JP2002214456A

JP2002214456A - 光ファイバグレーティングの製造方法

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Publication number: JP2002214456A
Application number: JP2001014635A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Nihonyanagi; 明展二本柳; Yutaka Ishii; 裕石井; Satoshi Okude; 聡奥出; Kenji Nishide; 研二西出
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: JP4519334B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位相シフトを導入した光ファイバグレーティ
ングにおいて、所望の光学特性を備えたものが安定に製
造できる光ファイバグレーティングの製造方法を提供す
る。【解決手段】コアとクラッドの少なくとも一部が紫外
光の照射によって屈折率が上昇する石英系ガラスからな
る裸光ファイバに、その長さ方向にそって所定の周期で
紫外光を照射し、少なくとも１箇所以上に位相シフト部
１４を導入したグレーティング部１３Ｂを製造し、該グ
レーティング部１３Ｂの光学特性をモニターし、該光学
特性と所望の光学特性とを比較し、位相シフト部１４に
紫外光を照射する操作と該位相シフト部を加熱する操作
の一方あるいは両方を行って、当該グレーティング部１
３Ｂの光学特性を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバグレーテ
ィングの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバグレーティングは、光ファイ
バの長さ方向にそって所定の周期で摂動を形成したもの
である。摂動は、例えばコア−クラッド間の比屈折率差
を所定の周期で変動させたり、コア径を所定の周期で変
動させたりすることによって形成される。

【０００３】図４は光ファイバグレーティングの製造方
法および製造装置の一例を示したもので、図中符号１は
光ファイバ素線である。光ファイバ素線１は、例えば石
英系ガラスからなる裸光ファイバの外周上に、紫外線硬
化型樹脂などのプラスチックからなる被覆層が設けられ
たものである。この裸光ファイバは、コアとその外周上
に設けられたクラッドとを備え、その少なくとも一部が
ゲルマニウム添加石英ガラスからなるものを用いる。そ
して、この光ファイバ素線１の長さ方向の一部の被覆層
を除去し、裸光ファイバを露出させ、その両端の被覆層
部分を自動ステージ２のクランプ４ａ、４ａに固定す
る。なお、自動ステージ２は直方体状の本体３と、その
上面に設けられた移動自在なステージ４と、このステー
ジ４に設けられたクランプ４ａ、４ａとからなる。そし
て、自動ステージ２の外側に延びる光ファイバ素線１を
Ｖ溝台５、５にて支持し、この光ファイバ素線１の一方
の端部を広帯域型光源６に接続し、他方の端部をスペク
トルアナライザ７に接続する。

【０００４】そして、エキシマレーザなどの光源８から
特定波長の紫外光を発射し、ミラー系９を経てシリンド
リカルレンズなどのレンズ１０にて集光し、光ファイバ
素線１の裸光ファイバの一点に照射する。すると、いわ
ゆるフォトリフラクティブ効果により、ゲルマニウム添
加石英ガラスからなる部分の屈折率が上昇する。つい
で、ステージ４を光ファイバ素線１の長さ方向にそって
移動し、同様にして紫外光を照射する操作を繰り返すこ
とにより、光ファイバグレーティングを得ることができ
る。なお、このとき広帯域型光源６から光ファイバ素線
１に光を入射し、スペクトルアナライザ７において、こ
の光ファイバグレーティングの光学特性（減衰波長特
性）をモニターしながら操作を行う。

【０００５】図５はコアに屈折率の変動を形成した場合
の光ファイバグレーティングの構造の一例を示した断面
図であって、図中符号１１は裸光ファイバである。この
例において、裸光ファイバ１１はコア１１ａとその外周
上に設けられたクラッド１１ｂとからなり、コア１１ａ
がゲルマニウム添加石英ガラス、クラッドが純粋石英ガ
ラスまたはフッ素添加石英ガラスからなる。そして、コ
ア１１ａに、その長さ方向にそって、屈折率が上昇した
複数の屈折率上昇部１２、１２…が、所定の周期で間欠
的に配置されて、グレーティング部１３Ａが構成されて
いる。なお、図中符号Λで示したグレーティング部１
２、１２…の間隔をグレーティング周期といい、この例
において、グレーティング周期Λは一定である。

