JPS59148005A - 単モ−ド単偏波を伝搬する光フアイバ - Google Patents

単モ−ド単偏波を伝搬する光フアイバ

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JPS59148005A
JPS59148005A JP59017224A JP1722484A JPS59148005A JP S59148005 A JPS59148005 A JP S59148005A JP 59017224 A JP59017224 A JP 59017224A JP 1722484 A JP1722484 A JP 1722484A JP S59148005 A JPS59148005 A JP S59148005A
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JP
Japan
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fiber
region
optical fiber
doped
wave
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JP59017224A
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English (en)
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リチヤード・エドウイン・ハワード
ウイリアム・プレイベル
ジエイ・リチヤード・シンプソン
ロジヤーズ・ホール・ストーレン
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AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
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Filing date
Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/06Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/105Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 を利用(〜で、基本モードの2廟波を分離すると共に、
トンネル作用によって一方の偏波を減殺するクラツシン
グ構造を有スる、単モード単tJiit波(SMSP)
光ファイバに関する。
この結果得られたファイバ(はファイバ偏光子として利
用できる。
ファイバセンサ、インラインファイバ装置、ラーマン(
 Raman )レーザ等の用途では一方向の偏波だけ
で伝送できる光学導波管が望ましい。しかし、通常の軸
方向に対称を成す単モードファイバは、2つの直交偏波
されたHEIIモードを伝搬できるので、1−2モード
」ファイバである。その結果、形状的又は誘電的摂動が
存在する場合は、伝搬モードの偏波状態が不安定になる
。これらの逆効果を般少限におさえるため、単調波ファ
イバと区別されるものとして、偏波保持ファイバが開発
され/辷。
これらは基本的に、(1)だ円形コアファイバ、(2)
応力誘起双相祈ファイバ、及.ひ(3)側ピットファイ
バに発願される。
だ円コアファイバは、例えば米国時1許第4、1 0 
6,8 4 7号に記載されており、該特許には、円形
コアファイバに対抗するものと1〜てだ円コアフフイバ
を、列えはヘテロ−産金シー・ザ又はエツジ放出発光ダ
イオード等の、細長い面積を有する発光源により効果的
(て結合できることが示されている。
米国特許第4. 、2 7 4 8 5 4号は、応力
誘起及屈折を起こす偏波保護光ファイバの狸潰力法を開
示している。該方法は、特定形状のサブストレート管内
に、クラツシング・錆とコア層とを付着させ、得られた
生成物全圧壊して予備成形体を形成し、ファイバを勲引
きするものである。各層の熱膨張率の相違、及び各層の
非環状形状によって応カ誘起双屈折現象が発生1〜、そ
の結果偏波保護!特性を有する光ファイバが潜られる。
しかし上記の従来構成は全て、伝送モードの不要偏波を
阻市又は排除できない偏波保持ファイバに関するもので
ある。望ましくない偏波、? l>11市し」こうとじ
たものは、「コアの両側に屈折率ピットを備える単扁彼
学モード光ファイバ(Single −Polariz
