(57)【要約】【課題】精度のよい屈折率変化の測定方法を提供する。【解決手段】光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティング１を形成し、この長周期光ファイバグレーティング１の透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求める。屈折率変化の熱安定性を調べる場合には、長周期光ファイバグレーティング１を恒温槽２中に配置し、広帯域光源３から送られた入射光が長周期光ファイバグレーティング１を通過して得られる測定光を、光スペクトルアナライザ６を用いて透過損失スペクトルを測定し、この透過損失スペクトルの変化から加熱による屈折率変動量を求める。【選択図】　図１
2004012368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率変化を生じるガラスを用いて形成されたコアを有する光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより、前記ガラスの屈折率変動量を求めることを特徴とする屈折率変化の測定方法。
【請求項２】
前記長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの測定を加熱処理前と加熱処理後に行い、加熱処理前後での透過損失スペクトルの変化を測定することにより前記ガラスの屈折率変化の熱安定性を求めることを特徴とする請求項１記載の屈折率変化の測定方法。
【請求項３】
光ファイバの周囲に屈折率調整剤を充填し、レーザ光入射側に平板状のガラスを配置して前記光ファイバ中に生じる屈折率変化がガラス平板中で生じる屈折率変化と等価となるように前記長周期光ファイバグレーティングを作製し、前記長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより前記ガラスの屈折率変動量を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の屈折率変化の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の変動、特に加熱により生じる屈折率あるいは屈折率変化の熱劣化を、精度良く測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報通信分野で用いられる光部品、特に導波路型光部品の製造方法として、光ファイバや基板型光導波路などの導波路自体の屈折率を変化させて加工する方法が多く用いられている。光導波路グレーティングはこの代表的なもので、石英ガラスや、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）などを添加した石英系ガラスに、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザや波長２４４ｎｍの　Ａｒイオン第２高調波レーザの光を照射すると、フォトリフラクティブ効果によりガラスの屈折率が変化することを用いて製造される。
近年、波長２４０ｎｍ付近の紫外光以外にも、１９３ｎｍや３５１ｎｍといった波長域でも同様のフォトリフラクティブ効果を生じることが判ってきた。また、パルスレーザ等を集光してガラス中に焦点（ビームウェスト）を配置し、このエネルギー密度を高くすることにより、石英ガラス、石英系ガラス、その他の酸化物ガラス、カルコゲナイドガラス等の屈折率を部分的に変化させることが出来ることが判ってきた。これらの技術については、特開平９−３１１２３７号公報、特開　２０００−１５５２２５号公報、特開２０００−２４９８５９号公報において開示されている。
しかし、これらの屈折率変化はその現象のメカニズムが十分には解明されておらず、屈折率変化の安定性などについて十分な検討がなされているとは言い難い。
【０００３】
一方、光情報通信や光インタコネクションに用いられる光部品には高い信頼性が求められており、長期にわたり安定した光学特性を実現する必要がある。
このような高い信頼性の光部品を提供するため、紫外線誘起型の屈折率変化を利用した光部品、主に、ファイバグレーティング等の導波路グレーティングでは、屈折率が変化した領域を加熱して、屈折率変化のうち熱に対して不安定な成分を予め加速劣化させ、屈折率変化の残留分の熱安定性を向上させて、長期にわたり安定した光学特性を有する光部品を製造する方法、すなわち加熱エージングが一般的となっている。これは、紫外線誘起型の屈折率変化の熱安定性について十分な検討がなされ、屈折率変化の熱劣化について実用的なモデルが提示されるようになったために可能となったものである。
