JP4129903B2 - 溶融型モード分割方向性カプラの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性カプラの製造方法に関し、更に詳しくは、製作が簡便で、安定した性能を示す溶融型方向性カプラの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
普通の方向性カプラ(directional coupler)は、一つの光ファイバの中を進行する光を二つの光ファイバ(2×2方向性カプラの場合)、若しくは、多数の光ファイバ(N×N方向性カプラの場合)の中を進行するように分岐させる機能を有し、ほぼ全ての光通信システムに入る最も基本的な光素子中の一つである。方向性カプラを製作する主な方式は溶融型方式であり、幾つかの特別な場合、研磨型を利用する場合もある。
【0003】
光ファイバテーパー(taper)とは、光ファイバの一部分を熱を加えて引き伸ばしたことをいい、該作業をテーパープロセス(tapering process)という。溶融型方向性カプラはかかるテーパープロセスを通じて製作される。
【0004】
図1a乃至図1dを参照して、一般的な2×2溶融型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明する。
【0005】
先ず、図1aに示したように、ジャケット(110)を中間部分で約1〜2cmの長さに剥がして、クラッド(120)が露出された2ラインの光ファイバ(100)を準備する。次に、図1bのように、露出されたクラッド同士を相互接触させ、その接触部(C)をトーチ(130)で加熱すると同時に、光ファイバの長さ方向(F−F')に引張を加えながら、溶融接合させる。これと同時に、光ファイバに光信号を入れながら、所望する大きさ程の光分岐が得られた場合、加熱と引張を止めると、図1cに示したように、2ラインの光ファイバテーパーが溶融接合されてなる方向性カプラのウェスト(waist:C')が型成されるが、この部分は最も細くて、大体に均一な太さを有し、最も強い方向性結合を発生させる。その次、方向性カプラのウェストを保護するために、図1dの石英ガラス管(140)とエポキシ(150)等を用いてそのウェストを固定させると、方向性カプラの製作が完了される。普通、2ラインの光ファイバに同じ光ファイバを使用するが、所望する波長特性や結合率を得るために、2ラインの光ファイバに相互異なる光ファイバを使用するか、1ラインを予め引き伸ばした後製作する場合もある。
【0006】
図2a乃至図2eは、一般研磨型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。図2aのように、先ず、直六面体形態の石英ガラスブロック(200)を準備する。次に、図2bに示したように、光ファイバのジャケット厚さに適当な深さの溝(202)を設けた固定台(200a)を完成する。次に、図2cのように、エポキシ等を使用して光ファイバ(210)を溝に固定させる。その次に、光ファイバコアの中を進行する光が僅か漏れ出すように、光ファイバが埋め立てられているブロック面を研磨してブロックと共に光ファイバのクラッドを削って、図2dに示されたように研磨された光ファイバ(210a)を作る。このように製作された両ブロック(200a、200a')を接合し、両光ファイバ(210a、210a')のコアを近接させて方向性カプラを製作する。このような研磨型方向性カプラは、偏光維持光ファイバを使用する偏光維持方向性カプラと、楕円形コア二重モード光ファイバ(Two Mode Fiber:以下、“TMF”という)を使用するモード分割方向性カプラのように、光ファイバコアに存在する固有複屈折軸を合わせて製作しなければならない場合と、方向性カプラの結合率を変化させることが出来る可変型方向性カプラの製作に使われる。しかし、研磨型方向性カプラでは、効果的な方向性結合のために、屈折率整合オイル(index matching oil)等がその接合面に使用されなければならないため、溶融型方向性カプラのような全光ファイバ形態のものに比し、温度変化等の環境変化に対する安定性が劣る短所がある。
【0007】
次に、本発明に対する理解に助力するために、図3a及び図3bを参照してモード分割方向性カプラの機能について説明することにする。図3a及び図3bに示されている方向性カプラは、研磨型や溶融型のような製作形態と関係がない普遍的な機能を有し、その基本的な形態は、TMF(300)と単一モード光ファイバ(Single Mode Fiber:301、以下、“SMF”という)が結合領域(302)を介して接合された形態である。
【0008】
光ファイバを特定づける値として規格周波数(normalized frequency)がある。光ファイバコアの半径をα、波長をλ、コアとクラッドの屈折率を各々ncoとnclとした時に、規格周波数Vは次の式1で示すことが出来る。
