JP2002243971A - フォトニッククリスタルファイバの接続方法及びその接続構造体並びにその接続構造体の構成部材 - Google Patents
フォトニッククリスタルファイバの接続方法及びその接続構造体並びにその接続構造体の構成部材Info
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Abstract
ニッククリスタルファイバを、モードフィールド径が相
対的に大きい被接続光ファイバに低接続損失で接続する
方法を提供する。 【解決手段】 フォトニッククリスタルファイバ10
を、そのフォトニッククリスタルファイバ10のモード
フィールド径d1よりも大きいモードフィールド径d2を
有する被接続光ファイバ20に接続する方法において、
フォトニッククリスタルファイバ10のモードフィール
ド径d1と被接続光ファイバ20のモードフィールド径
d2との中間のモードフィールド径d3を有するバッファ
光ファイバ30の一端33にフォトニッククリスタルフ
ァイバ10の接続端14を接続する一方、バッファ光フ
ァイバ30の他端34に被接続光ファイバ20の接続端
23を接続する。
Description
スタルファイバ(以下「PC(photonic crystal)フ
ァイバ」と称する)の接続方法及びその接続構造体並び
にその接続構造体の構成部材に関する。
FD」と称する)が大小異なる一対の光ファイバf1,
f2を接続する場合、両ファイバf1,f2を単純に融着
接続すると、図8に示すように、接続部cで光の放射が
起こり、それによって多大の接続損失を生じてしまうこ
ととなる。これに対して、融着接続時の加熱時間を長く
設定したり、加熱温度を高く設定したり、或いは接続部
cを追加加熱したりすることにより、図9(a)に示す
ように、接続部cにおける両ファイバf1,f2の各コア
にドープされたゲルマニウム(Ge)をクラッド側に拡
散させてそれぞれのMFDを拡大し、それらの大小差を
縮小して接続損失の低減を図るようにした光ファイバの
接続方法がある。同様に、MFDが小さい方の光ファイ
バf2の接続端を予め加熱することにより、図9(b)
に示すように、コアにドープされたゲルマニウム(G
e)をクラッド側に拡散させてMFDを拡大し、それを
MFDが大きい方の光ファイバf1の接続端に接続する
ようにした光ファイバの接続方法もある。
な波長分散を発現する光ファイバとして、PCファイバ
が注目を集めつつある。このPCファイバは、ファイバ
中心を長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコ
アを覆うように設けられそのコアに沿って延びる多数の
細孔を有するクラッドとを備えており、このクラッドが
二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリ
スタル構造を構成するものである。
〜5μm程度のものを、MFDが約10μm程度の光フ
ァイバに接続するような場合、上記に示したような接続
方法によっては接続損失を低く抑えることができないと
いう問題がある。すなわち、コアにゲルマニウム(G
e)等がドープされていないPCファイバは、コア及び
クラッドが共に石英(SiO2)のみで構成されること
となるものの、クラッドが多数の細孔を有するためにコ
アよりも等価的に屈折率が低くなり、それによって全反
射現象によりコアで光を伝搬するものであると共に、ク
ラッドのフォトニッククリスタル構造による効果によっ
てコアで光を伝搬するものであり、従って、基本的にゲ
ルマニウム(Ge)等を拡散させるということができ
ず、また、MFDを拡大させるべくこのPCファイバの
接続端を長時間加熱したり高温度加熱したりすると、ク
ラッドの多数の細孔が封止されて接続端が石英塊とな
り、そこから光が散逸して却って大きな接続損失を生じ
てしまうこととなる。そして、コアにゲルマニウム(G
e)等がドープされたPCファイバでは、コアの周囲に
多数の細孔を有するため、ゲルマニウム(Ge)等の拡
散が円滑に営まれないこととなる。
であり、その目的とするところは、MFDが相対的に小
