【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッドモードを減衰させた光導波路及びその光導波路を用いた光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信ネットワークの進展に伴い光ファイバ通信網が急速に整備されてきているが、この光ファイバ通信網には様々な光素子が用いられている。この光素子には例えば光フィルタあるいは光カプラがある。光フィルタや光カプラは光導波路、即ち平面型光導波路や光ファイバにより構成される。この中で例えば光ファイバのコアに回折格子（ファイバ・グレーティング、以下ＦＧ）が形成されたＦＧ型光素子がある。ＦＧの一種としてコアにファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、ＦＢＧ）が形成されたＦＢＧ型光素子があり、このような光素子はコネクタに内蔵されて用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光カプラは分岐部において複数の光ファイバの基本モード間のパワー移動（モード結合）によって光パワーを分配する機能を生じさせるものであるが、波長によってモード結合の状態が異なることから、構造設計によって分岐比の波長特性を様々に制御することが可能であり、ＷＤＭカプラなど波長フィルタ機能を付与した光カプラ（カプラ型光素子）も実現されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２２７９３８号公報
【特許文献２】
特開平７―１９８９８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【０００６】
即ち、従来技術であるＦＢＧ型光素子はコアに波長選択機能を有する回折格子が形成されているのでクラッドを伝搬する光である、いわゆるクラッドモードに対しては所望のフィルタ作用を与えない。従って、ＦＢＧ自体から発生するクラッドモードやＦＢＧ以外の部分、例えばＦＢＧ形成部近傍にある光ファイバの接続部などで発生するクッラドモードはＦＢＧによる遮断を受けずにクラッド中を伝搬する。これらの光パワーの一部はＦＢＧ形成領域を通過後ある割合でコアを伝搬する基本モードに再結合する。再結合したパワーは元々の入射パワーに比較して微弱ではあるが、再結合前の基本モードはＦＢＧによりほとんどが遮断されているために、再結合によるクラッドモードからのパワーの流入は無視することができず、フィルタ性能を大きく左右するという問題があった。特にＦＢＧ型光素子を光ファイバの接続部近傍に配置した場合にはその影響が顕著であり、３０ｄＢ以上の遮断量を得ようとする場合には大きな阻害要因になるという問題があった。
【０００７】
さらに、カプラ型光素子の場合は分岐部におけるモード結合の状態、具体的には分岐部の長さの調整によって分岐比を変えるだけなので設計の自由度があまりないという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決した光導波路及びそれを用いた光素子を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００１０】
即ち、第１の構成として本発明のクラッドモード減衰性光導波路は、屈折率の高いコア及びその周囲の前記コアよりも屈折率の低いクラッドからなる光導波路であって、前記クラッドはクラッドモードが減衰されるようにクラッド全体若しくはクラッドの一部に吸光性物質が添加されているとともに屈折率が調整されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の構成として、前記第１の構成において、前記クラッドは第１クラッドと第２クラッドとからなり、前記第１クラッドに吸光性物質が添加されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、第３の構成として、前記第２の構成において、前記第２クラッドの屈折率が前記第１クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の構成として、前記第１の構成において、前記クラッドは第１クラッド、第２クラッド及び第３クラッドとからなり、前記第２クラッドに吸光性物質が添加されていることを特徴とする。
【００１４】
また、第５の構成として、前記第４の構成において、前記第２クラッドの屈折率が前記第１クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００１５】
また、第６の構成として、前記第１から第５までのいずれかの構成において、前記吸光性物質は遷移金属元素若しくは希土類金属元素を単独で若しくは組み合わせて添加されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、第７の構成として、前記第１から第６までのいずれかの構成において、前記光導波路が光ファイバであることを特徴とする。
【００１７】
また、第８の構成として、本発明の光素子は、第１から第７までのいずれかの構成に記載のクラッドモード減衰性光導波路を光フィルタとして用いたことを特徴とする。
【００１８】
また、第９の構成として、本発明の光素子は、第１から第７までのいずれかの構成に記載のクラッドモード減衰性光導波路のコアに回折格子が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、第１０の構成として、本発明の光素子は、第１から第７までのいずれかの構成に記載のクラッドモード減衰性光導波路を光カプラに用いたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００２１】
図１は本発明のクラッドモード減衰性光導波路として光ファイバを用いた光素子の一実施の形態を表した図である。図１（ａ）は縦断面図であり、コア１の長手方向の一部にＦＢＧ２が形成されており、コア１の周囲に第１クラッド３及びその周囲に第２クラッド４が配置されている。第１クラッド３には遷移金属元素の一種である吸光性物質のコバルト（Ｃｏ）が添加されている。図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ―Ｘで切断した横断面図である。そして、第１クラッド３と第２クラッド４は屈折率が異なっており、図１（ｃ）に示すように第２クラッド４の方が第１クラッド３よりも高い屈折率を有するようになっている。即ち、コアには純石英ガラスにＧｅを添加して屈折率を上げ、第１クラッド３は純石英ガラスのままとし、第２クラッド４にＧｅを添加して第１クラッド３よりも屈折率を高くしている。Ｇｅの添加量は目的とする光ファイバに応じて適宜設計すればよい。
【００２２】
このような構成の光素子においては、クラッドを伝搬するクラッドモードは第１クラッド３で大きく減衰させられ、なおかつ第２クラッド４まで浸み出したクラッドモードも第２クラッド４の屈折率が高いので、第２クラッド４中にクラッドモードのパワーが局在し、第１クラッド３を隔てたコアを伝搬する基本モードにクラッドモードが再結合され難くなる。
