を接続するとともに長手方向に沿って各々の偏角面を異なるものとすることも考えられる。このようにすれば、長手方向の或る位置および他の位置それぞれにおける偏波依存損失が互いに相殺されて、偏波依存損失が低減され得る。
しかし、傾斜型回折格子素子を捻回させる場合には、光ファイバがガラスからなるものであって脆弱であることから、偏波依存損失を低減するには、屈折率変調部が長いことが必要である。また、複数の屈折率変調部を接続する場合には、融着接続のために余長部が必要となることから、屈折率変調部が全体として長くなってしまう。何れにしても、従来の傾斜型回折格子素子は、短尺で偏波依存損失を低減することができない。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)およびその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、(1)光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部が形成されており、(2)N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、(3)N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす偏角面が互いに一致しておらず、(4)N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっていることを特徴とする。
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、(1)光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部を、屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行とならないようにして順次に形成するとともに、(2)第n(nは2以上N以下の整数)番目の屈折率変調部を形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす偏角面が、既に形成した第1番目〜第(n−1)番目の屈折率変調部それぞれの偏角面の何れとも一致しないようにし、(3)N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なるようにして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。
本発明に係る光導波路型回折格子素子、および、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法により製造される光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部が形成されていて、各屈折率変調部の屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、各屈折率変調部の偏角面が互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成されることで、光導波路型回折格子素子は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずれていることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずらして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。この場合には、光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずれていることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずらして、光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。上述した180度/Nずつずらす場合と比較して、このように360度/Nずつずらす場合には、光導波路型回折格子素子は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。また、Nは、奇数であってもよいが、偶数であるのが好適である。Nが偶数であれば、偏角面が互いに180度だけ異なる対の屈折率変調部それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺されるので、このことによっても、光導波路型回折格子素子は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子では、N個の屈折率変調部それぞれは、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす角度が互いに同一であり、光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さが互いに同一であり、屈折率変調周期が互いに同一であり、屈折率変調振幅が互いに同一であることを特徴とする。本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、N個の屈折率変調部それぞれを形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と光導波路の光軸とがなす角度を互いに同一にし、光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さを互いに同一し、屈折率変調周期を互いに同一にし、屈折率変調振幅を互いに同一にすることを特徴とする。この場合にも、光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、透過損失が最大となる波長において偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であることを特徴とする。この場合には、光導波路型回折格子素子は、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられる。
