JP5082073B2 - Method for adjusting fiber Bragg grating, method for manufacturing optical component having fiber Bragg grating, and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ファイバブラッググレーティングの消去方法、ファイバブラッググレーティングの調整方法、ファイバブラッググレーティングを備えた光部品の製造方法及び同光部品の製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method for erasing a fiber Bragg grating, a method for adjusting a fiber Bragg grating, a method for manufacturing an optical component equipped with a fiber Bragg grating, and a manufacturing apparatus for the optical component.
昨今、ひずみセンサの一種として、ファイバブラッググレーティング(以下、単に「FBG」と呼ぶ。)が形成された光ファイバで構成された光部品が用いられている。 In recent years, an optical component composed of an optical fiber in which a fiber Bragg grating (hereinafter simply referred to as “FBG”) is formed is used as a kind of strain sensor.
FBGとは、光ファイバのコアの一部に屈折率の高い部分と、屈折率の低い部分とを長手方向に一定間隔で交互に配置して回折格子(グレーティング)を形成したものであって、FBGが形成された光ファイバに光を入射させると、回折格子における回折条件に基づく反射光が生じることとなっている。 The FBG is a diffraction grating (grating) formed by alternately arranging a portion having a high refractive index and a portion having a low refractive index at a certain interval in the longitudinal direction in a part of the core of the optical fiber, When light is incident on the optical fiber on which the FBG is formed, reflected light based on the diffraction conditions in the diffraction grating is generated.
ここで、FBGにおける交互に連続する屈折率の高い部分と屈折率の低い部分のピッチをΛ、FBG部分の実効屈折率をneffとした場合では、FBGはλB=2×neff×Λの波長の反射光を生じさせるものであり、このようなFBGが形成された光ファイバからなる光部品をひずみセンサとして用いた場合には、FBG部分に生じたひずみによって屈折率の高い部分と屈折率の低い部分のピッチが変動して反射光の波長が変動し、この波長の変動量からひずみ量を計測している。 Here, when the pitch of the high refractive index portion and the low refractive index portion of the FBG that are alternately continuous is Λ, and the effective refractive index of the FBG portion is n eff , the FBG has λ B = 2 × n eff × Λ. When an optical component composed of an optical fiber having such an FBG is used as a strain sensor, a portion having a high refractive index is refracted by the strain generated in the FBG portion. The wavelength of the reflected light fluctuates due to the change in the pitch of the low rate part, and the amount of distortion is measured from the fluctuation amount of this wavelength.
光ファイバにFBGを形成する場合には、通常、光ファイバに沿ってフェーズマスクを配置して、フェーズマスク越しに光ファイバに対して紫外線レーザ光を照射することにより光ファイバのコアに屈折率を異ならせた領域を所定間隔で形成している。 When an FBG is formed on an optical fiber, a phase mask is usually disposed along the optical fiber, and the optical fiber core is irradiated with ultraviolet laser light through the phase mask to thereby adjust the refractive index of the optical fiber core. Different regions are formed at predetermined intervals.
ここで、光ファイバは、紫外光の照射によってコアの屈折率が変化するいわゆるフォトリフラクティブ効果(光励起屈折率変化)、あるいはフォトセンシティブ効果などを有する光ファイバであり、一般的にはコア部分にゲルマニウム原子がドーピングされた光ファイバが用いられることが多い。 Here, the optical fiber is an optical fiber having a so-called photorefractive effect (photoexcitation refractive index change) in which the refractive index of the core is changed by irradiation with ultraviolet light, or a photosensitive effect, and is generally germanium in the core portion. Optical fibers doped with atoms are often used.
また、フェーズマスクは、光ファイバに対向させた面に、FBGに形成する屈折率の高い部分と屈折率の低い部分のピッチΛの2倍のピッチで光ファイバの長手方向に複数のスリットを設けたフィルタである。 Also, the phase mask is provided with a plurality of slits in the longitudinal direction of the optical fiber on the surface facing the optical fiber at a pitch twice the pitch Λ of the high refractive index portion and the low refractive index portion formed on the FBG. It is a filter.
フェーズマスクでは、紫外線レーザ光が入射されると、この紫外線レーザ光を回折させて光ファイバに照射し、光ファイバにピッチをΛとする干渉縞を生じさせてFBGを形成している(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、光ファイバに形成したFBGは、製造バラツキによって所望の特性からのズレが大きくなりやすく、たとえばひずみセンサとして用いる場合に、十分な検出精度が得られないおそれがあった。 However, the FBG formed on the optical fiber is likely to have a large deviation from the desired characteristics due to manufacturing variations. For example, when used as a strain sensor, sufficient detection accuracy may not be obtained.
本発明者らはこのような現状に鑑み、製造精度の高いFBGを備えた光部品を提供すべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。 In view of such a current situation, the present inventors have conducted research and development to provide an optical component having an FBG with high manufacturing accuracy, and have achieved the present invention.
