KR100445824B1 - 광 손실 필터의 제조 방법 및 광 손실 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 통신 분야등에 적용 가능한 광학 부품이고, 특히 희토류 첨가 파이버 앰플리파이어의 이득의 파장 의존성을 저감하기 위한 장주기 파이버 그레이팅을 구비한 광 손실 필터의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 광 손실 필터에 관한 것이다. 본 발명의 광 손실 필터의 제조 방법은 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 광 손실 필터를 제조하는 방법으로서, 광도파로의 감광성을 갖는 코어의 축 방향에 소정 간격을 설정하여 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성하는 제 1 공정과, 제 1 장주기 그레이팅과 제 2 장주기 그레이팅 사이의 코어에 자외광을 조사하는 제 2 공정을 포함한다. 이 방법에서는 코어에 조사하는 자외광의 조사량은 연속적으로 바꾸는 것이 가능하기 때문에, 이 조사량을 조절함으로써 광 손실 필터에 대하여 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 형성되는 장주기 그레이팅의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 소형으로 제조하는 것이 가능해진다.

Description

광 손실 필터의 제조 방법 및 광 손실 필터{Method for fabricating optical loss filter and optical loss filter}
대표적인 광 파이버 통신 시스템은 광원을 포함하는 광 송신기와, 이 광 송신기에 일단이 접속된 광파이버 선로와, 이 광파이버 선로의 타단에 접속된 광 수신기를 구비하고 있다. 광파이버 선로 중에는 소정 파장 영역의 광 신호를 증폭하기 위한 광 증폭기가 설치된다. 이러한 광파이버 통신 시스템에서는 대부분의 경우, 1.5μm 대의 WDM 신호가 이용되고, 광 증폭기로서 에르븀(Er) 등의 희토류가 첨가된 파이버 앰플리파이어가 사용되고 있다. 이 에르븀 첨가 파이버 앰플리파이어(EDFA=Eribum-Doped Fiber Amplifer)는 소정 파장의 여기광에 의해 해당 EDFA 내에 전자 상태의 반전 분포를 형성하고, 상기, 반전 분포 영역에 입사된 1.5μm대의 입사광에 의해 유도 방출을 유기(誘起)시켜서 또한, 입사광을 증폭한다.
이러한 광파이버 통신 시스템에서는 EDFA 내에서 여기광 파워와 Er 이온과의상호 작용에 의해서 생성된 증폭 자연 방사(Amplified Spontaneous Emission:ASE)가 노이즈 성분이 된다. 이 ASE는 이득의 저하나 잡음 지수의 증대를 가져오는 동시에, ASE가 1.53μm를 피크로 한 파워 분포를 갖기 때문에, 복수의 EDFA에 의해서 광 증폭이 반복되면 ASE의 파워 분포에 영향받아 각 파장 성분의 광 신호마다 그 이득에 불균일함이 생겨 버린다(광 증폭기의 증폭 이득에 파장 의존성이 생겨 버린다). 이 때문에, 서로 다른 파장의 복수의 광 신호를 전송하는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 통신 시스템에서는 채널마다(광 신호마다) 다른 이득이 주어져 버리며, 이로써 몇 개인가의 채널의 비트 에러율이 높아지는 문제가 생긴다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 파장 선택성을 갖고 무반사의 장주기 그레이팅을 구비한 광 손실 필터는 EDFA 등의 이득 등화기로서 개발되어 있다.
이 장주기 그레이팅은 광도파로의 축을 따라서 코어 내에 형성된 주기적으로 굴절율이 다른 주기 구조를 갖고, 광도파로를 전파하는 코어(core) 모드와 클래드(clad) 모드 사이의 결합을 유기하는 그레이팅이다. 이 그레이팅의 주기는 1 주기 내의 코어 모드와 클래드 모드의 광로차가 소정 파장과 같아지도록 설정되어 있고, 코어 모드로부터 클래드 모드로의 강한 파워 변환을 가져오도록 되어 있다. 그 결과, 장주기 그레이팅은 코어 모드를 방사시키는 작용을 갖게 되어, 코어 모드의 강도를 소정 파장(손실 파장)을 중심으로 한 좁은 대역에 걸쳐 감쇠시킨다.
장주기 그레이팅에 의해서 코어로부터 클래드에 결합되는 광의 파장 스펙트럼의 중심 파장, 즉 손실 파장은 다음 식에 기초하여 결정된다.
βcore (lm)-βclad (n)= 2π/∧ …(1)
여기서, l, m은 코어 모드의 차수(기본 모드 LP01이면 l=0, m=1)이고, βcore (lm)는 (lm)으로 규정되는 코어 모드의 전파 정수이며, βclad (n)는 다음의 클래드 모드의 전파 정수이고, ∧는 장주기 그레이팅의 주기이다.
전파 정수 βcore, βclad는 파장에 의존하는 파라미터이므로, 상기 식 1로부터, 주기 ∧를 조정하여 장주기 그레이팅을 형성하는 것에 의해 장주기 그레이팅의 손실 파장을 제어할 수 있음을 알 수 있다. 또한, βcore는 코어의 실효 굴절율, βclad는 클래드의 실효 굴절율에 각각 의존하므로, 그레이팅의 주기를 일정하게 한 경우에는 장주기 그레이팅의 손실 파장은 주로 장주기 그레이팅이 형성된 부위에 있어서의 코어와 클래드의 실효 굴절율차에 의존하게 된다. 그레이팅 형성부에서의 코어의 실효 굴절율은 변조된 굴절율의 평균치를 기초로서 생각할 수 있으며, 그레이팅 형성부에서의 코어와 클래드의 실효 굴절율차는 코어의 굴절율의 평균치와, 클래드의 굴절율과의 차에 의존한다. 그레이팅 형성 시의 자외선의 조사량에 따라서 코어의 굴절율 변조의 진폭이 변화하고, 이것에 따라서 코어의 굴절율도 변화하므로, 결국, 자외광의 조사량을 조정하여 장주기 그레이팅을 형성하는 것에 의해, 코어·클래드간의 실효 굴절율차를 조정하고, 장주기 그레이팅의 손실 파장을 제어하는 것도 가능하다.
통상, 1.55μm대의 EDFA는 도 20에 도시하는 바와 같이, 1530nm 부근에 급준한 이득 피크를, 또한, 1540∼1560nm으로 완만한 2개의 피크를 갖는다. 이 때문에, 도 21에 도시되는 바와 같은 투과 특성을 갖는 장주기 그레이팅을 사용하여 이득 등화기를 구성하는 방법으로서, 2개의 그레이팅간에서, 코어·클래드 모드간의 위상차에 변화를 줌으로써, 투과 특성을 EDFA의 로스 프로파일에 근접하는 소위, 위상 시프트 장주기 그레이팅을 사용하는 방법(문헌 1: Electron.Lett., Vol.34, No.11, p.1132,1998. 문헌 2: 신가쿠키보(信學技報), OPE98-111, p.13,1998.)이 있다.
본 발명은 광 통신 분야 등에 적용 가능한 광 부품으로서, 특히 희토류 첨가파이버 앰플리파이어의 이득의 파장 의존성을 저감하기 위한 장주기 파이버 그레이팅을 구비한 광 손실 필터의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 광 손실 필터에 관한 것이다.
도 1a는 2개의 장주기 그레이팅을 구비한 광 손실 필터의 구성을 설명하는 도면(각 장주기 그레이팅에 있어서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가 일치하고 있는 케이스).
