JP2005215344A

JP2005215344A - 光導波材料

Info

Publication number: JP2005215344A
Application number: JP2004022182A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sato; 史雄佐藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに且つ安価にすることができる光導波材料を提供することにある。
【解決手段】本発明の光導波材料は、光を導波するコア部とクラッド部からなり、ファイバ形状を有し、クラッド部が、主媒質と、主媒質より低い屈折率を有する複数の副媒質とからなり、複数の副媒質が導波方向と平行に且つ周期的に又はランダムに形成されてなる光導波材料において、端面が凸面形状又は凹面形状を有し、端面の曲率半径が３００ｍｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

光通信分野において、光導波材料として最も多量に使用されているシリカガラス製のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）は、外径が１２５μｍで、クラッド部と、クラッド部よりも屈折率が高いコア部（コア径が約１０μｍ）からなり、光通信で用いられる１．５５μｍの赤外光を単一モードで伝播できるため、光損失が小さい。そのため、ＳＭＦは、長距離通信用として幅広く使用されている。

このようなＳＭＦの端面から出射された光を光フィルタ、アイソレータ等のデバイスに入射する場合、平行光を必要とするため、端面からの出射光の出射角が約７°であるＳＭＦから直接光を入射させることはできない。そのため、光ファイバから出射した光は、コリメータ用レンズを用いて平行光にしている。また、上記したデバイスを通った平行光を光ファイバーに戻す場合にも、コリメータ用レンズを用いて集光している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１２６９８８号公報

しかしながら、上記したデバイスには、特許文献１に示したコリメータ用レンズが必要となり、これらのデバイスのサイズが大きく且つ高価なものになる。

本発明の目的は、光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに且つ安価にすることができる光導波材料を提供することにある。

本発明の光導波材料は、光を導波するコア部とクラッド部からなり、ファイバ形状を有し、クラッド部が、主媒質と、主媒質より低い屈折率を有する複数の副媒質とからなり、複数の副媒質が導波方向と平行に且つ周期的に又はランダムに形成されてなる光導波材料において、端面が凸面形状又は凹面形状を有し、端面の曲率半径が３００ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光導波材料は、光を導波するコア部とクラッド部からなり、ファイバ形状を有し、クラッド部が、主媒質と、主媒質より低い屈折率を有する複数の副媒質とからなり、複数の副媒質が導波方向と平行に且つ周期的に又はランダムに形成されてなる光導波材料において、端面が凸面形状又は凹面形状を有し、端面の曲率半径が３００ｍｍ以下であるため、光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに且つ安価にすることができる。すなわち、光を導波するコア部とクラッド部からなり、ファイバ形状を有し、クラッド部が、主媒質と、主媒質より低い屈折率を有する複数の副媒質とからなり、複数の副媒質が導波方向と平行に且つ周期的又はランダムに形成されてなる光導波材料、例えば、クラッド部に周期構造を有するフォトニッククリスタルファイバ、ホーリーファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ等の光導波材料は、シングルモード伝播を維持しながら、クラッド部の材料を変更することなく、クラッド部の周期構造を変更するだけで、クラッド部の実効屈折率をコア部の屈折率に近づけることができる。また、端面の曲率半径を小さくすることで、光導波材料の端面から出射される光の出射角を容易に小さくできる。つまり、クラッド部の実効屈折率をコア部の屈折率に近づけ、且つ端面の曲率半径を３００ｍｍ以下にすることによって、光導波材料の端面から出射される光を略平行光にすることができるため、コリメータ用レンズを不要にすることができ、光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに且つ安価にすることができる。

本発明の光導波材料は、コア部の屈折率（ｎ_１）とクラッド部の実効屈折率（ｎ_２）との比屈折率差、△ｎ（％）＝（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_１が０．０１〜０．２％であると、導波光の閉じ込め効果が低下することなく出射角を小さくできる。比屈折率差の好ましい範囲は、０．０２〜０．１％である。

クラッド部の副媒質が空孔であると、クラッド部の実効屈折率を制御しやすいため好ましい。

また、本発明の光導波材料は、端面の曲率半径が、２０ｍｍ以下であると、出射角を小さくしやすいため好ましい。端面の曲率半径は、好ましくは８ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下、特に好ましくは２ｍｍ以下である。

また端面が凹面形状を有し、端面の曲率半径が、２０ｍｍ以下であると、出射角を光ファイバの出射角よりも大きくできるため好ましい。端面の曲率半径は、好ましくは８ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下、特に好ましくは１ｍｍ以下である。また、端面が凹面形状を有する場合、コア部の屈折率とクラッド部の実効屈折率との比屈折率差を大きくすれば、大きな曲率半径で出射角を光ファイバの出射角よりも大きくすることができ好ましい。本発明の光導波材料を、コリメータで使用される光ファイバの替わりに用いると、光導波材料とコリメータ用レンズの間の距離を短くでき、光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに作製できる。さらに、一般的に使用されているシングルモード光ファイバから出射される出射光よりもさらに広角の出射光であっても受光可能となるため好ましい。

尚、一般に出射角と受光角は、同一であり、出射角（受光角）θは、図２に示すように、光導波材料１の中心線１ａと、光導波材料１の端面１ｂから出射される光２の外周面２ａによって形成される角度とする。

