JP2011028292A

JP2011028292A - ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子およびファイバアダプタ

Info

Publication number: JP2011028292A
Application number: JP2010225616A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kajima; 和彦鹿島; Yasuo Uemura; 康生植村; Toshiyuki Inukai; 俊之犬飼
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】使用する波長帯で生ずる遮断量のリップルを回避または低減することが可能なファイバ・ブラッグ・グレーティング素子およびファイバアダプタを提供すること。
【解決手段】コアと、コアの外側に設けられたクラッドと、少なくともコア内に設けられ、光導波路に入射した光信号を所定の波長帯域で遮断するフィルタリングを行う複数のグレーティングであって、少なくとも２つのグレーティングが相互に離れて対向するように配置され、１６５０ｎｍ近傍の光信号の波長をブラッグ反射するように構成され、対向するグレーティングの中心から離れるにつれて、グレーティングピッチが短くなり、対向するように配置されたグレーティング間の間隔が１．５〜２．０ｍｍである複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射する光信号に対し、広帯域にわたって高い遮断量のフィルタリングを行う光フィルタとしての機能を有するファイバ・ブラッグ・グレーティング素子およびファイバアダプタに関する。

従来、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広く使用されている（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」を利用して形成されたものがある。ＦＢＧは、ファイバコアに周期的な屈折率変化を形成して得られるものであり、この周期的な屈折率変化は、二光束干渉法、フェーズマスクを用いた方法等を用いて形成される。この周期的な屈折率変化によって、ブラッグ中心波長λBの光が反射され、結果的にこのブラッグ中心波長λB領域の光が遮断されることになる。ここで、ブラッグ中心波長λBは、λB＝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は屈折率変化の周期でありグレーティングピッチという。このようなＦＢＧは、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）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、歪みセンサとしても用いられる。

特開２００２−３２８２３８号公報

ここで、幅約１０ｎｍ程度の広帯域にわたって光信号を遮断しようとする場合、ＦＢＧをいわゆるチャープトＦＢＧにすることが行われる。そして、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が行われている。例えば、波長１６５０ｎｍ帯の幅約１０ｎｍにわたる波長帯の光をグレーティング長が７ｍｍのチャープトＦＢＧでは、約３０〜３５ｄＢの遮断量が得られ、グレーティング長が１３ｍｍのチャープトＦＢＧでは、約３５〜４０ｄＢの遮断量が得られている。

近年の光通信分野等では、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の光に漏れることによる実通信への影響を極力なくすため、例えば、広帯域で安定した４０ｄＢ程度の遮断量が要求される場合がある。この要求に応えるべく、グレーティングピッチが一様なユニフォームＦＢＧとチャープトＦＢＧとを複数配置したＦＢＧ素子（以下、複合ＦＢＧ素子という）が開発された。このように構成することによって、図１９に示すように、広帯域で４０ｄＢを超える遮断量が得られる。

しかしながら、従来の複合ＦＢＧ素子では、遮断量の波長依存特性にリップルが生ずる場合があり、使用する波長帯またはその近傍に所定値以上のリップルが発生すると、この波長帯で使用できなくなるという問題があった。その結果、複合ＦＢＧ素子の製造の歩留まりを低下させることになっていた。

本発明は、使用する波長帯で生ずる遮断量のリップルを回避または低減することが可能なファイバ・ブラッグ・グレーティング素子およびファイバアダプタを提供することを目的とする。

本発明は、コアと、前記コアの外側に設けられたクラッドと、少なくとも前記コア内に設けられ、光導波路に入射した光信号を所定の波長帯域で遮断するフィルタリングを行う複数のグレーティングであって、少なくとも２つの前記グレーティングが相互に離れて対向するように配置され、１６５０ｎｍ近傍の光信号の波長をブラッグ反射するように構成され、対向する前記グレーティングの中心から離れるにつれて、グレーティングピッチが短くなり、対向するように配置された前記グレーティング間の間隔が１．５〜２．０ｍｍである複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングとを備えることを特徴とする。

