JP2000161910A - 非対称カプラ―を有する光ファイバ・マッハ―ツェンダ干渉計 - Google Patents

非対称カプラ―を有する光ファイバ・マッハ―ツェンダ干渉計

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉
計、及び、これを備えたマルチプレクサ/デマルチプレ
クサを提供する。 【解決手段】 非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干
渉計10は、第1の光ファイバ20と、第2の光ファイ
バ22とを備えている。これら第1及び第2の光ファイ
バ20、22は、第1の結合領域12及び第2の結合領
域14で接続されている。第1及び第2の光ファイバ2
0、22は、第1及び第2の結合領域16、18の間に
干渉アーム16、18を形成する。非対称性を形成する
ために、第1の光ファイバ20の一方の結合領域におけ
る部分の伝搬定数は、第2の光ファイバ22の上記一方
の結合領域における部分の伝搬定数とは異なっている。
非対称構造は、大きな波長スパンにわたって、30dB
の絶縁をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】波長分割マルチプレクサ/デ
マルチプレクサを光ファイバマッハ−ツェンダ干渉計
(MZI)から制作することができる。MZIは、一対
の対称カプラーから形成されている。同一のファイバブ
ラッグ回折格子が、カプラーの間の干渉アームに描かれ
ている。ファイバブラッグ回折格子(FBG)は、選択
的な波長をファイバに反射するファイバコアにおける屈
折率の変化である。
【0002】
【従来の技術】波長を低下させるあるいは抽出するMZ
Iの作用、例えば、デマルチプレクサとしての作用にお
いては、幾つかのチャンネル又は波長λ1、λ2、λ
3、λ4及びλ5を搬送する信号が、第1のカプラーの
第1のファイバに入力される。他の数のチャンネル、例
えば、4又は8のチャンネルをカプラーに入力すること
ができる。上記信号は、カプラーにおいて分割され又は
分流され、両方のアームに沿って通過する。同一のFB
Gは、選択された周波数(例えば、λ4)において共鳴
する。従って、FBGにおいては、λ4が反射され、第
1のカプラーを通って戻り、第1のカプラーの第2のフ
ァイバに抽出される。残りの波長λ1、λ2、λ3及び
λ5は、第2のカプラーを通過し、第2のカプラーの第
2のファイバに出力される。
【0003】波長を付加する又は挿入する作用、例え
ば、マルチプレクサとしての作用においては、波長λ4
を有する信号が、第2のカプラーで第1のファイバに挿
入される。種々の波長λ1、λ2、λ3及びλ5を有す
る信号が、第1のカプラーの第1のファイバに入力され
る。デマルチプレクサに関して上に説明したように、λ
4は、FBGで反射される。λ4は次に、第2のカプラ
ーの第2のファイバに出力される。従って、第2のカプ
ラーの出力は、総ての波長λ1、λ2、λ3、λ4及び
λ5を含む。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】対称カプラーから制作
された代表的なマッハ−ツェンダ干渉計においては、3
0dBの絶縁は、所望の波長の回りの±20nmのスパ
ンに限定される。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、非対称カプラ
ーから制作される光ファイバマッハ−ツェンダ干渉計を
提供し、この光ファイバマッハ−ツェンダ干渉計は、所
望の波長の回りの広い波長範囲にわたって、30dBの
絶縁を可能にする。
【0006】より詳細に言えば、本発明の非対称光ファ
イバマッハ−ツェンダ干渉計は、第1及び第2の光ファ
イバを備えており、これら第1及び第2の光ファイバ
は、第1の結合領域及び第2の結合領域で接続されてい
る。第1及び第2の光ファイバは、第1及び第2の結合
領域の間に2つの干渉アームを形成する。非対称性を形
成するために、第1の光ファイバの上記結合領域の中の
一方の結合領域(例えば、第1の結合領域)における部
分の伝搬定数は、第2の光ファイバの上記一方の結合領
域における部分の伝搬定数とは異なっている。第1の光
ファイバの伝搬定数及び第2の光ファイバの伝搬定数
