JP2828251B2 - Optical fiber coupler - Google Patents
Optical fiber couplerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、光ファイバ通信や光ファイバセンサなど
の光ファイバを用いたシステムにおいて、光信号を分岐
しあるいは合流させるのに用いられる融着延伸形の光フ
ァイバカプラに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial application field" The present invention relates to a fusion stretching used for branching or merging an optical signal in a system using an optical fiber such as an optical fiber communication or an optical fiber sensor. Shape optical fiber coupler.
「従来の技術」 従来、光ファイバカプラの一つとして、二本以上の光
ファイバを並列し、融着延伸して融着延伸部を形成した
構成の光ファイバカプラ(融着延伸形の光ファイバカプ
ラという)が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as one of optical fiber couplers, an optical fiber coupler having a configuration in which two or more optical fibers are arranged in parallel and fusion-stretched to form a fusion-stretched portion (fusion-stretched optical fiber). Known as couplers).
第13図および第14図は、このような融着延伸形の光フ
ァイバカプラの製造方法を説明するための図であって、
光ファイバカプラ1を作成するには、第1図に示すよう
に2本の光ファイバ2を並列し、各々のクラッドを互い
に融着させた後、この融着部を第14図に示すように延伸
して融着延伸部3を形成して作成される。この光ファイ
バ2としては、石英系シングルモード光ファイバなどの
通常の光通信用ファイバが好適に使用されている。FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams for explaining a method of manufacturing such a fusion-stretched optical fiber coupler,
To produce the optical fiber coupler 1, two optical fibers 2 are arranged in parallel as shown in FIG. 1, and each clad is fused together. It is formed by stretching to form a fusion-stretched portion 3. As the optical fiber 2, a normal optical communication fiber such as a silica-based single mode optical fiber is suitably used.
この光ファイバカプラ1は、ポートAから入射した光
を規定のパワー比でポートCとポートDに分岐したり、
ポートAに入射した複数の波長の光を特定波長毎にポー
トC、ポートDに分岐することができる。またこの逆
に、ポートA、ポートBから別々に入射した光をポート
Cに合波することができるようになっている。This optical fiber coupler 1 splits light incident from port A into ports C and D at a specified power ratio,
Light having a plurality of wavelengths incident on the port A can be branched to the ports C and D for each specific wavelength. Conversely, light separately incident from ports A and B can be multiplexed to port C.
このように構成された光ファイバカプラ1の光の結合
原理を説明すると、第15図に示すように、延伸前に2本
の光ファイバ2を並列させ、融着させたただけでは、一
方の光ファイバのモードと他方の光ファイバのモードも
それぞれのコア内に強く閉じ込められており、両モード
間の結合は起こらない。なお、図中符号Pは各光ファイ
バのパワー分布を示すものである。次いで各光ファイバ
2を延伸していくにつれて、 光ファイバ2のコア4が細り、コア4内の電磁界がク
ラッド5にしみだすようになる。The principle of light coupling of the optical fiber coupler 1 configured as described above will be described. As shown in FIG. 15, if only two optical fibers 2 are arranged in parallel before fusion and fused, only one of them is required. The mode of the optical fiber and the mode of the other optical fiber are strongly confined in the respective cores, and no coupling occurs between the two modes. Note that the symbol P in the figure indicates the power distribution of each optical fiber. Next, as each optical fiber 2 is extended, the core 4 of the optical fiber 2 becomes thinner, and the electromagnetic field in the core 4 seeps into the clad 5.
光ファイバ2が細く伸ばされることにより、2つのコ
ア4の間の結合距離が小さくなる。When the optical fiber 2 is elongated, the coupling distance between the two cores 4 is reduced.
光ファイバ2が伸ばされることにより、結合に関与す
るファイバ長が長くなる。As the optical fiber 2 is elongated, the length of the fiber involved in the coupling increases.
の3つの効果により、第16図に示すように一方の光ファ
イバ2のエネルギーと他方の光ファイバ2のエネルギー
間の結合が強く行なわれるようになる。Due to these three effects, as shown in FIG. 16, the coupling between the energy of one optical fiber 2 and the energy of the other optical fiber 2 becomes strong.
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、先のように構成された光ファイバカプ
ラ1は、光ファイバ2をかなり細く延伸しなければなら
なず、融着延伸部3がどうしても細くなり、機械的に弱
くなったり、僅かな外力で曲がりを受けて光の損失が増
加してしまう問題があった。[Problem to be Solved by the Invention] However, in the optical fiber coupler 1 configured as described above, the optical fiber 2 must be stretched considerably thinly, and the fusion-stretched portion 3 becomes thinner, and mechanical However, there has been a problem that the optical loss is increased and the loss of light is increased due to bending with a slight external force.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、作製が
容易で光結合特性および機械強度の優れた融着延伸形の
光ファイバカプラを提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fusion-stretched optical fiber coupler which is easy to manufacture and has excellent optical coupling characteristics and mechanical strength.
