WO2021215232A1 - 利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

利得等化フィルタは、コアと、コアと、第１クラッドと、第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備える。第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有する。第１クラッドは、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。コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。

Description

利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法

　本開示は、利得等化フィルタ（Gain　Flattening　Filter；ＧＦＦ）及びＧＦＦの製造方法に関する。本出願は、２０２０年４月２０日出願の日本出願第２０２０－０７４７６８号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

　スラント型ファイバグレーティング（Slanted　Fiber　Grating；ＳＦＧ）を含むＧＦＦが知られている。特許文献１には、Fiber　Bragg　Grating（ＦＢＧ）によるＧＦＦの製造例が記載されている。特許文献２には、ＳＦＧの製造例が記載されている。特許文献３には、グレーティングを形成する領域のモードフィールド径（Mode　Field　Diameter；ＭＦＤ）を１５μｍ以上に拡大することが記載されている。なお、本明細書におけるＭＦＤは、特記した箇所を除き波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤである。

特開２００３－００４９２６号公報 国際公開第２００３／０９３８８７号 特開２００３－７５６４７号公報 特開平１１－８４１５１号公報 特開平１１－３８２３８号公報 特願２０１４－２１１３７８号公報

　本開示の一実施形態に係るＧＦＦは、コアと、コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、第１クラッドは、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み、コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。

　本開示の一実施形態に係るＧＦＦの製造方法は、コアと、コアを径方向外側から取り囲み、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クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、第１光ファイバのＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、融着する工程では、一対の第２光ファイバの温度が第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、第１光ファイバ及び一対の第２光ファイバを加熱し、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小される。

図１は、実施形態に係るＧＦＦの構成を示す図である。 図２は、感光性ファイバの屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示す図である。 図３は、第１実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図４は、第２実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図５は、第１実施例に係る感光性ファイバの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。 図６は、第１実施例に係るＳＭＦの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。

［本開示が解決しようとする課題］

　上記特許文献３に記載の発明のように、ＳＦＧを形成するための感光性ファイバのＭＦＤを拡大すると、例えば、ピッグテールとするＭＦＤが１０．５μｍ程度であるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を融着する際に、接続ロスが増大するという問題があった。

　そこで、接続ロスを抑制可能な利得等化フィルタ及び利得等化フィルタの製造方法を提供することを目的とする。

［本開示の効果］
　本開示によれば、接続ロスを抑制することができる。

［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。一実施形態に係るＧＦＦは、コアと、コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、第１区間の両端と一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、第１クラッドは、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み、コアには、第１区間において引張応力が残留しており、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。

　上記実施態様に係るＧＦＦでは、第２区間の平均ＭＦＤは、第２光ファイバの平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間と第２区間とが一様な組成を有するにも拘わらず、第１区間の平均ＭＦＤよりも小さい。このため、第２区間を介さず第１区間と第２光ファイバとを接続する場合に比べて、ＭＦＤ差異が小さくなる。よって、接続ロスを抑制することができる。

　第２区間の平均ＭＦＤと第２光ファイバの平均ＭＦＤとの差は、１．３μｍ以下であってもよい。この場合、接続ロスを更に抑制することができる。

　コアは、シリカ系ガラスで構成され、純シリカに対して０．０１％を超える比屈折率差を与える量のドーパントを含まず、第１クラッドはフッ素を含み、第１クラッドのフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下であってもよい。この場合、コアがドーパントを実質的に含まないので、コアをクラッドよりも硬くすることができる。よって、コアに引張応力を付与することができる。その結果、ＭＦＤを増大することができる。

　第１区間において、コアに残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であってもよい。この場合、ＭＦＤが増大している。

　第２区間において、コアに残留している応力は、第１区間においてコアに残留している引張応力よりも低い引張応力、又は、圧縮応力であってもよい。この場合、第２区間におけるＭＦＤを第１区間におけるＭＦＤよりも縮小させことができる。

　第１区間の平均ＭＦＤは、１１μｍ以上１５μｍ以下、もしくは、１２μｍ以上１５μｍ以下であり、第２光ファイバの平均ＭＦＤは、９．０μｍ以上１０．９μｍ以下であってもよい。この場合、ＧＦＦの高性能化を図ることができる。第２光ファイバは、光部品及び伝送路で広く用いられているＩＴＵ－Ｔ（International　Telecommunication　Union　Telecommunication　Standardization　Sector）　Ｇ．６５２のシングルモード光ファイバの規格を満たすことができる。

