(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光の入射により屈折率変化を生じる感光性光導波路を用意し、この光導波路の所定部分に感光性向上材を添加する第１工程と、前記所定部分に含まれる所定箇所に前記光を入射させて光導波路型グレーティングを書き込む第２工程と、前記光導波路の前記所定箇所から前記感光性向上材を除去する第３工程と、を備える光導波路型グレーティングの作製方法であって、
前記第１工程の後、前記第２工程に先だって、前記感光性向上材の濃度、又はこの濃度に相当する代用パラメータを測定し、この測定値、及び前記濃度又は代用パラメータと前記遮断波長の変化量との予め求めておいた関係、を用いて、前記第３工程による光導波路型グレーティングの遮断波長の変化量を予測する第４工程を更に備え、
前記第２工程で書き込むグレーティングの遮断波長を、前記遮断波長変化量の予測値に応じて制御することを特徴とする光導波路型グレーティング作製方法。
【請求項２】
前記第２工程の後、前記第３工程に先だって、前記第２工程で書き込まれたグレーティングの遮断波長を所定の微調整量だけ変化させる第５工程を更に備え、
前記第５工程では、前記第２工程による感光性向上材の減少量又はこの減少量に相当する代用パラメータ及び前記第５工程による感光性向上材の減少量又はこの減少量に相当する代用パラメータの少なくとも一方並びに前記感光性向上材の濃度又はこの濃度に相当する代用パラメータと前記遮断波長の変化量との予め求めておいた関係を用いて前記微調整量を決定する請求項１記載の光導波路型グレーティング作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の所定波長の導波光を遮断する光導波路型グレーティングの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路型グレーティングは、光ファイバや平面導波路などの光導波路中に形成された周期的な屈折率変調領域であり、これには比較的短周期（通常、約０．１〜１．０μｍ周期）のブラッググレーティングと、これよりも長い周期（通常、約１００〜１０００μｍ周期）を有する長周期グレーティングとが含まれる。これらのグレーティングは、いずれも光導波路中を進行する所定波長帯の光を遮断する機能を有している。具体的に述べると、ブラッググレーティングは、ブラッグ波長の光を中心とした波長帯の光を反射して、この波長帯の光を遮断する。また、長周期グレーティングは、所定の条件を満たす波長のコアモード光をクラッドモード光に変換して光損失とすることにより、この波長（いわゆる「損失波長」）の光を遮断する。いずれのグレーティングの場合も、グレーティングによって遮断される光の波長（ブラッグ波長や損失波長のこと。以下、「遮断波長」と呼ぶ。）は、グレーティングを構成する屈折率変調の周期やグレーティングの平均屈折率に依存している。
【０００３】
光導波路型グレーティングの作製方法としては、感光性の光導波路に光を入射させて光誘起屈折率変化を生じさせる方法が広く知られている。感光性の光導波路としては、ＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2ガラスが一般的に用いられ、このガラスへの入射光としては、約２４０〜２５０ｎｍ又は約１８５〜１９５ｎｍの波長の紫外光がよく用いられている。
【０００４】
このとき、光導波路に感光性向上材を添加しておくと屈折率変化の感光性が高まり、同じ量の光を入射させた場合の屈折率変化量が大きくなる。ＳｉＯ2ガラスに対する感光性向上材としては、水素や重水素が知られている。この技術は、例えば、特開平６−１１８２５７号公報に開示されている。
【０００５】
しかし、感光性向上材である水素や重水素はＳｉＯ2ガラスの屈折率をその添加量に応じた量だけ上昇させる屈折率変化材としての機能も有しているため、光導波路中にグレーティングを形成した後、水素や重水素が徐々に外気中に拡散して添加量が減少すると、グレーティングの屈折率が低下し、これに応じてグレーティングの遮断波長（ブラッググレーティングのブラッグ波長や長周期グレーティングの損失波長）も短くなってしまう。すなわち、グレーティングの特性が経時変化して安定しないという問題が生じる。これを防ぐため、感光性向上材を添加した場合は、グレーティングの形成後、所定時間にわたって熱処理を施し、光導波路中の感光性向上材を外気中に強制的に拡散させて除去することにより、グレーティングの特性を安定させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱処理も光導波路中の水素や重水素を除去する処理である以上、屈折率変化を引き起こし、グレーティングの遮断波長を変化させてしまう。図９は、水素を添加した光ファイバ中にブラッググレーティングを形成した後、８０℃の空気中に光ファイバをさらして脱水素処理を行ったときのブラッグ波長の経時変化を示す図である。図９において脱水素処理開始時と４８時間経過後とを比較すると、脱水素処理によりブラッグ波長が０．５ｎｍ以上短くなることが分かる。