JP2010191233A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】屈折率分布ファイバなどの光学部材を介在させずに、光デバイスと光結合させることができる光ファイバを実現することで、接続損失を低減すると共にコストの低減を図ることを目的とする。
【解決手段】コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記クラッド内の前記コアの周囲に長手方向にわたって複数の空孔が形成されている光ファイバにおいて、前記空孔の一端側の所定区間内に、前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂を充填することにより、伝搬光の状態を前記コアを含む形で平行状態から放射状態又は集束状態に変化させる状態変化領域を含むことを特徴とする光ファイバ。
【選択図】図２

Description

本発明は、光デバイス等に接続される光ファイバに関する。

光通信の分野において、例えば、光ファイバのコアを伝搬する伝搬光は、この光ファイバの端部に配置された光スイッチ、光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータ、光分波器等の様々な光デバイスのコア部へ出射され、この光デバイスの内部にて光学的な処理が施された後、別の光ファイバのコアへ入射される。

このとき、即ち、光ファイバと光デバイスとを光結合する際、当該接続側の光ファイバの端面におけるコアの大きさ（コア面積）と、当該接続側の光デバイスの端面におけるコア部の大きさ（コア部面積）とが異なる場合、光ファイバと光デバイスとの間で伝送損失が発生してしまう。このような光ファイバと光デバイスとの接続部分における伝送損失の発生を抑制するために、光ファイバと光デバイスとの間に、例えば、屈折率分布ファイバなどの光学部材を介在させることが知られている（例えば、特許文献１）。

このように光ファイバと光デバイスとの接続部分に、光学部材を介在させる場合には、例えば、光学部材の光軸と光ファイバ、及び光デバイスの光軸とが合致するように位置合わせを行った後、放電等の手段により光学部材の端面と光ファイバ、及び光デバイスの端面とを溶融し、端面同士を融着することが行われる。

特開２００８−２０５６０号公報

しかしながら、上述した従来の方法（端面同士の融着）は、光軸の位置合わせを行なっているといっても、製造上の誤差はやはり存在し、どうしても光軸のズレは発生してしまっていた。これでは、光軸のズレによって接続損失が増加してしまうという問題が懸念される。また、融着後の光軸のズレ調整が難しいことから、歩留まりが悪いという問題も懸念される。

また、部品点数の削減又は製造において融着箇所を減らすことで製造工数の削減を行なうことで、コストの低減を図りたいという課題もあった。

そこで、本発明の目的は、屈折率分布ファイバなどの光学部材を介在させずに、光デバイスと光結合させることができる光ファイバを実現することで、接続損失を低減すると共に低コスト化を図ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記クラッド内の前記コアの周囲に長手方向にわたって複数の空孔が形成されている光ファイバにおいて、前記空孔の一端側の所定区間内に、前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂を充填することにより、伝搬光の状態を前記コアを含む形で平行状態から放射状態又は集束状態に変化させる状態変化領域を含むことを特徴とする光ファイバを提供する。

前記複数の空孔は、前記コアの中心を中心とした円周に内接するように配置され、且つ、外径が異なることが好ましい。

前記複数の空孔は、第１外径を有する複数の第１空孔からなる第１空孔群と、・・・、第ｎ外径を有する複数の第ｎ空孔からなる第ｎ空孔群と、からなり、
前記複数の空孔は、その中心が前記コアの中心を中心とした異なる複数の円周上に、各空孔群毎に夫々配置され、且つ、その外径が前記コアから離れるにつれて徐々に小さくなるように形成されることが好ましい。

前記硬化樹脂は、前記空孔の外径の大きさによって、充填長が異なることが好ましい。

前記状態変化領域は、前記放射状態に変化後であって、長手方向に沿って平行状態の伝搬光の状態を含むことが好ましい。

前記硬化樹脂は、前記コアの屈折率と同じか、前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有することが好ましい。

