JP2002532734A - 広帯域光学装置のための光ファイバーおよびそれを用いる光ファイバー装置 - Google Patents

広帯域光学装置のための光ファイバーおよびそれを用いる光ファイバー装置

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JP2002532734A JP2000587212A JP2000587212A JP2002532734A JP 2002532734 A JP2002532734 A JP 2002532734A JP 2000587212 A JP2000587212 A JP 2000587212A JP 2000587212 A JP2000587212 A JP 2000587212A JP 2002532734 A JP2002532734 A JP 2002532734A
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コ，イェン−ワン
キム，ジン−ハ
リ，ボン−ワン
ユン，セック−ヒュン
キム，ビョン−ヨン
オ，キュン−フヮン
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ノヴェラ オプティクス，インコーポレイティッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、広帯域光学装置に適用することのできる正規化周波数がある光ファイバーおよび、その光ファイバーを用いて作られた、広帯域であって、偏光に左右されない、低損失の光ファイバー装置に関するものである。本発明の光ファイバーには正規化周波数値Ｖがあり、芯半径、芯屈折率および外装屈折率が含まれる構造的パラメーターが調整されて、所定の周波数範囲における第１モードと第２モード一連との間におけるうなりのばらつきが最小になる。前記の光ファイバーを音波発生手段およびモード減算器あるいはモード選択カプラーとともに用いると、さまざまな光ファイバー装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光ファイバーに関するものであり、さらに詳しくは、広帯域光ファ
イバー装置に適用することができる正規化周波数の備わった光ファイバーに関す
るものである。
【０００２】 本発明はまた、光ファイバー装置に関するものであり、さらに詳しくは、前述
の光ファイバーをモードストリッパーあるいはモード選択カプラーとともに使用
することで実現される、広帯域であって、偏光の影響を受けない、低損失の光フ
ァイバー装置に関するものである。
【０００３】 （背景技術） 基本モードＬＰ０１と第２モードＬＰ１１との間におけるモード連結を用いる
２モード光ファイバー装置が光周波数変調器あるいは波長同調フィルターに適用
することができることはよく知られている。この２モード光学装置の波長帯域の
幅は、２つの連結されたモードのうなり長さのばらつきによって決められる。現
在まで、この２モード光ファイバー装置は、その線幅が１０ｎｍとほぼ同じかあ
るいはそれよりも小さい、比較的狭い帯域波長の特性が備わったフィルターとし
て使用されてきた。しかしながら、そのうなり長さの波長依存性は、その２つの
空間モードに同一の群速度が備わっている波長で消える。すなわち、これら２つ
のモード間における連結を用いる装置は、そのうなり長さのばらつきがこの波長
の近傍では小さいために、広い波長帯域で作動することができる。
【０００４】 ステップ屈折率の備わった環状芯の光ファイバーに関しては、導波管において
規定された無次元の値である正規化周波数は、次の等式１で表される。 （等式１）
【０００５】 ここでそれぞれ、Ｖは正規化周波数、ｒcoはその芯の半径、λは真空における
光の波長、ｎcoはその芯の屈折率、ｎclはその外装の屈折率である。ステップ屈
折率の備わった環状芯の光ファイバーの場合には、第１の正規化周波数は、ＬＰ
０１モードとＬＰ１１モードとの間におけるうなり長さののばらつきが最小にな
る約３の値である。ＬＰ１１モードよりも高い高オーダーモードの場合には、正
規化周波数は、うなり長さのばらつきがそのモードに依存して最小である３と同
じかそれよりも大きい値である。また、その芯に沿って伝播するＬＰ０１モード
とその外装に沿って伝播する外装モードとが連結される単一モード光ファイバー
では、正規化周波数は、同ばらつきが最小である２．４と同じかそれよりも小さ