このように脱水素処理によってグレーティングの遮断波長が変化してしまうため、最終的に所望の遮断波長を有するグレーティングを精度良く作製することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、グレーティングの書き込み後に感光性向上材を除去する工程を伴う光導波路型グレーティング作製方法であって所望の特性の光導波路型グレーティングを精度良く作製できる方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波路型グレーティング作製方法は、所定の光の照射により屈折率変化を生じる感光性光導波路を用意し、この光導波路の所定部分に感光性向上材を添加する第１工程と、この所定部分に含まれる所定箇所に前記光を照射して光導波路型グレーティングを書き込む第２工程と、光導波路の前記所定箇所から感光性向上材を除去する第３工程と、を備えており、第１工程の後、第２工程に先だって、第３工程による光導波路型グレーティングの遮断波長の変化量を予測する第４の工程を更に備え、第２工程で書き込むグレーティングの遮断波長を、前記遮断波長変化量の予測値に応じて制御することを特徴としている。
【０００９】
ここで、上記の第４工程は、感光性向上材の濃度、又はこの濃度に相当する代用パラメータを測定し、（１）この測定値、及び（２）前記濃度又は代用パラメータと遮断波長の変化量との予め求めておいた関係、を用いて遮断波長の変化量を予測する工程である。
【００１０】
本発明に係る光導波路型グレーティング作製方法では、グレーティングの書き込み（第２工程）に先立って感光性向上材の除去（第３工程）による遮断波長の変化量を予測しているので、書き込むグレーティングの遮断波長を感光性向上材の除去による遮断波長変化量を見込んで適切に設定することができ、これにより目標とする遮断波長を有するグレーティングを精度良く作製することができる。
【００１３】
次に、本発明の光導波路型グレーティング作製方法は、第２工程の後、第３工程に先だって、第２工程で書き込まれたグレーティングの遮断波長を所定の微調整量だけ変化させる第５の工程を更に備えていても良い。
【００１４】
このようにグレーティングの書き込み後にグレーティングの遮断波長を微調整することで、目標とする遮断波長を有するグレーティングを一層精度良く作製することができる。
【００１５】
第５工程では、（Ａ１）第２工程による感光性向上材の減少量又はこの減少量に相当する代用パラメータ及び（Ａ２）第５工程による感光性向上材の減少量又はこの減少量に相当する代用パラメータの少なくとも一方並びに（Ｂ）感光性向上材の濃度又はこの濃度に相当する代用パラメータと遮断波長の変化量との予め求めておいた関係を用いて微調整量を決定する。
【００１６】
このように、第５工程では、（Ｂ）感光性向上材の濃度、に加えて、（Ａ１）グレーティングの書き込み（第２工程）による感光性向上材の減少量、及び（Ａ２）微調整（第５工程）による感光性向上材の減少量、の少なくとも一方を考慮に入れて微調整量を決定しているので、極めて適切な微調整を行うことができ、目標とする遮断波長を有するグレーティングを極めて高精度に作製することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態では、ブラッググレーティングを作製することを目的とし、ブラッググレーティングを書き込む光導波路としては光ファイバを用いる。この光ファイバは、石英（ＳｉＯ2）ガラスを主成分とする一般的なシングルモード光ファイバであり、コアにのみ屈折率上昇材であるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。周知の通り、ゲルマニウムは、約２４０〜２５０ｎｍ又は約１８５〜１９５ｎｍの波長の紫外光に対して光誘起屈折率変化を促す感光材としての機能も有している。すなわち、ゲルマニウムが添加された石英ガラスは、上記のような波長の紫外光が入射すると、その入射部分の屈折率が入射光量に応じた大きさだけ上昇するという性質を持つようになる。本実施形態で用いる光ファイバの場合、コアにのみゲルマニウムが添加されているので、コアにグレーティングを書き込むことが可能になっている。
【００１９】
図１は、本実施形態のグレーティング作製方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、まず、光誘起屈折率変化の感光性を高めるため、上記の光ファイバ中に感光性向上材である水素を添加する（ステップ１０１）。具体的には、光ファイバを水素雰囲気中に一定時間さらす。これにより水素分子をクラッド表面を介して光ファイバ中に拡散させることができ、コアに水素分子を添加することができる。周知のように、ゲルマニウムが添加された石英ガラスに水素分子が更に添加されると、石英ガラスの光誘起屈折率変化の感光性が向上する。
【００２０】
