JP3729930B2

JP3729930B2 - 導波路型光フィルタ

Info

Publication number: JP3729930B2
Application number: JP11809096A
Authority: JP
Inventors: 徹岩島; 享井上; 義昭宮島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-05-13
Also published as: JPH09304622A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の一部に光フィルタ機能を果たす回折格子が設けられた導波路型光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＴＤＲ装置などの検査装置を用いた光線路の検査システムでは、通常、光線路の終端部に検査光を反射する光フィルタが設けられる。この光フィルタには、検査光を遮断して加入者宅に検査光が送られないようにする働きと、光線路を伝搬してきた検査光を反射して検査装置に送り返し、光線路中の障害点の有無や光線路の光伝送特性を検出させる働きがある。
【０００３】
光線路の検査システムに用いる光フィルタとしては、光導波路（光ファイバ、薄膜導波路など）のコアに光フィルタ機能を果たす領域（以下、「フィルタ領域」と呼ぶ。）が設けられた導波路型光フィルタが特に好適である。例えば、光線路として用いられている通信用光ファイバの終端部にフィルタ領域を形成すれば光ファイバ型の光フィルタが得られるが、このような光フィルタはそれ自体が光線路として使用できるものである。このため、光ファイバ型の光フィルタを用いて光線路の検査システムを構成すれば、誘電体多層膜フィルタを用いる場合のように光線路中にフィルタ部品を挿入する必要がなく、信号光の損失は少なくてすむ。また、薄膜導波路中にフィルタ領域を設けた薄膜導波路型の光フィルタも、検査光を反射するだけでなく、フィルタ領域を通過した信号光を分岐させて出力することができるなど、便利な点が多い。
【０００４】
このような導波路型光フィルタのフィルタ領域としては、従来から回折格子が用いられている。ここでいう回折格子とは、実効屈折率が光軸に沿って最小値と最大値との間で周期的に変化する光導波路中の一領域である。特許出願公表昭６２−５０００５２号公報に記載されているように、回折格子は、ゲルマニウムをドープした石英ガラスに紫外光の干渉パターンを照射することで形成することができる。これは、干渉パターンの光強度分布に応じてガラスの屈折率が上昇することによるものである。光導波路のコアに形成された回折格子は、光導波路中を進行する光のうち所定の反射波長（ブラッグ波長）を中心とした狭い波長幅の光を反射する。この反射波長は、グレーティングの周期（格子ピッチ）に応じて定まることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
導波路型光フィルタでの所定波長の反射率は、導波路の屈折率の変化率および格子の数によって決定される。しかしながら、従来の回折格子がコアに設けられた導波路型光フィルタでは、回折格子での反射率による所定波長の光の期待される透過率（＝１−（反射率））を超えて、導波路内を回折格子の前方に進行する光が存在する。このため、従来の回折格子がコアに設けられた導波路型光フィルタでは、所定波長の光を遮断するというフィルタ機能が必ずしも十分に発揮されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光遮断率の高い導波路型光フィルタを実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の導波路型光フィルタは、（ａ）コアの屈折率が光軸方向で変化し、当該屈折率変化の周期により定まる反射波長を中心とした狭い波長域にわたって光を反射する回折格子部と、（ｂ）クラッドの外周部が粗面であり、回折格子部において発生しコア側から進行してきた光の前記外周部の界面での入射角が前記外周部の位置によって乱雑に変化する外周粗面部とを備え、外周粗面部は、信号光の進行方向で回折格子部よりも下流側に位置することを特徴とする。
【０００８】
ここで、「導波路」とは、コアとクラッドとの屈折率差を利用して光を一定領域に閉じ込めて伝送する回路または線路をいい、光ファイバや薄膜導波路等が含まれる。
【０００９】
コアに光軸方向で屈折率が変化する回折格子が形成された導波路型光フィルタでは、屈折率の変化に伴ってモードフィールド径（ＭＦＤ）が変化しているので、回折格子に入射前にはコアへの閉じ込め条件を満たして進行してきた光であっても、一部がクラッドへ向けて放射される。こうした放射光の大部分の進行方向と光軸とのなす角は小さいので、クラッドの外周部が滑らかであり、クラッドの外側の媒体の屈折率が低い場合（例えば、外側の媒体が空気の場合）には全反射条件を満たすこととなり、光導波路内を進行する。
【００１０】
