(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に屈折率変化を生じさせる光ビームを出射する光源と、
前記光ビームを光遮断部と光透過部とが格子状に繰り返す照射光にする変調光学素子と、
前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する照射光をグレーティング形成方向へ走査する走査光学系と、
前記変調光学素子および前記光導波路の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムを加圧する加圧手段と、
前記温度検出手段で検出した検出温度に基づいて前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムに所望の圧力が加わるように前記加圧手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする光導波路グレーティング製造装置。
【請求項２】
圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に屈折率変化を生じさせる光ビームを出射する光源と、
前記光ビームを光遮断部と光透過部とが格子状に第１の周期で繰り返す第１の照射光と光遮断部と光透過部とが格子状に第１の周期とは異なる第２の周期で繰り返す第２の照射光とにそれぞれ変調する変調光学素子と、
第１のグレーティングを形成する際に前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する第１の照射光で第１のグレーティングの形成領域を走査する一方、第２のグレーティングを形成する際に前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する第２の照射光で第２のグレーティングの形成領域を走査する走査光学系と、
前記変調光学素子および前記光導波路の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
前記光導波路の温度を調整する温度調整手段と、
前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムを加圧する加圧手段と、
前記温度検出手段で検出した検出温度に基づいて前記光導波路が所望の温度になるように前記温度調整手段を制御すると共に前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムに所望の圧力が加わるように前記加圧手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする光導波路グレーティングの製造装置。
【請求項３】
光ビームを変調光学素子に入射して光遮断部と光透過部とを繰り返す照射光に変調し、当該照射光を、圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に照射して当該光導波路にブラッググレーティングを形成する製造方法であって、
前記変調光学素子及び前記光導波路の温度を検出し、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムの圧力を調整する加圧手段を前記検出した変調光学素子及び光導波路の温度に基づいて制御し、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムの圧力を調整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４】
ブラッググレーティングの形成に先立ち前記光導波路に水素処理を施すことを特徴とする請求項３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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路グレーティングの製造装置及び光導波路グレーティングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ又は平面光導波路の長さ方向にコア屈折率の周期的変化を形成することによって光導波路グレーティングを得ている。一般に光導波路グレーティングには、放射モード結合型と反射モード結合型がある。放射モード結合型グレーティングは、コアを伝搬するモードとクラッドを伝搬するモードとを結合させることによって、特定波長の光を光導波路外に放射して減衰させる特性が得られるようにしたもので、所謂「長周期グレーティング」と呼ばれる。一方、反射モード結合型グレーティングは、コアを正の方向に伝搬するモードと、コアをこれと反対の方向に伝搬するモードとを結合させることによって、特定波長の光を反射させる特性が得られるようにしたもので、所謂「ブラッググレーティング」と呼ばれるものである。放射モード結合型グレーティングはコアの屈折率変化の周期を数百μｍにすることによって得られ、反射モード結合型グレーティングはグレーティングピッチを数百ｎｍ程度とすることによって得られる。
【０００３】
ところで、光導波路のコア屈折率に周期的変化を生じさせてグレーティングを製造する方法としては、ゲルマニウムが添加された石英ガラスに紫外線を照射し、その照射量に応じて屈折率が上昇する現象を利用する方法が知られている。具体的には、コアに酸化ゲルマニウムが添加された石英系光ファイバを水素加圧容器中で水素添加処理した後、位相マスクを用いて光ファイバの長さ方向に一定周期で紫外線を照射する方法や、光ファイバ長さ方向に等間隔で紫外線を照射する方法がある。
【０００４】
上述した長周期グレーティングを製造する装置や、ブラッググレーティングを利用した温度や圧力を計測するセンサが開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００５】
