JP2010197224A - 分光器 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光ファイバがシングルモードファイバ、マルチモードファイバの何れであっても、光損失が少なく、分解能や測定レベル確度の性能を悪化させない。
【解決手段】第１コア３０ａと第２コア３０ｂを有し、第２コア３０ｂのコア径が第１コア３０ａのコア径よりも小さく、且つ第２コア３０ｂのコア中心が第１コア３０ａのコア中心と同軸上に配置されるデュアルコア光ファイバからなる内部光ファイバ３０が、被測定光を入射する外部光ファイバ１０が接続される光コネクタ２０と分光手段４０におけるコリメータ４１との間に接続される。そして、外部光ファイバ１０からの被測定光を内部光ファイバ３０を介して分光手段４０に入射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射された被測定光を特定波長成分の光に分光する分光器に係り、特に被測定光を入射する入射光ファイバにシングルモードファイバとマルチモードファイバの何れのファイバを用いた場合であっても光損失が少なく、分解能や測定レベル確度の性能が悪化しない分光器に関するものである。

従来より、被測定光を可変波長フィルタに入射し、可変波長フィルタの選択波長を変化させながら、その出射光の強度を検出し、波長対強度の関係、即ちスペクトラムデータの解析、測定等を行う装置として光スペクトラムアナライザが用いられている。

光スペクトラムアナライザは、入射光ファイバから被測定光を入射スリットを介して分光器に取り込む。分光器では、取り込んだ被測定光をコリメータにより平行光に変換した後、回折格子で特定波長成分のみを分光して集光器で集光し、出射スリットを介して光電変換素子である受光素子で受光し、光強度のレベルが測定される。そして、特定波長成分の波長の値と、受光素子から出力される上記レベルに対応した電気的検出信号に基づいて得られる光強度との関係を画像表示している。
なお、このような一般的な光スペクトラムアナライザとしては、例えば下記特許文献１に開示されるようなものが公知である。

また、上記した光スペクトラムアナライザなどに用いられる分光器における被測定光の入射方法としては、図４に示すような分光器に光コネクタ１０２を直接設け、外部光ファイバ１０３を光コネクタに接続して分光器に被測定光を入射する「空間型」、図５に示すような外部の光ファイバ２０２の出力光を機器内部に備えた内部光ファイバ２０４を介して被測定光を入射する「内蔵ファイバ型」が知られている。

図４に示すように、空間型であるツェルニターナ型分光器１０１では、光コネクタ１０２が機器本体に設けられており、この光コネクタ１０２に外部光ファイバ１０３が接続されている。外部光ファイバ１０３から出射された被測定光は、コリメータ１０４へ出射され、平行光に変換される。コリメータ１０４によって平行光に変換された被測定光は、回折格子１０５で分光される。そして、回折格子１０５によって分光された被測定光は、集光器１０６によって集光された後、出射スリット１０７を介して受光素子１０８へと出射される。

図５に示すように、内蔵ファイバ型であるツェルニターナ型分光器２０１では、外部光ファイバ２０２が接続される光コネクタ２０３と、入射スリットとしての機能も兼ねるフェルールを備えた内部光ファイバ２０４が配設されている。光コネクタ２０３に接続された外部光ファイバ２０２からの被測定光は、内部光ファイバ２０４を介してコリメータ２０５へ出射され、平行光に変換される。コリメータ２０５によって平行光に変換された被測定光は、回折格子２０６で分光される。回折格子２０６によって分光された被測定光は、集光器２０７によって集光された後、出射スリット２０８を介して受光素子２０９へと出射される。

なお、上記説明では、空間型の分光器、内蔵ファイバ型の分光器として図４、５に示すようなツェルニターナ型の分光器を例に挙げたが、リトロー型などの他の分光方式を用いた場合も同様である。

特許第２８９２６７０号

ところで、近年、光通信用デバイスは多様化しており、長距離にわたる高速なデータ転送ではシングルモード光ファイバ（Single Mode （ＳＭ）ファイバ：コア径８〜１０μｍ）を用いた光デバイスに加えて、ギガビット・イーザネットやファイバチャネルなどの短距離光通信に対応したマルチモード光ファイバ（Graded Index（ＧＩ）ファイバ：コア径５０μｍ）を用いた光デバイスの需要が高まってきている。これにより、この種の光通信における光スペクトルを評価する光スペクトルアナライザとしても、ＳＭファイバとＧＩファイバの両方に対応した分光器が求められている。