　第１区間において、コアの直径は、８μｍ以上１０．５μｍ以下であり、第１クラッドに対するコアの比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下であってもよい。この場合、波長１．５５μｍにおいてシングルモードで光を伝送することができる。

　第１クラッドは、コアと接する内周領域を有し、感光性材料は、内周領域に含まれてもよい。この場合、所望の減衰波長特性を有するグレーティングが容易に形成される。

　一対の第２光ファイバのＭＦＤは、第１光ファイバの両端側に近づくにつれて増大していてもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。

　一実施形態に係るＧＦＦの製造方法は、コアと、コアを径方向外側から取り囲み、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クラッドと、第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、第１光ファイバのＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、融着する工程では、一対の第２光ファイバの温度が第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、第１光ファイバ及び一対の第２光ファイバを加熱し、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小される。

　上記実施態様に係るＧＦＦの製造方法では、第１光ファイバの両端部において、コアに残留している引張応力が、融着する工程により解放される。その結果、第１光ファイバの両端部における平均ＭＦＤが縮小され、一対の第２光ファイバのＭＦＤに近づく。これにより、接続ロスを抑制することができる。また、第１光ファイバの融着温度が高くなり過ぎることが抑制される。

　融着する工程における融着温度は、４０００℃以上６５００℃以下であり、融着時間は、０．１秒以上１００秒以下であってもよい。この場合、融着部における第１光ファイバのコアに残留している引張応力を解放してＭＦＤを縮小させつつ、添加物の拡散によるＭＦＤの増大を抑制することができる。

　融着する工程の前に、第１光ファイバの両端と融着される一対の第２光ファイバの、第１光ファイバと融着される側の一端部を加熱し、一端部のＭＦＤを増大させる工程を更に含んでもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。

［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の光ファイバの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。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及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。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。

　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、信号光を増幅する光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）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（Erbium　Doped　Fiber　Amplifier；ＥＤＦＡ）の利得は、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より、ビット誤り率が増加する。その結果、伝送システム系の性能が劣化する。この問題を解決する部品として、ＳＦＧを含むＧＦＦが開発されている。

　コア及びクラッドの双方または何れか一方が感光性材料（例えば、ＧｅＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３）を含むシリカ系ガラスからなる光ファイバに対し、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）を照射することにより、感光性材料を含むシリカ系ガラスの屈折率を大きくすることができる。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、及び、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、同一特性のものを再現性よく作製することができ、他の手法に比べアライメントが比較的容易であるという利点を有している。

　ＳＦＧによるロスは、前方へ伝搬するＬＰ_０１モードの光が後方へ伝搬する高次モードの光と結合することにより生じる。ＳＦＧのロス波形である基本波形は、あ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。基本波形は、ある波長においてピークを有すると共に、ある半値全幅を有する。基本波形では、そのピーク波長から短波長側にロスが裾をひいている。ＳＦＧの所望のロス波形は、複数の基本波形を重ね合わせることで実現される。このように複数の基本波形を重ね合わせたロスにより、ＥＤＦＡの利得を等化する。

　近年、ＩｏＴ及び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共に、ビット誤り率の更なる低下が求められている。よって、ＧＦＦの高性能化が求められている。ＧＦＦの高性能化のためには、ＳＦＧの最大損失量が大きく、かつ、目標波形に合わせ込める能力を維持しつつ、基本波形の半値全幅を小さくすること（基本波形の狭帯域化）が望まれている。そのためには、グレーティングを書き込む光ファイバを、ＭＦＤが１１．５μｍ程度以上に大口径化された大口径光ファイバにする必要がある。一方、光ファイバ増幅器の低消費電力化には、感光性ファイバとＭＦＤが１０．５μｍ程度であるＳＭＦとの接続ロスの抑制が求められている。高性能化ＧＦＦを目的とした感光性ファイバのＭＦＤの大口径化と、接続ロスの低減とは、トレードオフの関係にある。

　図１は、実施形態に係るＧＦＦの構成を示す図である。図１に示されるように、実施形態に係るＧＦＦ１は、感光性ファイバ１０（第１光ファイバ）と、一対のＳＭＦ２０（第２光ファイバ）とを備えている。一対のＳＭＦ２０は、感光性ファイバ１０の長さ方向（軸方向）の両端それぞれに融着されている。感光性ファイバ１０と一対のＳＭＦ２０とは、例えば、アーク放電により融着されている。

