(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裸光ファイバと、その上に設けられた被覆層とを備えた光ファイバの側面の一方向から紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造する光ファイバグレーティングの製造方法であって、被覆層の紫外光照射面側を、屈折率を変化させる部分の長さにあわせて、略均一の厚さの被覆層が残留するように削りとり、その下の裸光ファイバに紫外光が到達するように加工した後に連続発振レーザを用いて紫外光を照射することを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバグレーティングの製造方法において、被覆層の加工部分の紫外光透過率が２０％以上であることを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光ファイバグレーティングの製造方法において、光ファイバが光ファイバテープ心線であることを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバグレーティングの製造方法において、位相マスクを介して紫外光を照射することを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光ファイバグレーティングの製造方法において、位相マスクと光ファイバとの間に紫外光を透過する板を配置して紫外光を照射することを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項６】
前記板が石英板であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバグレーティングの製造方法。
【請求項７】
前記板の片面あるいは両面に反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の光ファイバ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、光ファイバグレーティングの製造方法に関し、特に光ファイバの被覆層の除去が容易で製造効率が高いものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に屈折率やコア径などの周期的な構造変化を形成したもので、特定波長の光を反射、あるいはクラッドモードと結合させて、選択的に損失させる特性を備えた光部品である。光ファイバグレーティングは、波長選択性フィルタや、光増幅器の利得等価器、波長分散補償器など、光通信の幅広い分野で用いられている。
【０００３】
一般的な光ファイバグレーティングは屈折率の周期的な変化を利用したものであって、例えば紫外光の照射によってゲルマニウム添加石英ガラスの屈折率が上昇する現象を利用して製造することができる。
光ファイバは、図７に示したように、通常、コア１とその周囲に設けられたクラッド２とからなる裸光ファイバ３の上に、機械的強度を確保する観点から、紫外線硬化型樹脂などのプラスチックからなる被覆層４が設けられた光ファイバ素線５として製品化されている。あるいは、さらにこの光ファイバ素線５の上にナイロンなどのプラスチックからなる光ファイバ心線も提供されている。
【０００４】
したがって、このままでは被覆層４によって紫外光が吸収され、裸光ファイバ３に到達しないため、図８に示したように光ファイバ素線５の長手方向の一部の被覆層４を裸光ファイバ３の円周方向全体にわたって除去し、この除去した部分に、光ファイバ素線５の側面の一方向から紫外光を照射する。
被覆層４を除去する方法としては、切削治具を用いて物理的に被覆層４を引き剥がして除去する機械的な方法、硫酸溶液などに含浸し、化学的に被覆層４を除去する化学的な方法などが挙げられる。
【０００５】
このとき例えばコア１がゲルマニウム添加石英ガラスから形成されていると、紫外光が照射された部分の屈折率が上昇する。したがって、紫外光を光ファイバ素線５（裸光ファイバ３）の長手方向に所定の周期で照射することにより、コア１の屈折率の周期的な変化が形成される。その後、必要に応じて裸光ファイバ３が露出した部分に再び被覆層を設けるなどして補強し、光ファイバグレーティングが得られる。
紫外光を周期的に照射する方法としては、図９に示した干渉法、図１０に示した位相マスク法、図１１に示した強度変調マスク法、図１２に示したステップ  バイ  ステップ（Step by Step）法などが用いられている。一般的には位相マスク法が広く用いられている。