い値である。たとえば、ステップ屈折率の備わったふつうの環状芯光ファイバー
の場合には、芯のＬＰ０１モードと外装のＬＰ１１モードとの間におけるうなり
長さのばらつきのある正規化周波数は約０．７の値であり、ＬＰ０１モードとＬ
Ｐ１４モードとの間における、最小であるうなり長さのばらつきのある正規化周
波数は約１．３の値である。
【０００６】 すなわち、そのばらつきが最小である正規化周波数の正確な値は、光ファイバ
ーの構造、つまり屈折率の分布によって決まる。それゆえ、広帯域光ファイバー
装置は、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間におけるうなり長さのばらつき
が最小である正規化周波数を得るために、光ファイバーの構造的パラメーターで
ある芯半径、芯屈折率および外装屈折率を適切に調整することにより、実現する
ことができる。
【０００７】 したがって、本発明の１つの目的は、広い波長帯域で作動する光学装置に適用
することのできる正規化周波数の値が備わった光ファイバーを提供することであ
る。
【０００８】 本発明の他の目的は、前述の光ファイバーを使用することにより、さまざまな
帯域における、偏光の影響を受けない、低損失の光ファイバー装置を実現するこ
とである。
【０００９】 （発明の開示） 前記の目的を達成するために、芯の半径、芯の屈折率および被覆の屈折率が含
まれる光ファイバーの構造的パラメーターを調整し、それによって、第１モード
および第２モードの間におけるうなり長さのばらつきが通過光の作動波長帯域に
おける光波長に左右されないようにすることにより、単一の光波長帯域において
第１モードおよび第２モードの間におけるうなり長さのばらつきが最小である正
規化周波数の値が備わった光ファイバーが提供されている。
【００１０】 この光ファイバーは、０．９以上の楕円率がある楕円状芯の２モード光ファイ
バーによって選ばれるのが好ましい。この楕円率は、この場合、長軸に対する短
軸の比を指している。
【００１１】 他の場合には、この光ファイバーは、その第１モードおよび第２モードがそれ
ぞれ芯モードおよび外装モードに相当するように、単一モード光ファイバーとし
て選ばれるのが好ましい。
【００１２】 本発明の光ファイバー装置は、前述の構造的パラメーターで調整された光ファ
イバーの中へ入射光を導入するための単一モード光ファイバー、その構造的パラ
メーターで調整された光ファイバーの中においてたわみ音波を発生させる音波発
生手段および、その構造的パラメーターで調整された光ファイバーに接続され、
そこを通過する光の特定モードを排除しあるいは選択する出力モード剥離用／選
択用手段をさらに備えている。
【００１３】 この場合において、構造的パラメーターで調整された光ファイバーは、０．９
以下の楕円率がある楕円状芯の２モード光ファイバーあるいは単一モード光ファ
イバーを用いることもできる。単一モード光ファイバーを用いた場合には、第１
モードおよび第２モードはそれぞれ、芯モードおよび外装モードに対応する。
【００１４】 この光ファイバー装置を構成するに際して、単一モード光ファイバーとパラメ
ーターで調整された光ファイバーとの間に、入力モード剥離用／選択用手段をさ
らに設けることができる。
【００１５】 それに代えて、入力モード選択用手段として、曲げ損失のある高オーダーモー
ドを取り除くために小径で巻かれた光ファイバーであるモードストリッパーを使
用することができる。
【００１６】 入力モード選択用手段は、構造的パラメーターで調整された光ファイバーおよ
び、この構造的パラメーターで調整された光ファイバーの第２モード屈折率と同
じ屈折率がある別の単一モード光ファイバーで作られ、それによって、この光フ
ァイバー装置が１×２光スイッチとして作動することのできるモード選択用カプ
ラーであってもよい。
【００１７】 入力モード選択用手段として、ともに接合されかつその接合部で先細にされた
単一モード光ファイバーと構造的パラメーターで調整された光ファイバーとがた
だ１つのモードだけを通過させることができるようにされた光ファイバーである
モードストリッパーを用いてもよい。
【００１８】 通過光のための出力モード剥離用／選択用手段は、構造的パラメーターで調整
された光ファイバーにおける第２モードの屈折率と同じ有効屈折率がある単一モ
ード光ファイバーで作られ、それによって、この光ファイバー装置が１×２光ス
イッチとして作動することのできるモード選択カプラーから構成されてもよい。
