(57)【要約】この発明は、低反射率と狭帯域幅の双方をさらに改良することを可能にする構造を備えた光ファイバ及びそれを含むファイバグレーティング型フィルタに関する。当該ファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバは、光軸中心を含むコア領域と該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備える。コア領域は、所定波長の光に対して感光性を与える感光性材料を含まない一方、クラッド領域の一部は、該感光性材料を含む。この構成により、コア領域を取り囲むクラッド領域の一部に、格子面が光軸に対して所定角度傾斜したグレーティングの形成が可能になる。
2003093887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカガラスを主成分とする光ファイバにおいて、
光軸中心を含むガラス領域であって、該ガラス領域に所定波長に対する感光性を与える感光性材料を含まないコア領域と、
前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記感光性材料が少なくとも一部に添加されたクラッド領域とを備えた光ファイバ。
【請求項２】
クレーム１の光ファイバにおいて、
前記クラッド領域は、前記コア領域に直接接触した状態で該コア領域の外周に設けられてガラス領域であって、前記感光性材料が添加された内側クラッドと、
前記内側クラッドの外周に設けられた外側クラッドを備える。
【請求項３】
クレーム１の光ファイバにおいて、
前記コア領域は、Ｃｌ元素が添加されている。
【請求項４】
クレーム１の光ファイバにおいて、
前記コア領域は、純シリカガラスからなる。
【請求項５】
クレーム１の光ファイバにおいて、
当該光ファイバは、使用波長帯域のうち最短波長よりも短く、かつ１．１μｍよりも長いカットオフ波長を有する。
【請求項６】
クレーム１の光ファイバにおいて、
当該光ファイバは、１．３μｍよりも短いカットオフ波長を有する。
【請求項７】
クレーム１の光ファイバにおいて、
前記コア領域と前記感光性材料を含むガラス領域との比屈折率差は、０．３０％以上かつ０．４０％以下である。
【請求項８】
光軸中心を含むガラス領域であって、該ガラス領域に所定波長の光に対する感光性を与える感光性材料を含まないコア領域と、前記コア領域の外周に設けられたガラス領域であって、前記感光性材料が少なくとも一部に添加されたクラッド領域とを備えた、シリカガラスを主成分とする光ファイバと、
前記光ファイバの長手方向に沿って、前記感光性材料が添加された前記クラッド領域の一部の所定領域に形成されたグレーティングであって、その格子面が前記光軸に対して傾斜しているグレーティングとを備えたファイバグレーティング型フィルタ。
【請求項９】
クレーム８のファイバグレーティング型フィルタにおいて、
前記光軸の法線と前記グレーティングの格子面とのなす傾斜角は、１度よりも大きく２度よりも小さい。
【請求項１０】
クレーム８のファイバグレーティング型フィルタにおいて、
前記光ファイバにおけるコア領域には、Ｃｌ元素が添加されている。
【請求項１１】
クレーム８のファイバグレーティング型フィルタにおいて、
前記光ファイバにおけるコア領域は、純シリカガラスからなる。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、長手方向に沿った所定範囲に亘って、傾斜グレーティングが形成された光ファイバを含むファイバグレーティング型フィルタ、及び該ファイバグレーティング型フィルタに適用可能な光ファイバに関するものである。
背景技術
光ファイバの長手方向に沿った一定範囲のコア領域内にグレーティングを形成することにより得られる光部品は、一般にファイバグレーティング型フィルタと呼ばれる。このようなフィルタに設けられるグレーティングには、数百μｍのグレーティング周期を有する長周期グレーティング（ＬＰＧ：Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）と、数百ｎｍのグレーティング周期を有する短周期グレーティング（ＳＰＧ：Ｓｈｏｒｔ−Ｐｅｒｉｏｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）の二種類がある。また、短周期グレーティングには、格子面が光軸に対し垂直に形成されたブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）と、格子面が光軸に対して所定角度だけ傾斜している傾斜ファイバグレーティング（ＳＦＧ：Ｓｌａｎｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ）がある。
