JPWO2020090450A1 - スラント型ファイバグレーティング - Google Patents

Abstract

本開示の一実施形態は、高性能の利得等化器を容易に実現し得るＳＦＧ（スラント型ファイバグレーティング）に関する。ＳＦＧは、コアと、感光性材料を含む第１クラッドと、第２クラッドと、を備えたシリカ系ガラスからなる光ファイバを含む。光ファイバのうちファイバ軸に沿って並んだ異なる２点の間に位置する特定区間は、第１クラッドに相当する領域内に設けられた傾斜ブラッググレーティングを含む第１領域と、第１領域を挟むよう配置された一対の第２領域と、第１領域と一対の第２領域の双方を挟むよう配置された第３領域と、により構成され、第３領域における波長１．５５μｍでのＭＦＤは、第１領域における波長１．５５μｍでのＭＦＤよりも小さい。

Description

本開示は、スラント型ファイバグレーティングに関するものである。
本願は、２０１８年１０月２９日に出願された日本特許出願第２０１８−２０２６０９号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。

ＣバンドまたはＬバンドの信号光を用いた長距離光ファイバ通信システムでは、該信号光を増幅する光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）等の稀土類元素が添加された増幅用光ファイバを含む光ファイバ増幅器が使用されている。エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped optical Fiber Amplifier）の利得スペクトルは、波長依存性を有しており、波長１.５３μｍ付近にピークを有する。この利得スペクトルの波長依存性の非平坦性に起因してビット誤り率の増加が生じ、その結果、伝送システム系の性能が劣化する。このような課題を解決する部品として、ＥＤＦＡの利得を等化する利得等化器であるスラント型ファイバグレーティング（ＳＦＧ：Slanted Fiber Grating）が開発されている。

利得等化器の製造例は、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている。この製造例では、まず、コアおよびクラッドの双方またはいずれか一方に感光性材料（photosensitive material、例えば、ＧｅＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３）が含まれるシリカ系ガラス（silica-based glass）からなる光ファイバが用意される。この光ファイバに対し、屈折率を上昇させ得る特定波長の紫外光（例えば、アルゴンイオンレーザ光の２倍波（波長２４４ｎｍ）等）が照射されると、感光性材料を含むシリカ系ガラスの屈折率が大きくなる。所定周期の屈折率変調グレーティングを光ファイバ内に書き込む方法には、チャープ型グレーティング位相マスクを用いた±１次回折光による露光、ＵＶレーザ光直接露光、２光束干渉露光がある。その中でも、位相マスクを用いた方法は、同一特性のグレーティングを再現性よく作製すること、および、他の手法に比べアライメントが比較的容易であることが、利点として挙げられる。

ＳＦＧによるロスは、ＬＰ０１モードから後方伝搬の高次モードへの結合により生じる。或るビーム幅の特定波長の光で書き込まれたグレーティングにより得られるＳＦＧのロススペクトルは、図１に示されたように、或る波長においてロスピークを有するとともに或る半値全幅（ＦＷＨＭ）αを有する。また、ＳＦＧのロススペクトルは、ロスピーク波長から短波長側にロスが裾をひいた基本スペクトルとなる。利得等化器の所望のロススペクトルは、図２に示されたように、透過率軸方向および波長軸方向に複数の基本スペクトルを重ね合わせることで実現される。このように複数のＳＦＧの基本スペクトルを重ね合わされた利得等化器により、ＥＤＦＡの利得が等化される。

特開２００３−００４９２６号公報 特開２００４−１７０４７６号公報 特開２００３−０７５６４７号公報

本開示のＳＦＧ（スラント型ファイバグレーティング）は、一例として、コアと、第１クラッドと、第２クラッドと、を備えたシリカ系ガラスからなる光ファイバを含む。コアは、ファイバ軸方向に沿って延びる。ファイバ軸方向と垂直な断面（当該光ファイバの断面）において、第１クラッドはコアを取り囲む領域であり、第２クラッドは、第１クラッドを取り囲む領域である。第１クラッドは、少なくとも一部が特定波長の光の照射により該一部の屈折率を上昇させる感光性材料を含み、かつ、コアの屈折率より低い屈折率を有する。第２クラッドは、コアの屈折率より低くかつ第１クラッドの屈折率より高い屈折率を有する。特に、ファイバ軸方向に沿って定義される、光ファイバのうちファイバ軸に沿って両端が定義される特定区間は、第１領域と、第１領域を挟むようにファイバ軸方向に沿って配置された一対の第２領域と、第１領域および一対の第２領域の双方を挟むようにファイバ軸方向に沿って配置された一対の第３領域と、により構成されている。第１領域は、波長１．５５μｍにおいて第１のモードフィールド径（Mode Field Diameter）を有し、かつ、上記断面に対して傾斜した等屈折率面（Iso-refractive Index Surface：屈折率の等しい点を三次元的に結んだ面）を有する傾斜ブラッググレーティングを含む。傾斜ブラッググレーティングは、第１領域のうち、第１クラッドに相当する領域内に設けられている。第３領域は、波長１．５５μｍにおいて第１のモードフィールド径より小さい第２のモードフィールド径を有する。

