JP2006284633A

JP2006284633A - ファイバブラッググレーティング素子

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Publication number: JP2006284633A
Application number: JP2005100633A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Uemura; 康生植村; Kazuhiko Kajima; 和彦鹿島; Toshiyuki Inukai; 俊之犬飼
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4429953B2

Abstract

【課題】簡易な構成で、遮断帯域では、広帯域、高遮断が実現出来るとともに、透過帯域ではロスがほとんど発生しないファイバブラッググレーティング素子を提供することにある。
【解決手段】本発明のファイバブラッググレーティング素子は、ファイバブラッググレーティング素子は、屈折率プロファイルが尖塔状であるコアと、前記コアの外側にクラッドとを備えた光導波路に、複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、遮断帯域では４０ｄＢ以上の遮断を行い、透過帯域ではロスの発生を２ｄＢ以下とされている。
【選択図】図３

Description

この発明は、入力される光信号に対し、所望の帯域を透過させ、所望の帯域を遮断させる光フィルタとしての機能を有したファイバブラッググレーティング素子に関するものである。

従来から、光通信装置では、所望の波長帯域を透過・遮断するためにファイバブラッググレーティング（以下ＦＢＧ；Fiber Bragg Gratingと呼ぶ）素子を用いた光フィルタが多用されている（特許文献１を参照）。このＦＢＧは、光ファイバに紫外線を照射すると屈折率が上昇する「光誘起屈折率変化」を利用したものであり、この光誘起屈折率変化を大きくすることによって透過帯域、遮断帯域を得ることができる。ＦＢＧは、少なくともファイバコア上に周期的な屈折率変化を形成したものであり、この周期的な屈折率変化は、二光束干渉法やフェーズマスクを用いた方法によって形成される。この周期的な屈折率変化によって、ブラッグ中心波長λ_Ｂが反射され、結果的にこのブラッグ中心波長λ_Ｂ領域の光が遮断されることになる。なお、ブラッグ中心波長λ_Ｂは、λ_Ｂ＝２ｎΛで表される。ここで、ｎは光ファイバの実効屈折率であり、Λは周期的な屈折率変化の間隔を意味するグレーティングピッチである。このようなＦＢＧは、ＷＤＭ通信システム以外にも、合分波器、線路監視用フィルタ、温度センサ、ひずみセンサとしても用いられる。

特開２００２−３２８２３８号公報

ところで、広帯域（約１０ｎｍ程度）で大きな遮断量（４０ｄＢ以上）の遮断特性を実現させるＦＢＧを設計する場合、ＦＢＧをチャープトグレーティングとする手法が用いられる。

しかしながら、前述したような設計手法を用いると、遮断帯域以外の透過帯域のロスが大きくなってしまう恐れがある。具体的に説明すると、図６のＣ線（点線）に示すように、遮断特性は、遮断帯域が１０ｎｍ程度で、遮断量が４０ｄＢの特性を得ているが、図７のＣ線（点線）に示すように、透過帯域で大きなロスが発生している。特に透過帯域を１６３０ｎｍ前後までのＬバンド帯も含むとすると８ｄＢ前後の大きなロスが発生している。この結果、ＦＢＧを透過すべき信号光の光強度が低下してしまうという問題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、遮断帯域では、広帯域、高遮断が実現出来るとともに、透過帯域ではロスがほとんど発生しないファイバブラッググレーティング素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかるファイバブラッググレーティング素子は、屈折率プロファイルが尖塔状であるコアと、前記コアの外側にクラッドとを備えた光導波路に、複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、遮断帯域では４０ｄＢ以上の遮断を行い、透過帯域ではロスの発生を２ｄＢ以下としたことを特徴とする。

また、請求項２にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記コアの屈折率プロファイルが、コアの外側から中心に向って尖塔状であることを特徴とする。

また、請求項３にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記コアが、コア中心から２μｍの範囲に最大屈折率を有することを特徴とする。

また、請求項４にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記グレーティングの隣り合うグレーティングのピッチ間隔が、光導波路の長さ方向の中心に向って広くなるように形成されていることを特徴とする。