は、所望の波長の回りの±20nmよりも広いスパンに
わたって、好ましくは、±60nmよりも広いスパンに
わたって、マッハ−ツェンダ干渉計のスルーポートに3
0dBの絶縁を与えるように選択される。第1の結合領
域の分流比は、所望の波長においてパワーの50パーセ
ントを分流するすなわち分割するように調節される。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による非対称マッ
ハ−ツェンダ干渉計(MZI)を示している。MZI
は、干渉アーム16、18によって分離された2つの結
合領域12、14を備えている。より詳細に言えば、図
示の実施の形態においては、MZIは、第1及び第2の
光ファイバ20、22から形成されており、これら光フ
ァイバは、第1及び第2の非対称カプラー24、26で
結合されている。本発明の目的を達成するために、カプ
ラーは、入射光エネルギを2つの出力ファイバの間で分
割する装置である。第1及び第2のファイバ20、22
は、干渉アーム16、18を形成し、これら干渉アーム
は、カプラー24、26を接続している。ファイバのブ
ラッグ回折格子(FBG)25、27が、2つのカプラ
ー24、26の間の干渉アーム16、18の各々のコア
28、30に描かれている。作動の際には、MZIの一
方の側では、一方のファイバ(例えば、ファイバ20)
が、入力ポート又は挿入ポート32を構成し、他方のフ
ァイバ(ファイバ22)が、ドロップポート又は抽出ポ
ート34を構成する。MZIの他方の側では、ファイバ
20は、付加ポート又は挿入ポート36を構成し、ファ
イバ22は、出力ポート又はスルーポート38を構成す
る。
【0008】本発明においては、非対称カプラー、並び
に、ファイバの位置が、MZIのスペクトル性能を改善
する。対称カプラーにおいては、結合されたポートの電
界は、入力ポートの電界からπ/2の位相だけ遅れる。
しかしながら、同じ位相関係は、非対称カプラーに関し
ては維持されない。非対称カプラーにおいては、上記両
電界の間の位相差は、結合強度及び非対称度に依存す
る。
【0009】対称カプラーにおいては、構成ファイバ
は、結合領域において実質的に同一の伝搬定数を有して
おり、従って、結合比を100%にすることができる。
マッハ−ツェンダ干渉計を制作する際には、構成カプラ
ーの分流比は、実質的に50%である。対称カプラーの
分流比は、波長の正弦関数として変化する。50%の点
は、波長応答の正方形で生じ、従って、波長の小さな変
化に対して敏感である。
【0010】図2は、代表的な対称カプラーの測定され
たスペクトル応答のグラフを示している。このカプラー
の過剰損失は、約0.07dBであった。スパイクは、
FPレーザにおけるモード移動からの測定アーチファク
トである。このグラフから、、関心のある(正方形の周
囲の)領域の波長変動は約0.125%/nmであるこ
とが分かる。中心波長の周囲の±20nmよりも大きい
スパンに関して、MZIのアイソレーションすなわち絶
縁を30dBよりも低い値まで減少させるのは、上述の
大きな波長変動である。
【0011】図3は、代表的な対称カプラーから制作さ
れたMZIの付加ファイバの測定されたスペクトル応答
を示している。このグラフから、狭い波長範囲である4
0nmの波長範囲にわたって、30dBの絶縁が付加フ
ァイバで達成されることが分かる。30dBの絶縁領域
の限定されたスパンは、MZIを制作するために使用さ
れるカプラーの波長感度から生ずる。
【0012】非対称カプラーにおいては、ファイバの伝
搬定数は、結合領域において同一ではない。従って、達
成可能な最大結合比は、100%よりも小さい。非対称
カプラーの分流比も、波長の正弦関数として変化する。
しかしながら、最大分流比は制御することができる。従
って、非対称カプラーにおいては、50%の点は、波長
応答の最大値で実質的に生ずることができ、したがっ
て、波長の変化に対する感度は低い。図4は、代表的な
非対称カプラーの測定されたスペクトル応答のグラフで
ある。このカプラーの過剰損失は、約0.09dBであ
った。スパイクは、FPレーザにおけるモード移動から
の測定アーチファクトである。このグラフから、関心の
ある領域における波長変動は約0.03%/nmである