【０００４】
このように、加工された導波路型光部品の光学特性の長期安定性、特に環境の温度により生じる屈折率の熱劣化を防止するために、加速エージング等の手法が採られる場合が多いが、これは光学特性の熱劣化のメカニズムが判っている場合にしか適用できない。
これに比して、その他の屈折率変化を利用する製造方法、殊に近年盛んに研究されている高エネルギー密度の短パルスレーザを用いたガラスの加工方法においては、この熱安定性の十分な解明がなされておらず、実用的な光部品を提供するためには、今後この熱安定性に関する検討を行う必要がある。
【０００５】
ガラスの屈折率、屈折率の変化、およびこれらの熱安定性について検討するためには、屈折率自体を精度良く測定する技術が必要である。特に光部品の場合、波長オーダ（サブミクロン〜ミクロンオーダ）以下の屈折率分布を測定する手段が必要となる。光ファイバ、基板型光導波路などの導波路デバイスの屈折率分布を測定する手段として従来から用いられているものとして、田幸敏治・本田辰篤編「光測定器ガイド」（増補改訂版）、オプトロニクス社（１９９８）において記載されている以下のものが挙げられる。
まず第１にＮＦＰ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ）法があり、これは、導波路端面をビジコンで直視し、光の強度分布から屈折率分布を知る方法である。次に、ＲＮＦＰ（Ｒｅｆｒａｃｔｅｄ　Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ）法があり、これは導波路端面に当てた光の回折パターンを解析して屈折率分布を求める方法である。さらに、Ｓｉｄｅ　Ｖｉｅｗ法があり、これは、側面から当てた光の強度分布を解析して屈折率分布を求める方法である。
【０００６】
また、紫外線誘起型の屈折率変化の場合には、ＦＢＧ（ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ）の屈折率変化を、反射スペクトルを解析して求める方法が広く採られており、これについては、Ｔ．Ｅｒｄｏｇａｎ，ｅｔ　ａｌ．，“Ｄｅｃａｙ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇｓ，”Ｊ．Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，７６（１），７３（１９９４）や、Ｒ．Ｓｔｅｐｈｅｎ，ｅｔ　ａｌ．，“Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｃａｙ　ｏｆ　Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ　Ｗｒｉｔｔｅｎ　ｉｎ　Ｂｏｒｏｎ　ａｎｄ　Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ　Ｃｏｄｏｐｅｄ　Ｓｉｌｉａ　Ｆｉｂｅｒ，“　Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ．，１５（８），１４７０（１９９７）において開示されている。
なお、ＦＢＧとは短周期型の光ファイバグレーティングであり、光ファイバのコア中を導波する光を逆方向の導波モードに結合させるデバイスであり、ＦＢＧの種類によっては、逆方向のクラッドモード、あるいは放射モードに結合させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
導波路型光部品の光学特性は、導波路の屈折率分布に非常に敏感であるため、この屈折率分布は高い精度で管理する必要がある。要求される精度は光部品の種類などにもよるが、導波路グレーティングや方向性結合器などの結合型デバイスの場合、一般に実効屈折率で１０−６〜１０−７のオーダで管理されなければならない。
しかし、上述した屈折率測定技術には、以下に述べるような問題点がある。
まず、ＮＦＰ法、ＲＮＦＰ法、Ｓｉｄｅ　Ｖｉｅｗ法では、光ファイバなどの導波路の屈折率を直接知るには優れた方法であるが、空間分解能がミクロン〜サブミクロン程度であることと、屈折率の分解能が１０−３〜１０−４程度であり、測定精度の点で十分とはいえない。導波路グレーティングなどの特性は屈折率分布に非常に敏感であり、特性制御のために屈折率分布を知る上では不利となる。また、屈折率変化の熱安定性等を検討する際には、屈折率の測定精度、すなわち分解能が不十分である。
【０００８】
