JP3088856B2 - モードフィールド径変換ファイバ - Google Patents
モードフィールド径変換ファイバInfo
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モードフィールド径を
所望部分で変換できる光ファイバと、この光ファイバを
利用したモードフィールド径変換ファイバと、そのモー
ドフィールド径の変換方法に関する。
所望部分で変換できる光ファイバと、この光ファイバを
利用したモードフィールド径変換ファイバと、そのモー
ドフィールド径の変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、従来のモードフィールド径の
変換方法を示した図である。光ファイバのコアの形成に
用いたドーパントを熱拡散することによって、光ファイ
バ端で局所的にモードフィールド径を大きくする。図１
２（ａ）はドーパントの濃度分布の変化を示し、図１２
（ｂ）は屈折率分布の変化を示し、図１２（ｃ）はモー
ドフィールドの強度変化を示す。このような方法によっ
て光ファイバ端部のモードフィールド径を大きくするな
らば、モードフィールド径の小さい光ファイバをモード
フィールド径の大きい光ファイバに低損失で接続するこ
とができる。
変換方法を示した図である。光ファイバのコアの形成に
用いたドーパントを熱拡散することによって、光ファイ
バ端で局所的にモードフィールド径を大きくする。図１
２（ａ）はドーパントの濃度分布の変化を示し、図１２
（ｂ）は屈折率分布の変化を示し、図１２（ｃ）はモー
ドフィールドの強度変化を示す。このような方法によっ
て光ファイバ端部のモードフィールド径を大きくするな
らば、モードフィールド径の小さい光ファイバをモード
フィールド径の大きい光ファイバに低損失で接続するこ
とができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
方法では、モードフィールド径の小さい光導波路装置等
にモードフィールド径の大きい光ファイバを低損失で接
続することができないという問題があった。また、モー
ドフィールド径の増大に当たって、長時間の加熱が必要
であった。
方法では、モードフィールド径の小さい光導波路装置等
にモードフィールド径の大きい光ファイバを低損失で接
続することができないという問題があった。また、モー
ドフィールド径の増大に当たって、長時間の加熱が必要
であった。
【０００４】そこで、本発明は、所望部分のモードフィ
ールド径を従来に比較して短時間で変換したモードフィ
ールド径変換ファイバを提供すること目的とする。
ールド径を従来に比較して短時間で変換したモードフィ
ールド径変換ファイバを提供すること目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光ファイバは、ファイバ材料の屈折率
を高める作用を有するとともにこのファイバ材料に関し
て第１の熱拡散係数を有する第１のドーパントと、この
ファイバ材料の屈折率を下げる作用を有するとともにこ
のファイバ材料に関して第１の熱拡散係数よりも大きい
第２の熱拡散係数を有する第２のドーパントとを添加す
ることによって形成されたコアを備えることとしてい
る。ドーパントの分布の一つの形態は、第１ドーパント
および第２のドーパントともコア内濃度分布を略均一す
ることを特徴とする。他のドーパント分布形態は、第２
のドーパントはコア内濃度分布を略均一とするが、第１
のドーパントのコア内濃度分布を、実質的に中心部を高
く周辺部を低くしてコア周辺部の屈折率をクラッド部よ
りも低くするとともに、コア径を導波光の基底モードに
おけるモードフィールド径を極小とする値よりも小さく
形成することを特徴とする。この時の第１のドーパント
の濃度分布は、例えば略放物線状あるいは略階段状とす
る。
め、本発明に係る光ファイバは、ファイバ材料の屈折率
を高める作用を有するとともにこのファイバ材料に関し
て第１の熱拡散係数を有する第１のドーパントと、この
ファイバ材料の屈折率を下げる作用を有するとともにこ
のファイバ材料に関して第１の熱拡散係数よりも大きい
第２の熱拡散係数を有する第２のドーパントとを添加す
ることによって形成されたコアを備えることとしてい
る。ドーパントの分布の一つの形態は、第１ドーパント
および第２のドーパントともコア内濃度分布を略均一す
ることを特徴とする。他のドーパント分布形態は、第２
のドーパントはコア内濃度分布を略均一とするが、第１
のドーパントのコア内濃度分布を、実質的に中心部を高
く周辺部を低くしてコア周辺部の屈折率をクラッド部よ
りも低くするとともに、コア径を導波光の基底モードに
おけるモードフィールド径を極小とする値よりも小さく
形成することを特徴とする。この時の第１のドーパント
の濃度分布は、例えば略放物線状あるいは略階段状とす
る。
【０００６】
【０００７】また、本発明に係るモードフィールド径変
換ファイバは、上記光ファイバの所定部分を加熱し、こ
の所定部分でモードフィールド径を変化させている。ま
た、本発明に係るモードフィールド径の変換方法では、
上記光ファイバの所定部分を加熱し、この所定部分でモ
ードフィールド径を変化させる。
換ファイバは、上記光ファイバの所定部分を加熱し、こ
の所定部分でモードフィールド径を変化させている。ま
た、本発明に係るモードフィールド径の変換方法では、
上記光ファイバの所定部分を加熱し、この所定部分でモ
ードフィールド径を変化させる。
【０００８】
【作用】上記光ファイバの所定部分を加熱すると、この
所定部分のコアから第１及び第２のドーパントが熱拡散
する。この場合、第１の熱拡散係数よりも第２の熱拡散
係数の方が大きいので、第２のドーパントの方が第１の
ドーパントに比較してコアの中心からより離れた領域ま
で拡散する。この結果、上記の一つのドーパント分布形
態および他のドーパント分布形態ともに、コアの中心に
近い領域の屈折率とコアの中心から離れた領域の屈折率
との差が相対的に増加する。このため、加熱処理を施し
た所定部分でモードフィールド径が減少する。更に、他
のドーパント分布形態の場合には、第２のドーパントの
拡散によりクラッド部よりも屈折率の高くなる実質的な
コア径の増大の効果によってもモードフィールド径が減
少する。
所定部分のコアから第１及び第２のドーパントが熱拡散
する。この場合、第１の熱拡散係数よりも第２の熱拡散
係数の方が大きいので、第２のドーパントの方が第１の
ドーパントに比較してコアの中心からより離れた領域ま
で拡散する。この結果、上記の一つのドーパント分布形
態および他のドーパント分布形態ともに、コアの中心に
近い領域の屈折率とコアの中心から離れた領域の屈折率
との差が相対的に増加する。このため、加熱処理を施し
た所定部分でモードフィールド径が減少する。更に、他
のドーパント分布形態の場合には、第２のドーパントの
拡散によりクラッド部よりも屈折率の高くなる実質的な
コア径の増大の効果によってもモードフィールド径が減
少する。
【０００９】
【００１０】この結果、希望する所定部分でモードフィ
ールド径を変化させたモードフィールド径変換ファイバ
を得ることができる。かかるモードフィールド径変換フ
ァイバは、単なる光伝送路としてではなく、低損失でモ
ードフィールド径を変換する光学素子としても機能する
