(57)【要約】【課題】本発明の課題は、所望の透過特性及び反射特性を有する光ファイバグレーティングを安価に作製でき、特に、偏波依存性の低い光ファイバグレーティングを作製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。【解決手段】特定波長の光２を光ファイバ３の円周方向について均等に、かつ、長手方向について連続的に変化する照射量として照射して連続的な屈折率勾配を形成する第１の工程と、周期的な間隔で照射量が変化する光２を照射してグレーティング部を形成する第２の工程とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系材料からなり特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位を備えた光ファイバの当該部位に対し、前記光ファイバの側面より、前記特定波長の光を、この光ファイバの円周方向について均等な照射量であるとともに前記光ファイバの長手方向について連続的に変化する照射量として照射することにより、前記光ファイバの長手方向について連続的に屈折率勾配を形成する第１の工程と、
前記光ファイバの特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位に対して、該光ファイバの長手方向について周期的な間隔で照射量が変化する光を照射して、グレーティング部を形成する第２の工程と、を有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２】
前記第１の工程において、前記光ファイバ及びこの光ファイバに照射される光の一方または両方を、該光ファイバの軸に沿って回転させることを特徴とする請求項１記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程を実行した後に、前記第２の工程を実行することを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程を実行した後に、前記第１の工程を実行することを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項５】
前記光ファイバに水素又は重水素を拡散させることにより、特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか一に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記光ファイバに前記特定波長の光を照射するための光源として、エキシマランプを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の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】
本発明は、光通信分野や光ファイバセンサなどに用いられる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】
従来、光通信分野や光ファイバセンサなどに用いられる光ファイバグレーティングは、水素浸漬処理を行った光ファイバに対し、干渉露光法、位相マスク法、強度マスク法、ステップバイステップ法などの方法を用いて、この光ファイバの側面より、光ファイバの長さ方向に沿って所定の周期的な間隔で紫外光を照射することによって作製されている。
【０００３】
光ファイバに紫外光を照射すると、ゲルマニウムを添加した石英ガラスのうち、露光された部分の屈折率が上昇する。そのため、光ファイバの長さ方向に沿って所定の周期的な間隔で紫外光を照射することで、この光ファイバの長さ方向に沿って所定の周期的な間隔で屈折率が変化されたグレーティング部が形成される。
【０００４】
このようにして作製される光ファイバグレーティングは、形成する屈折率変化位置の周期的間隔により、大きく二つに分けられる。一つは長周期ファイバグレーティングと呼ばれるもので、光ファイバ中を導波してきた導波モードを同方向に伝搬するクラッドモードに結合させるデバイスである。もう一つは、短周期ファイバグレーティング（ファイバブラッググレーティング）と呼ばれるもので、導波モードを逆方向に進行する導波モードに結合させるデバイスである。
【０００５】
マスク法によって光ファイバグレーティングを作製する場合、長周期ファイバグレーティングを作製する場合には、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、強度マスクを用い、短周期ファイバグレーティングを作製する場合には、位相マスクを用いる。作製されたファイバグレーティングにおける屈折率変化の周期は、使用するマスクの周期によって決定される。したがって、屈折率変化が所望の周期を有するファイバグレーティングを作製するためには、これに対応した周期変化を有するマスクを用意する必要がある。また、屈折率変化の周期が線形に変化するチャープトファイバグレーティングを作製するには、周期が線形に変化するマスク（以下、チャープマスクという。）を用いる必要がある。
【０００６】