また、ＦＢＧスペクトル解析では、屈折率変化を起こすために用いる光源の光のコヒーレンスが良い場合には、この方法が使えるが、屈折率変化を生じさせるために用いる光源の光のコヒーレンスがよくない場合には、ＦＢＧを形成することが出来ないため、この方法を用いることが不可能である。また、コヒーレンスの良い光源を用いた場合であっても、光パワーがあまりにも大きい場合には、ＦＢＧを作製する際に用いる位相マスクを損傷する場合があるため、この方法は実用的とは言えない。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、長周期光ファイバグレーティングの透過損失特性が、屈折率の変動に敏感であることを利用して、精度のよい屈折率変化の測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、屈折率変化を生じるガラスを用いて形成されたコアを有する光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより前記ガラスの屈折率変動量を求めることを特徴とする屈折率変化の測定方法である。
これにより、屈折率変化を精度良く測定することが可能な屈折率変化の測定方法を実現することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の屈折率変化の測定方法において、前記長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの測定を加熱処理前と加熱処理後に行い、加熱処理前後での透過損失スペクトルの変化を測定することにより前記ガラスの屈折率変化の熱安定性を求めることを特徴とする。
これにより、屈折率変化の熱安定性を精密に評価することが可能な屈折率変化の測定方法を実現することができる。
また、この屈折率変化の測定方法を用いることにより、屈折率変動の熱劣化のメカニズムを調べることが可能となり、加速エージングで必要となるエージング量を決めるなど、安定な特性を有する光部品を製造する上で必要となるパラメタを求めることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の屈折率変化の測定方法において、光ファイバの周囲に屈折率調整剤を充填し、レーザ光入射側に平板状のガラスを配置して前記光ファイバ中に生じる屈折率変化がガラス平板中で生じる屈折率変化と等価となるように前記長周期光ファイバグレーティングを作製し、前記長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより前記ガラスの屈折率変動量を求めることを特徴とする。
これにより、平板状のガラスで生じた屈折率変化についても高精度で屈折率変化を測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、長周期光ファイバグレーティングの透過損失特性が、屈折率の変動に敏感であることを利用して、屈折率変化を生じるガラスを用いて形成されたコアを有する光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求める屈折率変化の測定方法である。
この屈折率変化の測定方法は、加熱によるガラスの屈折率変動量を求めて、ガラスの熱安定性の調査に適用することができる。
【００１３】
以下に、長周期光ファイバグレーティングの損失波長特性を測定する手順について説明する。
長周期光ファイバグレーティングとは、光ファイバのコアもしくはクラッドの長手方向の一定の長さに亘り等間隔もしくは不等間隔の屈折率変調を導入したものであり、コアを伝搬する導波モード光を、特定のクラッドモードもしくは放射モードに結合させ、特定の波長を中心とした透過損失を生じさせる光デバイスである。
ここでは紫外線照射によるフォトリフラクティブ効果を利用して製造した長周期光ファイバグレーティングを例にとって述べるが、他の製造方法によって作ったものであっても同様の測定方法が可能である。
屈折率変化の熱安定性を調べたいガラスと同じ組成のコアを持つ光ファイバを作製する。たとえば、ゲルマニウム　（Ｇｅ）を添加した石英の場合は、光通信用に通常用いられているものと同様、コアにＧｅを含むものが適当である。また、純粋石英の場合は、純粋石英コアファイバを用いればよい。
【００１４】
まず、光ファイバに屈折率変化を生じさせるのに必要な前処理を行う。例えば紫外線誘起型の屈折率変化を利用したグレーティングを形成する場合、ゲルマニウム　（Ｇｅ）やリン　（Ｐ）、ホウ素　（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）などのうち、少なくとも１種類以上のドーパントをコア中に含有する光ファイバを、ファイバコアの光感受性に応じて必要な場合は水素添加処理を行う。
