(57)【要約】【課題】光導波路において、光感受性を有するコアにサンプルドグレーティングを作製する際に、スリット幅が狭い強度変調マスクを用いても、フレネル回折の影響を抑え、かつ紫外光に対する感受性を増大させる。【解決手段】光感受性を有するコアをもつ光ファイバ２７を高圧容器１１１に収納し、高圧水素１１３雰囲気で光ファイバ２７内部に水素を拡散させ、単色の非干渉性ＵＶランプ光１３１を強度変調マスクスリット１７７を介して光ファイバ２７に照射し、加熱したオーブン１５１中にて、光ファイバから水素１５３を放出させ、干渉性ＵＶレーザ光１７１を照射する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させる水素拡散工程と、
光源により発生させられた紫外光を強度変調マスクを介して前記石英系光導波路に照射する光照射工程と、
前記石英系光導波路に拡散している水素と重水素を該石英系光導波路から取り除く水素除去工程と、
前記石英系光導波路に干渉パターンを照射するパターン照射工程と
を備えたことを特徴とするグレーティング型光部品製造方法。
【請求項２】
前記光照射工程で用いる光源として紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を用いることを特徴とする請求項１に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項３】
前記非干渉光源により発生させられる光の波長は、１５０ｎｍから２８０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項４】
前記干渉パターンは、干渉性を有する紫外光による干渉パターンであることを特徴とする請求項１から３に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項５】
前記光照射工程光源としてエキシマランプを用いることを特徴とする請求項１に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項６】
前記エキシマランプにより発生させられる光の波長は、１７２ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項７】
前記エキシマランプにより発生させられる光の波長は、２２２ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項８】
前記強度変調マスクによる強度分布は、周期的であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項９】
前記強度変調マスクは、前記光が通過するスリットを備え、該スリットの幅は、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項１０】
前記干渉パターンを照射するにあたって、位相マスク法を用いることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項１１】
前記石英系導波路は、光ファイバであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造方法。
【請求項１２】
紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させる水素拡散手段と、
強度変調マスクと、
前記強度変調マスクを介して前記石英系光導波路に紫外光を照射する光照射手段と、
前記石英系光導波路に拡散している水素と重水素のうちの少なくとも一方を該石英系光導波路から取り除く水素除去手段と、
前記石英系光導波路に干渉パターンを照射するパターン照射手段と
を備えたことを特徴とするグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１３】
前記光照射手段は、紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を備えたことを特徴とする請求項１２に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１４】
前記非干渉光源により発生させられる光の波長は、１５０ｎｍから２８０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１５】
前記干渉パターンは、干渉性を有する紫外光による干渉パターンであることを特徴とする請求項１４に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１６】
前記光照射手段は、エキシマランプを備えたことを特徴とする請求項１２に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１７】
前記エキシマランプにより発生させられる光の波長は、２２２ｎｍあるいは１７２ｎｍであることを特徴とする請求項１６に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１８】
前記強度変調マスクによる強度分布は、周期的であることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項１９】
前記強度変調マスクは、前記光が通過するスリットを備え、該スリットの幅は、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項２０】
