(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を位相マスクを介してファイバにビーム照射し±１次回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞でファイバグレーティングを作製する方法において、前記紫外光のビーム照射中に前記位相マスクおよび前記ファイバの一方または両方を他方に対して相対的に、ファイバの光の伝播方向に垂直にかつ前記位相マスクと前記ファイバとの間の距離を変化させる方向に連続的に移動して±１次以外の０次と１次、−１次と２次、・・・などの回折光の組合せによる二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して斜行方向に生じる干渉縞を減少させることを特徴とするファイバグレーティングの作製方法。
【請求項２】
前記位相マスクに垂直に前記紫外光を照射することを特徴とする請求項１記載のファイバグレーティングの作製方法。
【請求項３】
前記ファイバは光ファイバであることを特徴とする請求項１または２記載のファイバグレーティングの作製方法。
【請求項４】
前記ファイバは薄膜導波路であることを特徴とする請求項１または２記載のファイバグレーティングの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム中で用いられるファイバグレーティング（ＦＢＧ）に係わり、特に反射中心波長以外の波長の光を伝播させる用途、たとえば通信光に1550nm帯の光を用い、監視光に1650nm帯の光を用いるシステムで使用される1650nm帯の光を遮断するフィルタとしてのファイバグレーティングの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバグレーティングはファイバコアの屈折率を周期的に変化させたものであり、ファイバ中を伝播する光のうちファイバコアの屈折率変化の周期とコアの屈折率に依存した特定の波長を反射する機能を持つものである。
【０００３】
ファイバグレーティングの作製方法としては位相マスクを用いる方法、ホログラフィック干渉を用いる方法がある。何れの方法も光の干渉による干渉縞を利用してファイバコアに周期的な屈折率変化を起こさせる。
【０００４】
ファイバグレーティング作製に用いられる光は、その光の照射によってファイバコアの屈折率を増大あるいは減少させるものが望ましい。一般に光通信に使用されているＧｅドープコアを持つファイバでは、紫外光照射によってファイバコアの屈折率が増大するので、ファイバグレーティング作製には紫外光が利用されている。
【０００５】
ファイバグレーティング作製の再現性、波長特性の制御性は位相マスクを用いる方法が優れており、ホログラフィック干渉を用いる方法よりも位相マスクを用いる方法が多く利用されている。
【０００６】
位相マスクは、石英ガラスなどの紫外光が透過可能な材質の板材の表面に周期的な溝を形成した物である。この位相マスクに光を照射すると周期的な溝によって光が特定の方向に回折される。
【０００７】
位相マスクを用いてファイバグレーティングを作製する場合、紫外光を位相マスクに照射し、位相マスクによって回折した紫外光の＋１次、−１次回折光の二光束干渉によって形成される干渉縞にファイバを曝し、ファイバ中に周期的な屈折率変化を起こさせる（図１（ａ））。なお、U．S． Patent No. ５，６１９，６０３参照。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、位相マスクに紫外光を照射した場合、実際には＋１次、−１次回折光以外に０次、＋２次、−２次、…などの回折光が存在する（図１（ｂ））。これらの回折光の二光束干渉によっても当然干渉縞が形成される。＋１次、−１次以外の組合せによる回折光の干渉縞によって起きるファイバコアの周期的な屈折率変化は、ファイバグレーティングの光学特性を劣化させる。具体的には、必要としている反射波長以外の波長で、不必要な損失を生じさせる。強いファイバグレーティングを作製する場合、これらの＋１次、−１次以外の組合せによる回折光の干渉縞は無視できなくなる。
【０００９】
これは、＋１次、−１次回折光の組合せ以外による干渉縞の多くがファイバの光伝播方向に対して９０°以外の角度を有することに起因する。＋１次、−１次回折光の組合せによる干渉縞はファイバの光伝播方向に対して９０°の角度を有しており、ファイバコアを伝播する特定の光を伝播方向と反対の方向に反射させる。一方、干渉縞がファイバの光伝播方向に対して９０°以外の角度を有する場合、伝播してきた特定の光をファイバコアの外に反射させうる。このため、ファイバコアを特定の波長が伝播出来なくなり、結果として損失を生ずる（図３（ｂ）、図４）。
【００１０】
本発明は上述した難点に鑑みなされたもので、必要としている反射波長以外の波長で、不必要な損失を生じさせないファイバグレーティングを作製する方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明のファイバグレーティングの作製方法は、紫外光を位相マスクを介してファイバにビーム照射し±１次回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞でファイバグレーティングを作製する方法において、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または両方を他方に対して相対的に、ファイバの光の伝播方向に垂直にかつ位相マスクとファイバとの間の距離を変化させる方向に連続的に移動して±１次以外の０次と１次、−１次と２次、・・・などの回折光の組合せによる二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して斜行方向に生じる干渉縞を減少させる。