こととなる。
ールド径を変化させたモードフィールド径変換ファイバ
を得ることができる。かかるモードフィールド径変換フ
ァイバは、単なる光伝送路としてではなく、低損失でモ
ードフィールド径を変換する光学素子としても機能する
こととなる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ簡単に説明する。
つつ簡単に説明する。
【００１２】（第１実施例）図１は、第１実施例の光フ
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図１（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図１（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図１（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。図２のグラフは、ファイバ内屈折率分布がステッ
プ型の場合のモードフィールド径、コア径、およびコア
部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図１（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図１（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図１（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。図２のグラフは、ファイバ内屈折率分布がステッ
プ型の場合のモードフィールド径、コア径、およびコア
部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
【００１３】図１の加熱前の光ファイバは、シングルモ
ードファイバとなっていて、図３に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法を用いて形成されている。まず、第１のドーパ
ントであるゲルマニウム（Ｇｅ）を添加した石英製のコ
ア用スートプリフォームを合成し（図３（ａ）参照）、
その透明化前に第２のドーパントである弗素（Ｆ）を添
加する（図３（ｂ）参照）。次に、コア用スートプリフ
ォームを透明化し、適当外径にまで延伸した後、これを
軸としてその周囲にクラッド用スートを合成する（図３
（ｃ）参照）。その後、クラッド用スートを透明化して
光ファイバ形成用のプリフォームとする。このプリフォ
ームは適当な条件で線引きされる（図３（ｄ）参照）。
これにより、コアにＧｅとＦとを添加したモードフィー
ルド径変換用の光ファイバを得ることができる。
ードファイバとなっていて、図３に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法を用いて形成されている。まず、第１のドーパ
ントであるゲルマニウム（Ｇｅ）を添加した石英製のコ
ア用スートプリフォームを合成し（図３（ａ）参照）、
その透明化前に第２のドーパントである弗素（Ｆ）を添
加する（図３（ｂ）参照）。次に、コア用スートプリフ
ォームを透明化し、適当外径にまで延伸した後、これを
軸としてその周囲にクラッド用スートを合成する（図３
（ｃ）参照）。その後、クラッド用スートを透明化して
光ファイバ形成用のプリフォームとする。このプリフォ
ームは適当な条件で線引きされる（図３（ｄ）参照）。
これにより、コアにＧｅとＦとを添加したモードフィー
ルド径変換用の光ファイバを得ることができる。
【００１４】図１（ａ）〜図１（ｃ）と図２を参照しつ
つ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイ
バに形成する方法と原理について説明する。以下、加熱
によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散
するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を４μｍとする。
つ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイ
バに形成する方法と原理について説明する。以下、加熱
によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散
するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を４μｍとする。
【００１５】図１（ａ）に示すように、熱拡散前の光フ
ァイバは、コア領域でＧｅが略均一の濃度で添加されて
いる。また、図１（ｂ）に示すように、このコア領域に
はＦも略均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの
屈折率差への寄与Δ(Ge)＝0.5 ％、Ｆの屈折率差への寄
与Δ(F) ＝-0.3％とする。このような構造の光ファイバ
の所望の部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させ
た場合について考えてみる。Ｇｅは図１（ａ）の右側に
示すようにほとんど拡散しないが、Ｆは図１（ｂ）の右
側に示すよう広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差
への寄与Δ(F) ＝-0.2％に変化する。
ァイバは、コア領域でＧｅが略均一の濃度で添加されて
いる。また、図１（ｂ）に示すように、このコア領域に
はＦも略均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの
屈折率差への寄与Δ(Ge)＝0.5 ％、Ｆの屈折率差への寄
与Δ(F) ＝-0.3％とする。このような構造の光ファイバ
の所望の部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させ
た場合について考えてみる。Ｇｅは図１（ａ）の右側に
示すようにほとんど拡散しないが、Ｆは図１（ｂ）の右
側に示すよう広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差
への寄与Δ(F) ＝-0.2％に変化する。
【００１６】図１（ｃ）を参照して熱拡散前後のコア付
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略均一な屈折率分布
を示す。この時、コア部とクラッド部の屈折率差Δ(n)
＝0.2 ％となる。なお、点線は、ＧｅまたはＦに起因す
る屈折率分布を示す。この光ファイバの所望の部分に熱
処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合、図面右側
に実線で示すように、コア径はほとんど変化せずに、コ
ア部とクラッド部の屈折率差Δ(n) ＝0.3 ％となる。以
上の変化に対応するモードフィールド径の変化につい
て、図２を参照して考察する。加熱前は、屈折率差Δ
(n) ＝0.2 ％、コア径＝4 μm であり、図２のグラフの
Ａ点に対応し、この時のモードフィールド径は32μm で
あった。加熱による熱拡散の後は、屈折率差Δ(n) ＝0.
