光纤光栅制造方法、光纤光栅制造装置、光纤光栅、光模块及光通信系统.pdf

本发明以改善紫外线感应型光纤光栅中的插入损失的偏振波依存性(PDL)为目的。在本发明中，在一种通过从具备由因特定波长的光照射而折射率上升的材料组成的部位的光纤侧面沿该光纤的长度方向按规定周期照射上述特定波长的光，使该照射部分的折射率上升，来制造具有沿长度方向按规定周期间断排列的多个光栅部的光纤光栅的方法中，在光纤中沿其圆周方向均匀地照射光，形成上述折射率上升部。

1.  一种光纤光栅制造方法，其通过在具备了由基于特定波长光的照射而折射率上升的材料组成的部位的光纤侧面、沿该光纤的长度方向以规定周期照射上述特定波长光，使该照射部分的折射率上升，而制造具有沿长度方向以规定周期间断排列的多个光栅部的光纤光栅，
其中
在光纤中沿其圆周方向均匀地照射光，形成上述折射率上升部。

2.  一种光纤光栅制造方法，其通过在具备了由基于特定波长光的照射而折射率上升的材料组成的部位的光纤侧面、沿该光纤的长度方向以规定周期照射上述特定波长光，使该照射部分的折射率上升，而制造具有沿长度方向以规定周期间断排列的多个光栅部的光纤光栅，
其中
在形成上述多个折射率上升部时，使光的照射位置沿光纤的长度方向依次变更，按照在上述光栅部整体范围内对光的照射量沿光纤的长度方向进行积分的结果是沿光纤的圆周方向的照射量成为均等的原则照射光。

3.  权利要求1中记载的光纤光栅的制造方法，其中
通过采用抛物面镜，而沿着光纤的圆周方向均等地照射光。

4.  权利要求1或2中记载的光纤光栅的制造方法，其中
通过采用多个反射镜，而沿着光纤的圆周方向均等地照射光。

5.  权利要求1或2中记载的光纤光栅的制造方法，其中
通过使光纤及所照射的光的一方或两方沿光纤轴旋转，而沿着光纤的圆周方向均等地照射光。

6.  一种用于权利要求1或2中记载的光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其具备
保持光纤的保持单元；将特定波长的光照射到该光纤的照射单元，
上述保持单元具备使上述光纤在其圆周方向上旋转的旋转机构。

7.  一种用于权利要求3中记载的光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其具备
在内面具有镜面的抛物面镜；将光照射到该抛物面镜内面的照射单元；在该抛物面镜内配置光纤予以保持的保持单元；使上述抛物面镜和该保持单元的至少一方在上述光纤的长度方向上移动的移动单元。

8.  一种用于权利要求4中记载的光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其具备
多个反射镜；用于将光照射到该反射镜的照射单元；用于在由该反射镜反射的光的光路上配置光纤并予以保持的保持单元；用于使上述反射镜和该保持单元的至少一方在上述光纤的长度方向上移动的移动单元。

9.  一种光纤光栅，其通过沿光纤的长度方向以规定周期照射紫外光而具有周期性的折射率分布，其中
该光纤光栅的使用波长范围内的插入损失偏振波依存性的最大值在同一制造批量内的分布与上述插入损失偏振波依存性的最大值在同一制造批量内的平均值相比为五分之一以下。

10.  一种光纤光栅制造装置，其通过将紫外光照射到添加了光敏性物质的光纤来周期性形成高折射率部，制造光纤光栅，其具有
测定该光纤的外径的单元；使针对该光纤的曝光方向变化的单元。

11.  权利要求10中记载的光纤光栅制造装置，其中
使固定上述光纤的光纤夹沿上述光纤轴旋转，使上述曝光方向变化。

12.  权利要求10中记载的光纤光栅制造装置，其中
使用于将紫外光照射到上述光纤的镜片或镜片与集光透镜沿上述光纤外周旋转，使上述曝光方向变化。

13.  权利要求10、11或12中记载的光纤光栅制造装置，其中由干涉曝光系统进行上述曝光。

14.  权利要求10、11或12中记载的光纤光栅制造装置，其中
通过相位掩膜或强度掩膜将上述紫外光照射到上述光纤，进行上述曝光。

15.  权利要求10、11或12中记载的光纤光栅制造装置，其中
通过边使镜片或镜片与集光透镜相对上述光纤轴平行移动，边将上述紫外光照射到上述光纤来进行上述曝光。

16.  权利要求10、11或12中记载的光纤光栅制造装置，其中
通过边使固定上述光纤的上述光纤夹相对上述光纤轴平行移动，边将上述紫外光照射到上述光纤来进行上述曝光。

17.  一种光纤光栅制造方法，其通过测定光纤的外径，来检测该光纤断面的长轴方向与短轴方向，从该光纤断面的长轴方向及/或短轴方向将紫外光照射到上述光纤，由此周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。

18.  一种光纤光栅制造方法，其中
通过测定光纤的外径，来检测该光纤断面的长轴方向与短轴方向，从该光纤断面的长轴方向及短轴方向将照射量互为不同的紫外光照射到上述光纤，由此调节基于曝光的双折射的导入量，周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。

19.  一种光纤光栅制造方法，其中
通过测定光纤的外径，来检测该光纤断面的长轴方向与短轴方向，对该光纤断面的长轴方向或短轴方向，从形成规定角度的1个方向或多个方向将紫外光照射到上述光纤，由此调节基于曝光的双折射的导入量，周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。

20.  权利要求19中记载的光纤光栅制造方法，其中
上述规定角度由从上述光纤断面的长轴方向及/或短轴方向将紫外光照射到上述光纤所形成的光纤光栅的透过损失波谱与插入损失偏振波依存性来决定。

21.  一种光纤光栅，其通过将紫外光照射到添加了光敏性物质的光纤来形成周期性高折射率部而成，其中
将入射无偏振光或全偏振光而实测的损失波谱loss(λ)以波长微分后的绝对值|dloss(λ)/dλ|与从光纤的波导模式的模式双折射B₁及光栅周期Λ、作为
Λ·B₁·|dloss(λ)/dλ|
求出的插入损失偏振波依存性PDL_calc(λ)相比，具有小的插入损失偏振波依存性PDL_moas(λ)。