また、本発明のFBGの調整方法では、紫外光の照射によってコアの屈折率を調整可能な光ファイバに、紫外線レーザ光の干渉光を照射して形成したファイバブラッググレーティングの調整方法であって、ファイバブラッググレーティングが形成された光ファイバを収容した容器内を窒素置換する窒素置換ステップと、窒素置換ステップにおいて窒素置換された容器内で、ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射してファイバブラッググレーティングを消去するステップと、消去するステップにおいてファイバブラッググレーティングが消去された光ファイバに、波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射してファイバブラッググレーティングを再形成するステップと、光ファイバに検査光を入射してファイバブラッググレーティングにより反射される光の波長を計測しながら、ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射してファイバブラッググレーティングを調整するステップと、を含み、消去するステップと再形成するステップと調整するステップとにより、ファイバブラッググレーティングの屈折率を調整することとした。 The FBG adjustment method of the present invention is a method for adjusting a fiber Bragg grating formed by irradiating an optical fiber capable of adjusting the refractive index of a core by irradiation of ultraviolet light with interference light of ultraviolet laser light, A nitrogen substitution step of replacing the inside of the container containing the optical fiber on which the fiber Bragg grating is formed with nitrogen , and the fiber Bragg grating is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm in the container purged with nitrogen in the nitrogen substitution step. The step of erasing the grating, the step of irradiating the optical fiber from which the fiber Bragg grating has been erased in the erasing step with the interference light of the ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm to re-form the fiber Bragg grating, and the inspection of the optical fiber Incident light Adjusting the fiber Bragg grating by irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm while measuring the wavelength of the light reflected by the Bragg grating, and adjusting the erase and re-forming steps According to the steps, the refractive index of the fiber Bragg grating was adjusted .
さらに、容器内は調整するステップにおいて大気圧以下に減圧し、減圧状態で紫外光を照射することにも特徴を有し、そのうえ、光ファイバはコアにゲルマニウム原子をドーピングした光ファイバであって、波長248nmの紫外線レーザ光を照射してFBGを形成しており、調整するステップでは、FBG部分に波長146nmの紫外光を照射することにも特徴を有するものである。 Further, in the container is reduced to below atmospheric pressure in the adjustment Sources step, characterized in that ultraviolet light in a vacuum state, moreover, the optical fiber is an optical fiber doped with germanium atoms in the core It forms a FBG is irradiated with ultraviolet laser light having a wavelength of 248 nm, the adjustment Sources steps, and it has the characteristics to be irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 146nm to FBG portion.
また、本発明のFBGを備えた光部品の製造方法では、紫外光の照射によってコアの屈折率を調整可能な光ファイバに、紫外線レーザ光の干渉光を照射して形成したファイバブラッググレーティングを備えた光部品の製造方法であって、ファイバブラッググレーティングが形成された光部品を収容した容器内を窒素置換する窒素置換ステップと、窒素置換ステップにおいて窒素置換された容器内で、ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射してファイバブラッググレーティングを消去するステップと、消去するステップにおいてファイバブラッググレーティングが消去された光部品に、波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射してファイバブラッググレーティングを再形成するステップと、光ファイバに検査光を入射してファイバブラッググレーティングにより反射される光の波長を計測しながら、ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射してファイバブラッググレーティングを調整するステップと、を含み、消去するステップと再形成するステップと調整するステップとにより、ファイバブラッググレーティングの屈折率を調整することとした。 In the method of manufacturing an optical component including the FBG according to the present invention, a fiber Bragg grating formed by irradiating interference light of ultraviolet laser light is provided on an optical fiber capable of adjusting the refractive index of the core by irradiation of ultraviolet light. A method of manufacturing an optical component comprising: a nitrogen replacement step in which a container containing an optical component on which a fiber Bragg grating is formed is replaced with nitrogen; and a wavelength in the fiber Bragg grating in a container in which nitrogen replacement is performed in the nitrogen replacement step. Irradiating 146 nm ultraviolet light to erase the fiber Bragg grating, and irradiating the optical component from which the fiber Bragg grating was erased in the erasing step with interference light of an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm Reshaping and testing the optical fiber Adjusting the fiber Bragg grating by irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm while measuring the wavelength of the light that is incident and reflected by the fiber Bragg grating. The refractive index of the fiber Bragg grating was adjusted by the forming step and the adjusting step .