【００２３】
ここで、クラッドモードを減衰させるために添加する吸光性物質はコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、クローム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）などの遷移金属元素やエルビウム（Ｅｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）などの希土類元素を単独で若しくはこれらを組み合わせて用いればよい。もちろんこのほかの元素であっても本発明の目的にかなうものであるならば特に限定されることはない。
【００２４】
次に図２を用いて他の実施の形態について説明する。なお、図１と同一の箇所は同一の番号で表すこととする。図２（ａ）の縦断面図及び図２（ｂ）の横断面図で示すように、本実施の形態のクラッドモード減衰性光ファイバは、コア１と第１クラッド３、その周囲の第２クラッド４及び第２クラッドの周囲の第３クラッド５により構成されている。そして、第２クラッド４にコバルト（Ｃｏ）が添加されており、クラッドモードを減衰させるようになっている。これら第１〜第３クラッドの屈折率は図２（ｃ）に示すように、第２クラッド４が第１クラッド３よりも高くなっており、第３クラッド５が第２クラッド４よりも低くなっている。即ち、本実施の形態における光ファイバは純石英ガラスからなるコア１にＧｅを添加して屈折率を上げ、第１クラッド３は純石英ガラスのままとし、第２クラッド４には第１クラッド３よりも屈折率を高くするためにＧｅを添加している。そして第３クラッド５はやはり純石英ガラスのままとしている。なお、本実施の形態のように第３クラッド５は第２クラッド４よりも屈折率が低い方が望ましいが、第２クラッド４の屈折率と同等であっても差し支えない。
【００２５】
このような構成の光ファイバはコア１に隣接する第１クラッド３には吸光性物質の添加がないため、コア１を伝搬する光のクラッドへの浸み出し成分の吸収による伝送損失がほとんど発生しない。一方、第２クラッド４には吸光性物質のＣｏと屈折率上昇作用を有するＧｅが共添加されている。第２クラッド４はＧｅが添加されているので純石英ガラスからなる第１クラッド３及び第３クラッド５よりも屈折率が高いので、クラッドモードのパワーは第２クラッド４の領域に局在して高密度に分布することになる。この領域は前記したように吸光性物質であるＣｏが添加されているのでクラッドモードを効率的に減衰させることができ、クラッドモードの基本モードへの再結合を阻止することができる。
【００２６】
ところで、光導波路の場合基本モードを伝搬する光のパワーも一部はクラッドに分布している。クラッド中に分布するパワーの割合は波長によって異なり、一般的に長波長の光ほどクラッドに浸み出す割合が大きい。従って、クラッドモードを減衰させる本発明の光導波路においては、クラッドへ添加する吸光性物質の添加量やクラッドの屈折率分布を最適に設計すれば基本モードの伝搬に対して波長依存性を付与するようにすることも可能であり、例えば光ローパスフィルタ機能を有する光導波路を実現することもできる。
【００２７】
さらに、本発明のクラッドモード減衰性光導波路を用いて光カプラを構成した場合には、クラッドに吸光性物質が添加されているために分岐部におけるモード結合の状態を変化させること、即ち結合長等を調整することにより分岐比の波長依存性を変化させることに加えて、モード結合領域で吸光性物質による吸収を受けることによってもさらに透過特性の波長依存性を付与されることになるので、吸光性物質の種類や濃度、分布等を設計することにより、より多様な波長依存性を付与した光カプラを構成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記したように本発明の光導波路によれば、クラッドモードを減衰させるために光導波路のクラッドの全体若しくはクラッドの一部に吸光性物質が添加されているとともに屈折率が調整されているので、光導波路のコアを伝搬する基本モードにクラッドモードが再結合するような不都合が生じることがなく、また本発明の光導波路を用いて光素子を構成した場合にもクラッドモードの影響が及ばないＦＧ型光素子や設計の自由度の高いカプラ型光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表した図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を表した図である。
【符号の説明】
１・・・コア
２・・・ＦＢＧ
３・・・第１クラッド
４・・・第２クラッド
５・・・第３クラッド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide in which a cladding mode is attenuated, and an optical device using the optical waveguide.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art With the recent development of communication networks, optical fiber communication networks have been rapidly improved, and various optical elements are used in the optical fiber communication networks. This optical element includes, for example, an optical filter or an optical coupler. The optical filter and the optical coupler are composed of an optical waveguide, that is, a planar optical waveguide or an optical fiber. Among them, for example, there is an FG type optical element in which a diffraction grating (fiber grating, hereinafter FG) is formed in the core of an optical fiber. As one type of FG, there is an FBG type optical element in which a fiber Bragg grating (hereinafter, referred to as FBG) is formed in a core, and such an optical element is often used by being incorporated in a connector (for example, see Patent Document 1). ).
