(57)【要約】【課題】  コアへの屈折率分布の形成を容易に行うことができ、長期安定性に優れたデバイスを製造できるガラス製光デバイスの製造方法、及びファイバ型光デバイスの製造方法とその製造装置を提供する。【解決手段】  光ファイバ１５、或いは光導波路に局所的な屈折率分布を形成するためのガラス製光デバイスの製造方法において、光ファイバ１５、或いは光導波路の仮想温度を低下させるアニール処理を施した後、その光ファイバ、或いは光導波路の所定箇所を局所的に加熱処理して仮想温度を変化させるようにしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ、或いは光導波路に局所的な屈折率分布を形成するためのガラス製光デバイスの製造方法において、光ファイバ、或いは光導波路の仮想温度を低下させる加熱処理を施した後、その光ファイバ、或いは光導波路の所定箇所を局所的に加熱処理して仮想温度を変化させるようにしたことを特徴とするガラス製光デバイスの製造方法。
【請求項２】
上記局所的な加熱処理はレーザ光照射による急速加熱処理である請求項１記載のガラス製光デバイスの製造方法。
【請求項３】
上記仮想温度を１４００℃以下に低下させる請求項１または２記載のガラス製光デバイスの製造方法。
【請求項４】
純粋シリカガラス、或いは濃度が１０％以下のＧｅ添加シリカガラスを使用した請求項１から３いずれかに記載のガラス製光デバイスの製造方法。
【請求項５】
上記加熱処理した光ファイバ或いは光導波路の仮想温度と、光ファイバ或いは光導波路にレーザ光照射した箇所の仮想温度との差が１００℃以上である請求項１から４いずれかに記載のガラス製光デバイスの製造方法。
【請求項６】
溶融炉で母材を溶融して線引した光ファイバに屈折率分布を形成するファイバ型光デバイス製造方法において、溶融炉から線引した光ファイバの仮想温度を低下させるべく加熱処理を施した後、所定箇所を局所的に加熱処理して屈折率分布を形成すること特徴とするファイバ型光デバイスの製造方法。
【請求項７】
上記局所的な加熱処理はレーザ光照射による急速加熱処理である請求項６記載のファイバ型光デバイスの製造方法。
【請求項８】
上記加熱処理により光ファイバの仮想温度を１４００℃以下とする請求項６または７記載のファイバ型光デバイスの製造方法。
【請求項９】
上記加熱処理した光ファイバの仮想温度と、光ファイバにレーザ光照射した箇所の仮想温度との差が１００℃以上である請求項６から８いずれかに記載のファイバ型光デバイスの製造方法。
【請求項１０】
純粋シリカガラス或いは濃度が１０％以下のＧｅ添加シリカガラスを使用した請求項６から９いずれかに記載のファイバ型光デバイスの製造方法。
【請求項１１】
母材を溶融する溶融炉を設け、溶融母材を落下凍結させて光ファイバを線引するラインの溶融炉直下に、仮想温度を低くするためのアニール炉を設け、そのアニール炉を通過した光ファイバにレーザ光を照射して局所的な屈折率分布を形成するレーザ発振装置を設けたことを特徴とするファイバ型光デバイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ型光デバイスや光導波路型光デバイスを含むガラス製光デバイスの製造方法及びファイバ型光デバイスの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コアに局所的な屈折率分布が形成されたファイバ型光デバイスの製造方法として、Ｇｅ添加シリカファイバに紫外線照射して製造する方法が有効であることが知られている。既にこの方法でコアにグレーティングを形成したファイバグレーティングが実用化されている。通常のＧｅ添加シリカファイバではデバイス化に必要な１０-4以上の屈折率差が紫外線照射で誘起できないために、Ｇｅ添加濃度を高濃度にしたり、ＢやＳｎを共添加するなどの高感度化の工夫が種々なされている（例えば、非特許文献１参照）。最も効果的な高感度法として行われている方法に光ファイバに高圧下で水素を充填、添加する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４４２１０号公報