しかしながら、上述した空間型の分光器では、外部光ファイバからの被測定光がダイレクトに空間に出力されるため、光ファイバ端面からのフレネル反射の影響により反射減衰量が悪化するため、被測定光デバイスに悪影響を与えてしまうという問題があった。また、光ファイバ端面を斜め研磨した場合、フレネル反射は抑えられるが、出射ビームの中心光軸が傾くため、分光器の分解能や測定レベル確度の性能を悪化させてしまうという問題もあった。

また、内蔵ファイバ型の分光器では、光損失を少なくし、分解能や測定レベル確度の性能を悪化させないようにするため、被測定光を入射する光ファイバがＳＭファイバ出力のデバイスであれば内部光ファイバにＳＭファイバを装着し、ＧＩファイバ出力のデバイスであれば内部光ファイバにＧＩファイバを装着して使用している。このため、使用される光ファイバの種類によって、その都度内部光ファイバの取り替え作業が必要であったり、ＳＭファイバ用及びＧＩファイバ用の２種類の分光器を用意しなければならず煩雑であった。

さらに、分光器では、出射スリットにおける光スポット径と波長分散方向の出射スリット幅によって波長分解能が決定されるため、入射スリットの位置における光スポット径が波長分解能に大きく依存することになる。従って、高波長分解能の分光器を実現するためには、入射スリットの位置での光スポット径が小さいＳＭファイバで入射することが必要となる。

しかしながら、内部光ファイバをＳＭファイバにして分光器に入射すると、外部光ファイバにＳＭファイバを用いて入射した場合には外部光ファイバと内部光ファイバの接続による光損失は小さく問題ないが、外部光ファイバにＧＩファイバを用いて入射した場合には外部光ファイバと内部光ファイバの接続によりＮＡ（開口数）が広がることで分解能が悪化してしまうため、光損失は極めて大きく（おおよそコア径の面積比に相当）なり正確なスペクトル測定ができないという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定光を入射する外部光ファイバがＳＭファイバ、ＧＩファイバの何れであっても光損失を少なく、且つ分解能や測定レベル確度性能が悪化することのない分光器を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するために、請求項１記載の分光器は、被測定光を入射する外部光ファイバ１０が接続される光コネクタ２０と、
前記被測定光を平行光に変換するコリメータ４１を有し、前記被測定光の特定波長成分のみ分光して前記被測定光の光強度を検出する分光手段４０とを備え、
前記光コネクタと前記コリメータとの間に内部光ファイバ３０が接続される分光器１において、
前記内部光ファイバは、第１コア３０ａと第２コア３０ｂからなるデュアルコア光ファイバであり、前記第２コアのコア径が前記第１コアのコア径よりも小さく、且つ前記第２コアのコア中心が前記第１コアのコア中心と同軸上に配置されていることを特徴とする。

請求項２記載の分光器は、請求項１記載の分光器において、前記内部光ファイバ３０の出射端面に反射防止膜が施されていることを特徴とする。

請求項３記載の分光器は、請求項１又は２記載の分光器において、前記内部光ファイバ３０の出射端面が斜め研磨されていることを特徴とする。

本発明の分光器によれば、第１コアと第２コアを有し、第２コアのコア径が第１コアのコア径よりも小さく、且つ第２コアのコア中心が第１コアのコア中心と同軸上に配置されるデュアルコア光ファイバからなる内部光ファイバを、被測定光を入射する外部光ファイバが接続される光コネクタと分光手段におけるコリメータとの間に接続しているため、外部光ファイバがＧＩファイバ、ＳＭファイバの何れであっても、光損失が少なく、且つ分解能や測定レベル確度の性能を悪化させることのない分光器を提供することができる。

また、使用環境や装置構成に応じて、内部光ファイバの出射端面側を斜め研磨、反射防止膜、又はこれらを組み合わせて内部光ファイバの出射端面に施すことにより、ファイバ端面での反射光を抑えられるという効果を奏する。

本発明に係る分光器の構成を示す概略構成図である。 （ａ） 同分光器で使用するデュアルコア光ファイバの構造を示す概略断面図である。 （ｂ） 同分光器に使用するデュアルコア光ファイバの屈折率分布を示す説明図である。 （ｃ） 同分光器に使用するデュアルコア光ファイバの屈折率分布の他の例を示す説明図である。 （ａ） 同デュアルコア光ファイバを斜め研磨した例を示す説明図である。 （ｂ） 同デュアルコア光ファイバに反射防止膜を施した例を示す説明図である。 従来の空間型の分光器の構成を示す概略構成図である。 従来の内蔵ファイバ型の分光器の構成を示す概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明に係る分光器の構成について、図１〜３を参照しながら説明する。
図１に示すように、本例の分光器１は、外部光ファイバ１０が接続される光コネクタ２０、一端が光コネクタ２０と接続され他端が装置内で固定される内部光ファイバ３０、内部光ファイバ３０からの被測定光を分光する分光手段４０を備えている。