また、曲率半径ｒは、図３に示すように光導波材料１の端面１ｂの中心１ｂａでの接触球３の半径とする。

また、本発明の光導波材料は、外径が０．３〜４ｍｍであると好ましい。すなわち、外径が０．３ｍｍ以上であれば、端面を研磨する際、フェルール等の固定冶具が無くても研磨が可能とある。特に、外径が１ｍｍ以上であれば、フェ−ルール等の固定冶具（位置決め部材）が無くても、他のデバイスや光ファイバーと付き合わせることが可能となるため好ましい。外径の好ましい範囲は、０．６〜４ｍｍ、さらに好ましくは１〜４ｍｍである。

本発明の光導波材料は、まず、所望の組成を有する底部を封止したガラス外筒管、両端を封止した複数本のガラスキャピラリ及び少なくとも１本のガラスロッドを用意する。ガラスキャピラリとガラスロッドをガラス外筒管内に充填し、ガラス外筒管内を減圧状態に維持したままガラス外筒管を加熱することによってプリフォームを作製する。次いで、このプリフォームを用いて線引き成形することによって端面が未加工の光導波材料を作製する。尚、ガラスキャピラリの内孔は光導波材料の副媒質（空孔）となり、ガラスロッドはコア部となり、ガラス外筒管やガラスキャピラリは、クラッド部の主媒質となる。

最後に、研磨加工や切削加工等の機械加工によって、あるいは熱加工によって端面の加工を行うことによって光導波材料を作製する。尚、端面加工においては、特に研磨加工を用いれば、精度の高い形状に仕上げることができるため好ましい。

本発明の光導波材料を、実施例に基づいて詳細に説明する。

表１は、本発明の実施例１〜４を示す。図１は、実施例１〜４の光導波材料の端面から出射される光のビーム径と端面からの距離との関係を示したグラフである。

まず、アルカリホウ珪酸系の組成を有するガラス外筒管、ガラスキャピラリ、ガラスロッドを準備した。尚、各部品の寸法形状は次の通りである。ガラス外筒管は、円筒状で、底部が封止され、外径６０ｍｍφ、内径１７ｍｍφである。ガラスキャピラリは、両端部が封止され、外径１．００ｍｍφ、内径１２５μｍφである。ガラスロッドは、外径１．００ｍｍφである。

次にガラス外筒管の内部の略中心部にガラスロッドを配置し、その周囲にガラスキャピラリを配置充填した。

次いでガラスキャピラリ及びガラスロッドを充填したガラス外筒管の内部を、真空ポンプを用いて−７５０ｍｍＨｇに減圧し、その気圧に保ったまま、ガラス外筒管を底部から開口端に向かって順次７３０℃まで加熱収縮させた。その後室温まで徐冷し常圧に戻し、ガラスプリフォームを作製した。上記ガラスプリフォームを、電気炉に挿入し、ローラーで引っ張りながら線引き成形することによって外径１．２５ｍｍφ、直径４μｍの空孔が、空孔間距離２２μｍで、最密構造に８層配列した、コア径４０μｍの未端面加工の光導波材料を作製した。

最後に、未端面加工の光導波材料の端部の空孔内に加熱溶融した松脂とセラックを混合したワックス（サンワックスＭＴＣ−２０１：産研舎製）を充填し、表１に示す曲率半径と端面形状を有するように研削及び研磨加工を施した後、端部をエタノール溶液中で超音波洗浄し、空孔内のワックスを除去し、実施例１〜４の光導波材料を作製した。尚、実施例１〜４の比屈折率差はいずれも０．０１％であった。また、市販品のＳＭＦの比屈折率差は０．３％である。

尚、端面の曲率半径ｒは、端面形状観察装置（ノーランド社製ＡＣＣＩＳ）を用いて測定した。

出射光の出入射角θは、波長６３３ｎｍの光を光導波材料のもう一方の端面から入射し、その出射光のビーム径Ｒを端面からの距離ｄを変化させた４点で計測し、次式を用いて算出した（４点の平均値）。

θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｒ／２ｄ）
表１及び図１に示すように、実施例１〜３は、比屈折率差が小さく、端面の曲率半径が小さいため、端面から出射する光が略平行光となった。また、実施例４は、端面が凹面形状を有し、曲率半径が小さいため、ＳＭＦの出射角（θ＝７．０（ｒ＝∞））よりも大きい出射角を有していた。

以上説明したように、本発明の光導波材料は、光導波材料の端面から出射される光を略平行光にすることができるため、コリメータ用レンズを不要にすることができ、光フィルタ、アイソレータ等のデバイスのサイズをコンパクトに且つ安価にすることができる。また、端面を凹面形状で、端面の曲率半径を１ｍｍ以下にすれば、光導波材料とコリメータ用レンズとの距離を短くすることができるため、これらのデバイスをコンパクトに作製できる。

光導波材料の端面から出射される光のビーム径と端面からの距離との関係を示したグラフである。光導波材料の端面から出射する光の出射角の説明図である。光導波材料の端面の曲率半径の説明図である。

符号の説明

１光導波材料
１ａ中心線
１ｂ端面
１ｂａ中心
２光線
２ｂ外周面

Claims

光を導波するコア部とクラッド部からなり、ファイバ形状又はロッド形状を有し、クラッド部が、主媒質と、主媒質より低い屈折率を有する複数の副媒質とからなり、複数の副媒質が導波方向と平行に且つ周期的に又はランダムに形成されてなる光導波材料において、端面が凸面形状又は凹面形状を有し、端面の曲率半径が３００ｍｍ以下であることを特徴とする光導波材料。
副媒質が空孔からなることを特徴とする請求項１に記載の光導波材料。
端面の曲率半径が、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波材料。
端面が凹面形状で、端面の曲率半径が、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波材料。
外径が０．３〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波材料。