ation Single −Mode 0ptica
l Fibre With Refractjve −
IndexPits on Both 5ides o
f the Core )Jと称して、「エレクトロニ
クスレターズ(ElectronicsLetters
 ) J (1980年8月28日発行のVol、 ]
、 6 、 A 18の712〜7]、3頁)に掲載さ
れてい乙、辷イー・オーコシ(T、 0kosh i 
)その池による論文に記載されている倶jピットファイ
バである。これによると、コアの両・1則に夫々1ピツ
トを11mえた。2ピツトを%徴とする軸方向に非対称
を成J−屈折率分布が提案されている。この構成では直
交偏波された2つのHEu  モードが、異なる遮断波
長を有しているため、ある狭め8彼敢屹囲では一方のモ
ードは減衰され他力のモードは伝送される。
高周波では両方の;偏波が伝]般され、ファイバ(は両
主軸に沿つ、そ線形偏波を保護する。効果的・を双屈折
は、本来幾何学的形状を成し、コア、クラツシング及び
1則ピット間の屈4斤率の差によって制御きれる。相対
的屈折率の差(Δn/n)が]%である場合1d、予測
される単個波帯域幅は約25チである。」−記論文の指
摘によると、実際の単一波ファイバの場合、相対的屈折
率の差は約2%であることが要求される。
「コアの両側に非対称屈折率ビットを備える単一波ファ
イバ(Singl二Mode Fibreswith 
 Asymmetrical  Refractive
  Index  pitson Both 5ide
s of the Core月と称する、「エレクトロ
ニクスレタース’ (El ectron 1csLe
tters月(1981年3月発行のVol、 +−7
゜A5の191〜193頁)に掲載されているティー・
ホサカ(T、 Ho5aka )その他による論文に記
載されている、側ピット構造に関する実検的調査による
と、側ビットファイバが2主軸に沿った線形偏波を保護
することが実証されており、単調波(偏波ファイバとし
ての作用の意味において)は報告されていない。
またその後、ファイバの双屈折の大半が応力で誘起され
ることが判り、[非対称応力双屈折性の低損失単偏波フ
ナイバ(Low−LossSingle Po1ari
zation Fibres wj th Asymm
et −rical 5train Birefrjn
gence ) Jと称する「エレクトロニクスレター
ズ(ElectronjcsLetters、)J (
1981年7月23日発行、Vol、 ] 7− A 
1.5の530〜531頁)に掲載されている、ティー
・ホサカ(T、 Ho5aka )その他による論文に
記載されている様に高双屈折低損失偏波保護ファイバを
得るべく種々の修正が加えられた。また側ビットファイ
バに代わる構成は、「側トンネルファイバ:偏波保持光
学的導波構成へのアプローチ(stae−Tunnel
 Ftbre :An Approach to Po
1arjsa −tion −Maintaining
 Qptical WaveguidingSchem
e)j  と称する、[エレクトロニクスレターズ(E
lectronics Letters ) J (1
982年9月26日発行のVol、、l 8.A 1.
9’の824〜826頁)に掲載されている、ティー・
オーサキ(T、 0saki )その池による論文に記
載されている。この場合、側ピットの代りに中窒トンネ
ルを用いている。この他のファイバは、1チの相対的屈
折率差に対し、7%の帯域幅を有すると予測されている
が、実際は、真の単一波作用は観察されなかった。
このため、一方の基本モード偏波全完全に阻市でき、広
範の帯域帯に亘って作動できるト共に、通常のファイバ
と互換性があり、かつ手近の製造方法で製造できる一J
+ii波ファイバが必要である。
本発明は、高い応力誘起双屈コツ〒惟を利用して、基本
モードの2−波を分離すると共に、トンネルによって一
方の偏波を減衰するクラツシング構造を有する、単偏波
単モード光フアイバに関する。
基本モードの2つの偏波は応力によって大傷く分離され
、他方の所望1扁波が、低ロスでファイバコアまで伝搬
する間に、外クラツシングにトンネルすることによって
、一方の偏波か減衰される。
クラツシング層は、内側の低屈折率クラツシングにより
誘導されたモードの伝搬定数が外側のクラツシング層の
屈折率以下に下がり、かつ内クラツシング層が、不要の
偏波のトンネルを促進するに充分程度薄くなる様に構成
されている。