上記の水素添加処理が終了したら、コア中の水素分子の濃度又はこの水素濃度に相当する代用パラメータを測定する（ステップ１０２）。本実施形態では、水素濃度の代用パラメータとして、石英ガラス中の水素分子に起因して生じる吸収波長帯中の１２４０ｎｍ波長の光損失を測定する。コア中の水素分子濃度が高いほど１２４０ｎｍ波長の光損失も大きくなるというように、水素濃度と１２４０ｎｍ光損失との間には一定の対応関係があるから、１２４０ｎｍ光損失は水素濃度の代用パラメータとして用いることができる。この１２４０ｎｍ光損失は、水素添加処理を施した光ファイバの一端から１２４０ｎｍ波長帯の検査光を入射させ、他端にスペクトラムアナライザを接続しておき、水素添加部分を通過して他端から出射する検査光のパワースペクトルを測定することで求めることができる。
【００２１】
次に、測定した水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）を用いてグレーティングの書き込み開始時におけるコア中の水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）の予測値を導出し（ステップ１０３）、この水素濃度の予測値に基づいて脱水素処理によるブラッグ波長変化量の予測値を導出する（ステップ１０４）。これらの導出方法については、後で詳細に説明する。
【００２２】
続いて、光ファイバの一部の被覆を除去し、その部分に紫外光を照射して、所定のブラッグ波長を有するブラッググレーティングをコアに書き込む（ステップ１０５）。グレーティングの書き込み方法としては一般的な方法を任意に用いることができるが、本実施形態では、図２に示されるような装置を用いてグレーティングを書き込む。
【００２３】
図２において、符号１０はグレーティング書き込み用の光ファイバを表している。図示のように光ファイバ１０の一部は被覆が除去されてクラッドが露出しており、この露出したクラッド表面と一定間隔をおいて離間するように位相格子板１２が配置されている。周知のように、位相格子板１２は、格子面の反対側の平坦面からこの平坦面に対して垂直に光ビームを照射することで、位相格子周期の略半分の周期の干渉縞ビームを格子面から出射させることができる。この位相格子板１２は、その格子面が光ファイバ１０のクラッド表面に臨むように配置されている。
【００２４】
図示のように、光ファイバ１０には、張力付与装置２０が取り付けられている。張力付与装置２０は、光ファイバ１０の被覆除去部分を挟む２箇所において光ファイバ１０をそれぞれ把持するアーム２１及び２２を備えており、これらのアーム２１及び２２は、ピエゾ素子２３の両端にそれぞれ取り付けられている。ピエゾ素子２３に電圧が印可されると、ピエゾ素子２３は、印加電圧の極性（正負）や大きさに応じて、光ファイバ１０の軸線方向に沿って伸縮する。ピエゾ素子２３には、可変電圧源を内蔵する制御ユニット２４が電気的に接続されており、この制御ユニット２４は、ピエゾ素子２３に印加する電圧を調節してピエゾ素子の伸縮を制御できるようになっている。
【００２５】
本実施形態では、張力付与装置２０を用いることにより、光ファイバ１０に書き込むグレーティングのブラッグ波長を制御できるようにしている。具体的には、張力付与装置２０を用いて光ファイバのグレーティング書込み部分に張力を付与した状態で、位相格子板１２の平坦面に２４８ｎｍ帯の紫外光１４を一定時間にわたって照射する。この紫外光１４は、位相格子板１２の平坦面に対して垂直に進行する平面波であり、その波面において光強度分布はほぼ一様となっている。紫外光１４の照射により位相格子板１２の格子面から一定の距離範囲に紫外光の干渉縞が発生し、光ファイバ１０の被覆除去部分の一部１６に照射される。これによって符号１６で示される部分に含まれるコアに光ファイバ１０の軸線方向に沿った周期的な光誘起屈折率変調が生じ、位相格子板１２の格子周期のほぼ半分の周期のグレーティングが形成される。このようにしてグレーティングを書き込んだ後、張力付与装置２０の制御ユニット２４を操作して光ファイバ１０に付与していた張力を解放する。これにより光ファイバ１０が軸線方向に沿って収縮するので、光ファイバ１０中に形成されたグレーティングの周期も短くなり、これに応じてグレーティングのブラッグ波長も短くなる。グレーティングの書き込み時に付与する張力が大きいほど、ブラッグ波長の変化も大きくなるので、グレーティングの書き込み時に付与する張力を調節することにより、ブラッグ波長の変化量を制御することができる。なお、本発明者が実施したところによれば、１００ｇの張力を付与することで、ブラッグ波長を約１．５ｎｍ短くすることができた。このように、位相格子板１２と張力付与装置２０とを組み合せ、格子周期の異なる位相格子板１２を複数用意しておき、付与する張力の大きさを調節すれば、様々なブラッグ波長のグレーティングを任意に書き込むことが可能である。
【００２６】
本実施形態では、光ファイバに書き込むグレーティングのブラッグ波長は、ステップ１０４で求めた脱水素処理によるブラッグ波長変化量の予測値を見込んで設定する。具体的には、書き込まれるグレーティングのブラッグ波長が、最終的に得たいブラッグ波長（以下、ブラッグ波長の「目標値」と呼ぶ）からブラッグ波長変化量の上記予測値を除算した波長となるように書き込み工程を制御する。すなわち、
λB(書き込み)＝λB(目標)−Δλ(脱水素・予測)  …（１）
である。なお、上式で、λB(書き込み)はこれから書き込もうとするグレーティングのブラッグ波長、λB(目標)はブラッグ波長の目標値、Δλ(脱水素・予測)は脱水素処理によるブラッグ波長変化量（脱水素処理後のブラッグ波長から脱水素処理前のブラッグ波長を引いた値）の上記予測値、である。
