JPH08220369A - 光ファイバカプラおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な波長平坦性を有するＷＩＣを、容易に
かつ再現性よく得られるようにした光ファイバカプラお
よびその製造方法を提供する。 【構成】 ２本の光ファイバ１，２を添接させ、これら
を融着延伸せしめてなる光ファイバカプラであって、こ
れら２本の光ファイバの伝搬定数をそれぞれβ₁，β₂と
するとき、隣合う光ファイバ間の伝搬定数が異なり、か
つその伝搬定数の差△β＝β₁−β₂の符号が、融着延伸
部１０の長さ方向で変化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は融着延伸型の光ファイバ
カプラに係り、特に結合度の波長依存性が平坦な光ファ
イバカプラに関する。

【０００２】

【従来の技術】融着延伸型の光ファイバカプラは、その
製造が比較的簡単であることから、非常に幅広く用いら
れている。図６は融着延伸型光ファイバカプラの製造工
程例を示したものである。融着延伸型光ファイバカプラ
は、図６（ａ）に示すように、まず少なくとも２本の所
定の長さの光ファイバ１１，１２を用意し、図６（ｂ）
に示すように、それらの長手方向中央部の被覆層を任意
の手段で除去してファイバガラス部１３，１４を露出さ
せる。この後、図６（ｃ）に示すように、光ファイバ１
１，１２を並列させて、露出されたガラス部１３，１４
どうしを添接させた状態に固定して加熱、溶融してこれ
らを融着させる。さらに、溶融した部分に引張力をかけ
てこれを延伸する。これら光ファイバ１１，１２間の結
合度は延伸条件によって変化し、したがって結合度をモ
ニターしながら延伸を行って所望の光学的結合が得られ
るように延伸条件を決定する。このようにして形成され
た融着延伸部１５は機械的外力の影響を受け易いので、
これを保護ケース内に収納して光ファイバカプラとす
る。

【０００３】ここで、光ファイバカプラの結合度は次の
ように表される。すなわち、図７は融着延伸型の光ファ
イバカプラの構成を概略的に示したものであるが、２本
の光ファイバを融着延伸して得られる光ファイバカプラ
において、入力側のポートＰ1から入射された光が出力
側のポートＰ₃およびＰ₄に分岐されて出射される時、結
合度は下記数式で示されるような、出力光パワー計に
対するポートＰ₄からの出力光パワーの比により表され
る。

【数１】

【０００４】一般に、このような光ファイバカプラは、
同一の光学的特性を有する２本の光ファイバを用いて作
製され、上記数式で示される結合度は延伸長の増大に
伴って、０％から１００％にまで増加し、その後周期的
に増減する。また、このような光ファイバカプラにおけ
る結合度は、波長によっても周期的に変化し、この結合
度の波長依存性は延伸量によって変化する。

【０００５】ところで融着延伸型光ファイバカプラは、
その製造条件を変えることによって、種々の特性を有す
る光ファイバカプラを製造することが可能である。これ
まで知られている融着延伸型光ファイバカプラで、ＷＩ
Ｃ（Wavelength Insensitive Coupler）と呼ばれる、波
長無依存型のものがある。これは、伝搬定数が異なって
いる２本の光ファイバを融着延伸することにより得られ
るものである。ここで伝搬定数は、光ファイバの構造パ
ラメータ（具体的にはコア径、クラッド径、コアの屈折
率の高さ、比屈折率差）によって異なるものであり、し
たがって構造パラメータが異なる光ファイバを組合わせ
ることによって上記ＷＩＣを実現できる。図８はＷＩＣ
を製造する際の延伸量と結合度との関係の例を示すグラ
フである。この図に示されるように、異なる構造パラメ
ータを有する２本の光ファイバを融着延伸してなる光フ
ァイバカプラにあっては、溶融延伸が進行して延伸量が
増大しても結合度が１００％にならず、この結果、図９
に示すように結合度の波長依存性が平坦な特性を有する
光ファイバカプラが得られる。そして、材料として用い
られる光ファイバの構造パラメータを適宜設定すること
によって、所望の結合度を得ることができ、具体的には
結合度が０．１％型〜５０％型程度の範囲で得ることが
可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような平坦な波長
特性を有する光ファイバカプラは、広範囲の波長に対応
できるので、使用波長の変更を比較的自由に行なうこと
ができ、システム設計上有用なものである。しかしなが
ら製造に当たってできるだけ平坦な波長特性を得るため
に、延伸時の加熱条件を好適に調整したり、延伸長や融
着延伸部の断面形状を好適に調整したりしなければなら
ず、そのために、かなり勘を要する作業が行われ、再現
性もよくなかった。また種々の結合度を有するＷＩＣを
製造する際には、光ファイバの組合わせを変えたり、一
方の光ファイバをエッチングするなど、結合度の調整に
煩雑な手間を要していた。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、良好な波長平坦性を有する光ファイバカプラを、容
易にかつ再現性よく得られるようにした光ファイバカプ
ラおよびその製造方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の光ファイバカプラは、２本の光ファイバを添
接させ、これらを融着延伸せしめてなる光ファイバカプ
ラであって、上記２本の光ファイバの伝搬定数をそれぞ
れβ₁，β₂とするとき、隣合う光ファイバ間の伝搬定数
が異なり、かつその伝搬定数の差△β＝β₁−β₂の符号
が、融着延伸部の長さ方向で変化していることを特徴と
するものである。このような光ファイバカプラは、上記
２本の光ファイバのうち、少なくとも１本の光ファイバ
の構造パラメータを融着延伸部の長さ方向で変化せしめ
ることによって実現できる。

