(57)【要約】【課題】フェーズマスクを介して紫外線レーザー光を光ファイバーに照射し、光ファイバーのコア部に縞状に屈折率の高低を誘起して回折格子すなわちグレーティングを書き込み、そのグレーティングのピッチに対応した特定の波長の光を反射させるファイバーグレーティングの製造方法において、紫外線レーザー光非照射部を設けることで透過型光フィルターを作製する製造方法を提供する。【解決手段】ファイバーグレーティングを形成する光ファイバーをフェーズマスクに充分に近接させて配置し、かつ、両者を一体型構成とし、光ファイバーとフェーズマスクの一体型構成または紫外線レーザー光のいずれかを相対的に走査し、走査工程中に所望する光信号反射波長に対応する位置で、紫外線レーザー光を一時的に遮断する機構またはフェーズマスク上に紫外線レーザー光を遮蔽するシールド機構を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子間隔が線形的に変化するチャープ機能付きフェーズマスクを用いて所望波長の光信号のみを透過させ、該所望波長の光信号以外の光信号を反射させてなる透過型フィルターの光ファイバーグレーティングを形成する方法において、
（ア）該反射光信号波長帯域幅に対応するチャープ機能を有するフェーズマスクを用い、
（イ）光ファイバーを該フェーズマスクの格子刻印面に接触または１／４ｍｍ以下の距離を持って近接させて配置し、かつ両者を相対的に位置ズレが生じないように一体型として、該刻印面と反対側から紫外線レーザー光を該フェーズマスクに照射し、
（ウ）該紫外線レーザー光のビームを充分に絞り、該ビームの絞り量をその断面サイズにおいて、該光ファイバー長手方向に、該反射光信号波長帯域幅の中での該所望波長透過光信号の中心波長に対応する該フェーズマスクの回折格子の位置を設定し、かつ、該所望透過光信号の波長帯域幅に対応する該フェーズマスクの回折格子の幅を設定し、
（エ）該紫外線レーザー光ビーム照射全範囲の中で、（ウ）に設定される部分のみに該紫外線レーザー光を照射させずに、さらに、
（オ）該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクを相対的に移動させる
ことを特徴とする透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項２】
請求項１の（エ）において、該フェーズマスクに入射する該紫外線レーザー光の照射を、（ウ）および（オ）から規定される幅に渡って、停止させることを特徴とする請求項１の透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項３】
請求項１の（エ）において、該フェーズマスク上の、（ウ）から規定される部分に、これと同一の幅を有する、該紫外線レーザー光の照射を阻止するシールドを配置することを特徴とする請求項１の透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項４】
請求項１の（オ）で規定する、該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクの相対的移動方法において、いずれか一方を固定させ、他方を移動させることを特徴とする請求項１の透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項５】
請求項１、２、３および４の、該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクの相対的移動方法において、一様な相対速度で移動させることを特徴とする透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項６】
請求項１、２、３および４の、該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクの相対的移動方法において、移動および停止を含む、非一様な相対速度で移動させることを特徴とする透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項７】
２波長以上の複数の光信号を透過させる透過型フィルターの光ファイバーグレーティングを形成する方法において、請求項１の製造方法を用い、さらに請求項１の（ウ）で規定される設定を複数個設定して、該フェーズマスクに入射する該紫外線レーザー光を、（ウ）および（オ）から規定される幅に渡って、停止させることを特徴とする多波長透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項８】