【００１７】
本発明のファイバグレーティングの作製方法において、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または両方を他方に対して相対的に、ファイバの光の伝播方向に垂直にかつ位相マスクとファイバとの間の距離を変化させる方向への移動は連続的に変化される。
【００１８】
本発明のファイバグレーティングの作製方法において、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または両方を他方に対して相対的に、ファイバの光の伝播方向に垂直にかつ位相マスクとファイバとの間の距離を変化させる方向への移動は段階的に変化される。
【００１９】
本発明のファイバグレーティングの作製方法において、位相マスクには垂直に紫外光が照射される。
【００２１】
本発明のファイバグレーティングの作製方法において、ファイバは光ファイバである。
【００２２】
本発明のファイバグレーティングの作製方法において、ファイバは薄膜導波路で構成することもできる。
【００３１】
このように構成されたファイバグレーティングによれば、光通信システムにおいてファイバ中でたとえば1550nm帯の通信波長光を透過伝播させ、通信波長光以外の監視光として用いられる1650nm帯の監視波長光を遮断するフィルタとして機能させて反射させファイバの破損等の状態を監視することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のファイバグレーティングにおける好ましい実施の形態例を図面にしたがって説明する。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明のファイバグレーティングは、紫外光を位相マスクを介してファイバにビーム照射し±１次回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞でグレーティングを作製すると共に、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方または両方を他方に対して相対的に移動して±１次以外の０次と１次、−１次と２次、…などの回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して斜行方向に生じる干渉縞を減少させるものである。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、ファイバ１がファイバ１の外部にある紫外光照射系のレーザー紫外光源２から位相マスク２ａを介して紫外光３に曝されている場合、ファイバ１のコア１ａにおいて位相マスクによって回折された回折光３ａのうち任意の１組の回折光の紫外光Ｉと紫外光Ｊとの干渉によってできる干渉縞４を考える。
【００３５】
紫外光Ｉ、紫外光Ｊのファイバ１の光伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度をそれぞれθI、θJとする。但し、−９０°＜θJ＜θI≦＋９０°であり、角度の測りかたは図６（ａ）のとおり光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤに対して左回りに角度が増える場合を正の角度、右回りに角度が増える場合を負の角度とする。
【００３６】
この場合、紫外光の波長をλuv、波長λuvでのコア１ａの屈折率をｎcλuvとすると、図６（ｂ）に示す紫外光Ｉと紫外光Ｊによってコア１ａに形成される干渉縞の間隔ΛIJおよび干渉縞４のファイバ１の光伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度θIJは、以下の式１、２で表される。
【００３７】
【数１１】
0003955703.tif 000002
【００３８】
【数１２】
0003955703.tif 000003
【００３９】
この紫外光Ｉと紫外光Ｊによる干渉縞４よってファイバ１のコア１ａに周期的な屈折率変化が生じた場合、その周期は周期ΛIJ、周期的な屈折率変化のファイバ１の光伝播方向PDに垂直な方向VDからの角度はθIJとなる。また、ファイバの光伝播方向PDに伝播してきた光の周期的な屈折率変化に対する入射角度はθIJとなる。したがって、ファイバ１の光伝播方向PDに伝播してきた光が周期的な屈折率変化によって反射される条件（Bragg条件）は、伝播してきた光の波長をλBIJ、波長λBIJでのコア１ａの屈折率をｎcλBIJとし、Ｎを正の整数とすると、以下の式で表される。
【００４０】
【数１３】
0003955703.tif 000004
【００４１】
ファイバ１のコア１ａに紫外光３を利用して周期的な屈折率変化を起こさせ、特定の波長を反射するファイバグレーティングＦＢＧを形成する際、式３を満たすBragg波長λBIJでの反射を低減したい場合、紫外光３の照射中にファイバ１と位相マスク２ａとの位置関係をファイバ１の光伝播方向PDに垂直な方向VDに対して角度θｍの方向に次式に示すΛｍだけ変化させればよい。但し、θｍ≠θIJ、且つ−９０°＜θｍ≦＋９０°
【００４２】
【数１４】
0003955703.tif 000005
【００４３】
θIJ≠０の場合、ファイバ１と位相マスク２ａとの位置関係を干渉縞４のファイバ１の光伝播方向に垂直な方向に次式のΛIJ⊥だけ変化させればよい。
【００４４】
【数１５】
0003955703.tif 000006