도 1b는 도 1a에 도시된 각 장주기 그레이팅에 의한 코어 모드와 클래드 모드의 복소 진폭의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 3a는 2개의 장주기 그레이팅을 구비한 다른 광 손실 필터의 구성을 설명하는 도면(각 장주기 그레이팅에 있어서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가 다른 케이스).
도 3b는 도 3a에 도시된 각 장주기 그레이팅에 의한 코어 모드와 클래드 모드의 복소 진폭의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 5a는 광 손실 필터의 제조 방법을 설명하는 설명도.
도 5b는 제조된 광 손실 필터의 굴절율 프로파일을 도시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 7은 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터의 구성예를 도시하는 도면.
도 9는 도 8a, 도 8b, 및 도 8c에 도시된 각 광 손실 필터에 대응하는 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 11은 제 2 실시예에 따른 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 12는 제 2 실시예에 따른 광 손실 필터의 구성을 도시하는 도면.
도 13은 도 12에 도시된 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 14는 제 3 실시예에 따른 광 손실 필터가 구비하는 장주기 그레이팅의 구성을 도시하는 도면.
도 15는 도 14에 도시된 장주기 그레이팅의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 손실 필터의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 도 16에 도시된 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프.
도 18은 본 발명의 광 손실 필터를 EDFA의 이득 등화기로서 적용하였을 때의이득 특성을 도시하는 그래프.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다른 광 손실 필터의 구성을 도시하는 도면.
도 20은 EDFA의 이득 특성을 도시하는 그래프.
도 21은 장주기 그레이팅의 투과 특성의 일 예를 도시하는 그래프.
발명자들은 상술한 종래 기술을 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견하였다. 즉, 문헌 1에 제시되어 있는 선행 기술에서는 파장 대역 30nm이라는 넓은 대역에서의 이득 평탄화를 달성하고 있지만, 이득 편차는 2dB로 크고, 충분한 특성이라고는 할 수 없다. 한편, 문헌 2에 제시되어 있는 선행 기술에서는 이득 편차 0.2dB라는 이득 평탄화가 달성되고 있지만, 1530nm 부근의 이득 피크를 사용 대역 외로 하고 있기 때문에, 대역은 24nm으로 좁게 되어 있다. 그리고, 이와 같은 위상 시프트 장주기 그레이팅의 제조 방법으로서, 문헌 2에 제시되는 선행 기술에서는 집광 렌즈와 스테이지를 사용하여, 1주기분씩 굴절율 변조를 제작하고, 도중에서 스테이지의 이동량을 비키어 놓는 방법을 사용하고 있지만, 이 방법에서는 고정밀도의 스테이지 제어가 필요하게 되어, 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻는 것이 곤란하였다.
그래서, 본 발명은 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을수 있으며, 또한, 소형으로 제조하는 것이 가능한 광 손실 필터의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 광 손실 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법은 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 광 손실 필터를 제조하는 방법으로서, 광도파로의 감광성을 갖는 코어의 축 방향으로 소정 간격을 설정하여 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성하는 제 1 공정과, 제 1 장주기 그레이팅과 제 2 장주기 그레이팅 사이의 코어에 자외광을 조사하는 제 2 공정을 포함한다.
이 광 손실 필터의 제조 방법에서는 제 1 공정에서 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성함으로써, 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 조합에 의해 초기의 투과 특성이 얻어진다. 그리고, 제 2 공정에서 코어에 자외광을 조사함으로써, 이 초기의 투과 특성이 변경된다. 이 때, 코어에 조사하는 자외광의 조사량은 연속적으로 바꾸는 것이 가능하기 때문에, 이 조사량을 조절함으로써 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 형성되는 장주기 그레이팅의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 소형으로 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법에서는 제 1 공정과 상기 제 2 공정의 앞, 혹은 그 양 공정의 뒤에, 또한, 1개 이상의 제 3 장주기 그레이팅을 형성하는 제 3 공정을 포함하여도 좋다. 이렇게 하면, 광 손실 필터의 투과 특성의 다양화가 한층 더 도모된다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법은 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 광 손실 필터를 제조하는 방법으로서, 광도파로의 감광성을 갖는 코어의 축 방향으로 굴절율 변동폭 및 굴절율 변동 주기가 각각 일정한 제 1 장주기 그레이팅을 형성하는 제 1 공정과, 제 1 장주기 그레이팅이 형성된 코어의 축 방향의 구간 내에서, 또한, 상기, 구간의 양단을 제외하는 소정 구간에 자외광을 조사하는 제 2 공정을 포함한다.
이 광 손실 필터의 제조 방법에서는 제 1 공정에서 제 1 장주기 그레이팅을 형성함으로써, 초기의 투과 특성이 얻어진다. 그리고, 제 2 공정에서 코어에 자외광을 조사함으로써, 이 초기의 투과 특성이 변경된다. 이 때, 코어에 조사하는 자외광의 조사량은 연속적으로 바꾸는 것이 가능하기 때문에, 이 조사량을 조절함으로써 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 형성되는 장주기 그레이팅의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 소형으로 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법에서는 제 1 공정과 상기 제 2 공정의 앞, 혹은 그 양 공정의 뒤에, 또한, 1개 이상의 제 2 장주기 그레이팅을 형성하는 제 3 공정을 포함하여도 좋다. 이렇게 하면, 광 손실 필터의 투과 특성의 다양화가 한층 더 도모된다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법에서는 제 2 공정에서는 소정의 사용 파장 대역의 광을 광도파로의 일단으로부터 입사하는 동시에 상기, 광도파로의 타단으로부터 출사되는 광을 수광하여, 상기, 수광한 광에 근거하여 얻어진 상기, 광 손실 필터의 투과 특성을 모니터하면서 자외광을 조사하면 바람직하다. 이렇게 하면, 소망의 투과 특성을 한층 더 정밀도 좋고, 또한, 한층 더 용이하게얻을 수 있다.
상기 광 손실 필터의 제조 방법에 의해, 본 발명에 따른 광 손실 필터가 제조된다.
본 발명에 따른 광 손실 필터는 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 형성되고, 소정의 사용 파장 대역 내에서 사용되는 광 손실 필터로서, 코어에 설치된 굴절율 변동폭이 제 1 변동폭, 굴절율 변동 주기가 제 1 주기이고, 코어 모드가 클래드 모드와 결합하는 것에 의한 감쇠의 극대치가 제 1 파장인 제 1 장주기 그레이팅과, 제 1 장주기 그레이팅으로부터 소정 거리만큼 떨어져 코어에 설치된 굴절율 변동폭이 제 2 변동폭, 굴절율 변동 주기가 제 2 주기이고, 코어 모드가 클래드 모드와 결합하는 것에 의한 감쇠의 극대치가 제 2 파장인 제 2 장주기 그레이팅과, 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성한 후에 상기 제 1 장주기 그레이팅과 제 2 장주기 그레이팅 사이의 코어에 자외선을 조사하여 형성된, 코어 모드의 위상 회전량을 변화시키는 위상 시프트 부재를 구비한다.