また、本発明のFBGを備えた光部品の製造装置では、紫外光の照射によってコアの屈折率を調整可能な光ファイバに、紫外線レーザ光の干渉光を照射して形成したファイバブラッググレーティングを備えた光部品を収容する容器と、この容器内に窒素を導入する窒素ボンベと、容器内に収容された光部品に形成されたファイバブラッググレーティングに、波長146nmの紫外光を照射する第1光源と、光部品に波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射する第2光源と、を備え、第1の光源からの紫外光の照射によってファイバブラッググレーティングを消去した後、第2の光源からの紫外光レーザ光の干渉光の照射により光部品にファイバブラッググレーティングを再形成し、その後、再形成されたファイバブラッググレーティングの屈折率を第1の光源からの紫外光の照射によって調整することとした。 Further, the optical component manufacturing apparatus including the FBG of the present invention includes a fiber Bragg grating formed by irradiating the interference light of the ultraviolet laser light on the optical fiber capable of adjusting the refractive index of the core by the irradiation of the ultraviolet light. a container for accommodating the optical components were, a nitrogen cylinder for introducing nitrogen into the container, the fiber Bragg grating formed in the accommodating light component in the container, the first light source that shines ultraviolet light having a wavelength of 146nm irradiation If, comprising a second light source to the optical component that the interference light of ultraviolet laser light having a wavelength of 248nm irradiation shine, and after clearing the fiber Bragg grating by irradiation of ultraviolet light from the first light source, second light source The fiber Bragg grating is re-formed on the optical component by irradiating the interference light of the ultraviolet laser light from, and then the re-formed fiber Bragg grating The refractive index of the grayed was be adjusted by the irradiation of ultraviolet light from the first light source.
本発明では、光ファイバで構成した光部品において、光ファイバの所定位置に形成したFBGに紫外光を照射してFBG部分の屈折率を調整しているものであり、FBGにおける屈折率をFBGの形成後に調整することにより、特性バラツキの抑制されたFBGを備えた光部品を製造することができる。 In the present invention, in an optical component composed of an optical fiber, the FBG formed at a predetermined position of the optical fiber is irradiated with ultraviolet light to adjust the refractive index of the FBG portion. By adjusting after the formation, it is possible to manufacture an optical component including the FBG with suppressed characteristic variation.
特に、FBG部分に照射する紫外光の照射量を調整することによって、FBG部分の屈折率を均一化させてFBGを消去することもでき、FBGの消去後に、FBGを再度形成することもできる。 In particular, the FBG can be erased by making the refractive index of the FBG uniform by adjusting the irradiation amount of ultraviolet light applied to the FBG, and the FBG can be formed again after the FBG is erased.
また、FBG部分の屈折率を調整すべく紫外光を照射する際に、FBGを備えた光ファイバを収容した容器内を大気圧以下に減圧し、減圧状態で紫外光を照射することにより、温度変化時のFBGの透過減衰率の変動を抑制でき、温度変化に耐性のあるFBGを製造可能とすることができる。 Moreover, when irradiating ultraviolet light to adjust the refractive index of the FBG portion, the inside of the container containing the optical fiber equipped with the FBG is depressurized to atmospheric pressure or lower, and irradiated with ultraviolet light in a reduced pressure state, The fluctuation of the transmission attenuation factor of the FBG at the time of change can be suppressed, and an FBG that is resistant to temperature changes can be manufactured.
本発明では、ファイバブラッググレーティング(以下、単に「FBG」と呼ぶ。)が形成された光ファイバに紫外光を照射した際に、FBGにおける屈折率の高い部分と屈折率の低い部分では、屈折率の低い部分の方が屈折率の高い部分よりも屈折率の変動率が大きいことを利用して、屈折率の低い部分の屈折率を屈折率の高い部分の屈折率よりも大きく変化させてFBG部分の実効屈折率を調整しているものである。 In the present invention, when an optical fiber on which a fiber Bragg grating (hereinafter simply referred to as “FBG”) is irradiated with ultraviolet light, the refractive index of the portion having a high refractive index and a portion having a low refractive index in the FBG. By utilizing the fact that the refractive index fluctuation rate is larger in the low refractive index portion than in the high refractive index portion, the refractive index of the low refractive index portion is changed to be larger than the refractive index of the high refractive index portion. The effective refractive index of the portion is adjusted.
このように、FBGが形成された光ファイバで構成された光部品は、紫外光の照射によってFBGにおける特性を調整することができ、製造バラツキが抑制された光部品を提供可能とすることができる。 As described above, the optical component composed of the optical fiber in which the FBG is formed can adjust the characteristics of the FBG by irradiation with ultraviolet light, and can provide an optical component in which manufacturing variation is suppressed. .
特に、光ファイバがコアにゲルマニウム原子がドーピングされた光ファイバであって、フェーズマスク越しに波長248nmの紫外線レーザ光を光ファイバに照射してFBGを形成した場合には、FBG部分に例えば波長146nmの紫外光を照射することにより高精度で屈折率を調整でき、照射時間を調整することによりFBG部分の屈折率を均一化させてFBGを消去することもできる。 In particular, when the optical fiber is an optical fiber having a core doped with germanium atoms and an FBG is formed by irradiating the optical fiber with an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm through a phase mask, the FBG portion has a wavelength of, for example, 146 nm. The refractive index can be adjusted with high accuracy by irradiating the ultraviolet light, and the FBG can be erased by adjusting the irradiation time to make the refractive index of the FBG portion uniform.
光ファイバのFBG部分に紫外光を照射してFBG部分の屈折率を調整する際には、FBG部分は窒素置換された容器内に収容して紫外光を照射することにより、FBG部分の屈折率を安定的に調整できる。 When adjusting the refractive index of the FBG portion by irradiating the FBG portion of the optical fiber with the ultraviolet light, the FBG portion is housed in a nitrogen-substituted container and irradiated with the ultraviolet light, so that the refractive index of the FBG portion is increased. Can be adjusted stably.