本例で使用される外部光ファイバ１０は、利用者の使用用途や通信環境などに応じて、シングルモードファイバ（以下、ＳＭファイバと記す）又はマルチモードファイバ（以下、ＧＩファイバと記す）の何れかが用いられている。外部光ファイバ１０の出射端部には、ジルコニアなどのセラミックスからなる円柱形状を成しており、その中心線上に内部光ファイバ３０が挿入固定されたフェルールと、このフェルールやフェルール同士を精度よく突き合わせるためのバネを保持するためのホルダなどで構成されるプラグが装着されている。そして、このプラグを後述する光コネクタ２０の開口部に嵌合することで分光器１と接続される。

光コネクタ２０は、外部光ファイバ１０及び内部光ファイバ３０が嵌合する開口部を両端に備えたアダプタなどの接続部品で構成され、機器本体の所定箇所（外部光ファイバ１０からの被測定光がコリメータ４１に出射可能な任意の位置）に設けられている。また、光コネクタ２０は、各ファイバを両端から嵌合して突き合わせたときにフェルール同士を軸ズレなく整列させるスリーブが内蔵されている。

内部光ファイバ３０は、外部光ファイバ１０の仕様がＳＭファイバ又はＧＩファイバの何れであっても対応可能なように、デュアルコア光ファイバが採用されている。内部光ファイバ３０の両端部には、ジルコニアなどのセラミックスからなる円柱形状を成しており、その中心線上に内部光ファイバが挿入固定されたフェルールと、このフェルールやフェルール同士を精度よく突き合わせるためのバネを保持するためのホルダなどで構成されるプラグがそれぞれ装着され、出射端部側のフェルールが入射スリットの役目を兼ねている。そして、内部光ファイバ３０における入射端部側のプラグは、光コネクタ２０の開口部と嵌合して分光器１と接続している。また、内部光ファイバ３０における出射端部側のプラグは、機器本体内の所定箇所（外部光ファイバ１０から入射した被測定光をコリメータ４１に出射可能な任意の位置）に保持部材３１で位置固定されている。

ここで、デュアルコア光ファイバについて説明する。デュアルコア光ファイバは、図２（ａ）に示すように、クラッド３０ｃの内部に屈折率の異なる２種類のコア（第１コア３０ａ、第２コア３０ｂ）を有している。デュアルコア光ファイバの構造例としては、ファイバの中心に第２コア３０ｂ（例えば１０μｍφ）を備え、その外周を第１コア３０ａ（例えば５０μｍφ）で被覆し、さらにその外周をクラッド３０ｃ（例えば１２５μｍφ）で被覆して成る。すなわち、デュアルコア光ファイバの内部構造は、第２コア３０ｂのコア径が第１コア３０ａのコア径より小さく、第２コア３０ｂの中心は第１コア３０ａの中心と同軸上は配置され、第１コア３０ａの外周にクラッド３０ｃが被覆されている。

また、デュアルコア光ファイバにおけるコアとクラッドの相対屈折率をプロファイルすると、図２（ｂ）に示すように、第２コア３０ｂの屈折率ｎ１＞第１コア３０ａの屈折率ｎ２＞クラッド３０ｃの屈折率ｎ３の関係を示す。従って、ＧＩファイバを伝播する被測定光（例えば０．８５μｍ、１．３μｍ）は第１コア３０ａ及び第２コア３０ｂを伝播し、ＳＭファイバを伝播する被測定光（例えば１．５５μｍ）は第２コア３０ｂのみを伝播する。

また、図２（ｃ）に示すように、屈折率分布の別の形態として、第１コア３０ａとクラッド３０ｃの屈折率を同じｎ２にして第１コア３０ａとクラッド３０ｃの間に屈折率がｎ２より小さい屈折率ｎ３の中間層を介在した分布構造のデュアルコア光ファイバが考えられる。