【式1】
【0009】
光ファイバにおいて、V値が大きいほど、中を進行することが出来るモードの数が多くなり、Vが0から2.405の間の値を有する場合、LP01モードのみ進行することが出来るSMFになり、2.405から3.83の間の値を有する場合、LP01モードとLP11モードが進行することが出来るTMFになる。V値が約1.4より小さくなると、光ファイバの導波特性が弱くなり、LP01モードの電気場がクラッド領域に広がり始め、クラッドが他の物質と接触するようになると、光損失若しくは光結合が発生するようになる。一般的なSMFで製作する溶融型方向性カプラの場合、かかる性質を利用してV値が0.8程度になる状態に製作される。
【0010】
図3aに示されている機能は、TMF(300)の中をLP01モードとLP11モード(303)が進行する時、結合領域(302)を経由しながら、TMF(300)のLP01モードはそのまま通り過ぎて出力端TMFのLP01モード(304)に出て、TMF(300)のLP11モードはSMF(301)のLP01モード(305)に切り替わって進行するモード分割機能である。
【0011】
一方、図3bに示されているように、SMF(301)にLP01モード(306)が入射された場合、結合領域(302)を経由してTMFのLP11モード(307)に切換されて進行する。
【0012】
このようなモード分割やモード切換等は、100%の効率で発生するのが好ましい。モード分割方向性カプラの性能を示すものとしてモード結合率とモード消去率がある。図3bのSMF(301)に入力されたLP01モード(306)のパワーがP0である時、この光が結合領域(302)を経由して出力端TMFのLP11モード(307)にモード結合されたパワーがP1、出力端TMFのLP01モードにモード結合されたパワーがP2であるとする時、モード結合率とモード消去率は、次の式2及び式3のように示されるが、これらは、各々90%と20dB程度の値を有するのが普遍的で、値が大きいほど好ましい。
【式2】
有効結合率=100×P1/P0
【式3】
モード消去率=10log(P1/P2)
【0013】
図4aは、モード分割方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。図4aを参照すると、SMFとTMFを各々一般研磨型方向性カプラと共に研磨されたブロック(400、401)で製作した後、接合面(402)に屈折率整合オイルとエポキシ等を使用し、両ブロックを密着、接触させる。該方式にて製作されたモード分割方向性カプラの場合、TMFのLP11モードとSMFのLP01モードとの間に効果的なモード結合が起こるようにするために、両モードの伝播常数が等しい条件、即ち位相整合条件を満たすSMFとTMF対を使用して製作しなければならない。また、円形コアTMFでは、LP11モードのローブ(lobe)が安定的でないため、楕円形コアTMFを使用して製作し、図4aの方法によって製作されたモード分割方向性カプラの断面図を示した図4bで示しているように、TMFの楕円形コア(403)とSMFのコア(404)が接合されて置かれた方向をTMF楕円形コアの長軸、若しくは短軸の軸方向(405)と一致させるのが好ましい。
【0014】
モードの特性中の一つのモードの伝播常数(propagation constant)βは、そのモードの有効屈折率(effective refractive index)neffと次の式4のような線形的な関係にあるため、位相整合条件は、両モードの有屈折率が同じ状態であると表現することが出来る。
【式4】
β=(2π/λ)neff
但し、ここでλは波長である。
【0015】
従って、研磨型モード分割方向性カプラを製作するためには、TMFLP11モードとSMFLP01モードの有効屈折率を実験的に測定して同じ値を有するTMFとSMF対を探さなければならない。このような研磨型モード分割方向性カプラは、モード結合とブロック接着のために、屈折率整合オイルとエポキシ等の物質を使用するため、その性能が温度変化のような外部環境変化に影響を受けるようになる問題点がある。
【0016】
TMFの中を進行することが出来るモードはLP01モードとLP11モードの2種類である。TMFの一端にテーパープロセスを行うと、光ファイバのコアとクラッドの直径が同じ比率に小さくなる。テーパープロセスが可能な階段型屈折率分布を持つTMFについて、マックスウェル(Maxwell)方程式を適用して電気場の式を展開すると、TMFの中を進行するモード分布とその有効屈折率を数値的に計算することが出来る。図5は、前記の方法を使用して計算された値であって、TMFテーパーの直径によるLP01モードの有効屈折率とLP11モードの有効屈折率を各々示したグラフである。参照番号500及び501は、LP01モードの有効屈折率曲線とLP11モードの有効屈折率曲線を各々示したものであり、参照番号510の点線はTMFクラッドの屈折率を示したものである。
