JP3142028B2 - Optical attenuator - Google Patents
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- 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
- G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
- G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバーによる
信号伝送を用いて通信やセンシングを行う産業分野にお
いて、光受信器に入力される光信号パワーが大きすぎる
場合に伝送線路中に挿入して光信号パワーを低下させる
光減衰器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial field in which communication and sensing are performed by using signal transmission using an optical fiber. The present invention relates to an optical attenuator for reducing signal power.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光ファイバー伝送系用の光減衰器
は何種類も提案され、製品としても既に製造・販売され
ているが、その動作原理は大別して二種類に分けられ
る。第一類は入力用ファイバーと出力用ファイバーとの
間に光パワーを減衰させる要素部品を挿入したものであ
る。この場合、この減衰用部品と入出力ファイバーを光
学的に結合するための部品が通常必要となるが、この光
学的結合はなるべく結合損失が少なくなるように理想的
結合に近いものとし、所定の光減衰量は減衰要素部品の
みで発生するようにするのが普通である。2. Description of the Related Art Conventionally, various types of optical attenuators for an optical fiber transmission system have been proposed and already manufactured and sold as products, but their operating principles can be roughly classified into two types. In the first type, an element component for attenuating optical power is inserted between an input fiber and an output fiber. In this case, a component for optically coupling the attenuating component and the input / output fiber is usually required.However, this optical coupling is assumed to be close to an ideal coupling so as to minimize coupling loss, and a predetermined Usually, the light attenuation is generated only by the attenuation element components.
【0003】図3に示したのは、このような構成を持つ
代表的な光減衰器の一例の、ファイバーを通る中心面で
の断面図である。この例においては、減衰用要素部品と
してNDフィルター12を用い、外部に接続される入出
力ファイバー1および2とこのNDフィルターとの光学
的結合には、結合用の短尺ファイバー3および3’を使
用しているが、光学結合用要素部品としてレンズ系を使
用するものも多い。この例では、外部入出力ファイバー
の機械的着脱を可能とするために、入出力ファイバー
1、2及び短尺ファイバー3、3’はそれぞれフェルー
ル4、5、6、6’の中に心出しして保持され、1と
3、2と3’、3と3’との整列はそれぞれフェルール
と嵌合するスリーヴ8、9’、9によって実現される。
この例では、スリーヴ8は光減衰器には属さず、外部の
コネクターに属している。光減衰器その物には属さず、
外部から接続される部品であるスリーヴ8、入出力ファ
イバー1、2及びフェルール4、5は、図3においては
破線によって、光減衰器と接続された状態を概念的に示
している。FIG. 3 is a sectional view of an example of a typical optical attenuator having such a configuration, taken along a center plane passing through a fiber. In this example, an ND filter 12 is used as an attenuating element component, and short optical fibers 3 and 3 'are used for optical coupling between input / output fibers 1 and 2 connected to the outside and this ND filter. However, in many cases, a lens system is used as an optical coupling element component. In this example, the input / output fibers 1, 2 and the short fibers 3, 3 'are centered in the ferrules 4, 5, 6, 6', respectively, in order to enable mechanical attachment / detachment of the external input / output fibers. Retained, alignment of 1 and 3, 2 and 3 ', 3 and 3' is achieved by sleeves 8, 9 ', 9 which respectively mate with ferrules.
In this example, sleeve 8 does not belong to the optical attenuator, but to the external connector. Optical attenuator does not belong to that thing,
The sleeve 8, the input / output fibers 1, 2, and the ferrules 4, 5, which are components connected from the outside, are conceptually shown as being connected to the optical attenuator by broken lines in FIG.
【0004】これらのフェルール・スリーヴ嵌合機構に
よって、入出力ファイバー1及び2と短尺ファイバー3
及び3’との結合並びにNDフィルター12と短尺ファ
イバー3及び3’との結合を低損失な物にする工夫がな
されている。7は3の側に雄(プラグ)、3’の側に雌
(リセプタクル)の締結機構を備えた筺体であり、11
は雄側のカップリングナット、10は筺体内に短尺ファ
イバーやNDフィルターなどの内部構造を浮動構造とし
て保持するためのコイルスプリングである。The input / output fibers 1 and 2 and the short fiber 3 are connected by these ferrule-sleeving fitting mechanisms.
And the connection between the ND filter 12 and the short fibers 3 and 3 'is made low loss. Reference numeral 7 denotes a housing provided with a male (plug) on the side 3 and a female (receptacle) fastening mechanism on the side 3 ';
Is a male side coupling nut, and 10 is a coil spring for holding an internal structure such as a short fiber or an ND filter in a housing as a floating structure.
【0005】第二類は独立した減衰要素部品を用いず、
入出力ファイバーとの光学的結合系をわざと結合損失の
大きいものにして、それだけで所定の光減衰量を得るも
のである。そのような構成を持つ光減衰器の代表的な例
の、ファイバーを通る中心面での断面図を図4に示す。
この例では、外部の入力ファイバー1および出力ファイ
バー2との間に結合用の短尺ファイバー3および3’を
使用しているのは図3に示した例と同じであるが、この
短尺ファイバーの向かい合う結合端面の間に間隙を設け
て、意図的に結合損失が生じるようになっている。その
他の部分は図3に示した例と同等である。The second class does not use independent damping element parts,
An optical coupling system with an input / output fiber is intentionally made to have a large coupling loss, and a predetermined optical attenuation is obtained by itself. FIG. 4 is a cross-sectional view of a representative example of an optical attenuator having such a configuration, taken along a center plane passing through a fiber.
