JP2004341011A - 光ファイバ - Google Patents
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Abstract
【課題】光通信システムにおける光の分離／多重化を省スペースで簡便に実現することができる光ファイバおよびこれを用いた光ファイバの接続構造を提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバ１００は、コア２０およびコア２０の周囲を覆うクラッド３０を含む光導波部と、屈折率変化領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、光を分波または合波するための光合分波部１０と、を含み、前記光導波部は、一方または双方の端部に少なくとも前記コア２０の端面を露出するように形成された切欠き部４０を有し、前記光合分波部１０は、前記切欠き部４０上に配置される。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の光ファイバ１００は、コア２０およびコア２０の周囲を覆うクラッド３０を含む光導波部と、屈折率変化領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、光を分波または合波するための光合分波部１０と、を含み、前記光導波部は、一方または双方の端部に少なくとも前記コア２０の端面を露出するように形成された切欠き部４０を有し、前記光合分波部１０は、前記切欠き部４０上に配置される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に多重化された光信号を用いた光通信技術に適用される光ファイバに関する。
【０００２】
【背景技術】
近年のネットワーク技術の発展に伴い、光ファイバを用いて通信を行う技術が注目されている。かかる光通信において、光を分離あるいは多重化するための技術はネットワークの円滑運用のために重要な技術である。しかし、従来、光の分離／多重化を行うためには、光通信システム内において、かかる分離／多重化機能を有する専用の素子や装置などを用いて行う必要があり、近年の情報伝送量の増大に伴い、光通信システムの小型化が要請されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光通信システムにおける光の分離／多重化を省スペースで簡便に実現することができる光ファイバおよびこれを用いた光ファイバの接続構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の光ファイバは、コアおよびコアの周囲を覆うクラッドを含む光導波部と、屈折率変化領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、光を分波または合波するための光合分波部と、を含み、前記光導波部は、一方または双方の端部に少なくとも前記コアの端面を露出するように形成された切欠き部を有し、前記光合分波部は、前記切欠き部上に配置される。
【０００５】
まず、２次元フォトニック結晶構造は、屈折率の変化した領域が光の波長程度の微細パターンによって形成されることにより、フォトニックバンドを制御することができる光学的結晶構造であり、光ファイバの径に比べて同程度あるいはそれよりも小さなスペースでかかる結晶構造を作製することができる。このため、本発明によれば、２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部をコアとクラッドからなる光導波部の端部に形成された切欠き部上に配置することで、光導波部のコアを通過してきた光は、コアの端面から出射されると光合分波部により分波されて光ファイバの外部に出射させることができ、また外部から入射する複数の光を光合波部によって合波して光導波部のコアの端面に入射させることができる。すなわち、本発明によれば、一本の光ファイバを用いて、入射光や出射光の合波または分波を自在に行うことができるので、光通信システム内において省スペースで簡便に光信号の分離／多重化機能を実現することができる。
【０００６】
また、本発明の光ファイバは、以下の態様を採り得る。
【０００７】
（Ａ）前記切欠き部の上に、少なくとも前記光号分波部と前記コアの端面との間を被覆し、前記光ファイバのコアと屈折率が同じ材料からなる光透過膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、コアの端面から光合分波部へ光が出射される場合や、光合分波部からコアの端面へ光が出射された場合に、コアの端面においてフレネル反射によって光が損失するのを防止することができる。
【０００８】
（Ｂ）前記切欠き部上の前記光導波部のコアの端面と前記光合分波部との間に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置されたものであってもよい。かかる態様によれば、コアの端面から出射される光や光合分波部から出射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【０００９】
（Ｃ）前記切欠き部上のコアの端面に対して前記光合分波部を介在させた位置に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置されたものであってもよい。かかる態様においても、光合分波部から外部に出射される光や外部から光合分波部に入射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【００１０】
（Ｄ）前記半導体光増幅器を光変調器として用いることも可能である。半導体光増幅器は、電気信号の制御により光のＯＮ／ＯＦＦを実現することができるため、光増幅部において光信号を変調したり、スイッチングすることができる。
【００１１】
（Ｅ）前記２次元フォトニック結晶構造は、有機材料を用いて形成されていてもよい。かかる態様によれば、２次元フォトニック結晶構造を有機材料を用いて形成しているため、無機材料を用いて形成する場合と比較して厚膜で形成することができる。これは、一般に有機材料は無機材料よりも屈折率が低いため、低次の伝搬モードを透過させるためのフォトニック結晶層の厚さが、無機材料と比較して厚くなるためである。このため、かかる態様では、２次元フォトニック結晶構造をコアの径よりも厚く形成することができ、これによりコアとの結合効率を良好なものなるため、低損失で光信号の伝送を行うことができる。
【００１２】
（Ｆ）前記２次元フォトニック結晶構造の上には、前記有機材料より屈折率の高い材料で形成された高屈折率膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、高屈折率膜を２次元フォトニック結晶構造の上に形成することによって、２次元フォトニック結晶構造の形成された面と交差する方向に対して光を効果的に閉じ込めることができ、より低損失で光の伝送を行うことができる。
【００１３】
（Ｇ）前記高屈折率膜の上あるいは前記２次元フォトニック結晶構造と前記高屈折率膜との間に光学的非線形性を有する材料で形成された膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、光非線形効果を利用して、例えば、光波長変換機能や光変調機能などを光合分波部に付加することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ１００を模式的に示す図である。
【００１６】
光ファイバ１００は、図１（Ａ）に示すように、コア２０とコアの周囲を覆うように形成されたクラッド３０からなる光導波部を有する。光導波部におけるコア２０およびクラッド３０の材質は、公知の光ファイバに用いられている材料を用いることができる。
【００１７】
また、光ファイバ１００は、その端部にコア２０の端面が露出するように形成された切欠き部４０を有する。切欠き部４０は、一方の端部のみならず、双方の端部に形成されていてもよい。この切欠き部４０は、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングや、レーザー加工技術、イオンビーム加工技術などにより形成することができる。
