JPH09304637A

JPH09304637A - 光デバイス

Info

Publication number: JPH09304637A
Application number: JP8143645A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Morishita; 克己森下; Masamichi Yataki; 正道矢瀧
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路素子の形状と成分に変化を加えるこ
となく、その一部分で導波光の電磁界が拡大され又は導
波光が放射される光導波路素子を用いることにより取り
扱いの容易な光デバイスを安価に提供する。【解決手段】光学ガラスからなるコアの上にコアとは
転移温度の異なる光学ガラスからなるクラッドを被覆し
てなり、その一部分のコアとクラッドの屈折率差をその
形状と成分を変化させることなく他の部分とは異ならせ
た光導波路素子であって、前記一部分又は他の部分のう
ち屈折率差の小さい部分で導波光の電磁界を拡大させ又
は導波光を放射する分散性光導波路素子を具備したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分散性光導波路素
子及びそれを用いた光デバイスに関するものであり、さ
らに詳しくは光導波路のコアとクラッドの屈折率の差を
局部的に他の部分より減少又は逆転させ、その部分で電
磁界を拡大させた分散性光導波路素子を用いた光デバイ
スに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファイバ形光デバイスには、通信
用光伝送路と同様、石英光ファイバが用いられていた。
ところが、石英光ファイバは帯域と損失に重点をおいて
作られているため、コアとクラッドの屈折率の差は光の
波長に依存せず、波長特性に多様性がないため、それを
利用したファイバ形光デバイスも種類が限られていた。

【０００３】例えば、光ファイバを利用した光分岐・結
合器としては、導波される光の電磁界がある領域で別の
光ファイバのコアに伝搬されるようにする必要があり、
そのため図１０に示すように、２本の石英光ファイバ１
１及び１２１を、その一部分Ｅを加熱し、部分Ｍを融着
させながら延伸して分岐部１３０を作製した光分岐・結
合器１００が用いられている。石英光ファイバ１１１，
１２１はそれぞれコア１１２，１２２の上にクラッド１
１３，１２３を被覆したものである。この光分岐・結合
器１００では、矢印のように光ファイバ１１１で導波さ
れる光Ｌの電磁界は、細くなっている分岐部１３０のと
ころで、コア１１２からクラッド１１３の方に漏れて光
ファイバ１２１にもアクセスされ、光Ｌ１，Ｌ２に分岐
される。しかし、この光分岐・結合器１００は分岐部１
３０の外径を部分Ｆにおける外径の１０分の１程度以下
にする必要があり、製造及び使用時に損壊しないよう細
心の注意を払う必要がある。また、通常の取り扱いに耐
え得る実用的な素子とするためには、適正な補強が必要
であるため、高価なものとなる。さらに、そのため製造
にあたっては加熱や延伸を制御する高度な制御技術と制
御装置も必要となる。

【０００４】そこで、このような延伸工程を必要とせ
ず、細径化部分のない光導波路とその製造方法が提案さ
れている。この光導波路は、石英光ファイバにおいて、
コアに添加されているドーパントを、加熱することによ
り拡散させ、コアとクラッドの屈折率の差を小さくした
ものであり、コア内に閉じ込められて導波される光が、
屈折率差を小さくした部分でクラッドの方にも広がる
（換言すれば、導波光の電磁界が拡大される）ため隣接
する石英光ファイバにアクセスされる。しかし、材料が
純度の高い石英であるところから、ドーパントを所望の
ように拡散させるためには、摂氏千数百度に及ぶ加熱が
必要であり、そのための加熱装置と光ファイバを溶融す
ることなくドーパントを拡散させるための高度な制御技
術が必要であり、所望の特性を出すためには、１時間程
度の作業時間が必要である。しかも、コアからクラッド
へ拡散するドーパントの濃度は、コアに残留するドーパ
ントの濃度に達すると平衡し、それ以上になることはな
いから、クラッドの屈折率をコアの屈折率より大きくす
ることはできない。

【０００５】さらに、石英光ファイバにおいては、コア
とクラッドの屈折率の差は波長に関係なくほぼ一定であ
るため、上記ドーパントの拡散部分においても、屈折率
の差は全体として減少するが、導波される光の波長によ
って屈折率の差が異なるわけではなく、用途に応じた多
様な特性を得ることも困難である。

【０００６】光デバイスに多様な波長特性を与えるもの
として、コアとクラッドの屈折率の差が波長に大きく依
存する分散性光ファイバが提案されている（電子通信学
会論文誌Ｃ−１，Ｖｏｌ．Ｊ７８−Ｃ−１，Ｎｏ．１
２，ｐｐ６５８−６６３，１９９５年１２月）。このよ
うな光ファイバがあれば、波長の選択によって光デバイ
スに必要な任意の屈折率の差を有する光ファイバとして
使用できる。しかしながら、光デバイスに利用可能な適
切な屈折率分散を有するコア材とクラッド材を探し出す
ことは容易ではなく、またそのような光導波路を創り出
す製造方法も見い出されていないため、その創出が強く
望まれていた。