3 ％、コア径＝4 μm となり、図２のグラフのＡ′点に
遷移し、モードフィールド径が14μm に減少する。
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略均一な屈折率分布
を示す。この時、コア部とクラッド部の屈折率差Δ(n)
＝0.2 ％となる。なお、点線は、ＧｅまたはＦに起因す
る屈折率分布を示す。この光ファイバの所望の部分に熱
処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合、図面右側
に実線で示すように、コア径はほとんど変化せずに、コ
ア部とクラッド部の屈折率差Δ(n) ＝0.3 ％となる。以
上の変化に対応するモードフィールド径の変化につい
て、図２を参照して考察する。加熱前は、屈折率差Δ
(n) ＝0.2 ％、コア径＝4 μm であり、図２のグラフの
Ａ点に対応し、この時のモードフィールド径は32μm で
あった。加熱による熱拡散の後は、屈折率差Δ(n) ＝0.
3 ％、コア径＝4 μm となり、図２のグラフのＡ′点に
遷移し、モードフィールド径が14μm に減少する。
【００１７】（第２実施例）図４は、第２実施例の光フ
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図４（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図４（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図４（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。図５のグラフは、ファイバ内屈折率分布がグレー
デイッド型の場合のモードフィールド径、コア径、およ
びコア部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図４（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図４（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図４（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。図５のグラフは、ファイバ内屈折率分布がグレー
デイッド型の場合のモードフィールド径、コア径、およ
びコア部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
【００１８】図４の加熱前の光ファイバは、シングルモ
ードファイバとなっていて、図６に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法およびロッドインチューブ法を用いて形成され
ている。まず、第１のドーパントであるゲルマニウム
（Ｇｅ）を添加した石英製のコア用スートプリフォーム
を合成し（図６（ａ）参照）、その透明化前に第２のド
ーパントである弗素（Ｆ）を添加する（図６（ｂ）参
照）。次に、コア用スートプリフォームを透明化し、こ
れを延伸して円筒状のクラッド用プリフォームに挿入し
ファイバ用プリフォームを形成する（図６（ｃ）参
照）。その後、このファイバ用プリフォームは適当な条
件で線引きされる（図６（ｄ）参照）。これによりコア
にＧｅとＦとを添加したモードフィールド径変換用の光
ファイバを得ることができる。
ードファイバとなっていて、図６に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法およびロッドインチューブ法を用いて形成され
ている。まず、第１のドーパントであるゲルマニウム
（Ｇｅ）を添加した石英製のコア用スートプリフォーム
を合成し（図６（ａ）参照）、その透明化前に第２のド
ーパントである弗素（Ｆ）を添加する（図６（ｂ）参
照）。次に、コア用スートプリフォームを透明化し、こ
れを延伸して円筒状のクラッド用プリフォームに挿入し
ファイバ用プリフォームを形成する（図６（ｃ）参
照）。その後、このファイバ用プリフォームは適当な条
件で線引きされる（図６（ｄ）参照）。これによりコア
にＧｅとＦとを添加したモードフィールド径変換用の光
ファイバを得ることができる。
【００１９】図４（ａ）〜図４（ｃ）と図５を参照しつ
つ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイ
バに形成する方法と原理について説明する。以下、加熱
によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散
するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を10μｍとする。
つ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイ
バに形成する方法と原理について説明する。以下、加熱
によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散
するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を10μｍとする。
【００２０】図４（ａ）に示すように、熱拡散前の光フ
ァイバは、コア領域でＧｅがグレーデイッド型分布の一
つである略放物線状の濃度分布で添加されている。ま
た、図４（ｂ）に示すように、このコア領域にはＦが略
均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの屈折率差
への寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈折率差への寄与Δ(F)
＝-0.2％とする。このような構造の光ファイバの所望の
部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合に
ついて考えてみるＧｅは図１（ａ）の右側に示すように
ほとんど拡散しないが、Ｆは図４（ｂ）の右側に示すよ
う広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差への寄与Δ
(F) ＝-0.12 ％に変化する。
ァイバは、コア領域でＧｅがグレーデイッド型分布の一
つである略放物線状の濃度分布で添加されている。ま
た、図４（ｂ）に示すように、このコア領域にはＦが略