【００１８】
そして、切欠き部４０の上には、２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部１０が設けられている。この光合分波部１０は、光ファイバ１００のコア２０からの光を入射可能な位置に設けられる。なお、２次元フォトニック結晶構造は、屈折率の変化した領域を光の波長程度の微細パターンで周期的に配列することにより、フォトニックバンドを制御することができる光学結晶である。この光合分波部１０によれば、図１（Ｂ）に示すように、コア２０の端面から出射された光を受けて、複数の光に分波して外部に出射することができ、また、図１（Ｃ）に示すように、外部から入射する複数の光を受けて、これらを合波してコア２０に向けて出射することができる。この光合分波部１０を構成する２次元フォトニック結晶構造は、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの無機材料を用いて形成してもよいし、例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などの有機材料を用いて形成してもよいが、有機材料を用いることが好ましい。一般に有機材料は無機材料よりも屈折率が低いため、低次の伝搬モードを透過させるための２次元フォトニック結晶構造の厚みを、無機材料で形成した場合と比較して厚くすることができる。逆に、無機材料で形成した場合には、高次の伝搬モードが発生することを防ぐために、２次元フォトニック結晶構造の厚みを薄くしなければならない。このため、無機材料で２次元フォトニック結晶構造を形成すると、光ファイバ１００のコア２０の径（例えば、１０μｍ〜５０μｍ）に対して、非常に薄型（例えば、１μｍ以下）のスラブ（薄板）により形成されることになる。このようなスラブにより形成された２次元フォトニック結晶構造では、コア２０から出射される光を十分に受けることができずに、光の損失が大きくなることが想定される。しかし、２次元フォトニック結晶構造を有機材料を用いて形成すれば、コア２０の径と同程度あるいは、それよりも大きな厚みで光合分波部２０を構成することができ、コア２０との結合効率を良好なものとすることができる。
【００１９】
このような、有機材料を用いた場合の光合分波部１０の構成の一例を図２に示す。
【００２０】
光合分波部１０は、図２（Ａ）に示すように、基板１１と、基板１１の上に形成された２次元フォトニック結晶構造１２とを含んで構成される。
【００２１】
基板１１は、例えば、ガラス、樹脂、半導体など公知の材料を用いた各種基板を用いることができる。なお、光合分波部１０において、基板１１は、必要に応じて設ければよく、必須の構成要素ではない。
【００２２】
２次元フォトニック結晶構造１２では、例えば、図１（Ｂ）に示すように、主面上に周期的に配列された複数の凹部１３において屈折率変化領域を構成している。凹部１３の配列は、例えば、三角格子状や正方格子状とすることができる。また、凹部１３に代えてかかる部分を柱状の凸部からなる屈折率変化領域として設けることもできる。
【００２３】
また、光合分波部１０においては、図２（Ａ）に示されるように、２次元フォトニック結晶構造１２の上に、２次元フォトニック結晶構造１２を構成する材料より屈折率の高い材料で形成された高屈折率膜１４を設けることが好ましい。高屈折率膜１４の材料としては、例えば、ＴｉＯ２、ＴａＯ５などが挙げられる。また、高屈折率膜１４は、少なくとも２次元フォトニック結晶構造１２の凹部１３内が高屈折率膜１４の材料で満たされるように形成することができる。これにより、２次元フォトニック結晶構造１２においては、光の偏波面の依存性が低くなり、高い伝搬効率を得ることができる場合がある。また、かかる高屈折率膜１４を２次元フォトニック結晶構造１２の上に形成しておけば、２次元フォトニック結晶層１２の面と交差する方向に対して光を確実に閉じ込めておくことができる。
【００２４】
また、光合分波部１０においては、上記の構成に加えて、高屈折率膜１４の上あるいは２次元フォトニック結晶構造１２と高屈折率膜１４との間に非線形光学材料を用いた層（図示省略）を設けることもできる。このような非線形光学材料としては、例えば、二硫化炭素を含む有機材料や無機材料、ＳｉＯ２ゲル、ＴｉＯ２ゲル、ポリチオフェン、ポリフェニルビニレン、ポリアセチレン、アルミナゲル、水酸化アルミニウム、Ａｌｑ３、ＤＣＭ色素等を用いることができる。これらの非線形光学材料を用いることによって、フォトニックバンドを用途に応じて制御することが可能になり、ポッケルス効果やカー効果などの非線形光学効果を２次元フォトニック結晶構造１２を通過する光に対して与えることができる。これにより、２次元フォトニック結晶構造１２を通過する光に対して、例えば、群速度の変化を与えることによって光の波長の変換を行う光波長変換機能や、位相速度の変化を与えることによって光信号を変調する光変調機能などを実現することもできる。
【００２５】
ここで、２次元フォトニック結晶構造を用いた光合分波部１０による光の合分波を実現するための態様としては、例えば、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図４に示すものが挙げられる。
【００２６】
まず、図３（Ａ）に示す態様では、光合分波部１０は、一つの入射端面１５に対して、複数の出射端面１６ａ〜１６ｄを有する。この構成は、２次元フォトニック結晶構造において、入出射端面が平行なときは、入射光に対して出射光が平行光となるが、出射端面を入射端面と非平行に設けることにより結晶中を通過する光について入射端面と出射端面とが形成する角度によって大きな偏向角が得られることを利用したものである。より具体的には、入射端面１５に対して所与の角度を有する非平行出射端面１６ａ〜１６ｄを形成することにより実現することができる。
【００２７】
また、図３（Ｂ）に示す態様では、光合分波部１０を、入射端面５１に対して出射端面５８が曲面となるように形成することによって実現している。かかる態様においては、θｉを例えば、３０°とした場合に、出射角θｏを例えば、−５０°〜５０°とすることができる。
【００２８】
なお、２次元フォトニック結晶構造においては、図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示す態様のように、出射端面を加工しなくても光合分波部１０への光の入射角度θｉを調整することにより、光を分波あるいは合波して取り出すことができる。ただし、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、入射端面と出射端面との角度や曲率を変更することにより、大きな回折角を得ることができるため分波／合波機能を向上させることができる。
【００２９】
また、図４に示す態様では、２次元フォトニック結晶構造中に屈折率変化領域１３の一部に線状の欠陥１７を設けることにより、欠陥１７を導波路として機能させ、これを複数に分岐した形状に形成することにより、光の分波を可能としたものである。
【００３０】
上記において、例示した図３（Ａ）、図３（Ｂ）、および図４の態様では、いずれも光を分波する場合について示されているが、入射端面と出射端面を逆に用いれば、光の合波が可能である。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る光ファイバ１００では、光ファイバ１００の径に比べて同程度あるいはそれよりも十分に小さなスペースでかかる結晶構造を作製することができる２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部１０をコア２０とクラッド３０からなる光導波部の端部に形成された切欠き部４０上に配置することで、光導波部のコア２０を通過してきた光は、コア２０の端面から出射されると光合分波部１０により分波されて光ファイバ１００の外部に出射させることができ、また外部から入射する複数の光を光合波部１０によって合波して光導波部のコア２０の端面に入射させることができる。すなわち、光ファイバ１００によれば、一本の光ファイバを用いて、入射光や出射光の合波または分波を自在に行うことができるので、光通信システム内において省スペースで簡便に光信号の分離／多重化機能を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る光ファイバ１００は、以下の変形例によっても実施することができる。
