(57)【要約】【課題】従来よりも少ない紫外光照射量にて高い屈折率変化を得、性能の優れた光導波路グレーティングを製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】光導波路１に対して水素を拡散させた後、紫外線を干渉露光して高屈折率部４を有するグレーティング部５を形成し、脱水素後に、グレーティング部５全体に紫外線を照射する。これにより、屈折率変調幅を改善することができるので、グレーティング部５の形成が容易かつ確実になり、優れた特性を有する光導波路グレーティングを製造することができる。さらに、干渉露光後、グレーティング部５全体に紫外線を照射する前に、光導波路１を加熱してエージング処理を行うことが好ましい。これにより、一層熱安定性の高い光導波路グレーティングを製造することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に紫外光を照射することにより高屈折率部を有するグレーティング部を形成して光導波路グレーティングを製造する光導波路グレーティングの製造方法において、
該光導波路に対して水素を拡散させた後、紫外線を照射して高屈折率部を有するグレーティング部を形成し、脱水素後に、グレーティング部全体に紫外線を照射することを特徴とする光導波路グレーティングの製造方法。
【請求項２】
グレーティング部の形成後、グレーティング部全体に紫外線を照射する前に、光導波路を加熱してエージング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の光導波路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】
本発明は、紫外光照射により高屈折率部を有するグレーティング部を形成する光導波路グレーティングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等の光導波路グレーティングは、波長選択デバイス等として広く利用されている。従来、この種の光導波路グレーティングは、光導波路内に水素を拡散させた後、紫外光を用いて干渉露光を行い、光導波路のコアの一部に周期的に屈折率変化を誘起して、高屈折率部を有するグレーティング部を形成することによって作製されている。
【０００３】
このように紫外光照射によって形成された高屈折率部には、熱によって屈折率が劣化しやすい不安定な成分と、劣化しにくい安定な成分とが含まれていることが知られており、この内容がＴ．　Ｅｌｄｏｇａｎらによる文献「紫外光誘起ファイバブラッググレーティングの劣化（“Ｄｅｃａｙ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ”）」Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　７６（１），　Ｊｕｌｙ　１９９４において開示されている。
【０００４】
熱的に不安定な成分は環境温度に応じて経時的に劣化するので、光導波路グレーティングの性能の経時的変化をもたらし、長期に亘って運用される通信システムの設計に支障をきたすおそれがある。そこで、この影響を低減するため、光導波路グレーティングを加熱処理することにより、熱的に不安定な成分を除去するようにしている。これをエージング処理と呼んでいる。
図５に、一般的な光導波路グレーティングの製造工程を示す。この製造工程は、水素拡散工程、干渉露光工程、脱水素工程、エージング工程により構成されている。なお、図５に示す脱水素工程とエージング工程は同時に行うこともある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エージング工程を行うと、高屈折率部中の熱的に不安定な成分が除去されることにより、高屈折率部の屈折率が低下する。一般に、エージング工程による屈折率の低下量は、グレーティング部を形成するときの条件の微妙な差異によって異なり、エージング処理前のグレーティングの特性から予測することは難しい。
【０００６】
例えば、図６（ａ）に示すように、各高屈折率部４の間にある低屈折率部６の屈折率がほぼコア２の屈折率に等しくなっている場合と、図６（ｂ）に示すように、低屈折率部６も紫外線に暴露されていて屈折率変化を起こしている場合とでは、高屈折率部４のコア２からの屈折率変化量が異なるので、エージング処理による屈折率低下量が異なる。このため、エージング処理前には屈折率変調幅Δｎ（高屈折率部４と低屈折率部６の屈折率差）が等しかったとしても、エージング処理後の屈折率変調幅Δｎに違いが生じ、反射帯域の中心波長や帯域幅、反射率などのグレーティング特性が変わってしまうことがある。
【０００７】
例えば、反射率Ｒは、グレーティング部の長さをＬ、屈折率変調幅をΔｎ、波長をλとするとき、下記式（１）によって与えられる。
【０００８】
Ｒ＝ｔａｎｈ２（πＬΔｎ／λ）　……　（１）
【０００９】
式（１）によれば、Δｎが小さくなると反射率Ｒが低下する。この他、Δｎが小さくなると、反射帯域の中心波長や帯域幅も低下し、波長選択特性が劣化する。
【００１０】
エージング処理による屈折率低下量が予想以上に大きいと、エージング処理後の屈折率変化量が不足している場合、エージング工程後の光導波路グレーティングの特性が設計値を下回り、歩留まりを低下させるおそれがある。そこで、従来、エージング処理による屈折率の低下を見越して、高屈折率部４の屈折率増加量を、所望のグレーティング特性を得るために必要な量よりも過大にしている。
しかし、図７に示すように、紫外光照射時間あたりの屈折率増加量は、紫外光照射時間が長くなるほど低下するので、必要以上に屈折率増加量を大きくすると、紫外光照射時間が非常に長くなり、生産性の点で不利である。
