JP4058355B2 - 光ファイバカプラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報通信分野、光計測分野等に用いられる光ファイバカプラに関し、特に波長域の離れた波長を合波・分波(以下、これらを合わせて合分波と称する。)するWDM(Wavelength-Division Multi-plexer/Demultiplexer,またはMultiplexing/Demultiplexing)カプラに関し、優れた光学特性(合分波特性)を実現しつつ、入出力ファイバとの接続性に優れた(結合損失の小さな)光ファイバカプラに関する。
【0002】
【従来の技術】
光情報通信分野において多く用いられているEDFA(エルビウム添加光ファイバ増幅器)の中で、増幅媒体(EDF;エルビウム添加光ファイバ、もしくはこの中に含まれるEr(エルビウム)とも言う。)を励起するために、1.48μm付近及び/又は0.98μm付近の波長を持つ光(励起光、ポンプ光(Pumping Light)とも呼ぶ。)を入射する。この場合、増幅媒体(EDF)中には、WDMカプラ(以下、光ファイバカプラと称する。)により、信号光(1.55μm帯)を損なわずに0.98μm付近の光を加える。
【0003】
この光ファイバカプラには、融着延伸型ファイバカプラ、多層膜フィルタを用いたものなどがあるが、ここでは、融着延伸型の光ファイバカプラについて説明する。従来より用いられてきた0.98μm帯−1.55μm帯用光ファイバカプラには、0.98μm用光ファイバ2本によって構成されたもの、0.98μm用光ファイバと1.55μm用光ファイバを組み合わせて構成されたものが挙げられる。
【0004】
なお、1.55μm用光ファイバ中では、0.98μmの光(=励起光)が単一モードで伝搬しないため、安定した特性を実現できない。このため、1.55μm帯用光ファイバ2本による構成は用いられていない。
【0005】
なお、光ファイバカプラの従来の技術として、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3などがある。
【0006】
【特許文献1】
USP4,834,481
【0007】
【特許文献2】
USP4,556,279
【0008】
【特許文献3】
USP4,869,570
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、0.98μm用光ファイバと1.55μm用光ファイバの組み合わせによって構成された光ファイバカプラにあっては、融着延伸部における1.55μm帯の光の伝搬定数が、それぞれの光ファイバにおいて異なる、いわゆる非対称カプラとなり、1.55μm帯の光のパワーが1.55μm帯用光ファイバから0.98μm帯用光ファイバに100%移行すること、すなわち、完全結合することができなくなる。すなわち、1.55μm帯の挿入損失が大きくなる。
【0010】
また、0.98μm用光ファイバ2本によって構成された光ファイバカプラにあっては、0.98μm用光ファイバと1.55μm帯(信号光)ポートとの接続性が悪くなる。1.55μm用光ファイバと0.98μm用光ファイバとの接続性について以下に詳細に説明する。
【0011】
図20は従来の光ファイバカプラの第1構成例を示す図である。図21は従来の光ファイバカプラの第2構成例を示す図である。図20に示す第1構成例は、励起光をEDF等の増幅媒体に対して、信号上流側から信号光と同じ方向に入射する方法、すなわち前方励起方式で用いられる接続方法である。
【0012】
図20に示す光ファイバカプラは、1.55μm帯用光ファイバ11と0.98μm帯用光ファイバ13とを融着延伸してなる融着延伸部15を有する。1.55μm帯用光ファイバ11の一方のポートには上流側の信号線路である1.55μm帯用光ファイバ21から接続部Aを介して信号光が入射され、0.98μm帯用光ファイバ13の一方のポートにはポンプ光光源である0.98μm帯用光ファイバ23から接続部Bを介してポンプ光が入射される。0.98μm帯用光ファイバ13の他方のポートからは、合波された0.98μm帯のポンプ光と1.55μm帯の信号光とが接続部Cを介してEDFに入射される。即ち、この前方励起方式は、図20中の矢印(→)で示すように、信号光とポンプ光が同じ向きで、同じ信号線路上流側からEDFに入射される。なお、1.55μm帯用光ファイバ11の他方のポート11pは使用されていない。
【0013】
図21に示す第2構成例は、後方励起方式で用いられる接続方法である。この後方励起方式は、図21中の矢印(→)で示すように、ポンプ光が信号光と逆向きに、信号線路の下流側からEDFに入射される。この2種類の励起方式以外に、EDFの信号上流・下流両側から励起光を入射する双方向励起方式もあるが、この方式では、EDFの信号上流側と信号下流側の両方に光ファイバカプラを配置するが、前者は前方励起方式と同様の使い方、後者は後方励起方式と同様の使い方をする。