また、本発明は、コアと、前記コアの外側に設けられ、前記コアを取り囲むディプレッスト領域またはコドープ領域の両方または少なくとも一方を有するクラッドと、少なくとも前記コア内に設けられ、光導波路に入射した光信号を所定の波長帯域で遮断するフィルタリングを行う複数のグレーティングであって、少なくとも２つの前記グレーティングが相互に離れて対向するように配置され、１６５０ｎｍ近傍の光信号の波長をブラッグ反射するように構成され、対向する前記グレーティングの中心から離れるにつれて、グレーティングピッチが短くなり、対向するように配置された前記グレーティング間の間隔が１．５〜２．０ｍｍである複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングとを有する対向チャープトＦＢＧファイバと、前記対向チャープトＦＢＧファイバを内部に保持するフェルールと、前記フェルールを内部に格納するハウジングとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、少なくともコア内に対向して配置された１対のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングが離されていることによって、使用する波長帯で生ずる遮断量のリップルを回避または低減することが可能なファイバ・ブラッグ・グレーティング素子およびファイバアダプタを実現できる。

本発明の第１の態様のファイバ・ブラッグ・グレーティング素子の構成を模式的に示す横断面図である。ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子の機能の説明図である。グレーティング間隔が０．３ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が１．０ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が１．５ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が２．０ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が２．５ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が３．５ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が４．０ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が４．５ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。グレーティング間隔が５．０ｍｍのときの遮断量の波長特性を示す図である。リップルのグレーティング間隔依存特性を示す図である。本発明の第２の態様のファイバアダプタの構成を示す模式的に示す断面図である。図１３に示すファイバアダプタの光導波路内の半径方向の屈折率分布の一例を示す図である。ファイバアダプタ２０についての遮断量のグレーティング間隔依存特性を示す図である。本発明の第３の態様のファイバアダプタの構成を示す模式的に示す断面図である。図１６に示すファイバアダプタの光導波路内の、半径方向の屈折率分布の一例を示す図である。図１６に示すファイバアダプタの光導波路内の、半径方向の屈折率分布の他の一例を示す図である。従来のファイバ・ブラッグ・グレーティング素子の遮断量の波長特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の態様のファイバ・ブラッグ・グレーティング素子の構成を模式的に示す横断面図である。図１において、ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子１０は、コア１ａとコア１ａの外側に設けられたクラッド１ｂとを有する光導波路１と、コア１ａに設けられた複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、チャープトＦＢＧという）２ａ、２ｂとを備え、チャープトＦＢＧ２ａとチャープトＦＢＧ２ｂとが離れると共に対向して配置された構成を有する。なお、ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子１０は、図１に示すように、クラッド１ｂの外周に高屈折率材３が設けられているのでもよい。

図１において、コア１ａの長手方向と直交する方向を向いた複数の線は屈折率の高い部分を表す。グレーティングピッチは、隣り合う２つの屈折率の高い部分間の距離である。チャープトＦＢＧ２ａ、２ｂは、グレーティングピッチが徐々に線形に変化するため、グレーティングピッチが一定で異なるＦＢＧが連続的に配置されたものと同様に機能し、所定の幅の波長帯の光を反射または遮断する。チャープトＦＢＧ２ａ、２ｂは、例えば、グレーティング長ｌａ、ｌｂが４〜８ｍｍで、例えば１６５０ｎｍ程度のブラッグ中心波長λＢの±５ｎｍ以上にわたってブラッグ反射を生じさせるように構成されている。グレーティング長とグレーティングピッチの変化範囲とは、適用対象に応じて異なり、他の値および範囲をとるのでもよい。具体的には、グレーティング長ｌａ、ｌｂを５〜６ｍｍとするのでもよい。

コア１ａは、ＳｉＯ_２を用いて形成されたクラッド１ｂに囲まれ、例えばＧｅドープのＳｉＯ_２を用いて形成される。このような構成の光導波路中のコア１ａに、例えば、二光束干渉法、フェーズマスク法等を用いてＵＶ光を照射し、グレーティングピッチに応じた屈折率の高低を形成する。なお、ＵＶ光の照射前に光ファイバを高圧の水素雰囲気下に所定時間保持する等の、光誘起屈折率変化を生じさせやすくするその他の処理を施すのでもよい。チャープトＦＢＧの形成方法は、周知であるため、更なる説明を省略する。図２に示すように、ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子１０に入射した光信号は、チャープトＦＢＧ２ａ、２ｂの帯域の光成分が、波長λ１〜λｎに応じて反射条件が異なり、チャープトＦＢＧ２ａ、２ｂ中の異なる位置で反射される。

図３〜図１１に、チャープトＦＢＧ２ａとチャープトＦＢＧ２ｂとの間の間隔（以下、グレーティング間隔という）ｄを０．３〜５ｍｍまで連続的に変化させていったときの遮断量の波長特性を示す。グレーティング間隔ｄを０ｍｍとしたもの、即ち、従来のファイバ・ブラッグ・グレーティング素子の遮断量の波長特性を図１９に示す。図１９に示す遮断量の波長特性には、波長１６５７ｎｍ前後に２０ｄＢ程度のリップルが存在することがわかる。ここで、上記のリップルは、対象とする波長帯内の最も高いピークの高さとして定義される。

