JP2002504703A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JP2002504703A JP2000532751A JP2000532751A JP2002504703A JP 2002504703 A JP2002504703 A JP 2002504703A JP 2000532751 A JP2000532751 A JP 2000532751A JP 2000532751 A JP2000532751 A JP 2000532751A JP 2002504703 A JP2002504703 A JP 2002504703A
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ラミング，リチャード・イアン
ザーヴァス，マイケル・ニコラオス
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Abstract

(57)【要約】 光学装置は、ｍ（ｍ＞１）個の円形対称コアをもマルチコア光ファイバを有し、マルチコア光ファイバは定常的に狭い断面積の領域を備えている。本発明はまた、ｍ個の円形対称コアをもつマルチコア光ファイバを、狭い結合領域で、ｎ個のコアをもつ別の光ファイバに光学的に結合し、ｍ、ｎが正の整数であり、ｍが１より大きく、マルチコア光ファイバが狭い結合領域をマルチコア光ファイバの狭くない領域に結合する徐々に断面積の変化する領域を備えている光学カップラーを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光学伝送系におけるマルチプレクサ、デマルチプレクサ及びバンド
パスフィルタのような光学装置を実行するために、サーキュレーターと組合せて
ファイバブラッグ回折格子が使用される。サーキュレーターは相対的に高い挿入
損失と分極感度を示す高価な非ファイバ装置である。従って、同様な機能を果た
し、しかも挿入損失が低くかつ分極感度の無視できる全光ファイバ系が要求され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、正に光ファイバ技術を用いて反射性バンドストップ装置（ＦＢＧ）を
透過性バンドパス装置に変換する試みがなされてきた。両出力ポートに同一のＦ
ＢＧを形成した２つの同一ファイバを結合するように配列した５０：５０カップ
ラーを備えた四ポート形態が報告されている。１つの入力ファイバに入射した光
は２つの出力ポートで等しく分割され、、これら２つの出力ポートにおいて、光
は回折格子により実質的に反射され、そしてカップラーを介して再結合されて第
４のポートに再び現れる。しかしながら、この装置は干渉計原理に基いているの
で、出力ポートを注意深く整合する必要がある。
【０００４】 このような変換を行う全ファイバマルチコア装置も提案されてきた（ＧＢ９
７０８０４５．１）。この装置は、特定の結合領域において標準の単一コア単一
モードファイバと一体の不整合２コアファイバを備えている。単一コアファイバ
は２コアファイバのコアの一方とのみ位相整合され、従ってこの一方のコアとパ
ワーを交換する。結合領域の長さは実質的に完全な交差結合となるように調整さ
れる。回折格子は、結合領域の外側で２コアファイバの他方（不整合）のコアに
形成され、そして回折格子補助後進結合として知られた技術を用いて２つのコア
を光学的に結合するのに用いられる。
【０００５】２コアファイバの不整合のコアに入射したパワーは、結合領域
を通って影響されずに伝搬し、装置の全長にわたって同じコアにとどまる。回折
格子補助後進結合に基くこの装置は干渉計型ではなく、出力ポートに対するファ
イバ長さの調整は必要でない。しかしながら、２コアファイバは、全体装置の動
作を分極依存性にさせる分極感度を示すことが知られる。このことは、システム
デザイナーにとって、入射光が典型的には制御のないファクタである適当な分極
をもつことを保証しなければならないことを意味する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｍ（ｍ＞１）個の円形対称コアをもつマルチコア光ファイバを有
し、マルチコア光ファイバが徐々に狭い断面積をもつ領域を備えている光学装置
を提供する。 この基本的な形態を用いることにより、透過性、分極不感応バンドパス短周期
