[发明专利]光纤光栅及其制造方法

说明书

本发明涉及光纤光栅及其制造方法，特别是涉及长期变化小的廉价的光纤光栅及其制造方法。本说明书是在向日本提交的专利申请(特愿平9-247292)的基础上写成的，本说明书的部分内容采用了该专利申请所记载的内容。

光导波路光栅在光纤或平面光电路(PLC：Planar Light TwaveCircuit)的长度方向形成了导波构造的周期性扰动。

该光导波路光栅是通过使特定模式间发生结合去损失特定波长带的光的器件。利用这样的特性，可以将它用来作为特定波长带的光的除去及特定模式间结合型的器件。

光导波路光栅根据其模式间结合的关系可分类为反射型和辐射型。

在此，将光导波路光的入射方向作为正方向，与此相反的方向作为负方向。

反射型光导波路光栅通过使芯内正方向传播的模式和芯内负方向传播的模式结合从而得到使特定波长的光反射的特性。

幅射型光导波路光栅通过使芯内传播模式和包层传播模式结合从而得到使特定波长的光向光导波路外辐射并衰减的特性。

但是，光导波路光栅的导波构造的周期性的扰动可以通过使纤芯折射率变化或使纤芯直径变化来形成。

光导波路光栅最普遍的制造方法是利用光折射效果(有时也称为光敏效果)使纤芯折射率变化的方法。

所谓光折射效果就是，当波长为240nm附近的紫外线光照射到例如添加了参杂剂锗的石英玻璃上时，可以观测到上述石英玻璃的折射率上升的现象。

下面，以光纤为例具体地进行说明。

图14是说明现有的光纤光栅制造工序的概略结构图。

图中标号11是光纤，该光纤11由其中心部的纤芯11a和设在该纤芯11a的外围的包层11b构成。

该光纤11例如是波长1.55μm的光以单一模式工作的光纤(单一模式光纤)。

上述纤芯11a由含有参杂剂锗的石英玻璃形成。锗通常是以氧化锗的形式被添加到石英玻璃中。

在该例中，纤芯11a由含5％重量的氧化锗的石英玻璃形成，包层11b实质上由杂质含量可忽略的纯净的石英玻璃形成(以下称纯石英玻璃)。

有时，把以纯石英玻璃或添加了参杂剂的石英玻璃为主要成分的材料称为石英系玻璃。

标号12是相位膜片，该相位膜片12由石英玻璃形成。在其一个面上以一定的周期形成多个格子12a…。

光栅部13可以象下面那样来形成。即，由紫外线激光发生装置(未图示)经相位膜片12对光纤11的侧面照射波长为240nm的紫外线激光束。

使用KrF受激二聚物(excimer)激光等作为上述紫外线激光发生装置。

这样一来，通过上述紫外线激光束的照射，因相位膜片12的格子12a而使+1次衍射光和-1次衍射光衍射并产生干涉条纹。而且，在纤芯11a的产生该干涉条纹的部分折射率变化，结果，纤芯11a和包层11b之间的比折射率差发生变化。

这样，沿光纤11的长度方向上述纤芯11a的折射率形成周期性的变化。从而可以得到形成了纤芯11a和包层11b之间的比折射率差周期变化的光栅部13。

这时，决定辐射型或反射型的特性的是表示纤芯11a的折射率的变化周期(纤芯11a和包层11b之间的比折射率差的周期)的光栅周期。

现在，若假定光纤传播模式的传播常数为β1，结合对象模式的传播常数为β2，则这些结合模式间的传播常数差Δβ可由下式(1)表示。

          Δβ＝β1-β2                          …式(1)

这时，光栅周期Λ由下式(2)给出。

          Λ＝2π/Δβ                           …式(2)

这里，传播常数β1、β2是假定光的入射方向为正值、相反方向为负值。

β1、β2的大概值是用光纤中传播的光的波长除2π得到的值，其数量级为将真空中光的波长用光的折射率除所得到的值。

例如，各标准数值的数量级如下。

光的波长(真空中)     1.55μm

光纤的折射率         约1.5

光纤中的光的波长(管内波长)   约1μm

β1、β2             约2π rad/μm

上述光栅周期Λ为短周期时作为反射型工作，为长周期时作为辐射型工作。

因此，有时也将反射型光纤光栅称为短周期光纤光栅，将辐射型光纤光栅称为长周期光纤光栅。

例如，当光栅周期Λ为0.5μm时，光纤光栅成为反射型。