JP2006243505A - 光減衰性光導波材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定した光減衰性光導波材料の引き込みによる接続外れなどが起こらず、光減衰性光導波部品の信頼性を維持することができる光減衰性光導波材料及び光減衰性光導波部品を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の光減衰性光導波材料はクラッド部と光導波部分とから成り、光減衰率が5dB以上である光減衰性光導波材料において、固定部材に固定して光減衰性光導波部品とし、波長1200〜1700nm、出力500mWの信号光を光導波部分に入射したときに、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が80℃以下であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信、光計測等の分野において、ハイパワーの光信号の強度を所定の割合で減衰させる光減衰性光導波材料及び光減衰ファイバスタブ、光固定減衰器等の光減衰性光導波部品に関するものである。

光信号の強度に所定の減衰率を与え、光パワーのレベルを適正範囲に調整する目的で使用される光固定減衰器は、光通信システムにおいて、重要なデバイスである。

従来、光導波材料として光ファイバを利用した光固定減衰器において、光信号を減衰させる方法はいくつか提案されており、例えばCr等の金属薄膜フィルターを光ファイバの間に蒸着あるいは挿入する方法や、光ファイバ内部にドーバントとしてCo等の遷移金属イオンを添加する方法が知られている。

前者の光固定減衰器は、フェルール内に挿入固定された光ファイバをフェルールと共に斜めに切断し、この光ファイバの切断端面にCr等の金属薄膜を蒸着した後、再接合することにより構成され、金属薄膜により入射光の一部を反射させることで所定の光減衰率を得るものである（例えば、特許文献１参照。）。

また、後者の光固定減衰器は、光ファイバの光導波部分（コア部分）にCo等の遷移金属イオンを添加した光減衰性光ファイバを利用しており、光通信波長に対する遷移金属イオンの光吸収特性を利用することにより所定の光減衰率を得るものである（例えば、特許文献２参照）。

また、近年、光通信量の増大に伴い、伝送データの高密度化、多重化によって信号光強度のハイパワー化が検討され、光固定減衰器もこのハイパワーの光信号に対応できるものが望まれている。
特開昭62-251704号公報（特公平7-27084号公報） 特開平9-184919号公報（特許第3271886号公報）

しかしながら、特許文献１に記載の光固定減衰器は、ハイパワーの信号光を入力したときに、金属薄膜での光吸収により光固定減衰器が高温になるため、また、特許文献２に記載の光固定減衰器は、遷移金属イオンの光吸収により光固定減衰器が高温になるため、両者とも光ファイバの固定に使用される接着剤が劣化し、固定した光ファイバの引き込みによる接続外れなどが生じ、光固定減衰器の信頼性が損なわれるという問題点がある。前者の金属薄膜方式の光固定減衰器よりも後者の金属イオンドープ方式の光固定減衰器の方が、分散して光を吸収するため、高温になりにくいが、それでも、例えば、温度上昇が顕著な5dB以上の光固定減衰器では、500mWの出力の信号光を入射させると100℃以上の高温になってしまい、その特性が劣化してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、固定した光減衰性光導波材料の引き込みによる接続外れなどが起こらず、光減衰性光導波部品の信頼性を維持することができる光減衰性光導波材料及び光減衰性光導波部品を提供することを目的とする。

本発明の光減衰性光導波材料は、クラッド部と光導波部分とからなり、光減衰率が5dB以上である光減衰性光導波材料において、固定部材に固定して光減衰性光導波部品とし、波長1200〜1700nm（単波長でもよいし、多重波長でもよい）、出力500mWの光（信号光）を光導波部分に入射したときに、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が80℃以下であることを特徴とする。

このような構成によれば、ハイパワーの光（信号光）を入力しても、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が小さいため、光減衰性光導波材料の固定に使用される接着剤の劣化はなく、固定した光減衰性光導波材料の引き込みによる接続外れなども起こらず、光減衰性光導波部品の信頼性を維持することができる。

光減衰性光導波部品表面の温度上昇は、更に60℃以下であることが好ましく、より好適には50℃以下とする。

上記した構成において、反射減衰量が45dB以上であることが好ましい。このようにすれば、入射する信号光が反射して戻ってくる光強度が小さくなるため、光源を損傷させることが少なく、信頼性を維持することができる。

また、上記した構成において、光導波部分にフェムト秒レーザー光によって誘起されてなる構造変化部を有することが好ましい。このようにすれば、光減衰率が5dB以上である光減衰性光導波材料であっても、固定部材に固定した光減衰性光導波部品とし、波長1200〜1700nm、出力500mWの光を光導波部分に入射したときに、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が80℃以下になりやすい。