【0017】
有効屈折率がクラッドの屈折率より低く、ジャケットで囲まれた一般的な光ファイバの中は進行出来ないが、ジャケットが剥がれてクラッドと空気とからなる領域、例えば、方向性カプラのウェストのような所は進行出来るモードをクラッドモードといい、TMFのクラッドモードの中最も低い次数のモードはLP02モードである。これと逆に、クラッドの屈折率より高く、一般的に進行出来るモードはコアモードという。
【0018】
参照番号512の実線は、クラッドモードの中最も低次モードであるLP02モードの有効屈折率曲線を示し、有効屈折率がクラッドの屈折率より低い。図5を参照すると、テーパープロセスが進行され、テーパー直径が小さくなることに伴ってTMF両モードの有効屈折率は徐々に低くなり、遂に、LP11モードの有効屈折率がクラッドの屈折率(510)と等しくなる直径になると(511)、LP11モードは、それ以上ジャケットがある光ファイバの中を進行することが出来なくなり、この時のVは2.405である。よって、それより小さい直径において、TMFテーパーはSMFのようにLP01モードのみ進行させる。
【0019】
一方、同一の直径(502)を有する2ラインのTMFを準備した後、そのいずれか一つを適切な直径(504)にテーパーしたTMFテーパーと、他の一つのTMFを接触させた後、熱を加えながら共に引き伸ばすと、両光ファイバの直径が同じ比率に減るようになる。TMFテーパーのLP01モード有効屈折率(505)と、他の一つのTMFのLP11モード有効屈折率(503)も直径が減ると共に小さくなる。TMFテーパーと他の一つのTMFの直径が同じ比率に減り、各々特定の直径値(508、506)になった時、他の一つのTMFのLP11モードの有効屈折率(507)とTMFテーパーのLP01モードの有効屈折率(509)が同じになる状態、即ち位相整合条件を満たす状態になる。従って、前記のように、TMFとTMFテーパーを溶融接合させ、最終直径が位相整合条件を満たすように引き伸ばすと、溶融型モード分割方向性カプラを製作することが出来る。しかし、初期にTMFテーパーの直径をどの程度にするかによって、TMFテーパーのLP01モードとTMFのLP11モードとの間に位相整合条件を満たすTMFテーパーと他の一つのTMFの最終直径が異なるようになる。
【0020】
ここで、従来技術の説明を通じて、TMFテーパーとTMFの最初直径によって溶融型モード分割方向性カプラの性能がどのように異なるのかを述べる。
【0021】
従来に、同一の2ラインのTMFのいずれか一つをテーパーして準備されたTMFテーパーと残りのTMFを利用して溶融型モード分割方向性カプラが製作されたところがある。このように、一般的な階段型屈折率分布を有したTMF及びTMFテーパーを使用して溶融型モード分割方向性カプラを製作する場合、位相整合になる状態曲線を図6に示した。図6は、図5においてLP01モードとLP11モードとの間に位相整合条件を満たすTMFとTMFテーパーの直径を求め、グラフに示したものである。図6において、実線に示された曲線(601)は、TMFのLP11モードとTMFテーパーのLP01モードとの間に位相整合条件を満たすTMFとTMFテーパーの直径の理論値、一点鎖線に示された曲線(602)は、TMFのLP02モードとTMFテーパーのLP01モードとの間に位相整合条件を満たす光ファイバの直径の理論値を各々示す。溶融型モード分割方向性カプラを製作する時、LP02モードにモード結合された光はジャケットにあい消失されるため、LP02モードへのモード結合は光損失を与える主な要素である。
【0022】
TMFとTMFテーパーの初期直径(608)が決定されると、溶融型モード分割方向性カプラの製作過程において、両光ファイバの直径は原点に向かう直線(607:以下、“カプラ製作直線”という)と共に減るようになる。効果的なモード結合のためには、直径が減る直線と位相整合条件を満たす曲線とがTMF直径の約1.5μm以内(有効屈折率10−4以内)の誤差に一致され、平行に進むのが好ましいが、TMFとTMFテーパーで製作される場合に、モード結合領域(603〜604、605〜606)における両線はそれ以上の差異を示す。
【0023】
モード結合領域とは、TMFのV値が1.4から2.405の間の値を有する領域を指すが、該領域において、TMFLP11モードの有効屈折率はクラッドの屈折率より低く、TMFLP01モードはまだクラッドに広がり出ていない状態であるため、TMFLP11モードとTMFテーパーのLP01モードとの間にモード結合は効果的に起こりながら、同時にTMFLP01モードは光結合に参与しなくて高いモード消去率を得ることが出来るため、溶融型モード分割方向性カプラは、該領域で製作されるのが好ましい。
【0024】