この水素添加処理は、例えば２０〜６０℃、１００気圧の水素ガス雰囲気中に光ファイバを７〜１４日間暴露することにより行う。水素添加処理は光ファイバの紫外線照射に対する光感受性（紫外線照射による屈折率変化量）を増すために、必要に応じて行うものであり、十分大きな光感受性を持つ光ファイバの場合には行わなくてもよい。また、紫外線誘起型でない屈折率変化、例えば高エネルギー短パルスレーザによる屈折率変動などを利用して長周期光ファイバグレーティングを作製する場合は、水素添加処理は不要である。
次に光ファイバのコア（またはコアとクラッドの少なくとも一部）に長手方向に亘る周期的な屈折率変動を持つ領域（グレーティング）を形成する。この屈折率変動は通常、紫外光や高エネルギー短パルスレーザを、光ファイバに周期的に照射することによって形成する。具体的には、強度マスクを用いる露光法、ステップ・バイ・ステップ露光法、シャッターを用いて露光する方法、濃淡フィルタを用いて露光する方法等がある。
【００１５】
長周期光ファイバグレーティングの屈折率変調の周期は、通常数１０ミクロン〜数１００ミクロンであるが、用いられる光ファイバの種類や実現する光学特性に応じて、適切な値が選択される。
以上のような方法により作製した光ファイバグレーティングに対して、水素添加処理をした場合は必要に応じて脱水素処理を行う。脱水素処理は、グレーティング形成後の光ファイバを、例えば１００℃から１５０℃の大気雰囲気中に１２〜２４時間暴露することによって行う。
以上のような手順を踏んで長周期光ファイバグレーティングを得ることができるが、ここでは屈折率変化量や、その熱安定性を調べたい屈折率上昇手段によってグレーティングを形成する。グレーティング周期は通常数１０〜数１００ミクロンとするが、材料となる光ファイバの屈折率分布、組成、屈折率変化量、また測定する波長域等に応じて適宜調整する。
【００１６】
次に、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定する。屈折率変化の熱安定性、すなわち、いったん上昇させた屈折率がその後熱など環境の影響によって、さらに変化する量を調べる場合は、加熱などの処理に伴う透過損失スペクトルの変化を調べる。透過損失スペクトルのうち、特定の損失ピークに着目し、この損失ピークの中心波長（透過率が最小となる、つまり阻止率が最大となる波長）の加熱処理前後での変化を調べればよい。
図１は、この屈折率変化の測定方法として、ガラスの熱安定性の調査に適用する際に用いられる測定系の一例を示す。
図１中、符号１は光ファイバの一部に形成された長周期光ファイバグレーティングであり、この長周期光ファイバグレーティング１は恒温槽２中に配置されている。この長周期光ファイバグレーティング１には、広帯域光源３から光カプラ４を介して入力光が送られ、長周期光ファイバグレーティング１を通過した測定光は光スイッチ５を介して光スペクトルアナライザ６に入力する。
一方、広帯域光源３からは光カプラ４と光スイッチ５とを介して参照光が光スペクトルアナライザ６に入力する。この測定光と参照光は、光スイッチ５によって光路が切替えられて、長周期光ファイバグレーティングの損失波長特性の測定が可能となる。
【００１７】
次に、長周期光ファイバグレーティングの損失波長特性から、この長周期光ファイバグレーティングを構成するガラスの屈折率変化を求めることができる原理について説明する。
光ファイバの長手方向にわたり、等間隔かつ一定振幅で屈折率を変調させた長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの一例を図２に示す。
この長周期光ファイバグレーティングの透過損失の中心波長λｃｔｒ（最大の損失を与える波長）と、グレーティング周期Λおよび導波モードの実効屈折率ｎｅ１、クラッドモードの実効屈折率ｎｅｎとの間には、式（１）
【００１８】
【数１】
2004012368.tif 000003
【００１９】
という関係がある。導波路（コア）の屈折率が変化したときに、実効屈折率ｎｅ１、ｎｅｎも変化する。それぞれがｎ´ｅ１、ｎ´ｅｎになった場合、中心波長は、式（２）
【００２０】
【数２】
2004012368.tif 000004
【００２１】
で示される。この場合の中心波長変動δλは式（３）
【００２２】
【数３】
2004012368.tif 000005
【００２３】
である。ただし、ここで、式（４）、式（５）
【００２４】
【数４】
2004012368.tif 000006