【０００９】また本発明の光ファイバカプラの製造方法
は、２本の光ファイバを添接させ、これらを融着延伸せ
しめて光ファイバカプラを製造する方法であって、伝搬
定数の異なる２本の光ファイバを用い、かつ融着延伸部
の長さ方向で、少なくとも１本の光ファイバの伝搬定数
を変化せしめて、隣合う光ファイバ間の伝搬定数の差の
符号を変化せしめることを特徴とするものである。そし
て、融着延伸部の長さ方向で光ファイバの伝搬定数を変
化せしめるには、異なる伝搬定数を有する材料光ファイ
バの端面どうしを接続することが好適である。

【００１０】

【作用】図１は本発明の光ファイバカプラの一例を示し
たものである。本発明の光ファイバカプラは、融着延伸
型光ファイバに、いわゆる△β反転型構造を導入したも
のである。△β反転型構造とは、図１に示すように、融
着延伸部１０における２つの結合光導波ライン間の伝搬
定数βの差が、融着延伸部１０の中途の点を堺にその両
側で正負反転するように設計されたものである。

【００１１】例えば、図１に示す融着延伸型光ファイバ
カプラにおいて、その融着延伸部１０では光ファイバ１
からなる光導波ラインと、光ファイバ２からなる光導波
ラインとが形成されており、融着接続部１０の長手方向
中央を堺とする入射側Ｌでは、光ファイバ１の伝搬定数
β_1Lが、光ファイバ２の伝搬定数β_2Lよりも大きく（β
1_L＞β_2L）なるように構成されている。また融着接続部
１０の長手方向中央を堺とする出射側Ｒでは、光ファイ
バ１の伝搬定数β_1Rが、光ファイバ２の伝搬定数β_2Rよ
りも小さく（β_1R＜β_2R）なるように構成されている。

【００１２】このような構造の光ファイバカプラにあっ
ては、光ファイバ１の入射側のポートＰ₁から入射され
た光は、融着延伸部１０の一端から長手方向中央までの
間、すなわち入射側Ｌで、光ファイバ２に結合するが、
このとき光ファイバ１と光ファイバ２とはその伝搬定数
が異なっている（β_1L≠β_2L）ために、この入射側Ｌの
距離が長くなっても、光ファイバ２に１００％結合する
ことはない。次に、融着接続部１０の長手方向中央から
他端までの間、すなわち出射側Ｒに入ると、ここでも光
ファイバ１と光ファイバ２とはその伝搬定数が異なって
いる（β_1L≠β2_L）ために、出射側Ｒの距離が長くなっ
ても、光ファイバ１に入射された光が光ファイバ２に１
００％結合することはなく、むしろ、融着延伸部１０の
中央を堺に両光ファイバ１、２間の伝搬定数の関係がβ
_1L＞β_2Lからβ_1R＜β_2Rへと反転するために、条件によ
っては融着延伸部１０の中央からの距離が増大する程、
光ファイバ２への結合が減少することが起こり得る。そ
の結果、例えば図２に示すように、若干の揺らぎはある
ものの、比較的広い波長域（例えば、１．２〜１．６μ
ｍ）において安定した結合度の平坦性を有する光ファイ
バカプラが得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。本発明の光
ファイバカプラは、２本の光ファイバ１、２を添接さ
せ、これらを融着延伸してなるものである。本発明の光
ファイバカプラは、図１に示すように融着延伸部１０に
おいて、隣合っている２本の光ファイバ１、２間で伝搬
定数β1、β₂が異なっており、かつそれら伝搬定数の差
△β＝β₁−β₂が融着延伸部の中途で正負反転するよう
に構成されている。