【0014】
ここで、光ファイバカプラ用の光ファイバを0.98μm帯用に統一した場合には、図20及び図21中の接続部Aでは、1.55μm帯用光ファイバ21と光ファイバカプラ用の0.98μm帯用光ファイバが接続される。ここで、接続点においてMFD(モードフィールド径)のミスマッチにより、比較的大きな接続損失が生じる。
【0015】
なお、光ファイバ中を伝搬する光の電磁界の強度分布は、多くの光ファイバにおいてガウス分布で良く近似できる強度分布を有しており、MFDは、光ファイバ中を伝搬する光の電磁界の強度分布の最大値の1/e2(e=2.71…、自然対数の底)となる部分の直径をいう。このMFDは接続損失を決定する重要なファクタである。MFDが等しい光ファイバ同士を接続する場合は、接続損失は非常に小さくすることが可能であるが(理想的な状況では損失=0、すなわち無損失)、MFDの異なる光ファイバ同士を接続する場合は、MFDの差が大きいほど接続損失は大きくなる。前記接続損失は、約0.2dB〜0.3dBと大きく、光部品の用いられる通信システムにおける伝送品質の観点から好ましくない。
【0016】
このような観点から、光ファイバカプラにおいて、接続性(接続損失の低減)を考慮すると、1.55μm帯の光を入射するポート(後方励起方式の場合は1.55μm帯が出射されるポート)に用いる光ファイバカプラ用の光ファイバは、図21及び図22に示すように、1.55μm帯用光ファイバ11とすることが望ましい。
【0017】
本発明は、優れた光学特性(1.55μm帯の結合特性)を実現しつつ、入出力光ファイバとの接続性に優れた(結合損失の小さい)、挿入損失が小さな融着延伸型の光ファイバカプラを提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、1.55μm付近の波長を持つ光を単一モードで伝播する1.55μm帯用光ファイバと0.98μm付近の波長を持つ光を単一モードで伝播する0.98μm帯用光ファイバとを融着延伸してなる融着延伸部を有する光ファイバカプラであって、前記1.55μm帯用光ファイバは、信号線路である1.55μm帯用光ファイバと同種であって、それぞれが所定の半径と屈折率を有するコアとクラッドからなる構造であり、前記0.98μm帯用光ファイバは、第1のコアと、その周囲に配置された、半径rが少なくとも10μmより大きく、かつ、比屈折率差Δが少なくとも0.1%より小さい第2のコアと、さらにその周囲に配置されたクラッドとを有し、前記第1のコアは第1の半径と第1の屈折率を有し、前記第2のコアは第2の半径と前記第1のコアの屈折率よりも低い第2の屈折率を有し、前記クラッドは前記第2のコアの屈折率よりも低い第3の屈折率を有する構造であり、前記両光ファイバの融着延伸部における、延伸により元の状態からどれだけ細くなったかを示す延伸率は50%以下であり、
前記1.55μm帯用光ファイバのコア半径及び比屈折率差に対応して、0.98μm帯用光ファイバの各コア半径及び比屈折率が選択されて、前記融着延伸部における、それぞれの光ファイバの伝搬定数の差は、10-4[rad/μm]以下となされてなることを特徴とする。
【0019】
請求項1の発明によれば、それぞれの光ファイバの伝搬定数の差を、10-4[rad/μm]以下とすることにより、複数本の光ファイバのモードが相互に結合する最大結合度が極力1となるので、優れた光学特性(結合特性)を実現でき、挿入損失が小さくなる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバカプラ及び光ファイバカプラ用光ファイバの実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0031】
まず、本出願人の発明者等は、光ファイバの屈折率プロファイルを改良することにより、0.98μm帯用光ファイバとしての特性(0.98μm帯で単一モードであり、かつ0.98μm帯用光ファイバとの接続性に優れる)を維持しつつ、融着延伸することにより1.55μm帯用光ファイバとの結合度が十分大きな光ファイバを発明するに至った。
【0032】
以下、このような光ファイバに関して理論を述べた上で、計算による検討結果について説明する。
【0033】
(a)対称カプラ・非対称カプラそれぞれの結合度について
まず、対称カプラ・非対称カプラそれぞれの結合度について説明する。ここでは、同方向方向性結合器の理論の要点のみを説明する。
【0034】
2つの導波路I,IIを互いに近づけた場合、各々の導波路のモードは、相互に結合する。この結合の最大値を決めるパラメータFは、式(1)で表される。
【0035】
【数1】
ここで、δは導波路I,IIそれぞれの固有モードの伝搬定数βの差であり、式(2)で表される。β1は導波路Iにおける伝搬定数であり、β2は導波路IIにおける伝搬定数である。
【0036】
【数2】
また、κは導波路I,IIの結合定数であり、式(3)で表される。
【0037】
【数3】
