JP2001124948A

JP2001124948A - 広帯域光ファイバカプラ

Info

Publication number: JP2001124948A
Application number: JP30335499A
Authority: JP
Inventors: Takashi Uetake; 孝植竹; Osamu Kobayashi; 修小林
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、従来の広帯域光フ
ァイバカプラ作製に必要なプリ延伸工程を不要とし、あ
るいはコア径・コアの屈折率・クラッド外径等の異なる
光ファイバの組み合わせが必要な広帯域光ファイバカプ
ラの製造方法を変更し、同一の光ファイバの組み合わせ
により任意の分岐比の広帯域光ファイバカプラを製造す
ることを目的とする。【解決手段】本発明は、ほぼ同じクラッド
外径の２本の光ファイバを組み合わせて、融着度を低く
し、光ファイバ同士を線融着に近い状態で融着を止め、
この状態で延伸工程に入り、所定の分岐比に達した段階
で延伸を中止することにより、任意の分岐比の広帯域光
ファイバカプラを製造するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信システム等に
おいて光信号の分岐や結合に用いられる光ファイバカプ
ラに関するもので、特に光分岐比の波長依存性の少ない
広帯域光ファイバカプラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光信号伝送技術の進歩により、１
つの光伝送路を伝播する１種類以上の光信号を複数の伝
送路に分岐したり、あるいは複数の伝送路より伝播して
きた１種類以上の光信号を結合し重塁するという要求が
ある。

【０００３】この働きをする部品の１つが光ファイバカ
プラである。この光ファイバカプラは低損失で、光の伝
送路である光ファイバとの接続性に優れ、安価であると
いう特徴を持つことが要求される。

【０００４】図１０に光結合部が対称構造をなす対称性
光ファイバカプラ（（ａ）で示す）及び非対称構造を有
する従来の広帯域光ファイバカプラ（（ｂ）及び（ｃ）
で示す）の光分岐比（結合度）の波長依存性を示す。
（ａ）で示すように基本的な対称性光ファイバカプラ
（結合部を構成する２本の光ファイバに通常同一ロット
のものを用いる）の光分岐比は、光信号の波長により０
から１００％の間を周期的に変化する。これに対し、従
来の広帯域光ファイバカプラは、２本の光ファイバの構
造パラメータ（例えば光ファイバの外径が１２５μｍの
ものと１１５μｍのものを組み合わせる等）の相違を利
用して、結合を小さくし、光分岐比の最大値を１００％
に満たない特定の値に低減し、その光分岐比の最大値付
近の平坦な部分を利用していた。図中（ｂ）で示す例
は、波長１．４μｍでの光分岐比が５０％、（ｃ）で示
す例は、波長１．４μｍでの光分岐比が２０％の広帯域
光ファイバカプラの波長特性である。これらは、（ａ）
の対称性光ファイバカプラの波長特性に比して、最大値
付近での光分岐比の変化が平坦であることがわかる。

【０００５】光ファイバカプラの製造方法はいくつか考
えられているが、石英ファイバを融着するため高温が容
易に得られるガスバーナを用いた融着・延伸による方法
が一般的である。

【０００６】広帯域光ファイバカプラの製造に当たって
は、国際出願ＰＣＴ／ＧＢ８６／００４４５にて提案さ
れた方法がある。すなわち、図１１（ａ）に示すよう
に、２本の単一モード光ファイバ５０ａ、５０ｂのう
ち、一本５０ｂを事前に延伸しておき（プリ延伸と称す
る）、その後プリ延伸していないもう一本の光ファイバ
５０ａと組み合わせて融着・延伸して図１１（ｂ）に示
すような広帯域光ファイバカプラを得るものであり、一
本の単一モード光ファイバ５０ｂの伝播定数をプリ延伸
により変化させて、２本の光ファイバの構造パラメータ
を非対称にし、光分岐比の最大値を１００％に満たない
特定の値にし、その最大値近傍での波長平坦性を利用す
るものである。なお、図１１において５１ａ、５１ｂ、
５１ｃはクラッド、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５４は
コア、５３はプリ延伸部、５５は融着延伸部である。

【０００７】しかしながら、従来のプリ延伸を用いる広
帯域光ファイバカプラの製造方法では、均一なプリ延伸
が困難であるという欠点があった。すなわち、プリ延伸
部分への均一な加熱温度制御が困難であり、精密な形状
コントロールができず、延伸された光ファイバ外径の平
坦性を得にくいかった。そのため加工時には光ファイバ
が曲がってしまうこともあり、その結果、分岐比の設定
値制御が困難であり、ひいては延伸された光ファイバに
よる光分岐比の平坦性の精度が得られ難く、生産性の歩
留まりが非常に低いという問題があった。

