JP2931914B2 - Optical fiber branch coupler - Google Patents
Optical fiber branch couplerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光伝送路や光計測等の分野で使用される光
ファイバー分岐結合器に関し、特に波長依存性が小さい
光ファイバー分岐結合器に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber splitter / coupler used in fields such as optical transmission lines and optical measurement, and more particularly to an optical fiber splitter / coupler having small wavelength dependence. is there.
従来、光伝送路や光計測等の分野で使用される光ファ
イバーにおいては、ひとつの光伝送路を伝播する光信号
を２つの光伝送路に分岐したり、或いは２つの光伝送路
を伝播する光信号を１つの光伝送路に結合したりするた
めに、光ファイバー分岐結合器（光ファイバーカップラ
ー）が使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical fiber used in a field such as an optical transmission line or an optical measurement, an optical signal propagating through one optical transmission line is split into two optical transmission lines or an optical signal propagating through two optical transmission lines. In order to couple a signal to one optical transmission line, an optical fiber branch coupler (optical fiber coupler) is used.
この種の光ファイバー分岐結合器の中には、２本のシ
ングルモード光ファイバーの被覆を剥がし、コアとクラ
ッドのみとし、これらを所定距離だけ平行に密着させ、
該密着させた部分の中央部を加熱し、その位置で両ファ
イバーを融着し、さらに該融着部分を延伸させてテーパ
ー状に細径化し、これによって両者間で相互に光信号が
漏洩するように構成したものがある。In this type of optical fiber branch coupler, the coating of the two single mode optical fibers is peeled off, leaving only the core and the clad, and these are brought into close contact with each other in parallel for a predetermined distance,
The central portion of the contacted portion is heated, the two fibers are fused at that position, and the fused portion is stretched to reduce the diameter to a tapered shape, whereby the optical signal leaks between the two. Some are configured as follows.
この種の光ファイバー分岐結合器は、光ファイバー同
士の結合が容易であるため、光ファイバーを使用する各
種の装置に利用されている。This type of optical fiber branch coupler is used for various devices using optical fibers because the optical fibers are easily coupled to each other.
ところでこの種の光ファイバー分岐結合器において、
同一のコア径を有するシングルモードファイバー同士を
結合した場合は、その結合率に波長依存性が生じる。By the way, in this type of optical fiber branch coupler,
When single mode fibers having the same core diameter are coupled to each other, the coupling ratio has wavelength dependence.
そして結合率に波長依存性があると、波長の異なる光
を同程度の分岐比で分岐したいような場合、その使用時
の波長変動により分岐比も変動するため、その適用が難
しい。If the coupling ratio has wavelength dependence, it is difficult to apply light having different wavelengths to the same branching ratio because the branching ratio also fluctuates due to wavelength fluctuations during use.
このため従来波長の異なる光を同程度の分岐比で分岐
したい場合は、結合率に波長依存性の少ない光ファイバ
ー分岐結合器が使用される。For this reason, conventionally, when it is desired to split light having different wavelengths at the same branching ratio, an optical fiber splitter / coupler having little wavelength dependence in the coupling ratio is used.
第４図は結合率に波長依存性の少ない広帯域型の従来
の光ファイバー分岐結合器を示す図であり、同図（ａ）
はその要部側断面図、同図（ｂ）はその縦断面図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a conventional optical fiber branching coupler of a broadband type having a small coupling-wavelength dependence, and FIG.
FIG. 2 is a side sectional view of a main part thereof, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view thereof.
同図に示すように、この従来の光ファイバー分岐結合
器は、結合する部分の２本の光ファイバー8,9の各コア8
1,91の径2a1,2a2を変えて構成している。As shown in the figure, this conventional optical fiber branching coupler has a core 8 of two optical fibers 8, 9 in a coupling portion.
It is configured by changing the diameters 2a1 and 2a2 of 1,91.
このように結合部のコア径を異ならすように構成すれ
ば、非対称導波路の不完全結合となるため、結合率の波
長依存性を小さくすることができる（参考文献:D.B.Mor
ttimore,Electronics Letters,Vol.21,pp742−743,198
5）。If the core diameters of the coupling portions are made different in this way, incomplete coupling of the asymmetric waveguide will occur, and the wavelength dependence of the coupling ratio can be reduced (reference: DBMor
ttimore, Electronics Letters, Vol.21, pp742-743,198
Five).
