JP2008282044A

JP2008282044A - ファイバブラッググレーティング素子

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Publication number: JP2008282044A
Application number: JP2008189138A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Ota; 育生大田; Shigeto Yodo; 重人淀; Toshiyuki Inukai; 俊之犬飼; Toshihiko Ota; 寿彦太田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】簡易な構成で、１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断量を得ること。
【解決手段】光入力に対し、１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断のフィルタリングを行うＦＢＧ部４０であって、クラッド４２の領域に、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４１の領域と同じチャープトブラッググレーティングを形成している。
【選択図】図９

Description

この発明は、光入力に対し、広帯域で高遮断のフィルタリングを行う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、所望の波長帯域を遮断するためにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ:Fiber Bragg Grating）を用いた光フィルタが多用されている。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大きな遮断量を得ることができる。ＦＢＧは、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２００３−２４９８９８号公報

ところで、たとえば１ｎｍを越える広帯域で光入力を遮断しようとする場合、ＦＢＧをチャープトグレーティングにし、さらにこの帯域で大きな遮断量を得ようとする場合、グレーティング長を長くすることによって大きな遮断量を実現している。たとえば、図１６は、波長１６５０ｎｍ帯の１０ｎｍ帯域の光を７ｍｍのチャープトグレーティングによって遮断した結果を示しており、約３５ｄＢの遮断量（図では、透過損失で示しているが以下、遮断量という）を得ている。そして、図１７は、同じ波長１６５０ｎｍ帯の１０ｎｍ帯域の光を１３ｍｍのチャープトグレーティングによって遮断した結果を示しており、約４０ｄＢの遮断量を得ている。

しかしながら、チャープトグレーティング長を約２倍にした場合、遮断量も約２倍となって約８０ｄＢ程度の遮断量が得られるはずなのに、図１７に示した遮断量は、若干（５ｄＢ程度）の遮断量増加となっているに過ぎない。すなわち、単にチャープトグレーティング長を長くしても大きな遮断量を得るには限界がある。

一方、近年の光通信分野などでは、監視通信系の光を実通信系の光と確実に分離する必要があり、この監視通信系の光が実通信系に漏れることによる実通信への影響を極力なくすため、たとえば６０ｄＢ程度の遮断量が要求される場合がある。しかし、上述したように、広帯域で大きな遮断量を得るＦＢＧは、約４０ｄＢ程度が限界であり、１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える遮断量が得られるＦＢＧの出現が要望されていた。

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、１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断量を得ることができる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、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、光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、光ファイバのクラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、コア領域と同じチャープトブラッググレーティングを形成したことを特徴とする。

また、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、光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、開口数が０．２以上の光ファイバにチャープトブラッググレーティングを形成したことを特徴とする。

また、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、光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、コア領域内の外側に該コア領域中心部に比して屈折率が低いリング状の領域を設け、少なくとも該コア領域にチャープトブラッググレーティングを形成したことを特徴とする。

また、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、光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、少なくともコア領域にチャープトブラッググレーティングを形成し、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ってこのチャープトブラッググレーティングが形成されたコア領域の一部あるいは全部を覆うことを特徴とする。

また、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、上記の発明において、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って前記チャープトブラッググレーティングの一部あるいは全部を覆うことを特徴とする。

また、この発明にかかるコネクタは、上記の発明に記載のファイバブラッググレーティング素子を内蔵し、光ファイバを結合す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、光ファイバのクラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、コア領域と同じチャープトブラッググレーティングを形成し、または、開口数が０．２以上の光ファイバにチャープトブラッググレーティングを形成し、コア領域内の外側にクラッド領域に比して屈折率が低いリング状の領域を設け、少なくとも該コア領域にチャープトブラッググレーティングを形成し、または、少なくともコア領域にチャープトブラッググレーティングを形成し、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ってこのチャープトブラッググレーティングが形成されたコア領域の一部あるいは全部を覆い、さらには、これらの組み合わせによって、グレーティング長が短くても、簡易な構成で、１ｎｍを越える広帯域で４０ｄＢを越える高遮断量を得ることができるという効果を奏する。