【００３３】
（変形例１）
図５は、本実施の形態の変形例１に係る光ファイバ１０１を模式的に示す図である。
【００３４】
本変形例に係る光ファイバ１０１においては、図５（Ａ）に示すように、切欠き部４０の上に光合分波部１０とコア２０の端面を被覆するように、光透過膜５０が設けられている。この光透過膜５０は、光ファイバ１０１のコア２０と屈折率が同じ材料を用いて形成されている。
【００３５】
本変形例によれば、図５（Ｂ）に示すように、コア２０の端面から光合分波部１０へ光が出射される場合や、図示を省略するが光合分波部１０からコア２０の端面へ光が出射される場合に、コア２０の端面においてフレネル反射によって光が損失するのを防止することができる。なお、光透過膜５０は、少なくとも光号分波部１０とコア２０の端面との間を被覆していればよい。
【００３６】
（変形例２）
図６は、本実施の形態の変形例２に係る光ファイバ１０２を模式的に示す図である。
【００３７】
本変形例に係る光ファイバ１０２においては、図６（Ａ）に示すように、コア２０の端面と光合分波部１０との間に半導体光増幅器からなる光増幅部６０が設けられている。この光増幅部６０は、図６（Ｂ）に示すように、ｎ型電極６１、ｎ型クラッド層６２、活性層６３、ｐ型クラッド層６４、ｐ型電極６５が順次積層された半導体レーザーと同様の構成を有しており、端面に共振を防ぐための反射防止膜６６、６７が形成されている。なお、ｎ型クラッド層６２、活性層６３、ｐ型クラッド層６４は、半導体レーザーに用いられる公知の化合物半導体材料を用いて形成することができる。この光増幅部６０では、ｐ型電極６５およびｎ型電極６１から与えられる電流により、活性層６３から発生する自然放出光を用いて、入射されたレーザー光を増幅して外部に出射することができる。なお、ｐ型電極６５およびｎ型電極６１から電流を与えない場合は、活性層６３は入射された光を吸収することができるため、この光増幅部６０の構成によれば、光のスイッチングあるいは変調を行うことができる。本変形例に係る光ファイバ１０２によれば、コア２０の端面から出射される光や光合分波部１０から出射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【００３８】
また、本変形例においては、図示を省略するが、切欠き部４０上のコア２０の端面に対して光合分波部１０を介在させた位置に光増幅部６０が配置することもできる。かかる場合においては、光合分波部１０の複数の入出射口に対して、それぞれ光増幅部６０が設けられる構成とするのが望ましい。また、本変形例においては、光合分波部１０とコア２０の端面との間の位置、およびコア２０の端面に対して光合分波部１０を介在させた位置の双方に光増幅部６０を設けることもできる。かかる場合においては、一方の光増幅部６０を光の増幅に用いて、他方の光増幅部６０を光の変調やスイッチングに用いることもできるようになる。
【００３９】
（変形例３）
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本実施の形態の変形例３に係る光ファイバ１０３を模式的に示す図である。
【００４０】
本変形例に係る光ファイバ１０３では、切欠き部４０上に、第１の光合分波部１０ａ、第１の光増幅部７１、第２の光増幅部７２、第３の光増幅部７３、第４の光増幅部７４、および第２の光合分波部１０ｂが設けられている。
【００４１】
第１の光合分波部１０ａは、光導波部のコア２０から出射された光を分波し、あるいは光導波部のコア２０へ合波した光を出射するものである。
【００４２】
第１〜第４の光増幅部７１〜７４は、第１の光合分波部１０ａから出射された光を増幅し、あるいは外部から入射された光を増幅して第１の光合分波部１０ａへ入射するために設けられる。各光増幅部７１〜７４は、例えば、フォトダイオードからなる受光素子部８１〜８４と例えば、半導体レーザーからなる発光素子部９１〜９４とから構成される。なお、発光素子部９１〜９４における半導体レーザーの発光型は端面発光型および面発光型のいずれのものであってもよいが、端面発光型であれば出射光のスポット径が小さいため光の漏洩による損失を低減することができる。また、面発光型であれば、フォトダイオードからなる受光素子部８１〜８４とともにアレイ化して形成して切欠き部４０の上に配置することができる。
【００４３】
そして、第１の光増幅部７１及び第２の光増幅部７２は、第１の光合分波部１０ａの光の分岐側端部に設けられ、この第１の光合分波部１０ａとのインターフェースとなる。また、第３の光増幅部７３及び第４の光増幅部７４は、後述する第２の光合分波部１０ｂとのインターフェースとなる。また、光増幅部７１〜７４においては、光合分波部１０ａにおいて合分波される光との関係で、第１の光増幅部７１と第３の光増幅部とが対となって用いられ、第２の光増幅部７２と第４の光増幅部７４とが対となって用いられる。
【００４４】
第２の光合分波部１０ｂは、第１〜第４の光増幅部７１〜７４を通じて増幅された光を受けてこれらを合波し、再び分波することにより所望の方向に向けて分波光を出射可能に設けられている。また、第２の光合分波部１０ｂは、外部から入射された複数の光を第３の光増幅部７３と第４の光増幅部７４とに出射可能に設けられている。なお、外部から第２の光合分波部１０ｂへ光が入射される場合に関しては、入射光を合波してこれを再び分波する機能は必要とされないため、単一方向の伝送にのみ用いる場合は、第２の光合分波部１０ｂを省略した構成とすることも可能である。
【００４５】
続いて、本変形例に係る光ファイバ１０３の作用を図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００４６】
図７（Ａ）は、光導波部のコア２０を通過してきた光を分波して外部に出射させる場合の光ファイバ１０３の動作を示す図である。
【００４７】
かかる場合において、光導波部のコア２０の端面から出射された光は、その光路上に配置された光合分波部１０ａに入射される。光合分波部１０ａでは、２次元フォトニック結晶構造に起因するフォトニックバンドの制御によって光が分波されて分波光が第１の光増幅部７１及び第２の光増幅部７２に向けて出射される。
【００４８】
第１の光増幅部７１では、受光素子部８１によって光合分波部１０ａで分波された一方の光を受けて、受光素子部８１と電気的に接続された第３の光増幅部７３の発光素子部９３へ制御回路（図示省略）を介して電気信号が送信される。また、第２の光増幅部７２では、受光素子部８２によって光合分波部１０ａで分波された他方の光を受けて、受光素子部８２と電気的に接続された第４の光増幅部の発光素子部９４へ制御回路（図示省略）を介して電気信号が送信される。
【００４９】
そして、第１の光増幅部７１から送信された電気信号を受信した第３の光増幅部７３では、発光素子部９３により増幅された光が第２の光合分波部１０ｂに向けて出射される。また、第２の光増幅部７２から送信された電気信号を受信した第４の光増幅部７４では、発光素子部９４により増幅された光が第２の光合分波部１０ｂに向けて出射される。
【００５０】
最終的には、第３及び第４の光増幅部７３、７４から出射された光が第２の光合分波部１０ｂにおいて、再び合波されるとともに、所望の方向に向けて分波されて外部に出射される。
【００５１】
図７（Ｂ）は、外部から入射した光を光導波部のコア２０に入射させる場合の光ファイバ１０３の動作を示す図である。
【００５２】
かかる場合において、外部から入射した光は、まず第２の光合分波部１０ｂに入射され、第３の光増幅部７３及び第４の光増幅部７４に向けて分波されて出射される。すると、第３の光増幅部７３では、第２の光合分波部１０ｂからの一方の分波光を受光素子部８３で受けて、制御回路（図示省略）を介して第１の光増幅部７１に電気信号を送信する。また、第４の光増幅部７４では、第２の光合分波部１０ｂからの他方の分波光を受光素子部８４で受けて、制御回路（図示省略）を介して第２の光増幅部７２に電気信号を送信する。
【００５３】
