(57)【要約】【解決手段】紫外線レーザビーム３を位相マスク５を介して光ファイバ１のコア２に照射してＦＢＧ６を形成する際に、紫外線レーザビーム３を光ファイバ１の長手軸方向に移動させると共に、光ファイバ１と位相マスク５の少なくともどちらか一方を光ファイバ１と位相マスク５の距離が変化する方向に移動させる。位相マスク５と光ファイバ１の距離が変化する方向は、光ファイバ１の長手軸方向に対して垂直な方向であってもよく、また位相マスク５若しくは光ファイバ１の移動は、位相マスク５と光ファイバ１とを離した状態から所定の距離まで近づけ、次いで再び離すように移動させるようにしてもよい。【効果】ＦＢＧ６に高コントラストな部分と低コントラストな部分を形成することができ、完全アポダイズのＦＢＧを形成することができる。【選択図】        図２
2004170476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線レーザビームを位相マスクを介して光ファイバに照射し、前記光ファイバのコアにブラッグ・グレーティングを形成する方法において、前記紫外線レーザビームを前記光ファイバの長手軸方向に移動させると共に前記位相マスク若しくは前記光ファイバの少なくとも一方を前記位相マスクと前記光ファイバの距離が変化する方向に移動させることを特徴とするファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項２】
前記位相マスクと前記光ファイバの距離が変化する方向は前記光ファイバの長手軸方向に対して垂直な方向であることを特徴とする請求項１記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項３】
前記位相マスク若しくは前記光ファイバの移動は前記位相マスクと前記光ファイバとを離した状態から所定の距離まで近づけ、次いで再び離すように移動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項４】
前記位相マスクと前記光ファイバを最も近づけたときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項５】
前記位相マスクと前記光ファイバを最も近づけたときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の２分の１以下とすることを特徴とする請求項４記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項６】
前記位相マスクと前記光ファイバを最も離したときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の２倍以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項７】
前記位相マスクと前記光ファイバを最も離したときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の４倍以上とすることを特徴とする請求項６記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項８】
前記紫外線レーザビームの移動距離と前記位相マスクの移動距離とを調整することにより、前記光ファイバのコアに任意の屈折率変調強度分布を形成することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【請求項９】
前記紫外線レーザビームの移動距離と前記位相マスクの移動距離とを調整することにより前記光ファイバのコアにアポダイズ・ブラッグ・グレーティングを形成することを特徴とする請求項８記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバのコアにファイバ・ブラッグ・グレーティングを形成する方法に係り、特に光ファイバの長手方向の屈折率変調強度分布をアポダイズ処理などして調整することにより反射帯域近傍のサイドローブを抑制したファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年光ファイバに関する応用製品の開発が活発に行われてきており、この中で様々な光デバイスが提案されてきている。この光デバイスの一種であるファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ、以下「ＦＢＧ」という）はＤＷＤＭフィルタや分散補償素子あるいは歪や温度、水位等の検出を行う光センサとしての適用が期待されている。
【０００３】
