JPS63194207A - 絶対単一偏波光フアイバ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は光フアイバ通信、計測等に用いる絶対単一偏波
光ファイバに関するものである。

（従来の技術） 直交する二つの偏波のうちの一方のみを伝搬することが
できる絶対単一偏波光ファイバは、コヒーレント通信に
おいて欠くことのできないものであり、計測用としても
注目されている。しかし、これまで絶対単一偏波状態を
実現したものはほとんどない。２偏波光フアイバとして
は、これまでに■サイド・ピット形、■応力付与形、■
楕円コア形等が提案されている。

はじめに、これらの従来例について説明する。

第６図（イ）はサイド・ピット形光ファイバの断面図で
あり、１は屈折率ｎ、のコア、２は屈折率ｎ２のクラッ
ド、３は屈折率ｎ３のサイド・ピットである。屈折率ｎ
ｕ　ｌ　　ｎ２　＋　　１３の間にｎ。

＞ｎ２＞１３の関係があると、第６図中に示したＸ軸方
向とｙ軸方向の非対称性により、基本モードであるＨＥ
ＩＩＸモードとＨＥ、、’モードとの伝搬定数に差を生
じ、この差が十分大きい場合は、偏波保持光ファイバと
なる。

第６図（ロ）は応力付与形光ファイバの断面図であり、
４はコア１およびクラッド２とは線膨張係数が大きく異
なる応力付与部である。応力付与部４により、Ｘ方向と
Ｘ方向の応力分布が、コア内で大きく異なり、光弾性効
果により屈折率異方性を生ずる。その結果、二つの基本
モード間に伝搬定数差を生じ、偏波が保持される。

第６図（ハ）は楕円コア光ファイバの断面図である。コ
アの形状が真円でなく楕円であることがら、二つの基本
モードの縮退が解けて両偏波が保持される。

絶対単一偏波光ファイバは二つの偏波のうち、一つを遮
断状態にすることにより実現できる。この方法として、
（１）サイド・トンネル形、（２）構造異方性コア形等
が提案されている。次にこれらについて簡単に述べる。

サイド・トンネル形は第６図（イ）のサイド・ピット部
を中空にし、コア部との屈折率差を大きくすることを特
徴とする。しかしこれでは、屈折率差を大きくとれず、
製造時の光フアイバ長手方向の線径ゆらぎが大きくなり
、伝送損失の増加、クロストーク特性の劣化をまねく。

第７図（イ）は構造異方性コアを用いた絶対単一偏波光
ファイバの断面図であって、５は複屈折材料からなるコ
ア、２は等方性媒質からなるクラッドである。第７図（
ロ）、（ハ）は二つの基本モードに対する屈折率分布を
示す。複屈折性コア５の屈折率ｎは、Ｘ方向の電界に対
してはｎｏ、Ｘ方向の電界に対してはｎ８となるもので
ある。

コア半径をａ、波数をｋ、クラッドの屈折率をｎ２とす
れば、ＨＥ　＋　＋に、ＨＥ、、’モードに対する規格
化周波数ＶＸ、Ｖ、は、 Ｖ、＝ｋｎ２ａ　５下ｎｏ／ｎｚ　　ｉ）　　　　（１
）Ｖ、＝ｋｎ＝ａ　Ｐ了π乙１２　１）　　　　（２）
と表される。はじめに、ｎ２　＜ｎ。＜ｎｏの場合につ
いて考える。ＨＥ＋＋ＸモードとＨＥ、、’モードの伝
搬定数をそれぞれβ８．βッとすると、これらのβの■
値依存性はきわめて大きい。第８図は規格化伝搬定数β
／ｋ（ｎｎｚ）をＶ値に対して示したものである。

