特許 6388445 マルチコア光ファイバのグレーティング作製方法及びグレーティング作製装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388445

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】マルチコア光ファイバのグレーティング作製方法及びグレーティング作製装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20180903BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/02 416

   G02B6/02 461

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-262549(P2014-262549)

(22)【出願日】2014年12月25日

(65)【公開番号】特開2016-122129(P2016-122129A)

(43)【公開日】2016年7月7日

【審査請求日】2017年9月6日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、独立行政法人情報通信研究機構、「革新的光ファイバの実用化に向けた研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092772

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 清孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119688

【弁理士】

【氏名又は名称】田邉 壽二

(72)【発明者】

【氏名】多賀 秀徳

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 浩司

(72)【発明者】

【氏名】釣谷 剛宏

【審査官】 山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０２５７３２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２００２−３７２６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９４５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３０８００５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２０１７９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／０２、５／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単一のクラッド中に複数のコアを有するマルチコア光ファイバに対して、全てのコアに同一の光学特性を有するグレーティング構造を作製する方法であって、
前記各コアの空間的な位置と、短波長レーザ光に基づく干渉縞の焦点面の位置とを相対的に変化させてグレーティング構造を作製するに際し、
前記各コアの空間的な位置と、前記干渉縞の焦点面の位置との相対的な変化は、
前記焦点面に対して、前記マルチコア光ファイバを上下動することで行う
ことを特徴とするマルチコア光ファイバのグレーティング作製方法。

【請求項2】

前記干渉縞は、短波長レーザ光の光路を二分割させた後の干渉で生じさせる請求項１に記載のマルチコア光ファイバのグレーティング作製方法。

【請求項3】

前記干渉縞は、短波長レーザ光が位相マスクを透過することにより回折した回折光同士の干渉で生じさせる請求項１に記載のマルチコア光ファイバのグレーティング作製方法。

【請求項4】

前記上下動による変化量は、前記マルチコア光ファイバのクラッド直径以下である請求項１に記載のマルチコア光ファイバのグレーティング作製方法。

【請求項5】

単一のクラッド中に複数のコアを有するマルチコア光ファイバを支持する光ファイバ支持手段と、
前記マルチコア光ファイバに対して短波長レーザ光に基づく干渉縞を生じさせる干渉縞生成手段と、
前記干渉縞の焦点面に対して前記マルチコア光ファイバの各コアが合致するように、前記焦点面と前記各コアの位置とを相対的に変化させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、前記支持手段に支持された前記マルチコア光ファイバを上下方向に昇降させる昇降機構を含む
ことを特徴とするマルチコア光ファイバのグレーティング作製装置。

【請求項6】

前記支持手段は、斜面を有する第１三角柱と、前記斜面を移動する第２三角柱とにより前記マルチコア光ファイバが載置されるＶ溝を備えて構成され、前記第２三角柱が前記第１三角柱の斜面に対してスライド移動することで前記マルチコア光ファイバが昇降する移動手段を構成する請求項５に記載のマルチコア光ファイバのグレーティング作製装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバのコア部分の屈折率を短波長レーザ光（紫外レーザ光）照射によって変調することによって作製される光ファイバグレーティングに関し、特にマルチコア光ファイバの各コアに光ファイバグレーティングを作製するためのグレーティング作製方法及びグレーティング作製装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバグレーティングは、光ファイバのコア部内の屈折率に周期的な屈折率変化を作製することで、屈折率変化がグレーティング（回折格子）として働き、グレーティングの周期が作るブラッグ反射条件を満たす波長の光のみを反射する構造となる。
コア部内に周期的な屈折率変化を与えるためには、例えば特許文献１に記載されるように、レーザ光の照射による干渉によって生じる干渉縞に基づく光強度の変調により行われる。

【0003】

一方、通信需要の増大に伴い、単一のクラッド内に複数のコア部分を有するマルチコア光ファイバの利用が研究されている。
また、特許文献２に記載されるように、マルチコア光ファイバをグレーティング化し、温度や歪みの変化を光波長の変化として検出するセンサとして利用することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２４２３２６号公報