なおこの光ファイバー分岐結合器を製造するには、ま
ず２本の同一コア径の光ファイバーを用意し、一方の光
ファイバー９を加熱・延伸し、これに延伸していないも
う一方の光ファイバー８を加熱・溶融して結合し、これ
らを延伸することによって行なう。In order to manufacture this optical fiber branch coupler, first, two optical fibers having the same core diameter are prepared, one optical fiber 9 is heated and drawn, and the other optical fiber 8 not drawn is heated and melted. This is performed by stretching them.
ところでLANやCATV等の光システムを構築するために
は、多数個の光ファイバー分岐結合器が必要であるが、
この多数個の光ファイバー分岐結合器として上記従来の
構造のものを用いた場合は、その接続作業が繁雑となる
ばかりか、同等な比率で光ファイバーの径を異ならせた
り同等な性能としたりすることは困難であり、その生産
性が極めて悪いという問題点があった。By the way, in order to construct an optical system such as LAN or CATV, many optical fiber branch couplers are required,
If the above-mentioned conventional structure is used as the multiple optical fiber branch couplers, not only does the connection work become complicated, but also it is not possible to change the diameter of the optical fibers at the same ratio or to achieve the same performance. However, there is a problem that the productivity is extremely low.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、結合率の波長依存性が小さい光フ
ァイバー分岐結合器を、等しい径のコア同士による対称
導波路によって構成可能とし、光ファイバー分岐結合器
の調整パラメータを減じせしめ、生産を容易にし、低価
格化を図ることにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to enable an optical fiber branch coupler having a small wavelength dependence of a coupling ratio to be configured by a symmetric waveguide including cores having the same diameter, An object of the present invention is to reduce adjustment parameters of an optical fiber branch coupler, to facilitate production, and to reduce the price.
上記問題点を解決するため本発明は、等しいコア径、
屈折率を有するシングルモード光ファイバーのコア同士
を、その外縁同士が所定距離まっすぐに接触或いは近接
するようにし、その外周をクラッドで囲むように構成し
た。In order to solve the above problems, the present invention provides an equal core diameter,
The cores of the single mode optical fibers having a refractive index are arranged so that their outer edges are in straight contact or close to each other by a predetermined distance, and the outer periphery is surrounded by a clad.
このように同一形状，同一屈折率のコア同士を近接
（できれば直接接触）させれば、分布結合により、コア
の径が同一であっても、その結合率の波長依存性が低減
化できる。Thus, if cores having the same shape and the same refractive index are brought close to each other (preferably in direct contact), even if the diameters of the cores are the same, the wavelength dependency of the coupling ratio can be reduced by distributed coupling.
また同一形状，同一屈折率のコアを直接結合すればよ
いだけなので、該光ファイバー分岐結合器を製造すると
きの各部品間の調整が容易に行なえ、しかも再現性よく
その効果が発揮できる。In addition, since it is only necessary to directly couple cores having the same shape and the same refractive index, adjustment between components at the time of manufacturing the optical fiber branch coupler can be easily performed, and the effect can be exhibited with good reproducibility.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明にかかる光ファイバー分岐結合器を示
す図であり、同図（ａ）は要部側断面図、同図（ｂ）は
縦断面図である。FIG. 1 is a view showing an optical fiber branch coupler according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) is a sectional side view of a main part, and FIG. 1 (b) is a longitudinal sectional view.
同図に示すようにこの光ファイバー分岐結合器は、２
本の円柱状のコア1,2と、その外周を包むクラッド３に
よって構成されている。As shown in FIG.
It is composed of cylindrical cores 1 and 2 and a clad 3 surrounding the outer periphery thereof.
なお同図においては説明の都合上クラッド３に対して
コア1,2の径を大きく示しているが、通常はコア1,2の径
はクラッド３の外径に比べてもっと小さい。なおここで
用いる光ファイバーA,Bはシングルモードの光ファイバ
ーである。Although the diameters of the cores 1 and 2 are larger than those of the cladding 3 for the sake of explanation, the diameters of the cores 1 and 2 are usually smaller than the outer diameter of the cladding 3 in FIG. The optical fibers A and B used here are single mode optical fibers.