すなわち、金属薄膜方式や金属イオンドープ方式の光減衰性光導波材料では、光減衰率が大きいほどこの温度上昇が大きくなるが、光導波部分にフェムト秒レーザー光によって誘起されてなる構造変化部を有する光減衰性光導波材料では、光を散乱、あるいは反射することによって光を減衰させ、ほとんど光吸収が生じないため、光減衰率が大きくても（例えば、5dB以上でも）温度が上昇しにくくなる。従って、光減衰率が大きければ大きいほど、例えば、7dB以上あるいは10dB以上の光減衰性光導波材料において、光減衰性光導波部品表面の温度上昇を抑える効果が大きくなる。

また、このような構成であると、光減衰率は、構造変化部の構造又はその数によって変化するため、構造変化部の構造又はその数を変化させることによって光減衰率を容易に調整することができる。また、構造変化部の構造はフェムト秒レーザー光の照射条件、例えば、照射時間、開口数、照射出力等を変化させることによって調節可能である。

上記構成において、フェムト秒レーザー光の照射点1個あたりの光減衰率が1dB以下であることが好ましい。このようにすれば、光減衰率の調節が更に容易になるため好ましく、0.8dB以下であると更に好ましい。

上記構成において、フェムト秒レーザー光は、パルス幅が10〜1000フェムト秒、波長が250〜3000nm（のいずれか）の超短パルスレーザー光であることが好ましい。このようにすれば、容易に構造変化部を形成できる。すなわち、パルス幅が1000フェムト秒を超えると、集光照射を行っても充分なパワー密度のレーザー光を得にくく、構造変化部を形成しにくい。またパルス幅が10フェムト秒よりも狭いと、パワー密度が高くなりすぎて、光導波材料へのダメージが大きくなるとともに、光減衰率の制御が困難になりやすい。

上記構成において、光減衰性光導波材料は、250〜3000nmの波長を有する光を透過する材料から成ることが好ましい。このようにすれば、光学顕微鏡を用いて光導波部分を確認でき、構造変化部を形成しやすい。またフェムト秒レーザー光をよく透過し、短時間で効率よく構造変化部を形成することができる。具体的には、ガラス、結晶及びプラスチックの群から選択された一種の材料からなることが好ましい。

また、上記構成において、フェムト秒レーザー光を光導波材料の光導波部分に照射する照射時間は光減衰率に応じて変化させることができるが、10秒以下であると、光導波材料に対するダメージが少ないため好ましい。また、照射時間が0.001秒以上であると容易に構造変化部を形成できる。

本発明の光減衰性光導波部品は、光減衰性光導波材料とそれを固定するための固定部材とを具備し、光減衰性光導波材料がクラッド部と光導波部分とからなり、光減衰率が5dB以上であり、固定部材に固定して光減衰性光導波部品とし、波長1200〜1700nm（短波長でもよいし、多重波長でもよい）、出力500mWの光（信号光）を光導波部分に入射したときに、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が80℃以下である光減衰性光導波材料からなることを特徴とする。

このような構成によれば、ハイパワーの信号光を入力しても表面の温度上昇が小さいため、光減衰性光導波材料の固定に使用される接着剤の劣化がなく、固定した光減衰性光導波材料の引き込みによる接続外れなども起こらず、信頼性を維持することができる。

上記構成において、光減衰光導波材料としては、光ファイバ形状やPLC（平面導波路）形状のものが使用可能であり、固定部材としては、フェルール形状や板形状のものが使用可能であるが、特に、光減衰光導波材料が光ファイバ形状を有し、固定部材がフェルール形状を有してなることが好ましい。このようにすれば、上述の効果を最大限に奏することができる。

以上説明したように、本発明の光減衰性光導波材料は、ハイパワーの信号光を入力しても、光減衰性光導波材料を用いた光減衰性光導波部品の温度上昇が小さいため、光減衰性光導波材料の固定に使用される接着剤の劣化がなく、固定した光減衰性光導波材料の引き込みによる接続外れなども起こらず、光固定減衰器の信頼性を維持することができる。

本発明を、実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の光減衰性光導波材料の製造方法を示す概念図である。図２は、実施例における信号光の入射光強度と光減衰性光導波部品の表面温度との関係を示すグラフである。