In this example, the short fibers 3 and 3 'for coupling are used between the external input fiber 1 and the external output fiber 2 as in the example shown in FIG. 3, but the short fibers face each other. A gap is provided between the coupling end faces so that coupling loss is intentionally generated. Other parts are the same as those in the example shown in FIG.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、第一類の構成
に置いて従来用いられていた減衰要素部品は、特に光フ
ァイバーの伝播モードとの整合性を考えて作られたもの
ではないために、これを入出力間に挿入する事によって
必然的に結合損失を生ずる。この結合損失は、NDフィ
ルターなどが持つ固有の減衰性とは別のもので、入力光
が減衰要素を通過して出力ファイバーに再結合する際に
伝播モードには結合せず、放射モードや漏洩モードに結
合する為に発生するものである。However, the attenuating element component conventionally used in the first type of construction is not made especially in consideration of the matching with the propagation mode of the optical fiber, so that By inserting this between the input and output, a coupling loss necessarily occurs. This coupling loss is different from the inherent attenuating property of ND filters and the like. When input light passes through the attenuating element and recombines with the output fiber, it does not couple to the propagation mode, but to the radiation mode and the leakage mode. This is caused by coupling to the mode.
【0007】図3に示した例で云えば、NDフィルター
12は導波路的な構造を持たないため、入力側短尺ファ
イバー端面から出射した光ビームはNDフィルター伝播
中に光ファイバーのNAに対応した広がり角で拡散し、
他方の短尺ファイバーに入射する時点ではそのビーム径
は入射側短尺ファイバーのモードフィールド径に比べて
大きくなっており、短尺ファイバー伝播モードに結合す
る成分の他に、放射モードや漏洩モードに結合する成分
が発生する。この部分に無限系レンズ2個を挿入した、
いわゆるコリメーターレンズ系を用いたとしても、ND
フィルター表面での屈折作用、レンズ収差や結像系の組
立誤差などにより、大なり小なりの結合損失が生じる事
は同じである。従って、このような光減衰器による減衰
量は、減衰要素固有の減衰量と出力ファイバーの伝播モ
ード以外のモードに結合するために生ずる結合損失との
和(減衰量をdB単位で測った場合)になるが、前者は
NDフィルターなどの減衰要素部品固有の値であるた
め、所定の値に設計・製造する事は比較的容易である。In the example shown in FIG. 3, since the ND filter 12 does not have a waveguide-like structure, the light beam emitted from the end face of the short fiber on the input side spreads according to the NA of the optical fiber during propagation of the ND filter. Diffuse at the corners,
At the time of incidence on the other short fiber, the beam diameter is larger than the mode field diameter of the incident short fiber, and in addition to the component coupled to the short fiber propagation mode, the component coupled to the radiation mode and the leaky mode Occurs. I inserted two infinite lenses in this part,
Even if a so-called collimator lens system is used, ND
It is the same that a greater or lesser coupling loss occurs due to a refraction effect on the filter surface, lens aberration, or an imaging error of the imaging system. Therefore, the amount of attenuation by such an optical attenuator is the sum of the amount of attenuation inherent to the attenuating element and the coupling loss caused by coupling to a mode other than the propagation mode of the output fiber (when the amount of attenuation is measured in dB). However, since the former is a value specific to an attenuation element component such as an ND filter, it is relatively easy to design and manufacture a predetermined value.
【0008】しかし、後者の結合損失はファイバー再結
合時の種々のモードへの分配比に支配されるため、透過
光の再結合条件によって決まり、要素部品の固有の量と
して制御できる量ではない。この透過光の再結合条件は
入出力両ファイバーのNA・モードフィールド径等の構
造パラメーター、入力ファイバーの種々のモードへの光
パワー分布、入力光の波長、両ファイバーの相対位置等
多くの要因によって変化し、製造時に所定の値に合わせ
込むのが難しいのみならず、使用時の入力モード励振条
件、環境温度、出力ファイバーの光減衰器への接続条件
等によって左右される。このため一定の減衰量を安定し
て維持するのが難しく、このような減衰要素部品透過後
の再結合損失は極力抑え、減衰量は要素部品固有の減衰
率によって決まるようにする事が望ましい。However, since the latter coupling loss is governed by the distribution ratio to various modes at the time of fiber recombination, it is determined by the recombination conditions of transmitted light, and is not an amount that can be controlled as an intrinsic amount of element parts. The conditions for recombination of the transmitted light depend on many factors such as the structural parameters such as the NA and mode field diameter of the input and output fibers, the optical power distribution to various modes of the input fiber, the wavelength of the input light, and the relative position of both fibers. It changes depending on the input mode excitation conditions during use, the environmental temperature, the connection conditions of the output fiber to the optical attenuator, and the like, as well as being difficult to adjust to a predetermined value during manufacturing. For this reason, it is difficult to stably maintain a constant attenuation, and it is desirable that the recombination loss after passing through such an attenuation element component is suppressed as much as possible, and the attenuation is determined by an attenuation rate specific to the element component.
【0009】実際によく使用されている、両端にコネク
ター締結機構を備えかつコンパクトな寸法に形成されて
いる製品においては、さらに不安定な要因が加わる。こ
のような製品では、図3の例に挙げたように入出力側の
光学的結合に短尺ファイバー3及び3’を用いる構成が
多く見られるが、この短尺ファイバー3及び3’は本
来、機械的に着脱される入出力ファイバー1及び2と減
衰要素部品12との光学的結合条件を安定させるために
挿入されるものである。ファイバーと減衰要素部品との
結合は、着脱しない短尺ファイバーとの間で行う事によ
り前述の結合損失の変動を抑える。[0009] In a product which is often used and has a connector fastening mechanism at both ends and is formed in a compact size, an unstable factor is further added. In such products, as shown in the example of FIG. 3, there are many configurations in which short fibers 3 and 3 ′ are used for optical coupling on the input and output sides. It is inserted in order to stabilize the optical coupling conditions between the input / output fibers 1 and 2 and the attenuating element component 12 which are attached and detached. The coupling between the fiber and the attenuating element component is performed between a non-detachable short fiber, thereby suppressing the above-described fluctuation in the coupling loss.