また、請求項５にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記光導波路が、少なくともコア領域にグレーティングが形成され、クラッド領域の外側であって該クラッド領域の屈折率以上の屈折率をもつ材料により、前記グレーティングが形成されたコア領域に相当する一部あるいは全部を覆うことを特徴とする。

また、請求項６にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記グレーティングが、前記クラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、コア領域と同じグレーティングを形成させたことを特徴とする。

また、請求項７にかかるファイバブラッググレーティング素子は、遮断帯域が１６５０ｎｍ帯域、透過帯域が１６３０ｎｍ以下の帯域であることを特徴とする

この発明にかかるファイバブラッググレーティング素子は、屈折率プロファイルが尖塔状であるコアを備えた光導波路にグレーティングが形成されてなるので、遮断帯域では、広帯域、高遮断が実現出来るとともに、透過帯域ではロスがほとんど発生しない。この結果、所望のフィルタリング機能を備えた光伝送を実現することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態であるファイバブラッググレーティング素子について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるファイバブラッググレーティング素子を用いた光分岐線路監視システムの概要構成を示す図である。この光分岐線路監視システムは、電送装置１０に幹線光線路２２が接続され、この幹線光線路２２は、光スプリッタ２８によって光多分岐され、複数の幹線光線路２２に分岐される。この分岐された幹線光線路２２は、光カプラ１８を介して局外に延び、屋外の光スプリッタ３によって各分岐線路１ａ₁〜１ａ₈に光多分岐される。光多分岐された各分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈は、ユーザ２４内の各ＯＮＵ（Optical Network Unit）２０に接続される。なお、この光スプリッタ３は、図示しない光線路監視用デバイスを有し、この光監視線路用デバイスは、監視光λｃ₁〜λｃ₈のみをそれぞれ各分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈に対応させて入出力する。

制御部２６は、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）２が出力する可変波長の監視光の出力制御を行い、ファイバセレクタ（ＦＳ）２５に出力するとともに、受信計測の制御をも行う。ＯＴＤＲ２は、この制御部２６およびＦＳ２５を介して光カプラ１８に接続される。

各ＯＮＵ２０は、各ＯＮＵ２０固有の監視光波長が割り当てられ、各ＯＮＵ２０内にはそれぞれ監視光波長帯域の監視光を反射し、出力を遮断するＦＢＧ２１−１〜２１−８が設けられている。なお、各ＦＢＧ２１−１〜２１−８は、同じ構成のＦＢＧであり、約１０ｎｍ帯域の監視光を約６０ｄＢ遮断する特性を有する。

制御部２６は、監視すべきλｃ₁〜λｃ₈の監視光を周期的に出射させ、光カプラ１８を介して幹線光線路２２に出力される。この際、ＦＳ２５は、出力すべき幹線光線路２２を選択する。光カプラ１８において、伝送装置１０から伝搬した波長λｂの通信光は、たとえば波長λｃ₁の監視光とともに光スプリッタ３に入力され、波長λｂの通信光は、分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈を介して各ＯＮＵ２０に入力されるとともに、波長λｃ₁の監視光は、分岐光線路１ａ₁に接続されたＯＮＵ２０に入力される。

図２に示すように波長λｃ₁の監視光は、ＦＢＧ２１−１によって反射されるが、波長λｂの通信光は、そのまま光受信部３１−１で受信され、Ｏ／Ｅ部３２−１によって光／電気変換され、受信処理部３３−１に入力される。同様にして、分岐光線路１ａ₃に、波長λｃ₃の監視光と波長λｂの通信光とが入力された場合にも、波長λｃ₁の監視光は、ＦＢＧ２１−３によって反射されるが、波長λｂの通信光は、そのまま光受信部３１−３で受信され、Ｏ／Ｅ部３２−３によって光／電気変換され、受信処理部３３−３に入力される。ここで、波長λｃ₁などの監視光が光受信部３１−１〜３１−８に入力されると、通信エラーなどが生じ、通信に大きな影響を及ぼし、これらの監視光をＦＢＧ２１−１〜２１−８によって確実に遮断する必要がある。ここで、上述したようにＦＢＧ２１−１〜２１−８は、監視光の波長帯域約１０ｎｍにおいて約６０ｄＢの遮断量を有するので、確実に監視光を遮断することができる。なお、ＦＢＧ２１−１〜２１−８は、図示しないフェルールなどによって固定され、コネクタ３０−１〜３０−８内に設けられる。