本発明の目的が、0.98μm帯を結合させないような状況で、1.55μm帯の信号波を低損失で結合させる(即ち、挿入損失を小さくする。)ことにあるので、1.55μm帯での最大結合度は、極力1とする必要がある。即ち、式(1)に示すパラメータFを極力1とする必要がある。パラメータFを1とするためには、それぞれの導波路I,IIを延伸後の状態で、式(1)からわかるように、それぞれの導波路I,IIの伝搬定数差を結合定数κに比べて充分に小さくする必要がある。
【0038】
融着延伸型の光ファイバカプラの場合、結合定数κは、強融着であれば、10-4〜10-2[rad/μm]程度であり、弱融着であれば、10-7〜10-5[rad/μm]程度となることが簡単な計算から求められる。このため、強融着を前提とした場合(融着条件にもよるが)、1.55μm帯の信号波を低損失で結合させるためには、光ファイバカプラの0.98μm用光ファイバと1.55μm用光ファイバとのδを、10-5〜10-3[rad/μm]程度とすれば良い。
【0039】
(b)0.98μm用光ファイバと1.55μm用光ファイバを融着延伸した場合の伝搬定数とその差について
図5は1.55μm帯用光ファイバ(Corning Inc. SMF28相当)と0.98μm帯用光ファイバ(Corning Inc.CS980相当)を融着無しで1本の光ファイバのまま延伸した場合(即ち、加熱して引っ張り細くした場合)における1.55μmの導波モードの伝搬定数βの変遷の計算結果を示す図である。横軸は、延伸により光ファイバが元の状態からどれだけ細くなったかを示す延伸率を表す。延伸率100%とは延伸していない光ファイバを表わし、延伸率50%とは、延伸した結果、光ファイバの外径が元の半分(62.5μm)になったものを表わす。
【0040】
図5ではそれぞれのファイバの伝搬定数βを表し、図6では2つの導波路の伝搬定数βの差(上記δの2倍の値)を表わす。図6からわかるように、延伸率75%付近でδは一旦零となるが、この前後ではδは非零の値を持つ。このことから、0.98μm帯用光ファイバ(CS980相当)と1.55μm帯用光ファイバ(SMF28相当)は、延伸率75%付近でのみδ=0、すなわち完全結合する条件を有することがわかる。
【0041】
しかし、δ=0なる点はこの1点のみであることから、製造トレランスが小さいことが予想される。また、このグラフは、長波→延伸率小(光ファイバが細い)、短波→延伸率大(光ファイバが太い)と読み換えられるため(2本の導波路間でのモード結合は長波側の方が強いため、定性的にはこのような読み替えは有効である。)、挿入損失が大きな波長依存性を持つこともわかる。これはWDMカプラの特性として好ましくない。これは、1.55μm帯(信号帯域)全体で波長特性が平坦で且つ結合度が可能な限り1に近いものでないと、1.55μm帯の挿入損失およびその波長依存性は、充分に小さく且つ平坦なものにならないからである。即ち、製造時の融着延伸の条件内で、2種の光ファイバの伝搬定数βの延伸率依存性(もしくは波長依存性)が、同じ絶対値を持ち、且つ等しい傾きを持つこと、すなわち接することが理想的な状況であると言える。
【0042】
(A)実施の形態に係る光ファイバカプラの実施例
(a)(b)に説明した内容を踏まえた上で、0.98μm帯用光ファイバの屈折率プロファイルを改良することにより、1.55μm帯用光ファイバとの結合度を向上させた光ファイバカプラの実施例について説明する。
【0043】
図1は実施の形態に係る異種光ファイバからなる光ファイバカプラの模式図である。図1では、0.98μm帯用光ファイバと1.55μm帯用光ファイバ(SMF28相当)とからなる0.98/1.55μm光ファイバカプラの模式図を示している。図1に示した入射光・出射光の向きは前方励起のものである。なお、後方励起の場合、1.55μmの信号光の進み方は逆となる。
【0044】
ここで、融着条件によっても異なるが、極端な強融着で無い限り、0.98μm帯の光はクロスポートに結合しないと言って差し支えないため(アスペクト比1.1〜1.2となるような条件で、0.98μm帯の光の結合定数は、1.55μm帯の結合度と比較して2〜3桁小さい。)、ここでは0.98μm帯の結合については言及しない。ここでは、1.55μm帯の結合度の最適化を図ることにする。
【0045】
なお、ここで言う融着条件とは、光ファイバカプラの融着延伸部の延伸率、延伸長(融着延伸部の長さ)、延伸部のテーパ形状、アスペクト比(図22に示す融着延伸部15の断面における長軸の長さbと短軸の長さaとの比率b/a)といった諸条件を指す。
【0046】