【０００８】以上のようなプリ延伸の問題点の改善方法
として、特開平２−１７１７０５に示されるように、互
いに異なる伝播定数を有する２本の光ファイバを互いに
等しい延伸度で延伸し、その後に融着し、しかる後にさ
らに延伸する方法、特開平２−２５９７０４に示される
ように、クラッド外径の互いに異なる２本の単一モード
光ファイバのうち一方の外径と同じ外径の光ファイバを
他方の光ファイバの両端に予め融着接続してから、２本
の光ファイバを融着・延伸する方法が提案されている。
このようなクラッド外径の互いに異なる２本の光ファイ
バを融着・延伸した場合の広帯域光ファイバカプラの結
合部の断面を図１２に示す。図において、２０ａ、２０
ｂは光ファイバ、２１ａ、２１ｂはクラッド、２２ａ、
２２ｂはコア、２３は融着延伸部を示す。しかしなが
ら、これらの提案においても、２本の光ファイバの構造
パラメータを非対称にし、光結合度の最大値を１００％
に満たない特定の値にし、その最大値近傍での波長平坦
性を利用するものである。そして融着度も依然として結
合が密になるように高くしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の同じ構造パラメ
ータの光ファイバ同士を融着し、延伸してカプラを製造
した場合のカプラの分岐比（結合度）は図１０の（ａ）
に示すように最大値１００％となり、分岐比の最大値付
近を使用するという観点からは任意の分岐比を持った広
帯域光ファイバカプラを製造できないと考えられてい
た。そのため、クラッド径等の構造パラメータを変えた
光ファイバを用意するか、予めプリ延伸した光ファイバ
と組み合わせて広帯域光ファイバカプラを製造してき
た。

【００１０】また、光ファイバ通信においては分岐比５
０％だけでなく２０％、１０％、５％、２％等種々の分
岐比の広帯域光ファイバカプラが必要とされ、分岐比を
変更する都度、コア径、比屈折率、クラッド外径等の構
造パラメータが異なる光ファイバを用意しなければなら
ず製造コストが高くなる。また、クラッド外径の異なる
光ファイバで作製された広帯域光ファイバカプラを光通
信網の中に組み込むとき、さらにカプラの両端でクラッ
ド外径の異なる光ファイバと接続しなければならず、一
般にこのような構造パラメータの異なる光ファイバ同士
の接続は技術的に容易でなく、これもコストアップの原
因になる。

【００１１】本発明は、かかる事情においてなされたも
ので、その目的は従来の広帯域光ファイバカプラ作製に
必要なプリ延伸工程を不要とし、あるいはコア径・コア
の屈折率・クラッド外径等の異なる光ファイバの組み合
わせが必要な広帯域光ファイバカプラの製造方法を変更
し、構造パラメータがほぼ同一の２本の光ファイバの組
み合わせにより任意の分岐比の広帯域光ファイバカプラ
を製造することにある。

【００１２】また、かかる広帯域光ファイバカプラを高
歩留まりで、再現性よく実現でき、製造コストを安価に
できる製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による広帯域光ファイバカプラは、２本の光
ファイバをお互いに融着し延伸することにより形成され
る広帯域光ファイバカプラにおいて、クラッド外径がほ
ぼ等しい２本の光ファイバが線接触に近い状態で融着さ
れていることを特徴とする。すなわち、カプラの結合率
が１００％であっても、光分岐比の勾配が緩やかな裾野
の部分を使用することによって、任意の分岐比の広帯域
光ファイバカプラを実現できるという新しい考え方に基
づくものである。そして、この新しい広帯域光ファイバ
カプラの構成は、構造パラメータがほぼ同じ光ファイバ
同士を極めて弱い融着度で、すなわち、線接触状態で融
着し、延伸して広帯域光ファイバカプラを作製するとい
う新しい製造方法により実現できる。なお、本願におけ
る構造パラメータはクラッド外径、コア径、比屈折率、
カットオフ波長を意味する。

【００１４】図１３に対称性光ファイバカプラの波長特
性と融着度の関係を示す。横軸は伝播光の波長を、縦軸
は分岐比（結合度）と損失を示す。実線（ａ）は融着度
が強い場合で融着部は楕円形状に近くなる。破線（ｂ）
は融着度が弱い場合で、融着部でも２本の光ファイバは
原形に近い状態を保持している。この場合、結合度１０
０％を示す波長は融着度が強い場合に比して結合波長が
ブロードになる。本発明はこの融着度が極端に弱く、殆
ど線融着の状態を用いる。結合度１００％の波長はかな
り高波長側になり（数μｍ以上）、低波長側の裾野は結
合度が低く、勾配も緩やかになるので、この状態を用い
るものである。