図２は、特許文献１で開示された長周期グレーティングを製造する装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、エキシマレーザ装置２０から出射した波長２４８ｍｍの紫外線ビーム２１を、光ファイバ２２の長さ方向（図に示すＸ方向）に一定速度で移動可能な反射ミラー２３によって反射し、数十から数百μｍの一定間隔に切られたスリットを有する金属製の位相マスク２４を介して固定台２５に固定された光ファイバ２２の被覆層が除去された部分に照射する。これにより、紫外光が照射された部分のみのコアの屈折率が上昇するので、コア屈折率が周期的に変化するグレーティング部２６が形成される。
【０００６】
一方、図３は、特許文献２で開示されたブラッググレーティング圧力センサの概略構成を示す図である。この場合、図３の（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。同図において、力を受けて変位するセンシング部がダイアフラム３０で構成され、光導波路が光ファイバ３１で構成されている。光ファイバ３１の一部に形成された圧力検出用ファイバブラッググレーティング３２をダイアフラム３０の変位箇所に設置し、この圧力検出用ファイバブラッググレーティング３２の近傍領域でダイアフラム３０の圧力変化の影響の少ない箇所に温度補償用ファイバブラッググレーティング３３を設置する。ダイアフラム３０は、例えばベース３４に凹部３５を形成し、この凹部３５に圧力検出用ファイバブラッググレーティング３２を、またダイアフラム３０の近傍であって凹部３５が形成されていない箇所に温度補償用ファイバブラッググレーティング３３を接着法あるいは接合法によって固定する。このような構成のブラッググレーティング圧力センサでは、温度補償用ブラッググレーティング３３のブラッグ波長を測定することにより補償温度を導出し、この補償温度を用いて圧力検出用ブラッググレーティング３２の温度特性を補償する。
【特許文献１】特開平９−２８８２０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２２１０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図３に示すようなブラッグ波長を計測することで温度や圧力を計測するセンサでは、ブラッグ波長を計測する装置の精度により温度や圧力の計測精度が決定されるが、この計測精度は、ブラッグ波長のスペクトル、つまりブラッグ波長と反射率に影響される。このようなことから、ブラッグ波長を計測することでセンシングする光導波路や光ファイバを量産する場合にはブラッグ波長を再現良く作成することが必要である。ブラッグ波長は位相マスクの温度、光導波路や光ファイバの温度に影響されて変化する。このように、光ビームをコアの長さ方向に一定速度で移動させることにより得られるグレーティングの波長特性が、位相マスクと作成対象である感光性を持つ光ファイバや導波路の温度により変わるため、再現性に欠けるという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、再生性良く所望の波長特性を持つ光導波路グレーティングを製造する製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光導波路グレーティングの製造装置は、圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に屈折率変化を生じさせる光ビームを出射する光源と、前記光ビームを光遮断部と光透過部とが格子状に繰り返す照射光にする変調光学素子と、前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する照射光をグレーティング形成方向へ走査する走査光学系と、前記変調光学素子および前記光導波路の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムを加圧する加圧手段と、前記温度検出手段で検出した検出温度に基づいて前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムに所望の圧力が加わるように前記加圧手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
このように構成された光導波路グレーティングの製造装置によれば、変調光学素子の温度と光導波路の温度とに基づいて光導波路に与える加圧量を調整するので、再生性良く圧力計測用の波長特性を持つ光導波路グレーティングを製造することが可能となる。
【００１３】
本発明の光導波路グレーティングの製造装置は、圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に屈折率変化を生じさせる光ビームを出射する光源と、前記光ビームを光遮断部と光透過部とが格子状に第１の周期で繰り返す第１の照射光と光遮断部と光透過部とが格子状に第１の周期とは異なる第２の周期で繰り返す第２の照射光とにそれぞれ変調する変調光学素子と、第１のグレーティングを形成する際に前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する第１の照射光で第１のグレーティングの形成領域を走査する一方、第２のグレーティングを形成する際に前記変調光学素子から出射して前記光導波路に入射する第２の照射光で第２のグレーティングの形成領域を走査する走査光学系と、前記変調光学素子および前記光導波路の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記光導波路の温度を調整する温度調整手段と、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムを加圧する加圧手段と、前記温度検出手段で検出した検出温度に基づいて前記光導波路が所望の温度になるように前記温度調整手段を制御すると共に前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムに所望の圧力が加わるように前記加圧手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