そして、第３の光増幅部７３から送信された電気信号を受信した第１の光増幅部７１では、発光素子部９１により増幅された光が第１の光合分波部１０ａに向けて出射される。また、第４の光増幅部７４から送信された電気信号を受信した第２の光増幅部７２では、発光素子部９２により増幅された光が第１の光合分波部１０ａに向けて出射される。
【００５４】
最終的には、第１及び第２の光増幅部７１、７２から出射された光が第１の光合分波部１０ａにおいて、合波されて光導波部のコア２０に向けて出射される。
【００５５】
以上に述べたように、本変形例に係る光ファイバ１０３は、第１及び第２の光合分波部１０ａ、１０ｂを用いて光信号を波長帯ごとに分割して増幅することができるため、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送を行う場合に好適である。なお、光ファイバ１０３を用いて時分割多重（ＴＤＭ）伝送を行う場合には、第２の光合分波部１０ｂを省略した構成を採用することが可能である。この場合は、第３及び第４の光増幅部７３、７４が外部とのインターフェースとなるため、これらを外部に対する光路の方向と適合するように配置することが望ましい。
【００５６】
（変形例４）
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本実施の形態の変形例４に係る光ファイバ１０４を模式的に示す図である。
【００５７】
本変形例に係る光ファイバ１０４では、変形例３の場合と異なり、一つの光合分波部１０に対してその側部に第１〜第４の光増幅部７１〜７４を設けて同様の機能を付加したものである。具体的な動作については、変形例３の光ファイバ１０３と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５８】
本変形例の光ファイバ１０４では、第１〜第４の光増幅部７１〜７４を光合分波部１０の側部に設けることにより、切欠き部４０の占有面積の縮小化を図っている。すなわち、本変形例の光ファイバ１０４では、光合分波部１０と第１〜第４の光増幅部７１〜７４によって変形例３の光ファイバ１０３と同様の機能を実現しつつ、切欠き部４０の所要領域をコア２０の軸方向において小型化することが可能となる。
【００５９】
以下では、本実施の形態に係る光ファイバを用いた光ファイバの接続構造への応用例について説明する。
【００６０】
（応用例１）
図９は、本実施の形態の応用例１に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図である。
【００６１】
本応用例に示す光ファイバの接続構造では、図９（Ａ）に示すように、所与の基体２００上に本実施の形態に係る光ファイバ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０が配置された一対多の双方向光伝送を行うことができる。例えば、光ファイバ１１０において分波された光を光ファイバ１２０〜１５０に入射させることができ、また例えば、光ファイバ１２０〜１５０から出射された複数の光を光ファイバ１１０において合波することができる。
【００６２】
この光ファイバ１１０〜１５０を基体２００に固定する方法の一例を図１０に示す。図１０によれば、基体２００に光ファイバ１１０〜１５０を設置するための溝２１０が設けられており、この溝２１０中に硬化性樹脂材料を充填しておき、光ファイバ１１０〜１５０を圧入した後、樹脂を硬化させることにより光ファイバ１１０〜１５０を固定させることができる。
また、本応用例の光ファイバの接続構造においては、基体２００上に複数の光ファイバ１１０〜１５０の切欠き部を被覆する高屈折率膜３００が形成されていることが好ましい。この高屈折率膜３００によって光ファイバ１１０と光ファイバ１２０〜１５０との間において基体２００の面と交差する方向に確実に光を閉じ込めて光が外部へ漏れていくことを防止することができる。また、この高屈折率膜３００は、光ファイバ１１０〜１５０のコアに適合した屈折率の材料を用いることが望ましい。これにより、光ファイバ１１０〜１５０のコアの端面においてフレネル反射などにより光が損失することを防止することができる。また、本応用例においては、高屈折率膜３００を基体２００の全面に設ける代わりに、光ファイバ１１０と光ファイバ１２０〜１５０との間に例えば、インクジェット法などを用いて導波路を形成しておくことも可能である。
【００６３】
（応用例２）
図１１は、本実施の形態の応用例２に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図である。
【００６４】
本応用例に示す光ファイバの接続構造では、図１１（Ａ）に示すように、所与の基体２００上に本実施の形態に係る光ファイバ１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂが配置された多対多の双方向光伝送を行うことができる。例えば、光ファイバ１１０ａにおいて分波された光を光ファイバ１１０ｂ、１２０ｂに入射させることができ、また例えば、光ファイバ１２０ａ、１３０ａ、１４０ａから出射された複数の光を光ファイバ１３０ｂにおいて合波することができる。これらの光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂは、応用例１の場合と同様の手法を用いて基体２００上に固定することができる。
また、本応用例の光ファイバの接続構造においても、基体２００上に複数の光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂの切欠き部を被覆する高屈折率膜３００が形成されていることが好ましい。これにより、応用例１の場合と同様に基体２００の面と交差する方向に確実に光を閉じ込めて光が外部へ漏れていくことを防止することができる。また、この高屈折率膜３００は、光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂのコアに適合した屈折率の材料を用いることが望ましい。これにより、各光ファイバのコアの端面においてフレネル反射などにより光が損失することを防止することができる。また、本応用例においても、高屈折率膜３００を基体２００の全面に設ける代わりに、光ファイバ間に例えば、インクジェット法などを用いて導波路を形成しておくことも可能である。
【００６５】
以上に、本発明に好適な実施の形態について述べたが、本発明は上述したものに限られず、発明の要旨の範囲内で種々の変形態様により実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態の変形例１に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図６】本発明の実施形態の変形例２に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図７】本発明の実施形態の変形例３に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図８】本発明の実施形態の変形例４に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図９】本発明の実施形態の応用例１に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図。
【図１０】本発明の実施形態の応用例１に係る光ファイバの固定方法の一例を示す図。
【図１１】本発明の実施形態の応用例２に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
１０ 光合分波部、２０ コア、３０ クラッド、４０ 切欠き部、１００ 光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に多重化された光信号を用いた光通信技術に適用される光ファイバに関する。
【０００２】
【背景技術】
