JP2002174739A - 光ファイバグレーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な損失特性を容易に実現でき、小型化な
どを図ることができるデバイスを提供する。 【解決手段】 コア１２ａとその外周上に設けられたク
ラッド１２ｂとを備え、該コアを入射方向と同方向に伝
搬する導波モードと、該導波モードと同方向に伝搬する
クラッドモードとを結合させて損失させる特性を備えた
第１ないし第３のグレーティング部１２、１３、１４
が、コア１５ａ、１６ａとその外周上に設けられたクラ
ッド１５ｂ、１６ｂとを備え、該クラッド１５ｂ、１６
ｂにクラッドモードを吸収するドーパントが添加された
クラッドモード吸収部１５、１６を介して接続されてい
ることを特徴とする光ファイバグレーティング１１を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報通信分野で
用いられる光アンプの利得等化器などとして利用されて
いる光ファイバグレーティングに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバグレーティングは、コアとそ
の外周上に設けられたクラッドとを備えた光ファイバの
長さ方向にそって、前記コアまたはクラッドの少なくと
も一部に例えば屈折率の周期的な変化などを形成したグ
レーティング部を備えているものである。例えばゲルマ
ニウム添加石英ガラスに波長２４０ｎｍ付近の紫外線を
照射すると、屈折率が上昇するフォトリフラクティブ効
果を利用して製造することができる。この製造方法によ
って製造したグレーティングを紫外線誘起型とよぶ。そ
して、利得等化器などに主に用いられている長周期型光
ファイバグレーティングは、コアをその入射方向と同方
向に伝搬するモード（以下、導波モードという）と、コ
アの外周上に設けられたクラッドを同方向に伝搬するク
ラッドモードとを結合させることによって、所定の波長
帯の光を損失させる特性を備えている。一般的な長周期
型光ファイバグレーティング、すなわち均一なグレーテ
ィング間隔を備えた長周期型光ファイバグレーティング
ひとつで得られる損失の波長依存性（波長と損失との関
係）を示したグラフにおいて、得られる損失ピークは単
峰型である。

【０００３】一方、利得等化器などにおいては、複雑な
損失特性（損失の波長依存性）、すなわち利得等化特性
を要求される場合がある。そのため、以下のようなデバ
イスが用いられている。 （１）直列接続型デバイス：複数の光ファイバグレーテ
ィングを直接、直列接続して、それぞれの損失特性を併
せ持つデバイスとしたもの。各光ファイバグレーティン
グの損失特性の和がこのデバイスの損失特性となる。図
５はこのデバイスの構成の一例を示したもので、このデ
バイス１は、第１の光ファイバグレーティング２と第２
の光ファイバグレーティング３とがピグテイルファイバ
５を介して接続され、第２の光ファイバグレーティング
３と第３の光ファイバグレーティング４とがピグテイル
ファイバ６を介して接続され、さらにこれらがケース７
に収められて形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）においては、デバイスのサイズが大きくなるとい
う問題があった。すなわち、図５に示したように第１の
光ファイバグレーティング２において、導波モードと結
合したクラッドモードがピグテイルファイバ５を伝搬
し、光ファイバグレーティング３に入射するまでの間に
消失しなければ、このクラッドモードが第２の光ファイ
バグレーティング３の特性に影響を与え、所望の損失特
性が得られない。第２の光ファイバグレーティング３と
第３の光ファイバグレーティング４との間においても同
様である。

【０００５】したがって、このデバイス１においては、
ピグテイルファイバ５、６を長くして、ピグテイルファ
イバ５、６を伝搬中にクラッドモードを十分に減衰させ
る必要があった。その結果、図５に示したように、ケー
ス７においては、第１ないし第３の光ファイバグレーテ
ィング２、３、４を収めるスペースのみならず、ピグテ
イルファイバ５、６を巻き回して収めるスペースが必要
であった。これは、高密度化、デバイスやモジュールの
小型化などにおいて不利であった。また、独立した第１
ないし第３の光ファイバグレーティング２、３、４をピ
グテイルファイバ５、６を介して接続する結果、総ファ
イバ長が長くなる。したがって、特に第１ないし第３の
光ファイバグレーティング２、３、４との接続損失が小
さな光ファイバを用いるピグテイルファイバ５、６の伝
送損失が大きいと、デバイスの過剰損失が増加するとい
う問題があった。