22.  一种光模块，其采用了权利要求21中记载的光纤光栅。

23.  一种光通信系统，其装有权利要求22中记载的光模块。

光纤光栅制造方法、光纤光栅制造装置、 光纤光栅、光模块及光通信系统
技术领域
本发明涉及用于光信息通信领域的光纤光栅，尤其涉及光纤光栅的制造方法及制造装置。
现有技术
光纤光栅是具备了使特定波长的光衰减或反射的特性的光学元件。
作为光纤光栅，已知的比如有紫外线感应型(以下简称为UV感应型)光纤光栅。UV感应型光纤光栅利用在添加了锗的石英玻璃(以下简称锗添加石英玻璃)中照射240nm左右的特定波长的紫外线后其折射率上升的现象，以往比如通过以下顺序进行制造。
一般来说，准备其芯部由锗添加石英玻璃组成，包层由石英玻璃组成的光纤。此外在最近，有时也采用芯部与包层两方或包层由锗添加石英玻璃组成的光纤来制造光纤光栅。
还有，必要时将该光纤置于氢气氛中，进行氢气浸渍处理，提高针对紫外光的折射率变动的感受性。
此外利用干涉曝光法、相位掩膜法、强度掩膜法、重复由被集光了的光束直接曝光的操作的方法(逐步法)等众所周知的方法，在光纤侧面，从一个方向沿光纤的长度方向以规定的周期照射紫外光后，曝光部分的光纤的折射率上升，多个折射率上升部按规定周期间断地排列，沿光纤的长度方向其折射率周期性地变动的光栅部被形成。
此后进行脱氢处理，最好还进行加热时效处理，得到光纤光栅。加热时效以提高光纤光栅的长期稳定性为目的。
此外在该光栅部的折射率变化周期(以下简称「光栅周期」)较短的短周期型光纤光栅(以下简称「SPFG」)中，可得到使按与入射方向的同方向沿芯部传播的特定波长光反射并衰减的所谓反射型特性。另一方面，在光栅周期较长的长周期型光纤光栅(以下简称「LPFG」)中，可得到使按与入射方向的同方向沿芯部传播的特定波长光与按同方向传播的包层模式相耦合并衰减的所谓放射型特性。
然而，已探明在以往的制造方法中，在任何一种类型中，都伴随着光纤光栅插入损失的偏振波依存性的劣化。所谓插入损失的偏振波依存性(以下称PDL)是构成在光纤中传播的光的两个偏振波成分之间的插入损失之差，在透过损失或反射率大的光纤光栅中尤为显著。
以下以LPFG为例，对PDL作以说明。这是因为LPFG；与SPFG相比，其光学特性对于光纤及光栅特性，尤其对各向异性及双折射性是敏感的，改善的效果可显著地表现出来，但对于SPFG；也同样。
在LPFG的透过损失的中心波长(以下称「中心波长」)λ_ctr与光栅周期Λ之间，成立式(1)的关系。
λ_ctr＝Λ(n_e1-n_en)         …(1)，
这里，n_e1与n_en分别是波导模式(LP₀₁)与包层模式(LP_0n)的实效折射率。在光纤具有双折射的场合下，即，在n_e1与n_en由偏振波而变动的场合下，该中心波长λ_ctr也如式(2)、式(3)、式(4)所示由偏振波而变动。
λ ctr MAX = Λ ( n e 1 MAX - n en MIN ) · · · ( 2 ) ]]>
λ ctr MIN = Λ ( n e 1 MIN - n en MAX ) · · · ( 3 ) ]]>
Δλ ctr = λ ctr MAX - λ ctr MIN = Λ ( B 1 + B n ) ≈ Λ B 1 · · · ( 4 ) ]]>
这里，B₁及B_n分别是波导模式及包层模式的双折射。这里，尤其只着眼于波导模式的折射率。
据认为该PDL的劣化原因大致可分为以下2种。
第1是在光纤中，由于偏振波成分之间的实效折射率不同而产生的偏振波模式分散(以下称PMD)。其原因在于光纤芯部的轻微椭圆化及偏心。由PMD产生的PDL随着透过损失或反射率的倾斜的增大而增大，但通过选择偏心及椭圆化较少的光纤等，可以得到某种程序的降低。
第2是在紫外光曝光工序中所产生的折射率变化不均一。
图38A～D是说明以往的紫外光曝光工序中的折射率变化的附图。
图38A是表示在使折射率上升的部分的一个位置上，向光纤3的侧面从一个方向(A方向)照射紫外光的状态的斜视图。
图38B是表示对如此形成的折射率上升部3a，由该紫外光的照射强度所引起的光纤3的断面中的折射率变化的附图。由于越接近于紫外光的照射位置，紫外光地强度便越大，因而折射率上升量增大，在光纤3的断面产生折射率的分布。
这里，将光纤3的进行方向设为z轴方向，将在光纤3的断面中正交的2个方向设为x轴方向、y轴方向。