ところが、特に、短周期ファイバグレーティングの作製に用いられる位相マスクは高価であるため、数多くの位相マスクを用意するには、多額の費用が必要であり、光ファイバグレーティングの製造が困難となっている。また、チャープマスクや、周期の変化率（以下、チャープ率という。）が一定ではない特殊な周期をもつマスクは、一定周期のマスク（以下、ユニフォームマスクという。）に比べて、マスクとしての精度が悪い。
【０００７】
したがって、ユニフォームマスクを用いて短周期のチャープトファイバグレーティングを作製することができれば、コスト面で優れているのみならず、作製した光ファイバグレーティングの特性向上を実現することができる。このような光ファイバグレーティングとしては、特許文献３に、屈折率変化を生じさせる波長の光を光ファイバの一部に照射して光ファイバの長手方向に屈折率勾配を形成した後に、ユニフォームマスクを用いてグレーティング部を作製した光ファイバグレーティングが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２２８８５６公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００３−１３９９７４公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平９−３１１２３８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、予め光ファイバに屈折率勾配を形成した後に、ユニフォームマスクを用いてグレーティング部を作製し、チャープトファイバグレーティングを作製する場合には、この光ファイバに対し、非常に大きな量の屈折率変化を生じさせる必要がある。
【００１２】
具体的には、数十ｎｍの波長帯域幅をもつ光ファイバグレーティングを作製するためには、予め与える光ファイバにおける屈折率勾配による両端での実効屈折率の差は、１０−２のオーダである必要がある。また、数ｎｍの波長帯域幅をもつ光ファイバグレーティングを作製する場合でも、光ファイバにおける屈折率勾配による両端での実効屈折率の差は、１０−３のオーダである必要がある。これは、チャープマスクを用いて作製される従来の光ファイバグレーティングにおける屈折率変化量に比して、１桁乃至２桁は大きい値である。
【００１３】
そのため、ユニフォームマスクを用いてチャープトファイバグレーティングを作製した場合、屈折率変化に不均一性が生じてしまい、透過特性について、大きな偏波依存性（以下、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ）という。）が生じてしまうという問題がある。
【００１４】
図８は、ユニフォームマスクを用いて作製したチャープトファイバグレーティングにおける各偏波による透過損失及びそれらの差（すなわち、ＰＤＬ）の測定結果を示すグラフである。
【００１５】
ここで作製した光ファイバグレーティングは、ユニフォームマスクを用いて露光を行った後に、光ファイバの長手方向の位置と屈折率変化量の関係が線形になるように、紫外光の照射量を光ファイバの長手方向について変えながら、ファイバグレーティング全体に紫外光を照射して作製したものである。短波長側が１．０ｎｍ、長波長側が３．０ｎｍ波長が変化することにより、波長帯域幅が２．０ｎｍになるように条件出しを行ったものである。
【００１６】
図８に示す測定結果から、２．５ｎｍを越える程度の比較的小さな波長変化量においても、大きな偏波依存性が生じてしまっていることがわかる。また、このグラフより、透過特性自体も崩れてしまっていることがわかる。つまり、２．５ｎｍを越えるような帯域幅をもつチャープトファイバグレーティングをユニフォームマスクを用いて作製した場合には、大きな偏波依存性をもってしまうのみならず、透過特性自体も崩れてしまうということがわかる。
【００１７】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、その目的としては、所望の透過特性及び反射特性を有する光ファイバグレーティングを安価に作製することができ、特に、偏波依存性の低い光ファイバグレーティングを作製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。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、前記目的を達成するため、石英系材料からなり特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位を備えた光ファイバの当該部位に対し前記光ファイバの側面より、前記特定波長の光をこの光ファイバの円周方向について均等な照射量であるとともに前記光ファイバの長手方向について連続的に変化する照射量として照射することにより前記光ファイバの長手方向について連続的に屈折率勾配を形成する第１の工程と、前記光ファイバの特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位に対して該光ファイバの長手方向について周期的な間隔で照射量が変化する光を照射してグレーティング部を形成する第２の工程とを有することを要旨とする。