【0010】機械的着脱は、短尺ファイバーと入出力フ
ァイバーとの間で行う。互いにモード的な整合性を持つ
光ファイバー間の結合に対しては、機械的着脱について
も比較的安定な光コネクター部品が既に得られており、
これを利用するわけである。しかしながら、短尺のファ
イバーに於いては漏洩モードや放射モードもクラッドの
中を伝播し、あまり損失を被らない内に本来失われる筈
の光パワーが他端に到達してしまう。The mechanical attachment / detachment is performed between the short fiber and the input / output fiber. For the coupling between optical fibers that have modal consistency with each other, optical connector parts that are relatively stable in mechanical attachment and detachment have already been obtained.
This is used. However, in a short fiber, the leaky mode and the radiation mode also propagate through the cladding, and the optical power that should have been lost without much loss reaches the other end.
【0011】図3の例のような構成では、短尺ファイバ
ーの長さは10mm内外で、クラッド中を伝播するモー
ドの損失は殆ど期待できない。出力側短尺ファイバーと
外部出力ファイバーとの間の結合が理想的なものであれ
ば、短尺ファイバーコアの伝播モードは出力ファイバー
コアの伝播モードに、クラッド中の光は出力ファイバー
のクラッド中の漏洩または放射モードに結合し、短尺フ
ァイバーに入る時点でコア伝播モードに結合しなかった
部分は、通常長尺である出力ファイバーのクラッド中を
伝わる内に、減衰を被って結局失われる。In the configuration as shown in FIG. 3, the length of the short fiber is about 10 mm or so, and loss of the mode propagating in the cladding can hardly be expected. If the coupling between the output short fiber and the external output fiber is ideal, the propagation mode of the short fiber core will be the propagation mode of the output fiber core, and the light in the cladding will leak or leak in the cladding of the output fiber. Portions that couple to the radiation mode and do not couple to the core-propagating mode when entering the short fiber, undergo attenuation in the normally long output fiber cladding and are eventually lost.
【0012】ところが、短尺ファイバーと出力ファイバ
ーとの結合は一般には理想的ではなく、この結合部分で
モード変換が多少なりとも発生する。この場合、短尺側
コアモードが出力側漏洩ないし放射モードに変換して損
失となる部分だけがコネクターでは注目されているが、
実はその逆、つまり短尺側漏洩ないし放射モードが出力
側伝播モードに入って、見かけ上失われていたクラッド
中の光が失われずに再度出力として現れる現象も発生し
得る。短尺ファイバーと出力ファイバーとの間の結合
は、機械的に着脱可能とするために結合条件を厳密に一
定とする事が困難であり、モード変換係数が着脱する度
に変動するのを避け難い。その結果出力パワーも変動す
る事になり、安定した減衰量を得るのは容易ではない。However, the coupling between the short fiber and the output fiber is generally not ideal, and some mode conversion occurs at this coupling portion. In this case, only the part where the short core mode is converted to the output side leakage or radiation mode and becomes a loss is noticed by the connector,
In fact, the opposite may occur, that is, the short-side leakage or radiation mode may enter the output-side propagation mode, and the apparently lost light in the cladding may appear again as output without being lost. Since the coupling between the short fiber and the output fiber is made mechanically detachable, it is difficult to keep the coupling condition strictly constant, and it is difficult to avoid the mode conversion coefficient from changing each time the coupling is detached. As a result, the output power also fluctuates, and it is not easy to obtain a stable attenuation.
【0013】第二類の構成による場合には状況は更に悪
化する。この構成では要素部品固有の減衰量によって決
まる部分がなく、すべての減衰量は入出力ファイバー間
に挿入される結合系の結合損失によってのみ与えられ
る。本質的に不安定なために極力抑えるべき結合損失そ
のものを積極的に利用するため、当然前に述べたような
結合損失を決める要因の変化によって、減衰量が大きく
左右される事になり、安定な減衰量を維持する事はます
ます困難になる。特に、結合要素として短尺ファイバー
を用いる場合には、出射側の短尺ファイバーへの結合時
に失われるパワーはそのほとんどが短尺ファイバーの漏
洩モードないし放射モードに入り、クラッド中を伝わっ
て前述のようにかなりの部分が損失を被らずに他端に到
達する。The situation is further exacerbated by the second configuration. In this configuration, there is no part determined by the attenuation amount inherent to the component parts, and all the attenuation amount is given only by the coupling loss of the coupling system inserted between the input and output fibers. Since the coupling loss itself, which is inherently unstable and should be suppressed as much as possible, is actively used, the amount of attenuation is greatly affected by the change in the factors that determine the coupling loss as described above, and the stable It is increasingly difficult to maintain a high attenuation. In particular, when a short fiber is used as the coupling element, most of the power lost when coupling to the short fiber on the output side enters the leaky mode or the radiation mode of the short fiber, and propagates through the cladding to a considerable extent as described above. Reaches the other end without loss.