이 광 손실 필터는 소망의 투과 특성이 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻어진 것이다. 또한, 형성된 장주기 그레이팅의 개수가 적기 때문에, 소형이다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터는 소정의 사용 파장 대역 내의 임의의 파장을 λ로 하고, 위상 시프트 부재를 형성하는 광도파로의 길이를 △L로 하며, 광도파로의 코어 굴절율이 변화하기 전과 후의 변화량을 △N으로 하였을 때,
0＜△N≤λ/△L
의 관계를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터에서는 제 1 주기와 제 2 주기 및 제 1 변동폭과 제 2 변동폭은 각각 같다. 또한, 제 1 주기와 제 2 주기는 같고, 제 1 변동폭과 상기 제 2 변동폭은 다르다. 또한, 제 1 변동폭과 제 2 변동폭은 같고, 제 1 주기와 제 2 주기는 다르다. 또한, 제 1 변동폭과 제 2 변동폭 및 제 1 주기와 제 2 주기는 각각 다르다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터에서는 소정의 사용 파장 대역 내에서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가, 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅마다 일치하면 바람직하다. 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가 일치하고 있으면, 개개의 장주기 그레이팅의 투과 특성은 양자간의 코어 모드와 클래드 모드의 위상 회전량차에 의해서 변화하기 때문에, 변화가 풍부한 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터에서는 광도파로에 또 1개 이상의 제 3 장주기 그레이팅을 구비하고, 상기 제 3 장주기 그레이팅의 굴절율 변동폭은 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 굴절율 변동폭과 상이하면 바람직하다. 또한, 제 3 장주기 그레이팅의 굴절율 변동 주기는 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 굴절율 변동 주기와 상이하면 바람직하다. 이렇게 하면, 광 손실 필터의 투과 특성의 다양화가 한층 더 도모된다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터에서는 제 3 장주기 그레이팅은 소정의 사용 파장 대역 내에서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가, 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅에서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수와 다르면 바람직하다. 이렇게 하면, 광 손실 필터의 투과 특성은 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 조합에 의해 얻어지는 투과 특성과, 제 3 장주기 그레이팅의 투과 특성과의 dB 단위의 합으로서 나타나기 때문에, 소정의 특성을 용이하게 합성할 수 있다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분하게 이해할 수 있다. 이들은 단지 예시를 위해 나타내는 것이며, 본 발명을 한정하는 것으로 생각해서는 안된다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법 및 광 손실 필터의 양호한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 도면에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법 및 광 손실 필터를 설명하기 전에, 2개의 장주기 그레이팅을 구비한 광 손실 필터의 투과 특성에 관해서 설명한다.
장주기 그레이팅의 투과 특성은 하기의 모드 결합 방정식을 푸는 것에 의해 구해진다.
dA/dz+jχcoreA+jκmBm·exp (2jδmz) = 0 …(2)
dBm/dz+jχm cladBm+jκmA·exp(-2jδmz) = 0 …(3)
여기서, A는 코어 모드의 복소 진폭, Bm은 m차의 클래드 모드의 복소 진폭, j는 허수 단위를 나타낸다. χcore는 굴절율 상승에 의한 코어 모드의 전파 정수의변화량, χm clad는 굴절율 상승에 의한 m차의 클래드 모드의 전파 정수의 변화량, κm은 코어 모드와 m차의 클래드 모드간의 결합 정수이다.
또한, δm은 ∧가 그레이팅 주기, βcore가 코어 모드의 전파 정수, βm clad가 m차의 클래드 모드의 전파 정수일 때,
δm=(βcore-βm clad)/2 …(4)
로 나타나고, 광도파로, 예를 들면 광파이버의 굴절율 프로파일에 의해서 결정되는 파라미터이다.
코어 모드의 그레이팅에 의한 투과 특성은 상기 미분 방정식(2), (3)을 초기조건 하에서 풀었을 때의, ｜A(L)/A(0)｜2(L은 그레이팅 길이)로 구해진다. 이러한 방정식의 해는 행렬을 이용하여,
로 나타낼 수 있다. 여기서, Mm은 코어 모드와 m차의 클래드 모드와의 결합을 나타내는 행렬이다.
광도파로 중에 이러한 장주기 그레이팅이 1개 형성된 경우, 클래드 모드의 초기 조건은 Bm(0)=0(코어 모드의 초기 조건은 A(0))으로 둘 수 있기 때문에,｜A(L)/A(O)｜2는 간단한 식으로 기재할 수 있고, 장주기 그레이팅의 길이, 주기, 굴절율 변화의 진폭을 변화시키는 것에 의해서 손실 파장, 손실량 및 반값 폭을 소정치로 조정할 수 있다.
도 1a는 2개의 장주기 그레이팅이 설치된 광 손실 필터의 개략 구조를 도시하는 도면이다. 이 도면에 있어서, 광 손실 필터(100)는 GeO2가 첨가된 코어(110)와, 또한, 코어(110)의 외주에 설치된 클래드(120)를 구비한 광도파로로서의 광파이버이고, 코어(110) 내에 형성된 각 장주기 그레이팅은 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수가 서로 일치하고 있다.
구체적으로는, 도 1a의 광파이어 파이버(100)에는 그 긴쪽 방향으로 코어 모드와 결합하는 클래드 모드 차수(m차)가 일치하는 2개의 장주기 그레이팅 LPG-a, LPG-b가 설치되어 있다. 이 장주기 그레이팅 LPG-a는 굴절율의 변조 주기(그레이팅 주기) ∧a가 507μm, 그레이팅 길이 La가 30mm이고, 그 전달 행렬은 Ma m이다. 한편, 장주기 그레이팅 LPG-b는 굴절율의 변조 주기 ∧b가 495μm, 그레이팅 길이 Lb가 40mm이고, 그 전달 행렬은 Mb m이다. 또한, 도 2는 도 1a에 도시된 광 손실 필터(100)의 투과 특성을 도시하는 그래프이다.
도 1a 중, 전단의 장주기 그레이팅 LPG-b에서, 초기치 Ab(0)의 코어 모드(또한, m차의 클래드 모드의 초기치 Ba m(0)은 영)의 복소 진폭은 Ab(Lb)로 되고, m차의클래드 모드의 복소 진폭은 Bb m(Lb)로 된다. Ab(Lb)는 후단의 그레이팅 LPG-a에서의 코어 모드의 초기치가 되는 한편, Bb m(Lb)는 후단의 장주기 그레이팅 LPG-a에서의 m차의 클래드 모드의 초기치 Ba m(0)이 된다. 또한, Ba m(0)은 영이 아니기 때문에, 최종적으로 m차의 클래드 모드는 전단의 장주기 그레이팅 LPG-a에서 단독으로 결합되는 m차의 클래드 모드와는 달라진다(도 1b 참조). 즉, 각 장주기 그레이팅 LPG-a 및 LPG-b의 투과 특성은 이들이 각각 독립으로 존재하는 경우의 각 투과 특성과는 다른 것으로 된다.
이와 같이, 전단의 그레이팅 LPG-b와 후단의 그레이팅 LPG-a가 상호 의존성의 관계에 있는 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 광 손실 필터(100) 전체의 투과 특성 L3은 각 장주기 그레이팅 LPG-a, LPG-b에서 m차의 클래드 모드의 초기치를 O으로 한 투과 특성 L1, L2를 dB 단위의 합으로서 나타낼 수 없다. 즉, 소정의 대역 내에서 동일한 차수(m차)의 클래드 모드와 코어 모드 사이에서 모드 결합을 발생시키는 장주기 그레이팅을 조합하더라도, 개개의 장주기 그레이팅의 투과 특성의 합으로는 되지 않고, 변화가 풍부한 투과 특성이 얻어진다.
또한, 도 3a는 2개의 장주기 그레이팅이 설치된 다른 광 손실 필터의 개략 구조를 도시하는 도면이다. 이 도면에 있어서, 광 손실 필터(200)는 GeO2가 첨가된 코어(210)와, 코어(110)의 외주에 설치된 클래드(220)를 구비한 광도파로로서의 광파이버이고, 코어(210) 내에 형성된 각 장주기 그레이팅은 코어 모드와 결합하는클래드 모드의 차수가 서로 다르다.