図１は、ＳＦＧのロススペクトル（基本スペクトル）である。 図２は、複数のＳＦＧの基本スペクトルの重ね合わせを説明するための図である。 図３は、スラント角θを説明するための図である。 図４Ａは、ＳＦＧの基本スペクトルの半値全幅αとスラント角θとの関係を示すグラフである。 図４Ｂは、ＳＦＧの反射減衰量とスラント角θとの関係を示す図である。 図５は、光ファイバの直径方向に沿った屈折率プロファイルである。 図６は、本実施形態に係るＳＦＧ１の構成を示す図である。 図７は、傾斜ブラッググレーティングの形成方法を説明するための図である。 図８は、本実施形態に係るＳＦＧ１の他の構成を示す図である。

［発明が解決しようとする課題］
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、近年、ＩｏＴやビックデータの利用の発展に伴い、伝送容量の大容量化とともにビット誤り率の更なる低下（ＳＦＧによる利得等化器の高性能化）が求められている。しかしながら、基本スペクトルが有する半値全幅αの制約により、複数の基本スペクトルを重ね合わせても、所望のロススペクトルを精度よく実現することは困難である。

［発明の効果］
本開示は、高性能の利得等化器を容易に実現し得るＳＦＧを提供することを可能にする。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

（１） 本開示のＳＦＧ（スラント型ファイバグレーティング）は、その一態様として、コアと、第１クラッドと、第２クラッドと、を備えたシリカ系ガラスからなる光ファイバを含む。コアは、ファイバ軸方向に沿って延びる。ファイバ軸方向と垂直な断面（当該光ファイバの断面）において、第１クラッドはコアを取り囲む領域であり、第２クラッドは、第１クラッドを取り囲む領域である。第１クラッドは、少なくとも一部が特定波長の光の照射により該一部の屈折率を上昇させる感光性材料を含み、かつ、コアの屈折率より低い屈折率を有する。第２クラッドは、コアの屈折率より低くかつ第１クラッドの屈折率より高い屈折率を有する。特に、上述の光ファイバのうち、ファイバ軸方向に沿って並んだ異なる２点の間に位置する特定区間は、第１領域と、第１領域を挟むようにファイバ軸方向に沿って配置された一対の第２領域と、第１領域および一対の第２領域の双方を挟むようにファイバ軸方向に沿って配置された一対の第３領域と、により構成されている。第１領域は、波長１．５５μｍにおいて第１のモードフィールド径を有し、かつ、上記断面に対して傾斜した等屈折率面を有する傾斜ブラッググレーティングであって第１クラッドに相当する領域内に形成された傾斜ブラッググレーティングを含む。傾斜ブラッググレーティングは、第１領域のうち、第１クラッドに相当する領域内に設けられている。第３領域は、波長１．５５μｍにおいて第１のモードフィールド径より小さい第２のモードフィールド径を有する。

なお、上述の第１領域、第２領域および第３領域は、いずれも、コア、第１クラッド、および第２クラッドにより構成されている（それぞれの領域は、当該光ファイバの断面構造と同じ断面構造を有する）。更に、第１領域、第２領域および第３領域それぞれの外径に関して、ファイバ軸に沿った実質的な変動はない（各領域の外径がファイバ軸に沿って意図的に変更されることはない）。換言すれば、紫外光照射前の光ファイバの構造および組成は、これら第１領域、第２領域および第３領域に亘って一様である。また、傾斜ブラッググレーティングは、感光性材料を含む領域に形成されるため、コアには形成されることなく第１クラッド内に形成される。したがって、傾斜ブラッググレーティングは、コアと第１クラッドとの境界（内側境界）と、第１クラッドと第２クラッドとの境界（外側境界）と、で挟まれた領域内に位置する。なお、第１領域の傾斜ブラッググレーティングは、スラント角θ（戻り光が最も抑制されるグレーティングの角度を基準として設定される角度）を有する。