【0014】例えば、図4に挙げた例では、実際の応用
で要求されるような、数dBから20dB程度までの減
衰量を得るために必要な短尺ファイバー3及び3’の間
隙の長さは、シングルモードファイバーに関してはせい
ぜい1mm以下であり、片方の短尺ファイバーから出射
した光ビームの他方の短尺ファイバー端面におけるファ
ーフィールド径は100μm程度にしかならず、通常の
125μm径のファイバーを使用する限りは、全てファ
イバー内に入射してしまう。このうちクラッドに入った
成分も、前述のように、10mm程度の短尺ファイバー
においては殆ど減衰せず、短尺ファイバー他端に現れ
る。減衰器の設定減衰量が大きい(例えば10dB以
上)場合には、本来の減衰を被った部分、すなわち短尺
ファイバー伝播モードに入ったエネルギーは、クラッド
中を伝わってくる部分より小さい事さえ有り得る。For example, in the example shown in FIG. 4, the length of the gap between the short fibers 3 and 3 'required to obtain the attenuation from several dB to about 20 dB as required in actual applications is as follows. The single-mode fiber is at most 1 mm or less, the far field diameter of the light beam emitted from one short fiber at the other short fiber end face is only about 100 μm, and as long as a normal 125 μm diameter fiber is used, all It enters into the fiber. Of these, the component entering the cladding hardly attenuates in the short fiber of about 10 mm as described above, and appears at the other end of the short fiber. If the set attenuation of the attenuator is large (for example, 10 dB or more), the portion that has undergone the original attenuation, that is, the energy that has entered the short fiber propagation mode may even be smaller than the portion that propagates through the cladding.
【0015】このような場合には、出力ファイバーとの
コネクター結合部でのモード変換により、短尺ファイバ
ークラッドから再度出力ファイバー伝播モードに結合し
て出てくる量は、本来のコアのみを経由して出てくる量
に対して無視できない。特に、使用するファイバーがシ
ングルモードファイバーの場合には、モードの数が伝播
モードとしては縮退した基本モード2個しかないのに対
して、漏洩モードないし放射モードは無数にあるため、
短尺ファイバー伝播モードだけに結合するように減衰部
を構成するのは殆ど不可能で、相対的に大きな光エネル
ギーが漏洩ないし放射モードの方に結合してしまうこと
になり、伝播モード数と漏洩ないし放射モード数とのバ
ランスがそれほど片寄っていないマルチモードファイバ
ーに比べて、短尺ファイバークラッド経由の成分の寄与
が大きくなる。In such a case, the amount of light coming out of the short fiber clad by coupling to the output fiber propagation mode by the mode conversion at the connector coupling part with the output fiber only passes through the original core. Not negligible for the amount coming out. In particular, when the fiber used is a single mode fiber, the number of modes is only two degenerate fundamental modes as propagation modes, whereas there are innumerable leakage modes or radiation modes.
It is almost impossible to configure the attenuator to couple only to the short fiber propagation mode, and relatively large light energy will be coupled to the leakage or radiation mode. The contribution of the component via the short fiber cladding is larger than that of a multimode fiber in which the balance with the number of radiation modes is not so deviated.
【0016】例えば結合損失による減衰量が15dBに
設定されている場合、短尺ファイバーのコアを伝播して
出力ファイバーの伝播モードに出てくる光パワーは、入
力光に対して[(−15dB)−(コネクター部結合損
失)]であるが、通常コネクター部結合損失は、シング
ルモードファイバーについてでも、機械的着脱による変
動を受けても1dB以下に抑える事が出来るので、この
値は−15dBから−16dB付近となる。For example, when the attenuation due to the coupling loss is set to 15 dB, the optical power that propagates through the core of the short fiber and emerges in the propagation mode of the output fiber is [(−15 dB) − (Coupling loss at the connector part)], but the coupling loss at the normal connector part can be suppressed to 1 dB or less even in the case of a single mode fiber or a fluctuation due to mechanical attachment / detachment. Therefore, this value is -15 dB to -16 dB. It will be near.
【0017】一方、短尺ファイバークラッドに入ってク
ラッドを若干の損失を被りながら伝わり、コネクター部
でモード変換されて出力ファイバーの伝播モードに出て
くる光パワーは、入力光に対して[(短尺ファイバーク
ラッドモードへの結合係数)−(クラッドモードの短尺
ファイバー中での減衰率)+(出力ファイバー伝播モー
ドへの変換係数)]であるが、シングルモードファイバ
ーについての代表的な例では、第1項は−3dB、第2
項は6dB、第3項はコネクターの結合条件によって変
動が大きく、−30dBから−10dB程度の値で着脱
等によってばらつく。On the other hand, the optical power that enters the short fiber clad and propagates through the clad with some loss, is mode-converted at the connector portion, and comes out in the propagation mode of the output fiber, is expressed by [(short fiber (Coupling coefficient to cladding mode) − (attenuation rate of cladding mode in short fiber) + (conversion coefficient to output fiber propagation mode)], but in a typical example of a single mode fiber, the first term Is -3 dB, second
The term is 6 dB, and the third term varies greatly depending on the coupling conditions of the connector, and varies from about −30 dB to about −10 dB due to attachment and detachment.
【0018】つまり、精密な部品配置や環境変化に対し
て安定な固定法によって、内部の結合損失を15dB一
定に保てたとしても、短尺ファイバークラッド中を伝わ
ってコネクター部分で出力ファイバー伝播モードに結合
する量が、大きいときでは−19dBとなり無視できな
い。しかもこの量は機械的着脱などのコネクター部の変
動により大きく影響を受ける為、結果として得られる減
衰量の不安定を招く原因になる。That is, even if the internal coupling loss is kept constant at 15 dB by a precise component arrangement and a fixing method that is stable against environmental changes, the internal fiber is transmitted through the short fiber cladding to the output fiber propagation mode at the connector. When the coupling amount is large, it is -19 dB and cannot be ignored. Moreover, since this amount is greatly affected by fluctuations in the connector portion such as mechanical attachment / detachment, the resulting attenuation becomes unstable.