【０００７】

【発明が実現しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解消し、要望に応えるべく鋭意研究の結果なされたも
ので、請求項１及び２記載の発明は、光導波路素子の形
状と成分に変化を加えることなく、その一部分で導波光
の電磁界が拡大され又は導波光が放射される光導波路素
子を用いることにより製造や取り扱いの容易な光デバイ
スを提供することを課題とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１及び２記
載の発明の課題に加えて、前記光導波路素子の端部で電
磁界が拡大され、軸合わせが容易で、接続損失の少ない
光コネクタの提供を課題とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１及び２記
載の発明の課題に加えて、複数本の分散性光導波路素子
の電磁界拡大部分を相互に接触又は接近させるだけで導
波光が分配又は結合される光分岐・結合器の提供を課題
とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明の課題に加えて、分岐比の設定が容易な光分岐・結合
器の提供を課題とする。

【００１１】請求項６記載の発明は、請求項４記載の発
明の課題に加えて、さらに安価な光分岐・結合器の提供
を課題とする。

【００１２】請求項７記載の発明は、請求項１及び２記
載の発明の課題に加えて、検知感度のよい安価なセンサ
の提供を課題とする。

【００１３】請求項８記載の発明は、請求項１及び２記
載の発明の課題に加えて、多モードの導波光から任意の
高次モードを除去しうる高次モード除去フィルタの提供
を課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解消し、要望に応えるべく鋭意研究の結果なされたもの
で、請求項１記載の発明の光デバイスは、光学ガラスか
らなるコアの上にコアとは転移温度の異なる光学ガラス
からなるクラッドを被覆してなり、その一部分のコアと
クラッドの屈折率差をその形状と成分を変化させること
なく他の部分とは異ならせた光導波路素子であって、前
記一部分又は他の部分のうち屈折率差の小さい部分で導
波光の電磁界を拡大させる分散性光導波路素子を具備し
たことを特徴とする。分散性光導波路素子の一部分又は
他の部分のうち屈折率差の小さい部分で導波光の電磁界
が拡大され、他の光導波路素子との結合が容易であり、
しかも形状と成分を変化させることがないので、製造や
取り扱いが容易で、安価である。なお、ここで屈折率差
とは、コアの屈折率からクラッドの屈折率を引いた差を
いい、その絶対値を意味するものではない。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
デバイスにおいて、前記分散性光導波路素子は、前記一
部分を熱処理することにより、この熱処理部分のコアと
クラッドの屈折率差を他の非熱処理部分とは異ならせた
分散性光導波路素子であることを特徴とする。コア材と
クラッド材が、転移温度の異なる光学ガラスからなるた
め、熱処理するだけでその部分のコアとクラッドの屈折
率差を異ならせた光導波路素子が得られ、そのうち屈折
率差の小さい部分で導波光の電磁界が拡大される。

【００１６】請求項３記載の発明の光コネクタは、互い
に当接可能な接続端面を有する二つの光導波路素子と、
両接続端面を当接させ前記二つの光導波路素子を着脱自
在に接続する接続具とを有する光コネクタにおいて、前
記光導波路素子の少なくとも一方が前記分散性光導波路
素子からなり、その電磁界拡大部分の端面を他の光導波
路素子との接続端面とすることを特徴とする。分散性光
導波路素子の電磁界拡大部分の端面を接続端面とするの
で、軸ずれによる接続損失が少なく、軸合わせが容易で
ある。

【００１７】また、請求項４記載の発明の光分岐・結合
器は、光導波路素子の複数本からなる光分岐・結合器に
おいて、前記光導波路素子は、その中央部にコアとクラ
ッドの成分を他の部分と異ならせることなくその屈折率
差を小さくした電磁界拡大部分を有する分散性光導波路
素子であって、前記中央部の電磁界拡大部分が相互に接
触又は接近してなり、前記複数本の分散性光導波路素子
の電磁界拡大部分において導波光が分配又は結合される
ことを特徴とする。複数本の分散性光導波路素子の電磁
界拡大部分を相互に接触又は接近させるだけで導波光が
分配又は結合され、細径化したり、成分を変える必要が
ないので、製造や取り扱いが容易である。なお、本明細
書において中央部とは、両端部を除く適宜の部分を意味
し、幾何学的な中心部を意味するものではない。

【００１８】そして、請求項５記載の発明は、請求項４
記載の光分岐・結合器において、前記中央部に電磁界拡
大部分を有する分散性光導波路素子の複数本を、前記電
磁界拡大部分を接触又は接近させてなり、電磁界拡大部
分の屈折率差又は長さが異なることを特徴とする。分散
性光導波路素子の電磁界拡大部分の屈折率差又は長さが
異なると、電磁界拡大部分の端面における電磁界の広が
りが異なり、他の導波路素子への分岐比が異なる。した
がって、複数本の分散性光導波路素子の中から、所望の
分岐比で他の導波路素子に分配される導波路素子を任意
に選択することができる。