[0003]
Further, the optical coupler has a function of distributing optical power by power transfer (mode coupling) between fundamental modes of a plurality of optical fibers in a branching unit. Various wavelength characteristics of the branching ratio can be controlled by design, and an optical coupler (coupler-type optical element) having a wavelength filter function such as a WDM coupler has also been realized (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 10-227938 A [Patent Document 2]
JP-A-7-198987
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional techniques as described above have the following problems to be solved.
[0006]
That is, in the FBG type optical element of the related art, since a diffraction grating having a wavelength selecting function is formed in the core, a desired filter action is not given to a so-called clad mode which is light propagating through the clad. Therefore, a clad mode generated from the FBG itself and a clad mode generated in a portion other than the FBG, for example, a connection portion of an optical fiber near the FBG forming portion, propagates through the clad without being blocked by the FBG. Some of these optical powers recombine into a fundamental mode that propagates through the core at a certain rate after passing through the FBG formation region. Although the recombined power is slightly weaker than the original incident power, since the fundamental mode before recombination is mostly cut off by the FBG, ignore the power inflow from the cladding mode due to recombination. However, there is a problem that the filter performance is largely affected. In particular, when the FBG-type optical element is arranged near the connection portion of the optical fiber, the effect is remarkable, and there is a problem that it is a great hindrance when trying to obtain a cutoff amount of 30 dB or more.
[0007]
Further, in the case of the coupler type optical element, there is also a problem that the degree of freedom of design is not so large since the state of mode coupling in the branching section, specifically, the branching ratio is merely changed by adjusting the length of the branching section.
[0008]
The present invention provides an optical waveguide that solves the above problems and an optical device using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to solve the above-mentioned problem.
[0010]
That is, as a first configuration, the cladding mode attenuating optical waveguide of the present invention is an optical waveguide composed of a core having a high refractive index and a cladding having a lower refractive index than the core around the core, wherein the cladding has a cladding mode. A light absorbing substance is added to the entire cladding or a part of the cladding so as to be attenuated, and the refractive index is adjusted.
[0011]
As a second configuration, in the first configuration, the clad includes a first clad and a second clad, and a light-absorbing substance is added to the first clad.
[0012]
Further, as a third configuration, in the second configuration, the refractive index of the second cladding is higher than the refractive index of the first cladding.
[0013]
As a fourth configuration, in the first configuration, the clad includes a first clad, a second clad, and a third clad, and a light-absorbing substance is added to the second clad. I do.
[0014]
As a fifth configuration, in the fourth configuration, the refractive index of the second cladding is higher than the refractive index of the first cladding.
[0015]
As a sixth configuration, in any one of the first to fifth configurations, the light-absorbing substance is added with a transition metal element or a rare earth metal element alone or in combination.
[0016]
Further, as a seventh configuration, in any one of the first to sixth configurations, the optical waveguide is an optical fiber.
[0017]
As an eighth configuration, an optical element according to the present invention is characterized in that the cladding mode attenuating optical waveguide according to any one of the first to seventh configurations is used as an optical filter.
[0018]
As a ninth configuration, an optical element according to the present invention is characterized in that a diffraction grating is formed in a core of the cladding mode attenuating optical waveguide according to any one of the first to seventh configurations. .
[0019]
Further, as a tenth configuration, an optical element according to the present invention is characterized in that the clad mode attenuating optical waveguide according to any one of the first to seventh configurations is used for an optical coupler.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using specific examples.