【０００６】光ファイバグレーティングにおいては、コ
アを入射方向と同方向（正の方向）に伝搬する所定の波
長のモードを、その反対方向（負の方向）に伝搬するモ
ードや、クラッドを正の方向に伝搬するモードと結合さ
せたりすることによって減衰させることができる。この
ような作用により、所定の波長の光を選択的に減衰させ
ることができるため、光フィルタとして用いられてい
る。

【０００７】光ファイバグレーティングは、例えばエル
ビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと略記す
る）などの希土類添加光ファイバ増幅器の利得の波長依
存性を低減する手段として用いられている。そして、通
信の信号帯域の拡大に伴い、より広帯域の利得の平坦化
（等化）が要求されるようになってきている。そこで、
グレーティング周期を一定とせず、その１カ所以上に位
相シフトを導入して光ファイバグレーティングを製造す
ることによって、広帯域の光を減衰させることができる
光ファイバグレーティングが得られることが知られてい
る（第７１回微小光学研究会「利得等化用光ファイバ
グレーティング」島研介、和田朗）。図６はこのような
光ファイバグレーティングの一例を示したもので、図５
に示したものと異なるのは、グレーティング周期が一定
ではなく、途中に位相シフトが導入されたグレーティン
グ部１３Ｂが形成されている点である。なお、この位相
シフト部１４をはさんで隣接する屈折率上昇部１２、１
２間の距離（位相シフト部１４の長さ）はΛ＋Δｌであ
る。そして、このΔｌを位相シフト量と呼ぶ。また、こ
の位相シフト部１４は、図４に示した装置において、ス
テージ４の移動距離を変更することによって導入するこ
とができる。

【０００８】光ファイバグレーティングの光学特性は裸
光ファイバの構造や、上述のように屈折率上昇部１２を
形成する際の屈折率変化量、およびグレーティング周期
Λなどによって変化する。

【０００９】また、上述のように、負の方向に伝搬する
モードに結合するか、クラッドを正の方向に伝搬するモ
ードに結合するかは、主にグレーティング周期によって
異なる。なお、以下、クラッドを正の方向に伝搬するモ
ードと結合するタイプの光ファイバグレーティングをク
ラッドモード結合型とよぶ。このタイプのものは比較的
グレーティング周期が大きいという特徴がある。また、
比較的広帯域の減衰ピークが得られるため、上述の様な
希土類添加ファイバアンプの利得を平坦化する用途に
は、クラッドモード結合型が多く用いられている。そし
て、このクラッドモード結合型においては、光学特性が
屈折率変化量に極めて敏感であるという特徴を有してい
る。したがって、例えばエキシマレーザなどの光源のパ
ワーが不足したり、不安定であったりすると、所望の光
学特性を備えた光ファイバグレーティングを安定に作成
することができないという問題があった。また、位相シ
フトを導入したものにおいては、さらに、位相シフトの
導入数や位相シフトの位置によっても光学特性が変化す
る。したがって、特に位相シフト量Δｌの精密な制御が
できなければ、安定した製造が困難であるという問題が
あった。そこで、以下の様な方法が提案されている（電
子情報通信学会総合大会C-3-69（2000）「位相シフト長
周期グレーティング」春本道子など）。すなわち、例え
ば図６に示した様に位相シフト部１４を備えたグレーテ
ィング部１３Ｂを形成した後、この位相シフト部１４に
再び紫外光を照射して屈折率をわずかに上昇させ、光路
長を長くすることにより、光学特性を調整する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、屈折率を上昇させることはできるが、下降させ
ることはできないため、限られた場合にしか適用できな
いという問題があった。本発明は前記事情に鑑てなされ
たもので、位相シフトを導入した光ファイバグレーティ
ングにおいて、所望の光学特性を備えたものが安定に製
造できる光ファイバグレーティングの製造方法を提供す
ることを課題とする。そして、特にクラッドモード結合
型において、この課題を解決することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、
コアとその外周上に設けられたクラッドとを備え、該コ
アとクラッドの少なくとも一部が紫外光の照射によって
屈折率が上昇する石英系ガラスからなる裸光ファイバ
に、その長さ方向にそって所定の周期で紫外光を照射
し、少なくとも１箇所以上に位相シフトを導入したグレ
ーティング部を製造する工程と、該グレーティング部の
光学特性をモニターし、該光学特性と所望の光学特性と
を比較し、位相シフト部に紫外光を照射する操作と該位
相シフト部を加熱する操作の一方あるいは両方を行っ
て、当該グレーティング部の光学特性を調整する工程と
を備えていることを特徴とする。この光ファイバグレー
ティングの製造方法は、コアを入射方向と同じ正の方向
に伝搬するモードを、クラッドを該正の方向に伝搬する
モードと結合させるクラッドモード結合型に適用すると
効果が大きく、好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、例えば図６に
示したものと同様に、図４に示した装置を用いてフォト
リフラクティブ効果を利用することにより、クラッドモ
ード結合型であって、位相シフト導入型のグレーティン
グ部１３Ｂを形成する工程の後、グレーティング部１３
Ｂの光学特性を調整する工程を行う。