近年のネットワーク技術の発展に伴い、光ファイバを用いて通信を行う技術が注目されている。かかる光通信において、光を分離あるいは多重化するための技術はネットワークの円滑運用のために重要な技術である。しかし、従来、光の分離／多重化を行うためには、光通信システム内において、かかる分離／多重化機能を有する専用の素子や装置などを用いて行う必要があり、近年の情報伝送量の増大に伴い、光通信システムの小型化が要請されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光通信システムにおける光の分離／多重化を省スペースで簡便に実現することができる光ファイバおよびこれを用いた光ファイバの接続構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の光ファイバは、コアおよびコアの周囲を覆うクラッドを含む光導波部と、屈折率変化領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、光を分波または合波するための光合分波部と、を含み、前記光導波部は、一方または双方の端部に少なくとも前記コアの端面を露出するように形成された切欠き部を有し、前記光合分波部は、前記切欠き部上に配置される。
【０００５】
まず、２次元フォトニック結晶構造は、屈折率の変化した領域が光の波長程度の微細パターンによって形成されることにより、フォトニックバンドを制御することができる光学的結晶構造であり、光ファイバの径に比べて同程度あるいはそれよりも小さなスペースでかかる結晶構造を作製することができる。このため、本発明によれば、２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部をコアとクラッドからなる光導波部の端部に形成された切欠き部上に配置することで、光導波部のコアを通過してきた光は、コアの端面から出射されると光合分波部により分波されて光ファイバの外部に出射させることができ、また外部から入射する複数の光を光合波部によって合波して光導波部のコアの端面に入射させることができる。すなわち、本発明によれば、一本の光ファイバを用いて、入射光や出射光の合波または分波を自在に行うことができるので、光通信システム内において省スペースで簡便に光信号の分離／多重化機能を実現することができる。
【０００６】
また、本発明の光ファイバは、以下の態様を採り得る。
【０００７】
（Ａ）前記切欠き部の上に、少なくとも前記光号分波部と前記コアの端面との間を被覆し、前記光ファイバのコアと屈折率が同じ材料からなる光透過膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、コアの端面から光合分波部へ光が出射される場合や、光合分波部からコアの端面へ光が出射された場合に、コアの端面においてフレネル反射によって光が損失するのを防止することができる。
【０００８】
（Ｂ）前記切欠き部上の前記光導波部のコアの端面と前記光合分波部との間に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置されたものであってもよい。かかる態様によれば、コアの端面から出射される光や光合分波部から出射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【０００９】
（Ｃ）前記切欠き部上のコアの端面に対して前記光合分波部を介在させた位置に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置されたものであってもよい。かかる態様においても、光合分波部から外部に出射される光や外部から光合分波部に入射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【００１０】
（Ｄ）前記半導体光増幅器を光変調器として用いることも可能である。半導体光増幅器は、電気信号の制御により光のＯＮ／ＯＦＦを実現することができるため、光増幅部において光信号を変調したり、スイッチングすることができる。
【００１１】
（Ｅ）前記２次元フォトニック結晶構造は、有機材料を用いて形成されていてもよい。かかる態様によれば、２次元フォトニック結晶構造を有機材料を用いて形成しているため、無機材料を用いて形成する場合と比較して厚膜で形成することができる。これは、一般に有機材料は無機材料よりも屈折率が低いため、低次の伝搬モードを透過させるためのフォトニック結晶層の厚さが、無機材料と比較して厚くなるためである。このため、かかる態様では、２次元フォトニック結晶構造をコアの径よりも厚く形成することができ、これによりコアとの結合効率を良好なものなるため、低損失で光信号の伝送を行うことができる。
【００１２】
（Ｆ）前記２次元フォトニック結晶構造の上には、前記有機材料より屈折率の高い材料で形成された高屈折率膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、高屈折率膜を２次元フォトニック結晶構造の上に形成することによって、２次元フォトニック結晶構造の形成された面と交差する方向に対して光を効果的に閉じ込めることができ、より低損失で光の伝送を行うことができる。
【００１３】
（Ｇ）前記高屈折率膜の上あるいは前記２次元フォトニック結晶構造と前記高屈折率膜との間に光学的非線形性を有する材料で形成された膜が設けられていてもよい。かかる態様によれば、光非線形効果を利用して、例えば、光波長変換機能や光変調機能などを光合分波部に付加することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ１００を模式的に示す図である。
【００１６】
光ファイバ１００は、図１（Ａ）に示すように、コア２０とコアの周囲を覆うように形成されたクラッド３０からなる光導波部を有する。光導波部におけるコア２０およびクラッド３０の材質は、公知の光ファイバに用いられている材料を用いることができる。
【００１７】
また、光ファイバ１００は、その端部にコア２０の端面が露出するように形成された切欠き部４０を有する。切欠き部４０は、一方の端部のみならず、双方の端部に形成されていてもよい。この切欠き部４０は、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングや、レーザー加工技術、イオンビーム加工技術などにより形成することができる。
【００１８】
そして、切欠き部４０の上には、２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部１０が設けられている。この光合分波部１０は、光ファイバ１００のコア２０からの光を入射可能な位置に設けられる。なお、２次元フォトニック結晶構造は、屈折率の変化した領域を光の波長程度の微細パターンで周期的に配列することにより、フォトニックバンドを制御することができる光学結晶である。この光合分波部１０によれば、図１（Ｂ）に示すように、コア２０の端面から出射された光を受けて、複数の光に分波して外部に出射することができ、また、図１（Ｃ）に示すように、外部から入射する複数の光を受けて、これらを合波してコア２０に向けて出射することができる。この光合分波部１０を構成する２次元フォトニック結晶構造は、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの無機材料を用いて形成してもよいし、例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などの有機材料を用いて形成してもよいが、有機材料を用いることが好ましい。一般に有機材料は無機材料よりも屈折率が低いため、低次の伝搬モードを透過させるための２次元フォトニック結晶構造の厚みを、無機材料で形成した場合と比較して厚くすることができる。逆に、無機材料で形成した場合には、高次の伝搬モードが発生することを防ぐために、２次元フォトニック結晶構造の厚みを薄くしなければならない。このため、無機材料で２次元フォトニック結晶構造を形成すると、光ファイバ１００のコア２０の径（例えば、１０μｍ〜５０μｍ）に対して、非常に薄型（例えば、１μｍ以下）のスラブ（薄板）により形成されることになる。このようなスラブにより形成された２次元フォトニック結晶構造では、コア２０から出射される光を十分に受けることができずに、光の損失が大きくなることが想定される。しかし、２次元フォトニック結晶構造を有機材料を用いて形成すれば、コア２０の径と同程度あるいは、それよりも大きな厚みで光合分波部２０を構成することができ、コア２０との結合効率を良好なものとすることができる。
【００１９】
このような、有機材料を用いた場合の光合分波部１０の構成の一例を図２に示す。
