(57)【要約】【目的】反射あるいは透過スペクトルにおけるボトム波長の光強度を、十分に小さくすることが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】光誘起屈折率変化現象が誘起される素材よって構成された光ファイバに、この光ファイバの長さ方向に直列させて、ブラッグ波長の異なる複数のグレーティング部を、位相調整部を挟んで形成するグレーティング形成工程（工程Ａ及び工程Ｃ）と、このグレーティング工程を経た、光ファイバグレーティングの透過率又は反射率スペクトルをモニタしながら、位相調整部のみに紫外光を照射して、この光ファイグレーティングの反射あるいは透過スペクトルにおけるボトム波長の光強度を調整する位相調整工程（工程Ｂ及び工程Ｄ）とを具えている。【選択図】      図９
2004240324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに、該光ファイバの長さ方向に沿って屈折率が周期的に変化している構造のグレーティング部を、該光ファイバの長さ方向に沿って、位相調整部を挟んで、かつ互いに前記屈折率変化の周期を異ならせて、形成するグレーティング形成工程と、
前記グレーティング部と前記位相調整部とが設けられた光ファイバグレーティングの反射率のスペクトルをモニタしながら、該位相調整部の光学長を調整する位相調整工程とを具えている
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、
前記光ファイバを、コアと該コアの外周部に設けられたクラッドを具え、該コアと該クラッドの少なくとも一方が第１の光の照射によって屈折率が上昇する素材から形成されている光ファイバとして、
前記グレーティング形成工程は、該光ファイバの長さ方向に沿って前記周期で第１の光を照射することにより、該光ファイバの長さ方向に沿って屈折率を該周期に変化させる工程である
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。
【請求項３】
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、
前記光ファイバを、コアと該コアの外周部に設けられたクラッドを具え、該コアと該クラッドの少なくとも一方が第２の光の照射によって屈折率が上昇する素材から形成されている光ファイバとして、
前記位相調整工程は、前記位相調整部のみに前記第２の光を照射して、屈折率を変化させる工程である
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。
【請求項４】
請求項３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、
前記位相調整工程は、前記光ファイバのコアに第３の光を入射させ、該光ファイバのグレーティング部から反射された反射光を光強度測定器に入射させ、該光強度測定器で該反射光のスペクトルを観測しつつ、前記反射光のスペクトルの隣接するメインローブ間の極小値が最小となった時点で前記第２の光の照射を終了する工程である
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。
【請求項５】
請求項４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、
前記第３の光を、光サーキュレータを介して前記光ファイバのコアに入射させ、前記反射光を、再び該光サーキュレータを介して光強度測定器に入射させる
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６】
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、
前記グレーティング部の屈折率の変化量の大きさを、前記グレーティング部の両端に近いほど小さく形成する
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７】
請求項６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、
前記光ファイバを、コアと該コアの外周部に設けられたクラッドを具え、かつ該コアと該クラッドの少なくとも一方が第１の光の照射によって屈折率が上昇する素材から形成されている光ファイバとする
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８】
請求項７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、
前記グレーティング形成工程は、
前記位相格子と、前記第１の光の透過率が、前記グレーティング部の中央部において最小となり、かつ該グレーティング部の両端で最大となる、余弦関数型の特性を有する透過率分布マスクとを重ねてマスクとして用いて露光する工程、あるいは、該位相格子をマスクとして露光した後引き続いて該透過率分布マスクをマスクとして露光する工程を含む
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９】
請求項２、７及び８のいずれか１項に記載の第１の光が、光誘起屈折率変化現象が発生する波長の紫外光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。
【請求項１０】
請求項３及び４のいずれか１項に記載の第２の光が、光誘起屈折率変化現象が発生する波長の紫外光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。
【請求項１１】
請求項４及び５のいずれか１項に記載の第３の光が、光搬送波の波長と等しい波長の光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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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、光ファイバを構成しているコアとクラッドの少なくとも一方に周期的な屈折率変化構造（以後「ブラッググレーティング」ということもある。）を具えた光ファイバである。この光ファイバは、ブラッググレーティングの屈折率変化構造の周期Λに対応した特定の波長λ（この波長  λ  をブラッグ波長ということもある。）の光を選択的に反射する特性を有する。周期Λと波長λとの間には、λ＝２ｎΛの関係があり、この条件はブラッグ反射条件とよばれる。ここでｎは、光ファイバ中を伝播する光の位相速度を決める、実効屈折率である。実効屈折率等詳細については後述する。
【０００３】
一般に、上述のブラッググレーティングは、光ファイバの長さ方向に沿った特定の箇所に形成されており、その他の部分は実効屈折率が変調されていない通常の光ファイバの構造である。この明細書において、光ファイバの長さ方向とは、光の伝播方向に沿った方向のことであり、光ファイバの中心軸に平行な方向を意味するものとする。また、光ファイバグレーティングという場合、光ファイバの全長にわたりブラッググレーティングが形成されている構造の光ファイバはもとより、ブラッググレーティングが形成されていない箇所を一部に含む光ファイバ、すなわち、ブラッググレーティングが形成されている部分と形成されていない部分とを長さ方向に連続して一体的に形成した構造の光ファイバも含む。また、光ファイバグレーティングにおいて、ブラッググレーティングが形成されている箇所のことを、以後単にグレーティング部ということもある。
【０００４】
屈折率変化構造は、光誘起屈折率変化現象を用いて形成できる。光誘起屈折率変化現象とは、例えば、ゲルマニウムが添加された石英ガラスに２４０  ｎｍ  程度の波長の紫外光を照射すると屈折率が増加するという現象である。
【０００５】
光ファイバグレーティングを製造するには、例えば、次のように行なう。コアあるいはクラッドの少なくとも一方を、ゲルマニウム添加石英ガラスを用いて形成された光ファイバを使用する。この光ファイバの側面（光の伝播方向に沿った側面）に光ファイバの長さ方向に沿って紫外光を所定の周期で照射すると、露光された部分の光ファイバの実効屈折率が増大し、光ファイバの中を伝播する光の伝播方向に沿って、実効屈折率の周期構造が形成される。
【０００６】
実効屈折率とは、等価屈折率とも言われ、光ファイバ等の光導波路を伝播する光電場の伝播形状（導波モードという。）に対応して確定し、この光導波路をこの導波モードで伝播する光の位相速度を決める屈折率に相当する物理量である。光が導波路中を伝播する場合、伝播する光電場はクラッド部分にも一部侵入して存在する。このため、伝播する光が感受する屈折率はコア部分の屈折率とクラッド部分の屈折率との間の値をとる。すなわち、実効屈折率は、コアの屈折率より大きく、かつクラッドの屈折率より小さい値をとる。
【０００７】
したがって、光導波路のクラッドに屈折率の変調が加えられていれば、この光導波路を伝播する光に対する実効屈折率も同じく変調が形成されていることになる。すなわち、光ファイバにブラッググレーティングを形成するには光ファイバを構成するコアあるいはクラッドの少なくとも一方を、光誘起屈折率変化現象を起こす素材、例えばゲルマニウム添加石英ガラスを用いて製造することが必要である。また、少なくともコアあるいはクラッドのいずれか一方に屈折率変調構造を形成することが必要となる。
【０００８】
具体的に光ファイバの長さ方向に沿って紫外光を所定の周期で照射する方法として、二光束干渉法や位相マスク法等の方法が知られている。また、以後実効屈折率を誤解が生じない範囲で単に屈折率ということもある。
【０００９】
上述した方法によって光ファイバに形成された屈折率の周期構造が、光ファイバを伝播する光に対して、ブラッググレーティングとして機能する。
【００１０】
光ファイバグレーティングは、光通信装置等の分野において、通信線路との接続性がよく、ブラッグ反射波の中心波長、反射率等の光学特性を容易に調整して形成することができることから、応用範囲が広い。
【００１１】
通信線路との接続性がよいとは、通信線路と光ファイバ等の素子を接続するために、煩雑な位置調整をする必要がなく、またレンズ等多くの部品を用いる必要がないことをいう。光通信において、光ファイバが通信線路として用いられる。光ファイバグレーティングは、基本的に通信線路に用いられる光ファイバと同一の幾何的形状を持つ。したがって通信線路に用いられる光ファイバと、光ファイバグレーティングとは、光ファイバコネクタ等の既成の部品を用いれば、煩瑣な調整作業を必要としないで接続することができる。
【００１２】
光ファイバグレーティングの応用例として、次のような例がある。まず、第１の例として、波長多重光通信（ＷＤＭ：  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）において用いる、多波長光源の部品としての利用である（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示されている発明は、ＷＤＭで用いられる光（光搬送波）を全て含む広いスペクトル幅をもつ光源と、この光源から出力される光をＷＤＭの各チャンネルに割り当てられる狭いスペクトル幅をもつ光を、選択的に取り出すフィルタ手段とから構成されている。このフィルタ手段に光ファイバグレーティングが使われている。
【００１３】
また、第２の例として、時間拡散波長ホップ方式の光符号多重通信（ＯＣＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の符号器及び復号器への利用である（例えば特許文献２参照）。特許文献２に開示されている発明では、時間拡散波長ホッピング符号化および復号化の手段として、光ファイバグレーティングが使われている。
【００１４】