【０００６】
また、最近ではコア１とクラッド２の両方の屈折率を変化させた光ファイバグレーティングや、クラッド２のみの屈折率を変化させた光ファイバグレーティングなども提案されている。
【０００７】
一方、光ファイバグレーティングを量産する方法としては、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示したように光ファイバテープ心線を用い、複数の裸光ファイバに一括して紫外光を照射する方法が有効である。
まず、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示したように複数本の光ファイバ素線５、５…が並列され、これらがナイロンなどのプラスチックからなる一括被覆層６で一括被覆された光ファイバテープ心線７を用意する。
ついで、図１３（ｃ）に示したように、光ファイバテープ心線７の長手方向の一部の一括被覆層６および光ファイバ素線５、５…のそれぞれの被覆層を除去し、複数本の裸光ファイバ３、３…を露出させる。
そして、これら複数本の裸光ファイバ３、３…に一括して紫外光を照射し、それぞれの裸光ファイバ３、３…に一度にグレーティング部８、８…を形成する。この後、必要に応じて光ファイバ素線５、５…を切り離して複数本の光ファイバグレーティングを得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被覆層の除去において、機械的な方法では切削治具の刃が裸光ファイバに接触することなどにより、光ファイバ（裸光ファイバ）の強度が低下するという問題があった。また、化学的な方法では作業性が低く、製造効率が低いという問題があった。
特に光ファイバテープ心線を用いた場合は、機械的な方法では隣接する裸光ファイバ間の被覆層の除去が非常に困難であった。また、このとき裸光ファイバが傷つきやすいという問題があった。さらに、除去する被覆層の量が多いため、化学的な方法では全ての被覆層を除去するために長時間を要するという問題があった。
なお、被覆層の一部が残存すると、紫外光照射後に裸光ファイバの強度が劣化することがわかっているため、紫外光を照射する部分の被覆層は、裸光ファイバの円周全体にわたって全て除去しなければならない。
【０００９】
また、図１０に示した位相マスク法においては、位相マスクと裸光ファイバ３とを例えば数μｍ〜数１００μｍ程度の距離に近接させて配置して紫外光の照射を行う。そのため、位相マスクの下に被覆層の一部が残存していると、被覆層の材料によっては紫外光の照射によってこの残存した被覆層から揮発性のガスが発生し、これにより位相マスクに汚れが付着する。位相マスクの裸光ファイバ３との対向面には複数の微細な溝が形成されているため、汚れが付着すると洗浄に時間がかかる。したがって、連続露光を行うことができず、量産化の妨げになっていた。
【００１０】
一方、被覆層を紫外光透過率が比較的高いプラスチックから形成した光ファイバ素線などを用いて、被覆層の上から紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造する方法も提案されている。しかしながら、この被覆層の紫外光透過率は１０〜２０％程度であるため、コアに添加するゲルマニウム濃度を高濃度とし、光感受性を向上させておかなければ効率よく屈折率を上昇させることができない。このような光ファイバは、通常の光ファイバや分散シフト光ファイバとモードフィールドが大きく異なるため、これらの通常の光ファイバとの接続損失が大きくなる場合があった。
また、特開平１０−８２９１９号公報には、ごく薄い膜を光ファイバの被覆層として用いる方法も提案されているが、このように薄い膜を被覆することは技術的に難しく、さらに広く一般に用いられているファイバ構造とは異なるため、製造コストも高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明の前記事情に鑑てなされたもので、被覆層除去にかかる時間を短縮し、作業効率を向上させることができる光ファイバグレーティングの製造方法を提供することを目的とする。
また、製造課程で光ファイバの強度低下などの問題が発生しにくい光ファイバグレーティングの製造方法を提供することを目的とする。
さらには、位相マスク法などにおいて、効率よく、作業を行うことができる光ファイバグレーティングの製造方法を提供することを目的とする。具体的には紫外光の照射により、残留被覆層から発生する揮発性のガスの影響を受けにくい光ファイバ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。
