JP2002277665A - 光ファイバモジュール - Google Patents
光ファイバモジュールInfo
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Abstract
度の高い光ファイバモジュールを提供する。 【解決手段】 光ファイバモジュール10を、ファイバ
中心をなす中実のコアと、そのコアを覆うように設けら
れファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造が形
成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタル
ファイバ9が屈曲された状態で組み込まれたものとす
る。
Description
スタルファイバが組み込まれた光モジュールに関する。
に設けられた低屈折率のクラッドと、からなる光ファイ
バが光通信媒体として広く使用されている。また、コア
にエルビウム(Er)等の希土類元素がドープされた希
土類元素ドープ光ファイバ、コアにゲルマニウム(G
e)がドープされていると共にコアとクラッドとの比屈
折率差及び屈折率分布が制御された分散補償ファイバの
他、分散減少ファイバ、ラマン増幅用ファイバのような
機能性光ファイバが、希土類元素ドープファイバ増幅器
や分散補償モジュール等の光ファイバモジュールの一部
として組み込まれている。
な従来の光ファイバは、屈曲されると光の放射によって
曲げ損失を生じる。この曲げ損失は、屈曲の曲率半径が
小さくなるほど大きなものとなる。また、曲げ損失の大
きさは、光ファイバのコア経、コアとクラッドとの比屈
折率差及び屈折率分布に依存する。
て、上記のように機能性光ファイバをリール等に巻き取
ったものを作成する際には、大きな曲げ損失が発生しな
いようにリール等の外径を設定しておく必要があり、そ
れによって光ファイバモジュールの設計の自由度が制約
されることとなる。
であり、その目的とするところは、曲げ損失を考慮する
必要がなく、設計の自由度の高い光ファイバモジュール
を提供することにある。
クリスタルファイバ(以下「PC(phtonic crystal)
ファイバ」と称する)を屈曲させた状態でモジュール本
体に組み込むようにしたものである。
ルであって、ファイバ中心をなす中実のコアと、該コア
を覆うように設けられファイバ半径方向にフォトニック
クリスタル構造が形成されたクラッドと、を備えたPC
ファイバが、屈曲された状態で組み込まれていることを
特徴とする。
曲させても曲げ損失をほとんど生じないPCファイバが
組み込まれることとなるので、従来のように大きな曲げ
損失が発生しないようにリール等の大きさを設定してお
く等の必要がなく、従来に比べて光ファイバモジュール
の設計の自由度が高められることとなる。
屈曲内側の曲率半径が1.5mm以上で且つ15.0m
mよりも小さい構成であってもよい。従来の光ファイバ
モジュールでは、曲げ損失を抑制すべく、屈曲内側の曲
率半径が15.0mm以上となるように光ファイバが屈
曲された状態で組み込まれていたが、上記の構成によれ
ば、曲げ損失をほとんど生じないPCファイバが、その
屈曲内側の曲率半径が1.5mm以上で且つ15.0m
mよりも小さくなるように屈曲された状態で組み込まれ
ることとなるので、従来に比べて光ファイバモジュール
の小型化が図られることとなる。ここで、屈曲内側の曲
率半径が1.5mmより小さくなるようにPCファイバ
を屈曲させたのでは、PCファイバに加わる機械的歪み
が大きくなって損傷を受ける虞がある。一方、屈曲内側
の曲率半径が15.0mm以上となるようにPCファイ
バを屈曲させたのでは、光ファイバモジュールの小型化
を有効に図ることが困難となる。光ファイバモジュール
の小型化は、屈曲内側の曲率半径を小さくすればするほ
ど有効に図ることができ、好ましくは屈曲内側の曲率半
径を12.5mm以下とするのがよく、屈曲内側の曲率
半径を10.0mm以下とすればさらによい。
ボン被膜、金属被膜、金属酸化物被膜等の補強被膜で被
