JP2003057479A - 偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品 - Google Patents
偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品Info
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Abstract
よびこれを用いた光部品を提供する。 【解決手段】 偏波保持光ファイバの残留応力の温度に
よる変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化量
と、偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度
による変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化量
とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量
の絶対値が近接している偏波保持光ファイバ。s偏波お
よびf偏波のいずれか一方またはs偏波のみを入射す
る。偏波保持光ファイバの複屈折率が1.3×10-4〜
2.5×10-4。偏波保持光ファイバがPANDAファ
イバ、Bow−Tieファイバまたは楕円ジャケットフ
ァイバ。光ファイバグレーティング内を伝搬する光の中
心波長の温度変化による変動が−0.01〜+0.01
nm/℃である光ファイバグレーティング。
Description
用いられる偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部
品に関し、特に、温度依存性を低減した偏波保持光ファ
イバおよびこれを用いた光部品に関する。
る偏波合波器としては、偏波保持光ファイバカプラが使
用されている。また、レーザダイオードや光ファイバレ
ーザの安定化用外部共振器、歪みセンサーなどとして
は、偏波保持(polarization maintaining;偏波保持)
ファイバグレーティング(fiber grating;FG)が使
用されている。このような光部品に利用される偏波保持
光ファイバとしては、種々のものが提案されているが、
代表的なものとしてPANDAファイバ(polarization
maintaining and absorption reducing fiber)が
知られている。
たもので、このPANDAファイバ10は、中心に設け
られたコア11と、このコア11の周囲に、このコア1
1と同心円状に設けられ、かつこのコア11よりも低屈
折率のクラッド12と、このクラッド12内に、コア1
1を中心に対称に配置され、かつこのクラッド12より
も熱膨張係数の大きい断面円形の2つの応力付与部1
3、13とから構成されている。この例において、コア
11はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド12は純
石英ガラス、応力付与部13はホウ素が比較的大量に添
加された石英ガラスからそれぞれ構成されている。コア
11の外径、応力付与部13の外径、コア11とクラッ
ド12との比屈折率差、クラッド12と応力付与部13
との比屈折率差は所望の特性などによって適宜設定され
る。
きな熱膨張係数を有しており、融点が低い。そのため、
光ファイバの製造時に線引きされた光ファイバが冷却さ
れる過程において、クラッド12が応力付与部13より
も先に固くなるため、形状があまり歪まず、ファイバ断
面において、クラッド12と応力付与部13との熱膨張
係数の差に起因する応力を生じる。そして、この応力は
コア11に対して応力異方性を発生させる。その結果、
このPANDAファイバ10においては、X偏波はこの
PANDAファイバ10のX軸方向に電界ベクトルを保
持して伝搬し、Y偏波はX偏波と直交する電界ベクトル
を保持してPANDAファイバ10内を伝搬する。PA
NDAファイバでは、X偏波の実効屈折率がY偏波のそ
れよりも大きく伝搬速度が遅いので、X偏波軸をslo
w軸、Y偏波軸をfast軸という場合がある。一般
に、偏波保持光ファイバでは、一方の偏波の実効屈折率
がもう一方のそれよりも大きく、伝搬速度が遅いので、
slow軸方向に電界をもつ偏波をs偏波、fast軸
方向に電界をもつ偏波をf偏波という場合がある。
送システムの高密度化に伴って、温度依存性の低い光部
品が求められている。しかしながら、偏波保持光ファイ
バ内に生じる応力は、クラッドと応力付与部の熱膨張係
数の差を利用しており、偏波保持光ファイバが冷却する
過程で、応力付与部が強く収縮することにより発生す
る。よって、偏波保持光ファイバ内に生じる応力は温度
依存性を示すものである。したがって、このような偏波
保持光ファイバを用いて製造された光部品は、偏波保持
光ファイバに起因する温度依存性を示す。すなわち、こ
のような光部品にあっては、温度の上昇に伴って、偏波
保持光ファイバ内の応力が解放され、s偏波およびf偏
波を伝搬する特性が変化する。また、温度変化に伴って
光部品のs偏波およびf偏波を伝搬する特性が変化する
他の要因としては、偏波保持光ファイバを形成している
材料の屈折率変化や、熱膨張による光部品の長手方向に
おける長さの変化などがある。