例えば（ｎｏ　　ｎ２　）　＝１．４４Ｘ　（ｎａ　−
ｎｚ　）とすれば、式（１）、　（２）よりＶ、＝１．
２Ｖ、となる。

Ｘ方向のＶ　（Ｌ！！　Ｖ　Ｘを２．０とすれば、Ｘ方
向の規格化伝搬定数βＸ／ｋ　（ｎｏ　−ｎｚ　）は第
８図より０．４となる。Ｘ方向のＶ値■、は１．６７と
なるので、第８図よりＸ方向の規格伝搬定数βｙ／ｋ（
ｎｏ　　ｎｚ）は０．３となる。従って（βや一βｙ）
／　ｋ　＝０．１９２　（ｎ０ｎｚ　）が得られる。実
際の単一モード光ファイバではｎ、　　ｎｚ　＝４　Ｘ
　１０−３程度であるので、（β８−βＶ）／に±７．
７Ｘ１０−’となる。この値は応力付与形の偏波保持光
ファイバの実測値６Ｘ１０−’と同程度である。

またベル研究所で開発された単一偏波光ファイバは、楕
円形の中間層でコアを囲むものであり、製造が難しく、
損失の低下も望めない。

以上説明した従来例では、複屈折値がきわめて小さい値
であるので、絶対単一偏波光ファイバを実現することは
困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、コアの両側に応力付与部を配置し、コア内で
の複屈折を太き（した、低損失で実用的な絶対単一偏波
光ファイバを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、コア材料そのものに異方性をもたせ、コア材
料の両側に相対して応力付与部を設けることにより、コ
ア内での屈折率異方性をさらに大きくする。

すなわち本発明は、屈折率異方性媒質からなるコアと、
該コアを囲む等方性媒質からなるクラッドと、該クラッ
ド内に前記コアの両側に相対して設けた応力付与部とに
より構成し、前記コアに固有の二つの基本モードは偏波
方向を互いに直交させ、一方は伝搬モード、他方は放射
モードとする。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例の構造を示し、（イ）は断
面図であって、５は複屈折材料からなるコア、２は等方
性媒質からなるクラッド、４は応力付与部である。第１
図（ロ）、（ハ）は二つの基本モードＨＥ＋＋”　、Ｈ
Ｅ、、’モードに対する屈折率分布を示す。コア内の複
屈折を強調する方向に応力付与部を配置し、複屈折コア
５の屈折率がＸ方向の電界に対してはｎｏ、Ｘ方向の電
界に対してはｎ、とじたとき、クラッドの屈折率ｎ２と
の間にｎ　ａ　＜　ｎ　ｚ　＜　ｎ　６なる関係が成立
するようにすれば、ＨＥＩＩＸモードは伝搬可能である
が、ＨＥ＋＋ツモードは放射モードとなり、伝搬不能に
なるので、一方の偏波のみを伝搬する絶対単一状態が実
現できる。

次に、このような複屈折率コアの実現方法について述べ
る。

第２図は複屈折コア用母材の構造を示す斜視図であって
、複屈折コア５は板状の屈折率ｎ４の高屈折率材料６と
、板状の屈折率ｎ、の低屈折率材料７を交互に並べるこ
とにより構成されている。

このような母材を紡糸することにより、高屈折率材料６
、低屈折率材料７の厚さがファイバ状態で波長程度以下
になると複屈折性を示す。

すなわち第３図に示すように、厚さが’−ＩｒＬＺ、誘
電率がε１．ε２の板状媒質が交互に周期的に配置され
、１．＜＜λ、ｔｚ＜＜λ（λは波長）の場合には、平
均誘電率ε８．ε、は次のようになる。

ε−＝　（ｔ＋　　ε　＋　＋　ｔｚｇｚ）／（ｔ＋＋
ｔｚ）　　　　　　　　（３）εｙ−（ｔ　ｌ十ｔ　ｚ
）ε、εｇ／（ｔ＋ε２＋ｔ２ε＋）　　（４）従って
、Ｘ方向とＸ方向で誘電率の異方性を生じ、その値は、 となる。今の場合、ε１　””　（ｎ４）”　、　　ε
２＝（ｎｓ　）”　＋　　５ｘ　　（ｎｏ　）ｔ＋　　
ｅｙ　”　（ｆｅｅ　）”であるから、例えば ｔ＋＝ｔｚ　　　　　　　　　　　　　　　　（６）ｎ
、＝１．０４ｎｓ　、ｎ０＝１．００２６ｎｚ　　（７
）とすることにより、前述のモード間伝搬定数差（β８
−β、　）　／に＝７．７　Ｘ　１０−’がほぼ実現で
きる。式（７）の条件はＧ、およびＦをドープ材とする
石英系ファイバ製作技術により実現が可能である。