【００１９】さらに、請求項６記載の発明は、請求項４
記載の光分岐・結合器において、光学ガラスからなるコ
アの上にコアとは転移温度の異なる光学ガラスからなる
クラッドを被覆してなる光導波路素子の複数本を束ね、
その中央部を一括して熱処理することにより、前記各光
導波路素子を前記分散性光導波路素子とするとともに、
相互に熱融着してなることを特徴とする。各光導波路素
子の熱処理と熱融着を同時になし得るので、複数本の光
導波路素子相互の位置関係を固定するために別途の工程
を必要とせず、製造工程が少なく、安価に製造できる。

【００２０】請求項７の発明のセンサは、前記分散性光
導波路素子とこの分散性光導波路素子によって導波され
る光のパラメータの変化を測定する測定器とを有し、電
磁界がクラッドの外部にまで拡大される前記分散性光導
波路素子の電磁界拡大部分を検出部として、この検出部
における電磁界に変化を与える検知対象を検知すること
を特徴とする。検知対象に応じて電磁界拡大部分の屈折
率差を適宜選択することにより、放射モードと導波モー
ドの比率を適宜変えて、検知感度のよいセンサが得られ
る。

【００２１】請求項８の発明の高次モード除去フィルタ
は、光導波路に挿入し、導波光の高次モードを除去する
フィルターであって、前記分散性光導波路素子の中央部
に電磁界拡大部分を有し、その最小屈折率差が除去すべ
きモードのうち最低次のモードの臨界角に対応する屈折
率差と除去しないモードのうち最高次のモードに対応す
る屈折率差との間の屈折率差としたことを特徴とする。
中央部に設けられた電磁界拡大部分の最小屈折率差の選
定により任意の高次モードを除去することができる。

【００２２】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明
する。図１は、本発明の光デバイスの一例である光コネ
クタ１０の模式図であり、図２は、このコネクタ１０に
用いられる分散性光導波路素子１，１１の断面図であ
り、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）はそのＹ−Ｙ断
面図である。図１及び図２において、分散性光導波路素
子１，１１は、コア２，１２の上にクラッド３，１３を
被覆した分散性光導波路素子本体４，１４に保護被膜
５，１５（図１では図示せず）を被覆してなる分散性光
ファイバからなる。コア２，１２及びクラッド３，１３
は、転移温度の異なる光学ガラスからなり、光導波路素
子本体４，１４の一部４ｂ，１４ｂは後述する熱処理が
施されていて、コア２，１２とクラッド３，１３の屈折
率差が非熱処理部分４ａ，１４ａとは異なり、前記熱処
理部分４ｂ，１４ｂ又は非熱処理部分４ａ，１４ａのう
ち屈折率差の小さい部分（電磁界拡大部分）で導波光の
電磁界が拡大される。保護皮膜５，１５は、シリコーン
樹脂、紫外線硬化樹脂など適宜選択される材料で形成さ
れる。

【００２３】２０は、分散性光導波路素子１，１１を着
脱自在に接続する接続具であり、例えばプラグ２１，２
２及びスリーブ２３からなる。分散性光導波路素子１，
１１は、その熱処理部分（電磁界拡大部分）４ｂ，１４
ｂが先端部６，１６となるようにプラグ２１，２２に挿
入、固定される。そして、プラグ２１，２２は例えばス
リーブ２３にそれぞれ嵌着される。嵌着は、例えばプラ
グ２１に設けられた凹溝２１ａ及びプラグ２２に設けら
れた凹溝２２ｂと、スリーブ２３に設けられた凸リング
２３ａ及び２３ｂとをそれぞれ嵌合することにより行わ
れる。図１は、既にプラグ２２がスリーブ２３に嵌着さ
れた状態を示しており、プラグ２１を矢印Ｉの方向に挿
入し、スリーブ２３に嵌着させると、分散性光導波路素
子１の接続端面６ａは、分散性光導波路素子１１の接続
端面１６ａに当接され、接続が完了する。

【００２４】図３は、分散性光導波路素子１，１１の屈
折率波長特性を示す図であり、図３（ａ）は、非熱処理
部分４ａの屈折率波長特性の一例であり、Ａ₁はコア２
の屈折率波長特性、Ｂ₁はクラッド３の屈折率波長特性
である。そして、図３（ｂ）は、熱処理部分４ｂの屈折
率波長特性の一例であり、Ａ₂はコア２の屈折率波長特
性、Ｂ₂はクラッド３の屈折率波長特性である。両者を
比較すれば明らかなように、熱処理によって、コア２ｂ
の屈折率波長曲線がＡ₁からＡ₂に、クラッド３ｂの屈
折率波長曲線がＢ₁からＢ₂に変化したものである。導
波光の波長がλ１の場合、屈折率差は、非熱処理分では
δ₁₁であったものが熱処理部分ではδ₁₂に減少してお
り、また波長λ２に対しては、非熱処理分ではδ₂₁であ
ったものが熱処理部分では逆転した差がδ₂₂となってい
る。