図6を参照すると分かるように、モード結合領域(603〜604、605〜606)において、LP01−LP02モード曲線(602)は、LP01−LP11モード曲線(601)とかなり近接していることが分かる。これにより、TMFとTMFテーパーを使用して溶融型にモード分割方向性カプラを製作する場合、LP02モードへのモード結合がLP11モードへのモード結合と共に起こるようになり、相当の量の光損失を起こさせるようになるため好ましくない。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
既存の研磨型モード分割方向性カプラは、その製作において、屈折率整合オイルとエポキシ等の異物質を使用するため、温度変化等によってその性能が低下する短所を持っている。
【0026】
従って、本発明の技術的課題は、光ファイバ以外の物質が含まれなく、温度変化に対する安定性が優れ且つ既存の研磨型方向性カプラ程度の性能を持っている全光ファイバ形態の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【0027】
既存の研磨型方向性カプラの製作では、光ファイバの仕様を変化させることが出来なかったため、各々の光ファイバの仕様を実験的に調査し、TMFLP11モードの有効屈折率とSMFLP01モードの有効屈折率が同じの光ファイバ対を探し出して使用しなければならない煩わしさがあった。従って、本発明の更なる技術的課題は、方向性カプラを製作するための光ファイバ対の選択が比較的に容易なモード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【0028】
本発明の更なる技術的課題は、既存の研磨型に比し、その大きさが小さく、軽量に製作することが出来、製作費用及び時間が少なくかかると同時に、素子としての性能は研磨型とほぼ同一に示す溶融型モード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法は;コアとクラッドを各々有し、その各々のジャケットの一部が除去された第1及び第2の光ファイバラインであって、前記第1の光ファイバのクラッド直径がD1、規格周波数がV1であり、前記第2の光ファイバのクラッド直径がD2、規格周波数がV2であり、V1<V2の条件を満たす第1及び第2の光ファイバを準備するステップと;ジャケットが剥がされた前記第1及び第2の光ファイバのクラッドを相互接触させるステップと;前記第1の光ファイバの特定モードM1と前記第2の光ファイバの特定モードM2とが結合される結合効率を測定するステップと;前記接触部位を溶融接合させながら、前記光ファイバをその長さ方向に共に引張させるステップと;前記引張ステップを維持するうちに、前記測定された結合効率が特定値に達する時、前記引張ステップを停止させるステップと;を備え、前記特定モード間のモード結合が前記特定効率値を有することを特徴とする。
【0030】
前記光ファイバの準備ステップにおいて、前記第1の光ファイバは、テーパープロセスによってそのクラッド直径がD1になり、前記第2の光ファイバは、クラッドのエッチングによってそのクラッド直径がD2になるのが好ましい。
【0031】
この時、前記光ファイバを準備するにおいて、同一構造の光ファイバに各々テーパープロセスとエッチングを加え、前記第1及び第2の光ファイバを準備することも出来るが、同一構造の光ファイバに単一モード光ファイバ、または二重モード光ファイバを各々使用することが出来る。
【0032】
二重モード光ファイバを使用する場合、前記M1がLP01モードであり、前記M2がLP11モードであるのが好ましい。
【0033】
その他に、前記M1がコアモードであり、前記M2がクラッドモードになるようにすることも出来る。
【0034】
一方、前記引張ステップを停止させるための前記結合効率の特定値を結合効率の最大値に選択することが出来る。
【0035】
また、前記第1及び第2の光ファイバが全部二重モード光ファイバで楕円形コアを有し、モード結合が発生するLP11モードの一ローブ方向にのみ安定的なモード結合が発生するように、前記接合部において、前記第1及び第2の光ファイバの配列平面と前記楕円形コアの軸とが平行するように配列することも出来る。
【0036】
また、前記第1及び第2の光ファイバを楕円形コア多重モード光ファイバに選択し、前記モード結合に参与するモードが、前記第1及び第2の光ファイバのいずれか一つの光ファイバのLP01モードと、他の一つの光ファイバのLP12モードと同じの非対称高次モードになるようにすることも出来る。
【0037】
また、前記第1及び第2の光ファイバを多重モード光ファイバに選択し、前記モード結合に参与するモードが、前記第1及び第2の光ファイバのいずれか一つの光ファイバのLP01モードと、他の一つの光ファイバのLP02と同じの対称高次モードになるようにすることも出来る。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0039】