【特許文献2】特開２００９−２５８７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

レーザ光の干渉を利用して光ファイバにグレーティングを作製する場合、レーザ光の干渉によって生じる干渉縞は、３次元空間中のある平面（焦点面）上にのみ生成され、焦点面と直交する方向への空間的な広がりは１０ミクロン程度であり、その上下の空間においては干渉縞がぼやけてしまう。
通常のシングルコア光ファイバ１のコア３にグレーティングを作製する場合、コア直径が１０ミクロン程度であれば、図９（ａ）に示すように、干渉縞焦点面をコア３の中心が存在する平面上に合わせれば、コア全体（焦点面と直交する方向の１０ミクロンの範囲）に対してコントラストのシャープな干渉縞が生成されるので、コア内全体にグレーティングの作製を行うことができる。

【0006】

しかしながら、例えば図９（ｂ）に示すようなコア３が複数あるマルチコア光ファイバ２では、全てのコア３にコントラストのシャープな干渉縞を同時に生成することはできないので、全てのコア３にグレーティングを一括して作製することはできない。
マルチコア光ファイバグレーティングについて記載された特許文献２においても、「よく知られた干渉、あるいは位相マスク技法を用いてグレーティングがそれぞれのコアに刻まれる」と記載されるだけで、マルチコア光ファイバの各コアにグレーティングを作製する場合の具体的な手法については言及されていない。

【0007】

本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、マルチコア光ファイバの各コアに対して、周期が同一のグレーティングを容易に作製することができるマルチコア光ファイバのグレーティング作製方法及びグレーティング作製装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため本発明は、単一のクラッド中に複数のコアを有するマルチコア光ファイバに対して、全てのコアに同一の光学特性を有するグレーティング構造を作製する方法であり、短波長レーザ光に基づいてシャープな干渉縞が得られる平面（干渉縞焦点面）の位置が、マルチコア光ファイバ内の全てのコアの中心と一致することができるようにするため、グレーティング作製中のマルチコア光ファイバの空間的な位置を制御するものである。

【0009】

すなわち請求項１のグレーティング作製方法は、単一のクラッド中に複数のコアを有するマルチコア光ファイバに対して、全てのコアに同一の光学特性を有するグレーティング構造を作製する方法であって、前記各コアの空間的な位置と、短波長レーザ光に基づく干渉縞の焦点面の位置とを相対的に変化させてグレーティング構造を作製するに際し、前記各コアの空間的な位置と、前記干渉縞の焦点面の位置との相対的な変化は、前記焦点面に対して、前記マルチコア光ファイバを上下動することで行うことを特徴としている。

【0010】

請求項２は、請求項１のグレーティング作製方法において、前記干渉縞は、短波長レーザ光の光路を二分割させた後の干渉で生じさせることを特徴としている。

【0011】

請求項３は、請求項１のグレーティング作製方法において、前記干渉縞は、短波長レーザ光が位相マスクを透過することにより回折した回折光同士の干渉で生じさせることを特徴としている。

【0018】

請求項４は、請求項１のグレーティング作製方法において、前記上下動による変化量は、前記マルチコア光ファイバのクラッド直径以下であることを特徴としている。

【0019】

請求項５のグレーティング作製装置は、
単一のクラッド中に複数のコアを有するマルチコア光ファイバを支持する光ファイバ支持手段と、
前記マルチコア光ファイバに対して短波長レーザ光に基づく干渉縞を生じさせる干渉縞生成手段と、
前記干渉縞の焦点面に対して前記マルチコア光ファイバの各コアが合致するように、前記焦点面と前記各コアの位置とを相対的に変化させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、前記支持手段に支持された前記マルチコア光ファイバを上下方向に昇降させる昇降機構を含むことを特徴としている。

【0024】

請求項６は、請求項５のグレーティング作製装置において、前記支持手段は、斜面を有する第１三角柱と、前記斜面を移動する第２三角柱とにより前記マルチコア光ファイバが載置されるＶ溝を備えて構成され、前記第２三角柱が前記第１三角柱の斜面に対してスライド移動することで前記マルチコア光ファイバが昇降する移動手段を構成することを特徴としている。

