(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長周期グレーティングが内部に形成されているコアと、該コアの外周に形成されているクラッドとを備えている光ファイバーを用いる光ファイバー型光学部品において、
上記クラッドにおいて上記グレーティングが存在する部分であるグレーティング部を部分的に覆うように上記クラッドの外周面に形成されるとともに、上記クラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質と、
上記第１の媒質が上記グレーティング部を覆う長さを変更可能な調整手段とを備えていることを特徴とする光ファイバー型光学部品。
【請求項２】
上記第１の媒質の屈折率は、上記クラッドの屈折率よりも小さく設定されているとともに、
上記第１の媒質の屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第２の媒質を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー型光学部品。
【請求項３】
上記第２の媒質は、気体であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバー型光学部品。
【請求項４】
上記第１の媒質の屈折率は、上記クラッドの屈折率よりも大きく設定されている一方で、
上記クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第３の媒質を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー型光学部品。
【請求項５】
上記第３の媒質は、気体であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバー型光学部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーを伝送路とする光通信分野あるいは光ファイバーセンサー分野における光ファイバー型光学部品に関する。特に、伝送路の波長特性を制御する光ファイバー型光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の発展により、光ファイバー通信においては高速かつ大容量の通信を実現することが期待されている。また、高速大容量通信のための広帯域波長における多重伝送を行う場合、互いに接近した異なる波長を用いて通信を行う必要がある。したがって、情報伝送装置の波長特性は帯域内で平坦である必要がある。
【０００３】
波長特性を平坦にするための波長等価器として、多層膜フィルターが一般的に用いられている。すなわち、マイクロレンズ等を用いて光ファイバーからの出射光を平行光に変換するとともに、該平行光を多層膜フィルターに通過させた後に再度光ファイバーに入射させる、いわゆるハイブリッドモジュール構造が従来から採用されている。
【０００４】
一方、波長特性を平坦にするための他の波長等価器として、光ファイバーの軸に沿って、コア内に細かなピッチにて周期的に屈折率の分布をもたせたファイバーグレーティングが従来から採用されている。
【０００５】
ファイバーグレーティングにおける周期的な屈折率の分布は、Ｇｅ（ゲルマニウム）などをコア部にドープした単一モード光ファイバーに、一定周期のすだれ状金属マスクを介して紫外線を外部から選択的に露光することにより形成される。
【０００６】
また、一般的に、ファイバーグレーティングは、屈折率が１μｍ程度の周期で変化する短周期ファイバーグレーティングと、屈折率が数１００μｍ程度の周期で変化する長周期ファイバーグレーティングとの２種類に分類される。特に、長周期ファイバーグレーティングは、コアを正の方向に導波するモードと、これと同方向にクラッドを導波するモードとを結合させることによって、特定波長を損失させることができるので、波長等価器として用いられることが多い。
【０００７】
これらのファイバーグレーティングは、光ファイバー型の光学部品であるので、情報伝送路である光ファイバーとの接合性に優れていること、および、低コストで透過損失が低いことが期待されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した（１）ハイブリッドモジュール構造を波長等価器として用いる場合、および（２）ファイバーグレーティングを波長等価器として用いる場合のそれぞれについて、以下に説明する問題点が存在する。
【０００９】
すなわち、上記（１）の場合、共振波長、共振深さ等の波長特性は多層膜フィルターの光学特性により決定される。すなわち、波長特性を調整するためには、多層膜フィルター自体を交換する必要がある。したがって、多層膜フィルター自体を交換するための構成により、波長等価器としてのコストないしはサイズが増加してしまうという問題がある。また、ハイブリットモジュール構造は、光ファイバー型ではないため、透過損失が低い状態にて伝送路である光ファイバーと接続することが困難であるという問題点がある。
【００１０】
一方、上記（２）の場合においては、グレーティング作製時におけるすだれ状金属マスクの周期を調整することにより、共振波長を設定することができる一方で、グレーティング長を調整することにより、共振深さ（Ｑ値）を設定することができる。しかしながら、グレーティング作製時における紫外線の露光後に行われるアニール処理により、共振波長あるいは共振深さが大きく変わってしまうので、グレーティング完成時における波長特性を正確に予測することが困難であるという問題点がある。
【００１１】
さらに、グレーティング完成後に波長特性を調整するため、特開平１０−１７０７３６号公報に記載されているように、ファイバーグレーティングを加熱するか、あるいはファイバーグレーティングに応力を加える方法が従来採用されていた。
【００１２】