【００２５】次に図２において導波路素子を伝搬する波
長λ１の光の電磁界の拡大態様を説明する。非熱処理部
分４ａでは、屈折率は、波長がλ１であっても、λ２で
あってもコア２ａの方がクラッド３ａよりも屈折率が大
きいから、図２に示すように、導波光の電磁界Ｌａはコ
ア２ａ内に閉じ込められて伝搬される。しかし、熱処理
部分４ｂに至ると、屈折率差δ₁₂が小さいから、導波光
の電磁界Ｌｂは非熱処理部分４ａでの電磁界Ｌａよりも
広がる。しかし、分散性光導波路素子１，１１が単一モ
ード導波路素子であるから、電磁界拡大部分４ｂ，１４
ｂの屈折率差δ₁₂及び長さを適当に選択すると、電磁界
の広がりは進行にしたがってＬｂ₁，Ｌｂ₂と大きくな
り、その後再び小さくなって、非熱処理部分１４ａに入
り、電磁界Ｌａとなる。

【００２６】光導波路の突き合わせ接続において、軸ず
れによる接続損失が問題となるが、特に単一モード光導
波路の場合には、コア径が小さいのでその問題の解決が
重要であり、プラグやスリーブなどの接続具の寸法精度
や、プラグへの光ファイバの装着時の調整には細心の注
意を払わなければならなかった。しかし、上記の光コネ
クタ１０を用いると、電磁界拡大部分４ｂ，１４ｂで電
磁界が拡大されるので、実効的にはコア径が拡大された
のと同様になる。したがって、多少の軸ずれが生じても
損失の生じる割合ははるかに小さくなり、軸合わせが容
易になる。

【００２７】上記の例では、図２（ａ）において、非熱
処理部分４ａのコアの屈折率波長曲線Ａ₁が、クラッド
の屈折率波長曲線Ｂ₁よりも大きいものとしたが、その
逆であってもよい。また、非熱処理部分４ａが図２
（ｂ）のように屈折率波長曲線が交差していて、熱処理
部分が図２（ａ）のように両屈折率波長曲線が離れたも
のであってもよい。後述するように、コア材、クラッド
ー材の性質と熱処理のしかたによって、両屈折率波長曲
線が接近し、交差する場合もあれば、逆に離れる場合も
あるので、コアとクラッドの材料に応じて、熱処理方法
を適宜選択すればよく、要は屈折率差の小さい部分を電
磁界拡大部分とすればよい。また、図１、図２におい
て、分散性光導波路素子１及び１１は、電磁界拡大部分
４ｂ及び１４ｂの屈折率差及び長さが等しいものに限定
されるものではなく、両者の端面６ａ，１６ａにおける
電磁界の広がりがほぼ一致するものであればよい。

【００２８】したがって、上記光コネクタ１０を製作す
るには、分散性光導波路素子１及び１１のそれぞれの先
端６ａ及び１６ａをそれぞれ熱処理してもよいが、コア
とクラッドを転移温度の異なる光学ガラスとし、その一
部を熱処理して、その熱処理部分の長さを前記分散性光
導波路素子１及び１１の熱処理部分４ｂ及び１４ｂと屈
折率が等しく、且つ長さが両者４ｂ及び１４ｂの和に等
しいものとし、その熱処理部分を切断してそれぞれの先
端６ａ及び１６ａを電磁界拡大部分４ａ及び１４ｂとし
てもよい。

【００２９】次に、図４に基づいて、本発明の光デバイ
スの一例である光分岐・結合器３０について、説明す
る。図４において、光分岐・結合器３０は、２本の分散
性光導波路素子４１及び５１からなり、分散性光導波路
素子４１及び５１は、例えば光導波路素子本体４４及び
５４とその上に被覆された図示されない保護被膜とから
なる分散性光ファイバからなる。図４は、その保護被膜
を除いた光導波路素子本体４４及び５４を接触させた状
態を示している。分散性光導波路素子本体４４，５４
は、コア４２，５２及びクラッド４３，５３からなり、
それらは転移温度の異なる光学ガラスからなる。分散性
光導波路素子本体４４，５４は、それぞれ中央部４４
ｂ，５４ｂを熱処理して電磁波拡大部分とし、少なくと
もその中央部の電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂを相互に
接触させてある。