図３〜図１１から、上記のリップルは、グレーティング間隔ｄの増大と共に略単調に減少していくことがわかる。このようなリップルのグレーティング間隔依存特性を図１２に示す。図１２から、グレーティング間隔ｄを１ｍｍ以上にすることによってこのリップルはｄＢ単位で略半分以下となり、２ｍｍ以上にすることによってこのリップルは略４分の１以下となる。リップルの観点からは、グレーティング間隔ｄを２ｍｍ以上にすることによって、例えば４０ｄＢ等の実用的な遮断量を対象とする波長帯で得ることができ、４ｍｍ以上にすることによってリップルを１〜２ｄＢの範囲内に収めることができる好ましい。

（実施の形態２）
図１３は、本発明の第２の態様のファイバアダプタの構成を示す模式的に示す断面図である。図１３（ａ）において、ファイバアダプタ２０は、対向チャープトＦＢＧファイバ２１と、フェルール２２と、割りスリーブ２３と、ハウジング２４とを備える。対向チャープトＦＢＧファイバ２１は、図１３（ａ）に示すように、コア２１ａとコア２１ａの外側に設けられたクラッド２１ｂとを有する光導波路と、コア２１ａに設けられた複数のチャープトグレーティング２１ｃ、２１ｄとを有し、チャープトグレーティング２１ｃとチャープトグレーティング２１ｄとがグレーティング間隔ｄ離れると共に対向して配置され、コア２１ａを取り囲むディプレッスト領域２１ｅを有するクラッド２１ｂのコア２１ａ側に形成された構成を有する。ここで、ディプレッスト領域は、クラッド２１ｂのコア２１ａ側の領域であって、クラッド２１ｂのその他の領域より屈折率の低い領域をいう。

上記の光導波路内の半径方向の屈折率分布の一例を図１４に示す。図１４において、横軸はコア２１ａの中心からの半径方向の距離（μｍ）、縦軸は屈折率差を表す。図１４に示す例では、コア２１ａの直径は１０μｍ程度であり、クラッド２１ｂの直径は１２５μｍ程度であり、ディプレッスト領域２１ｅの半径方向の幅は１０〜２５μｍ程度である。なお、ディプレッスト領域２１ｅの半径方向の幅は、１５〜２０μｍ程度が性能および作成上の観点から好ましい。また、コア２１ａはクラッド２１ｂよりも屈折率が０．００５程度高く、ディプレッスト領域２１ｅはクラッド２１ｂよりも屈折率が０．００１程度低くなっている。

クラッド２１ｂは通常ＳｉＯ_２できているが、ディプレッスト領域２１ｅは、ＳｉＯ_２にＦ、Ｃｌ等をドープして得られる。このようにすることによって、ディプレッスト領域２１ｅの屈折率が他の領域の屈折率よりも低いため、コア２１ａ内を伝播するモードの光とクラッド２１ｂ内を伝播するモードの光とを分離できるため、これらのモード間の結合を回避または緩和できる。チャープトグレーティング２１ｃ、２１ｄは、上述の実施の形態２に記載したものと同様であるため、その説明を省略する。

フェルール２２は、フランジ部２２ａと、フランジ部２２ａの両側に圧入によって取り付けられた突合せ部２２ｂ、２２ｃと、半径方向中心に長手方向に設けられたファイバ孔２２ｄと、フランジ部２２ａの突合せ部２２ｂ側に形成された鍔部２２ｅと、鍔部２２ｅに形成されハウジング２４に対して位置決めするスリット２２ｆとを有する。フェルール２２は、フランジ部２２ａがＳＵＳ等のステンレスやプラスチック等の材料を、突合せ部２２ｂ、２２ｃがジルコニア等の材料を用いてそれぞれ成形されている。フェルール２２は、後述する突条２４ｂと鍔部２２ｅとの間に押しばね２６を介装してハウジング２４内に収容されている。フェルール２２のファイバ孔２２ｄには、対向チャープトＦＢＧファイバ２１が取り付けられている。