本発明によれば、光学部材を介在させずに、光デバイスと光結合させることができる光ファイバを実現することができる。これにより、接続損失を低減すると共に低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバを示す斜視図である。 図１に示す光ファイバの一端側に伝搬光を伝搬させたときの状態を示す斜視図である。 図１に示す光ファイバの端面の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバの変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバを示す斜視図である。図１に示すように、光ファイバ１は、コア２と、このコア２よりも屈折率が低いクラッド３とを有し、クラッド３内のコア２の周囲に、複数の空孔４が長手方向にわたって形成されているものである。

なお、コア２は、石英ガラスに例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）などが添加されているものからなり、例えば１．４６程度の屈折率を有するものである。また、クラッド３は純粋石英ガラスからなる。

光ファイバ１の一端側の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）には、空孔４の内部にクラッド３の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂が所定区間内であって空孔４の端面から所定の長さで、充填されている。なお、硬化樹脂５の充填長は、後述するが、空孔４の外径の大きさによって異なっている（図１及び図２参照）。

硬化樹脂５は、例えば、紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂などからなり、光ファイバ１が使用される環境下において温度変化した場合でもクラッド３よりも高い屈折率を有する樹脂材料を用いることが好ましい。特に、硬化樹脂５は、硬化樹脂５の屈折率とクラッド３の屈折率との間の比屈折率差が０．２％よりも大きい樹脂材料を用いることが好ましい。硬化樹脂５の屈折率とクラッド３の屈折率との間の比屈折率差が０．２％以下である場合、後述するが、光ファイバ１の一端側の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）において、コア２を伝搬する伝搬光が、光のモード結合によって硬化樹脂５が充填されコア２を取り囲むように配置された複数の空孔４に放射状に漏れ出し、伝搬光が状態変化領域Ｒにおける空孔４の内部にも伝搬するように作用する効果が得られ難い場合がある。

より好ましくは、空孔４の内部に、コア２の屈折率と同じか、或いはコア２の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂５が所定区間内であって空孔４の端面から所定の長さで、充填されているのがよい。これは、光のモード結合の発生が硬化樹脂５の充填長の違いによって変化するが、硬化樹脂５の屈折率がコア２の屈折率と同じか、或いはコア２の屈折率よりも高い屈折率を有することにより、硬化樹脂５の充填長の違いに依存することなく光のモード結合を発生させることができる。

これにより、光ファイバ１の一端側の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）において、コア２を伝搬する伝搬光が、光のモード結合によって硬化樹脂５が充填されコア２を取り囲むように配置された複数の空孔４に漏れ出し、伝搬光が状態変化領域Ｒにおける空孔４の内部にも伝搬するように作用する効果が効果的に得られる。

本実施の形態における硬化樹脂５としては、例えば、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製のＡＴ６００１（屈折率：１．５１）、ＡＴ８５２６（屈折率：１．５０）や、ダイキン工業社製のＵＶ−２１００（屈折率：１．４７７）などのような紫外線硬化樹脂が挙げられるが、これに限定されるものではなく、伝送される光の波長に対して透明であり、硬化後の屈折率がコア２の屈折率と同じか、それよりも高い屈折率を有するものであればよい。

図２は、図１に示す光ファイバの一端部に伝搬光を伝搬させたときの状態を示す斜視図である。光ファイバ１の一端側の所定区間内において、伝搬光がコア２の端面側へ伝搬されたとき、空孔４の内部に、クラッド３の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂５を所定区間内であって空孔４の端面から所定の長さに充填することにより、伝搬光の状態をコア２を含む形で平行状態から放射状態（図２で言えば、右から左への変化）又は集束状態（図２で言えば、左から右への変化）に変化させる状態変化領域Ｒを有することになる。つまり、平行状態から放射状態への変化の場合、図２に示すように、コア２を伝搬する伝搬光の一部が、光のモード結合によって、硬化樹脂５が充填されコア２を取り囲むように配置された複数の空孔４に放射状に漏れ出し、伝搬光が状態変化領域Ｒにおける空孔４の内部にも伝搬するように作用する。