及び長周期回折格子、加減マルチプレクサのような多数の異なる光学構成要素、
並びに音響作動型バンドパスフィルタが作動され得る。従来技術に比較して、こ
れらの装置は安価で分極不感応にでき、しかも挿入損失を無視できるようにでき
る。挿入損失が伴う高価なサーキュレーターを使用する必要がない。
【０００７】 本発明はまた、ｎ個のコアをもつ別の光ファイバに対して比較的狭い領域で光
学的に結合したｍ個の円形対称コアをもつマルチコア光ファイバを有し、ｍ及び
ｎが正の整数であり、かつｍが１より大きく、マルチコア光ファイバが、狭い結
合領域をマルチコア光ファイバの狭くない領域に接合する断面積の徐々に変化す
る領域を備えている光学カップラーを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
対応した部分を同じ符号で示す添付図面を参照して本発明の実施の形態につい
て説明する。図１には、この実施の形態に使用した典型的なｍコア光ファイバの
屈折率の断面部分を概略的に示す。最内方コア１０は標準のトップハット屈折率
プロファイル５０をもち、全ての外方コア３０、４０はリング状同心幾何学形状
をもつ。これらのコアは屈折率の低いクラッド材２０で分離される。これらの円
形対称幾何学形状により、装置は標準のテレコムファイバに容易に接合でき、ま
た全く分極感度は示さない。
【０００９】 全てのマルチコア導波管構造の場合のように、図１に示すファイバは多数の
案内された固有モードをサポートしている。このような多モード案内構造が断熱
的にテーパー状にされると（図２ａに概略的に示すように）、テーパー状領域７
０に沿ってモード変換が行われる。図１に示すものと同様な２コアファイバに対
するこのようなモード変換の例は図２及び図３に示される。図２ｂは、テーパー
状でない領域６０における内方ファイバコア１０に最初に入射したファイバモー
ドの標準径方向パワー分布を示す。モードがテーパー状領域７０に入ると、この
モードは複合テーパー状構造の相応したモードに徐々に変換していく。従って、
図２ｂに示すガウス状初期モードの場合、図２ｆに示す振動空間モードに連続し
て変換され、中間段階は図２ｃ、図２ｄ及び図２ｅに示される。
【００１０】 再び、図３ａにはテーパー状ファイバ構造を示し、また図３ｂにはテーパー
状でない領域６０における外方ファイバコア４０に最初に入射したファイバモー
ドの標準径方向パワー分布を示す。モードがテーパー状領域７０に入ると、この
モードは、図３ｆに示すガウスモードに徐々に変換し、中間段階は図３ｃ、図３
ｄ及び図３ｅに示される。これらの種々の段階は、テーパー状でない初期直径に
対するテーパー状外径の比率として定義される種々のテーパー比率に相応する。
図３ｃに示す中間段階は例えば０．８のテーパー比率に相応する。このようなモ
ード変換は屈折率プロファイル５０で達成され、外側リングコアの屈折率は中心
ファイバコアより高いか又は等しい。
【００１１】 このテーパー効果は広範囲の全ファイバ光学装置を達成するのに用いられ得
る。図４に示す第１の実施の形態においては、透過性バンドパスフィルタが示さ
れる。この装置は円形対称マルチコアファイバ２００を有し、この円形対称マル
チコアファイバ２００は標準の単一コア単一モードファイバ２１０に光学的に結
合される。光学結合は、２つのファイバ２００、２１０を１８０で示すようにテ
ーパー状にし、そしてこれらのファイバ２００、２１０を１７０で示すように互
いに接合することにより行われる。装置は四つのポート２２０、２３０、２４０
、２５０を備えている。回折格子２６０は、光の入射されるポートでないマルチ
コアファイバのポート２４０に組み込まれる。後方反射を避けるため、回折格子
２６０は好ましくは外側リングコアのみに形成される。
【００１２】 光は、最初、回折格子２６０を備えていないポート２２０におけるマルチコ
アファイバの最内方トップハットコアに入射される。光はテーパー状領域１８０
に入ると、空間的に調和せずしかも他のテーパー状ファイバ２１０のガウス状モ
ードに位相整合しない振動モードパターンに徐々に変換する。従って、光はパウ
ーの交換なしに接合領域１９０を通過し、そして出口ポート２４０の内方コア内
に現れる。広いテーパー部におけるこのモード変化は対称かつ相互依存のためで
ある。回折格子２６０は、順方向に伝搬する内方コアモードから逆方向伝搬外方
リングコアモードへ光を結合するのに用いられる。これは回折格子補助後進結合
