JPH08286010A - チャープ格子形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路内にチャープ格子を容易に量産性良
く形成することの可能な装置を提供する。 【構成】 本発明のチャープ格子形成装置（１００）
は、光源（１０）、光源からの光（１２）を第１及び第
２の光（３１、３２）に分岐するビームスプリッタ（２
１）、第１の光（３１）を反射する第１の反射手段（２
２）、及び第２の光（３２）を反射する第２の反射手段
（２３）を備えている。第１の光と第２の光とを干渉さ
せて生成した干渉縞は、感光性の光導波路に照射され
る。ビームスプリッタの光入射面（３６）及び光出射面
（３７）の少なくとも一方は曲面となっているので、第
１及び第２の光のいずれか一方は曲面波となり、この結
果、生成される干渉縞はチャープ状となる。この干渉縞
が光導波路（４０）に照射されることで、光導波路内に
チャープ格子（４５）が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ等に代表さ
れる光導波路のコアやクラッドに、光軸に沿って周期が
徐々に変化する回折格子（チャープ格子）を形成する技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の一種である回折格子には種々
の形態のものがあるが、光通信システム等に利用する場
合には、光導波路との接続が容易で挿入損失の低い光導
波路型回折格子が好適である。この光導波路型回折格子
は、光導波路のコアの一領域であって実効屈折率が光軸
に沿って繰り返し変動しているものであり、特定の波長
を中心とした狭い波長幅の光を反射する。

【０００３】従来から、光導波路に紫外光の干渉縞を照
射することで光導波路のコアに光誘起屈折率変化を生じ
させ、光導波路型回折格子を形成する方法が知られてい
る。例えば、特許出願公表昭和６２−５０００５２号公
報には、二光束干渉計を用いて光ファイバのコアに一定
周期の回折格子（等格子間隔の回折格子）を形成する方
法が記載されている。

【０００４】最近では、広い反射波長域の回折格子を得
るため、周期が光導波路の光軸に沿って徐々に変化する
回折格子（チャープ格子）を形成する試みもなされてい
る。このようなチャープ格子の形成方法としては、二
光束干渉計の二つの光路中にそれぞれシリンドリカルレ
ンズを配置し、円筒波同士を干渉させるＭ．Ｃ．Ｆａｒ
ｒｉｅｓらの方法（ Electron.Lett.,Vol.30,No.11,pp.
891-892,1994）、照射時間を調節しながら紫外光を光
ファイバに照射し、コアの屈折率変化量を光軸に沿って
変化させておいてから、一定周期（等間隔）の紫外光干
渉縞を照射するＫ．Ｏ．Ｈｉｌｌらの方法（Opt.Lett.,
Vol.19,No.17,pp.1314-1316,1994）、光ファイバを一
定周期の紫外光干渉縞を照射するＫ．Ｓｕｇｄｅｎの方
法（Electron.Lett.,Vol.30,No.5,pp.440-442,1994）な
どが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のの方
法では、干渉計内の二つの光路のそれぞれにシリンドリ
カルレンズを配置することから、所望のチャープ格子を
得るためには各レンズについてレンズ位置の微調整をす
る必要があり、チャープ格子の形成は容易でなかった。

【０００６】また、上記の方法では、チャープ格子を
形成する前処理として屈折率を変化させおく必要があ
り、しかもその変化の割合を光ファイバの光軸に沿って
変化させるために紫外光の照射時間の制御をしなければ
ならず、工程が複雑で、量産性に乏しいという問題点が
ある。

【０００７】さらに、上記の方法では、光ファイバの
曲げ方でチャープ格子の透過減衰量及びブラッグ波長が
変化することから、光ファイバの曲げ具合を干渉縞照射
のたびに再現性良く制御しなければ同一のチャープ格子
を得ることができないため、やはり量産性に乏しいとい
う問題点がある。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、光導波路内にチャープ格子を容易に量
産性良く形成することの可能な装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明のチャープ格子形成装置は、（ａ）光源
と、（ｂ）光源からの光が入射する光入射面及びこの光
の一部が出射する光出射面を有し、光源からの光を第１
及び第２の光に分岐するビームスプリッタと、（ｃ）第
１の光を反射する第１の反射手段と、（ｄ）第２の光を
反射する第２の反射手段とを備え、第１の反射手段で反
射された第１の光と第２の反射手段で反射された第２の
光とを干渉させて生成した干渉縞を感光性の光導波路に
照射する装置であって、ビームスプリッタの光入射面及
び光出射面の少なくとも一方は、曲面であることを特徴
としている。