均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの屈折率差
への寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈折率差への寄与Δ(F)
＝-0.2％とする。このような構造の光ファイバの所望の
部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合に
ついて考えてみるＧｅは図１（ａ）の右側に示すように
ほとんど拡散しないが、Ｆは図４（ｂ）の右側に示すよ
う広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差への寄与Δ
(F) ＝-0.12 ％に変化する。
【００２１】図４（ｃ）を参照して熱拡散前後のコア付
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略放物線状の屈折率
分布を示す。コア周辺部では、Ｇｅによる屈折率増加の
寄与よりもＦによる屈折率減少の寄与が大きく、クラッ
ド部よりも屈折率の大きくなる実質的なコア部の径は図
６の工程で作成時のコア径よりも小さくなっている。な
お、点線は、ＧｅまたはＦに起因する屈折率分布を示
す。この光ファイバの所望の部分に熱処理を施してＧｅ
とＦとを熱拡散させた場合、図面右側に実線で示すよう
に、コア部の屈折率が高くなるとともに、実質的コア径
が増加する。以上の変化に対応するモードフィールド径
の変化について、図５を参照して考察する。加熱前は、
Ｇｅの屈折率寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈折率差寄与Δ
(F) ＝-0.2％、実質的コア径＝10μm 以下であり、図５
のグラフのＢ点の座標位置より、この時のモードフィー
ルド径は少なくとも約40μm であった。加熱による熱拡
散の後は、Ｇｅの屈折率差寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈
折率差寄与Δ(F) ＝-0.12 ％、実質的コア径＝約10μm
であり、図５のグラフのＢ′点に遷移し、モードフィー
ルド径が約11μm に減少する。この実施例では、加熱に
よるモードフィールド径の減少させる要因として第１実
施例のコア部とクラッド部の屈折率差の拡大に加えて実
質的コア径の増大による効果も寄与するので、効率的な
モードフィールド径の減少が可能である。
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略放物線状の屈折率
分布を示す。コア周辺部では、Ｇｅによる屈折率増加の
寄与よりもＦによる屈折率減少の寄与が大きく、クラッ
ド部よりも屈折率の大きくなる実質的なコア部の径は図
６の工程で作成時のコア径よりも小さくなっている。な
お、点線は、ＧｅまたはＦに起因する屈折率分布を示
す。この光ファイバの所望の部分に熱処理を施してＧｅ
とＦとを熱拡散させた場合、図面右側に実線で示すよう
に、コア部の屈折率が高くなるとともに、実質的コア径
が増加する。以上の変化に対応するモードフィールド径
の変化について、図５を参照して考察する。加熱前は、
Ｇｅの屈折率寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈折率差寄与Δ
(F) ＝-0.2％、実質的コア径＝10μm 以下であり、図５
のグラフのＢ点の座標位置より、この時のモードフィー
ルド径は少なくとも約40μm であった。加熱による熱拡
散の後は、Ｇｅの屈折率差寄与Δ(Ge)＝0.4 ％、Ｆの屈
折率差寄与Δ(F) ＝-0.12 ％、実質的コア径＝約10μm
であり、図５のグラフのＢ′点に遷移し、モードフィー
ルド径が約11μm に減少する。この実施例では、加熱に
よるモードフィールド径の減少させる要因として第１実
施例のコア部とクラッド部の屈折率差の拡大に加えて実
質的コア径の増大による効果も寄与するので、効率的な
モードフィールド径の減少が可能である。
【００２２】（第３実施例）図７は、第３実施例の光フ
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図７（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図７（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図７（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィールド
径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変化
のようすを示している。図７（ａ）は、コアに添加する
第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図７（ｂ）
は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布の変化
を示し、図７（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の変化を
示す。
【００２３】図７の加熱前の光ファイバは、シングルモ
ードファイバとなっていて、図８に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法およびロッドインチューブ法を用いて形成され
ている。まず、第１のドーパントであるゲルマニウム
（Ｇｅ）を添加した石英製のコア用スートプリフォーム
を合成し（図８（ａ）参照）、その透明化前に第２のド
ーパントである弗素（Ｆ）を添加する（図８（ｂ）参
照）。次に、コア用スートプリフォームを透明化し、こ
れを延伸して円筒状のクラッド用プリフォームに挿入し
ファイバ用プリフォームを形成する（図８（ｃ）参
照）。その後、このファイバ用プリフォームは適当な条
件で線引きされる（図８（ｄ）参照）。これによりコア
にＧｅとＦとを添加したモードフィールド径変換用の光
ファイバを得ることができる。
ードファイバとなっていて、図８に示す工程で、公知の
ＶＡＤ法およびロッドインチューブ法を用いて形成され
ている。まず、第１のドーパントであるゲルマニウム
（Ｇｅ）を添加した石英製のコア用スートプリフォーム
を合成し（図８（ａ）参照）、その透明化前に第２のド
ーパントである弗素（Ｆ）を添加する（図８（ｂ）参
照）。次に、コア用スートプリフォームを透明化し、こ
れを延伸して円筒状のクラッド用プリフォームに挿入し