図7aは、本発明の実施の形態による製造方法によってモード分割方向性カプラを製造する過程を示す図である。使用した光ファイバは階段型屈折率分布を有し、コア直径が4.3μm、クラッド直径が125μmで、波長1.06μmにおけるV値が約3.1のTMFである。前記TMFを約2m長に2ラインを切断して第1及び第2のTMFを準備した。TMFテーパー製作と溶融型方向性カプラの製作に使用したトーチには、プロパンガスと酸素を使用し、プロパンガスの流量を約5sccmに調節して完全燃焼させた。
【0040】
第1のTMFに関してマックスウェル方程式を計算し、図5のような形態の有効屈折率グラフを求め、第2のTMFを各々110、100、90、80、70、60、50μmにクラッドをエッチングした場合に関してマックスウェル方程式を計算し、図5のような形態の有効屈折率グラフを求めた。第1のTMFに関して得た前記有効屈折率グラフにおいて、LP01モードのグラフ値を取り、前記多様な直径にエッチングされた第2のTMFに関して得た有効屈折率グラフにおいて、LP11モードとLP02モードのグラフ値を各々取った。前記方式で得た第1のTMFでのLP01モードの直径による有効屈折率値と、各々エッチングされた直径別に、第2のTMFでのLP11及びLP02モードの直径による有効屈折率値を使用して、LP01−LP11モードの場合とLP01−LP02モードの場合に位相整合条件を満たす直径に対する図6のような形態のグラフを、第2のTMFのエッチングされた直径別に得る。
【0041】
本発明の実施の形態では、エッチングされた多様な直径に対する図6のような形態のグラフのうち、50μmにエッチングされた場合のグラフである図8を選択して溶融型モード分割方向性カプラの製作の基準とした。LP02モードへのモード結合を除去し、LP11モードへのモード結合を効果的に起こさせるためには、図8のように、LP01−LP11モードのグラフ(801)とLP01−LP02モードのグラフ(802)がモード結合領域(803−804、805−806)においてTMF直径が約2μm以上分離されなければならなく、特定の初期直径(808)から原点に向かうカプラ製作直線(807)とLP01−LP11モードのグラフ(801)との間の誤差が1.5μm以内の値に維持されなければならない。
【0042】
前記方法にて得られた図8を使用して、初期直径(808)に合わせて第1のTMFは、約2cmぐらいのジャケットを剥がした後、その部分をクラッド直径30μmにテーパーし、第2のTMFは、約2cmぐらいのジャケットを剥がした後、その部分をクラッド直径50μmにエッチングした。
【0043】
図7aを参照すると、50μmにクラッドがエッチングされた第2のTMF(702)をLP11モード端として使用し、同じTMFを30μm厚さにテーパーした第1のTMFテーパー(701)をLP01モード端として使用する。その後、波長1.06μmの光源(709)を使用して第1のTMFテーパーの一側端(703)に光を入れてLP01モードを進行させ、トーチ(704)で熱を加えながら、両光ファイバを接合させた後、矢印の両方向に引き伸ばす。これと共に、第1のTMFテーパーとエッチングされた第2のTMFの両端(707、706)から出る光度を光検出器(708)によって測定する。エッチングされた第2のTMFの端(706)から出る光度のうち、LP11モードの光度を測定して計算されたモード結合率が所望する値になった時、光ファイバに加えていた引張を止め、加熱を中断すると、溶融型モード分割方向性カプラが製作される。モード結合率が最大になった時、製作された溶融型モード分割方向性カプラは、第1のTMFテーパーの直径は約18μmで、エッチングされた第2のTMFの直径は約30μm、V値は約1.8であって、エッチングされたTMFのLP01モードはまだ光結合に参与していないモード結合領域に含まれる値で、高消去率を得ることが出来る。一般の溶融型方向性カプラと同様に、カプラのウェストを保護するために、図1dに示したような石英ガラス管とエポキシ等を用いて固定させる。前記方法にて製作された溶融型モード分割方向性カプラにおいてモード結合率が最大になるようにした時、約92%のモード結合率と25dBのモード消去率を得た。
【0044】
図7bは、前記方式によって溶融型モード分割方向性カプラの製作時、引張に伴うモード結合率を示したグラフである。図7bのグラフは、図7aのエッチングされた第2のTMF端(706)の出力からLP11モードにモード結合されて出る光度を規格化(normalization)して示しているものであって、LP11モード強さが最大になる位置(710)で引張を止めて溶融型モード分割方向性カプラを製作すると、90%以上のモード結合を得ることが出来る。引張を長く進行すると、徐々に位相整合条件に合わない領域に進行しながら、結合率が低くなると同時に、他のモードへのモード結合で光損失が起こるため好ましくない。