【非特許文献１】山根正之，他著，「ガラス光学ハンドブック」，朝倉書店，１９９９年７月５日，ｐ．５４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、１０-4以上の屈折率差を実現するための水素添加等の処理は、プロセスが複雑であり、コストも掛かる。また、紫外線照射による屈折率分布の書き込みは、照射後に屈折率が照射前の値に近づいていく緩和現象が見られ、デバイスの長期安定性（寿命）の点でも問題がある。さらに、ファイバ型光デバイスの製造方法では、屈折率分布の書き込み処理は線引工程後に別途行う必要があり、これもコスト増の原因となっている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コアへの屈折率分布の形成を容易に行うことができ、長期安定性に優れたデバイスを製造できるガラス製光デバイスの製造方法、及びファイバ型光デバイスの製造方法とその製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバ、或いは光導波路に局所的な屈折率分布を形成するためのガラス製光デバイスの製造方法において、光ファイバ、或いは光導波路の仮想温度を低下させる加熱処理を施した後、その光ファイバ、或いは光導波路の所定箇所を局所的に加熱処理して仮想温度を変化させるようにしたガラス製光デバイスの製造方法である。
【０００７】
請求項２の発明は、上記局所的な加熱処理はレーザ光照射による加熱処理であるガラス製光デバイスの製造方法である。
【０００８】
請求項３の発明は、上記仮想温度を１４００℃以下に低下させる請求項１または２記載のガラス製光デバイスの製造方法である。
【０００９】
請求項４の発明は、純粋シリカガラス、或いは濃度が１０％以下のＧｅ添加シリカガラスを使用したガラス製光デバイスの製造方法である。
【００１０】
請求項５の発明は、加熱処理した光ファイバ或いは光導波路の仮想温度と、光ファイバ或いは光導波路にレーザ光照射した箇所の仮想温度との差が１００℃以上であるガラス製光デバイスの製造方法である。
【００１１】
請求項６の発明は、溶融炉で母材を溶融して線引した光ファイバに屈折率分布を形成するファイバ型光デバイス製造方法において、溶融炉から線引した光ファイバの仮想温度を低下させるべく加熱処理を施した後、所定箇所を局所的に加熱処理して屈折率分布を形成するファイバ型光デバイスの製造方法である。
【００１２】
請求項７の発明は、上記局所的な加熱処理はレーザ光照射による急速加熱処理であるファイバ型光デバイスの製造方法である。
【００１３】
請求項８の発明は、上記加熱処理により光ファイバの仮想温度を１４００℃以下とするファイバ型光デバイスの製造方法である。
【００１４】
請求項９の発明は、上記加熱処理した光ファイバの仮想温度と、光ファイバにレーザ光照射した箇所の仮想温度との差が１００℃以上であるファイバ型光デバイスの製造方法である。
【００１５】
請求項１０の発明は、純粋シリカガラス或いは濃度が１０％以下のＧｅ添加シリカガラスを使用したファイバ型光デバイスの製造方法である。
【００１６】
請求項１１の発明は、母材を溶融する溶融炉を設け、溶融母材を落下凍結させて光ファイバを線引するラインの溶融炉直下に、仮想温度を低くするためのアニール炉を設け、そのアニール炉を通過した光ファイバにレーザ光を照射して局所的な屈折率分布を形成するレーザ発振装置を設けたファイバ型光デバイスの製造装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コアへの屈折率分布の形成が容易にでき、長期安定性に優れたガラス製光デバイスを製造できるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
本発明者らは、「純粋シリカガラス及び濃度１０％以下のＧｅ添加シリカガラスにおいて、仮想温度差が１００℃以上あれば屈折率差は１０-4以上になること」および「１４００℃以下の低仮想温度をもつ光ファイバに、赤外線を短時間照射して局所的な仮想温度を１００℃以上上昇させることにより、コアに１０-4以上の屈折率差を書き込むことが可能である」ことを見出し、本発明に至った。
