(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアの周囲に順に成層されたクラッド内層およびクラッド外層から成るクラッドとから構成され、少なくとも前記コアを紫外光照射により感光させてグレーティングを形成するフォトセンシティブファイバの製造方法であって、
前記コアおよび前記クラッド内層に屈折率を増加させるための感光性ドーパントを添加し、
前記コアに屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントを添加し、
前記クラッド内層に屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントを添加し、
前記クラッド内層に添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの屈折率相殺に必要な前記第２の非感光性ドーパントの添加量を前記クラッド内層の屈折率と前記クラッド外層の屈折率が同率となるように設定するとともに、
前記屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントが前記紫外光照射により熱変移したとき前記紫外光照射の熱変移により増加した屈折率分に応じて前記コアに添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントおよび前記クラッド内層に添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの添加量をそれぞれ減少させることを特徴とするグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法。
【請求項２】
前記屈折率を増加させるための感光性ドーパントはＧe、前記屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントはＰ、前記屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントはＦであることを特徴とする請求項１記載のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明はグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法に係わり、特に異常な伝送損失を生じさせることを回避できるグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法に関する。
【従来の技術】
従来から、フォトセンシティブファイバを利用したものに、光ファイバグレーティングが知られている。このフォトセンシティブファイバには、通常、通信用光ファイバとの接続が容易で挿入損失の低いシングルモードファイバが用いられている（特開平８−２９０９３１号公報、“Optical fiber design for strong gratings photoimprinting with radiation mode suppression”  Delevaque E., Boj S., et  al、1994年  OPTICAL FIBER CONFERENCE 1995, PD5-2, “Thermally enhanced ultraviolet photosensitive in ＧeＯ2 and Ｐ2Ｏ5  doped optical fiber”, P. J. Lemaire, A.M. Vengsarkar, W.A. Reed, and D.J. DiGiovanni, Appl. Phys. Lett., 66(16), 17 April 1995）。
シングルモードファイバは、二酸化珪素（ＳiＯ2）で形成されるクラッド部と二酸化珪素に二酸化ゲルマニウム（ＧeＯ2）を添加し屈折率を高くしているコア部で構成される。ほかに、クラッド部にはフッ素、コア部にはフッ素、５酸化２リン（Ｐ2Ｏ5）が添加されている場合もある。
このシングルモードファイバの製造方法としては、VAD法、MCVD法などがよく知られている。
ファイバグレーティングは、光ファイバの２酸化珪素内に添加された２酸化ゲルマニウムに紫外光を照射すると２酸化ゲルマニウムの欠陥により屈折率が増加する現象を利用したものであり、屈折率が増加した領域を光軸に沿ってコア内に配列させ、回折格子を形成することにより、この間隔に対応する波長の光のみを反射させる光ファイバ型のフィルタである。
フォトセンシティブファイバはホログラフィック干渉法やマスク法によって干渉させた紫外光を光ファイバに照射することにより作製される。
紫外光照射による屈折率の増加は２酸化ゲルマニウムのガラス欠陥に起因するため、光ファイバに紫外光を照射したとき、回折格子は２酸化ゲルマニウムの添加されたコアの内部にしか形成されない。このため、紫外光が照射された部分とそうでない部分とではコアとクラッドの屈折率差が異なり、異なるモードフィールド径を持つことになる。このモードフィールドの不整合によりクラッドにしみ出て伝搬する光と反射光がモード結合を起こし反射帯域外に異常な伝送損失を生じさせる。
この異常な伝送損失の抑制方法としてクラッド部にも２酸化ゲルマニウムを添加し、紫外光照射によりコア、クラッド両方に同じ回折格子を形成させる方法が知られている。この場合、コアとクラッドに形成される回折格子が同じものになるように、クラッドに添加する２酸化ゲルマニウムの添加量はコアのそれと同じでなければならない。
しかしながら、クラッド部はコアより屈折率が低くなければならないため、２酸化ゲルマニウムによる屈折率の増加を相殺するドーパントを添加しなければならない。この屈折率を下げるドーパントとしてはＦ（フッ素）、Ｂ（ボロン）などが知られている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボロンは、屈折率を下げる効果があるがＧe（ゲルマニウム）と同じく紫外光照射により屈折率が増加する。このため、ボロンをクラッド部にドープした場合、クラッド部の屈折率がコアより大きく増加するのでボロンは使用不可能である。