【0045】
図7cは、本発明の実施の形態によって製作されたモード分割方向性カプラの接合部の断面図である。図7cを参照すると、エッチングされたTMFとTMFテーパーを使用して溶融接合が完了された溶融型モード分割方向性カプラの断面が示されている。方向性カプラの接合部でエッチングされたTMF(720)とTMFテーパー(730)とが溶融接合されて亜鈴形態を成している。
【0046】
図9は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの波長によるモード結合特性を示すグラフである。図9は、中心波長1064nmに製作された溶融型モード分割方向性カプラのLP01モード端に広い波長帯域の光を入射した場合、LP11モード端(901)とLP01モード端(902)への方向性結合が波長によって変化されることを示し、1064nm付近の約40nm帯域において80%以上のモード結合率(903)を示す。
【0047】
図10は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラにLP01モード入力時にその両端から出るモードフィールドを示す図である。製作されたモード分割方向性カプラは約90%のモード結合率を示すものであって、参照番号1001及び1002は図7aのLP01モード端(707)とLP11モード端(706)から出る光の遠距離モード形態(far−field mode pattern)を各々示す。この場合、LP11モード端のLP01モードとLP11モードのモード消去率は約25dBである。
【0048】
【発明の効果】
上述のような本発明によるモード分割方向性カプラの製造方法によると、位相整合条件を満たす特定のSMF−TMF対を探す必要がなく、溶融型であるため、全光ファイバ形態になって光ファイバ以外の物質が含まれる既存の研磨型方式に比し、温度に対する安定性が優れ、製作が容易であるというメリットを有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1a乃至図1dは、一般溶融型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。
【図2】図2a乃至図2eは、一般研磨型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。
【図3】図3a及び図3bは、モード分割方向性カプラの機能を説明するための図である。
【図4】図a4は、モード分割方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図であり、図4bは、図4aの方法によって製作されたモード分割方向性カプラの断面図である。
【図5】図5は、二重モード光ファイバの直径によるLP02モード、LP11モードとLP01モードの有効屈折率を各々示したグラフである。
【図6】図6は、TMFとTMFテーパーで溶融型モード分割方向性カプラを製作する場合、位相整合が成される状態曲線を示したグラフである。
【図7】図7aは、本発明の実施の形態による製造方法によってモード分割方向性カプラを製造する過程を示した図であり、図7bは、図7aの方法によって溶融型モード分割方向性カプラの製作時、引張によるモード結合特性を示したグラフであり、図7cは、図7aの方法によって製造されたモード分割方向性カプラの接合部の断面図である。
【図8】図8は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの位相整合が成される状態曲線を示したグラフである。
【図9】図9は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの波長によるモード結合特性を示した図である。
【図10】図10は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラにLP01モード入力時、その両端から出るモードフィールドを示した図である。
【符号の説明】
701 第1のTMFテーパー
702 第2のTMF
703 第1のTMFテーパーの一側端
704 トーチ
706 第2のTMFの端
706 第2のTMFの端
708 光検出器
709 光源
Claims (12)
- 2本の同一光ファイバに夫々テーパリングおよびエッチングを行うことにより形成されるクラッド径を有する第1光ファイバおよび第2光ファイバの計算データを使用することにより、第1光ファイバの特定モードM 1 及び第2光ファイバの特定モードM 2 の間のモード結合曲線C1及び特定モードM 1 及び特定モードM 2 と異なる他の特定モードの間のモード結合曲線C2を含むモード結合グラフを準備するステップと;