已知在照射到光纤3的紫外光的偏振光的状态中，在光纤3的折射率上升自身中产生双折射。即，针对具有与所照射的紫外光的电场方向同方向的电场的波导光的折射率的上升高于针对具有与紫外光的电场垂直方向的电场的波导光的折射率的上升。
如图38C所示，从A方向照射的紫外光的电场可以分为y轴成分与z轴成分来考虑。其中，由y幅成分的电场产生的折射率变化对在光纤3中波导的波导光具有双折射。即，在折射率变化中，与在x轴方向上具有电场的波导光(为了方便称为X偏振波成分)相比，在y轴方向上具有电场的波导光(为了方便称为Y偏振波成分)更大。
图38D是说明此时导入的折射率变化的各向异性的附图。以粗线箭头表示产生大的折射率变化的偏振波成分的方向。
其结果是，X偏振波成分与Y偏振波成分之间的传播常数之差增大，PDL劣化。此外由于基于具有z轴方向电场成分的紫外光的折射率变化的影响对于X偏振波成分与Y偏振波成分是等价的，因而这里不必考虑。
图39是表示了沿光纤3的长度方向，以规定周期只从A方向照射紫外光，形成了光栅部时每个偏振波成分的折射率变化的曲线图。可看出在X偏振波成分与Y偏振波成分之间产生了折射率变化量之差。
图40是表示了由该制造方法制造的光纤光栅的光学特性一例的曲线图。
在该例中，在光纤中，采用其芯部由锗添加石英玻璃组成，包层由石英玻璃组成的1.55μm范围用的截切转移光纤(株式会社藤仓生产)，制造出了光栅周期为295μm，光栅长(光栅部的长度)为35mm的所谓放射型光纤光栅。此外光栅周期按照在光纤光栅的透过波谱中，阻止率(透过损失值)达到最大的波长(以下称「最大阻止波长」)达到1530.0nm的原则，在295μm附近进行了微调。此外对紫外光的能量及紫外光照射时间进行了适宜调整，以使最大阻止波长中的透过损失值达到4.0dB。
此外在用于照射紫外光的光源中，采用KrF激发激光器、Ar-SHG(氩光第二高频发生装置)等。
在该曲线图中，在表示PDL的曲线图中产生了两个峰值，但一般把最大的峰值作为PDL最劣值。该例的光纤光栅的PDL最劣值是0.17dB。
另一个由照射到光纤的紫外光的偏振光产生。
图41A、B表示由紫外光的偏振光而导入的双折射的状态。在这些图中，将在光纤中传播的光的进行方向设为z轴方向，将在光纤的断面中正交的2个方向设为x轴方向、y轴方向。
照射到光纤的紫外光的偏振光状态对光纤的折射率变化的双折射性产生影响这一点在OFS-11，We5-1(1996)，(T.Meyer，et al.)中得到了报告。即，针对具有与所照射的紫外光的电场方向同方向的电场的波导光的折射率上升高于针对具有与紫外光的电场垂直方向的电场的波导光的折射率上升。
这里，如图41A所示，将所照射的紫外光的电场分为与光纤轴平行的成分及垂直的成分来考虑。由于基于与光纤轴平行的成分的折射率变化是轴对称的，因而不成为基于波导光的实效折射率变化之差，即双折射性的原因。不过，对于垂直成分，如图41B所示，在从x轴方向曝光的场合下，在y轴方向具有电场成分的波导光与在x轴方向具有电场成分的波导光相比，具有大的折射率。
如上所述，由紫外光照射引起的双折射可分为上述2种情况来考虑，但在任何一种场合下，折射率的大小都由于偏振波而产生差异。
图42表示基于该偏振波的折射率差异。如图42所示，比如在对偏振波B的折射率大于偏振波A的场合下，光栅部的平均折射率(以下简称「DC成分」)的差异成为中心波长偏差的原因，此外折射率变化量(以下简称「AC成分」)的差异成为最大损失差(阻止率)的变动原因。它们均成为PDL的原因，在光纤光栅的透过损失乃至反射率大的场合下尤为显著。
在实际制作LPFG的场合下，因上述2种原因而产生的双折射，即基于光纤本身结构的双折射与由曝光而引起的双折射的相互方向是随机性的，这2种双折射互相补充或互相抵消，因而即使是在相同条件下曝光而制作的LPFG，据认为也具有复杂的PDL特性。
以下对考虑了基于光纤本身结构的双折射与由曝光而引起的双折射的相互方向的场合下的LPFG的光学特性作以探讨。
均一的LPFG的透过损失波谱非常接近于下式(5)的sinc²函数。
loss ( λ ) = ΔL · sin c 2 ( π λ - λctr σ ) + L ex · · · ( 5 ) ]]>
图43表示该LPFG的透过损失波谱。这里，λ_ctr是透过损失的中心波长，σ是半频带，ΔL是最大损失差，L_ex是过剩损失。以下如果为简化而考虑直线偏振光的场合，则针对入射光的偏振波方向的中心波长λ_ctr及最大损失差ΔL的波动自然应考虑180°周期，可如式(6)、式(7)所示予以近似估算。