【００１０】本発明のチャープ格子形成装置において、
上記の光源は、紫外光を出力するものであってもよい。
この紫外光の波長は、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍとし
ても良い。

【００１１】なお、上記において、光導波路とは、光を
一定領域に閉じ込めて伝送する回路又は線路をいい、光
ファイバや薄膜導波路等が含まれる。

【００１２】

【作用】本発明のチャープ格子形成装置では、ビームス
プリッタの光入射面及び光出射面の少なくとも一方が曲
面であるため、ビームスプリッタにより生成された第１
及び第２の光のうち少なくとも一方は、波面（等位相
面）が曲面の光、すなわち曲面波となる。曲面が凸面で
あっても凹面であっても、曲面波が得られる。曲面が円
筒面であると、ビームスプリッタの作製が容易になり、
好適である。

【００１３】第１及び第２の光が干渉することで光導波
路に照射すべき干渉縞が生成されるが、上述のように第
１及び第２の光のうち少なくとも一方は曲面波であるた
め、この干渉縞は、所定方向に沿って周期が変化する干
渉縞、すなわちチャープ状の干渉縞となる。この干渉縞
が感光性の光導波路に照射されると、干渉縞に対応して
光導波路内の屈折率が変化する。これにより、光導波路
内に光軸に沿って周期が変化する回折格子、すなわちチ
ャープ格子が形成される。なお、干渉縞の周期の変化方
向は一つとは限らない。

【００１４】本発明のチャープ格子形成装置によれば、
干渉縞が照射される位置に感光性の光導波路を配置する
だけでチャープ格子を形成することができ、光ファイバ
の曲げ等の微調整をする必要もないため、作業が容易で
チャープ格子の量産性に優れている。また、部品点数が
少なく、特に、第１及び第２の光の光路上にシリンドリ
カルレンズを配置する必要がないため各構成要素の配置
調整が容易であり、その結果、所望のチャープ格子が容
易に再現性良く形成される。

【００１５】光源が紫外光を出力するものであると、コ
アやクラッドが酸化ゲルマニウムがドープされた石英ガ
ラスから構成される光導波路内にチャープ格子を形成す
るのに適している。この場合、特に、紫外光の波長が、
約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍであるとチャープ格子の形
成が好適に行われる。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。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。

【００１７】図１は、本実施例のチャープ格子形成装置
１００の構成を示す図である。この装置１００は、光源
１０及び干渉装置２０から構成されている。本実施例で
は、装置１００を用いて、光ファイバ４０の内部にチャ
ープ格子４５を形成する。

【００１８】本実施例の場合、光源１０からは、略平行
の光束（平面波）１２が出射する。光源１０としては、
例えば、アルゴンレーザとＢＢＯ結晶とを備えるもので
あって、ＢＢＯ結晶によりアルゴンレーザの第２高調波
（２４４ｎｍ）を生成するものを用いることができる。

【００１９】干渉装置２０は、ビームスプリッタ２１、
反射ミラー２２及び反射ミラー２３から構成されてい
る。ビームスプリッタ２１は、光源１０からの光１２を
分岐光３１及び３２に分岐するもので、光１２が入射す
る光入射面３６、及び光１２の一部が出射する光出射面
３７を有している。本実施例では、光出射面３７は平面
であるのに対し、光入射面３６は曲面、具体的には紙面
に垂直な母線を有する円筒面となっている。また、反射
ミラー２２は分岐光３１を、反射ミラー２３は分岐光３
２をそれぞれ高い反射率で反射する。

【００２０】本実施例では、コアにＧｅＯ₂ が添加され
た石英系光ファイバ４０を用意し、チャープ格子形成装
置１００を用いて光ファイバ４０に干渉縞を照射するこ
とによりコアの一領域にチャープ格子を形成する。

【００２１】ＧｅＯ₂ が添加された石英系ガラスに紫外
光を照射すると屈折率が変化することは従来から知られ
ており、これを利用してコアにＧｅＯ₂ が添加された石
英系光導波路に紫外光の干渉縞を照射することで、コア
に回折格子を形成する方法も知られている。照射する紫
外光の波長は、通常、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの波
長域から選択される。なお、光ファイバ内に回折格子を
形成する方法は、特許出願公表昭６２−５０００５２号
公報にも開示されている。この方法によりコアに形成さ
れる回折格子は、コアの一領域であって、実効屈折率が
光軸に沿って最小屈折率と最大屈折率の間で繰り返し変
化している領域である。

