JP2004117965A - 光導波路接続部及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【効果】本発明によれば、MFDの異なる光導波路同士を接続する場合に接続部において屈折率が異なることによるフレネル反射やMFDの違いによる接続損失の極めて少ない光導波路接続部及びその製造方法を提供することができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードフィールド径が異なる光導波路同士を接続するための接続部に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年インターネットが急速に普及し、通信ネットワークをますます充実させる必要性が高まっている。通信ネットワークを構成するための重要な要素である光導波路には幹線系等に使用されている光ファイバや加入者系等に使用されている平面型光導波路がある。
【0003】
現在、通信ネットワークに用いられる光ファイバはシングルモードファイバ(SMF;Single Mode Fiber)がほとんどであるが、このSMFのコアとクラッドの間の屈折率の差、即ち比屈折率差は約0.3%で、モードフィールド径(MFD;Mode Field Diameter)は1.55μmの波長で7〜8μmである。
【0004】
ところで、通信ネットワークシステムには前記したように光ファイバの他に平面型光導波路(PLC;Planar Lightwave Circuit)が用いられる。PLCは例えば図5に示すように基板上(図示せず)にコア及びクラッドを配設し、光信号を入力側のコア51aに入力し、出力側のコア52a〜52dに分岐するためなどに使用されている。そして出力側のコア部とSMF54を接続して光信号を伝送する(この図では便宜的に1本のSMFのみを示している)。なお、コアは共通のクラッド53内に配設されている。
【0005】
最近、実装効率を高めるためにこのようなPLCを小型化するという要求が高まってきている。PLCを小型化すると必然的に図に示すようにコアの分岐部近傍の曲率半径Rを小さくせざるを得なくなる。そうすると光信号が漏れやすくなるので光信号をよりコア内に閉じこめるためには比屈折率差を大きくする必要性がでてくる。現在、小型化したPLCの比屈折率差は0.5〜1%程度のものも適用されるようになってきている。上記のようにPLCの比屈折率差を大きくするとモードフィールド径は小さくなることがわかっている。この場合のMFDは例えば1.55μmで5〜6μm程度となる。
【0006】
このようにPLCの比屈折率差を大きくするとモードフィールド径は小さくなるのでSMFと接続した場合にコア同士の屈折率の違いによるフレネル反射やモードフィールド径の違いからくる接続損失などが生じるため、最近モードフィールド径を変化させる技術としてコアを加熱してMFDを拡大させるTEC(Thermally Expanded Core)という方法も提案されている。この技術は光導波路のコアの屈折率制御に用いられているドーパントを熱によって拡散させてMFDを拡大させるものである(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−257032号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
即ち、前記したようにPLCの比屈折率差を大きくするとモードフィールド径は小さくなるのでSMFと接続した場合にコア同士の屈折率の違いによるフレネル反射やモードフィールド径の違いからくる接続損失などが生じ、通信ネットワークを構成する上で種々の不都合が出ていた。
【0009】
一方、最近モードフィールド径を変化させる技術としてコアを加熱してMFDを拡大させるTEC(Thermally Expanded Core)という方法も提案されている。この技術は光導波路のコアの屈折率制御に用いられているドーパントを熱によって拡散させてMFDを拡大させるものであるが、熱によるMFDの拡大の制御が難しく、また拡散に時間がかかるために製造効率が悪いという問題があった。
【0010】
本発明はMFDの異なる光導波路同士を効率よく接続するための光導波路接続部及びその接続部の比較的簡便な製造方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成1〉
異なるモードフィールド径を有する光導波路同士の接続部であって、上記接続すべき端面近傍においてそれぞれの光導波路の一方のモードフィールド径が他方のモードフィールド径に合うように調整されていることを特徴とする光導波路接続部。
【0012】
〈構成2〉
上記それぞれの光導波路の一方は比屈折率差の大きい光導波路であり、他方は比屈折率差の小さい光導波路であることを特徴とする構成1記載の光導波路接続部。
【0013】
〈構成3〉
上記モードフィールド径の調整は比屈折率差の小さい光導波路で行われていることを特徴とする構成1または構成2記載の光導波路接続部。
【0014】
〈構成4〉
上記比屈折率差の大きい光導波路は平面型光導波路であり、上記比屈折率差の小さい光導波路は光ファイバであることを特徴とする構成1から構成3までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。
【0015】
〈構成5〉
上記比屈折率差の大きい光導波路は多心コア平面型光導波路であり、上記比屈折率差の小さい光導波路は複数の光ファイバを並列に配置した多心光ファイバであることを特徴とする構成4記載の光導波路接続部。