しかも、紫外光照射量が過剰であると、１．３８μｍ帯域の水酸基（ＯＨ基）の吸収による損失の増加が顕著になりやすいことが分かっており、グレーティングの性能の劣化をもたらすので、問題である。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、従来よりも少ない紫外光照射量にて高い屈折率変化を得、性能の優れた光導波路グレーティングを製造することができる製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、光導波路に紫外光を照射することにより高屈折率部を有するグレーティング部を形成して光導波路グレーティングを製造する光導波路グレーティングの製造方法において、該光導波路に対して水素を拡散させた後、紫外線を照射して高屈折率部を有するグレーティング部を形成し、脱水素後に、グレーティング部全体に紫外線を照射することによって解決される。
さらに、グレーティング部の形成後、グレーティング部全体に紫外線を照射する前に、光導波路を加熱してエージング処理を行うことが好ましい。これにより、一層熱安定性の高い光導波路グレーティングを製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１に、光導波路グレーティングの概略構成を示す。同図において、符号１は光導波路である。光導波路１は、ゲルマニウムを含むコア２と、このコア２より低い屈折率を有するクラッド３とを備えている。光導波路１の種類としては、光ファイバでも、基板型光導波路であってもよい。
コア２の一部には、周期的に高屈折率部４が形成されてグレーティング部５となっている。
【００１４】
図２に、光導波路グレーティングを製造する工程図を示す。本実施の形態では、水素拡散工程後に、光導波路１内に水素が拡散された状態で紫外光を用いて干渉露光を行ってグレーティングの書き込みを行い、脱水素工程の後、光導波路１を加熱処理（エージング処理）した後、グレーティング部５全体に紫外線を照射する。
【００１５】
水素拡散工程は、少なくとも、１０ＭＰａ以上、より好ましくは５０ＭＰａ以上の水素加圧下で、光導波路１中に水素を拡散させる。このとき、加圧する水素ガスの圧力が高いほうが、紫外光照射による屈折率変化がより大きくなる。また、コア２に添加されているゲルマニウムの濃度が高いほうが、紫外光照射による屈折率変化がより大きくなる。
【００１６】
次に、干渉露光を行う。干渉露光工程においては、光導波路１のコア２に紫外光を照射する際、紫外光を干渉させて照射強度に周期的な強弱を設け、照射強度が強まった部分に屈折率誘起変化を起こさせることにより、コア２の一部に周期的な高屈折率部４を形成する。このとき、紫外光照射量が多いほど屈折率変化量が大きくなる。紫外光照射量は、少なくとも０．５ｍＪ／ｍｍ２以上、より好ましくは１．０ｍＪ／ｍｍ２以上のエネルギー密度の紫外光を３０秒以上照射する。
【００１７】
紫外光を干渉させる方法としては、強度マスクや位相マスクを用いる方法、二光束干渉法、ステップバイステップ法などが挙げられる。
このうち、強度マスクは、透明体の一部に光が透過できない部分をスリット状に形成してなるものであり、紫外光は、強度マスクを介して光導波路１に照射されることにより、光導波路１に周期的な高屈折率部４が形成される。
【００１８】
また、位相マスクは、一般に透明体で形成された透過型の回折格子であり、＋１次または−１次の回折光の間に干渉を生じさせることにより、等間隔もしくはチャープなどの不等間隔の光強度の空間変調を生じさせるものである。このように変調された紫外光を光導波路１に照射することにより、光導波路１に等間隔もしくは不等間隔の屈折率変化を起こし、高屈折率部４を形成することができる。
【００１９】
また、二光束干渉法は、紫外光をビームスプリッタによって２光束に分け、これらの光束のなす角度を制御することにより所望の周期のグレーティングを形成する方法であり、ステップバイステップ法は、紫外光を光導波路１の長手方向に走査して露光する方法である。
これらのいずれの方法によるかは、作製される光導波路グレーティングの用途によって定められる。
【００２０】
このようにしてコア２の一部に周期的に高屈折率部４を形成したのち、光導波路１中に拡散させた水素を脱離させる。脱水素工程においては、水素拡散工程において光導波路１中に添加された水素を放出するために、常温で放置するか、または高温加熱処理を施す。常温で放置する場合には、少なくとも３週間、より好ましくは４週間以上放置する。高温処理の場合には、例えば１２０℃以上であれば、少なくとも１２時間以上、２２０℃であれば少なくとも８０分以上、より好ましくは１２０分以上放置する。
【００２１】
次いで、脱水素された光導波路１に対して、グレーティング部５全体に紫外光を照射する。具体的には、０．５ｍＪ／ｍｍ２以上のエネルギー密度の紫外光を、６０秒以上照射することにより、干渉露光により形成された高屈折率部４の屈折率が上昇する。
【００２２】
次に、本発明の作用を説明する。本発明は、プレセンシティゼーション（ｐｒｅｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ）効果を応用したものである。このプレセンシティゼーション効果とは、光導波路１内において、水素存在下で紫外光を照射された領域は、その紫外光照射の際に屈折率が変化するが、一旦屈折率が変化した領域は、脱水素後の紫外光照射でもさらに屈折率が変化し、このように二回の紫外光照射により形成された屈折率変化は、一回の紫外光照射により形成された屈折率変化よりも熱安定性がよくなるというものである。この効果については、Ｊｏｈｎ　Ｃａｎｎｉｎｇによる文献「光ファイバ中のレーザ誘起屈折率変化の光増感および光安定化（“Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｉｎｄｅｘ　Ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒｓ”）」　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　６，　Ｐ２７５−２８９　（２０００）に開示されている。