しかしながら、ファイバーグレーティングに熱あるいは応力を加えると、ファイバーグレーティングの強度が低下し、伝送路としての光ファイバーの信頼性が低下するという問題を招来する。また、加熱あるいは応力付与のために必要な装置を追加することにより、波長等価器としてのコストないしはサイズが増加してしまうという問題がある。
【００１３】
また、A. M. Vengsarkar, P. J. Lemaire, J. B. Judkins, V. Bhatia, T. Erdogan およびJ. E. Sipe による文献「"Long-Period Fiber Grating as Band-Rejection Filters": Journal of Lightwave Technology, vol.14, pp. 58-64, (1996)」には、長周期ファイバーグレーティングにおいて、コア部の基本モードがクラッド部を伝搬する複数のクラッドモードに結合して複数波長で共振点を生じることが記載されている。さらに、同文献の著者らにより、グレーティングが存在するクラッド外周部を一様な媒質で満たすとともに、該媒質の屈折率をクラッド部の屈折率に近づけた場合、その屈折率差が少ないほど共振波長が短い方へ大きく移動することも発表されている。上記の原理を用いて、共振波長を移動させることにより波長特性を調整することも考えられる。
【００１４】
しかしながら、上記原理により波長特性を調整するためには、屈折率がわずかに異なる固体を多数用意する必要が生じる。そのような固体を必要な数だけ準備することは、現実的に困難であるという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易な構成で、ファイバーグレーティングの完成後において波長特性を調整し得る光ファイバー型光学部品を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバー型光学部品は、上記課題を解決するために、長周期グレーティングが内部に形成されているコアと、該コアの外周に形成されているクラッドとを備えている光ファイバーを用いる光ファイバー型光学部品において、上記クラッドにおいて上記グレーティングが存在する部分であるグレーティング部を部分的に覆うように上記クラッドの外周面に形成されるとともに、上記クラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質と、上記第１の媒質が上記グレーティング部を覆う長さを変更可能な調整手段とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
すなわち、本発明の光ファイバー型光学部品は、長周期グレーティングが内部に形成されているコアと、コアの外周に形成されているクラッドとを備えている光ファイバーに用いられる。
【００１８】
ところで、長周期グレーティングは、紫外線露光時に波長特性を測定しながら作製される。しかしながら、グレーティング作製時におけるアニール処理の前後において、波長特性が大きくかわってしまい、グレーティング完成時における波長特性を正確に予測することは困難である。
【００１９】
一方、グレーティング完成後に熱あるいは応力を加えて波長特性を調整する方法が提案されているが、熱あるいは応力を付与することにより、光ファイバーの劣化、コスト増を招来するという問題がある。
【００２０】
そこで、本発明では、特に、上記クラッドにおいて上記グレーティングが存在する部分であるグレーティング部を部分的に覆うようにクラッドの外周面に形成されるとともに、クラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質と、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更可能な調整手段とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
本発明者らは、鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを調整手段により変更することにより、主に共振波長を調整することができることを確認した。
【００２２】
したがって、調整手段により第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更すれば、グレーティングの完成後においても、波長特性を調整することができる。また、調整手段は、たとえば、グレーティングに固定された部材に設けられたネジの螺合回転により第１の媒質を進退動させるという簡易な構成により実現することができ、コストないしはサイズの増加を伴うものではない。
【００２３】
また、波長特性の調整のために、クラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質のみを準備すればよい。すなわち、屈折率がわずかに異なる固体を多数用意する必要もない。
【００２４】
それゆえ、簡易な構成で、グレーティングの完成後において波長特性を調整することができる光ファイバー型光学部品を提供することができる。
【００２５】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、上記課題を解決するため、上記構成において、上記第１の媒質の屈折率は、上記クラッドの屈折率よりも小さく設定されている一方で、上記第１の媒質の屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第２の媒質を備えていることを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、グレーティング部は、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する第１の媒質と、第１の媒質の屈折率よりも小さい屈折率を有する第２の媒質とにより覆われている。
【００２７】