本発明によって形成されたインラインI扁波ファイバは
、挿入損及び結合頂がかなり低く、かつ消滅率が高い。
この種のA波ファイバは、例えばファイバアインレータ
、マルチプレキサ、フィルタ、同調自在光ファイバ又は
ファイバ減衰器に1吏用できる。
次に添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明によって形成されだ偏波ファイバの1
黄;新面図である。コア頭載1(N;l:クラツシング
層12によって包囲され、一対の応力ローブ14及び1
6は、シリカサブストレート18のクラツシング層12
の各側に配設されている。図示のコア頭載1o1クラツ
シング層12、及び応力ローブ14.16は円形の断面
膨大をしているが、列えば、だ円形等の形状にすること
もできる。本発明の第1実施例では、コア領域1oはゲ
ルマニウムでドープされたSiO2、クラツシング□:
!!12はフッ素でドープされたs4.o2、及び応力
ローブ14.16けホウ素、ゲルマニウムでドープされ
たSi O2で構成されている。主にコア頭載10内で
導波するには、クラツシング層12の屈折率n2、及び
シリカサブストレート18の屈折率n3を、コア1oの
屈折率01以下にすると共に特にn2(n3 (nlと
なる7傾にする必要がある。本発明の作動において、応
力ローブ14.16の屈折率をサブストレート18と同
−又はそれ以下にする必要がある点に留意されたい。応
力ローブ14.16の屈折率がサブストレート18以上
になると応力ローブにトンネル現象が発生する。本発明
によると、応力ローブ14.1Bの存在により、波がコ
ア領域10まで進行するに充分な双屈折量が得られ、基
本モードの2つの直交偏波nB、”Lが分離される(図
中δnは双屈折量であ)、n1l−n4で表わされる)
この場合不要な伝搬偏波は、クラツシング層12を通る
トンネル作用によって減衰される。
第2図IC示す屈折率分布は、本発明により形成された
偏波ファイバの基本的作動原理を説明する上で有益であ
る。図示の様に誘導偏波nllは、上記の応力誘起双屈
折黴δnだけ非誘導調波n1 から分離されている。本
発明による偏波ファイバではδnけ、n3n(の10%
にほぼ相当する約5×10  である。双屈折量は帯域
帯に直接関係し、δnが大へい程、偏波ファイバの動作
帯域幅が広くなる。応力ローブ14.16で誘起される
応力は、誘導調波nllをサブストレート18の屈折率
n3以上にあげ、非誘導偏波n、1を屈折率n3以下に
下げてトンネル作用により減衰する様に充分程度、21
扁波に分波する。サブストレート18ではなくコア領域
に応力誘起双屈胛がみられるのが理想であるが、実際は
、図示の形状の場合、コア頭載10の外側に偏波ファイ
バの動作帯域幅をせばめるある程度の双屈折がみられる
。双屈折量は、コア10から離れる程減少するだめ最大
帯域幅を鍔るには、内クラツシング12を大きくする必
要があるが不要偏波をトンネル作用によって急減させる
にはクラツシング12を狭くしなければならない。従つ
−C1トンネルによる減衰連関を速める必要性と、帯域
幅を広げる必要性との間で、相対的バランスを保つ様に
する。
第3図は、帯域幅を広げると同時に減衰速度を速める様
に構成された、本発明の第2実施例による偏波ファイバ
の横断面図である3、コア頭載30はだ円形の内クラツ
シング層32で己囲されており、該内層は、外クラツシ
ング、I!34で包囲されている。第3図では外クラツ
シング層34は、だ円形の断面を有しているが、その他
の適切な形状にできることを理解されたい。本発明の第
2実施列では、コア狽1或30を5c02で内クラツシ
ング層32をホウ素をドープした5402で、及び外ク
ラツシング層34をフッ素をドープしたSi、02で構
成することができる。
主にコア偵域30における導波を確医するには、夫々n
2及びn3で表わされる内クララジンク層32及び外ク
ラツシング層34の屈折率を、コア領域30の屈折率n
!より小きくすると共に、特にn2 (n3 (nlに
なる様にする必要がある。本発明によると、内クララジ
ンク層32は、その短軸が実β的にコア煩域30の半径
と等しくなる様な、だ同性を有している。この様に内ク
ラツシング層32のだ円度が大きいため、基本モードの
2つの偏波nil及びn上 を大きく分離するに充分程
匿大きい応力−がファイバに発生する。
第3図に示す実施例では、内クラツシング32はその断
面のだ円度が大きいことと関連して、本発明による偏波
ファイバを形成するに要する低屈折率クラツシング及び