【００１４】本発明の光ファイバカプラは、融着延伸部
１０の中途部分に伝搬定数の差△βが正負反転する点を
有するものであればよく、種々の構成とすることが可能
である。△βが正負反転する点は融着延伸部１０の中央
に限らず任意の位置に設けることができ、これによって
各種の結合特性が得られる。また正負反転する点は１点
に限らず２点以上であってもよく、要求される結合特性
により適宜設定することができる。すなわち、光ファイ
バの入力側から出力側へ向う方向で見たときに、融着延
伸部１０において△βの符号が＋から−へ、あるいは−
から＋へ反転するように構成してもよく、また＋，−，
＋あるいは−，＋，−と変化するように構成することも
できる。

【００１５】このように△βが正負反転する光ファイバ
カプラは、２本の光ファイバ１、２のいずれか一方また
は両方の伝搬定数が、融着延伸部１０の長さ方向で変化
するように構成することによって実現できる。本発明の
光ファイバカプラにおいて、各光ファイバの長さ方向に
おける伝搬定数の変化としては種々の態様が可能でｒ
い、得られる光学的結合は、融着延伸部１０における２
つの結合光導波ライン間（光ファイバ間）の伝搬定数の
差および電磁的な結合状態により支配される。

【００１６】例えば図３（ａ）に示すように、光ファイ
バ１は融着延伸部１０のある位置Ｐで伝搬定数が（β＋
β₀）からβへと変化し、光ファイバ２は同じ位置Ｐで
伝搬定数がβから（β＋β₀）へと変化するように構成
することができる。あるいは図３（ｂ）に示すように、
光ファイバ１は融着延伸部１０において伝搬定数が一定
（β）で、光ファイバ２は融着延伸部１０のある位置Ｐ
で伝搬定数が（β＋β₀）から（β−β₀）へと変化する
ように構成することもできる。

【００１７】また融着延伸部１０の長さ方向での伝搬定
数の変化は、上記のように不連続であってもよいが、連
続とすることも考えられる。例えば、図３（ｃ）に示す
ように、光ファイバ１は少なくとも融着延伸部１０にお
いて、その長さ方向に伝搬定数が（β＋β₀）からβへ
と連続的に変化し、光ファイバ２はβから（β＋β₀）
へと連続的に変化する構成とすることも可能である。こ
こで、融着延伸部１０以外での伝搬定数の光ファイバ長
さ方向の変化については任意とすることができるが、曲
り損失などを考慮すると変化しない方が好ましい。ある
いは図３（ｄ）に示すように、光ファイバ１は全長にわ
たって伝搬定数が一定（β）であり、光ファイバ２は少
なくとも融着延伸部１０において伝搬定数が（β＋
β₀）から（β−β₀）へと連続的に変化するように構成
することも可能である。

【００１８】上記のように光ファイバの長さ方向で伝搬
定数βを変化させることは、光ファイバのパラメータを
長さ方向で変化させることによって実現できる。すなわ
ち、本発明の光ファイバカプラには所定の長さに形成さ
れた単一モード光ファイバが用いられ、その伝搬定数β
の設定に際しては、例えば図４に示す分散曲線を１つの
目安とすることができる。実質的な単一モード光ファイ
バ条件は正規化周波数Ｖがおよそ３．０以下にあるとき
に得られ、この範囲において、図４に示されるように伝
搬定数βは正規化周波数Ｖに対して単調増加の傾向を示
す。したがって、正規化周波数Ｖを変化させればβを変
化させることができる。

【００１９】波長λを固定して考えれば、伝搬定数βを
変化させるためには、正規化周波数Ｖを変化させ得る構
造パラメータを変化させればよく、例えば伝搬定数βを
大きくすることは、コア径（２ａ）を大きくする、ある
いはコアの屈折率（ｎ₁）を大きくするなどの方法で実
現することができる。また実用的には、コア径（２ａ）
と比屈折率差△とで決定されるところのモードフィール
ド径（ＭＦＤ）や二次モードのカットオフ波長（λ_C）
をパラメータとして用い、伝搬定数βを変化させるため
にこれらの値を変化させてもよい。さらには、コアの屈
折率分布形状の変化、融着延伸部１０におけるファイバ
径の変化によっても伝搬定数は変化し得る。