上述のような光ファイバをベースとした損失フィルタが光増幅器の利得等化に適用される場合、反射戻り光が大きいと、当該光増幅器の特性を劣化させる要因となる。上記３種類のグレーティングのうちＬＰＧとＳＦＧの２種類は、反射戻り光を低減することが可能であり、利得等化用損失フィルタに適用可能である。一方、光増幅器の利得等化には、増幅利得の波長依存性を解消するような損失波長特性が求められる。ＳＦＧ型フィルタは、ＬＰＧ型フィルタと比較して、より短い長さで所望の損失特性を形成できる利点を持ち、利得等化用損失フィルタに適している。
さらに、ＳＦＧ型フィルタには、光増幅器の利得等化フィルタとして所望の損失特性を得るために、損失帯域幅が狭いことも求められる。ＳＦＧでは、反射戻り光を少なくするため、格子面の光軸に対する傾斜角度が所定値に設定される。この傾斜角度は、グレーティングが形成される光ファイバ自体の構造に依存するが、概ね上記傾斜角度を大きくすると反射は小さくなる。一方、ＳＦＧにおいて、損失帯域幅を小さくするためには、上記傾斜角度を小さくする必要がある。そのため、反射戻り光の低減と、帯域幅の縮小はトレードオフの関係にある。
米国特許第６，２９２，６０６Ｂ１号、米国特許第６，３１４，２２１Ｂ１号及び米国特許第６，３２１，００８Ｂ１号それぞれには、上記課題を解決するための技術が開示されている。これら公報に開示されたＳＦＧ型フィルタでは、内側コア、外側コア、該外側コアよりも低い屈折率を有するクラッド領域が光軸中心から順に配置された光ファイバと、該光ファイバ内に形成された傾斜グレーティングを備える。このような光ファイバにおいて、内側コアは、屈折率上昇材として、Ｐ２Ｏ５やＡｌ２Ｏ３が添加されたシリカガラスからなり、紫外線に対しては感光性を有さない。外側コアは、屈折率上昇用材としてＧｅＯ２が添加されたシリカガラスからなり、紫外線に対し感光性を有している。さらに、クラッド領域もシリカガラスからなるが、このクラッド領域には紫外線感光性を持たせるためＧｅＯ２が添加される。一方、このクラッド領域には、屈折率を上記内側コア及び外側コアのいずれもより低下させるべく屈折率低下材としてＦ元素が添加されている。
すなわち、上記公報に開示されたＳＦＧ型フィルタに適用される光ファイバでは、屈折率の高いコア領域が内側コアと外側コアの二重構造（デュアルコア構造）となり、クラッド領域が該コア領域よりも屈折率の低い構造を持つ。また、このような構造を有する光ファイバでは、コア領域の外側（外側コア）とクラッド領域とが紫外線に対して感光性を有する一方、コア領域の内側（内側コア）は感光性を有さない。
なお、この明細書において感光性とは、所定波長の光の照射に対して屈折率が変化するなどガラス特性が変化することをいう。例えば、紫外線に対して感光性を有するシリカガラスは、波長２７０ｎｍ以下の光（紫外線）が照射されることにより、紫外線誘起反応が起きその屈折率が変化する。紫外線光源としては、例えばＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザーの４倍波光源（２６５ｎｍ）、Ａｒイオンレーザーの２倍波光源（２４４ｎｍ）、Ｃｕ＋レーザーの２倍波光源（２５５ｎｍ）などがある。このような光源から供給される紫外線を位相格子や強度変調マスクなどを利用して強度変調させた紫外線強度分布が形成される空間に上述のような構造を有する光ファイバを晒すことにより、感光性を有するガラス領域に、当該光ファイバの長手方向に沿って屈折率が周期的に変化したグレーティングが形成される。
したがって、上記公報に記載されたＳＦＧ型フィルタにおいて、感光性を有さない内側コアにはグレーティングが形成されず、感光性を有する外側コア及びクラッド領域にグレーティングが形成される。このような構成を有するＳＦＧ型フィルタは、反射戻り光が小さく、帯域幅が狭いというフィルタ用に要求される双方の特性を満足する。また、傾斜角度を比較的小さくすることが出来ることから傾斜角度に依存して生じる偏波依存損失（ＰＤＬ）が小さいという利点がある。
発明の開示
発明者らは、従来のファイバグレーティング型フィルタについて詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記公報に開示されたＳＦＧ型フィルタは、反射率、帯域幅双方と偏波依存損失が改善されるものの、改善量が十分ではない。また、コア領域が二重構造になるっているため、光ファイバの製造が難しくなるという課題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＳＦＧ型フィルタにおける反射率の低減と帯域幅の縮小を改善するとともに、より製造が容易なＳＦＧ型フィルタと、該ＳＦＧ型フィルタに適用可能な光ファイバの構造を提供することを目的としている。
この発明に係るファイバグレーティング型フィルタは、フィルタ自体の損失スペクトルを精密に制御可能にすべく、フィルタ単体の損失帯域を狭めかつフィルタの反射率を低減できる構成を、光ファイバの構造を調整することにより達成したものであり、光増幅器の利得等化器等、広く適用可能である。