しかも、容器内は、大気圧以下に減圧し、減圧状態で紫外光を照射することにより、温度変化時の減衰率の変動を抑制でき、温度変化に耐性のあるFBGを形成できる。 Moreover, the inside of the container is depressurized to an atmospheric pressure or lower and irradiated with ultraviolet light in a depressurized state, whereby fluctuations in the attenuation rate at the time of temperature change can be suppressed, and an FBG that is resistant to temperature change can be formed.
以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図1は、本実施形態のFBGを備えた光部品の製造装置の概略模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of an optical component manufacturing apparatus including the FBG according to the present embodiment.
光部品の製造装置では、FBGを備えた光部品Aを収容する容器11と、容器11内の光部品Aに検査光を入射してFBGにより反射される光の波長を計測する計測器13と、FBG部分に紫外光を照射する光源14とを備えている。図1中、15は容器11内を窒素置換するために容器11内に導入する窒素を貯蔵した窒素ボンベ、16は容器11に収容された光部品Aに検査光を入射させるための検査光用光源である。
In the optical component manufacturing apparatus, a
光部品Aは、コアにゲルマニウム原子がドーピングされた光ファイバであって、所定位置にフェーズマスク越しに波長248nmの紫外線レーザ光を照射してFBGを形成している。 The optical component A is an optical fiber having a core doped with germanium atoms, and an FBG is formed by irradiating a predetermined position with an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm through a phase mask.
容器11は、本実施形態では、光部品Aが収容される筒状の収容部11aと、この収容部11aに収容された光部品Aに照射する紫外光の照射光路に沿った筒状の光路部11bとで構成している。容器11はステンレス製としている。
In this embodiment, the
収容部11aの両端は、それぞれ光ファイバが接続されるコネクタCを備えた閉塞板11a-1で閉塞しており、この閉塞板11a-1は収容部11aに着脱自在としている。光部品Aは、コネクタCを介して閉塞板11a-1間に架設され、光部品Aの閉塞板11a-1間への架設後に閉塞板11a-1を収容部11aに装着して、光部品Aを収容部11a内に収容可能としている。
Both ends of the
光部品Aを閉塞板11a-1間に架設する場合には、光部品AのFBG部分を紫外光の照射光路上に位置させて架設している。
When the optical component A is installed between the
なお、収容部11aは、収容した光部品Aを窒素雰囲気下に維持できれば上記の形態に限定するものではなく、適宜の形態で光部品Aを収容部11a内に配置してもよい。
The
一方の閉塞板11a-1には接続用の光ファイバf1を介して査光用光源16と接続し、他方の閉塞板11a-1には接続用の光ファイバf2を介して計測器13と接続している。なお、収容部11a内の光部品Aからそれぞれ光ファイバの両端を引き出して、査光用光源16及び計測器13にそれぞれ直接接続してもよい。
One
査光用光源16は、本実施形態ではASE(Amplified Spontaneous Emission)光源を用いて所定の光を光部品Aに入射している。
In this embodiment, the
計測器13は、本実施形態では光スペクトラムアナライザを用い、光部品AにおけるFBGでの反射によって反射光部分の強度の低下を計測器13で検出することにより、反射光の波長を計測している。
The
収容部11aから突出させた光路部11bの端部は、容器11内の雰囲気を調整するために設けている雰囲気調整管17を介して光源14に接続している。
The end portion of the
光源14は、本実施形態では、波長146nmの紫外光を照射可能なクリプトンエキシマランプを用いており、容器11の光部品AのFBG部分に波長146nmの紫外光を照射可能としている。
In this embodiment, the
雰囲気調整管17は、上端側に第1連結管17aを設けるとともに、下端側に第2連結管17bを設け、第2連結管17bに窒素ボンベ15に接続して、この窒素ボンベ15によって容器11内に窒素を導入して容器11内を窒素雰囲気としている。第1連結管17aからは、窒素ボンベ15による容器11内への窒素導入にともなって自然に窒素を放出しているが、適宜の吸気ポンプを設けて容器11内の窒素置換を円滑に行えるようにしてもよいし、さらには、容器11内を減圧状態としてもよく、可能であれば後述するように大気圧以下に減圧することが望ましい。なお、図示していないが、第2連結管17bには適宜の流量調整弁を設け、窒素の供給量を調整している。
The
このように構成した光部品の製造装置では、次のようにして光部品AにおけるFBGの調整を行っている。 In the optical component manufacturing apparatus configured as described above, the FBG of the optical component A is adjusted as follows.