覆されている構成であってもよい。かかる構成によれ
ば、PCファイバが補強被膜で外周面が被覆されている
ので、静疲労係数(n値)が大きくなり、すなわち、機
械的強度が高められ、それによって屈曲状態で組み込ま
れても損傷を受けにくくなり、光ファイバモジュールと
しての信頼性が高められることとなる。金属被膜として
は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)の
被膜を例示することができる。金属酸化物被膜として
は、タングステン(W)の酸化物、酸化チタン(TiO
2)の被膜を例示することができる。
て用いられるようコアにエルビウム(Er)、イッテル
ビウム(Yb)、ネオジム(Nd)、ツリウム(Tm)
又はプラセオジム(Pr)の希土類元素がドープされた
ものであってもよい。また、分散補償用等として用いら
れるようコアにゲルマニウム(Ge)がドープされたも
のであってもよい。もちろん、コアに何もドープされて
いないものであってもよい。
れたファイバ半径方向のフォトニッククリスタル構造
は、クラッドがコアに沿って延びる多数の空孔を有する
ことによって構成されているものであってもよく、ま
た、その空孔に代えて、コアよりも屈折率の低い素材を
その空孔部位に配設するようにしたものであってもよ
い。
小さい曲率半径で屈曲させても曲げ損失をほとんど生じ
ないPCファイバが組み込まれることとなるので、従来
のように大きな曲げ損失が発生しないようにリール等の
大きさを設定しておく等の必要がなく、従来に比べて光
ファイバモジュールの設計の自由度が高められる。
基づいて詳細に説明する。
光ファイバモジュールに使用されるPCファイバの製造
方法について工程を追って説明する。
英(SiO2)製の円筒キャピラリを多数本と、キャピ
ラリと同外径でエルビウム元素(Er)を含む石英(S
iO2)製のコアロッドを1本とを準備する。
のキャピラリの周囲に6本のキャピラリが配設されるよ
うに、すなわち、サポート管内にキャピラリが最密状に
充填されるようにする。また、キャピラリ束の最外層と
サポート管の内壁との間に生じる間隙には石英(SiO
2)粉等の充填材を充填し、各キャピラリの位置ずれが
生じないようにする。
本のキャピラリの一端部にコアロッドの一端部を当接さ
せ、そのキャピラリをサポート管から押し出すようにコ
アロッドをサポート管内に挿入する。そして、そのキャ
ピラリをコアロッドで置換することにより、図1に示す
ように、中心軸位置に配置されたコアロッド1と、その
コアロッド1の周囲にそれに沿って配設された多数のキ
ャピラリ2,2,…と、コアロッド1及び多数のキャピ
ラリ2,2,…よりなるキャピラリ束を保持するサポー
ト管3とからなるプリフォーム4を作製する。
製したプリフォームを線引き炉にセットし、それを加熱
して延伸する線引き加工することにより細径化(ファイ
バ化)する。このとき、隣接するキャピラリ同士、キャ
ピラリとコアロッド及びキャピラリとサポート管は相互
に融着一体化することとなる。
ァイバ本体を線引き炉直下に設けたCVD用反応管に通
す。このとき、CVD用反応管内に導入されている原料
ガスが化学反応し、ファイバ本体の外周面にカーボン被
膜が形成されることとなる。
ァイバ中心を長手方向に延びエルビウム(Er)がドー
プされたコア5と、コア5を覆うように設けられそのコ
ア5に沿って延びる多数の空孔を有するクラッド6と、
これらを被覆するように設けられた被覆部7と、被覆部
7をさらに被覆するカーボン被膜8と、からなるエルビ
ウムドープPCファイバ9が製造される。
すように、上記のようにして製造されたPCファイバ9
が、巻き軸11aの両側にフランジ11b,11bが設
けられたリール11に所要長さ巻き付けられて組み込ま
れることにより本発明の実施形態1に係る光増幅器用の
光ファイバモジュール11が構成される。ここで、リー
ル11の巻き軸11aの軸径は1.5mm以上で且つ1
5.0mmよりも小さく、それに対応して、最も内側に
巻き付けられるPCファイバ9の巻き軸11a側(屈曲