「課題を解決するための手段」 上記目的達成の手段として、請求項1記載の発明は、
光ファイバを二本以上並列せしめ、これらの光ファイバ
の露出したクラッドを互いに融着せしめ、さらに該融着
部を延伸して融着延伸部を形成した融着延伸形光ファイ
バカプラにおいて、前記光ファイバは、そのコアの軟化
温度が、そのクラッドの軟化温度よりも高いものであ
り、前記融着延伸部のコアの屈折率が、該融着延伸部形
成時にコアに加えられた弾性歪の残留により、非延伸部
のコアの屈折率よりも低下していることを特徴とする光
ファイバカプラである。"Means for Solving the Problems" As means for achieving the above object, the invention described in claim 1 is
Two or more optical fibers are arranged in parallel, the exposed cladding of these optical fibers is fused together, and the fused portion is stretched to form a fused stretched optical fiber coupler. In the fiber, the softening temperature of the core is higher than the softening temperature of the cladding, and the refractive index of the core of the fusion-stretched portion is reduced by the residual elastic strain applied to the core when the fusion-stretched portion is formed. Thus, the optical fiber coupler has a lower refractive index than the core of the non-stretched portion.
請求項2記載の発明は、前記光ファイバは、そのコア
がドーパントを含まないか、ドーパントによる屈折率変
化が0.1%以下になるようにドーパントを含有させた石
英ガラスからなり、そのクラッドが、フッ素あるいはホ
ウ素の少なくとも一方により屈折率が調整された石英ガ
ラスからなることを特徴とする請求項1記載の光ファイ
バカプラである。According to a second aspect of the present invention, in the optical fiber, the core is made of quartz glass containing no dopant or containing a dopant such that the refractive index change due to the dopant is 0.1% or less, and the cladding is made of fluorine. 2. The optical fiber coupler according to claim 1, wherein the optical fiber coupler is made of quartz glass whose refractive index is adjusted by at least one of boron.
請求項3記載の発明は、前記光ファイバのコア径が、
相互に異なっていることを特徴とする請求項1または2
に記載の光ファイバカプラである。In the invention according to claim 3, the core diameter of the optical fiber is:
3. The method as claimed in claim 1, wherein the two are different from each other.
2. The optical fiber coupler according to item 1.
「作用」 請求項1記載の発明は、上記構成としたことにより、
融着延伸部において実質的にコア−クラッド間の屈折率
差を減少させたモードのパワー分布を広げ、光ファイバ
間の結合を起こさせることが可能となる。[Operation] The invention according to claim 1 has the above configuration,
The power distribution of the mode in which the difference in the refractive index between the core and the clad is substantially reduced in the fusion-stretched portion can be widened, and the coupling between the optical fibers can be caused.
また、光ファイバのクラッドを互いに融着せしめ、さ
らにコアの屈折率が残留応力で低下するような張力で捻
って融着延伸部を形成した場合にも、実質的にコア−ク
ラッド間の屈折率差を減少させてモードのパワー分布を
広げ、光ファイバ間の結合を起こさせることができる。Also, in the case where the cladding of the optical fiber is fused to each other, and furthermore, the fusion-stretched portion is formed by twisting with a tension such that the refractive index of the core is reduced by the residual stress, the refractive index substantially between the core and the cladding is substantially reduced. By reducing the difference, the power distribution of the mode can be widened and the coupling between the optical fibers can be caused.
また、上記光ファイバとしては、コアが実質的にドー
パントを含まないかあるいはドーパントによる屈折率変
化が0.1%以下となるようにドーパントを含有させた石
英ガラスからなり、かつクラッドの屈折率が実質的にフ
ッ素またはホウ素のうち少なくとも一方により調節され
た石英ガラスからなるものが好ましい。Further, as the optical fiber, the core is made of quartz glass substantially containing no dopant or containing a dopant so that the refractive index change due to the dopant is 0.1% or less, and the refractive index of the cladding is substantially What consists of quartz glass controlled by at least one of fluorine and boron is preferred.
さらに、融着すべき光ファイバのコア径を異ならせし
めて光ファイバカプラを構成した場合には、結合度の波
長依存性が平坦な広波長域型光ファイバカプラとなる。Further, when an optical fiber coupler is formed by changing the core diameter of the optical fiber to be fused, a wide wavelength band type optical fiber coupler having a flat coupling-dependent wavelength dependence is obtained.
「実施例」 第1図は、請求項1記載の発明の一実施例を示す図で
あって、符号11は光ファイバカプラである。この光ファ
イバカプラ11は、軟化温度がクラッドの軟化温度よりも
高いコアを有する光ファイバ14を二本並列に配し、これ
ら光ファイバ14のクラッドを互いに融着するとともに、
この融着部を延伸することにより、融着延伸部15を形成
したもので、この融着延伸部15の形成時にコアに弾性歪
が加えられ、これが残留することにより、前記融着延伸
部15のコアの屈折率が、非延伸部のコアの屈折率よりも
低下しているものである。[Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 1, and reference numeral 11 is an optical fiber coupler. This optical fiber coupler 11 arranges two optical fibers 14 having a core whose softening temperature is higher than the softening temperature of the cladding in parallel, and fuses the claddings of these optical fibers 14 together.