【００２０】
図１は、本実施の形態のファイバ型光デバイス製造装置の概略図である。
【００２１】
図１に示すように、ファイバ型光デバイス製造装置１０は、ファイバ母材を溶融する溶融炉１１、光ファイバを加熱処理するアニール炉１２、光ファイバ表面に樹脂を被覆するコーティング器１３、光ファイバに赤外線レーザ光を照射するレーザ発振装置１４とを備える。その構成は、光ファイバの線引ラインの溶融炉１１直下にアニール炉１２を設け、そのアニール炉１２下の線引ラインに赤外線レーザ光を照射するようにレーザ発振装置１４を設け、その下流の線引ライン上にコーティング器１３を設けている。
【００２２】
次にファイバ型光デバイスの製造方法について説明する。
【００２３】
光ファイバ用の母材が溶融炉１１で溶融され、その溶融母材は溶融炉１１から落下固化されて、縮径、延伸化された光ファイバ１５となり線引される。ここで形成される光ファイバ１５は、コアに濃度４．５％のＧｅが添加されたＧｅ添加シリカガラスファイバである。線引された光ファイバ１５はアニール炉１２で加熱処理され、光ファイバ１５の仮想温度を低下させる。
【００２４】
仮想温度とは、ガラス構造が、熱平衡状態にある過冷却液体の何度の状態と同じであるかを示す温度で、ガラス中に凍結されている構造の良い指標となるものであり（固化したガラスはその構造によって仮想温度が異なる）、仮想温度が異なるガラスは、その屈折率も異なる。
【００２５】
次に、アニール炉１２を通過した光ファイバ１６に局所的に赤外線レーザ光を照射して仮想温度の高い箇所を形成する。加熱処理により光ファイバの仮想温度を下げた直後に、レーザ発振装置１４によりパルス発振された赤外線レーザ光の短時間照射による局所急加熱及び急冷を行い、仮想温度が周囲より高い領域を形成する。照射されるレーザ光はレーザ発振装置１４からパルス発振された赤外線レーザ光であるので、線引される光ファイバには、赤外線レーザ光が照射される箇所と照射されない箇所が発生し、仮想温度の異なる箇所が交互に形成された屈折率分布を有するファイバ型光デバイス１７となる。また、パルス発振されたレーザ光の他に、連続発振された赤外線レーザ光を用いて、そのレーザ光をチョッパー等により微小時間を隔てて光ファイバに照射してもよい。この場合、連続発振されたレーザ光の波長は、赤外線レーザ光の波長と同じになるように調整される。
【００２６】
最後に、屈折率分布が形成されたファイバ型デバイス１７はその表面を保護するために被覆樹脂等が被覆され、ファイバ型光デバイス１８が得られる。
【００２７】
ファイバ型光デバイス１８の製造方法に際して、加熱処理を施さなかった場合（アニール炉ＯＦＦ）と、加熱処理を施した場合（アニール炉ＯＮ）とを比較するための、ファイバコアの仮想温度分布を図２に示す。
【００２８】
ここで、仮想温度の評価法は、赤外分光を用いる方法とラマン散乱を用いる方法とがある。赤外吸収では２２６０ｃｍ-1付近のピーク位置の変化、ラマン散乱ではＤ１、Ｄ２線とよばれるピーク強度の変化が仮想温度と非常によい相関をもつことから、これらの測定により仮想温度を求めることができる。光ファイバの測定の場合は、顕微分光法が必要であるが、赤外分光では空間分解能を高くすることができないために、顕微ラマン分光により光ファイバの仮想温度を決定している。
【００２９】
図２に示すように、アニール炉１２をＯＮにして作製した光ファイバ１６では、仮想温度が約１２５０℃まで下がり、赤外線レーザ光を照射した部分のみ仮想温度が１４００℃付近に上昇している。赤外線レーザ光照射の有無で１００℃以上の差がついている。一方、アニール炉１２をＯＦＦにして作製した光ファイバでは、仮想温度が１５００℃以上であり、赤外線レーザ光を照射した箇所との温度差が殆どない。よって、赤外線レーザ光を照射した箇所の仮想温度は１４００℃付近であるため、赤外線レーザ光の照射の有無で仮想温度に差をつけるためには加熱処理による仮想温度は１４００℃以下とするのが好ましく、より好ましくは１０００〜１４００℃であるのがよい。その加熱処理は、１１００〜１４００℃の条件で施す。
【００３０】