内側)の曲率半径が1.5mm以上で且つ15.0mm
よりも小さいものとなる。
ュール10では、小さい曲率半径で屈曲させても曲げ損
失をほとんど生じないPCファイバ9がリールに巻き付
けられて組み込まれることとなるので、従来のように大
きな曲げ損失が発生しないようにリールの巻き軸の軸径
を設定しておく必要がなく、従来に比べて光ファイバモ
ジュールの設計の自由度が高められることとなる。
が1.5mm以上で且つ15.0mmよりも小さく、従
来のものと比べて非常に小さいので、小型の光増幅器用
の光ファイバモジュール10が構成され、それによっ
て、光増幅器自体の小型化を図ることができる。
ーボン被膜で被覆されているので、静疲労係数(n値)
が大きくなり、すなわち、機械的強度が高められ、それ
によってリールに巻かれて屈曲状態で組み込まれても損
傷を受けにくくなり、光ファイバモジュール10の信頼
性が高められることとなる。
態1と同様に製造されたPCファイバ9が、その屈曲内
側の曲率半径が1.5mm以上で且つ15.0mmより
も小さいリング状に巻かれ、両ファイバ端が外に出るよ
うにして筐体21に組み込まれた後、筐体21を蓋部2
2で閉じることにより本発明の実施形態2に係る光増幅
器用の光ファイバモジュール20が構成される。また、
このとき、筐体21内に樹脂を注入して硬化させ、リン
グ状に巻いたPCファイバ9を筐体21に固定するよう
にしてもよい。
0でも実施形態1と同様の作用・効果が奏される。
態1と同様に製造されたPCファイバ9が、棒状体32
に螺旋状に巻き付けられた後、筒状の筐体31に棒状体
32と共に組み込まれ、両端が樹脂等により封止される
ことによりアイソレータに類似した形態の本発明の実施
形態3に係る光増幅器用の光ファイバモジュール30が
構成される。ここで、棒状体32の外径は1.5mm以
上で且つ15.0mmよりも小さいことから、それに対
応して、巻き付けられたPCファイバ9の棒状体32側
(屈曲内側)の曲率半径が1.5mm以上で且つ15.
0mmよりも小さいものとなる。
0でも実施形態1と同様の作用・効果が奏され、特に、
この光ファイバモジュール30は、細長いスペースに収
容するのに適している。
態1と同様に製造されたPCファイバ9が、屈曲内側の
曲率半径が1.5mm以上で且つ15.0mmよりも小
さい大きさのリング状に巻かれ、両ファイバ端が外に出
るようにして一対の樹脂フィルム41,41で上下から
挟持されるように組み込まれた後、接着剤42によって
それらが一体化されることにより光ファイバハーネスに
類似した形態の本発明の実施形態4に係る光増幅器用の
光ファイバモジュール40が構成される。
0でも実施形態1と同様の作用・効果が奏され、特に、
この光ファイバモジュール40は、狭い隙間に収容する
のに適している。
では、PCファイバ9のコア5にエルビウム(Er)が
ドープされるようにしたが、特にこれに限定されるもの
ではなく、イッテルビウム(Yb)、ネオジム(N
d)、ツリウム(Tm)、プラセオジム(Pr)等の他
の希土類元素がドープされるようにしてもよい。
元素であるエルビウム(Er)をドープしたPCファイ
バ9によって光増幅器用の光ファイバモジュール10,
20,30,40を構成したが、特にこれに限定される
ものではなく、コアを純粋な石英(SiO2)で形成し
て又はコアにゲルマニウム(Ge)をドープして分散補
償ファイバ、分散減少ファイバ、ラマン増幅用ファイバ
等の機能性ファイバを構成するようにしてもよい。
のクラッド6の多数の空孔によってフォトニッククリス
タル構造が形成されるようにしたが、特にこれに限定さ
れるものではなく、クラッド6の多数の空孔に代えて、
フッ素(F)等を含有する石英(SiO2)のように純
粋な石英(SiO2)よりも屈折率の低い素材をその空
孔部位に配設することによってフォトニッククリスタル
構造が形成されるようにしてもよい。
いて両端部が同一方向に延びるように形成したPCファ
イバ9を用いたが、特にこれに限定されるものではな
く、図7(a)に示すように、一方の端部と他方の端部