The fusion-bonded portion is stretched to form the fusion-bonded stretched portion 15, and when the fusion-bonded stretched portion 15 is formed, elastic strain is applied to the core, and the core is left. Is lower than the refractive index of the core of the non-stretched portion.
この光ファイバ14として好適なものは、例えばコア13
が実質的に純粋な石英(SiO2)からなり、一方、クラッ
ド12としてフッ素を添加して屈折率を純粋石英の屈折率
よりも低下させた材料で構成された光ファイバである。
この光ファイバ14は、高温における粘性係数が、コア13
とクラッド12との間で1桁程度異なる(コア13の粘性係
数が高い)ため、温度を適当に選ぶと、コア13には実質
的に弾性歪が加わるようになる。このときクラッド12は
粘土が低いためにまだ塑性領域にあり、力をかけても弾
性的な変形を生じない。一方、コア13に加えられた弾性
的な歪は光弾性効果を通じてコア13の屈折率を低下させ
ることができる。Suitable as the optical fiber 14 is, for example, a core 13
Is an optical fiber made of substantially pure quartz (SiO 2 ), while the cladding 12 is made of a material having a refractive index lower than that of pure quartz by adding fluorine.
This optical fiber 14 has a core 13
Since there is a difference of about one digit between the core 13 and the cladding 12 (the viscosity coefficient of the core 13 is high), when the temperature is appropriately selected, the core 13 is substantially subjected to elastic strain. At this time, the clad 12 is still in the plastic region due to the low clay, and does not undergo elastic deformation even when a force is applied. On the other hand, the elastic strain applied to the core 13 can lower the refractive index of the core 13 through the photoelastic effect.
このような光ファイバ14の加熱延伸張力とコア13の屈
折率低下による比屈折率差の減少の関係を第2図に示
す。なお、光ファイバ14としては、コア径11μm、クラ
ッド外径125μmのものを用いた。第2図からも明らか
なように、延伸張力を大きくするとコア−クラッド間の
比屈折率差が低下する。また、このことを光ファイバの
屈折率分布で現すと第3図ないし第5図のようになる。
これらの図に示すように、単一モードファイバではコア
(第3図および第5図における中央部の突出部分)の屈
折率低下に伴い、伝搬モードのパワー分布Pは大きく外
側にしみ出すようになる。FIG. 2 shows the relationship between the heating stretching tension of the optical fiber 14 and the decrease in the relative refractive index difference due to the decrease in the refractive index of the core 13. The optical fiber 14 used had a core diameter of 11 μm and a clad outer diameter of 125 μm. As is clear from FIG. 2, when the stretching tension is increased, the relative refractive index difference between the core and the clad decreases. FIGS. 3 to 5 show this in terms of the refractive index distribution of the optical fiber.
As shown in these figures, in the single mode fiber, as the refractive index of the core (the protruding portion at the center in FIGS. 3 and 5) decreases, the power distribution P of the propagation mode greatly leaks outward. Become.
すなわち従来の光ファイバカプラ1においては、光フ
ァイバ2を延伸してコア径を十分に細めることによりモ
ードのパワー分布Pをコア4の外に大きく広げるのに対
し、この例により光ファイバカプラ11では、光ファイバ
14の延伸によるコア径の細りが若干あるものの、実質的
にコア−クラッド間の屈折率差を減少させてモードのパ
ワー分布Pを広げ、ファイバ間の結合を起こさせること
ができる。第6図および第7図は、融着延伸部15におけ
るパワー分布を説明するためのものであって、第6図は
二本の光ファイバ14を融着させた状態のパワー分布であ
り、第7図は、融着後に若干の延伸を行った融着延伸部
のパワー分布である。That is, in the conventional optical fiber coupler 1, the power distribution P of the mode is greatly expanded outside the core 4 by extending the optical fiber 2 and sufficiently reducing the core diameter. , Optical fiber
Although there is a slight reduction in the core diameter due to the stretching of 14, the refractive index difference between the core and the clad can be substantially reduced to widen the power distribution P of the mode, thereby causing coupling between the fibers. 6 and 7 are diagrams for explaining the power distribution in the fusion-spreading section 15, and FIG. 6 is a power distribution in a state where two optical fibers 14 are fused. FIG. 7 shows the power distribution of the fusion-stretched portion where slight stretching was performed after fusion.
以上のことから、この光ファイバカプラ11において
は、融着延伸部15の径を極端に細くすることなく十分な
光結合を起こさせることができるので、融着延伸部15の
機械的強度を向上させることができる。また融着延伸部
15が細くならないので、融着延伸部15の曲がりを抑制し
て光ファイバカプラの低損失化を図ることができる。From the above, in the optical fiber coupler 11, since sufficient optical coupling can be caused without extremely reducing the diameter of the fusion-stretched portion 15, the mechanical strength of the fusion-stretched portion 15 is improved. Can be done. In addition, the fusion stretching section
Since the diameter of the fibrous portion 15 is not reduced, the bending of the fusion-stretched portion 15 can be suppressed, and the loss of the optical fiber coupler can be reduced.