　感光性ファイバ１０は、第１区間Ｒ１と、一対の第２区間Ｒ２とを有している。第１区間Ｒ１には、傾斜屈折率グレーティングが形成されている。第１区間Ｒ１は、融着（放電）による影響を受けていない定常部である。第１区間Ｒ１は、傾斜屈折率グレーティングが形成された第３区間Ｒ３と、一対の第４区間Ｒ４と、を有している。第３区間Ｒ３は、第１区間Ｒ１における軸方向の一部区間であり、軸方向の全体に傾斜屈折率グレーティングが形成されている。一対の第４区間Ｒ４は、第３区間Ｒ３の両側に配置されている。一対の第４区間Ｒ４は、第３区間Ｒ３の両端と一対の第２区間Ｒ２とを互いに接続している。なお、傾斜屈折率グレーティングの傾斜は、特許文献３に記載された定義と同義であり、傾斜範囲は、０．２°以上４°以下である。

　一対の第２区間Ｒ２は、感光性ファイバ１０の両端部をなし、融着（放電）の影響を受けている部分である。一対の第２区間Ｒ２は、第１区間Ｒ１の両端と、一対のＳＭＦ２０とを接続している。一対の第２区間Ｒ２は、感光性ファイバ１０の両端を含んでいる。

　ＧＦＦ１では、第２区間Ｒ２の平均ＭＦＤは、ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤよりも大きく、かつ、第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤよりも小さい。第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤは、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、より好適には１２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。第２区間Ｒ２の平均ＭＦＤは、１１．０μｍ以上１３．０μｍ以下であり、より好適には１１．５μｍ以上１２．０μｍ以下である。ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２の規格を満たすように設定されている。すなわち、ＳＭＦ２０の平均ＭＦＤは、９．９μｍ以上１０．９μｍ以下である。第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との境界は、第１区間Ｒ１と第２区間Ｒ２との間で、第１区間Ｒ１の平均ＭＦＤが０．１μｍ減少した位置で定義される。

　図２は、感光性ファイバの屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示す図である。図２に示されるように、感光性ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を径方向外側から取り囲む第１クラッド１２（光学クラッド）と、第１クラッド１２を径方向外側から取り囲む第２クラッド１３（ジャケット）と、を有している。第１クラッド１２の屈折率は、コア１１の屈折率よりも低い。第２クラッド１３の屈折率は、コア１１の屈折率よりも低く、かつ、第１クラッド１２の平均屈折率よりも低い。

　第１区間Ｒ１では、第１クラッド１２に対するコア１１の比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下である。融着の影響を受けた第２区間Ｒ２では、第１区間Ｒ１と比較して、第１クラッド１２に対するコア１１の比屈折率差が高い。

　コア１１は、シリカ系ガラスで構成される。コア１１は、例えば、純石英ガラス、または、非感光性のガラスである。コア１１における比屈折率の変化に換算した塩素濃度は、０．０１％以上０．０８％未満である。コア１１は、コア１１の純シリカ（ＳｉＯ_２）に対する比屈折率差を０．０１％以上変化させる量のドーパントを含まない。すなわち、コア１１の純シリカ（ＳｉＯ_２）に対する比屈折率差は、０．０１％未満である。第１区間Ｒ１及び第２区間Ｒ２のそれぞれにおいて、コア１１の直径（コア径）は、８．０μｍ以上１０．５μｍ以下である。

　第１クラッド１２は、シリカ系ガラスで構成される。第１クラッド１２は、コア１１と接する内周領域を有する。少なくとも内周領域は、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、径方向の全領域に感光性材料を含んでもよい。第１クラッド１２は、フッ素を更に含んでいてもよい。この場合、第１クラッド１２におけるフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下である。

　第１クラッド１２は、感光性材料として、例えばＧｅＯ_２又はＢ_２Ｏ_３を含む。ＧｅＯ_２の添加量は、例えば、純シリカに対する比屈折率差換算で０．３５％以上０．５０％以下である。Ｂ_２Ｏ_３の添加量は、例えば、純シリカに対する比屈折率差換算で０．０５％以上０．５５％以下である。感光性材料は、コア１１及び第２クラッド１３には実質的に含まれない。コア１１及び第２クラッド１３のそれぞれにおけるＧｅＯ_２の添加量及びＢ_２Ｏ_３の添加量は、いずれも０である。

　第１クラッド１２における感光性材料を含む領域には、周期的な屈折率変調によりファイバグレーティングを形成することができる。ファイバグレーティングが形成されている領域のファイバ配置は真直である。すなわち、本実施形態では、第３区間Ｒ３は、真直に配置される真直領域であり、一対の第４区間Ｒ４、一対の第２区間Ｒ２、及び一対のＳＭＦ２０は、取り回し領域である。