【０００６】そこで、小型化を図れるものとして、以下
のようなものが提案された。 （２）位相シフト型光ファイバグレーティング：単一の
光ファイバグレーティングからなる広帯域利得等化器で
あって、グレーティング部内の一箇所または複数箇所に
おいて、例えば屈折率変化の周期などのいわゆるグレー
ティング周期が変更されており、その結果、位相のシフ
トを行うものである。そして、そのシフト量や位相シフ
トを導入する位置、グレーティングの総段数を変化させ
ることによって、単一の光ファイバグレーティングまた
は複数の通常の光ファイバグレーティングを組み合わせ
た場合と比較して、複雑な損失特性を実現することがで
きる。 （３）クラッドモード変更型デバイス（特開平１１−３
２６６６８号公報に開示）：単一デバイス上に複数のグ
レーティング部が形成され、それぞれのグレーティング
部において、導波モードと結合させるクラッドモード
（クラッドモードの次数）が異なるデバイスである。ク
ラッドモードの次数を異なるものにすることによって、
グレーティング部間のクラッドモードの干渉を低減し、
各グレーティング部の損失特性の和に近い損失特性が得
られる。

【０００７】しかしながら、前記（２）の位相シフト型
は、損失特性が位相シフト量に対して非常に敏感である
という欠点があった。特に、紫外線誘起型のものを製造
するにおいては、光学特性の長期安定性を確保するため
に加熱エージング工程が必須である。そして、この工程
中に屈折率が変化し、この変化に伴って位相シフト量が
変化してしまう可能性がある。その結果、損失特性が大
きく変動し、安定な製造が困難であるという問題があっ
た。また、グレーティング部内において、位相シフトは
その位置が離散的にしか選択することができないため、
設計の自由度が低いという欠点があった。

【０００８】前記（３）のクラッドモード変更型におい
ては、前記（１）と比較すると小型化を図ることがで
き、前記（２）と比較すると安定な製造が可能である。
しかしながら、実際には、グレーティング部は、相互に
わずかずつ光学特性に影響を及ぼし、全体として無視で
きないほどの干渉の影響が生じる場合がある。したがっ
て、設計どおりの損失特性が得られず、実験的に補正す
る処置が必要となる場合があり、製造効率が低下すると
いう問題があった。また、グレーティング部毎に導波モ
ードと結合させるクラッドモードを変更して設計するた
め、クラッドモードの選択の幅が限定され、その結果、
設計条件が限定されるという問題があった。すなわち、
例えば、特に損失させる波長帯域が広い場合、モード結
合によって生じる損失ピークの近傍に、別のクラッドモ
ードとの結合による損失ピークを生じ、不都合となる場
合があった。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、複雑な損失特性を容易に実現できるデバイスを提供
することを課題とする。そして、この特性を備えた上
で、以下に示す少なくともひとつの課題を解決するデバ
イスを提供することを課題とする。小型化を図ることが
できるデバイスを提供する。過剰損失の小さいデバイス
を提供する。安定に製造することができるデバイスを提
供する。設計が容易なデバイスを提供する。製造後に実
験的に特性を補正する必要が生じないデバイスを提供す
る。設計の自由度が高いデバイスを提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光ファイバグレーティングは、コアとその
外周上に設けられたクラッドとを備え、該コアを入射方
向と同方向に伝搬する導波モードと、該導波モードと同
方向に伝搬するクラッドモードとを結合させて損失させ
る特性を備えた複数のグレーティング部が、コアとその
外周上に設けられたクラッドとを備え、該クラッドにク
ラッドモードを吸収するドーパントが添加されたクラッ
ドモード吸収部を介して接続されていることを特徴とす
る。また、前記クラッドモード吸収部において、クラッ
ドモードが３０ｄＢ以上減衰するものであると好まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の光ファイバグレー
ティングの一例を示したもので、この光ファイバグレー
ティング１１は、第１のグレーティング部１２と第２の
グレーティング部１３と第３のグレーティング部１４と
が、その長さ方向と平行に一列に配列され、かつ、この
第１のグレーティング部１２と第２のグレーティング部
１３とがクラッドモード吸収部１５を介して接続され、
この第２のグレーティング部１３と前記第３のグレーテ
ィング部１４とがクラッドモード吸収部１６を介して接
続されている。そして、これらがひとつのケース１７に
収められて構成されている。