持光ファイバグレーティングを用いて、光ファイバレー
ザにおける発振周波数の変動の要因となるX偏波および
Y偏波の変動を抑制する方法について提案されている。
しかしながら、偏波保持光ファイバおよびこれを用いた
光部品の温度依存性を低減する方法については提案され
ていない。
で、温度依存性を低減した偏波保持光ファイバおよびこ
れを用いた光部品を提供することを課題とする。
クラッド内にコアに対して対称的に配された2個の応力
付与部を有する偏波保持光ファイバであって、前記偏波
保持光ファイバに、s偏波、f偏波のいずれかの偏波を
入射した場合、前記偏波保持光ファイバの残留応力の温
度による変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化
量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率
の温度による変動によって生じる入射光の実効屈折率の
変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の
変化量の絶対値が近接している偏波保持光ファイバによ
って解決できる。前記偏波保持光ファイバにおいて、前
記s偏波および前記f偏波のいずれか一方またはs偏波
のみが入射されることが好ましい。前記偏波保持光ファ
イバにおいて、常温における複屈折率を低減したことが
好ましい。前記偏波保持光ファイバの複屈折率が1.3
×10-4〜2.5×10-4であることが好ましい。前記
偏波保持光ファイバがPANDAファイバであることが
好ましい。前記偏波保持光ファイバがBow−Tieフ
ァイバであることが好ましい。前記偏波保持光ファイバ
が楕円ジャケットファイバであることが好ましい。上記
偏波保持光ファイバを用いて製造された光部品が好まし
い。前記光部品が光ファイバグレーティングであって、
該光ファイバグレーティング内を伝搬する光の中心波長
の温度変化による変動が、−0.01〜+0.01nm
/℃であることが好ましい。
ここでは、本発明の偏波保持光ファイバの一例として、
図1にPANDAファイバを示す。この例のPANDA
ファイバ10は、中心に設けられたコア11と、このコ
ア11の周囲に、このコア11と同心円状に設けられ、
かつこのコア11よりも低屈折率のクラッド12と、こ
のクラッド12内に、コア11を中心に対称に配置さ
れ、かつこのクラッド12よりも熱膨張係数の大きい断
面円形の2つの応力付与部13、13とから構成されて
いる。そしてこの例のPANDAファイバ10は、s偏
波を入射した際、その残留応力の温度による変動によっ
て生じる入射光の実効屈折率の変化量(以下、「変化量
A」と記す。)と、PANDAファイバ10のコア1
1、クラッド12および応力付与部13を形成する材料
の屈折率の温度による変動によって生じる入射光の実効
屈折率の変化量(以下、「変化量B」と記す。)が逆符
号を有し、かつこれら変化量Aと変化量Bの絶対値がほ
ぼ等しいものである。
温度変化によって生じる実効屈折率の変化量Aが、実効
屈折率の変化量Bを打ち消すから、偏波保持光ファイバ
全体として入射光の実効屈折率がほとんど変化しない。
変化量Aと変化量Bが逆符号を有するものとし、その絶
対値をほぼ等しくする方法としては、PANDAファイ
バ10の室温における残留応力を減少させる方法があ
る。この方法によれば、PANDAファイバ10の温度
変化による残留応力の変化量を小さくすることができ、
変化量Aの絶対値を、変化量Bに近付けることができ
る。PANDAファイバ10の室温における残留応力を
減少させる具体的な方法としては、応力付与部13、1
3の間の距離を長くする方法、応力付与部13、13を
縮小する方法、応力付与部13、13の組成を変えて、
クラッド12との熱膨張係数差を小さくする方法などが
挙げられる。この例の偏波保持光ファイバにあっては、
応力付与部13、13の間の距離を長くする方法が好ま
しく用いられる。
る方法を以下に示す。図1に示すように、応力付与部1
3、13の間の距離は、コア11またはクラッド12の
同心円で、応力付与部13、13にかからず、かつその
内部に応力付与部13、13を含まない最大の円15の
直径Aを基準に定められている。直径Aは20μm以
上、好ましくは、25〜30μmとする。通常の通信用
などの偏波保持光ファイバにあっては、上記直径Aは1
2〜17μm程度である。これに対して、上述のように
応力付与部13、13が離れていると、応力付与部1
3、13がコア11に与える応力が低下し、通常の偏波
保持光ファイバと比較して複屈折率が低くなる。
合、応力付与部13の直径を15〜35μmとすること
が好ましい。
を、このPANDAファイバ10に入射すると、上述の
温度変化によって生じる変化量Aと変化量Bが打ち消し
合う。したがって、この例の偏波保持光ファイバの温度
依存性を低減するには、この偏波保持光ファイバにs偏
波のみを入射することが好ましい。
温における複屈折率を低減したものであり、その複屈折
率が1.0×10-4〜3.0×10-4であることが好ま
しく、より好ましくは1.3×10-4〜2.5×10-4
である。複屈折率が上記範囲内であれば、この偏波保持
光ファイバを用いて作製された、後述の光ファイバグレ
ーティングの中心波長の温度変化による変動を±0.0
1nm/℃以内に抑えることができる。複屈折率が1.