【0019】特に、近年用いられるようになったDFB
レーザーダイオード等の可干渉性の高い光信号源に対し
ては、短尺ファイバーのコアを伝播して出力ファイバー
の伝播モードに出てくる光成分と、短尺ファイバークラ
ッド中を伝わってコネクター部分で出力ファイバー伝播
モードに結合する光成分とは、可干渉性を保っているた
めに、この−16dB近辺のパワーと、−19dBから
−数十dBまで変動するパワーとは、互いに干渉し合う
ため、互いの位相差によって、重ね合わせられて出てく
るパワーは大きく変動する。この異なるモード間の位相
差は、光の波長や、環境温度の変動に伴う熱膨張・屈折
率変化によって、容易にπ以上変化し得るため、このよ
うな光源に対しての光減衰器の減衰量は、非常に不安定
になる。In particular, DFB which has recently been used
For an optical signal source with high coherence, such as a laser diode, the optical component that propagates through the short fiber core and enters the propagation mode of the output fiber and the output fiber that propagates through the short fiber cladding and enters the connector section Since the light component coupled to the propagation mode keeps the coherence, the power around -16 dB and the power fluctuating from -19 dB to tens of dB interfere with each other. The power that is superimposed and fluctuates greatly due to the phase difference. The phase difference between these different modes can easily change by π or more due to changes in the wavelength of light and changes in thermal expansion and refractive index due to changes in environmental temperature. The amount becomes very unstable.
【0020】このように、従来の光ファイバー用減衰器
に於いては、減衰要素部品固有の減衰率だけでは減衰率
を完全に制御する事が出来ず、光学的結合用の部品の相
対位置、入力ファイバーの励振条件、入力光の波長など
多くの要因によって左右され環境温度や機械的着脱によ
る変動を受け易い内部での光ファイバー結合損失が、全
体としての減衰率に無視できない程度寄与してくるとい
う欠点があった。As described above, in the conventional optical fiber attenuator, the attenuation rate cannot be completely controlled only by the attenuation rate specific to the attenuation element component, and the relative position and input of the optical coupling component cannot be controlled. The drawback that internal fiber coupling loss, which is influenced by many factors such as fiber excitation conditions and the wavelength of input light, and is susceptible to fluctuations due to environmental temperature and mechanical detachment, contributes to the overall attenuation factor to a considerable extent. was there.
【0021】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな欠点を克服するため、内部での光ファイバー結合損
失を極力抑えた、環境温度の変動や入出力ファイバーの
機械的着脱に対しても減衰率が安定な光ファイバー用減
衰器を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to overcome the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to minimize the internal optical fiber coupling loss, and to attenuate the fluctuation of environmental temperature and the mechanical attachment / detachment of input / output fibers. An object of the present invention is to provide an optical fiber attenuator having a stable rate.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は光ファイバー用減衰器に於いて用いられ
る減衰要素部品として、減衰性をもった媒質でできた光
ファイバーを使用する事により、外部の入出力ファイバ
ーとの導波モードに関しての整合性を保ちながら所定の
減衰量を得、内部での結合損失を極力抑えて、減衰量の
安定が図れるようにした。According to the present invention, there is provided an optical fiber attenuator comprising: an optical fiber made of an attenuating medium as an attenuating element used in an optical fiber attenuator; A predetermined amount of attenuation was obtained while maintaining the matching of the waveguide mode with the external input / output fiber, the internal coupling loss was suppressed as much as possible, and the amount of attenuation was stabilized.
【0023】[0023]
【作用】上記のように構成された光減衰器においては、
減衰性の材料から作られた光ファイバーが内部の減衰要
素として働いて減衰量を発生させるが、この減衰量は、
材料自体の減衰率(コアとクラッドで材料が異なる場合
には減衰率のファイバー横断面内での分布)と、ファイ
バー中のモード分布で決まる。In the optical attenuator configured as described above,
An optical fiber made of an attenuating material acts as an internal attenuating element to generate attenuation.
It is determined by the attenuation rate of the material itself (the distribution of the attenuation rate in the cross section of the fiber when the material is different between the core and the cladding) and the mode distribution in the fiber.
【0024】前者は、減衰性媒質のドープ量やファイバ
ーの長さといった、要素部品固有の特性を制御する事に
よって、安定に制御する事が容易にできる。後者は、こ
の減衰性ファイバーが外部から接続された入力ファイバ
ーによってどのような条件で励振されるかで決まるが、
減衰性ファイバーを導波路構造として入出力ファイバー
と互換性のあるものに設計・製造する事が可能であり、
したがって入出力ファイバーとの結合部に於いてモード
変換が非常に起きにくい結合を達成する事が可能であ
る。In the former case, stable control can be easily performed by controlling characteristics inherent to the element components, such as the doping amount of the attenuating medium and the length of the fiber. The latter depends on the conditions under which this attenuating fiber is excited by the externally connected input fiber,
It is possible to design and manufacture an attenuating fiber as a waveguide structure compatible with input and output fibers,
Therefore, it is possible to achieve the coupling in which the mode conversion is very unlikely to occur at the coupling portion with the input / output fiber.
【0025】このような結合を実現する事によって、減
衰性ファイバーの励振条件を安定に制御する事ができる
ため、結果として減衰器の減衰量を安定にする事ができ
る。言葉を変えれば、減衰という機能と、入出力ファイ
バー間の光学的結合という機能が、減衰性ファイバーと
いう形で一体の要素で実現されているために、減衰性フ
ァイバー以外の、レンズ系やNDフィルター、ファイバ
ー結合のためだけに挿入される短尺ファイバーといった
付加的な要素部品を最小限に抑える事ができる。By realizing such coupling, the excitation condition of the attenuating fiber can be controlled stably, and as a result, the attenuation of the attenuator can be stabilized. In other words, since the function of attenuation and the function of optical coupling between input and output fibers are realized as an integral element in the form of an attenuating fiber, lens systems and ND filters other than the attenuating fiber Additional components such as short fibers inserted only for fiber coupling can be minimized.