さいPCファイバを、MFDが相対的に大きい被接続光
ファイバに低接続損失で接続する方法及びPCファイバ
の接続構造体並びのかかる接続構造体を形成する構成部
材を提供することにある。
のMFDと被接続光ファイバのMFDとの中間の又はP
CファイバのMFDに等しいMFDを有するバッファ光
ファイバを介設してPCファイバを被接続光ファイバに
接続するようにしたものである。
バと、該PCファイバのMFDよりも大きいMFDを有
する被接続光ファイバとを接続する方法であって、上記
PCファイバのMFDと上記被接続光ファイバのMFD
との中間のMFDを有するバッファ光ファイバの一端に
上記フォトニッククリスタルファイバの接続端を接続す
る一方、該バッファ光ファイバの他端に上記被接続光フ
ァイバの接続端を接続することを特徴とする。
FDが相対的に大きい被接続光ファイバとを直接接続し
た場合、それらの差が大きいと、その接続部において多
大の光が放射により散逸して大きな接続損失を生じるこ
ととなるが、上記の接続方法によれば、接続部が2カ所
設けられることとなるものの、上記のようにPCファイ
バと被接続光ファイバとを直接接続した場合に比べてト
ータルの接続損失は低く抑えられることとなる。この理
由については明らかではないが、PCファイバと被接続
光ファイバとの間にMFDがそれらのものの中間の寸法
であるバッファ光ファイバを介設することにより、各接
続部でファイバ間のMFDの差が小さくなり、それによ
って光の放射による散逸が著しく抑制されるためではな
いかと推測される。
めには、通常大きな接続損失を生じるPCファイバの接
続部における接続損失の低減させることが有効であり、
そのためにはPCファイバのMFDとバッファ光ファイ
バのMFDとを近いものとすることが好ましい。
Cファイバと被接続光ファイバとの間にPCファイバの
MFDと被接続光ファイバのMFDとの中間のMFDを
有するバッファ光ファイバが介設されたPCファイバ接
続構造体が構成されることとなる。
成するためには、PCファイバと、そのPCファイバの
接続端に一端が接続され、PCファイバのMFDより大
きいMFDを有するバッファ光ファイバと、からなる構
成部材を用いればよい。
長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコアを覆
うように設けられコアに沿って延びる多数の細孔を有す
るクラッドとを備えたものであれば、特に限定されるも
のではない。
バ及びバッファ光ファイバは、特に限定されるものでは
なく、1.3μm零分散波長ファイバ、1.55μm分
散シフトファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバ、分散
補償ファイバ、希土類元素ドープファイバ、偏波面保存
ファイバ等のコアとそのコアを覆うように設けられた中
実のクラッドとを備えた光ファイバの他、PCファイバ
であってもよい。
続は、低温度加熱による融着により行ってもよく、ま
た、コネクタを用いた突き合わせにより行ってもよい。
同様に、バッファ光ファイバと被接続光ファイバとの接
続は、加熱による融着により行ってもよく、また、コネ
クタを用いた突き合わせにより行ってもよい。
イバでないクラッドが中実である構成の場合には、バッ
ファ光ファイバのMFDがPCファイバのMFDと同一
であってもよい。
バと、該PCファイバのMFDよりも大きいMFDを有
する被接続光ファイバとを接続する方法であって、ファ
イバ中心をなすコアと該コアを覆うように設けられた中
実のクラッドとを備え且つ上記PCファイバのMFDと
同一又はそれと上記被接続光ファイバのMFDとの中間
のMFDを有するバッファ光ファイバの一端に上記PC
ファイバの接続端を接続する一方、該バッファ光ファイ
バの他端に上記被接続光ファイバの接続端を接続するこ
とを特徴とする。
様に、接続損失は低く抑えられることとなる。
めには、通常大きな接続損失を生じるPCファイバの接
続部における接続損失の低減させることが有効であり、
そのためにはPCファイバのMFDとバッファ光ファイ