【００２０】本発明の光ファイバカプラを製造するに好
適な方法は、異なる伝搬定数を有する２種の材料光ファ
イバを融着接続することによって長さ方向で伝搬定数が
変化する光ファイバを得、このような光ファイバ２本
を、図３（ａ）に示すように、隣合う光ファイバ間の伝
搬定数が異なるように添接して融着延伸する方法であ
る。具体的には、まずコア径やコア屈折率といった構造
パラメータが異なる２種の材料光ファイバを用意し、こ
れらの端末部の被覆層をそれぞれ除去し、ガラス部分を
剥き出しにする。この端末部における被覆層の除去は、
光ファイバの接続技術としてファイバガラスに傷をつけ
ないようにした技術が開発されており、容易かつ安全に
行うことができる。またホットストリッパ等を利用する
こともできる。次いで、これら２種の材料光ファイバの
端面を互いに突き合わせて融着接続する。この融着も接
続技術として既に確立されている。そしてこのような光
ファイバを２本用意し、被覆層が除去されている融着接
続部を平行に添わせて、この部分を加熱融着し、さらに
延伸して光ファイバカプラを得る。ここで、融着接続部
を平行に添わせる際には、図３（ａ）に示すように、そ
れぞれの接続点が隣接するとともに、異種の光ファイバ
どうしが隣合うように配置することにより、接続点を境
に伝搬定数の差△βの符号が正負反転するように構成す
ることができる。

【００２１】この製造方法によれば、融着接続の際に材
料光ファイバの端末部で被覆層を除去してファイバガラ
スを剥き出しにした部分が、そのまま融着延伸部となる
ので、融着延伸のために新たに被覆層を除去しなくて済
む。光ファイバの端末部での被覆層除去は、通常の光フ
ァイバカプラの融着延伸部で行われるような光ファイバ
の中途部分での被覆層除去に比べて容易であり、ファイ
バガラスを傷つける危険性も少ないので製造上有利であ
る。

【００２２】また上記の製造方法において、異なる構造
パラメータを有する２種の光ファイバからなる２心のテ
ープ型心線を用いることがさらに好ましい。すなわち、
伝搬定数が（β＋β₀）の光ファイバ１と伝搬定数がβ
である光ファイバ２とを平行に並べ、これらを一括被覆
してなるテープ型心線を２本用い、一方のテープ心線の
光ファイバ１と他方のテープ心線の光ファイバ２とを融
着接続し、かつ一方のテープ心線の光ファイバ２と他方
のテープ心線の光ファイバ１とを融着接続すれば、図３
（ａ）に示すような光ファイバカプラが得られる。この
場合には、被覆層の除去および融着接続を平行な２本の
光ファイバに対して一括的に行うことができるので、光
ファイバカプラの製造がさらに容易になり、生産性を向
上させることができる。

【００２３】本発明の光ファイバカプラにおいて、結合
度の調整は、融着延伸部の各部分ごとにそれぞれ加熱・
延伸条件を適宜調整することによって行うことができ
る。すなわち、例えば図１において、融着接続部１０の
長手方向中央を堺として、光ファイバ１の伝搬定数β_1L
が、光ファイバ２の伝搬定数β_2Lよりも大きい（β_1L＞
β_2L）入射側Ｌにおける加熱・延伸条件と、光ファイバ
１の伝搬定数β_1Rが、光ファイバ２の伝搬定数β_2Rより
も小さい（β_1R＜β_2R）出射側Ｒにおける加熱・延伸条
件をそれぞれ適宜調整することによって、所望の結合度
に調整可能である。

【００２４】（実施例）下記表１に示したパラメータを
有する、実質的に単一モード伝送可能な２種の材料光フ
ァイバＡ，Ｂを用意した。これらを用いて図３（ａ）に
示す構成の光ファイバカプラを製造した。