ここでクラッド３は屈折率n2の誘電体で構成され、２
本のコア1,2の外周に密着してこれらを包み込むように
形成されている。Here, the clad 3 is made of a dielectric material having a refractive index of n2,
The cores 1 and 2 of the book are formed so as to be in close contact with the outer periphery and wrap these.
一方コア1,2は同一材料，同一形状で構成されてい
る。On the other hand, the cores 1 and 2 are made of the same material and the same shape.
即ち、コア1,2はいずれもその屈折率がn1の同一の誘
電体で構成され、両者の径はいずれも2aである。That is, each of the cores 1 and 2 is made of the same dielectric material having a refractive index of n1, and both have a diameter of 2a.
なお屈折率n1は、屈折率n2に比較し、わずかに大きな
屈折率を有する。Note that the refractive index n1 has a slightly larger refractive index than the refractive index n2.
そしてこれらコア1,2は、所定の距離Ｌの部分におい
て、両コア1,2の外縁部分が直線状に直接接触するよう
に構成されている。The cores 1 and 2 are configured such that the outer edge portions of the cores 1 and 2 are in direct contact with each other in a straight line at a predetermined distance L.
なおこのときコア1,2は、いずれも距離Ｌの区間にお
いて、その外径2aが変化しないように構成されている。
従って両コア1,2の中心軸間距離は2aで一定である。At this time, each of the cores 1 and 2 is configured such that its outer diameter 2a does not change in the section of the distance L.
Therefore, the distance between the center axes of both cores 1 and 2 is constant at 2a.
以上のようにして構成された光ファイバー分岐結合器
における入出力特性はモード結合理論によって得られ
る。The input / output characteristics of the optical fiber branch coupler configured as described above can be obtained by the mode coupling theory.
即ち、光ファイバーA,Bにおける電場をそれぞれＡ
（ｚ）,B（ｚ）とすると、２本の光ファイバーA,Bのモ
ード結合方程式は次式で表わされる。That is, the electric field in the optical fibers A and B is
Assuming that (z) and B (z), the mode coupling equation of the two optical fibers A and B is expressed by the following equation.
ここで、β:zの正方向への伝搬定数 u:正規化横方向伝搬定数 w:正規横方向減衰定数 Δ：比屈折率差 a:ファイバーコア径 d:ファイバー間距離 v:正規化周波数 ここで入力条件を片側入力として次のように規格化し
設定する。 Here, β: the propagation constant of z in the positive direction u: normalized lateral propagation constant w: normal lateral attenuation constant Δ: relative refractive index difference a: fiber core diameter d: inter-fiber distance v: normalized frequency The input conditions are standardized and set as follows as one-sided input.
|A（０）|2＝1,|B（０）|2＝０ 上記式を満たす解は次式となる。| A (0) | 2 = 1, | B (0) | 2 = 0 The solution that satisfies the above equation is as follows.
結合率は、 ここで分岐比3dBの条件は分岐比 |A（ｚ）|2:|B（ｚ）|2＝1:1 3dB結合長の条件は、 である。これらの数式により求められた数値の結果をグ
ラフにしたものを第２図，第３図に示す。 The coupling rate is Here, the condition of the branching ratio of 3 dB is the condition of the branching ratio | A (z) | 2 : | B (z) | 2 = 1: 1 3 dB It is. FIGS. 2 and 3 show graphs of the results of the numerical values obtained by these mathematical expressions.
即ち第２図，第３図において、コア１又はコア２のい
ずれか一方にその一端から光を入射した場合にその光が
分岐してコア1,2の他端からそれぞれ半分ずつ出射する
ための（即ち結合率が3dBとなるための）コア1,2の中心
軸間の距離ｄとコア1,2の接触或いは近接距離Ｌとの関
係を示す図である。なおコア１又はコア２に入射する光
の種類としては、波長λが1.3μｍと1.42μｍと1.55μ
ｍのものを用いた。That is, in FIG. 2 and FIG. 3, when light enters one of the core 1 and the core 2 from one end thereof, the light is branched and emitted from the other ends of the cores 1 and 2 respectively by half. FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a distance d between central axes of the cores 1 and 2 (that is, a coupling ratio becomes 3 dB) and a contact or proximity distance L between the cores 1 and 2; The type of light incident on the core 1 or the core 2 is 1.3 μm, 1.42 μm, and 1.55 μm.
m.