フッ素は、添加できるもののそのメカニズムは未だ明らかにされておらず、添加量の制御が難しい。添加に用いる材料としては4フッ化珪素(ＳiF4)、６フッ化硫黄(ＳF6)、６フッ化２炭素(C2F6)などが知られている。いずれの材料においても、従来の製造方法ではコア部と同量のＧeによる屈折率増加を相殺するだけの量のフッ素を添加するのは難しい。
ＳiF4は比較的大量のフッ素を添加できるが、通常のファイバ母材製造では用いないため、製造装置の改造を必要とする。
C2F6は、MCVD法によるファイバ母材製造において、出発石英管のドライエッチングなどに用いられるが、通常のシングルモードのコアの屈折率を相殺する量の添加はできない。
【発明の目的】
これらのフォトセンシティブファイバ方法では、コアと同量のＧeをクラッド部に添加しなければならない。通常のシングルモードではコア部に約７mol%のＧeが添加されている。クラッドにこれと同量のＧeを添加した場合、これに相当する屈折率増加分を下げる効果のある材料を添加しなければならない。また、紫外光照射後コアとクラッドの屈折率増加が同じになるようにするために、紫外光照射によって屈折率の変化しない材料でなければならない。これらを満たす材料としてF（フッ素）がある。
屈折率を上げる効果のあるＰ（リン）をコアに添加することにより、従来よりＧeの添加量を減らしてコアの高屈折率部分を形成する。これにより、内層クラッドに必要なＧeの添加量を減らすことができる。
クラッド内のＧeの添加量が減ると、必要なFの添加量も減り特別な方法を用いることなく従来の方法により容易に作成が可能である。
MCVD法によるファイバ母材作製において、出発石英管のドライエッチング用に用いている６フッ化２炭素によりクラッド部のフッ素の添加が可能である。この場合、従来の製造設備にて作製可能である。
コア部とクラッド部のＧeＯ2の添加量が同じなので紫外光を照射したとき、コア部とクラッド部の屈折率増加も同じである。このため、フォトセンシティブファイバ内において、紫外光の照射部分と未照射部分のコアとクラッドの屈折率差は同じになる。このため、モードフィールド径の不整合が生じないため反射帯域外に異常な損失は現れない。
Ｐ（リン）も長時間の紫外光照射によりわずかではあるが、屈折率が増加することが分かっている。このため、フォトセンシティブファイバ作製時、長時間の紫外光照射を必要とする場合は、コア部のＧeの添加量を調整し、紫外光照射後のコア部と内層クラッド部の屈折率増加を等しくさせることも可能である。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は異常な伝送損失を回避できるグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法は、コアと、コアの周囲に順に成層されたクラッド内層およびクラッド外層から成るクラッドとから構成され、少なくともコアを紫外光照射により感光させてグレーティングを形成するフォトセンシティブファイバの製造方法であって、コアおよびクラッド内層に屈折率を増加させるための感光性ドーパントを添加し、コアに屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントを添加し、クラッド内層に屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントを添加し、クラッド内層に添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの屈折率相殺に必要な第２の非感光性ドーパントの添加量をクラッド内層の屈折率とクラッド外層の屈折率が同率となるように設定するとともに、屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントが紫外光照射により熱変移したとき紫外光照射の熱変移により増加した屈折率分に応じてコアに添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントおよびクラッド内層に添加される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの添加量をそれぞれ減少させることからなる。
このグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法において、屈折率を増加させるための感光性ドーパントはＧe、屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントはＰ、屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントはＦである。
この製造方法で構成されたフォトセンシティブファイバによれば、クラッド内層にコアと同量のＧeを添加することにより、紫外光を照射してもコアとクラッド内層の屈折率差を一定に保つことができ、モードフィールド径の不一致に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることが可能である。
コアにＰを添加することによりコアのＧeの添加量を減らし、クラッド内層に必要なＧeの含有量を減らすことが可能である。
クラッド部のＧeの含有量が減少するため、クラッドの屈折率相殺に必要なFの含有量も減らせるため、従来の方法にて容易に作製可能になる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法について好ましい実施の形態例を図面にしたがって説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明のフォトセンシティブファイバの製造方法を利用した光ファイバグレーティングにおいて、光ファイバ９のコア１にはＳiＯ2に屈折率を増加させるための感光性ドーパントＧeＯ2と屈折率を増加させるための第1の非感光性ドーパントＰ2Ｏ5をドープして構成される。ＧeＯ2の含有量は通常のシングルモードファイバの半分程度であり、Ｐ2Ｏ5の含有量はコアの屈折率が通常のシングルモードファイバと同率の屈折率になる含有量とする。