【００３０】分散性光導波路素子本体４４のコア４２に
入射された光の電磁界Ｌａ₁，Ｌａ₂は、電磁界拡大部
分４４ｂにおいて、電磁界Ｌｂ₁となって広がり、その
一部が隣接する分散性光導波路素子本体５４に分配さ
れ、二つの電磁界Ｌｂ₂₁ ，Ｌｂ₂₂となり、さらに分配
が進むと電磁界Ｌｂ₃となって、殆どが光導波路素子本
体５４の方に移行する。図示例では、模式的にすべての
電磁界が分散性光導波路素子本体５４の方へ移行してい
るが、実際には光導波路素子本体４４を伝搬する電磁界
もある。全光パワーのうち、分散性光導波路素子５４に
移行する光パワーーとそのまま分散性光導波路素子４４
を伝搬する光パワーとの割合を分岐比というが、この分
岐比は、両電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂにおける屈折
率差を異ならせることにより変化する。また、図示例で
は、両電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂの長さは等しくし
てあるが、これを変えることによっても分岐比が変化す
る。

【００３１】また、図示例では両電磁界拡大部分４４
ｂ，５４ｂは、接触しているが、接近状態、すなわち、
多少の間隔を隔てた状態であっても、電磁界の広がりが
大きければ他の光導波路素子に分配される。したがっ
て、両光導波路素子本体４４，５４の間隔を調整するこ
とによっても分岐比が変化する。このように、分散性光
導波路素子のそれぞれに電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂ
を設けてそれらを接触又は接近させるようにすると、分
岐比の調整が容易である。なお、光の分配について述べ
たが、勿論、その逆に２本の光導波路素子に入射した光
を１本の光導波路素子に合流させることも可能であるこ
とはいうまでもない。

【００３２】図５は、光分岐・結合器の別の実施の形態
を示す図であり、同図（ａ）は、その縦断面図、同図
（ｂ）は、長手方向における横断面の変化を示す図であ
る。図５において、光分岐・結合器３０は、図４の例と
同様、２本の光導波路素子４４，５４からなり、各光導
波路素子４４，５４は、光学ガラスからなるコア４２，
５２の上にコア４２，５２とは転移温度の異なる光学ガ
ラスからなるクラッド４３，５３を被覆し、その上に図
示されない保護被膜を施した分散性光ファイバである。
そして、この光導波路素子本体４４，５４を束ね、その
中央部を一括して熱処理することにより、各光導波路素
子本体４４，５４に電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂを形
成したものである。

【００３３】２本の光導波路素子４４，５４は一括して
熱処理する際、互いに熱融着されるので、２本の光導波
路素子４４，５４を固定するための工程を別に設ける必
要がない。また、熱融着された２本の光導波路素子４
４，５４の長径は、電磁界拡大部分において、非熱処理
部分の長径よりも多少小さくなる。光の電磁界の伝搬の
説明は、図４の場合と同様であるから省略するが、熱融
着により、横断面が同図（ｂ）に示すようにＳ１・・・
Ｓ５と変化するので、電磁界拡大部分４４ｂ，５４ｂに
おいては、横断面はＳ２，Ｓ３，Ｓ４のようにその長径
が小さくなり、同時にコア４２ｂとコア５２ｂの間隔が
小さくなる。そのため、電磁界を大きく拡大しなくて
も、光の分配が容易におこなわれる。なお、上記の図
４、図５の例では、２分岐形の光分岐・結合器（光方向
性結合器）についてのみ説明したが、光導波路素子の本
数は２本に限定されるものではなく、３本以上の多分岐
形光分岐・結合器（光スターカプラ）も本発明に含まれ
る。

【００３４】図６は、本発明の光デバイスの一例である
光センサを示す説明図である。図６において、光センサ
６０は、分散性光導波路素子６１と図示されない発光素
子、受光素子及び発光素子から出射された光と受光素子
によって受光された光の変化を分析する測定器とからな
る。分散性光導波路素子６１は、分散性光導波路素子１
と同様コア６２の上にクラッド６３を被覆した分散性光
導波路素子本体６４とその上に被覆された図示されない
保護被膜からなり、少なくともセンサ部である電磁界拡
大部分６４ｂは、保護被膜が除かれている。そして、分
散性光導波路素子６１は、熱処理部分６４ｂにおけるコ
ア６２ｂとクラッド６３ｂの屈折率差を小さくし、導波
モードが、光導波路素子本体６４の外へ漏れるように形
成されている。

【００３５】発光素子から分散性光導波路素子６１の非
熱処理部分６４ａのコア６２ａに入射された光の電磁界
Ｌａ₁，Ｌａ₂は、熱処理部分６４ｂに至ると広がって
電磁界Ｌｂ₁，Ｌｂ₂となり、再び狭まってＬｂ₃とな
り、さらに非熱処理部分６４ａではＬａ₃，Ｌａ₄とな
る。検知対象Ｍを含む物質が、電磁界拡大部分６４ｂに
接触するように配置されているものとし、電磁界拡大部
分６４ｂから漏れ出たエバネッセント波を吸収する物質
であるとすると、分散性光導波路素子６１から出射され
る光パワーＬＰ₁は発光素子から入射された光パワーＬ
Ｐ₀より小さくなっている筈である。したがって、この
吸収波長の光パワーの減衰量を測定することにより、検
知対象物質に含まれる検知対象Ｍの含有量を知ることが
できる。