【００１９】 通過光のための出力モード剥離用／選択用手段は、曲げ損失のある高オーダー
モードを剥離するために小径で巻かれた光ファイバーであるモードストリッパー
、あるいはただ１つのモードだけを通過させるために先細にされた光ファイバー
であるモードストリッパーから構成され、その光ファイバー装置が１×１光スイ
ッチとして作動することができるようにされていてもよい。
【００２０】 通過光のためのモード剥離用／選択用手段がモード選択カプラーから構成され
ている場合には、本発明の光ファイバー装置は、２×２光スイッチあるいは加算
／減算マルチプレクサーの機能を果たすことができる。
【００２１】 さらにまた、単一モード導入用光ファイバーおよび構造的パラメーターで調整
された光ファイバーは、温度変化に左右されるこの光ファイバーの長さ変化を防
止しかつこの光ファイバーを保護するために、材料がこの光ファイバーと同様の
熱膨張係数を有している管の中に挿入されているのが好ましい。
【００２２】 加えて、前記のいくつかの光学装置は、マトリックススイッチの機能を果たす
ことと関連して使用することができ、さもなければ、逆光信号入力を送るループ
バックスイッチの機能を果たすためにただ１つを使用することができる。
【００２３】 本発明の好ましい実施態様は、添付図面を参照しながらこれ以降に説明される
。
【００２４】 いくつかの光ファイバー装置は本発明の側面に従って実現することができるが
、この実施態様における光スイッチについての説明を行うことにする。
【００２５】 発明者らは、約３〜１５５０ｎｍの正規化周波数が備わるように設計された２
モード光ファイバーを使用することで、広帯域であって低損失の、偏光の影響を
受けない音響光学振幅変調器を開発した。この装置は、たとえばチャンネル加算
／減算に関連する、エルビウムでドープ処理されたファイバー増幅器（ＥＤＦＡ
ｓ）での信号電力変化が出力電力過渡現象を防止するために制御する必要がある
波長分離多重化（ＷＤＭ）通信システムに有効に使用することができる。モード
選択カプラーの付加とともに、この装置は１×２スイッチとして作用することも
できる。
【００２６】 図１は、たわみ音波による音響光学モード連結に基づく光スイッチを示す概略
説明図である。モード連結は、光ファイバーに沿って伝播する音波の波長がモー
ド間におけるうなり長さに一致するときに起きる。芯の屈折率と外装の屈折率と
の間における約０．００７の差（ｎco−ｎcl≒０．００７）、５μｍの芯半径お
よび８０μｍの外装直径が、第２オーダーモードの好ましくない励起を最小限に
抑えるために、芯整合狂いが最小である従来の単一モード光ファイバー２０に接
合される。２モードファイバーのしっかりした曲げを用いるモードストリッパー
３０，３０′によって、その光ファイバーのポリマージャケットが剥離される、
２５ｍｍ長さの音響光学相互作用領域ｒに出入りするために、基本的モードだけ
が保証される。この音響光学相互作用領域ｒにたわみ音波を導入するために、音
響ホーン５０が使用され、また、音波の波長は、信号がその音響ホーン５０に適
用される無線周波（以下、「ｒｆ」という）信号発生器４０によって調整するこ
とができる。このような光スイッチを用いると、温度変化に依存する光ファイバ
ーのどのような長さ変化にも高感度で反応する。それゆえ、温度変化に依存する
光ファイバーのどのような長さ変化も排除するとともにその光ファイバーを保護
するために、その光ファイバー部分は、その光ファイバーと同じ熱膨張係数のあ
る、石英管あるいはガラス管（図示しない）などの、ある種の材料の中に挿入さ
れているのが好ましい。
【００２７】 図２（Ａ）は、光波長の関数として、うなり長さの平方にほぼ逆比例する位相
整合音響周波数の一例を示すグラフである。図２（Ａ）によれば、そのうなり長
さは約１５５０ｎｍ付近で最小値をとることがわかる。
【００２８】 図２（Ｂ）は、図１に例示された光スイッチの伝送特性を示すグラフである。
図２（Ｂ）によれば、均一なモード連結は、除去効率において１デシベルの部分
だけがある１５１０ｎｍ〜１５９０ｎｍの８０ｎｍにわたって認められることが
わかる。ｒｆ信号が適用されない場合には、吸光比は、偏光状態に左右されるこ
となく、１６デシベル以上として示されている。
【００２９】 図３は、レーザーダイオードと振幅変調されたｒｆ源とを用いて測定された、
図１に例示された光スイッチの切換特性を示すグラフである。
【００３０】 図３によれば、スイッチオンおよびスイッチオフの遅れ時間（１０％〜９０％