ファイバ用プリフォームを形成する（図８（ｃ）参
照）。その後、このファイバ用プリフォームは適当な条
件で線引きされる（図８（ｄ）参照）。これによりコア
にＧｅとＦとを添加したモードフィールド径変換用の光
ファイバを得ることができる。
【００２４】図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照しつつ、上
記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイバに形
成する方法と原理について説明する。以下、加熱によっ
て、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散すると
し、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少し、ゲル
マニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとしうて議論
を進める。
記の光ファイバをモードフィールド径変換ファイバに形
成する方法と原理について説明する。以下、加熱によっ
て、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡散すると
し、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少し、ゲル
マニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとしうて議論
を進める。
【００２５】図７（ａ）に示すように、熱拡散前の光フ
ァイバは、コア領域でＧｅが略階段（２段）状の濃度分
布で添加されている。また、図４（ｂ）に示すように、
このコア領域にはＦが略均一の濃度で添加されている。
このような構造の光ファイバの所望の部分に熱処理を施
してＧｅとＦとを熱拡散させた場合について考えてみる
Ｇｅは図１（ａ）の右側に示すようにほとんど拡散しな
いが、Ｆは図４（ｂ）の右側に示すよう広く拡散する。
ァイバは、コア領域でＧｅが略階段（２段）状の濃度分
布で添加されている。また、図４（ｂ）に示すように、
このコア領域にはＦが略均一の濃度で添加されている。
このような構造の光ファイバの所望の部分に熱処理を施
してＧｅとＦとを熱拡散させた場合について考えてみる
Ｇｅは図１（ａ）の右側に示すようにほとんど拡散しな
いが、Ｆは図４（ｂ）の右側に示すよう広く拡散する。
【００２６】図７（ｃ）を参照して熱拡散前後のコア付
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略階段状の屈折率分
布を示す。コア周辺部では、Ｇｅによる屈折率増加の寄
与よりもＦによる屈折率減少の寄与が大きく、クラッド
部よりも屈折率の大きくなる実質的なコア部の径は図６
の工程で作成時のコア径よりも小さくなっている。な
お、点線は、ＧｅまたはＦに起因する屈折率分布を示
す。この光ファイバの所望の部分に熱処理を施してＧｅ
とＦとを熱拡散させた場合、図面右側に実線で示すよう
に、コア部の屈折率が高くなるとともに、実質的コア径
が増加する。即ち、この実施例では第２実施例と同様
に、加熱によるモードフィールド径の減少させる要因と
して第１実施例のコア部とクラッド部の屈折率差の拡大
に加えて実質的コア径の増大による効果も寄与するの
で、効率的なモードフィールド径の減少が可能である。
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略階段状の屈折率分
布を示す。コア周辺部では、Ｇｅによる屈折率増加の寄
与よりもＦによる屈折率減少の寄与が大きく、クラッド
部よりも屈折率の大きくなる実質的なコア部の径は図６
の工程で作成時のコア径よりも小さくなっている。な
お、点線は、ＧｅまたはＦに起因する屈折率分布を示
す。この光ファイバの所望の部分に熱処理を施してＧｅ
とＦとを熱拡散させた場合、図面右側に実線で示すよう
に、コア部の屈折率が高くなるとともに、実質的コア径
が増加する。即ち、この実施例では第２実施例と同様
に、加熱によるモードフィールド径の減少させる要因と
して第１実施例のコア部とクラッド部の屈折率差の拡大
に加えて実質的コア径の増大による効果も寄与するの
で、効率的なモードフィールド径の減少が可能である。
【００２７】（第４実施例）図９は、第１実施例の光フ
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィー、ル
ド径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変
化のようすを示している。図９（ａ）は、コアに添加す
る第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図９
（ｂ）は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布
の変化を示し、図９（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の
変化を示す。図１０のグラフは、ファイバ内屈折率分布
がステップ型の場合のモードフィールド径、コア径、お
よびコア部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
ァイバの構造を模式的に示した図で、モードフィー、ル
ド径の変換のための熱処理の前後における各種分布の変
化のようすを示している。図９（ａ）は、コアに添加す
る第１のドーパントの濃度分布の変化を示し、図９
（ｂ）は、コアに添加する第２のドーパントの濃度分布
の変化を示し、図９（ｃ）は、コア近傍の屈折率分布の
変化を示す。図１０のグラフは、ファイバ内屈折率分布
がステップ型の場合のモードフィールド径、コア径、お
よびコア部とクラッド部の屈折率差の関係を示す。
【００２８】図９の加熱前の光ファイバは、シングルモ
ードファイバとなっていて、図３に示す工程で、公知の
ロッドインチューブ法を用いて形成されている。まず、
第１のドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）を添加し
た石英製の円柱状コア用プリフォームと第２のドーパン
トである弗素（Ｆ）を添加した石英製の円筒状クラッド
用プリフォームを作成する（図１１（ａ）参照）。次
に、コア用プリフォームをクラッド用プリフォームの中
空部に挿入し、光ファイバ形成用のプリフォームとする
（図１１（ｂ）参照）。このプリフォームは適当な条件