这里，Δλ_fib表示基于光纤本身双折射的中心波长的波动幅度，λ_exp表示基于作为曝光结果而导入的双折射DC成分的中心波长的波动幅度，ε表示基于由曝光导入的双折射AC成分的最大损失差的波动大小。
将光纤本身的双折射的主轴与作为曝光结果而导入的双折射的主轴所形成的角度设为Φ。在该场合下，可得出Ψ＝θ+Φ，针对偏振波角为θ的特定偏振波的透过损失可由式(8)表达。
loss ( λ ) = ΔL ( 1 + ϵ cos 2 ( θ + φ ) 2 ) sin c 2 ( π λ - ( λ ctr 0 + Δλ fib cos 2 θ 2 + Δλ exp cos 2 ( θ + φ ) 2 ) σ ) + L ex · · · ( 8 ) ]]>
PDL是在使θ从0°至180°变化时该loss(λ)的最大值与最小值之差，可由式(9)表达。
PDL＝loss(λ)^MAX-loss(λ)^MIN              …(9)
从以上可知，一般在λ_etr及ΔL的变动量增大的场合，即光纤的双折射大的场合与由紫外线曝光而导入的双折射大的场合下，PDL变劣。
为改善这种PDL变劣的问题，在Optics Letters V.19，n.16，pp.1260-1262(Aug.15，1994)中提出了以下所示的方法。
图44A～D是该方法的说明图，与图38A～D所示方法的不同点在于，如图44A所示，在光纤3的侧面，在从一个方向(A方向)照射紫外光的同时，从与该A方向相反的方向(B方向)照射紫外光。其结果如图44B所示，可以解决因紫外光的照射强度所引起的光纤3的断面中的折射率偏差的问题。
不过，即使在该方法中，如图44C所示，由于从A方向照射的紫外光在y轴方向与z轴方向上形成偏振光，从B方向照射的紫外光也在y轴方向与z轴方向上形成偏振光，因而Y偏振波成分的折射率变化将大于X偏振波成分中的折射率变化。其结果是，因所照射的紫外光的偏振光而引起的双折射在该方法中也得不到解决。
图44D是说明此时所导入的折射率变化的各向异性的附图。粗线箭头表示发生了大的折射率变化的偏振波成分的方向。
图45是表示除了从A方向与B方向这2个方向照射了紫外光之外与上述示例同样制造的光纤光栅的光学特性的曲线图。PDL的最劣值大约为0.12dB，略小于图14所示的值。然而不能说该值足够小，还需进一步改善。
本发明者在特愿2000-360905中提出了一种对光纤轴从对称的4个方向照射紫外光，使由曝光而引起的双折射达到最小的曝光方法。根据该方法，虽然由曝光导入光纤的双折射被降至最小限，但对于基于光纤本身引起的双折射的PDL，只能通过使用双折射小的即PMD小的光纤来解决。
其理由是，该曝光方法是一种将上述式(8)中的光纤本身的双折射方向与因曝光而引起的双折射方向所形成的角Φ作为不可知角度来处理，而且在式(10)中，
Δλ_ctr＝Δλ_fib+∫Δλ_expcos2φdl＝Λ(B_fib+B_exp∫cos2φdl)  …(10)
将B_fib及B_exp分别作为光纤的双折射及因曝光引起的双折射，将右边括号内的第2项设为零的曝光方法，而不是一种使光纤的双折射与因曝光引起的双折射相关联的曝光方法。
发明内容
本发明鉴于上述事项，其目的在于获得其PDL得到了改善的光纤光栅。具体地说，目的是在UV感应型光纤光栅中，降低因紫外光的偏振光而引起的双折射。此外目的是按照光纤本身的双折射与因曝光而引起的双折射互相抵消的原则来照射紫外光，制造光纤光栅，使插入损失偏振波依存性的大幅降低成为可能。
在本发明中，为解决上述课题，提出以下解决方案。
本发明涉及的第1发明是一种通过在具备了由基于特定波长光的照射而折射率上升的材料组成的部位的光纤侧面，沿该光纤的长度方向以规定周期照射上述特定波长光，使该照射部分的折射率上升，而制造具有沿长度方向以规定周期间断排列的多个光栅部的光纤光栅的方法，其特征在于：在光纤中沿其圆周方向均匀地照射光，形成上述折射率上升部。
本发明涉及的第2发明是一种通过在具备了由基于特定波长光的照射而折射率上升的材料组成的部位的光纤侧面，沿该光纤的长度方向以规定周期照射上述特定波长光，使该照射部分的折射率上升，而制造具有沿长度方向以规定周期间断排列的多个光栅部的光纤光栅的方法，其特征在于：在形成上述多个折射率上升部时，使光的照射位置沿光纤的长度方向依次变更，按照在上述光栅部整体范围内对光的照射量沿光纤的长度方向进行积分的结果是沿光纤的圆周方向的照射量成为均等的原则照射光。
本发明涉及的第3发明是一种光纤光栅的制造方法，其特征在于：在上述第1发明中，通过采用抛物面镜，在光纤中沿其圆周方向均等地照射光。
本发明涉及的第4发明是一种光纤光栅的制造方法，其特征在于：在上述第1或第2发明中，通过采用多个反射镜，在光纤中沿其圆周方向均等地照射光。
本发明涉及的第5发明是一种光纤光栅的制造方法，其特征在于：在上述第1或第2发明中，通过使光纤及所照射的光的一方或两方沿光纤轴旋转，在光纤中沿其圆周方向均等地照射光。
本发明涉及的第6发明是一种用于上述第1或第2光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其特征在于：具备保持光纤的保持单元；将特定波长的光照射到该光纤的照射单元，上述保持单元具备使上述光纤在其圆周方向上旋转的旋转机构。
本发明涉及的第7发明是一种用于上述第3发明的光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其特征在于：具备在内面具有镜面的抛物面镜；将光照射到该抛物面镜内面的照射单元；在该抛物面镜内配置光纤予以保持的保持单元；使上述抛物面镜和该保持单元的至少一方在上述光纤的长度方向上移动的移动单元。
本发明涉及的第8发明是一种用于上述第4光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置，其特征在于：具备多个反射镜；用于将光照射到该反射镜的照射单元；用于在由该反射镜反射的光的光路上配置光纤并予以保持的保持单元；用于使上述反射镜和该保持单元的至少一方在上述光纤的长度方向上移动的移动单元。
本发明涉及的第9发明是一种光纤光栅，其具有通过沿光纤的长度方向以规定周期照射紫外光而形成的周期性的折射率分布，其特征在于：该光纤光栅的使用波长范围内的插入损失偏振波依存性的最大值在同一制造批量内的分布与上述插入损失偏振波依存性的最大值在同一制造批量内的平均值相比为五分之一以下。