また第２図においてはコア1,2のそれぞれの半径を３
μｍとしたものを用い、第３図においてはそれぞれ２μ
ｍとしたものを用いた。In FIG. 2, the radius of each of the cores 1 and 2 is 3
μm, and in FIG.
m was used.
第２図に示すように、コア1,2の中心軸間の距離ｄが
6.0μｍのとき即ちコア1,2を接触させたときは、波長1.
3μｍの光の場合も波長1.42μｍの光の場合も波長1.55
μｍの光の場合も、結合率を3dBとするにはコア1,2の接
触距離Ｌをいずれも約0.2mmとすればよいことがわか
る。As shown in FIG. 2, the distance d between the central axes of the cores 1 and 2 is
When the thickness is 6.0 μm, that is, when the cores 1 and 2 are brought into contact, the wavelength is 1.
1.55 wavelength for both 3 μm and 1.42 μm light
It can be seen that in the case of light of μm, the contact distance L between the cores 1 and 2 may be set to about 0.2 mm in order to make the coupling rate 3 dB.
またコア1,2の中心軸間の距離ｄが6.0μｍより多少大
きいとき即ちコア1,2間が直接は接触していないが近接
状態にあるときも、各波長の光に対して結合率を3dBと
するためにはコア1,2の近接距離Ｌを、（0.2＋α）mmで
略一定とすればよいことがわかる。Also, when the distance d between the central axes of the cores 1 and 2 is slightly larger than 6.0 μm, that is, when the cores 1 and 2 are not in direct contact but are in a close state, the coupling ratio for light of each wavelength is also reduced. It can be seen that in order to obtain 3 dB, the proximity distance L between the cores 1 and 2 should be made substantially constant at (0.2 + α) mm.
また第３図においても、コア1,2の中心軸間の距離ｄ
が4.0μｍのとき即ちコア1,2を接触させたときは、いず
れの波長の光の場合も結合率を3dBとするためにはコア
1,2の接触距離Ｌをいずれも約0.12mmとすればよいこと
がわかる。Also in FIG. 3, the distance d between the center axes of the cores 1 and 2 is shown.
Is 4.0 μm, that is, when the cores 1 and 2 are in contact with each other, in order to obtain a coupling ratio of 3 dB for any wavelength of light,
It can be seen that the contact distance L for both 1 and 2 should be about 0.12 mm.
またコア1,2の中心軸間の距離ｄが4.0μｍより多少大
きいとき即ちコア1,2間が近接状態にあるときも、各波
長の光に対して結合率を3dBとするためにはコア1,2の近
接距離Ｌを、（0.12＋α）mmで略一定とすればよいこと
がわかる。Also, when the distance d between the central axes of the cores 1 and 2 is slightly larger than 4.0 μm, that is, when the cores 1 and 2 are close to each other, it is necessary to set the coupling ratio to 3 dB for light of each wavelength. It can be seen that the proximity distance L between 1 and 2 should be substantially constant at (0.12 + α) mm.
以上のように、両コア1,2の外縁部分を直線状に直接
接触或いは近接せしめるように設置すれば、両コア1,2
の接触或いは近接距離Ｌを同一としたままで入射する光
の波長を変化させてもその結合率は略一定となる。即ち
結合率の波長依存性が小さくできるのである。As described above, if the outer edges of both cores 1 and 2 are installed so as to directly contact or approach each other in a straight line, both cores 1 and 2
Even if the wavelength of the incident light is changed while keeping the contact or the proximity distance L the same, the coupling ratio becomes substantially constant. That is, the wavelength dependence of the coupling ratio can be reduced.
定性的には光が直接コアから漏れることから完全結合
とはならず、ほぼ3dBをMaxとした平坦なビート状の結合
条件となり、波長依存性を低減化することができる。Qualitatively, since light leaks directly from the core, complete coupling is not achieved, and a flat beat-like coupling condition with a maximum of approximately 3 dB is obtained, so that wavelength dependence can be reduced.