上記ファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバ（この発明に係る光ファイバ）は、シリカグラスを主成分とし、光軸中心を含むコア領域と、該コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備える。特に、上記コア領域は、ガラス領域に所定波長の光に対する感光性を与える感光性材料を含まない一方、上記クラッド領域の一部には、該感光性材料が含まれている。このような構造では、上記コア領域が単一構造なので製造が容易になるという利点がある。
具体的に上記クラッド領域は、感光性材料が添加されたガラス領域である内側クラッドと、該内側クラッドの外周に設けられたガラス領域であって、感光性材料を含まない外側クラッドとを備えるのが好ましい。この場合、例えば上記内側クラッドは、光の伝搬に寄与するクラッドの一部（光学クラッド）が相当し、上記外側クラッドには、光ファイバ自体に物理的強度を与えるために設けられる物理クラッド（ジャケット層）が相当する。なお、上記感光性材料としては、例えばＧｅＯ２やＢ２Ｏ３などがあるが、屈折率上昇材としても利用されるＧｅＯ２の場合、該ＧｅＯ２の添加量は２〜１０ｗｔ％であるのが好ましい。すなわち、ＧｅＯ２が添加されたガラス領域において十分な屈折率変調を生じさせるためには少なくとも２ｗｔ％以上のＧｅＯ２が添加されるのが好まし。ＧｅＯ２の添加量が１０ｗｔ％を越えると、ＧｅＯ２以外の元素や化合物（例えば、Ｆ元素、Ｂ２Ｏ３など）を共添加することが困難になることから、該ＧｅＯ２の添加量は１０ｗｔ％を越えないようにする。
また、この発明に係る光ファイバにおいて、上記コア領域は、屈折率上昇材としてＣｌ元素を含んでもよい。この場合、純粋シリカガラスよりもコア領域の屈折率が上昇する一方、感光性を有さないため、ファイバ構造の調整がより容易になるという利点がある。Ｃｌ元素の添加量に対する屈折率上昇量は１ｗｔ％当たり約０．１１％であり、０．０５ｗｔ％以上のＣｌ添加で当該光ファイバの屈折率プロファイルを容易に調整できる。一方、上記コア領域は、純粋シリカガラスであってもよい。この場合もコア領域は感光性を有さないため、ＳＦＧ型フィルタに適した光ファイバが得られる。なお、上記コア領域と感光性材料を含むガラス領域（クラッド領域の一部）との比屈折率差は、０．３０％以上かつ０．４０％以下であるのが好ましい。
さらに、この発明に係る光ファイバは、損失スペクトルをシャープにするため、使用波長帯域のうち最短波長、例えば１．３μｍよりも短く、かつ１．１μｍよりも長いカットオフ波長を有するのが好ましい。
この発明に係るファイバグレーティング型フィルタは、上述のような構造を有する光ファイバと、格子面が光軸に対して傾斜した短周期グレーティングを備えＳＦＧ型フィルタである。
このようなＳＦＧ型フィルタでは、屈折率の高いコア領域にはグレーティングが形成されない一方、クラッド領域の少なくとも一部（感光性材料が添加された領域）には格子面が光軸に対して傾斜した短周期グレーティングが形成される。このような構造により、反射が低減する傾斜角度を小さくすることが可能になるという利点がある。このように傾斜角度を小さくすることにより、損失帯域幅を狭めることが可能になるとともに、同時に偏波依存損失を低減することも可能になる。具体的に、傾斜角度は光軸の法線とグレーティングの格子面とのなす角度で与えられ、１度よりも大きく２度よりも小さいのが好ましい。
さらに、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバは、伝送損失を低減するため、コア領域が純粋シリカガラスあるいはＣｌ元素添加シリカガラスからなるのが好ましい。また、コア領域が均質材料で構成されるので製造が容易になるという利点がある。
なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る光ファイバ及びファイバグレーティング型フィルタの各実施例を、図１Ａ〜６Ｅ及び７〜１１を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付け重複する説明は省略する。
（第１実施例）
まず、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタの第１実施例について説明する。図１Ａは、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバの断面構造を示す図であり、図１Ｂは、その光パワー分布である。また、図２Ａ及び２Ｂは、この第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ（ＳＦＧ型フィルタ）の断面構造（図１Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図）及びその製造方法を説明するための図である。なお、図３Ａは図１Ａの光ファイバの断面構造、図３ＢはＧｅＯ２の濃度プロファイル、図３ＣはＣｌ元素の濃度プロファイル、図３ＤはＦ元素の濃度プロファイル、図３Ｅは図１Ａ中の線Ｌに沿った各部位における屈折率を示す屈折率プロファイル、図３Ｆは最大値を１として規格化された感光性分布が、それぞれ径方向を一致させた状態で示されている。