【００２５】
【数５】
2004012368.tif 000007
【００２６】
である。
ここでδｎｅ１とδｎｅｎのコア屈折率依存性について述べる。図３に、コア直径１０μｍ、コアとクラッドの比屈折率差△＝０．３〜０．４％、クラッドが純粋石英からなる単一モード光ファイバの導波モード（ＬＰ０１）およびクラッドモード（ＬＰ０２〜ＬＰ０５）の実効屈折率を示す。
【００２７】
図３から判るとおり、導波モードの実効屈折率はコア屈折率に大きく依存するが、クラッドモードの実効屈折率はほぼ一定であり、コア屈折率への依存性すなわちグラフの傾きは導波モードと比べて１０−２〜１０−３以下である。これは異なる屈折率分布を有する光ファイバにおいても同様である。
以上に示したようにδｎｅｎ≪δｎｅ１であり、これを利用すると式（６）
【００２８】
【数６】
2004012368.tif 000008
【００２９】
という近似が成り立つ。この式を変形して、以下の関係式（７）を得る。
【００３０】
【数７】
2004012368.tif 000009
【００３１】
式（７）からわかるように、導波モードの実効屈折率の変動量は、中心波長の変動量とグレーティング周期から求めることができる。
【００３２】
そこで、長周期光ファイバグレーティングを作製して、中心波長の変動量を測定した。
以下に、実際に長周期光ファイバグレーティングを作製し、この長周期光ファイバグレーティングの屈折率変動量を測定した結果を示す。（株）フジクラ製１．３μｍ帯用単一モード光ファイバに水素添加処理を施した上で、長周期光ファイバグレーティングを形成した。光ファイバグレーティングは紫外線誘起の屈折率変化を利用して作製した。紫外光の光源としては、ＫｒＦエキシマレーザを用いた。グレーティング周期Λは４８０μｍとし、グレーティング長は２８．８ｍｍ（６０周期分）とした。
この長周期光ファイバグレーティングの脱水素後の透過損失スペクトルを図４に示す。この長周期光ファイバグレーティングのグレーティング部を２５０℃で３分間加熱し、再び透過損失スペクトルを測定した。同じ手順を３回繰り返し、図５に示すような透過損失を得た。図６は、図５を１５１０〜１５２０ｎｍ付近の損失ピークについて拡大した図である。ここでは、図４ないし図６のうち１５１０〜１５２０ｎｍ付近の損失ピークの中心波長の変化に着目する。
【００３３】
表１に、図６の透過損失スペクトルの中心波長とその変動量を示す。
【００３４】
【表１】
2004012368.tif 000010
【００３５】
この結果を式（７）に代入すると実効屈折率変化量が求められる。この結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2004012368.tif 000011
【００３７】
表２に得られた実効屈折率の変化量は、導波モードの実効屈折率の変動量であるので、これを導波路（コア）の屈折率変動量に換算する必要がある。まず最初に、導波路（コア）屈折率と実効屈折率の関係から導波路屈折率の変動量を見積もる。
図７に、コア径１０μｍ、コアとクラッドの比屈折率差０．３〜０．４％の光ファイバの導波モード（ＬＰ０１）のコア屈折率と実効屈折率との関係を示す。この関係は、光ファイバの屈折率分布からシミュレーションによって容易に求めることが出来る。
コア屈折率と実効屈折率との関係は１次関数で良く近似することができ、ここで用いた光ファイバでは、実効屈折率の変化量とコア屈折率の変化量との比、すなわち、図７のグラフの傾きは０．８２５６となった。これを用いると、表２の実効屈折率変化は、グレーティング部のコア平均屈折率の変化量に換算できて（この場合は０．８２５６で割る）、表３のようになる。
【００３８】
【表３】
2004012368.tif 000012
【００３９】
以上のようにして得たグレーティング部の平均コア屈折率を、最終的にはグレーティングの最大屈折率の変化量に換算する。図８に長周期光ファイバグレーティングの光ファイバ長手方向の屈折率分布の模式図を示す。図８において、実線で示す加熱前の屈折率分布は、加熱により破線で示す屈折率分布に変化する。これに伴って、実線で示す加熱前の平均屈折率ｎａｖｅは、破線で示す加熱後の平均屈折率ｎ´ａｖｅへ変化している。
グレーティングを形成した導波路（コア）の平均屈折率は、この屈折率分布によって決まる。最大の屈折率上昇量を△ｎｍａｘと表した場合、例えば屈折率上昇部分の占める割合（以下「デューティー比」と略記する）が５０％であるならば、平均屈折率は式（８）
【００４０】
【数８】
2004012368.tif 000013
【００４１】