本发明涉及的第10发明是一种光纤光栅制造装置，其通过将紫外光照射到添加了光敏性物质的光纤来周期性形成高折射率部，制造光纤光栅，其特征在于：具有测定光纤外径的单元；使针对光纤的曝光方向变化的单元。
本发明涉及的第11发明的特征在于：在上述第10发明中，使固定光纤的光纤夹沿光纤轴旋转，使曝光方向变化。
本发明涉及的第12发明的特征在于：在上述第10发明中，使用于将紫外光照射到光纤的镜片或镜片与集光透镜沿光纤外周旋转，使曝光方向变化。
本发明涉及的第13发明的特征在于：在上述第10至第12发明中，由干涉曝光系统进行曝光。
本发明涉及的第14发明的特征在于：在上述第10至第12发明中，通过相位掩膜或强度掩膜将紫外光照射到光纤，由此进行曝光。
本发明涉及的第15发明的特征在于：在上述第10至第12发明中，通过边使镜片或镜片与集光透镜相对光纤轴平行移动，边将紫外光照射到光纤来进行曝光。
本发明涉及的第16发明的特征在于：在上述第10至第12发明中，通过边使固定光纤的光纤夹相对光纤轴平行移动，边将紫外光照射到光纤来进行曝光。
本发明涉及的第17发明是一种光纤光栅制造方法，其特征在于：通过测定光纤的外径，来检测该光纤断面的长轴方向与短轴方向，从光纤断面的长轴方向及/或短轴方向将紫外光照射到光纤，由此周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。
本发明涉及的第18发明是一种光纤光栅制造方法，其特征在于：通过测定光纤的外径，来检测光纤断面的长轴方向与短轴方向，从光纤断面的长轴方向及短轴方向将照射量互为不同的紫外光照射到光纤，由此周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。
本发明涉及的第19发明是一种光纤光栅制造方法，其特征在于：通过测定光纤的外径，来检测光纤断面的长轴方向与短轴方向，对光纤断面的长轴方向或短轴方向，从形成规定角度的1个方向或多个方向将紫外光照射到光纤，由此周期性形成高折射率部，制造光纤光栅。
本发明涉及的第20发明的特征在于：在上述第19发明中，上述规定角度由从光纤断面的长轴方向及/或短轴方向将紫外光照射到光纤所形成的光纤光栅的透过损失波谱与插入损失偏振波依存性来决定。
本发明涉及的第21发明的特征在于：通过将紫外光照射到添加了光敏性物质的光纤来形成周期性高折射率部而成的光纤光栅中，根据将入射无偏振光或全偏振光而实测的损失波谱loss(λ)以波长微分后的绝对值|dloss(λ)/dλ|与从光纤的波导模式的模式双折射B₁及光栅周期Λ，与作为
Λ·B₁·|dloss(λ)/dλ|
求出的插入损失偏振波依存性PDL_calc(λ)相比，具有小的插入损失偏振波依存性PDL_meas(λ)。
本发明涉及的第22发明是一种光模决，其特征在于：采用了上述光纤光栅。
本发明涉及的第23发明是一种光通信系统，其特征在于：装有上述光模块。
附图说明
图1A是用于说明本发明的光纤光栅制造方法示例的表示了向光纤侧面照射紫外光的状态的斜视图。
图1B是说明图1A所示的光纤光栅制造方法中的光纤断面中由紫外光的照射强度所引起的折射率变化的附图。
图1C是说明图1A所示的光纤光栅制造方法中紫外光的偏振光的附图。
图1D是说明由图1C所示的偏振光产生的折射率的各向异性的附图。
图2是表示由图1A～D所示的方法来制造的光纤光栅的光学特性一例的曲线图。
图3是比较了制造方法不同的光纤光栅的光学特性的曲线图。
图4是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的概略结构图。
图5是表示图4所示的光纤光栅制造装置中的相位掩膜法的适用例的概略结构图。
图6是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的概略结构图。
图7是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的概略结构图。
图8是说明本发明的光纤光栅制造方法示例的附图。
图9是说明本发明的光纤光栅制造方法示例的附图。
图10A是用于说明本发明的光纤光栅制造方法示例的从相对光纤的长度方向垂直的方向观察的附图。
图10B是从光纤断面侧观察图10A所示的装置的附图。
图11A是用于说明本发明的光纤光栅制造方法示例的从相对光纤的长度方向垂直的方向观察的附图。
图11B是从光纤断面侧观察图11A所示的装置的附图。
图12是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图13A是表示从光纤断面的长轴方向照射紫外光的状态的附图。
图13B是表示从光纤断面的短轴方向照射紫外光的状态的附图。
图14是表示从与光纤断面的长轴平行的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图15是表示从与光纤断面的长轴平行的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图16是表示从与光纤断面的长轴平行的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图17是表示从与光纤断面的长轴垂直的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图18是表示从与光纤断面的长轴垂直的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图19是表示从与光纤断面的长轴垂直的方向曝光来制造的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图20是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图21是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图22是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图23是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图24是表示本发明的光纤光栅制造装置示例的附图。