バのMFDとを近いものとすることが好ましく、両者を
等しくすることが最も好ましい。
マニウム(Ge)等の屈折率調整成分がドープされてい
る場合には、被接続光ファイバとの接続端となるバッフ
ァ光ファイバの他端に、その屈折率調整成分を中実のク
ラッドに拡散させる加熱処理を施すことが好ましい。こ
のようにすれば、バッファ光ファイバの他端においてコ
アにドープされたゲルマニウム(Ge)等の屈折率調整
成分が中実のクラッドに拡散することとなるので、バッ
ファ光ファイバの他端のMFDが拡大して被接続光ファ
イバのMFDとの差が縮小し、それによって光の放射に
よる散逸が少なくなり、それらの接続部における接続損
失が低く抑えられることとなる。ここで、かかる加熱処
理は、被接続光ファイバとの接続前に施してもよく、ま
た、被接続光ファイバと接続させながら施してもよく、
さらに、被接続光ファイバとの接続後に施してもよい。
PCファイバと被接続光ファイバとの間に、ファイバ中
心をなすコアとそのコアを覆うように設けられた中実の
クラッドとを備え且つPCファイバのMFDと同一又は
それと被接続光ファイバのMFDとの中間のMFDを有
するバッファ光ファイバが介設されたPCファイバ接続
構造体が構成されることとなる。
成するためには、PCファイバと、そのPCファイバの
接続端に一端が接続され、ファイバ中心をなすコアと該
コアを覆うように設けられた中実のクラッドとを備え且
つPCファイバのMFDと同一又はそれより大きいMF
Dを有するバッファ光ファイバと、からなる構成部材を
用いればよい。
ァ光ファイバのコアにゲルマニウム(Ge)等の屈折率
調整成分がドープされている場合には、バッファ光ファ
イバの他端でその屈折率調整成分がクラッドに拡散して
いる構成であることが好ましい。
本出願の他の発明によれば、MFDが相対的に小さいP
CファイバとMFDが相対的に大きい被接続光ファイバ
との間にMFDがそれらのものの中間の寸法であるバッ
ファ光ファイバを介設することにより、接続部が2カ所
設けられることとなるものの、PCファイバと被接続光
ファイバとを直接接続した場合に比べてトータルの接続
損失を低く抑えることができる。
Cファイバの接続方法を図面に基づいて詳細に説明す
る。
バ10を示す。このPCファイバ10は、石英(SiO
2)製であり、ファイバ中心を長手方向に延びる中実の
コア11と、そのコア11を覆うように設けられコア1
1に沿って延びる多数の細孔を有するクラッド12と、
そのクラッド12を覆うように設けられた被覆部13と
を備えている。そして、このクラッド12が二次元的に
屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造
を構成し、信号光は、そのフォトニッククリスタル構造
で囲われたコア11に閉じこめられて伝搬されることと
なる。このPCファイバ10のファイバ径は125μm
で、MFD(d1)はコア径よりやや大きく約3μmで
ある。
の被接続光ファイバ20は、ファイバ中心を長手方向に
延びるゲルマニウム(Ge)がドープされた石英(Si
O2)製のコア21と、そのコア21を覆うように設け
られた石英(SiO2)製のクラッド22とを備えてい
る。そして、信号光は、屈折率の高いコア21に閉じこ
められて伝搬されることとなる。この被接続光ファイバ
20のファイバ径は125μmで、MFD(d2)はコ
ア径よりやや大きく約10μmである。
このバッファ光ファイバ30は、MFD(d3)が約3
μmである点を除いては被接続光ファイバ20と同一構
成であり、また、機能も同一である。
ように、PCファイバ10の接続端14にバッファ光フ
ァイバ30の一端33を接続する。このとき、両ファイ
バ10,30のコア11,31が一致して重なるように
する。また、この接続は、PCファイバ10の多孔部1
2が熱によって潰れない程度の温度でPCファイバ10
の接続端14及びバッファ光ファイバ30の一端33を
加熱溶融させて行うようにする。このPCファイバ10
とバッファ光ファイバ30との接続体は、後述のPCフ
ァイバ10の接続構造体を形成するための構成部材とな
るものである。