このように構成された光導波路グレーティングの製造装置によれば、変調光学素子の温度に基づいて光導波路に与える温度を調整するとともに、変調光学素子の温度と光導波路の温度とに基づいて光導波路に与える加圧量を調整するので、再生性良く温度計測と圧力計測の両方の波長特性を持つ光導波路グレーティングを製造することが可能となる。
【００１７】
本発明の光導波路グレーティングの製造方法は、光ビームを変調光学素子に入射して光遮断部と光透過部とを繰り返す照射光に変調し、当該照射光を、圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、感光性である光導波路に照射して当該光導波路にブラッググレーティングを形成する製造方法であって、前記変調光学素子及び前記光導波路の温度を検出し、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムの圧力を調整する加圧手段を前記検出した変調光学素子及び光導波路の温度に基づいて制御し、前記光導波路に備えられた前記ダイアフラムの圧力を調整することを特徴とする。
【００１８】
このような光導波路グレーティング製造方法によれば、変調光学素子の温度と光導波路の温度とに基づいて光導波路に与える加圧量を調整するので、再生性良く圧力計測用の波長特性を持つ光導波路グレーティングを製造することが可能となる。
【００１９】
なお、ブラッググレーティングの形成に先立ち前記光導波路に水素処理を施すようにしても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ブラッグ波長を計測することで温度や圧力を計測する光導波路又は光ファイバにおいて同一特性のブラッグ波長を再現良く作成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る光導波路グレーティングの製造装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、本実施の形態に係る光導波路グレーティングの製造装置１００は、光源１００と、移動ミラー１０１と、シリンドリカルレンズ１０２と、位相マスク１０３と、温調ホルダ１０４と、加圧装置１０５と、２つの温度センサ１０６と、コントローラ１０７とを備えて構成される。
【００２２】
光源１００は、感光性コアを有する光導波路２００に照射するための光ビーム１００ａを出射する。光ビーム１００ａは、一般に波長２００〜３００ｎｍ程度の紫外光が好ましく、光源１００としては、例えばエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）やアルゴンレーザ（波長：２４４ｎｍ）が用いられる。同図には、アルゴンレーザを用いた例が示されている。
【００２３】
光導波路２００は、基板上に形成された平面光導波路を用いているが、本発明は平面光導波路に限定されるものではない。この光導波路２００は、温度調整機能を備えた温調ホルダ１０４の上に固定される。また光導波路２００は、圧力に応じて変化するダイアフラムを備えており、加圧装置１０５から温調ホルダ１０４経由で伝達される圧力を受けられるように構成されている。ブラッググレーティング作成時には、光導波路２００を紫外線照射するのに先立って水素添加処理するものとする。水素処理を施すことで、紫外光照射による感光性コア（ゲルマニウム添加石英ガラス）の屈折率変化を十分に誘起させることが可能となる。
【００２４】
走査光学系を構成する移動ミラー１０１は、光源１００からの光ビーム１００ａを変調光学素子としての位相マスク１０３に対して垂直に入射させるものである。移動ミラー１０１は光ビーム１００ａを位相マスク１０３に対して垂直に入射させるようにするように角度付けされるとともに、位相マスク１０３に対して平行に光ビーム１００ａを移動させる方向、つまり光導波路２００の感光性コアの長さ方向に対して平行に移動するように設置される。
【００２５】
シリンドリカルレンズ１０２は、移動ミラー１０１で反射された光源１００からの光ビーム１００ａを集光するものである。シリンドリカルレンズ１０２は、集光しない円筒面側が光導波路２００の感光性コアに対して平行となるように配置される。
【００２６】
位相マスク１０３は、所定方向に交互に配列された光遮断部と光透過部とからなる回折格子が形成されている。圧力検出用のブラッググレーティングと温度補償用のブラッググレーティングの２種類を作成する場合は、周期の異なる２種類の回折格子が必要である。本実施の形態では、１つの位相マスク１０３に圧力検出用のブラッググレーティング及び温度補償用のブラッググレーティングを作成するために周期の異なる２種類の回折格子を形成しているものとする。但し、本発明は１つの位相マスク１０３に２種類の回折格子を形成する場合に限定されるものではなく、２つの位相マスクを準備して、一方の位相マスクに圧力検出用のブラッググレーティングを作成するための回折格子を形成し、他方の位相マスクに温度補償用のブラッググレーティングを作成するための回折格子を形成し、ブラッググレーティングの作成時に切替えて使用するようにしても良い。また、所定方向に所定周期で光遮断部と光透過部とが繰り返される照射光を生成できれば十分であり、必ずしも回折格子に限定されるものではなく、特開平９−２８８２０４号公報に記載の位相マスクのように光遮断部と光透過部とが繰り返される遮光パターンであっても良い。
【００２７】
温調ホルダ１０４は、加熱及び冷却が可能な機構、例えばペルチェ素子を内蔵していて、当該温調ホルダ１０４の上に固定された光導波路２００の温度を調整可能に構成されている。また、温調ホルダ１０４は、加圧装置１０５に基端部が接続された導圧管１０８の先端部が連結されていて、加圧装置１０５による加圧圧力を光導波路２００のダイアフラム（図示略）へ伝達する構造を備えている。