前記パターン照射手段は、位相マスク法を用いることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項２１】
前記石英系導波路は、光ファイバであることを特徴とする請求項１２から２０のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造装置。
【請求項２２】
請求項１２から２１のいずれか１項に記載のグレーティング型光部品製造装置を用いて作製された光部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光感受性（Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を有する光導波路に関して、紫外（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ、以下、ＵＶと略す）光を用いて屈折率および光感受性を上昇させる方法と、その方法を用いて作製した光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系の材料は、光透過性に優れていることから光通信の導波路や光学レンズなど多方面で使用されている（例えば、特許文献１参照）。とりわけ光通信線路である光ファイバの材料が石英系であることから、その線路中で光の波長選択フィルタ、分岐合流器、分波合波器、減衰器などの機能性光部品を作製するにあたって、光ファイバとの結合性（屈折率、コア径、融着接続の際の融点など）を考慮すると、石英系材料からこれらの機能性光部品を作製することには優位性が存在する。
【０００３】
ゲルマニウム、リン、ボロンなどの光感受性を高める添加物（以後、光増感物質と呼ぶ）を含む光ファイバあるいは平面導波路（以下、ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔと略す）などの光導波路に、適当波長のＵＶ光を照射して、周期的に光導波路中の屈折率を変化させたものをグレーティングと呼び、上述の波長選択性フィルタなどに応用できる光部品である。
【０００４】
図１３及び１４に示すように、その目的に応じて、光導波路１００の長さ方向にわたって、ある一定の周期をもって屈折率を変化させることが一般的であるが、図１５及び１６に示すように、屈折率を連続的に徐々に変化させる場合もある。
【０００５】
グレーティングの中でも光ファイバ（以下、光ファイバ１００という）１中に形成されたグレーティングを、ファイバグレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＦＧと略す）１０２と呼び、光通信において重要な光部品となっている。このファイバグレーディングの内、光導波路を伝搬してきた光を反射するタイプのグレーティングを反射型グレーティングまたはファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＦＢＧと略す）と呼ぶ。
【０００６】
なお、これ以下、特に断りなき時は、光ファイバが光導波路を代表するものとする。同様に、以下の記述では、ＦＢＧが光導波路中に形成されたグレーティングを代表するものとする。また、ＦＢＧの屈折率変化領域は光導波路中のコア又は、コアに近接したクラッド部分に形成されるが、これ以下、特に断りのなき時は、コア中のＦＢＧがクラッド部分のＦＢＧを含むものとする。
【０００７】
仮に、コア中に形成されたＦＢＧ周期がある一定の周期Λｏとすると、
【数１】
Λｏ＝ｍ  ｘ  λ／（２ｎｅｆｆ）・・・（１）
を満たす光の波長λでは、ＦＢＧ各点での反射波が同相となり、かつ各点の反射パワー自体は非常に小さいものであるが、後述するように数千箇所での反射波を総和すると大きな反射となる。ここで、ｎｅｆｆ：光導波路実効屈折率（石英系コアではｎｅｆｆ≒１．４５）、ｍ＝１、２、・・・、ｎ（整数）である。一般的には、ｍ＝２以上の高次のモードは結合が小さく動作波長も異なるため、ｍ＝１とする。すなわち、（１）式にｍ＝１を代入して、
【数２】
Λｏ＝λ１／（２ｎｅｆｆ）・・・（２）
を満たす波長λ１で反射を生じるようにＦＢＧ周期Λｏを設計する。一例として、公共光通信網で用いられる波長λ１＝１５５０［ｎｍ］を、上記（２）式に代入すると、ＦＢＧ周期Λｏ≒５００［ｎｍ］  ≒０．５［μｍ］  が得られる。コアの長さ方向１ｍｍにわたって上述のＦＢＧ周期が作製された時、約２０００の屈折率変調となる。
【０００８】
この様なＦＢＧのうち、図１１（ｂ）に示すように、短いＦＢＧが特定の間隔を置いて連続的に連なった状態でファイバ中に作製されたものをサンプルドＦＢＧと呼ぶ。
【０００９】
以下に、従来方法によるサンプルド（Ｓａｍｐｌｅｄ）ＦＢＧの作製方法を示す。
【００１０】
まず、図９（ａ）に示すように、高圧容器１１１内に光ファイバ１２７を収納する。この際の光ファイバ１２７の形状としては、数キロメートルから数百メートルリール巻きされた被覆付光ファイバ、あるいは数メートルに切断加工した被覆付光ファイバ、あるいは図示するように、光ファイバ１２７を数メートル単位に切断加工し、これを被覆する被覆部材１２９の一部を除去し、中間部を露出させたものでも良い。
【００１１】
次に、水素（Ｈ２）または重水素（Ｄ２）を充填、加圧（例えば１００気圧）した状態で放置して、高圧水素１１３あるいは重水素が光ファイバ１２７のクラッド１２５を通過してコア１２３に至るまで拡散させる。通常、水素あるいは重水素の拡散速度を大きくするために、加熱状態（例えば５５℃）で放置する。なお、上記の工程を水素拡散工程と呼ぶ。