【発明の効果】

【0025】

請求項１のグレーティング作製方法によれば、各コアの空間的な位置と、干渉縞の焦点面の位置とを相対的に変化させることで、焦点面がマルチコア光ファイバ内の全てのコアに順次合致することで、全てのコアへグレーティング構造を順次作製することが可能となる。
グレーティング作製に際しては、干渉縞の焦点面に対してマルチコア光ファイバが上下動し、各コアの位置が交代で焦点面に来るようにすることで、各コアの空間的な位置と干渉縞の焦点面の位置との相対的な変化を得るようにしている。

【0026】

請求項２のグレーティング作製方法によれば、短波長レーザ光の光路を二分割させた後の干渉で干渉縞を得るようにしている。

【0027】

請求項３のグレーティング作製方法によれば、短波長レーザ光が位相マスクを介して回折した回折光同士による干渉で干渉縞を得るようにしている。

【0034】

請求項４のグレーティング作製方法によれば、上下動による変化量をクラッド直径とすることで、マルチコア光ファイバの任意の範囲に焦点面を合致させることができる。

【0035】

請求項５のグレーティング作製装置によれば、移動手段を備えたことにより、各コアの空間的な位置と、干渉縞の焦点面の位置とを相対的に変化させることで、焦点面がマルチコア光ファイバ内の全てのコアに順次合致することができ、全てのコアへグレーティング構造を順次作製することが可能となる。
その際、マルチコア光ファイバを上下方向に昇降させる昇降手段を備えたことで、各コアの空間的な位置と干渉縞の焦点面の位置との相対的な変化をマルチコア光ファイバの回転動作で得ることができる。

【0040】

請求項６のグレーティング作製装置によれば、第２三角柱が第１三角柱の斜面に対してスライド移動することで、Ｖ溝に載置されたマルチコア光ファイバを上下に昇降させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明に係るマルチコア光ファイバのグレーティング作製装置の実施形態の一例を示す構成説明図である。

【図2】（ａ）（ｂ）はマルチコア光ファイバに照射される干渉縞焦点面の位置を示すファイバ断面説明図である。

【図3】（ａ）（ｂ）はマルチコア光ファイバに照射される干渉縞焦点面の位置を示すファイバ断面説明図である。

【図4】本発明に係るマルチコア光ファイバのグレーティング作製装置の実施形態の他の例を示す構成説明図である。

【図5】図４のグレーティング作製装置におけるマルチコア光ファイバのコアと干渉縞焦点面との相対的な位置の変化を説明するためのモデル図である。

【図6】本発明に係るマルチコア光ファイバのグレーティング作製装置の実施形態の他例を示す構成説明図である。

【図7】図６のグレーティング作製装置におけるマルチコア光ファイバのコアと干渉縞焦点面との相対的な位置の変化を説明するためのモデル図である。

【図8】（ａ）（ｂ）はマルチコア光ファイバに照射される干渉縞焦点面の位置を示すファイバ断面説明図である。

【図9】（ａ）はシングルコア光ファイバに照射される場合の干渉縞焦点面の位置を示すファイバ断面説明図、（ｂ）はマルチコア光ファイバに照射される場合の干渉縞焦点面の位置を示すファイバ断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

本発明に係るグレーティング作製装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
グレーティング作製装置は、図１に示すように、マルチコア光ファイバ１０のクラッド１１内に内在するコア１２に対してグレーティング１３を作製する装置であり、マルチコア光ファイバ１０を支持する光ファイバ支持手段と、マルチコア光ファイバ１０のコア１２に照射する干渉縞を生じさせる干渉縞生成手段と、干渉縞に対してマルチコア光ファイバ１０を移動させる移動手段とを備えて構成されている。

【0043】

マルチコア光ファイバ１０は、長尺状の単一のクラッド１１中に、長尺方向に沿った複数のコア１２を有するマルチコア光ファイバで構成されている。マルチコア光ファイバに内在する複数のコア１２は、クラッド１１の屈折率より高い屈折率で作製され、マルチコア光ファイバ１０の中心軸に対して同心円上に配置されている。この例では、中心軸の周囲に６個のコア１２が同心円上にそれぞれ等間隔に配置されている。

【0044】

光ファイバ支持手段は、マルチコア光ファイバ１０の両端部において、マルチコア光ファイバ１０の外周面にそれぞれ当接する片側３個、両側で６個のローラー２０で構成されている。各ローラー２０は、マルチコア光ファイバ１０に対して、上部に１個、下部に２個が等間隔に配置され、同一方向に回転することで、マルチコア光ファイバ１０を回転させる移動手段を兼用している。