第４図はこのようにして作製されたコア母材に、外付け
ＶＡＤ法によりＳｉｎ、ガラス層を付着、透明化して、
直径５０閤になるようにしてコア母材を作製し、その中
心に対称に応力付与母材４ａ。

４ｂを挿入する孔４”　　ａ、４”　　ｂを超音波ドリ
ルで孔開けし、研磨して、応力付与母材４ａ、４ｂを孔
４’　　ａ、４’　　ｂに挿入する様子を示す。応力付
与母材はＳｉＯ□ガラスにＢ２Ｏ３が１０〜２０ＩＩＩ
ｏ１％程度ドープされたものであり、ＭＣＶＤ法または
ＶＡＤ法で作製できる。応力付与母材４ａ。

４ｂをコア母材に装着した後、２０００℃程度の温度で
線引きを行うことにより、絶対単一偏波光ファイバが得
られる。

第５図は応力付与母材もとクラッド半径すの比ｔ／ｂと
、応力により誘起された複屈折の値の関係を示す。第５
図から明らかのように、波長λ＝１．５６μｍ、コアと
クラッドの比屈折率差Δ＝０．３４％、クラツド径２０
０μｍ、コア径８．９μｍ、屈１５ｍｏｆ％のとき、ｔ
／ｂ＝０．５．ｒ／ａ＝３．０とすれば、４Ｘ１０−’
程度の複屈折が得られるので、コアとして前述の構造兵
法性コアを用いれば、１．１７Ｘ１０−’程度の高複屈
折が実現できる。また損失についても、コア母材、応力
付与母材の製造技術、および孔開は技術が進歩した現在
では、応力付与部を設けることによる損失の増加は非常
に小さい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の構造異方性コアを用いた
応力付与部を有する絶対単一偏波光ファイバは、偏波面
が直交する二つの基本モードの伝搬定数間に、大きな差
を与えることができ、低損失絶対単一偏波光ファイバが
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の一実施例の構造を示す断面図、 第１図（ロ）、（ハ）はそれぞれ）ＩＥ＋＋”モード、
ＨＥ　ｒ　Ｉ’モードに対する屈折率分布図、第２図は
複屈折コア用母材の構造を示す斜視図、第３図は構造複
屈折の原理説明図、 第４図は本発明の絶対単一偏波光ファイバの作製法の説
明図、 第５図はモード複屈折率Ｂと規格化応力付与部径ｔ／ｂ
の関係を表わす図、 第６図（イ）、（ロ）、（ハ）は従来の偏波保持光ファ
イバの断面図、 第７図（イ）は構造異方性コアを持つ偏波保持光ファイ
バの断面図、 第７図（ロ）、（ハ）はそれぞれＨＥ、、にモード、Ｈ
Ｅ、□ｙモードに対する屈折率分布図、第８図は規格伝
搬定数β／ｋ（ｎｎｚ）を規格化周波数Ｖ値に対して示
した図である。 １・・・コア　　　　　　　２・・・クラッド３・・・
サイド・ピット　　４・・・応力付与部４ａ、４ｂ・・
・応力付与母材 ４′　ａ、４’　　ｂ・・・孔　　５・・・複屈折コア
６・・・高屈折率材料　　　７・・・低屈折率材料第８
図 ヂ貝１オ（トイ上８４分く軟　Ｖ ど −と＼ コ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　−Ｓ〜リｌ そ−ド゛糧玉４１を牢　Ｂ（ｘｌｏ−’）；ｌ × 第６ （イ） す （口□・ チ ４−一仄°刀イ丁＋音Ｐ −〜 け

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、屈折率異方性媒質からなるコアと、該コアを囲む等
   方性媒質からなるクラッドと、該クラッド内に前記コア
   の両側に相対して設けた応力付与部とにより構成され、
   前記コアに固有の二つの基本モードは偏波方向が互いに
   直交しており、一方は伝搬モード、他方は放射モードと
   なることを特徴とする絶対単一偏波光ファイバ。