　第３区間Ｒ３のＭＦＤは、感光性材料への特定波長の光照射により上昇した第１クラッド１２の比屈折率差Δｎ_{ｃｌａｄ１＋ｕｖ}に依存する。第４区間Ｒ４のＭＦＤは、非ＵＶ照射下での第１クラッド１２の比屈折率差Δｎ_{ｃｌａｄ１}に依存し、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下より好適には１２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。第４区間Ｒ４における第３区間Ｒ３との境界部は、第３区間Ｒ３に近づくにつれて比屈折率差がΔｎ_{ｃｌａｄ１}からΔｎ_{ｃｌａｄ１＋ｕｖ}まで増大したＭＦＤ変換構造を有する。

　ここで、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。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との境界からコア中心を基準に外側に１．０μｍ離れた位置における屈折率と、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１．０μｍ離れた位置における屈折率の２点を直線で結んだラインとする。

　第１クラッド１２におけるＧｅ濃度は、径方向において傾斜している。径方向におけるコア１１側から第２クラッド１３側までのＧｅ濃度の傾斜（すなわち、Ｇｅ濃度プロファイルの傾き又は勾配（比屈折率差の変動／コア１１と第１クラッド１２との境界から第１クラッド１２と第２クラッド１３との境界までの距離）は、－０．０１３［％／μｍ］である。コア１１と第１クラッド１２との境界は、コア１１から第１クラッド１２へ向かう方向の屈折率の勾配が負の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、コア１１と第１クラッド１２の境界から外周へ向かう方向で、屈折率の勾配がゼロとなるコア中心に最も近い位置で定義される。

　第１クラッド１２は、屈折率を下げるダウンドーパントとしてフッ素（Ｆ）を含む。第１区間Ｒ１及び第２区間Ｒ２のそれぞれにおいて、第１クラッド１２の直径（第１クラッド径）は、２７．０μｍ以上４０．０μｍ以下である。

　第２クラッド１３は、シリカ系ガラスで構成されている。第２クラッド１３は、屈折率を下げるダウンドーパントとしてフッ素（Ｆ）を含む。第２クラッド１３の直径（第２クラッド径）は、１２４．０μｍ以上１２６．０μｍ以下である。

　感光性ファイバ１０では、後述するように、放電の影響により元素が長手軸（軸方向）に垂直な断面内で径方向に拡散している場合がある。このように軸方向に垂直な断面内での元素の分布が変化していても、軸方向に垂直な断面毎の元素の総量が変化していない場合、本明細書においては、感光性ファイバ１０が長さ方向で一様な組成を有すると言う。

　第１区間Ｒ１において、コア１１及び第１クラッド１２には、線引き時に付与された引張応力が残留している。コア１１に残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。第１クラッド１２に残留している引張応力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下である。

　これに対し、第２区間Ｒ２では、放電融着による熱が印加されることにより、引張応力が熱緩和されている。このため、第２区間Ｒ２において、コア１１及び第１クラッド１２に残留している引張応力は、第１区間Ｒ１と比較して、それぞれ低くなっているか、もしくは、圧縮応力に転じている。第２区間Ｒ２では、コア１１の引張応力が緩和されたことにより、コア１１の屈折率が増大している。コア１１の屈折率の増大量は、純シリカに対する比屈折率差換算で０．００５％以上０．１００％以下の範囲である。第２区間Ｒ２では、コア１１の屈折率差が増大することにより、ＭＦＤが１２．０μｍ程度から１１．０μｍ程度に低下している。

　引張応力は、上記ファイバ構造となる母材の線引条件により調整される。例えば、線引張力を９．８×１０^－２Ｎ以上２９．４×１０^－２Ｎ以下とすることにより、線引き後の光ファイバのコアには、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の引張応力が付与される。また、光ファイバの第１クラッドには、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下の引張応力が付与される。

　線引張力は、線引き炉の温度、及び、線速によってファイバに付与される。線引き炉の温度は、１８００℃以上、より好ましくは１９００℃以上である。線速は、１０ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは２０ｍ／ｍｉｎ以上５００ｍ／ｍｉｎ以下である。