請求項１の導波路型光フィルタでは、上記放射光は、外周粗面部のクラッドの外周部に到達するが、この領域での界面への入射角は位置によって乱雑に変化しているので、全反射条件を満たす場合が殆ど無い。したがって、放射光の殆どは界面を介して外側へ進行することになる。この結果、外周粗面部の更に下流側の導波路を進行する光では、回折格子部において発生したクラッドへの放射光に由来する成分が殆ど存在しないこととなり、導波路から光を取り出したとき、回折格子での反射波長を有する光の成分が有効に遮断された光を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の説明に先立って、導波路型光フィルタの回折格子において発生するコアからクラッドへ向かう放射光について説明する。
【００１２】
本発明者らは、図１に示すような装置を用いて実験を行うことにより、上記の現象の存在を確認した。この実験装置は、光ファイバ１００のコアに形成された回折格子１１６からクラッドに向けて回折格子１１６の反射波長の光が放射されることを調べるためものである。光ファイバ１００は、本実施形態の導波路型光フィルタ２０ａと同様に、コアにゲルマニウムが添加された石英ガラス系のシングルモードファイバである。回折格子１１６は、長さが１０ｍｍで、一定の格子ピッチを有しており、その反射波長は約１５５４ｎｍである。光ファイバ１００のクラッドはその両端部を除いて樹脂材料により被覆されている。樹脂被覆の除去された一端は、裸ファイバアダプタ２１０を介してＳＬＤ２００に接続されている。このＳＬＤ２００は、回折格子１１６の反射波長を含む所定波長域の光を出力する半導体発光素子である。樹脂被覆の除去された他端は、裸ファイバアダプタ３１０を介してスペクトルアナライザ３００に接続されている。回折格子１１６は、光ファイバ１００の樹脂被覆の除去された部分において、スペクトルアナライザ３００側の端面からの距離がｄである位置に形成されている。
【００１３】
本発明者らは、ＳＬＤ２００を発光させて光ファイバ１００に検査光を入射させ、回折格子１１６が形成された部位を透過した光のスペクトルを、（ａ）ｄ＝２１ｍｍの場合と、（ｂ）ｄ＝５００ｍｍの場合のそれぞれについて、スペクトルアナライザ３００により検出した。図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれの検出結果を示す図である。図２（ａ）及び（ｂ）の双方に回折格子１１６での光反射による透過光量の減少ピーク４００、４１０が現れているが、ｄ＝２１ｍｍの場合の減少ピーク４００は、ｄ＝５００ｍｍの場合の減少ピーク４１０に比べてピーク高さが大きく減少している。すなわち、回折格子１１６により遮断すべき波長の光の透過減衰量は、ｄ＝２１ｍｍの場合の方がｄ＝５００ｍｍの場合よりも低くなっている。ｄ＝２１ｍｍの場合とｄ＝５００ｍｍとで回折格子１１６は同一であるから、この透過減衰量の相違は回折格子１１６の反射率に起因するものではなく、回折格子１１６からスペクトルアナライザ３００までの距離の違いに起因するものである。
【００１４】
このことを考慮すると、上記の透過減衰量の相違は、次のように理解される。回折格子１１６には屈折率が局所的に上昇した部分が含まれており、このため回折格子形成部位とそれ以外の部位との間でモードフィールドの不一致が生じている。回折格子の反射波長の光は、回折格子に到達すると、その一部が反射されながら回折格子中を進行していくが、このとき、上記のモードフィールドの不一致に起因して回折格子の各部からクラッドに放射される光が生じてしまう。
【００１５】
図３は、回折格子１１６からクラッドに放射される光を示す図である。この図において符号１１２は光ファイバ１００のコア、符号１１４はクラッドを表す。そして、符号１２０で示されるものが、回折格子１１６からクラッド１１４に放射される光である。このような光は、図５に示すように、クラッド１１４及びコア１１２からなる領域内を進行して、回折格子１１６の前方に到達することになる。クラッド１１４及びコア１１２からなる領域は、コア１１２と異なり光の閉じ込め作用が弱いので、回折格子１１６から放射された光は進行するに伴ってパワーを比較的大きく減衰させることになる。このため、上記の実験結果のように、回折格子１１６からスペクトルアナライザ３００までの距離が大きいほど、スペクトルアナライザ３００に検出される上記反射波長の光は少なくなり、透過光量の減少ピークは高くなるのである。
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
図４は、本実施形態の導波路型光フィルタ１０の構成図である。図４に示すように、導波路型光フィルタ１０は、コア１２及びクラッド１４を備えたシングルモード光ファイバを母体とするものであり、（ａ）コア１２の所定部位には光フィルタ機能を果たす回折格子１６が形成された回折格子部２０と、（ｂ）クラッドの外周部が粗面であり、コア側から進行してきた光の外周部の界面での入射角が外周部の位置によって乱雑に変化する、信号光の進行方向（ｚ方向）で回折格子部２０の下流側に位置する外周粗面部３０とを備える。
【００１８】
本実施形態の導波路型光フィルタ１０は、ＯＴＤＲ装置を用いた光通信網の検査システムで使用することを前提にしている。光通信網を構成する光線路中では、局舎から加入者端末器に向けて光通信用の信号光（波長≠λ１）が伝送されるとともに、光線路の状態を検査するためにＯＴＤＲ装置からの検査光（波長＝λ１）が伝送される。検査光には、信号光と波長の異なる光が使用される。検査光が加入者端末器に入射しないように、光線路に光フィルタを設ける必要がある。本実施形態の導波路型光フィルタ１０は、このような必要性に応えるものであり、光線路たる光ファイバのコア１２に検査光の波長の光を反射する回折格子１６を設けることで検査光を遮断するようにしたものである。