(実験例1) 第1図に示すものと同等構成の光ファイバカプラを作
成した。(Experimental example 1) An optical fiber coupler having the same configuration as that shown in Fig. 1 was produced.
コア径10μm、クラッド外径125μm、比屈折率差0.3
%(延伸前)、コア材質が純粋石英、クラッド材質がフ
ッ素添加石英からなる光ファイバを、2本並列に配し、
100μmの長さにわたり融着して十分に加熱して断面を
ほぼ円形状とし、さらに延伸して融着部の直径を約125
μmとした。Core diameter 10μm, cladding outer diameter 125μm, relative refractive index difference 0.3
% (Before stretching), two optical fibers consisting of pure quartz for the core material and fluorine-doped quartz for the cladding material are arranged in parallel,
Fused over a length of 100 μm and heated sufficiently to make the cross section almost circular, and further stretched to reduce the diameter of the fused part to about 125
μm.
次いで、この融着部を1300℃程度の比較例低温で加熱
し、約50gの張力で引張った。このとき融着部分の細り
は10%程度であった。更に上記張力を維持しながら加熱
温度を速やかに低下させた。以上の操作により2本のフ
ァイバ間に所望の結合が得られた。得られた光ファイバ
カプラの融着延伸部は、光ファイバに近い機械強度があ
った。また得られた光ファイバカプラの挿入損失は約0.
2dBと低損失であった。Next, the fused portion was heated at a low temperature of the comparative example of about 1300 ° C., and pulled at a tension of about 50 g. At this time, the thickness of the fused portion was about 10%. Further, the heating temperature was quickly lowered while maintaining the above tension. By the above operation, a desired coupling was obtained between the two fibers. The fusion-stretched portion of the obtained optical fiber coupler had mechanical strength close to that of an optical fiber. The insertion loss of the obtained optical fiber coupler is about 0.
The loss was as low as 2dB.
第8図は、請求項1記載の発明の他の実施例を示す図
であって、符号16は光ファイバカプラ16である。この光
ファイバカプラ16は、上記光ファイバ14を2本並列に配
し、各々のクラッドを互いに融着するとともに、この融
着部に捻って延伸することにより、融着延伸部17を形成
したもので、この融着延伸部17の形成時にコアに弾性歪
が加えられ、これが残留することにより、前記融着延伸
部17のコアの屈折率が、非延伸部のコアの屈折率よりも
低下しているものである。FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the first aspect of the present invention, wherein reference numeral 16 denotes an optical fiber coupler 16. This optical fiber coupler 16 is formed by arranging two optical fibers 14 in parallel, fusing each clad to each other, and twisting and extending the fused portion to form a fused stretched portion 17. At the time of forming the fusion-stretched portion 17, elastic strain is applied to the core, and by this remaining, the refractive index of the core of the fusion-stretched portion 17 is lower than the refractive index of the core of the non-stretched portion. Is what it is.
この例による光ファイバカプラ16においては、第1図
に示した例と同様に、実質的にコア−クラッド間の屈折
率差を減少させてモードのパワー分布を広げ、ファイバ
間の結合を起こさせることができる。したがって、融着
延伸部17の径を極端に細くすることなく十分な光結合を
起こさせることができるので、融着延伸部17の機械的強
度を向上させることができる。また融着延伸部17が細く
ならないので、融着延伸部17の曲がりを抑制して損失増
加を招く不都合を防止することができ、光ファイバカプ
ラ16の低損失化を図ることができる。In the optical fiber coupler 16 according to this example, as in the example shown in FIG. 1, the refractive index difference between the core and the clad is substantially reduced, the power distribution of the mode is widened, and the coupling between the fibers is caused. be able to. Therefore, sufficient optical coupling can be generated without extremely reducing the diameter of the fusion-bonded stretched portion 17, and the mechanical strength of the fusion-bonded stretched portion 17 can be improved. In addition, since the fusion-stretched portion 17 does not become thin, it is possible to suppress the bending of the fusion-stretched portion 17 to prevent a disadvantage that causes an increase in loss, and to reduce the loss of the optical fiber coupler 16.
(実験例2) 第8図に示すものと同等構成の光ファイバカプラを作
成した。(Experimental example 2) An optical fiber coupler having the same configuration as that shown in Fig. 8 was produced.
コア径10μm、クラッド外径125μm、比屈折率差0.3
%(延伸前)、コア材質が純粋石英、クラッド材質がフ
ッ素添加石英からなる光ファイバを、2本並列に配し、
100μmの長さにわたり融着して十分に加熱して断面を
ほぼ円形状とし、さらに融着部を3回捻って延伸し、融
着部の直径を約80μmとした。Core diameter 10μm, cladding outer diameter 125μm, relative refractive index difference 0.3
% (Before stretching), two optical fibers consisting of pure quartz for the core material and fluorine-doped quartz for the cladding material are arranged in parallel,
It was fused over a length of 100 μm and heated sufficiently to form a substantially circular cross section. Further, the fusion portion was twisted three times and stretched to make the diameter of the fusion portion approximately 80 μm.
