JP2711351B2 - 光ファイバ結合器 - Google Patents

光ファイバ結合器

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ結合器に
関する。本発明は特に二つ以上の光ファイバが溶融され
て構成された光ファイバ結合器に利用できるが、これに
限定されるわけではない。 【０００２】 【従来の技術】溶融されて構成された光ファイバ結合器
は、二以上の光ファイバを用い、これらを互いに数回撚
り合わせ、撚り合わされた部分を加熱し、この一方で、
この部分を引き伸ばして徐々に細くなる形状（テーパ）
とし、互いに溶融させる。このタイプの結合器では、多
数の光ファイバのうちの一本を伝搬する光信号を他の多
数のファイバに結合させることができる。溶融光ファイ
バ結合器を製造する方法の例が、ヨーロッパ特許出願第
174014号（日立製作所）に説明されている。 【０００３】このような光ファイバ結合器は、低損失で
あり、温度安定性が良好であり、機械的に硬く、製造が
容易であることから、光ファイバ通信網で使用するに適
している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの素子
の結合比は波長に依存する。例えば、一つのポートから
二つのポートに結合する結合器では、二つの受け側ファ
イバに供給されるパワーの比、すなわち分割比が、１．
３μｍでは５０％対５０％であるが、ファイバを少し溶
融させたかよく溶融させたかに依存して、１．５２μｍ
では８０％対２０％ないし９９％対１％の範囲のどれか
の値となってしまう。実用的には、結合比が波長に依存
しない光ファイバ結合器が必要である。 【０００５】本発明は、このような課題を解決し、結合
比の波長依存性が小さい、すなわち波長に対する結合比
特性がほぼ平坦な光ファイバ結合器を提供することを目
的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ結合
器は、ひとつの光ファイバの伝搬光が他の一以上の光フ
ァイバに結合するあらかじめ定められた長さの結合領域
を備え、そのひとつの光ファイバの結合領域内の伝搬定
数が他の光ファイバの伝搬定数とわずかに異なって設定
された光ファイバ結合器において、あらかじめ定められ
た長さは、この光ファイバ結合器の形成時に二つのあら
かじめ選択された波長における結合比が最初に等しくな
る最小の長さに等しく設定されたことを特徴とする。 【０００７】伝搬定数の差は、光ファイバ間のコア径の
差、屈折率プロファイルの差、あるいは二つの同等な光
ファイバの一方に他方より大きなテーパを設けることに
より設定される。 【０００８】二つの同等な光ファイバにテーパを設ける
場合には、それぞれのテーパは、点ｚmmにおけるその光
ファイバの直径をＤ（ｚ）、テーパが設けらられていな
い部分の直径をＤmax 、テーパのくびれた部分における
ファイバ直径の減少量Ｄ0 、テーパ長のパラメタをａと
して、 Ｄ（ｚ）＝Ｄmax −Ｄ0 ｅｘｐ（−ａｚ2 ） で表されるガウス型の直径変化をもつ形状であることが
よい。具体的には、一方のテーパの形状をＤ0 ＝９μ
ｍ、ａ＝０．０３７ｍｍ2 、Ｄmax ＝１２５μｍとし、
他方のテーパの形状がＤ0 ＝１５μｍ、ａ＝０．０３５
ｍｍ2 、Ｄmax ＝１２５μｍとし、１．３μｍないし
１．５２μｍの波長で結合比をほぼ一定の５０％とする
ことができる。 【０００９】この光ファイバ結合器は、溶融光ファイバ
接合器であることがよい。 【００１０】二つのあらかじめ選択された波長における
結合比が５０％以下であることがよい。 【００１１】あらかじめ定められた長さを、この光ファ
イバ結合器の形成時に３００ｎｍの範囲内であらかじめ
選択された二つの波長における結合比が最初に等しくな
る最小の長さに等しく設定することで、この３００ｎｍ
の範囲のすべての波長に対して＋または−０．７ｄＢ以
上に変化することのないほぼ均一な結合比を有すること
ができる。 【００１２】このような光ファイバ結合器を製造するに
は、二つ以上の光ファイバのうちの第一の光ファイバの
伝搬光が第二の光ファイバに結合する結合領域を作り、
その第一の光ファイバと第二の光ファイバの結合定数を
あらかじめ設定した値に製造する。すなわち、結合領域
における第一および第二の光ファイバの各伝搬定数にわ
ずかな差を設けておき、その結合領域の長さを引き伸ば
し、その結合領域の長さを引き伸ばす工程を実行しなが
らその第一の光ファイバと第二の光ファイバの間の光結
合の状態を監視し、二つのあらかじめ設定された波長の
結合定数が最初に等しくなったときにその結合領域の長
さを引き伸ばす工程を停止させる。結合領域の長さを引
き伸ばす工程は加熱しながら実行することが好ましい。 【００１３】 【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