【００２２】本実施例で形成する回折格子は、屈折率変
化の周期、すなわち回折格子の周期が光軸に沿って変化
するチャープ格子である。このチャープ格子は、所定の
方向に沿って周期が変化するチャープ状の干渉縞を照射
することで形成することができる。

【００２３】本実施例のチャープ格子形成装置１００
も、光ファイバ４０にチャープ状の紫外光干渉縞を照射
することで、光ファイバ４０のコアにチャープ格子を形
成する。以下、図１を参照しながら、本実施例のチャー
プ格子形成装置１００の動作を説明する。

【００２４】まず、光源１０から出射した略平行の光束
１２は、ビームスプリッタ２１の光入射面３６に入射
し、ここを透過する分岐光３１と、ここで反射される分
岐光３２とに分岐される。光入射面３６は上述のように
円筒面であるから、その母線方向を含む面内では屈折作
用をもたないが、母線に垂直な面内（本実施例では、図
１の紙面内）では屈折作用を有している。この結果、分
岐光３１は、図１の紙面内で拡散しながら進行する光と
なる。また、光入射面３６で反射される分岐光３２は、
光入射面３６が凹の円筒面であることから、図１の紙面
内で収束しながら進行する光となる。分岐光３１及び３
２の波面は、図１の紙面に垂直な方向を母線方向とする
円筒の側面（円筒面）と同様の曲面であるので、円筒波
と呼ばれる。円筒波は、波面が曲面の光、すなわち曲面
波の一種である。

【００２５】ビームスプリッタ２１を出射した分岐光３
１は、第１の反射ミラー２２で反射され、光ファイバ４
０に向かって進行する。分岐光３２も、第２の反射ミラ
ー２３で反射され、光ファイバ４０に向かって進行す
る。分岐光３１及び３２は、光ファイバ４０の光軸方向
に対して相互に補角となる角度をもって照射される。こ
れにより、分岐光３１及び３２は相互に干渉し、干渉空
間３５を生成する。

【００２６】干渉空間３５では、干渉縞が生じている。
この干渉縞は、曲面波である分岐光３１と３２が干渉し
て生成されたものであり、波面の形状に応じた空間的光
強度分布を有している。一般に、曲面波同士の干渉によ
り生ずる干渉縞の周期は一定でなく、曲面波が収束ある
いは拡散する平面（本実施例の場合は、図１の紙面）と
直交する面内において所定方向に沿って変化する。この
ようなチャープ状干渉縞の周期やパターンは、干渉する
２つの曲面波の波面の形状に依存する。

【００２７】本実施例のように、円筒波同士が干渉する
場合は、縞の周期が干渉縞の中心部で小さく、光強度の
変化方向（縞の配列方向）に沿って周辺部に近付くにつ
れ周期が大きくなるような干渉縞が形成される。このチ
ャープ状干渉縞は、干渉縞を構成する一つ一つの縞の密
度が、中心部において密であり、周辺部に近付くにつれ
て疎となるような干渉縞とも言える。

【００２８】上記のチャープ状干渉縞が光ファイバ４０
に照射されることにより、光ファイバ４０のコアにおい
てチャープ状干渉縞の光強度に応じた実効屈折率の上昇
が生じる。これにより、コアの光照射領域には、チャー
プ状干渉縞の空間的光強度分布に応じた実効屈折率分布
が形成される。

【００２９】このようにして実効屈折率が変化したコア
の領域が、本実施例により形成される回折格子４５であ
る。この回折格子４５は、照射されたチャープ状干渉縞
に応じて、周期が光軸に沿って変化するチャープ格子と
なる。

【００３０】本実施例のチャープ格子形成装置１００で
は、チャープ状の干渉縞が照射される位置に回折格子書
き込み用の光ファイバ４０を配置するだけでチャープ格
子４５を形成することができるため、作業が容易であ
り、チャープ格子の量産性にも優れている。また、本実
施例の装置１００は、従来のように干渉装置における二
つの光路のそれぞれにシリンドリカルレンズを配置する
必要がなく、部品点数も少ないことから、各部品の配置
調整が容易であり、従って、所望のチャープ格子を容易
に再現性良く形成することができる。