ことが分かる。中心波長の周囲の±60nmよりも大き
なスパンにわたって、スルーファイバにおいて30dB
の絶縁を達成させるのは、上述の減少した波長変動であ
る。上記値は、上述の対称カプラーで達成可能な±20
nmのスパンよりも十分に大きい。
【0013】このカプラーを制作する最も一般的な方法
は、融着テーパ法である。例えば、2つのファイバのジ
ャケットを適当な長さにわたって剥離する。上記2つの
ファイバを結合すべき領域と一緒に保持し、互いに実質
的に平行に且つ接触した状態に維持する。結合領域を、
これらが互いに融着するまで、約1,700°Cの温度
まで加熱する。上記2つのファイバは、適宜な任意の熱
源で加熱することができ、例えば、アーク、酸素/ブタ
ン火炎、あるいは、レーザによって加熱することができ
る。上記両ファイバが加熱されると、これらファイバを
延伸し又は引き延ばして、狭い又は首付きの領域あるい
は腰部領域を形成する。そのようなテーパ形状は、ファ
イバのコアを互いに接近させて、信号間の相互作用を増
大させる。
【0014】非対称の形状は、結合領域で結合されたフ
ァイバの中の一方のファイバに予備的なテーパ加工、エ
ッチング加工、あるいは、研磨加工を施すことによって
得ることができる。非対称の形状は、一方のファイバを
結合領域において第3のガラス棒又はガラス管に融着さ
せることによっても得ることができる。上記ガラス棒又
はガラス管は、結合領域において取り付けられたファイ
バの伝搬定数を増大させる。上記2つの技術を組み合わ
せて用いることもできる。
【0015】非対称度、及び、結合強度を調節して、カ
プラーの最大分流比が実質的に50%になるようにす
る。図5は、非対称カプラーを用いて制作したMZIの
付加ファイバの測定された応答である。スパイクは、測
定アーチファクトである。このグラフから、上述の従来
技術の対称MZIで達成可能な40nmの範囲よりも十
分に大きな120nmの波長範囲にわたって、30dB
の絶縁が付加ファイバ又はドロップファイバにおいて達
成することができることが分かる。
【0016】2つのカプラーを形成した後に、2つの干
渉アームにあるファイバコアにファイバブラッグ回折格
子が描かれる。ファイバブラッグ回折格子は、周知の任
意の方法で描くことができる。例えば、感光性のファイ
バを用い、所望の周期性でエッチングされた溝を有する
シリカの位相マスクを上記ファイバに接近して定置す
る。上記マスク及びファイバを、レーザビームの如き紫
外線(UV)の光源で照射する。上記位相マスクは、U
V光源からの光線を回折し、多数の干渉ビームを生成す
る。UV光線は、感光性のファイバを通過し、該ファイ
バにおける屈折率分布を変えて、FBGを形成する。F
BGを形成する別の技術においては、UVレーザビーム
が、ファイバの長さに沿って移動し、その移動に伴って
オン・オフされる。FBGを描くたの技術を用いること
ができ、例えば、干渉ホログラム、干渉レーザビーム又
は振幅マスクを用いることができる。
【0017】本発明においては、点対称MZI及び線対
称MZIの2つの実施例が好ましい。両方の実施例を用
いてMZIを制作することができ、また、両方の実施例
をファイバブラッグ回折格子と共に用いることができ
る。
【0018】図6を参照すると、点対称MZIは、干渉
アームの中間点40に関して実質的に対称であるMZI
である。結合領域12にあるファイバ20は、第1の伝
搬定数を有しており、この伝搬定数は、標準的なファイ
バの伝搬定数であるのが好ましい。結合領域12にある
ファイバ22は、異なる伝搬定数を有するように変更さ
れている。結合領域14にあるファイバ22は、第1の
すなわち標準的な伝搬定数を有している。結合領域14
にあるファイバ20は、異なる伝搬定数を有するように
変更されている。
【0019】点対称MZIの作用を図7A乃至図7Eを
参照して以下に説明する(カプラーは、伝達マトリック
スに関して説明されており、また、総ての変数には、代
表的な値が与えられている)。
【0020】
【数1】
【0021】図8を参照すると、線対称MZIは、干渉
アームを通る線42に関して実質的に対称なMZIであ
る。ファイバ20の如き一方のファイバは、結合領域1
2及び結合領域14の両方において、第1の伝搬定数を
有しており、この伝搬定数は、標準的なファイバの伝搬