イバ30の他端34に被接続光ファイバ20の接続端2
3を接続する。このとき、両ファイバ20,30の中心
軸が一致するようにする。また、この接続は、バッファ
光ファイバ30の他端34及び被接続光ファイバ20の
接続端23を加熱溶融させて行うようにする。さらに、
これらのファイバ20,30の接続部を追加加熱するこ
とにより、両ファイバ20,30のコア21,31にド
ープされたゲルマニウム(Ge)をクラッド22,32
に拡散させ、それによって両ファイバ20,30のMF
Dをそれらがほぼ同一となるように拡大させる。
接続光ファイバ20との間にPCファイバ10のMFD
(d1)と同一の寸法のMFD(d3)を有するバッファ
光ファイバ30が介設されたPCファイバ10の接続構
造体が構成されることとなる。
を生じることとなるため、その長さが制限されることと
なる。すなわち、バッファ光ファイバ30を用いずにP
Cファイバ10と被接続光ファイバ20とを直接接続し
た場合の接続損失をA(dB)、バッファ光ファイバ3
0を用いた場合の接続損失をB(dB)とすると、(A
−B)(dB)がバッファ光ファイバ30を用いること
により低減できた接続損失となり、そして、バッファ光
ファイバ30の伝送損失をC(dB/km)としたと
き、バッファ光ファイバ30の長さが(A−B)/C
(km)よりも長くなると、低減した接続損失がバッフ
ァ光ファイバ30の伝送損失によって相殺されてしまう
こととなる。しかしながら、実際には、PCファイバ1
0及び被接続光ファイバ20のそれぞれとの接続の作業
性等を考慮してもバッファ光ファイバ30の長さは1m
程度あれば十分であり、バッファ光ファイバ30の伝送
損失を概ね0.001dB以下であると考えることがで
きることから、バッファ光ファイバ30の伝送損失は事
実上無視できるものである。
接続方法によれば、MFD(d1)が相対的に小さいP
Cファイバ10とMFD(d2)が相対的に大きい被接
続光ファイバ20との間にMFD(d2)がそれらのも
のの中間の寸法であるバッファ光ファイバ30を介設す
ることにより、接続部が2カ所設けられることとなるも
のの、PCファイバ10と被接続光ファイバ20とを直
接接続した場合に比べてトータルの接続損失は低く抑え
られることとなる。
とバッファ光ファイバ30のMFD(d3)とが同一と
なるようにしているので、大きな接続損失を生じるPC
ファイバ10の接続部における接続損失の低減されるこ
ととなり、上記の接続損失低減の効果は著しく高いもの
となる。
光ファイバ20との接続後に、その接続部を追加加熱す
る処理が施されているので、両ファイバ20,30のコ
ア21,31にドープされたゲルマニウム(Ge)がク
ラッド22,32に拡散され、バッファ光ファイバ30
の他端34及び被接続光ファイバ20の接続端23のそ
れぞれのMFDがそれらがほぼ同一となるように拡大
し、それによって光の放射による散逸が少なくなり、そ
れらの接続部における接続損失が低く抑えられることと
なる。
中実コアのPCファイバ10としたが、特にこれに限定
されるものではなく、中空コアのものであってもよい。
0のコア11を石英(SiO2)製としたが、特にこれ
に限定されるものではなく、ゲルマニウム(Ge)等が
ドープされた石英(SiO2)製としてもよい。
バ20及びバッファ光ファイバ30を、コア21,31
とそのコア21,31を覆うように設けられたクラッド
22,32とを備えたものとしたが、特にこれに限定さ
れるものではなく、少なくともいずれか一方をPCファ
イバとしてもよい。
0とバッファ光ファイバ30とを低温度加熱による融着
により接続したが、特にこれに限定されるものではな
く、コネクタを用いた突き合わせにより接続してもよ
い。
イバ30と被接続光ファイバ20とを加熱による融着に
より接続したが、特にこれに限定されるものではなく、
コネクタを用いた突き合わせにより接続してもよい。
イバ30及び被接続光ファイバ20のコア21,31に
ドープされたゲルマニウム(Ge)をクラッド22,3
2に拡散させるために、両ファイバ20,30の接続後
にその接続部を追加加熱する処理を行ったが、特にこれ