まず、FBGが形成されている光部品Aを閉塞板11a-1間に架設して、閉塞板11a-1を収容部11aに装着し、光部品Aを容器11に収容している。
First, the optical component A on which the FBG is formed is installed between the closing
次いで、接続用の光ファイバf1,f2を用いて査光用光源16及び計測器13を光部品Aに接続するとともに、窒素ボンベ15から容器11内に窒素を送給して容器11内を窒素置換している。
Next, the light source for
容器11内が窒素置換されたところで、査光用光源16から光部品Aに検査光を入射して、計測器13で光部品AのFBGによる反射光の波長を計測しながら、光源14から波長146nmの紫外光の照射を開始する。
When the inside of the
光部品AのFBGでは、紫外光の照射にともなってFBG部分の実効屈折率が、たとえば紫外光の照射前の実効屈折率n1から照射後の実効屈折率n2(>n1)に変化することにより、FBGでの反射波の波長が、紫外光の照射前のλ1=2×n1×Λから、紫外光の照射前のλ2=2×n2×Λとなって、図2に示すように、計測器13で計測される等価損失のボトムとなる波長がシフトすることとなる。
In the FBG of the optical component A, the effective refractive index of the FBG portion changes, for example, from the effective refractive index n 1 before irradiation with ultraviolet light to the effective refractive index n 2 (> n 1 ) after irradiation with irradiation with ultraviolet light. As a result, the wavelength of the reflected wave at the FBG is changed from λ 1 = 2 × n 1 × Λ before irradiation with ultraviolet light to λ 2 = 2 × n 2 × Λ before irradiation with ultraviolet light. As shown in FIG. 2, the bottom wavelength of the equivalent loss measured by the measuring
図3は、波長146nmの紫外光の照射時間と、FBGによる反射波の中心波長との関係を示したグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the irradiation time of ultraviolet light having a wavelength of 146 nm and the center wavelength of the reflected wave by the FBG.
図4は、光源としてキセノンエキシマランプを用いて波長172nmの紫外光の照射を行った場合の照射時間と、FBGによる反射波の中心波長との関係を示したグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the irradiation time and the center wavelength of the reflected wave by the FBG when irradiation with ultraviolet light having a wavelength of 172 nm is performed using a xenon excimer lamp as a light source.
図3及び図4に示すように、紫外光の照射によってFBGによる反射波の波長を調整することができ、特に、照射時間によって調整可能であることがわかる。光部品の製造装置では、計測器13での検出値があらかじめ設定した値となったところで紫外光の照射を停止してFBGの調整を終了し、光部品Aを容器11から取り出している。
As shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the wavelength of the reflected wave by the FBG can be adjusted by irradiation with ultraviolet light, and in particular, it can be adjusted by the irradiation time. In the optical component manufacturing apparatus, when the value detected by the measuring
図3及び図4に示すように、各反射波のシフト量は、波長172nmの場合が約1.6pm/minであり、波長146nmの場合が約0.8pm/minであって、波長172nmの方が効率よく反射波の波長をシフトさせることができるように見えるが、波長172nmの紫外光の照射するキセノンエキシマランプは15mW/cm2であるのに対し、波長146nmの紫外光の照射するクリプトンエキシマランプは1.8mW/cm2であるので、1.0mW/cm2の光強度での1分当たりのシフト量は、波長172nmの場合が約0.1pm/minであり、波長146nmの場合が約0.4pm/minとなり、波長146nmの紫外光を用いた方が高効率であることがわかる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the shift amount of each reflected wave is about 1.6 pm / min when the wavelength is 172 nm, and is about 0.8 pm / min when the wavelength is 146 nm. Although it seems that the wavelength of the reflected wave can be shifted more efficiently, the xenon excimer lamp irradiated with ultraviolet light with a wavelength of 172 nm is 15 mW / cm 2 , whereas krypton irradiated with ultraviolet light with a wavelength of 146 nm is used. because excimer lamp is a 1.8 mW / cm 2, amount of shift per minute at a light intensity of 1.0 mW / cm 2 in the case of wavelength 172nm is about 0.1 pm / min, when the wavelength 146nm Is about 0.4 pm / min, and it can be seen that it is more efficient to use ultraviolet light having a wavelength of 146 nm.
さらに、図5に示す波長146nmの紫外光の照射終了後におけるFBGによる反射波の波長の時間変動を示したグラフ、及び図6に示す波長172nmの紫外光の照射終了後におけるFBGによる反射波の波長の時間変動を示したグラフのように、波長172nmを用いた場合には、紫外光の照射終了後に大きな変動が生じるのに対して、波長146nmを用いた場合には、紫外光の照射終了後に大きな変動が生じることがなく、FBGを確実に調整可能であることがわかる。 Furthermore, the graph which showed the time fluctuation of the wavelength of the reflected wave by FBG after completion | finish of irradiation of the ultraviolet light of wavelength 146nm shown in FIG. 5, and the reflection wave of FBG after completion | finish of irradiation of the ultraviolet light of wavelength 172nm shown in FIG. As shown in the graph showing the time variation of the wavelength, when the wavelength of 172 nm is used, a large variation occurs after the irradiation of the ultraviolet light, whereas when the wavelength of 146 nm is used, the irradiation of the ultraviolet light is completed. It can be seen that the FBG can be adjusted reliably without a large fluctuation occurring later.