次いで、この融着部を1300℃程度の比較的低温で加熱
し、約50gの張力で引張った。このとき融着部分の細り
は10%程度であった。更に上記張力を維持しながら加熱
温度を速やかに低下させた。以上の操作により2本のフ
ァイバ間に所望の結合が得られた。得られた光ファイバ
カプラの融着延伸部は、光ファイバに近い機械強度があ
った。また得られた光ファイバカプラの挿入損失は約0.
2dBと低損失であった。Next, the fused portion was heated at a relatively low temperature of about 1300 ° C. and pulled with a tension of about 50 g. At this time, the thickness of the fused portion was about 10%. Further, the heating temperature was quickly lowered while maintaining the above tension. By the above operation, a desired coupling was obtained between the two fibers. The fusion-stretched portion of the obtained optical fiber coupler had mechanical strength close to that of an optical fiber. The insertion loss of the obtained optical fiber coupler is about 0.
The loss was as low as 2dB.
第9図は、請求項2に記載した発明の一実施例を示す
図であって、符号18は光ファイバカプラである。この光
ファイバカプラ18は、コアが屈折率変化が0.1%以下と
なるようにフッ素を含有させた石英ガラスからなり、か
つクラッドの屈折率がフッ素によりコアの屈折率よりも
低く調節された石英ガラスからなる光ファイバ19を2本
並列に配し、これら光ファイバ19のクラッドを互いに融
着するとともに、この融着部を延伸することにより、融
着延伸部20を形成したもので、この融着延伸部20の形成
時にコアに弾性歪が加えられ、これが残留することによ
り、前記融着延伸部20のコア屈折率が、非延伸部のコア
の屈折率よりも低下しているものである。FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the invention described in claim 2, wherein reference numeral 18 denotes an optical fiber coupler. This optical fiber coupler 18 is made of quartz glass whose core is made of quartz glass containing fluorine so that the change in the refractive index is 0.1% or less, and whose refractive index of the cladding is adjusted to be lower than that of the core by fluorine. Are arranged in parallel, the claddings of these optical fibers 19 are fused together, and the fused portion is stretched to form a fused stretched portion 20. Elastic strain is applied to the core during the formation of the stretched portion 20, and the elastic strain remains, whereby the core refractive index of the fusion-bonded stretched portion 20 is lower than the refractive index of the core of the non-stretched portion.
この光ファイバ19は、前述の光ファイバ14よりもコア
−クラッド間の屈折率差を小さく設定することができる
ので、第1図に示す光ファイバカプラ11よりも融着延伸
部20の機械的強度の向上および低損失化を向上させるこ
とできる。Since the optical fiber 19 can be set to have a smaller refractive index difference between the core and the clad than the optical fiber 14 described above, the mechanical strength of the fusion-stretched portion 20 is smaller than that of the optical fiber coupler 11 shown in FIG. And loss reduction can be improved.
(実験例3) 第9図に示すものと同等構成の光ファイバカプラを作
成した。(Experimental Example 3) An optical fiber coupler having the same configuration as that shown in FIG. 9 was produced.
コア径10μm、クラッド外径125μm、比屈折率差0.3
2%(延伸前)、コア材質がフッ素添加石英、クラッド
材質がフッ素添加石英からなる光ファイバを、2本並列
に配し、100μmの長さにわたり融着して十分に加熱し
て断面をほぼ円形状とし、さらに延伸して、融着部の直
径を約125μmとした。Core diameter 10μm, cladding outer diameter 125μm, relative refractive index difference 0.3
2% (before stretching), two optical fibers made of fluorine-doped quartz as core material and fluorine-doped quartz as clad material are arranged in parallel, fused over a length of 100 μm, and heated sufficiently to reduce the cross section. It was made into a circular shape, and further stretched to make the diameter of the fused portion about 125 μm.
次いで、この融着部を1300℃程度の比較的低温で加熱
し、約50gの張力で引張った。このとき融着部分の細り
は10%程度であった。更に上記張力を維持しながら加熱
温度を速やかに低下させた。Next, the fused portion was heated at a relatively low temperature of about 1300 ° C. and pulled with a tension of about 50 g. At this time, the thickness of the fused portion was about 10%. Further, the heating temperature was quickly lowered while maintaining the above tension.
以上の操作により2本のファイバ間に所望の結合が得
られた。得られた光ファイバカプラの結合度を測定した
ところ、第9図に示すポートEからポートGへの結合が
51%、ポートEからポートHへの結合が49%、ポートF
からポートGへの結合が49%、ポートFからポートHへ
の結合が51%であった。また得られた光ファイバカプラ
の挿入損失は0.2dB以下と低損失であった。By the above operation, a desired coupling was obtained between the two fibers. When the degree of coupling of the obtained optical fiber coupler was measured, the coupling from port E to port G shown in FIG.