【００１２】
上記の水素拡散工程の目的としては、光ファイバ１２７のコア１２３内に水素あるいは重水素が拡散していると、後述するように、コア１２３に干渉性ＵＶレーザ光を照射した際に、このコア１２３の光感受性を高めることができるからである。つまり、ＦＢＧを作製する時に、水素あるいは重水素が拡散していないコアと比較して、水素あるいは重水素が拡散したコア１２３中では屈折率上昇速度を約５０倍にも促進できることが知られているからである。この際、高圧容器内温度を常温より上げると拡散速度が増すことは前述の通りであり、その加熱温度と水素拡散に必要な時間との関係を図１０に示す。
【００１３】
上記の水素拡散工程において、光ファイバ１２７に水素あるいは重水素を拡散させた後、これにＵＶレーザ光を照射するには被覆部材１２９を除去しなければならない。これは、被覆部材１２９の樹脂がＵＶレーザ光を吸収して、コアにまで達するのを阻害するからである。
【００１４】
次に、図９（ｂ）に強度変調マスク１７５と位相マスク１７３を使用したサンプルドＦＢＧの例を示す。強度変調マスク１７５には、一定間隔で、複数個の一定幅の強度変調マスクスリット１７７が設けられている。干渉性ＵＶレーザ光１７１を、強度変調マスクスリット１７７を通過させてから、特定周期を有する位相マスク１７３に照射すると、光ファイバのコア（水素拡散）１２３に、間歇的に干渉縞が生じ、その高輝度点で屈折率上昇をもたらす。このようにして、間歇的に一定の周期からなるサンプルドＦＢＧ（水素拡散）１２１を作製できる。なお、上記の工程を露光工程と呼ぶ。
【００１５】
次に、図９（ｃ）示すように、ＦＢＧを作製した光ファイバをオーブン１５１内に収納し、高温加熱（例：温度１２０℃）した状態で、一定時間（例：１２時間）放置することにより、光ファイバ１２７中に拡散した水素１５３あるいは重水素を外部に放出さることにより除去する。なお、上記の工程を水素除去工程と呼ぶ。なお、図中の光ファイバ（水素無）１１７は、水素除去工程を経て水素が除去された光ファイバであり、光ファイバ被覆部材（水素無）１１９は、同じく水素が除去された被覆部材である。
【００１６】
次に、前述の各工程を経て作製されたサンプルドＦＢＧ１２１の詳細を図１１に示す。
【００１７】
本図に示す例では、ＦＢＧ一単位長をＬｇ、間歇的ＦＢＧの繰り返し周期をＬｓ、ＦＢＧが作製された長さ全体をＬｔとした。
【００１８】
また図１１（ａ）のＦＢＧ周期Λと、図１１（ｂ）の反射中心波長λＢとの関係は、上記（２）式からの変形で、
【数３】
λＢ＝２ｎｅｆｆΛ・・・（３）
となる。
【００１９】
ＦＢＧ周期Λと、間歇的ＦＢＧの繰り返し周期Ｌｓの相互作用によって、反射中心波長近傍の波長λＢ±Δλ、λＢ±２Δλ、λＢ±３Δλ、・・・でも反射が生じる。
【００２０】
ここで隣接反射波長間の間隔Δλは、下式で表される。
【００２１】
【数４】
Δλ＝ΛλＢ／Ｌｓ・・・（４）
あるいは、上記（３）式を（４）式に代入することによって、
【数５】
Δλ＝λＢ２／（２ｎｅｆｆ  Ｌｓ）・・・（５）
が得られる。
【００２２】
【特許文献１】
特開平５−３４１１４２号公報（第２頁、第１図）
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
サンプルドＦＢＧを作製するにあたっては、干渉性ＵＶレーザ光１７１→強度変調マスク１７５→位相マスク１７３→光ファイバのコア１２３の順序に配列する。その理由は、位相マスク１７３と光ファイバのコア１２３との距離は、短いほど精度良く干渉法によるＦＢＧの作製が可能であるからである。また、位相マスク１７３における周期が約１ミクロンの微細加工を施した部分が強度変調マスク１７５と直接接触することを避けることも理由として挙げられる。
【００２４】
上記の理由から、強度変調マスク１７５と光ファイバのコア１２３間に厚さ２〜３ｍｍの位相マスク１７３が存在することが必然となる。これに起因する問題点を以下に挙げる。
【００２５】
図１２に、波長２４８ｎｍの干渉性ＵＶレーザ光１７１が、強度変調マスクスリット１７７を通過して、距離３ｍｍの地点に達した際の光強度分布を示す。これは、フレネル回折の式を用いて計算した結果であり、本図では、強度変調マスクスリット１７７幅を、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍと変化させた際の相違を示している。本図からも明らかなように、強度変調マスクスリット１７７の幅が狭いほど、回折の影響により強度分布が完全な方形から乱れることが確認できる。また、位相面も乱れることにより位相マスクで回折した後の干渉領域において所望の特性が得られない。
【００２６】
また、もう一つの問題点は、干渉性ＵＶレーザ光１７１のパワー密度が非常に高いため、強度変調マスクスリット１７７幅にかかわらず、強度変調マスク１７５自体の劣化が生じる点にある。
【００２７】