このように、FBGが形成された光ファイバでは、紫外光を照射することによってFBGにおける反射波の波長を調整することができ、特に、光ファイバのコアに屈折率の高い部分と屈折率の低い部分とを所定ピッチΛで交互に連続させて形成したFBGでは、紫外光の照射にともなって、屈折率の低い部分では屈折率の高い部分よりも屈折率が大きく変動するため、紫外光を長時間照射することによって、屈折率の差を小さくすることができ、FBGを消去することができる。 As described above, in the optical fiber in which the FBG is formed, the wavelength of the reflected wave in the FBG can be adjusted by irradiating the ultraviolet light, and in particular, a portion having a high refractive index and a low refractive index in the core of the optical fiber. In the FBG formed by alternately and continuously with a portion having a predetermined pitch Λ, the refractive index of the portion having a low refractive index fluctuates more greatly than the portion having a high refractive index due to irradiation with ultraviolet light. By irradiating with time, the difference in refractive index can be reduced and the FBG can be erased.
したがって、たとえば、図7に示すように、光ファイバで構成される光部品A'を収容した収容部11a'では、収容部11a'内の光部品A'にFBGの調整用の紫外光を照射するための照射光路に沿った第1光路部11b'を設けるとともに、収容部11a'内の光部品A'にFBGを形成するための紫外線レーザ光を照射するための照射光路に沿った第2光路部11c'を設けて、所定の紫外光を収容部11a'内の光部品A'のFBG部分に照射してFBGを一旦消去した後、第2光路部11c'から光部品A'にフェーズマスクD越しに波長248nmの紫外線レーザ光を照射してFBGを再形成してもよい。さらに、再形成されたFBGに紫外光を照射して、反射波の波長調整を行ってもよい。
Therefore, for example, as shown in FIG. 7, in the
なお、FBGの形成時に、フェーズマスクDは光部品A'を構成する光ファイバにできるだけ近接させて配置することが望ましいが、フェーズマスクDを光ファイバに常に近接させて配置していた場合には、FBGの調整用に照射した紫外光がフェーズマスクDに反射して光ファイバのコアの屈折率にムラが生じるおそれがある。 When forming the FBG, the phase mask D is preferably arranged as close as possible to the optical fiber constituting the optical component A ′. However, if the phase mask D is always arranged close to the optical fiber, , The ultraviolet light irradiated for adjusting the FBG may be reflected by the phase mask D to cause unevenness in the refractive index of the core of the optical fiber.
そこで、FBGの調整用の紫外光を照射する場合には、フェーズマスクDを光ファイバから離隔させておくことが望ましく、図7に示すように、FBGの調整に用いる紫外光の照射方向L1と、FBGの形成に用いる紫外線レーザ光の照射方向L2とを交差状態に配置することにより、フェーズマスクDを、FBGの調整に用いる紫外光の照射方向L1における光ファイバの後方側に平行移動させて待避させることにより、フェーズマスクDでの反射波が光ファイバに当たることを防止でき、光ファイバのコアの屈折率にムラが生じることを防止できる。 Therefore, when irradiating ultraviolet light for adjusting the FBG, it is desirable to keep the phase mask D away from the optical fiber. As shown in FIG. 7, the irradiation direction L1 of the ultraviolet light used for adjusting the FBG is The phase mask D is moved in parallel to the rear side of the optical fiber in the irradiation direction L1 of the ultraviolet light used for adjusting the FBG by arranging the irradiation direction L2 of the ultraviolet laser beam used for forming the FBG in an intersecting state. By retracting, it is possible to prevent the reflected wave from the phase mask D from hitting the optical fiber, and to prevent the refractive index of the core of the optical fiber from becoming uneven.
そして、FBGを形成する場合には、フェーズマスクD越しに紫外線レーザ光を照射できるようにフェーズマスクDを移動させてFBGを形成することができる。この場合、フェーズマスクDの待避前と、フェーズマスクDの復帰後とで光ファイバに対するフェーズマスクDの距離に変動がなく、フェーズマスクDを適正位置に配置できる。 When forming the FBG, the FBG can be formed by moving the phase mask D so that the ultraviolet laser light can be irradiated through the phase mask D. In this case, there is no change in the distance of the phase mask D from the optical fiber before the phase mask D is saved and after the phase mask D is restored, and the phase mask D can be arranged at an appropriate position.
なお、FBGの形成は、フェーズマスクDを用いて行う場合に限定するものではなく、例えば二光束干渉法で行ってもよい。 The formation of the FBG is not limited to the case where it is performed using the phase mask D, and may be performed, for example, by a two-beam interference method.