【００１９】
導波路型光フィルタ１０のコア１２及びクラッド１４は、例えば、ともに石英（ＳｉＯ₂ ）ガラスから構成されているが、クラッド１４は実質的に純粋な石英ガラスから構成されているのに対し、コア１２を構成する石英ガラスには屈折率上昇材であるＧｅＯ₂ が添加されている。この結果、コア１２はクラッド１４より約０．３５％高い屈折率を有している。
【００２０】
回折格子１６は、実効屈折率が光軸に沿って最小屈折率と最大屈折率の間で周期的に変化するコア１２中の一領域である。言い換えれば、回折格子１６は、実効屈折率が光軸に沿って最小屈折率と最大屈折率の間で繰り返し変化するような屈折率分布を有する領域である。この回折格子１６は、屈折率変化の周期、すなわち回折格子周期（格子ピッチとも言う）により定まる反射波長（ブラッグ波長）を中心とした比較的狭い波長域にわたって光を反射する。
【００２１】
周知のように、回折格子１６は、ゲルマニウムが添加された石英ガラスに紫外光を照射すると照射部分の屈折率が紫外光の強度に応じた量だけ上昇する現象を利用して形成することができる。すなわち、クラッド１４の表面からゲルマニウムが添加されているコア１２に向けて紫外光の干渉縞を照射すれば、コア１２の干渉縞照射領域に干渉縞の光強度分布に応じた屈折率分布が形成される。このようにして形成された屈折率分布を有する領域が、回折格子１６である。この場合、回折格子形成部位の最小屈折率は、コア１２の当初の実効屈折率（紫外光照射前の実効屈折率）にほぼ等しいことになる。
【００２２】
導波路型光フィルタ１０は以下のようにして、検査光の信号光の進行方向への伝搬を低減する。図５は、導波路型光フィルタ１０での光遮断の説明図である。
【００２３】
検査光は、回折格子部２０のｚ方向下流のコア１２を進行して回折格子１６に達する。回折格子１６で検査光の大半は反射されるが、回折格子１６中では、コアの屈折率が変化することに伴い、ＭＦＤが変化しているので、回折格子１６への入射前にはコアへの閉じ込め条件を満たして進行してきた光であっても、一部がクラッドへ向けて放射される。こうした放射光の大部分の進行方向と光軸とのなす角は小さいく、クラッドの外周部が滑らかであり、クラッドの外側の媒体の屈折率が低い場合（例えば、外側の媒体が空気の場合）には全反射条件を満たすこととなり、クラッド１３内をｚ方向の成分を持って進行することとなる。
【００２４】
こうしたクラッド１３内を進行する放射光は、外周粗面部３０のクラッド１４の外周部に到達する。放射光のクラッド１４の外周部での界面への入射角は位置によって乱雑に変化しているので、全反射条件を満たす場合が殆ど無い。したがって、放射光の殆どは界面を介して外側へ放射されることになる。この結果、放射光であって、外周粗面部３０の更に下流側のコア１２またはクラッド１４を進行する光は殆ど存在しないこととなる。
【００２５】
本実施形態の導波路型光フィルタ１０は光ファイバを母体としているが、光ファイバの代わりに薄膜導波路を母体として用いることも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の導波路型光フィルタによれば、コアの屈折率が光軸方向で変化し、当該屈折率変化の周期により定まる反射波長を中心とした狭い波長域にわたって光を反射する回折格子部と、クラッドの外周部が粗面であり、回折格子部において発生しコア側から進行してきた光の外周部の界面での入射角が外周部の位置によって乱雑に変化する外周粗面部とを備え、当該外周粗面部が信号光の進行方向で回折格子部よりも下流側に位置することにより、回折格子部において発生したコアからクラッド側へ進行する光を外周粗面部で有効に外部に放射するので、回折格子の格子ピッチで決まる反射波長の光を有効に遮断する導波路型光フィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射光に関する実験装置を示す図である。
【図２】放射光の実験の結果を示す図である。
【図３】放射光の実験において回折格子からクラッドに放射される光を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の導波路型光フィルタ１０の構成図である。
【図５】導波路型光フィルタ１０における光遮断の説明図である。
【符号の説明】
１０…導波路型光フィルタ、１２…コア、１４…クラッド、１５…樹脂被覆、１６…回折格子、２０…回折格子部、３０…外周粗面部。

Claims

コアの屈折率が光軸方向で変化し、当該屈折率変化の周期により定まる反射波長を中心とした狭い波長域にわたって光を反射する回折格子部と、
クラッドの外周部が粗面であり、前記回折格子部において発生し前記コア側から進行してきた光の前記外周部の界面での入射角が前記外周部の位置によって乱雑に変化する外周粗面部と、を備え、
前記外周粗面部は、信号光の進行方向で前記回折格子部よりも下流側に位置することを特徴とする導波路型光フィルタ。