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、透過損失をモニタしながらN個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする。或いは、偏波依存損失をモニタしながらN個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする。この場合には、製造される光導波路型回折格子素子は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して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。
図2は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1の説明図である。この図には、光軸を含む面で切断したときの断面図、および、光軸に垂直な面で切断したときの断面図が示されている。この図に示される本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、光導波路である光ファイバ10の長手方向に沿って、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部131〜13Nが形成されている。光ファイバ10は、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域11と、このコア領域11を取り囲むクラッド領域12とを含む。
各屈折率変調部13n(nは1以上N以下の任意の整数)について、屈折率が等位となる屈折率等位面をLnと表し、屈折率等位面Lnに垂直であって光ファイバ10の光軸(x軸)と交わる直線をAnと表し、直線Anと光軸とがなす角度をθnと表し、直線Anと光軸とがなす偏角面をMnと表す。
各屈折率変調部13nは、直線Anが光軸と平行でなく、直線Anと光軸とがなす角度θnが0でない。すなわち、各屈折率変調部13nは、光軸に対して角度θnだけ傾斜した直線Anに沿って周期Λnの屈折率変調がコア領域11に形成されたものである。また、各屈折率変調部13nの偏角面Mnは互いに一致していない。すなわち、N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの任意の2つの屈折率変調部13n1,13n2を取り上げたときに、偏角面Mn1と偏角面Mn2とは一致していない。
N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの何れか2つの屈折率変調部13n1,13n2それぞれの形成領域は、互いに少なくとも一部が重なっている。図では、例えば、屈折率変調部131の形成領域は、屈折率変調部132の形成領域と一部が重なっており、屈折率変調部133の形成領域とも一部が重なっており、また、屈折率変調部13Nの形成領域とも一部が重なっている。また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの形成領域は全て一致しているのが好適である。
このように、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、N個の屈折率変調部131〜13Nが形成されていて、各屈折率変調部13nの角度θnが0でなく、各屈折率変調部13nの偏角面Mnが互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部13n1,13n2それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成された傾斜型回折格子素子1は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの偏角面M1〜MNは、光ファイバ10の光軸の回りに180度/Nずつずれているのが好適である。例えば、N=2であれば、偏角面M1と偏角面M2とは互いに直交している。また、例えば、N=3であれば、偏角面M1〜M3は光ファイバ10の光軸の回りに60度ずつずれている。このように偏角面M1〜MNが配置されることにより、傾斜型回格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれは、直線Anと光軸とがなす角度θnが互いに同一であり、光ファイバ10の長手方向に沿った形成領域の長さDnが互いに同一であり、屈折率変調周期が互いに同一であり、屈折率変調振幅が互いに同一であるのが好適である。このように各屈折率変調部13nが形成されることにより、傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
そして、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1は、透過損失が最大となる波長において、偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であるのが好適である。このような傾斜型回折格子素子1は、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられ、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1の製造方法について説明する。図3および図4Aから図4Dは、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための図である。図3は斜視図であり、図4Aから図4Dは光軸に垂直な面で切断したときの断面図である。
初めに、光ファイバ10、位相格子マスク20および光源30が用意される。光ファイバ10は、上述したように、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域11と、このコア領域11を取り囲むクラッド領域12とを含むものである。位相格子マスク20は、石英ガラス平板の一方の面に周期2Λの溝状凹凸からなる位相格子が形成されたものである。光源30は、光ファイバ10のコア領域11の屈折率変化を誘起せしめる波長の光(以下「屈折率変化誘起光」という。)を出力するものであり、例えば、波長248nmのレーザ光を屈折率変化誘起光として出力するKrFエキシマレーザ光源が用いられる。