で一体化線引きされる（図１１（ｃ）参照）。これによ
りコアにＧｅを添加し、クラッドにＦを添加したモード
フィールド径変換用の光ファイバを得ることができる。
ードファイバとなっていて、図３に示す工程で、公知の
ロッドインチューブ法を用いて形成されている。まず、
第１のドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）を添加し
た石英製の円柱状コア用プリフォームと第２のドーパン
トである弗素（Ｆ）を添加した石英製の円筒状クラッド
用プリフォームを作成する（図１１（ａ）参照）。次
に、コア用プリフォームをクラッド用プリフォームの中
空部に挿入し、光ファイバ形成用のプリフォームとする
（図１１（ｂ）参照）。このプリフォームは適当な条件
で一体化線引きされる（図１１（ｃ）参照）。これによ
りコアにＧｅを添加し、クラッドにＦを添加したモード
フィールド径変換用の光ファイバを得ることができる。
【００２９】図９（ａ）〜図９（ｃ）と図１０を参照し
つつ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファ
イバに形成する方法と原理について説明する。以下、加
熱によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡
散するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を４μｍとする。
つつ、上記の光ファイバをモードフィールド径変換ファ
イバに形成する方法と原理について説明する。以下、加
熱によって、弗素はゲルマニウムに比べて充分に早く拡
散するとし、加熱後には弗素の濃度分布が略均一に減少
し、ゲルマニウムの濃度分布は殆ど変化がないものとし
うて議論を進める。また、熱処理前の光ファイバのコア
径を４μｍとする。
【００３０】図９（ａ）に示すように、熱拡散前の光フ
ァイバは、コア領域でＧｅが略均一の濃度で添加されて
いる。また、図９（ｂ）に示すように、このコア領域に
はＦも略均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの
屈折率差への寄与Δ(Ge)＝0.2 ％、Ｆの屈折率差への寄
与Δ(F) ＝0.1 ％とする。このような構造の光ファイバ
の所望の部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させ
た場合について考えてみるＧｅは図９（ａ）の右側に示
すようにほとんど拡散しないが、Ｆは図９（ｂ）の右側
に示すよう広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差へ
の寄与Δ(F) ＝0 ％に変化する。
ァイバは、コア領域でＧｅが略均一の濃度で添加されて
いる。また、図９（ｂ）に示すように、このコア領域に
はＦも略均一の濃度で添加されている。ここで、Ｇｅの
屈折率差への寄与Δ(Ge)＝0.2 ％、Ｆの屈折率差への寄
与Δ(F) ＝0.1 ％とする。このような構造の光ファイバ
の所望の部分に熱処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させ
た場合について考えてみるＧｅは図９（ａ）の右側に示
すようにほとんど拡散しないが、Ｆは図９（ｂ）の右側
に示すよう広く拡散し、コア部におけるＦの屈折率差へ
の寄与Δ(F) ＝0 ％に変化する。
【００３１】図９（ｃ）を参照して熱拡散前後のコア付
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略均一な屈折率分布
を示す。この時、コア部とクラッド部の屈折率差Δ(n)
＝0.3 ％となる。なお、点線は、ＧｅまたはＦに起因す
る屈折率分布を示す。この光ファイバの所望の部分に熱
処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合、図面右側
に実線で示すように、コア径はほとんど変化せずに、コ
ア部とクラッド部の屈折率差Δ(n) ＝0.2 ％となる。以
上の変化に対応するモードフィールド径の変化につい
て、図１０を参照して考察する。加熱前は、屈折率差Δ
(n) ＝0.3 ％、コア径＝4 μm であり、図１０のグラフ
のＣ点に対応し、この時のモードフィールド径は14μm
であった。加熱による熱拡散の後は、屈折率差Δ(n) ＝
0.2 ％、コア径＝4 μm となり、図１０のグラフのＣ′
点に遷移し、モードフィールド径が32μm に増大する。
実際には、第１のドーパントであるＧｅも僅かながら拡
散する。このＧｅの拡散も屈折率差の減少に寄与するの
で、速やかに屈折率差の減少によるモードフィールド径
の増大が達成される。
近の屈折率の変化について考える。熱拡散前の光ファイ
バは、コア領域で実線で示すような略均一な屈折率分布
を示す。この時、コア部とクラッド部の屈折率差Δ(n)
＝0.3 ％となる。なお、点線は、ＧｅまたはＦに起因す
る屈折率分布を示す。この光ファイバの所望の部分に熱
処理を施してＧｅとＦとを熱拡散させた場合、図面右側
に実線で示すように、コア径はほとんど変化せずに、コ
ア部とクラッド部の屈折率差Δ(n) ＝0.2 ％となる。以
上の変化に対応するモードフィールド径の変化につい
て、図１０を参照して考察する。加熱前は、屈折率差Δ
(n) ＝0.3 ％、コア径＝4 μm であり、図１０のグラフ
のＣ点に対応し、この時のモードフィールド径は14μm
であった。加熱による熱拡散の後は、屈折率差Δ(n) ＝
0.2 ％、コア径＝4 μm となり、図１０のグラフのＣ′
点に遷移し、モードフィールド径が32μm に増大する。
実際には、第１のドーパントであるＧｅも僅かながら拡
散する。このＧｅの拡散も屈折率差の減少に寄与するの
で、速やかに屈折率差の減少によるモードフィールド径
の増大が達成される。
【００３２】以上のようにして得られたモードフィール
ド径変換ファイバは、モードフィールド径を絞ることが
必要な各種の用途に応用することができる。例えば、モ
ードフィールド径の小さい光導波路装置、ファイバ等の
光学部品にモードフィールド径の大きいファイバを低損
失で接続することができる。また、ファイバの端部でモ
ードフィールド径を縮小あるいは増大するのみなず、フ
ァイバの端部間の任意の部分でモードフィールド径を縮
小あるいは増大することができる。
ド径変換ファイバは、モードフィールド径を絞ることが
必要な各種の用途に応用することができる。例えば、モ