【0045】

干渉縞生成手段は、Ｇｅがドープされたマルチコア光ファイバ１０のコア１２に対して短波長レーザ光（紫外レーザ光）に基づく干渉縞を生じさせるもので、照射された短波長レーザ光の干渉から干渉縞（強度が周期的に分布した光）を生成する位相マスク３０から構成されている。位相マスク３０を介してコア１２に波長２２３〜２５３ｎｍの紫外レーザ光が照射されることで、位相マスク３０を透過したレーザ光が回折し、回折した回折光同士により干渉縞が生成され、干渉縞焦点面で短波長レーザ光の強度が周期的に変化する。光誘起屈折率変化による屈折率は、Ｇｅの添加量と紫外レーザの照射量（強度×時間）によって決まるので、コア１２に屈折率が長尺方向に周期的に変化するグレーティング１３を作製することができる。

【0046】

干渉縞が明瞭に表れる平面（干渉縞焦点面）は、直交する方向への空間的な広がりが１０ミクロン程度であり、マルチコア光ファイバ１０に作製された全てのコア１２に一括してグレーティング１３を作製することはできないので、前記したローラー２０（移動手段）によりマルチコア光ファイバ１０を回転させ、各コア１２の空間的な位置と干渉縞焦点面の位置とを相対的に変化するようにしている。

【0047】

例えば、図２に示すように、マルチコア光ファイバ１０の中心軸を含む平面に干渉縞焦点面を位置させ、各ローラー２０の回転動作によりマルチコア光ファイバ１０が中心軸を中心に段階的に回転するようにしている。すなわち、干渉縞焦点面が光ファイバの中心軸を含む平面の位置にあるとき（図２（ａ））、１番目のコア及び４番目のコアに干渉縞が照射されてグレーティングが作製される。この状態からマルチコア光ファイバ１０を６０度回転させて停止させ、３番目のコア及び６番目のコアに干渉縞が照射されてグレーティングを作製し（図２（ｂ））、この状態から更に光ファイバを６０度回転させて停止させ、２番目のコア及び５番目のコアに干渉縞が照射されてグレーティングを作製することで、全てのコア１２にグレーティング１３を作製することができる。グレーティング作製に用いられる位相マスク３０は、同一のものを使用するので、各コア１２に作製されるグレーティング１３の光学特性は同一となる。
位相マスク３０による干渉縞焦点面がマルチコア光ファイバ１０の長尺方向の全長部分に照射されない場合は、短波長レーザ光の照射を行う照射手段及び位相マスク３０をマルチコア光ファイバ２０に対してずらしながら全長にわたって干渉縞を生成させることで、マルチコア光ファイバ１０の全体にグレーティング１３を作製する。

【0048】

上述の例では、マルチコア光ファイバ１０が６０度毎に段階的に回転するようにしたが、連続して回転することで、短波長レーザ光の干渉縞焦点面（干渉縞が明瞭に表れる平面）が、一つのコア１２から次のコア１２へ連続的に遷移させるようにしてもよい。この場合、例えば、干渉縞焦点面が各コア１２を通過する時間内にグレーティング１３が作製されるよう回転速度が制御される。

【0049】

また、マルチコア光ファイバ１０の最大回転角を３６０度とすれば、マルチコア光ファイバ１０に形成される各コア１２の全てに干渉縞焦点面を位置させることができる。

【0050】

また、上述した装置では、マルチコア光ファイバ１０と干渉縞焦点面との位置関係について、干渉縞焦点面がマルチコア光ファイバ１０の中心軸上を通過する平面としたが、図３に示すように、中心軸から離れた平面（中心軸上を通過する平面と平行な平面）上であってもよい。

【0051】

図４は、グレーティング作製装置の実施形態の他の例を示すもので、一対のコ字状クランプ４１，４１間を軸４２で結合し、軸４２を回転可能にすることで、マルチコア光ファイバ１０を支持する支持手段及びマルチコア光ファイバ１０を回転させる移動手段を構成している。一対のコ字状クランプ４１は、マルチコア光ファイバ１０の両端が嵌合する形状に形成され、クランプ４１間を連結する軸４２が回転することで、マルチコア光ファイバ１０が外部の軸に対して回転するようになっている。その結果、図５に示すように、短波長レーザ光の干渉縞焦点面（干渉縞が明瞭に表れる平面）をマルチコア光ファイバ１０の各コア１２に位置させて各コアにグレーティングが作製される。