【００２７】
この後、グレーティングが形成された光ファイバを８０℃の空気中にさらすことにより、コア中の水素分子を外部に拡散させて除去する（ステップ１０６）。この脱水素処理は、グレーティングのブラッグ波長がほとんど変化しなくなるまで続けられる。なお、８０℃という常温よりも高い温度の環境下に光ファイバをおくのは、水素分子の拡散を迅速に行うためである。以上の脱水素処理をもって、本実施形態による光導波路型グレーティングの作製が完了する。
【００２８】
以下では、ステップ１０３における水素濃度の予測、及びステップ１０４におけるブラッグ波長変化量の予測について説明する。ステップ１０３における水素濃度の予測には、予め収集しておいた実験データを用いる。すなわち、グレーティング書き込み用の光ファイバと同様の光ファイバを実験用に用意し、この光ファイバのコアに所定濃度の水素を添加した後、空気中に放置して一定時間おきにコアの水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）を測定して時間の経過に伴う水素濃度の変化を測定する。図３は、このようにして求めた１２４０ｎｍ光損失の経時変化を表すグラフである。ここで、横軸は水素添加が完了してからの経過時間を表し、縦軸は１２４０ｎｍ光損失を表している。本実施形態では、ステップ１０２で測定した１２４０ｎｍ光損失と図３のグラフとを用いることにより、測定時刻から書き込み開始時刻までの時間経過による１２４０ｎｍ光損失の減少量を求め、これを用いて書き込み開始時刻における１２４０ｎｍ光損失を求め、これを上記の予測値とする。
【００２９】
なお、図３に示されるように、水素の添加が完了した直後は水素濃度が急激に減少するが、ある程度時間が経過すると水素濃度の変化は緩やかになり、その後も水素濃度の減少速度は時間の経過とともに徐々に遅くなる。水素濃度の変化が余りに急激な時にグレーティングの書き込みを行うと、書き込まれるグレーティングの遮断波長に誤差が生じる原因となる。そこで、ステップ１０２で測定した１２４０ｎｍ光損失と図３のグラフとから水素濃度の変化がある程度緩やかになる時刻を求め、その時刻にグレーティングの書き込みを開始するようにしても良い。この場合、このようにして決定した書き込み開始時刻における１２４０ｎｍ光損失を求め、これを上記の予測値とする。
【００３０】
次に、ステップ１０４におけるブラッグ波長変化量の予測について説明する。この予測にも、予め収集しておいた実験データを用いる。すなわち、グレーティング書き込み用の光ファイバと同様の光ファイバを実験用に用意し、この光ファイバのコアに所定濃度の水素を添加した後、光ファイバのコアに所定周期のブラッググレーティングを書き込み、形成されたグレーティングのブラッグ波長を測定する。この後、この光ファイバにブラッグ波長が変化しなくなるまで脱水素処理を施してからブラッグ波長を再度測定する。脱水素処理の前後におけるブラッグ波長の測定値を比較することにより、脱水素処理によるブラッグ波長のシフト量が求まる。様々な水素添加濃度に対して上記の測定を繰り返すことにより、水素濃度とブラッグ波長変化量との関係を表すデータが集まる。
【００３１】
図４は、水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）と脱水素処理によるブラッグ波長変化量との関係を表す図である。ここで、横軸は１２４０ｎｍ光損失を表し、縦軸は脱水素処理によるブラッグ波長変化量を表している。図４中の各点が実験により得られたデータである。本実施形態では、このような実験データに基づいて最小二乗法を用いることにより、１２４０ｎｍ光損失とブラッグ波長変化量との関係を示す回帰直線を求める。グレーティング書き込み開始時の１２４０ｎｍ光損失を［１２４０ｎｍ］と表すと、脱水素処理によるブラッグ波長変化量Δλ(脱水素)は、係数ａ1、ｂ1を用いて、
Δλ(脱水素)＝ａ1＋ｂ1×［１２４０ｎｍ］  …（２）
のように表される。係数ａ1、ｂ1は、図４のデータを用いて回帰演算を行うことにより求めることができる。図４中の直線は、このようにして求められた回帰直線である。本実施形態では、この回帰直線に基づいて、ステップ１０３で求めた１２４０ｎｍ光損失の予測値に対応するブラッグ波長変化量を求め、この値を脱水素処理によるブラッグ波長変化量の予測値とする。
【００３２】
本実施形態では、こうして求めた脱水素処理によるブラッグ波長変化量の予測値を用いて、書き込むグレーティングのブラッグ波長を上記（１）式のように設定しているので、脱水素処理によるブラッグ波長の変化を打ち消すことができ、目標とするブラッグ波長を有する光導波路型グレーティングを精度良く作製することができる。
【００３３】
（実施形態２）
グレーティングを書き込むために光ファイバのコアに光を入射させると、コア内で生じる反応の結果、コア中の水素分子の一部がイオン化し、水素濃度が低減する。これは脱水素処理開始時におけるコア中の水素分子の量に影響を与えるから、脱水素処理によるブラッグ波長変化量にも影響を与える。すなわち、グレーティングの書き込みによる水素分子の減少量と脱水素処理によるブラッグ波長変化量とは相関を持っている。本実施形態ではこれを考慮に入れて、より高精度にグレーティングを作製する。