【００２３】
図３に、図２に示す製造工程における高屈折率部４の屈折率変化を示す。図３に示すように、干渉露光により形成されたグレーティング部５の屈折率変化は、脱水素工程により低下する。しかし、２回目の紫外光照射によって、再び高屈折率部４の屈折率を上昇させることができる。従って、脱水素工程による屈折率低下の影響を軽減することができる。
【００２４】
しかも、脱水素後の２回目の紫外光照射による屈折率の上昇は、プレセンシティゼーション効果のため、干渉露光により屈折率変化が誘起された部分に対してのみ生じる。このため、２回目の紫外光照射において、紫外線は、グレーティング部５の全体に照射することができるので、実施は容易である。
また、プレセンシティゼーション効果による屈折率変化の上昇は、脱水素工程による屈折率低下に対して、その屈折率低下を打ち消す方向（屈折率を増加させる方向）の変化であるので、グレーティング部５の特性を改善することができる。
【００２５】
さらに、２回目の紫外線照射により、屈折率変調幅Δｎを改善することができるので、干渉露光における紫外光照射量を従来に比して少なくすることができる。これにより、過剰な紫外光照射による１．３８μｍ帯のＯＨ基生成による損失を低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態を示す工程図である。本実施の形態においては、干渉露光によってグレーティング部５を形成した後、グレーティング部５全体に紫外線を照射する前に、光導波路１を加熱してエージング処理を行う。エージング工程は、脱水素後の光導波路１を、例えば、２００〜３００℃にて１／１０〜１／２時間加熱することにより、実施される。これにより、熱的に不安定な成分を効率的に除去することができるので、光導波路グレーティングの熱安定性が一層向上する。
【００２７】
【実施例】
＜実施例１＞
光導波路１として、コア径９μｍ、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用い、この光ファイバに、位相マスクを介してエネルギー密度が１．８ｍＪ／ｍｍ２の紫外光を５０秒間照射して、コア２中に、周期的に高屈折率部４を有するグレーティング部５を形成した。グレーティング部５の長さは０．９ｍｍ、周期は１．０５８μｍであり、干渉露光直後の屈折率変調幅Δｎは１×１０−３であった。
次いで、光導波路１を１２０℃にて１２時間加熱して、脱水素処理を行い、さらに、グレーティング部５全体にエネルギー密度が１．８ｍＪ／ｍｍ２の紫外光を１０００秒間照射した。このようにして得られた光ファイバグレーティングの特性を測定したところ、屈折率変調幅Δｎは２．５×１０−３、波長１５３３．５ｎｍにおける反射率Ｒは９８．２％であり、優れたグレーティング特性を示した。
【００２８】
＜比較例１＞
光導波路１として、実施例１で用いたものと同様の光ファイバを用い、これに実施例１と同様に干渉露光を行って、コア２中にグレーティング部５を形成した。干渉露光直後の屈折率変調幅Δｎは２．０×１０−３であった。
干渉露光後、光導波路１を１２０℃にて１２時間加熱して脱水素処理を行った後、２５０℃にて１／６時間加熱してエージング処理を行った。このようにして得られた光ファイバグレーティングの特性を測定したところ、屈折率変調幅Δｎは１．３×１０−３、波長１５３３．５ｎｍにおける反射率Ｒは８８％であり、グレーティング特性は不十分なものであった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光導波路グレーティングの製造方法は、水素が拡散された光導波路に干渉露光して高屈折率部を有するグレーティングを形成し、脱水素した後、グレーティング部全体に紫外線を照射するものであるので、脱水素工程で低下した高屈折率部の屈折率をプレセンシティゼーション効果により再び上昇させることができる。これにより、高屈折率部の屈折率低下によるグレーティング特性の劣化を抑制し、歩留まりを向上させることができる。
また、干渉露光工程による屈折率変化量は、所望のグレーティング特性を得るために必要な屈折率変化量に比べてあまり大きくする必要がなくなり、干渉露光工程における紫外光照射量を従来より少なくすることができるので、生産性を向上させ、製造コストを低減することができるとともに、過剰な紫外光照射による損失の増加を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路グレーティングの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す工程図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における屈折率の変化の一例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す工程図である。
【図５】従来の光導波路グレーティングの製造方法の一例を示す工程図である。
【図６】エージング工程による光導波路グレーティングの特性のばらつきを説明する図である。
【図７】紫外光照射時間と屈折率増加量との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光導波路、２…コア、３…クラッド、４…高屈折率部、５…グレーティング部。
【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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