さらに、パワー変動を抑制するため、反射減衰量を良くすることが重要である。そこで、図３（ａ）に示すような、挿通した出射端面側のフェルール先端を斜め研磨（例えば平面８°〜１２°）することもできる。これにより、平面研磨の反射減衰量は１４ｄＢ程度であるが、斜め研磨では約４０ｄＢ以上となり、反射量を抑制することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、出射端面側のフェルール先端に反射防止膜（ＡＲコート）が施した構成とすることで、開口端での反射光を抑えることができる。

なお、デュアルコア光ファイバからなる内部光ファイバ３０は、出射端面側のフェルール先端を斜め研磨した構成（図３（ａ））、出射端面側のフェルール先端に反射防止膜（ＡＲコート）を施した構成（図３（ｂ））、またはこれらを併用した構成など、その使用環境や装置構成により適宜選択することができる。

上述した分光器１は、外部光ファイバ１０から被測定光を光コネクタ２０を介して内部光ファイバ３０へ入射する。このとき、外部光ファイバ１０がＳＭファイバであった場合は、被測定光が内部光ファイバ３０における第２コア３０ｂを伝播して分光手段４０（コリメータ４１）に出射される。一方、外部光ファイバ１０がＧＩファイバであった場合は、内部光ファイバ３０における第１コア３０ａ、第２コア３０ｂを伝播して分光手段４０（コリメータ４１）に出射される。

分光手段４０は、内部光ファイバ３０からの被測定光を特定波長成分の光ファイバに分光し、その光強度を検出している。図示の例では、拡散光を平行光に変換するコリメータ４１で被測定光を平行光に変換し、複数の溝部又は凸部が平行に形成された格子面を有する回折格子４２にてコリメータ４１で平行光に変換された被測定光を分光する。そして、分光された被測定光のうち特定波長成分の被測定光を凹面鏡などの集光器４３で集光した後、折り曲げミラー４４で光路の向きを変えて出射スリット４５を介して光電変換素子である受光素子４６で受光して、被測定光の光強度を検出している。

このように、本発明に係る分光器１は、第１コア３０ａと第２コア３０ｂを有し、第２コア３０ｂのコア径が第１コア３０ａのコア径よりも小さく、且つ第２コア３０ｂのコア中心が第１コア３０ａのコア中心と同軸上に配置されるデュアルコア光ファイバからなる内部光ファイバ３０を、被測定光を入射する外部光ファイバ１０が接続される光コネクタ２０と分光手段４０におけるコリメータとの間に接続している。このため、被測定光を入射する外部光ファイバ１０がＧＩファイバ、ＳＭファイバの何れであっても、光損失が少なく、且つ分解能や測定レベル確度の性能を悪化させることのない分光器１を提供することができる。

また、使用環境や装置構成に応じて、斜め研磨、反射防止膜、又はこれらを組み合わせて内部光ファイバ３０の出射端面に施すことにより、ファイバ端面での反射光を抑えることができる。

ところで、上述した形態では、ツェルニターナ型の分光器１の内部光ファイバ３０にデュアルコア光ファイバを用いた例に挙げたが、これに限定されることはなく、分光器１の方式としてリトロー型やリトマン型などの内部光ファイバ３０が内蔵された他の形態の分光器を用いた場合であっても同様の効果を奏する。

以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１…分光器
１０…外部光ファイバ
２０…光コネクタ
３０…内部光ファイバ（３０ａ…第１コア、３０ｂ…第２コア、３０ｃ…クラッド）
３１…保持部材
４０…分光手段
４１…コリメータ
４２…回折格子
４３…集光器
４４…折り返しミラー
４５…出射スリット
４６…受光素子

Claims (3)

1. 被測定光を入射する外部光ファイバ（１０）が接続される光コネクタ（２０）と、
   前記被測定光を平行光に変換するコリメータ（４１）を有し、前記被測定光の特定波長成分のみ分光して前記被測定光の光強度を検出する分光手段（４０）とを備え、
   前記光コネクタと前記コリメータとの間に内部光ファイバ（３０）が接続される分光器（１）において、
   前記内部光ファイバは、第１コア（３０ａ）と第２コア（３０ｂ）からなるデュアルコア光ファイバであり、前記第２コアのコア径が前記第１コアのコア径よりも小さく、且つ前記第２コアのコア中心が前記第１コアのコア中心と同軸上に配置されていることを特徴とする分光器。
2. 前記内部光ファイバ（３０）の出射端面に反射防止膜が施されていることを特徴とする請求項１記載の分光器。
3. 前記内部光ファイバ（３０）の出射端面が斜め研磨されていることを特徴とする請求項１又は２記載の分光器。

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