【００１９】
請求項２記載の発明は、前記目的を達成するため、前記第１の工程において、前記光ファイバ及びこの光ファイバに照射される光の一方または両方を該光ファイバの軸に沿って回転させることを要旨とする。
【００２０】
請求項３記載の発明は、前記目的を達成するため、前記第１の工程を実行した後に前記第２の工程を実行することを要旨とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、前記目的を達成するため、前記第２の工程を実行した後に前記第１の工程を実行することを要旨とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、前記目的を達成するため、前記光ファイバに水素又は重水素を拡散させることにより特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位を形成することを要旨とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、前記目的を達成するため、前記第１の工程において、前記光ファイバに前記特定波長の光を照射するための光源としてエキシマランプを使用することを要旨とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
光ファイバの屈折率を変化させるには、この光ファイバとして石英系材料からなるものを用い、この光ファイバに対し、紫外光領域で単色発光する光源から発光された紫外光を照射する。紫外光の照射により、光感受性をもつ領域の屈折率が変化するので、その特性を光ファイバの屈折率を変化させることができるのである。
【００２６】
以下の実施の形態においては、中心周期１０７１．０ｎｍのユニフォームマスクを用いて、光ファイバの長さ１００ｍｍの範囲に対して露光を行った場合について説明する。まず、このユニフォームマスクを用いて、第２の工程である「マスク露光工程」として露光を行い、その後、光ファイバを軸回りに連続的に回転させながら、光ファイバの長手方向の位置と屈折率変化量との関係が線形となる屈折率勾配が形成されるように、第１の工程である「ＤＣ露光工程」として紫外光を照射した。
【００２７】
図１は、本発明において、光ファイバへの紫外光の照射を行う照射装置の構成を示す側面図である。
【００２８】
この実施の形態においては、図１に示すように、集光レンズ１を用いて光束径を絞った紫外光２を光ファイバ３に照射する。紫外光２は、図示しない光源から発せられる。
【００２９】
なお、紫外光領域で単色発光する光源としては、エキシマランプを使用することができる。エキシマとは、基底状態では安定で分子を作らない閉核原子または分子が励起されることにより、他の基底状態の原子または分子と強い結合力を示し分子化したもののことである。このエキシマ状態から基底状態に遷移する際に、そのエネルギー差に相当する光が発せられる。この光をランプとして発光するものがエキシマランプである。使用するガスの種類を変更することにより、様々な波長で発光するエキシマランプを作製することができる。このエキシマランプが発する光は、非干渉性光（インコヒーレント光）である。
【００３０】
これらエキシマランプのなかでも、キセノン（Ｘｅ）を用い波長１７２ｎｍで発光するものや、塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）を用い波長２２２ｎｍで発光するものなどは、すでに広く実用化され、液晶用パネルなどの洗浄用に利用されており、特性の安定したランプを安価に入手することが容易である。
【００３１】
エキシマランプは、単色発光、すなわち、発光波長帯域が数ｎｍから数十ｎｍと細いスペクトル線幅での発光をするため、光エネルギーが熱エネルギーなどに変化することが抑えられ、効率よく光ファイバの屈折率変化を生じさせることができる。なお、エネルギー効率を良好とするためには、紫外光領域において単色発光するエキシマランプを使用することが望ましい。
【００３２】
エキシマランプからの光エネルギーを効率よく光ファイバの屈折率変化に結びつけるためには、光ファイバにおいて、エキシマランプからの光の波長帯域における吸収を大きくするための増感物質が添加されている必要がある。石英系材料からなる光ファイバに添加されてこの光ファイバの光感受性を増大させる増感物質としては、例えば、ゲルマニュウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）などが挙げられる。また、紫外光帯域における光感受性を大きくするためには、石英系材料からなる光ファイバ中に水素または重水素を拡散する方法も有効である。エキシマランプにより紫外光を照射する場合においても、光ファイバ中に水素または重水素を拡散させてから行った方が、短時間でより大きな屈折率変化が得られる。
【００３３】
この照射装置において、光源からの紫外光２は、ミラー８に反射され、絞り９を介して、集光レンズ１に入射される。また、この照射装置において、光ファイバ３は、紫外光２が照射される位置の両端側において一対の保持部４，５によって保持される。