0×10-4未満では、光ファイバグレーティングの損失
中心波長の温度による変動が+0.01nm/℃以上に
なる。一方、複屈折率が3.0×10-4を超えると、−
0.01nm/℃以下になる。ところで、偏波保持光フ
ァイバに形成した光ファイバグレーティングの中心波長
は、偏波保持光ファイバの複屈折率に比例することが分
かっている。
NDAファイバに限定するものではなく、Bow−Ti
eファイバ、楕円ジャケットファイバなどの偏波保持光
ファイバとすることもできる。さらに、本発明の偏波保
持光ファイバは、長周期ファイバグレーテイング、短周
期ファイバグレーティングなどの光ファイバグレーティ
ング、光ファイバカプラなどの光部品に対しても適用可
能である。
ァイバグレーテイングについて説明する。長周期ファイ
バグレーテイングは、光ファイバの長手方向に周期が数
10μm〜1000μm程度の屈折率変調を形成するこ
とにより、コア中を伝搬する光(導波モード光)を、同
方向のクラッド中を伝搬する光(クラッドモード光)や
同方向の放射モード光へ結合させるものである。偏波保
持光ファイバに長周期ファイバグレーテイングを形成し
た場合、その中心波長が温度によって変動する主要因
は、残留応力の変動と材料の屈折率変動によるものであ
る。本発明の偏波保持光ファイバに長周期ファイバグレ
ーテイングを形成した場合、s偏波、f偏波いずれかの
偏波を入射した際の温度の上昇に伴う残留応力の変動に
よる中心波長の変動が、偏波保持光ファイバを形成する
材料の屈折率変動による中心波長の変動を打ち消す向き
に動く。したがって、この長周期ファイバグレーテイン
グは温度依存性がほとんどないから、光増幅器用利得等
化器などに好ましく用いられる。さらに、この光増幅器
用利得等化器は、光通信システムなどに好ましく用いら
れる。
果を明らかにする。 (実施例)応力付与部をコアから離す方法により、室温
における残留応力を減少させた0.98μm帯域用低複
屈折PANDAファイバを作製した。作製した0.98
μm帯域用低複屈折PANDAファイバの複屈折率は、
25℃において2.4×10-4と、通常の0.98μm
帯域用PANDAファイバの複屈折率4.9×10 -4の
半分程度であった。この0.98μm帯域用低複屈折P
ANDAファイバの被覆を除去した部分に紫外光を照射
し、長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長
周期光ファイバグレーティングの温度による損失スペク
トルの変動を測定した。この長周期光ファイバグレーテ
ィングを形成した際における、PANDAファイバの紫
外光に対する露光条件は、屈折率変調周期320.3μ
m、グレーティング段数118段とした。温度によるs
偏波の中心波長の変動の結果を図2に示す。また、長周
期光ファイバグレーティングの温度による中心波長の変
動量を表1に示す。
低複屈折PANDAファイバは温度による中心波長の変
動が小さいことが分かる。また、表1の結果から、s偏
波の中心波長の温度による変動は−0.0089nm/
℃と、−0.01〜+0.01nm/℃以内に抑えられ
ている。このようなPANDAファイバを用いて作製さ
れた長周期光ファイバグレーティングは、温度による残
留応力の変化が小さいため、s偏波の温度による中心波
長の変動が低減されることになる。
1.55μm帯域用PANDAファイバの被覆を除去し
た部分に紫外光を照射し、長周期光ファイバグレーティ
ングを形成し、これらの長周期光ファイバグレーティン
グの温度による損失スペクトルの変動を測定した。この
長周期光ファイバグレーティングを形成した際におけ
る、PANDAファイバの紫外光に対する露光条件を表
2に示す。温度によるs偏波の中心波長の変動の結果を
図3(a)に、f偏波の中心波長の変動の結果を図3
(b)示す。また、長周期光ファイバグレーティングの
温度による中心波長の変動量を表3に示す。
れらのPANDAファイバにs偏波を入射した際の損失
ピークの中心波長は短波長側へ、f偏波の中心波長は長
波長側へそれぞれ大きく変動している。また、表3の結
果から、この光ファイバグレーティングの温度による中
心波長の変動量は、−0.01〜+0.01nm/℃の
範囲を大きく超えており、温度依存性が大きい。
光ファイバは、コアを囲むクラッド内にコアに対して対
称的に配された2個の応力付与部を有する偏波保持光フ
ァイバであって、前記偏波保持光ファイバに、s偏波、
f偏波のいずれかの偏波を入射した場合、前記偏波保持
光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる
入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイ
バを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生