【００３６】このような光センサの例として、メタンガ
スのガス濃度センサがある。これは波長３．３９μｍの
Ｈｅ−Ｎｅレーザを光源とし、検知部は、光ファイバを
加工延伸し、直径数μｍにして、この部分からエバネッ
セント波が出るようにしたものである。このタイプのも
のでは、細径化された部分が損壊され易いので、その部
分を支持するのに注意が必要であるが、本発明によれ
ば、細径化部分がないので、支持するのが容易である。

【００３７】図７は、本発明の光デバイスである高次モ
ード除去フィルターの説明図であり、同図（ａ）はその
縦断面図、同図（ｂ）は、その長さ方向の屈折率差の変
化を示す図である。高次モード除去フィルター７０は、
分散性光導波路素子本体７１と図示されない保護被膜と
からなる。分散性光導波路素子本体７１は、分散性光導
波路素子１と同様、コア７２の上にクラッド７３を被覆
した本体７４を有する多モードの分散性光ファイバから
なり、そのコア７２の屈折率ｎ_coとクラッド７３の屈折
率ｎ_clとの差δは、電磁界拡大部分７４ｂにおいて小さ
くなり、長手方向に図７（ｂ）のように変化しており、
その最小屈折率差はδ_minとなっている。

【００３８】臨界角θ_cは屈折率差δに対応し、屈折率
差δが小さくなるにつれて、臨界角θ_cも小さくなるの
で、高次のモードから順次放射されることになる。図７
（ａ）に示すように、モードＬＰ₀₁，ＬＰ₁₁，ＬＰ₂₁，
ＬＰ₀₂，ＬＰ₃₁を含む光が分散性光導波路素子７１のコ
ア７２ａに入射されるものとし、また同図（ｂ）に示す
ように、モードＬＰ₃₁の臨界角に対応する屈折率差をδ
₁，モードＬＰ₂₁，ＬＰ₀₂の臨界角に対応する屈折率差
をδ₂，モードＬＰ₁₁に対応する屈折率差をδ₃とする
と、屈折率差δ₁のところでモードＬＰ₃₁が放射され、
δ₂のところでモードＬＰ₂₁とＬＰ₀₂が放射され、δ₃
のところでモードＬＰ₁₁が放射される。このようにし
て、臨界角に対応する屈折率差が最小屈折率差δ_minよ
り小さい基本モードＬＰ₀₁だけが通過する。また、最小
屈折率差δ_minをδ₂とδ₃の間にあるようにすると、
モードＬＰ₁₁も通過する。このように、最小屈折率差δ
_minを適宜選択することにより、任意の高次モードを除
去できる。

【００３９】次に、上記各光デバイスにおいて用いられ
る分散性光導波路素子の製造方法について略述する。図
８は、本発明の分散性光導波路素子の製造方法の説明図
である。図８において、分散性光導波路素子本体４は、
例えばロッドインチューブ法などによって、光学ガラス
からなるコア２の上にコア２とは転移温度の異なる光学
ガラスからなるクラッド３を被覆して形成される。さら
に、その上に適宜選択されるシリコーン樹脂、紫外線硬
化樹脂などが塗布され硬化されて保護被膜５となり、分
散性光ファイバ１が形成される。コア２及びクラッド３
の材料は、転移温度の異なる光学ガラスであればよい
が、例えば、コア材にＨＯＹＡ社製のBaCED4（主な成分
SiO₂-B₂O₃-BaO ）を、クラッド材には小原硝子社製の F
11（主な成分SiO₂-B₂O₃-Na₂O-K₂O-TiO₂ ）などの多成分
ガラスを用いることが好ましい。コア２の転移温度Ｔ_A
とクラッド３の転移温度Ｔ_Bとの差θが、１０℃以上あ
れば、加熱により屈折率差δを変化させるのが容易であ
るが、１０℃未満であるとコア２とクラッド３に与える
熱処理の影響の差が少ないため屈折率差δの変化も生じ
にくい。また、転移温度の差θが大き過ぎると母材やフ
ァイバの製造がむずかしくなるので、１００℃以下であ
ることが望ましい。

【００４０】次いで、その一部の区間４ｃの保護被膜５
を除去し、分散性光導波路素子本体４を露出させる。露
出した分散性光導波路素子本体４の一部４ｂを所定の条
件で加熱器Ｈ、例えば電熱ヒータを用いて熱処理する。
加熱器Ｈは電熱ヒータに限られるものではなく、ガスバ
ーナその他温度制御が可能なものであればよい。図９
は、熱処理工程の温度−時間曲線の一例である。熱処理
工程は、時間ｔ₀から時間ｔ₁までの加熱により温度を
上昇させる加熱ステップａ、時間ｔ₁から時間ｔ₂まで
のほぼ一定の温度に保持する保持ステップｂ、時間ｔ₂
から時間ｔ₃までの冷却により温度を下降させる冷却ス
テップｃからなる。