対向チャープトＦＢＧファイバ２１は、接着剤を用いてファイバ孔２２ｄに固定されている。ファイバ孔２２ｄに固定された対向チャープトＦＢＧファイバ２１は、フェルール２２の突合せ部２２ｂ、２２ｃの各端面に露出した部分がマイクロラッピング等の技術を用いて鏡面研磨されている。ここで、対向チャープトＦＢＧファイバ２１は、裸ファイバの表面に施したナイロン等の合成樹脂からなる被覆が除去されている。使用する接着剤としては、対向チャープトＦＢＧファイバ２１のクラッド２１ｂの屈折率以上の屈折率を有するエポキシ系の接着剤を使用することが好ましい。対向チャープトＦＢＧファイバ２１の被覆を除去した部分をファイバ孔２２ｄに接着固定する場合は、接着剤の屈折率が、クラッド２１ｂの屈折率より大きいものを使用することによって、チャープトグレーティング２１ｃ、２１ｄを通らないクラッドモードの影響を小さくでき波長特性を向上させることができる。

割りスリーブ２３は、スリット２３ａを有するジルコニア、リン青銅等からなる円筒状の部材で、フェルール２２の突合せ部２２ｃに取り付けられ、ファイバアダプタ２０の突合せ部２２ｃ側に嵌合される光コネクタの不図示のフェルールをフェルール２２に対して位置決めする。ハウジング２４は、フェルール２２を割りスリーブ２３と共に収容するＳＵＳ等の金属からなる筒体で、突合せ部２２ｂ側が雄型に、突合せ部２２ｃ側が雌型に、それぞれ成形され、突合せ部２２ｂ側の内部に周方向に突条２４ａ，２４ｂが形成されている。突条２４ａは、ハウジング２４内に収容したフェルール２２の鍔部２２ｅを係止する部分で、突条２４ｂは鍔部２２ｅとの間に介装する押しばね２６を係止する部分である。

接続ナット２５は、ファイバアダプタ２０の突合せ部２２ｂに嵌合される光コネクタの外周に着脱自在に螺着し、この光コネクタとの接続状態を保持するもので、ＳＵＳ等を用いて形成される。ファイバアダプタ２０は、上記のように構成され、突合せ部２２ｂ側に不図示の雌型の光コネクタを、突合せ部２２ｃ側に不図示の雄型の光コネクタを、それぞれ嵌着して使用される。これにより、ファイバアダプタ２０は、対向チャープトＦＢＧファイバ２１を介して両側に嵌着した光コネクタの光ファイバ相互が光接続される。

図１５は、ファイバアダプタ２０についての遮断量のグレーティング間隔依存特性を示す図である。図１５から、ファイバアダプタ２０の遮断特性は、グレーティング間隔ｄの増大と共に略単調に減少していくことがわかる。図１２から、グレーティング間隔ｄを１ｍｍ以上にすることによってこのリップルはｄＢ単位で略半分以下となり、２ｍｍ以上にすることによってこのリップルは略４分の１以下となる。リップルの観点からは、グレーティング間隔ｄを１．６ｍｍ以上にすることによって、例えば４０ｄＢ等の実用的な遮断量を対象とする波長帯で得ることができ、４ｍｍ以上にすることによってリップルを１〜２ｄＢの範囲内に収めることができ、好ましい。

このように構成することによって、単一モードで使用するとき、ＦＢＧを有する従来のアダプタよりも１７ｄＢ程度高い遮断量のファイバアダプタ２０を得ることができた。なお、上記では、対向チャープトＦＢＧファイバを内蔵するファイバアダプタについて説明したが、本発明は、対向チャープトＦＢＧファイバを内蔵するファイバコネクタにも同様に適用される。

（実施の形態３）
図１６は、本発明の第３の態様のファイバアダプタの構成を示す模式的に示す断面図である。ファイバアダプタ３０は、ファイバアダプタ２０の対向チャープトＦＢＧファイバ２１を図１６（ｂ）に示す構造の対向チャープトＦＢＧファイバ３１に変えたものである。対向チャープトＦＢＧファイバ３１は、図１６（ａ）に示すように、コア３１ａとコア３１ａの外側に設けられたクラッド３１ｂとを有する光導波路と、コア３１ａとクラッド３１ｂの一部に及ぶ領域にわたって設けられた複数のチャープトグレーティング３１ｃ、３１ｄとを有し、チャープトグレーティング３１ｃとチャープトグレーティング３１ｄとがグレーティング間隔ｄ離れると共に対向して配置され、コドープ領域３１ｅがコア３１ａを取り囲むように形成され、上述のチャープトグレーティング３１ｃ、３１ｄがコドープ領域３１ｅに形成された構成を有する。