上述した特許文献に開示されている光ファイバグレーティングは、ブラッグ波長の異なる少なくとも二種類以上のブラッググレーティングを、光ファイバの長さ方向に直列に配置させて、一定の間隔を隔てて形成されたものである。この構造の光ファイバグレーティングは、形成されている全てのブラッググレーティングの周期に対応した特定の波長の光（形成されているブラッググレーティングの個数と同数の波長の異なる光）を選択的に反射する特性を有する。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−１９３３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０９１８６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＷＤＭやＯＣＤＭにおいて、波長多重度を大きくする（チャンネル数を増やすことをいう。）ためには、チャンネル間の光搬送波の波長差（隣接するチャンネルの光搬送波の中心波長の間隔をいう。）を、小さくする必要がある。光搬送波とは、ＷＤＭやＯＣＤＭ等の光通信において、信号を乗せて運ぶために変調される光（光波ということもある。）をいう。光通信における通信線路（光ファイバを用いて構成される。）を伝播させることができる光搬送波の波長の領域は限られている。そのため、多重化するチャンネル数を増やせばそれだけチャンネル間の光搬送波の波長差を小さくする必要がある。すなわち、チャンネル毎に分配される個々の光搬送波の波長スペクトル（以後「メインローブ」ということもある。）の中心波長の間隔が小さくなれば、隣接するメインローブが重なり合う領域が相対的に増大してくる。以後光搬送波の波長スペクトルのことを、単に光搬送波のスペクトルということもある。
【００１７】
メインローブが重なり合う領域とは、隣接する光搬送波の中心波長間の波長領域である。以後この波長領域であって、光強度が極小となる波長を、メインローブ間のボトム波長、あるいは単にボトム波長といい、光搬送波の波長スペクトルの極小となる位置を単にボトムということもある。またメインローブの光強度が極大となる波長をメインローブのピーク波長あるいは単にピーク波長といい、光搬送波の波長スペクトルの極大となる位置を単にピークということもある。
【００１８】
隣接するメインローブが重なり合う領域が相対的に増大すると、ボトム波長における光強度が相対的に増大してくる。すなわち、必然的にボトム波長における光強度がピーク波長における光強度と近づくので、個々のメインローブを識別することが次第に困難となってくる。個々のメインローブを識別することが困難となれば、上述した特許文献１あるいは特許文献２に開示されている発明等を実施することができない。
【００１９】
すなわち、光ファイバグレーティングを、光搬送波に対する光分波器あるいは光合波器として利用する場合、分波あるいは合波される光は、チャンネル毎に分配されて光搬送波としての役割を与えられるので、この光ファイバグレーティングの反射光あるいは透過光のスペクトルのメインローブが識別できる必要がある。
【００２０】
この発明の目的は、上記問題点を解決するために、反射あるいは透過スペクトルにおけるボトム波長の光強度を、反射光あるいは透過光のスペクトルのメインローブが識別できる程度に小さくすることができる、光ファイバグレーティングの製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この出願に係る発明者が検討したところ、次の結論を得た。すなわち、ブラッグ波長の異なる少なくとも二種類以上のブラッググレーティングを、光ファイバの長さ方向に直列させて、一定の間隔（以後この部分を「位相調整部」という。）を隔てて設けてある光ファイバグレーティングを製造するに当り、位相調整部の長さあるいは実効屈折率を調整することで、上記課題を解決することができる。
【００２２】
例えば、ブラッグ波長がλ１及びλ２の二種類のブラッググレーティングが形成されている光ファイバグレーティングの反射スペクトルを考える。これら二種類のブラッググレーティングの個々の反射スペクトルのメインローブが関与するボトム波長は、近似的に（λ１＋λ２）／２である。この光ファイバグレーティングの反射スペクトルのボトム波長における光強度は、位相調整部の長さあるいは実効屈折率の値を調整することで、調整できる。したがって、ボトム波長の光強度を十分に小さくなるように、光ファイバグレーティングを製造することができる。
【００２３】
また、ブラッグ波長がλｉ（ｉ＝１，  ２，  ３，  ……Ｎ（ただし、Ｎは自然数））の複数のグレーティング部を有する光ファイバグレーティングを製造する場合にも、同様に隣接して形成されるグレーティング部の間の位相調整部の長さあるいは実効屈折率を調整することで、同様の目的が達成できる。
【００２４】
そこで、この発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、上述した検討結果に基づいて開発されたものであり、以下に記述するグレーティング形成工程と位相調整工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
グレーティング形成工程は、光ファイバに、この光ファイバの長さ方向に沿って屈折率が周期に変化している構造のグレーティング部を、この光ファイバの長さ方向に沿って、位相調整部を挟んで、かつ互いに前記屈折率変化の周期を異ならせて形成する工程である。また、位相調整工程は、グレーティング部と位相調整部とが設けられた光ファイバグレーティングの、反射率のスペクトルをモニタしながら、この位相調整部の光学長を調整する工程である。
【００２６】
すなわち、コアとこのコアの外周部に設けられたクラッドを具え、コアとクラッドの少なくとも一方が第１の光の照射によって屈折率が上昇する素材から形成されている光ファイバを用いる。この光ファイバの長さ方向に沿って所定の周期で第１の光を照射しグレーティング部を形成する（グレーティング形成工程）。
【００２７】
このグレーティング部は、この光ファイバの長さ方向に、一定の間隔を隔てて、複数箇所に直列させて形成する。ただし、これらのグレーティング部の屈折率変調周期は異なっている。すなわち、これらグレーティング部のブラッグ波長は異なっている。
【００２８】
次に、グレーティング部と位相調整部とが形成された光ファイバグレーティングの反射率のスペクトルをモニタしながら、位相調整部のみに第２の光を照射して、光ファイグレーティングの光学特性を調整する（位相調整工程）。
【００２９】
すなわち、位相調整工程は、光ファイバのコアに第３の光を入射させ、光ファイバのグレーティング部から反射された反射光を光強度測定器に入射させ、この反射光のスペクトルを観測しつつ、反射光のスペクトルの隣接するメインローブ間の極小値が最小となった時点で第２の光の照射を終了する工程である。もちろん、光ファイバグレーティングの反射率のスペクトルの代わりに、透過率のスペクトルを観測することによっても、同じ目的が達成できる。位相調整工程において、反射のスペクトルを観測することによるか、透過のスペクトルを観測することによるかは、光ファイバグレーティングが組み込まれる装置の都合等で決めるべきことであり、単なる工程の設計事項にすぎない。
【００３０】
ここで、第３の光とは、一般に光ファイバグレーティングが組み込まれた装置が、その使用を想定している波長の光である。すなわち、光通信装置に組み込まれた場合には、光搬送波である。また、上述した第１の光および第２の光としては、現在のところ、波長２４８  ｎｍのパルスエキシマレーザ（紫外光）の露光によって、グレーティング部を形成する方法が知られている。以後、第１の光および第２の光としては、光誘起屈折率変化現象を引き起こす、波長２４０  ｎｍ近傍の波長を持つ紫外光を指すものとして説明する。
【００３１】
将来、上記紫外光以外の光で光誘起屈折率変化現象を引き起こす光ファイバが開発された場合には、その光を用いて、この発明を実施することもできる。また光照射以外の、例えば、イオンビーム照射方法でも、屈折率変化現象が確認され、その手法の工業的有効性が確認されれば、イオンビーム照射方法を、この発明の実施に利用できることは、明らかである。
【００３２】
この発明の製造方法によれば、グレーティング形成工程において、ブラッグ波長の異なるグレーティング部が、光ファイバの長さ方向に直列して複数箇所に設けられるので、グレーティング形成工程終了直後の段階でこの光ファイバグレーティングの反射スペクトルを観測すれば、設けられたこれらのグレーティング部からの反射スペクトルの和に等しい反射スペクトルが得られる。すなわち、この光ファイバグレーティングの反射スペクトルは、設けられたグレーティング部のブラッグ波長を中心波長に持つメインローブが重ね合わされたものとなる。したがって、メインローブの数は、設けられたグレーティング部の数と等しく、隣接するメインローブの中心波長の間の波長において、反射スペクトルのボトムとなる。
【００３３】
次に、位相調整工程において、このボトムにおける光強度を観測しながら、位相調整部のみに紫外光を時間的に連続して照射すれば、ボトムにおける光強度が最小になる時点を判定できる。ボトムにおける光強度が最小になった時点で、紫外光の照射を終了すれば、所望の光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造できる。
【００３４】
また、この発明の製造方法は、グレーティング部を形成する工程において、光ファイバグレーティングの長さ方向に沿った屈折率の変動量の大きさ（以後「屈折率変調度」  という。）が、グレーティング部の両端に近いほど小さく形成（以後「アポダイズ」ということもある。）してもよい。屈折率変調度をアポダイズすると、後述するように、メインローブの両側に小さく現れる反射スペクトル成分（以後「サイドローブ」ということもある。）を抑圧することができる。このようなアポダイズされたグレーティング部を有する光ファイバグレーティングに対しても、上述した位相調整工程において、光ファイバグレーティングの光学特性である反射あるいは透過スペクトルにおける、ボトム波長の光強度を十分に小さくすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図２３を参照して、この発明の実施の形態例につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的およびその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施の形態にのみ何等限定されるものではない。また、各図において同様の構成成分に対しては同一の番号を付し、その重複する説明を省略することがある。
【００３６】
図１を参照して、特にグレーティング部が複数箇所（図１では二箇所）に構成されており、光通信における光搬送波に対する光分波機能素子あるいは光合波機能素子として利用される、光ファイバグレーティングの構造を説明する。説明を簡便にするために、以下において、光ファイバのコアに光誘起屈折率変化現象を起こす素材の一例として、例えばゲルマニウム添加石英ガラスを用いて、コアに周期的屈折率変調を施して、形成される光ファイバグレーティングを対象に限定して説明する。もちろん、以下での議論において、グレーティング部を形成する方法としては、ここで説明するコアに屈折率の周期的変調を加えるほか、クラッドあるいはコア及びクラッドの両方に屈折率の周期的変調を加えて構成することも可能である。
【００３７】
また、光誘起屈折率変化現象を起こす素材を用いて形成された光ファイバ以外でも、例えば、光誘起屈折率変化現象が起こらない通常の光ファイバに対して、イオン注入誘起屈折率変化現象を利用して、光ファイバグレーティングを作成することもできる。いずれにしても、この発明の位相調整部の光学長を調整して、光ファイバグレーティングの光学特性を調整するという技術的思想は、活用することができる。
【００３８】
図１に示す光ファイバグレーティング１２は、コア１０とクラッド１１を具え、かつブラッグ波長がλ１である第１グレーティング部１４とブラッグ波長がλ２である第２グレーティング部１６とを具えている。ブラッグ波長とグレーティング部の屈折率周期との関係は以下の通りである。