（２） 本開示の一態様として、第１クラッドは、感光性材料としてＧｅＯ_２を含むのが好ましい。また、本開示の一態様として、第１クラッドは、感光性材料としてＢ_２Ｏ_３を更に含むのが好ましい。更に、本開示の一態様として、第１クラッドおよび第２クラッドの双方は、Ｆ（フッ素元素）を含んでもよい。

（３） 本開示の一態様として、一対の第３領域それぞれにおける第２のモードフィールド径は、１１.５μｍ以下であるのが好ましい。また、本開示の一態様として、第１領域における第１のモードフィールド径は、１２.０μｍ以上であるのが好ましい。一方、本開示の一態様として、一対の第２領域の一方における波長１．５５μｍでのモードフィールド径は、第１領域の一方の端部から一対の第３領域の一方に向かう方向に沿って徐々に小さくなっている。また、一対の第２領域の他方における波長１．５５μｍでのモードフィールド径は、第１領域の他方の端部から一対の第３領域の他方に向かう方向に沿って徐々に小さくなっているのが好ましい。なお、上述の第１領域、第２領域および第３領域が連続する領域である場合、第１領域と第２領域の境界において、該第２領域のモードフィールド径（波長１．５５μｍにおけるモードフィールド径）は第１のモードフィールド径に一致している。また、第３領域と第２領域の境界において、該第２領域のモードフィールド径は第２のモードフィールド径に一致している。

（４） 本開示の一態様として、ファイバ軸方向に沿って定義される第１領域の長さは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるのが好ましい。更に、本開示の一態様として、第１領域は、ファイバ軸方向に沿って傾斜ブラッググレーティングとは別の位置に配置されたＭＦＤ調整用ブラッググレーティングを含んでもよい。この場合、ＭＦＤ調整用ブラッググレーティングは、ファイバ軸方向に垂直な等屈折率面を有し、かつ、傾斜ブラッググレーティングの損失波長帯域とは異なる波長帯域の光をブラッグ反射させるよう機能する。

以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係るＳＦＧ（スラント型ファイバグレーティング）の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

利得等化器の高性能化のためには、グレーティングの最大損失量を大きくし、かつ、目標スペクトルに合わせ込める能力（書込み能力）を維持しつつ当該ＳＦＧの基本スペクトルの半値全幅αを小さくすること（基本スペクトルの狭帯域化）が望まれる。

ＳＦＧの基本スペクトルの狭帯域化のためには、光伝搬方向（ファイバ軸方向）に直交する面（ファイバ断面）に対するグレーティングの角度を小さくする必要がある。ここで、グレーティングの角度とは、ＬＰ０１モードの光が伝搬する波面に対して、グレーティングの等屈折率面がなす角度である。すなわち、グレーティングの角度が零である場合は、ＬＰ０１モードの光伝搬波面とグレーティングの等屈折率面とが互いに一致していることを表し、このときのＦＷＨＭは最も小さい値となる。ただし、グレーティングで反射された戻り光は、信号光の伝搬方向とは逆方向のＬＰ０１モードに結合して伝搬することになる。その結果、ＥＤＦＡを構成しているＥＤＦに戻り光が戻り、増幅効率／雑音特性の劣化や伝送品質の劣化等に繋がる。したがって、半値全幅αを小さくできるからと言って、単純にグレーティングの角度を零には出来ない。

このグレーティングの等屈折率面を、該グレーティングの角度を大きくする方向へと傾斜させていくと、戻り光は抑制されていく。あるグレーティングの角度でその戻り光が最も抑制され、その角度を原点としてスラント角θを定義する（図３、図４Ａおよび図４Ｂ）。すなわち、θ＝０となるスラント角は、戻り光が最も抑制されるグレーティングの角度を意味し、光が伝搬する波面を０度とした場合のグレーティングの角度１°〜３°程度に相当する。更に、グレーティングの角度を大きくしていくと、再び戻り光は増大していく。図３では、一定間隔の複数の線でグレーティングが示されている。図４Ａでは、スラント角θ（ｄｅｇ）と半値全幅α（ＦＷＨＭ（ｎｍ））の関係が示されている。また、図４Ｂに示されたように、スラント角θが小さくなると、反射減衰量（ｄＢ）は増大する。反射減衰量の増大により戻り光が増大すると、ＥＤＦＡを構成しているＥＤＦに光が戻る。したがって、例えば、スラント角θ＝０に対してグレーティングの角度を０.１度程度小さくするのが限度である。