ＦＢＧの形成は、通常光ファイバのコアに位相マスクを介して紫外線レーザビームを照射してブラッグ・グレーティング（Ｂｒａｇｇ格子）を書き込むことにより行われている（例えば、特許文献１参照）。即ち、紫外線レーザビームを位相マスクに照射すると位相マスクによる回折を受けて強い±１次の回折光が発生する。この２つの回折光が位相マスクの近傍で干渉して干渉縞を形成する。干渉縞が形成された領域に光ファイバを配置すると干渉縞領域の紫外線の強度分布が光ファイバのコアの屈折率変調強度分布として転写されてＦＢＧが形成される。
【０００４】
ここで、位相マスクは合成石英ガラス基板の片面に例えばλ≒０．５μｍ程度の微小周期の凹凸構造（回折格子）を形成したものである。回折格子は０次、±１次、±２次、・・・と多くの回折光を生成するが、ＦＢＧは±１次回折光が干渉してできる干渉縞を光ファイバに照射することで形成される。格子面の凹凸の深さを調整することで０次回折光を打ち消し、ＦＢＧ形成に有効な１次回折光を最適化した位相マスクが得られる。
【０００５】
ところがこのようなＦＢＧの形成方法において単純にＦＢＧ全長に渡って均一な屈折率変調強度を持たせてしまうとＦＢＧ形成領域の端部で屈折率変調の振幅が急激に変化するため、反射帯域近傍においてサイドローブと呼ばれる複数のピークが生じ、帯域外反射抑圧効果が低下するなどＦＢＧの特性を低下させてしまう。
【０００６】
そこで、サイドローブを抑制し特性の低下を防ぐためにＦＢＧの長手方向の屈折率変調強度分布を釣り鐘型にするなどＦＢＧ形成領域の端部に屈折率変調強度の緩やかな立ち上がり部を与える、いわゆるアポダイズ処理を行うことが提案されている。アポダイズ処理を行う例としては可動スリットにより紫外線レーザビームの照射量プロファイルを制御する方法、釣り鐘型の透過率分布を有するフィルタを用いて紫外線レーザビームの照射量プロファイルを制御する方法、位相マスクを光ファイバの軸方向に振動させてＦＢＧのコントラスト分布（コア中の屈折率変化の明暗の分布）を制御する方法（例えば、特許文献２参照）あるいはアポダイズ位相マスクを用いる方法等が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１４０３１１号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３７０７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
即ち、可動スリットにより紫外線レーザビームの照射量プロファイルを制御する方法では屈折率変調の振幅だけでなく、平均屈折率分布も釣り鐘型になる、いわゆる疑似アポダイズとなり、ＦＢＧにおける平均屈折率分布を一定にしつつ屈折率変調強度のみを釣り鐘型にする完全アポダイズを実現するためには一度疑似アポダイズした後に位相マスクを外して紫外線レーザビームの照射プロファイルが反転するように再度の照射をする必要がある。従って工程が煩雑になる上に一度目と二度目のプロファイルの位置合わせが困難で高品質なＦＢＧを形成することが難しい。
【０００９】
また、釣り鐘型の透過率分布を有するフィルタを用いて紫外線レーザビームの照射量プロファイルを制御する方法では、フィルタの製作が難しく、またＦＢＧの仕様毎にフィルタを製作する必要があるため、結果的にフィルタが高価なものとなり、しかもやはり疑似アポダイズになってしまうという課題があった。
【００１０】
一方、位相マスクを光ファイバの長手軸方向に振動させてＦＢＧのコントラスト分布を制御する方法では、１工程で完全アポダイズを実現できるという利点があるが、位相マスクを光ファイバの長手軸方向に振動させるので、必要な部分のＦＢＧのコントラストも低下しやすいという課題があった。
【００１１】
さらに、アポダイズ位相マスクを用いる方法では、やはり１工程で完全アポダイズが実現でき、再現性が良いという利点を有しているが、ＦＢＧの仕様毎に位相マスクを必要とし、しかもＦＢＧの特性が位相マスクに依存することから高精度に位相マスクを製作しなければならず結果的に高価なものとなってしまうという課題が存在していた。
【００１２】
本発明は紫外線レーザビームと位相マスクを共にそれぞれ光ファイバの長手軸方向に移動させると共に位相マスクと光ファイバとの距離を変化させることにより簡略な工程で完全アポダイズを実現できるＦＢＧの形成方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
紫外線レーザビームを位相マスクを介して光ファイバに照射し、前記光ファイバのコアにブラッグ・グレーティングを形成する方法において、前記紫外線レーザビームを前記光ファイバの長手軸方向に移動させると共に前記位相マスク若しくは前記光ファイバの少なくとも一方を前記位相マスクと前記光ファイバの距離が変化する方向に移動させることを特徴とするファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１４】