【００４１】保持温度Ｔ_MAXの選択によって、コア２と
クラッド３に与える影響の程度を変えうるので、コアと
クラッドのうち転移温度が保持温度Ｔ_MAXに近い方が、
相対的に屈折率が大きく変化するので、屈折率差も変化
する。また、保持温度Ｔ_MAXは、コアの転移温度Ｔ_Aと
クラッドの転移温度Ｔ_Bのうち低い方の温度よりもあま
り高くし過ぎると、転移温度の低い方の材料が溶融して
しまうおそれがあり好ましくない。保持温度Ｔ_MAXは上
記二つの点を考慮して適宜選択し所望の屈折率差を得
る。

【００４２】冷却ステップｃにおいて、冷却速度が速い
ほど屈折率の低下は大きく、この低下の度合はガラスの
材質により異なるので、材質に応じた冷却速度の選択に
よって屈折率の低下の度合が変化する。したがって、冷
却速度の調整によっても、屈折率差を調整できる。冷却
速度を遅くすると、加熱ステップ、保持ステップで拡大
された屈折率差が保持され易いので好ましい。また、冷
却ステップを、時間ｔ₂から時間ｔ_mまでの間に相対的
に遅い速度で最高温度Ｔ_MAXから中間温度Ｔ_MEDまで冷
却する徐冷ステップｃ１と、時間ｔ_mから時間ｔ₃まで
の間に相対的に速い速度で中間温度Ｔ_MEDから常温Ｔ₀
まで冷却する急冷ステップｃ２とに分けるのが好まし
い。中間温度までの徐冷過程を設けることにより、加熱
ステップ、保持ステップで拡大された屈折率差が保持さ
れ易くなるので屈折率差の制御が容易になり、しかも中
間温度からの急冷過程を設けることにより、熱処理時間
を短縮できるからである。

【００４３】なお、以上の実施の形態では、光導波路素
子として、コアが１本の分散性光ファイバを用いたが、
光導波路素子の種類はこれに限定されるものではなく、
コアが複数のもの、クラッドが矩形状のもの、水平に配
設された複数のコアを矩形状にクラッドで被覆した光フ
ァイバアレイなど各種の形態のものが含まれる。

【００４４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のうち請
求項１記載の発明によれば、その一部分のコアとクラッ
ドの屈折率差を、その形状と成分を変化させることなく
他の部分と異ならせた分散性光導波路素子を用いること
により、その一部分と他の部分のうち屈折率差の小さい
部分で電磁界を拡大することができるので、製造や取り
扱いが容易な光デバイスが得られる。

【００４５】請求項２記載の発明によれば、請求項１の
発明の効果に加え、コア材とクラッド材が転移温度の異
なる光学ガラスからなる光導波路素子の一部分を加熱す
るだけで電磁界拡大部分が安価に得られる。

【００４６】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の発明の効果に加えて、電磁界拡大部分の端面
を接続端面とすることにより、軸ずれによる接続損失が
少なく、軸合わせの容易な光コネクタが得られる。

【００４７】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１又は２記載の発明の効果に加えて、複数本の分散性
光導波路素子の電磁界拡大部分を相互に接触又は接近さ
せるだけで導波光が分配又は結合される光分岐・結合器
が得られる。

【００４８】そして、請求項５記載の発明によれば、請
求項４の発明の効果に加えて、電磁界拡大部分の屈折率
差又は長さを異ならせることにより、電磁界拡大部分の
端面における電磁界の広がりを異ならせることができ、
また複数の光導波路素子間の間隔を変えることによって
も結合度を変えるかとができ、それらによって他の導波
路素子への分岐比を変えることができるので、所望の分
岐比で他の導波路素子に分配される光分岐・結合器が得
られる。

【００４９】さらに、請求項６記載の発明によれば、請
求項４記載の発明の効果に加えて、各光導波路素子の熱
処理と熱融着を同時になし得るので、製造工程が少な
く、安価な光分岐・結合器が得られる。

【００５０】請求項７記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の発明の効果に加えて、検知対象に応じて電磁
界拡大部分の屈折率差を適宜選択することにより、エバ
ネッセント波の量を調整することができ、検知感度のよ
い光センサが得られる。

【００５１】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項１又は２記載の発明の効果に加えて、光導波路素子の
中央部に設けられた電磁界拡大部分における最小屈折率
差が除去すべきモードのうち最低次のモードの臨界角に
対応する屈折率差と除去しないモードのうち最高次のモ
ードに対応する屈折率差との間に設定されるので、除去
したい任意の高次モードを簡単に除去しうる高次モード
除去フィルタが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光コネクタの模式図である。