ここで、ＦＢＧ２１（２１−１〜２１−８）の構成について説明する。図３に示すように、ＦＢＧ２１は、波長λｃ₁〜λｃ₈に対応するグレーティングピッチΛが長手方向に変化するチャープトグレーティングである。図４に示すように、ブラッグ中心波長が波長λｃ₁〜λｃ₈であるため、λｃ₁〜λｃ₈までの広帯域で反射することができ、この波長帯域の光を遮断することができる。この結果、ＯＮＵ２０は、同一のＦＢＧ２１を用いることができる。なお、ＦＢＧ２１は、各監視光の波長をブラッグ中心波長として形成されたものを用いてもよい。

このＦＢＧ２１は、図５の太線に示すように、コアの屈折率プロファイルが、コアの外側から中心に向って尖塔状となるように設計されている。この屈折率プロファイルは、コアの中心から±２μｍの範囲内で（図５ではコアの中心）、最大屈折率を有するように設計されている。なお、比較例として、従来のコアの屈折率プロファイルを２種類、細線で掲載した。本発明と比較例から、本発明のコアの屈折率プロファイルは、コアの中心から±２μｍの範囲で屈折率（比屈折率差）を大きく設計しているのがわかる。

図６は、ＦＢＧ２１の遮断特性を示すグラフである。ＦＢＧ２１は、図６の太線で示すように、１６５０ｎｍを中心に約１０ｎｍ以上の帯域（図６では１６４２ｎｍ〜１６５６ｎｍ）で、入力された光信号を、４０ｄＢ以上遮断している。なお、図６の２種類の細線は、従来のＦＢＧの遮断特性を示しているが（比較例として掲載）、遮断特性は、第一の実施形態とほぼ同等の特性が得られている。

図７は、ＦＢＧ２１の透過特性を示すグラフである。図７の太線が、第一の実施形態のＦＢＧ２１の透過特性を示している。図７からあきらかなように、１５１０ｎｍ〜１６３０ｎｍという広帯域にわたりロスが２ｄＢ以下となっている。これに対し、図７の２つの細線は、従来のＦＢＧの透過特性を示しているが（比較例として掲載）、２ｄＢ〜８ｄＢのロスの帯域が存在している。

（実施の形態２）
図８は図３の変形例である実施の形態２を示す図であり、ＦＢＧ２１を含むＦＢＧ部４０を示すものである。図８では、ＦＢＧ部４０のクラッド４２の外部が、クラッド４２の屈折率以上の屈折率をもつ高屈折率部４３によって覆われている。なお、高屈折率部４３は、ＦＢＧ部２１の周囲全体であることが好ましいが、一部であってもよい。高屈折率部４３に用いられる部材は、コア４１およびクラッド４２の屈折率以上の高い屈折率をもつものであればよく、たとえばマッチングオイルでも、接着剤でもよい。なお、高屈折率部４３は、コア４１の屈折率以上の高い屈折率をもつものでもよい。

図８の遮断特性および透過特性は、図示しないが、実施の形態１と同等の特性（図６および図７）を示す。つまり、ＦＢＧ部４０は、１６５０ｎｍを中心に約１０ｎｍの帯域で、光入力を、４０ｄＢ以上遮断することが可能であり、１５１０ｎｍ〜１６３０ｎｍの広帯域にわたりロスが２ｄＢ以下の透過特性を得ることができる。

この実施の形態２では、実施の形態１と同様に、コアの屈折率プロファイルがコアの外側から中心に向って尖塔状となるように設計されている。このため、上述した遮断特性および透過特性をより安定して得られることができる。

（実施の形態３）
上述した実施の形態１および実施の形態２のＦＢＧ２１は、屈折率プロファイルが外側から中心に向って尖塔状となるように設計されているコアにのみグレーティングが形成されているが、この実施の形態３では、クラッド５２領域にも同一のチャープトグレーティングを形成している。