本発明者らは、上記のように屈折率が設定された第１の媒質と第２の媒質とを備えているグレーティング部について、調整手段を用いて第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することにより、特に、共振波長をシフトさせることができることを確認した。
【００２８】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振波長の調整に適した光ファイバー型光学部品を提供することができる。
【００２９】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、上記課題を解決するため、上記構成において、上記第２の媒質は、気体であることを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、第２の媒質は、気体とされている。したがって、光ファイバー型光学部品を軽量なものとすることができる。
【００３１】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、上記課題を解決するため、上記構成において、上記第１の媒質の屈折率は、上記クラッドの屈折率よりも大きく設定されている一方で、上記クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第３の媒質を備えていることを特徴としている。
【００３２】
上記構成によれば、グレーティング部は、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率を有する第１の媒質と、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する第３の媒質とにより覆われている。
【００３３】
本発明者らは、上記のように屈折率が設定された第１の媒質と第３の媒質とを備えているグレーティング部について、調整手段を用いて第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することにより、共振波長を変化させることなく、特に、共振深さを制御することができることを確認した。
【００３４】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振深さの調整に適した光ファイバー型光学部品を提供することができる。
【００３５】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、上記課題を解決するため、上記構成において、上記第３の媒質は、気体であることを特徴としている。
【００３６】
上記構成によれば、第３の媒質は、気体とされている。したがって、光ファイバー型光学部品を軽量なものとすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３８】
図１に示すように、本実施の形態における光ファイバー型光学部品を用いる光ファイバー１は、高屈折領域であるコア２と、コア２を取り囲む低屈折率のクラッド３とを備えている。また、コア２の内部には、コア２の軸に沿ってファイバーグレーティング４が形成されている。なお、本実施の形態におけるファイバーグレーティングは、長周期ファイバーグレーティングである。
【００３９】
さらに、本実施の形態における光ファイバー型光学部品５は、クラッド３においてファイバーグレーティング４が存在する部分（以下、単にグレーティング部とする）を覆うように、クラッド３の外周面に形成されている。さらに、光ファイバー型光学部品５は、第１屈折率領域５ａと、第２屈折率領域５ｂとを備えている。なお、クラッド３と、光ファイバー型光学部品５とは、図示しない被覆樹脂により覆われている。
【００４０】
第１屈折率領域５ａおよび第２屈折率領域５ｂは、それぞれクラッド３の外周においてグレーティング部を覆うように、アニール処理後に形成される。また、第１屈折率領域５ａ、および第２屈折率領域５ｂの材質は、クラッド３の材質との関係において以下に説明する関係を満たすように選択される。
【００４１】
すなわち、第１屈折率領域５ａの屈折率をｎa、第２屈折率領域５ｂの屈折率をｎb、クラッド３の屈折率をｎ0とした場合、ｎa、ｎb、およびｎcは以下の式（１）の関係を満たす。
【００４２】
ｎb＜ｎa<ｎ0    …式（１）
なお、ｎaをｎ0に近い値に設定するほど、後述する共振波長のシフト量を大きくすることができる。具体的には、ｎ0−０．１＜ｎa＜ｎ0とすることが好ましい。
【００４３】
また、ｎbをｎaとの差がなるべく大きくなるように設定するほど、後述する共振波長のシフト量を大きくすることができる。具体的には、１≦ｎb≪ｎaとすることが好ましい。
【００４４】
たとえば、クラッド３として、石英ガラス（ＳｉＯ2）を主成分とするもの（屈折率ｎ0＝１．４５８）を用いるのであれば、第１屈折率領域５ａとして、石英より屈折率の高いグリセリン（屈折率＝１．４７３）を水などで希釈混合することにより屈折率を１．４５８以下に調整した液体を用いることができる。あるいは、弗化カルシウム（ＣａＦ2：ｎa＝１．４３）、ポリ酢酸ビニル（ｎa＝１．４５）、３弗化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ：ｎa＝１．４２）等の固体を用いることができる。
【００４５】
一方、クラッド３として同様に石英ガラスを主成分とするものを用いるのであれば、第２屈折率領域５ｂとしては、たとえば空気（ｎb＝１．０）を用いることができる。また、第２屈折率領域５ｂとして、空気と同程度の屈折率を有する気体、液体を用いてもよい。
【００４６】
なお、第１屈折率領域５ａが液体であって、第２屈折率領域５ｂが気体であると、第１屈折率領域５ａと第２屈折率領域５ｂとが混合してしまう場合がある。そのような場合、図示しない被覆樹脂により、第１屈折率領域５ａと第２屈折率領域５ｂとを仕切ればよい。
【００４７】