本発明は，上記課題に鑑みてなされたもので，その目的としては、光導波路において、光感受性を有するコアにサンプルドグレーティングを作製する際に、スリット幅が狭い強度変調マスクを用いても、フレネル回折の影響を抑え、かつ紫外光に対する感受性を増大させることが可能なグレーティング型光部品製造方法、グレーティング型光部品製造装置及びグレーティング型光部品製造装置を用いて作製された光部品を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させる水素拡散工程と、光源により発生させられた光を強度変調マスクを介して石英系光導波路に照射する光照射工程と、石英系光導波路に拡散している水素と重水素を石英系光導波路から取り除く水素除去工程と、石英系光導波路に干渉パターンを照射するパターン照射工程とを備えたことを要旨とする。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、上記課題を解決するため、光源として紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を用いることを要旨とする。
【００３０】
請求項３に記載の本発明は、上記課題を解決するため、非干渉光源により発生させられる光の波長は、１５０ｎｍから２８０ｎｍの範囲にあることを要旨とする。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、上記課題を解決するため、干渉パターンは、干渉性を有する紫外光による干渉パターンであることを要旨とする。
【００３２】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、光源としてエキシマランプを用いることを要旨とする。
【００３３】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、エキシマランプにより発生させられる光の波長は、１７２ｎｍであることを要旨とする。
【００３４】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、エキシマランプにより発生させられる光の波長は、２２２ｎｍであることを要旨とする。
【００３５】
請求項８記載の発明は、上記課題を解決するため、強度変調マスクによる強度分布は、周期的であることを要旨とする。
【００３６】
請求項９記載の発明は、上記課題を解決するため、強度変調マスクは、光が通過するスリットを備え、スリットの幅は、１ｍｍ以下であることを要旨とする。
【００３７】
請求項１０記載の発明は、上記課題を解決するため、干渉パターンを照射するにあたって、位相マスク法を用いることを要旨とする。
【００３８】
請求項１１記載の発明は、上記課題を解決するため、石英系導波路は、光ファイバであることを要旨とする。
【００３９】
請求項１２記載の発明は、上記課題を解決するため、紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させる水素拡散手段と、強度変調マスクと、強度変調マスクを介して石英系光導波路に光を照射する光照射手段と、石英系光導波路に拡散している水素と重水素のうちの少なくとも一方を石英系光導波路から取り除く水素除去手段と、石英系光導波路に干渉パターンを照射するパターン照射手段とを備えたことを要旨とする。
【００４０】
請求項１３記載の本発明は、上記課題を解決するため、光照射手段は、紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を備えたことを要旨とする。
【００４１】
請求項１４記載の発明は、上記課題を解決するため、非干渉光源により発生させられる光の波長は、１５０ｎｍから２８０ｎｍの範囲にあることを要旨とする。
【００４２】
請求項１５記載の発明は、上記課題を解決するため、干渉パターンは、干渉性を有する紫外光による干渉パターンであることを要旨とする。
【００４３】
請求項１６記載の発明は、上記課題を解決するため、光照射手段は、エキシマランプを備えたことを要旨とする。
【００４４】
請求項１７記載の発明は、上記課題を解決するため、エキシマランプにより発生させられる光の波長は、２２２ｎｍあるいは１７２ｎｍであることを要旨とする。
【００４５】
請求項１８記載の発明は、上記課題を解決するため、強度変調マスクによる強度分布は、周期的であることを要旨とする。
【００４６】
請求項１９記載の発明は、上記課題を解決するため、強度変調マスクは、光が通過するスリットを備え、スリットの幅は、１ｍｍ以下であることを要旨とする。
【００４７】
請求項２０記載の発明は、上記課題を解決するため、パターン照射手段は、位相マスク法を用いることを要旨とする。
【００４８】
請求項２１記載の発明は、上記課題を解決するため、石英系導波路は、光ファイバであることを要旨とする。
【００４９】
請求項２２記載の発明は、請求項１２から２１のいずれか１項に記載のファイバグレーティング型光部品製造装置を用いて作製されたことを要旨とする。
【００５０】
【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。
まず、個々の実施例について説明する前に全ての実施例に共通する事項を述べる。
【００５１】
図１（ａ）に示すように、高圧容器１１１内に光ファイバ２７を収納する。この際の光ファイバ２７の形状としては、数キロメートルから数百メートルリール巻きされた被覆付光ファイバ、あるいは数メートルに切断加工した被覆付光ファイバ、あるいは図示するように、光ファイバ２７を数メートル単位に切断加工し、これを被覆する被覆部材２９の一部を除去し、中間部を露出させたものでも良い。
【００５２】
次に、水素（Ｈ２）または重水素（Ｄ２）を充填、加圧（１００気圧）した状態で、温度を５５℃に保ちつつ、３から７日間放置して、高圧水素１１３あるいは重水素が光ファイバ２７のクラッド２５を通過してコア２３に至るまで拡散させる。なお、上記の工程を水素拡散工程と呼ぶ。