【００１５】また、光分岐比が波長と共にほぼ単調に増
加し、かつ１．３μｍ〜１．５５μｍで変化量が１０％
以内であることを特徴とする。上記結合度の低い低波長
側の裾野において、本発明の構成により具体的に得られ
た平坦な特性を用いるものである。

【００１６】また、上記課題を解決するために、本発明
による広帯域光ファイバカプラの製造方法は、２本の光
ファイバをお互いに融着し延伸することにより形成する
広帯域光ファイバカプラの製造方法において、クラッド
外径がほぼ等しい２本の光ファイバを１５００℃以上の
温度で線接触に近い状態に止める融着を行い、この状態
から加熱温度を低くして延伸を行い、モニタ光源からの
所定の波長の光で所定の分岐比に到達した段階で延伸を
中止することを特徴とする。これにより融着度が極端に
弱く、殆ど線融着の状態の広帯域光ファイバカプラを得
ることができる。

【００１７】また、所定の波長とは例えば１．５５μｍ
であり、所定の分岐比とは１〜２０％であり、かつ分岐
比は１．３μｍ〜１．５５μｍで波長とともにほぼ単調
に増加し、その変化量が２０％以内であることを特徴と
する。上記結合度の低い低波長側の裾野において、具体
的に実現できた平坦な特性を利用するものである。

【００１８】また、電熱式セラミックマイクロヒータを
用いて融着及び延伸を行うことを特徴とする。従来のガ
スバーナを用いる製造方法に変えて、電熱式セラミック
マイクロヒータを用いることにより、融着延伸部の均一
な加熱が可能になり、かつ温度制御及び延伸の制御が可
能であり、さらに、光透過度、光結合度をモニタしなが
ら上記制御を行えるので、所望の広帯域光ファイバカプ
ラを高歩留まりで、しかも再現性よく製造することがで
きる。すなわち、線接触に近い融着状態の量産化は、電
熱式セラミックマイクロヒータを用いて光ファイバの融
着・延伸工程を精密に制御することで実現可能となった
ものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、ほぼ同じクラッド外径
の２本の光ファイバを組み合わせて、融着度を低くし、
光ファイバ同士を線融着に近い状態の融着を行い、この
状態で延伸工程に入り、所定の分岐比に達した段階で延
伸を中止することにより、任意の分岐比の広帯域光ファ
イバカプラを製造するものである。以下に、図面に基づ
き、実施例を説明する。

【００２０】

【実施例１】図１に本発明に係わる広帯域光ファイバカ
プラの結合部の構造を示す。図１において、１ａ、１ｂ
は光ファイバで、２本の光ファイバ１ａ、１ｂの構造パ
ラメータ（クラッド外径、コア径、比屈折率、カットオ
フ波長）は同一である。２ａ，２ｂはクラッドで、クラ
ッド外径は１２５μｍである。３ａ，３ｂはコアで、比
屈折率Δ＝０．３％、コア径６．５μｍである。４は融
着延伸部であり、クラッド外径、コア径共、延伸されて
細くなっている。この融着延伸部４の断面を図２に示
す。図１と同じ部位には同じ符号を付した。本実施例の
光カプラは図２（ａ）に示すように、融着度が低く、断
面で見れば点融着に近い状態、すなわち光ファイバ同士
は線融着に近い状態になっている。融着の度合いは２本
の光ファイバの融着前後の幅の減少が５％以内（図２
（ｂ）に示すように、クラッド外径をＬ、融着前後の幅
の減少をｘとすると、ｘ／２Ｌが５％以内）、最大でも
１０％以下である。