【００３４】
図５は、本実施形態のグレーティング作製方法を説明するためのフローチャートである。以下で詳しく説明するが、本実施形態では、グレーティングを書き込んだ後、このグレーティングのブラッグ波長を所定の量だけ変化させて微調整を行う（ステップ２０９）。
【００３５】
ステップ２０１〜２０５は実施形態１と同一であるから、説明は省略する。本実施形態では、実施形態１と同様にしてグレーティングを書き込んだ後（ステップ２０１〜２０５）、このグレーティングのブラッグ波長を測定する（ステップ２０６）。具体的には、グレーティングを書き込んだ光ファイバの一端から検査光を入射させ、他端に光スペクトラムアナライザを接続しておき、グレーティングを透過した検査光のスペクトラムを測定する。検査光のうちブラッグ波長付近の光はグレーティングにより反射されるため、測定される光スペクトラムにはグレーティングによる光遮断を表す谷が現れる。この谷の中心波長がグレーティングのブラッグ波長を表している。
【００３６】
続いて、本実施形態では、グレーティングの書き込みによる水素分子の減少量、又はこの減少量に相当する代用パラメータを測定する（ステップ２０７）。本実施形態では、この代用パラメータとして、書き込まれたグレーティングによって遮断されるブラッグ波長の光の量を測定する。周知のように、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量は、グレーティングの書き込みによる光誘起屈折率変化が大きいほど大きく、この屈折率変化の大きさは、感光性向上材である水素分子の減少量に依存する。すなわち、光の入射によってコア中の水素分子が多くイオン化されるほど感光性が高まって屈折率変化量も大きくなるので、コアに書き込まれたグレーティングによるブラッグ波長光の遮断量も大きくなる。このように、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量とグレーティングのに書き込みによる水素分子の減少量との間には対応関係があるから、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量は、グレーティングの書き込みによる水素分子の減少量の代用パラメータとして使用することができる。グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量は、ステップ２０６で測定した光スペクトラムから求めることができる。
【００３７】
次に、ステップ２０９の微調整に先だって、この微調整によりブラッグ波長を変化させる量を決定する（ステップ２０８）。脱水素処理によるブラック波長変化量は脱水素処理を開始するときのコア中の水素濃度に依存し、脱水素処理開始時の水素濃度はグレーティングの書き込みによる水素分子の減少量に依存するから、脱水素処理によるブラッグ波長変化量は、グレーティング書き込み開始時の水素濃度のみならず、グレーティングの書き込みによる水素分子の減少量とも相関を持っている。本実施形態では、グレーティング書き込み開始時の水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）とグレーティングの書き込みによる水素分子の減少量（実際には、その代用パラメータである、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量）とを説明変数として重回帰分析を予め行っておき、得られた回帰直線を利用してブラッグ波長の微調整量を決定する。グレーティング書き込み開始時の水素濃度に加えてグレーティングの書き込みによる水素分子の減少量を説明変数とすることで、より精度の高い回帰直線を求めることができる。
【００３８】
以下では、ステップ２０８におけるブラッグ波長の微調整量の決定手法について詳しく説明する。グレーティング書き込み開始時の１２４０ｎｍ光損失を［１２４０ｎｍ］と表し、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量を［遮断量］と表すと、脱水素処理によるブラッグ波長変化量Δλ(脱水素)は、係数ａ2、ｂ2、ｃ2を用いて、
Δλ(脱水素)＝ａ2＋ｂ2×［１２４０ｎｍ］＋ｃ2×［遮断量］  …（３）
のように表される。この（３）式が、［１２４０ｎｍ］及び［遮断量］とΔλ(脱水素)との関係を示す回帰直線を表している。（３）式において、係数ａ2、ｂ2、ｃ2は、１２４０ｎｍ光損失と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータ（図４中の各点）、及びグレーティングによるブラッグ波長光の遮断量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータを予め実験により収集し、これらのデータを用いて重回帰演算を行うことにより求めることができる。なお、図６に、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータを示しておく。ここで、横軸はグレーティングによるブラッグ波長光の遮断量を示し、縦軸は脱水素処理によるブラッグ波長変化量を示している。図６中の各点が各データを表している。