【0016】
〈構成6〉
異なるモードフィールド径を有する光導波路同士の接続部であって、上記接続部は上記それぞれの光導波路間に配置されて使用され、上記それぞれの光導波路のモードフィールド径と合うように一方の端部から他方の端部にかけて漸次モードフィールド径が変化している光導波路接続素子であることを特徴とする光導波路接続部。
【0017】
〈構成7〉
上記光導波路接続素子のモードフィールド径の変化は一方の端部から他方の端部にかけて連続的に変化していることを特徴とする構成6記載の光導波路接続部。
【0018】
〈構成8〉
上記光導波路接続素子のモードフィールド径の変化は一方の端部から最初は連続的に変化し、上記接続部の途中部分から他方の端部にかけては一様なモードフィールド径となっていることを特徴とする構成6記載の光導波路接続部。
【0019】
〈構成9〉
上記光導波路接続素子は平面導波路型であることを特徴とする構成6から構成8までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。
【0020】
〈構成10〉
上記光導波路接続素子は多心コア平面導波路型であることを特徴とする構成9記載の光導波路接続部。
【0021】
〈構成11〉
上記光導波路接続素子は光ファイバ型であることを特徴とする構成6から構成8までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。記載の光導波路接続部。
【0022】
〈構成12〉
上記光導波路接続素子は複数の光ファイバを並列に配置した多心光ファイバ型であることを特徴とする構成11記載の光導波路接続部。
【0023】
〈構成13〉
上記光導波路接続素子はコアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路と上記比屈折率差が小さい光導波路との間に配置されることを特徴とする構成6から構成12までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。
【0024】
〈構成14〉
上記コアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路は平面型光導波路であり、上記比屈折率差が小さい光導波路は光ファイバであることを特徴とする構成6から構成13までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。
【0025】
〈構成15〉
上記コアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路は分散シフトファイバであり、上記比屈折率差が小さい光導波路はシングルモードファイバであることを特徴とする構成6から構成14までのいずれかの構成に記載の光導波路接続部。
【0026】
〈構成16〉
異なるモードフィールド径を有する光導波路同士を接続するための光導波路接続部の製造方法であって、一様なモードフィールド径を有する一方の光導波路の接続すべき端部近傍のコアに紫外線レーザ光を照射してコアの屈折率を上昇させてモードフィールド径を縮小させることを特徴とする光導波路接続部の製造方法。
【0027】
〈構成17〉
上記紫外線レーザ光の照射はモードフィールド径が上記一方の光導波路の接続すべき端部から他方の端部にかけて漸次変化するように照射強度を調整することを特徴とする構成16記載の光導波路接続部の製造方法。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【0029】
図1は本発明の光導波路接続部の一実施の形態を表した図である。即ち、図1(a)は絶縁基板(図示せず)上に入力用の1本のコア3から分岐された複数本のコア4a〜4dがクラッド5内に配設された多心コア平面型光導波路(PLC)1と光ファイバ2が接続されている状況を示している。ここで光ファイバ2はSMFである。この図においては便宜的にPLC1の4本のコア4a〜4dのうち1本のコア4aと1本のSMF2とが接続されているが、もちろんPLC1のすべてのコアがそれぞれSMFと接続されていてもよい。また、SMFは複数のSMFが並列に配置した多心型の光ファイバであっても良い。接続は例えばSMFの接続すべき端部をV溝に設置してPLCと光軸を合わせて接続すると良い。
【0030】
この時PLC1のコア4aとクラッド5の比屈折率差は約1%でMFDは5.5μmとなっている。一方、SMF2のコア6とクラッド7の比屈折率差は約0.3%でMFDは7.5μmである。
【0031】
上記のような接続部を構成する場合、本発明では図1(b)のようにPLC1とSMF2の接続端面におけるMFDを実質的にフレネル反射や接続損失がないように調整してある。即ち、比屈折率差の大きいPLC1のMFD5.5μmに合わせるように比屈折率差の小さいSMF2のMFD7.5μmを縮小している。
【0032】
ここで、MFDの調整を行うことにより接続損失をないようにするという意味は接続損失をできるだけ少なくするということであり、例えば接続損失が0.1dB以下ならば通信ネットワークを構成する上で特に不都合がなくなる。
なお、図1(b)は説明のためにPLC1及びSMF2の一部を拡大して示している。
【0033】