51%, 49% coupling from port E to port H, port F
From port F to port G was 49% and from port F to port H was 51%. The insertion loss of the obtained optical fiber coupler was as low as 0.2 dB or less.
第10図は、請求項3記載の発明の一実施例を示す図で
あって、図中符号21は光ファイバカプラである。この光
ファイバカプラ21は、第7図に示す光ファイバカプラ18
において使用された光ファイバ19と、この光ファイバ19
よりもコア径が小さなコアを備えた光ファイバ22を並列
に配し、これら光ファイバ19,22のクラッドを互いに融
着するとともに、この融着部を延伸することにより、融
着延伸部23を形成したもので、この融着延伸部23の形成
時にコアに弾性歪が加えられ、これが残留することによ
り、前記融着延伸部23のコアの屈折率が、非延伸部のコ
アの屈折率よりも低下しているものである。FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of the invention according to claim 3, wherein reference numeral 21 denotes an optical fiber coupler. This optical fiber coupler 21 corresponds to the optical fiber coupler 18 shown in FIG.
The optical fiber 19 used in
An optical fiber 22 having a core whose core diameter is smaller than that of the optical fibers 19 and 22 is arranged in parallel, and the claddings of the optical fibers 19 and 22 are fused to each other, and the fused portion is stretched to form the fused stretched portion 23. An elastic strain is applied to the core at the time of forming the fusion-bonded stretched portion 23, and this remains, so that the refractive index of the core of the fusion-bonded stretched portion 23 is larger than the refractive index of the core of the non-stretched portion. Is also declining.
この光ファイバカプラ21では、各々の光ファイバ19,2
2のコアを伝搬するモードの位相定数が異なるため、例
えば第10図に示すポートIに入射した光のポートLへの
結合度の波長依存性は、第11図に示すように平坦な特性
となる。In this optical fiber coupler 21, each of the optical fibers 19, 2
Since the phase constants of the modes propagating through the two cores are different, for example, the wavelength dependence of the degree of coupling of light incident on port I to port L shown in FIG. 10 is a flat characteristic as shown in FIG. Become.
一方、第1図と第8図と第9図に各々示した各光ファ
イバカプラ11,16,20のように、同一の光ファイバを2本
用いて構成したものでは、第12図に示すように、波長に
よって結合度が変化し、特定波長で100%結合を生ずる
とともに、例えば第9図においてポートEに複数の波長
の光を入射した場合には、ポートGとポートHからそれ
ぞれ特定波長に分割された光を得ることができるような
波長分割型光ファイバカプラとなる。On the other hand, in the case of using two identical optical fibers, such as the respective optical fiber couplers 11, 16, and 20 shown in FIGS. 1, 8, and 9, respectively, as shown in FIG. In addition, the degree of coupling changes depending on the wavelength, and 100% coupling occurs at a specific wavelength. For example, when light of a plurality of wavelengths is incident on port E in FIG. It becomes a wavelength division type optical fiber coupler that can obtain the divided light.
この例による光ファイバカプラ21では、各々の光ファ
イバ19,22の位相定数が異なるため、例えばポートIに
入射した光のポートLへの結合度の波長依存性が平坦な
特性となる。したがって、波長によって結合度が変化す
る範囲を低くすることのできる広波長域光ファイバカプ
ラが得られる。In the optical fiber coupler 21 according to this example, since the phase constants of the respective optical fibers 19 and 22 are different, for example, the wavelength dependency of the degree of coupling of the light incident on the port I to the port L becomes flat. Therefore, a wide wavelength range optical fiber coupler that can reduce the range in which the degree of coupling changes depending on the wavelength is obtained.
なお、上述の各実施例とも、2本の光ファイバを用い
て光ファイバカプラを構成した例を示したが、光ファイ
バの本数はこれに限定されることなく2本以上の光ファ
イバを用いて光ファイバカプラを構成しても良い。In each of the above-described embodiments, an example in which an optical fiber coupler is configured using two optical fibers has been described. However, the number of optical fibers is not limited to this, and two or more optical fibers may be used. An optical fiber coupler may be configured.
(実験例4) 第10図に示すものと同等構成の光ファイバカプラを作
成した。(Experimental Example 4) An optical fiber coupler having the same configuration as that shown in FIG. 10 was produced.
コア径10μm、クラッド外径125μm、比屈折率差0.3
2%(延伸前)、コア材質がフッ素添加石英、クラッド
材質がフッ素添加石英からなる光ファイバと、コア径10
μm、クラッド外径125μm、比屈折率差0.32%(延伸
前)、コア材質がフッ素添加石英、クラッド材質がフッ
素添加石英からなる光ファイバを2本並列に配し、100
μmの長さにわたり融着して十分に加熱して断面をほぼ
円形状とし、さらに延伸して融着部の直径を約125μm
とした。Core diameter 10μm, cladding outer diameter 125μm, relative refractive index difference 0.3
2% (before stretching), an optical fiber whose core material is fluorine-doped quartz and cladding material is fluorine-doped quartz,
100 µm, cladding outer diameter 125 µm, relative refractive index difference 0.32% (before stretching), two optical fibers made of fluorine-doped quartz as core material and fluorine-doped quartz as clad material are arranged in parallel.