【００３９】
第１グレーティング部１４を例にとって説明する。コア１０において屈折率の高い部分１０ａの長さがｌ１であり、屈折率の低い部分１０ｂの長さがｌ２であるとする。図１において、屈折率の高い部分１０ａは、斜線が施された部分である。また、図１において、屈折率の低い部分１０ｂは、斜線が施されていない部分である。そして、屈折率の高い部分１０ａの実効屈折率がｎ１、屈折率の低い部分１０ｂの実効屈折率がｎ２であるとする。この場合、ブラッグ条件、すなわち、反射される光の波長を与える条件は、
λ１／２＝ｎ１ｌ１＋ｎ２ｌ２            （１）
である。ここで、λ１は、第１グレーティング部１４の反射スペクトルのピーク波長（ブラッグ波長）である。
【００４０】
また、ｎ１−ｎ２  の値は、ゲルマニウム添加石英ガラスをコアとした光ファイバの場合、たかだか５×１０−３程度であるから、ｎ１＝ｎ２＝ｎと近似できるので、（１）式は、次式（２）で近似できる。
【００４１】
λ１＝２（ｎ１ｌ１＋ｎ２ｌ２）≒２ｎ（ｌ１＋ｌ２）＝２ｎΛ１      （２）
ここで、Λ１は、ブラッググレーティングの屈折率変化の周期である。
【００４２】
そこで、以後ブラッグ条件は、（２）式で与えられるものとする。近似的な実効屈折率ｎは、ほぼｎ＝（ｎ１＋ｎ２）／２程度であると考えても良い。
【００４３】
したがって、図１に示す構造の光ファイバグレーティングの反射スペクトルは、波長λ１と波長λ２とにピークを持つことになる。ただし、λ１＝２ｎΛ１及びλ２＝２ｎΛ２である。図１において、屈折率の高い部分と低い部分との境界で屈折率が急峻に変化している場合を示しているが、屈折率変化がなだらかで、例えば正弦関数状に変調されていても上述の内容は変わらない。すなわち、ブラッググレーティングの周期Λｉと、ブラッグ波長λｉとの関係が式（１）あるいは式（２）で与えられることに変わりはない。ここで、ｉは自然数であり、この添え字ｉによって、ブラッググレーティングの周期及びブラッグ波長を区別する。Λｉは、波長λｉに対応する周期である。なお、後述する実施の形態において対象とする、光ファイバグレーティングにおけるブラッググレーティングの屈折率変調は、正弦関数状である。
【００４４】
図２を参照して、光ファイバにグレーティング部を形成する方法について説明する。光ファイバグレーティングを形成するためには、光ファイバを構成するコアあるいはクラッドの少なくとも一方を、光誘起屈折率変化現象を起こす素材の一例として、ゲルマニウム添加石英ガラスを用いて形成された光ファイバを用いる。
【００４５】
ここでは、コアにゲルマニウム添加石英ガラスを用いて形成された光ファイバを一例にして説明する。光誘起屈折率変化現象を起こす素材をコア以外のクラッドあるいはコアとクラッドの両方に用いて形成された光ファイバを素材に、光ファイバグレーティングを形成する場合も、原理的に形成方法は同じである。
【００４６】
なお、ここでは、位相格子をマスクに用いてブラッググレーティングを形成する方法を説明するが、勿論、二光束干渉法によって形成しても良い。
【００４７】
位相格子２６を光ファイバ２０に接近させて上方から紫外光を照射する。図２では光ファイバ２０の上方に、かつ、光ファイバ２０の中心軸と平行に位相格子２６を接近させて配置させてある。紫外光の波長は、２４０  ｎｍ程度が適切であり、紫外光を得るための光源としては、エキシマレーザ等を用いるのが良い。位相格子２６には、図２に示すように、紫外光を透過する石英ガラス等の透明材料に、周期的に形成された凹凸が存在している。図２に示すように紫外光を照射すると、位相格子２６の凹凸構造からの回折光の干渉によって、光ファイバ２０のコア２２に周期的な紫外光強度の濃淡が形成される。すなわち、コア２２にクラッド２４を通して光ファイバ２０の長さ方向に沿って周期的に強度が変化した紫外光を照射することができる。
【００４８】
紫外光が照射された部分では、屈折率が上昇するので、結果的にコア２２の長手方向に周期的な屈折率変調が形成できる。この紫外光強度の濃淡構造が正弦関数状であるので、形成される屈折率変調構造は正弦関数状になる。
【００４９】
位相格子２６の位相変調周期（凹凸構造の周期に等しい。）と、光ファイバ２０のコア２２に形成される屈折率変調構造の周期とは、既知の光学理論から求まる。すなわち、形成するべきグレーティング部のブラッグ波長λが与えられれば、ブラッググレーティングの周期Λが決まるので、それに対応する位相格子２６の位相変調周期ΛＰＬは、既知の光学理論によって、ΛＰＬ＝２Λと、一義的に決めることができる。
【００５０】
図１に示す、グレーティング部が二箇所に構成された光ファイバグレーティングを形成するには、第１グレーティング部１４を形成するための位相格子と第２グレーティング部１６を形成するための位相格子をそれぞれ用意する。その上で、位相調整部１８が形成できるように、上述の２種類の位相格子を、間隔を取って配置して、紫外光を露光する。当然にこの露光中は、位相調整部１８には紫外光が照射されないようにする。
【００５１】
もちろん、紫外光を露光する前に、紫外光照射による屈折率の変化の効率を高めるために、光ファイバ中に水素（Ｈ）を浸透させる、あるいはホウ素（Ｂ）を添加する等の、既知の技術を併用しても良い。
【００５２】
また、光誘起屈折率変化現象が起こらない通常の光ファイバに対して、イオン注入誘起屈折率変化現象を利用して、上述した光ファイバグレーティングと同等の特性を有する光ファイバグレーティングを製造することもできる。この場合、イオン注入誘起屈折率変化現象を引き起こす光ファイバであれば、光ファイバグレーティングを製造できる。イオン注入誘起屈折率変化現象を引き起こす光ファイバとしては、現存するほとんど全ての光ファイバが該当する。
【００５３】
イオン注入誘起屈折率変化現象を利用して光ファイバグレーティングを製造するには、図２において、位相格子２６の代わりに、ブラッググレーティングの周期Λと等しいスリットを形成したマスクを用い、紫外光の代わりに、イオンビームを用いればよい。
【００５４】
図３を参照して、上述した光ファイバグレーティングの応用例として、特許文献１に開示されている、波長多重光通信用の多波長光源ユニットについて説明する。ここで、波長多重光通信用の多波長光源ユニットの構成及びその機能を説明する目的は、この多波長光源ユニットに利用される光ファイバグレーティングの、波長フィルタとして具えるべき光学的特性についての理解に資するためである。
【００５５】
図３に示されているように、上述の多波長光源ユニット４８は、広帯域スペクトル光源３０と、光サーキュレータ３２と、光ファイバグレーティング３４とを具えて構成される。
【００５６】
広帯域スペクトル光源３０は、放出波長範囲が少なくとも使用される複数の光搬送波の波長範囲を全て含む広い放出スペクトルを持つ光源である。例えば、スーパールミネッセントダイオード等を用いて構成することができる。広帯域スペクトル光源３０からは、図４（Ａ）に示すような広帯域の放出スペクトルの光が放出される。なお、図４（Ａ）において、横軸は波長を任意スケールで表し、及び縦軸は光強度を任意スケールで表す。
【００５７】
広帯域スペクトル光源３０の出力光３６は、光サーキュレータ３２に入り、光サーキュレータ３２から光ファイバグレーティング３４に導かれる。図３において光ファイバグレーティング３４は、図１で示した光ファイバグレーティングを、コアの中心に沿って、このコアの中心を含む平面で切った断面を示したものである。ただし、光ファイバグレーティング３４は、二箇所ではなく三箇所にグレーティング部が形成されている。すなわち、光ファイバグレーティング３４は入射端４４から終端４６の向きに沿って、グレーティング部４０ａ、４０ｂ及び４０ｃが、それぞれ間隙４２ａおよび間隙４２ｂを挟んで設けられており、グレーティング部それぞれのブラッグ波長がλ１、λ２及びλ３となるように設定されている。
【００５８】
光源３０からの出力光３６は、光サーキュレータ３２を介して、光ファイバグレーティング３４に入射し、グレーティング部４０ａ、４０ｂ及び４０ｃからそれぞれ、波長λ１、λ２及びλ３の光が選択的に反射されて、これら反射光は再び光サーキュレータ３２に入射する。光サーキュレータ３２に入射した反射光は、多波長光源ユニット４８の出力光３８として外部に取り出される。従って、多波長光源ユニット４８の出力光３８のスペクトルは、図４（Ｂ）に示すようなスペクトルとなる。もちろん波長λ１、λ２及びλ３以外の光は、光ファイバグレーティングの終端４６から放射され、多波長光源ユニット４８の出力光としては使われない。
【００５９】
波長多重光通信において多重度を大きくするためには、既に説明したように、チャンネル間の光搬送波の波長差を小さくしなければならない。すなわち、図３に示したような、多波長光源ユニットを波長多重光通信における光源として使う場合に、上記波長λ１、λ２及びλ３の光が、各チャンネルに割り当てられる光となり、多重度を大きくするためには、上記波長λ１とλ２の差あるいは、波長λ２とλ３の差を、隣接する波長ピーク位置が互いに明確に区別できる状態を保持しつつ、小さくする必要がある。
【００６０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して上述の状況を説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、それぞれ、横軸は波長を任意スケールで表し、及び縦軸は光強度を任意スケールで表す。図５（Ａ）は、上記波長λ１とλ２の差あるいは、波長λ２とλ３の差が十分に大きい場合、すなわち、隣接する波長ピーク位置が互いに明確に区別できる程度の差が存在している場合を示している。波長λ１、λ２及びλ３に対応するメインローブのそれぞれのピーク位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３の間にボトムが存在する。ピーク位置Ｐ１と、Ｐ２との間、及びＰ２とＰ３の間のボトムをＢ１２  及びＢ２３とする。以後、ピーク位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３あるいは、ボトムＢ１２  及びＢ２３の意味を、ピークあるいはボトムそのものを指すほか、ピークあるいはボトムの存在する位置を示す波長を指す意味にも、誤解の生じない範囲で、特に断らずに使い分ける。
【００６１】
図５（Ａ）においては、ピーク位置Ｐ１とＰ２の間にあるボトムＢ１２の光強度とピーク位置Ｐ２とＰ３の間にあるボトムＢ２３の光強度は、メインローブのそれぞれのピーク位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３における光強度に比べて、波長λ１、λ２及びλ３に対応するメインローブのそれぞれが明確に区別することができる程度に、十分小さい。
【００６２】
一方、図５（Ｂ）においては、上記波長λ１’とλ２’の差あるいは、波長λ２’とλ３’の差が小さい場合を示している。この場合には、ピーク位置Ｐ１’とＰ２’の間にあるボトムムＢ１２’  の光強度とピーク位置Ｐ２’とＰ３’の間にあるボトムＢ２３’の光強度は、メインローブのそれぞれのピーク位置Ｐ１’、Ｐ２’及びＰ３’における光強度に比べ小さい。従って、波長λ１’、λ２’及びλ３’に対応するメインローブのそれぞれは、明確に区別することができないという問題が生ずる。
【００６３】
次に、図６を参照して、上述した光ファイバグレーティングのもう一つの応用例として、特許文献２に開示されている、時間拡散波長ホップ方式のＯＣＤＭシステムについて説明する。ここで時間拡散波長ホップ方式のＯＣＤＭシステムの構成及びその機能を説明する目的は、この時間拡散波長ホップ方式のＯＣＤＭシステムに利用される光ファイバグレーティングの、波長フィルタとして具えるべき光学的特性についての理解に資するためである。
【００６４】
図６に示す時間拡散波長ホップ方式のＯＣＤＭシステムは、送信機５０と受信機７０とが光ファイバ９０によって結合されて構成されている。
【００６５】