　ＳＭＦ２０は、コアと、コアを径方向外側から取り囲むクラッドとを有している。クラッドの屈折率は、コアの屈折率よりも低い。ＳＭＦ２０は、感光性ファイバ１０と融着され、放電の影響を受ける区間を一方の端部に有している。コアは、シリカ系ガラスで構成されている。コアは、屈折率を上げるアップドーパントとしてＧｅＯ_２を含む。クラッドは、シリカ系ガラスで構成されている。クラッドは、純シリカ（純石英）であってもよいし、フッ素を含んでいてもよい。

　感光性ファイバ１０と融着されたＳＭＦ２０の一端部がＴＥＣ（Thermally　Expanded　Core）処理されていてもよい。すなわち、ＳＭＦ２０のＭＦＤは、感光性ファイバ１０の両端側に近づくにつれて増大していてもよい。この場合、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０との間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。

　次に、ＧＦＦ１の製造方法について説明する。ＧＦＦ１の製造方法は、感光性ファイバ１０となる感光性ファイバの両端それぞれに、一対のＳＭＦ２０となる一対のＳＭＦを融着する工程を含む。融着する工程は、感光性ファイバ及びＳＭＦの中心軸を一致させると共に、端面同士を接触させた状態で行われる。融着する工程では、感光性ファイバの一対の両端部に、感光性ファイバの軟化点温度近傍の熱が印加される。このため、感光性ファイバの一対の両端部において、コアに残留している引張応力が解放されることにより、感光性ファイバの一対の両端部におけるＭＦＤが縮小される。

　この結果、感光性ファイバ１０及び一対のＳＭＦ２０を備えるＧＦＦ１が得られる。感光性ファイバの一対の両端部は、感光性ファイバ１０の一対の第２区間Ｒ２となる。一対の第２区間Ｒ２におけるＭＦＤは、例えば、１１．５μｍよりも小さいＭＦＤに変換される。この結果、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０とのＭＦＤ差異が小さくなるので、接続ロスが低減される。

　融着温度（アークプラズマの温度）は、例えば、４０００℃以上６５００℃以下である。融着時間にも依存するが、融着温度が上記範囲であれば、感光性ファイバ１０の第２区間Ｒ２におけるＭＦＤを低減することができる。

　融着時間は、例えば、０．１秒以上１００秒以下である。つまり、感光性ファイバの端面とＳＭＦの端面とが接触する接触部は、４０００℃以上６５００℃以下の温度のアークプラズマで、０．１秒以上１００秒以下の時間にわたって加熱される。融着温度が３５００℃以下である場合、融着時間が１００秒以上必要になるので、フッ素の拡散係数を考慮すると、適切ではない。融着温度が４０００℃以上であることにより、融着時間を短縮することができる。

　融着する工程は、例えば、感光性ファイバの端面とＳＭＦの端面とが接触する接触部を挟んで一対の放電針を配置して実施される。感光性ファイバ及びＳＭＦにおいて、一対の放電針に挟まれた部分には、最も大きな熱が印加されるので、この部分の温度が最高温度となる。例えば、接触部を挟んで一対の放電針を配置した場合、接触部には、最も大きな熱が印加されるので、感光性ファイバ及びＳＭＦにおいて、接触部の温度が最高温度となる。

　融着する工程は、放電針を接触部からＳＭＦ側にずらし、接触部からＳＭＦ側にずれた位置の温度が、接触部における温度よりも高くなるように実施されてもよい。つまり、接触部からＳＭＦ側にずれた位置の温度が最高温度となる。放電針の位置をシフトさせる手法は、例えば、接触部を挟んで一対の放電針を配置すると、接触部における感光性ファイバが上記温度範囲（４０００℃以上６５００℃以下）の上限を超えたアークプラズマにさらされる場合に用いられる。放電針の位置は、感光性ファイバ及びＳＭＦの各位置に適切な熱を印加するように配置される。これにより、適切な融着条件にて融着を行うことができる。

　光ファイバの残留引張応力を周期的に解放させることで、周期的な屈折率変調を付与したファイバグレーティングが報告されている（特許文献５）。しかしながら、光ファイバの残留引張応力を解放することにより、同一光ファイバの一部のＭＦＤを縮小させて、ＳＭＦとの接続ロスを低減するという点に着眼した本実施形態と、特許文献５で報告されたファイバグレーティングが異なることは明確である。

　ＧＦＦ１の製造方法は、融着する工程の前に、感光性ファイバの両端と融着される一対のＳＭＦの一端部に対し、ＴＥＣ処理を実施する工程を更に含んでいてもよい。ＴＥＣ処理によれば、感光性ファイバの両端と融着される一対のＳＭＦの一端部を加熱し、当該一端部のＭＦＤを増大させることができる。この場合、感光性ファイバ１０とＳＭＦ２０との間のＭＦＤ差異が更に小さくなるので、接続ロスが更に抑制される。

