JP2931914B2 - 光ファイバー分岐結合器 - Google Patents

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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

〔作用〕

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。

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

一方コア1,2は同一材料，同一形状で構成されてい
る。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

|A（０）|²＝1,|B（０）|²＝０ 上記式を満たす解は次式となる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

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

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意の屈折率を有する誘電体からなるクラ
   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。