【００３９】
ブラッグ波長の微調整量をΔλ(微調整)のように表すと、このΔλ(微調整)は、
λB＋Δλ(微調整)＋Δλ(脱水素)＝λB(目標)  …（４）
ここで、  λB：書き込まれたグレーティングのブラッグ波長
Δλ(脱水素)：脱水素処理によるブラッグ波長変化量
λB(目標)：ブラッグ波長の目標値
を満足する必要がある。
【００４０】
上記（３）及び（４）式からΔλ(微調整)は、
Δλ(微調整)＝λB(目標)−λB
−（ａ2＋ｂ2×［１２４０ｎｍ］＋ｃ2×［光遮断量］)  …（５）
のように表される。本実施形態では、ステップ２０３で求めた［１２４０ｎｍ］の予測値、ステップ２０６で測定したブラッグ波長λB及び［光遮断量］、並びに予め求めておいた係数ａ2、ｂ2、ｃ2を上式に用いることで、ブラッグ波長の微調整量Δλ(微調整)を決定する。
【００４１】
次に、グレーティングのブラッグ波長の微調整を行って、上記の微調整量だけブラッグ波長を変化させる（ステップ２０９）。図７は、この微調整の方法を説明するための図である。図７に示されるように、この微調整は、グレーティングの書き込みに使用したものと同じ紫外光のビーム３０を光ファイバ１０の部分１６（グレーティング書き込み時に干渉縞ビームが照射された部分）を含む領域に照射することにより行う。紫外光ビーム３０は光ファイバの軸線に対して垂直に進行する平面波であり、その波面において光強度分布はほぼ一様となっている。紫外光ビーム３０の照射による光誘起屈折率変化により、紫外光が照射された領域中のコアの屈折率は一定量だけ一様に上昇する。紫外光ビーム３０の照射領域中にはグレーティングが含まれているので、紫外光ビーム３０の照射によりグレーティングの平均屈折率も上昇する（屈折率変調の振幅はほとんど変化しない）。周知のように、ブラッグ波長はブラッググレーティングの平均屈折率に依存しており、平均屈折率が上昇すればブラッグ波長も長くなる。紫外光ビーム３０のコアへの入射量が大きいほどグレーティングの屈折率上昇量も大きくなるから、紫外光ビーム３０の照射によるブラッグ波長のシフト量は、紫外光ビーム３０の照射量に依存して大きくなる。従って、紫外光の照射量を調節することにより、所望の量だけブラッグ波長を長くすることができる。
【００４２】
なお、上記の方法で微調整を行う場合、紫外光ビームの照射を一度で行わず数回に分けて行うと、必要以上にブラッグ波長を長くしてしまうという失敗を避けることができ、ブラッグ波長の変化量を精密に調整することができる。
【００４３】
このようにして上記の微調整量だけブラッグ波長を変化させた後、実施形態１のステップ１０６と同様に脱水素処理を行う（ステップ２１０）。以上により、本実施形態による光導波路型グレーティングの作製が完了する。
【００４４】
本実施形態では、グレーティングを書き込んだ後に微調整を行っており、この微調整量をグレーティングの書き込みによる水素減少量を考慮して決定しているので、所望のブラッグ波長を有するグレーティングをより高精度に作製することができる。
【００４５】
（実施形態３）
実施形態２で行った微調整によって光ファイバに紫外光ビームが照射されると、上述のように光誘起屈折率変化が生じるが、このときコア中の水素分子の一部がイオン化するので水素分子量は減少する。この微調整による水素分子の減少量も脱水素処理によるブラッグ波長変化量と相関を持っている。本実施形態ではこれを考慮に入れて、より高精度にグレーティングを作製する。
【００４６】
本実施形態のグレーティング作製方法は、図５を用いて説明することができる。ステップ２０１〜２０７は実施形態２と同一であるから、説明は省略する。
【００４７】
本実施形態では、ステップ２０８におけるブラッグ波長の微調整量の決定方法が実施形態２と異なっている。脱水素処理開始時の水素濃度は微調整による水素分子の減少量に依存するから、微調整による水素分子の減少は脱水素処理によるブラッグ波長変化量に影響を及ぼす。すなわち、脱水素処理によるブラッグ波長変化量は、微調整による水素分子の減少量とも相関を持っている。従って、本実施形態では、グレーティング書き込み開始時の水素濃度（実際には、その代用パラメータである１２４０ｎｍ光損失）やグレーティングの書き込みによる水素分子の減少量（実際には、その代用パラメータである、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量）に加えて、微調整による水素分子の減少量も説明変数として重回帰分析を予め行っておき、得られた回帰直線を用いてブラッグ波長の微調整量を決定する。微調整による水素分子の減少量を説明変数に加えることで、更に精度の高い回帰直線を求めることができる。
【００４８】
具体的には、本実施形態では、微調整による水素分子の減少量の代用パラメータとして、微調整によるブラッグ波長変化量を用いる。微調整によるブラッグ波長変化量は、微調整時の光誘起屈折率変化の大きさに依存し、この屈折率変化の大きさは微調整による水素分子の減少量に依存する。このように微調整によるブラッグ波長変化量と微調整による水素分子の減少量との間には対応関係があるので、微調整によるブラッグ波長変化量は、微調整による水素分子の減少量に相当する代用パラメータとして使用することができる。