Weld over the length of μm and heat it sufficiently to make the cross section almost circular, then stretch it and make the diameter of the welded part about 125 μm
And
次いで、この融着部を1300℃程度の比較的低温で加熱
し、約50gの張力で引張った。このとき融着部分の細り
は10%程度であった。更に上記張力を維持しながら加熱
温度を速やかに低下させた。以上の操作により光ファイ
バカプラを得た。得られた光ファイバカプラの結合度の
波長依存性を測定したところ、第11図に示すような特性
となった。Next, the fused portion was heated at a relatively low temperature of about 1300 ° C. and pulled with a tension of about 50 g. At this time, the thickness of the fused portion was about 10%. Further, the heating temperature was quickly lowered while maintaining the above tension. An optical fiber coupler was obtained by the above operation. When the wavelength dependence of the coupling degree of the obtained optical fiber coupler was measured, the characteristics were as shown in FIG.
「発明の効果」 以上説明したように、本発明による光ファイバカプラ
は、上記構成としたことにより、次のような効果を奏す
る。“Effects of the Invention” As described above, the optical fiber coupler according to the present invention has the following effects due to the above configuration.
請求項1記載の発明は、軟化温度がクラッドの軟化温
度よりも高いコアを有する光ファイバを二本以上並列せ
しめ、これらの光ファイバのクラッドを互いに融着せし
め、さらにこの融着部を延伸して融着延伸部を形成し、
この融着延伸部のコアの屈折率が、融着延伸部形成時に
コアに加えられた弾性歪の残留によって、非延伸部のコ
アの屈折率よりも低下している光ファイバカプラを構成
したことにより、融着延伸部において実質的にコア−ク
ラッド間の屈折率差を減少させてモードのパワー分布を
広げ、光ファイバ間の結合を起こさせることができる。
したがって、融着延伸部の径を極端に細くすることなく
十分な光結合を起こさせることができるので、融着延伸
部の機械的強度を向上させることができる。また融着延
伸部の径が細くならないので、融着延伸部の曲がりを抑
制して、光ファイバカプラの低損失化を図ることができ
る。According to the first aspect of the present invention, two or more optical fibers having a core whose softening temperature is higher than the softening temperature of the clad are arranged in parallel, the clads of these optical fibers are fused to each other, and the fused portion is further stretched. To form a fusion-stretched part,
An optical fiber coupler in which the refractive index of the core of the fusion-stretched portion is lower than the refractive index of the core of the non-stretched portion due to residual elastic strain applied to the core when the fusion-stretched portion is formed. Thereby, in the fusion-stretched portion, the refractive index difference between the core and the clad can be substantially reduced, the power distribution of the mode can be widened, and the coupling between the optical fibers can be caused.
Therefore, sufficient optical coupling can be caused without extremely reducing the diameter of the fusion-stretched portion, so that the mechanical strength of the fusion-stretched portion can be improved. Also, since the diameter of the fusion-stretched portion is not reduced, the bending of the fusion-stretched portion can be suppressed, and the loss of the optical fiber coupler can be reduced.
また、上記光ファイバを二本以上並列せしめ、これら
の光ファイバのクラッドを互いに融着せしめ、この融着
部を捻って延伸して融着延伸部を形成した光ファイバカ
プラにおいても、同様の効果を得ることができる。Further, the same effect can be obtained in an optical fiber coupler in which two or more optical fibers are arranged in parallel, the claddings of these optical fibers are fused together, and the fused portion is twisted and stretched to form a fused stretched portion. Can be obtained.
さらにまた、請求項2記載の発明のように、上記光フ
ァイバとして、コアが実質的にドーパントを含まないか
あるいはドーパントによる屈折率変化が0.1%以下とな
るようにドーパントを含有させた石英ガラスからなり、
かつクラッドの屈折率が実質的にフッ素またはホウ素の
うち少なくとも一方により調節された石英ガラスからな
る光ファイバが特に好適であり、高性能の光ファイバカ
プラが得られる。Furthermore, as in the second aspect of the present invention, the optical fiber is made of quartz glass whose core does not substantially contain a dopant or contains a dopant such that the refractive index change by the dopant is 0.1% or less. Become
An optical fiber made of quartz glass whose refractive index of the cladding is substantially controlled by at least one of fluorine and boron is particularly preferable, and a high-performance optical fiber coupler can be obtained.
また、請求項3記載の発明では、融着すべき光ファイ
バのコア径を異ならせしめたことにより、結合度の波長
依存性が平坦な結合特性を有する広波長域型光ファイバ
カプラを得ることができる。Further, according to the third aspect of the present invention, by changing the core diameter of the optical fiber to be fused, it is possible to obtain a wide wavelength band type optical fiber coupler having a flat coupling characteristic with a flat wavelength dependence of the coupling degree. it can.