［実施例］
まず、市販のシリカガラス製シングルモード光ファイバ１を、コンピュータ２を用いて位置の精密制御を可能としたXYZステージ３上に固定し、光ファイバ１のコア部分１ａ（直径10μm）に、波長800nm、パルス幅120フェムト秒、パルス繰り返し周期1kHz、5mWの平均出力を有するフェムト秒パルスレーザー光４を、倍率100倍、開口数0.90の対物レンズ５を用いて、1点あたり0.008秒間集光照射して、200μm間隔で30個の、構造変化部１ｂを有する実施例１の光減衰性ファイバ10を得た。なお、この光減衰性ファイバ10の、波長1550nmにおける光減衰率は16dBであり、波長1550nmにおける反射減衰量は53dBであった。また、照射時間はシャッター６により調整した。

次いで、上記の光減衰性ファイバ10を長さ16.7mmのZrO₂製のフェルール中に挿入固定した後、これを所望の長さに切断し、端面を所望の形状に研磨加工することによって、実施例の光減衰性ファイバスタブを得た。

［比較例］
Coイオンをドープした市販の光減衰性ファイバ（光減衰率は15dB;昭和電線電纜株式会社製MDOF20SL、20dB/22.4mm）を用いた以外は実施例と同様にして、比較例の光減衰性ファイバスタブを作製した。

図２からわかるように、実施例において、信号光の入射光強度が増加しても光減衰性ファイバスタブ表面の温度上昇はほとんどなく、室温が28℃であるのに対し、入射光強度が500mWのときの表面温度は33℃であった。

一方、比較例では、信号光の入射強度が増加すると、それに伴い光減衰性ファイバスタブ表面の温度が上昇し、入射光強度が500mWのときに表面温度は138℃にも達した。

なお、波長1550nmにおける光減衰性光ファイバの光減衰率は、XYZステージ上に固定した光減衰性光ファイバの両端に接続したレーザー光源内蔵パワーメータ（アンリツ株式会社製MT9810A）を用いて測定した。

また、波長1550nmにおける反射減衰量は、XYZステージ上に固定した光減衰性光ファイバの片端に接続した後方散乱光測定装置（アンリツ株式会社製MW9070B）を用いて測定した。

光減衰性ファイバスタブ表面の温度は、光減衰性ファイバスタブの表面に熱電対を取り付け、出力0〜500mWの波長1450nmの信号光を用い、温度が一定となるまで信号光を入射し続けた。その一定となった温度を表面温度とした。

以上説明したように、本発明の光減衰性光導波材料は、ハイパワーの信号光を入射してもそれを用いた光減衰性光導波部品表面の温度上昇は小さいため、温度上昇による劣化が起こりやすい接着剤等の樹脂を使用する光減衰性ファイバスタブの構成材料として好適である。また、PLC（平面光導波路）タイプにも使用可能である。

本発明の光減衰性光導波材料の製造方法を示す概念図。 信号光の入射光強度と光減衰性光導波部品の表面温度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１ シリカガラス製シングルモード光ファイバ
１ａ コア部分
１ｂ 構造変化部
２ コンピュータ
３ ＸＹＺステージ
４ フェムト秒パルスレーザー光
５ 対物レンズ
６ シャッター
１０ 光減衰性ファイバ

Claims (7)

1. クラッド部と光導波部分とから成り、光減衰率が5dB以上である光減衰性光導波材料において、固定部材に固定して光減衰性光導波部品とし、波長1200〜1700nm、出力500mWの光を光導波部分に入射したときに、光減衰性光導波部品表面の温度上昇が80℃以下であることを特徴とする光減衰性光導波材料。
2. 反射減衰量が45dB以上であることを特徴とする請求項１に記載の光減衰性光導波材料。
3. 光導波部分にフェムト秒レーザー光によって誘起されてなる構造変化部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光減衰性光導波材料。
4. フェムト秒レーザー光の照射点1個あたりの光減衰率が1dB以下であることを特徴とする請求項３に記載の光減衰性光導波材料。
5. フェムト秒レーザー光が、パルス幅が10〜1000フェムト秒であり波長が250〜3000nmである超短パルスレーザー光であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光減衰性光導波材料。
6. 250〜3000nmの波長を有する光を透過する材料から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光減衰性光導波材料。
7. 光減衰性光導波材料とそれを固定するための固定部材とを具備し、光減衰性光導波材料が請求項１〜６のいずれかに記載の光減衰性光導波材料であることを特徴とする光減衰性光導波部品。
   
   

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