まず、送信機５０の構成について説明する。送信機５０は、光源５２、光変調器５４、第１の光サーキュレータ５８及び第１の光ファイバグレーティング６０を具えて構成される。光源５２は、複数の波長の異なる光パルスを繰返し高周波数で発振する多波長光源である。具体的にはモード同期半導体レーザである。光源５２から出力される光パルスは光変調器５４に入射し、送信すべきデータ信号５６に変調され第１の光サーキュレータ５８を介して、第１の光ファイバグレーティング６０に入射する。以後、説明の便宜のため、データ信号５６が伝播する伝送路を伝送路５６という。
【００６６】
第１の光ファイバグレーティング６０は、異なるブラッグ波長を持つ３つのグレーティング部を有している。これらグレーティング部は、第１の光ファイバグレーティング６０の入射端６４から終端６６に向かって、グレーティング部６０ｂ、６０ａ及び６０ｃの順に並べて構成されている。また、グレーティング部６０ｂと６０ａとの間には、間隙６２ａが、一方グレーティング部６０ａと６０ｃとの間には、間隙６２ｂが設けられている。また、これらグレーティング部６０ｂ、６０ａ及び６０ｃのブラッグ波長は、それぞれλ２、λ１及びλ３である。
【００６７】
仮に、送信すべきデータ信号５６が、チャンネル２、チャンネル１およびチャンネル３から成っており、それぞれの信号は、波長がそれぞれλ２、λ１及びλ３である光搬送波によって伝送される場合を例にとって説明する。送信すべきデータ信号５６は、第１の光サーキュレータ５８を介して光ファイバグレーティング６０に入射する直前においては、光搬送ＯＣＤＭシステムにそれぞれ乗せられたチャンネル２、チャンネル１及びチャンネル３のデータ信号が、時間軸上で同一の位置にある。
【００６８】
データ信号５６が第１の光ファイバグレーティング６０に入射すると、第１の光ファイバグレーティング６０の入射端６４から三つの各グレーティング部６０ｂ、６０ａ及び６０ｃまでの距離が異なることから、波長がそれぞれλ２、λ１及びλ３である各光搬送波が、各グレーティング部から反射して再び入射端６４に戻ってくるまでの時間が異なる。すなわち、三つの各グレーティング部までの距離を、光符号化における各チャンネルに対する時間軸上での時間差に相当するように設定しておけば、複数の波長の光パルスが同時にこの第１の光ファイバグレーティング６０に入射した時、各グレーティング部で反射した異なる波長の光搬送波に対するチャンネルパルス（送信すべきデータ信号が反映された光パルス列である。）が、入射端６４において所定の順に配列されて光符号化が行なわれる。
【００６９】
このようにして光符号化されたデータ信号５６が、再び第１の光サーキュレータ５８に入射され、光ファイバ（伝送路ともいう。）９０を通って受信機７０に送られる。以後伝送路９０を伝播するデータ信号を、単にデータ信号９０ということもある。
【００７０】
ここで、図６を参照して、受信機７０の構造を説明する。受信機７０は、第２の光サーキュレータ７２、フォトディテクタ７６、閾値素子７８及び第２の光ファイバグレーティング８０を具えて構成される。受信機７０を構成する第２の光ファイバグレーティング８０の構成には、次に述べる特徴がある。
【００７１】
すなわち、受信機７０において、伝送路９０を伝播して送られてきたデータ信号９０を光復号化するために、第２の光ファイバグレーティング８０は、第１の光ファイバグレーティング６０のグレーティング部の配列順序とは鏡像関係の配列とされている。第１の光ファイバグレーティング６０においては、ブラッグ波長がそれぞれλ２、λ１及びλ３であるグレーティング部６０ｂ、６０ａ及び６０ｃの順に、入射端６４から終端６６に向かって配列されてあったのに対して、第２の光ファイバグレーティング８０においては、これとは鏡像関係の配列とされている。
【００７２】
具体的には、ブラッグ波長がそれぞれλ３、λ１及びλ２であるグレーティング部８０ｃ、８０ａ及び８０ｂの順に、入射端８４から終端８６に向かって配列され、グレーティング部８０ｃと８０ａとの間には、間隙８２ｂが設けられ、グレーティング部８０ａと８０ｂとの間には、間隙８２ａが設けられている。また、これらグレーティング部８０ｃ、８０ａ  及び８０ｃのブラッグ波長は、それぞれλ３、λ１及びλ２であり、間隙８２ｂの寸法は間隙６２ｂの寸法に等しく、間隙８２ａの寸法は間隙６２ａの寸法に等しく設定されている。
【００７３】
伝送路９０を伝播してきた光符号化されたデータ信号９０は、第２の光サーキュレータ７２を介して、第２の光ファイバグレーティング８０に入射する。上述したように、第２の光ファイバグレーティング８０に形成されている３つのグレーティング部は、その間隙部を含めて、第１の光ファイバグレーティング６０と鏡像関係に配列されているので、伝送路９０を伝播してきた光符号化されたデータ信号９０は、光復号化される。すなわち、各チャンネルの光搬送波に対して加えられた到達時間差は、相殺され時間軸上で再度同一の位置に戻される。
【００７４】
このようにして、送信機５０の第１の光ファイバグレーティング６０で光符号化されたデータ信号は、受信機７０の第２の光ファイバグレーティング８０によって光復号化される。光復号化されたデータ信号は、第２の光サーキュレータ７２を介してデータ信号７４となり、フォトディテクタ７６で光電変換され、閾値素子７８で、閾値判定が行なわれて、送られてきたデータ信号が、チャンネル毎に分離されて受信される。以後簡単のために、データ信号７４が伝播する伝送路を伝送路７４という。
【００７５】
図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、上述したＯＣＤＭシステムにおける、各チャンネルのデータ信号を担う光搬送波（ここでは波長λ１、λ２及びλ３の三つの光）が、伝送路５６、９０及び７４において、それぞれ時間軸上でどのような関係になっているかを説明する。図７（Ａ）が、データ信号が伝送路５６を伝播しているときの関係を、図７（Ｂ）が、同じく伝送路９０を伝播しているときの関係を、図７（Ｃ）が、同じく伝送路７４を伝播しているときの関係を表している。
【００７６】
図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）において、横軸は時間を、縦軸は光強度を、それぞれ任意スケールで表している。また、波長λ１、λ２及びλ３の三つの光搬送波の光パルス１つによって各チャンネルを代表して表している。見やすいように、図７の各図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）において、斜め上方向にずらして波長λ１、λ２及びλ３の光パルスを描いてある。したがって、斜め上方向のずらした間隔そのものには物理上の意味はない。
【００７７】
伝送路５６に時間差なく送り出されたデータ信号は、図７（Ａ）に示すように、各チャンネルが同位相で波長多重化されている。このデータ信号５６は、第１の光ファイバグレーティング６０で光符号化され、図７（Ｂ）に示すように、各チャンネルの位相が変調される。すなわち、この場合で言うと、チャンネル２、チャンネル１、チャンネル３の順に順序付けられて光符号化される。このように光符号化されたデータ信号９０は、受信機７０の第２の光ファイバグレーティング８０で光復号化されて、図７（Ｃ）に示すように、再び各チャンネルが同位相で波長多重化され、元の状態に光復号化される。
【００７８】
ここで、光符号化を行なう、送信機５０を構成している第１の光ファイバグレーティング６０のブラッグ反射特性において、メインローブのピークにおける光強度に比べて、ボトムにおける光強度が小さくない場合を考える。例えば、λ１がピークとなるメインローブを持つ光搬送波（波長λ１の光搬送波）の反射スペクトルは、隣接する波長λ２にピークを持つ光搬送波の反射スペクトルと完全には、きりわけることができない場合である。この場合に，  第１の光ファイバグレーティング６０から反射される波長λ１の光搬送波のメインローブのスペクトル形状は、ピーク波長に対して、非対称の形状となる。このため、受信機７０を構成している第２の光ファイバグレーティング８０によって復号化されるときに、正しく光復号化されず、すなわち、光復号化が困難になる。
【００７９】
上述した復号化が困難となる状況を、図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各図において、横軸は波長を、及び縦軸は光強度を表している。縦軸の光強度目盛りは任意スケールである。
【００８０】
図８（Ａ）は、第１の光ファイバグレーティング６０で光符号化、すなわち光搬送波λ１が、第１の光ファイバグレーティング６０でフィルタリングされる場合を説明するための図である。この図８（Ａ）において、破線で示す曲線１１２は、第１の光ファイバグレーティング６０の反射スペクトルである。また、実線で示す曲線１１０は、波長λ１の光搬送波のスペクトルである。波長λ１の光搬送波の第１の光ファイバグレーティング６０による反射スペクトルは、曲線１１２と曲線１１０との積で与えられるので、図８（Ｂ）の実線１２０で示す曲線で与えられるものとなる。すなわち、スペクトル強度の極大が波長λ１及び波長λ２に持ち、ピーク波長λ１に対して、非対称の形状となる。
【００８１】
受信機７０を構成する第２の光ファイバグレーティング８０によって光復号化される、すなわちフィルタリングされる、データ信号を担った波長λ１の光搬送波のスペクトル形状は、図８（Ｂ）の実線１２０で示す曲線で与えられる。フィルタリングされた波長λ１の光搬送波のスペクトル形状は、図８（Ｂ）で示す実線１２０と第２の光ファイバグレーティング８０の反射スペクトルである破線１２２との積で与えられるので、図８（Ｃ）の実線１２４で示す曲線で与えられる。
【００８２】
したがって、波長λ１の光搬送波のスペクトルは、第１の光ファイバグレーティング６０に入射する前の形状（曲線１１０であたえられる。）と第２の光ファイバグレーティング８０から出射した後の形状（曲線１２４で与えられる。）とは、非常に異なっている。すなわち、波長λ１の光搬送波のメインローブのスペクトル形状は、ピーク波長に対して、非対称の形状となっており、このため、受信機７０を構成している第２の光ファイバグレーティング８０によって復号化されるときに、正しく復号化されず、復号化が困難になるという状況が、定性的に説明できる。
【００８３】
これまで、光ファイバグレーティングを、その反射スペクトルを利用するという観点で説明してきたが、透過スペクトルを利用するという観点でも、同じである。すなわち、光ファイバグレーティングの透過スペクトル特性を利用して、フィルタリング等を行なう場合においても、ボトム波長における光強度が十分に小さくなければ、隣接するメインローブを明確に切り分けることができないという問題点が生ずる。
【００８４】
上述したように、光ファイバグレーティングの反射あるいは透過スペクトルの隣接するメインローブが重なり合う領域が相対的に増大すると、ボトム波長における光強度が相対的に増大してくる。すなわち、必然的にボトム波長における光強度がピーク波長における光強度と近づくので、個々のメインローブを識別することが次第に困難となってくる。個々のメインローブを識別することが困難となれば、上述した特許文献１あるいは特許文献２に開示されている発明等を実施することができない。
【００８５】
そこで、以下に示す実施の形態において、上述した問題点が解決できる、光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。
【００８６】
＜第１の実施の形態＞
光ファイバの長さ方向に沿って屈折率が周期に変化している構造のグレーティング部を、この光ファイバの長さ方向に沿って、位相調整部を挟んで、かつ互いに屈折率変化の周期を異ならせて、形成するグレーティング形成工程と、このグレーティング部と位相調整部とが設けられた光ファイバグレーティングの反射率のスペクトルをモニタしながら、この位相調整部の光学長を調整する位相調整工程とを具える光ファイバグレーティングの製造方法の、第１の実施の形態を説明する。
【００８７】