上述した実施形態では、容器11内を窒素置換しているだけであるが、容器11内を窒素置換した後に容器11内を大気圧以下に減圧しながら調整用の紫外光を照射することにより、温度変化時におけるFBGの透過減衰率の変動が小さいFBGを形成できる。
In the embodiment described above, the inside of the
すなわち、図8に示すように、波長248nmの紫外線レーザ光を光ファイバに照射してFBGを形成した場合には、温度が高くなるにつれてFBGの反射波長が長波長側へシフトするだけでなく、FBGの透過減衰量が減少することとなっている。 That is, as shown in FIG. 8, when an FBG is formed by irradiating an optical fiber with an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm, not only does the reflected wavelength of the FBG shift to the longer wavelength side as the temperature increases, The transmission attenuation amount of the FBG is to be reduced.
これに対して、波長248nmの紫外線レーザ光を光ファイバに照射してFBGを形成した後、この光ファイバに大気圧以下の窒素雰囲気下でキセノンエキシマランプを用いて波長172nmの紫外光の照射を行った場合には、図9に示すように、温度が高くなるにつれてFBGの反射波長は長波長側へシフトするが、FBGの透過減衰量の減少を抑制することができた。 In contrast, after irradiating an optical fiber with an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm to form an FBG, the optical fiber is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 172 nm using a xenon excimer lamp in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure or lower. When performed, as shown in FIG. 9, the reflection wavelength of the FBG shifts to the longer wavelength side as the temperature increases, but the decrease in the transmission attenuation amount of the FBG could be suppressed.
図10は、温度に対する透過減衰量の変化を減圧状態での紫外光照射の有無で比較したものであり、減圧状態で紫外光を照射した場合には、130℃まで透過減衰量の現象が見られず、温度変化に耐性を有していることが確認された。したがって、紫外線レーザ光の照射のみで作製したFBGに、減圧状態で紫外光を照射することにより過酷な温度環境で使用できるFBGを形成することができる。 FIG. 10 shows a comparison of the change in transmission attenuation with respect to temperature according to the presence or absence of ultraviolet light irradiation in a reduced pressure state. When ultraviolet light is irradiated in a reduced pressure state, the phenomenon of transmission attenuation is observed up to 130 ° C. It was confirmed that it was resistant to temperature changes. Therefore, an FBG that can be used in a harsh temperature environment can be formed by irradiating the FBG produced only by the irradiation of the ultraviolet laser light with the ultraviolet light in a reduced pressure state.
なお、減圧状態は大気圧以下の状態であればよく、可能であればできるだけ減圧することが望ましく、好適には100Pa以下が望ましい。光ファイバを収容した容器内を減圧することによって、照射した紫外光のロスを少なくすることができるとともに、紫外光の照射にともなう発熱が発生すること抑制でき、品質の安定化を図ることができる。 The decompressed state may be a state below atmospheric pressure, and it is desirable to reduce the pressure as much as possible, preferably 100 Pa or less. By reducing the pressure inside the container containing the optical fiber, the loss of the irradiated ultraviolet light can be reduced, and the generation of heat due to the irradiation of the ultraviolet light can be suppressed, and the quality can be stabilized. .
紫外光の照射時間は、照射する紫外光の強度との兼ね合いで決定されるものであり、少なくとも、紫外光の照射によるFBGの反射波長の長波長側へのシフトが生じる程度以上であって、長ければ長いほどよい。したがって、FBGを形成する際には、紫外光の照射によってFBGの屈折率を調整することを考慮してFBGを形成することが望ましく、紫外光の照射によりFBGの屈折率を調整することにより、合わせてFBGの温度変化に対する耐性の向上を図ることができる。 The irradiation time of the ultraviolet light is determined in consideration of the intensity of the ultraviolet light to be irradiated, and is at least more than the extent that the reflected wavelength of the FBG is shifted to the long wavelength side due to the irradiation of the ultraviolet light, The longer it is, the better. Therefore, when forming the FBG, it is desirable to form the FBG in consideration of adjusting the refractive index of the FBG by irradiation with ultraviolet light, and by adjusting the refractive index of the FBG by irradiation with ultraviolet light, In addition, it is possible to improve the resistance against the temperature change of the FBG.
なお、FBGの温度変化に対する耐性の向上を目的として照射する紫外光と、FBGの屈折率の調整を目的として照射する紫外光とは同一である必要はなく、たとえば、BGの温度変化に対する耐性の向上を目的とした紫外光の照射処理を行った後に、FBGの屈折率の調整を目的とする紫外光の照射処理を行ってもよい。 Note that the ultraviolet light irradiated for the purpose of improving the resistance of the FBG to the temperature change and the ultraviolet light irradiated for the purpose of adjusting the refractive index of the FBG need not be the same. After performing an ultraviolet light irradiation process for the purpose of improvement, an ultraviolet light irradiation process for adjusting the refractive index of the FBG may be performed.
