(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア（１）と、前記コアの周囲に順に成層されたクラッド内層（２）およびクラッド外層（３）から成るクラッド（４）とから構成され、少なくとも前記コアをＵＶ照射により感光させてグレーティング（Ｇ）を形成するために、
前記コアおよび前記クラッド内層は屈折率を増加させるための感光性ドーパント（Ｇｅ）を含有し、
前記コアは屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパント（Ｐ）を含有し、
前記クラッド内層は屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパント（Ｆ）を含有するフォトセンシティブファイバであって、
前記感光性ドーパントの組成比を前記コアとクラッド内層で異ならせ、
前記コアの感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ、前記ＵＶ照射による比屈折率差変化をα、前記コアの第１の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＢ、前記ＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化をβ、前記クラッド内層の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ＋γ、前記ＵＶ照射による比屈折率差変化をα＋β、前記クラッド内層の第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差を−Ａ−γとしたとき、
γ＝Ａ・β／α
γ＝（４／８〜８／８）Ｂ
を満足するとともに、
前記ＵＶ照射前の比屈折率差Δに対してＵＶ照射後の比屈折率差Δが±２０％以内となるようにしたことを特徴とするフォトセンシティブファイバ。
【請求項２】
γ＝（５／８〜７／８）Ｂ
を満足することを特徴とする請求項１記載のフォトセンシティブファイバ。
【請求項３】
γ＝６Ｂ／８
を満足することを特徴とする請求項１記載のフォトセンシティブファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフォトセンシティブファイバに係わり、特に異常な伝送損失を生じさせることを回避できるファイバグレーティング用のフォトセンシティブファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フォトセンシティブファイバを利用したものに、ファイバグレーティングが知られている。フォトセンシティブファイバを利用したファイバグレーティングの作成にあたっては、例えばレーザー光源から出射された紫外光（ＵＶ照射）を光ファイバ直前に設置された位相マスクによって回折させ、それぞれの回折光を光ファイバのコア上で干渉させる。この干渉縞により感光されて光ファイバ上にグレーティングを形成する。
【０００３】
この場合、フォトセンシティブファイバに要求される事柄としては、
（１）伝送路用ファイバ（例えばシングルモードファイバＳＭＦ）と低損失で接続できること、つまり、同一の構造であること、
（２）組成としては、ＳｉＯ２系のガラスに感光性ドーパントＧｅがドープされていること、
（３）作り方としては、ＶＡＤ法、ＣＶＤ法、ＯＶＤ法が用いられること、が挙げられる。
【０００４】
そして、ファイバグレーティングを作製したときに不要な伝送損失が生じないようにするためには、
（１）コアのＵＶ誘起屈折率上昇とクラッドのＵＶ誘起屈折率上昇を同じにすること、
（２）クラッドのＵＶ誘起屈折率上昇を生じる部分は、モードフィールド径の３〜４倍必要であること、
が挙げられる。
【０００５】
以上のことをなし遂げるには、ＵＶ照射前・グレーティング作製前に以下の事項が必要となる。
（１）準備するファイバ（ＵＶ照射前）の構造は、伝送路用ファイバと同じであること（例えば、一般的なＳＭＦであれば、ＭＦＤ９．３±０．５μｍ、遮断波長１．２５±０．５μｍ、比屈折率差０．３〜０．４％）、
（２）コアとクラッドに感光性ドーパントＧｅを添加すること、
（３）クラッドをクラッド内層とクラッド外層で形成し、Ｇｅをドープしたクラッド内層の径はおよそ４０μmで良いこと、
（４）そのクラッド内層は、その外周のクラッド外層と同じ屈折率であること、即ちその屈折率は純粋石英の屈折率と同じであること、
（５）（４）を達成するために、クラッド内層には屈折率の低下させるＦをドープする必要があること、
（６）以上（１）〜（５）を達成するには、複雑な構造を作るのに適した製造プロセスであるＣＶＤ法を選択することが良い。
【０００６】
これらの技術について本願出願人は既に特開平１１−２１１９２０号公報をもって提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の事項を実行すると、次のような課題が生じる。
