JP3032130B2 - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents

光導波路およびその製造方法

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光導波構造に関し、
特に、第１のモードのスポットサイズの光ビームから第
２のモードのスポットサイズの光ビームへ変換するのに
適した光ファイバなどの光導波構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムが発達するにつ
れて、モードスポットサイズの異なる光要素を相互に接
続することが重要になってきている。そのような相互接
続が必要な場合は、たとえば、１）レーザ源をファイバ
に接続する、２）異なるモード特性をもつ２本のファイ
バを相互に接続する、３）ファイバを導波路に、または
導波路をファイバに接続する、などの場合がある。
【０００３】このような相互接続についてはこれまでも
活発に研究され、種々の技術が開発されている。たとえ
ば、レーザをファイバに接続するために、あらかじめテ
ーパ状にされたプリフォームを用意して、テーパ状の部
分を線引きする。これについては、J. Armitay et al,
J. Lightwave Technol. LT-5, 70(1987)に記載されてい
る。
【０００４】また、ビーム拡張を行うために毛細管を通
してファイバをテーパ状にする方法については、K. P.
Jedrzejewski, 22 Electron. Lett. 106(1986)に記載さ
れている。また、異なるファイバをスプライス（接合）
するためにファイバのコアを熱膨張させる方法につい
て、S. G. Kosinski et al., Proc. Optical Fiber Com
munications Conference OFC, Paper Th16, 231(1992)
に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記技術は、いずれも
ファイバのコアの物理的大きさの制御に依存している。
この制御は、困難であってかつ高価である。したがっ
て、第１のモードスポットサイズの光ビームを第２のモ
ードスポットサイズの光ビームに変換する導波構造の改
良が所望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、モードフィールド（モード場）
を変換する導波領域は、周囲をクラッドに囲まれた長い
コアを具備し、そのクラッドとコアの間の比屈折率差Δ
は長さ方向に単調に変化する。望ましくは、導波路は、
水素付加したケイ酸ゲルマニウムコアをもつ光ファイバ
である。Δを長さ方向に変化させる方法としては、この
ファイバに紫外線を照射し、その照射量を長さ方向の距
離の関数として変化させることにより達成できる。
【０００７】
【作用】上記手段によれば、直径をテーパ状にしたり他
の物理的寸法を変化させたりする必要のない新しい型の
モード半径変換導波路が提供される。
【０００８】
【実施例】図１は、異なるモードスポットサイズをもつ
二つの光要素１１、１２を接続するモードフィールド変
換光導波路１０の模式的断面図である。光要素１１、１
２は、レーザや、光ファイバを含む導波路などの、光ビ
ームを発信する光要素ならば何でもよい。光導波路１０
は、たとえば光ファイバであって、一定長さのガラス導
波コア１３の周りをクラッド１４で覆ったものである。
コアの屈折率Ｎ1はクラッドの屈折率Ｎ2よりも大きい。
【０００９】光要素１１、１２のモードスポットサイズ
を合わせるために、比屈折率差（規格化した屈折率の
差）Δ＝（Ｎ1−Ｎ2）／Ｎ1は、導波路の長さ方向の距
離ｘの関数として変化する。たとえば、光要素１１が光
要素１２よりも大きなモードスポットサイズの光ビーム
を送信する場合、そのビームが光導波路１０を通って光
要素１２に到達するまでの間に、光要素１１のモードス
ポットサイズから光要素１２のモードスポットサイズに
低下するように、光導波路１０が長さ方向に沿って変換
を行うようになっている。
【００１０】このような変化の影響は、図２に見ること
ができる。図２は、典型的な光導波路ファイバ１０のモ
ードフィールド半径を比屈折率差Δの関数として表すグ
ラフである。光導波路１０が光要素１１から入力を受け
取る位置での光導波路１０の比屈折率差は、光要素１１
のモードフィールド半径に対応する値であることが望ま
しい。たとえば、光要素１１のモードフィールド半径が
５μｍである場合は、比屈折率差は約０．３５％である
ことが望ましい。同様に、出力における光要素１２のモ
ードフィールド半径がたとえば３μｍである場合、光導
波路１０の出力における比屈折率差は約０．８５％であ
る。光導波路１０の比屈折率差は、光要素１１における
値から光要素１２における値へ、単調に、好ましくは直
線的に変化する。
【００１１】屈折率差を長さ方向の距離ｘの関数として
変化させる望ましい方法は、水素を付加したケイ酸ゲル
マニウム（ゲルマノシリケート）ガラスなどの感光性コ
アを用い、異なるｘの値に異なる屈折率差を光学的に生
成する方法である。たとえば、通常の通信グレードの光
ファイバは、圧力１３０〜７００ａｔｍ、温度２１〜１
００℃において水素分子を付加することができる。
【００１２】具体例としては、Ｈ2をＡＴ＆Ｔ製アキュ
ートサー(Accutether)ファイバに、２８３ａｔｍ、３５
℃で１１日間拡散させた結果、水素濃度が２．８モルパ
ーセントになった。そのあと、ファイバの数カ所にＫｒ
Ｆエキシマレーザから出る紫外線（２４７ｎｍ）を照射
した。レーザの出力エネルギ密度は２５０ｍＪ／ｃｍ2
で、２０Ｈｚで、照射持続時間１０ｐｓのパルスを用い
た。
【００１３】図３は、比屈折率差のピークを照射時間の
関数として表したグラフである。水素付加したケイ酸ゲ
ルマニウムガラスにＣＯ2レーザからの赤外線に照射し
た場合も同様の屈折率変化が得られる。一般に、Δは、
照射の量すなわち、照射の強さと照射時間の積に比例す
る。
【００１４】したがって、図３を校正曲線として使用し
て、水素付加ファイバから、モードフィールド変換ファ
イバを製造した。一本のファイバの一端は、回転台の上
に固定された円筒の周りにまわし、他端は一つのプリー
を通してカウンタウェイトに接続した。このファイバの
長さ数ｍｍの部分にエキシマ放射を６０分間照射した。
次にその台を回転して、ファイバの隣接部分がレーザ放
射に当たるようにして、この部分を４５分間照射した。
屈折率が一様に減少するように、この処理を、長さ５０
ｍｍのファイバ全体にわたって続けた。
【００１５】この５０ｍｍの長さにわたって、モードフ
ィールド半径は、５．３μｍから２．８５μｍに低下し
た。ここで、一端の屈折率差が大きいファイバでは、よ
り高次のＬＰ11モードの伝搬が許容される。その結果と
して、モードフィールド変換部を、２モードファイバか
ら単一モードファイバに接続するのに利用することがで
きる。
【００１６】同じ型の構造を製造する他の方法として、
ケイ酸ゲルマニウムのクラッドと、ゲルマニウムを含ま
ないガラスコアとを用いるものもある。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直径をテーパ状にしたり他の物理的寸法を変化させたり
する必要のない新しい型のモード半径変換導波路が提供
される。この変換導波路は、コネクタまたはエポキシ接
着剤による単純な接続で十分であるような適用分野でも
っとも有用である。融着（溶融によるスプライス）によ
る場合は、屈折率変化によって光の減衰が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なるモードスポットサイズをもつ二つの光要
素を接続するモードフィールド変換光導波路の模式的断
面図である。
【図２】典型的な光ファイバ導波路のモードフィールド
半径を比屈折率差の関数として表すグラフである。
【図３】典型的な水素付加光ファイバについての比屈折
率差を、パルスをかけたエキシマレーザにさらした時間
の関数として表すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光導波路 １１、１２ 光要素 １３ コア １４ クラッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−134132（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−49004（ＪＰ，Ａ) 米国特許5035477（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/10 - 6/18 G02B 6/26,6/30