以上のように、第１屈折率領域５ａと第２屈折率領域５ｂとを選択して光ファイバー型光学部品５を形成することにより、本発明者らは、共振深さをあまり変化させることなく、共振波長をシフトさせることができることを検討した。その理由、および実験結果について以下に具体的に説明する。なお、共振波長は、グレーティング作成時にグレーティング周期を変更することによってもシフトさせることができることはいうまでもない。
【００４８】
本実施の形態の光ファイバー型光学部品５は、図２に示すように、第１屈折率領域５ａと、第２屈折率領域５ｂとが、等価的にファイバーグレーティング４を覆うようにクラッド３に配置されている構造として考えることができる。
【００４９】
すなわち、光ファイバー型光学部品５が配置された光ファイバー１の全体の透過率特性は、光ファイバー１における第１屈折率領域５ａにより覆われている部分の透過率特性と、第２屈折率領域５ｂにより覆われている部分の透過率特性とを掛け合わせた特性となる。
【００５０】
また、一般的なモード結合においては、共振点での透過率をＴ、有効グレーティング長をＬeとした場合、ＴとＬeとの関係は以下の式（２）の関係を満たす。Ｔ＝１−ｓｉｎ2（κＬe）    …式（２）
なお、κは、結合定数である。また、有効グレーティング長とは、クラッドモードを生じるファイバーグレーティングの長さをいう。
【００５１】
すなわち、光ファイバー１において第１屈折率領域５ａにより覆われている部分の透過率（Ｔａ）は、Ｔａ＝１−ｓｉｎ2（κＬa）で表される。一方、光ファイバー１において第２屈折率領域５ｂにより覆われている部分の透過率（Ｔｂ）は、Ｔｂ＝１−ｓｉｎ2（κＬb）で表される。なお、Ｌaは、第１屈折率領域５ａにより覆われているグレーティング部の長さであり、Ｌbは、第２屈折率領域５ｂにより覆われているグレーティング部の長さである。
【００５２】
したがって、光ファイバー型光学部品５が配置された光ファイバー１の全体の透過率特性（Ｔ）は、上記したように、光ファイバー１における第１屈折率領域５ａにより覆われている部分の透過率特性と、第２屈折率領域５ｂにより覆われている部分の透過率特性とを掛け合わせた特性となるので、Ｔ＝Ｔａ×Ｔｂとして表される。
【００５３】
また、透過率特性を対数にて表示すれば、光ファイバー型光学部品５が配置された光ファイバー１の全体の透過率特性のグラフは、光ファイバー１において第１屈折率領域５ａ、あるいは第２屈折率領域５ｂにより覆われているそれぞれの部分の透過率特性のグラフを足し合わせた特性となる。
【００５４】
具体的には、図３（ａ）に示すように、光ファイバー１における第１屈折率領域５ａに覆われている部分の透過率特性が同図中点線で示されるようなグラフであって、第２屈折率領域５ｂに覆われている部分の透過率特性が同図中一点鎖線で示されるようなグラフであれば、光ファイバー１の全体の透過率特性は、同図中実線で示されるようなグラフとなる。なお、図３（ａ）に示す状態においては、Ｌa＝Ｌbとされている。
【００５５】
ここで、Ｌaを減少させた場合、κＬa＜π／２となるκの例では、透過率Ｔa（＝１−ｓｉｎ2（κＬa））は増加する。一方、Ｌa＋Ｌbの値は一定の値とされていることから、Ｌaを減少させると、Ｌbは増加する。すなわち、透過率Ｔb（＝１−ｓｉｎ2（κＬb））は減少する。
【００５６】
したがって、光ファイバー全体の透過率Ｔ（＝Ｔa×Ｔb）をグラフ化すると、図３（ｂ）に示すように、第２屈折率領域５ｂにより覆われている部分の透過率特性に近づいていき、光ファイバー全体の共振波長は長波長側にシフトすることとなる。
【００５７】
一方、Ｌaを増加させた場合、透過率Ｔaは減少する一方、透過率Ｔbは増加する。したがって、光ファイバー全体の透過率Ｔ（＝Ｔa×Ｔb）は、図３（ｃ）に示すように、第１屈折率領域５ａにより覆われている部分の透過率特性に近づいていき、光ファイバー全体の共振波長は短波長側にシフトすることとなる。
【００５８】
さらに、本発明者らは、Ｌ＝Ｌb／（Ｌa＋Ｌb）×１００（％）にて定義される値Ｌを規格化グレーティング長とした場合における、Ｌの変化に伴う透過率特性への影響を実験した。  また、第１屈折率領域５ａの屈折率ｎaとクラッド３の屈折率ｎ0との差Δｎ（Δｎ＝ｎa−ｎ0）を変更し、Δの変更に伴う透過率特性、波長深さへの影響を検討した。
【００５９】
なお、規格化グレーティング長Ｌの値は、以下のようにして変化させることができる。すなわち、図４に示すように、光ファイバー型光学部品５の外周部を変形容器１０で覆うとともに、変形容器１０における第１屈折率領域５ａを覆う部分をクランプ１１により挟持する。なお、第１屈折率領域５ａおよび第２屈折率領域５ｂの側面は、シール材１２により封止されている。
【００６０】
また、クランプ１１は、押圧ネジ１３を備えている。押圧ネジ１３をクランプ１１に螺合することにより、押圧ネジ１３は第１屈折率領域５ａの方に向かって進動する。
【００６１】
上記構成により、押圧ネジ１３を第１屈折率領域５ａの方向に進動させれば、第１屈折率領域５ａがグレーティング部を実質的に覆う部分の長さＬaは、第１屈折率領域５ａと第２屈折率領域５ｂとの境目からファイバーグレーティング４の左端までの距離となる。したがって、押圧ネジ１３を螺合回転し、第１屈折率領域５ａを第２屈折率領域５ｂの方向に押し出すことにより、Ｌaの値を変更し、規格化グレーティング長Ｌの値を簡易に変更することができる。なお、押圧ネジ１３は、ガス圧等により変形容器１０をクラッド３の方向に向かって押圧する構成であってもよい。
【００６２】
本実施の形態において規格化グレーティング長Ｌを変更し、透過率を測定したグラフを図５に示す。なお、図５に示すグラフを作成する際には、第１屈折率領域５ａとしてグリセリン希釈液（ｎa＝１．４５４）を用い、第２屈折率領域５ｂとして空気（ｎb＝１．０）を用いた。また、クラッド３として、石英ガラス（ＳｉＯ2）を主成分とするもの（屈折率ｎ0＝１．４５８）を用いた。
【００６３】