【0026】したがって、これらの、入出力ファイバー
と導波路構造としての互換性が無い部品の挿入によって
必然的に発生する、内部でのファイバー結合損失を最小
限に止めて、減衰率の不安定を招く要因を少なく抑える
事が可能である。更に、特許請求項第2項に記載したよ
うに、減衰性ファイバーの減衰率分布を、クラッドに於
いてコアに於いてよりも高くなるようにした場合には、
このファイバーはクラッドを伝わるようなモードに対し
ての減衰率がコアの伝播モードに対するそれよりも高
い、一種のモードフィルターとしての作用を持つ事にな
る。Therefore, the internal fiber coupling loss, which is inevitably caused by the insertion of these components which are not compatible with the input / output fiber and the waveguide structure, is minimized, and the attenuation rate is unstable. It is possible to reduce the inviting factors. Further, as described in claim 2, when the attenuation rate distribution of the attenuating fiber is set to be higher in the cladding than in the core,
This fiber acts as a kind of mode filter, in which the attenuation factor for the mode propagating through the cladding is higher than that for the propagation mode of the core.
【0027】前の段落に述べたように、減衰要素部品と
して減衰性ファイバーを用いる事によって、内部に於け
る結合損失を最小限に止める事が可能ではあるが、それ
でも外部の入出力ファイバーとの結合部二箇所では多少
の結合損失を生じる事は免れない。特にこの結合部での
機械的着脱が必要な場合には、現在の光コネクターの技
術レベルではシングルモードファイバーに対して0.数
dBの損失が生じるのは避けられない。この損失分は前
述のように、殆どクラッド中を伝わるモードに入る。こ
のようにしてクラッド中を伝わる成分は、その量が入力
ファイバーの励振条件やコネクター部の接続条件によっ
て変動し、モード変換によって出力ファイバーの伝播モ
ードに再結合する割合も同様に変動するため、不安定要
素として寄与する事になる。As mentioned in the previous paragraph, it is possible to minimize the internal coupling loss by using an attenuating fiber as the attenuating element component, but it is nevertheless possible to connect the external input / output fiber with the fiber. It is inevitable that some coupling loss occurs at the two coupling portions. In particular, when mechanical attachment / detachment at this joint is necessary, the current optical connector technology level is 0.1 mm for single mode fiber. The loss of several dB is inevitable. As described above, this loss enters a mode almost transmitted through the clad. In this way, the amount of the component propagating in the clad fluctuates depending on the excitation conditions of the input fiber and the connection conditions of the connector section, and the rate of recombining with the propagation mode of the output fiber by mode conversion also fluctuates. It will contribute as a stable factor.
【0028】そこで請求項第2項のようにクラッドの減
衰率の高いファイバーを用いれば、モードフィルターと
しての作用によって、クラッド中を伝わる不安定な成分
は除かれ、コアでの減衰率で所定の減衰度を安定に制御
できるようになる。このような構成は、光減衰器を小さ
な寸法に実現しようとする場合、短尺のファイバーによ
っても有効にクラッド中を伝播する成分を除去できるた
め、非常に有効である。Therefore, if a fiber having a high cladding attenuation factor is used as in the second aspect, an unstable component transmitted through the cladding is removed by the action of a mode filter, and a predetermined attenuation factor at the core is obtained. The degree of attenuation can be controlled stably. Such a configuration is very effective when the optical attenuator is to be realized in a small size, because components propagating in the cladding can be effectively removed even with a short fiber.
【0029】このような構成をとれば、減衰器内部にお
ける、(減衰ファイバーによって生ずる減衰とは異な
る)ファイバー結合損失を積極的に利用するような、前
記第二類に近い構成を減衰ファイバーと併用する事も可
能である。以上のような、減衰性ファイバーによる、入
出力ファイバーとの導波路構造としての整合性を考えた
構成は、前述の理由によって、マルチモードファイバー
に比べて内部結合損失変動やモード変換の影響を受け易
いシングルモードファイバーにおいて、特に有効である
事はいうまでもない。With such a configuration, a configuration similar to the above-described second type, which actively utilizes the fiber coupling loss (different from the attenuation caused by the attenuation fiber) inside the attenuator, is used together with the attenuation fiber. It is also possible to do. As described above, the configuration that considers the matching of the waveguide structure with the input and output fibers using the attenuating fiber is affected by the internal coupling loss fluctuation and the mode conversion as compared with the multimode fiber for the above-mentioned reason. It is needless to say that this is particularly effective in an easy single mode fiber.
【0030】[0030]
【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図1は本発明による一実施例についての、ファ
イバーを通る中心面での断面図である。この図におい
て、1及び2は外部に接続された入出力ファイバーであ
り、13はコア及びクラッドが減衰性の媒質で構成さ
れ、更にクラッドの減衰率がコアのそれよりも高い、減
衰性ファイバーである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment according to the present invention, taken along a center plane passing through a fiber. In this figure, reference numerals 1 and 2 denote input / output fibers connected to the outside, and reference numeral 13 denotes an attenuating fiber in which the core and the cladding are formed of an attenuating medium, and the attenuation factor of the cladding is higher than that of the core. is there.
【0031】入出力ファイバー及び減衰性ファイバーが
それぞれフェルール4、5、6によって心出しして保持
され、それらの整列はスリーヴ8、9との嵌合によって
実現されている事は、図3に示した例と同様である。内
部構造がコイルスプリング10によって浮動構造として
筺体7の中に保持され、この筺体にはカップリングナッ
ト11をはじめとするコネクター締結機構が備えられて
いる事も同じである。FIG. 3 shows that the input and output fibers and the attenuating fiber are centered and held by ferrules 4, 5 and 6, respectively, and their alignment is realized by fitting with sleeves 8 and 9. This is the same as the above example. The internal structure is held in a housing 7 as a floating structure by a coil spring 10, and this housing is also provided with a connector fastening mechanism including a coupling nut 11.