図１Ａに示されたように、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１は、シリカガラスを主成分とする光ファイバ１０を含む。この光ファイバ１０は、光軸ＡＸ中心を含むコア領域１１と、該コア領域１１の外周に設けられた内側クラッド１２と、該内側クラッドの外周に設けられた外側クラッド１３とを備える。この第１実施例において、コア領域１１には、屈折率上昇材としてＣｌが添加されている。内側クラッド１２は、実質的に光学クラッドであり、感光性材料として屈折率上昇材でもあるＧｅＯ２が添加される一方、該コア領域１１との比屈折率差を０．２５〜０．４５％、より好ましくは０．３０〜０．４０％に調節すべく、屈折率低下材としてＦ元素が添加されている。外側クラッド１３は、実質的に物理クラッド（ジャケット層）である。なお、上記光学クラッド１２は、図１Ｂに示されたように、クラッド領域のうち実質的に光の伝搬に寄与する外径２ａのガラス領域である。また、物理クラッドは、クラッド領域のうち最外郭に位置し、当該光ファイバ１０に機械的強度を与えるために用意されたガラス領域であり、ジャッケト層とも呼ばれる。
この第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１（ＳＦＧ型フィルタ）の製造は、図２Ｂに示されたように、まず、波長２７０ｎｍ以下の紫外線が紫外線光源１５から光ファイバ１０の光軸ＡＸに対して所定角度θだけ傾いた位相格子１６に向かって照射される。このような位相格子１６を利用することにより、照射された紫外線を強度変調させた紫外線強度分布が形成される。そして、該紫外線強度分布が形成された空間に上記光ファイバ１０を晒すことにより、感光性を有する光学クラッド１２の所定領域１４（フィルタ領域）に、光ファイバ１０の長手方向に沿って屈折率が周期的に変化した傾斜グレーティングが形成される（図２Ａ参照）。なお、図２Ａにおいて、光ファイバ１０の所定領域１４に示された斜線は、グレーティングの格子面を示しており、この格子面は光の伝搬する方向（光ファイバ１０の光軸ＡＸと一致）に対し傾斜している。すなわち、格子面の傾斜角度θ（格子面の法線と光軸がなす角度）は０度ではない。また、この傾斜グレーティングは屈折率の高いコア領域１１には形成されず、光学クラッド１２にのみ形成されている。
図３Ｂに示されたように、コア領域１１はＧｅＯ２を含まず、光学クラッド１２にはＧｅＯ２が添加されている。このＧｅＯ２は屈折率上昇材として作用する。一方、ＧｅＯ２は紫外線に対する感光性を添加されたガラス領域に与える。このような構成により、図３Ｆに示されたように、光ファイバ１０は光学クラッド１２にのみ感光性を生じることとなる。
また、光ファイバ１０は図３Ｃに示されたように、コア領域１１にＣｌ元素が添加されている。このＣｌ元素は主にＳｉ−Ｃｌの化学結合構造を持つ。これにより、添加されたＣｌ元素は屈折率上昇材として作用する。
図３Ｅに示されたように、光学クラッド１２にはＦ元素が添加されている。このＦ元素は主にＳｉ−Ｆの化学結合構造を持つ。これにより、添加されたＦ元素は屈折率低下材として作用する。この光学クラッド１２には、ＦではなくＢ２Ｏ３が添加されてもよい。Ｂ２Ｏ３もＦ元素と同様、屈折率低下材として作用する。
ＧｅＯ２、Ｃｌ、Ｆ、（及び／又はＢ２Ｏ３）の濃度プロファイルを図３Ｂ〜３Ｄのように設定することにより、図３Ｅに示されたように、コア領域１１の屈折率が光学クラッド１２お及び物理クラッド１３よりも高い屈折率プロファイルが得られる。この光ファイバ１０におけるコア領域１１と光学クラッド１２の比屈折率差は、１．３μｍ波長帯に零分散波長を有する１．３ＳＭＦ（シングルモードファイバ）と同等の０．２５〜０．４５％であるのが好ましい。より好ましくは、コア領域１１と光学クラッド１２の比屈折率差は、０．３０〜０．４０％である。また、シングルモードを保証するカットオフ波長（λｃ波長）は、損失フィルタとして利用される使用波長帯の最短波長（例えば１．３μｍ）よりも短いことが必要となる。ところが、該λｃ波長が波長１．１μｍ、以下になると、曲げ損失が大きくなるので好ましくない。
以上のように、第１実施例に係るＳＦＧ型フィルタ１において、光ファイバ１０の長手方向に沿った所定範囲１４に亘ってコア領域１１にはグレーティングが形成されない一方、光学クラッド１２にのみグレーティングが形成されている。このグレーティングは、格子面が光軸ＡＸに対して角度θだけ傾斜した傾斜グレーティングである。
このＳＦＧ型フィルタ１は、反射率が低くなる傾斜角度θを小さくできる特徴を持つ。傾斜角度θを小さくすることにより、損失帯域幅が狭くすることができるだけではなく、偏波依存損失も小さくすることができる。また、コア領域１１に添加されたＣｌ元素は、光通信波長帯である１．３〜１．６μｍ帯に光吸収を持たないので、ファイバ単体の損失が小さい。さらに、コア領域１１が均質材料で構成されるので製造が容易となる。