【００２１】かかる広帯域光ファイバカプラを製造する
には、図３に示すように、２本の同じ構造パラメータ
（クラッド外径、コア径、比屈折率、カットオフ波長）
の光ファイバ１ａ，１ｂを平行に接触させて並べ、図４
に示す光ファイバカプラ製造装置を用いて融着、延伸す
る。図３において、図１と同じ部位には同じ符号を用い
た。図４において、２本の光ファイバ１ａ，１ｂを平行
に接触させて並べ、両側をそれぞれファイバクランプ５
ａ，５ｂで固定する。一方のファイバクランプ５ｂは延
伸ステージ６に搭載され、光ファイバ１ａ，１ｂの長手
方向に移動可能になっている。コの字型のマイクロヒー
タ７を２本の光ファイバ１ａ，１ｂの接触部を加熱する
ように、接触部がコの字の中心付近に来るように設置
し、電源８から電流をマイクロヒータ７に供給して上記
接触部を加熱する。電源８からの供給電力及び延伸ステ
ージ６の移動はコントローラ９により制御される。１本
の光ファイバ１ａの一端に１．５５μｍのレーザーダイ
オード光源１０（モニタ光源）が接続され、他端に受光
器１１ａが接続され、他の光ファイバ１ｂの片側（上記
光ファイバ１ａの受光器１１ａ側）に受光器１１ｂが接
続され、それぞれ、モニタ光源１０からの所定の波長
（１．５５μｍ）における光透過度、光結合度を測定可
能である。この光透過度、光結合度はコントローラ９に
フィードバックされる。本実施例におけるマイクロヒー
タ７は図５のような炉内温度分布を持っており、中心温
度約１５５０℃では加熱幅１０ｍｍで１３５０℃以上を
保持できる。

【００２２】この加工工程を図６に示す。最初約１１５
０℃で予熱し、その後約１６５０℃で融着する。まず、
融着温度と時間をパラメータとして融着を行い、延伸工
程に入る前にマイクロヒータ７の外に出して融着状態を
顕微鏡で観察し、観察データに基づいて最適な融着温度
と時間を決定し、コントローラに記憶させる。一度融着
温度と時間を決定し、コントローラに記憶させた後の実
際の製造工程では光ファイバをマイクロヒータ７の外に
取り出すことはしないで融着から連続して延伸工程に入
る。延伸は加熱温度を約１４００℃に下げて行う。モニ
タ光源１０からの所定の波長１．５５μｍで分岐比（結
合度）を測定しつつ延伸を行う。延伸と共に分岐比は低
下し、所定の分岐比Ｘ１＝１０％になった時点で延伸を
終了する。

【００２３】このようにして作製した広帯域光ファイバ
カプラの波長特性を図７に示す。図７において、波長
１．１μｍ〜１．７μｍの範囲で分岐比（結合度）はほ
ぼ単調に増加しており、かつ、分岐比は２〜１２％に収
まっている。使用波長領域１．３μｍ〜１．５５μｍの
範囲では分岐比５〜１０％に収まっており（すなわち変
化量は５％以内である）、十分平坦であるといえ、広帯
域光ファイバカプラとして実用的であることがわかる。
ロット間のばらつきを考慮しても大部分は２０％以内に
収められる。

【００２４】

【実施例２】本実施例では、分岐比Ｘ２＝５％の場合を
説明する。分岐比Ｘ２＝５％になった時点で延伸を終了
することを除いて実施例１と同様である。分岐比Ｘ２＝
５％の広帯域光ファイバカプラの波長特性を図８に示
す。波長１．１μｍから１．７μｍの範囲で分岐比はほ
ぼ単調に増加しており、かつ、分岐比は２〜７％に収ま
っている。使用波長領域１．３μｍから１．５５μｍの
範囲では分岐比２．５〜５％に収まっており（すなわち
変化量は３．５％以内である）、十分平坦であるといえ
る。広帯域光ファイバカプラとして実用的であることが
わかる。実施例１及び２によれば、分岐比の異なる構造
パラメータの光ファイバを使用することなく、延伸を終
了する分岐比の設定を変えるだけで希望する分岐比の広
帯域光ファイバカプラを製造できる。

【００２５】

【実施例３】本実施例では、クラッド外径が同じで構造
パラメータ（コア径、比屈折率、カットオフ波長）が異
なる２本の光ファイバを融着伸延して広帯域光ファイバ
カプラを製作する場合を説明する。２本の光ファイバの
構造パラメータが異なることを除いて実施例１と同様で
ある。具体的な構造パラメータはコア径のみ変更した光
ファイバで、コア径は１ａでは６μｍ、１ｂでは１０μ
ｍである。本実施例で製作した広帯域光ファイバカプラ
の波長特性を図９に示す。波長１．１μｍ〜１．７μｍ
の範囲で分岐比はほぼ単調に増加しており、かつ、１．
３μｍ〜１．５５μｍの範囲で分岐比は４〜９％に収ま
っている（すなわち変化量は５％以内である）。このよ
うに、構造パラメータの異なる光ファイバの組み合わせ
でもなんら問題なく広帯域光ファイバカプラを製造可能
であることがわかる。