２波長以上の複数の光信号を透過させる透過型フィルターの光ファイバーグレーティングを形成する方法において、請求項１の製造方法を用い、さらに請求項１の（ウ）で規定される設定を複数個設定して、該フェーズマスクに入射する該紫外線レーザー光を、（ウ）から規定される部分に、同一の幅を有する、該紫外レーザー光の照射を阻止するシールドを配置することを特徴とする多波長透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項９】
請求項７において、該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクの相対的移動方法に、請求項５または請求項６に記載する相対的移動を用いることを特徴とする多波長透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【請求項１０】
請求項８において、該紫外線レーザー光と、一体型とした光ファイバーおよびフェーズマスクの相対的移動方法に、請求項５または請求項６に記載する相対的移動を用いることを特徴とする多波長透過型フィルターの光ファイバーグレーティング製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェーズマスクを介して紫外線レーザー光を光ファイバーに照射し、光ファイバーのコア部に縞状に屈折率の高低を誘起して回折格子すなわちグレーティングを書き込み、そのグレーティングのピッチに対応した特定の波長の光を反射もしくは透過させ、光フィルター等として用いられるファイバーグレーティングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ファイバーグレーティングは、光ファイバーのコアにドープされたゲルマニウム（Ｇｅ）が紫外光に反応して屈折率が高くなることを利用して、光ファイバー長手方向に強弱をつけた紫外光を照射することによって形成されている。このように、強弱をつけた紫外光を照射してファイバーグレーティングを形成する方法として、従来より、フェーズマスク法（例えば、Ｕ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ５，３６７，５８８）および２光束干渉法（例えば、Ｕ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ４，７２５，１１０、Ｕ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．４，８０７，９５０）が知られているが、２光束干渉法よりも、振動に強くてシンプルな構成のフェーズマスク法が多く用いられている。
【０００３】
フェーズマスク法では、石英基板上に格子間隔Λｐｈの回折格子を形成したフェーズマスクを用い、このフェーズマスクに、光軸がフェーズマスク表面に直角かつ平行な紫外光のビームを入射する。すると、入射紫外光は＋１次と−１次の回折光としてフェーズマスクの裏面から出射される。出射された＋１次回折光と−１次回折光を互いに干渉させれば、間隔ΛＦＢＧ＝Λｐｈ／２の干渉縞を生成させることができる。この干渉縞が形成される位置に光ファイバーを配置すれば、光ファイバーのコア部に間隔ΛＦＢＧ＝Λｐｈ／２の回折格子、すなわち、ファイバーグレーティングが形成される。
【０００４】
このようにして形成されたファイバーグレーティングに光信号を一端から入射させると、ある特定の波長の光信号だけを反射し、他の波長の光信号はファイバーグレーティングと関係なくこれを通過する。反射する光信号の波長λ０は、回折格子間隔ΛＦＢＧおよび光ファイバーの実効屈折率ｎｅｆｆを用いて、
λ０＝２×ｎｅｆｆ×ΛＦＢＧ        ・・・・（１）
として表される。これらのパラメータは、例えば、光通信波長帯域の１５５０ｎｍの波長に対しては、実効屈折率ｎｅｆｆは約１．４５で、この場合は、回折格子間隔ΛＦＢＧは約５３０ｎｍであり、全長１５ｍｍのファイバーグレーティングで、反射率９９．９％、帯域幅０．４ｎｍ以下の狭帯域の反射フィルターが得ることができる。このように鋭い狭帯域特性を有するファイバーグレーティングは高密度光通信に適したデバイスであり、サイドローブを抑制するアポダイゼーション、反射波長帯域を拡大するチャ−ピング等の製造技術が開発され、広く実用に供されている。