そして、図3に示されるように、位相格子マスク20は、光ファイバ10の側方に、位相格子が形成された面が光ファイバ10に対向するように配置される。また、このとき、位相格子マスク20の位相格子における溝方向は、光ファイバ10の光軸に垂直な面に対して角度θ1だけ傾斜している。このように両者が配置された状態で、光源30から出力された屈折率変化誘起光UVは、位相格子マスク20に対して垂直に照射される。この屈折率変化誘起光UVの照射に伴い、位相格子マスク20の回折作用により+1次回折光と−1次回折光とが生じ、これら+1次回折光と−1次回折光とが互いに干渉して、周期Λの干渉縞が生じる。光ファイバ10のGeO2が添加されたコア領域11では、干渉縞の各位置における屈折率変化誘起光のエネルギの大きさに応じて屈折率が上昇するので、これにより屈折率変調部131が形成される。この屈折率変調部131は、屈折率等位面L1に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA1としたときに、この直線A1と光軸とがなす角度がθ1であり、直線A1と光軸とがなす偏角面M1が位相格子マスク20の面に平行である(図3および図4A参照)。
このように図4Aに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第1番目の屈折率変調部131が形成される。形成後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断され、その間に光ファイバ10が一定角度だけ光軸回りに回転されて、図4Bに示された配置状態となる。そして、図4Bに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第2番目の屈折率変調部132が形成される。このようにして形成された第2番目の屈折率変調部132は、屈折率等位面L2に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA2としたときに、この直線A2と光軸とがなす角度がθ2であり、直線A2と光軸とがなす偏角面M2が位相格子マスク20の面に平行である。第2番目の屈折率変調部132の偏角面M2は、既に形成された第1番目の屈折率変調部131の偏角面M1と一致していない。
さらに、第2番目の屈折率変調部132の形成後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断され、その間に光ファイバ10が一定角度だけ光軸回りに回転されて、図4Cに示された配置状態となる。そして、図4Cに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第3番目の屈折率変調部133が形成される。このようにして形成された第3番目の屈折率変調部133は、屈折率等位面L3に垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をA3としたときに、この直線A3と光軸とがなす角度がθ3であり、直線A3と光軸とがなす偏角面M3が位相格子マスク20の面に平行である。第3番目の屈折率変調部133の偏角面M3は、既に形成された第1番目の屈折率変調部131の偏角面M1と一致しておらず、また、既に形成された第2番目の屈折率変調部132の偏角面M2とも一致していない。
以降も同様にして、第4番目〜第N番目の屈折率変調部134〜13Nが順次に形成される。第N番目の屈折率変調部13Nの形成の際には、図4Dに示された配置状態で屈折率変化誘起光UVが一定時間だけ照射されることで第N番目の屈折率変調部13Nが形成される。このようにして形成された第N番目の屈折率変調部13Nは、屈折率等位面LNに垂直であって光ファイバ10の光軸と交わる直線をANとしたときに、この直線ANと光軸とがなす角度がθNであり、直線ANと光軸とがなす偏角面MNが位相格子マスク20の面に平行である。第N番目の屈折率変調部13Nの偏角面MNは、既に形成された第1番目〜第(N−1)番目の屈折率変調部131〜13N−1の偏角面M1〜MN−1の何れとも一致していない。
なお、位相格子マスク20が位置固定のままであれば各θnは全て同一値であるが、位相格子マスク20がその面上で回転されることにより各θnは異なるものとすることができる。また、1つの位相格子マスク20が用いられれば、各屈折率変調部13nにおいて直線Anに沿った屈折率変調周期は全て同一値であるが、異なる位相格子周期の位相格子マスクに交換されることで、各屈折率変調部13nにおいて直線Anに沿った屈折率変調周期は異なるものとすることができる。
このように、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法では、N個の屈折率変調部131〜13Nは、光ファイバ10の長手方向に沿って、屈折率等位面Lnに垂直な直線Anが光ファイバ10の光軸と平行とならない(すなわち角度θn≠0となる)ようにして順次に形成される。また、第n番目の屈折率変調部13nを形成する際に、その偏角面Mnが、既に形成された第1番目〜第(n−1)番目の屈折率変調部131〜13n−1それぞれの偏角面M1〜Mn−1の何れとも一致しないようにされる。さらに、N個の屈折率変調部131〜13Nのうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なるように形成される。このようにして、本実施形態に係る傾斜型回折格子素子1が製造される。
特に、第(n−1)番目の屈折率変調部13n−1が形成された後に、光ファイバ10が一定角度180/Nだけ光軸回りに回転されて、第n番目の屈折率変調部13nが形成されるのが好適である。このようにして製造される傾斜型回折格子素子1は、N個の屈折率変調部131〜13Nそれぞれの偏角面M1〜MNが光ファイバ10の光軸の回りに180度/Nずつずれているので、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、各屈折率変調部13nを形成する際に、屈折率等位面Lnに垂直な直線Anと光ファイバ10の光軸とがなす角度Anを互いに同一にし、光ファイバ10の長手方向に沿った形成領域の長さDnを互いに同一し、屈折率変調周期を互いに同一にし、屈折率変調振幅を互いに同一にするのが好適である。このようにして製造される傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