【０００８】
１．ＣＶＤ法を用いると、Ｆをドープできる量（即ち、屈折率の低下量）が十分ではないこと、言い換えれば比屈折率差で０．２〜０．３％、即ちＧｅとＦのみのドープであるときは一般的なＳＭＦと同様な構造を作るのが困難であること、
２．ＣＶＤ法を用いると、製造プロセス上Ｐ（あるいはＦ）を添加することになる。即ち、ＰはＵＶ誘起屈折率上昇を示さない。しかしながら、ドープすることで純粋石英に対して屈折率が高くなる。
【０００９】
１．と２．の理由によって、コア・クラッド内層共にＰもドープすることが必要になる。
【００１０】
このとき、コアのＧｅ量とクラッドのＧｅ量（単位体積当たりの元素数）を同じにしても、Ｐの影響によってグレーティング書込（ＵＶ照射）後のコアとクラッド内層の屈折率上昇が一致しないという難点をもたらすことが判明した。
【００１１】
【発明の目的】
本発明者は、この現象はＰがＵＶ照射に対して誘起屈折率上昇を示さないものの、熱に対する誘起屈折率上昇の熱変移作用を示すためであるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は以上の知見に鑑みなされたもので、ＵＶ照射によって生じる比屈折率差変化が、コアとクラッド内層の部分で同じとなる組成を有し、このときの組成比がコアとクラッド内層で異なっているフォトセンシティブファイバを提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のフォトセンシティブファイバは、コアおよびクラッド内層は屈折率を増加させるための感光性ドーパント（Ｇｅ）を含有し、コアは屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパント（Ｐ）を含有し、クラッド内層は屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパント（Ｆ）を含有し、感光性ドーパントの組成比をコアとクラッド内層で異ならせ、コアの感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα、コアの第１の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＢ、ＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化をβ、クラッド内層の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ＋γ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα＋β、クラッド内層の第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差を−Ａ−γとしたとき、
γ＝Ａ・β／α
γ＝（４／８〜８／８）Ｂ
を満足するとともに、ＵＶ照射前の比屈折率差Δに対してＵＶ照射後の比屈折率差Δが±２０％以内となるようにしたものである。
【００１４】
本発明のフォトセンシティブファイバにおいて、好ましくは、γは、
γ＝（５／８〜７／８）Ｂ
を満足するものである。
【００１５】
また、本発明のフォトセンシティブファイバにおいて、より好ましくは、γは、
γ＝６Ｂ／８
を満足するものである。
【００１６】
このように構成されたフォトセンシティブファイバによれば、ＵＶ照射によって生じる比屈折率差変化が、コアとクラッド内層の部分で同じとなる組成を有し、このときの組成比がコアとクラッド内層で異なるため紫外光を照射してもコアとクラッド内層の屈折率差を一定に保つことができ、比屈折率差の不整に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフォトセンシティブファイバ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。
【００１８】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明のフォトセンシティブファイバは光ファイバ９のコア１と、コアの周囲に順に成層されたクラッド内層２およびクラッド外層３から成るクラッド４とから構成され、少なくともコアをＵＶ照射により感光させてグレーティングＧを形成するものである。
【００１９】
このフォトセンシティブファイバにおいて、光ファイバ９のコア１にはＳiＯ２に屈折率を増加させるための感光性ドーパントＧeＯ２と屈折率を増加させるための第1の非感光性ドーパントＰ２Ｏ５をドープして構成される。
【００２０】
このフォトセンシティブファイバにおいて、コア１およびクラッド内層２は屈折率を増加させるための感光性ドーパントＧｅを含有している。
【００２１】
このフォトセンシティブファイバにおいて、コア１は屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントＰを含有している。