図９乃至図１４を参照して、この第１の実施の形態である発明の光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。この製造方法は、上述の通りグレーティング形成工程と、位相調整工程とからなる。グレーティング形成工程は、この光ファイバの長さ方向に沿って所定の周期で強度が変調された紫外光を照射し、グレーティング部を形成する工程である。位相調整工程は、グレーティング部と位相調整部とが形成された光ファイバグレーティングの光学特性をモニタしながら、位相調整部のみに紫外光を照射して、光ファイバグレーティングの光学特性を調整する工程である。
【００８８】
以後の説明においては、コアに紫外光の照射によって屈折率が上昇する素材が用いられている光ファイバを用いる。また、光学特性とは、以後の説明においては、反射スペクトルを指すものとする。
【００８９】
図９（Ａ）は、第１グレーティング部２２６及び第２グレーティング部２２８を、第１位相調整部２３０となる部分を確保して形成するグレーティング形成工程（工程Ａ）を説明する図である。光ファイバグレーティングを形成するために用いる光ファイバは、ゲルマニウム添加の石英ガラスからなるコア２１０と、コア２１０より低屈折率のガラス材料からなるクラッド２１２から構成されている。第１グレーティング部２２６を形成する部分に位相格子２１４を、第２グレーティング部２２８を形成する部分に位相格子２１６を、第１位相調整部となる間隙２３０をあけて配置し、位相格子２１４及び２１６が配置された以外の部分には遮光マスク２１８、２２０及び２２２を配置する。位相格子及び遮光マスクは、光ファイバの中心軸の方向と平行に設置する。
【００９０】
位相格子２１４、２１６は、例えば、紫外光を透過する石英ガラス等の透明材料に、周期的に形成された凹凸が形成されている、平板である。この位相格子２１４、２１６に形成された凹凸構造の周期は、既に説明したように、製造するべきブラッググレーティングの周期に対応させて決められる。
【００９１】
図９（Ａ）に示す上方から、光誘起屈折率変化現象が発生するに十分な波長である、２４０  ｎｍ程度の波長の紫外光２２４（第１の光）を照射する。以後２４０  ｎｍ程度の波長の紫外光を、単に紫外光という。この工程Ａによって、第１グレーティング部２２６及び第２グレーティング部２２８が、第１位相調整部となる部分２３０を確保して形成される。
【００９２】
市販の光誘起屈折率変化現象を起こす素材を用いて形成された光ファイバ（例えば、フォトセンシティブファイバ等の名称で、ニューポート社から市販されている。）を用いて、波長２４８  ｎｍのパルスエキシマレーザ（ビームの強度０．５Ｊ／ｃｍ２）の露光によって、グレーティング部を形成するには、概ね１０分程度の露光が必要である。波長１５５０  ｎｍ近傍の光に対する光ファイバグレーティングを形成するための、光誘起屈折率変化現象を起こす素材を用いて形成された光ファイバとしては、開口比０．１１から０．１３、伝播光のフィールド径（光ファイバを伝播する光の伝播モードの光束の直径）が９．６μｍから１１．７５μｍ程度のものが、ニューポート社からＦ−ＳＢＧ−１５等の名称で市販されている。
【００９３】
図９（Ｂ）は、第１グレーティング部２２６と第２グレーティング部２２８との間の第１位相調整部２３０に紫外光を照射して位相調整を行なう位相調整工程（工程Ｂ）を説明する図である。第１位相調整部２３０を除く部分に遮光マスク２３６及び２３８を設定する。これら遮光マスク２３６及び２３８を設定したら、第１グレーティング部２２６及び第２グレーティング部２２８からの反射光を反射光測定装置２４７によって観測しながら、紫外光２４０（第２の光）を第１位相調整部２３０に照射する。
【００９４】
反射光測定装置２４７は、光サーキュレータ２４５と光強度測定器２４６を具えている。光強度測定器２４６には、例えば光スペクトラムアナライザ等が利用でき、波長に対するスペクトル強度が、実時間で観測できる装置であれば良い。ここで、グレーティング部からの反射光を光強度測定器によって観測する方法の一つを説明する。
【００９５】
まず、光サーキュレータ２４５を介して入射光２４２をコア２３２に入射させる。入射光２４２は、その一部が、第１グレーティング部２２６及び第２グレーティング部２２８から反射されて反射光２４３となり、この反射光２４３は、再び光サーキュレータ２４５を介して反射光２４４となり光強度測定器２４６に入射する。このように反射光２４４を測定できる状態にしておいて、第１グレーティング部２２６と第２グレーティング部２２８との間の第１位相調整部２３０に紫外光２４０の照射を開始する。この紫外光２４０を光強度測定器２４６で観測しつつ、反射光２４４のスペクトルが所望の形状なった時点で紫外光２４０の照射を終了する。紫外光２４０の照射を終了させるべき、反射光２４４のスペクトルの所望の形状については、後述する。このようにして、位相調整工程（工程Ｂ）を終了する。
【００９６】
図９（Ｃ）は、第３グレーティング部２６２を、第２グレーティング部２２８との間に、第２位相調整部２６０となる部分を確保して形成するグレーティング形成工程（工程Ｃ）を説明する図である。第３グレーティング部２６２を形成する場所に、第２位相調整部２６０となる部分を確保して位相格子２５２を設置して、位相格子２５２が設置された以外の場所には、遮光マスク２５４及び２５６を設置して遮光できるようにする。この状態で、図９（Ｃ）に示す上方から紫外光２５８（第１の光）を照射する。この工程Ｃによって、第３グレーティング部２６２が、第２位相調整部２６０となる部分を確保して形成される。
【００９７】
図９（Ｄ）は、第２グレーティング部２２８と第３グレーティング部２６２との間の第２位相調整部２６０に紫外光を照射して位相調整を行なう位相調整工程（工程Ｄ）を説明する図である。第２位相調整部２６０を除く部分に遮光マスク２６８及び２７０を設定する。これら遮光マスク２６８及び２７０を設定したら、第１グレーティング部２２６、第２グレーティング部２２８及び第３グレーティング部２６２からの反射光を反射光測定装置２８０によって観測しながら、紫外光２７２を照射する。反射光測定装置２８０は、光サーキュレータ２７８と光強度測定器２７９を具えている。光サーキュレータ２７８と光強度測定器２７９には、上述の工程Ｂにおける光サーキュレータ２４５と光強度測定器２４６が利用できる。
【００９８】
この工程Ｄにおいても、上述した工程Ｂにおけるのと同様の方法で、位相調整をする。まず、光サーキュレータ２７８を介して入射光２７４をコア２６４に入射させる。入射光２７４は、その一部が、第１グレーティング部２２６、第２グレーティング部２２８及び第３グレーティング部２６２から反射されて反射光２７５となり、この反射光２７５は、再び光サーキュレータ２７８を介して反射光２７６となり光強度測定器２７９に入射する。このように反射光２７６を測定できる状態にしておいて、第２グレーティング部２２８と第３グレーティング部２６２との間の第２位相調整部２６０に紫外光（第２の光）２７２の照射を開始する。この紫外光２７２を光強度測定器２７９で観測しつつ、反射光２７６のスペクトルが所望の形状なった時点で紫外光２７２の照射を終了する。紫外光２７２の照射を終了させるべき、反射光２７６のスペクトルの所望の形状については、後述する。このようにして、位相調整工程Ｄを終了する。
【００９９】
上述したように、コアに紫外光の照射によって屈折率が上昇する素材が用いられている光ファイバを用いて、光ファイバグレーティングを製造するには、工程Ａから工程Ｄまでの各工程に従えばよい。
【０１００】
一方、イオン注入誘起屈折率変化現象を利用して、光ファイバグレーティングを製造する場合には、位相格子２１４、２１６及び２５２の代わりにブラッググレーティングの周期Λと等しいスリットを形成したマスクを用い、紫外光の代わりに、イオンビームを用いればよい。また、位相調整工程Ｂ及びＤを実施するには、イオンビームを位相調整部に照射しつつ、反射光測定装置２４７及び２８０によって、反射スペクトルを観測し、最適なイオンビーム照射量を決めればよい。その他の点は、光誘起屈折率変化現象を起こす光ファイバに対する処理工程と、同様に処理を行なえばよい。
【０１０１】
上述した方法で形成される光ファイバグレーティングの構造と、その光学的特性について説明する。ここでは、具体的な光ファイバグレーティングを例にして、その屈折率分布構造とその反射スペクトルの形状との関係を、及び位相調整工程におけるその反射スペクトル形状の変化の様子を、シミュレーションの結果を用いて説明する。このシミュレーションの結果を通して、この発明の効果を説明する。
【０１０２】
使用する光ファイバは、コア径が４μｍで、波長１．５５３  ｎｍの光に対する屈折率が１．４５１１である、ゲルマニウム添加の石英ガラスで形成されており、クラッドは、波長１．５５３  ｎｍの光に対する屈折率が１．４４５である石英ガラスで形成されている。この光ファイバを基本モードで伝播する波長１．５５３  ｎｍの光に対する実効屈折率は、１．４４７８３である。
【０１０３】
グレーティング部は三箇所に形成され、その各グレーティング部の光ファイバの中心軸に沿う方向の長さは、４．８  ｍｍであり、グレーティング部の屈折率変調度（高屈折率部の屈折率と低屈折率部の屈折率の差Δｎ）が２．０×１０−４である。また、位相調整部の幾何学的長さは、光ファイバの中心軸に沿う長さで、この構成例では、１．８  ｍｍである。光ファイバグレーティングは、第１グレーティング部、第２グレーティング部及び第３グレーティング部の順に配置されており、それぞれのブラッググレーティングの周期Λ１、Λ２及びΛ３はそれぞれ、Λ１＝０．５３５５３μｍ、Λ２＝０．５３５６７μｍ及びΛ３＝０．５３５８１μｍである。したがってそれぞれのブラッグ波長λ１、λ２及びλ３は、λ１＜λ２＜λ３の関係にある。
【０１０４】
シミュレーションをした光（第３の光）の波長の範囲は、１５４８  ｎｍから１５５４  ｎｍの範囲であり、この広さ６  ｎｍ幅の範囲を１００等分した各波長において、反射光強度を計算し、反射スペクトルの形状を求めた。
【０１０５】
図１０に、第１の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布構造を示す。横軸は光ファイバグレーティングの長さ方向の寸法をｍｍ単位で目盛ってある。縦軸は光ファイバグレーティングの実効屈折率の変化量Δｎの値を示す。実効屈折率の変化量Δｎとは、光誘起屈折率変化によって増大した屈折率の増量である。すなわち、基本モードで伝播する波長１．５５３  ｎｍの光に対する実効屈折率ｎが、ｎ＝１．４４７８３である光ファイバを、紫外光を照射して、この実効屈折率がｎ＋Δｎ＝１．４４７８３＋２．０×１０−４となった場合を想定すると、光誘起屈折率変化によって増大した屈折率の増量は、２．０×１０−４であるので、Δｎ＝２．０×１０−４である。
【０１０６】
図１０に示した、第１の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布構造の例では、屈折率変調度Δｎは２．０×１０−４と、グレーティング部全体にわたって一定である。
【０１０７】
すなわち、第１の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布は、次式で与えられる。
【０１０８】
１．０×１０−４（１−ｃｏｓ（２πｘ／Λ））        （３）
ここで、Λは、ブラッググレーティングの周期であり、光ファイバの長さ方向をｘ軸にとってある。
【０１０９】
第１の実施の形態における光ファイバグレーティングは、第１グレーティング部５１０、第１位相調整部５１６、第２グレーティング部５１２、第２位相調整部５１８及び第３グレーティング部５１４が、この順序で形成される。第１グレーティング部５１０は、横軸上で０  ｍｍから４．８  ｍｍの間に、第２グレーティング部５１２は、横軸上で６．６  ｍｍから１１．４  ｍｍの間に、及び第３グレーティング部５１４は、横軸上で１３．２５  ｍｍから１８．０  ｍｍの間に、それぞれ形成される。また、第１位相調整部５１６、は、横軸上で、４．８  ｍｍから６．６  ｍｍの間に、及び第２位相調整部５１８、は、横軸上で、１１．４  ｍｍから１３．２  ｍｍの間に、それぞれ形成される。