〈構成２〉  前記位相マスクと前記光ファイバの距離が変化する方向は前記光ファイバの長手軸方向に対して垂直な方向であることを特徴とする構成１記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１５】
〈構成３〉  前記位相マスク若しくは前記光ファイバの移動は前記位相マスクと前記光ファイバとを離した状態から所定の距離まで近づけ、次いで再び離すように移動させることを特徴とする構成１または構成２に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１６】
〈構成４〉  前記位相マスクと前記光ファイバを最も近づけたときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長以下とすることを特徴とする構成１から構成３までのいずれかの構成に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１７】
〈構成５〉  前記位相マスクと前記光ファイバを最も近づけたときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の２分の１以下とすることを特徴とする構成４記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１８】
〈構成６〉  前記位相マスクと前記光ファイバを最も離したときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の２倍以上とすることを特徴とする構成１から構成３までのいずれかの構成に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００１９】
〈構成７〉  前記位相マスクと前記光ファイバを最も離したときの距離は前記紫外線レーザビームのコヒーレント長の４倍以上とすることを特徴とする構成６記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００２０】
〈構成８〉  前記紫外線レーザビームの移動距離と前記位相マスクの移動距離とを調整することにより、前記光ファイバのコアに任意の屈折率変調強度分布を形成することを特徴とする構成１から構成７までのいずれかの構成に記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００２１】
〈構成９〉  前記紫外線レーザビームの移動距離と前記位相マスクの移動距離とを調整することにより前記光ファイバのコアにアポダイズ・ブラッグ・グレーティングを形成することを特徴とする構成８記載のファイバ・ブラッグ・グレーティングの形成方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。なお、これから説明する各図において同一個所は同一番号で表すこととする。
【００２３】
図１は本発明のＦＢＧの形成方法を表した図である。即ち図１において、屈折率の高いコアとその周囲の屈折率の低いクラッドとからなる光ファイバ１の長手軸と平行な方向から照射された紫外線レーザビーム３はミラー４により９０°曲げられ位相マスク５を介して光ファイバ１のコア２に照射される。このとき矢印で示すようにミラー４を光ファイバ１のコア２に書き込まれるべきＦＢＧ６の長さだけ光ファイバ１の長手軸方向に移動する。このようにすると紫外線レーザビーム３も光ファイバ１の長手軸方向に移動することになるので位相マスク５を介して紫外線レーザビーム３がＦＢＧ６の長さだけコア２に照射されることになる。
【００２４】
そして、同時に紫外線レーザビーム３の移動と共に位相マスク５も矢印で示すように光ファイバ１と位相マスク５の距離が変化する方向に移動するようにする。この時光ファイバ１と位相マスク５の距離が変化する方向は光ファイバ１の長手軸方向に対して垂直な方向に移動させるとＦＢＧの形成効率が良くなる。
【００２５】
ここで、通常通信用のシングルモード光ファイバはＧｅを添加した石英ガラスからなるコアとコアの周囲を覆う純石英ガラスからなるクラッドとから構成されているが、Ｇｅが添加された石英ガラスは紫外線波長域である２４０ｎｍ近傍に強い吸収帯を持ち、この紫外線光を吸収することで準安定な材料欠陥が生成し、屈折率が上昇する。これがＦＢＧを形成する機構である。
【００２６】