2本の光ファイバを接した状態で、ガラスの軟化点温度付近まで加熱すると、クラッド表面の互いに接している部分から、2本のファイバは接合される(図23に示す融着延伸部15a)。さらに、加熱を続けると、クラッド表面の表面張力等の作用で、2本の光ファイバの間の溝は浅くなって行き、コアとコアの距離が近くなって行く(図23に示す融着延伸部15b,15c)。最終的には2本の光ファイバの間の溝は完全に無くなり、断面がほぼ真円の形状となる(図23に示す融着延伸部15d)。この作用を大きく働かせた場合を強融着と呼び、逆にこの作用が小さい場合を弱融着と呼ぶ。従って、図23に示すように、弱融着の場合はアスペクト比は大きく(最大でb/a=2)、強融着の場合はアクペクト比は小さくなる(最小でb/a=1)。また、図23に示すように、弱融着の場合は同じ延伸率で比較した場合における結合度の波長依存性は大きく、強融着の場合は結合度の波長依存性は小さくなる。また、図23に示すように、弱融着の場合は同じ延伸率で比較した場合における結合度(絶対値)は小さく、強融着の場合は結合度は大きくなる。
【0047】
実際に光ファイバカプラを作製する際は、加熱温度や印加張力、引っ張り速度等の製造条件を調整して、最適な形状を得ている。
【0048】
図1に示す光ファイバカプラは、1.55μm帯用光ファイバ11と0.98μm帯用光ファイバ12とを融着延伸してなる融着延伸部15を有する。1.55μm帯用光ファイバ11の一方のポートには上流側の信号線路である1.55μm帯用光ファイバ21から接続部Aを介して信号光が入射され、0.98μm帯用光ファイバ12の一方のポートにはポンプ光光源である0.98μm帯用光ファイバ23から接続部Bを介してポンプ光が入射される。0.98μm帯用光ファイバ12の他方のポートからは、合波された0.98μm帯のポンプ光と1.55μm帯の信号光とが接続部Cを介してEDFに入射される。なお、1.55μm帯用光ファイバ11の他方のポート11pは使用されていない。
【0049】
1.55μm帯用光ファイバ11は、図2に示すように、ステップインデックス型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバで、図2(b)に示すように第1コア31と第1コア31の周囲に配置されたクラッド33とを有する。0.98μm帯用光ファイバ12は、図3(b)に示すように、第1コア31と第1コア31の周囲に配置された第2コア32と第2コア32の周囲に配置されたクラッド33とを有する。
【0050】
図2(a)及び図3(a)において、ncladはクラッド33の屈折率を表し、n(1)は第1コア31の屈折率を表し、n(2)は第2コア32の屈折率を表す。rcladはクラッド33の半径を表し、r(1)は第1コア31の半径を表し、r(2)は第2コア32の半径を表す。Δ(1)は第1コア31とクラッド33との屈折率の差である比屈折率差を表す。Δ(2)は第2コア32とクラッド33との屈折率の差である比屈折率差を表す。比屈折率差Δは式(4)で表される。比屈折率差は一般に1に比べてきわめて小さい値であるので、通常100倍して%で表す。
【0051】
【数4】
なお、式(4)において、xは1又は2であり、第xコアを表す。
【0052】
0.98μm帯用光ファイバ12は、第2コア32を設けることによってプロファイルを改良(変更)して、0.98μm帯用光ファイバ12と1.55μm帯用光ファイバ11との伝搬定数差の低減を図っている。
【0053】
(A−1)光ファイバのプロファイルの変更による伝搬定数差の低減
以下、0.98μm帯用光ファイバ12のプロファイルの変更により伝搬定数差が低減できる理由について説明する。
【0054】
まず、本発明者等は、各種光ファイバを1本のまま延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算を行なったので、その計算結果を図7から図11に示す。また、図4に伝搬定数βの計算に用いた各種光ファイバの諸元を表したテーブルを示す。
【0055】
図7は1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(SMF、SMF28相当品)及びその類似の光ファイバを延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。この例では、第1コア半径r(1)が4.4μmであり、第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.3〜0.55%である。図8は0.98μm帯用のCS980相当品及びその類似の光ファイバを延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。この例では、第1コア半径r(1)が2.4μmであり、第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.6〜1.00%である。
【0056】
図9は改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。この例では、第1コア半径r(1)が2.4μmであり、第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.6〜1.00%であり、第2コア半径r(2)が20μmであり、第2コア32の比屈折率差Δ(2)が0.1%である。