구체적으로는 도 3a의 광파이버(200)에는 그 긴쪽 방향에 코어 모드와 결합하는 클래드 모드 차수가 다른 2개의 장주기 그레이팅 LPG-a, LPG-c가 설치되어 있다. 이 장주기 그레이팅 LPG-a는 도 1a에서의 후단의 장주기 그레이팅과 동일하게, 굴절율의 변조 주기(그레이팅 주기) ∧a가 507μm, 그레이팅 길이 La가 30mm이고, 그 전달 행렬은 Ma m이다. 한편, 장주기 그레이팅 LPG-c는 굴절율의 변조 주기 ∧c가 564μm, 그레이팅 길이 Lc가 32mm이고, 그 전달 행렬은 Mc m이다. 또한, 도 4는 도 3a에 도시된 광 손실 필터(200)의 투과 특성을 도시하는 그래프이다.
또한, 광 손실 필터(200)가 갖는 장주기 그레이팅 LPG-a, LPG-c는 도 4에 도시된 파장 대역에 있어서의 코어의 전파 모드와 결합할 수 있는 클래드 모드의 차수가 각각 다르다(n차와 m차). 이러한 조건 하에서는 전단의 장주기 그레이팅 LPG-c에서 n차의 클래드 모드 Bc n(Lc)가 발생하지만(초기치 Ac(0)의 코어 모드의 복소 진폭은 Ac(Lc가 된다), 이 클래드 모드는 후단의 그레이팅 LPG-a에서는 결합이 거의 일어나지 않게 되기 때문에, LPG-a의 특성에 영향을 주지 않는다. 따라서, 후단의 그레이팅 LPG-a에 관한 코어 모드의 초기치로 둘 수 있는 한편, m차의 클래드 모드 Ba m의 초기치는 0으로 둘 수 있다. 따라서, 최종적으로 얻어지는 코어 모드의 복소 진폭과 m차의 클래드 모드의 복소 진폭은 후단의 장주기 그레이팅 LPG-a가 단독으로 존재하는 경우와 같아진다(도 3b 참조).
즉, 소정의 대역 내에서 코어의 전파 모드와 결합할 수 있는 클래드 모드의 차수가 각각의 장주기 그레이팅에서 다르게 하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 광 손실 필터(200) 전체의 투과 특성 L3은 각각의 장주기 그레이팅 LPG-a, LPG-c의 투과 특성 L1, L2를 dB 단위의 합으로서 나타낼 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 광 손실 필터에 적용되는 장주기 그레이팅은 소정의 파장 대역으로 차수가 다른 클래드 모드와 코어 모드를 각각 결합시키기 위해서, 굴절율 주기가 다른 2종 이상의 주기 구조를 갖는 것을 요건으로 하고, 각 장주기 그레이팅의 투과 특성과, 전체의 투과 특성 사이에 가산 혹은 감산의 관계(dB 단위의 경우)가 성립하도록 형성되어 있다. 이어서, 소정의 방법에 의해서 각 장주기 그레이팅의 손실 파장 및 그 파장의 감쇠량을 조정하고, 조정된 각 장주기 그레이팅을 조합하는 것에 의해서, 소망의 투과 특성을 갖는 광 손실 필터의 제조가 가능해진다. 반대로, 제조하고자 하는 광 손실 필터의 투과 특성을 최초에 설정하여, 이 투과 특성과 등가가 되는 복수의 장주기 그레이팅을 조합하여 소망의 광 손실 필터를 얻는 것도 가능하다.
다음에, 상기의 구조를 구비한 광 손실 필터의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 5a는 광 손실 필터가 구비하는 장주기 그레이팅을 제조하는 방법을 도시하는 도면이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 방법에 의해 제조된 광 손실 필터에 있어서의 각 필터 영역(장주기 그레이팅이 형성된 영역)의 굴절율 프로파일을 도시하는 그래프이다.
우선, 광 손실 필터를 얻기 위해서, GeO2가 첨가된 코어(310)와, 또한, 코어(310)의 외주에 설치된 클래드(320)를 구비한, 광도파로로서의 광파이버(300)가 준비된다. 도 5a에서, 광파이버(300)의 위에는 자외광을 또한, 광 파이버(300)의 긴쪽 방향을 따라서 강도 변조하기 위한 강도 변조 마스크(32)가 설치되어 있다. 이 강도 변조 마스크(32)는 석영 글라스(silica glass)의 판(33)과, 상기, 석영 글라스의 판(33)상에 소정 간격마다 설치된 자외광을 차단하기 위한 패턴(34)으로 구성되어 있다. 또한, 설치된 광파이버(300)와 함께 상기, 강도 변조 마스크(32)를 끼우도록, 광원(37)으로부터 출사된 자외광(30)을 상기, 강도 변조 마스크(32)로 안내하기 위한 자외광 반사 미러(31)가 배치되어 있다. 또한, 이 자외광 반사 미러(31)는 광파이버(300)의 코어(310)를 따라서(도면 중의 화살표 S1로 도시된 방향에 따라서) 이동 가능하다.
또한, 광파이버(300)의 일단에는 사용 파장 대역의 측정광을 발진하는 반도체 레이저의 광원(50)이 접속되고, 광파이버(300)의 타단에는 광파이버(300)를 통과한 소정 대역의 측정광의 파장과 그 파장의 파워 강도를 검출하는 광 스펙트럼 애널라이즈(51)와, 상기 광 스펙트럼 애널라이즈(analyzer; 51)로부터의 전기 신호 데이터를 보존하기 위한 메모리와 소정의 연산 처리를 행하기 위한 CPU를 갖는 데이터 처리 수단(52)과, 상기, 데이터 처리 수단(52)으로부터의 전기 신호 데이터를 표시하는 화상 표시 장치(53)가 각각 설치되어 있다.
광파이버(300)는 석영 글라스를 주성분으로 하고, 코어(310)는 굴절율 상승재인 게르마늄을 포함한다. 이 게르마늄은 파장 248μm 또는 193μm 부근의 자외광에 대한 감광재로서 알려져 있다. 즉, 게르마늄을 포함하는 석영 글라스는 상기 와 같은 파장의 자외광이 조사되면, 그 조사 부분에 있어서 굴절율이 상승하는 성질을 갖는다. 이 사실로부터, 광파이버(300)로 조사되는 자외광(30)으로서, 파장 248μm대의 엑시머 레이저광이 이용된다. 또한, 자외광 조사에 의한 굴절율 상승의 효율을 높이기 위해서, 광파이버(300)에는 100atm에서 수소가 첨가되어 있다.
강도 변조 마스크(32)는 투명한 석영 글라스의 판(33)의 표면에 복수의 띠형 크롬층(34)이 등간격으로 증착되어 있다. 이 크롬층(34)은 자외광 빔(30)을 차단한다. 따라서, 석영 글라스의 판(33)의 크롬 증착면에는 광 차단부(즉, 크롬층)와 광 투과부(각 크롬층의 사이에 위치하는 글라스 표면)가 교대로 격자형으로 배열되어 있다. 이 때문에, 광파이버(300)에는 강도 변조 마스크(32)를 통과한 자외광이 등간격의 격자형으로 조사되게 된다. 이 조사광은 감광재인 게르마늄을 포함하는 코어(310)에 입사하고, 상기 코어(310)의 굴절율 변화를 유기한다. 이로써, 광파이버(300)의 코어(310)에는 굴절율이 국소적으로 상승한 복수의 부위가 파이버축을 따라서 격자형으로 등간격으로 배열된다. 이와 같이 코어(310)의 굴절율의 상승을 주기적으로 발생시킴으로써, 코어(310)의 소망의 영역(그레이팅 형성 영역)에 소망의 투과 특성을 갖는 장주기 그레이팅이 형성된다.