（第２実施例）
次に、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタの第２実施例について説明する。図４Ａは、第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバの断面構造を示す図であり、図４Ｂは、その光パワー分布である。また、図５Ａ及び５Ｂは、この第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ（ＳＦＧ型フィルタ）の断面構造（図４Ａ中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図）及びその製造方法を説明するための図である。なお、図６Ａは図４Ａの光ファイバの断面構造、図６ＢはＧｅＯ２の濃度プロファイル、図６ＣはＦ元素の濃度プロファイル、図６Ｄは図４Ａ中の線Ｌに沿った各部位における屈折率を示す屈折率プロファイル、図６Ｅは最大値を１として規格化された感光性分布が、それぞれ径方向を一致させた状態で示されている。
図４Ａに示されたように、第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ２は、シリカガラスを主成分とする光ファイバ２０を含む。この光ファイバ２０は、光軸ＡＸ中心を含むコア領域２１と、該コア領域２１の外周に設けられた内側クラッド２２と、該内側クラッドの外周に設けられた外側クラッド２３とを備える。この第２実施例において、コア領域２１は、純シリカガラスからなる。内側クラッド１２は、実質的に光学クラッドであり、感光性材料として屈折率上昇材でもあるＧｅＯ２が添加される一方、該コア領域２１との比屈折率差を０．２５〜０．４５％、より好ましくは０．３０〜０．４０％に調節すべく、屈折率低下材としてＦ元素が添加されている。外側クラッド２３は、実質的に物理クラッド（ジャケット層）である。なお、上記光学クラッド２２は、図４Ｂに示されたように、クラッド領域のうち実質的に光の伝搬に寄与する外径２ａのガラス領域である。また、物理クラッドは、クラッド領域のうち最外郭に位置し、当該光ファイバ２０に機械的強度を与えるために用意されたガラス領域であり、ジャッケト層とも呼ばれる。
この第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ２（ＳＦＧ型フィルタ）の製造は、図５Ｂに示されたように、まず、波長２７０ｎｍ以下の紫外線が紫外線光源１５から光ファイバ２０の光軸ＡＸに対して所定角度θだけ傾いた位相格子１６に向かって照射される。このような位相格子１６を利用することにより、照射された紫外線を強度変調させた紫外線強度分布が形成される。そして、該紫外線強度分布が形成された空間に上記光ファイバ２０を晒すことにより、感光性を有する光学クラッド２２の所定領域２４（フィルタ領域）に、光ファイバ２０の長手方向に沿って屈折率が周期的に変化した傾斜グレーティングが形成される（図５Ａ参照）。なお、図５Ａにおいて、光ファイバ２０の所定領域２４に示された斜線は、グレーティングの格子面を示しており、この格子面は光の伝搬する方向（光ファイバ２０の光軸ＡＸと一致）に対し傾斜している。すなわち、格子面の傾斜角度θ（格子面の法線と光軸がなす角度）は０度ではない。また、この傾斜グレーティングは屈折率の高いコア領域２１には形成されず、光学クラッド２２にのみ形成されている。
図６Ｂに示されたように、コア領域２１はＧｅＯ２を含まず、光学クラッド２２にはＧｅＯ２が添加されている。このＧｅＯ２は屈折率上昇材として作用する。一方、ＧｅＯ２は紫外線に対する感光性を添加されたガラス領域に与える。このような構成により、図３Ｅに示されたように、光ファイバ２０は光学クラッド２２にのみ感光性を生じることとなる。
また、光ファイバ２０は図６Ｃに示されたように、Ｆ元素が添加されている。このＦ元素は主にＳｉ−Ｆの化学結合構造を持つ。これにより、添加されたＦ元素は屈折率低下材として作用する。この光学クラッド２２には、ＦではなくＢ２Ｏ３が添加されてもよい。Ｂ２Ｏ３もＦ元素と同様、屈折率低下材として作用する。
ＧｅＯ２、Ｆ、（及び／又はＢ２Ｏ３）の濃度プロファイルを図６Ｂ〜６Ｃのように設定することにより、図６Ｄに示されたように、コア領域２１の屈折率が光学クラッド２２お及び物理クラッド２３よりも高い屈折率プロファイルが得られる。この光ファイバ２０におけるコア領域２１と光学クラッド２２の比屈折率差は、１．３μｍ波長帯に零分散波長を有する１．３ＳＭＦ（シングルモードファイバ）と同等の０．２５〜０．４５％であるのが好ましい。より好ましくは、コア領域２１と光学クラッド２２の比屈折率差は、０．３０〜０．４０％である。また、シングルモードを保証するカットオフ波長（λｃ波長）は、損失フィルタとして利用される使用波長帯の最短波長（例えば１．３μｍ）よりも短いことが必要となる。ところが、該λｃ波長が波長１．１μｍ以下になると、曲げ損失が大きくなるので好ましくない。