以上のことから、ＳＦＧの基本スペクトルの半値全幅αを小さくするためには、スラント角θ＝０を実現するグレーティングの角度を小さくする必要がある。なお、光ファイバのモードフィールド径を増大させることで、スラント角θ＝０を実現するグレーティングの角度を小さくできることが知られている（特許文献３）。上記特許文献３によれば、ＳＦＧ領域のモードフィールド径ＭＦＤ１は１５μｍ以上であり、それ以外の取り回し領域のモードフィールド径ＭＦＤ３は耐曲げ損失に強い１２μｍ以下であることが必要とされている。ＭＦＤが異なる二つの光ファイバを損失無く互いに接続するために、モードフィールド径をＭＦＤ３からＭＦＤ１へと徐々に変換させる必要がある。

上記特許文献３では、コアにＧｅＯ_２が含まれる光ファイバが用意され、コアに含まれるＧｅＯ_２を熱拡散させることにより、モードフィールド径をＭＦＤ３からＭＦＤ１へと徐々に増大させたＭＦＤ変換部を形成する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、ＭＦＤ１領域での感光性材料であるＧｅＯ_２濃度は低減することになる。紫外光照射によるグレーティング書込みに必要なＧｅＯ_２濃度の閾値は当該濃度のＧｅＯ_２による屈折率の増加量の純ＳｉＯ_２ガラスの屈折率に対する比率でΔ０.３５％以上である。このことから、ＭＦＤ１領域への周期的な屈折率変調の書込みが困難となり、結果的に、所望の光損失を形成させられない。そこで、ＭＦＤ３を満たした取り回し領域を有する光ファイバとは別に、書込み深さが保証された光ファイバを用意して、これら二つの光ファイバを融着接続し、その融着接続点を含む一定範囲において熱拡散等によってＭＦＤ変換する。

しかしながら、特許文献３に開示された方法では、製造工程が増大することによる単価増に加え、融着損失が生じる問題があった。以下に説明する実施形態では、高性能の利得等化器を容易に実現し得るスラント型ファイバグレーティング（ＳＦＧ）を提供することができる。

図５は、傾斜ブラッググレーティングが形成される光ファイバの直径方向に沿った屈折率プロファイルであり、本実施形態のＳＦＧの傾斜ブラッググレーティングは、図５に示された屈折率プロファイルを有する光ファイバに形成される。光ファイバ１０は、シリカ系ガラスからなる光ファイバであって、コア１１と、コア１１を取り囲む第１クラッド（光学クラッド）１２と、第１クラッド１２を取り囲む第２クラッド（ジャケット）１３と、を備える。第１クラッド１２は、コア１１の屈折率より低い屈折率を有する。第２クラッドは、コア１１の屈折率より低く、かつ、第１クラッド１２の屈折率より高い屈折率を有する。

コア１１と第１クラッド１２との境界は、屈折率の勾配が最大になる位置で定義される。第１クラッド１２と第２クラッド１３との境界は、第１クラッド１２と第２クラッド１３との間の屈折率の勾配が最大となる位置で定義される。コア１１は、コア中心において比屈折率差Δｎ_ｃｏｒｅを有する。第１クラッド１２は、Δｎ_ｃｏｒｅより小さい比屈折率差Δｎ_{ｃｌａｄ１}を有する。第２クラッド１３は、Δｎ_ｃｏｒｅより小さくΔｎ_{ｃｌａｄ１}より大きい比屈折率差Δｎ_{ｃｌａｄ２}を有する。Δｎ_{ｃｌａｄ１}は、第１クラッド１２内の屈折率プロファイルの近似直線がコア１１と第１クラッド１２との境界においてとる値である。ここで、第１クラッド１２内の屈折率プロファイルの近似直線は、コア１１と第１クラッド１２との境界から直径方向に沿って外側に１μｍ離れた位置での屈折率と、第２クラッド１３と第１クラッド１２との境界からコア中心に向かって１μｍ離れた位置での屈折率とを、互いに結んだ直線とする。なお、各部の比屈折率差は、純ＳｉＯ_２ガラスの屈折率を基準とした値である。

第１クラッド１２の少なくとも一部は、特定波長の光の照射により屈折率が上昇する感光性材料を含む。第１クラッド１２は、感光性材料としてＧｅＯ_２を含み、感光性材料としてＢ_２Ｏ_３を更に含んでいてもよい。コア１１および第２クラッド１３は実質的に感光性材料を含まない。第１クラッド１２および第２クラッド１３はＦを含む。