このとき、伝搬光がコア２の端面側へ伝搬されるにつれて、硬化樹脂５の充填長が長い空孔４へ伝搬光の一部が漏れ出し始め、その後、伝搬光の一部が漏れ出した空孔４よりも硬化樹脂５の充填長が短い空孔４へと徐々に漏れ出すように伝搬光が伝搬される。これにより、光ファイバ１の一端側の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）において、伝搬光がコア２の端面側へ伝搬するにつれて、略テーパ状に広がりを持ち、コア６の外径よりも大きい外径を有する状態変化領域Ｒ内を伝搬光が伝搬する。そして、光ファイバ１の端面においては、コア２及び空孔４を含む空孔４の包絡線２１の領域と同等の大きさを有する状態変化領域Ｒ内を伝搬光が伝搬することになる。

したがって、光ファイバ１の一端側の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）において、伝搬光が伝搬する領域がコア２の外径よりも大きい外径を有する状態変化領域Ｒとなるため、光ファイバ１は、伝搬光を伝搬させる光伝送路としての機能を有するとともに、光ファイバ１の一端側の端面のコア２の大きさと、接続される光デバイスの一端側の端面のコア部との大きさとが異なる場合であっても、屈折率分布ファイバなどの光学部材を介在させずに光デバイスと接続することができる。

これにより、光ファイバ、及び光デバイスと光学部材との光軸のズレによる接続損失がなくなるとともに、光学部材を融着する際の光軸のズレの許容範囲を極めて小さくするなどの煩雑な加工も不要である。また、光ファイバと光デバイスとを光学部材を介在させずに接続することができるため、従来よりも部品点数を削減し、コストの低減を実現することができる。

なお、光ファイバ１の一端部の所定区間内（図２の符号Ｒに示す区間）において、状態変化領域Ｒは、伝搬光を放射状態に変化後であって、光ファイバ１の端面側に長手方向に沿って平行状態の伝搬光の状態を含むことが好ましい。状態変化領域Ｒがこのような平行状態の伝搬光の状態を含むことにより、光ファイバ１の端面と光デバイスの端面とを接続する際、光ファイバ１と光デバイスとの接続部分における伝送損失の発生を効果的に抑制することができる。

図３は、図１に示す光ファイバの端部の断面図を示したものである。図３に示すように、光ファイバ１は、クラッド３の内部に、コア２の中心を中心とした円周に内接するように配置され、且つ、外径の異なる空孔４が形成されている。つまり、クラッド３の内部に形成された複数の空孔４は、各々が異なる外径を有する。複数の空孔４は、隣り合う２つの空孔４におけるコア２の中心を中心とした円周に内接する接点の距離が等しくなるように配置されていることが好ましい。つまり、隣り合う２つの空孔４の各中心と、コア２の中心とのなす角が等しくなるように空孔４を複数配置することが好ましい。

そして、空孔４の内部には、クラッド３の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂５が充填されて封止されている。空孔４の外径としては、１０μｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは、１１μｍ〜１３μｍであるがこれに限定されるものではなく、光ファイバ１の一端側において、伝搬光が伝搬する領域を拡大させる範囲に応じて、各々の空孔の外径を異なるように選定すればよい。つまり、光ファイバ１の一端側の端面において伝搬光が伝搬する状態変化領域Ｒの外径が、光ファイバ１の一端側に接続される光デバイスの端部のコア部の大きさと同等となるように、各々の空孔４の外径を異なるように選定すればよい。

硬化樹脂５の充填長は、空孔４の外径の大きさによって決定される。つまり、空孔４の外径が大きくなるに伴い、硬化樹脂５が空孔４の内部に充填され易くなり、硬化樹脂５の充填長も長くなる。図１に示す光ファイバ１では、コアの周囲に各々の外径が異なる空孔４を形成しているため、空孔４のそれぞれにおいて硬化樹脂５の充填長が異なるように充填され、封止された構造となる。このように空孔４のそれぞれで充填する硬化樹脂５の充填長をばらつかせて不均一にすることによって、光ファイバ１の一端側のコア２を伝搬する伝搬光を、光ファイバ１の端面側へ伝搬するにつれてテーパ状に広がるように伝搬させることができる。