【０１１０】
第１、第２及び第３グレーティング部の屈折率構造は、正弦曲線形状の細かな構造として、各グレーティング部の存在する場所全てに一様に形成されるが、それぞれのグレーティング部の両端部分のみの構造を描き、中央部分では省略してある。
【０１１１】
図１１は、第１グレーティング部５１０及び第２グレーティング部５１２からのブラッグ反射に対応する反射スペクトルを示す。横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛ってある。Ｐ１及びＰ２で示すピークは、それぞれ、第１グレーティング部５１０及び第２グレーティング部５１２からのブラッグ反射に対応する。この図１１に示す反射スペクトルの中で、０πと示した曲線が、図９において説明した工程Ｂにおいて、紫外光照射を行なう直前に観測される反射スペクトルである。
【０１１２】
図１１中で、０π、０．２π、０．３π、０．４π、０．４６π、０．５２π、０．５６π、０．６πと示したパラメータは、上述の工程Ｂにおいて、紫外光を照射する直前における位相調整部５１６の光学長を基準にして、紫外光を照射することによって位相調整部５１６の部分の屈折率が増大するために変化する、光学長の変化量を示す。すなわち、光ファイバ中を伝播する光の波長λに相当する長さを２πに対応させた位相量で示した値である。ここの値をパラメータにとって、紫外光の照射量を増やしていった場合の、反射スペクトルの変化する様子を重ねて示した。
【０１１３】
ピークＰ１及びＰ２をもつメインローブの両側に、Ａ及びＢと示した波長の領域にサイドローブが複雑な形状で存在するが、この点については後述することとして、ここでは、ボトムｂ１２の変化の様子が重要である。そこで、図１２に、工程Ｂにおいて観測される反射スペクトルのボトムｂ１２の部分の変化の様子を拡大して示す。
【０１１４】
図１２の横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛ってある。図１２中で、各反射スペクトルを示す曲線を区別しやすいように、各反射スペクトルを示す曲線の上に〇あるいは△等で印をつけてある。位相調整部５１６の光学長が、紫外光の照射によって、位相調整部５１６の部分の屈折率が増大するために０π、０．２π、０．３π、０．４π、０．４６πと増大するにつれて、ボトムの光強度は減少し、ここから更に０．５２π、０．５６π、０．６πと増大するにつれて、ボトムの光強度は、増大する。すなわち、位相調整部５１６の光学長が、位相差にして０．４６π変化した（伸びた）段階で、紫外光の照射を終了すれば、所望の反射スペクトルが得られる光ファイバグレーティングが形成できることを意味する。
【０１１５】
位相差にして０．４６π変化した段階で、紫外光の照射を終了すれば、ピーク位置Ｐ１とＰ２の間にあるボトムｂ１２の光強度を最小にすることができ、Ｐ１とＰ２とにピークをもつメインローブを最もよく分離できる。すなわち、紫外光照射の終了時点を決める、反射光のスペクトルの所望の形状とは、ボトムの光強度が最小となりメインローブを最もよく分離できる形状を意味する。
【０１１６】
上述したように、図９を参照して説明した、位相調整工程（工程Ｂ）を終了する時点とは、位相調整部５１６の光学長が、位相差にして０．４６π変化した段階である。この終了する時点は、図９（Ｂ）を参照して説明したように、反射光測定装置によって反射スペクトルを観測しつつ、紫外光（第２の光）を照射することによって確定することができる。
【０１１７】
図１３は、第１グレーティング部５１０、第２グレーティング部５１２及び第３グレーティング部５１４からのブラッグ反射に対応する反射スペクトルを示す。横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛ってある。Ｐ１、Ｐ２及びＰ３で示すピークは、それぞれ、第１グレーティング部５１０、第２グレーティング部５１２及び第３グレーティング部５１４からのブラッグ反射に対応する。この図１３に示す反射スペクトルの中で、０πと示した曲線が、図９において説明した工程Ｄにおいて、紫外光照射を行なう直前に観測される反射スペクトルである。
【０１１８】
図１３中で、０π、０．２π、０．４π、０．４１π、０．４２π、０．４３π、０．４４πと示したパラメータは、上述の工程Ｄにおいて、紫外光を照射する直前における位相調整部５１８の光学長を基準にして、紫外光を照射することによって位相調整部５１８の部分の屈折率が増大するために変化する光学長を位相量に換算して示した値である。ここの値をパラメータにとって、紫外光の照射を続けた場合の、反射スペクトルの変化する様子を重ねて示した。
【０１１９】
メインローブＰ１、Ｐ２及びＰ３の両側に、Ａ’及びＢ’と示した波長の領域にサイドローブが複雑な形状で存在するが、この点については後述することとして、ここでは、ボトムｂ１２及びｂ２３の変化の様子が重要である。そこで、図１４に、工程Ｄにおいて観測される反射スペクトルのボトムｂ１２及びｂ２３の部分を拡大して示す。図１４にボトムｂ１２部分の拡大図ａおよびボトムｂ２３部分の拡大図ｂをそれぞれ示す。
【０１２０】
図１４の横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛ってある。図１４中で、各反射スペクトル曲線を区別しやすいように、各反射スペクトル曲線の上に〇あるいは△等で印をつけてある。
【０１２１】
位相調整部５１８の光学長が、紫外光の照射によって、位相調整部５１８の部分の屈折率が増大するために０π、０．２π、０．４πと増大する（伸びる）につれて、ボトムｂ１２及びｂ２３の光強度は共に減少し、ここから更に０．４１π、０．４２π、０．４３πと、増大するにつれて、ボトムｂ１２の光強度は増大し、ボトムｂ２３の光強度は、ほとんど変化しない。
【０１２２】
すなわち、位相調整部５１８の光学長が、位相差にして０．４π変化した段階で、紫外光の照射を終了すれば、所望の反射スペクトルが得られる光ファイバグレーティングが形成できることを意味する。位相差にして０．４π変化した段階で、紫外光の照射を終了すれば、ピーク位置Ｐ１とＰ２の間にあるボトムｂ１２の光強度を最小にすることができ、Ｐ１とＰ２とにピークをもつメインローブを最もよく分離でき、かつＰ２とＰ３とにピークをもつメインローブも最もよく分離できる。
【０１２３】
図９を参照して説明した、位相調整工程（工程Ｄ）を終了する時点とは、位相調整部５１８の光学長が、位相差にして０．４π変化した段階である。この終了する時点は、図９（Ｄ）を参照して説明したように、反射光測定装置によって反射スペクトルを観測しつつ、紫外光（第２の光）を照射することによって確定することができる。
【０１２４】
＜第２の実施の形態＞
図１、図９及び図１５乃至図２３を参照して、この発明の第２の実施の形態である光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。この方法も、第１の実施の形態と同様にグレーティング形成工程と、位相調整工程とからなるが、グレーティング形成工程が、第１の実施の形態と異なる。
【０１２５】
図１に示すような、第１グレーティング部１４と第２グレーティング部１６とからなる光ファイバグレーティング１２を例にして説明する。第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６は、図９を参照して既に説明したように、工程Ａにおいて、位相格子２１４及び２１６を使用して形成される。こうして形成されるグレーティング部の屈折率構造を、第１グレーティング部１４を例にとって説明する。第２グレーティング部１６においても以下に説明する事情は、同じである。
【０１２６】
図１５（Ａ）は、第１の実施の形態における、第１グレーティング部１４の屈折率分布構造を表している。図１５（Ａ）において、横軸は光ファイバの長さ方向の寸法（位置座標）を、及び縦軸は屈折率の変化量（Δｎ）をそれぞれ定性的に表している。光誘起屈折率変化現象を引き起こす光ファイバの、紫外光（第１の光）が照射された部分の実効屈折率はｎ＋Δｎと表される。ここに、ｎは紫外光が照射されていない部分の実効屈折率を表し、Δｎは、紫外光を照射したために増加した屈折率分を示している。
【０１２７】
図１５（Ａ）中で、Ｓ及びＥで示した位置が、それぞれ第１グレーティング部１４の一端及び他端に対応する。すなわち、図１において、Ｓ及びＥと示した位置に対応した位置である。また、屈折率の変化量（Δｎ）の極大と極小の差で与えられる振幅を、以後において、グレーティング部の長さ方向に沿った屈折率変調度という。
【０１２８】
図９を参照して説明した工程Ａにおいて形成されるグレーティング部の屈折率構造は、その屈折率変調度が、グレーティング部の全体にわたって一定である。屈折率変調度が、図１５（Ａ）に示すように、グレーティング部全体にわたって一定であるブラッググレーティングの反射スペクトルは、図１６（Ａ）に示すような形状となる。図１６（Ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）を表し、及び縦軸は反射率（ｄＢ）を表している。
【０１２９】
図１６（Ａ）において、波長１５５１  ｎｍ付近に現れているピークＰ１４  及びＰ１６は、それぞれ、図１で示す第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６からの反射スペクトルのピークである。ただし、λ１＜λ２  すなわち、Λ１＜Λ２  であるとする。図１６（Ａ）において、５１０及び５１２で示す波長領域の部分はサイドローブと称される複数のピークの集合である。このサイドローブは、光ファイバグレーティングを光分波器等として利用する場合に、切り分けるべき波長の光を完全には切り分けられない事態を招来する。
【０１３０】
上述したサイドローブは、次のようにグレーティング部の屈折率分布構造を、形成することで、抑圧できることが知られている。すなわち、このグレーティング部の両端に近いほど、屈折率変調度を小さく形成する。このように、グレーティング部の両端に近いほど、屈折率変調度を小さく形成することをアポダイズと称する。
【０１３１】
以下の説明において、図１で示す第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６がアポダイズされたブラッググレーティングであるとする。
【０１３２】
図１５（Ｂ）に、アポダイズされたグレーティング部の屈折率分布構造を表す。図１５（Ｂ）において、横軸は光ファイバの長さ方向の寸法（位置座標）を、及び縦軸は屈折率の変化量（Δｎ）をそれぞれ定性的に表している。図１５（Ｂ）中で、横軸のＳ’及びＥ’で示した位置が、それぞれアポダイズされたグレーティング部の一端及び他端にそれぞれ対応する。例えば、図１において、Ｓ’及びＥ’で示した位置である。図１５（Ｂ）に示すように、横軸のＳ’及びＥ’と示した位置に近いほど、グレーティング部の中央領域に比べて屈折率の変化量（Δｎ）がより小さくなるので、グレーティング部の両端で中央領域よりも、屈折率変調度が小さくなるように形成されていることが分かる。
【０１３３】
屈折率変調度が、図１５（Ｂ）に示すように、グレーティング部の両端に近いほど小さく形成されているブラッググレーティングの反射スペクトルは、図１６（Ｂ）に示すような形状となる。図１６（Ｂ）においても、図１６（Ａ）と同様に、横軸は波長（ｎｍ）を表し、及び縦軸は反射率（ｄＢ）を表している。
【０１３４】
グレーティング周期は、アポダイズされていない場合と同じ、第１グレーティング部１４の周期がΛ１であり、第２グレーティング部１６の周期がΛ２であるとし、かつλ１＜λ２、すなわち、Λ１＜Λ２、であるとする。
【０１３５】