図５に示すように、Ｌの値を小さくすることにより、共振波長を短波長側にシフトさせることができることがわかった。
【００６４】
更に、規格化グレーティング長Ｌと共振波長のシフト量との関係を測定した結果を示すグラフを、図６に示す。なお、図６においては、Δｎの値を−０．００４，−０．０１１，−０．０１７，−０．０３４と変更し、それぞれのΔｎについて共振波長のシフト量を測定した結果を示す。
【００６５】
図６に示すように、規格化グレーティング長Ｌの短縮に伴い、すなわちＬが１００％から０％に変化するに伴い、共振波長が短波長側にシフトする。また、Δｎの値が小さくなるほど、共振波長のシフト量は大きくなる。特に、Δｎ＝−０．００４であって、Ｌ≒０の場合には、共振波長のシフト量は約−４３ｎｍとなった。すなわち、本実施の形態の光ファイバー型光学部品５によれば、最大４３ｎｍの共振波長調整が可能となることがわかった。
【００６６】
更に、規格化グレーティング長Ｌと共振深さとの関係を測定した結果を示すグラフを、図７に示す。なお、図７においては、図６と同様、Δｎの値を−０．００４，−０．０１１，−０．０１７，−０．０３４と変更し、それぞれのΔｎについて共振波長のシフト量を測定した結果を示す。
【００６７】
図７に示すように、規格化グレーティング長を変更することにより、共振深さをあまり変化させることなく（Δｎ＝−０．００４の場合に約６ｄＢ程度）、共振波長を調整することができることがわかった。
【００６８】
このように、本実施の形態の光ファイバー型光学部品５は、グレーティング部を部分的に覆うようにクラッド３の外周面に形成されるとともに、クラッド３の屈折率と異なる屈折率を有する第１屈折率領域５ａと、第１屈折率領域５ａがグレーティング部を覆う長さを変更可能なクランプ１１および押圧ネジ１３とを備えている。
【００６９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、第１屈折率領域５ａがグレーティング部を覆う長さをクランプ１１および押圧ネジ１３により変更することにより、主に共振波長を調整することができることを確認した。
【００７０】
したがって、クランプ１１および押圧ネジ１３により第１屈折率領域５ａがグレーティング部を覆う長さを変更すれば、ファイバーグレーティングの完成後においても、波長特性を調整することができる。
【００７１】
また、波長特性の調整のために、クラッド３の屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質のみを準備すればよい。すなわち、屈折率がわずかに異なる固体を多数用意する必要もない。
【００７２】
それゆえ、簡易な構成で、ファイバーグレーティング４の完成後において波長特性を調整することができる光ファイバー型光学部品５を提供することができる。
【００７３】
また、本実施の形態の光ファイバー型光学部品５は、第１屈折率領域５ａの屈折率は、クラッド３の屈折率よりも小さく設定されている一方で、第１屈折率領域５ａの屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、第１屈折率領域５ａにより覆われていない部分のクラッド３を覆うようにクラッド３の外周面に形成される第２屈折率領域５ｂを備えている。
【００７４】
本発明者らは、クランプ１１および押圧ネジ１３を用いて第１屈折率領域５ａがグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第１屈折率領域５ａがグレーティング部を覆う長さを変更することにより、特に、共振波長をシフトさせることができることを確認した。
【００７５】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振波長の調整に適した光ファイバー型光学部品５を提供することができる。
【００７６】
また、本実施の形態の光ファイバー型光学部品５において、第２屈折率領域５ｂは気体である。
【００７７】
上記構成によれば、光ファイバー型光学部品５を軽量なものとすることができる。
【００７８】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８ないし図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記実施の形態１で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても組み合わせて適用し得るものとする。
【００７９】
図８に示すように、本実施の形態における光ファイバー型光学部品６は、クラッド３の外周部において、第３屈折率領域６ａと、第４屈折率領域６ｂとを備えている。なお、クラッド３と、光ファイバー型光学部品６とは、図示しない被覆樹脂により覆われている。
【００８０】
第３屈折率領域６ａおよび第４屈折率領域６ｂは、それぞれクラッド３の外周においてグレーティング部を覆うように、アニール処理後に形成される。また、第３屈折率領域６ａ、および第４屈折率領域６ｂの材質は、クラッド３の材質との関係において以下に説明する関係を満たすように選択される。
【００８１】
すなわち、第３屈折率領域６ａの屈折率をｎc、第４屈折率領域６ｂの屈折率をｎd、クラッド３の屈折率をｎ0とした場合、ｎc、ｎd、およびｎ0は以下の式（３）の関係を満たす。
【００８２】
ｎc＜ｎ0<ｎd    …式（３）
なお、後述する共振波長を大きく変化させたくない場合は、１≦ｎc≪ｎ0として、ｎcとｎ0との差をなるべく大きく設定することが好ましい。逆に、たとえばｎ0−ｎc＜０．１として、ｎcをｎ0に近い値に設定することにより、後述する共振深さだけでなく、共振波長を制御することができる。
【００８３】
また、ｎdはｎ0に近い値であるほど好ましい。たとえば、ｎdの値は、ｎ0＜ｎd＜ｎ0＋０．０５なる関係を満たすように設定することが好ましい。ただし、使用温度範囲においてｎdとｎ0との大小関係が逆転しないようにする必要があることはいうまでもない。