【００１２】この例において、第１のグレーティング部
１２、第２のグレーティング部１３、第３のグレーティ
ング部１４は、同じ外径と屈折率分布を備えた３本の材
料ファイバに、それぞれ損失特性が異なるグレーティン
グ部を形成したものである。例えば、第１のグレーティ
ング部１２は、コア１２ａがゲルマニウム添加石英ガラ
スからなり、その外周上に設けられたクラッド１２ａが
純粋石英ガラスからなる材料ファイバに、その長さ方向
にそって、所定の周期で波長２４０ｎｍ付近の紫外線を
照射することによって形成したものである。第２のグレ
ーティング部１３、第３のグレーティング部１４におい
ても同様である。

【００１３】なお、ゲルマニウムは上述のようにフォト
リフラクティブ効果を生じる他、添加するのみで屈折率
を上昇させる作用を備えているため、コア１２ａの屈折
率の調整のために通常添加されているものである。第１
ないし第３のグレーティング部１２、１３、１４の損失
特性は、グレーティング周期、グレーティング数（段
数）、屈折率変化量などによって変更することができ
る。なお、この例においてはコアの屈折率を変化させて
いるが、設計条件によっては、少なくともコアの一部ま
たはクラッドの一部の一方または両方の屈折率を変化さ
せたグレーティング部を形成することもできる。

【００１４】この例において、クラッドモード吸収部１
５、１６は、第１ないし第３のグレーティング部１２、
１３、１４と等しい外径を備え、かつモードフィールド
径が等しくなるように屈折率分布が調整されたものであ
る。なお、シングルモード光ファイバはコアと光が伝搬
する領域とが同一ではなく、この光が伝搬する領域をモ
ードフィールド径という。シングルモード光ファイバの
接続は光の強度分布のパターンによって決定されるた
め、接続損失の観点において、モードフィールド径は重
要なパラメータである。よって、第１ないし第３のグレ
ーティング部１２、１３、１４と同じ外径と屈折率分布
の光ファイバを用いることにより、接続損失を低下させ
ることができる。クラッドモード吸収部１５はコア１５
ａとその外周上に設けられたクラッド１５ｂとからな
り、クラッド１５ｂにクラッドモードを吸収するドーパ
ントが添加されている。なお、コア１５ａは例えばゲル
マニウム添加石英ガラスから構成されている。クラッド
モード吸収部１６も同様であって、コア１６ａとクラッ
ド１６ｂとからなり、クラッド１６ｂにクラッドモード
を吸収するドーパントが添加されている。

【００１５】クラッドモードを吸収するドーパントとし
ては、例えばＣｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｕ
などの遷移金属などを例示することができる。これら例
示したドーパントは波長９００〜１６００ｎｍ付近にか
けてなだらかな吸収特性を示す。したがって、この波長
帯内で通信を行う用途に用いることができ、一般的な光
通信システムであれば十分に適用できる。また、１．５
５μｍ帯において通信を行う用途に用いる場合には、
１．５４μｍ付近に吸収帯を備えた希土類元素であるＥ
ｒなどを用いることもできる。

【００１６】図２はクラッドモード吸収部１５、１６の
クラッド１５ｂ、１６ｂに添加するドーパントの１．５
５μｍ帯における透過特性を示したグラフである。Ｃｏ
の濃度は３００００ｐｐｍ、１５０００ｐｐｍ、３００
０ｐｐｍである。このグラフより、Ｃｏ濃度が高くなる
程、またクラッドモード吸収部１５、１６の長さが長く
なる程、透過損失が増加している。クラッドモード吸収
部１５、１６においては、それぞれクラッドモードが３
０ｄＢ以上、好ましくは４０ｄＢ以上、実質的には５０
ｄＢ程度減衰するように、そのドーパントの添加量と長
さを調整すると好ましい。３０ｄＢ未満の場合は十分に
クラッドモードを減衰させることができず、第１のグレ
ーティング部１２の特性が第２のグレーティング部１３
の特性に影響し、また第２のグレーティング部１３の特
性が第３のグレーティング部１４の特性に影響するため
不都合である。