【0032】減衰性ファイバーは、そのコア内を伝播す
る光に対して所定の減衰量を与え、クラッド中を伝播す
る光に対しては更に大きな減衰量を与えるが、導波路構
造としては、そのパラメーターは入出力ファイバーと同
等である。入出力ファイバーと減衰性ファイバーとの結
合は、既に確立されたコネクター技術により、現時点で
得られる最小の結合損失のレベルで達成できる。短尺フ
ァイバーに固有の問題である、クラッド中の光成分の伝
播は、減衰性ファイバーに付与されたモードフィルター
としての機能によって、効果的に除去される。The attenuating fiber gives a predetermined amount of attenuation to light propagating in the core and further attenuates the light propagating in the cladding. The parameters are equivalent to the input and output fibers. The coupling between the input and output fibers and the attenuating fiber can be achieved with the connector technology already established, with the lowest coupling loss levels currently available. The propagation of the light component in the cladding, which is a problem inherent in the short fiber, is effectively removed by the function of the attenuating fiber as a mode filter.
【0033】したがって、この実施例においては、全体
としての実効的な減衰量は、ほぼ完全に減衰性ファイバ
ーのコア伝播モードに対する減衰率だけで制御され、そ
れに加わるコネクター結合損失も、現状で得られる最高
のコネクター技術を使用できるため最低限に抑えられ
る。たとえコネクター部で多少のクラッド中のモードへ
の結合が発生したとしても、その成分は減衰性ファイバ
ーのクラッド中で大きな損失を受け、出力光には寄与し
ない。したがって、コネクター部での最小限のモード変
換によって生じる変動要因も、この実施例では除く事が
できる。Therefore, in this embodiment, the effective attenuation as a whole is almost completely controlled only by the attenuation factor for the core propagation mode of the attenuating fiber, and the connector coupling loss added thereto can be obtained at present. Minimized by using the best connector technology. Even if some coupling to the mode in the cladding occurs at the connector, the component suffers a large loss in the cladding of the attenuating fiber and does not contribute to the output light. Therefore, in this embodiment, the fluctuation factor caused by the minimum mode conversion in the connector section can be eliminated.
【0034】図2に本発明による他の実施例について
の、ファイバーを通る中心面での断面図を示す。この実
施例は、コネクターによる機械的着脱を必要としない用
途に対する物であり、入力及び出力側の形状は、光ファ
イバーがある長さで自由に処理できるように出ている、
いわゆる両端ピッグテールの構造である。1および2は
入出力用のファイバーピッグテール、13は図1の例と
同様の減衰率分布を持つ減衰性ファイバーである。1お
よび2と3の結合部は、既に確立されている光ファイバ
ー融着技術により永久接続されており、したがってコネ
クターによるよりも更に良好な、モード変換が少なく結
合損失も少ない状態で一体化されている。FIG. 2 is a cross-sectional view of another embodiment according to the present invention, taken along a center plane passing through a fiber. This embodiment is for an application that does not require mechanical attachment / detachment with a connector, and the shape of the input and output sides is such that the optical fiber can be freely processed in a certain length.
This is a so-called pigtail structure at both ends. Reference numerals 1 and 2 denote input / output fiber pigtails, and reference numeral 13 denotes an attenuating fiber having an attenuation rate distribution similar to that of the example of FIG. The joints 1 and 2 and 3 are permanently connected by the already established fiber optic fusion technique and are thus integrated with better mode conversion and less coupling loss than with connectors. .
【0035】したがって、クラッド中を伝播するモード
の発生は、最小限に抑えられているが、その最小限の成
分でさえも、減衰性ファイバーのクラッド内での損失に
より抑圧され、殆ど完璧に除去される。そのため、外部
の入出力ファイバーを、融着ないしコネクター接続によ
りこの減衰器のごく近傍で(即ち入出力ピッグテールを
短くして)接続しても、その接続点で生じたクラッド中
を伝播するモードの影響によって、減衰量が不安定にな
る事は無い。入出力ピッグテールと減衰性ファイバーと
の融着接続点は、通常融着においてなされるように、保
護管14の中に収納され、適当な被覆チューブ15によ
って覆われ、機械的に保護されている。Thus, the occurrence of modes propagating in the cladding is minimized, but even its minimal components are suppressed by losses in the cladding of the attenuating fiber and are almost completely eliminated. Is done. Therefore, even if an external input / output fiber is connected in close proximity to the attenuator (that is, by shortening the input / output pigtail) by fusion or connector connection, a mode that propagates through the clad generated at the connection point is obtained. The influence does not make the attenuation amount unstable. The fusion splice point between the input / output pigtail and the attenuating fiber is housed in a protective tube 14 and covered by a suitable sheath tube 15 and is mechanically protected, as is usually done in fusion.
【0036】[0036]
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、光フ
ァイバー用減衰器における減衰要素部品として、外部の
入出力ファイバーと導波路構造として互換性のある減衰
性のファイバーを用いることにより、所定の減衰量を得
ながら同時に内部結合損失の極めて少ない、減衰要素部
品と結合用要素部品が同時に一部品で実現されている構
成としたので、減衰量を所定の値に安定に容易に実現で
きるという効果がある。減衰要素部品が一般の光ファイ
バーと互換性のある構造であるため、入出力ファイバー
との結合部には、既に確立されているコネクターないし
は融着技術をそのまま用いる事ができ、安定な接続を容
易に実現できる。As described above, according to the present invention, by using an attenuating fiber compatible with an external input / output fiber as a waveguide structure as an attenuating element component in an attenuator for an optical fiber, a predetermined fiber can be obtained. Since the attenuation element component and the coupling element component are realized as one component at the same time, the attenuation amount is extremely small while obtaining the attenuation amount at the same time, so that the attenuation amount can be easily and stably achieved to a predetermined value. There is. Since the attenuating element component has a structure compatible with general optical fibers, the already established connector or fusion technology can be used as it is for the connection with the input and output fibers, and stable connection can be easily performed. realizable.
