(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性の複数の光導波路をほぼ平行に配設する配設工程と、前記複数の光導波路に対して屈折率の変化を生じさせる波長の照射光を照射する照射工程とを含む光導波路グレーティングの製造方法において、
前記照射工程は、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有する照射光を、その長軸方向を前記複数の光導波路の光軸と直交する方向（Ｙ軸方向）にほぼ一致させ、所定の位相マスクを介して、前記各光導波路の光軸方向（Ｘ軸方向）に走査しつつ照射し、複数の光導波路全部に一括してグレーティングを形成するグレーティング形成ステップと、
長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた前記照射光を、位相マスクを介さずに前記複数の光導波路のＸ軸方向の前記グレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射する照射ステップとを含むことを特徴とする光導波路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、光ファイバなどの光伝送路による波長多重伝送にとって重要な光フィルタなどに用いられる光導波路グレーティングの製造方法に関するものであり、特に、複数の光導波路に一括してグレーティングを形成するとともに波長選択特性にすぐれた光導波路グレーティングの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今のＩＴ革命によって、伝送方式についても大容量高速化の必要性が高まり、この要求に応えるものとして、波長多重伝送方式が採用されている。
光加入者線路網運用の保守監視システムにおいて、通信中でも試験、監視ができるように通信波長（１．３１μｍ、１．５５μｍ）以外の試験光（例えば１．６５μｍ）を局側から入光し、光ケーブルの終端で反射させるようにしているが、この終端に用いられるターミネーションケーブルには従来誘電体多層膜フィルタなどが用いられてきた。しかし、最近では、低挿入損失、機械的安定性、低コスト、優れた波長選択性が見込まれることから、光導波路グレーティングへの切り換えが検討されている。
【０００３】
この光導波路グレーティングは、光導波路のコアに一定の領域にわたって屈折率の高い部分と低い部分が交互に繰り返されるように形成したものである。
このように光導波路グレーティングを形成する方法としては、位相マスク法によるのが一般的である。これは、図７に示すように、石英光ファイバ３０等の光導波路のコアにＧｅＯ2 等をド−ピングしておき、位相マスク３５を介して紫外光等の所定波長の照射光Ｌ0 を照射する方法で、位相マスク３５を通過して回折する照射光Ｌ1 により生じる光の干渉縞３１を利用して、光強度の強弱に応じた屈折率の変化を生じさせるものである（干渉縞のピッチｐは位相マスク３５のグレーティング周期ｄの２分の１となる）。例えば、ＧｅＯ2 をドーピングした石英ガラスファイバのコアは波長２４０ｎｍ近傍の紫外線を照射すると屈折率が上昇する。また、あらかじめ高圧水素処理を施すことにより紫外線に対する感度を大幅に改善できることも知られている。
【０００４】
ところで、光ファイバ１本ずつについて、この様な照射を行ってグレーティングをを形成するのでは製造効率が悪く、上記のように増大する需要に耐えない。そこで例えば、特開２０００−６６０４０号公報には、図６に示すように、グレーティングを形成すべき光ファイバ５１〜５４を並列配置手段３０に配置し、光源４０から出力された照射光Ｌ0 を、反射鏡４３及び４４を介し、位相マスク４５を介して複数の光ファイバ５１〜５４に照射して、一括して光ファイバグレーティングを形成する製造装置と製造方法が開示されている。この方法によれば、ステージコントローラ４２を制御して反射鏡４１を移動させ、複数の光導波路それぞれの光軸に直交する方向（Ｙ軸方向）に照射光を走査するので、複数の光導波路グレーティングを一括して製造することができる。
【０００５】
しかし、光導波路グレーティングを形成する際、さらに次のような問題点がある。
イ、光導波路の光軸方向（Ｘ軸方向）の照射部分の僅かな位置ずれのために、光フィルタの通過帯域又は反射帯域の中心波長のズレ、帯域幅のずれなどが生じる。
ロ、グレーティングが光の伝搬方向に対して均一な場合には、後述するように累積照射量の分布が山形となって屈折率分布もそれに対応し、帯域内の減衰量と帯域外の減衰量の差が小さく、不要波を十分に除去できない。
【０００６】
そこで、光導波路グレーティングの形成領域の一端から他端まで、照射光で照射することにより、屈折率変調をグレーティング方向に平均値が平坦なベル状にして波長特性を改善する方法（アポダイゼーション）が行われている。