이 광 손실 필터에서는 우선 도 5a에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 필터 영역이 되어야 할 그레이팅 형성 영역(310a)에 자외광 빔이 조사되어 코어(310)에 제 1 장주기 그레이팅이 형성된다. 도 5b는 이렇게 형성된 제 1 장주기 그레이팅의 굴절율 프로파일(222)을 도시한다. 또한, 도 5b에는제 1 장주기 그레이팅이 형성된 영역에서의 클래드(320)의 굴절율 프로파일(111)도 동시에 도시되어 있다.
다음에, 자외광 반사 미러(31)의 위치가 물려지고, 그레이팅 형성 영역(310a)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 그레이팅 형성 영역(310b)에, 자외광 빔이 조사되어 코어(310)에 제 2 장주기 그레이팅이 형성된다.
또한, 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성할 때는 광원(50)으로부터의 측정광을 광파이버(300)의 일단으로부터 입사하여, 광파이버(300)의 타단에서 출사되는 측정광을 광 스펙트럼 애널라이즈(51)로 수광한다. 그리고, 스펙트럼 애널라이즈(51)로부터의 전기 신호 데이터를 데이터 처리 수단(52)에서 연산 처리하여, 상기, 데이터 처리 수단(52)으로부터의 전기 신호 데이터를 화상 표시 장치(53)에 표시하여, 광 손실 필터의 투과 특성을 모니터하면 바람직하다.
(제 1 실시예)
우선, 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법, 및 그 방법에 의해 제조되는 광 손실 필터에 관해서 설명한다. 본 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법은 상술한 방법과 동일한 방법에 의해 2개의 장주기 그레이팅을 형성하고, 이어서 이들 두개의 장주기 그레이팅 사이의 틈 부분에 자외선을 조사하여 위상 시프트 부재를 형성한다.
도 6a는 2개의 장주기 그레이팅의 제조 방법을 도시하는 도면이고, 도 6b는 그 장주기 그레이팅의 틈 부분에 자외광을 조사하는 방법을 도시하는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에서, 광 손실 필터를 구성하는 광파이버(10)는 도면의 번잡을 피하기 위해서 코어(11)만이 도시되어 있고 클래드는 도시되어 있지 않지만, 도 5a에 도시되는 광 파이버(300)와 같이 GeO2가 첨가된 코어와, 상기, 코어의 외주에 설치된 클래드를 구비하는 구조를 갖는다. 이하의 도면에 있어서도, 도면의 번잡을 피하기 위해서 마찬가지로 클래드를 생략한다.
우선, 도 6a에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 광파이버(10)에 반사 미러(31)를 주사하여 자외광 빔(30)을 조사함으로써, 광파이버(10)의 코어(11)에 2개의 장주기 그레이팅 LPG-d, LPG-e를 5mm의 틈(20)을 설정하여 형성한다(제 1 공정). 장주기 그레이팅 LPG-d는 그레이팅 길이 Ld가 15mm, 굴절율의 변조 주기 ∧d가 345μm이다. 장주기 그레이팅 LPG-e는 그레이팅 길이 Le가 15mm, 굴절율의 변조 주기 ∧e가 350μm이다. 이 때, 광원(50)으로부터의 측정광을 광파이버(10)의 일단으로부터 입사하여, 광파이버(10)의 타단으로부터 출사되는 측정광을 광 스펙트럼 애널라이즈(51)로써 수광한다. 그리고, 스펙트럼 애널라이즈(51)로부터의 전기 신호 데이터를 데이터 처리 수단(52)에서 연산 처리하고, 상기 데이터 처리 수단(52)으로부터의 전기 신호 데이터를 화상 표시 장치(53)에 표시하여, 이 단계에서의 투과 특성을 모니터하면 바람직하다.
이어서, 도 6b에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 제거한 후, 반사 미러(31)를 주사하고, 장주기 그레이팅 LPG-d와 장주기 그레이팅 LPG-e의 틈 부분(20)의 광파이버(10)에 자외광을 조사하여, 상기, 부분의 굴절율을 상승시킨다 (제 2 공정). 여기서, 코어 모드와의 결합에 기여하는 클래드 모드의 차수는 동일파장 대역 내에서 코어 모드의 차수와 일치시킨다. 이렇게 하면, 소망의 투과 특성이 얻어지기 쉽게 된다.
틈 부분(20)에 자외광을 조사할 때는 광원(50)으로부터의 측정광을 광파이버(10)의 일단으로부터 입사하고, 광파이버(10)의 타단으로부터 출사되는 측정광을 광 스펙트럼 애널라이즈(51)로써 수광한다. 그리고, 스펙트럼 애널라이즈(51)로부터의 전기 신호 데이터를 데이터 처리 수단(52)에서 연산 처리하여, 상기 데이터 처리 수단(52)으로부터의 전기 신호 데이터를 화상 표시 장치(53)에 표시하고, 광 손실 필터의 투과 특성을 모니터하면 바람직하다. 그리고, 화상 표시 장치(53)에 표시되는 광 손실 필터의 투과 특성이 소망의 특성과 거의 일치한 부분에서, 틈 부분(20)으로의 자외선의 조사를 정지한다. 이렇게 하면, 소망의 투과 특성을 갖는 광 손실 필터를 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 제조할 수 있다.
도 7은 상기의 방법에 의해서 얻어진 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프이다. 2개의 장주기 그레이팅 LPG-d와 LPG-e와의 틈부(20)의 광파이버(10)에 자외광이 조사되면, 광 파이버(10)의 코어의 굴절율이 상승하기 때문에 이 부분을 전파하는 코어 모드의 위상 속도가 변화하여, 양자간의 실질적인 광로 길이가 변화한다. 따라서, 자외광의 조사량에 따라서 실선 L1, 점선 L2, 쇄선 L3으로 도시되는 바와 같이 감쇠의 극대치 파장이 변화하여, 여러 가지의 투과 특성을 얻을 수 있다. 또한, 도 7 중의 화살표 S2는 자외광의 조사량이 증대하는 방향을 도시하고 있다.
이와 같이 2개의 장주기 그레이팅의 틈부(20)에서 코어 모드의 위상이 시프트하는 위상 시프트 장주기 그레이팅에서는 틈 부분(20)에서의 코어 모드와 클래드 모드의 위상 회전량의 차가, 2π 변화할 때마다 거의 동일한 투과 특성을 나타내기 때문에, (자외광 조사 후의 위상 회전의 차)-(자외광 조사전의 위상 회전의 차)가, 0부터 2π 사이에서 소망의 특성을 얻을 수 있다. 즉,
0＜(βcore'△L-βclad'△L)
-(βcore△L-βclad△L)≤2π …(6)
의 관계를 만족하면 좋다. 여기서, △L은 2개의 장주기 그레이팅의 간격, βcore, βclad는 각각 자외광이 조사되기 전의 코어 모드와 클래드 모드의 사용 파장 λ에 있어서의 전파 정수, βcore', βclad'는 각각 자외광이 조사된 후의 코어 모드와 클래드 모드의 사용 파장 λ에 있어서의 전파 정수이다. 또한,
βclad'≒βclad…(7)
βcore≒(2π/λ)ncore…(8)
를 이용하면, 하기의 관계가 얻어진다.
O＜(ncore'-ncore)≤λ/△L …(9)
여기서, ncore는 자외광이 조사되기 전의 코어 굴절율이고, ncore'는 자외광이 조사된 후의 코어 굴절율이다.