図９は、実施の形態３であるＦＢＧ２１ｂを有したＦＢＧ部５０の縦断面図を示している。図９に示すように、ＦＢＧ部５０は、クラッド５２の一部領域であるクラッド５２ａまでＦＢＧ２１ｂが形成されている。このクラッド５２ａの領域に形成されたＦＢＧ２１ｂによって、クラッド５２を伝播した光が、出力側（図９では紙面上、向って右側）に漏れないようにしている。このクラッド５２ａの領域のチャープトグレーティングの形成は、クラッド５２ａの領域に、コア５１に添加したＧｅとほぼ同量のＧｅをクラッド５２ａの領域に添加しておき、コア５１の領域にチャープトグレーティングを形成すると同じように、二光束干渉法やフェーズマスクを用いた方法によって行うことができる。なお、この実施の形態３では、クラッド５２ａにＧｅを添加しているが、これに限らず、チャープトグレーティングがクラッド５２ａの領域に形成できればよく、たとえば、リンなどの紫外線に感光する材料をクラッド５２ａの領域に添加すればよい。また、必要に応じて、図６に示した高屈折率部４３をクラッド５２の外側に形成してもよい。

この実施の形態３のＦＢＧ５０によっても、実施の形態１と同様に、図６および図７に示した遮断特性、透過特性を得ることができる。

（実施の形態４）
上述した実施の形態１から実施の形態３のＦＢＧ２１は、屈折率プロファイルが外側から中心に向って尖塔状となるように設計され、隣り合うグレーティングのピッチ間隔Λが、光ファイバの長手方向に向って広くなるように形成されている。これに対し、この実施の形態４のＦＢＧ６０では、図１０に示すように、コアの屈折率プロファイルが外側から中心に向って尖塔状となるように設計され、かつ隣り合うグレーティングのピッチ間隔Λが光ファイバの長手方向の中心に向って広くなるように形成されている。

この実施の形態４のＦＢＧ６０によっても、実施の形態１と同様に、図６および図７に示した遮断特性、透過特性を得ることができる。

本発明にかかるファイバブラッググレーティング素子を用いた光分岐線路監視システムの概要構成を示す図である。ＯＮＵ側における監視光と通信光との伝送状態を示す図である。実施の形態１であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。ＦＢＧによる広帯域フィルタの概念を示す模式図である。実施の形態１のＦＢＧの屈折率プロファイルを示すグラフである。実施の形態１のＦＢＧの遮断特性を示すグラフである。実施の形態１のＦＢＧの透過特性を示すグラフである。実施の形態２であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態３であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態４であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。

符号の説明

１ａ₁〜１ａ₈ 分岐光線路
２ＯＴＤＲ
３，２８光スプリッタ
１０伝送装置
１８光カプラ
２０ＯＮＵ
２１，２１−１〜２１−８ＦＢＧ
２２幹線光線路
２４ユーザ
２５ファイバセレクタ（ＦＳ）
２６制御部
３０−１，３０−３光コネクタ
３１−１，３１−３光受信部
３２−１，３２−３Ｏ／Ｅ部
３３−１，３３−３受信処理部
４０，５０ＦＢＧ部
４１，５１コア
４２，５２クラッド
４３高屈折率部
λａ，λｂ，λｃ₁〜λｃ₈ 波長

Claims

屈折率プロファイルが尖塔状であるコアと、前記コアの外側にクラッドとを備えた光導波路に、複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、遮断帯域では４０ｄＢ以上の遮断を行い、透過帯域ではロスの発生を２ｄＢ以下としたファイバブラッググレーティング素子。
前記コアは、その屈折率プロファイルが、コアの外側から中心に向って尖塔状であることを特徴とする請求項１に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記コアは、コア中心から２μｍの範囲に最大屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記グレーティングは、隣り合うグレーティングのピッチ間隔が、光導波路の長さ方向の中心に向って広くなるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記光導波路は、少なくともコア領域にグレーティングが形成され、クラッド領域の外側であって該クラッド領域の屈折率以上の屈折率をもつ材料により、前記グレーティングが形成されたコア領域に相当する一部あるいは全部を覆うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記グレーティングは、前記クラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、コア領域と同じグレーティングを形成させたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバブラッググレーティング素子。
遮断帯域は１６５０ｎｍを含む約１５ｎｍ程度の帯域であり、透過帯域は１６３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のファイバグレーティング素子。