そして、好ましくは光ファイバテープ心線を用いた場合にこれらの課題を解決することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、裸光ファイバと、その上に設けられた被覆層とを備えた光ファイバの側面の一方向から紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造する光ファイバグレーティングの製造方法であって、被覆層の紫外光照射面側を、屈折率を変化させる部分の長さに合わせて、略均一の厚さの被覆層が残留するように削りとり、その下の裸光ファイバに紫外光が到達するように加工した後に連続発振レーザを用いて紫外光を照射することを特徴とする。
このとき被覆層の加工部分の紫外光透過率が２０％以上であると好ましい。
これらの製造方法を光ファイバテープ心線に適用すると、大量生産に適した光ファイバグレーティングの製造方法を提供することができる。
また、紫外光の照射は位相マスクを介して行うことができる。
このとき、位相マスクと光ファイバとの間に紫外光を透過する板を配置して紫外光を照射すると好ましい。
この板は石英板であると好ましい。
また、この板の片面あるいは両面に反射防止膜が設けられていると好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の説明図である。
まず、光ファイバ素線５の長手方向において、グレーティング部を形成する被覆層４の紫外光照射面を削りとり、紫外光が透過するように加工する。
このとき、カンナのような一枚刃を備えた切削治具を用いて、裸光ファイバ３に刃が当たらないように削りとると好ましい。
紫外光照射面の被覆層４は完全に除去する必要はなく、紫外光の透過率が２０％以上となるように加工すればよい。特に限定するものではないが、被覆層４がシリコーン樹脂からなる場合は例えば１５μｍ以下の厚さになるように加工する。また、被覆層４の加工部分の長さは屈折率を変化させる部分の長さ（グレーティング長）にあわせて設定する。
【００１４】
本発明においては被覆層４を完全に除去しなくてもよいため、切削治具の刃が裸光ファイバ３に当たりにくく、加工時の裸光ファイバ３の強度の低下を防ぐことができる。また、場合によっては被覆層４に１回刃を入れて削るだけの操作で所定の範囲の被覆層４を除去することができ、作業効率が著しく向上する。なお、被覆層４は完全に除去してもよいし、その一部のみが完全に除去され、部分的に裸光ファイバ３が露出した状態となっていてもよいことは言うまでもないが、紫外光の照射強度を均一にするためには、加工部分の被覆層の厚さが略均一であると好ましい。
【００１５】
ついで、連続発振（ＣＷ）レーザを用いて、干渉法、位相マスク法、スリット法、ピンポイント法などによって紫外光を裸光ファイバ３の長手方向に所定の周期で照射する。従来は光源としてパルスレーザを用いていたが、本発明者らの検討により、連続発振レーザを用いると、被覆層４の一部が残留していても裸光ファイバ３の強度低下の問題が生じないことがわかった。連続発振レーザとしてはアルゴンレーザの二倍波、ヤグレーザの四倍波などを例示することができる。
【００１６】
すなわち、パルスレーザにおいてはレーザのパワーの尖頭値（瞬間的なパワーの最大値）が非常大きくなってしまうため、瞬間的なレーザのパワーは連続発振レーザの数億倍に達する。そのため、残留した被覆層４が非常に強いレーザの照射によって劣化し、そのときの化学的な変化や熱などによって裸光ファイバ３に影響を与え、裸光ファイバ３の強度が低下する。これに対して連続発振レーザにおいては、レーザのパワーは時間的に一定で瞬間的な最大値が低いため、被覆層４が残留していても、被覆層４に急激な変化を生じせしめることがなく、裸光ファイバ３にも影響はない。そのため、上述のように被覆層４が残留していても、裸光ファイバ３の強度を低下させずに紫外光を照射してグレーティングを形成することができる。
この方法は光ファイバなどに紫外光を照射する他の方法にも応用可能である。
【００１７】
図１（ｂ）に示したように位相マスク１０を用いる場合は、上述のように被覆層４の材料によっては紫外光の照射によって揮発性のガスが発生し、位相マスク１０の光ファイバ素線５との対向面に形成された複数の微細な溝１１、１１…に汚れが付着する場合がある。