【００３４】
ミラー８は、図１中矢印Ｓで示すように、光ファイバ３の長手方向に移動操作されることにより、紫外光２を、光ファイバ３の長手方向に走査（スキャン）することができる。このとき、絞り９及び集光レンズ１は、ミラー８と一体となって移動する。
【００３５】
また、保持部４，５は、保持した光ファイバ３を、図１中矢印Ｒで示すように、軸回りに所定の速度で回転操作することができる。なお、保持部４，５は、光ファイバ３を長手方向に所定の速度で移動操作することができるように構成してもよい。この場合には、ミラー８及び絞り９を移動操作する必要はない。
【００３６】
これら保持部４，５、ミラー８及び絞り９は、制御部７によって制御されて移動操作される。
【００３７】
「マスク露光工程」においては、ミラー８を移動操作して、紫外光２を所定の速度でファイバ３の長手方向にスキャンさせることで、光ファイバ３に、ユニフォームマスク６に対応した周期的な間隔の屈折率変化量を生じさせる。
【００３８】
図２は、本発明の説明において使用する屈折率変化の定義を示すグラフである。
【００３９】
以下の説明においては、図２に示すように、ＡＣ成分（△ｎ（ＡＣ））とは、光ファイバグレーティングにおけるグレーティング部の変調成分（ユニフォームマスク６に対応した周期的な間隔の屈折率変化）の半分、平均（△ｎ（平均））とは、ＡＣ成分の半分までの変化量、ＤＣ成分（△ｎ（ＤＣ））とは、変調成分の下限を示している。
【００４０】
図３は、本発明における「ＤＣ露光工程」での光ファイバの長手方向の位置と紫外光の走査速度との関係を示すグラフである。
【００４１】
そして、「ＤＣ露光工程」においては、ユニフォームマスク６を外し、ミラー８を移動操作して、紫外光２を所定の速度で光ファイバ３の長手方向にスキャンさせる。紫外光２が光ファイバ３に対してスキャンする速度は、図３に示すように、この光ファイバ３において紫外光が照射されている長手方向の位置に応じて変化される。すなわち、紫外光２の照射量は、光ファイバ３における長手方向に沿って変化することとなる。このように、光ファイバ３の長手方向の位置に応じて、紫外光２がスキャンする速度を異ならせることにより、光ファイバ３の長手方向の位置と屈折率のＤＣ成分（△ｎ（ＤＣ））の変化量との関係が線形の屈折率勾配になるように制御する。
【００４２】
図４は、本発明における「ＤＣ露光工程」が完了したときの光ファイバの長手方向の位置と屈折率のＤＣ成分（△ｎ（ＤＣ））との関係を示すグラフである。
【００４３】
この「ＤＣ露光工程」が完了したときの光ファイバ３における屈折率のＤＣ成分）は、図４に示すように、光ファイバ３の長手方向の位置に対して、線形に変化する屈折率勾配を形成している。
【００４４】
このように、紫外光の照射量を光ファイバ３における長手方向に沿って変化させることで、屈折率のＤＣ成分（△ｎ（ＤＣ））が長手方向について連続的に変化した光ファイバ３を作製することができる。このように光ファイバ３の屈折率を変化させるのに好適な紫外光の波長は、添加する増感物質にも依るが、２８０ｎｍ以下である。波長が２８０ｎｍ以上の光を照射しても、光感受性が非常に小さいので、所望の屈折率変化を得ることは困難である。一方、波長が１５０ｎｍ以下の光を照射した場合には、増感物質を添加していない純粋な石英での吸収が非常に大きく、照射光が光ファイバを透過しない。したがって、照射する紫外光の波長は、１５０ｎｍ以上である必要がある。したがって、屈折率を変化させるために用いるエキシマランプとしては、例えば、発光波長が１５０ｎｍ乃至２８０ｎｍの範囲であるものを使用することができる。
【００４５】
そして、前述したように、発光波長が２２２ｎｍ及び１７２ｎｍのエキシマランプは、液晶用パネルなどの洗浄用に利用されているため、特性の安定したランプを容易に入手することができる。特に、発光波長が１７２ｎｍのエキシマランプを用いることで、発光波長が２２２ｎｍのエキシマランプを用いる場合に比較して、効率よく光ファイバの屈折率を変化させることができるため、発光波長が１７２ｎｍのエキシマランプを使用することが望ましい。
【００４６】
この実施の形態においては、短波長側で＋１．０ｎｍ、長波長側で＋３．０ｎｍ波長が変化するように、すなわち、波長帯域幅が２．０ｎｍになるように、条件出しを行っている。これは、光ファイバ３の屈折率の変化量として示すと、短波長側が９．３×１０−４、長波長側が２．８×１０−３であり、光ファイバグレーティングの両側での変調成分以外の屈折率変化量の差は、１．９×１０−３である。
【００４７】
図５は、本発明により作製した光ファイバグレーティングの断面における屈折率分布を示す断面図である。
【００４８】
前述のようにして本発明により作製された光ファイバグレーティングの断面における屈折率分布をＲＮＦ法（Ｒｅｆｒａｃｔｅｄ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ法）で測定すると、図５に示すように、ほぼ同心円状の分布をしており、光ファイバ３の円周方向について屈折率が均等に上昇していることがわかる。これは、「ＤＣ露光工程」において、光ファイバ３を軸回りに回転させたための効果と考えられる。
