(57)【要約】【課題】  高い遮断率と素子の小型化を同時に達成することができる光ファイバグレーティングを提供する。【解決手段】  光ファイバのコア１に、第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１を光の進行方向に沿って遮断波長が短波から長波へ変化するように形成し、第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１の長波側に接続されて、光の進行方向に沿って遮断波長が長波から短波へ変化するように第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２を形成する。また、第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１の長波側の端部と第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２の長波側の端部との間隔ｄを５０ｍｍ以下にする。【選択図】      図４
2006058678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの光ファイバにグレーティングを二つ形成してなる光ファイバグレーティングにおいて、
前記光ファイバ上に、光の進行方向に沿って遮断波長が短波から長波へ変化するように形成された第１のチャープトファイバグレーティングと、
前記光ファイバ上に、前記第１のチャープトファイバグレーティングの前記長波側に接続されて、光の進行方向に沿って遮断波長が長波から短波へ変化するように形成された第２のチャープトファイバグレーティングと
からなることを特徴とする光ファイバグレーティング。
【請求項２】
前記第１のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部と前記第２のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部との間隔が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報通信分野、光計測分野等において用いられる光ファイバグレーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバグレーティングは、光ファイバのコア領域に、光軸方向に周期的な屈折率変化を与えることで、波長に応じて伝搬光を透過または反射させるものであり、フィルタ、合分波器および分散補償器等の種々の応用がなされている。
【０００３】
従来、１段のファイバグレーティングで高い遮断率を得ようとする場合は、コア領域に大きな屈折率変化を生じさせたものが作製されている。
【０００４】
多段接続された光ファイバグレーティングとしては、例えば長周期ファイバグレーティングを２段接続した特許文献１が報告されており、また、直列にチャープトファイバグレーティングを接続した例としては非特許文献１が報告されているが、いずれも多段接続により高い遮断率を得ることを目的としたものではない。
【特許文献１】特開２００１−９１７５９号公報
【非特許文献１】Ｙ．Ｐａｉｎｃｈａｕｄ等著  “ＥＣＯＣ'０１，Ｔｈ．Ｍ．１．２，Ｖｏｌ．４，ｐｐ４９０−４９１（２００１）”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光ファイバグレーティングにおいて、素子の小型化を図るために、多段接続されるチャープトファイバグレーティングの間隔を近づけた場合、近接するチャープトファイバグレーティングの干渉により光ファイバグレーティングの遮断率がそれぞれのチャープトファイバグレーティングの遮断率の和までは到達せず、高い遮断率を得られないといった問題があった。
【０００６】
上記非特許文献１に記載された光ファイバグレーティングは高い遮断率を得ることが目的ではなく、また、多段接続される各チャープトファイバグレーティングは近接しておらず、素子の小型化を図ることができなかった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された光ファイバグレーティングは、チャープトファイバグレーティングとは機能の異なる長周期ファイバグレーティングを近接して作製するものであって、特定の透過特性を得ることを目的としており、高い遮断率を得ることを目的とするものではなかった。
【０００８】