【００３１】以上、本発明の実施例を詳細に説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な変形が可能である。例えば、実施例のチャープ格子
形成装置を用いて、光ファイバの代わりに薄膜導波路の
コアやクラッドにチャープ格子を形成することも可能で
ある。

【００３２】また、実施例では、光入射面が曲面となっ
ているビームスプリッタを用いたが、他の態様も考えら
れる。すなわち、ビームスプリッタにより生成される二
つの分岐光の少なくとも一方が曲面波となっていればチ
ャープ状の干渉縞が生成されるので、本発明の装置に用
いることのできるビームスプリッタの主たる態様として
は、以下のものが考えられる。

【００３３】 光入射面…凸の曲面、光出射面…平面 光入射面…凸の曲面、光出射面…凸の曲面 光入射面…凸の曲面、光出射面…凹の曲面 光入射面…平面、光出射面…凸の曲面 光入射面…平面、光出射面…凹の曲面 光入射面…凹の曲面、光出射面…平面 光入射面…凹の曲面、光出射面…凸の曲面 光入射面…凹の曲面、光出射面…凹の曲面 なお、実施例のビームスプリッタ２１は、に該当する
ものである。

【００３４】さらに、チャープ格子書き込み用の光導波
路は、ＧｅＯ₂ が添加された石英ガラスを含むものでな
くても良い。例えば、強度の大きい光をガラス体に照射
するとその照射部分においてガラスが溶融するが、この
溶融部分が固化すると照射前よりガラス密度が上昇し、
屈折率も上昇する。これを利用して、十分な強度の光を
干渉させて形成した干渉縞をガラス光導波路に照射する
ことにより、光導波路内に回折格子を形成することも可
能である。このような方法にも、本発明のチャープ格子
形成装置を適用することができ、この場合、光源が出力
する光は紫外光でなくても良い。なお、光照射によるガ
ラス溶融を良好に達成するには、光導波路を構成するガ
ラスに所定波長域の光を吸収する光吸収剤を添加し、こ
の波長域に含まれる光で形成した干渉縞を照射すると良
い。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明のチ
ャープ格子形成装置では、ビームスプリッタの光入射面
及び光出射面の少なくとも一方が曲面であることにより
チャープ状の干渉縞が生成されるので、干渉縞が照射さ
れる位置に感光性の光導波路を配置するだけで容易に量
産性良くチャープ格子を形成することができる。また、
本発明のチャープ格子形成装置は部品点数が少なく、特
に、第１及び第２の光の光路上にシリンドリカルレンズ
を配置する必要がないため各構成要素の配置調整が容易
であり、その結果、所望のチャープ格子を容易に再現性
良く形成することができる。

【００３６】本発明のチャープ格子形成装置のうち光源
が紫外光を出力するものによれば、コアやクラッドが、
酸化ゲルマニウムがドープされた石英ガラスから構成さ
れる光導波路内に好適にチャープ格子を形成することが
できる。この場合、特に、紫外光の波長が、約１５０ｎ
ｍ〜約３００ｎｍであるとチャープ格子の形成を好適に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のチャープ格子形成装置１００の構成を
示す図である。

【符号の説明】

１０…光源、２０…干渉装置、２１…ビームスプリッ
タ、２２及び２３…反射ミラー、３５…干渉空間、４０
…光ファイバ、４５…チャープ格子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 享 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 茂原 政一 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 岩島 徹 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光が入射する光
   入射面及びこの光の一部が出射する光出射面を有し前記
   光源からの光を第１及び第２の光に分岐するビームスプ
   リッタと、前記第１の光を反射する第１の反射手段と、
   前記第２の光を反射する第２の反射手段とを備え、前記
   第１の反射手段で反射された前記第１の光と前記第２の
   反射手段で反射された前記第２の光とを干渉させて生成
   した干渉縞を感光性の光導波路に照射する装置であっ
   て、 前記ビームスプリッタの光入射面及び光出射面の少なく
   とも一方は、曲面であることを特徴とするチャープ格子
   形成装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、紫外光を出力するものであ
   ることを特徴とする請求項１記載のチャープ格子形成装
   置。
3. 【請求項３】 前記紫外光の波長は、約１５０ｎｍ〜約
   ３００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載のチャ
   ープ格子形成装置。