图25A是表示光纤本身的双折射为零的光纤中，从光纤的单侧曝光来制作的光纤光栅的透过损失的附图。
图25B是表示光纤本身的双折射为零的光纤中，从光纤的单侧曝光来制作的光纤光栅的PDL的附图。
图26A是表示对光纤本身具有双折射的光纤，使光纤旋转曝光来制作的光纤光栅的透过损失的附图。
图26B是表示对光纤本身具有双折射的光纤，使光纤旋转曝光来制作的光纤光栅的PDL的附图。
图27A是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相补充的原则进行曝光来制作的光纤光栅的透过损失的附图。
图27B是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相补充的原则进行曝光来制作的光纤光栅的PDL的附图。
图28A是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅的透过损失的附图。
图28B是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅的PDL的附图。
图29A是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅中，光纤本身的双折射一方较大的场合下的透过损失的附图。
图29B是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅中，光纤本身的双折射一方较大的场合下的PDL的附图。
图30A是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅中，由曝光而引起的双折射一方较大的场合下的透过损失的附图。
图30B是表示按照光纤本身具有的双折射与由曝光而引起的双折射互相抵消的原则进行曝光来制作的光纤光栅中，由曝光而引起的双折射一方较大的场合下的PDL的附图。
图31是表示通过从x轴方向与y轴方向这两个方向按照相互的曝光量各异的原则进行曝光，来调整由曝光而导入的双折射的方法的附图。
图32是表示通过对x轴或y轴从规定的角度进行曝光，来调整由曝光而导入的双折射的方法的附图。
图33是表示对光纤断面的长轴从55°的角度进行曝光来制作的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图34是表示对光纤断面的长轴从55°的角度进行曝光来制作的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图35是表示对光纤断面的长轴从55°的角度进行曝光来制作的光纤光栅的透过损失与PDL的示例的附图。
图36是表示采用了本发明光纤光栅的光模块的结构示例的附图。
图37是表示装入了本发明光模块的光通信系统的结构示例的附图。
图38A是用于说明以往的光纤光栅制造方法的表示从一个方向照射紫外光的状态的斜视图。
图38B是说明以往光纤光栅的制造方法中光纤断面中的紫外光照射强度所引起的折射率变化的附图。
图38C是说明以往光纤光栅的制造方法中的紫外光的偏振光的附图。
图38D是说明由图38C所示的偏振光产生的折射率的各向异性的附图。
图39是表示由图38A～D所示的以往的方法来制造的光纤光栅的折射率变化的曲线图。
图40是表示由图38A～D所示的以往的制造方法所制造的光纤光栅的光学特性一例的曲线图。
图41A是表示由紫外光的偏振光所导入的双折射状态的附图。
图41B是表示由紫外光的偏振光所导入的双折射状态的附图。
图42是表示由于偏振波而使光栅部的平均折射率(DC成分)与折射率变化量(AC成分)不同的状态的附图。
图43是表示LPFG的透过损失波谱的附图。
图44A是说明从与光纤侧面对置的2个方向照射紫外光来制造光纤光栅的方法中的紫外光照射方向的附图。
图44B是说明从与光纤侧面对置的2个方向照射紫外光来制造光纤光栅的方法中的光纤断面中的紫外光照射强度所引起的折射率变化的附图。
图44C是说明从与光纤侧面对置的2个方向照射紫外光来制造光纤光栅的方法中的紫外光的偏振光的附图。
图44D是说明由图44C所示的偏振光而产生的折射率的各向异性的附图。
图45是表示由图44A～D所示的以往的制造方法所制造的光纤光栅的光学特性一例的曲线图。
实施方式
实施方式1
图1A～D是说明本发明的光纤光栅制造方法示例的附图。
在本发明中，如图1A所示，在形成折射率上升部3a的部分的光纤3的整个侧面均匀地照射紫外光，形成折射率上升部3a。即，与上述图44A所示的方法相同，在从A方向及与其对置的B方向照射紫外光的同时，从与A方向及B方向正交的C方向也照射紫外光，而且从与该C方向对应的方向(D方向)也照射紫外光。换言之，将光纤3的侧面与光纤3的长度方向平行地切割，在圆周方向上分为四等份，分别均匀地将紫外光照射到被分为四等份的这些部分，由此将紫外光均匀地照射到光纤3的整个侧面。
此外也可以依次变更沿光纤长度方向的光的照射方向，按照在光栅部整体范围内对光的照射量沿光纤的长度方向进行积分的结果是沿光纤的圆周方向的照射量达到均等的原则照射光。
其结果如图1B所示，在光纤3的断面，不会产生因紫外光的照射强度而引起的折射率的不均匀。
此外如图1C所示，从A方向及B方向照射的紫外光在光纤3的y轴方向与z轴方向上形成偏振光后，与A方向及B方向正交的C方向及D方向的紫外光的偏振光成为x轴方向与z轴方向。
这样通过从x轴方向与y轴方向这两个方向曝光，如图1D所示，可以使针对X偏振波成分与Y偏振波成分与这两方的折射率变化相等。此外如上所述，图中粗线箭头表示产生大的折射率变化的偏振波成分的方向。
图2是表示除光的照射方法之外由上述方法制造的光纤光栅的光学特性的曲线图。即，表示了在光纤3的长度方向，如图1A所示，按规定周期重复从A、B、C、D这4个方向照射紫外光，形成折射率上升部3a的操作来制造出的光纤光栅的光学特性。
该示例的光纤光栅的PDL最劣值为0.08dB，与上述图40、图45所示示例相比，可得到较小的值。
此外由于PDL如上所述还由PMD产生，因而难以完全为零。
图3中汇总了测定了由图1A所示的方法(曲线图中记载为「旋转曝光」)、图38A所示的方法(曲线图中记载为「通常曝光」)、图44所示的方法(曲线图中记载为「两面曝光」)制造的光纤光栅的PDL的结果。纵轴的度数表示样本数。