例えば、特開平１１−３２６６６４号公報には、図８に示すように、レーザの照射光量Ｒを一端（移動距離ｄ＝０）から中央部（移動距離ｄ＝２．５ｍｍ）までは減少させつつ移動させ、中央部から他端（移動距離ｄ＝５ｍｍ）までは増大させつつ移動させる方法などが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開２０００−６６０４０号公報に示されれたような一括してグレーティングを形成する製造方法において、Ｙ軸方向に照射光を走査する際、同時にアポダイゼーションを行うには、高価なアポダイズド位相マスクが必要になる。また、Ｙ軸方向に照射光を走査するグレーテイング形成工程の後、特開平１１−３２６６６４号公報に示された照射工程を加える方法では、グレーテイング形成工程における各光導波路に対する微妙な照射量の差や、微妙な照射位置の差と、後からの照射工程における照射開始位置、照射終了位置、途中の照射量変化等の制御のずれとが重なってバラツキを生じるので、制御についても高い精度が要求される。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解消しようとするものであって、複数の光導波路に一括してグレーィングを形成することができ、しかもアポダイゼーションの制御も容易に且つ正確に行うことのできる光導波路グレーティングの製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明の光導波路グレーティングの製造方法は、
感光性の複数の光導波路をほぼ平行に配設する配設工程と、前記複数の光導波路に対して屈折率の変化を生じさせる波長の照射光を照射する照射工程とを含む光導波路グレーティングの製造方法において、
前記照射工程は、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有する照射光を、その長軸方向を前記複数の光導波路の光軸と直交する方向（Ｙ軸方向）にほぼ一致させ、所定の位相マスクを介して、前記各光導波路の光軸方向（Ｘ軸方向）に走査しつつ照射し、複数の光導波路全部にに一括してグレーティングを形成するグレーティング形成ステップと、
長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた前記照射光を、位相マスクを介さずに前記複数の光導波路のＸ軸方向の前記グレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射する照射ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
この光導波路グレーティングの製造方法によれば、照射光がビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度を有するので、Ｙ軸方向に走査する必要がなく、複数の光導波路それぞれに一括して均一な強度の光を照射することができる。
また、照射ステップも、長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた照射光を、位相マスクを介さずに複数の光導波路のＸ軸方向のグレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射するだけであるから、位置決めは容易であり、照射時間を制御するだけで適切なアポダイゼーションを行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図示例にもとづいて説明する。
図１及び図２は、本発明の光導波路グレーティングの製造方法の説明図であり、図１(a) 、図２(a) は、グレーティング形成ステップの説明図、図１(b) 、図２(b) は、形成された光導波路グレーテイングにアポダイゼーションを施すための照射ステップの説明図である。図３は、本発明の光導波路グレーティングの製造方法によって得られる屈折率分布の説明図、図４は、本発明の製造方法によって得られた光導波路グレーティングの遮断特性の一例、図５は、照射ステップを行っていない光導波路グレーティングの遮断特性の一例である。
【００１２】
図１、図２において、１１，１２，１３，１４は、グレーテイィング形成前の感光性の光ファイバであり、Ｖ溝を有する基台３などを用いて、ほぼ平行に配設される。１は、これに屈折率の変化を生じさせる波長の照射光であり、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有している。２は、位相マスクであり、図６、図７に基づいて説明したように光ファイバコア上に光の干渉縞を生じさせ、それに伴う光強度の強弱に応じた屈折率の変化を生じさせるものである。