【００８４】
なお、ｎdはｎ0に近い値であるほど好ましい理由は以下のとおりである。すなわち、ｎd＝ｎ0である場合、第４屈折率領域６ｂとクラッド３との境界面がなくなり、全反射やフレネル反射（屈折率の違いから生じる通常の反射）は生じないが、ｎd−ｎ0の値が大きいほど、ｎd−ｎ0の値に合わせてフレネル反射が生じる。このフレネル反射によりコアモードからクラッドモードへの弱い結合が生じ、後述するように、クラッド３と第４屈折率領域６ｂとの境界面において、完全にクラッドモードが存在しない状態とはならないからである。
【００８５】
たとえば、クラッド３として、石英ガラス（ＳｉＯ2）を主成分とするもの（屈折率ｎ0＝１．４５８）を用いるのであれば、第３屈折率領域６ａとしては、空気（ｎc＝１．０）を用いることができる。
【００８６】
一方、クラッド３として同様に石英ガラスを主成分とするものを用いるのであれば、第４屈折率領域６ｂとして、石英より屈折率の高いグリセリン（ｎd＝１．４７３）等の液体を用いることができる。あるいは、一般の光学ガラスや、弗素系以外のプラスチック、たとえばポリエチレンあるいはポリイミド（ｎd=１．５２）等の固体を用いることができる。また、エポキシ系の接着剤や紫外線硬化樹脂を第４屈折率領域６ｂとして用いてもよい。
【００８７】
以上のように、第３屈折率領域６ａと第４屈折率領域６ｂとを選択して光ファイバー型光学部品６を形成することにより、本発明者らは、共振波長を変化させることはできないものの、共振深さを調整することができることを検討した。その理由、および実験結果について以下に具体的に説明する。
【００８８】
本実施の形態に係る光ファイバー型光学部品６においては、クラッド３の屈折率ｎ0よりも、第４屈折率領域６ｂの屈折率ｎdの方が大きい。したがって、クラッド３と第４屈折率領域６ｂとの境界面では、全反射が生じなくなる。すなわち、クラッド３と第４屈折率領域６ｂとの境界面では、クラッドモードが存在しなくなる。
【００８９】
したがって、本実施の形態の光ファイバー型光学部品６は、図９に示すように、ファイバーグレーティング４が、第４屈折率領域６ｂに覆われている部分の長さだけ短くなったものと等価であると考えてよい。
【００９０】
すなわち、第３屈折率領域６ａにより覆われるグレーティング部の長さをＬc、第４屈折率領域６ｂにより覆われるグレーティング部の長さをＬdとした場合、規格化グレーティング長Ｌ’は、Ｌ’＝Ｌc／（Ｌc＋Ｌd）として表されることになる。また、有効グレーティング長は、Ｌcにて表されることになる。
【００９１】
また、〔実施の形態１〕においても説明したように、一般的なモード結合における、共振点での透過率をＴ、有効グレーティング長をＬeとした場合、ＴとＬeとは以下の式（２）を満たす。
Ｔ＝１−ｓｉｎ2κＬe    …式（２）
ここで、規格化グレーティング長Ｌ’を変化させることは、有効グレーティング長であるＬcの値を変化させることとなる。上式（２）に基づけば、有効グレーティング長の値を変化させることにより透過率を変化させることができるので、規格化グレーティング長Ｌ’の値を変化させることにより、透過率Ｔの値を変更させることができる。
【００９２】
さらに、本発明者らは、規格化グレーティング長Ｌ’の変化に伴う透過率特性への影響、および共振深さへの影響を検討した。
【００９３】
なお、本実施の形態における規格化グレーティング長Ｌ’の値は、以下のようにして変化させることができる。すなわち、図１０に示すように、第４屈折率領域６ｂを嵌合するように内周面が形成された雄ネジ部材２０を設けるとともに、光ファイバー１の外周面に雌ネジ部材２１を固定する。なお、第３屈折率領域６ａとして空気を用いているが、これに限定されるものでなく、第３屈折率領域６ａは上記したようにクラッド３よりも屈折率が低いものであればよい。
【００９４】
上記構成によれば、雄ネジ部材２０を雌ネジ部材２１に螺合することにより、雄ネジ部材２０は光ファイバー１の軸方向に移動する。この雄ネジ部材２０の移動に伴い、第４屈折率領域６ｂも移動し、Ｌdの値が変化する。これにより、規格化グレーティング長Ｌ’の値を変化させることができる。
【００９５】
本実施の形態において規格化グレーティング長Ｌ’を変更し、透過率を測定したグラフを図１１に示す。なお、図１１に示すグラフを作成する際には、第３屈折率領域６ａとして空気（ｎc＝０）を用い、第４屈折率領域６ｂとしてグリセリン（ｎd＝１．４７３）を用いた。また、クラッド３として、石英ガラス（ＳｉＯ2）を主成分とするもの（屈折率ｎ0＝１．４５８）を用いた。
【００９６】
図１１に示すように、Ｌ’の値を変更しても、共振波長はそのままであることがわかった。
【００９７】
更に、規格化グレーティング長Ｌ’と、共振深さとの関係を測定した結果を示すグラフを、図１２に示す。図１２に示すように、規格化グレーティング長Ｌ’を１００％から０％に近づけるに従って、共振深さを浅くするように調整することが可能であり、共振深さが最大で−２．４ｄＢまで浅くなることがわかった。
【００９８】
このように、本実施の形態の光ファイバー型光学部品６は、グレーティング部を部分的に覆うようにクラッド３の外周面に形成されるとともに、クラッド３の屈折率と異なる屈折率を有する第４屈折率領域６ｂと、第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを変更可能な雄ネジ部材２０および雌ネジ部材２１とを備えている。
【００９９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを雄ネジ部材２０および雌ネジ部材２１により変更することにより、共振波長はそのままで、共振深さを調整することができることを確認した。
【０１００】