となる。ここにｎｃｏｒｅはコア屈折率（屈折率を上昇させていない部位の導波路屈折率）である。このデューティー比はグレーティング作製条件を調整して５０％とすることが可能である。またデューティー比が５０％でない場合であっても、この値が既知であれば式（９）
【００４２】
【数９】
2004012368.tif 000014
【００４３】
と表すことが出来るので、５０％以外の場合でも以下に示すような換算は可能である。
この例においては、デューティー比が５０％となる強度マスクを用いたため、長周期光ファイバグレーティングのデューティー比は５０％であり、式（８）を用いて式（１０）
【００４４】
【数１０】
2004012368.tif 000015
【００４５】
と表すことができる。
これが加熱によって変化して式（１１）
【００４６】
【数１１】
2004012368.tif 000016
【００４７】
となり、ゆえに式（１２）
【００４８】
【数１２】
2004012368.tif 000017
【００４９】
が成り立ち、すなわち式（１３）
【００５０】
【数１３】
2004012368.tif 000018
【００５１】
となる。式（１３）に表３に示すコア平均屈折率変動量を代入して、屈折率上昇量（△ｎｍａｘ）の変化量（△ｎ´ｍａｘ―△ｎｍａｘ）を得る。これを表４に示す。
【００５２】
【表４】
2004012368.tif 000019
【００５３】
屈折率上昇量（△ｎｍａｘ）の変化量（△ｎ´ｍａｘ―△ｎｍａｘ）は、屈折率を上昇させていない部位の導波路屈折率であるｎｃｏｒｅを含まない量であるため、屈折率変化が与えられた部位のみの変動を示している。そのため、この方法によって、長周期光ファイバグレーティングの透過損失ピークの波長シフト量から、屈折率変化が与えられた部位の屈折率変動量を求めることができる。
以上に示したように、長周期光ファイバグレーティングの透過損失ピークの波長シフト量とグレーティング間隔、およびグレーティングのデューティー比を用いて、屈折率変化の変動量を調べることができる。
この方法を用いた場合、屈折率の分解能は１０−７〜１０−６のオーダまで調べることが可能となり、ＲＮＦＰ法などの従来の方法での分解能が１０−４オーダ、最も分解能が高いものでも１０−５オーダであるのと比べて、１００〜１０００倍程度精度の良い測定が可能である。
【００５４】
この例の屈折率変化の測定方法によると、屈折率変化を生じるガラスを用いて形成されたコアを有する光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求めることで、屈折率変化を精度良く測定することができる。
また、長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの測定を加熱処理前と加熱処理後に行い、加熱処理前後での透過損失スペクトルの変化を測定することにより屈折率変化の熱安定性を求めることで、屈折率変化の熱安定性を精密に評価することができる。
この屈折率変化の測定方法を用いることにより、屈折率変動の熱劣化のメカニズムを調べることが可能となり、加速エージングで必要となるエージング量を決めるなど、安定な特性を有する光部品を製造する上で必要となるパラメタを求めることが可能となる。
【００５５】
以上においては、紫外線誘起型の屈折率変化を例に説明したが、屈折率変化の要因はこれに限定されるものではない。これ以外の屈折率変化として挙げられるものには、光ファイバ製造時の残留応力を加熱などにより解放することによる屈折率変化、加熱などにより残留応力を加えることによる屈折率変化、光ファイバのドーパントを拡散させることによる屈折率変化、光ファイバ自体を変形させることによる（導波路形状の変化による）実効屈折率変化、高エネルギーの短パルスレーザを照射することによる屈折率変化、その他の光あるいは熱によって誘起される屈折率変化等が挙げられる。
【００５６】
次に、これらの屈折率変化のうち、短パルスレーザによる屈折率変化の変動、及びこの屈折率変化の熱安定性の評価について説明する。
近年、高エネルギーの短パルスレーザをガラスに集光照射することにより、ビームウェスト付近のみガラスの屈折率が変化する事が判ってきた。このような場合の屈折率変化は、レーザビームの集光条件によって、光ファイバでの屈折率変化とは現象が異なることが考えられる。
例えば、平板状の石英ガラスで生じた屈折率変化の熱特性を検討する場合は、図９に示すように、同じ組成を持つガラスからなる光ファイバ１１に凸レンズ１２を介してレーザ光１３を集光照射しても、光ファイバ自体１１の形状による効果（レンズ効果）によって集光条件が変わってしまうことが考えられる。