そこで、光ファイバ素線５と位相マスク１０との間に紫外光を透過する板１２を配置して、この揮発性のガスが位相マスク１０に付着するのを防ぐと好ましい。
【００１８】
このように板１２を配置することにより、紫外光は位相マスク１０および板１２を介して光ファイバ素線５に照射される。そして、残留する被覆層４から揮発性のガスが発生しても、位相マスク１０に到達する前に板１２に阻止され、位相マスク１０への汚れの付着を完全に防ぐことができる。その結果、位相マスク１０の連続使用が可能となり、作業効率が向上する。また、高価な位相マスク１０の寿命が長くなる。
また、板１２は位相マスク１０と比べて格段に安価であるため、簡単に交換できる。また、通常は板１２の表面は殆ど平滑であるため、簡単に洗浄して繰り返し使用することができる。
【００１９】
板１２としてはグレーティング露光に用いるレーザ波長における吸収が小さく、また表面を平滑に鏡面研磨することによって散乱も抑制することができることから、石英板を用いると好ましい。板１２の厚さは紫外光の強度を大きく低下させることがなければ特に限定しないが、例えば５０〜５００μｍ程度とされる。また、紫外光が板１２にて反射され、光ファイバ素線５に到達する前にその強度が低下するのを防ぐと同時に板の両面および位相マスク面との多重反射を防ぐために、板の片面、あるいは両面に反射防止膜を形成すると好ましい。反射防止膜は例えば透電体多層膜などを板１２の片面あるいは両面に塗布して形成することができる。反射防止膜の厚さは１μｍ程度とされる。
このように位相マスクと光を照射する対象物との間に光を透過する板を配置する方法は、他の位相マスク法を用いる全ての方法に応用することができる。
【００２０】
上述の例においては光ファイバ素線を例として説明したが、これに限定するものではなく、光ファイバ素線の上にさらに被覆層が設けられた光ファイバ心線、また、光ファイバ素線を複数並列して一括被覆した光ファイバテープ心線などにも適用することができる。
光ファイバ心線の場合は、例えば光ファイバ心線の被覆層と同時にその下の光ファイバ素線の被覆層を削ることにより、上述の場合と同様にして加工を施す。
光ファイバテープ心線の場合は、例えばテープの片面の一括被覆層と、その下の光ファイバ素線の被覆層を同時に加工することにより、一度に複数本の裸光ファイバについて、紫外線照射面の加工を行うことができる。
特に光ファイバテープ心線においては、隣接する裸光ファイバ間の被覆層を除去しなくてもよいため、被覆層の除去操作の作業効率が格段に向上し、大量生産に最適である。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を示した本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
まず、ゲルマニウム添加石英ガラスからなるコアと、純粋石英ガラスからなるクラッドにシリコーン樹脂系の紫外線硬化型樹脂からなる被覆層が設けられてなり、裸光ファイバの外径が１２５μｍ、被覆層外径が２５０μｍの光ファイバ素線を用意した。そして、その紫外線照射面の被覆層を、長さ約１５ｍｍ、幅約２５０μｍの範囲にわたって厚さ１５μｍ程度の被覆層が残留するように一枚刃のカンナを用いて１回刃を入れて除去した。
ついで、位相マスクを介して波長２４４ｎｍの連続発振レーザまたは波長２４８ｎｍのパルスレーザを用いて紫外光を所定の周期で照射して光ファイバグレーティングを形成した。このときの紫外線照射面の被覆層の紫外光透過率は５０％であった。
なお、連続発振レーザとしてはアルゴンレーザの二倍波を用いた。パルスレーザとしてはエキシマレーザを用いた。
そして、この光ファイバグレーティングの破断強度を破断試験で測定し、結果を、図２に通常、ワイブルプロットと呼ばれるグラフで示した。グラフの横軸は破断強度、縦軸は累積破断確率の対数表示である。
このグラフからわかるように、パルスレーザを用いた場合は露光（照射）前と比較して破断強度が大きく劣化したのに対し、連続発振レーザを用いた場合は照射前と同じ結果となった。したがって、連続発振レーザを用いることにより、被覆層が残留していても光ファイバの強度が低下することはないことが確認できた。
【００２２】
（実施例２）
被覆層が残留した状態で紫外光を照射した場合に、光学特性にどのように影響するかを測定した。
図３は実施例１と同様の光ファイバ素線に、連続発振レーザを用いて被覆層が残留しない状態で紫外光を照射して製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。