【0052】

上述した各実施形態の回転手段は、同一方向にのみ回転するのではなく、反対方向にも回転可能にするのが好ましい。すなわち、両端部が支持されたマルチコア光ファイバ１０を回転手段により同一方向にのみ回転させ続けると、光ファイバ自体にねじりが生じ破断する事象が生じる可能性がある。この事象を防止するため、マルチコア光ファイバ１０の回転方向を周期的に反転させるようにする。
例えば、当初は時計回りにマルチコア光ファイバ１０を回転させ、ある定められた角度回転させた後は回転方向を反転して反時計回りとし、初期の位置にまで戻す。これを繰り返し行いながら、グレーティング生成に必要なだけの短波長レーザ光（紫外レーザ光）の照射を行えばよい。
また、反転して初期状態に戻った後、そのまま反時計回りに回転を続け、ある定められた角度まで回転して再び時計回りに反転させるという方法も考えられる。

【0053】

図６は、グレーティング作製装置の実施形態の他の例を示すもので、短波長レーザ光による干渉縞焦点面に対するマルチコア光ファイバ１０の空間的位置を変化させる場合に、マルチコア光ファイバ１０を回転させる回転手段に代えて、マルチコア光ファイバ１０を上下方向に昇降する昇降手段で構成する。
すなわち、マルチコア光ファイバ１０の支持手段及び昇降手段について、マルチコア光ファイバ１０の両端部分がそれぞれ載置される一対のＶ溝治具５０，５０で構成する。Ｖ溝治具５０は、斜面を有する第１三角柱５１と、この斜面上を移動する第２三角柱５２とによりマルチコア光ファイバ１０が支持されるＶ溝となる支持手段を構成している。
また、Ｖ溝治具５０は、図７に示すように、第２三角柱５２が第１三角柱５１の斜面に対してスライド移動することでマルチコア光ファイバ１０が上下方向に昇降する移動手段を構成している。

【0054】

この構成により、移動手段によりマルチコア光ファイバ１０を昇降動作させることにより、図８に示すように、マルチコア光ファイバ１０と位相マスク３０との間の間隔Ｌを広げたり狭めたりすることで、短波長レーザ光による干渉縞焦点面に対して、マルチコア光ファイバ１０の空間的位置を変化させることができ、クラッド１１内における干渉縞焦点面の位置を変化させ、全てのコア１２に干渉縞焦点面を合致させることができる。昇降動作は、連続的に変化させてもよいし、マルチコア光ファイバ１０のコア１２の上下方向のピッチに応じた量を段階的に変化させてもよい。
マルチコア光ファイバ１０の空間的な位置（上下動による位置）の変化量は、最大でクラッド１１の直径分あれば、マルチコア光ファイバ１０に形成される各コア１２の全てに干渉縞焦点面を位置させることができる。

【0055】

上述したグレーティング作製装置の各実施形態では、短波長レーザ光から干渉縞を生成する場合に位相マスク３０を使用したが、短波長レーザ光の光路を二分割させた後の干渉で干渉縞を得るようにしてもよい。

【0056】

上述した各グレーティング作製装置によれば、マルチコア光ファイバ１０における各コア１２へのグレーティング作製処理が可能となる。
光ファイバグレーティングは、商用光伝送路（特に長距離海底ケーブルシステム）において、光増幅器の利得帯域を平坦化する利得等化用素子として採用されており、マルチコア光ファイバにおいてファイバグレーティングを作製可能とすることで、光伝送システム向け要素技術として有用な光ファイバを容易に得ることができる。

【符号の説明】

【0057】

１０…マルチコア光ファイバ、 １１…クラッド、 １２…コア、 １３…グレーティング、 ２０…ローラー（支持手段及び移動手段）、 ３０…位相マスク、 ５０…Ｖ溝治具、 ５１…第１三角柱、 ５２…第２三角柱。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】