上記の光導波路内の半径方向の屈折率分布の一例を図１７に示す。図１７において、横軸はコア３１ａの中心からの半径方向の距離（μｍ）、縦軸は屈折率差を表す。図１７に示す例では、コア３１ａの直径は１０μｍ程度であり、クラッド３１ｂの直径は１２５μｍ程度であり、コドープ領域３１ｅの半径方向の幅は２〜１０μｍ程度である。なお、コドープ領域３１ｅの半径方向の幅は、４〜５μｍ程度が性能および作成上の観点から好ましい。また、コア３１ａはクラッド３１ｂよりも屈折率が０．００８程度高く、コドープ領域３１ｅはクラッド３１ｂよりも屈折率が０．００１程度低くなっている。

クラッド３１ｂは通常ＳｉＯ_２を用いて形成されるが、コア３１ａは光誘起屈折率変化を起こす例えばＢ、Ｇｅ等がドープされたＳｉＯ_２を用いて形成され、コドープ領域３１ｅはＢ、Ｇｅ等とＦ、Ｃｌ等とがドープされたＳｉＯ_２を用いて形成される。コドープ領域３１ｅ内のＢ、Ｇｅ等は、チャープトグレーティング３１ｃ、３１ｄを形成するためにドープされ、Ｆ、Ｃｌ等は、コドープ領域３１ｅ内の屈折率をコア３１ａ内の屈折率よりも低下させるためにドープされる。Ｆ、Ｃｌ等をドープしてコドープ領域３１ｅ内の屈折率を、例えばクラッド３１ｂ内の他の領域の屈折率よりも低下させるのでもよい。このようにして製造した他の光導波路の、半径方向の屈折率分布の一例を図１８に示す。

このようにすることによって、チャープトグレーティング３１ｃが形成される領域をコア３１ａの外にまで広げたため、クラッド３１ｂ内を伝播していくモードの光を低減でき、コア３１ａ内を伝播するモードの光とクラッド３１ｂ内を伝播するモードの光とのモード間結合を回避または緩和できる。

このように構成することによって、ＦＢＧを有する従来のアダプタよりも１７ｄＢ程度高い遮断量のファイバアダプタを得ることができた。なお、上記では、対向チャープトＦＢＧファイバを内蔵するファイバアダプタについて説明したが、本発明は、対向チャープトＦＢＧファイバを内蔵するファイバコネクタにも同様に適用される。

１光導波路
１ａ、２１ａ、３１ａコア
１ｂ、２１ｂ、３１ｂクラッド
２ａ、２ｂ、２１ｃ、２１ｄ、３１ｃ、３１ｄチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティング
３高屈折率材
１０ファイバ・ブラッグ・グレーティング素子
２０、３０ファイバアダプタ
２１対向チャープトＦＢＧファイバ
２１ｅディプレッスト領域
２２フェルール
２２ａフランジ部
２２ｂ、２２ｃ突合せ部
２２ｄファイバ孔
２２ｅ鍔部
２２ｆスリット
２３割りスリーブ
２３ａスリット
２４ハウジング
２４ａ、２４ｂ突条
２５接続ナット
２６押しばね
３１ｅコドープ領域

Claims

コアと、
前記コアの外側に設けられたクラッドと、
少なくとも前記コア内に設けられ、光導波路に入射した光信号を所定の波長帯域で遮断するフィルタリングを行う複数のグレーティングであって、少なくとも２つの前記グレーティングが相互に離れて対向するように配置され、１６５０ｎｍ近傍の光信号の波長をブラッグ反射するように構成され、対向する前記グレーティングの中心から離れるにつれて、グレーティングピッチが短くなり、対向するように配置された前記グレーティング間の間隔が１．５〜２．０ｍｍである複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングと
を備える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。
コアと、
前記コアの外側に設けられ、前記コアを取り囲むディプレッスト領域またはコドープ領域の両方または少なくとも一方を有するクラッドと、
少なくとも前記コア内に設けられ、光導波路に入射した光信号を所定の波長帯域で遮断するフィルタリングを行う複数のグレーティングであって、少なくとも２つの前記グレーティングが相互に離れて対向するように配置され、１６５０ｎｍ近傍の光信号の波長をブラッグ反射するように構成され、対向する前記グレーティングの中心から離れるにつれて、グレーティングピッチが短くなり、対向するように配置された前記グレーティング間の間隔が１．５〜２．０ｍｍである複数のチャープト・ファイバ・ブラッグ・グレーティングとを有する対向チャープトＦＢＧファイバと、
前記対向チャープトＦＢＧファイバを内部に保持するフェルールと、
前記フェルールを内部に格納するハウジングとを備えたことを特徴とするファイバアダプタ。