【００５３】
上記の水素拡散工程の目的としては、光ファイバ２７のコア２３内に水素あるいは重水素が拡散していると、後述するように、コア２３に非干渉性ＵＶランプ光１３１を照射した際に、このコア２３の光感受性を高めることができるからである。
【００５４】
次に、図１（ｂ）に示すように、エキシマランプのような広い面積を照射可能な非干渉性ＵＶランプ光１３１を用いて、この光を強度変調マスクスリット１７７を介して、水素あるいは重水素を拡散させた多数の光ファイバ（水素拡散）２７に照射する。これにより、図１（ｂ）の非干渉性ＵＶランプ光照射部２４ａ、２４ｂ及び２４ｃは、図３（ｄ）に示すように、照射時間に応じて一定量だけ屈折率が上昇（図中の“ＵＶランプ光照射による屈折率上昇分ΔＮｃ５５”）するとともに、後工程でのＦＢＧ作製時の光感受性を高め、ＦＢＧ形成時の屈折率が上昇する（“図中のＦＢＧ屈折率差ΔＮｂ５３”）。このΔＮｂ５３は非干渉ＵＶランプの照射時間にもよるが、図３（ｂ）の従来方法による屈折率上昇分（図中の“ＦＢＧ屈折率差ΔＮａ５１”）と同程度となる。
【００５５】
このような屈折率変化を得るために必要なＵＶ光の波長は、添加する増感物質にもよるが、通常２８０ｎｍ以下である必要がある。これは、２８０ｎｍ以上の光では光感受性が非常に小さく、所望の屈折率変化を得ることが困難だからである。
【００５６】
一方、波長が１５０ｎｍ以下の光は、増感物質を添加しない純粋石英での光吸収が非常に大きく、光が透過しないため、照射波長は１５０ｎｍ以上とする必要がある。
【００５７】
上記の点から、図４に示したエキシマランプのうち、波長１５０〜２８０ｎｍの範囲で発光する光源が使用できる。中でも、Ｘｅを用いた波長１７２ｎｍとＫｒＣｌを用いた２２２ｎｍのランプは、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安価に入手することができるので有利である。さらに、ゲルマニウムが添加してある光導波路においては、１７２ｎｍの光の方が２２２ｎｍの光より吸収係数が大きく、効率よく光感受性の増大効果が得られるので、１７２ｎｍの方がより望ましい。
【００５８】
また、このようなエキシマランプは、紫外光領域で細いスペクトル線幅で発光（単色発光）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を抑え、効率よく光導波路の特性変化を得ることができるため、非干渉性光源としては紫外光領域で単色発光する光源を用いることが望ましい。
【００５９】
ＵＶ光源としての非干渉性エキシマランプの特長としては、レーザ光源と比較して、パワー密度は１０００分の１程度だが、５００ｘ８０ｍｍと広い面積を照射可能で、一方小型化したランプでは２０ｍｍｘ１８ｍｍφと小さく、価格は約１０分の１と安価で、長時間ＵＶ光を照射しても光ファイバの材料である石英系材料の強度劣化を起こしにくく、駆動電源として取り扱いが容易な１００Ｖ交流電源を使用できる。なお、上記の工程を光照射工程と呼ぶ。
【００６０】
次に、図２（ａ）に示すように、オーブン１５１内に光ファイバ２７を収納し、高温加熱（例：温度１２０℃）した状態で、１２時間放置することにより、光ファイバ２７中に拡散した水素１５３あるいは重水素をオーブン内へ放出させることにより除去し、光ファイバ（水素無）１７を作製することができる。この後、光ファイバ１７中の水素あるいは重水素の残留濃度は十分低減しているので、次工程待ちとして長時間保管しても特性の変化は殆ど生じない。しかも、水素あるいは重水素を放出しても、光照射工程にてＵＶ光が照射された部分ではＦＢＧ作製時のＵＶレーザ光に対する光感受性を保持している。この点が本発明の特長の１つで、従来方法では、水素あるいは重水素を放出したコアは光感受性の大幅低下をもたらしている。なお、上記の工程を水素除去工程と呼ぶ。
【００６１】
このように、水素拡散工程、光照射工程及び水素除去工程を経て作製された石英系材料は、光照射工程にてＵＶ光が照射された部分では光感受性が水素又は重水素を添加していない状態より増大し、かつ光感受性の経時劣化も小さいので、有用な光導波路型光部品を作製することが可能となる。
【００６２】
またさらに、上記の各工程を経て作製された石英系材料に、第４の工程として、干渉性を有するＵＶ光を照射してＦＢＧを作製することが可能である。
【００６３】
コアに屈折率変化を生じさせるためには、通常、光の干渉による強度変化を用いるためレーザなどの干渉性を有する光源が使用される。その光源としては、エキシマレーザやアルゴンイオンレーザの第二高調波が挙げられる。
【００６４】
次に、図２（ｂ）を参照しつつ前記の第４工程について説明する。なお、本図においては、位相マスク１７３を使用した短周期ＦＢＧの例を示す。
【００６５】
干渉性ＵＶレーザ光１７１を、一定の周期を有する位相マスク１７３に照射すると、光ファイバ上に干渉縞（パターン）が生じる。この時、光照射工程で形成された非干渉性ＵＶランプ光照射部１４では光感受性が大きくなっているためその高輝度点で屈折率上昇をもたらす。
【００６６】
なお、非干渉性ＵＶランプ光照射部１４以外のコア１３に生じる屈折率上昇は、わずかである。このようにして、光照射工程でＵＶランプを照射した部分にのみＦＢＧがつくられ、特定の周期からなる間歇的なサンプルドＦＢＧ（水素無）１１を作製できる。また、上記の工程をパターン照射工程と呼ぶ。