図６は、本実施形態のＳＦＧ１の構成を示す図である。ＳＦＧ１の傾斜ブラッググレーティング２１は、一つの光ファイバ１０に形成される。ＳＦＧ１は、ファイバ軸方向に沿って第１領域、第２領域および第３領域に区分される特定区間を有する。この特定区間は、光ファイバ１０のうちファイバ軸に沿って両端が定義される区間である。第１領域は真直である。第１領域の両側に一対の第２領域が設けられ、更に一対の第２領域を挟むように一対の第３領域が設けられている。紫外光照射前の光ファイバ１０の構造および組成は、これらの三つの領域に亘って一様である。

第１領域に、スラント角θを有する傾斜ブラッググレーティング２１が形成されている。第１領域のモードフィールド径ＭＦＤ１は、波長１．５５μｍにおいて第３領域のモードフィールド径ＭＦＤ３より大きい。第３領域のモードフィールド径ＭＦＤ３は、波長１．５５μｍにおいて１１.５μｍ以下であるのが好ましい。第１領域のモードフィールド径ＭＦＤ１は、波長１．５５μｍにおいて１２.０μｍ以上であるのが好ましい。以下の説明において、ＭＦＤ１およびＭＦＤ３は、すべて波長１．５５μｍにおける値である。一対の第２領域それぞれにおけるモードフィールド径は、第１領域の両端から一対の第３領域それぞれに向けて次第に小さくなっているのが好ましい。ファイバ軸方向に沿って定義される第１領域の長さは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。

紫外光照射前の光ファイバ１０のモードフィールド径はＭＦＤ３である。第１領域および第２領域それぞれにおいて紫外光を照射することで、第１領域のモードフィールド径を所望のＭＦＤ１とすることができ、また、第２領域のモードフィールド径を第１領域の側から第３領域の側に向けて次第に小さくすることができる。

感光性材料を含む領域（第１クラッド１２の少なくとも一部）の屈折率は、紫外光照射により増大する。コア１１および第２クラッド１３が非感光性であるのに対して、第１クラッド１２が感光性であるので、紫外光照射により第１クラッド１２の屈折率が増大する。これにより、第１クラッド１２に対するコア１１の比屈折率差は小さくなり、モードフィールド径は大きくなる。コア１１の比屈折率差は、コア中心位置についてのものである。

第２領域に対する紫外線照射では、第２領域に対して位相マスクを介さずに紫外光が照射される。その際、紫外線を照射しながら紫外光照射量をファイバ軸方向に沿って変化させることで、第２領域のモードフィールド径をファイバ軸方向に沿ってＭＦＤ１からＭＦＤ３へと次第に変化させることができる。

第１領域におけるモードフィールド径ＭＦＤ１の設定および傾斜ブラッググレーティングの形成の方法は次のとおりである。第１領域に対して位相マスクを介さずに紫外光が照射される。このとき、モードフィールド径ＭＦＤ１を実現するのに必要な紫外光照射量で、ファイバ軸方向に沿って一様に紫外光が照射される。これにより、第１領域のモードフィールド径を所望のＭＦＤ１とすることができる。その後、第１領域に対して位相マスクを介して紫外光（ＵＶ_{ｇｒａｔｉｎｇ}）を照射することで、所定の損失スペクトルを形成するための周期的な屈折率変調である傾斜ブラッググレーティング２１が形成される。

図７は、傾斜ブラッググレーティングの形成方法を説明するための図である。光源３１から出力された光は、ミラー３２により反射された後、シリンドリカルレンズ３３および位相マスク３４を順に経て第１領域に照射される。光源３１から出力された光は、感光性材料を含む領域の屈折率を増大させることができる波長を有する。ミラー３２への光入射方向はファイバ軸方向に平行である。ミラー３２からの光出射方向はファイバ軸方向に垂直である。シリンドリカルレンズ３３は、ミラー３２から到達した光をファイバ軸方向について収斂させる。位相マスク３４は、第１領域に対向する主面に周期構造の溝が形成された略平板状の透明板である。位相マスク３４から出力される＋１次回折光と−１次回折光とが干渉し、その干渉縞に基づいて傾斜ブラッググレーティングが形成される。また、ミラー３２およびシリンドリカルレンズ３３が一体となってファイバ軸方向に沿って移動することで、第１領域の所定範囲に亘って傾斜ブラッググレーティングが形成される。