从该曲线图可看出，在由本发明制造方法制造的光纤光栅中，PDL值较小，而且其偏差也较少。尤其是可看出，在实质上相同的光学特性下，而且在作为光纤光栅材料所采用的光纤是同种光纤的场合下，光纤光栅中PDL的分布的标准偏差达到测定误差，与PDL的绝对值相比，达到其五分之一以下。这样，根据本发明的制造方法，可以批量生产具有稳定特性的光纤光栅。
图4～图7是表示采用了本发明的光纤光栅制造方法的光纤光栅制造装置的概略结构的附图。
图4中，符号1是片状曝光台，在其上面相隔规定的间隔设置2个光纤夹2A、2B，在这些光纤夹2A、2B中光纤3得以保持。这样，在这些光纤夹2A、2B中设置有未图示的旋转机构，通过使该旋转机构动作，可以使光纤3按照不移动其中心轴的原则在圆周方向上只旋转规定的角度。作为旋转机构，比如可以例举出基于步进电机的旋转驱动方式等。
此外由该光纤夹2A、2B保持的光纤3的两端与光学测定装置4连接，边监视光纤光栅的光学特性，边进行制造操作。
这样，在将光纤3保持到了光纤夹2A、2B的状态下，如图5所示，从光源(未图示)通过掩膜5照射紫外光后，在掩膜5的下方产生规定周期的光的强度分布，在光纤3的长度方向以规定周期照射紫外光，一次性形成在光纤3的长度方向上间断性配置的多个折射率上升部。作为掩膜5，在制造光栅周期为1μm以下的光栅周期较短的光纤光栅的场合下采用相位掩膜，在制造光栅周期为10μm以上的光栅周期较长的光纤光栅的场合下采用所谓强度掩膜。
这样在光纤3的侧面从一个方向照射了紫外光后，通过设置于光纤夹2A、2B的旋转机构使光纤3在圆周方向上旋转90度，重复同样的照射紫外光的操作，将紫外光均匀地照射到光纤3的圆周方向整体，来制造光纤光栅。
图6是表示逐个位置形成折射率上升部的所谓逐步法所涉及的制造装置的附图。
图中符号6是全反射镜，符号7是透镜。这些全反射镜6及透镜7被安装到镜片·透镜台8a，该镜片·透镜台8a被安装到移动装置8b。
在该装置中，通过全反射镜6来反射从光源(未图示)射出的紫外光，通过透镜7聚合，由此被集光到光纤3。这样，通过设于光纤夹2A、2B的旋转机构，使光纤3旋转90度，重复同样的照射紫外光的操作，在光纤3的周围，沿其圆周方向均匀地照射紫外光。
接下来，由移动装置8b使镜片·透镜台8a沿光纤3的长度方向移动规定的距离，重复同样的操作，来制造光纤光栅。
图7所示的制造装置是一种在图6所示的装置中，不使镜片·透镜台8a移动，而在曝光台1上安装了移动装置9的装置。除了取代镜片透镜台8a，由移动装置9使曝光台1移动，改变对光纤3的光的照射位置之外，按照与图6所示装置的同样顺序来制造光纤光栅。
此外在上述说明中，虽然将光纤3的侧面沿圆周方向分割为4份，将紫外光的照射方向(光纤3的曝光方向)设为4个方向，但如果能在光纤3的侧面均匀地照射紫外光，则紫外光的照射方向不受此限。
图8表示本发明光纤光栅制造方法的其它示例。
在该方法中，将光纤3的侧面沿光纤3的圆周方向分割为4份，从一个方向(E方向)将紫外光照射到该分割后的部分之一，形成第1折射率上升部3a，接着，沿光纤3的长度方向，按照规定的光栅周期移动照射位置，并使照射方向旋转90度，从F方向照射紫外光，形成第2级折射率上升部。
接着以同样方法移动照射位置，变更为使照射方向旋转了90度的G方向，形成第3级折射率上升部3a。再以同样方法从H方向照射紫外光，形成第4级折射率上升部3a。
其结果是，在形成第1级～第4级的折射率上升部3a、3a...的过程中，紫外光以光纤3的圆周作为1周照射到光纤3，在第1级～第4级的折射率上升部3a、3a...中产生的各光纤3的断面中的折射率偏差及双折射可互相抵消，可防止PDL的劣化。
在该场合下，将从4个方向将紫外光照射到光纤3，形成4个折射率上升部3a的操作作为1个周期，在获得规定的光栅长之前重复该周期，制造光纤光栅。此外如果能达到目的，紫外光的照射方向数可不受此限。
在该方法中，适用比如图6、图7所示的装置。即，在形成第1级折射率上升部3a后，在沿光纤3的长度方向使紫外光的照射位置移动的同时，使光纤3在圆周方向上旋转规定的角度，照射紫外光，以形成下一个折射率上升部3a。可重复这种操作来形成光栅部。
图9表示本发明光纤光栅制造方法的其它示例，图中符号10是抛物面镜。抛物面镜10形成一种在底面(顶点)上具有孔10a的中空穹面型，其内面形成镜面。
在该例中，按照光纤3位于在抛物面镜10的中空部的中心轴上的原则，光纤3从孔10a中穿过。这样，从抛物面镜10的开口10b侧照射紫外光后，在抛物面镜10内的镜面上紫外光产生反射，在光纤3的整个侧面上集光，形成一个折射率上升部3a。接着，按照规定的光栅周期，使光纤3或抛物面镜10的至少一方沿光纤3的长度方向移动，重复同样的操作，来制造光纤光栅。
在该场合下，可以采用比如由抛物面镜10、将光照射到该抛物面镜10的镜面的光源、在该抛物面镜10内配置光纤3并予以保持的保持单元(未图示)、使上述抛物面镜10及保持单元的至少一方沿上述光纤3的长度方向移动的移动单元(未图示)组成的光纤光栅制造装置来制造光纤光栅。因此不必在保持单元中设置旋转机构。
图10A、B表示本发明光纤光栅制造方法的其它示例，图10A是对光纤的长度方向从垂直方向观察的附图，图10B是从光纤的断面侧观察图10A所示的装置的附图。在这些图中，符号11是凹面反射镜。该凹面反射镜11朝向光纤的一面是镜面，按照分别在同一点上具有焦点的原则配置多个。
在该例中，将光纤3配置到凹面反射镜11的焦点位置。从凹面反射镜11的开口11b侧照射紫外光后，在凹面反射镜11的镜面上产生紫外光反射，在光纤3的侧面上集光，其结果是，形成一个折射率上升部3a。其后，根据规定的光栅周期，使光纤3或凹面反射镜11的至少一方沿光纤3的长度方向移动，重复同样的操作，来制造光纤光栅。
在该例中，可以采用比如由凹面反射镜11、用于将光照射到该凹面反射镜11的镜面的光源、用于在该凹面反射镜11的焦点位置配置光纤3并予以保持的保持单元(未图示)、使上述凹面反射镜11及保持单元的至少一方沿上述光纤3的长度方向移动的移动单元(未图示)组成的光纤光栅制造装置来制造光纤光栅。因此不必将保持单元设置到旋转机构。此外如果能达到本发明的目的，配置凹面反射镜11的数量不受此限。此外紫外光可以在光纤3的侧面上被集光，凹面反射镜11也可以是凹面圆筒镜。