상기와 같이, 틈 부분(20)은 이 부분의 광파이버에 자외광을 조사함으로써코어의 굴절율이 변화하고, 코어 모드의 위상 회전량이 변화하기 때문에, 이것을 「위상 시프트 부재」라고 부른다.
다음에, 상기와 동일한 방법에 의해서 형성되는 다른 광 손실 필터의 구성예에 대하여 설명한다. 우선, 도 6a에 도시되는 바와 같이 반사 미러(31)를 주사하여, 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 광파이버(10)의 코어(11)에 2종류의 장주기 그레이팅을 소정의 간격을 설정하여 형성한다. 이어서, 도 6b에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 제거한 후, 틈부(20)의 광파이버(10)에 자외광을 균일하게 조사하여 광 손실 필터를 생성한다.
도 8a 내지 도 8c는 이렇게 하여 얻어진 광 손실 필터의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 8a에 도시하는 광 손실 필터는 광파이버(10)의 축 방향으로 그레이팅 길이 Ld1이 22mm, 굴절율 변조의 주기 ∧d1이 343.5μm인 장주기 그레이팅 LPG-d1과, 그레이팅 길이 Le1이 7mm, 굴절율 변조의 주기 ∧e1이 352.5μm인 장주기 그레이팅 LPG-e1이, 틈 Ls가 5mm로 설치되어 있다. 그리고, 이 틈 부분(20)에 자외광을 조사하여 위상 시프트 부재가 설치되어 있다. 또한, 장주기 그레이팅 LPG-d1과 LPG- e1과의 굴절율 변조폭의 크기는 각각 같다.
도 8b에 도시하는 광 손실 필터는 광파이버(10)의 축 방향에 그레이팅 길이 Ld2가 20mm, 굴절율 변조의 주기 ∧d2가 348μm인 장주기 그레이팅: LPG-d2와, 그레이팅 길이 Le2가 7mm, 굴절율 변조의 주기 ∧e2가 348μm인 장주기 그레이팅 LPG-e2가, 틈(20)이 5mm로 설치되어 있다. 그리고, 이 틈 부분(20)에 자외광을 조사하여 위상 시프트 부재가 설치되어 있다. 또한, 장주기 그레이팅 LPG-d2와 LPG-e2와의 굴절율 변조폭의 크기는 각각 상이하고 있다.
도 8c에 도시하는 광 손실 필터는 광파이버(10)의 축 방향에 그레이팅 길이 Ld3이 20mm, 굴절율 변조의 주기 ∧d3이 347μm인 장주기 그레이팅 LPG-d와, 그레이팅 길이 Le3이 7mm, 굴절율 변조의 주기 ∧e3이 5351μm인 장주기 그레이팅 LPG-e3이, 틈(20)이 5mm로 설치되어 있다. 그리고, 이 틈 부분(20)에 자외광을 조사하여 위상 시프트 부재가 설치되어 있다. 또한, 장주기 그레이팅 LPG-d3과 LPG-e3의 굴절율 변조 폭의 크기는 각각 상이하고 있다.
도 9는 상기의 각 광 손실 필터에 대한 투과 특성을 도시하는 그래프이다. 쇄선 L1은 도 8a에 도시되는 바와 같이 양 장주기 그레이팅의 길이 및 굴절율 변조 주기가 상이하고, 굴절율 변동폭의 크기가 같은 광 손실 필터의 투과 특성의 일 예이다. 점선 L2는 도 8b에 도시되는 바와 같이 양 장주기 그레이팅의 길이 및 굴절율 변동폭의 크기가 상이하고, 굴절율 변동 주기가 같은 광 손실 필터의 투과 특성의 일 예이다. 실선 L3은 도 8c에 도시되는 바와 같이 양 장주기 그레이팅의 길이, 굴절율 변동폭의 크기 및 굴절율 변동 주기가 다른 광 손실 필터의 투과 특성의 일 예이다.
이상, 본 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법에서는 틈 부분(20)의 광파이버에 자외광을 조사함으로써, 코어(11)의 굴절율을 거의 연속적으로 변화시킬수 있기 때문에, 고정밀도의 투과 특성을 갖는 광 손실 필터를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 그레이팅의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 소형으로 제조할 수 있다.
(제 2 실시예)
본 실시예에서는 하나의 장주기 그레이팅의 중간부에 자외광을 조사하여 얻어지는 광 손실 필터의 제조 방법, 및 그 방법에 의해 제조되는 광 손실 필터에 대하여 설명한다. 도 10a는 장주기 그레이팅의 제조 방법을 도시하는 도면이고, 도 10b는 그 장주기 그레이팅의 중간부에 자외광을 조사하는 방법을 도시하는 도면이다.
우선, 도 10a에 도시되는 바와 같이 반사 미러(31)를 주사하고, 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 광파이버(10)의 코어에 장주기 그레이팅을 형성한다(제 1 공정). 이 장주기 그레이팅 LPG-f는 그레이팅 길이 Lf가 30mm, 굴절율의 변조 주기 ∧f가 350μm이다. 이어서, 도 10b에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 제거한 후, 장주기 그레이팅 LPG-f의 양단을 제외한 중앙 5mm의 중간부(21)에, 반사 미러(31)를 주사하여 자외광을 균일하게 조사한다(제 2 공정).
중간부(21)에 자외광을 조사할 때는 광원(50)으로부터의 측정광을 광파이버(10)의 일단으로부터 입사하고, 광파이버(10)의 타단으로부터 출사되는 측정광을 광 스펙트럼 애널라이즈(51)로써 수광한다. 그리고, 스펙트럼 애널라이즈(51)로부터의 전기 신호 데이터를 데이터 처리 수단(52)에서 연산 처리하여, 상기 데이터 처리 수단(52)으로부터의 전기 신호 데이터를 화상 표시장치(53)에 표시하고, 광 손실 필터의 투과 특성을 모니터하면 바람직하다. 그리고, 화상 표시 장치(53)에 표시되는 광 손실 필터의 투과 특성이 소망의 특성과 거의 일치한 부분에서, 중간부(21)로의 자외선의 조사를 정지한다. 이렇게 하면, 소망의 투과 특성을 갖는 광 손실 필터를 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 제조할 수 있다.
도 11은 상기의 방법에 의해서 얻어진 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프이다. 장주기 그레이팅 LPG-f의 중간부(21)에 균일하게 자외광이 조사되면, 중간부(21)의 굴절율 변동 부분의 굴절율이 상승하여 코어 모드와 클래드 모드의 위상 회전량차가 변화하고, 조사 위치의 전방과 후방에 형성된 굴절율 변동 부분 사이의 각 모드의 실효 광로 길이가 변화하기 때문에, 합성된 투과 특성은 조사량에 따라서 실선 L1, 점선 L2, 쇄선 L3으로 도시되는 바와 같이 감쇠의 극대치 파장이 시프트한다. 또한, 도 11 중의 화살표 S3은 자외광의 조사량이 증대하는 방향을 도시하고 있다.