光ファイバの製造装置にアニール炉１２を設置して、光ファイバ１５に加熱処理を施すことによりガラスの構造緩和を進め、１４００℃以下の低仮想温度を有する光ファイバ１６を製造すれば、レーザ光発振装置１４による赤外線の短時間照射によりコアに局所的な急加熱及び急冷を行い、局所的な仮想温度を上昇させて屈折率分布をコアに書き込むことができる。尚、ここでは、光ファイバ線引中に連続的に仮想温度を低くするための加熱処理を施したが、仮想温度が低い光ファイバ１６の作製は、線引後に別途加熱処理を行ってもよい。
【００３１】
また、光ファイバの線引中に、加熱処理及び赤外線レーザ光照射による局所的な加熱処理により屈折率分布をコアに書き込むので、線引後に紫外線照射を行う従来の方法に比べてコスト面ではるかに有利である。尚、本実施の形態のファイバ型光デバイスは、光ファイバ線引後に線引ラインの走行を停止させた状態で赤外線を照射して屈折率分布書き込むことも可能である。その際には、光ファイバとレーザ発振装置との間にスリット等を設け、赤外線を干渉縞状に照射して屈折率分布を書き込んでもよい。
【００３２】
図３は、純粋シリカファイバ（脱水処理のために塩素を１０００ｐｐｍ程度含む）のコアの仮想温度と屈折利率の関係を示す図である。これは仮想温度を１０００〜１５００℃内で形成したファイバ型光デバイスの屈折率を実測したものである。図３に示すように、屈折率と仮想温度は同じ比率で上昇する関係があり、仮想温度が１００℃変化する毎に屈折率が１×１０-4ずつ変化する。また、図４はＧｅ添加シリカファイバ（Ｇｅ濃度４．５％）における仮想温度と屈折率との関係を示す図であり、図３と同様に仮想温度が１００℃変化する毎に屈折率が１×１０-4ずつ変化することを示している。
【００３３】
以上、光デバイスとして機能するのに必要な１０-4の屈折率変化をさせるには仮想温度の変化が１００℃以上必要であり、さらに図２より、本実施の形態の光デバイスの製造方法によれば、屈折率変化が１０-4以上の屈折率分布を有するファイバ型光デバイスを製造することができる。
【００３４】
本実施の形態のガラス製光デバイスの製造方法によれば、光ファイバ形成時の仮想温度差を利用しており、水素添加処理等をせずに十分な屈折率差を得ることができる。また、得られた屈折率差は構造緩和時間から考えて、従来の製造方法で製造したファイバ型光デバイスの屈折率分布が劣化する時間よりも、本実施の形態の製造方法で製造したファイバ型光デバイスの屈折率分布が劣化する時間のほうが長く、室温で劣化することはなく、長期安定性においても優れている。
【００３５】
さらに、本実施の形態で製造したファイバ型光デバイスは、濃度４．５％Ｇｅ添加シリカファイバを用いたが、他の組成のガラスにも適用でき、好ましくは、濃度１０％以下のＧｅ添加シリカファイバ或いは純粋石英コアファイバに適用することができる。
【００３６】
本実施の形態では光ファイバに屈折率分布を形成したファイバ型光デバイスの製造方法について説明したが、ファイバ型光デバイスに限らず、他に光導波路型デバイスをも含むガラス製光デバイスについても同様である。光導波路の製造方法において、光導波路の仮想温度を低下させる加熱処理を施し、その光導波路のコアに局所的に加熱処理を施すことで仮想温度を変化させて屈折率分布を形成する製造方法を適用することができる。また、その製造方法によれば、上述のファイバ型光デバイスの製造方法と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態のファイバ型光デバイスの製造装置を示す概略図である。
【図２】アニール処理のＯＮ、ＯＦＦ時それぞれのコアの仮想温度分布を示す図である。
【図３】純粋シリカファイバのコアの仮想温度と屈折率との関係を示す図である。
【図４】Ｇｅ添加シリカファイバのコアの仮想温度と屈折率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ファイバ型光デバイス製造装置
１１  溶融炉
１２  アニール炉
１５  光ファイバ
１８  ファイバ型光デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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