一方、多段接続ではなく１段のファイバグレーティングで遮断率の高い光ファイバグレーティングを作製するためには、コア領域に大きな屈折率変化を生じさせるが、コア領域に生じる屈折率変化には飽和点が存在し、この飽和点付近では屈折率変化のスピードが遅くなる。従来の技術では、このような飽和点付近で高い遮断率を達成していたために、製造ができないか、あるいは作製時間が非常に長くかつ歩留まりが極めて悪い状態での製造にならざるを得なかった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、高い遮断率と素子の小型化を同時に達成することができる光ファイバグレーティングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光ファイバグレーティングは、１つの光ファイバにグレーティングを２つ形成してなる光ファイバグレーティングにおいて、前記光ファイバ上に、光の進行方向に沿って遮断波長が短波から長波へ変化するように形成された第１のチャープトファイバグレーティングと、前記光ファイバ上に、前記第１のチャープトファイバグレーティングの前記長波側に接続されて、光の進行方向に沿って遮断波長が長波から短波へ変化するように形成された第２のチャープトファイバグレーティングとからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光ファイバグレーティングは、前記第１のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部と前記第２のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部との間隔が５０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバグレーティングは、光ファイバ上に、第１のチャープトファイバグレーティングが光の進行方向に沿って遮断波長が短波から長波へ変化するように形成され、第２のチャープトファイバグレーティングが第１のチャープトファイバグレーティングの長波側に接続されて、光の進行方向に沿って遮断波長が長波から短波へ変化するように形成されるので、高い遮断率を達成することができる。
【００１３】
また、第１のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部と第２のチャープトファイバグレーティングの長波側の端部との間隔を５０ｍｍ以下にすることができるので、素子の小型化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
（作成方法）
本実施の形態の光ファイバグレーティングの作製には位相マスク法が用いられる。この位相マスクとは光ファイバに書き込むグレーティングの周期に対応した周期的な溝が形成された石英基板である。この位相マスク法による光ファイバグレーティングの作製方法について図１及び図２を参照して説明する。
【００１６】
まず、図１（ａ）に示すように、光ファイバ３はグレーティングを書き込む部分だけ被覆を除去して（ステップＳ１０）、位相マスク４に接触または近接するように配置する。このとき光の進行方向に沿って遮断波長が短波から長波へ変化するように配置する。
【００１７】
この配置の方向では、遮断帯域の中で最も短い波長の光はチャープトファイバグレーティングの入射端に近い部分で反射され、最も長い波長の光は前記入射端から一番遠い部分で反射される。以後、チャープトファイバグレーティングの遮断帯域の中で最も短い波長の光を反射する側の端部を短波側と呼んでＳと表し、最も長い波長の光を反射する側の端部を長波側と呼んでＬと表す。
【００１８】
次に、位相マスク４を通してクラッド２を露出させた光ファイバ３の第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１の形成部分に紫外線ビーム５を照射する（ステップＳ２０）。この結果、位相マスク４を通過した紫外線ビーム５は、回折され２つの回折光６ａ，６ｂに分離されるが、その２つの回折光６ａ，６ｂが重なりあうところでは干渉縞７により紫外線光の周期的なパターンが生じる。ここに光ファイバ３を置くことにより紫外線ビーム５の強度分布に対応して光ファイバ３のコア１の屈折率が周期的に上昇し、第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１が形成される。
【００１９】
その後、図１（ｂ）に示すように、第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２を書き込むため光ファイバ３を反転させ、第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２の遮断波長が長波から短波へ変化するように光ファイバ３を配置する（ステップＳ３０）。
【００２０】
そして、ステップＳ２０と同様に、紫外線５を第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２の形成部分に照射する（ステップＳ４０）ことにより、本実施の形態の光ファイバグレーティングを作製することができる。
【００２１】
ところで、同一の光ファイバ上に、チャープトファイバグレーティングを二つ直列に作製した場合、その透過スペクトルは、必ずしもそれぞれのチャープトファイバグレーティングの透過スペクトルの和となる程度までは到達しない。これは２つのチャープトファイバグレーティングによる光の干渉のためである。