【００２０】
光合分波部１０は、図２（Ａ）に示すように、基板１１と、基板１１の上に形成された２次元フォトニック結晶構造１２とを含んで構成される。
【００２１】
基板１１は、例えば、ガラス、樹脂、半導体など公知の材料を用いた各種基板を用いることができる。なお、光合分波部１０において、基板１１は、必要に応じて設ければよく、必須の構成要素ではない。
【００２２】
２次元フォトニック結晶構造１２では、例えば、図１（Ｂ）に示すように、主面上に周期的に配列された複数の凹部１３において屈折率変化領域を構成している。凹部１３の配列は、例えば、三角格子状や正方格子状とすることができる。また、凹部１３に代えてかかる部分を柱状の凸部からなる屈折率変化領域として設けることもできる。
【００２３】
また、光合分波部１０においては、図２（Ａ）に示されるように、２次元フォトニック結晶構造１２の上に、２次元フォトニック結晶構造１２を構成する材料より屈折率の高い材料で形成された高屈折率膜１４を設けることが好ましい。高屈折率膜１４の材料としては、例えば、ＴｉＯ２、ＴａＯ５などが挙げられる。また、高屈折率膜１４は、少なくとも２次元フォトニック結晶構造１２の凹部１３内が高屈折率膜１４の材料で満たされるように形成することができる。これにより、２次元フォトニック結晶構造１２においては、光の偏波面の依存性が低くなり、高い伝搬効率を得ることができる場合がある。また、かかる高屈折率膜１４を２次元フォトニック結晶構造１２の上に形成しておけば、２次元フォトニック結晶層１２の面と交差する方向に対して光を確実に閉じ込めておくことができる。
【００２４】
また、光合分波部１０においては、上記の構成に加えて、高屈折率膜１４の上あるいは２次元フォトニック結晶構造１２と高屈折率膜１４との間に非線形光学材料を用いた層（図示省略）を設けることもできる。このような非線形光学材料としては、例えば、二硫化炭素を含む有機材料や無機材料、ＳｉＯ２ゲル、ＴｉＯ２ゲル、ポリチオフェン、ポリフェニルビニレン、ポリアセチレン、アルミナゲル、水酸化アルミニウム、Ａｌｑ３、ＤＣＭ色素等を用いることができる。これらの非線形光学材料を用いることによって、フォトニックバンドを用途に応じて制御することが可能になり、ポッケルス効果やカー効果などの非線形光学効果を２次元フォトニック結晶構造１２を通過する光に対して与えることができる。これにより、２次元フォトニック結晶構造１２を通過する光に対して、例えば、群速度の変化を与えることによって光の波長の変換を行う光波長変換機能や、位相速度の変化を与えることによって光信号を変調する光変調機能などを実現することもできる。
【００２５】
ここで、２次元フォトニック結晶構造を用いた光合分波部１０による光の合分波を実現するための態様としては、例えば、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図４に示すものが挙げられる。
【００２６】
まず、図３（Ａ）に示す態様では、光合分波部１０は、一つの入射端面１５に対して、複数の出射端面１６ａ〜１６ｄを有する。この構成は、２次元フォトニック結晶構造において、入出射端面が平行なときは、入射光に対して出射光が平行光となるが、出射端面を入射端面と非平行に設けることにより結晶中を通過する光について入射端面と出射端面とが形成する角度によって大きな偏向角が得られることを利用したものである。より具体的には、入射端面１５に対して所与の角度を有する非平行出射端面１６ａ〜１６ｄを形成することにより実現することができる。
【００２７】
また、図３（Ｂ）に示す態様では、光合分波部１０を、入射端面５１に対して出射端面５８が曲面となるように形成することによって実現している。かかる態様においては、θｉを例えば、３０°とした場合に、出射角θｏを例えば、−５０°〜５０°とすることができる。
【００２８】
なお、２次元フォトニック結晶構造においては、図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示す態様のように、出射端面を加工しなくても光合分波部１０への光の入射角度θｉを調整することにより、光を分波あるいは合波して取り出すことができる。ただし、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、入射端面と出射端面との角度や曲率を変更することにより、大きな回折角を得ることができるため分波／合波機能を向上させることができる。
【００２９】
また、図４に示す態様では、２次元フォトニック結晶構造中に屈折率変化領域１３の一部に線状の欠陥１７を設けることにより、欠陥１７を導波路として機能させ、これを複数に分岐した形状に形成することにより、光の分波を可能としたものである。
【００３０】
上記において、例示した図３（Ａ）、図３（Ｂ）、および図４の態様では、いずれも光を分波する場合について示されているが、入射端面と出射端面を逆に用いれば、光の合波が可能である。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る光ファイバ１００では、光ファイバ１００の径に比べて同程度あるいはそれよりも十分に小さなスペースでかかる結晶構造を作製することができる２次元フォトニック結晶構造を有する光合分波部１０をコア２０とクラッド３０からなる光導波部の端部に形成された切欠き部４０上に配置することで、光導波部のコア２０を通過してきた光は、コア２０の端面から出射されると光合分波部１０により分波されて光ファイバ１００の外部に出射させることができ、また外部から入射する複数の光を光合波部１０によって合波して光導波部のコア２０の端面に入射させることができる。すなわち、光ファイバ１００によれば、一本の光ファイバを用いて、入射光や出射光の合波または分波を自在に行うことができるので、光通信システム内において省スペースで簡便に光信号の分離／多重化機能を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る光ファイバ１００は、以下の変形例によっても実施することができる。
【００３３】
（変形例１）
図５は、本実施の形態の変形例１に係る光ファイバ１０１を模式的に示す図である。
【００３４】
本変形例に係る光ファイバ１０１においては、図５（Ａ）に示すように、切欠き部４０の上に光合分波部１０とコア２０の端面を被覆するように、光透過膜５０が設けられている。この光透過膜５０は、光ファイバ１０１のコア２０と屈折率が同じ材料を用いて形成されている。
【００３５】
本変形例によれば、図５（Ｂ）に示すように、コア２０の端面から光合分波部１０へ光が出射される場合や、図示を省略するが光合分波部１０からコア２０の端面へ光が出射される場合に、コア２０の端面においてフレネル反射によって光が損失するのを防止することができる。なお、光透過膜５０は、少なくとも光号分波部１０とコア２０の端面との間を被覆していればよい。
【００３６】
（変形例２）
図６は、本実施の形態の変形例２に係る光ファイバ１０２を模式的に示す図である。
【００３７】
本変形例に係る光ファイバ１０２においては、図６（Ａ）に示すように、コア２０の端面と光合分波部１０との間に半導体光増幅器からなる光増幅部６０が設けられている。この光増幅部６０は、図６（Ｂ）に示すように、ｎ型電極６１、ｎ型クラッド層６２、活性層６３、ｐ型クラッド層６４、ｐ型電極６５が順次積層された半導体レーザーと同様の構成を有しており、端面に共振を防ぐための反射防止膜６６、６７が形成されている。なお、ｎ型クラッド層６２、活性層６３、ｐ型クラッド層６４は、半導体レーザーに用いられる公知の化合物半導体材料を用いて形成することができる。この光増幅部６０では、ｐ型電極６５およびｎ型電極６１から与えられる電流により、活性層６３から発生する自然放出光を用いて、入射されたレーザー光を増幅して外部に出射することができる。なお、ｐ型電極６５およびｎ型電極６１から電流を与えない場合は、活性層６３は入射された光を吸収することができるため、この光増幅部６０の構成によれば、光のスイッチングあるいは変調を行うことができる。本変形例に係る光ファイバ１０２によれば、コア２０の端面から出射される光や光合分波部１０から出射される光を増幅して安定した光強度で光伝送を行うことができる。
【００３８】