第１領域のモードフィールド径とスラント角ゼロを実現するグレーティングの角度との間には相関がある。したがって、第１領域のモードフィールド径は、所望のグレーティングの角度θ１に対応したＭＦＤ１_θ１であることが必要である。紫外光照射量とＭＦＤ増加量との間の関係が分かれば、原理的には、第１領域のモードフィールド径ＭＦＤ１_θ１を得るのに必要な紫外光照射量ＵＶ_{ＭＦＤ−θ１}を求めることができる。しかしながら、ファイバ軸方向について光ファイバにおける感光性材料の含有量は厳密には一様でなく、モードフィールド径ＭＦＤ１_θ１を得るのに必要な紫外光照射量ＵＶ_{ＭＦＤ−θ１}が異なる。そのため、モードフィールド径ＭＦＤ１_θ１を高精度に制御することは困難である。そこで、図８に示されたようなＳＦＧ１の構成（本実施形態に係るＳＦＧ１の他の構成）が好ましい。

図８に示されたＳＦＧ１は、図６に示された構成において第１領域に更にＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２が形成されている。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は、ＳＦＧ１の所定のＭＦＤ１の製造の途中において第１領域のモードフィールド径をモニタするために用意される。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は、ファイバ軸方向において傾斜ブラッググレーティング２１とは別の位置に形成されている。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は、傾斜ブラッググレーティング２１に対して何れの側に形成されていてもよい。

ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は、ファイバ軸に垂直な等屈折率面を有する。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２の等屈折率面は導波光の波面と平行である。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は、傾斜ブラッググレーティング２１の損失波長帯域とは異なる波長帯域の光をブラッグ反射する。ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２の等屈折率面の周期Λ１は、ブラッグ反射させる光の波長帯域の中心波長λ１に対応している。傾斜ブラッググレーティング２１の損失波長帯域がＣバンドおよびＬバンドである場合、この波長帯域との干渉を避けるため、λ１は、１.００μｍ以上１.５０μｍ以下の波長帯域または１.６５μｍ以上１.７０μｍ以下の波長帯域が好ましい。

紫外光照射量を増大させていくと、第１クラッド１２の屈折率は、照射前のｎ_{ｃｌａｄ１} からｎ_{ｃｌａｄ１+ＵＶ}へと増大していく。これに伴い、モードフィールド径は、照射前のＭＦＤ３からＭＦＤ１へと増大していく。光ファイバ１０において第１クラッド１２のみが感光性材料を含んでいるので、傾斜ブラッググレーティング２１と同様に、ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２は第１クラッド１２に書き込まれる。ＭＦＤの増大は、ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング２２が書き込まれている第１クラッド１２へ光が染み出していくことに相当する。すなわち、モードフィールド径が増大すると、ブラック波長λ１の進行方向とは逆の方向の戻り光の光量が増大していくことになる。この波長λ１の戻り光の光量をモニタリングすることで、所定のＭＦＤ１_θ１を精度よく形成することができる。

第２領域の、ファイバ軸方向に沿ったモードフィールド径分布は、該ファイバ軸方向に沿って紫外線照射量を変化させることにより実現される。具体的には、第１領域と第２領域の境界ではＭＦＤ１_θ１を実現するのに必要な紫外光照射量が調整され、第３領域と第２領域の境界では紫外光照射量が０に調整される。ミラー３２およびシリンドリカルレンズ３３を一体的にファイバ軸方向に移動させながら紫外線照射量を調整することで、上述のような所望のモードフィールド径分布が得られる。

以上の説明では、第１領域におけるモードフィールド径ＭＦＤ１の設定と傾斜ブラッググレーティングの形成とは、別工程で行われた。これに対して、第１領域におけるモードフィールド径ＭＦＤ１の設定と傾斜ブラッググレーティングの形成とを同時に行うこともできる。これについて以下に説明する。

図７において、位相マスク３４から出力される±１次回折光による干渉縞における光強度分布は、光ファイバ１０と位相マスク３４との間の距離に応じた大きさのバイアスおよび変調度を有する。この距離が長いほど、バイアスが大きくなり、変調度が小さくなる。この距離を更に長くすると、変調度が０となり、一般的に遠視野像で観察される回折光が観測されてバイアス成分のみとなる。この距離を調整することで、バイアスの大きさと変調度の大きさとの比を調整することができる。すなわち、光ファイバ１０と位相マスク３４との間の距離を調整することで、干渉縞のバイアスの大きさに応じてモードフィールド径を増大させることができ、かつ、干渉縞の変調度の大きさに応じて傾斜ブラッググレーティング２１を形成することができる。