添付図面を参照して説明する。ここでは溶融光ファイバ
結合器を例に説明するが、他の構造の光ファイバ結合器
でも本発明を同様に実施できる。構造的には従来のもの
と同等であり、構造を示す図は省略する。 【００１４】図１は典型的な従来の溶融光ファイバ結合
器の波長応答を示す。曲線は、同じ伝搬定数を有する二
つの光ファイバの間の結合に関するものであり、結合す
る光パワーが最大で実質的に１００％となるものに関す
るものである。この図は、特定の波長における結合が約
５０％となるように結合器を製造した場合に、この波長
で、波長による結合パワーの変化が最大となることを示
す。図１に示したように、結合パワーが最大の領域にお
ける波長変化Δλにより生じる結合パワーの変化ΔＰ１
は比較的小さいが、結合パワーが５０％の領域における
同じ波長変化により生じる結合パワーの変化ΔＰ２は大
きい。したがって、最大結合パワーで、またはその領域
で動作する素子を設けた場合には、波長が少し変化して
も重大な影響は生じない。しかし、常にそうとは限らな
い。互いに溶融されて２×２ポート素子を構成する二つ
のファイバを含む素子を考える。波長変化の効果につい
て、結合器の長さによる結合パワーの変化を示す図２
（ｂ）を参照して考える。２×２ポート素子では、二つ
の受け手側ファイバに結合するパワーを約５０対５０に
分割することが必要である。１．５２μｍで５０対５０
に分割されるように製造時に結合器を引き伸ばすと、図
２（ａ）の線１２で示されるように、１．３μｍにおけ
る分割比が非常に異なってしまう。これでは、明らか
に、１．５２μｍと１．３μｍとの双方の波長で動作す
る必要のある通信網で使用するには不十分である。 【００１５】本発明の技術では、与えられた波長で測定
した伝搬定数が結合領域においてわずかに異なる二つの
光ファイバを溶融することにより、光ファイバ結合器が
製造される。伝搬定数の差は、受け手側ファイバを異な
る直径または異なるプロファイルとするか、または二つ
の同等なファイバの一方を他方以上に細い形状とするこ
とにより得られる。この技術の例として、一方のファイ
バを徐々に細くなる形状にして結合器を製造した。実際
の溶融技術について詳しくは説明しないが、例えばヨー
ロッパ特許出願第１７４０１４号に説明された方法を用
いることができる。伝搬定数の差を選択して、結合パワ
ーの割合を選択することができる。この技術を利用する
ことにより、例えば、１．３μｍおよび１．５２μｍの
放射で約５０％対５０％に光パワーを分割できる２×２
ポート素子を製造することができる。 【００１６】伝搬定数の異なるファイバで２×２ポート
の溶融ファイバ結合器を製造する効果を示すために、細
くなる形状が異なる二つのテーパ、すなわちテーパＡお
よびテーパＢを作成した。各テーパの直径変化は、 Ｄ（ｚ）＝Ｄmax −Ｄ0 ｅｘｐ（−ａｚ2) で表されるガウス型であり、Ｄ（ｚ）は点ｚmmにおける
ファイバの直径、Ｄmaxはテーパが設けられていないフ
ァイバの直径（１２５μｍ) 、Ｄ0 はテーパのくびれた
部分のファイバ直径の減少量、ａはテーパ長のパラメタ
である。テーパＡおよびＢのそれぞれに対して、Ｄ0 は
９および１５μｍであり、ａは０．０３７および０．０
３５ｍｍ2 である。 【００１７】これらのテーパをテーパが設けられていな
い一定直径のファイバと撚り合わせ、ヨーロッパ特許出
願第１７４０１４号に記載された方法と同様にして、撚
り合わせた部分の加熱および引き伸ばしを行った。結合
プロセスについて、引き伸ばし動作中に入力ポートに
１．３μｍおよび１．５２μｍの放射を入射し、双方の
出力ポートでこれらの波長のパワーを測定することによ
り監視した。二つのテーパに対する結合パワー応答の曲
線をそれぞれ図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す。これ
らの曲線は、広範囲の結合器長についての結合動作を示
すために、通常の停止点以上にファイバを引き伸ばした
ことを示す。テーパにより生じた伝搬定数の差が、ファ
イバ間のパワー伝達を不完全にすることが示されてい
る。図２（ａ）および図２（ｂ）を比較すると、伝搬定
数の差が大きいほど伝達される総パワーが小さくなる。 【００１８】図２（ｂ）に示したように、１．３μｍお
よび１．５μｍの曲線のＸで印付けされた最初の交差の
領域において、この結合器が双方の波長で等しい結合比
をもつ。さらに、伝搬定数の差を抵当に選択することに
より、結合比を選択することができる。２×２ポート素
子のために、引き伸ばし工程を領域Ｘに対応する長さで
定数する。そのためには、製造中に、波長１．５２μｍ
と１．３μｍとで監視しながら、その結合領域の長さを
引き伸ばしてゆき、その結合係数が等しくなった点でそ
の引き伸ばしを停止させる。そうすると、二つのあらか