とが略180°の角度をなして反対方向に延びるように
形成したPCファイバ9を用いたものであってもよく、
また、図7(b)に示すように、一方の端部と他方の端
部とが略90°の角度をなして延びるように形成したP
Cファイバ9を用いたものであってもよい。
曲させたときの曲げ損失を計測する試験評価を実施し
た。
iO2)のコアと純粋な石英(SiO2)のクラッドとか
らなり、図8(a)に示すように、屈折率分布がステッ
プ型で、コア71とクラッド72との比屈折率差0.3
6%、ファイバ外径125μm、コア径8.3μmであ
る単一モードファイバを例1とした。
れた石英(SiO2)のコアと純粋な石英(SiO2)の
クラッドとからなり、図8(b)に示すように、屈折率
分布がデュアルシェイプコア型で、外側の第1コア71
aとクラッド72との比屈折率差(Δ1)0.1%、内
側の第2コア71bとクラッド72との最大比屈折率差
(Δ2)0.9%、ファイバ外径125μm、第1コア
径(a1)14μm、第2コア径(a2)5μmである
分散シフトファイバを例2とした。
れた石英(SiO2)のコアと純粋な石英(SiO2)の
クラッドとからなり、図8(c)に示すように、屈折率
分布がステップ型で、コア71とクラッド72との比屈
折率差2.0%、ファイバ外径125μm、コア径2.
0μmである分散補償ファイバを例3とした。
るが、全体が純粋な石英(SiO2)のみからなり、空
孔径(d)1.1μmで空孔中心間の距離(Λ)2.1
μm(従って、d/Λ=0.5)、コア径3μmのPC
ファイバを例4とした。この例4に係るPCファイバ
は、等価屈折率法によればコアとクラッドとの比屈折率
差が7.91%であり、波長1.55μm対して規格化
周波数(V)が2.49であることから波長1.55μ
mの信号光に対してマルチモード動作するものである。
中心間の距離(Λ)2.05μm(従って、d/Λ=
0.36)である点を除いては例4と同一構成のPCフ
ァイバを例5とした。この例5に係るPCファイバは、
等価屈折率法によればコアとクラッドとの比屈折率差が
3.75%であり、波長1.55μm対して規格化周波
数(V)が1.73であることから波長1.55μmの
信号光に対してシングルモード動作するものである。
示すように、PCファイバの横断面において中心に位置
する6つの空孔の内接円(図9中の仮想線)の直径とし
て求められる。
うに、PCファイバのクラッド6を空孔を中心とした六
角形に区切ったハニカム構造と仮定し(図10中の仮想
線)、その一つの六角形のうちの空孔部分及び石英部分
がそれぞれ占める面積を算出した後、各部分の六角形の
面積に対する面積占有率とその部分の屈折率とを乗して
それらを足し合わせたものをクラッド6の屈折率とし、
PCファイバを、石英と屈折率が同一であるコアと、計
算により求められた屈折率のクラッドとからなるステッ
プインデックス型の光ファイバと等価とみなす方法をい
う。
六角形の面積をS2、空気の屈折率をn(Air)及び
石英(SiO2)の屈折率をn(SiO2)とすると、求
めるクラッドの屈折率n(クラッド)は次式1で表され
る。
をS2は、それぞれ次式2、3で表される。
とから、これらを上記の式2,3に代入して空孔の面積
S1及び六角形の面積S2をそれぞれ求める。そして、空
気の屈折率n(Air)=1.000、石英(Si
O2)の屈折率n(SiO2)=1.467であることか
ら、これらと上記で求めた空孔の面積S1及び六角形の
面積S2を上記の式1に代入してクラッドの屈折率n
(クラッド)=1.351が求まる。コアは、純粋な石
英(SiO2)からなるため屈折率n(コア)=1.4
67であり、従って、コアとクラッドとの比屈折率差
は、(n(コア)−n(クラッド))/n(コア)×1
00=(1.467−1.351)/1.467×10
0=7.91(%)となる。
表されるものであり、これが2.4以下である場合には
光ファイバは単一モード動作することとなる。
を示す。PCファイバの場合、屈折率n(クラッド)は