図４は厚さ１００μｍの石英板の両面に誘電体多層膜からなる厚さ１μｍの反射防止膜を施した板を位相マスクと光ファイバ素線の間に配置して連続発振レーザを用いて被覆層が残留しない状態で紫外光を照射して製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。
図５は、被覆層が残留した状態で紫外光を照射した以外は同様に位相マスクと石英板を用いて製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。このとき、被覆層は長さ約１５ｍｍ、幅約２５０μｍの範囲を１５μｍ程度の厚さの被覆層が残留するように除去した。なお、この光ファイバグレーティングと被覆層除去前の光ファイバ素線の破断強度を示したのが図６のグラフである。破断強度も変化せず、連続発振レーザの使用により、被覆層が残留していても強度の低下が生じないことが確認できた。
。
【００２３】
図３〜図５のスペクトルは殆ど同様であり、紫外光照射時に被覆層が残留していたり、石英板が配置されていても所望の光学特性を備えた光ファイバグレーティングが得られることが明らかになった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ファイバグレーティングにおいては、連続発振レーザを光源として用いるため、被覆層が残留した状態でも光ファイバの強度を低下させずに紫外光を照射して光ファイバグレーティングを製造することができる。このため、被覆層の除去量が小さく、作業効率が向上する。また、切削治具の刃が裸光ファイバに当たることを防ぐことができるため、被覆層を除去する過程で裸光ファイバの強度が低下することを防ぐことができる。
特に光ファイバテープ心線においてはテープの片面を加工することによって一度に複数本の光ファイバグレーティングを製造することができるため、大量生産に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の説明図、図１（ｂ）は位相マスク法を用いた本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の説明図である。
【図２】  実施例１において、連続発振レーザとパルスレーザを用いたときの破断強度の比較を行ったグラフである。
【図３】  実施例２において、連続発振レーザを用いて被覆層が残留しない状態で位相マスクを用いて紫外光を照射して製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。
【図４】  実施例２において、連続発振レーザを用いて被覆層が残留しない状態で位相マスクと石英板を用いて紫外光を照射して製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。
【図５】  実施例２において、被覆層が残留した状態で位相マスクと石英板を用いて紫外光を照射して製造した光ファイバグレーティングの反射光のスペクトルを示したグラフである。
【図６】  図５に示した光ファイバグレーティングの破断強度を示したグラフである。
【図７】  従来の光ファイバグレーティングの製造方法の説明図である。
【図８】  従来の光ファイバグレーティングの製造方法の説明図である。
【図９】  光ファイバに紫外光を周期的に照射する方法の一例として干渉法を示した説明図である。
【図１０】  光ファイバに紫外光を周期的に照射する方法の一例として位相マスク法を示した説明図である。
【図１１】  光ファイバに紫外光を周期的に照射する方法の一例として強度変調マスク法を示した説明図である。
【図１２】  光ファイバに紫外光を周期的に照射する方法の一例としてステップ  バイ  ステップ法を示した説明図である。
【図１３】  光ファイバテープ心線を用いた光ファイバグレーティングの製造方法の説明図であって、図１３（ａ）は光ファイバテープ心線の平面図、図１３（ｂ）は光ファイバテープ心線の断面図、図１３（ｂ）は光ファイバテープ心線の被覆層を除去した状態を示した平面図、図１３（ｄ）はグレーティング部を形成した状態を示した平面図である。
【符号の説明】
１…コア、２…クラッド、３…裸光ファイバ、４…被覆層、
５…光ファイバ素線（光ファイバ）、
１０…位相マスク、１２…板。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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