【００２６】以上の実施例の他にも、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で広帯域光ファイバカプラの構成或は製法
に変更を加え得ることは明白である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、カ
プラの結合率が１００％であっても、光分岐比の勾配が
緩やかな裾野の部分を使用するという新しい構成で、任
意の分岐比の広帯域光ファイバカプラを提供することが
できる。

【００２８】また、かかる新しい構成の広帯域光ファイ
バカプラを製造するために、構造パラメータがほぼ同一
の光ファイバ同士を極めて弱い融着度で、すなわち、線
接触状態で融着し、延伸して広帯域光ファイバカプラを
作製するという新しい製造方法を提供することができ
る。すなわち、本発明の広帯域光ファイバカプラは、ク
ラッド外径がほぼ同じ２本の光ファイバを用いて一方を
プリ延伸することなく、そのまま組み合わせて融着・延
伸して作製するものである。

【００２９】また、電熱式セラミックマイクロヒータを
用いて光ファイバの結合部を精密に温度コントロールす
ることにより、このような線接触状態を高歩留まりで、
再現性よく実現できる。安定した特性の広帯域光ファイ
バカプラが簡単に製造でき、作業時間の短縮、外部光装
置との接続も簡単に行うことが出来、製造コストも安価
にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による広帯域光ファイバカプラの結合部
の構造を示す図

【図２】本発明による広帯域光ファイバカプラの融着延
伸部の断面図

【図３】本発明による広帯域光ファイバカプラの製造方
法を説明するための図

【図４】光ファイバカプラ製造装置の構成を示す図

【図５】マイクロヒータの炉内温度分布を示す図

【図６】光ファイバカプラ製造装置による加工工程を示
す図

【図７】実施例１における広帯域光ファイバカプラの波
長特性を示す図

【図８】実施例２における広帯域光ファイバカプラの波
長特性を示す図

【図９】実施例３における広帯域光ファイバカプラの波
長特性を示す図

【図１０】従来の対称性光ファイバカプラと非対称性広
帯域光ファイバカプラの光分岐比の波長依存性を示す図

【図１１】従来の広帯域光ファイバカプラの製造方法を
説明するための図

【図１２】従来の広帯域光ファイバカプラの結合部の断
面図

【図１３】対称性光ファイバカプラの波長特性と融着度
の関係を示す図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ光ファイバ２ａ，２ｂクラッド３ａ，３ｂコア４融着延伸部５ａ，５ｂファイバクランプ６延伸ステージ７マイクロヒータ８電源９コントローラ１０レーザダイオード光源１１ａ，１１ｂ受光器２０ａ，２０ｂ光ファイバ２１ａ，２１ｂクラッド２２ａ，２２ｂコア２３融着延伸部５０ａ，５０ｂ単一モード光ファイバ５１ａ，５１ｂクラッド５２ａ，５２ｂ，５２ｃコア５３プリ延伸部５４コア５５融着延伸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２本の光ファイバをお互いに融着し延伸
することにより形成される広帯域光ファイバカプラにお
いて、クラッド外径がほぼ等しい２本の光ファイバが線
接触に近い状態で融着されていることを特徴とする広帯
域光ファイバカプラ。
【請求項２】光分岐比が波長と共にほぼ単調に増加
し、かつ１．３μｍから１．５５μｍで変化量が２０％
以内であることを特徴とする請求項１記載の広帯域光フ
ァイバカプラ。
【請求項３】２本の光ファイバをお互いに融着し延伸
することにより形成する広帯域光ファイバカプラの製造
方法において、クラッド外径がほぼ等しい２本の光ファ
イバを１５００℃以上の温度で線接触に近い状態に融着
し、この状態から加熱温度を低下して延伸を行い、モニ
タ光源からの所定の波長の光で所定の分岐比に到達した
段階で延伸を中止することを特徴とする広帯域光ファイ
バカプラの製造方法。
【請求項４】所定の波長とは１．３μｍ〜１．５５μ
ｍ等カプラ製造に使用する波長であり、所定の分岐比と
は１〜２０％であり、かつ分岐比は１．３μｍ〜１．５
５μｍで波長とともにほぼ単調に増加し、その変化量が
２０％以内であることを特徴とする請求項３記載の広帯
域光ファイバカプラの製造方法。
【請求項５】電熱式セラミックマイクロヒータを用
い、前記所定の波長の光で分岐比を監視し、加熱温度と
延伸の長さを制御しながら融着及び延伸を行うことを特
徴とする請求項３又は４記載の広帯域光ファイバカプラ
の製造方法。