に限定されるものではなく、融着による接続時に加熱温
度を高く設定したり、加熱時間を長く設定するようにし
てもよい。
イバ30及び被接続光ファイバ20双方のコア21,3
1にドープされたゲルマニウム(Ge)をクラッド2
2,32に拡散させたが、特にこれに限定されるもので
はなく、接続前のバッファ光ファイバ30の他端34の
みを加熱してコア31にドープされたゲルマニウム(G
e)をクラッド32に拡散させ、図6に示すように、そ
れを融着やコネクタによる突き合わせにより被接続光フ
ァイバ20の接続端23に接続するようにしてもよい。
直径1.28μm、細孔が形成する三角格子のピッチ
2.16μm、MFD(d1)約3μmであるPCファ
イバ10と、MFD(d2)10.8μmであるシング
ルモードの被接続光ファイバ20(1.3μm零分散波
長シングルモードファイバ)と、を以下に示す3つの接
続例の方法で接続し、被接続光ファイバ20側から波長
1.55μmの光を入射して各接続例の接続損失を計測
した。なお、接続部が2カ所生じるもの(接続例2及び
3)については、それぞれの接続部での接続損失を計測
し、それらの和を総接続損失とした。
0の接続端23を加熱溶融させ、図7(a)に示すよう
に、それらを中心軸が一致するように突き合わせて接続
したものを接続例1とした。このとき、PCファイバ1
0の接続端14が溶融して細孔が潰れることがないよう
に加熱温度を低く設定した。
ァイバをバッファ光ファイバ30として準備した。そし
て、図7(b)に示すように、PCファイバ10の接続
端14及びバッファ光ファイバ30の一端33を加熱溶
融させ、それらを中心軸が一致するように突き合わせて
接続すると共に、そのバッファ光ファイバ30の他端3
4及び被接続光ファイバ20の接続端23を加熱溶融さ
せ、それらを中心軸が一致するように突き合わせて接続
したものを接続例2とした。このとき、PCファイバ1
0のバッファ光ファイバ30への接続条件は接続例1と
同一とした。
30と被接続光ファイバ20との接続部を追加加熱し、
それぞれのコア21,31にドープされたゲルマニウム
(Ge)をクラッド22,32に拡散させて、図7
(c)に示すように、両者のMFD径がほぼ同一となる
ようにしたものを接続例3とした。
1よりも接続損失が非常に低いことが分かる。また、P
Cファイバ10と被接続光ファイバ20との接続部の接
続損失が5.47dB(接続例1)であるのに対し、P
Cファイバ10のMFD(d 1)に近い寸法のMFD
(d3)を有するバッファ光ファイバ30と被接続光フ
ァイバ20との接続部における接続損失が1.22dB
(接続例2)であることから、接続損失はPCファイバ
10の接続部において大きくなることが分かる。さら
に、接続例1の接続損失が5.47dBであるのに対
し、PCファイバ10とバッファ光ファイバ30との接
続部の接続損失が2.01dB(接続例2及び3)であ
ることから、特にこのPCファイバ10とバッファ光フ
ァイバ30との接続部において接続損失の低減が図られ
ていることが分かる。接続例1では、PCファイバ10
のMFD(d1)と被接続光ファイバ20のMFD
(d2)との差が非常に大きいために、接続部において
多大の光が放射により散逸して大きな接続損失を生じた
ものであると考えられる。これに対し、接続例2及び3
では、接続部が2カ所設けられることとなるものの、P
Cファイバ10と被接続光ファイバ20との間にMFD
(d3)がそれらのものの中間の寸法であるバッファ光
ファイバ30が介設されていることにより、各接続部で
ファイバ間のMFDの差が小さくなり、それによって光
の放射による散逸が著しく抑制され(特にPCファイバ
10とバッファ光ファイバ30との接続部において)、
接続例1に比べてトータルの接続損失は低く抑えられた
ものであると考えられる。
失が低いことが分かる。接続例2では、バッファ光ファ
イバ30と被接続光ファイバ20との接続部でMFDの
差が大きいために、光が放射により散逸して相対的に大
きな接続損失を生じたものであると考えられる。これに
対し、接続例3では、接続部におけるバッファ光ファイ