ファイバーグレーティングは、（１）式で規定される特定の波長の光信号だけを高い反射率で反射し、他の波長の光信号に影響しないため、光フィルターとして光通信等に広く応用されている。しかしながら、この光フィルターは反射型フィルターであり、用途によっては透過型フィルターが要求されることが多い。反射型フィルターを用いて透過型フィルターを構成するには、光サーキュレーターが必要で、この場合、部品点数が多くなりさらにコスト高になるため、１個のファイバーグレーティングで透過型フィルターを形成することが強く望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このために、格子間隔ΛＦＢＧを光ファイバー長手方向に変化させるチャ−ピングを２光束干渉法で形成し、紫外線レーザー光で露光される部分の一部を遮蔽することで、光ファイバー中の回折格子を一部欠落させ、その部分に対応する波長の光信号を透過させる透過型フィルターの作製が報告されている。（文献（１）Ｍ．  Ｃ．  Ｆａｒｒｉｅｓ，  ｅｔ．  ａｌ．；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．３０，  Ｎｏ．１１，  ｐ．８９１−８９２，  （１９９４），  ”Ｖｅｒｙ  ｂｒｏａｄ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｂａｎｄ  ｗｉｄｔｈ  （４４ｎｍ）  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｎａｒｒｏｗ  ｂａｎｄｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｕｓｅ  ｏｆ  ａｎ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍａｓｋ”、文献（２）Ｋ．  Ｓｕｇｄｅｎ，  ｅｔ．  ａｌ．，  ；  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．  １５．，Ｎｏ．８，  ｐ．１４２４−１４３２，  （１９９７）  ”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｏｎｃａｔｉｎａｔｅｄ  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”、文献（３）  Ｌ．  Ｚｈａｎｇ，  ｅｔ．  ａｌ．  ；  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ３１，  Ｎｏ．  ６，  ｐ．  ４７７−４７９，  （１９９５），  ”Ｗｉｄｅ  ｓｔｏｐｂａｎｄ  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｆｉｂｒｅ  ｍｏｉｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒｓ”）しかしながら、２光束干渉法を用いるこれらの報告では、いずれも反射波長帯域拡大のため、入射紫外線のビームを大きく広げることが必要で、そのためのレンズの収差により、コントラストのよい干渉縞が形成されにくいため、良好な特性は得られていない。また、チャープ機能を持たせたフェーズマスクを用いて、広帯域の反射型ファイバーグレーティングを作製し、その後で、紫外線レーザー光をレンズで絞ってファイバーグレーティングの一部分に照射し、その部分のすでに形成された回折格子を消去して、透過型フィルターを形成する方法も報告されている。（文献（４）Ｌ．  Ｚｈａｎｇ，  ｅｔ．  ａｌ．，  ；  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２０，  Ｎｏ．  １８，  ｐ．  １９２７−１９２９，  （１９９５）  ”Ｐｏｓｔｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｏｆ  ｇａｐ−ｔｙｐｅ  ｂａｎｄｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｓ  ｉｎｂｒｏａｄｌｙ  ｃｈｉｒｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”）しかしながら、この手法では、屈折率は照射した部分で平均的に上昇するだけで、回折格子は完全には消去されていないため、透過帯域波長の光信号は数十％も減衰されており、また、反射帯域において漏れて透過する信号強度は数％以上もあり、良好な特性は得られていない。
本発明は、ファイバーグレーティングを用いた透過型フィルターの製造方法で、このような従来方法にかわって、チャープ機能付きフェーズマスクを介して光ファイバーに紫外線レーザー光を照射する工程で、光ファイバーの一部分に紫外線レーザー光の非照射部を設け、優れた透過特性を有する透過型フィルターの製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ファイバーグレーティングを用いた良好な特性を有する透過型フィルターを作製するにはいくつかの条件が必要である。まず、反射させたい光信号の波長帯域がλ１からλ２（λ１＜λ２）の範囲にわたる場合、準備するフェーズマスクの格子間隔はΛｐｈ１からΛｐｈ２の範囲にわたって線形的に変化していることが必要である。ただし、λ１とΛ１、およびλ２とΛ２の間には