このような場合には、図１０に示すように、光ファイバ１１の周囲をマッチングオイルなどの屈折率調整剤１４で充填し、レーザ光１３が入射する側に薄いガラス平板１５を配置して、凸レンズ１２を介してレーザ光１３を光ファイバ１１に集光照射することにより、厚いガラス平板中に屈折率変化を生じさせる場合と擬似的に同様の屈折率分布を実現することができる。
ここで、光ファイバ１１のコアとクラッドとの界面でのレーザ光１３の屈折は、通常の光ファイバでは、比屈折率差が０．３〜１％程度と十分に小さいことから無視することができる。
【００５７】
この例の屈折率変化の測定方法によると、光ファイバの周囲に屈折率調整剤を充填し、レーザ光入射側に平板状のガラスを配置して光ファイバ中に生じる屈折率変化がガラス平板中で生じる屈折率変化と等価になるように長周期光ファイバグレーティングを作製し、長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求めることで、平板状のガラスで生じた屈折率変化についても高精度で屈折率変化を測定することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、屈折率変化を生じるガラスを用いて形成されたコアを有する光ファイバに周期的な屈折率変動を与えて長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求めることで、屈折率変化を精度良く測定することが可能な屈折率変化の測定方法を実現することができる。
また、長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの測定を加熱処理前と加熱処理後に行い、加熱処理前後での透過損失スペクトルの変化を測定することにより屈折率変化の熱安定性を求めることで、屈折率変化の熱安定性を精密に評価することが可能な屈折率変化の測定方法を実現することができる。
この屈折率変化の測定方法を用いることにより、屈折率変動の熱劣化のメカニズムを調べることが可能となり、加速エージングで必要となるエージング量を決めるなど、安定な特性を有する光部品を製造する上で必要となるパラメタを求めることが可能となる。
【００５９】
また、光ファイバの周囲に屈折率調整剤を充填し、レーザ光入射側に平板状のガラスを配置して光ファイバ中に生じる屈折率変化がガラス平板中に生じる屈折率変化と等価となるように長周期光ファイバグレーティングを作製し、長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを測定することにより屈折率変動量を求めることで、平板状のガラスで生じた屈折率変化についても高精度で屈折率変化を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】屈折率変化の熱安定性を測定するための装置の一例を示す図である。
【図２】長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの一例を示す図である。
【図３】導波モードとクラッドモードの実効屈折率の、コア屈折率依存性を示す図である。
【図４】加熱処理前の長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの一例を示す図である。
【図５】加熱処理前後の長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルの一例を示す図である。
【図６】図５に示す加熱処理前後の長周期光ファイバグレーティングの透過損失スペクトルを拡大した図である。
【図７】導波モードのコア屈折率依存性とそのフィッティング直線を示す図である。
【図８】長周期光ファイバグレーティングの屈折率分布と平均屈折率の加熱による変化を示す図である。
【図９】光ファイバへのレーザ光の集光状態を示す図である。
【図１０】光ファイバの周囲に屈折率調整剤を充填し、レーザ光の入射側に平板ガラスを配置して、厚い平板ガラス内部に集光照射する場合と同等の照射条件を実現するようにしたレーザ光照射を示す図である。
【符号の説明】
１…長周期光ファイバグレーティング、２…恒温槽、３…広帯域光源、４…光カプラ、５…光スイッチ、６…光スペクトルアナライザ、１１…光ファイバ、１２…凸レンズ、１３…レーザ光、１４…屈折率調整剤、１５…ガラス板。
【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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