等価屈折率法により算出されるものが使われる。
1.55μm、n(コア)=1.467及びn(クラッ
ド)=1.351を上記の式4に代入して規格化周波数
(V)=2.49が求まる。すなわち、例4に係るPC
ファイバは、波長1.55μmの信号光に対してマルチ
モード動作することとなる。
屈曲内側の曲率半径1.5mm、2.5mm、5mm及
び10mmに屈曲させたそれぞれの場合について、光フ
ァイバに波長1.31μm、1.55μm及び1.62
μmのそれぞれの信号光を伝送させ、そのときの損失増
加量を曲げ損失として計測する実験を例1〜5のそれぞ
れの光ファイバについて実施した。
す。
じ曲率半径で屈曲させても信号光の波長が長くなるほど
曲げ損失が大きくなることが分かる。
じ易くなっていることが分かる。これは、コアとクラッ
ドとの比屈折率差が例1で0.36%、例2で最大0.
9%及び例3で2.0%であり、この比屈折率差が大き
いほど光の放射が抑えられるためであると考えられる。
mmの曲率半径で屈曲させても曲げ損失が0であること
が分かる。すなわち、これは、PCファイバの光の閉じ
込め効果が極めて高いことを意味するものである。
ムの横断面図である。
る。
を示す説明図である。
を示す説明図である。
を示す説明図である。
を示す説明図である。
に使用されるリング状のフォトニッククリスタルファイ
バの斜視図である。
明図である。
心部分の拡大図である。
の横断面部分拡大図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ファイバ中心をなす中実のコアと、該コ
アを覆うように設けられファイバ半径方向にフォトニッ
ククリスタル構造が形成されたクラッドと、を備えたフ
ォトニッククリスタルファイバが、屈曲された状態で組
み込まれていることを特徴とする光ファイバモジュー
ル。 - 【請求項2】 上記屈曲されたフォトニッククリスタル
ファイバは、その屈曲内側の曲率半径が1.5mm以上
で且つ15.0mmよりも小さいことを特徴とする請求
項1に記載の光ファイバモジュール。 - 【請求項3】 上記フォトニッククリスタルファイバ
は、その外周面が補強被膜で被覆されていることを特徴
とする請求項1又は2に記載の光ファイバモジュール。 - 【請求項4】 上記フォトニッククリスタルファイバ
は、そのコアにエルビウム(Er)、イッテルビウム
(Yb)、ネオジム(Nd)、ツリウム(Tm)、プラ
セオジム(Pr)及びゲルマニウム(Ge)のうち少な
くとも1種がドープされていることを特徴とする請求項
1乃至3のいずれか一に記載の光ファイバモジュール。 - 【請求項5】 上記フォトニッククリスタルファイバの
クラッドに形成されたファイバ半径方向のフォトニック
クリスタル構造は、該クラッドが上記コアに沿って延び
る多数の空孔を有することによって構成されていること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の光フ
ァイバモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001082036A JP2002277665A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 光ファイバモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001082036A JP2002277665A (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 光ファイバモジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
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JP (1) | JP2002277665A (ja) |
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