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、伝送装置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り、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。

図５は、ＦＢＧ２１を含むＦＢＧ部４０の縦断面図であり、図６は、ＦＢＧ２１を含むＦＢＧ部４０の横断面図および屈折率プロファイルを示している。図５および図６において、ＦＢＧ２１は、コア４１の領域の長手方向に形成されたチャープトグレーティングによって波長λｃ１〜λｃ８までの波長光を遮断し、その長さは１３ｍｍである。ここで、ＦＢＧ部４０のクラッド４２の外部は、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７は、ＦＢＧ部４０の遮断特性を示す図である。図７では、マッチングオイルを高屈折率部４３としたものであり、ＦＢＧ部４０は、１６５０ｎｍを中心に約１０ｎｍの帯域で、光入力を、６０ｄＢ以上遮断している。なお、透過損失が、−７０ｄＢ近傍において揺らぎが生じるのは測定限界だからである。

この実施の形態１では、ＦＢＧ２１を有したコア４１に対応するクラッド４２の外部に、クラッド４２の屈折率以上の屈折率をもつ高屈折率部４３で覆うことによって、１０ｎｍ程度の広帯域でも約６０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができる。また、逆に、短いグレーティング長であっても、従来に比して大きな遮断特性を得ることができるのは言うまでもない。

なお、図１では、光スプリッタ３によって多分岐する構成を示したが、図８に示すように光スプリッタ２８よりも下流の分岐されない単一の光線路１ａに対してＯＮＵ２０が直接接続され、監視光を、光カプラ１８を介して送受するようにしてもよい。この場合、単一波長λｃ₄とするのが好ましい。これは、ＯＴＤＲ２が発光する光の中心波長ずれが大きいためであり、このために、１ｎｍを超える広帯域のＦＢＧ２０が必要となる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、チャープトグレーティングであるＦＢＧ２１をコア４１のみに形成するようにしていたが、この実施の形態２では、コア５１のみでなくクラッド５２領域にも同一のチャープトグレーティングを形成するようにしている。

図９は、この発明の実施の形態２であるＦＢＧ２１ａを有したＦＢＧ部５０の縦断面図を示し、図１０は、ＦＢＧ部５０の横断面および屈折率プロファイルを示している。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ＦＢＧ２１ａが形成されている。このクラッド５２ａの領域に形成されたＦＢＧ２１ａによって、クラッド５２を介した光が、基本モードと高次モードを結合しないようにしている。出力側に漏れないようにしている。このクラッド５２内のクラッド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２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５に示した高屈折率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２によっても、実施の形態１と同様に、図７に示したように、１０ｎｍ程度の高帯域でも約６０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができるＦＢＧ部５０を実現できる。

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、クラッド５２の領域にチャープトグレーティングを形成するようにしていたが、この実施の形態３では、コア６１の領域の屈折率を通常よりも高くしている。

図１１は、この発明の実施の形態３であるＦＢＧ２１ｂを有したＦＢＧ部６０の縦断面図を示し、図１２は、ＦＢＧ部６０の横断面および屈折率プロファイルを示している。図１１に示すように、ＦＢＧ部６０は、実施の形態１のコア４１と同様に、コア６１の領域にチャープトグレーティングであるＦＢＧ２１ｂを形成している。ここで、コア６１には、クラッド６２に比して高い屈折率を有し、たとえば開口数（ＮＡ）を０．２以上とすることが好ましい。また、必要に応じて、図５に示した高屈折率４３をクラッド５２の外側に形成してもよい。

図１３は、開口数が０．３４となるファイバにおける遮断特性を示した図である。図１３に示すように、この実施の形態３によっても、１６５０ｎｍを中心とした約１０ｎｍの高帯域で、約６０ｄＢ以上の遮断を実現している。

（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態３では、コア６１の領域の屈折率をクラッド６２の領域よりも通常より高めの屈折率としたが、この実施の形態５では、コア７１領域内の外側領域の屈折率をクラッド７２の領域よりも低くしている。