【００１７】なお、クラッドモード吸収部１５、１６の
長さは好ましくは２〜１０ｍｍ、さらに好ましくは４〜
７ｍｍとされる。２ｍｍ未満ではクラッドモードを十分
に抑制することができない場合があり、また１０ｍｍを
こえると十分に小型化できなくなったり、過剰損失が大
きくなるため、不都合となる場合がある。また、クラッ
ド１５ｂ、１６ｂに添加するクラッドモードを吸収する
ドーパントの濃度は特に限定せず、ドーパントの種類や
クラッドモード吸収部１５、１６の長さなどによって適
宜調整すると好ましい。Ｃｏの場合は例えば５０００〜
５００００ｐｐｍ、好ましくは１００００〜３００００
ｐｐｍとされる。５０００ｐｐｍ未満では十分にクラッ
ドモードを吸収することができない場合があり、５００
００ｐｐｍをこえると材料ファイバ自体を安定に製造す
ることが困難となる。なお、図２に示したグラフより、
例えばＣｏの濃度が１５０００ｐｐｍで、長さ５ｍｍの
クラッドモード吸収部１５、１６を用いれば、クラッド
モードを３０ｄＢ以上減衰させることができる。このよ
うに短い長さであっても効果が得られるため、デバイス
を小型化することができ、かつピグテイルファイバ１
８、１８の伝送損失に起因する過剰損失も小さくなる。

【００１８】なお、第１ないし第３のグレーティング部
１２、１３、１４とクラッドモード吸収部１５、１６と
の接続においては、単にこれらの端面を研磨し、突き合
わせて接続することもできるし、融着接続などの他の公
知の方法によって接続することもできる。また、第１の
グレーティング部１２の片端と、第３のグレーティング
部１４の片端に接続され、ケース１７から外部に延びる
ピグテイルファイバ１８、１８の外周上には、通常プラ
スチックからなる保護被覆層（図示せず）が設けられて
いる。また、ケース１７は、例えば金属、ガラス、また
はセラミックスなどからなる公知のものを用いることが
できる。

【００１９】この光ファイバグレーティング１１におい
ては、第１のグレーティング部１２に入射した導波モー
ドのうち、所定の波長帯の導波モードがクラッドモード
に結合し、損失する。そして、このクラッドモードはク
ラッドモード吸収部１５において、クラッド１５ｂに吸
収されることによって減衰する。そして、他の導波モー
ドはクラッドモード吸収部１５を経て第２のグレーティ
ング部１３に至り、ここで、さらに所定の波長帯の導波
モードがクラッドモードに結合し、このクラッドモード
がクラッドモード吸収部１６のクラッド１６ｂに吸収さ
れることによって減衰する。そして、クラッドモードと
結合しなかった導波モードはさらに第３のグレーティン
グ部１４に至り、所定の波長帯の導波モードがクラッド
モードに結合し、他の導波モードが第３のグレーティン
グ部１４の出射端から出射する。そして、第１ないし第
３のグレーティング部１２、１３、１４の損失特性の和
にほぼ等しい損失特性を備えた出射光が得られる。

【００２０】このように本発明の光ファイバグレーティ
ングにおいては、損失特性の異なる第１ないし第３のグ
レーティング部１２、１３、１４の組み合わせにより、
複雑な損失特性を実現することができる。そして、これ
ら第１ないし第３のグレーティング部１２、１３、１４
の間にクラッドモード吸収部１５、１６を設けることに
より、第１のグレーティング部１２において、導波モー
ドと結合したクラッドモードを、クラッドモード吸収部
１５において十分に減衰させることができる。したがっ
て、必要な導波モードのみを第２のグレーティング部１
３に導くことができ、前記クラッドモードの影響を抑制
することができる。そして、同様に、クラッドモード吸
収部１６において、第２のグレーティング部１３におい
て、導波モードと結合したクラッドモードを十分に減衰
させることができる。したがって、必要な導波モードの
みを第３のグレーティング部１４に導くことができ、前
記クラッドモードの影響を抑制することができる