このような接続部を製造するには、まず一様なMFD(ここでは7.5μm)を有するSMFにおいてPLC1と接続する端部8側のコア6に紫外線レーザ光を照射する。コア6に紫外線レーザ光を照射するとコア6中の屈折率制御ドーパントであるGeに起因してコア6の屈折率が上昇し、コア6とクラッド7の比屈折率差が大きくなりMFDが縮小する。
【0034】
紫外線レーザ光の照射は目的とする接続すべき光導波路のMFDに合わせてその強度を調整しながら照射すると良い。即ち、ここでは接続部端面のMFDを5.5μmとなるように最初は端部8側の照射強度を強くし、端部8側から離れるに連れて徐々に弱めていき、途中で照射を終了する。このようにすると実質的にフレネル反射や接続損失がない光導波路接続部が得られる。
【0035】
なお、照射する紫外線レーザ光はKrFエキシマレーザ(波長248nm、パルス光)、アルゴンSHGレーザ(波長244nm、連続光)、ArFエキシマレーザ(波長193nm、パルス光)、銅蒸気レーザ(波長255nm、パルス光)、LD励起YAG4倍レーザ(波長266nm、パルス光、連続光)等が用いられるが、その他本発明の目的のために適したレーザ光ならば特に限定されるものではない。
【0036】
次に本発明の光導波路接続部の他の実施の形態を説明する。なお、図1と同じ個所については同一番号を付し、以下の図面においても同様とする。
【0037】
図2は本発明の光導波路接続部の他の実施の形態を表した例である。即ち、図2(a)においてMFDの異なるPLC1とSMF2の接続の際に、PLC1の入力用コア3から分岐された出力用コア4a〜4dにSMF2を接続する場合、PLC1とSMF2の間に本発明の光導波路接続部として光導波路接続素子9を配置する。なお、本図においても説明のためPLCとSMFの接続は1本としているが、もちろんPLCのすべてのコアをSMFと接続することができることは前記したように何ら差し支えなく特に限定されるものではない。
【0038】
このような光導波路接続素子9は比屈折率差の大きいPLC1と比屈折率差の小さいSMF2の間に配置して使用される。この時光導波路接続素子9は図2(b)において拡大して示すように比屈折率差の大きいPLC1と接続する端部10a側のコアに紫外線レーザ光を照射してMFDを縮小する。一方、比屈折率差の小さい光導波路と接続する端部10b側のコアには紫外線レーザ光を照射しないのでMFDは当初の大きさのままである。
【0039】
前記したように紫外線レーザ光の照射は目的とする接続すべき光導波路のMFDに合わせてその強度を調整しながら照射すると良い。即ち、最初は端部10a側の照射強度を強くし、端部10b側に向かうに連れて徐々に弱めていけば良い。このようにすると図2(b)に示すように端部10a側ではPLC1と同等のMFDを有し、端部10b側ではSMF2と同等のMFDを有する連続的にMFDが変化した光導波路接続素子が得られる。
【0040】
一方、端部10a側から紫外線レーザ光の強度を調整しながら照射し、光導波路接続部の途中で照射を終了する。このようにすると図2(c)に示すように端部10a側から10b側にかけて途中までは漸次MFDが変化するが、その後一様なMFDを有する光導波路接続素子が得られる。
【0041】
上記のような本実施の形態における光導波路接続部としては図2で示したような平面導波路型素子が用いられるが、光ファイバでも差し支えない。また、この光導波路接続部は平面導波路型素子の場合でも光ファイバの場合でも、単心のコアを有するものでも良く、複数のコアが配置された多心コア型のものでも良い。要するに本発明の目的に適するものであるならば特に限定されることはない。
【0042】
一方、図3は本発明の光導波路接続部のさらに他の実施の形態を表した例である。即ち、図3は比屈折率差の大きいPLC1と同等の比屈折率差を有している光ファイバ11とを接続してから光導波路接続素子9を介してSMF2と接続している。
【0043】
なお、比屈折率差の大きい光導波路の実施例としてPLCの他に分散シフトファイバ(DSF;Dispersion Shifted Fiber)がある。このDSFのような光導波路とSMFとを接続する際にも本発明の光導波路接続部は有効である。図4はDSFとSMFとを接続する際に光導波路接続部を用いた実施の形態を表している。
【0044】
図4(a)はDSF12とSMF2を光導波路接続素子13を介して接続した状況を示したものである。本実施の形態はフェルール14の孔内に光導波路接続素子13が内蔵された両端コネクタ型のものであり、平面導波路型ではなく光ファイバ型となっている。そしてフェルール14はコネクタ筐体15に収納されている。ここで、本実施の形態の光導波路接続素子13のAで囲んだ部分を図4(b)で拡大して示すようにDSF12と接続する側の端面16aのMFDが小さくなっており、またSMFと接続する側の端面16bはSMFと同じMFDとなっている。このように本発明の光導波路型接続部は比屈折率差の大きい光導波路と比屈折率差の小さい光導波路とを接続損失などがないように効率よく接続するために配置することが目的であるので、その使用形態が特に限定されるものではない。
【0045】
また、上記した光ファイバ型の光導波路接続素子は単心の光ファイバで構成しても良く、複数の光ファイバを並列に配置して構成しても良い。即ち、接続すべき比屈折率差の異なる光導波路に最も適した構成の光導波路接続素子を選択すれば良く、特に限定されるものではない。