また、各屈折率変調部13nを形成する際に、製造途中の傾斜型回折格子素子1の透過損失または偏波依存損失をモニタするのが好適である。このようにすることで、製造される傾斜型回折格子素子1は、偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)1およびその製造方法の実施例について説明する。本実施例では、光ファイバ10は、コア領域11だけでなくクラッド領域12にもGeO2が添加されたものであった。位相格子マスク20は、一定周期ではなく、溝方向に垂直な方向に沿って周期が次第に変化していて、中心周期が1.0650μmであり、周期変化率が10.0nm/cmであった。光源30は、波長248nmのレーザ光を屈折率変化誘起光として出力するKrFエキシマレーザ光源が用いられた。
そして、製造された本実施例の傾斜型回折格子素子1は、2つの屈折率変調部131,132を有するものであった。2つの屈折率変調部131,132それぞれは、形成領域の長さが5mmであり、互いに全く重ねられて形成された。屈折率変調部131の偏角面M1と屈折率変調部132の偏角面M2とは互いに直交するものであった。
本実施例の製造方法では、初めに第1番目の屈折率変調部131が形成され、その後、屈折率変化誘起光UVの照射が中断されている間に光ファイバ10が90だけ光軸回りに回転されて、続いて第2番目の屈折率変調部132が形成された。また、2つの屈折率変調部131,132それぞれの形成の際に、製造途中の傾斜型回折格子素子1の透過損失がモニタされた。
本実施例では、透過損失が最大となる波長における透過損失の目標値は1dBとされた。そして、第1番目の屈折率変調部131の形成の際には、モニタされた透過損失が目標値の1/2(0.5dB)となった時点で、屈折率変化誘起光UVの照射が中断された。また、続く第2番目の屈折率変調部132の形成の際には、モニタされた透過損失が目標値(1dB)となった時点で、屈折率変化誘起光UVの照射が終了された。図5Aは、第1番目の屈折率変調部131の形成終了時点での透過特性を示す図であり、図5Bは、第2番目の屈折率変調部132の形成終了時点での透過特性を示す図である。この図に示されるように、本実施例の傾斜型回折格子素子1の透過損失の最大値は、第1番目の屈折率変調部131の形成終了時点では0.5dBであり、第2番目の屈折率変調部132の形成終了時点では1.0dBであった。
図6Aは、本実施例の傾斜型回折格子素子の透過特性を示す図であり、図6Bは、本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失特性を示す図である。また、図7Aは、比較例の傾斜型回折格子素子の透過特性を示す図であり、図7Bは、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失特性を示す図である。ここで、比較例の傾斜型回折格子素子は、重ね書きされることなく1つの屈折率変調部のみを有するものであった。
図6Aと図7Aとを比較して判るように、本実施例の傾斜型回折格子素子および比較例の傾斜型回折格子素子それぞれは、透過スペクトルの形状が互いに似ており、何れも透過損失の最大値が0.6dB程度であった。しかし、図6Bと図7Bとを比較して判るように、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は0.125dB程度であるのに対して、本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は0.03dB程度であった。本実施例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値は、比較例の傾斜型回折格子素子の偏波依存損失の最大値と比較して約1/4であり、また、本実施例の傾斜型回折格子素子の透過損失の最大値と比較して約1/20であった。
図8は、他の実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)2の説明図である。この図には、光軸を含む面で切断したときの断面図、および、光軸に垂直な面で切断したときの断面図が示されている。この図に示される本実施形態に係る傾斜型回折格子素子2は、光導波路である光ファイバ20の長手方向に沿って、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部231〜23Nが形成されている。光ファイバ20は、石英ガラスをベースとするものであって、GeO2が添加されたコア領域21と、このコア領域21を取り囲むクラッド領域22とを含む。
各屈折率変調部23n(nは1以上N以下の任意の整数)について、屈折率が等位となる屈折率等位面をLnと表し、屈折率等位面Lnに垂直であって光ファイバ20の光軸(x軸)と交わる直線をAnと表し、直線Anと光軸とがなす角度をθnと表し、直線Anと光軸とがなす偏角面をMnと表す。各屈折率変調部23nの形成領域、屈折率等位面Ln、直線Anおよび角度θnそれぞれに関しては、既に説明したとおりである。
この傾斜型回折格子素子2は、各屈折率変調部23nの偏角面Mnが光軸の周りに360度/Nずつずれている点に特徴を有する。なお、図では、N=4としている。この場合、偏角面が互いに180度だけ異なる屈折率変調部231,233それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺され、また、偏角面が互いに180度だけ異なる屈折率変調部233,234それぞれが有する非軸対称性に因る複屈折性が相殺されるので、このことによっても、光導波路型回折格子素子2は、更に偏波依存損失が効率よく低減されたものとなる。なお、ここで言う非軸対称性とは、光ファイバ20に対して屈折率変化誘起光が照射されて形成された屈折率変調部231において、屈折率変化誘起光の入射側において屈折率上昇が大きくなっていることを言う。そこで、光ファイバ20に対して屈折率変化誘起光が互いに逆の方向それぞれから照射されて屈折率変調部231、233が形成されることにより、各々の非軸対称性に因る複屈折性が相殺される。
この傾斜型回折格子素子2も、透過損失が最大となる波長において、偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であるのが好適である。このような傾斜型回折格子素子2も、光通信の分野で偏波依存損失が小さいことが要求される光学装置(またはその一部)として好適に用いられ、例えば光ファイバ増幅器の利得を等化する利得等化器として好適に用いられ得る。