プロセスとして記載され、波長依存性であることが知られている。
【００１３】 外側コアモードにおける光は、テーパー状領域１８０に再び入ると、ガウスモ
ードに徐々に変換され、接合領域１９０におけるファイバ２１０のガウス状モー
ドに位相整合されるようにされている。接合長さは、２つのファイバ間で実質的
に全パワー交換を達成するように調整される。その結果、回折格子なしでマルチ
コアファイバのポート２２０に最初に入射した光は、挿入損失を無視できかつ分
極依存性のない最初の入射ポート２２０と同じ側の接合領域における単一コアフ
ァイバのポート２３０に現れ、それの波長は回折格子で反射した波長の範囲内で
ある。回折格子で影響されないような波長をもつ光はポート２２０に入り、ポー
ト２４０から出て行く。
【００１４】 別の実施の形態では、図４に示すものと同様な２つの装置が組み合わされて
図５に示すような加減マルチプレクサ・デマルチプレクサが構成される。多チャ
ンネルは図面の左側のマルチコアファイバのポート２９０の内方コアに入射され
る。デマルチプレクスされる波長λＤの１つのチャンネルは回折格子３３０で後
方に反射され、上記で詳細に説明した図４の機構によって図面のさらに左側の単
一コアファイバ３６０のポート３００でドロップされる。残りのチャンネルは回
折格子補助後進結合バンドの外側の波長にあり、マルチコアファイバに沿って進
む。
【００１５】 波長λＡで加えられるべきチャンネルは、別の接合部分２８０を越えてポー
ト３１０におけるファイバの内方コアに入射される。このチャンネルは、回折格
子３３０で回折格子補助後進結合を受け、ファイバの外方コアにおいて残りのチ
ャンネルと接合する。これらのチャンネルはテーパー状部分を通過する際に内方
コアへ移る。こうしてこれらのチャンネルは別の接合部分２８０で単一モード単
一コアファイバ３７０に結合され、そしてこのファイバの出口ポート３２０で装
置から出て行く。
【００１６】 異なる実施の形態においては、図７に示すように、長周期バンドパス透過性
装置が構成され得る。伝搬音響波で発生され得る長周期回折格子３５０は、光が
テーパー状領域７０に入る前に、内方コアのガウス状モードを外方リングコアの
振動モードに結合するのに用いられる。テーパー状領域７０に沿って、リングコ
アの振動モードはテーパー状ファイバのガウス状モードに戻り変換され、そして
それに接合される単一モードファイバ３４０に有効に入射される。これは、波長
依存性の回折格子補助順方向結合プロセスである。回折格子で影響される帯域幅
の外側の波長の光はガウス状モードにとどまり、そして最終的にはテーパー状領
域７０に入る際に振動モードに変換される。このモードは接合ファイバ３４０に
おいて高次クラッドモードに結合され、そして最終的に失われる。
【００１７】 回折格子３５０はファイバ３３０の外方リングクラッドに形成され、そして
普遍的な光学的に刻み込んだ回折格子であるか又は遷移回折格子であり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 典型的な円形対称のｍコアファイバの屈折率プロファイルを概略的に示す。
【図２】 図２ａ〜図２ｆは、光を最初に内方コアに入射した時の２コア円形対称ファ
イバのテーパー状領域に沿ったモード変換を概略的に示す。
【図３】 図３ａ〜図３ｆは、光を最初に外方コアに入射した時の２コア円形対称ファイ
バのテーパー状領域に沿ったモード変換を概略的に示す。
【図４】 透過性短周期回折格子装置として本発明の１つの実施の形態を概略的に示す
。
【図５】 加減マルチプレクサ・デマルチプレクサを概略的に示す。
【図６】 長周期の透過性回折格子装置を概略的に示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月１５日（１９９９．１２．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】 異なる実施の形態においては、図６に示すように、長周期バンドパス透過性
装置が構成され得る。伝搬音響波で発生され得る長周期回折格子３５０は、光が
テーパー状領域７０に入る前に、内方コアのガウス状モードを外方リングコアの
振動モードに結合するのに用いられる。テーパー状領域７０に沿って、リングコ
アの振動モードはテーパー状ファイバのガウス状モードに戻り変換され、そして
それに接合される単一モードファイバ３４０に有効に入射される。これは、波長