定数であるのが好ましい。他方のファイバすなわちファ
イバ22は、結合領域12及び結合領域14の両方にお
いて、異なる伝搬定数を有するように変更されている。
線対称MZIの作用を図9A乃至図9Eを参照して以下
に説明する(カプラーは、伝達マトリックスに関して説
明されており、総ての変数には代表的な値が与えられて
いる)。
【0022】
【数2】
【0023】上の式群、並びに、図7A乃至図7E及び
図9A乃至図9Eにおいて、記号あるいは表記法は、
A.W.SnyderとJ.D.Loveの共著「光導
波論」Optical Waveguide Theo
ry (Chapman and Hall出版)の記
号あるいは表記法に従っている。線対称の実施例におい
ては、経路長さは等しくなく、12:=10000.3
2265及びΔ1=−0.323で示されていることに
注意する必要がある。
【0024】上述のように、本発明に関して多くの別の
実施例を組み立てることができる。例えば、カプラー
は、研磨したあるいはD字形状のファイバカプラーを用
いて制作することができる。この場合にも、予備的なテ
ーパ加工、エッチング加工又は研磨加工を結合領域で結
合されたファイバの中の一方のファイバに施すことによ
り、あるいは、ファイバ平面にある結合領域を曲げるこ
とにより、非対称形を得ることができる。上述の技術を
組み合わせて使用することもできる。
【0025】カプラーを制作するために使用されるファ
イバは、研磨されたブロックのカプラーの場合のよう
に、必ずしも互いに融着させる必要はない。例えば、干
渉計は、1又はそれ以上の感光性のファイバから制作す
ることができる。また、カプラーは、3以上のファイバ
から構成することができる。例えば、1又はそれ以上の
ファイバが感光性であり、残りのファイバが不感光性で
ある、lx3カプラーを制作することができる。また、
分流比を50%以外の値にすることができる。例えば、
非対称カプラーの最大分流比を40%にすることができ
る。
【0026】MZIは、対称カプラー及び非対称カプラ
ーから構成することができる。両方のカプラーの分流比
及び最大分流比は、必ずしも同じである必要はない。ま
た、MZIの干渉アームは必ずしもバランスさせる必要
はない。従って、そのような構造を用いて、ファイバブ
ラッグ回折格子を備えたあるいは備えていない、波長分
割マルチプレクサを形成することができる。MZIを3
又はそれ以上のカプラーから構成し、1又はそれ以上の
カプラーを非対称にすることができる。別の実施例にお
いては、MZIの干渉アームは異なっている。その差を
調節することによって、出力の波長応答を制御すること
ができる。
【0027】本発明は、請求の範囲に明示した事項を除
き、上に詳細に説明しまた図示した事項によって制限さ
れるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による非対称マッハ−ツェンダ干渉計の
概略図である。
【図2】従来技術の対称カプラーの測定されたスペクト
ル応答のグラフである。
【図3】対称カプラーから構成された従来技術のマッハ
−ツェンダ干渉計における付加ファイバの測定されたス
ペクトル応答のグラフである。
【図4】本発明に使用される非対称カプラーの測定され
たスペクトル応答のグラフである。
【図5】本発明によるマッハ−ツェンダ干渉計の測定さ
れたスペクトル応答のグラフである。
【図6】本発明による点対称マッハ−ツェンダ干渉計の
概略図である。
【図7】図7A乃至図7Eはそれぞれ、本発明による点
対称マッハ−ツェンダ干渉計の作用を示すグラフであ
る。
【図8】本発明による線対称マッハ−ツェンダ干渉計の
概略図である。
【図9】図9A乃至図9Eはそれぞれ、本発明による線
対称マッハ−ツェンダ干渉計の作用を示すグラフであ
る。
【符号の説明】 10 非対称マッハ−ツェンダ干渉計 12、14 結合領域 16、18 干渉アーム 20、22 光ファイバ 24、26 非対称カプラー 25、27 ブラッグ回折格子 28、30 ファイバコア 32、34 抽出ポート(ドロップポート) 36 付加ポート(挿入ポート) 38 スルーポート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年12月22日(1999.12.