【0037】レンズ系などの付加的な部品及びそれらの
減衰要素部品との間の精密な組立と云うような、コスト
の掛かる部分を除く事ができる。ファイバーとの接続部
でのモード変換が最小限に抑えられる為に、例え近年用
いられるようになった可干渉性の高い光信号源に対して
も、出力が不安定になる事無く使用する事ができる。特
にクラッドにコアより減衰性の高い媒質を用いた場合に
はこの効果は顕著であり、多少性能の悪い(つまりその
分安価な)コネクターなどの接続技術を入出力部に使っ
たとしても、減衰器内部で発生した複数のモードが出力
ファイバーの伝播モードに再結合した場合に起こる、干
渉による不安定性を除く事ができるという効果がある。[0037] Costly parts such as additional components such as lens systems and precise assembly between their damping element components can be eliminated. Since the mode conversion at the fiber connection is minimized, the output should not be unstable even for highly coherent optical signal sources that have recently been used. Can be. This effect is remarkable especially when a medium with higher damping than the core is used for the cladding, and even if a connection technique such as a connector with somewhat poor performance (that is, a cheaper connector) is used for the input / output unit, the damping is reduced. This has the effect of eliminating instability due to interference, which occurs when a plurality of modes generated inside the device are recombined with the propagation mode of the output fiber.
【0038】以上述べたような効果は、損失の少ない結
合を実現するのが難しく、かつモード変換の影響を受け
易いシングルモードファイバー用減衰器においては、特
に顕著である。The above-described effects are particularly remarkable in a single-mode fiber attenuator in which it is difficult to realize coupling with low loss and is easily affected by mode conversion.
【図1】本発明による光ファイバー用減衰器の一実施例
の、ファイバーを通る中心面での断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an optical fiber attenuator according to the present invention, taken along a center plane passing through a fiber.
【図2】本発明による光ファイバー用減衰器の、コネク
ターによる締結機構を伴わない実施例の、ファイバーを
通る中心面での断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of an optical fiber attenuator according to the present invention, without a fastening mechanism using a connector, taken along a center plane passing through the fiber.
【図3】従来の方法による光ファイバー用減衰器の一実
施例の、ファイバーを通る中心面での断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment of an optical fiber attenuator according to a conventional method, taken along a center plane passing through the fiber.
【図4】従来の方法による光ファイバー用減衰器の他の
実施例の、ファイバーを通る中心面での断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the optical fiber attenuator according to the conventional method, taken along the center plane passing through the fiber.
1,2 外部から光ファイバー用減衰器に接続される、
入出力ファイバー 4,5 外部の入出力ファイバーを保持するフェルール 7 筺体 8 外部の入出力ファイバーとの締結時に用いられるス
リーヴ 9 スリーヴ 10 コイルスプリング 11 カップリングナット 13 減衰性ファイバー 14 補強管 15 被覆チューブ1, connected to the optical fiber attenuator from outside
Input / output fiber 4,5 Ferrule holding external input / output fiber 7 Housing 8 Sleeve 9 used for fastening to external input / output fiber 9 Sleeve 10 Coil spring 11 Coupling nut 13 Damping fiber 14 Reinforcement pipe 15 Coated tube
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−313102(JP,A) 特開 平3−25403(JP,A) 特開 昭57−200009(JP,A) 実開 昭60−94612(JP,U) 特公 昭61−19001(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-313102 (JP, A) JP-A-3-25403 (JP, A) JP-A-57-200009 (JP, A) 94612 (JP, U) JP-B 61-19001 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/00
Claims (1)
定量だけ減衰させて他の光ファイバーに出力する光減衰
器において、 一端が光信号の入力用ファイバーに融着接続され、他端
が光信号の出力用ファイバーに融着接続され、コアとク
ラッドに前記光信号の波長において減衰性の媒質を有
し、かつ前記クラッドの減衰性が前記コアの減衰性より
高い減衰性ファイバーと、 前記減衰性ファイバーと前記入力用ファイバーの前記減
衰性ファイバーに接続する端部と前記減衰性ファイバー
と前記出力用ファイバーの前記減衰性ファイバーに接続
する端部を中に収納する保護管と、 前記保護管を被う被覆チューブとからなる両端ピッグテ
ール構造を有する光減衰器。 1. An optical signal input from an optical fiber,
Light attenuation that is attenuated by a fixed amount and output to another optical fiber
In vessels, one end is fusion spliced to the input fiber of the optical signal, the other end
Is fused to the optical signal output fiber,
The lad has a medium that is attenuating at the wavelength of the optical signal.
And the damping of the cladding is greater than the damping of the core.
A highly attenuating fiber; and the attenuation of the attenuating fiber and the input fiber.
End connected to a decaying fiber and said decaying fiber
And the output fiber connected to the attenuating fiber
End pigtails comprising a protective tube for accommodating an end to be sealed therein and a covering tube covering the protective tube.
Optical attenuator having a metal structure.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP04258336A JP3142028B2 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Optical attenuator |
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JPH06109923A JPH06109923A (en) | 1994-04-22 |
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Family Applications (1)
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JP04258336A Expired - Fee Related JP3142028B2 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Optical attenuator |
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JP (1) | JP3142028B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
US5841926A (en) | 1996-01-04 | 1998-11-24 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fibers for optical attenuation |
-
1992
- 1992-09-28 JP JP04258336A patent/JP3142028B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH06109923A (en) | 1994-04-22 |
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