第１領域のモードフィールド径ＭＦＤ１が大きいほど、傾斜ブラッググレーティング２１のスラント角θ＝０を実現するグレーティングの角度（ＬＰ０１モードの光伝搬波面とグレーティングの等屈折率面のなす角度）は小さくなり、基本スペクトルの半値全幅αは小さくなる。ＭＦＤ１の条件下で、スラント角θ＝０となるグレーティングの角度は、５度以下であり、好ましくは３度以下であり、最適は１．５度以下である。また、基本スペクトルの半値全幅αは、２．５ｎｍ以下であり、好ましくは２.０ｎｍ以下であり、最適は１．５ｎｍ以下である。

次に、基本スペクトルの半値全幅αの縮小と上述の高いグレーティング書込み能力とを両立することができる光ファイバ構造について説明する。第１クラッド１２のみが感光性材料を含む光ファイバ１０において、グレーティング書込み能力の支配因子は、第１クラッド１２の少なくとも一部が含む感光性材料の種類および含有量、ならびに、第１クラッド１２への導波光の染み出し量の割合である。なお、図３には、第１クラッド１２全体感光性材料が含まれる例が示されている。

光ファイバ１０において、感光性材料は、ＧｅＯ_２であるのが好ましく、ＧｅＯ_２およびＢ_２Ｏ_３の共添加であるのも好ましい。また、第１クラッド１２および第２クラッド１３は、Ｆを含むのも好ましい。

第３領域のモードフィールド径ＭＦＤ３は、８μｍ以上１１.５μｍ以下であるのが好ましい。また、第１領域のモードフィールド径ＭＦＤ１は１２μｍ以上２２μｍ以下であるのが好ましい。

上述のように、第１領域のモードフィールド径をＭＦＤ１とするための紫外光（ＵＶ_{ＭＦＤ１−θ１}）、および、グレーティング形成用の紫外光（ＵＶ_{ｇｒａｔｉｎｇ}）が必要である。モードフィールド径をＭＦＤ１とするための紫外光（ＵＶ_{ＭＦＤ１−θ１}）の照射により増大した比屈折率差をΔｎ_{ｃｌａｄ１+ｕｖ}とし、グレーティング形成用の紫外光（ＵＶ_{ｇｒａｔｉｎｇ}）の照射により増大した比屈折率差をΔｎ_{ｇｒａｔｉｎｇ}とすると、形成されるグレーティングの屈折率の増加量はΔｎ_{ｃｌａｄ１+ｕｖ} ＋ Δｎ_{ｇｒａｔｉｎｇ}となる。よって、Δｎ_{ｃｌａｄ１+ｕｖ} ＋ Δｎ_{ｇｒａｔｉｎｇ}の形成に必要な感光性材料の適正含有量が存在する。

例えば、第１クラッド１２のＧｅＯ_２含有量が当該濃度のＧｅＯ_２による屈折率の増加量Δｎ_ｇの純ＳｉＯ_２ガラスの屈折率に対する比率で０.３５％未満になると、Δｎ_{ｃｌａｄ１+ｕｖ} ＋ Δｎ_{ｇｒａｔｉｎｇ}の形成は困難になる。そのため、第１クラッド１２のＧｅＯ_２含有量は、０.３５％以上である必要があり、好ましくは０.４０％以上、更に好ましくは０.４５％以上である。Ｂ_２Ｏ_３とＧｅＯ_２との共添加も有効であり、Ｂ_２Ｏ_３の添加量は、当該濃度のＧｅＯ_２による屈折率の増加量Δｎ_ｇの純ＳｉＯ_２ガラスの屈折率に対する比率で−０.２０％以下、好ましくは−０.３０％以下、更に好ましくは−０.４０％以下である。共添加のＧｅＯ_２の添加量は、上述のように屈折率の増加量Δｎ_ｇの純ＳｉＯ_２ガラスの屈折率に対する比率で０.３５％以上、好ましくは０.４０％以上、更に好ましくは０.４５％以上である。

第３領域の光ファイバ構造では、１.５５μｍ波長帯における導波光の第１クラッド１２への染み出し量の割合は、１０％以上４０％未満、好ましくは１５％以上３５％未満、更に好ましくは２０％以上３０％未満である。グレーティング構造を形成する第１領域では、１.５５μｍ波長帯における染み出し量の割合は、３０％以上８０％以下、好ましくは３５％以上７５％以下、更に好ましくは４０％以上７０％以下である。