【表１】

【００２５】まず、上記材料光ファイバＡおよびＢをそ
れぞれ２本ずつ用意し、各光ファイバの一方の端末部の
被覆層を約１５ｍｍにわたって除去した。材料光ファイ
バＡおよび材料光ファイバＢの被覆層が除去された端末
部の端面どうしを突き合わせて、アーク放電により融着
接続を行った。このようにして異種の材料光ファイバが
接続された光ファイバを２本作製した。次いで、得られ
た２本の光ファイバの被覆層が除去されている融着接続
部分を平行に添わせ、この部分を加熱融着し延伸した。
このとき、異種の材料光ファイバどうしが隣合うように
配置し、かつ融着接続点が融着延伸部の中央となるよう
にした。また加熱源としては酸水素バーナーを用い、総
延伸量は約２０ｍｍとした。このようにして得られた光
ファイバカプラの結合度波長特性（波長１．２５μｍ〜
１．６０μｍ）を図５に示す。この波長範囲での平均的
な結合度はほぼ５０％であり、結合度のバラツキは±５
％程度に抑えることができた。このように、本発明の光
ファイバカプラによれば、広い波長域において安定した
良好な結合度の平坦性が得られた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ファイバ
カプラは、２本の光ファイバを添接させ、これらを融着
延伸せしめてなる光ファイバカプラであって、上記２本
の光ファイバの伝搬定数をそれぞれβ₁，β₂とすると
き、隣合う光ファイバ間の伝搬定数が異なり、かつその
伝搬定数の差△β＝β₁−β₂の符号が、融着延伸部の長
さ方向で変化していることを特徴とするものである。こ
のような光ファイバカプラは、上記２本の光ファイバの
うち、少なくとも１本の光ファイバの構造パラメータを
融着延伸部の長さ方向で変化せしめることによって実現
できる。本発明の光ファイバカプラによれば、広い波長
域において安定した良好な結合度の平坦性が得られる。
また本発明の光ファイバカプラは、融着延伸部で２本の
光ファイバの伝搬定数の差△β＝β₁−β₂の符号が正負
反転することにより結合度の平坦性が確保されるので、
製造に際して厳密な調整が要求された従来のものに比較
して製造が容易であり、再現性よく安定して製造でき
る。さらに、融着延伸部の各部分ごとに加熱・延伸条件
を適宜調整することによって、結合度の調整を容易に行
うことができる。

【００２７】本発明の光ファイバカプラは、伝搬定数の
異なる２本の光ファイバを添接させ、これらを融着延伸
せしめて光ファイバカプラを製造する際に、融着延伸部
の長さ方向で、少なくとも１本の光ファイバの伝搬定数
を変化せしめて、隣合う光ファイバ間の伝搬定数の差の
符号を変化せしめることによって製造することができ
る。また融着延伸部の長さ方向で、光ファイバの伝搬定
数を変化せしめるには、異なる伝搬定数を有する材料光
ファイバの端面どうしを接続することが好適であり、こ
の方法によれば、材料光ファイバ端面を接続する際に、
光ファイバ端末部で被覆層が除去された部分を、そのま
ま融着延伸部に用いることができるので、融着延伸のた
めに新たに被覆層を除去しなくて済む。光ファイバの端
末部での被覆層除去は、光ファイバの中途部分での被覆
層除去に比べて容易であり、ファイバガラスを傷つける
危険性も少ないので製造上有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光ファイバカプラの一例を示した概
略構成図である。

【図２】 本発明の光ファイバカプラの結合特性の例を
示すグラフである。

【図３】 本発明の光ファイバカプラの各種構成例を示
した概略構成図である。

【図４】 正規化周波数と伝搬定数の関係を示すグラフ
である。

【図５】 本発明の光ファイバカプラの実施例において
得られた結合特性を示すグラフである。

【図６】 融着延伸型光ファイバカプラの製造方法の例
を示す工程図である。

【図７】 融着延伸型光ファイバカプラの結合度を説明
するための概略構成図である。

【図８】 従来のＷＩＣを製造する際の延伸量と結合度
との関係の例を示すグラフである。

【図９】 従来のＷＩＣにおける結合特性の例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】 １，２…光ファイバ、１０…融着延伸部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の光ファイバを添接させ、これらを
   融着延伸せしめてなる光ファイバカプラであって、 上記２本の光ファイバの伝搬定数をそれぞれβ₁，β₂と
   するとき、隣合う光ファイバ間の伝搬定数が異なり、か
   つその伝搬定数の差△β＝β₁−β₂の符号が、融着延伸
   部の長さ方向で変化していることを特徴とする光ファイ
   バカプラ。
2. 【請求項２】 上記２本の光ファイバのうち、少なくと
   も１本の光ファイバの構造パラメータが融着延伸部の長
   さ方向で変化していることを特徴とする請求項１記載の
   光ファイバカプラ。
3. 【請求項３】 ２本の光ファイバを添接させ、これらを
   融着延伸せしめて光ファイバカプラを製造する方法であ
   って、 伝搬定数の異なる２本の光ファイバを用い、かつ融着延
   伸部の長さ方向で、少なくとも１本の光ファイバの伝搬
   定数を変化せしめて、隣合う光ファイバ間の伝搬定数の
   差の符号を変化せしめることを特徴とする光ファイバカ
   プラの製造方法。
4. 【請求項４】 異なる伝搬定数を有する材料光ファイバ
   の端面どうしを接続して長さ方向で伝搬定数が変化する
   光ファイバを形成する工程を有することを特徴とする請
   求項３記載の光ファイバカプラの製造方法。