したがって、雄ネジ部材２０および雌ネジ部材２１により第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを変更すれば、ファイバーグレーティング４の完成後においても、波長特性を調整することができる。また、雄ネジ部材２０および雌ネジ部材２１は、簡易な構成により実現することができ、コストないしはサイズの増加を伴うものではない。なお、エポキシ接着剤や紫外線硬化樹脂を第４屈折率領域６ｂの媒質として使用すれば、第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを変更することはできないものの、極めて簡易な構成にて、ファイバーグレーティング４を覆うことができる。
【０１０１】
また、波長特性の調整のために、クラッド３の屈折率と異なる屈折率を有する第４屈折率領域６ｂのみを準備すればよい。すなわち、屈折率がわずかに異なる固体を多数用意する必要もない。
【０１０２】
それゆえ、簡易な構成で、ファイバーグレーティング４の完成後において波長特性を調整することができる光ファイバー型光学部品６を提供することができる。
【０１０３】
また、本実施の形態の光ファイバー型光学部品６は、第４屈折率領域６ｂの屈折率は、クラッド３の屈折率よりも大きく設定されている一方で、クラッド３の屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、第４屈折率領域６ｂにより覆われていない部分のクラッド３を覆うようにクラッド３の外周面に形成される第３屈折率領域６ａを備えている。
【０１０４】
本発明者らは、上記のように屈折率が設定された第４屈折率領域６ｂと第３屈折率領域６ａとを備えているファイバーグレーティング４について、雄ネジ部材２０および雌ネジ部材２１を用いて第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第４屈折率領域６ｂがグレーティング部を覆う長さを変更することにより、共振波長を変化させることなく、特に、共振深さを制御することができることを確認した。
【０１０５】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振深さの調整に適した光ファイバー型光学部品を提供することができる。
【０１０６】
また、本実施の形態の光ファイバー型光学部品６において、第３屈折率領域６ａは気体である。
【０１０７】
したがって、光ファイバー型光学部品６を軽量なものとすることができる。
【０１０８】
なお、本発明の光ファイバー型光学部品は、単一モード光ファイバーのコア部を中心に形成された屈折率周期構造を有する光ファイバーグレーティングのうち、グレーティング周期が数百ミクロンメーター前後の長周期光ファイバーグレーティングにおいて、グレーティングの存在するクラッド外周部を複数の領域に分割し領域毎に異なる屈折率を持つ２種類以上の素材で覆った構成であってもよい。
【０１０９】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、グレーティング外周部の領域を２分割し、２分割した領域のうち一方の領域Ａはクラッドより十分低い屈折率を持つ媒質とされ、もう一方の領域Ｂはクラッドより少し低い屈折率を持つ媒質とされている構成であってもよい。
【０１１０】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、領域Ａの媒質として真空あるいは空気などのガス状媒質を用い、領域Ｂの媒質として液体や固体を用いる構成であってもよい。
【０１１１】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、グレーティング外周部の領域を２分割し、２分割した領域のうち一方の領域Ｃはクラッドより低い屈折率を持つ媒質とされ、もう一方の領域Ｄはクラッドより高い屈折率を持つ媒質で構成されている構成であってもよい。
【０１１２】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、領域Ｃの媒質として真空あるいは空気などのガス状媒質を用い、領域Ｄの媒質として液体や固体を用いる構成であってもよい。
【０１１３】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、外部よりガス圧を加減したり、機械的調整機構を付加したりすることにより、上記２つの領域の分割割合を可変せしめる構成であってもよい
【０１１４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバー型光学部品は、以上のように、クラッドにおいてグレーティングが存在する部分であるグレーティング部を部分的に覆うようにクラッドの外周面に形成されるとともに、上記クラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第１の媒質と、上記第１の媒質が上記グレーティング部を覆う長さを変更可能な調整手段とを備えているものである。
【０１１５】
本発明者らは、鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを調整手段により変更することにより、主に共振波長を調整することができることを確認した。
【０１１６】
したがって、調整手段により第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更すれば、グレーティングの完成後においても、波長特性を調整することができる。また、調整手段は、簡易な構成により実現することができ、コストないしはサイズの増加を伴うものではない。また、屈折率がわずかに異なる固体を多数用意する必要もない。
【０１１７】
それゆえ、簡易な構成で、グレーティングの完成後において波長特性を調整することができる光ファイバー型光学部品を提供することができるという効果を奏する。
【０１１８】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、以上のように、第１の媒質の屈折率は、クラッドの屈折率よりも小さく設定されている一方で、上記第１の媒質の屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第２の媒質を備えているものである。