以上のように、第２実施例に係るＳＦＧ型フィルタ２において、光ファイバ２０の長手方向に沿った所定範囲２４に亘ってコア領域２１にはグレーティングが形成されない一方、光学クラッド２２にのみグレーティングが形成されている。このグレーティングは、格子面が光軸ＡＸに対して角度θだけ傾斜した傾斜グレーティングである。
このＳＦＧ型フィルタ２は、反射率が低くなる傾斜角度θを小さくできる特徴を持つ。傾斜角度θを小さくすることにより、損失帯域幅が狭くすることができるだけではなく、偏波依存損失も小さくすることができる。また、コア領域２１は添加物を含まない純シリカガラスからなるので、光通信波長帯である１．３〜１．６μｍ帯に光吸収を持たないので、ファイバ単体の損失が小さい。さらに、コア領域２１が均質材料で構成されるので製造が容易となる。
（具体例）
次に、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタの具体例について、順次説明する。
まず、具体例１のＳＦＧ型フィルタとして、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１に適用される光ファイバ（図１Ａ）と同様の構造を有する光ファイバを用意する。この用意された光ファイバのコア領域には、４０００ｐｐｍのＣｌ元素が添加されている。光学クラッドには５ｗｔ％のＧｅＯ２と２．５ｗｔ％のＦ元素が添加されている。物理クラッドは、１．２ｗｔ％のＦ元素が添加されたシリカガラスからなる。この光ファイバにおいて、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．３３％であり、コア領域の外径は８．５μｍ、λｃ波長は１．２２μｍである。
具体例１のＳＦＧ型フィルタは、ＫｒＦエキシマレーザーを光源として製造された。傾斜グレーティングの形成には、周期１．０６μｍで１ｃｍ当たり１０ｎｍの周期チャーピングをかけたシリカガラス製位相格子が利用された。レーザー照射幅は３ｍｍであり、所定量の損失となるまで用意された光ファイバに紫外線を照射して傾斜グレーティングが形成される。
図７は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタとして、上述のように製造された具体例１のＳＦＧ型フィルタについて、グレーティングの傾斜角度θと最大反射率の関係を示すグラフである。ここで、最大反射率とは、測定された波長領域１５００〜１５８０ｎｍにおける反射率の波長依存性を測定し、それら測定値のうち最大値で与えられる。この図７から分かるように、傾斜角度θが０度のとき反射率は最も大きくなる。傾斜角度θが大きくなるに従って、最大反射率は増減を繰り返しつつ小さくなる。この図７から、傾斜角度θが１．３度のとき、最大反射率は極小値をとりその値は−３５ｄＢであった。従来技術のファイバ構造で同様に傾斜角度θと最大反射率の関係を測定したところ、該従来技術では傾斜角度θが３度のとき最大反射率が最小となる。
図８は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタとして、上述のように製造された具体例１のＳＦＧ型フィルタにおける反射率の波長依存性を示すグラフである。ここで、傾斜角度θは最大反射率が極小値をとった１．３度である。この図８から分かるように、反射率は波長１５００〜１５８０ｎｍの範囲で最大−３５ｄＢであり、伝送システムとして用いる場合でも問題のないレベルである。
また、図９は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタとして、上述のように製造された具体例１のＳＦＧ型フィルタについて、グレーティングの傾斜角度θと偏波依存損失の関係を示すグラフである。この図９から分かるように、傾斜角度θが小さくなると偏波依存損失を小さくすることが出来る。傾斜角度θを１．３度程度まで低減できる光ファイバ（具体例１のＳＦＧ型フィルタに適用される、この発明に係る光ファイバ）では、３度の傾斜角度が必要とされる従来のファイバ構造よりも偏波依存損失が１／２程度まで低減可能である。
さらに、図１０は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタとして、上述のように製造された具体例１のＳＦＧ型フィルタにおける透過率の波長特性を示すグラフである。グレーティングの傾斜角度θは上述の場合と同様に１．３度とし、最小透過率は−１ｄＢとした。この図から分かるように、透過率が−０．２ｄＢより小さい波長帯域の幅は６ｎｍであり、透過率が−０．５ｄＢより小さい波長帯域の幅は３．３ｎｍとなる。これらの結果より、この具体例１のＳＦＧ型フィルタの損失帯域幅は十分小さくなる。