じめ設定された波長で互いに結合係数の等しい光ファイ
バ結合器を簡単に製造することができる。テーパＡを用
いて素子を製造すると、１．２３ないし１．５７μｍの
波長範囲にわたって、５０％±９％の結合を達成でき
る。 【００１９】この技術を用いて５０％対５０％に結合す
る素子を製造するため、双方の波長で等しい結合が得ら
れるまで、すなわち約５０％となるまで、標準ファイバ
でテーパＡと同等のテーパを製造し、引き伸ばした。こ
の後、溝が設けられたシリカ・ロッド内に、シリコン・
ゴム・コンパウンドを用いて、ポッティングにより溶融
領域を保護した。これについて、二つの波長で結合およ
び損失を交互に測定したところ、１．３μｍにおいてＣ
＝４９．９％、Ｃ＝５０．１％、損失０．０１４ｄＢ、
１．５２μｍにおいてＣ＝５２．２％、Ｃ＝４７．８
％、損失０．１１ｄＢであった。 【００２０】図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、
入力ポート１から出力ポート３および４に伝達される放
射のスペクトル損失を交互に測定した結果を示す。３０
０ｎｍを越える波長幅にわたって、挿入損失が３ｄＢ±
０．７ｄＢとなる。 【００２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二つのあらかじめ設定された波長でその結合係数が等し
く、波長に対して結合比特性が平坦な光ファイバ結合器
が得られる。
【図面の簡単な説明】 【図１】典型的な従来例溶融光ファイバ結合器のスペク
トル応答を示す図。 【図２】種々の溶融光ファイバ結合器についての結合パ
ワー応答曲線の比較を示す図。 【図３】本発明による結合器のスペクトル損失曲線を示
す図。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．ひとつの光ファイバの伝搬光が他の一以上の光ファ
    イバに結合するあらかじめ定められた長さの結合領域を
    備え、 前記ひとつの光ファイバの結合領域内の伝搬定数が他の
    光ファイバの伝搬定数とわずかに異なって設定された光
    ファイバ結合器において、 前記あらかじめ定められた長さは、この光ファイバ結合
    器の形成時に二つのあらかじめ選択された波長における
    結合比が最初に等しくなる最小の長さに等しく設定され
    たことを特徴とする光ファイバ結合器。 ２．伝搬定数の差が光ファイバ間のコア径の差により設
    定された請求項１記載の光ファイバ結合器。 ３．伝搬定数の差が光ファイバ間の屈折率プロファイル
    の差により設定された請求項１記載の光ファイバ結合
    器。 ４．伝搬定数の差が二つの同等な光ファイバの一方に他
    方より大きなテーパを設けることにより設定された請求
    項１記載の光ファイバ結合器。 ５．前記二つの同等な光ファイバのそれぞれのテーパ
    は、点ｚmmにおけるその光ファイバの直径をＤ（ｚ）、
    テーパが設けらられていない部分の直径をＤmax 、テー
    パのくびれた部分におけるファイバ直径の減少量Ｄ0 、
    テーパ長のパラメタをａとして、 Ｄ（ｚ）＝Ｄmax −Ｄ0 ｅｘｐ（−ａｚ2 ） で表されるガウス型の直径変化をもつ形状である請求項
    ４記載の光ファイバ結合器。 ６．前記二つの同等な光ファイバの一方のテーパの形状
    はＤ0 ＝９μｍ、ａ＝０．０３７ｍｍ2 、Ｄmax ＝１２
    ５μｍであり、他方のテーパの形状はＤ0 ＝１５μｍ、
    ａ＝０．０３５ｍｍ2 、Ｄmax ＝１２５μｍであり、 １．３μｍないし１．５２μｍの波長で結合比がほぼ一
    定の５０％である請求項５記載の光ファイバ結合器。 ７．複数の光ファイバを溶融して形成された溶融光ファ
    イバ接合器である請求項１ないし６のいずれか記載の光
    ファイバ結合器。 ８．前記二つのあらかじめ選択された波長における結合
    比が５０％以下である請求項１ないし７のいずれか記載
    の光ファイバ結合器。 ９．ひとつの光ファイバの伝搬光が他の一以上の光ファ
    イバに結合するあらかじめ定められた長さの結合領域を
    備え、 前記ひとつの光ファイバの結合領域内の伝搬定数が他の
    光ファイバの伝搬定数とわずかに異なって設定された光
    ファイバ結合器において、 前記あらかじめ定められた長さは、この光ファイバ結合
    器の形成時に３００ｎｍの範囲内であらかじめ選択され
    た二つの波長における結合比が最初に等しくなる最小の
    長さに等しく設定され、 前記３００ｎｍの範囲のすべての波長に対して＋または
    −０．７ｄＢ以上に変化することのないほぼ均一な結合
    比を有することを特徴とする光ファイバ結合器。
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