【００２２】
（透過スペクトル）
以下、チャープトファイバグレーティングの配置の仕方と透過スペクトルの関係について説明する。
【００２３】
チャープトファイバグレーティングの配置の仕方と透過スペクトルの関係について調べる実験は図３に示す装置を使用して行う。図３に示す装置は、波長１６００〜１６８０ｎｍのＳＬＤ光源８と、光ファイバ９と、光スペクトルアナライザ１０とからなり、光ファイバ９にチャープトファイバグレーティングを作製する。
【００２４】
まず、ＳＬＤ光源８の光を光ファイバ９に入射し、光スペクトルアナライザ１０でその透過スペクトルを検出する。そして、チャープトファイバグレーティングを作製した後、ＳＬＤ光源８の光を光ファイバ９に通して光スペクトルアナライザ１０でその透過スペクトルを検出する。
【００２５】
そして、チャープトファイバグレーティング作製前と作製後の透過スペクトルの差をとり、チャープトファイバグレーティングの透過特性を調べる。
【００２６】
チャープトファイバグレーティングは、遮断波長がファイバの長手方向に連続的に変化する。なお、２つのチャープトファイバグレーティングを直列に配置したとき、入射側のチャープトファイバグレーティングを第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１、出射側のチャープトファイバグレーティングを第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２と呼ぶこととする。チャープトファイバグレーティングを２つ直列に作製する際は、常にＦＧ１から作製している。また、ＦＧ１の出射側の端部とＦＧ２の入射側の端部との間隔をｄとし、ｄが負の値のときは、ＦＧ１とＦＧ２が重なっていることを示すものとする。
【００２７】
（配置の仕方）
ここで、２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方を図４に示す。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１及び第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ１，ＦＧ２を光ファイバ３に形成した状態を示したものである。
【００２８】
図４（ａ）は、光の進行方向に沿ってＦＧ１の遮断波長が短波から長波に変化し、ＦＧ２の遮断波長が長波から短波に変化するもので、この配置の仕方をＳＬ−ＬＳと表す。
【００２９】
図４（ｂ）は、光の進行方向に沿ってＦＧ１の遮断波長が短波から長波に変化し、ＦＧ２の遮断波長が短波から長波に変化するもので、ＳＬ−ＳＬと表す。
【００３０】
図４（ｃ）は、光の進行方向に沿ってＦＧ１の遮断波長が長波から短波に変化し、ＦＧ２の遮断波長が短波から長波に変化するもので、ＬＳ−ＳＬと表す。
【００３１】
ＬＳ−ＬＳの特性は、ＳＬ−ＳＬに等しいことが分かっているので、チャープトファイバグレーティングを２つ直列に並べる配置の仕方は、図４に示す３通りを考えればよい。
【００３２】
（実験例１）
２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方と透過スペクトルの関係を、図５を参照して説明する。
【００３３】
ここで、ＦＧ１，ＦＧ２ともに長さは６ｍｍ、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄは約２ｍｍである。作製はＦＧ１の方から行い、まずＦＧ１を３０ｄＢ程度作製し、その後ＦＧ２を遮断率が飽和するまで露光している。凡例中１段目とあるのがＦＧ１作製終了後の透過スペクトルで、２段目とあるのがＦＧ２作製終了後の透過スペクトルである。
【００３４】
図５（ａ）はＳＬ−ＬＳの場合の透過スペクトルを示したものであり、遮断率は１段目が３０ｄＢ程度、２段目が５０ｄＢ程度であり、ほぼＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達している。
【００３５】
図５（ｂ）はＳＬ−ＳＬの場合であり、遮断率は１段目が３０ｄＢ程度、２段目が４０ｄＢ程度であり、ＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達していない。
【００３６】
図５（ｃ）はＬＳ−ＳＬの場合であり、遮断率は１段目，２段目ともに３０ｄＢ程度であり、ＦＧ２を作製した際の遮断率の上昇はほとんどない。
【００３７】
以上より、ＦＧ２の遮断率の上昇がＦＧ１と同様に見られ、透過スペクトルがＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルの和にまで到達しているのはＳＬ−ＬＳの配置のみであることがわかる。
【００３８】
さらに、ＦＧ２の遮断率の上昇が見られ、透過スペクトルがＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルの和にまで到達する程度は、ＳＬ−ＬＳ＞ＳＬ−ＳＬ＞ＬＳ−ＳＬの関係となっていることもわかる。