応力誘起及屈折量を与えている。図示の実施例(・ま、
双屈折量がコア領域30の外側の内クラツシング32の
短軸に沿って非常に急・京に減少し、従って動作帯域幅
がコア領域30外側の双屈折によって余り影響されない
という10点を有している。
第3図に示す様な特定形状の偏波ファイバでは、コア領
域30を、SiO2で、内クラツシング層32をホウ素
をドープした5iOzで、及び外クラツシング層34を
フッ素をドープした、’;i02で構成できる。この様
に形成されていると、偏波ファイバに、λ= 51.、
4.5 n mでビート長L =’1. L’mmから
測定される4、7XlO”にほぼ等しいσnを持たせる
ことができる。
本発明による1波フアイバの1.2 mの断面の消滅比
は、633 nmで約30dBであシ、この場合、端反
射及び結合損を含む挿入損は約2.3dBである。
第3図に示す実施例の屈折率分布を第4図に示すが、こ
れはファイバの長軸及び短軸に沿った屈折率を表わして
いる。
第5図は、本発明の第3実施例である。図示の様にファ
イバは、ドープ(例えばゲルマニウム)シリカファ領域
40.低屈折率バリヤ層42、及び非円形応カクラッジ
ング偵域44から成り、この、−谷りラッシング頭載4
4をホウ素をドープした5i02で、バリヤ層42をフ
ッ素をドープした5i02で構成できる。
この特定実施例ではコア領域40と応カクランジング領
域44との間でトンネル現象が発生ずる。バリヤ層42
は、領域44に含まれるホウ素の存在により、長い波長
における慣失を軽減する役目をする。第6図は本発明に
よる嘔モード単扁波ファイバを、偏波されていない白色
光で励起した場合の、ファイバ出力電力と波長との相関
性を表わすグラフである。曲線Aは、伝送された伝搬I
偏波n11を表わし、曲線Bは阻止されだ伝搬偏波n上
 を表わしている。第6図から判る様に、伝送光の波長
が、約0.54マイクロメータに達すると基本モードの
2つの1波はがなり分離し始め、一方入力光が約0,5
6マイクロメータの波長になると、不要の伝搬偏波が阻
Iトされ、無視できる程の電力しか出力しなくなる。2
篩波は第6図に符号Cで示す帯域幅に亘って分離し続け
るため、従来装置に比してかなシ広い帯域幅を有する偏
波ファイバが得られる゛。
本発明のある構成では、1波フアイバと曲げて、所定の
曲げ半径を持たせたり、又(d所定直径を有する棒に巻
くことができるが、この場合、その動作波長は曲げ半径
の関数としてシフトする。従って偏波ファイバを曲げた
り巻いたシすることによシ、所望の動作波長に合わせる
ことができる。第6j図の伝送データは、本発明による
ファイバを1.5センチの曲げ半径で4回巻いて得られ
たものである。
また同様のファイバを、14センチ直径の棒に巻くと0
.6乃至0.54マイクロメータの波しを有する偏波子
として機能する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施1ケ11による;偏波ファ
イバの横断ln1図である。 第2図は、本発明の作動原理を示す屈折率分布図である
。 第3図は、本発明第2実施例による偏波ファイバの・溝
断面間である。 第4図は、第3図に示す偏、伎ファイバの長軸及び短軸
の屈折率分布図である。 第5図は長い波長における信号用を軽減できる本発明第
3実施例による偏波ファイバの溝断面図である。及び 第6図は、所定のファイバ曲げ半径に対する、波し1列
数としてのファイバ出力電力のグラフである。 く主要部分の符号の説明〉 10・コア領域、12・・クララシンク層、14.16
 応力ローブ、18・・サブストレート、30・・・コ
ア頭載、32.34・クララシンク層、40・・コア領
域、42・・・バリヤ・響、44・・応カクラッシンク
領域。 出願人   ウェスターン エレクトリックカムパ、ニ
ー、インコーホレーテッド FIG、/ FIG、 3 FIG、6 波長(Pml 第1頁の続き @発 明 者 ジエイ・リチャード・シンプソン アメリカ合衆国07023ニユージ ヤーシイ・ユニオン・ファンウ ラド・ロビン・ロード8 0発 明 者 ロジャーズ・ホール・ストーレン アメリカ合衆国07760ニユージ ヤーシイ・モンマウス・ラムノ ン・ウォーターマン・アヴエニ ュー77 手続補1E 、j3: 14田の表示昭和59年 特許願第 17224 号(
袖1にをすると ・ILI’lとの関1不 特許出願入 1代理人 5 補正の対象  「 図  面 」 (I)、別紙の通り、第1図の符号の [14、nJJを 「14」に、 「・16、n、」を 「16」に 「18」を 「18、n、Jに夫々訂正する。 7:添伺書類の目録