【００６７】
また、図中においては、水素が除去されたコア１３、クラッド１５、非干渉性ＵＶランプ光照射部１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを示している。
【００６８】
以下、上記の点を踏まえた各実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態においては、まず、エキシマランプ照射による水素除去工程後の光感受性増大効果（プレセンシタイズ効果）について確認した。
【００６９】
石英系の光導波路としては、コアには約８．５ｗｔ％のＧｅＯ２が添加されており、コア直径が約４μｍ、コアとクラッドの比屈折率差が０．８５％である光ファイバを用いた。
【００７０】
この光ファイバを５５℃、１００気圧の水素雰囲気中に１週間放置し、ファイバのコアまで水素を拡散させた（水素拡散工程）。
【００７１】
石英光ファイバを被覆している紫外線硬化型樹脂は、エキシマランプからの紫外光を透過しないため、紫外光を照射する部分の樹脂被覆は除去し石英を露出させた。この露出部にパワー密度１５ｍＷ／ｃｍ２のエキシマランプ紫外光を強度変調マスクを介して一定時間照射した。ここで用いた強度変調マスクは、幅５ｍｍのスリットが中央に一カ所だけ設けられているものである。エキシマランプは波長１７２ｎｍのものを用いた（光照射工程）。
【００７２】
その後、光ファイバ全体を１２０℃で１２時間加熱し、光ファイバ中に拡散していた水素を大気中に再拡散させ、光ファイバ中の水素濃度を低下させた（水素除去工程）。
【００７３】
この光ファイバのエキシマランプを照射した部分と強度変調マスクの遮光によりランプが照射されなかった部分に、アルゴンイオンレーザの第二高調波（ＡｒＳＨＧ：波長２４４ｎｍ）を用いて、位相マスク法により反射中心波長１５５０ｎｍのＦＢＧを作製した（パターン照射工程）。
【００７４】
ＡｒＳＨＧレーザのパワー密度は１５０ｍＷ／ｍｍ２で、ＦＢＧ長は１ｍｍである。
【００７５】
このＦＢＧの中心波長および透過損失から、ＡｒＳＨＧレーザ露光による屈折率変化量を見積もった。その結果を図５に示す。
【００７６】
本図においては、横軸がＡｒＳＨＧレーザ照射時間を示し、縦軸が屈折率変化量を示し、図中の各線がエキシマランプの照射時間を示す。エキシマランプ照射時間が０分となっているものが、強度変調マスクの遮光によりエキシマランプの照射がなかった部分を露光した場合の結果である。
【００７７】
また、比較のために、従来から一般的に用いられている水素を拡散させた状態で露光した場合の屈折率変化の様子も併せて示す。これは、つまり水素拡散工程のみを経た光ファイバにＡｒＳＨＧレーザで露光した場合の屈折率変化である。
【００７８】
この図５からは、エキシマランプの照射時間を増加させることで、ＡｒＳＨＧレーザで同じ時間だけ露光した場合の屈折率変化が大きくなることが確認でき、エキシマランプ照射による光感受性の増大が確認された。これにより、本発明の方法を用いることで石英系材料の光感受性を局所的に増大させる効果があることが確認され、光照射工程において強度変調マスクを用いることにより、その部分のみに選択的にＦＢＧを作製できることが確認された。さらに、その光感受性は従来用いられていた水素を浸透させた状態での光感受性と同等もしくはそれ以上である事も判明した。
【００７９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
石英系の光導波路として、コアには約８．５ｗｔ％のＧｅＯ２が添加されており、コア直径が約４μｍ、コアとクラッドの比屈折率差が０．８５％である光ファイバを用いた。この光ファイバを５５℃、１００気圧の水素雰囲気中に１週間放置し、ファイバコアまで水素を拡散させた（水素拡散工程）。
【００８０】
石英光ファイバを被覆している紫外線硬化型樹脂は、エキシマランプからの紫外光を透過しないため、紫外光を照射する部分の樹脂被覆は除去し石英を露出させた。この石英露出部にパワー密度１５ｍＷ／ｃｍ２のエキシマランプ紫外光を強度変調マスクを介して１５分間照射した（光照射工程）。
【００８１】
ここで用いた強度変調マスクは、幅１ｍｍのスリットが９ｍｍおきに１０個あるタイプのものである。つまり、Ｌｇ＝１ｍｍ、Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｔ＝９１ｍｍとなるように露光を行った。エキシマランプは波長１７２ｎｍのものを用いた。
【００８２】
その後、光ファイバ全体を１２０℃で１２時間加熱し、光ファイバ中に拡散していた水素を大気中に再拡散させ、光ファイバ中の水素濃度を低下させた（水素除去工程）。
【００８３】
上記の工程を経た光ファイバにアルゴンイオンレーザの第二高調波（ＡｒＳＨＧ：波長２４４ｎｍ）を用い、位相マスク法によりＦＢＧを作製した（パターン照射工程）。
【００８４】
位相マスクは、中心周期が１０７６．８ｎｍのユニフォームマスクを用いた。
【００８５】
ＡｒＳＨＧレーザのパワー密度は１５０ｍＷ／ｍｍ２で、レーザをファイバ軸に沿ってスキャンさせることにより、光照射工程でエキシマランプを照射した全長にわたりＦＢＧを作製した。その際得られたＦＢＧの反射特性を図６に示す。
【００８６】
本図において示したとおり、サンプルドＦＢＧの特徴である周期的な透過損失特性が得られ、本発明によりサンプルドＦＢＧが作製できることを確認した。