【００４９】
図６は、本発明を適用せずに作製した比較例における光ファイバグレーティングの断面における屈折率分布を示す断面図である。
【００５０】
「ＤＣ露光工程」において、光ファイバ３を軸回りに回転させずに、他の条件は前述した実施の形態と同様とした比較例においては、図６に示すように、光ファイバ３の片側のみの屈折率が高くなっており、屈折率が光ファイバ３の円周方向について不均一に上昇していることが確認できる。
【００５１】
図７は、本発明により作製した光ファイバグレーティングにおける各偏波による透過損失及びそれらの差（すなわち、ＰＤＬ）の測定結果を示すグラフである。
【００５２】
本発明により作製した光ファイバグレーティングにおいては、図７に示すように、各偏波による透過損失及びそれらの差（すなわち、ＰＤＬ）が、前記図８に示した従来の光ファイバグレーティングにおける偏波依存性に比較して、大幅に低減されていることがわかる。
【００５３】
なお、本発明においては、「ＤＣ露光工程」を先に実行し、その後に、「マスク露光工程」を実行してもよい。
【００５４】
また、本発明の「ＤＣ露光工程」において、紫外光の照射量を光ファイバ３の長手方向に沿って変化させるには、前述した実施の形態のように、光ファイバ３の長手方向に所定の速度で紫外光をスキャンさせる方法に限定されず、光ファイバ３において露光を行う範囲の全範囲に亘って一様に同時に紫外光を照射しておき、この光ファイバ３と紫外光の光源側との間において遮光マスクを所定の速度で光ファイバ３の長手方向に移動操作する方法や、この光ファイバ３と紫外光の光源側との間に光ファイバ３の長手方向に透過率が連続的に変化された減光フィルタを設置する方法などを使用することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、特定波長の光を光ファイバの円周方向について均等に、かつ、長手方向について連続的に変化する照射量として照射して連続的な屈折率勾配を形成する第１の工程と、周期的な間隔で照射量が変化する光を照射してグレーティング部を形成する第２の工程とを有するので、所望の透過特性及び反射特性を有する光ファイバグレーティングを安価に作製することができ、特に、偏波依存性の低い光ファイバグレーティングを作製することができる。
【００５６】
請求項２記載の本発明によれば、前記第１の工程において、前記光ファイバ及びこの光ファイバに照射される光の一方または両方を該光ファイバの軸に沿って回転させるので、照射光が光ファイバの円周方向について均等に照射される。
【００５７】
請求項３記載の本発明によれば、前記第１の工程を実行した後に前記第２の工程を実行することができる。
【００５８】
請求項４記載の本発明によれば、前記第２の工程を実行した後に前記第１の工程を実行することができる。
【００５９】
請求項５記載の本発明によれば、前記光ファイバに水素又は重水素を拡散させることにより特定波長の光の照射によって屈折率が上昇する部位を形成することができる。
【００６０】
請求項６記載の本発明によれば、前記第１の工程において、前記光ファイバに前記特定波長の光を照射するための光源としてエキシマランプを使用するので、光源の入手及び管理が容易であり、また、消費電力が小さくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、光ファイバへの紫外光の照射を行う照射装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の説明において使用する屈折率変化の定義を示すグラフである。
【図３】本発明における「ＤＣ露光工程」での光ファイバの長手方向の位置と紫外光の走査速度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明における「ＤＣ露光工程」が完了したときの光ファイバの長手方向の位置と屈折率のＤＣ成分（△ｎ（ＤＣ））との関係を示すグラフである。
【図５】本発明により作製した光ファイバグレーティングの断面における屈折率分布を示す断面図である。
【図６】本発明を適用せずに作製した比較例における光ファイバグレーティングの断面における屈折率分布を示す断面図である。
【図７】本発明により作製した光ファイバグレーティングにおける各偏波による透過損失及びそれらの差（すなわち、ＰＤＬ）の測定結果を示すグラフである。
【図８】ユニフォームマスクを用いて作製した従来のチャープトファイバグレーティングにおける各偏波による透過損失及びそれらの差（すなわち、ＰＤＬ）の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  集光レンズ
２  紫外光
３  光ファイバ
４，５  保持部
６  ユニフォームマスク
７  制御部
【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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【図８】
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