バ30のMFDと被接続光ファイバ20のMFDとの差
が小さくなっているために、光の放射による散逸が抑止
されて接続損失が低くなったものであると考えられる。
タルファイバの斜視図である。
である。
の斜視図である。
タルファイバの接続構造体を形成するための構成部材の
側面図である。
タルファイバの接続構造体の側面図である。
リスタルファイバの接続構造体の側面図である。
バの接続構造体の側面図である。
バの接続構造体の側面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 フォトニッククリスタルファイバを、該
フォトニッククリスタルファイバのモードフィールド径
よりも大きいモードフィールド径を有する被接続光ファ
イバに接続する方法であって、 上記フォトニッククリスタルファイバのモードフィール
ド径と上記被接続光ファイバのモードフィールド径との
中間のモードフィールド径を有するバッファ光ファイバ
の一端に上記フォトニッククリスタルファイバの接続端
を接続する一方、該バッファ光ファイバの他端に上記被
接続光ファイバの接続端を接続することを特徴とするフ
ォトニッククリスタルファイバの接続方法。 - 【請求項2】 フォトニッククリスタルファイバを、該
フォトニッククリスタルファイバのモードフィールド径
よりも大きいモードフィールド径を有する被接続光ファ
イバに接続する方法であって、 ファイバ中心をなすコアと該コアを覆うように設けられ
た中実のクラッドとを備え且つ上記フォトニッククリス
タルファイバのモードフィールド径と同一又はそれと上
記被接続光ファイバのモードフィールド径との中間のモ
ードフィールド径を有するバッファ光ファイバの一端に
上記フォトニッククリスタルファイバの接続端を接続す
る一方、該バッファ光ファイバの他端に上記被接続光フ
ァイバの接続端を接続することを特徴とするフォトニッ
ククリスタルファイバの接続方法。 - 【請求項3】 上記バッファ光ファイバの他端に、上記
コアにドープされた屈折率調整成分を上記中実のクラッ
ドに拡散させる加熱処理を施すことを特徴とする請求項
2に記載のフォトニッククリスタルファイバの接続方
法。 - 【請求項4】 フォトニッククリスタルファイバと、 上記フォトニッククリスタルファイバのモードフィール
ド径よりも大きいモードフィールド径を有する被接続光
ファイバと、 上記フォトニッククリスタルファイバの接続端に一端が
接続される一方、上記被接続光ファイバの接続端に他端
が接続され、ファイバ中心をなすコアと該コアを覆うよ
うに設けられた中実のクラッドとを備え且つ該フォトニ
ッククリスタルファイバのモードフィールド径と同一又
はそれと該被接続光ファイバのモードフィールド径との
中間のモードフィールド径を有するバッファ光ファイバ
と、を備えたことを特徴とするフォトニッククリスタル
ファイバの接続構造体。 - 【請求項5】 上記バッファ光ファイバは、上記コアに
屈折率調整成分がドープされており、該バッファ光ファ
イバの他端において該コアにドープされた屈折率調整成
分が上記中実のクラッドに拡散していることを特徴とす
る請求項4に記載のフォトニッククリスタルファイバの
接続構造体。 - 【請求項6】 フォトニッククリスタルファイバと、 上記フォトニッククリスタルファイバの接続端に一端が
接続され、ファイバ中心をなすコアと該コアを覆うよう
に設けられた中実のクラッドとを備え且つ上記フォトニ
ッククリスタルファイバのモードフィールド径と同一又
はそれより大きいモードフィールド径を有するバッファ
光ファイバと、からなることを特徴とするフォトニック
クリスタルファイバの接続構造体の構成部材。 - 【請求項7】 上記バッファ光ファイバは、上記コアに
屈折率調整成分がドープされており、該バッファ光ファ
イバの他端において該コアにドープされた屈折率調整成
分が上記中実のクラッドに拡散していることを特徴とす
る請求項6に記載のフォトニッククリスタルファイバの
接続構造体の構成部材。
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