図9A〜図11Bそれぞれは、3種類の傾斜型回折格子素子の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。図9A及び図9Bは、1方向のみから屈折率変化誘起光が照射されて1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子について示す。図9A及び図9Bは、互いに90度だけ異なる2方向から屈折率変化誘起光が照射されて2つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子1について示す。図11A及び図11Bは、互いに90度ずつ異なる4方向から屈折率変化誘起光が照射されて4つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子2について示す。
傾斜型回折格子素子1および傾斜型回折格子素子2それぞれでは、各屈折率変調部は重ねて形成された。
図9A,図10Aおよび図11Aを比較して判るように、3種類の傾斜型回折格子素子それぞれの透過率Tの波長依存性は略同様のものであった。一方、図9B,図10Bおよび図11Bを比較して判るように、1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子の偏波依存損失PDLは0.127dBにも達したのに対して、傾斜型回折格子素子1の偏波依存損失PDLは0.023dBと小さく、傾斜型回折格子素子2の偏波依存損失PDLは0.016dBと更に小さかった。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、N(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部が形成されていて、各屈折率変調部の屈折率等位面に垂直な直線が光導波路の光軸と平行でなく、各屈折率変調部の偏角面が互いに一致しておらず、何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている。このように構成される光導波路型回折格子素子は、短尺であって、偏波依存損失が低減されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
図1A及び図1Bは、従来の傾斜型回折格子素子の説明図である。
図2は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の説明図である。
図3は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための斜視図である。
図4A、図4B、図4C及び図4Dは、それぞれ本実施形態に係る光導波路型回折格子素子製造方法を説明するための断面図である。
図5A及び図5Bは、本実施例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性を示す図であり、図5Aは第1番目の屈折率変調部の形成終了時点での透過特性を示す図であり、図5Bは第2番目の屈折率変調部の形成終了時点での透過特性を示す図である。
図6A及び図6Bは、それぞれ本実施例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性および偏波依存損失特性を示す図である。
図7A及び7Bは、それぞれ比較例の光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の透過特性および偏波依存損失特性を示す図である。
図8は、他の実施形態に係る光導波路型回折格子素子(傾斜型回折格子素子)の説明図である。
図9A及び9Bは、それぞれ1方向のみから屈折率変化誘起光が照射されて1つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
図10A及び図10Bは、互いに90度だけ異なる2方向から屈折率変化誘起光が照射されて2つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子1の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
図11A及び図11Bは、それぞれ、互いに90度ずつ異なる4方向から屈折率変化誘起光が照射されて4つの屈折率変調部が形成された傾斜型回折格子素子2の透過率Tおよび偏波依存損失PDLそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
Claims (11)
- 光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部が形成されており、
前記N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線が前記光導波路の光軸と平行でなく、
前記N個の屈折率変調部それぞれの屈折率等位面に垂直な直線と前記光導波路の光軸とがなす偏角面が互いに一致しておらず、
前記N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なっている
ことを特徴とする光導波路型回折格子素子。 - 前記N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が前記光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずれていることを特徴とする請求項1記載の光導波路型回折格子素子。
- 前記N個の屈折率変調部それぞれの偏角面が前記光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずれていることを特徴とする請求項1記載の光導波路型回折格子素子。
- 前記N個の屈折率変調部それぞれは、屈折率等位面に垂直な直線と前記光導波路の光軸とがなす角度が互いに同一であり、前記光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さが互いに同一であり、屈折率変調周期が互いに同一であり、屈折率変調振幅が互いに同一であることを特徴とする請求項1記載の光導波路型回折格子素子。