【００３９】
次に、ＦＧ１とＦＧ２の間隔と透過スペクトルの関係を、図６〜９を参照して説明する。
【００４０】
（実験例２）
図６はＬＳ−ＳＬのときのＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄと透過スペクトルの関係を示したものである。
【００４１】
図６（ａ）は間隔ｄが２ｍｍの場合であり、遮断率は１段目，２段目ともに３０ｄＢ程度である。
【００４２】
図６（ｂ）は間隔ｄが５０ｍｍの場合であり、遮断率は図６（ａ）と同様に１段目，２段目ともに３０ｄＢ程度である。
【００４３】
図６（ｃ）は間隔ｄが３０ｃｍの場合であり、遮断率は１段目が３０ｄＢ程度、２段目が６０ｄＢ程度であり、ほぼＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達している。
【００４４】
以上より、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄが０ｍｍから５０ｍｍまでは、２段目の遮断率の上昇はほとんどないことがわかる。それに対し間隔ｄを３０ｃｍまで離すと、２段目も１段目同様に遮断率が上昇している。
【００４５】
すなわち、ＬＳ−ＳＬの配置のとき、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄが５０ｍｍ以内ではＦＧ１とＦＧ２の干渉の影響が残り、透過スペクトルは個々の透過スペクトルの和までは到達しない。間隔ｄが３０ｃｍになるとＦＧ１とＦＧ２の干渉の影響はほとんどなくなっていることがわかる。
【００４６】
（実験例３）
図７はＳＬ−ＳＬのときのＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄと透過スペクトルの関係を示したものである。
【００４７】
図７（ａ）は間隔ｄが２ｍｍの場合であり、遮断率は１段目が３０ｄＢ程度、２段目が４０ｄＢ程度であり、ＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせたものとなっていない。
【００４８】
図７（ｂ）は間隔ｄが５０ｍｍの場合であり、遮断率は図７（ａ）と同様に１段目が３０ｄＢ程度、２段目が４０ｄＢ程度であり、ＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達していない。
【００４９】
図７（ｃ）は間隔ｄが３０ｃｍの場合であり、遮断率は１段目が３０ｄＢ程度、２段目が６０ｄＢ程度であり、ほぼＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達している。
【００５０】
本実験例の結果は、実験例２のＬＳ−ＳＬの場合とほぼ同じ傾向を示すが、ＬＳ−ＳＬに比べるとＳＬ−ＳＬではＦＧ１とＦＧ２の干渉性が弱くなるので２段目の遮断率の上昇量がＬＳ−ＳＬと比べて大きくなっている。
【００５１】
以上より、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄが０ｍｍから５０ｍｍまでは２段目の遮断率の上昇は４０ｄＢ程度で頭打ちとなることがわかる。それに対し間隔ｄを３０ｃｍまで離すと２段目も１段目同様に遮断率が上昇している。
【００５２】
すなわち、ＳＬ−ＳＬの配置のとき、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄが５０ｍｍ以内ではＦＧ１とＦＧ２の干渉の影響が残り、透過スペクトルはＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルの和までは到達しない。間隔ｄが３０ｃｍになるとＦＧ１とＦＧ２の干渉の影響はほとんどなくなる。
【００５３】
（実験例４）
図８及び図９はＳＬ−ＬＳのときのＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄと透過スペクトルの関係を示したものである。
【００５４】
図８（ａ）は間隔ｄが２ｍｍの場合、図８（ｂ）は間隔ｄが５０ｍｍの場合、図８（ｃ）は間隔ｄが３０ｃｍの場合、図９（ａ）は間隔ｄが０ｍｍの場合、図９（ｂ）は間隔ｄが−２ｍｍの場合、すなわち２つのファイバグレーティングが一部重なっている場合である。遮断率はいずれの場合もほぼＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルを足し合わせた和まで到達している。
【００５５】
以上より、この配置ではＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄによらず２段目の遮断率は１段目と同様に上昇し、遮断率はほぼＦＧ１とＦＧ２の遮断率の和となっていることがわかる。
【００５６】