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の端を有するガラス製のコアと、こ
    のコアの周囲を囲むガラス製のクラッドとを有し、第１
    のモードスポットサイズの光ビームを変換する光導波路
    であって、前記コアは、前記クラッドの屈折率よりも大
    きい屈折率を有するものにおいて、 前記光導波路は、その長さ方向に沿って単調に変化する
    コアとクラッドとの間の屈折率差を生じさせるために、
    その長さ方向に沿って、単調に線量が増大または減少す
    るレーザ放射に曝されたことを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項２】 前記コアおよびクラッドは、光ファイバ
    であるとを特徴とする請求項１の光導波路。
  3. 【請求項３】 前記コアはケイ酸ゲルマニウムガラスか
    らなることを特徴とする請求項１の光導波路。
  4. 【請求項４】 前記コアは水素付加したケイ酸ゲルマニ
    ウムガラスからなることを特徴とする請求項１の光導波
    路。
  5. 【請求項５】 前記比屈折率差は、前記一端から前記他
    端に向かって直線的に増大することを特徴とする請求項
    １の光導波路。
  6. 【請求項６】 前記クラッドはケイ酸ゲルマニウムガラ
    スからなることを特徴とする請求項１の光導波路。
  7. 【請求項７】 第１の光スポットサイズをもつ光ビーム
    を送信する第１の光要素と、 光ビームを受信して、その光ビームを、前記第１の光ス
    ポットサイズとは異なる第２の光スポットサイズで送信
    する第２の光要素と、 前記第１および第２の光要素を互いに接続する、請求項
    １ないし６のいずれかの光導波路とからなることを特徴
    とする光装置。
  8. 【請求項８】（ａ）ケイ酸ゲルマニウムガラスを含む光
    導波路を形成する工程と、 （ｂ）そのケイ酸ゲルマニウムガラスの中に水素を拡散
    させる工程と、 （ｃ）その光導波路の長さ方向に沿ってコアとクラッド
    との間の屈折率差が単調に変化するように、工程（ｂ）
    で得られた光導波路を、その長さ方向に沿って単調に増
    大または減少する照射量分布になるようにレーザ照射を
    行う工程とからなることを特徴とする、モードフィール
    ド変換光導波路の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記レーザ放射が紫外線であるとを特徴
    とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 前記レーザ放射が赤外線であるとを特
    徴とする請求項８の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項８ないし１０のいずれかの方法
    により製造された製造物。
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