【0057】
図10は改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。この例では、第1コア半径r(1)が2.4μmであり、第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.6〜1.00%であり、第2コア半径r(2)が20μmであり、第2コア32の比屈折率差Δ(2)が0.02%である。
【0058】
図11は改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。この例では、第1コア半径r(1)が2.4μmであり、第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.6〜1.00%であり、第2コア半径r(2)が10μmであり、第2コア32の比屈折率差Δ(2)が0.02%である。
【0059】
図7〜図11に示す各光ファイバとも、数種類の比屈折率差Δについて計算したが、これは延伸時の加熱による光ファイバのプロファイルの変化(ダレ、元素の熱拡散などによる)を考慮するためである。
【0060】
なお、ここでは、0.98μm用光ファイバと1.55μm帯用光ファイバが延伸率50%付近〜10%で絶対値が異なる(0.98μm用光ファイバの方が若干小さい)が、よく似た傾きを持つ。このため、前述した(a)(b)の内容を踏まえて考えると、このカーブを上下方向(伝搬定数βの絶対値の方向)にシフトさせることで、0.98μm用光ファイバと1.55μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβを低減できるので、前記カーブを上下方向にシフトさせるために、光ファイバのプロファイルの変更を検討した。
【0061】
伝搬定数βを大きくするためには、光ファイバ全体(特にクラッド)の屈折率を大きくすれば良い。しかし、光ファイバの機械的信頼性、耐環境特性等を考慮すると、光ファイバの最外層は純粋石英であることが好ましい。屈折率を調整するために他の元素を添加すると、一般的に機械的強度や耐環境特性は劣化する。このため、ここでは、0.98μm帯用光ファイバの第1コア31の周囲にクラッド33よりも屈折率の高い領域として第2コア32を設けるようにした。
【0062】
(A−2)伝搬定数差Δβの低減の実施例1
次に、図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図8乃至図11に示す各々の0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を求めたので、これらを図12乃至図15に示す。
【0063】
図12は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図8に示す0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。図13は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図9に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【0064】
図14は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図10に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。図15は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図11に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【0065】
図12に示すように、改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)(第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.8%であり、第2コア半径r(2)が20μmであり、第2コア32の比屈折率差Δ(2)=0.02%である。)において、延伸率50%以下の範囲で伝搬定数差Δβが10-4以下となることがわかる。このような状況で、1.55μmクロスポートの挿入損失を小さくできる。
【0066】
また、延伸率50%以下の範囲で、伝搬定数差Δβが10-4であるようにするためには、第2コア半径r(2)は、少なくとも10μmより大きくなければならず、第2コア32の比屈折率差Δ(2)は少なくとも0.1%より小さくなければならないことがわかる。さらに、融着延伸する際に、0.98μm帯用光ファイバ12と組み合わせて用いる1.55μm帯用光ファイバ11の第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.35%の場合、0.98μm帯用光ファイバ12の第1コア31の比屈折率差Δ(1)は0.70%〜0.90%の範囲内になければならないこともわかる。