이와 같이 1개의 장주기 그레이팅의 중간부(21)의 위상이 시프트하는 위상 시프트 장주기 그레이팅에서는 중간부(21)에서의 코어 모드와 클래드 모드의 위상 회전량의 차가, 2π 변화할 때마다 거의 같은 투과 특성을 나타내기 때문에, (자외광조사 후의 위상 회전의 차)-(자외광 조사전의 위상 회전의 차)가 0으로부터 2π의 사이에서 소망의 특성을 얻을 수 있다. 한편, 식 6∼식 9의 관계가 있으므로,
0＜(nmean'-nmean)≤λ/△L …(10)
가 얻어진다. 여기서, nmean은 중간부(21)의 길이 △L에서의 자외광 조사전의 굴절율 변동 부재의 코어의 평균 굴절율이고, 굴절율 변동 부재의 최대 굴절율이 nmax, 최소 굴절율이 nmin일 때, nmean=nmin+(nmax-nmin)/2로 나타난다. 또한, nmean'는 중간부분 △L에서의 자외광 조사 후의 굴절율 변동 부재의 코어의 평균 굴절율이고, nmean'= nmin'+(nmax'-nmin')/2로 나타난다.
상기와 같이, 장주기 그레이팅의 중간부(21)에 대해서도, 이 부분의 굴절율 변동 부재에 자외광을 조사함으로써 코어의 굴절율이 변화하고, 코어 모드의 위상 회전량이 변화하기 때문에, 상기한 제 1 실시예에 있어서의 틈 부분(20)과 동일하게 「위상 시프트 부재」라고 부른다.
또한, 본 실시예에 따른 광 손실 필터는 미리 형성된 1개의 장주기 그레이팅 LPG-f의 중간부(21)에 자외광을 조사함으로써, 중간부(21)의 전후에 각각 장주기 그레이팅 LPG-f'과 장주기 그레이팅 LPG-f''가 형성되어 있다. 그 의미에서, 제 1 장주기 그레이팅과 제 2 장주기 그레이팅이 따로따로 형성되고, 그 틈부분에 위상 시프트 부재가 형성되는 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터는 분명히 구성이 상이하다. 그러나, 시점을 바꾸면, 장주기 그레이팅 LPG-f'와 장주기 그레이팅 LPG-f''를 포함하는 장주기 그레이팅 LPG-f가 형성된 후에, 장주기 그레이팅 LPG-f'와 장주기 그레이팅 LPG-f''의 사이에 자외광이 조사되어 위상 시프트 부재가 형성되어 있다고 볼 수도 있게 되어, 그 의미에서 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터와 제 2 실시예에 따른 광 손실 필터는 같은 구성을 갖는다.
다음에, 상기와 동일한 방법에 의해서 형성되는 다른 광 손실 필터에 관해서 설명한다. 우선, 도 10a에 도시되는 바와 같이 반사 미러(31)를 주사하여, 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 광파이버(10)의 코어 축 방향으로 굴절율 변동폭 및 굴절율 변동 주기가 각각 일정한 장주기 그레이팅을 형성한다. 이어서, 도 10b에 도시되는 바와 같이, 강도 변조 마스크(32)를 제거한 후, 장주기 그레이팅이 형성된 코어 축 방향의 구간 내에서, 그 구간의 양단을 제외하는 중간부(21)에 반사 미러(31)를 주사하여 자외광을 균일하게 조사한다.
도 12는 이렇게 하여 얻어진 광 손실 필터를 도시하는 도면이다. 이 광 손실 필터는 광파이버(10)의 광축 방향으로 그레이팅 길이 Lf1이 29mm, 굴절율의 변조 주기 ∧f1이 345μm의 장주기 그레이팅 LPG-f1을 형성하고, 그 후, LPG-f1의 한쪽 끝으로부터 다른쪽 끝으로 향하여 길이 Lf1'가 19mm의 위치와, 거기에서 더욱 타단으로 향하여 길이 Ls1이 5mm의 구간에 자외광을 조사한 것이다.
도 13은 도 12에 도시하는 광 손실 필터의 투과 특성을 도시하는 그래프이다. 1개의 장주기 그레이팅 LPG-f1의 중간부(21)에 자외광을 조사하면, 중간부(21)는 그 양측에 배치된 굴절율 변조 부재에 대하여 위상 시프트를 발생시키고, 위상 시프트에 대응하여 변화하는 2개의 감쇠 극대치를 갖는 투과 특성이 얻어지고 있다.
상기한 바와 같이, 장주기 그레이팅의 중간부(21)에 자외광을 조사할 때에, 자외광의 조사량을 조정함으로써 코어의 굴절율을 거의 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 소망의 투과 특성을 갖는 광 손실 필터를 정밀도 좋고, 또한, 용이하게얻을 수 있다.
(제 3 실시예)
본 실시예에서는 상기한 제 1 실시예 혹은 제 2 실시예에서 형성된 광 손실 필터와 다른 장주기 그레이팅을 조합하여, 더욱 복잡한 투과 특성을 구성하는 것이 가능한 광 손실 필터의 제조 방법, 및 이 방법에 의해 제조되는 광 손실 필터에 관해서 설명한다.
우선, 도 12에 도시되는 구성의 광 손실 필터를 구비한 광파이버(10)를 준비한다. 이 광 손실 필터가 구비하는 장주기 그레이팅 LPG-f1은 그레이팅 길이 Lf1이 29mm이고, 굴절율의 변조 주기 ∧f1이 345μm이며, LPG-f1의 중간부(21)에는 자외광을 조사하여 형성된 위상 시프트 부재가 형성되어 있다. 이 광 손실 필터의 투과 특성은 도 13에 도시되는 바와 같이, 파장 1540∼1560nm로 완만한 2개의 손실 피크를 갖는다.
다음에, 도 10a에 도시되는 장치에 의해서, 광파이버(10)에 강도 변조 마스크(32)를 개재하여 자외광 빔(30)을 조사하고, 새로운 장주기 그레이팅 LPG-p를 형성한다. 도 14는 이렇게 하여 형성된 새로운 장주기 그레이팅 LPG-p의 구성을 도시하는 도면이다. 이 장주기 그레이팅 LPG-p는 그레이팅 길이 Lp가 31.5mm이고, 굴절율의 변조 주기 ∧p가 394μm 이다. 도 15는 장주기 그레이팅 LPG-p의 투과 특성을 도시하는 그래프이다. 도 15에 도시된 투과 특성의 손실 피크는 코어 모드와 5차의 클래드 모드와의 결합에 의해 형성된 것이다.
다음에, 도 12에 도시하는 구조를 갖는 광 손실 필터와, 도 14에 도시하는 구조를 갖는 장주기 그레이팅 LPG-p를 조합한, 새로운 투과 특성을 갖는 광 손실 필터의 제조 방법에 관해서 설명한다. 양자를 조합하는 경우, 한쪽의 광파이버에 형성된 LPG-p와, 다른 광파이버에 형성된 광 손실 필터를 단순히 융착 접속하더라도 형성할 수 있지만, 본 실시예에서는 도 16에 도시하는 바와 같이, 도 12에 도시하는 광 손실 필터와 도 14에 도시하는 장주기 그레이팅 LPG-p를, 1개의 광파이버(10)에 길이 Lt가 2mm의 간격을 설정하여 형성하고 있다.
도 12에 도시된 광 손실 필터와 도 14에 도시된 장주기 그레이팅 LPG-p에서는 코어 모드와의 결합에 기여하는 클래드 모드의 차수가 동일 파장 대역 내에서 다르기 때문에, 이와 같이 접근하더라도 각각의 투과 특성은 보존된다. 따라서, 양자를 조합하였을 때의 투과 특성은 도 17에 도시하는 바와 같이, 도 13과 도 15에 도시된 투과 특성을 가산한 값이 된다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 광 손실 필터의 제조 방법에서는 도 12에 도시된 광 손실 필터와 도 14에 도시된 장주기 그레이팅 LPG-p를 접근하여 배치하는 것이 가능하기 때문에, 광 손실 필터를 소형으로 제조 가능하고, 도 12에 도시된 광 손실 필터와 도 14에 도시된 장주기 그레이팅 LPG-p는 투과 특성의 보존성을 갖기 때문에, 소망의 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을 수 있다.