　図３は、第１実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。横軸は、融着点からの距離（μｍ）である。原点０μｍは、感光性ファイバとＳＭＦとが接触する位置を指す。マイナス側は感光性ファイバにおける位置であり、プラス側はＳＭＦにおける位置である。縦軸は、ＭＦＤである。なお、説明を分かりやすくするため、図３には、上記実施形態の符号と同一の符号を用いるが、上記実施形態は第１実施例に限定されない。

　第１実施例に係るＧＦＦは、上記製造方法に基づき、感光性ファイバと一対のＳＭＦとをアーク放電により融着して製造された。一対の放電針の中央の位置は、接触部を挟んだ位置からプラス側（ＳＭＦ側）に１００μｍシフトさせた位置とした。つまり、感光性ファイバの両端から一対のＳＭＦ側に１００μｍずれた位置の温度が、感光性ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、融着する工程を実施した。放電条件として、融着温度が４０００℃以上６５００℃以下に設定され、融着時間が０．１秒以上１００秒以下に設定された。融着時間は、０．５秒以上１０秒以下が好適であった。

　図３に示されるように、感光性ファイバにおいて、融着点からの距離が－５００μｍの位置におけるＭＦＤは、放電の影響を受けていない第１区間（定常部）と同じ１２．３μｍである。つまり、第１実施例に係る感光性ファイバでは、融着点からの距離が－５００μｍ以下の範囲が、第１区間に対応し、当該範囲のＭＦＤ（平均ＭＦＤ）は、１２．３μｍである。感光性ファイバでは、融着点からの距離が－５００μｍから０μｍの範囲は、第２区間に対応し、放電の影響を受け、ＭＦＤが変化している。当該範囲（第２区間）の平均ＭＦＤは１１．６μｍである。

　融着点からの距離が－５００μｍから－２００μｍにかけてＭＦＤが１１．５μｍ程度にまで低減されている。その理由は、図５及び図６で説明する。融着点からの距離が－２０μｍの位置では、ＭＦＤが微増し、１１．７μｍである。

　ＳＭＦでは、融着点からの距離が１０００μｍ近傍から５００μｍ近傍にかけて、ＭＦＤが徐々に増大し、５００μｍ近傍で１０．５μｍ程度にまで微増している。融着点からの距離が５００μｍ近傍から２０μｍまでは、ＭＦＤがほぼ同程度で推移している。ＳＭＦの平均ＭＦＤは、１０．５μｍである。第１実施例に係るＧＦＦでは、融着点からの距離が－２０μｍ以上２０μｍ以下の範囲でＭＦＤが１．２μｍ変化している。第１実施例１に係るＧＦＦでは、感光性ファイバの第２区間の平均ＭＦＤとＳＭＦの平均ＭＦＤとの差は、１．３μｍ以下である。接続ロスは、０．０３ｄＢであり、０．１０ｄＢよりも低い低ロス化に成功した。

　図４は、第２実施例に係るＧＦＦの融着点からの距離とＭＦＤとの関係を示すグラフである。横軸及び縦軸は、図３と同様である。

　第２実施例に係るＧＦＦは、上記製造方法に基づき、感光性ファイバと一対のＳＭＦとをアーク放電により融着して製造された。一対の放電針の位置は、接触部を挟んだ位置とし、アーク放電により融着して製造された。

　図４に示されるように、感光性ファイバにおける融着点からの距離が－１０００μｍ以下の範囲は、放電の影響を受けていない第１区間（定常部）に対応し、当該範囲のＭＦＤは１２．３μｍである。ＳＭＦにおける融着点からの距離が１０００μｍ以上の範囲は、放電の影響を受けていない区間（定常部）に対応し、当該範囲（第１区間）のＭＦＤ（平均ＭＦＤ）は１０．２μｍである。

　感光性ファイバでは、融着点からの距離が－１０００μｍから０μｍの範囲は、第２区間に対応し、当該範囲のＭＦＤは、放電の影響を受けて変化している。当該範囲（第２区間）の平均ＭＦＤは１１．９μｍである。融着点からの距離が－１０００μｍから－５００μｍにかけてＭＦＤが１１．５μｍ程度にまで縮小されている。融着点からの距離が－２００μｍから０μｍにかけてＭＦＤは急激に増大している。融着点からの距離が－２０μｍにおけるＭＦＤは、第１区間よりも大きく、１２．７μｍ程度である。