【０１１９】
本発明者らは、上記のように屈折率が設定された第１の媒質と第２の媒質とを備えているグレーティング部について、調整手段を用いて第１の媒質がファイバーグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することにより、特に、共振波長をシフトさせることができることを確認した。
【０１２０】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振波長の調整に適した光ファイバー型光学部品を提供することができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、以上のように、上記構成において、上記第２の媒質は、気体であるものである。
【０１２２】
上記構成によれば、第２の媒質は、気体とされている。したがって、光ファイバー型光学部品を軽量なものとすることができるという効果を奏する。
【０１２３】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、以上のように、上記構成において、上記第１の媒質の屈折率は、上記クラッドの屈折率よりも大きく設定されている一方で、上記クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有するとともに、上記第１の媒質により覆われていない部分のクラッドを覆うように上記クラッドの外周面に形成される第３の媒質を備えているものである。
【０１２４】
本発明者らは、上記のように屈折率が設定された第１の媒質と第３の媒質とを備えているグレーティング部について、調整手段を用いて第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することによる、波長特性への影響を検証した。その鋭意研究の結果、第１の媒質がグレーティング部を覆う長さを変更することにより、共振波長を変化させることなく、特に、共振深さを制御することができることを確認した。
【０１２５】
それゆえ、波長特性のうち、特に共振深さの調整に適した光ファイバー型光学部品を提供することができるという効果を奏する。
【０１２６】
また、本発明の光ファイバー型光学部品は、以上のように、上記構成において、上記第３の媒質は、気体であるものである。
【０１２７】
上記構成によれば、第３の媒質は、気体とされている。したがって、光ファイバー型光学部品を軽量なものとすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバー型光学部品を用いる光ファイバーを示す模式図である。
【図２】図１の光ファイバー型光学部品の等価モデルを示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図１の光ファイバー型光学部品における透過率特性が第１屈折率領域の透過率特性と第２屈折率領域の透過率特性とを掛け合わせた状態となることを説明するためのグラフであり、（ｂ）は、Ｌa＜Ｌbの場合において光ファイバー全体の共振波長が長波長側にシフトすることを説明するためのグラフであり、（ｃ）は、Ｌa＞Ｌbの場合において光ファイバー全体の共振波長が短波長側にシフトすることを説明するためのグラフである。
【図４】図１の光ファイバー型光学部品における、第１屈折率領域がグレーティング部を覆う長さを変更するための構成を示す模式図である。
【図５】図１の光ファイバー型光学部品における、規格化グレーティング長と透過率との関係を示すグラフである。
【図６】図１の光ファイバー型光学部品における、規格化グレーティング長と共振波長のシフト量との関係を示すグラフである。
【図７】図１の光ファイバー型光学部品における、規格化グレーティング長と共振深さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る光ファイバー型光学部品を用いる光ファイバーを示す模式図である。
【図９】図８の光ファイバー型光学部品の等価モデルを示す模式図である。
【図１０】図８の光ファイバー型光学部品における、第４屈折率領域がグレーティング部を覆う長さを変更するための構成を示す模式図である。
【図１１】図８の光ファイバー型光学部品における、規格化グレーティング長と透過率との関係を示すグラフである。
【図１２】図８の光ファイバー型光学部品における、規格化グレーティング長と共振深さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    光ファイバー
２    コア
３    クラッド
４    ファイバーグレーティング
５    光ファイバー型光学部品
５ａ  第１屈折率領域（第１の媒質）
５ｂ  第２屈折率領域（第２の媒質）
６    光ファイバー型光学部品
６ａ  第３屈折率領域（第３の媒質）
６ｂ  第４屈折率領域（第１の媒質）
１１  クランプ（調整手段）
１３  押圧ネジ（調整手段）
２０  雄ネジ部材（調整手段）
２１  雌ネジ部材（調整手段）
【図１】
0003824951.tif 000002
【図２】
0003824951.tif 000003
【図３】
0003824951.tif 000004
【図４】
0003824951.tif 000005
【図５】
0003824951.tif 000006
【図６】
0003824951.tif 000007
【図７】
0003824951.tif 000008
【図８】
0003824951.tif 000009
【図９】
0003824951.tif 000010
【図１０】
0003824951.tif 000011
【図１１】
0003824951.tif 000012
【図１２】
0003824951.tif 000013