なお、空孔４は、円周方向に沿って外径が連続的に大きくなる、或いは小さくなるように形成されていることが好ましい。例えば、外径が最も大きい空孔４から円周方向にそって徐々に外径が小さくなるように、空孔４を形成する。このように複数の空孔４を配置することにより、光ファイバ１の一端側のコア２を伝搬する伝搬光を効率良く略テーパ状に拡大させることができる。

以上より、本実施の形態に係る光ファイバ１においては、空孔４の一端側に充填した硬化樹脂５によって伝搬光がコア２の外径よりも大きい外径を有する状態変化領域を伝搬するため、従来から用いられている光学部材などを光ファイバ１の一端側に融着させることなしに、光ファイバ１を光デバイスなどへ光結合させることができる。これにより、光ファイバ１の一端側に光学部材を接続する従来の方法において問題であった光軸のズレによる接続損失の増加を防止することができる。

また、本実施の形態においては、光学部材を融着することなく光ファイバと光デバイスとを接続することができるため、放電による融着の際に、光ファイバの光軸のズレの許容範囲を極めて小さくするなどのような煩雑な作業を省くことができ、製造における歩留まりの向上や、低コスト化を実現することができる。

また、本実施の形態においては、光ファイバ１のクラッド３に、長手方向の全長にわたって空孔４が形成されていることにより、光ファイバ１の一端側以外において、伝搬する伝搬光をコア２の内部に効果的に閉じ込めることができる。これにより、光ファイバ１に曲げが加わったとしても、曲げによる伝送損失の増加を抑制することができるため、例えば、光通信や光情報処理等に用いられる装置内において長尺の光ファイバ１を配線する際に、巻回して配線させることができ、且つ、光学部材も不要であることから、装置の小型化を実現することができる。

（変形例）
図４は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの変形例を示す断面図である。図４に示す光ファイバ４１は、図１に示す光ファイバ１と同様に、石英ガラスに例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）などが添加されて、例えば１．４６程度の屈折率を有するコア２と、純粋石英ガラスからなり、コア２よりも屈折率が低いクラッド３とを有し、クラッド３内のコア２の周囲に、複数の空孔４４が長手方向にわたって形成されているものである。また、光ファイバ４１の一端側において、空孔４４の内部に図１に示す光ファイバ１と同様に、クラッド３の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂５が空孔４の端面から所定の長さで充填されている。

図４に示す光ファイバ４１では、第１外径を有する複数の第１空孔からなる第１空孔群と、・・・、第ｎ外径を有する複数の第ｎ空孔からなる第ｎ空孔群と、からなる複数の空孔４４を有し、複数の空孔４４は、その中心がコア２の中心を中心とした異なる複数の円周上に、各空孔群毎に夫々配置されるように形成されており、その外径がコア２から離れるにつれて徐々に小さくなっている。そして、空孔４４の内部には、クラッド３の屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂５が充填されて封止されている。これにより、空孔４４の外径が大きくなるに伴い、硬化樹脂５が空孔４４の内部に充填され易くなり、硬化樹脂５の充填長も長くなるため、光ファイバ４１では、コア２に近い側に形成された外径の大きい空孔４４における充填長が最も長くなり、コア２に遠い側に形成された外径の小さい空孔４４における充填長が最も短くなるように、硬化樹脂５の充填長がコア２から離れるにつれて徐々に短くなる。

このように、硬化樹脂５の充填長がコア２から離れるにつれて徐々に短くなるように硬化樹脂５を充填し、封止することによって、光ファイバ４１の一端側のコア２を伝搬する伝搬光の一部が、硬化樹脂５の充填長が最も長い空孔４４（コア２に最も近い空孔）へ漏れ出し始め、その後、伝搬光が漏れ出した上記空孔４４の充填長よりも短い充填長を有する空孔４４、つまりコア２を中心として光ファイバ４１の外側へ広がるように伝搬光が徐々に漏れ出すように伝搬する。これにより、光ファイバ４１の一端側において、コア２を伝搬する伝搬光が略テーパ状に拡大して伝搬する。なお、同一円周上にあり、且つ、同一外径を有する複数の空孔を空孔群とした場合、図４に示す光ファイバ４１の場合には、３つの空孔群が存在することになるが、２つでも、３つ以上でも良い。