【００８７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
石英系の光導波路として、コアには約８．５ｗｔ％のＧｅＯ２が添加されており、コア直径が約４μｍ、コアとクラッドの比屈折率差が０．８５％である光ファイバを用いた。この光ファイバを５５℃、１００気圧の水素雰囲気中に１週間放置し、ファイバコアまで水素を拡散させた（水素拡散工程）。
【００８８】
石英光ファイバを被覆している紫外線硬化型樹脂は、エキシマランプからの紫外光を透過しないため、紫外光を照射する部分の樹脂被覆は除去し石英を露出させた。この石英露出部にパワー密度１５ｍＷ／ｃｍ２のエキシマランプ紫外光を強度変調マスクを介して３０分間照射した（光照射工程）。
【００８９】
ここで用いた強度変調マスクは、幅０．５ｍｍのスリットが９．５ｍｍおきに１０個あるタイプのものである。つまり、Ｌｇ＝０．５ｍｍ、Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｔ＝９０．５ｍｍとなるように露光を行った。エキシマランプは波長１７２ｎｍのものを用いた。
【００９０】
その後、光ファイバ全体を１２０℃で１２時間加熱し、光ファイバ中に拡散していた水素を大気中に再拡散させ、光ファイバ中の水素濃度を低下させた（水素除去工程）。
【００９１】
上記の工程を経た光ファイバにアルゴンイオンレーザの第二高調波（ＡｒＳＨＧ：波長２４４ｎｍ）を用い、位相マスク法によりＦＢＧを作製した（パターン照射工程）。
【００９２】
位相マスクは、中心周期が１０７６．８ｎｍのユニフォームマスクを用いた。
【００９３】
ＡｒＳＨＧレーザのパワー密度は１５０ｍＷ／ｍｍ２で、レーザをファイバ軸に沿ってスキャンさせることにより、光照射工程でエキシマランプを照射した全長にわたりＦＢＧを作製した。その際得られたＦＢＧの反射特性を図７に示す。
【００９４】
本図において示したとおり、サンプルドＦＢＧの特徴である周期的な透過損失特性が得られ、本発明によりサンプルドＦＢＧが作製できることを確認した。
【００９５】
また、先の第２の実施の形態と比べると透過損失特性の帯域が広がっていることが確認できる。これは、サンプルドＦＢＧの各ＦＢＧの長さが減少したことに対応しており、従来の方法では作製が困難であったサンプルドＦＢＧの各ＦＢＧ長が０．５ｍｍのサンプルドＦＢＧが作製できたことを確認した。
【００９６】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
石英系の光導波路として、コアには約８．５ｗｔ％のＧｅＯ２が添加されており、コア直径が約４μｍ、コアとクラッドの比屈折率差が０．８５％である光ファイバを用いた。この光ファイバを５５℃、１００気圧の水素雰囲気中に１週間放置し、ファイバコアまで水素を拡散させた（水素拡散工程）。
【００９７】
石英光ファイバを被覆している紫外線硬化型樹脂は、エキシマランプからの紫外光を透過しないため、紫外光を照射する部分の樹脂被覆は除去し石英を露出させた。この石英露出部にパワー密度１５ｍＷ／ｃｍ２のエキシマランプ紫外光を強度変調マスクを介して３０分間照射した（光照射工程）。
【００９８】
ここで用いた強度変調マスクは、幅０．３５ｍｍのスリットが０．７ｍｍおきに９７個あるタイプのものである。つまり、Ｌｇ＝０．３５ｍｍ、Ｌｓ＝１．０５ｍｍ、Ｌｔ＝１０１．１５ｍｍとなるように露光を行った。エキシマランプは波長１７２ｎｍのものを用いた。
【００９９】
その後、光ファイバ全体を１２０℃で１２時間加熱し、光ファイバ中に拡散していた水素を大気中に再拡散させ、光ファイバ中の水素濃度を低下させた（水素除去工程）。
【０１００】
上記の工程を経た光ファイバにアルゴンイオンレーザの第二高調波（ＡｒＳＨＧ：波長２４４ｎｍ）を用い、位相マスク法によりＦＢＧを作製した（パターン照射工程）。
【０１０１】
ＡｒＳＨＧレーザのパワー密度は１５０ｍＷ／ｍｍ２で、レーザをファイバ軸に沿ってスキャンさせることにより、光照射工程でエキシマランプを照射した全長にわたりＦＢＧを作製した。
位相マスクは、中心周期が１０７６．８ｎｍ、チャープ率が０．１３７ｎｍ／ｃｍのチャープマスクを用いた。
【０１０２】
その際得られたＦＢＧの反射特性と群遅延時間特性を図８に示す。
本図において示したとおり、サンプルドＦＢＧの特徴である周期的な透過損失特性が得られ、本発明によりサンプルドＦＢＧが作製できることを確認した。
【０１０３】
また、チャープマスクを使用することにより、周期的な特性を示す各反射帯域が広がり、群遅延時間にも周期的な特性が確認できた。このため、各波長帯域内で分散補償が可能になり、広帯域な波長領域の分散補償が可能となる。さらに、この条件で作製した反射特性の周期は約０．８ｎｍであり、国際的な通信規格であるＩＴＵのグリッド間隔に対応しているため、製品特性上有利となる。
【０１０４】
また、これらの実施例では波長１７２ｎｍのエキシマランプを用いた結果を示したが、波長２２２ｎｍのエキシマランプを用いても同様の結果が得られることが確認された。また、エキシマランプに限らず、紫外光域で発光する非干渉性を有する光源であれば使用できる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させ、光源により発生させられた光を強度変調マスクを介して石英系光導波路に照射し、石英系光導波路に拡散している水素と重水素を石英系光導波路から取り除き、石英系光導波路に干渉パターンを照射することにより、紫外に対する光感受性を増大させることができる。