じる入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、
かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接してい
るから、偏波保持光ファイバの残留応力の変動によって
生じる入射光の実効屈折率の変化量が、偏波保持光ファ
イバを形成する材料の屈折率の変動によって生じる入射
光の実効屈折率の変化量を打ち消すから、偏波保持光フ
ァイバ全体として入射光の実効屈折率がほとんど変化し
ない。したがって、このような偏波保持光ファイバは、
温度依存性の少ないものとなる。
偏波および前記f偏波のいずれか一方またはs偏波のみ
が入射されれば、偏波保持光ファイバの残留応力の温度
による変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化が
打ち消される。前記偏波保持光ファイバの複屈折率が
1.3×10-4〜2.5×10-4であれば、この偏波保
持光ファイバを用いて作製された光ファイバグレーティ
ングの中心波長の変動の温度依存性を低減することがで
きる。前記偏波保持光ファイバを用いて製造された光部
品が、光ファイバグレーティングであって、該光ファイ
バグレーティングの中心波長の温度変化による変動が−
0.01〜+0.01nm/℃であれば、このファイバ
グレーティングを用いた光増幅器用利得等化器などの温
度依存性が低減する。さらに、この光増幅器用利得等化
器は、光通信システムなどに好ましく用いられる。
る。
た長周期ファイバグレーティングの温度によるs偏波の
中心波長の変動を示すグラフである。
長周期ファイバグレーティングの温度による中心波長の
変動を示すグラフで、図3(a)はs偏波の中心波長の
変動を示し、図3(b)はf偏波の中心波長の変動を示
す。
Claims (9)
- 【請求項1】 コアを囲むクラッド内にコアに対して対
称的に配された2個の応力付与部を有する偏波保持光フ
ァイバであって、前記偏波保持光ファイバに、s偏波、
f偏波のいずれかの偏波を入射した場合、前記偏波保持
光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる
入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイ
バを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生
じる入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、
かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接してい
ることを特徴とする偏波保持光ファイバ。 - 【請求項2】 前記偏波保持光ファイバにおいて、前記
s偏波および前記f偏波のいずれか一方またはs偏波の
みが入射されることを特徴とする請求項1記載の偏波保
持光ファイバ。 - 【請求項3】 前記偏波保持光ファイバにおいて、常温
における複屈折率を低減したことを特徴とする請求項1
または2記載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項4】 前記偏波保持光ファイバの複屈折率が
1.3×10-4〜2.5×10-4であることを特徴とす
る請求項3記載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項5】 前記偏波保持光ファイバがPANDAフ
ァイバであることを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかに記載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項6】 前記偏波保持光ファイバがBow−Ti
eファイバであることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれかに記載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項7】 前記偏波保持光ファイバが楕円ジャケッ
トファイバであることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれかに記載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載の偏
波保持光ファイバを用いて製造されたことを特徴とする
光部品。 - 【請求項9】 請求項8記載の光部品が光ファイバグレ
ーティングであって、該光ファイバグレーティング内を
伝搬する光の中心波長の温度変化による変動が、−0.
01〜+0.01nm/℃であることを特徴とする光部
品。
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