　ＳＭＦでは、融着点からの距離が１０００μｍから５００μｍにかけてＭＦＤが１０．２μｍから１０．５μｍにまで微増している。融着点からの距離が５００μｍから２０μｍまでは、ＭＦＤがほぼ同程度で推移している。ＳＭＦの融着点０μｍから放電の影響を受けている範囲での平均ＭＦＤは、１０．３μｍである。なお、放電の影響を受けている範囲とは、１０００μｍから５０００μｍまでの平均ＭＦＤ_{１０００－５０００}に対して０．２μｍ以上大きいＭＦＤを有する範囲である。第２実施例では、０μｍ以上７００μｍ以下の範囲である。第２実施例に係るＧＦＦでは、融着点からの距離が－２０μｍ以上２０μｍ以下の範囲でＭＦＤが２．５μｍ変化している。接続ロスは、０．２１ｄＢであり、第１実施例の接続ロスに比べて１桁増大した。

　図５は、第１実施例に係る感光性ファイバの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。横軸は、直径上の位置（径方向位置）である。左縦軸は、残留応力である。プラス側が引張応力であり、マイナス側が圧縮応力である。右縦軸は、第１クラッドに対するコアの比屈折率差である。径方向の残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルは、融着点からの距離が－１５００μｍ、－５００μｍ、及び６０μｍの位置においてそれぞれ測定された。

　図５に示されるように、コアの残留応力は引張応力である。融着点からの距離が－１５００μｍから－５００μｍにかけて残留引張応力が放電による熱印加により解放され、解放前と解放後の第２クラッドに対するコアの比屈折率差の差分は、０．０３８％に増大している。その結果、感光性ファイバのＭＦＤは、定常部（第１区間）の１５００μｍでの１２．３μｍから、－５００μｍでの１１．５μｍに縮小していることが判明した。

　このようなＭＦＤの低減について、図５を用いて説明する。測定位置－１５００μｍの屈折率プロファイルと対比して、測定位置－６０μｍの屈折率プロファイルは、コアと第１クラッドとの界面から第１クラッドにわたって揺らいでいることが分かる。

　測定位置－５００μｍの屈折率プロファイルと対比して、測定位置－６０μｍの屈折率プロファイルでは、純シリカに対するコアの比屈折率差は、径方向位置が－５μｍ以上５μｍ以下である中心領域では減少し、径方向位置が－５μｍ未満又は５μｍを超える外周領域では増加している。この振る舞いは、第１クラッドに添加されたフッ素がコア及び第２クラッドに拡散した結果であることが分かった。フッ素の拡散により、第１クラッドの屈折率が増大すると共に、コア径が細径化し、その結果、ＭＦＤが増大したことが分かった。なお、第１実施例における融着条件では、Ｇｅの拡散量は、フッ素の拡散量に比べてわずかであり、ＭＦＤ変化の寄与度としては無視できるレベルであった。

　図６は、第１実施例に係るＳＭＦの残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルを光ファイバの直径に沿って示すグラフである。横軸及び縦軸は、図５と同様である。径方向の残留応力プロファイル及び屈折率プロファイルは、融着点からの距離が１５００μｍ及び８０μｍの位置においてそれぞれ測定された。ＳＭＦにおいて、融着点からの距離が１５００μｍの位置は、融着による熱の影響を受けていない定常部である。

　図６に示されるように、融着点からの距離が１５００μｍの位置では、コア及びクラッドには圧縮応力が残留しており、コアに残留している圧縮応力はクラッドに残留している圧縮応力よりも大きいことが分かる。一方、融着点からの距離が８０μｍの位置では、コア及びクラッドの残留応力は、放電の熱により解放され、その結果、純シリカに対するコアの比屈折率差が低減され、ＭＦＤが増大したことが分かる。

　第１，２実施例の放電融着によるファイバ長さ方向に対するＭＦＤ変化の振る舞いの結果から、以下のことが説明できる。すなわち、感光性ファイバでは、残留引張応力が付与されたコアに熱を印加することで、応力が解放される。これにより、コアと第１クラッドとの屈折率差が増大するので、ＭＦＤを縮小させることができる。ただし、更に熱を印加すると、第１クラッドに添加されたＦがコア及び第２クラッドに拡散する。これにより、第１クラッドの屈折率が増大すると共に、コアの細径化が発生するので、ＭＦＤが増大する。したがって、感光性ファイバのＭＦＤを縮小するには、残留引張応力は解放されるものの、フッ素が十分に拡散されない温度範囲で融着を実施すればよい。すなわち、第１実施例に係るＧＦＦでは、放電針を感光性ファイバの両端からＳＭＦ側にずらすことで、感光性ファイバに対する放電の熱印加を低減し、フッ素拡散を引き起こす温度よりも低温で融着したことが奏功した。