【0046】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、比屈折率差の大きい光導波路と比屈折率差の小さい光導波路とを接続する際に、比屈折率差の大きい光導波路のMFDに合わせるように比屈折率差の小さい光導波路のコアに紫外線レーザ光を照射してMFDを縮小するようにしたので、接続部においてフレネル反射や接続損失の極めて少ない光導波路接続部及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を表した図である。
【図2】本発明の他の実施例を表した図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例を表した図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例を表した図である。
【図5】従来例を表した図である。
【符号の説明】
1 光導波路(PLC)
2 光ファイバ(SMF)
3 PLCの入力用コアコア
4a〜4d PLCの出力用コア
5 PLCのクラッド
6 SMFのコア
7 SMFのクラッド
8 接続部端面
Claims (17)
- 異なるモードフィールド径を有する光導波路同士の接続部であって、前記接続すべき端面近傍においてそれぞれの光導波路の一方のモードフィールド径が他方のモードフィールド径に合うように調整されていることを特徴とする光導波路接続部。
- 前記それぞれの光導波路の一方は比屈折率差の大きい光導波路であり、他方は比屈折率差の小さい光導波路であることを特徴とする請求項1記載の光導波路接続部。
- 前記モードフィールド径の調整は比屈折率差の小さい光導波路で行われていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の光導波路接続部。
- 前記比屈折率差の大きい光導波路は平面型光導波路であり、前記比屈折率差の小さい光導波路は光ファイバであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。
- 前記比屈折率差の大きい光導波路は多心コア平面型光導波路であり、前記比屈折率差の小さい光導波路は複数の光ファイバを並列に配置した多心光ファイバであることを特徴とする請求項4記載の光導波路接続部。
- 異なるモードフィールド径を有する光導波路同士の接続部であって、前記接続部は前記それぞれの光導波路間に配置されて使用され、前記それぞれの光導波路のモードフィールド径と合うように一方の端部から他方の端部にかけて漸次モードフィールド径が変化している光導波路接続素子であることを特徴とする光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子のモードフィールド径の変化は一方の端部から他方の端部にかけて連続的に変化していることを特徴とする請求項6記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子のモードフィールド径の変化は一方の端部から最初は連続的に変化し、前記接続部の途中部分から他方の端部にかけては一様なモードフィールド径となっていることを特徴とする請求項6記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子は平面導波路型であることを特徴とする請求項6から請求項8までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子は多心コア平面導波路型であることを特徴とする請求項9記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子は光ファイバ型であることを特徴とする請求項6から請求項8までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子は複数の光ファイバを並列に配置した多心光ファイバ型であることを特徴とする請求項11記載の光導波路接続部。
- 前記光導波路接続素子はコアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路と前記比屈折率差が小さい光導波路との間に配置されることを特徴とする請求項6から請求項12までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。
- 前記コアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路は平面型光導波路であり、前記比屈折率差が小さい光導波路は光ファイバであることを特徴とする請求項6から請求項13までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。
- 前記コアとクラッドの間の比屈折率差が大きい光導波路は分散シフトファイバであり、前記比屈折率差が小さい光導波路はシングルモードファイバであることを特徴とする請求項6から請求項14までのいずれかの請求項に記載の光導波路接続部。
- 異なるモードフィールド径を有する光導波路同士を接続するための光導波路接続部の製造方法であって、一様なモードフィールド径を有する一方の光導波路の接続すべき端部近傍のコアに紫外線レーザ光を照射してコアの屈折率を上昇させてモードフィールド径を縮小させることを特徴とする光導波路接続部の製造方法。
- 前記紫外線レーザ光の照射はモードフィールド径が前記一方の光導波路の接続すべき端部から他方の端部にかけて漸次変化するように照射強度を調整することを特徴とする請求項16記載の光導波路接続部の製造方法。
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