A 光部品
C コネクタ
11 容器
11a 収容部
11a-1 閉塞板
11b 光路部
13 計測器
14 光源
15 窒素ボンベ
16 検査光用光源
17 雰囲気調整管
17a 第1連結管
17b 第2連結管
A Optical component C Connector
11 containers
11a containment
11a-1 Blocking plate
11b Optical path
13 Measuring instrument
14 Light source
15 Nitrogen cylinder
16 Light source for inspection light
17 Atmosphere control tube
17a First connecting pipe
17b Second connecting pipe
Claims (4)
前記ファイバブラッググレーティングが形成された前記光ファイバを収容した容器内を窒素置換する窒素置換ステップと、
前記窒素置換ステップにおいて窒素置換された容器内で、前記ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射して前記ファイバブラッググレーティングを消去するステップと、
前記消去するステップにおいて前記ファイバブラッググレーティングが消去された光ファイバに、波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射してファイバブラッググレーティングを再形成するステップと、
前記光ファイバに検査光を入射して前記ファイバブラッググレーティングにより反射される光の波長を計測しながら、前記ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射して前記ファイバブラッググレーティングを調整するステップと、
を含み、前記消去するステップと前記再形成するステップと前記調整するステップとにより、前記ファイバブラッググレーティングの屈折率を調整することを特徴とするファイバブラッググレーティングの調整方法。 An adjustment method of a fiber Bragg grating formed by irradiating an optical fiber capable of adjusting the refractive index of a core by irradiation of ultraviolet light and irradiating interference light of ultraviolet laser light,
A nitrogen substitution step of substituting nitrogen in a container containing the optical fiber in which the fiber Bragg grating is formed;
Irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm in the container purged with nitrogen in the nitrogen substitution step, and erasing the fiber Bragg grating;
Irradiating the optical fiber from which the fiber Bragg grating is erased in the erasing step with interference light of an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm to re-form the fiber Bragg grating;
Adjusting the fiber Bragg grating by irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm while measuring the wavelength of light reflected by the fiber Bragg grating by injecting inspection light into the optical fiber;
And adjusting the refractive index of the fiber Bragg grating by the erasing step, the re-forming step, and the adjusting step.
前記ファイバブラッググレーティングが形成された前記光部品を収容した容器内を窒素置換する窒素置換ステップと、
前記窒素置換ステップにおいて窒素置換された容器内で、前記ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射して前記ファイバブラッググレーティングを消去するステップと、
前記消去するステップにおいて前記ファイバブラッググレーティングが消去された光部品に、波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射してファイバブラッググレーティングを再形成するステップと、
前記光ファイバに検査光を入射して前記ファイバブラッググレーティングにより反射される光の波長を計測しながら、前記ファイバブラッググレーティングに波長146nmの紫外光を照射して前記ファイバブラッググレーティングを調整するステップと、
を含み、前記消去するステップと前記再形成するステップと前記調整するステップとにより、前記ファイバブラッググレーティングの屈折率を調整することを特徴とする光部品の製造方法。 A method of manufacturing an optical component comprising a fiber Bragg grating formed by irradiating interference light of ultraviolet laser light to an optical fiber capable of adjusting the refractive index of the core by irradiation of ultraviolet light,
A nitrogen substitution step of substituting nitrogen in a container containing the optical component in which the fiber Bragg grating is formed;
Irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm in the container purged with nitrogen in the nitrogen substitution step, and erasing the fiber Bragg grating;
Irradiating the optical component from which the fiber Bragg grating has been erased in the erasing step with interference light of an ultraviolet laser beam having a wavelength of 248 nm to re-form the fiber Bragg grating;
Adjusting the fiber Bragg grating by irradiating the fiber Bragg grating with ultraviolet light having a wavelength of 146 nm while measuring the wavelength of light reflected by the fiber Bragg grating by injecting inspection light into the optical fiber;
And adjusting the refractive index of the fiber Bragg grating by the erasing step, the re-forming step, and the adjusting step.
前記容器内に窒素を導入する窒素ボンベと、
前記容器内に収容された光部品に形成されたファイバブラッググレーティングに、波長146nmの紫外光を照射する第1光源と、
前記光部品に波長248nmの紫外光レーザ光の干渉光を照射する第2光源と、
を備え、
前記第1の光源からの紫外光の照射によって前記ファイバブラッググレーティングを消去した後、前記第2の光源からの紫外光レーザ光の干渉光の照射により前記光部品にファイバブラッググレーティングを再形成し、その後、再形成された前記ファイバブラッググレーティングの屈折率を前記第1の光源からの紫外光の照射によって調整することを特徴とする光部品の製造装置。 A container that contains an optical component including a fiber Bragg grating formed by irradiating interference light of ultraviolet laser light on an optical fiber capable of adjusting the refractive index of the core by irradiation of ultraviolet light;
A nitrogen cylinder for introducing nitrogen into the container;
A fiber Bragg grating formed in the housing optical components within said container, a first light source that shines ultraviolet light having a wavelength of 146nm irradiation,
A second light source that shines the interference light of ultraviolet laser light having a wavelength of 248nm light of the prior climate component,
With
After erasing the fiber Bragg grating by irradiation with ultraviolet light from the first light source, re-forming a fiber Bragg grating on the optical component by irradiating interference light of ultraviolet laser light from the second light source, Thereafter, the refractive index of the regenerated fiber Bragg grating is adjusted by irradiation of ultraviolet light from the first light source .
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