λ１＝ｎｅｆｆ×Λｐｈ１    、  λ２＝ｎｅｆｆ×Λｐｈ２              ・・・・・（２）
の関係がある。ここでｎｅｆｆは用いる光ファイバーの実効屈折率であり、フェーズマスクの格子間隔は線形的に変化するのでこれらの波長と回折格子間隔の間には
λ１／λ２＝Λｐｈ１／  Λｐｈ２        ・・・・・（３）
の関係がある。このフェーズマスクの回折格子刻印面側にファイバーグレーティングを近接させて光ファイバーを配置し、回折格子刻印面と反対側から直角に可干渉性を有する紫外線レーザー光を入射させれば、回折格子刻印面側から出射する＋１次と−１次の回折光の干渉でλ１からλ２までの範囲にわたる反射型ファイバーグレーティングを形成することができる。
このλ１からλ２までの波長帯域の中で、特定の波長λｍを透過させるには、フェーズマスクの刻印面の短波長側から距離Ｌｍを
Ｌｍ＝Ｌｔｏｔａｌ×（λｍ−λ１）／（λ２−λ１）        ・・・・・（４）
として設定し、図１（ａ）に示すように、フェーズマスクのこの部分には紫外線レーザー光が照射されないようにし、他の部分に照射されるようにすればよい。ここでＬｔｏｔａｌはフェーズマスク刻印面の全長である。このようにして図１（ｂ）に示すように、λ１からλ２の反射帯域の中で、λｍの波長の光信号だけを透過させる透過型フィルターを形成できる。
複数個の波長の異なる光信号を透過させる場合は、それぞれの波長に対して（４）式と同じようにして紫外線レーザー光非照射部の位置を決めて、図１に示す紫外線レーザー光非照射部６を複数個設けることで、多波長透過型フィルターを作成することができる。
つぎに本発明の実施の形態について、図２〜図７を用いて説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
紫外線レーザー光には可干渉性の小さいレーザー光が多いため、干渉縞を形成する光ファイバーとフェーズマスクの間の距離ｄは短い方が良い。我々の実験によれば、反射帯域において、透過信号光量を入射信号光量の−２０ｄＢとするファイバーグレーティングを形成した場合、図３に示すように、光ファイバーとフェーズマスクの間の距離ｄは１／４ｍｍ以下とすることが必要である。ｄ＞１／４ｍｍでは可干渉性が乏しく、ファイバーグレーティングの長手方向周期的屈折率変動のコントラストが得難く、従って、反射特性が不充分となる。
【０００８】
格子間隔Λｐｈを有するフェーズマスクの回折格子を、光干渉を通して光ファイバーのコア部にΛＦＢＧ＝Λｐｈ／２の回折格子を転写させてファイバーグレーティングを形成させる方法では、フェーズマスクと光ファイバーの相対的位置関係はきびしく管理されなければならない。例えば、光通信によく用いられる１５５０ｎｍ帯ではΛＦＢＧは約０．５μｍであり、全長Ｌｔｏｔａｌ＝１５ｍｍのファイバーグレーティングでは約３万個の回折格子縞が形成されており、紫外線レーザー光を照射する間は、フェーズマスクと光ファイバーの相対位置関係で若干のズレも生じないように保持されなければならない。このため、本発明においては、フェーズマスクと光ファイバーは一体型に構成されている。
【０００９】
光ファイバー中の格子間隔ΛＦＢＧを長手方向に沿って徐々に変化するチャープ型ファイバーブラッググレーティングにおいて、図１に示すようにその一部分で紫外線レーザー光非照射部を形成するための実施例を図４〜図７に示す。
【００１０】
図４に示す実施の形態では、フェーズマスクと光ファイバーを一体型構成として、その上を、照射する紫外線レーザー光を連続走査させ、その走査工程中に、所望する透過信号の波長に対応する位置に来たときに、紫外線レーザー光源を一時的にオフに遮断し、その後、紫外線レーザー光源を再びオンさせて、さらに照射走査を継続させれば、透過型ファイバーグレーティングフィルターを作製できる。
【００１１】
図５に示す実施の形態では、フェーズマスクと光ファイバーを一体型構成とし、さらにフェーズマスクの上で所望する透過信号の波長に対応する位置に紫外線レーザー光を遮蔽するシールドを配置し、フェーズマスクの上を、照射する紫外線レーザー光を連続走査させれば、透過型ファイバーグレーティングフィルターを作製できる。
【００１２】
図６に示す実施の形態では、フェーズマスクの側から照射する紫外線レーザー光の位置を固定し、フェーズマスクと光ファイバーを一体型構成として、この一体構成を連続走査させ、その走査工程中に、紫外線レーザー光の相対的位置が所望する透過信号の波長に対応する位置に来たときに、紫外線レーザー光源を一時的にオフに遮断し、その後、紫外線レーザー光源を再びオンさせて、さらに照射走査を継続させれば、透過型ファイバーグレーティングフィルターを作製できる。