【図２】本発明の光コネクタに用いられる分散性光導波
路素子の断面図である。

【図３】分散性光導波路素子の屈折率屈折率波長曲線を
示す図である。

【図４】本発明の光分岐・結合器の説明図である。

【図５】本発明の光分岐・結合器の他の例の説明図であ
る。

【図６】本発明の光センサの説明図である。

【図７】本発明の高次モード除去フィルタの説明図であ
る。

【図８】分散性光導波路素子の製造方法の説明図であ
る。

【図９】分散性光導波路素子の熱処理工程の温度−時間
曲線を示す図である。

【図１０】従来の光分岐・結合器の模式図である。

【符号の説明】

１，１１，４１，５１，６１，７１分散性光導波路素
子２，１２，４２，５２，６２，７２分散性光導波路素
子のコア３，１３，４３，５３，６３，７３分散性光導波路素
子のクラッド４，１４，４４，５４，６４，７４分散性光導波路素
子本体４ａ，１４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ，７４ａ分散
性光導波路素子本体の非電磁界拡大部分４ｂ，１４ｂ，４４ｂ，５４ｂ，６４ｂ，７４ｂ分散
性光導波路素子本体の電磁界拡大部分５保護被膜１０本発明の光コネクタ３０本発明の光分岐・結合器６０本発明の光センサ７０本発明の高次モード除去フィルタＡ１非電磁界拡大部分のコアの屈折率波長曲線Ｂ１非電磁界拡大部分のクラッドの屈折率波長曲線Ａ２電磁界拡大部分のコアの屈折率波長曲線Ｂ２電磁界拡大部分のクラッドの屈折率波長曲線 δ 屈折率差 λ 導波光の波長Ｔ_MAX 保持温度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学ガラスからなるコアの上に、コアと
は転移温度の異なる光学ガラスからなるクラッドを被覆
してなり、その一部分のコアとクラッドの屈折率差をそ
の形状と成分を変化させることなく他の部分とは異なら
せた光導波路素子であって、前記一部分又は他の部分の
うち屈折率差の小さい部分で導波光の電磁界を拡大させ
る分散性光導波路素子を具備したことを特徴とする光デ
バイス。
【請求項２】前記分散性光導波路素子は、前記一部分
を熱処理することにより、この熱処理部分のコアとクラ
ッドの屈折率差を他の非熱処理部分とは異ならせた分散
性光導波路素子であることを特徴とする請求項１記載の
光デバイス。
【請求項３】互いに当接可能な接続端面を有する二つ
の光導波路素子と、両接続端面を当接させ前記二つの光
導波路素子を着脱自在に接続する接続具とを有する光コ
ネクタにおいて、前記光導波路素子の一方が前記分散性光導波路素子から
なり、その電磁界拡大部分の端面を他の光導波路素子と
の接続端面とすることを特徴とする光コネクタ。
【請求項４】光導波路素子の複数本からなる光分岐・
結合器において、前記光導波路素子は、その中央部にコ
アとクラッドの成分を他の部分と変えることなくその屈
折率差を小さくした電磁波拡大部分を有する分散性光導
波路素子であって、前記中央部の電磁界拡大部分が相互
に接触又は接近してなり、前記複数本の分散性光導波路
素子の一つに入射された光が前記接触又は接近した電磁
界拡大部分において他の分散性光導波路素子に分配され
ることを特徴とする光分岐・結合器。
【請求項５】前記中央部に電磁界拡大部分を有する分
散性光導波路素子の複数本は、前記電磁界拡大部分を接
触又は接近させてなり、電磁界拡大部分の屈折率差又は
長さが異なることを特徴とする請求項４記載の光分岐・
結合器。
【請求項６】光学ガラスからなるコアの上にコアとは
転移温度の異なる光学ガラスからなるクラッドを被覆し
てなる光導波路素子の複数本を束ね、その中央部を一括
して熱処理することにより、前記各光導波路素子を前記
分散性光導波路素子とし、且つ相互に熱融着して固定し
てなることを特徴とする請求項４記載の光分岐・結合
器。
【請求項７】前記分散性光導波路素子とこの分散性光
導波路素子によって導波される光のパラメータの変化を
測定する測定器とを有し、電磁界がクラッドの外部にま
で拡大される前記分散性光導波路素子の電磁界拡大部分
を検出部として、この検出部における電磁界に変化を与
える検知対象を検知することを特徴とするセンサ。
【請求項８】光導波路に挿入し、導波光の高次モード
を除去するフィルターであって、前記分散性光導波路素
子の中央部に電磁界拡大部分を有し、その最小屈折率差
が除去すべきモードのうち最低次のモードの臨界角に対
応する屈折率差と除去しないモードのうち最高次のモー
ドに対応する屈折率差との間の屈折率差としたことを特
徴とする高次モード除去フィルタ。