【0067】
(A−3)伝搬定数差Δβの低減の実施例2
また、図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図8乃至図11に示す各々の0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を求めたので、これらを図16乃至図19に示す。
【0068】
図16は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図8に示す0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。図17は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図9に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【0069】
図18は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図10に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。図19は図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図11に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【0070】
図19に示すように、改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)(第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.7%)の場合に、延伸率50%以下の範囲で伝搬定数差Δβが10-4[rad/μm]以下となることがわかる。この場合も、延伸率50%以下の範囲で、伝搬定数差Δβが10-4[rad/μm]以下であるようにするためには、第2コア半径r(2)は少なくとも10μmより大きくなければならず、第2コア32の比屈折率差Δ(2)は少なくとも0.1%より小さくなければならないことがわかる。さらに、融着延伸する際に、0.98μm帯用光ファイバ12と組み合わせて用いる1.55μm帯用光ファイバ11の第1コア31の比屈折率差Δ(1)が0.30%の場合、0.98μm帯用光ファイバ12の第1コア31の比屈折率差Δ(1)は0.60%〜0.80%の範囲内になければならないこともわかる。
【0071】
以上のように、1.55μm帯用単一モード光ファイバと改良型0.98μm帯用光ファイバで構成された、低損失な0.98/1.55μm光ファイバカプラを実現することができる。
【0072】
なお、以上は、融着延伸後の光ファイバのプロファイルでの計算結果であり、実際に光ファイバを設計する際には、延伸時の加熱によるプロファイルの変化(ダレ)を考慮する必要がある。また、結合させる(組み合わせる)SMFのプロファイルにより、改良CSFの最適プロファイルも変わるので、これらを考慮して設計する必要がある。
【0073】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた光学特性(1.55μm帯の結合特性)を実現しつつ、入出力光ファイバとの接続性に優れた(結合損失の小さい)、挿入損失が小さな融着延伸型の光ファイバカプラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る異種光ファイバからなる光ファイバカプラの模式図である。
【図2】ステップインデックス型の光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図3】第2コアを有する光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図4】各種光ファイバの諸元を表したテーブルを示す図である。
【図5】1.55μm帯用光ファイバと0.98μm帯用光ファイバを融着無しで1本の光ファイバのまま延伸した場合における1.55μmの導波モードの伝搬定数βの変遷を、x偏波・y偏波それぞれについて計算した結果を示す図である。
【図6】図5に示す2つの導波路の伝搬定数βの差を、x偏波・y偏波のそれぞれについて表わす図である。
【図7】1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(SMF、SMF28相当品)及びその類似の光ファイバを延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。
【図8】0.98μm帯用のCS980相当品及びその類似の光ファイバを延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。