依存性の回折格子補助順方向結合プロセスである。回折格子で影響される帯域幅
の外側の波長の光はガウス状モードにとどまり、そして最終的にはテーパー状領
域７０に入る際に振動モードに変換される。このモードは接合ファイバ３４０に
おいて高次クラッドモードに結合され、そして最終的に失われる。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年３月１３日（２００１．３．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H050 AC16 AC69 AC83 AD16

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｍ個の円形対称のコア（ｍ＞１）をもつマルチコア光ファイバ
    を有し、マルチコア光ファイバは、徐々に狭くなる断面積の領域を備えることを
    特徴とする光学装置。
  2. 【請求項２】 マルチコア光ファイバのｍ個のコアの１つが軸線コアである請
    求項１の光学装置。
  3. 【請求項３】 マルチコア光ファイバの１つ以上のコアに形成された光学回折
    格子を有する請求項１又は２の光学装置。
  4. 【請求項４】 光学回折格子が過渡的に形成された回折格子である請求項３の
    光学装置。
  5. 【請求項５】 光学回折格子が光学的に記載された回折格子である請求項３の
    光学装置。
  6. 【請求項６】 光学回折格子がマルチコア光ファイバの非軸線コアに形成され
    る請求項３乃至５のいずれか１項の光学装置。
  7. 【請求項７】 光学回折格子がマルチコア光ファイバの非狭領域に形成される
    請求項３乃至６のいずれか１項の光学装置。
  8. 【請求項８】 ｍ個のコアの屈折率が最内方コアから最外方コアへ向かって順
    次増大する請求項１乃至７のいずれか１項の光学装置。
  9. 【請求項９】 請求項３乃至８のいずれか１項の光学装置、及びマルチコア光
    ファイバの狭くなる方向においてマルチコア光ファイバの軸線コアに入力光信号
    を入射する入射光学機器とを有する光学フィルタ。
  10. 【請求項１０】 ｎ個のコア（ｎは正の整数）をもつ別の光ファイバに対して
    比較的狭い領域で結合する請求項１乃至８のいずれか１項の光学装置を有する光
    学カップラーであって、光学装置は断面積の徐々に変化する領域が狭い結合領域
    をマルチコア光ファイバの狭くない領域に接合するように配置される光学カップ
    ラー。
  11. 【請求項１１】 ｎ個のコアをもつ別の光ファイバに対して比較的狭い領域で
    光学的に結合するｍ個の円形対称コアをもつマルチコア光ファイバを有する光学
    カップラーであって、 ｍ及びｎが正の整数であり、かつｍが１より大きく、マルチコア光ファイバが
    、狭い結合領域をマルチコア光ファイバの狭くない領域に接合する断面積の徐々
    に変化する領域を備える光学カップラー。
  12. 【請求項１２】 回折格子が結合領域から離れた位置においてマルチコア光フ
    ァイバのコアの少なくとも１つに刻み込まれる請求項１０又は１１の光学カップ
    ラー。
  13. 【請求項１３】 直列に接続した請求項９乃至１２のいずれか１項の２つ以上
    の光学カップラーを有し、これらのカップラーは回折格子を備える領域に接続さ
    れる光学加減マルチプレクサ／デマルチプレクサ。
JP2000532751A 1998-02-20 1999-02-19 光学装置 Pending JP2002504703A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9803709.6 1998-02-20
GBGB9803709.6A GB9803709D0 (en) 1998-02-20 1998-02-20 Polarisation insensitive transmissive fibre devices
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EP (1) EP1057057A1 (ja)
JP (1) JP2002504703A (ja)
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