光ファイバ９のクラッド４のクラッド内層２は、ＳiＯ2に屈折率を増加させるための感光性ドーパントＧeＯ2と屈折率を低下させるための第2の非感光性ドーパントFをドープして構成される。このクラッド内層２の外径bはコア１の外径aの２倍以上を必要とする。ＧeＯ2の含有量は、コア１のＧeＯ2の含有量に等量で、Fの含有量はＧeＯ2による屈折率増加を相殺できる量である。
クラッド４のクラッド外層３はＳiＯ2のみで構成される。このクラッド外層３は、VAD法であれば気相法によって合成され、MCVD法の場合は出発石英管に当たる部分である。また、OVD法によって合成された層で構成することもできる。
コア径、外径の比は通常のシングルモードファイバと同じとする。
実施例として、コア１のＧeＯ2濃度（△=0.16%）、Ｐ2Ｏ5濃度(△=0.17%)、クラッド内層２のＧeＯ2濃度(△=0.16%)F濃度(△=0.17%)、コア径とクラッド内層径の比1:２の光ファイバ９をMCVD法にて作製した。クラッド外層３は天然石英管である。
フッ素の含有には６フッ化２炭素を用いた。この材料は、従来ドライエッチング用に使用しており、設備の改造は何も行なっていない。
図２は本実施例でのフォトセンシティブファイバの作製方法を示す。この実施例ではマスク法を用いている。レーザー光源５から出射された紫外光６は光ファイバ直前に設置された位相マスク７によって回折し、それぞれの回折光８は光ファイバ９のコア１上で干渉する。この干渉縞により感光されて光ファイバ９上に回折格子１０によって間隔Λ／２のグレーティングＧを形成する。グレーティングＧの反射波長はこの位相マスク７の回折格子の間隔Λで決まる。
この実施例では、レーザー光源にKrFエキシマレーザーを用い、マスクは反射長が１５５１nmになるように設定されたものを用いた。約２〜３分の照射で反射率９９％以上のグレーティングを作製した。
図３は本実施例で作製したフォトセンシティブファイバの透過スペクトルを示す。従来のシングルモードファイバで作製したフォトセンシティブファイバでは、反射率９９％以上のグレーティングを作製した場合、点線で示したように反射帯域外に最大8dB程度の異様な損失が見られる。この実施例においては実線で示すように、この異常な損失を最大でも2ｄB以下に抑えることができた。
なお、この実施例では位相マスク法によりファイバグレーティングを作製したが、ホログラフィック法によっても作製可能である。
また、同じ構造を持つものであれば、光ファイバ母材の作製方法もMCVD法でなくVAD法での作製も可能である。
さらに、この実施例において、屈折率を増加させるための第1の非感光性ドーパントＰが感光性ドーパントに熱変移したとき、この感光により増加した屈折率分に応じてコア１に含有される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの含有量およびクラッド内層２に含有される屈折率を増加させるための感光性ドーパントの含有量を減少させて等量とすることができる。
このようにしてクラッド部にコアと同量のＧeを含有することにより、紫外光を照射してもコアとクラッドの屈折率差を一定に保つことができ、モードフィールド径の不一致に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることが可能であり、コア部にＰを含有することによりコア部のＧeの含有量を減らし、クラッド部に必要なＧeの含有量を減らすことが可能であり、クラッド部のＧeの量が減らせるため、クラッドの屈折率相殺に必要なFの含有量も減らせるため、従来の方法にて容易に作製可能であり、従来の方法にて作製できるため、装置の改造等を必要としないという利点をもたらす。
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法によれば、クラッド部にコアと同量のＧeを含有することにより、紫外光を照射してもコアとクラッドの屈折率差を一定に保つことができ、モードフィールド径の不一致に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることが可能である。
本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法によれば、コア部にＰを含有することによりコア部のＧeの含有量を減らし、クラッド部に必要なＧeの含有量を減らすことが可能である。
本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法によれば、クラッド部のＧeの量が減らせるため、クラッドの屈折率相殺に必要なFの含有量も減らせるため、従来の方法にて容易に作製可能である。
本発明のグレーティング形成用フォトセンシティブファイバの製造方法によれば、従来の方法にて作製できるため、装置の改造等を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係わるフォトセンシティブファイバに用いる光ファイバの断面と屈折率分布をそれぞれ示す図。
【図２】  本発明に係わるフォトセンシティブファイバの作製方法を示す図。
【図３】  本発明に係わるフォトセンシティブファイバの透過スペクトルを表す図。
【符号の説明】
１‥‥‥コア
２‥‥‥クラッド内層
３‥‥‥クラッド外層
４‥‥‥クラッド
９‥‥‥光ファイバ
【図１】
0003725319.tif 000002
【図２】
0003725319.tif 000003
【図３】
0003725319.tif 000004