なお上記実施例においては結合率が3dBとなる場合の
例を示したが、コア1,2のコア径ａと、接触或いは近接
距離Ｌをそれぞれ調整することにより、所望の結合率、
波長特性を有する光ファイバー分岐結合器が得られる。In the above embodiment, an example in which the coupling ratio is 3 dB is shown. However, by adjusting the core diameter a of the cores 1 and 2 and the contact or proximity distance L respectively, a desired coupling ratio,
An optical fiber branch coupler having wavelength characteristics is obtained.
以上詳細に説明したように、本発明に係る光ファイバ
ー分岐結合器によれば、同一形状，同一屈折率のコアを
用い、これらを所定距離直線状に接触或いは近接させる
だけで、結合率の波長依存性が小さい光ファイバー分岐
結合器が提供できるという優れた効果を有する。As described above in detail, according to the optical fiber branching coupler according to the present invention, the core having the same shape and the same refractive index is used. It has an excellent effect that an optical fiber branching coupler having a low performance can be provided.
また本発明に係る光ファイバー分岐結合器は、同一形
状，同一屈折率のコアを直接結合すればよいだけなの
で、該光ファイバー分岐結合器を製造するときの各部品
間の調整が容易に行なえ、再現性よくその効果が発揮で
き、このためその製造が容易で生産性に優れ、結果とし
て低価格化が可能となるという優れた効果をも有する。In addition, the optical fiber branch coupler according to the present invention only needs to directly couple cores having the same shape and the same refractive index. Therefore, adjustment between components when manufacturing the optical fiber branch coupler can be easily performed, and reproducibility can be improved. The effect can be exhibited well, and therefore, it has an excellent effect that the production is easy and the productivity is excellent, and as a result, the price can be reduced.
第１図は本発明にかかる光ファイバー分岐結合器を示す
図、第２図と第３図は光ファイバー分岐結合器の結合率
を3dBとするためのコア1,2の中心軸間の距離ｄとコア1,
2の接触・近接距離Ｌとの関係を示す図、第４図は従来
の光ファイバー分岐結合器を示す図である。 図中、1,2……コア、３……クラッド、である。FIG. 1 is a view showing an optical fiber branch coupler according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are views showing the distance d between the central axes of the cores 1 and 2 for setting the coupling rate of the optical fiber branch coupler to 3 dB. 1,
2 is a diagram showing the relationship between the contact and the proximity distance L, and FIG. 4 is a diagram showing a conventional optical fiber branch coupler. In the figure, 1,2... Core, 3.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/28 G02B 6/287 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6/28 G02B 6/287
Claims (1)
ッド内に、該クラッドの屈折率よりも大きな屈折率を有
する誘電体からなる２本の円柱状のコアを備え、該両コ
アがほぼ同等の屈折率と径を有するとともに、所定距離
にわたって両コアの外径をほぼ一定に保持したまま、両
コアの外縁部分を直線状に接触或いは近接せしめ、且つ
前記両コアの外縁部分を接触或いは近接せしめる距離は
両コア間で波長依存性の少ない光の分岐・結合となる距
離とされていることを特徴とする光ファイバー分岐結合
器。A cladding made of a dielectric material having an arbitrary refractive index has two cylindrical cores made of a dielectric material having a refractive index larger than the refractive index of the cladding, and both cores are substantially formed. While having the same refractive index and diameter, and keeping the outer diameters of both cores substantially constant over a predetermined distance, the outer edge portions of both cores are brought into linear contact or close proximity, and the outer edge portions of both cores are brought into contact or An optical fiber branching / coupling device characterized in that the distance brought close to each other is a distance at which light with little wavelength dependence is branched / coupled between the two cores.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9818690A JP2931914B2 (en) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | Optical fiber branch coupler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9818690A JP2931914B2 (en) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | Optical fiber branch coupler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03294805A JPH03294805A (en) | 1991-12-26 |
| JP2931914B2 true JP2931914B2 (en) | 1999-08-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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1990
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| JPH03294805A (en) | 1991-12-26 |
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