モード結合曲線C1とモード結合曲線C2がモード結合領域において2μm以上離れることを可能にし、更に、特定初期クラッド径からモード結合グラフの原点に向かうカプラ製造直線とモード結合曲線C2の差をモード結合領域において初期クラッド直径D 1 とD 2 から1.5μ m 以内に維持することを可能にする,第1光ファイバの特定初期クラッド直径D 1 及び第2光ファイバの特定初期クラッド直径D 2 を見いだすステップと;
各々がコアとクラッドを有し、その各々のジャケットの一部が除去された第1及び第2光ファイバであって、前記第1光ファイバのクラッド直径がD1、規格周波数がV1であり、前記第2光ファイバのクラッド直径がD2、規格周波数がV2であり、V1<V2の条件を満たす第1及び第2光ファイバを準備するステップと;
ジャケットが剥がされた前記第1及び第2光ファイバのクラッドを、接合部位を形成するために、相互接触させるステップと;
前記第1光ファイバの特定モードM1と前記第2光ファイバの特定モードM2とが結合される結合効率を測定するステップと;
前記接合部位を溶融接合させながら、前記第1及び第2光ファイバをその長さ方向に共に引張るステップと;
前記結合効率が前記特定結合効率値に達する時、前記引張るステップを停止させるステップと;
からなる溶融型モード分割方向性カプラの製造方法であって、
前記特定モードM 1 と前記特定モードM 2 の間の結合効率が前記特定結合効率値に等しくなることを特徴とする溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。 - 前記第1及び第2の光ファイバを準備するステップにおいて、前記第1の光ファイバは、テーパプロセスによってそのクラッド直径がD1になることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバを準備するステップにおいて、前記第2の光ファイバは、クラッドのエッチングによってそのクラッド直径がD2になることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバを準備するステップにおいて、2本の同一構造の光ファイバに各々テーパプロセスとエッチングを加え、前記第1及び第2の光ファイバを準備することを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバが二重モード光ファイバであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記M1がLP01モードであり、前記M2がLP11モードであることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバが単一モード光ファイバであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記M1がコアモードであり、前記M2がクラッドモードであることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記引張るステップを停止させるステップにおいて、測定された前記特定結合効率値が、結合効率の最大値であることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記二重モード光ファイバが、楕円形コアを有し、且つ、前記第1及び第2の光ファイバを結合させる場合に、その接合部位において、モード結合が発生するLP11モードの一ローブ方向にのみ安定的に発生するように、前記接合部位において、前記第1及び第2の光ファイバの配列平面と前記楕円形コアの軸とが平行するように配列することを特徴とする、請求項5に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバが、楕円形コア多重モード光ファイバであり、且つ、前記第1及び第2の光ファイバのモード結合に関与するモードが、前記第1及び第2の光ファイバのいずれか1本の光ファイバはLP01モードであり、他の1本の光ファイバは非対称高次モードであることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
- 前記第1及び第2の光ファイバが、円形コア多重モード光ファイバであり、且つ、前記第1及び第2の光ファイバのモード結合に関与するモードが、前記第1及び第2の光ファイバのいずれか1本の光ファイバはLP01モードであり、他の1本の光ファイバは非対称高次モードであることを特徴とする、請求項1に記載の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。
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