【図9】改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。
【図10】改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。
【図11】改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)を延伸した際の導波モードの伝搬定数βの計算結果を示す図である。
【図12】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図8に示す0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図13】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図9に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図14】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図10に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図15】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.35%)と図11に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図16】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図8に示す0.98μm帯用光ファイバとの伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図17】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図9に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例1)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図18】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図10に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例2)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図19】図7に示す1.55μm帯用の単一モード光ファイバ(Δ=0.30%)と図11に示す改良型0.98μm帯用光ファイバ(例3)との伝搬定数差Δβの延伸率依存性を示す図である。
【図20】従来の光ファイバカプラの第1構成例を示す図である。
【図21】従来の光ファイバカプラの第2構成例を示す図である。
【図22】融着延伸部の断面における長軸の長さと短軸の長さとの比率を表すアスペクト比を示す図である。
【図23】アスペクト比の大きさと強融着及び弱融着との関係を示す図である。
【符号の説明】
11 1.55μm帯用光ファイバ
12,13 0.98μm帯用光ファイバ
15 融着延伸部
21 1.55μm帯用光ファイバ(信号線路)
23 0.98μm帯用光ファイバ(ポンプ光光源)
25 0.98μm帯用光ファイバ(EDF)
31 第1コア
32 第2コア
33 クラッド
A,B,C 接続部
β 伝搬定数
Δ 比屈折率差
Claims (1)
- 1.55μm付近の波長を持つ光を単一モードで伝播する1.55μm帯用光ファイバと0.98μm付近の波長を持つ光を単一モードで伝播する0.98μm帯用光ファイバとを融着延伸してなる融着延伸部を有する光ファイバカプラであって、
前記1.55μm帯用光ファイバは、信号線路である1.55μm帯用光ファイバと同種であって、それぞれが所定の半径と屈折率を有するコアとクラッドからなる構造であり、
前記0.98μm帯用光ファイバは、第1のコアと、その周囲に配置された、半径rが少なくとも10μmより大きく、かつ、比屈折率差Δが少なくとも0.1%より小さい第2のコアと、さらにその周囲に配置されたクラッドとを有し、前記第1のコアは第1の半径と第1の屈折率を有し、前記第2のコアは第2の半径と前記第1のコアの屈折率よりも低い第2の屈折率を有し、前記クラッドは前記第2のコアの屈折率よりも低い第3の屈折率を有する構造であり、
前記両光ファイバの融着延伸部における、延伸により元の状態からどれだけ細くなったかを示す延伸率は50%以下であり、
前記1.55μm帯用光ファイバのコア半径及び比屈折率差に対応して、0.98μm帯用光ファイバの各コア半径及び比屈折率が選択されて、前記融着延伸部における、それぞれの光ファイバの伝搬定数の差は、10-4[rad/μm]以下となされてなることを特徴とする光ファイバカプラ。
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