したがって、図４に示す光ファイバ４１においても、図１に示す光ファイバ１と同様に、空孔４４の内部に充填した硬化樹脂５によって、伝搬光が光ファイバ４１の一端側のコア２を伝搬する際に、コア２の外径よりも大きい外径を有する状態変化領域を伝搬するため、従来から用いられている光学部材を光ファイバ４１の一端側に融着することなしに、伝搬光を光デバイスへ伝搬させることができる。

その結果、光ファイバ４１の一端側に光学部材を接続する従来の方法において問題であった光軸のズレによる接続損失の増加を抑制することができる。また、光学部材を融着せずに光ファイバ４１と光デバイスとを接続することができるため、放電して融着する際に、光軸のズレの許容範囲を極めて小さくするなどのような煩雑な作業を省くことができ、製造における歩留まりの向上や、低コスト化を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態によれば、光ファイバの一端側の所定区間内において、複数の空孔の一端側に充填した硬化樹脂によって伝搬光がコアの外径よりも大きい外径を有する状態変化領域を伝搬するため、例えば、モードフィールド径の異なる他の光ファイバを接続するためのコネクタ、あるいは空孔に伝搬光を結合させて伝送損失を発生させることによって光アッテネータなどの光デバイスとして適用することも可能である。

なお、本発明の実施の形態では、光ファイバの一端側において、光ファイバの端面側へ伝搬光が伝搬する例（伝搬光が平行状態から放射状態に拡散する例）で説明したが、光デバイス側から光ファイバの一端側へ伝搬光が伝搬する場合（伝搬光が放射状態から平行状態に集束する例）においても同様の作用、効果を得ることができる。

つまり、光デバイス側から光ファイバの一端側へ伝搬光が伝搬した場合においては、上述した実施の形態とは反対に、伝搬光が光ファイバの端面におけるコアおよび硬化樹脂が充填された空孔を含む領域を伝搬し、その後、光ファイバの一端側のコアを伝搬光が伝搬するにつれてコアへ向かって略テーパ状に集束しながら伝搬する。これにより、従来から用いられている光学部材を光ファイバの一端側に融着することなしに、伝搬光を光デバイスから光ファイバへ伝搬させることができる。

１ 光ファイバ
２ コア
３ クラッド
４ 空孔
５ 硬化樹脂
Ｒ 状態変化領域

Claims (6)

1. コアと、前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記クラッド内の前記コアの周囲に長手方向にわたって複数の空孔が形成されている光ファイバにおいて、
   前記空孔の一端側の所定区間内に、前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する硬化樹脂を充填することにより、伝搬光の状態を前記コアを含む形で平行状態から放射状態又は集束状態に変化させる状態変化領域を含むことを特徴とする光ファイバ。
2. 前記複数の空孔は、前記コアの中心を中心とした円周に内接するように配置され、且つ、外径が異なることを特徴する請求項１記載の光ファイバ。
3. 前記複数の空孔は、第１外径を有する複数の第１空孔からなる第１空孔群と、・・・、第n外径を有する複数の第n空孔からなる第n空孔群と、からなり、
   前記複数の空孔は、その中心が前記コアの中心を中心とした異なる複数の円周上に、各空孔群毎に夫々配置され、且つ、その外径が前記コアから離れるにつれて徐々に小さくなるように形成されることを特徴する請求項１記載の光ファイバ。
4. 前記硬化樹脂は、前記空孔の外径の大きさによって、充填長が異なることを特徴する請求項１乃至３記載の光ファイバ。
5. 前記状態変化領域は、前記放射状態に変化後であって、長手方向に沿って平行状態の伝搬光の状態を含むことを特徴する請求項１乃至４記載の光ファイバ。
6. 前記硬化樹脂は、前記コアの屈折率と同じか、前記コアの屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至５記載の光ファイバ。

Images