【００２８】
加圧装置１０５は、コントローラ１０７からの指令値の下で加圧圧力を調整するように構成されている。加圧装置１０５の圧力吐出口に導圧管１０８の一端部が接続されている。これにより、加圧装置１０５からの加圧圧力はこの導圧管１０８を介して温調ホルダ１０４へ送られる。
【００２９】
位相マスク１０３および光導波路２００に２つの温度センサ１０６−１、１０６−２が設けられている。位相マスク１０３に取り付けられた温度センサ１０６−１は、位相マスク１０３の温度を検出して温度検出信号をコントローラ１０７へ送出し、光導波路２００に取り付けられた温度センサ１０６−２は、光導波路２００の温度を検出して温度検出信号をコントローラ１０７へ送出する。
【００３０】
コントローラ１０７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵを動作させるためのプログラムを記憶したプログラムメモリと、ＣＰＵの動作において使用されるワークメモリと、インタフェースとを備えて構成される。インタフェースは、ＣＰＵと温調ホルダ１０４、加圧装置１０５及び２つの温度センサ１０６とを接続する。コントローラ１０７は、２つの温度センサ１０６による位相マスク１０３の温度と光導波路２００の温度の計測結果を基に、目的とするブラッグ波長が得られるように温調ホルダ１０４と加圧装置１０５を制御する。例えば、周辺温度の変化に左右されずに光導波路２００の温度を所望温度に設定（固定）すると共に光導波路２００に加わる圧力を所望圧力に設定する。
【００３１】
次に、以上のように構成された本製造装置によるブラッググレーティングの作成方法について説明する。
【００３２】
まず、光導波路２００に対して水素添加処理を施す。そして、水素添加処理を施した光導波路２００を位相マスク１０３の直下に設置する。このとき、光導波路２００と位相マスク１０３の光遮断部と光透過部の配列方向とが一致するように設置する。
【００３３】
次いで、光源１００から光ビーム１００ａを出射する。出射した光ビーム１００ａは移動ミラー１０１で反射された後、シリンドリカルレンズ１０２で集光されて光導波路２００の感光性コアに入射し、該感光性コアの屈折率変化を誘起する。そして、移動ミラー１０１の平行移動に伴って光ビーム１００ａが光導波路２００の感光性コアの長さ方向に移動する。これにより、光導波路２００の感光性コアには屈折率が局所的に上昇した複数の部位が感光性コアの軸線に沿って格子状に等間隔に配列されることになる。
【００３４】
ブラッググレーティングの作成中には、目的とするブラッグ波長を得るために、コントローラ１０７が位相マスク１０３と光導波路２００の温度を基に温調ホルダ１０４における温度と導波路２００のダイアフラムにかかる圧力とを調整する。すなわち、コントローラ１０７は温度センサ１０６−１，１０６−２からの温度検出信号を取り込んで位相マスク１０３と光導波路２００の温度をモニタし、位相マスク１０３及び光導波路２００の現在の温度と当該温度における位相マスク１０３の膨張係数とを考慮して、目的とするブラッグ波長を得られるブラッググレーティングを形成し得る温度及び圧力となるように、温調ホルダ１０４の温度及び光導波路２００に加わる圧力を制御する。
【００３５】
これにより、位相マスク１０３の温度と光導波路２００の温度に影響されることなく目的とするブラッグ波長のブラッググレーティングを作成することができる。
【００３６】
例えば、温度計測用は約２５℃で１５５０ｎｍ、圧力計測用は０．１ＭＰａで１５６０ｎｍの反射特性を持つブラッググレーティングを作成する場合を想定する。本装置が設置される環境を２０℃とすると、予め測定しておいた位相マスク１０３の膨張係数を考慮して温度ホルダ１０４の温度を調整する。また、圧力検出用のブラッググレーティングは光導波路２００の温度と位相マスク１０３の温度を考慮してダイアフラムにかかる圧力を加圧装置１０５から調整し、その状態で前述の手法にてブラッググレーティングを作成する。
【００３７】
このように本実施の形態のブラッググレーティング製造装置によれば、位相マスク１０３と光導波路２００の温度を検出して温調ホルダ１０４における温度を調整し、ダイアフラムにかかる圧力を調整するようにしたので、再現性良く所望の波長特性を持つブラッググレーティングを作成することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、温度と圧力をそれぞれ計測できるブラッググレーティングを作成するようにしたが、いずれか一方のみ計測できるものであっても構わない。すなわち、温度用であれば、位相マスクに温度用のものを使用するとともに、ダイアフラムを有しない光導波路を使用し、加圧装置１０５及び光導波路２００の温度を検出する温度センサ１０６は不要であるので、これらを取り除く。一方、圧力用であれば、位相マスクに圧力用のものを使用する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、ブラッググレーティングを作成する光導波路グレーティングの製造装置として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光導波路グレーティング製造装置の概略構成を示すブロック図
【図２】従来の長周期グレーティングを製造する装置の概略構成を示すブロック図
【図３】従来のブラッググレーティング圧力センサの概略構成を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１００  光源（アルゴンレーザ）
１０１  移動ミラー
１０２  シリンドリカルレンズ
１０３  位相マスク
１０４  温調ホルダ
１０５  加圧装置
１０６  温度センサ
１０７  コントローラ
１０８  導圧管
【図１】
0004572340.tif 000002
【図２】
0004572340.tif 000003
【図３】
0004572340.tif 000004