【０１０６】
請求項２に記載の発明によれば、光源として紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を用いることにより、強度変調マスクの劣化を防止することができ、フレネル回折の影響を抑えることができる。
【０１０７】
請求項５記載の本発明によれば、光源としてエキシマランプを用いることにより、強度変調マスクの劣化を防止することができ、フレネル回折の影響を抑えることができる。
【０１０８】
請求項８に記載の本発明によれば、強度変調マスクによる強度分布が周期的であることにより、サンプルドＦＢＧの作製が可能となる。
【０１０９】
請求項１２に記載の本発明によれば、紫外光に対し光感受性を有する石英系光導波路に水素と重水素のうちの少なくとも一方を拡散させ、光源により発生させられた光を強度変調マスクを介して石英系光導波路に照射し、石英系光導波路に拡散している水素と重水素のうちの少なくとも一方を石英系光導波路から取り除き、石英系光導波路に干渉パターンを照射することにより、紫外光に対する光感受性を増大させることができる。
【０１１０】
請求項１３に記載の発明によれば、光源として紫外線光域で単色発光する光を発生させる非干渉光源を用いることにより、強度変調マスクの劣化を防止することができ、フレネル回折の影響を抑えることができる。
【０１１１】
請求項１６記載の本発明によれば、光源としてエキシマランプを用いることにより、強度変調マスクの劣化を防止することができ、フレネル回折の影響を抑えることができる。
【０１１２】
請求項１８に記載の本発明によれば、強度変調マスクによる強度分布が周期的であることにより、サンプルドＦＢＧの作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によるサンプルドＦＢＧ作製の工程順序を表す図である。
【図２】本発明方法によるサンプルドＦＢＧ作製の工程順序を表す図である。
【図３】従来方法と本発明方法で作製したＦＢＧの屈折率差を示す図である。
【図４】エキシマランプ使用ガスと波長の関係を示す図である。
【図５】本発明方法によるエキシマランプ光照射による光感受性増大効果を示す図である。
【図６】本発明方法によるサンプルドＦＢＧの実施例（強度変調スリット幅１ｍｍ）を表す図である。
【図７】本発明方法によるサンプルドＦＢＧの実施例（強度変調スリット幅０．５ｍｍ）を表す図である。
【図８】本発明方法によるサンプルドＦＢＧの実施例（強度変調スリット幅０．３５ｍｍ）を表す図である。
【図９】従来方法によるサンプルドＦＢＧ作製の工程順序を表す図である。
【図１０】加熱温度と水素拡散に必要な時間との関係を示す図である。
【図１１】サンプルドＦＢＧ諸特性の関係を表す図である。
【図１２】スリット通過による回折強度パターンを表す図である。
【図１３】ＦＢＧの応用例として、波長安定化用ＦＢＧを説明するための図である。
【図１４】ＦＢＧの応用例として、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ用ＦＢＧを説明するための図である。
【図１５】ＦＢＧの応用例として、分散補償用ＦＢＧを説明するための図である。
【図１６】ＦＢＧの応用例として、利得等化用ＦＢＧを説明するための図である。
【符号の説明】
１１  ＦＢＧ（水素無）
１３  コア（水素無）
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  非干渉性ＵＶランプ光照射部（水素無）
１５  クラッド（水素無）
１７  光ファイバ（水素無）
１９  光ファイバ被覆部材（水素無）
２１  ＦＢＧ（水素拡散）
２３  コア（水素拡散）
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  非干渉性ＵＶランプ光照射部（水素拡散）
２５  クラッド（水素拡散）
２７  光ファイバ（水素拡散）
２９  光ファイバ被覆部材（水素拡散）
５１  ＦＢＧ屈折率差ΔＮａ
５３  ＦＢＧ屈折率差ΔＮｂ
５５  ＵＶランプ光照射による屈折率上昇分ΔＮｃ
１００  光ファイバ（光導波路）
１０１  コア
１０２  ＦＢＧ
１１１  高圧容器
１１３  高圧水素
１３１  非干渉性ＵＶランプ光
１５１  オーブン
１５３  水素
１７１  干渉性ＵＶレーザ光
１７３  位相マスク
１７５  強度変調マスク
１７７  強度変調マスクスリット
【図１】
2005017334.tif 000003
【図２】
2005017334.tif 000004
【図３】
2005017334.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005017334.tif 000007
【図６】
2005017334.tif 000008
【図７】
2005017334.tif 000009
【図８】
2005017334.tif 000010
【図９】
2005017334.tif 000011
【図１０】
2005017334.tif 000012
【図１１】
2005017334.tif 000013
【図１２】
2005017334.tif 000014
【図１３】
2005017334.tif 000015
【図１４】
2005017334.tif 000016
【図１５】
2005017334.tif 000017
【図１６】
2005017334.tif 000018