【００２２】
このフォトセンシティブファイバにおいて、クラッド内層２は屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントＦを含有している。
【００２３】
コア１及びクラッド内層２の各ドーパントが屈折率（比屈折率差）に与える寄与は表１のとおりである。ただし、コア１の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα、コアの第１の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＢ、ＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化をβ、クラッド内層の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ＋γ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα＋β、クラッド内層の第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差を−Ａ−γとする。
【００２４】
【表１】
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表１から明らかなように、コア１及びクラッド内層２における屈折率を増加させる感光性ドーパントの初期比屈折率差はＡで同量であり、クラッド内層２における屈折率を低下させる第２の非感光性ドーパントの初期比屈折率差は−Ａで逆作用同量である。コアの第１の非感光性ドーパントにおけるＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化βは、クラッド内層２における感光性ドーパントの初期比屈折率差Ａ＋γと第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差−Ａ−γで濃度調整される。したがって、γはコア１の第１の非感光性ドーパントにおけるＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化βについて、クラッド内層２における感光性ドーパントの初期比屈折率差Ａと第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差−Ａを濃度調整するための濃度調整係数である。
【００２５】
このようなドーパントの濃度調整の寄与について、コア１、クラッド内層２のＵＶ照射前後における屈折率を図４に示す。
【００２６】
表１、図４から明らかなように、コア１、クラッド内層２の比屈折率差Δ（Ｘ−Ｙ）はＵＶ照射前後においてＡ＋Ｂで同一であり、この結果ＵＶ照射によって生じる比屈折率差変化が、コアとクラッド内層の部分で同じとなる組成を有し、このときの組成比がコアとクラッド内層で異なるため紫外光を照射してもコアとクラッド内層の屈折率差を一定に保つことができ、比屈折率差の不整に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることができる。
【００２７】
いま、ＵＶ照射によるΔ増加量が初期濃度（初期比屈折率差Δへの寄与）に比例すると仮定した場合、
α／（α＋β）＝Ａ／（Ａ＋γ）
∴  γ＝Ａ・β／α                  ・・・・・・（１）
また、実験データから概ね次の関係が確認された。
【００２８】
α／Ａ：β／Ｂ＝４：３
∴  β＝（３／４）・（Ｂ／Ａ）・α  ・・・・・・（２）
（１）、（２）式より、ＰによるΔへの寄与に対する補正値γの予測量は、次式で求められる。
【００２９】
γ＝３Ｂ／４
したがって、このフォトセンシティブファイバは、コア１の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα、コアの第１の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＢ、ＵＶ照射時の熱変移による比屈折率差変化をβ、クラッド内層の感光性ドーパントにおける初期比屈折率差をＡ＋γ、ＵＶ照射による比屈折率差変化をα＋β、クラッド内層の第２の非感光性ドーパントにおける初期比屈折率差を−Ａ−γとしたとき、
γ＝Ａ・β／α
γ＝（４／８〜８／８）Ｂ
を満足する。
【００３０】
このフォトセンシティブファイバにおいて、好ましくは、γは、γ＝（５／８〜７／８）Ｂを満足する。
【００３１】
このフォトセンシティブファイバは、より好ましくは、γ＝６Ｂ／８を満足する。
【００３２】
なお、γ＝（４／８〜８／８）Ｂとしたのは、比屈折率差の不整に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えるためにはＵＶ照射前の比屈折率差Δに対してＵＶ照射後の比屈折率差Δが±２０％の許容差になければならことが知られており、このγがこの条件を満たさないときは反射帯域外の異常な損失を抑えることができないことが実験で判明したからである。