【００４５】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、紫外光３のビーム照射中に位相マスク２ａおよびファイバ１の一方または両方を他方に対して相対的に移動する移動量Λｍ、ΛIJ⊥は連続的に変化される。
【００４６】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、紫外光のビーム照射中に位相マスク２ａおよびファイバ１の一方または両方を他方に対して相対的に移動する移動量Λｍ、ΛIJ⊥は段階的に変化される。
【００４７】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、位相マスク２ａには垂直に紫外光が照射される。
【００４８】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、位相マスク２ａおよびファイバ１の一方または両方は他方に対して相対的に、かつファイバ１の光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤに移動される。
【００４９】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、ファイバ１は光ファイバである。
【００５０】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、ファイバ１は薄膜導波路（図示せず）で構成してもよい。
【００５１】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３のファイバ１の光伝播方向ＰＤに伝播してきた波長λBIJで損失が0.01〜1.0dBである。
【００５２】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３のファイバ１の光伝播方向ＰＤに伝播してきた波長λBIJで損失が0.01〜0.5dBである。
【００５３】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、ファイバ１の光伝播方向ＰＤに伝播してきた波長λBIJが整数Ｎ＝１で式３を満足し、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBである。
【００５４】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、ファイバ１の光伝播方向ＰＤに伝播してきた波長λBIJが整数Ｎ＝１で式３を満足し、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBである。
【００５５】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３の整数Ｎ＝１、干渉縞４のファイバ１の光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤからの角度θIJ＝０で表される波長λBIJの反射率が９０％〜９９．９９％であり、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBである。
【００５６】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３の整数Ｎ＝１、干渉縞４のファイバ１の光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤからの角度θIJ＝０で表される波長λBIJの反射率が９０％〜９９．９９％であり、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBである。
【００５７】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３の整数Ｎ＝１、干渉縞のファイバ１の光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤからの角度θIJ＝０で表される波長λBIJの反射率が９９％〜９９．９９％であり、波長λBIJでの損失が0.01〜1.0dBである。
【００５８】
本発明のファイバグレーティングＦＢＧにおいて、式３の整数Ｎ＝１、干渉縞４のファイバ１の光伝播方向ＰＤに垂直な方向ＶＤからの角度θIJ＝０で表される波長λBIJの反射率が９９％〜９９．９９％であり、波長λBIJでの損失が0.01〜0.5dBである。
【００５９】
このように構成されたファイバグレーティングＦＢＧでは、光通信システムにおいてファイバ中でたとえば1550nm帯の通信波長光を透過伝播させ、通信波長光以外の監視光として用いられる1650nm帯の監視波長光を遮断するフィルタとして機能させて反射させファイバの破損等の状態を監視することができる。
なお、上記実施の形態例では紫外光を位相マスクを介してファイバにファイバの光伝播方向に対して垂直方向にビーム照射し±１次回折光の二光束干渉によってファイバ軸方向に対して垂直方向に生じる干渉縞で作製するファイバグレーティングについて説明したが（図７（ａ））、ファイバの光伝播方向に対して垂直以外の方向で照射し０次と+１次、０次と+２次、０次と−１次、０次と−２次、…などの回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞でファイバグレーティングを作製することができる（図７（ｂ）、（ｃ））。したがって、このような例も本願発明の技術範囲に包含されるものと解釈され、この場合、特許請求の範囲において「±１次」の回折光の文言は二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に干渉縞を生じさせる次数の回折光（上記の例では０次と+１次回折光、０次と+２次回折光、−１次と０次回折光、−２次と０次回折光…など）と読替えるものとする。