図１６（Ｂ）において、波長１５５１  ｎｍ付近に現れているピークＰ１４’  及びＰ１６’は、それぞれ第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６からの反射スペクトルのピークである。図１６（Ｂ）においては、図１６（Ａ）において存在した５１０及び５１２で示してサイドローブと称される、複数のピークが存在しない。しかし、アポダイズされたブラッググレーティングからの反射スペクトルは、そのメインローブの半値全幅が広くなる。このことを反映して、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）とにおいて、反射スペクトルのボトムＢ４６とボトムＢ４６’とを比較すると、ボトムＢ４６は反射率が−１６ｄＢ程度であるのに対して、ボトムＢ４６’の反射率は、−１４ｄＢ程度であるので、光強度が大きい。すなわち、このために、第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６からの反射スペクトルのピークからの反射光を明確に分離できない事態となる。
【０１３６】
すなわち、アポダイズされたブラッググレーティングを形成することで、図１６（Ａ）において存在した５１０及び５１２で示すサイドローブと称される複数のピークが存在しなくなる。そのため、光ファイバグレーティングを光分波器等として利用する場合に、切り分けるべき波長の光を完全には切り分けられないという事態は解決する。しかし、反射スペクトルのボトムＢ４６’の光強度が大きくなり、このために第１グレーティング部１４及び第２グレーティング部１６からの反射スペクトルのピークからの反射光を明確に分離できないという問題が発生する。
【０１３７】
そこで、第１の実施形態と同様に、位相調整工程において反射スペクトルのボトムにおける光強度を低減することを試みる。
【０１３８】
図１７、図１８及び図１５を参照して、第２の実施の形態における、アポダイズされたグレーティング部を有する光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。
【０１３９】
まず、図１７及び図１５を参照して、ブラッググレーティングのアポダイズの原理を説明する。図１７において、横軸に光ファイバの長さ方向の寸法（位置座標）を、及び縦軸に透過率を任意スケールでとってある。仮に、ここでは、グレーティング部の長さをＬとする。図１７は、グレーティングの屈折率構造にアポダイズを施すために利用する、透過率分布マスクの透過率特性を示す図である。透過率分布マスクは、紫外光の透過率がグレーティング部の中央部（図中、Ｍで示す部分）において最大となり、かつこのグレーティング部の両端（図中、Ｓ’及びＥ’で示す部分）で最小となる、次式（４）で表される余弦関数型の透過特性を有する。
【０１４０】
１−ｃｏｓ（２π／Ｌ）ｘ          （４）
ただし、光ファイバの長さ方向、すなわち、中心軸の方向をｘ軸にとってある。図１７中、Ｓ’及びＥ’で示す部分は、図１で示す光ファイバグレーティングのＳ’及びＥ’で示す部分に対応する。
【０１４１】
位相格子と、この余弦関数型の透過特性を有する透過率分布マスクとを重ねて、グレーティング形成工程で紫外光露光時のマスクとして利用する。このようにすることで、透過率分布マスクによって、グレーティング部の両端に近いほど紫外光強度が小さくなる。このことによって、位相格子によるマスクによって形成される紫外光の強度変調度もグレーティング部の両端に近いほど小さくなる。もちろん、位相格子のみをマスクとして用いて露光して、その後に再び透過率分布マスクをマスクとして露光するという手順、すなわち二段階に分けて露光してもよい。位相格子と透過率分布マスクとを重ねてマスクとして露光するか、別々に二段階に分けて露光するか、何れの手法を用いるかは、製造工程の設計上の問題である。
【０１４２】
紫外光の強度変調度とは、位相格子によって光ファイバのコアに形成される紫外光の干渉縞の暗い部分と明るい部分との強度差をいう。すなわち、グレーティング部の両端に近いほど上述の干渉縞の明るい部分の紫外光強度が小さくなることを意味する。したがって、図１５（Ｂ）に示すような屈折率分布構造を持つブラッググレーティングが形成できる。
【０１４３】
次に、図１８を参照して、この発明の第２の実施形態である、アポダイズされたブラッググレーティングを具える、光ファイバグレーティングの製造方法を説明する。この製造方法も、第１の実施の形態における、光ファイバグレーティングの製造方法と同様に、グレーティング形成工程と、位相調整工程とからなる。位相調整工程は、第１の実施の形態における、光ファイバグレーティングの製造方法と同様であるが、グレーティング形成工程が一部相違する。
【０１４４】
図１８（Ａ）は、第１グレーティング部３２６及び第２グレーティング部３２８とを、第１位相調整部３３０となる部分を確保して形成する、アポダイズされたグレーティング形成工程（工程Ａ’）を説明する図である。光ファイバグレーティングを形成するために用いる光ファイバは、ゲルマニウム添加の石英ガラスからなるコア３１０と、コア３１０より低屈折率のガラス材料からなるクラッド３１２から構成されている。
【０１４５】
図１８（Ａ）に示すように第１グレーティング部３２６を形成する部分に位相格子３１４と透過率分布マスク３５０とを重ね、また、第２グレーティング部３２８を形成する部分に位相格子３１６と透過率分布マスク３５２とを重ねる。この構成例では、光ファイバ側から位相格子及び透過率分布マスクの順に配置させている。また、隣接する位相格子３１４及び３１６を、第１位相調整部となる間隙３３０をあけて、配置する。第１の実施の形態におけるグレーティング形成工程と異なる点は、位相格子のみならず透過率分布マスクを重ねて用いる点にある。グレーティング部が形成される箇所以外の部分は、遮光マスク３１８、３２０及び３２２を設置して光ファイバに向かう光を遮光できるようにして、この状態で、図１８（Ａ）に示す上方から紫外光３２４（第１の光）を照射する。このことによって、上述したアポダイズされたブラッググレーティングが、第１グレーティング部３２６及び第２グレーティング部３２８の箇所に、形成できる。位相格子のみならず透過率分布マスクを重ねて用いること以外には、第１の実施の形態で説明した工程Ａと同一であるので、詳細な説明を省略する。
【０１４６】
グレーティング形成工程（工程Ａ’）に引き続いて位相調整工程Ｂを実施する（図１８においてはこの工程Ｂを省略してある。）。ここでは第１の実施の形態における工程Ｂと区別するために、第２の実施の形態におけるこの工程に対応する工程を工程Ｂ’とする。
【０１４７】
図９を参照して説明したとおり、工程Ｂ’においても第１位相調整部３３０を除く部分に遮光マスクを設定する。これら遮光マスクを設定したら、第１グレーティング部３２６及び第２グレーティング部３２８からの反射光のスペクトルを反射光測定装置によって観測しながら、紫外光（第２の光）を照射し、反射光スペクトルが所望の形状なった時点で紫外光の照射を終了する。このようにして、図９を参照して説明したように位相調整工程Ｂ’を終了する。
【０１４８】
図１８（Ｂ）は、第３グレーティング部３４８を、第２グレーティング部３２８との間に、第２位相調整部３４６となる部分を確保して形成する、周期的屈折率変調工程（工程Ｃ’）を説明する図である。第３グレーティング部３４８を形成する場所に、位相格子３４０及び透過率分布マスク３５４を重ねて設置して、これ以外の場所には、遮光マスク３３６及び３３８を設置して光ファイバに向かう光を遮光できるようにする。この状態で、図１８（Ｃ）に示す上方から紫外光３４４（第１の光）を照射する。この工程Ｃ’によって、第３グレーティング部３４８が、第２位相調整部３４６となる部分を確保して形成される。
【０１４９】
この工程においても、第１の実施の形態におけるグレーティング形成工程と異なる点は、位相格子のみならず透過率分布マスクを重ねて用いる点にあることは、上述した工程Ａ’における事情と同一であるので、説明を省略する。
【０１５０】
この工程Ｃ’を終えたならば、図９において説明した位相調整工程Ｄを実施する（図１８においてはこの工程Ｄを省略してある。）。ここでは第１の実施の形態における工程Ｄと区別するために、第２の実施の形態におけるこの工程に対応する工程を工程Ｄ’とする。
【０１５１】
図９において説明したとおり、工程Ｄ’においても、位相調整部を除く部分に遮光マスクを設定する。これら遮光マスクを設定したら、第１グレーティング部３２６、第２グレーティング部３２８及び第３グレーティング部３４８からの反射光のスペクトルを反射光測定装置によって観測しながら、紫外光（第２の光）を第２位相調整部３４６に照射し、反射光スペクトルが所望の形状なった時点で紫外光の照射を終了する。このようにして、図９を参照して説明したように位相調整工程Ｄ’を終了する。
【０１５２】
上述したように、コアに紫外光の照射によって屈折率が上昇する素材が用いられている光ファイバを用いて、アポダイズされたブラッググレーティング部を有する光ファイバレーティングを製造するには、グレーティング形成工程Ａ’及びグレーティング形成工程Ｃ’において、位相格子のみならず透過率分布マスクを重ねて用い、紫外光を照射すればよい。
【０１５３】
上述した第２の実施の形態における方法で形成される光ファイバグレーティングの構造と、その光学的特性について説明する。第１の実施の形態において説明したのと同様に、ここでも、具体的な光ファイバグレーティングを例にして、その屈折率分布構造とその反射スペクトルの形状との関係を、及び位相調整工程におけるその反射スペクトル形状の変化の様子を、シミュレーションの結果を用いて説明する。このシミュレーションの結果を通して、この発明の効果を説明する。
【０１５４】
使用する光ファイバは、第１の実施の形態と同様、コア径が４μｍで、波長１．５５３  ｎｍの光に対する屈折率が１．４５１１である、ゲルマニウム添加の石英ガラスで形成されており、クラッドは、波長１．５５３  ｎｍの光に対する屈折率が１．４４５である石英ガラスで形成されている。この光ファイバを基本モードで伝播する波長１．５５３  ｎｍの光に対する実効屈折率は、１．４４７８３である。
【０１５５】
グレーティング部は三箇所に形成され、その各グレーティング部の光ファイバの中心軸に沿った長さは、４．８  ｍｍであり、グレーティング部の屈折率変調度は余弦関数でアポダイズされている。すなわち、グレーティング部の屈折率を与える曲線の包絡線が余弦関数となっている。この包絡線は、上述の式（４）で与えられる。
【０１５６】
また、位相調整部の光ファイバの中心軸に沿った幾何学的長さは、１．８  ｍｍである。光ファイバグレーティングは、第１グレーティング部、第２グレーティング部及び第３グレーティング部の順に配置されており、それぞれのブラッググレーティングの周期Λ１、Λ２及びΛ３はそれぞれ、Λ１＝０．５３５５３μｍ、Λ２＝０．５３５６７μｍ及びΛ３＝０．５３５８１μｍである。したがってそれぞれのブラッグ波長λ１、λ２及びλ３は、λ１＜λ２＜λ３の関係にある。
【０１５７】
シミュレーションをした光の波長の範囲は、１５４８  ｎｍから１５５４  ｎｍの範囲であり、この広さ６  ｎｍ幅の範囲を１００等分した各波長において、反射光強度を計算し、反射スペクトルの形状を求めた。
【０１５８】
図１９に、第２の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布構造を示す。横軸は光ファイバグレーティングの長さ方法の寸法をｍｍ単位で目盛ってある。縦軸は光ファイバグレーティングの実効屈折率の変化量Δｎの値を示す。実効屈折率の変化量Δｎは、第１の実施の形態と同様に、Δｎ＝２．０×１０−４である。屈折率変調度Δｎは、最大がΔｎ＝４．０×１０−４、最小がΔｎ＝０であり、平均がΔｎ＝２．０×１０−４でかつ極大極小の位置を連ねる包絡線が上述の式（４）で与えられる形状である。
【０１５９】
第２の実施の形態における光ファイバグレーティングは、第１グレーティング部５３０、第１位相調整部５３６、第２グレーティング部５３２、第２位相調整部５３８及び第３グレーティング部５３４が、この順序で形成される。第１グレーティング部５３０は、横軸上で０  ｍｍから４．８  ｍｍの間に、第２グレーティング部５３２は、横軸上で６．６  ｍｍから１１．４  ｍｍの間に、及び第３グレーティング部５３４は、横軸上で１３．２  ｍｍから１８．０  ｍｍの間に、それぞれ形成される。また、第１位相調整部５３６は、横軸上で、４．８  ｍｍから６．６  ｍｍの間に、及び第２位相調整部５３８は、横軸上で、１１．４  ｍｍから１３．２  ｍｍの間に、それぞれ形成される。