すなわち、ＳＬ−ＬＳの配置のとき、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄによらず干渉の影響はほとんどなくなり、この配置の光ファイバグレーティングの透過スペクトルは一部重なった状態でも、ほぼＦＧ１とＦＧ２の透過スペクトルの和となる。
【００５７】
図１０は前述の３通りの配置の仕方において、ＦＧ１とＦＧ２の間隔ｄが２ｍｍの場合と５０ｍｍの場合の透過スペクトルを示し、小型化と高い遮断率という目的を達成できるか否かを示したものである。前述の説明より、間隔ｄが５０ｍｍ以下のとき、透過スペクトルがほぼＦＧ１とＦＧ２の和にまで到達し、遮断率５０ｄＢ程度の高い遮断率を達成できるのは、ＳＬ−ＬＳの配置の仕方のみである。
【００５８】
間隔ｄを３０ｃｍにしたときは、どの配置の仕方であっても透過スペクトルがほぼＦＧ１とＦＧ２の和にまで到達するが、この場合は小型化という目的を達成することができない。
【００５９】
図１１は本実施の形態の光ファイバグレーティングの最終形態の構成を示す概略図である。光ファイバ石英部１３と、光ファイバ石英部１３にＳＬ−ＬＳの配置の仕方で、間隔ｄ＝１ｍｍで配置された第１のチャープトファイバグレーティングＦＧ１及び第２のチャープトファイバグレーティングＦＧ２と、光ファイバ石英部１３のファイバグレーティング部を収納するフェルール１４と、ＦＧ１の入射側を露出させてフェルール１４を被うフランジ１５と、ＦＧ２の出射方向に延びる光ファイバ石英部１３を収納してフランジ１５に接続された線状の光ファイバ３とから構成されている。ファイバグレーティング部の全長は１０ｍｍ、ケーシングの全長は１５ｍｍとなるので、小型化が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の光ファイバグレーティングの作製方法を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の光ファイバグレーティングの作製手順を示すフローチャートである。
【図３】光ファイバグレーティングにおける、２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方と透過スペクトルの関係を調べるための実験装置を示す概略構成図である。
【図４】光ファイバグレーティングにおける、２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方を示す概略図である。
【図５】２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方と透過スペクトルの関係を示すグラフである。
【図６】２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方がＬＳ−ＳＬのときのＦＧ１とＦＧ２の間隔と透過スペクトルの関係を示すグラフである。
【図７】２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方がＳＬ−ＳＬのときのＦＧ１とＦＧ２の間隔と透過スペクトルの関係を示すグラフである。
【図８】２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方がＳＬ−ＬＳで、ＦＧ１とＦＧ２の間隔が２ｍｍ，５０ｍｍ，３０ｃｍのとき、ＦＧ１とＦＧ２の間隔と透過スペクトルの関係を示すグラフである。
【図９】２つのチャープトファイバグレーティングの配置の仕方がＳＬ−ＬＳで、ＦＧ１とＦＧ２の間隔が０ｍｍ，−２ｍｍのとき、ＦＧ１とＦＧ２の間隔と透過スペクトルの関係を示すグラフである。
【図１０】３通りの配置の仕方において小型化と高い遮断率という目的を達成できるか否かの判定を示す図である。
【図１１】本発明の光ファイバグレーティングの実施の形態の最終形態の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  コア
２  クラッド
３  光ファイバ
４  位相マスク
５  紫外線ビーム
６ａ，６ｂ  回折光
７  干渉縞
８  ＳＬＤ光源
９  光ファイバ
１０  光スペクトルアナライザ
１３  光ファイバ石英部
１４  フェルール
１５  フランジ
ＦＧ１  第１のチャープトファイバグレーティング
ＦＧ２  第２のチャープトファイバグレーティング
【図１】
2006058678.tif 000003
【図２】
2006058678.tif 000004
【図３】
2006058678.tif 000005
【図４】
2006058678.tif 000006
【図５】
2006058678.tif 000007
【図６】
2006058678.tif 000008
【図７】
2006058678.tif 000009
【図８】
2006058678.tif 000010
【図９】
2006058678.tif 000011
【図１０】
2006058678.tif 000012
【図１１】
2006058678.tif 000013