の範囲における）がすべて１１μｓであり、約７μｓの初期切換遅れ時間が図１
に示された音響ホーンにおける音波伝播時間に相当することがわかる。切換特性
はほとんど、１５２５ｎｍ、１５４５ｎｍおよび１５６０ｎｍの３波長について
のものである。
【００３１】 それゆえ、本発明によれば、広帯域で偏光に左右されずに作動しかつ低損失の
光ファイバースイッチを容易に実現することができる。特に、この装置は、光フ
ァイバーだけを用いるので、低伝送速度（＜１００キロヘルツ）システムにおけ
る変調に適用することのできる低コストの、エルビウムでドープ処理された光フ
ァイバー増幅器、利得制御装置、ｎ×ｎマトリックススイッチ、およびオン／オ
フスイッチの出力電力制御に適用することができる。
【００３２】 本発明は好ましい実施態様に関して説明してきたが、均等な改変および改造が
本発明の範囲内に収まるであろうことは当業者にとって自明である。本発明の範
囲は、添付した請求の範囲の表現によってだけ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の１つの実施態様に係る光スイッチの概略構成図である。
【図２】 （Ａ）は、光波長の関数として、うなり長さの平方にほぼ逆比例する位相整合
音響周波数の一例を示すグラフである。（Ｂ）は、図１に例示された光スイッチ
の伝送特性を示すグラフである。
【図３】 図３は、図１に例示された光スイッチの切換特性を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム，ジン−ハ 大韓民国 463−480，ソンナムシ，プンダ ン−グ，キュンゴック−ドン 126，チェ ンソルマウル 609−1205 (72)発明者 リ，ボン−ワン 大韓民国 302−280，テジョン，セ−グ， ウォルピュン−ドン，ベクハップ アパー ト 107−702 (72)発明者 ユン，セック−ヒュン 大韓民国 305−333，テジョン，ユソン− グ，ウヒュン−ドン 99，ハンビット ア パート 135−1201 (72)発明者 キム，ビョン−ヨン 大韓民国 305−335，テジョン，ユソン− グ，クン−ドン，デドン ビレッジ Ｃ− ２ (72)発明者 オ，キュン−フヮン 大韓民国 137−070，ソウル，セチョ− グ，セチョ−ドン 1563−８，へチュン ヴィラ １−203 Ｆターム(参考） 2H050 AC01 AC09 AC71 AC81 AC83 AD01 BB22S BC11 2K002 AB04 BA12 CA15 DA07 DA10 EA04 HA10

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 芯半径、芯屈折率および外装屈折率を含んでいる光ファイバ
    ーの構造的パラメーターを調整することで、第１モードと第２モードとの間にお
    けるうなり長さのばらつきが光信号波長帯域において最小であり、それによって
    、前記第１モードと前記第２モードとの間におけるうなり長さが通過光の作動波
    長帯域における光波長に左右されない、正規化周波数値を有する光ファイバー。
  2. 【請求項２】 前記光ファイバーが、０．９以下の楕円率を有する楕円状芯
    の２モード光ファイバーである請求項１に記載の光ファイバー。
  3. 【請求項３】 前記光ファイバーが、単一モード光ファイバーであり、かつ
    、前記第１モードおよび前記第２モードが、芯モードおよび外装モードにそれぞ
    れ対応している請求項１に記載の光ファイバー。
  4. 【請求項４】 入射光を導入するための単一モード光ファイバー、 この単一モード光ファイバーに接続されかつ正規化周波数値を有しており、芯
    半径、芯屈折率および外装屈折率を含んでいる光ファイバーの構造的パラメータ
    ーを調整することで、第１モードと第２モードとの間におけるうなり長さのばら
    つきが光信号波長帯域において最小であり、それによって、前記第１モードと前
    記第２モードとの間におけるうなり長さが通過光の作動波長帯域における光波長
    に左右されない光ファイバー、 調整された構造的パラメーターを有する前記光ファイバーにおいてたわみ音波
    を発生させるための音波発生手段、および 調整された構造的パラメーターを有する前記光ファイバーに接続され、それを
    貫いて通過する光の特定モードを排除しあるいは選択するための出力モード剥離
    用／選択用手段 を備えてなる光ファイバー装置。