また、本変形例においては、図示を省略するが、切欠き部４０上のコア２０の端面に対して光合分波部１０を介在させた位置に光増幅部６０が配置することもできる。かかる場合においては、光合分波部１０の複数の入出射口に対して、それぞれ光増幅部６０が設けられる構成とするのが望ましい。また、本変形例においては、光合分波部１０とコア２０の端面との間の位置、およびコア２０の端面に対して光合分波部１０を介在させた位置の双方に光増幅部６０を設けることもできる。かかる場合においては、一方の光増幅部６０を光の増幅に用いて、他方の光増幅部６０を光の変調やスイッチングに用いることもできるようになる。
【００３９】
（変形例３）
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本実施の形態の変形例３に係る光ファイバ１０３を模式的に示す図である。
【００４０】
本変形例に係る光ファイバ１０３では、切欠き部４０上に、第１の光合分波部１０ａ、第１の光増幅部７１、第２の光増幅部７２、第３の光増幅部７３、第４の光増幅部７４、および第２の光合分波部１０ｂが設けられている。
【００４１】
第１の光合分波部１０ａは、光導波部のコア２０から出射された光を分波し、あるいは光導波部のコア２０へ合波した光を出射するものである。
【００４２】
第１〜第４の光増幅部７１〜７４は、第１の光合分波部１０ａから出射された光を増幅し、あるいは外部から入射された光を増幅して第１の光合分波部１０ａへ入射するために設けられる。各光増幅部７１〜７４は、例えば、フォトダイオードからなる受光素子部８１〜８４と例えば、半導体レーザーからなる発光素子部９１〜９４とから構成される。なお、発光素子部９１〜９４における半導体レーザーの発光型は端面発光型および面発光型のいずれのものであってもよいが、端面発光型であれば出射光のスポット径が小さいため光の漏洩による損失を低減することができる。また、面発光型であれば、フォトダイオードからなる受光素子部８１〜８４とともにアレイ化して形成して切欠き部４０の上に配置することができる。
【００４３】
そして、第１の光増幅部７１及び第２の光増幅部７２は、第１の光合分波部１０ａの光の分岐側端部に設けられ、この第１の光合分波部１０ａとのインターフェースとなる。また、第３の光増幅部７３及び第４の光増幅部７４は、後述する第２の光合分波部１０ｂとのインターフェースとなる。また、光増幅部７１〜７４においては、光合分波部１０ａにおいて合分波される光との関係で、第１の光増幅部７１と第３の光増幅部とが対となって用いられ、第２の光増幅部７２と第４の光増幅部７４とが対となって用いられる。
【００４４】
第２の光合分波部１０ｂは、第１〜第４の光増幅部７１〜７４を通じて増幅された光を受けてこれらを合波し、再び分波することにより所望の方向に向けて分波光を出射可能に設けられている。また、第２の光合分波部１０ｂは、外部から入射された複数の光を第３の光増幅部７３と第４の光増幅部７４とに出射可能に設けられている。なお、外部から第２の光合分波部１０ｂへ光が入射される場合に関しては、入射光を合波してこれを再び分波する機能は必要とされないため、単一方向の伝送にのみ用いる場合は、第２の光合分波部１０ｂを省略した構成とすることも可能である。
【００４５】
続いて、本変形例に係る光ファイバ１０３の作用を図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００４６】
図７（Ａ）は、光導波部のコア２０を通過してきた光を分波して外部に出射させる場合の光ファイバ１０３の動作を示す図である。
【００４７】
かかる場合において、光導波部のコア２０の端面から出射された光は、その光路上に配置された光合分波部１０ａに入射される。光合分波部１０ａでは、２次元フォトニック結晶構造に起因するフォトニックバンドの制御によって光が分波されて分波光が第１の光増幅部７１及び第２の光増幅部７２に向けて出射される。
【００４８】
第１の光増幅部７１では、受光素子部８１によって光合分波部１０ａで分波された一方の光を受けて、受光素子部８１と電気的に接続された第３の光増幅部７３の発光素子部９３へ制御回路（図示省略）を介して電気信号が送信される。また、第２の光増幅部７２では、受光素子部８２によって光合分波部１０ａで分波された他方の光を受けて、受光素子部８２と電気的に接続された第４の光増幅部の発光素子部９４へ制御回路（図示省略）を介して電気信号が送信される。
【００４９】
そして、第１の光増幅部７１から送信された電気信号を受信した第３の光増幅部７３では、発光素子部９３により増幅された光が第２の光合分波部１０ｂに向けて出射される。また、第２の光増幅部７２から送信された電気信号を受信した第４の光増幅部７４では、発光素子部９４により増幅された光が第２の光合分波部１０ｂに向けて出射される。
【００５０】
最終的には、第３及び第４の光増幅部７３、７４から出射された光が第２の光合分波部１０ｂにおいて、再び合波されるとともに、所望の方向に向けて分波されて外部に出射される。
【００５１】
図７（Ｂ）は、外部から入射した光を光導波部のコア２０に入射させる場合の光ファイバ１０３の動作を示す図である。
【００５２】
かかる場合において、外部から入射した光は、まず第２の光合分波部１０ｂに入射され、第３の光増幅部７３及び第４の光増幅部７４に向けて分波されて出射される。すると、第３の光増幅部７３では、第２の光合分波部１０ｂからの一方の分波光を受光素子部８３で受けて、制御回路（図示省略）を介して第１の光増幅部７１に電気信号を送信する。また、第４の光増幅部７４では、第２の光合分波部１０ｂからの他方の分波光を受光素子部８４で受けて、制御回路（図示省略）を介して第２の光増幅部７２に電気信号を送信する。
【００５３】
そして、第３の光増幅部７３から送信された電気信号を受信した第１の光増幅部７１では、発光素子部９１により増幅された光が第１の光合分波部１０ａに向けて出射される。また、第４の光増幅部７４から送信された電気信号を受信した第２の光増幅部７２では、発光素子部９２により増幅された光が第１の光合分波部１０ａに向けて出射される。
【００５４】
最終的には、第１及び第２の光増幅部７１、７２から出射された光が第１の光合分波部１０ａにおいて、合波されて光導波部のコア２０に向けて出射される。
【００５５】
以上に述べたように、本変形例に係る光ファイバ１０３は、第１及び第２の光合分波部１０ａ、１０ｂを用いて光信号を波長帯ごとに分割して増幅することができるため、波長分割多重（ＷＤＭ）伝送を行う場合に好適である。なお、光ファイバ１０３を用いて時分割多重（ＴＤＭ）伝送を行う場合には、第２の光合分波部１０ｂを省略した構成を採用することが可能である。この場合は、第３及び第４の光増幅部７３、７４が外部とのインターフェースとなるため、これらを外部に対する光路の方向と適合するように配置することが望ましい。
【００５６】
（変形例４）
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本実施の形態の変形例４に係る光ファイバ１０４を模式的に示す図である。
【００５７】
本変形例に係る光ファイバ１０４では、変形例３の場合と異なり、一つの光合分波部１０に対してその側部に第１〜第４の光増幅部７１〜７４を設けて同様の機能を付加したものである。具体的な動作については、変形例３の光ファイバ１０３と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５８】
本変形例の光ファイバ１０４では、第１〜第４の光増幅部７１〜７４を光合分波部１０の側部に設けることにより、切欠き部４０の占有面積の縮小化を図っている。すなわち、本変形例の光ファイバ１０４では、光合分波部１０と第１〜第４の光増幅部７１〜７４によって変形例３の光ファイバ１０３と同様の機能を実現しつつ、切欠き部４０の所要領域をコア２０の軸方向において小型化することが可能となる。
【００５９】
以下では、本実施の形態に係る光ファイバを用いた光ファイバの接続構造への応用例について説明する。
【００６０】
（応用例１）
図９は、本実施の形態の応用例１に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図である。
【００６１】