光ファイバ１１〜１４は、例えばコアにＧｅＯ2 をドーピングした石英ガラスファイバとし、グレーティングを形成しようとする領域については予め被覆を除去してある。基台３は、矩形の枠状体であり、貫通部３ａが設けられている。そして、平行な枠である支持部３ｂ、３ｃに光ファイバ１１〜１４を支持するＶ溝が等間隔に形成されている。
【００１３】
先ず、配設工程では、予め被覆を除去したグレーティング形成領域が貫通部３ｂ上に位置するようにして、光ファイバ１１〜１４を支持部３ｂ、３ｃのＶ溝に載置し、図示しない固定具で固定する。
位相マスク２は、所望のグレーティング周期に対応した干渉縞を生じるように形成され、複数本の光ファイバ１１〜１４それぞれに均等なグレーティングを生じるように配設される。
【００１４】
次に、照射工程について説明する。
先ず、照射光１の光源は、光導波路を、コアにＧｅＯ2 をドーピングした石英ガラスファイバとする場合、前述のように、波長２４０ｎｍ近傍の紫外線を発光するエキシマレーザが用いられる。図示のように、ビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な蒲鉾形の強度分布を有するもので、照射幅Ｗ1 が、光ファイバの配設幅Ｗ2 より広いものを用いればレンズ等を用いる必要がないか、必要となるにしても集光して強度を強めるためのものである。また、光源の照射幅Ｗ1 が光ファイバの配設幅Ｗ2 より狭い場合も、レンズ等を用いて配設幅Ｗ2 より広い平行光に変換すればよい。
【００１５】
このような光源から得られた照射光１を、ビーム断面の長軸方向１L を光ファイバの光軸と直交する方向（Ｙ軸方向）とほぼ一致させ、光軸方向（Ｘ軸方向）に走査Ｓしつつ照射することにより、図１(b) に示すように、それぞれに均等なグレーティング２５が形成された４本の光ファイバ２１〜２４が得られる（図１(b) において、光ファイバ２１〜２４の縞模様はコア内に生じた屈折率分布を模式的に示したものである。このような屈折率分布は通常コア内に形成するものであるが、場合によっては、コアとともにクラッドに形成することもある）。
照射光１がビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度を有するので、Ｙ軸方向には、走査する必要がなく、複数の光導波路それぞれに一括して均一な強度の光を照射することができる。
【００１６】
次に、図２(a) に基づいて、上記グレーティング形成ステップにおける照射量分布について説明する。
図２(a) はＸ軸方向に、ほぼ平行に配設した光ファイバ１１〜１４に位相マスク２を介してＺ軸方向に照射する照射光１をＸ軸方向に走査Ｓしたときの照射光量の説明図であり、実線１ａは、照射光１のＸ−Ｚ面内の強度分布である。
いま、照射光１を位相マスクを介さずにＸ軸方向に走査ＳしながらＺ軸方向に照射すると累積照射量のＸ−Ｚ面内の分布は、点線Ｐ0 のように山形になる。したがって、位相マスク２を介して照射した場合は、図２(b) の実線Ｐ1 のように包絡線Ｐ0 に内接する山形の脈動波となり、平均屈折率もこれに対応する。
したがって、この状態の光ファイバ１１〜１４では、前述のように、中心波長のずれ、帯域幅のずれなどが生じ、帯域内の減衰量と帯域外の減衰量の差が小さく、不要波を十分に除去できない。
【００１７】
そこで、図１(b) に示すように、位相マスク２を外して、照射を行う。
すなわち、先ずグレーティング形成領域Ｇの一端２５ｓの上にビーム断面の長軸１L がくるように移動ステージを用いるなどして光源の位置を位置決めをし、固定した光源から出射される照射光１ｓで照射する。
次いで、グレーティング形成領域Ｇの他端２５ｅの上にビーム断面の長軸１L がくるように移動ステージを用いるなどして光源の位置を位置決めし、固定した光源から出射される照射光１ｅで照射する。
【００１８】
図２(b) に、その累積照射量のＸ−Ｚ面内の分布を示す。
点線Ｐｓは、グレーティング形成領域Ｇの一端２５ｓの上にビーム断面の長軸１L がくるように位置決めをし固定した光源から出射される照射光１ｓの累積照射量の分布を示し、点線Ｐｅは、グレーティング形成領域Ｇの他端２５ｅの上にビーム断面の長軸１L がくるように位置決めをし固定した光源から出射される照射光１ｅの累積照射量の分布を示す。いずれも、その分布形状は図２(a) の実線１ａと相似形をなすが、照射時間Ｔが長くなるにつれて、累積照射量も大きくなる。
【００１９】
そこで、累積照射量分布Ｐｓ及びＰｅが、グレーティングのための照射量の包絡線Ｐ0 とほぼ等しくなるように照射時間Ｔを制御すると、包絡線Ｐ0 と累積照射量分布Ｐｓ及び累積照射量分布Ｐｅとが重なる領域Ａｓ及びＡｅの屈折率分布が点線Ｐｓ，Ｐｅまで高められ、図３に示すように、グレーテイング領域の屈折率分布は実線ｎ2 のようになる。この屈折率分布ｎ2 は、Ｘ軸方向に平坦な平均値ｎA の上下に脈動する波形となり、領域Ａｓ及びＡｅのような平均屈折率の相対的に低い部分がないので、遮断特性が良くなると言える。
【００２０】