  5. 【請求項５】 前記の構造的パラメーターで調整された光ファイバーが、楕
    円状芯の２モード光ファイバーであり、かつ、０．９以下の楕円率を有している
    請求項４に記載の光ファイバー装置。
  6. 【請求項６】 前記の構造的パラメーターで調整された光ファイバーが、単
    一モード光ファイバーであり、かつ、前記第１モードおよび前記第２モードが、
    芯モードおよび外装モードにそれぞれ対応している請求項４に記載の光ファイバ
    ー装置。
  7. 【請求項７】 前記の単一モード光ファイバーと構造的パラメーターで調整
    された光ファイバーとの間に設けられて入射光のモードを調整する入力モード選
    択用手段をさらに備えている請求項４に記載の光ファイバー装置。
  8. 【請求項８】 前記入力モード選択用手段が、曲げ損失のある高オーダーモ
    ードを取り除くために小径で巻かれた光ファイバーであるモードストリッパーで
    ある請求項７に記載の光ファイバー装置。
  9. 【請求項９】 前記入力モード選択用手段が、前記の構造的パラメーターで
    調整された光ファイバーと、前記の構造的パラメーターで調整された光ファイバ
    ーの前記第２モードの屈折率と同じ有効屈折率を有する別の単一モード光ファイ
    バーとから作られたモード選択カプラーであり、それによって、前記光ファイバ
    ー装置が、１×２光スイッチとして作動することができる請求項７に記載の光フ
    ァイバー装置。
  10. 【請求項１０】 前記入力モード選択用手段が、ともに接合されかつその接
    合部で先細にされた前記の単一モード光ファイバーと前記の構造的パラメーター
    で調整された光ファイバーとがただ１つのモードだけを通過させることができる
    ようにされた光ファイバーであるモードストリッパーである請求項７に記載の光
    ファイバー装置。
  11. 【請求項１１】 前記通過光のための前記出力モード剥離用／選択用手段が
    、前記の構造的パラメーターで調整された光ファイバーにおける前記第２モード
    の屈折率と同じ有効屈折率を有する単一モード光ファイバーから作られたモード
    選択カプラーからなり、それによって、前記光ファイバー装置が、１×２光スイ
    ッチとして作動することができる請求項７に記載の光ファイバー装置。
  12. 【請求項１２】 前記通過光のための前記出力モード剥離用／選択用手段が
    、曲げ損失のある高オーダーモードを剥離するために小径で巻かれた光ファイバ
    ーであるモードストリッパー、あるいはただ１つのモードだけを通過させること
    ができるように先細にされた光ファイバーであるモードストリッパーからなり、
    それによって、前記光ファイバー装置が、１×１光スイッチとして作動すること
    ができる請求項７に記載の光ファイバー装置。
  13. 【請求項１３】 前記入力モード選択用手段が、前記の構造的パラメーター
    で調整された光ファイバーと、前記の構造的パラメーターで調整された光ファイ
    バーの前記第２モードの屈折率と同じ有効屈折率を有する別の単一モード光ファ
    イバーとから作られたモード選択カプラーであり、かつ、前記通過光のための前
    記出力モード剥離用／選択用手段が、別のモード選択カプラーからなり、それに
    よって、前記光ファイバー装置が、２×２光スイッチあるいは加算／減算マルチ
    プレクサーとして作動することができる請求項７に記載の光ファイバー装置。
  14. 【請求項１４】 前記の単一モード導入用光ファイバーと構造的パラメータ
    ーで調整された光ファイバーとが、温度変化に左右される前記光ファイバーの長
    さ変化を防止しかつ前記光ファイバーを保護するために、材料が前記光ファイバ
    ーと同様の熱膨張係数を有している管の中に挿入されている請求項４に記載の光
    ファイバー装置。
  15. 【請求項１５】 前記の単一モード導入用光ファイバーと構造的パラメータ
    ーで調整された光ファイバーとが、温度変化に左右される前記光ファイバーの長
    さ変化を防止しかつ前記光ファイバーを保護するために、材料が前記光ファイバ
    ーと同様の熱膨張係数を有している管の中に挿入されている請求項７に記載の光
    ファイバー装置。
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