本応用例に示す光ファイバの接続構造では、図９（Ａ）に示すように、所与の基体２００上に本実施の形態に係る光ファイバ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０が配置された一対多の双方向光伝送を行うことができる。例えば、光ファイバ１１０において分波された光を光ファイバ１２０〜１５０に入射させることができ、また例えば、光ファイバ１２０〜１５０から出射された複数の光を光ファイバ１１０において合波することができる。
【００６２】
この光ファイバ１１０〜１５０を基体２００に固定する方法の一例を図１０に示す。図１０によれば、基体２００に光ファイバ１１０〜１５０を設置するための溝２１０が設けられており、この溝２１０中に硬化性樹脂材料を充填しておき、光ファイバ１１０〜１５０を圧入した後、樹脂を硬化させることにより光ファイバ１１０〜１５０を固定させることができる。
また、本応用例の光ファイバの接続構造においては、基体２００上に複数の光ファイバ１１０〜１５０の切欠き部を被覆する高屈折率膜３００が形成されていることが好ましい。この高屈折率膜３００によって光ファイバ１１０と光ファイバ１２０〜１５０との間において基体２００の面と交差する方向に確実に光を閉じ込めて光が外部へ漏れていくことを防止することができる。また、この高屈折率膜３００は、光ファイバ１１０〜１５０のコアに適合した屈折率の材料を用いることが望ましい。これにより、光ファイバ１１０〜１５０のコアの端面においてフレネル反射などにより光が損失することを防止することができる。また、本応用例においては、高屈折率膜３００を基体２００の全面に設ける代わりに、光ファイバ１１０と光ファイバ１２０〜１５０との間に例えば、インクジェット法などを用いて導波路を形成しておくことも可能である。
【００６３】
（応用例２）
図１１は、本実施の形態の応用例２に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図である。
【００６４】
本応用例に示す光ファイバの接続構造では、図１１（Ａ）に示すように、所与の基体２００上に本実施の形態に係る光ファイバ１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ、１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂが配置された多対多の双方向光伝送を行うことができる。例えば、光ファイバ１１０ａにおいて分波された光を光ファイバ１１０ｂ、１２０ｂに入射させることができ、また例えば、光ファイバ１２０ａ、１３０ａ、１４０ａから出射された複数の光を光ファイバ１３０ｂにおいて合波することができる。これらの光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂは、応用例１の場合と同様の手法を用いて基体２００上に固定することができる。
また、本応用例の光ファイバの接続構造においても、基体２００上に複数の光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂの切欠き部を被覆する高屈折率膜３００が形成されていることが好ましい。これにより、応用例１の場合と同様に基体２００の面と交差する方向に確実に光を閉じ込めて光が外部へ漏れていくことを防止することができる。また、この高屈折率膜３００は、光ファイバ１１０ａ〜１４０ａ、１１０ｂ〜１４０ｂのコアに適合した屈折率の材料を用いることが望ましい。これにより、各光ファイバのコアの端面においてフレネル反射などにより光が損失することを防止することができる。また、本応用例においても、高屈折率膜３００を基体２００の全面に設ける代わりに、光ファイバ間に例えば、インクジェット法などを用いて導波路を形成しておくことも可能である。
【００６５】
以上に、本発明に好適な実施の形態について述べたが、本発明は上述したものに限られず、発明の要旨の範囲内で種々の変形態様により実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施形態に係る光合分波部を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態の変形例１に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図６】本発明の実施形態の変形例２に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図７】本発明の実施形態の変形例３に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図８】本発明の実施形態の変形例４に係る光ファイバを模式的に示す図。
【図９】本発明の実施形態の応用例１に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図。
【図１０】本発明の実施形態の応用例１に係る光ファイバの固定方法の一例を示す図。
【図１１】本発明の実施形態の応用例２に係る光ファイバの接続構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
１０ 光合分波部、２０ コア、３０ クラッド、４０ 切欠き部、１００ 光ファイバ
Claims (9)
- コアおよびコアの周囲を覆うクラッドを含む光導波部と、
屈折率変化領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、光を分波または合波するための光合分波部と、
を含み、
前記光導波部は、一方または双方の端部に少なくとも前記コアの端面を露出するように形成された切欠き部を有し、
前記光合分波部は、前記切欠き部上に配置される、光ファイバ。 - 請求項１において、
前記切欠き部の上に、少なくとも前記光号分波部と前記コアの端面との間を被覆し、前記光ファイバのコアと屈折率が同じ材料からなる光透過膜が設けられている、光ファイバ。 - 請求項１または２において、
前記切欠き部上の前記光導波部のコアの端面と前記光合分波部との間に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置された、光ファイバ。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記切欠き部上のコアの端面に対して前記光合分波部を介在させた位置に半導体光増幅器からなる光増幅部が配置された、光ファイバ。 - 請求項３または４において、
前記半導体光増幅器を光変調器として用いる、光ファイバ。 - 請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記２次元フォトニック結晶構造は、有機材料を用いて形成されている、光ファイバ。 - 請求項６において、
前記２次元フォトニック結晶構造の上には、前記有機材料より屈折率の高い材料で形成された高屈折率膜が設けられている、光ファイバ。 - 請求項７において、
前記高屈折率膜の上あるいは前記２次元フォトニック結晶構造と前記高屈折率膜との間に光学的非線形性を有する材料で形成された膜が設けられている、光ファイバ。 - 請求項６〜８のいずれかにおいて、
前記フォトニック結晶構造は、少なくとも前記コアより厚い膜厚で形成される、光ファイバ。
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| JP2003134181A JP2004341011A (ja) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | 光ファイバ |
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| JP2009104213A (ja) * | 2006-02-14 | 2009-05-14 | Coveytech Llc | すべて光学的なａｎｄゲート及びすべて光学的なｎａｎｄゲート |
-
2003
- 2003-05-13 JP JP2003134181A patent/JP2004341011A/ja not_active Withdrawn
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