第1図は請求項1記載の発明の一実施例を示す光ファイ
バカプラの側面図、第2図は第1図に示す光ファイバカ
プラにおいて使用した光ファイバのコア−クラッド間の
比屈折率差と延伸張力との関係を示すグラフ、第3図な
いし第5図は第2図に示すグラフにおける要点のコア−
クラッド間の比屈折率差と延伸張力との関係を光ファイ
バの屈折率分布として現した図、第6図および第7図は
融着部および融着延伸部におけるパワー分布を説明する
ための図、第8図は請求項1記載の発明の他の実施例を
示す光ファイバカプラの側面図、第9図は請求項2記載
の発明の一実施例を示す光ファイバカプラの側面図、第
10図は請求項3記載の発明の一実施例を示す光ファイバ
カプラの側面図、第11図は第10図に示す光ファイバカプ
ラの結合度の波長依存性を示すグラフ、第12図は第1図
と第8図と第9図に各々示す光ファイバカプラの結合度
の波長依存性を示すグラフである。 第13図および第14図は従来の光ファイバカプラの製造方
法を説明するための図であって、第13図は二本の光ファ
イバを融着させた状態を示す側面図、第14図は光ファイ
バカプラの側面図、第15図は第13図のII−II線断面図、
第16図は第14図のIII−III線拡大断面図である。 11,16,18,21……光ファイバカプラ 12……クラッド 13……コア 14,19,22……光ファイバ 15,17,20,23……融着延伸部。FIG. 1 is a side view of an optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a relative refractive index difference between a core and a clad of an optical fiber used in the optical fiber coupler shown in FIG. FIG. 3 to FIG. 5 are graphs showing the relationship between the core tension and the drawing tension.
FIGS. 6 and 7 show the relationship between the relative refractive index difference between the claddings and the stretching tension as the refractive index distribution of the optical fiber, and FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the power distribution in the fused portion and the fused stretch portion. FIG. 8 is a side view of an optical fiber coupler according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a side view of an optical fiber coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a side view of an optical fiber coupler showing an embodiment of the invention according to claim 3, FIG. 11 is a graph showing the wavelength dependence of the coupling degree of the optical fiber coupler shown in FIG. 10, and FIG. FIG. 10 is a graph showing the wavelength dependence of the degree of coupling of the optical fiber couplers shown in FIGS. 1, 8, and 9, respectively. 13 and 14 are views for explaining a method for manufacturing a conventional optical fiber coupler, FIG. 13 is a side view showing a state in which two optical fibers are fused, FIG. Side view of the optical fiber coupler, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 13,
FIG. 16 is an enlarged sectional view taken along the line III-III of FIG. 11, 16, 18, 21 ... optical fiber coupler 12 ... clad 13 ... core 14, 19, 22 ... optical fiber 15, 17, 20, 23 ... fusion spliced part.
Claims (3)
の光ファイバの露出したクラッドを互いに融着せしめ、
さらに該融着部を延伸して融着延伸部を形成した融着延
伸形光ファイバカプラにおいて、 前記光ファイバは、そのコアの軟化温度が、そのクラッ
ドの軟化温度よりも高いものであり、 前記融着延伸部のコアの屈折率が、該融着延伸部形成時
にコアに加えられた弾性歪の残留により、非延伸部のコ
アの屈折率よりも低下していることを特徴とする光ファ
イバカプラ。1. An optical fiber having two or more optical fibers arranged in parallel, the exposed cladding of these optical fibers being fused together,
Further, in the fusion-stretched optical fiber coupler in which the fusion-bonded portion is stretched to form a fusion-bonded stretch, the softening temperature of the core of the optical fiber is higher than the softening temperature of the clad. An optical fiber, wherein the refractive index of the core of the fusion-stretched portion is lower than the refractive index of the core of the non-stretched portion due to the residual elastic strain applied to the core when the fusion-stretched portion is formed. Coupler.
を含まないか、ドーパントによる屈折率変化が0.1%以
下になるようにドーパントを含有させた石英ガラスから
なり、そのクラッドが、フッ素あるいはホウ素の少なく
とも一方により屈折率が調整された石英ガラスからなる
ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバカプラ。2. The optical fiber according to claim 1, wherein the core is made of quartz glass containing no dopant or containing a dopant such that the refractive index change due to the dopant is 0.1% or less, and the cladding is made of fluorine or boron. 2. The optical fiber coupler according to claim 1, wherein the optical fiber coupler is made of quartz glass whose refractive index is adjusted by at least one of them.
ていることを特徴とする請求項1または2に記載の光フ
ァイバカプラ。3. The optical fiber coupler according to claim 1, wherein core diameters of said optical fibers are different from each other.
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---|---|---|---|
JP26368988A JP2828251B2 (en) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | Optical fiber coupler |
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JPH02110409A JPH02110409A (en) | 1990-04-23 |
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1988
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