图11A、B表示本发明光纤光栅制造方法的其它示例，图11A是对光纤的长度方向从垂直方向观察的附图，图11B是从光纤的断面侧观察图11A所示的装置的附图。在这些图中，符号12是反射镜，符号13是凸透镜。该反射镜12与凸透镜13朝向反射镜12的光纤一面是镜面，而且按照分别在同一点上具有焦点的原则被配置多个。
在该例中，将光纤3配置到凸透镜13的焦点位置。这样从反射镜12的开口12b侧照射紫外光后，在反射镜12的镜面上产生紫外光反射，紫外光通过凸透镜13在光纤3的侧面上集光，形成一个折射率上升部3a。其后，根据规定的光栅周期，使光纤3或反射镜12及凸透镜13的至少一方沿光纤3的长度方向移动，重复同样的操作，来制造光纤光栅。
在该例中，也可以采用比如由反射镜12、用于将光照射到该反射镜12的内面的光源、用于在该反射镜12的焦点位置配置光纤3并予以保持的保持单元(未图示)、使上述反射镜12及保持单元的至少一方沿上述光纤3的长度方向移动的移动单元(未图示)组成的光纤光栅制造装置来制造光纤光栅。因此不必将保持单元设置到旋转机构。此外如果能达到本发明的目的，配置反射镜12及凸透镜13的数量不受此限。此外紫外光可以在光纤3的侧面上被集光，凸透镜13也可以是凸型圆筒透镜。
如上所述，在本发明中，由于可以抑制因光的照射强度而引起的光纤断面的折射率分布及由光的偏振光所产生的光纤的双折射，因而可以防止制造过程中的PDL的劣化。其结果是，可以提供在制造了PDL值小的多个光纤光栅的场合下PDL偏差较少的光纤光栅的制造方法及制造装置。
实施方式2
图12表示本发明光纤光栅的制造装置示例。
该光纤光栅的制造装置具有测定光纤外径的单元、使光纤沿其轴旋转的单元，其结果是，可以按照因光纤自身的结构而引起的双折射与由曝光而引起的双折射相抵消的原则使光纤曝光。
图12中，符号21是从光源发出的紫外光，紫外光21由镜片22反射，改变前进方向，由狭缝23收敛后，由透镜24集光。狭缝23的宽度可变，必要时通过改变狭缝的宽度，可以改变紫外光束的光径。符号25是成为光纤光栅的材料的光纤，光纤25由光纤夹26固定。光纤夹26具备旋转机构，在光纤25中，边由光纤夹26旋转边照射紫外光21。符号27是测定光纤25的外径的光纤外径测定器。在光纤外径测定器27中，比如采用激光外径测定器。符号29a是安装了镜片22的可动载物台，符号29b是安装了光纤夹26的可动载物台。
利用该光纤光栅制造装置，通过以下方法制造光纤光栅。
在对由光纤外径测定器27测定的光纤25的外径进行在线监视的同时，使光纤夹26旋转，使光纤25以其轴为中心旋转。这样，基于光纤25的外径的测定值，按照达到适当的方向的原则使光纤25旋转，从光纤25的侧面照射紫外光21，由此可以按照因光纤25自身的结构而引起的双折射与由曝光而引起的双折射相抵消的原则进行曝光。
在该例中，光纤25由通过透镜24集光的紫外光束直接曝光，通过逐步法被曝光。光纤光栅长(光栅周期×级数)可由安装了镜片的可动载物台29a的移动量及移动次数决定，重复曝光及载物台移动，可利用所希望的参数形成光纤光栅。
以下，对可以采用具有测定图12所示的光纤外径的单元、使光纤沿其轴旋转的单元的曝光装置，按照因光纤自身的结构而引起的双折射与由曝光而引起的双折射相抵消的原则进行曝光的理由作以说明。
在本发明中，以通过知晓光纤的双折射方向，来实现尽可能使式(10)右边括号内为零的曝光方法为目的。为此，首先考虑一下光纤的双折射。
与定偏振波光纤的场合不同，在通常的光纤(单一光模式光纤)中，PMD或光纤的双折射性由于芯部的微量非圆性，即芯部从正圆歪斜成为椭圆型而产生。
此时，作为成为微量椭圆型的芯部的双折射原因，据认为第1是由于物理形状随每个偏振波仅有微量差异，因而实效折射率随每个偏振波而异，第2是由于芯部形状从正圆发生偏移，因而光纤中芯部附近的残留应力非轴对称地发生，由光弹性效果而出现双折射性，但哪一个占优势被预想为因非圆的程度及芯部与包层的组成，即在光纤制作时导入的热偏差量而异。
但在将芯部几乎看作椭圆的场合下，据认为在具有与芯部的长轴平行的电场的偏振波与具有与芯部的短轴平行的电场的偏振波之间，实效折射率之差即双折射达到最大。
这里，考虑一下芯部的变形。在单一模式光纤的场合下，芯部的直径高至10μm，或在小于此值的场合下也几乎如此。此外可以考虑芯部的非圆率通常也为0.1％程度，在芯部的非圆率较大的场合下也为0.5％以内，即使最大也为1％以内。这种芯部的非圆度形成长轴与短轴的直径之差，从最大0.05μm，即50nm(在该场合下的芯部的非圆度为0.5％)至0.1μm，即100nm(在该场合下芯部的非圆度为1.0％)，要从光纤外部通过光学形式知晓这一点是非常困难的。
不过，如果考虑光纤的制作条件，自然认为在纺丝工序中，光纤芯部与包层几乎在同一方向上变形，据认为通过测定包层的非圆度，可以估计芯部的非圆方向。即，在外径(直径)为125μm的光纤中，在芯部的非圆率为0.1％、0.5％或1.0％的场合下的外径(直径)的变动量分别达到0.125μm、0.625μm或1.25μm，这是可以进行充分的光学调查的值。
作为直接调查光纤外径的方法，考虑采用比如激光干涉型外径测定器。即，可以使光纤在与光纤轴平行的方向上旋转，利用光纤外径测定器27来测定光纤的外径达到最大的方向及外径达到最小的方向。
据认为在利用光纤外径测定器27来测定光纤的外径达到最大的方向及达到最小的方向，从各自的方向照射紫外光，形成了光栅的场合下，光纤本身的双折射及基于曝光起因的双折射在任意场合下成为互补方向，还有一种场合下互相抵消。
图13A表示从光纤断面的长轴方向照射了紫外光的场合，图13B表示从光纤断面的短轴方向照射了紫外光的场合。在这些图中，D_min表示光纤外径的最小值，D_max表示光纤外径的最大值。
如上所述，针对具有与长轴平行的电场的波导光与具有与短轴平行的电场的波导光的任意一个的实效折射率是否较大一般无从知晓，但认为实行折射率达到最大的偏振波与达到最小的偏振波是其中的任意一个是自然的。
为使上述光纤本身的双折射与基于曝光起因的双折射相抵消，采用图12所示的光纤光栅的制造装置制作了光纤光栅。
这里，为便于理解本发明的效果，采用具有大的PMD(大约10fs/m)的光纤进行了实验。该光纤的外径为123.1±0.34μm，包含了基于方向的外径偏差与每批试料的偏差这两方面。各试料的外径分布在最大值与最小值之差方面大约为0.3μm，外径的非圆率约为0.25％。
光纤的非圆状态在测定误差范围内为椭圆型。表1表示光纤光栅制作时的参数。
                  表1