[0021]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical device using an optical fiber as a cladding mode attenuating optical waveguide of the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view, in which an FBG 2 is formed in a part of the core 1 in the longitudinal direction, and a first clad 3 is arranged around the core 1 and a second clad 4 is arranged around the core. . The first cladding 3 is doped with a light-absorbing substance, cobalt (Co), which is a kind of transition metal element. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. The first clad 3 and the second clad 4 have different refractive indexes. As shown in FIG. 1C, the second clad 4 has a higher refractive index than the first clad 3. I have. That is, Ge is added to the core to increase the refractive index by adding Ge to pure quartz glass, the first cladding 3 is kept as pure quartz glass, and Ge is added to the second cladding 4 to make the refractive index higher than that of the first cladding 3. High. The amount of Ge to be added may be appropriately designed according to the intended optical fiber.
[0022]
In the optical device having such a configuration, the cladding mode propagating through the cladding is greatly attenuated by the first cladding 3, and the cladding mode leached up to the second cladding 4 also has a high refractive index of the second cladding 4. In addition, the power of the cladding mode is localized in the second cladding 4, and it is difficult for the cladding mode to recombine with the fundamental mode propagating in the core separated by the first cladding 3.
[0023]
Here, the light absorbing material added to attenuate the cladding mode is a transition metal element such as cobalt (Co), nickel (Ni), iron (Fe), vanadium (V), chrome (Cr), and manganese (Mn). And rare earth elements such as erbium (Er), neodymium (Nd), and samarium (Sm) may be used alone or in combination. Of course, other elements are not particularly limited as long as they meet the purpose of the present invention.
[0024]
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIG. 1 are represented by the same numbers. As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 2A and the transverse sectional view of FIG. 2B, the cladding mode attenuating optical fiber of the present embodiment includes a core 1, a first cladding 3, and a It is constituted by a third clad 5 around the clad 4 and the second clad. Then, cobalt (Co) is added to the second cladding 4 to attenuate the cladding mode. As shown in FIG. 2C, the refractive indices of the first to third claddings are higher in the second cladding 4 than in the first cladding 3, and lower in the third cladding 5 than in the second cladding 4. ing. That is, in the optical fiber according to the present embodiment, Ge is added to the core 1 made of pure silica glass to increase the refractive index, the first clad 3 remains pure silica glass, and the second clad 4 is the first clad 3. Ge is added to make the refractive index higher than that of Ge. The third clad 5 is still pure silica glass. Although the third clad 5 preferably has a lower refractive index than the second clad 4 as in the present embodiment, the third clad 5 may have the same refractive index as the second clad 4.
[0025]
In the optical fiber having such a configuration, since the first cladding 3 adjacent to the core 1 has no addition of a light absorbing substance, transmission loss almost occurs due to absorption of a leaching component of light propagating in the core 1 into the cladding. do not do. On the other hand, the second cladding 4 is co-doped with Co as a light-absorbing substance and Ge having a refractive index increasing effect. Since the second cladding 4 is doped with Ge and has a higher refractive index than the first cladding 3 and the third cladding 5 made of pure silica glass, the power of the cladding mode is localized in the region of the second cladding 4. It will be densely distributed. As described above, since the light absorbing substance Co is added to this region, the cladding mode can be efficiently attenuated, and the recombination of the cladding mode into the fundamental mode can be prevented.
[0026]
Incidentally, in the case of an optical waveguide, the power of light propagating in the fundamental mode is also partially distributed in the cladding. The ratio of the power distributed in the clad varies depending on the wavelength, and generally, the longer the wavelength of the light, the greater the percentage of leaching into the clad. Therefore, in the optical waveguide of the present invention for attenuating the cladding mode, if the addition amount of the light-absorbing substance added to the cladding and the refractive index distribution of the cladding are optimally designed, the wavelength dependence is given to the propagation of the fundamental mode. It is also possible to realize an optical waveguide having an optical low-pass filter function, for example.
[0027]
Further, when an optical coupler is formed using the cladding mode attenuating optical waveguide of the present invention, the state of mode coupling in the branch portion is changed because the light absorbing substance is added to the cladding, that is, the coupling length is changed. In addition to changing the wavelength dependence of the branching ratio by adjusting etc., the wavelength dependence of the transmission characteristic will be further provided by being absorbed by the light absorbing substance in the mode coupling region, By designing the type, concentration, distribution, and the like of the light-absorbing substance, an optical coupler having more various wavelength dependencies can be formed.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical waveguide of the present invention, since the light-absorbing substance is added to the entire cladding or a part of the cladding of the optical waveguide and the refractive index is adjusted in order to attenuate the cladding mode, There is no inconvenience that the cladding mode is recombined with the fundamental mode propagating in the core of the optical waveguide, and the FG which is not affected by the cladding mode even when an optical element is formed using the optical waveguide of the present invention. A type optical element and a coupler type optical element having a high degree of freedom in design can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Core 2 ... FBG
3 1st clad 4 2nd clad 5 3rd clad