ードフィールド径の小さい光導波路装置、ファイバ等の
光学部品にモードフィールド径の大きいファイバを低損
失で接続することができる。また、ファイバの端部でモ
ードフィールド径を縮小あるいは増大するのみなず、フ
ァイバの端部間の任意の部分でモードフィールド径を縮
小あるいは増大することができる。
【００３３】実施例に即して本発明を説明したが、各種
の変形が可能である。例えば、以上のようなモードフィ
ールド径変換ファイバは、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、２重
るつぼ法等各種の製造方法によって形成することができ
る。また、第１及び第２のドーパントもＧｅ、Ｆに限ら
れたものではなく、各種のドーパントを使用することが
できる。さらに、熱拡散用の温度設定の条件によってコ
アとクラッドの屈折率差を所望の値にすることもでき
る。また、シングルモードファイバのみならず、マルチ
モードファイバでも同様の効果を実現できる場合がある
と考えられる。
の変形が可能である。例えば、以上のようなモードフィ
ールド径変換ファイバは、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法、２重
るつぼ法等各種の製造方法によって形成することができ
る。また、第１及び第２のドーパントもＧｅ、Ｆに限ら
れたものではなく、各種のドーパントを使用することが
できる。さらに、熱拡散用の温度設定の条件によってコ
アとクラッドの屈折率差を所望の値にすることもでき
る。また、シングルモードファイバのみならず、マルチ
モードファイバでも同様の効果を実現できる場合がある
と考えられる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バによれば、コアに光屈折率を高める第１ドーパントを
添加するとともに、コアおよびクラッドに光屈折率を低
め第１のドーパントより熱拡散係数の大きな第２のドー
パントを分布をもたせて添加したので、所定部分を加熱
することにより、コアの中心に近い領域の屈折率とコア
の中心から離れた領域の屈折率との差が相対的に増加
し、加熱処理を施した所定部分でモードフィールド径が
短時間で減少する。また、加熱によりモードフィールド
径が減少する光ファイバの場合、コア径が基底モードに
おけるモードフィールド径が極小となる径よりも小さく
するとともに、加熱により実質的コア径を増大させるよ
うにドーパント分布を設定することにより、効率的にモ
ードフィールド径を減少できる。この結果、所望の部分
でモードフィールド径を変化させたモードフィールド径
変換ファイバを得ることができる。かかるモードフィー
ルド径変換ファイバによって、モードフィールド径の大
きいあるいは小さい光ファイバをモードフィールド径の
小さいあるいは大きい光学部品に低損失で接続すること
ができる等の利点が生じる。
バによれば、コアに光屈折率を高める第１ドーパントを
添加するとともに、コアおよびクラッドに光屈折率を低
め第１のドーパントより熱拡散係数の大きな第２のドー
パントを分布をもたせて添加したので、所定部分を加熱
することにより、コアの中心に近い領域の屈折率とコア
の中心から離れた領域の屈折率との差が相対的に増加
し、加熱処理を施した所定部分でモードフィールド径が
短時間で減少する。また、加熱によりモードフィールド
径が減少する光ファイバの場合、コア径が基底モードに
おけるモードフィールド径が極小となる径よりも小さく
するとともに、加熱により実質的コア径を増大させるよ
うにドーパント分布を設定することにより、効率的にモ
ードフィールド径を減少できる。この結果、所望の部分
でモードフィールド径を変化させたモードフィールド径
変換ファイバを得ることができる。かかるモードフィー
ルド径変換ファイバによって、モードフィールド径の大
きいあるいは小さい光ファイバをモードフィールド径の
小さいあるいは大きい光学部品に低損失で接続すること
ができる等の利点が生じる。
【図１】第１実施例のファイバのモードフィールド径の
変換方法を示した図である。
変換方法を示した図である。
【図２】第１実施例に係わる、コア径および屈折率分布
とモードフィールド径の間の関係を示すグラフである。
とモードフィールド径の間の関係を示すグラフである。
【図３】第１実施例のファイバの製造工程図である。
【図４】第２実施例のファイバのモードフィールド径の
変換方法を示した図である。
変換方法を示した図である。
【図５】第２実施例に係わる、コア径および屈折率分布
とモードフィールド径の間の関係を示すグラフである。
とモードフィールド径の間の関係を示すグラフである。
【図６】第２実施例のファイバの製造工程図である。
【図７】第３実施例のファイバのモードフィールド径の
変換方法を示した図である。
変換方法を示した図である。
【図８】第３実施例のファイバの製造工程図である。
【図９】第４実施例のファイバのモードフィールド径の
変換方法を示した図である。
変換方法を示した図である。
【図１０】第２実施例に係わる、コア径および屈折率分
布とモードフィールド径の間の関係を示すグラフであ
る。
布とモードフィールド径の間の関係を示すグラフであ
る。
【図１１】第２実施例のファイバの製造工程図である。
【図１２】従来のモードフィールド径の変換方法を示し
た図である。
た図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 正幸 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 冨田 茂 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−65326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−128704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/10 - 6/14
Claims (11)
- 【請求項１】 ファイバ材料の屈折率を高める作用を有
するとともに該ファイバ材料に関して第１の熱拡散係数
を有する第１のドーパントと、該ファイバ材料の屈折率
を下げる作用を有するとともに該ファイバ材料に関して
第１の熱拡散係数よりも大きい第２の熱拡散係数を有す
る第２のドーパントとを添加することによって形成され
たコアを備えることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項２】 前記第１のドーパントの前記コア内濃度