【００４９】
グレーティング書き込み開始時の１２４０ｎｍ光損失を［１２４０ｎｍ］と表し、グレーティングによる光遮断量を［光遮断量］と表し、微調整によるブラッグ波長変化量をΔλ(微調整)と表すと、脱水素処理によるブラッグ波長変化量Δλ(脱水素)は、係数ａ3、ｂ3、ｃ3、ｄ3を用いて、
Δλ(脱水素)＝ａ3＋ｂ3×［１２４０ｎｍ］
＋ｃ3×［光遮断量］＋ｄ3×Δλ(微調整)  …（６）
のように表される。この（６）式が、［１２４０ｎｍ］、［光遮断量］及びΔλ(微調整)とΔλ(脱水素)との関係を示す回帰直線を表している。（６）式において、係数ａ3、ｂ3、ｃ3、ｄ3は、１２４０ｎｍ光損失と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータ（図４中の各点）、グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータ（図６中の各点）、及び微調整によるブラッグ波長変化量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータを予め実験により収集しておき、これらのデータを用いて重回帰演算を行うことにより求めることができる。なお、図８に、微調整によるブラッグ波長変化量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータを示しておく。ここで、横軸は微調整によるブラッグ波長変化量を示し、縦軸は脱水素処理によるブラッグ波長変化量を示している。また、図８中の各点が、各データを表している。
【００５０】
既に述べたように、 Δλ(微調整)は、
λB＋Δλ(微調整)＋Δλ(脱水素)＝λB(目標)  …（４）
ここで、  λB：書き込まれたグレーティングのブラッグ波長
Δλ(脱水素)：脱水素処理によるブラッグ波長変化量
λB(目標)：ブラッグ波長の目標値
を満足する必要がある。
【００５１】
上記（６）及び（４）式を満足するΔλ(微調整)は、上記２式を連立方程式として解くことにより求めることができる。これによりΔλ(微調整)は、
Δλ(微調整)＝{λB(目標)−λB−（ａ3＋ｂ3×［１２４０ｎｍ］
＋ｃ3×［光遮断量］)}／(１＋ｄ3)  …（７）
のように求まる。ステップ２０３で求めた［１２４０ｎｍ］の予測値、ステップ２０６で測定したブラッグ波長λB及び［光遮断量］、並びに予め求めておいた係数ａ3、ｂ3、ｃ3、ｄ3を上式に用いることでΔλ(微調整)が求まる。
【００５２】
ステップ２０９では、ステップ２０８で決定したΔλ(微調整)だけブラッグ波長を変化させるように紫外光ビームを光ファイバに照射して微調整を行う。この後、実施形態１のステップ１０６と同様に脱水素処理を行う（ステップ２１０）。これにより、本実施形態による光導波路型グレーティングの作製が完了する。
【００５３】
本実施形態では、グレーティングの書き込みによる水素減少量に加えて微調整による水素減少量も考慮してブラッグ波長の微調整量を決定しているので、所望のブラッグ波長を有するグレーティングを更に高精度に作製することができる。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではブラッググレーティングを作製したが、上記実施形態の方法により長周期グレーティングを作製することも可能である。また、上記実施形態では、グレーティングを書き込む光導波路として光ファイバを用いたが、他の種類の光導波路（薄膜導波路など）を用いることも可能である。
【００５５】
また、上記では、（ａ）１２４０ｎｍ光損失と（ｂ）ブラッグ波長光の遮断量を説明変数として重回帰分析を行う方法（実施形態２）と、（ａ）１２４０ｎｍ光損失、（ｂ）ブラッグ波長光の遮断量、及び（ｃ）微調整によるブラッグ波長変化量を説明変数として重回帰分析を行う方法（実施形態３）を説明したが、（ａ）１２４０ｎｍ光損失と（ｃ）微調整によるブラッグ波長変化量とを説明変数として重回帰分析を行っても良い。この場合、脱水素処理によるブラッグ波長変化量Δλ(脱水素)は、
Δλ(脱水素)＝ａ4＋ｂ4×［１２４０ｎｍ］＋ｄ4×Δλ(微調整)  …（８）
のように表される。係数ａ4、ｂ4、ｄ4は、１２４０ｎｍ光損失と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータ（図４中の各点）、微調整によるブラッグ波長変化量と脱水素処理による波長変化量との関係を表すデータ（図８中の各点）を予め実験により収集しておき、これらのデータを用いて重回帰演算を行うことにより求めることができる。
【００５６】
上記実施形態と同様に、Δλ(微調整)は、
λB＋Δλ(微調整)＋Δλ(脱水素)＝λB(目標)  …（４）
を満足する必要がある。上記（８）及び（４）式を連立方程式として解くことにより、Δλ(微調整)は、
Δλ(微調整)＝{λB(目標)−λB
−（ａ4＋ｂ4×［１２４０ｎｍ］)}／(１＋ｄ4)  …（９）