22)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図8】
【図7】
【図9】

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干
    渉計であって、 第1の結合領域及び第2の結合領域で接続された第1及
    び第2の光ファイバを備えており、 第1及び第2光ファイバは更に、第1及び第2結合領域
    の間に2つの干渉アームを形成しており、 第1光ファイバの第1結合領域における部分の伝搬定数
    は、第2光ファイバの第1結合領域における部分の伝搬
    定数とは異なっていることを特徴とする非対称光ファイ
    バ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、第1及び第2結合領域
    は、融着された第1及び第2のテーパカプラーを含んで
    いることを特徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェ
    ンダ干渉計。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、第1結合領域の分流比
    は、所望の波長においてパワーの50パーセントを分割
    するように調節されることを特徴とする非対称光ファイ
    バ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、第1光ファイバの伝搬定
    数及び第2光ファイバの伝搬定数は、所望の波長の回り
    の±20nmよりも大きなスパンにわたって、マッハ−
    ツェンダ干渉計のスルーポートに30dBの絶縁を与え
    るように選択されていることを特徴とする非対称光ファ
    イバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、第1光ファイバの伝搬定
    数及び第2光ファイバの伝搬定数は、所望の波長の回り
    の±60nmよりも大きなスパンにわたって、マッハ−
    ツェンダ干渉計のスルーポートに30dBの絶縁を与え
    るように選択されていることを特徴とする非対称光ファ
    イバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、第1光ファイバの第2結
    合領域における伝搬定数は、第2光ファイバの第2結合
    領域における部分の伝搬定数とは異なっていることを特
    徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、 第1光ファイバの第1結合領域における該部分は、第1
    の伝搬定数を有しており、 第2光ファイバの第1結合領域における該部分は、第1
    伝搬定数とは異なる伝搬定数を有していることを特徴と
    する非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、 第1光ファイバの第2結合領域における別の部分は、第
    1伝搬定数を有しており、 第2光ファイバの第2結合領域における別の部分は、第
    1伝搬定数とは異なる伝搬定数を有していることを特徴
    とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計において、 第1光ファイバの第2結合領域における別の部分は、第
    1伝搬定数とは異なる伝搬定数を有しており、 第2光ファイバの第2結合領域における別の部分は、第
    1伝搬定数を有していることを特徴とする非対称光ファ
    イバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第2光ファイバの該部
    分の伝搬定数は、第2光ファイバの予備的にテーパ加工
    された部分、エッチング加工された部分、あるいは、研
    磨加工された部分によって与えられることを特徴とする
    非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  11. 【請求項11】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第1結合領域の第1及
    び第2の光ファイバは、ファイバ平面において曲げられ
    て、異なる伝搬定数を与えるように構成されたことを特
    徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  12. 【請求項12】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、2つの干渉アームの各
    々にファイバブラッグ回折格子が描かれていることを特
    徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第1及び第2光ファイ
    バは、研磨加工された光ファイバを含むことを特徴とす
    る非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第1及び第2光ファイ
    バは、D字形状の断面を有する光ファイバを含むことを
    特徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉
    計。
  15. 【請求項15】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において更に、第3の光ファイバ
    を備えており、第3光ファイバは、第1及び第2結合領
    域の中の一方の結合領域において、第1及び第2光ファ
    イバに接続されていることを特徴とする非対称光ファイ
    バ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  16. 【請求項16】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第1及び第2光ファイ
    バの中の少なくとも一方の光ファイバは、感光性の光フ
    ァイバを含むことを特徴とする非対称光ファイバ・マッ
    ハ−ツェンダ干渉計。
  17. 【請求項17】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、第1及び第2光ファイ
    バは、第3の結合領域において結合されていることを特
    徴とする非対称光ファイバ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  18. 【請求項18】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、2つの干渉アームはバ
    ランスされていることを特徴とする非対称光ファイバ・
    マッハ−ツェンダ干渉計。
  19. 【請求項19】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計において、2つの干渉アームはバ
    ランスされていないことを特徴とする非対称光ファイバ
    ・マッハ−ツェンダ干渉計。
  20. 【請求項20】 請求項1記載の非対称光ファイバ・マ
    ッハ−ツェンダ干渉計を備えるマルチプレクサ/デマル
    チプレクサ。
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