図１４は、この発明の実施の形態４であるＦＢＧ２１ｃを有したＦＢＧ部７０の縦断面図を示し、図１５は、ＦＢＧ部７０の横断面および屈折率プロファイルを示している。図１４に示すように、ＦＢＧ部７０は、実施の形態１のコア４１と同様に、コア７１の領域にチャープトグレーティングであるＦＢＧ２１ｃを形成している。ここで、図１５に示すように、コア７１は、コア７１領域内の外側領域の屈折率を、クラッド７２の領域の屈折率よりも低くし、そのプロファイルがＷ型（ディスプレイスドクラッドファイバ）になるようにしている。このように屈折率プロファイルをＷ型とすることによって、クラッド７２に生じるクラッドモードＭ１が結合しないようにしている。さらに、実施の形態１に示したように高屈折率部７３を設けることによって、クラッドモードＭ１自体が存在しないようにしてもよい。いずれの場合にも、クラッドモードが存在しないので、遮断特性を格段に向上させることができる。

この実施の形態４によっても、実施の形態１と同様に、図７に示したように、１０ｎｍ程度の高帯域でも約６０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができるＦＢＧ部７０を実現できる。

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。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。チャープトグレーティングの構成を示す模式図である。チャープトグレーティングによる広帯域フィルタの概念を示す模式図である。この発明の実施の形態１であるファイバブラッググレーティング素子の縦断面図である。この発明の実施の形態１であるファイバブラッググレーティング素子の横断面および屈折率プロファイルを示す図である。この発明の実施の形態１であるファイバブラッググレーティング素子によって１６５０ｎｍ帯の約１０ｎｍの帯域で６０ｄＢ以上の遮断特性を得た実験結果を示す図である。この実施の形態１であるファイバブラッググレーティング素子が適用される他のシステムの一例を示すブロック図である。この発明の実施の形態２であるファイバブラッググレーティング素子の縦断面図である。この発明の実施の形態２であるファイバブラッググレーティング素子の横断面および屈折率プロファイルを示す図である。この発明の実施の形態３であるファイバブラッググレーティング素子の縦断面図である。この発明の実施の形態３であるファイバブラッググレーティング素子の横断面および屈折率プロファイルを示す図である。この発明の実施の形態３であるファイバブラッググレーティング素子によって１６５０ｎｍ帯の約１０ｎｍの帯域で６０ｄＢ以上の遮断特性を得た実験結果を示す図である。この発明の実施の形態４であるファイバブラッググレーティング素子の縦断面図である。この発明の実施の形態４であるファイバブラッググレーティング素子の横断面および屈折率プロファイルを示す図である。グレーティング長を７ｍｍとした場合における従来の広帯域のファイバブラッググレーティング素子の遮断特性を示す図である。図１６に示したグレーティング長を１３ｍｍとした場合における従来の広帯域のファイバブラッググレーティング素子の遮断特性を示す図である。

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
２１，２１−１〜２１−８，２１ａ，２１ｂ，２１ｃＦＢＧ
２２基幹光線路
２４ユーザ
２５ファイバセレクタ
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
４０，５０，６０，７０ＦＢＧ部
４１，５１，６１，７１コア
４２，５２，６２，７２クラッド
４３，７３高屈折率部
λａ，λｂ通信光の波長
λｃ₁〜λｃ₈ 監視光の波長

Claims

光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、
開口数が０．２以上の光ファイバにチャープトブラッググレーティングを形成したことを特徴とするファイバブラッググレーティング素子。
光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、
コア領域内の外側にクラッド領域に比して屈折率が低いリング状の領域を設け、少なくとも該コア領域にチャープトブラッググレーティングを形成したことを特徴とするファイバブラッググレーティング素子。
光入力に対し、所望の１ｎｍを越える広帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、
少なくともコア領域にチャープトブラッググレーティングを形成し、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ってこのチャープトブラッググレーティングが形成されたコア領域の一部あるいは全部を覆うことを特徴とするファイバブラッググレーティング素子。
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って前記チャープトブラッググレーティングの一部あるいは全部を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
請求項１〜４に記載のファイバブラッググレーティング素子を内蔵し、光ファイバを結合することを特徴とするコネクタ。