- 透過損失が最大となる波長において偏波依存損失が透過損失最大値の1/10以下であることを特徴とする請求項1記載の光導波路型回折格子素子。
- 光導波路の長手方向に沿ってN(Nは2以上の整数)個の屈折率変調部を、屈折率等位面に垂直な直線が前記光導波路の光軸と平行とならないようにして順次に形成するとともに、
第n(nは2以上N以下の整数)番目の屈折率変調部を形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と前記光導波路の光軸とがなす偏角面が、既に形成した第1番目〜第(n−1)番目の屈折率変調部それぞれの偏角面の何れとも一致しないようにし、
前記N個の屈折率変調部のうちの何れか2つの屈折率変調部それぞれの形成領域が互いに少なくとも一部が重なるようにして、
光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする光導波路型回折格子素子製造方法。 - 前記N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を前記光導波路の光軸の回りに180度/Nずつずらすことを特徴とする請求項6記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
- 前記N個の屈折率変調部それぞれの偏角面を前記光導波路の光軸の回りに360度/Nずつずらすことを特徴とする請求項6記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
- 前記N個の屈折率変調部それぞれを形成する際に、屈折率等位面に垂直な直線と前記光導波路の光軸とがなす角度を互いに同一にし、前記光導波路の長手方向に沿った形成領域の長さを互いに同一し、屈折率変調周期を互いに同一にし、屈折率変調振幅を互いに同一にすることを特徴とする請求項6記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
- 透過損失をモニタしながら前記N個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする請求項6記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
- 偏波依存損失をモニタしながら前記N個の屈折率変調部それぞれを形成することを特徴とする請求項6記載の光導波路型回折格子素子製造方法。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001209826 | 2001-07-10 | ||
JP2001209826 | 2001-07-10 | ||
JP2002012017 | 2002-01-21 | ||
JP2002012017 | 2002-01-21 | ||
PCT/JP2002/006868 WO2003007032A1 (fr) | 2001-07-10 | 2002-07-05 | Dispositif a reseau de diffraction de guide d'ondes optiques et procede de fabrication correspondant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2003007032A1 true JPWO2003007032A1 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=26618465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003512743A Pending JPWO2003007032A1 (ja) | 2001-07-10 | 2002-07-05 | 光導波路型回折格子素子およびその製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1406098A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2003007032A1 (ja) |
KR (1) | KR20030026364A (ja) |
CN (1) | CN1526079A (ja) |
CA (1) | CA2453533A1 (ja) |
TW (1) | TW550400B (ja) |
WO (1) | WO2003007032A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030121289A1 (en) | 2002-01-02 | 2003-07-03 | Benda John A. | Long period fiber Bragg gratings written with alternate side IR laser illumination |
CN102183488B (zh) * | 2011-03-04 | 2013-06-19 | 北京交通大学 | 基于闪耀长周期光纤光栅的折射率传感器 |
JP6460637B2 (ja) * | 2014-03-31 | 2019-01-30 | 富士通株式会社 | 半導体光導波路装置 |
CN104777535B (zh) * | 2015-03-25 | 2017-05-24 | 东南大学 | 一种复用体全息光栅 |
EP3540479A1 (en) * | 2018-03-13 | 2019-09-18 | Thomson Licensing | Diffraction grating comprising double-materials structures |
EP3540499A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-09-18 | Thomson Licensing | Image sensor comprising a color splitter with two different refractive indexes |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5559907A (en) * | 1994-02-17 | 1996-09-24 | Lucent Technologies Inc. | Method of controlling polarization properties of a photo-induced device in an optical waveguide and method of investigating structure of an optical waveguide |