【００６０】
＜実施例＞
紫外光を位相マスクを介してファイバにビーム照射し±１次回折光の二光束干渉によって式１〜式３にしたがってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞を生成すると共に、紫外光のビーム照射中に位相マスクおよびファイバの一方を他方に対して相対的に移動してファイバグレーティングを作製した（図２）。
【００６１】
ＦＢＧ作製中に位相マスクがファイバに対して垂直に移動した場合（式５）、±１次光の干渉縞はファイバに対して垂直に形成されるので、ＦＢＧの形成される箇所は移動しない（図２（ａ））。一方、±１次回折光以外の組合せによってファイバに対して斜めに形成される干渉縞は、位相マスクがファイバに対して垂直に移動するとファイバ中に形成されるＦＢＧの位置が変わってしまい、結果として±１次回折光以外の組合せによってファイバに対して斜めに形成される干渉縞によって形成されるＦＢＧが弱くなる（図２（ｂ））。
【００６２】
従って、位相マスクをファイバに対して垂直に動かした場合、±１次の干渉縞によって形成されるＦＢＧだけが残り1.5μm損失の原因と考えられる斜めのＦＢＧ形成は阻害され、1.5μm損失が改善されたＦＢＧが形成できる。
実際に位相マスク移動を用いてＦＢＧを作製し、従来方法と1.5μm帯の損失を比較した。本発明のマスク移動と従来方法のヒストグラムをそれぞれ図３（ａ）、（ｂ）に示す。また、従来方法と本発明のマスク移動のＦＢＧ透過スペクトルを図４、図５に示す。
従来方法では損失0.6dB以下のものは全体の65%を占めているのに対して、本発明のマスク移動では損失0.6dB以下のものが全体の90%を占めており、本発明の有用性を示す結果が得られた。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のファイバグレーティングによれば、
光通信システムにおいて、ファイバ中でたとえば1550nm帯の通信波長光を透過伝播させ、通信波長光以外の監視光として用いられる1650nm帯の監視波長λBIJの光を遮断するフィルタとして機能させて反射させファイバの破損等の状態を監視することができる。本発明のファイバグレーティングでは、反射中心波長λBIJの短波長側の波長（およそ0.9λBIJから0.99λBIJ）の範囲における通信波長の損失を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は±１次回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に生じる干渉縞によるファイバグレーティングの形成例を示す図、（ｂ）は±１次回折光以外の二光束干渉によって斜行方向に生じる干渉縞によるファイバグレーティングの形成例を示す図。
【図２】（ａ）は±１次回折光の二光束干渉によってファイバの光伝播方向に対して垂直方向に干渉縞を生じさせ位相マスクをファイバに対して垂直方向に移動することによる本発明のファイバグレーティングを示す図、（ｂ）は±１次回折光以外の組合せによる二光束干渉によって斜行方向に干渉縞を生じさせ位相マスクをファイバに対して垂直方向に移動することによる本発明のファイバグレーティングを示す図。
【図３】（ａ）は本発明のマスク移動によるファイバグレーティングの1.5μm帯の損失におけるヒストグラム、（ｂ）は従来方法によるファイバグレーティングの1.5μm帯の損失におけるヒストグラム。
【図４】従来方法によるファイバグレーティングのＦＢＧ透過スペクトル。
【図５】本発明のマスク移動によるファイバグレーティングのＦＢＧ透過スペクトル。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明のマスク移動によるファイバグレーティングの説明図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明によるファイバグレーティングの実施の形態例を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・・・ファイバ
２ａ・・・・・位相マスク
３ａ・・・・・回折光
４・・・・・干渉縞
ＦＢＧ・・・・・ファイバグレーティング
Ｉ、Ｊ・・・・・紫外光
λuv・・・・・紫外光の波長
ｎcλuv・・・・・波長λuvでのコアの屈折率
λBIJ・・・・・紫外光Ｉ、Ｊの干渉縞によってファイバコアに形成されるファイバグレーティングによって反射されうるファイバを伝播してきた光の波長
ｎcλBIJ・・・・・波長λBIJでのコアの屈折率
ΛIJ・・・・・周期
Λｍ、ΛIJ⊥・・・・・移動量
ＰＤ・・・・・ファイバの光伝播方向
ＶＤ・・・・・ファイバの光伝播方向に垂直な方向
θI・・・・・紫外光Ｉのファイバの光伝播方向に垂直な方向からの角度
θJ・・・・・紫外光Ｊのファイバの光伝播方向に垂直な方向からの角度
θIJ・・・・・干渉縞のファイバの光伝播方向に垂直な方向からの角度
Ｎ・・・・・１以上の正の整数
【図１】
0003955703.tif 000007
【図２】
0003955703.tif 000008
【図３】
0003955703.tif 000009
【図４】
0003955703.tif 000010
【図５】
0003955703.tif 000011
【図６】
0003955703.tif 000012
【図７】
0003955703.tif 000013