１…利得等化フィルタ
１０…感光性ファイバ（第１光ファイバ）
１１…コア
１２…第１クラッド
１３…第２クラッド
２０…シングルモードファイバ（第２光ファイバ）
Ｒ１…第１区間
Ｒ２…第２区間
Ｒ３…第３区間
Ｒ４…第４区間

Claims (12)

1. 　コアと、前記コアを径方向外側から取り囲む第１クラッドと、前記第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を有すると共に、長さ方向で一様な組成を有する第１光ファイバと、
   　前記第１光ファイバの両端それぞれに融着された一対の第２光ファイバと、を備え、
   　前記第１光ファイバは、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１区間と、前記第１区間の両端と前記一対の第２光ファイバとをそれぞれ接続する一対の第２区間と、を有し、
   　前記第１クラッドは、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み、
   　前記コアには、前記第１区間において引張応力が残留しており、
   　前記第２区間の平均モードフィールド径は、前記第２光ファイバの平均モードフィールド径よりも大きく、かつ、前記第１区間の平均モードフィールド径よりも小さい、
   　利得等化フィルタ。
2. 　前記第２区間の平均モードフィールド径と前記第２光ファイバの平均モードフィールド径との差は、１．３μｍ以下である、
   　請求項１に記載の利得等化フィルタ。
3. 　前記コアは、シリカ系ガラスで構成され、純シリカに対して０．０１％を超える比屈折率差を与える量のドーパントを含まず、
   　前記第１クラッドはフッ素を含み、
   　前記第１クラッドのフッ素濃度は、純シリカに対する比屈折率の変化に換算して０．４０％より大きく０．７５％以下である、
   　請求項１または請求項２に記載の利得等化フィルタ。
4. 　前記第１区間において、前記コアに残留している引張応力の最小値は、１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下である、
   　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
5. 　前記第２区間において、前記コアに残留している応力は、前記第１区間において前記コアに残留している引張応力よりも低い引張応力、又は、圧縮応力である、
   　請求項４に記載の利得等化フィルタ。
6. 　前記第１区間の平均モードフィールド径は、１１．０μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
   　前記第２光ファイバの平均モードフィールド径は、９．０μｍ以上１０．９μｍ以下である、
   　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
7. 　前記第１区間において、
   　前記コアの直径は、８．０μｍ以上１０．５μｍ以下であり、
   　前記第１クラッドに対する前記コアの比屈折率差は、０．１６％以上０．３６％以下である、
   　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
8. 　前記第１クラッドは、前記コアと接する内周領域を有し、
   　前記感光性材料は、前記内周領域に含まれる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
9. 　前記一対の第２光ファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバの両端側に近づくにつれて増大している、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の利得等化フィルタ。
10. 　コアと、前記コアを径方向外側から取り囲み、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クラッドと、前記第１クラッドを径方向外側から取り囲む第２クラッドと、を備えると共に、傾斜屈折率グレーティングが形成された第１光ファイバの両端それぞれに、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも小さいモードフィールド径を有する一対の第２光ファイバを融着する工程を含み、
    　前記融着する工程では、前記一対の第２光ファイバの温度が前記第１光ファイバの両端における温度よりもそれぞれ高くなるように、前記第１光ファイバ及び前記一対の第２光ファイバを加熱し、前記第１光ファイバの両端部において、前記コアに残留している引張応力が解放されることにより、前記第１光ファイバの両端部における平均モードフィールド径が縮小される、
    　利得等化フィルタの製造方法。
11. 　前記融着する工程における融着温度は、４０００℃以上６５００℃以下であり、融着時間は、０．１秒以上１００秒以下である、
    　請求項１０に記載の利得等化フィルタの製造方法。
12. 　前記融着する工程の前に、前記第１光ファイバの両端と融着される前記一対の第２光ファイバの、前記第１光ファイバと融着される側の一端部を加熱し、前記一端部のＭＦＤを増大させる工程を更に含む、
    　請求項１０に記載の利得等化フィルタの製造方法。

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