【００１３】図１は、この調整工程における操作の一例
を示した説明図である。以下、図４、図６も参照しつ
つ、説明する。すなわち、図４に示した装置にてグレー
ティング部１３Ｂを製造した後、図１に示した様に紫外
光照射手段と加熱手段とを備えた調整装置１５を配置す
る。位相シフト部１４に紫外光を照射すると、ゲルマニ
ウム添加石英ガラスからなる部分、すなわち、この例に
おいてはコア１１ａの屈折率が上昇する。ここで、光路
長は実効屈折率と物理的な長さの積で表される。したが
って、紫外光照射前の位相シフト部１４のコア１１ａの
実効屈折率をｎ、紫外光照射によるコア１１ａの屈折率
の上昇分をΔｎ、位相シフト部１４の物理的な長さをＬ
とすると、光路長は（ｎ＋Δｎ）×Ｌとなる。これは、
Δｎ×Ｌの分、位相シフト量Δｌが大きくなることに相
当し、これにより光学特性が変化することになる。

【００１４】一方、位相シフト部１４を加熱すると、屈
折率が減少し、光路長が短くなる。したがって、広帯域
型光源６からの光を光ファイバ素線１に入射し、この光
ファイバグレーティングの光学特性をモニターしながら
グレーティング部１３Ｂを製造した後、この得られた光
学特性と、所望の光学特性とを比較し、位相シフト部１
４の光路長を長くする必要がある場合には調整装置１５
の紫外光照射手段を動作させて紫外光を照射する操作を
行い、逆に光路を短くする必要がある場合には、調整装
置１５の加熱手段を動作させて加熱する操作を行うこと
により、所望の光学特性を備えた光ファイバグレーティ
ングを得ることができる。なお、紫外光を照射する操作
と加熱する操作は、一方の操作のみを行うこともできる
し、必要に応じて両方の操作を行うこともできる。しか
しながら、両方の操作を交互に行って微調整を行い、で
きるだけ精度の高い調整を行う様にすると好ましい。

【００１５】調整装置１５は特に限定せず、水銀ラン
プ、エキシマレーザ、アルゴンイオンレーザの第２高周
波を利用したものなどの公知の紫外光照射装置と、ヒー
タ、炭酸ガスレーザ、アーク放電などの公知の加熱装置
とを組み合わせて用いることができる。なお、加熱温度
は２００℃以上であると好ましい。また、本発明の光フ
ァイバグレーティングの製造において、光ファイバ素線
１、裸光ファイバ１１などの構成は特に限定せず、裸光
ファイバ１１を構成するコア１１ａとクラッド１１ｂの
うち、少なくともその一方の一部がゲルマニウム添加石
英ガラスのように、紫外光の照射によって屈折率が上昇
するものからなるものであればよい。また、グレーティ
ング周期、位相シフト部１４の導入数、導入位置、位相
シフト量などは特に限定しないが、本発明は屈折率変化
量に対して光学特性が鋭敏に変化するクラッドモード結
合型に適用すると好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。図４に示した方法と同様にして位相シフトを導入し
たクラッドモード結合型の光ファイバグレーティングを
製造した。なお、光源８にはエキシマレーザを用いた。
光ファイバ素線１としては、コア１１ａがゲルマニウム
添加石英ガラスからなり、クラッド１１ｂが純粋石英ガ
ラスからなるものを用いた。また、グレーティング周期
Λは１６７μｍ、グレーティング長（グレーティング部
１３Ｂの長さ）は１１．６９ｍｍとし、グレーティング
の屈折率上昇部１２、１２…の１２段目と１３段目との
間に位相シフト量Δｌが６．０４ｍｍの位相シフト部１
４を形成した。これらの操作はスペクトルアナライザ７
にて光ファイバグレーティングの光学特性をモニターし
ながら行った。