分布が、略均一であることを特徴とする請求項１記載の
光ファイバ。 - 【請求項３】 前記第１のドーパントの前記コア内濃度
分布が、実質的に中央部で高く、周辺部で低いことを特
徴とする請求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項４】 前記第１のドーパントの前記コア内濃度
分布が、略放物線状であることを特徴とする請求項３記
載の光ファイバ。 - 【請求項５】 前記第１のドーパントの前記コア内濃度
分布が、略階段状であることを特徴とする請求項３記載
の光ファイバ。 - 【請求項６】 前記第２のドーパントの前記コア内濃度
分布が、略均一であることを特徴とする請求項１記載の
光ファイバ。 - 【請求項７】 前記コアの径が、透過光の基底モードに
おけるモードフィールド径が極小となる値よりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。 - 【請求項８】 第１のドーパントがゲルマニウムで、第
２のドーパントが弗素であることを特徴とする請求項１
記載の光ファイバ。 - 【請求項９】 請求項１記載の光ファイバの所定部分を
加熱し、該所定部分でモードフィールド径を小さくした
ことを特徴とするモードフィールド径変換ファイバ。 - 【請求項１０】 第１のドーパントがゲルマニウムで、
第２のドーパントが弗素であることを特徴とする請求項
９記載のモードフィールド径変換ファイバ。 - 【請求項１１】 請求項１記載の光ファイバの所定部分
を加熱し、該所定部分でモードフィールド径を小さくす
ることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径の
変換方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04220408A JP3088856B2 (ja) | 1991-11-15 | 1992-08-19 | モードフィールド径変換ファイバ |
| EP93107802A EP0585533B1 (en) | 1992-08-19 | 1993-05-13 | Mode field diameter conversion fiber |
| DE69320119T DE69320119T2 (de) | 1992-08-19 | 1993-05-13 | Faser mit veränderbarem Modenfelddurchmesser |
| AU38563/93A AU662625B2 (en) | 1992-08-19 | 1993-05-13 | Mode field diameter conversion fiber |
| CA002096182A CA2096182C (en) | 1992-08-19 | 1993-05-13 | Mode field diameter conversion fiber |
| US08/061,385 US5381503A (en) | 1992-08-19 | 1993-05-14 | Mode field diameter conversion fiber |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30050591 | 1991-11-15 | ||
| JP3-300505 | 1991-11-15 | ||
| JP04220408A JP3088856B2 (ja) | 1991-11-15 | 1992-08-19 | モードフィールド径変換ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224060A JPH05224060A (ja) | 1993-09-03 |
| JP3088856B2 true JP3088856B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=26523699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04220408A Expired - Lifetime JP3088856B2 (ja) | 1991-11-15 | 1992-08-19 | モードフィールド径変換ファイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3088856B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7346258B2 (en) | 2002-07-09 | 2008-03-18 | Fujikura Ltd. | Optical fiber and optical fiber coupler, erbium-doped optical fiber amplifier, and optical waveguide using the same |
| JPWO2005022218A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2007-11-01 | 住友電気工業株式会社 | 光部品、光部品製造方法および光システム |
| JP6312760B2 (ja) | 2016-08-30 | 2018-04-18 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ |
| JP6746625B2 (ja) * | 2018-01-24 | 2020-08-26 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ |
| JP2021110898A (ja) * | 2020-01-15 | 2021-08-02 | 株式会社フジクラ | 光デバイスの製造方法 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP04220408A patent/JP3088856B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05224060A (ja) | 1993-09-03 |
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|---|---|---|---|
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