図１１は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタとして、上述のように製造された具体例１のＳＦＧ型フィルタについて、傾斜角度θと損失半値幅との関係を示すグラフである。この図１１に示されたように、傾斜角度θが小さいほど損失帯域幅を小さくすることができる。従来のファイバ構造で形成されたＳＦＧ型フィルタでは、傾斜角度３度が反射率の低減のために必要であるが、この具体例１のＳＦＧ型フィルタの場合、帯域幅を既知の３度よりも６０％程度狭めることができる。
次に、具体例２のＳＦＧ型フィルタとして、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１に適用される光ファイバ（図１Ａ）と同様の構造を有する光ファイバを用意する。この用意された光ファイバのコア領域にはＣｌ元素が４５００ｐｐｍ添加されており、光学クラッドには、ＧｅＯ２が４ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が１０ｗｔ％添加されている。物理クラッドは、Ｆ元素が１．２ｗｔ％添加されたシリカガラスからなる。この光ファイバにおいて、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．３３％であり、コア径は８．７μｍ、λｃ波長は１．２５μｍである。
なお、具体例２のＳＦＧ型フィルタの製造は、上述の具体例１のＳＦＧ型フィルタと同様のプロセスで行われる。この具体例２のＳＦＧ型フィルタにおいて、グレーティングの傾斜角度θが１．６度のとき最大反射率は極小値をとり、その値は−３８ｄＢであった。また、傾斜角度θが１．６度のときに損失半値幅は３．５ｎｍであった。
さらに、具体例３のＳＦＧ型フィルタとして、第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ２に適用される光ファイバ（図３Ａ）と同様の構造を有する光ファイバを用意する。この用意された光ファイバのコア領域は不純物が添加されていない純シリカガラスからなる。光学クラッドには、４ｗｔ％のＧｅＯ２と２．７ｗｔ％のＦ元素が添加されている。物理クラッドは、１．１ｗｔ％のＦ元素が添加されたシリカガラスからなる。この用意された光ファイバにおいて、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．３０％であり、コア径は９．３μｍ、λｃ波長は１．２４μｍである。
なお、具体例３のＳＦＧ型フィルタの製造も、上述の具体例１と同様のプロセスで行われる。この具体例３のＳＦＧ型フィルタにおいて、グレーティングの傾斜角度θが１．４度のとき最大反射率は極小値をとり、その値は−３９ｄＢであった。また、傾斜角度θが１．４度のときに損失半値幅は３．４ｎｍであった。
（比較例）
続いて、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタの効果を比較するための種々の比較例について説明する。
まず、比較例１のＳＦＧ型フィルタとして、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１に適用される光ファイバ（図１Ａ）と同様の構造を有する光ファイバを用意する。この用意された光ファイバのコア領域には４０００ｐｐｍのＣｌ元素が添加されており、光学クラッドには５ｗｔ％のＧｅＯ２と２．５ｗｔ％のＦ元素が添加されている。物理クラッドは、１．２ｗｔ％のＦ元素が添加されたシリカガラスからなる。ただし、この比較例１において、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．３３％であり、コア径は９．５μｍ、λｃ波長は１．３５μｍである。
上述のような構造を有する比較例１のＳＦＧ型フィルタの製造も、上述の具体例１と同様のプロセスで行われる。この比較例１のＳＦＧ型フィルタにおいて、グレーティングの傾斜角度θが１．４度のとき最大反射率は極小値をとり、その値は−３６ｄＢであった。しかしながら、この比較例１では、損失ピークが上記具体例１とは異なり２つの損失ピークを形成し、その帯域幅は４ｎｍと大きくなった。
また、比較例２のＳＦＧ型フィルタとして、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１に適用される光ファイバ（図１Ａ）を用意する。この用意された光ファイバのコア領域には４０００ｐｐｍのＣｌ元素が添加されており、光学クラッドには３ｗｔ％のＧｅＯ２と２．５ｗｔ％のＦ元素が添加されている。物理クラッドは、１．５ｗｔ％のＦ元素が添加されたシリカガラスからなる。ただし、この比較例２において、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．４７％であり、コア径は７．５μｍ、λｃ波長は１．２５μｍである。