【００１７】そして、目標とする光学特性と、製造した
光ファイバグレーティングの特性とを比較しながら、以
下のようにして位相シフト部１４に紫外光を照射する操
作と位相シフト部１４を加熱する操作を行った。図２は
調整工程における光学特性の変化を示したグラフであ
る。紫外光を照射した場合には、曲線１から曲線４に光
学特性が変化し、加熱した場合には曲線４から曲線１に
光学特性が変化した。そして、この紫外光の照射操作
と、加熱操作を繰り返すことにより、所望の特性が得ら
れるまで調整した。この光ファイバグレーティングを、
実際にＥＤＦＡの利得等化に用いたところ、図３に示し
たグラフが得られ、約２０ｎｍにわたって利得等化がな
されていた。

【００１８】なお、調整工程において、紫外光照射手段
として、水銀ランプにかえてエキシマレーザ、アルゴン
イオンレーザの第２高周波を利用しものを用いたり、加
熱手段としてヒータにかえて、炭酸ガスレーザ、アーク
放電を用いたりして同様の実験を行ったところ、上述の
場合と同様の結果が得られた。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ファイバ
グレーティングの製造方法においては、位相シフト部に
紫外光を照射する操作と、位相シフト部を加熱する操作
によって光学特性を調整するため、光ファイバグレーテ
ィングの種々の光学特性に応じた調整が可能となり、所
望の特性を備えた光ファイバグレーティングを安定に製
造することができる。そして、特に屈折率変化量に対し
て光学特性が鋭敏に変化するクラッドモード結合型の光
ファイバグレーティングの光学特性の調整に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調整工程における操作の一例を示し
た説明図である。

【図２】実施例において得られた調整工程における光
学特性の変化を示したグラフである。

【図３】実施例において得られたＥＤＦＡの利得等化
を示したグラフである。

【図４】光ファイバグレーティングの製造方法および
製造装置の一例を示した概略構成図である。

【図５】コアに屈折率の変動を形成した場合の光ファ
イバグレーティングの構造の一例を示した模式図であ
る。

【図６】位相シフト導入した光ファイバグレーティン
グの構造の一例を示した模式図である。

【符号の説明】

１…光ファイバ素線、６…広帯域型光源、７…スペクト
ルアナライザ、１１…裸光ファイバ、１１ａ…コア、１
１ｂ…クラッド、１２…屈折率上昇部、１３Ｂ…グレー
ティング部、１４…位相シフト部、１５…調整装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥出聡千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者西出研二千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内Ｆターム(参考） 2H049 AA33 AA45 AA59 AA62 AA65 AA68 2H050 AA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアとその外周上に設けられたクラッド
とを備え、該コアとクラッドの少なくとも一部が紫外光
の照射によって屈折率が上昇する石英系ガラスからなる
裸光ファイバに、その長さ方向にそって所定の周期で紫
外光を照射し、少なくとも１箇所以上に位相シフトを導
入したグレーティング部を製造する工程と、該グレーティング部の光学特性をモニターし、該光学特
性と所望の光学特性とを比較し、位相シフト部に紫外光
を照射する操作と該位相シフト部を加熱する操作の一方
あるいは両方を行って、当該グレーティング部の光学特
性を調整する工程とを備えていることを特徴とする光フ
ァイバグレーティングの製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の光ファイバグレーティ
ングの製造方法において、当該光ファイバグレーティン
グが、コアを入射方向と同じ正の方向に伝搬するモード
を、クラッドを該正の方向に伝搬するモードと結合させ
るクラッドモード結合型であることを特徴とする光ファ
イバグレーティングの製造方法。