のように表すことができる。グレーティングの書き込み前に予測した［１２４０ｎｍ］の値及びグレーティングの書き込み後に測定したブラッグ波長λBの値、並びに予め求めておいた係数ａ4、ｂ4、ｄ4を上式に用いることで微調整量Δλ(微調整)を決定することができる。
【００５７】
次に、上記実施形態では感光性向上材として水素を光ファイバに添加したが、水素以外の感光性向上材を添加しても良い。水素以外の感光性向上材としては重水素が良く知られている。また、これらの感光性向上材を複数種類添加しても良い。この場合は、上記実施形態における水素濃度の代わりに、感光性向上材の総濃度（又は、その代用パラメータ）を測定、予測等すれば良い。
【００５８】
また、上記実施形態では、水素濃度に相当する代用パラメータとして１２４０ｎｍ波長光の損失を測定しているが、石英ガラス中の水素分子に起因する吸収波長帯としては６２０ｎｍ帯も存在しているので、この吸収波長帯に含まれる波長の光の損失を水素濃度の代用パラメータとして使用することも可能である。また、これら二つの吸収波長帯に含まれる二つの光の損失を共に代用パラメータとして用いて上記の重回帰分析を行うことも可能である。
【００５９】
同様に、感光性向上材として重水素を使用する場合は、石英ガラス中の重水素分子に起因する吸収波長帯として１８６０ｎｍ帯及び９３０ｎｍ帯があるので、これらの吸収波長帯に含まれる光の損失を重水素濃度の代用パラメータとして使用することが可能である。また、これら二つの吸収波長帯に含まれる二つの光の損失を共に代用パラメータとして用いて上記の重回帰分析を行うことも可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、グレーティングの書き込みによる水素減少量の代用パラメータとしてグレーティングによるブラッグ波長光の遮断量を用い、微調整による水素減少量の代用パラメータとして微調整によるブラッグ波長変化量を用いているが、１３８０ｎｍ付近の波長の光損失をこれらの代用パラメータとして用いることもできる。１３８０ｎｍ付近には、石英ガラス中のＯＨ基に起因する吸収波長帯が存在している。グレーティング書き込み時の光の入射により石英ガラス中の水素分子の一部がイオン化されてＯＨ基が発生するため、グレーティングの書き込みによる水素減少量はコア中のＯＨ基の濃度に依存し、ＯＨ基の濃度は１３８０ｎｍ付近の吸収波長帯に含まれる光の損失に依存するため、この光損失をグレーティングの書き込みによる水素減少量や微調整による水素減少量の代用パラメータとして使用することが可能である。
【００６１】
一方、感光性向上材として重水素を使用する場合は、重水素のイオン化によって生じたＯＨ基に起因する吸収波長帯は２０７０ｎｍ帯であるから、この波長帯に含まれる光の損失をグレーティングの書き込みによる重水素減少量や微調整による重水素減少量の代用パラメータとして使用することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る光導波路型グレーティング作製方法では、グレーティングの書き込みに先立って感光性向上材の除去による遮断波長の変化量を予測しているので、目標とする遮断波長を有するグレーティングを精度良く作製することができる。
【００６３】
また、グレーティングの書き込みの後、感光性向上材を除去する前に、書き込まれたグレーティングの遮断波長を微調整することで、目標とする遮断波長を有するグレーティングを一層精度良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のグレーティング作製方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】グレーティングの書き込み方法を示す模式図である。
【図３】光ファイバへの水素添加後における１２４０ｎｍ光損失の経時変化を表すグラフである。
【図４】１２４０ｎｍ光損失と脱水素処理によるブラッグ波長変化量との関係を表す図である。
【図５】実施形態２のグレーティング作製方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】グレーティングによるブラッグ波長光の遮断量と脱水素処理による波長変化量との関係を表す図である。
【図７】グレーティングのブラッグ波長の微調整方法を示す模式図である。
【図８】微調整によるブラッグ波長変化量と脱水素処理による波長変化量との関係を表す図である。
【図９】脱水素処理によるブラッグ波長の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１０…光ファイバ、１２…位相格子板、１４及び３０…紫外光ビーム、１６…グレーティングが書き込まれた部分、２０…張力付与装置、２１及び２２…アーム、２３…ピエゾ素子、２４…制御ユニット。
【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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【図９】
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