【００１３】
図７に示す実施の形態では、フェーズマスクの側から照射する紫外線レーザー光の位置を固定し、さらにフェーズマスクの上で所望する透過信号の波長に対応する位置に紫外線レーザー光を遮蔽するシールドを配置し、フェーズマスクと光ファイバーを一体型構成として、この一体構成を連続走査させれば、透過型ファイバーグレーティングフィルターを作製できる。
【００１４】
透過信号の波長を、図２に示すように、２波長以上の複数個とする場合の実施の形態では、図４および図６に示す方法においては、フェーズマスクの上で所望する波長に対応する複数の位置で紫外線レーザー光源を一時的にオフに遮断すれば、所望の多波長透過型フィルターを作製できる。また、図５および図７に示す方法においては、フェーズマスクの上で所望する波長に対応する複数の位置に紫外線レーザー光源を遮蔽するシールドを複数個配置すれば、所望の多波長透過型フィルターを作製できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の透過型ファイバーグレーティング製造方法によれば、格子間隔が長手方向に徐々に変化するチャープ機能付きフェーズマスクを用い、フェーズマスクと光ファイバーを一体型構成として、これを照射紫外線レーザー光と相対的に走査させて、所望帯域の反射型フィルターを形成する工程中に、所望する透過信号波長に対応する位置において、紫外線レーザー光非照射部を形成することで、透過特性の優れた透過型フィルターを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型フィルター製造方法を示す図である。（ａ）はチャープ機能付きフェーズマスクとファイバーグレーティングの一体型構成と紫外線レーザー光照射の非照射部分を明示した図で、（ｂ）は（ａ）によって得られる透過スペクトル波長特性を示す図である。
【図２】本発明を、複数個の波長の光信号に適用した場合の透過スペクトルの例を示す図である。
【図３】ファイバーグレーティングを作製する場合の、透過信号の深さの光ファイバーとフェーズマスクの間隔に対する依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す図である。チャープ機能付きフェーズマスクとファイバーグレーティングの一体型構成を固定し、そのフェーズマスク上面で紫外線レーザー光を走査させ、所望波長の光信号を透過させるため、その波長に対応する位置で紫外線レーザー光を一時的に遮断する透過型フィルターを作製する方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す図である。チャープ機能付きフェーズマスクとファイバーグレーティングの一体型構成を固定し、そのフェーズマスク上面で紫外線レーザー光を走査させ、所望波長の光信号を透過させるため、その波長に対応する位置で紫外線レーザー光を一時的に遮断する透過型フィルターを作製する方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態を示す図である。フェーズマスクに照射する紫外線レーザー光を固定し、チャープ機能付きフェーズマスクとファイバーグレーティングの一体型構成を走査し、所望波長の光信号を透過させるため、その波長に対応する位置において紫外線レーザー光を一時的に遮断して、透過型フィルターを作製する方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態を示す図である。フェーズマスクに照射する紫外線レーザー光を固定し、チャープ機能付きフェーズマスクとファイバーグレーティングの一体型構成を走査し、所望波長の光信号を透過させるため、その波長に対応する位置に紫外線レーザー光を遮蔽するシールドを配置して、透過型フィルターを作製する方法を示す図である。
【符号の説明】
１．  ファイバーグレーティング
２．  光ファイバー
３．フェーズマスク
４．フェーズマスクの回折格子刻印面
５．紫外線レーザー光照射部位
６．紫外線レーザー光非照射部
７．  透過信号光スペクトル
８．光信号反射帯域
９．紫外線レーザー光
１０．紫外線レーザー光の走査
１１．フェーズマスクと光ファイバーの一体型構成
１２．紫外線レーザー光を遮蔽するシールド
１３．フェーズマスクと光ファイバーの一体型構成の走査
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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