代表的なコア１１の直径は、７.５μｍφ以上９.５μｍφ以下である。コア１１の比屈折率差Δｎは、０.２５以上０.４０％以下である。第１クラッド１２の屈折率プロファイルの傾斜の大分類は、コア中心から第２クラッドの方向に向かって上昇するケース、下降するケース、平坦の３タイプである。上昇および下降のケースは、線形および非線形のいずれでもよく、あるいは、階段状であってもよい。重要なことは、上述の第１クラッド１２への導波光の染み出し量の割合を遵守した光ファイバ構造が設計されればよい。

コア１１の半径ｒ_ｃｏｒｅと第１クラッド１２の半径ｒ_ｃｌａｄとの比（ｒ_ｃｌａｄ／ｒ_ｃｏｒｅ）は、３.０以上４.０以下であるのが好ましい。

１…ＳＦＧ（スラント型ファイバグレーティング）、１０…光ファイバ、１１…コア、１２…第１クラッド（光学クラッド）、１３…第２クラッド（ジャケット）、２１…傾斜ブラッググレーティング、２２…ＭＦＤ調整用ブラッググレーティング、３１…光源、３２…ミラー、３３…シリンドリカルレンズ、３４…位相マスク。

Claims (9)

1. ファイバ軸方向に沿って延びたコアと、
   前記ファイバ軸方向と垂直な断面において前記コアを取り囲む第１クラッドであって、少なくとも一部が特定波長の光の照射により前記一部の屈折率を上昇させる感光性材料を含み、かつ、前記コアの屈折率より低い屈折率を有する第１クラッドと、
   前記断面において前記第１クラッドを取り囲む第２クラッドであって、前記コアの屈折率より低くかつ前記第１クラッドの屈折率より高い屈折率を有する第２クラッドと、
   を備えたシリカ系ガラスからなる光ファイバを含み、
   前記光ファイバのうち前記ファイバ軸方向に沿って並んだ異なる２点の間に位置する特定区間が、
   波長１．５５μｍにおいて第１のモードフィールド径を有し、かつ、前記断面に対して傾斜した等屈折率面を有する傾斜ブラッググレーティングであって前記第１クラッドに相当する領域内に設けられた傾斜ブラッググレーティングを含む第１領域と、
   前記第１領域を挟むように前記ファイバ軸方向に沿って配置された一対の第２領域と、
   前記第１領域および前記一対の第２領域の双方を挟むように前記ファイバ軸方向に沿って配置された一対の第３領域であって、前記波長１．５５μｍにおいて前記第１のモードフィールド径より小さい第２のモードフィールド径を有する一対の第３領域と、
   により構成された、
   スラント型ファイバグレーティング。
2. 前記第１クラッドは、前記感光性材料としてＧｅＯ_２を含む、
   請求項１に記載のスラント型ファイバグレーティング。
3. 前記第１クラッドは、前記感光性材料としてＢ_２Ｏ_３を更に含む、
   請求項１または請求項２に記載のスラント型ファイバグレーティング。
4. 前記第１クラッドおよび前記第２クラッドの双方は、Ｆを含む、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。
5. 前記一対の第３領域それぞれにおける前記第２のモードフィールド径は、１１.５μｍ以下である、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。
6. 前記第１領域における前記第１のモードフィールド径は、１２.０μｍ以上である、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。
7. 前記一対の第２領域の一方における前記波長１．５５μｍでのモードフィールド径は、前記第１領域の一方の端部から前記一対の第３領域の一方に向かう方向に沿って徐々に小さくなっており、
   前記一対の第２領域の他方における前記波長１．５５μｍでのモードフィールド径は、前記第１領域の他方の端部から前記一対の第３領域の他方に向かう方向に沿って徐々に小さくなっている、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。
8. 前記ファイバ軸方向に沿って定義される前記第１領域の長さは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。
9. 前記第１領域は、前記ファイバ軸方向に沿って前記傾斜ブラッググレーティングとは別の位置に配置されるＭＦＤ調整用ブラッググレーティングであって、前記ファイバ軸方向に垂直な等屈折率面を有し、かつ、前記傾斜ブラッググレーティングの損失波長帯域とは異なる波長帯域の光をブラッグ反射させるＭＦＤ調整用ブラッググレーティングを有する、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のスラント型ファイバグレーティング。

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