ところで、上記図１のＦＢＧの形成方法において、ＦＢＧのコントラストは光ファイバと位相マスクの距離と関係しており、光ファイバと位相マスクとの間の距離が離れるほど低下する。即ち、光ファイバと位相マスクを近接するほど高コントラストなＦＢＧが形成され、離すほど低コントラストなＦＢＧが形成される。従って、紫外線レーザビームを光ファイバの長手軸方向に移動させると共に位相マスクと光ファイバの少なくともどちらか一方を光ファイバ１と位相マスク５の距離が変化する方向に移動させて位相マスクと光ファイバとの間の距離を変えることによりコントラストを変化させたＦＢＧを形成することができる。
【００２７】
図２は本発明のＦＢＧの形成方法をより具体的に説明した図である。
図２において、まず光ファイバ１と位相マスク５を距離Ｌ１だけ離して配置し、紫外線レーザビーム３を光ファイバ１の長手軸方向に矢印で示したように移動させながら光ファイバ１のコア２に照射する（ａ）。
この後紫外線レーザビーム３を光ファイバ１の長手軸方向に移動させると共に位相マスク５を光ファイバ１に距離Ｌ１から徐々に近接させて行き、必要なＦＢＧの長さの中央部分において最大コントラストを得るように距離Ｌ２のところまで近接させる（ｂ）。
次いでさらに紫外線レーザビーム３を光ファイバ１の長手軸方向に移動させながら再び位相マスク５を光ファイバ１から徐々に距離Ｌ１まで離して行き、必要なＦＢＧの長さのところで停止する（ｃ）。
このときＦＢＧは最低コントラストとなる。なお、本図においてはミラーの図示を省略してある。
【００２８】
このような紫外線レーザビーム３の移動と位相マスク５の移動とを必要とするＦＢＧの屈折率変調振幅になるように同期させるなどして調整すれば光ファイバのコアに任意の屈折率変調強度分布を形成することができ、特に図２（ｄ）に示すような完全アポダイズＦＢＧを簡略な工程で形成することができる。なお、本実施の形態では光ファイバを固定して位相マスクを移動させる例を説明したがその逆でも良い。即ち、光ファイバと位相マスクの少なくともどちらか一方を移動させれば同等の効果を得ることができるため特に限定されるものではない。
【００２９】
ここで、最も高コントラストのＦＢＧ部分を得るための光ファイバと位相マスクとの間の距離は紫外線レーザビームのコヒーレント長以下であることが好ましい。これはコヒーレント長より大きい距離では十分な高コントラストのＦＢＧを得ることが難しいためであり、特にコヒーレント長の２分の１以下の距離ならばより望ましい。また、最も低コントラストのＦＢＧ部分を得るためには光ファイバと位相マスクとの間の距離は紫外線レーザビームのコヒーレント長の２倍以上であることが好ましい。これはコヒーレント長の２倍より短い距離では高コントラストの部分と低コントラストの部分の差が明確に出ない虞があるためであり、望ましくはコヒーレント長の４倍以上が良い。
【００３０】
即ち、例示すればコヒーレント長が５００μｍの紫外線レーザビームを用いた場合には、最も高コントラストなＦＢＧ部分を形成するためには光ファイバと位相マスクとの距離は５００μｍ以下が望ましく、できれば２５０μｍ以下が望ましい。また、最も低コントラストなＦＢＧ部分を形成するためには光ファイバと位相マスクとの距離は１ｍｍ以上が望ましく、できれば２ｍｍ以上が望ましい。
【００３１】
また、本発明に用いられる紫外線レーザビームとしては、特に限定されるものではないが、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、アルゴンＳＨＧレーザ（波長２４４ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、銅蒸気レーザ（波長２５５ｎｍ）、ＬＤ励起ＹＡＧ４倍波レーザ（波長２６６ｎｍ）等が挙げられる。
【００３２】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、光ファイバのコアに位相マスクを介して紫外線レーザビームを照射してＦＢＧを形成する際に、紫外線レーザビームを光ファイバの長手軸方向に移動させると共に光ファイバと位相マスクの少なくともどちらか一方も光ファイバと位相マスクの距離が変化する方向に移動させることによりサイドローブを抑制したファイバ・ブラッグ・グレーティングを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＢＧの形成方法を表した図である。
【図２】本発明のＦＢＧの形成方法をより具体的に説明した図である。
【符号の説明】
１    光ファイバ
２    コア
３    紫外線レーザビーム
４    ミラー
５    位相マスク
６    ＦＢＧ
【図１】
2004170476.tif 000003
【図２】
2004170476.tif 000004