【００３３】
γが、好ましくは、γ＝（５／８〜７／８）Ｂを満足すること、より好ましくは、γ＝６Ｂ／８を満足することによって、さらに反射帯域外の異常な損失を抑えることができることが実験で判明した。
【００３４】
以上の例から明らかなように、このフォトセンシティブファイバにおいて、屈折率を増加させるための感光性ドーパントはＧｅ、屈折率を増加させるための第１の非感光性ドーパントはＰ、屈折率を低下させるための第２の非感光性ドーパントはＦである。
【００３５】
クラッド４のクラッド外層３はＳｉＯ２のみで構成される。このクラッド外層３は、ＶＡＤ法であれば気相法によって合成され、ＭＣＶＤ法の場合は出発石英管に当たる部分である。また、ＯＶＤ法によって合成された層で構成することもできる。
【００３６】
コア径、外径の比は通常のシングルモードファイバと同じとする。
【００３７】
図２は本実施例でのフォトセンシティブファイバの作製方法を示す。この実施例では位相マスク法を用いている。レーザー光源５から出射された紫外光６は光ファイバ直前に設置された位相マスク７によって回折し、それぞれの回折光８は光ファイバ９のコア１上で干渉する。この干渉縞により感光されて光ファイバ９上に回折格子１０によって間隔Λ／２のグレーティングＧを形成する。グレーティングＧの反射波長はこの位相マスク７の回折格子の間隔Λで決まる。
【００３８】
この実施例では、レーザー光源にＫｒｆエキシマレーザーを用い、マスクは反射長が１５５１nmになるように設定されたものを用いた。約２〜３分の照射で反射率９９％以上のグレーティングを作製した。
【００３９】
実施例として、下記の組成のファイバを作成した。
【００４０】
ファイバ材料の組成
コアの組成        ：  Ｐ、Ｇｅ、ＳｉＯ２
クラッド内層の組成：  Ｆ、Ｇｅ、ＳｉＯ２
クラッド外層の組成：  ＳｉＯ２
ファイバ構造
コアとクラッド内層の比屈折率差  ：  ０．３３％
クラッド内層、クラッド外層の比屈折率差  ：  ０％
遮断波長                        ：  １．３μｍ
ＭＦＤ（＠１．３μm）          ：  ８．９μｍ
図３は、本実施例で作製したフォトセンシティブファイバの透過スペクトルを示す。従来のシングルモードファイバで作製したフォトセンシティブファイバでは、反射率９９％以上のグレーティングを作製した場合、点線で示したように反射帯域外に最大８ｄＢ程度の異様な損失が見られる。この実施例においては実線で示すように、この異常な損失を最大でも２ｄＢ以下に抑えることができた。
【００４１】
なお、この実施例では位相マスク法によりファイバグレーティングを作製したが、ホログラフィック法によっても作製可能である。
【００４２】
また、同じ構造を持つものであれば、光ファイバ母材の作製方法もＭＣＶＤ法でなくＶＡＤ法での作製も可能である。
【００４３】
このようにしてＵＶ照射によって生じる比屈折率差変化が、コアとクラッド内層の部分で同じとなる組成を有し、このときの組成比がコアとクラッド内層で異なるため紫外光を照射してもコアとクラッド内層の屈折率差を一定に保つことができ、比屈折率差の不整に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のフォトセンシティブファイバによれば、ＵＶ照射によって生じる比屈折率差変化が、コアとクラッド内層の部分で同じとなる組成を有し、このときの組成比がコアとクラッド内層で異なるため紫外光を照射してもコアとクラッド内層の屈折率差を一定に保つことができ、比屈折率差の不整に起因する反射帯域外の異常な損失を抑えることができる。ＣＶＤ法によってＳＭＦと同一構造のフォトセンシティブファイバが作製可能となる。したがって、ＵＶ照射によって生じる熱を換算した組成比を採用することで、ＵＶ照射時のエネルギー密度でＰの熱刺激誘起屈折率上昇を調整することが可能となる。即ち、ファイバ作製後でも、ＵＶ照射条件の調整によって不要な伝送損失を発生しないように調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係わるフォトセンシティブファイバに用いる光ファイバの断面と屈折率分布をそれぞれ示す図。
【図２】  本発明に係わるフォトセンシティブファイバの作製方法を示す図。
【図３】  本発明に係わるフォトセンシティブファイバの透過スペクトルを示す図。
【図４】  本発明に係わるフォトセンシティブファイバのＵＶ照射前後における屈折率を示す図。
【符号の説明】
１・・・・コア
２・・・・クラッド内層
３・・・・クラッド外層
４・・・・クラッド
９・・・・光ファイバ
【図１】
0003811800.tif 000003
【図２】
0003811800.tif 000004
【図３】
0003811800.tif 000005
【図４】
0003811800.tif 000006