【０１６０】
第１、第２及び第３グレーティング部の屈折率構造は、極大極小の位置が、包絡線で挟まれた正弦曲線形状の細かな構造として、各グレーティング部の存在する場所全てに形成されるが、それぞれのグレーティング部の両端部分のみの構造を描き、中央部分では省略してある。
【０１６１】
図２０は、第１グレーティング部５３０及び第２グレーティング部５３２からのブラッグ反射に対応する反射スペクトルを示す。横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛ってそれぞれ示してある。Ｐ４及びＰ５で示すピークは、それぞれ、第１グレーティング部５３０及び第２グレーティング部５３２からのブラッグ反射に対応する。この図２０に示す反射スペクトルの中で、０πと示した曲線が、上述した工程Ｂ’における位相調整部５３６に、紫外光照射を行なう直前に観測される反射スペクトルである。
【０１６２】
図２０中で、０π、０．０２π、０．０４π、０．０６π、０．０８π、０．１π、０．１１π、０．１２πと示したパラメータは、紫外光を照射する直前における位相調整部５３６の光学長を基準にして、紫外光を照射することによって位相調整部５３６の部分の屈折率が増大するために変化する、光学長の変化量を示す。すなわち、光ファイバ中を伝播する光の波長λに相当する長さを２πに対応させた位相量で示した値である。図２０には、これらの値をパラメータにとって、紫外光の照射量を増やしていった場合の、反射スペクトルの変化する様子を重ねてして示した。
【０１６３】
ピークＰ４及びＰ５をもつメインローブの両側には、第１の実施の形態の光ファイバグレーティングとは異なり、サイドローブが存在しない。また、ボトムｂ４５の変化の様子が、第１の実施の形態において重要であったのと同様に重要である。そこで、図２１に、位相調整部５３６に紫外光照射を行なう工程において観測される反射スペクトルのボトムｂ４５の部分の変化の様子を拡大して示す。
【０１６４】
図２１の横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛って示してある。図２１中で、各反射スペクトルを示す曲線を区別しやすいように、各反射スペクトルを示す曲線の上に〇あるいは△等で印をつけてある。位相調整部５３６の光学長が、紫外光の照射によって、位相調整部５３６の部分の屈折率が増大するために０π、０．０２π、０．０４π、０．０６π、０．０８π、０．１π増大するにつれて、ボトムの光強度は減少し、ここから更に０．１１π、０．１２πと増大するにつれて、ボトムの光強度は、増大する。すなわち、位相調整部５３６の光学長が、位相差にして０．１π変化した（伸びた）段階で、紫外光の照射を終了すれば、所望の反射スペクトルが得られる光ファイバグレーティングが形成できることを意味する。
【０１６５】
位相差にして０．１π変化した段階で、紫外光の照射を終了すれば、ピーク位置Ｐ４とＰ５の間にあるボトムｂ４５の光強度を最小にすることができ、Ｐ４とＰ５とにピークをもつメインローブを最もよく分離できる。すなわち、紫外光照射の終了時点を決める、反射光のスペクトルの所望の形状とは、ボトムの光強度が最小となりメインローブを最もよく分離できる形状を意味する。
【０１６６】
上述したように、図９を参照して説明した、位相調整工程（工程Ｂ’）を終了する時点とは、位相調整部５３６の光学長が、位相差にして０．１π変化した段階である。この終了する時点は、図９（Ｂ）を参照して説明したように、反射光測定装置によって反射スペクトルを観測しつつ、紫外光を照射することによって確定することができる。
【０１６７】
図２２は、第１グレーティング部５３０、第２グレーティング部５３２及び第３グレーティング部５３４からのブラッグ反射に対応する反射スペクトルを示す。横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛って示してある。Ｐ４、Ｐ５及びＰ６で示すピークは、それぞれ、第１グレーティング部５３０、第２グレーティング部５３２及び第３グレーティング部５３４からのブラッグ反射に対応する。この図２２に示す反射スペクトルの中で、０πと示した曲線が、位相調整部５３８に、紫外光照射を行なう直前に観測される反射スペクトルである。図２２中で、０π、０．１π、０．１１π、０．１２π、０．１４πと示したパラメータは、位相調整部５３８に紫外光を照射することによって位相調整部５３８の部分の屈折率が増大するために変化する光学長を位相量に換算して示した値である。ここの値をパラメータにとって、紫外光の照射を続けた場合の、反射スペクトルの変化する様子を重ねて示した。
【０１６８】
メインローブＰ４、Ｐ５及びＰ６の両側には、第１の実施の形態の光ファイバグレーティングとは異なり、サイドローブが存在しない。また、ボトムｂ４５及びボトムｂ５６の変化の様子が、第１の実施の形態において重要であったのと同様に重要である。そこで、図２３に、反射スペクトルのボトムｂ４５及びｂ５６の部分を拡大して示す。図２３にボトムｂ４５部分の拡大図ａおよびボトムｂ５６部分の拡大図ｂをそれぞれ示す。
【０１６９】
図２３の横軸は、波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は、反射率をｄＢで目盛って示してある。図２３中で、各反射スペクトル曲線を区別しやすいように、各反射スペクトル曲線の上に〇あるいは△等で印をつけてある。
【０１７０】
位相調整部５３８の光学長が、紫外光の照射によって、位相調整部５３８の部分の屈折率が増大するために０π、０．１π、０．１１πと増大する（伸びる）につれて、ボトムｂ５６の光強度は減少し、ここから更に０．１２π、０．１４πと、増大するにつれて、ボトムｂ５６の光強度は増大する。一方、ボトムｂ４５の強度は、０π、０．１π、０．１１π、０．１２π、０．１４πと、増大するにつれて、減少している。したがって、位相調整部５３８の部分の光学長が、０．１１πになった時点で、紫外光の照射を終了すれば、所望の反射スペクトルが得られる光ファイバグレーティングが形成できる。
【０１７１】
ボトムｂ４５の光強度は、０π、０．１π、０．１１π、０．１２π、０．１４πと、増大するにつれて、減少しており、こちらのボトムの光強度のみに注目すれば、０．１１πになった時点で、紫外光の照射を終了するより、更に光学長が伸びた時点で紫外光の照射を終了するほうが望ましい。しかし、ボトムｂ５６の光強度がボトムｂ４５の光強度に比べて強いので、ボトムｂ５６の光強度が最小となる位相調整部５３８の部分の光学長の変化が０．１１πになった時点で、紫外光の照射を終了するのが、望ましい。
【０１７２】
上述したように、図９を参照して説明した位相調整工程（工程Ｄ’）を終了する時点とは、位相調整部５３８の光学長が、位相差にして０．１１π変化した段階である。この終了する時点は、図９（Ｄ）を参照して説明したように、反射光測定装置によって反射スペクトルを観測しつつ、紫外光を照射することによって確定することができる。
【０１７３】
【発明の効果】
上述した説明からも明らかなように、位相調整工程において、光ファイバグレーティングからの反射スペクトルのボトムにおける光強度を観測しながら、位相調整部のみに紫外光を時間的に連続して照射すれば、このボトムにおける光強度が最小になる時点を判定できる。ボトムにおける光強度が最小になった時点で、紫外光の照射を終了すれば、反射スペクトルにおけるボトム波長の光強度が十分に小さい特性を有する光ファイグレーティングを製造できる。
【０１７４】
また、反射スペクトルのメインローブの両側に現れるサイドローブを抑圧するために、光ファイバグレーティングのグレーティング部の屈折率変調度を、アポダイズされたグレーティング部を有する光ファイバグレーティングに対しても、この発明の位相調整工程を実施することで、反射スペクトルにおける、ボトム波長の光強度が十分に小さい特性を有する光ファイグレーティングを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバグレーティングの構造の説明に供する図である。
【図２】光ファイバグレーティングの形成方法の説明に供する図である。
【図３】多波長光源ユニットの動作原理の説明に供する図である。
【図４】（Ａ）は多波長光源ユニットの光源のスペクトルを表す図であり、（Ｂ）は多波長光源ユニットからの出力光のスペクトルを表す図である。
【図５】多波長光源ユニットからの出力光のスペクトルの説明に供する図である。
【図６】時間拡散波長ホップ方式のＯＣＤＭシステムについての説明に供する図である。
【図７】光搬送波の時間軸上での関係の説明に供する図である。
【図８】光ファイバグレーティングによるフィルタリングの説明に供する図である。
【図９】光ファイバグレーティングの製造工程の説明に供する図である。
【図１０】第１の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布構造を表
す図である。
【図１１】工程Ｂにおいて観測される反射スペクトルを表す図である。
【図１２】工程Ｂにおいて観測される反射スペクトルのｂ１２部分の拡大図である。
【図１３】工程Ｄにおいて観測される反射スペクトルを表す図である。
【図１４】工程Ｄにおいて観測される反射スペクトルの拡大図であり、ａはｂ１２部分の拡大図、ｂはｂ２３部分の拡大図である。
【図１５】ブラッググレーティングのアポダイズの原理の説明に供する図である。
【図１６】光ファイバグレーティングの反射スペクトルを表す図である。
【図１７】透過率分布マスクの透過率特性を表す図である。
【図１８】アポダイズされた光ファイバグレーティングの製造工程の説明に供する図である。
【図１９】第２の実施の形態における光ファイバグレーティングの屈折率分布構造を表す図である。
【図２０】工程Ｂ’において観測される反射スペクトルを表す図である。
【図２１】工程Ｂ’において観測される反射スペクトルのｂ４５部分の拡大図である。
【図２２】工程Ｄ’において観測される反射スペクトルを表す図である。
【図２３】工程Ｄ’において観測される反射スペクトルの拡大図でり、ａはｂ４５部分の拡大図、ｂはｂ５６部分の拡大図である。
【符号の説明】
１０、２２、２１０、２３２、２４８、２６４、３１０、３３２：コア
１１、２４、２１２、２３４、２５０、２６６、３１２、３３４：クラッド
１２、３４：光ファイバグレーティング
１４、２２６、３２６：第１グレーティング部
１６、２２８、３２８：第２グレーティング部
１８：位相調整部
２０、９０：光ファイバ
２６、２１４、２１６、２５２、３１４、３１６、３４０：位相格子
３０：広帯域スペクトル光源
３２、２４５、２７８：光サーキュレータ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ：グレーティング部
４２ａ、４２ｂ、６２ａ、６２ｂ、８２ａ、８２ｂ：間隙
４４、６４、８４：入射端
４６、６６、８６：終端
４８：多波長光源ユニット
５０：送信機
５２：光源
５４：光変調器
５８：第１の光サーキュレータ
６０：第１の光ファイバグレーティング
７０：受信機
７２：第２の光サーキュレータ
７６：フォトディテクタ
７８：閾値素子
８０：第２の光ファイバグレーティング
２１８、２２０、２２２、２３６、２３８、２５４、２５６、２６８、２７０、３１８、３２０、３２２、３３６、３３８：遮光マスク
２３０、３３０：第１位相調整部
２４６、２７９：光強度測定装置
２４７、２８０：反射光測定装置
２６０、３４６：第２位相調整部
２６２、３４８：第３グレーティング部
３５０、３５２、３５４：透過率分布マスク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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