【００２１】また、第１ないし第３のグレーティング部
１２、１３、１４の相互間の影響が少ないため、この光
ファイバグレーティングの損失特性は、これら第１ない
し第３のグレーティング部１２、１３、１４の損失特性
の和と近いものとなり、設計が容易となり、また、製造
後に実験的に特性を補正する必要が生じにくい。また、
第１ないし第３のグレーティング部１２、１３、１４の
損失特性が製造時に大きく変化することがないため、安
定に製造することができる。また、従来技術で示したよ
うなクラッドモードの次数などの制限がないため、比較
的設計の自由度が高くなる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。材料ファィバである３本の株式会社フジクラ製１.
３μｍ単一モードファィバに、ＵＶレーザ光源にＫｒＦ
エキシマレーザを使用して、損失特性の異なる紫外線誘
起型の第１ないし第３のグレーティング部をそれぞれ形
成した。なお、この材料ファイバはコアがゲルマニウム
添加石英ガラスからなり、クラッドが純粋石英ガラスか
らなるステップ型の屈折率分布を備えたもので、その外
径は１２５μｍであった。表１にそれぞれのグレーティ
ング周期およびグレーティング数（段数）を示した。な
お、これら第１ないし第３のグレーティング部において
は導波モード（ＬＰ０１モード）を、クラッドモード
（ＬＰ０８モード）と結合させるように設計した。

【００２３】

【表１】

【００２４】図３は、これら第１ないし第３のグレーテ
ィング部の損失特性の測定値を示したグラフである。こ
のグラフには、さらに第１ないし第３のグレーティング
部の損失特性の測定値の和の計算値が示されている。一
方、目標特性値とはこれら第１ないし第３のグレーティ
ング部を備えた光ファイバグレーティングについての目
標特性値であって、前記測定値の和とほぼ一致してい
る。

【００２５】これらの第１ないし第３のグレーティング
部を用いて、図１に示したものと同様の光ファイバグレ
ーティングを製造した。ふたつのクラッドモード吸収部
には、それぞれ、前記材料ファイバと同じ外径と屈折率
分布を備え、かつクラッドにＣｏを３００００ｐｐｍ添
加した長さ４ｍｍのものを用いた。

【００２６】図４は、この光ファイバグレーティングの
損失特性を示したグラフである。このグラフには、図３
のグラフにも示した第１ないし第３のグレーティング部
の損失特性の測定値の和の計算値を示した。光ファイバ
グレーティングの損失特性は、前記測定値の和によく一
致している。したがって、この光ファイバグレーティン
グにおいては、製造時などに第１ないし第３のグレーテ
ィング部の損失特性が変化せず、それぞれの損失特性の
和が得られることが明らかとなった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
損失特性の異なる複数のグレーティング部の組み合わせ
により、複雑な損失特性を実現することができる。そし
て、これらのグレーティング部の間にクラッドモード吸
収部を設けることにより、このグレーティング吸収部に
おいて、グレーティング部において導波モードと結合し
たクラッドモードを十分に減衰させることができ、他の
グレーティング部に対する前記クラッドモードの影響を
抑制することができる。このように、複数のグレーティ
ング部の相互間の影響が少ないため、本発明の光ファイ
バグレーティングの損失特性は、これらのグレーティン
グ部の損失特性の和と近いものとなり、設計が容易とな
り、また、製造後に実験的に特性を補正する必要がな
い。また、グレーティング部の損失特性が製造時に大き
く変化することがないため、安定に製造することができ
る。また、クラッドモードの次数などの制限がないた
め、比較的設計の自由度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光ファイバグレーティングの一例を
示した側断面図である。

【図２】 クラッドモード吸収部の特性の一例を示した
グラフである。

【図３】 実施例に用いた第１ないし第３のグレーティ
ング部の損失特性の測定値を示したグラフである。

【図４】 実施例の光ファイバグレーティングの損失特
性を示したグラフである。

【図５】 従来のデバイスの構成の一例を示した一部断
面図である。

【符号の説明】

１１…光ファイバグレーティング、１２…第１のグレー
ティング部、１３…第２のグレーティング部、１４…第
３のグレーティング部、１５、１６…クラッドモード吸
収部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西出 研二 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 和田 朗 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2H049 AA02 AA33 AA45 AA51 AA59 AA62 AA66 2H050 AB05X AB18Y AC03 AC82 AC84 AD00 AD03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとその外周上に設けられたクラッド
   とを備え、該コアを入射方向と同方向に伝搬する導波モ
   ードと、該導波モードと同方向に伝搬するクラッドモー
   ドとを結合させて損失させる特性を備えた複数のグレー
   ティング部が、コアとその外周上に設けられたクラッド
   とを備え、該クラッドにクラッドモードを吸収するドー
   パントが添加されたクラッドモード吸収部を介して接続
   されていることを特徴とする光ファイバグレーティン
   グ。
2. 【請求項２】 前記クラッドモード吸収部において、ク
   ラッドモードが３０ｄＢ以上減衰するものであることを
   特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティン
   グ。