도 17에 도시된 새로운 광 손실 필터의 투과 특성은 1530nm 부근에 급준한 손실 피크를, 1540∼1560nm에 완만한 2개의 손실 피크를 갖는다. 한편, 1.55μm대의 EDFA는 도 1에 도시하는 바와 같이, 1530nm 부근에 급준한 이득 피크를,1540∼1560nm에 완만한 2개의 이득 피크를 갖는다.
따라서, 도 17에 도시되는 투과 특성을 갖는 광 손실 필터(도 16의 구조)를, 도 20에 도시하는 특성을 갖는 EDFA의 이득 등화기로서 사용한 경우, EDFA에서의 1530nm 부근의 급준한 이득 피크는 도 17에 도시된 투과 특성의 급준한 손실 피크에 의해서 평균화된다. 또한, 도 20에 도시된 1540∼1560nm의 완만한 2개의 이득 피크는 도 17에 도시된 투과 특성이 완만한 2개의 손실 피크에 의해서 평균화된다. 도 18은 도 16에 도시하는 구조의 광 손실 필터를 이득 등화기로서 사용한 경우의 EDFA의 이득 특성이다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 약 39nm의 파장 대역에 걸쳐, 대단히 평탄한 이득 특성이 얻어지고 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 12에 도시하는 구조를 갖는 제 2 실시예에 따른 광 손실 필터와 도 14에 도시하는 구조의 장주기 그레이팅 LPG-p를 조합하여 새로운 광 손실 필터를 구성하는 경우에 관해서 설명하였다. 이 밖에도, 예를 들면 도 19에 도시하는 바와 같이, 도 8a에 도시하는 구조를 갖는 제 1 실시예에 따른 광 손실 필터와 도 14에 도시하는 구조의 장주기 그레이팅 LPG-p를 조합하여 새로운 광 손실 필터를 구성하여도 좋다.
본 발명에 따른 광 손실 필터의 제조 방법은 장주기 그레이팅을 제작하는 공정과, 코어에 자외광을 조사하여 굴절율을 변화시키는 공정을 갖고, 코어에 조사하는 자외광의 조사량은 연속적으로 바꾸는 것이 가능하기 때문에, 이 조사량을 조절함으로써 소망의 투과 특성을 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻을 수 있다. 또한,형성되는 장주기 그레이팅의 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 소형으로 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 광 손실 필터는 상기한 방법에 의해 제조되어 있기 때문에, 소망의 투과 특성이 정밀도 좋고, 또한, 용이하게 얻어지고 있다. 또한, 형성된 장주기 그레이팅의 개수가 적기 때문에 소형이다.
이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 여러 가지로 변형할 수 있는 것은 분명하다. 그와 같은 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로는 인정할 수 없고, 모든 당업자에 있어서 자명한 개량은 이하의 청구의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (16)

  1. 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 광 손실 필터를 제조하는 방법으로서,
    상기 광도파로의 감광성을 갖는 코어의 축 방향으로 소정 간격을 설정하여 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 장주기 그레이팅과 상기 제 2 장주기 그레이팅 사이의 코어에 자외광을 조사하는 제 2 공정을 포함하는, 광 손실 필터의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정의 전 또는 후에, 1개 이상의 제 3 장주기 그레이팅을 형성하는 제 3 공정을 더 포함하는, 광 손실 필터의 제조 방법.
  3. 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 광 손실 필터를 제조하는 방법으로서,
    상기 광도파로의 감광성을 갖는 코어의 축 방향에 굴절율 변동폭 및 굴절율 변동 주기가 각각 일정한 제 1 장주기 그레이팅을 형성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 장주기 그레이팅이 형성된 코어의 축 방향의 구간 내에서, 상기 구간의 양단을 제외하는 소정 구간에 자외광을 조사하는 제 2 공정을 포함하는, 광 손실 필터의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정의 전 또는 후에, 1개 이상의 제 2 장주기 그레이팅을 형성하는 제 3 공정을 더 포함하는, 광 손실 필터의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에서는 소정의 사용 파장 대역의 광을 상기 광도파로의 일단으로부터 입사하는 동시에 상기 광도파로의 타단으로부터 출사되는 광을 수광하고, 수광한 광에 기초하여 얻어진, 상기 광 손실 필터의 투과 특성을 모니터하면서 자외광을 조사하는, 광 손실 필터의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 광 손실 필터의 제조 방법에 의해 제조된 광 손실 필터.
  7. 소정 굴절율의 코어를 갖는 광도파로에 형성되고, 소정의 사용 파장 대역 내에서 사용되는 광 손실 필터로서,
    상기 코어에 설치된 굴절율 변동폭이 제 1 변동폭, 굴절율 변동 주기가 제 1 주기이고, 코어 모드가 클래드 모드와 결합하는 것에 의한 감쇠의 극대치가 제 1 파장인 제 1 장주기 그레이팅과,
    상기 제 1 장주기 그레이팅으로 부터 소정 거리만큼 떨어져 상기 코어에 설치된 굴절율 변동폭이 제 2 변동폭, 굴절율 변동 주기가 제 2 주기이고, 코어 모드가 클래드 모드와 결합하는 것에 의한 감쇠의 극대치가 제 2 파장인 제 2 장주기 그레이팅과,
    상기 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅을 형성한 후에, 제 1 장주기 그레이팅과, 제 2 장주기 그레이팅 사이의 코어에 자외선을 조사하여 형성된, 코어 모드의 위상 회전량을 변화시키는 위상 시프트 부재를 구비하는, 광 손실 필터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 사용 파장 대역 내의 임의의 파장을 λ로 하고, 상기 위상 시프트 부재를 형성하는 광도파로의 길이를 △L로 하고, 상기 광도파로의 코어 굴절율이 변화하기 전과 후의 변화량을 △N으로 하였을 때,
    O＜△N≤λ/△ L
    의 관계를 갖는, 광 손실 필터.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 주기와 상기 제 2 주기 및 상기 제 1 변동폭과 상기 제 2 변동폭은 각각 같은, 광 손실 필터.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 주기와 상기 제 2 주기는 같고, 상기 제 1 변동폭과 상기 제 2 변동폭은 다른, 광 손실 필터.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 변동폭과 상기 제 2 변동폭은 같고, 상기 제 1 주기와 상기 제 2 주기는 다른, 광 손실 필터.
  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 변동폭과 상기 제 2 변동폭 및 상기 제 1 주기와 상기 제 2 주기는 각각 다른, 광 손실 필터.
  13. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 소정의 사용 파장 대역 내에서, 상기 코어 모드와 결합하는 상기 클래드 모드의 차수가 상기 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅마다 일치하는, 광 손실 필터.
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광도파로에 1개 이상의 제 3 장주기 그레이팅을 더 구비하고, 상기 제 3 장주기 그레이팅의 굴절율 변동폭은 상기 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 굴절율 변동폭과 상이한, 광 손실 필터.
  15. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광도파로에 1개 이상의 제 3 장주기 그레이팅을 더 구비하고, 상기 제 3 장주기 그레이팅의 굴절율 변동 주기는 상기 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅의 굴절율 변동 주기와 상이한, 광 손실 필터.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 장주기 그레이팅은 상기 소정의 사용 파장 대역 내에서 상기 코어 모드와 결합하는 상기 클래드 모드의 차수가, 상기 제 1 및 제 2 장주기 그레이팅에서 코어 모드와 결합하는 클래드 모드의 차수와 다른, 광 손실 필터.
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