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ 第1屈折率(nりを有する中央コア領域、及び前記
    第1屈折率より小さい第2屈折率(n2)を有する、前
    記コア領域を包囲するクラツシング領域から成る、単モ
    ード単偏波を云j般する光ファイバにおいて、 前記ファイバはさらに、前記クラツシング層と密接形成
    され前記第2屈折率より大きい第3屈折率(n3)を有
    する包囲領域を含み、また種々の領域が、前記単モード
    波を、前記コア頭載まで伝搬される第1直交編波と前記
    クラツシング領域を通るトンネル作用によシ減衰される
    第2直交1扁波とで搗成される一対の直交偏波に分離で
    きる応力双屈折量を有する様に配置形成されていること
    を特徴とする単モード単1扁波を伝搬する光ファイバ。 2、特許請求の範囲第1項に記載の、ファイバであって
    、前記包囲領域が、前記クラツシング層の両側に配設さ
    れだ第1、第2応力口−ブを含むことを特徴とする単モ
    ード単偏波を伝搬する光ファイバ。 3、特許請求の範囲第1項に記載のファイバであって、
    前記クラツシング領域が短軸に沿って前記コア領域と(
    a)近接又は(b)密妻する様に形成された長軸及び短
    軸を持つ非円形断面を有する、コア領域包囲層を含み、
    また前記包囲領域が前記第1クラツシング領域を完全包
    囲する層を含むことを特徴とする単モード単偏波を伝搬
    する光ファイバ。 4、特許請求の範囲第3項に記載のファイバであって、
    前記包囲領域が、(a)円形断面又は(b)非円形if
    r面を有する層を含むことを特徴とする単モード単篩波
    を伝搬する光ファイバ。 5、特許請求の範囲第1項に記載−のファイバであって
    、前記コア領域がSi O2を含み、前記クラツシング
    領域がホウ素でドープされた5i02を含み、また前記
    包囲領域がフッ素でドープされた84.02を含むこと
    を特徴とする学モード単1扁波を伝搬する光ファイバ。 6 特許請求の範囲第1項に記載のファイバであって、
    前記コア領域がゲルマニウムでドープされたSも02を
    含み、前記クララジンク領域がホウ素でドープされだS
    i O2とゲルマニウムでドープされた。5cO2とを
    含み前記包囲領域が、Ei O2をJむことを一侍敵と
    する単モード単偏波を伝搬する光ファイバ。 7 特許請求の範囲第1項に記載のファイバであって、
    前記コア領域がScO2を含み、バリヤ層がフッ素でド
    ープされた3i02を含み、まだ前記包囲領域がSiO
    2を含むことを特徴とする単モード単訓波を伝搬する光
    ファイバ。 8、 時11′F請求の範囲第1項に記載のファイバで
    あって、前記コア!貢域がゲルマニウムでドープされた
    Sc O2を含み、バリヤ層がフッ素でドープされた8
    4.02を含み、また非円形クララジンク領域が、ホウ
    素と別のドーパントとの組合せでドープされた84.0
    2を含むことを特徴とする雫モード単1扁波を伝搬する
    光ファイバ。 9、 特許請求の範囲第8頃に記載のファイバであって
    、前記別のドーパントがゲルマニウム及びリンのうち少
    くとも一方であることを特徴とする単モード単關波を伝
    搬する。 光ファイバ。 [0特許請求の範囲第1項に記載のファイバ。 であって、前記ファイバが、動作波長に関係する所定曲
    げ半径を有する腫に構成されていることを特徴とする単
    モード単偏波を伝搬する光ファイバ。 ]1 特許請求の+JiiS囲第10項第10項ファイ
    バであって、前記ファイバがコイル状に巻かれることを
    特徴とする単モード単偏彼を伝搬する光ファイバ。 I2、特許請求の範囲第1項に記載のファイバであって
    、前記コア置載が相対的に屈祈宇を、¥め乙ようにドー
    プされていることを特徴とする単モード単關波を伝搬す
    る光ファイバ。
JP59017224A 1983-02-04 1984-02-03 単モ−ド単偏波を伝搬する光フアイバ Expired - Lifetime JPS59148005A (ja)

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