上述のような構造を有する比較例２のＳＦＧ型フィルタの製造も、上記具体例１と同様のプロセスで行われる。この比較例２のＳＦＧ型フィルタにおいて、グレーティングの傾斜角度θが２．８度のとき最大反射率は極小値をとり、その値は−３６ｄＢであった。このように、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差が大きい場合、比較例２では、最大反射率の極小値をとる傾斜角度θが大きくなってしまう。
さらに、比較例３のＳＦＧ型フィルタとして、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタ１に適用される光ファイバ（図１Ａ）を用意する。この用意された光ファイバのコア領域には４０００ｐｐｍのＣｌ元素が添加されており、光学クラッドには５ｗｔ％のＧｅＯ２と２．５ｗｔ％のＦ元素が添加されている。物理クラッドは、１．２ｗｔ％のＦ元素が添加されたシリカガラスからなる。ただし、この比較例３において、コア領域と光学クラッドとの比屈折率差は０．３３％であり、コア径は７．５μｍ、λｃ波長は１．０５μｍである。
上述のような構造を有する比較例３のＳＦＧ型フィルタの製造も、具体例１と同様のプロセスで行われる。この比較例３のＳＦＧ型フィルタにおいて、グレーティングの傾斜角度θが２．４度のとき最大反射率は極小値をとり、その値は−３９ｄＢであった。このように、λｃ波長が小さい場合でも、この比較例３では、最大反射率の極小値をとる傾斜角度θが大きくなる。また、この比較例３では、曲げ直径２０ｍｍでの曲げ損失は、波長１．５５μｍにおいて５０ｄＢ／ｍと大きい。そのため、ＳＦＧ型フィルタの収納が困難になる。
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明によれば、ファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバにおいて、その長手方向に沿った所定範囲において、コア領域にはグレーティングが形成されない一方、光学クラッドには格子面が光軸に対して傾斜した短周期グレーティングが形成されている。この構成により、反射率が極小値をとる傾斜角度を２度以下まで小さくすることができ、損失帯域幅を効果的に狭めることができる。また、傾斜角度が２度以下と小さいため、偏波依存損失の小さい損失フィルタが得られる。
さらに、ファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバは、コア領域が均質材料であるため製造が容易である。加えて、このコア領域は、Ｃｌ元素を含むシリカガラスからなるか、あるいは純粋シリカガラからなるため、伝送損失が小さい光ファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ及び１Ｂは、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタにおける第１実施例に適用される光ファイバの断面構造を示す図及び光パワー分布である。
図２Ａ及び２Ｂは、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタの断面構造及びその製造方法を説明するための図である。
図３Ａ〜３Ｆは、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバの組成を説明するための図である。
図４Ａ及び４Ｂは、この発明に係るファイバグレーティング型フィルタにおける第２実施例に適用される光ファイバの断面構造を示す図及び光パワー分布である。
図５Ａ及び５Ｂは、第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタの断面構造及びその製造方法を説明するための図である。
図６Ａ〜６Ｅは、第２実施例に係るファイバグレーティング型フィルタに適用される光ファイバの組成を説明するための図である。
図７は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタについて、グレーティングの傾斜角度と最大反射率との関係を示すグラフである。
図８は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタにおける反射率の波長依存性を示すグラフである。
図９は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタについて、グレーティングの傾斜角度と最大偏波依存損失との関係を示すグラフである。
図１０は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタにおける透過率の波長依存性を示すグラフである。
図１１は、第１実施例に係るファイバグレーティング型フィルタについて、グレーティングの傾斜角度と損失半値幅との関係を示すグラフである。
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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