この照射ステップは、長軸方向をＹ軸方向に一致させた照射光を、グレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射するだけであるから、位置決めは容易であり、照射時間を制御するだけで、適切なアポダイゼーションを行うことができる。
【００２１】
上記の実施の形態では、光導波路として、光ファイバを例示したが、平面型光導波路でも適用可能であることはいうまでもない。また、感光性の光ファイバとしてコアにＧｅＯ2 をドーピングした石英ガラスファイバを例示し、屈折率に変化を生じさせる波長の照射光として、波長が２４０ｍｍ近傍の紫外線を例示したがこれに限定されるものではない。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに示す。
＜実施例＞
コアにＧｅＯ2 をドーピングした石英ガラス光ファイバ４本を１５０kg／≡の高圧水素中で１週間処理した。
この石英ガラス光ファイバ２０本を２５０μｍの間隔でほぼ平行に配設してグレーティングを形成した。
光源として、エキシマレーザ装置を用いて、出力１３０ｍＪ、レーザ繰り返し周波数２０Ｈｚで、ビームの長軸の長さ約２０ｍｍのものである。このビームをレンズを用いて５ｍｍ幅の平行光とし、走査速度０．１２ｍｍ／分で約５７分間走査した。
次に、このグレーティング形成ステップを終えた光ファイバ２０本のグレーティング形成領域Ｇを８ｍｍとしてその両端付近を照射光が照射するよう位置決めして固定し、両端それぞれ１０分間の照射を行った。
こうして得られた光ファイバグレーィングについて、その波長−反射量特性をスペクトルアナライザを用いて測定した。その結果の一例を図４に示す（縦軸の１目盛は５ｄＢを表す）。
その他の試料の測定結果もほぼ同様で、ばらつきは殆どなかった。
【００２３】
＜比較例＞
上記実施例と同様の水素処理をした同様の光ファイバ２０本を、同様の光源を用い、紫外光を走査速度０．１２ｍｍ／分で約４０分間走査した。
こうして得られた照射ステップを行わない光ファイバグレーティングについて、その波長−反射量特性をスペクトルアナライザを用いて測定した。その結果の一例を図５に示す（縦軸の１目盛は５ｄＢを表す）。
いずれの場合も２０本の光ファイバに一括してグレーティングを行うことができたが、上記の結果を比較すれば明らかなように、比較例の場合は１．６６μｍ以上の波長における反射量が大きく、波長−反射量特性が悪いが、照射ステップによって、アポダイゼーションを行った実施例の方は、帯域外の反射量が小さく、波長−反射量特性がよかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の請求項１記載の発明によれば、
照射光がビーム断面の長軸方向にほぼ平坦な強度分布を有するので、Ｙ軸方向に走査する必要がなく、複数の光導波路それぞれに一括して均一な強度の光を照射することができ、また、照射ステップも、長軸方向を前記Ｙ軸方向に一致させた照射光を、位相マスクを介さずに複数の光導波路のＸ軸方向のグレーティング形成領域の両端付近に位置決めし固定して照射するだけであるから、位置決めは容易であり、照射時間を制御するだけで適切なアポダイゼーションを行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路グレーティングの製造方法の説明図である。
【図２】本発明の光導波路グレーティングの製造方法の説明図である。
【図３】本発明の光導波路グレーティングの製造方法によって得られる屈折率分布の説明図である。
【図４】本発明の実施例の製造方法によって得られた光導波路グレーティングの波長−反射量特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の比較例の製造方法によって得られた光導波路グレーティングの波長−反射量特性の一例を示す図である。
【図６】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説明図である。
【図７】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説明図である。
【図８】従来の光導波路グレーティングの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１  照射光
１ｓ，１ｅ  グレーティング形成領域の端部に位置する照射光
１L   照射光の長軸方向
２  位相マスク
３  基台
１１，１２，１３，１４  光ファイバ
２１，２２，２３，２４  グレーテイングを形成した光ファイバ
Ｇ  グレーティング形成領域
【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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