JPH1184117A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Fujikura Ltd | 反射型光導波路グレーティング |
JP2000266945A (ja) * | 1999-01-25 | 2000-09-29 | Alcatel | 傾斜および線形チャープを有するフィルタ光導波路 |
JP2001021738A (ja) * | 1999-07-12 | 2001-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光導波路型フィルタ及びその製造方法並びに光ファイバ増幅器 |
IT1311335B1 (it) * | 1999-12-21 | 2002-03-12 | Otc Optical Technologies Ct S | Procedimento e dispositivo per realizzare reticoli in fibra ottica. |
-
2002
- 2002-07-05 KR KR10-2003-7003393A patent/KR20030026364A/ko not_active Application Discontinuation
- 2002-07-05 WO PCT/JP2002/006868 patent/WO2003007032A1/ja not_active Application Discontinuation
- 2002-07-05 EP EP02741421A patent/EP1406098A4/en not_active Withdrawn
- 2002-07-05 JP JP2003512743A patent/JPWO2003007032A1/ja active Pending
- 2002-07-05 CN CNA028137426A patent/CN1526079A/zh active Pending
- 2002-07-05 CA CA002453533A patent/CA2453533A1/en not_active Abandoned
- 2002-07-08 TW TW091115062A patent/TW550400B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1406098A4 (en) | 2005-09-21 |
KR20030026364A (ko) | 2003-03-31 |
CA2453533A1 (en) | 2003-01-23 |
WO2003007032A1 (fr) | 2003-01-23 |
TW550400B (en) | 2003-09-01 |
EP1406098A1 (en) | 2004-04-07 |
CN1526079A (zh) | 2004-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4287849B2 (ja) | 偏波不感微小曲げ光ファイバグレーティング、およびそれを使った装置 | |
US7376307B2 (en) | Multimode long period fiber bragg grating machined by ultrafast laser direct writing | |
CA2174070C (en) | Acoustooptical waveguide device for wavelength selection | |
US20070237446A1 (en) | Optical Element, Manufacturing Method Thereof, and Optical Device | |
JP5589926B2 (ja) | 光変調器 | |
JP2002139629A (ja) | 光損失フィルタ | |
JP6018303B2 (ja) | マルチコア光ファイバを最適化する方法およびそれを利用するデバイス | |
JPWO2003007032A1 (ja) | 光導波路型回折格子素子およびその製造方法 | |
JP2002169028A (ja) | 光損失フィルタ | |
JPWO2004081626A1 (ja) | フォトニック結晶を用いた導波路素子 | |
JPH1184117A (ja) | 反射型光導波路グレーティング | |
US7305155B2 (en) | Optical element and wavelength separator using the same | |
JPWO2004081625A1 (ja) | フォトニック結晶を用いた導波路素子 | |
WO2000029883A1 (en) | Optical waveguide structure | |
US9829639B1 (en) | Shaping the bandpass spectrum of a tunable filter for optical network applications | |
WO2022130515A1 (ja) | 三次元ハイブリッド光導波路およびその製造方法 | |
JPH08286061A (ja) | 光フィルタ | |
JP2006106372A (ja) | 光分岐装置 | |
JPH1123849A (ja) | ファイバ型光アイソレータ及びその製造方法 | |
AU777481B2 (en) | Optical waveguide structure | |
JPWO2020090450A1 (ja) | スラント型ファイバグレーティング | |
JP2001051134A (ja) | 光導波路型フィルタおよび光ファイバ増幅器 | |
JPH11133262A (ja) | フェイズドアレイ空間光フィルタ | |
JP2002169048A (ja) | 自己導波光回路 | |
JPH0358484B2 (ja) |