JP3955701B2

JP3955701B2 - Optical attenuator

Info

Publication number: JP3955701B2
Application number: JP30060899A
Authority: JP
Inventors: 秀渡辺; 栄治松山; 秋義成瀬; 裕一村上; 健一牟田; 豊光山本
Original assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: JP2001066452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光減衰器に係わり、特に光通信、光計測、ＣＡＴＶシステム等の分野において光信号を一定量減衰させるために使用される光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光ファイバ中に一定の光減衰用のドーパント部材を含有させた光減衰器が広く一般に知られている。
【０００３】
この光減衰器に含有されるドーパント部材は、透過光の光減衰特性が光信号の波長により減衰量が可変し、したがって波長依存性があるので、例えば、１．３μｍ（短波長）、１．５μｍ（長波長）の異なる２波長の光信号を入力した場合、ほぼ同一の減衰量を得る目的で、光ファイバのモードフィールド径の調整やモードフィールド径に対するドーパント領域を限定することで、ほぼ同一量減衰量を得て波長依存性を少なくした光減衰器が知られている（特開平８−１３６７３６号公報、特開平１３６７３７号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信の多様化に伴い、波長の差が狭い、例えば、１３００nm±５０nmあるいは１５５０nm±５０nmといった狭い波長範囲であっても同一の光減衰量を得る（波長依存性をなくす）光減衰器やこれとは反対に、１．３μｍ（短波長）、１．５μｍ（長波長）の異なる２波長の光信号を入力した場合、光減衰量の波長依存特性を今まで以上に大きくした光減衰器も求められるようになった。
【０００５】
しかしながら、特開平８−１３６７３６号公報、特開平８−１３６７３７号公報に開示された光減衰器は、１．３μｍ（短波長）、１．５μｍ（長波長）といった離れた波長の異なる２波長の光信号を入力した場合には、ほぼ同一の減衰量を得られるので有効であるが、波長の差が小さい場合には、ドーパント領域の限定やモードフィールド径の調整だけでは、同一の光減衰量を得られない（波長依存特性が大きい）という問題があった。
【０００６】
一方、短波長と長波長の異なる２波長の光信号を入力した場合、光減衰量の波長依存特性を今まで以上に大きくするには、例えば、特開平８−１３６７３６号公報に開示された光減衰器に対して、モードフィールドを光ファイバの横断面から見て、軸芯に近い部分で高い濃度を示すように、光信号の波長が短いほど光信号を大きく減衰させるドーパントを含有させるかあるいは、モードフィールドを光ファイバの横断面から見て、外周に近い部分で高い濃度を示すように、光信号の波長が長いほど光信号を大きく減衰させるドーパントを含有させれば理論的には実現できる。
【０００７】
また、特開平８−１３６７３７号公報についても同様に、モードフィールド径の波長特性と、ドーパント部材の波長特性の組み合わせを逆にすれば、理論的には実現できる。
【０００８】
しかしながら、ドーパントの含有濃度を高くして、モードフィールド径に対する含有領域を狭い範囲に限定すれば、短波長と長波長の光減衰量の差は大きくなるが、光ファイバ中に含有させることができるドーパント部材の含有濃度には限界があり、濃度が高すぎると光ファイバとして各特性が安定した製品を作成できないし、その含有領域が極めて狭いものは技術的に作成できないという難点があった。
【０００９】
本発明は、このような難点に鑑みなされたもので、ドーパントの含有濃度を比較的低く押さえながら、その含有範囲も実現できる範囲である光減衰器の構成で、第１には、極めて近い波長の異なる光信号に対して、光減衰量を一定にできる光減衰器を提供すること、第２には、波長が異なる光信号に対して、光ファイバの各特性を安定させた状態で、かつドーパント濃度や含有領域範囲が現実的であって光減衰量の差をできるだけ大きくできる光減衰器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の光減衰器は、シングルモード光ファイバ中に１３００ｎｍ±５０ｎｍ若しくは１５５０ｎｍ±５０ｎｍの狭い波長範囲において波長が長いほど透過光を大きく減衰させるドーパント材料を含有したものであって、その含有領域をコアの中心部分に制限し、コアの中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くするとともにコアの中心部分の屈折率分布をグレーデットインデックス型とし、前記波長範囲における異なる波長の光信号に対して光減衰量を一定にするような構成にしたものである。この場合、ドーパント領域の屈折率分布をグレーデットインデックス型とすることによりモードフィールド径の長短による透過光減衰量の波長依存特性を大きくしたものである。
【００１３】
この光減衰器の構成によって、異なる２波長の光信号で、その波長が短波長でその差が小さい（１３００nm±５０nm）光信号を入力した場合に、同一の光減衰量が得られる。
【００１４】
本発明の光減衰器は、シングルモード光ファイバ中に１３００ｎｍ±５０ｎｍ若しくは１５５０ｎｍ±５０ｎｍの狭い波長範囲において波長が短いほど透過光を大きく減衰させるドーパント材料を含有したものであって、その含有領域を、コアの外周部に制限し、コアのドーパントを含有しない中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くするとともにコアの中心部分の屈折率分布をグレーデットインデックス型とし、前記波長範囲における異なる波長の光信号に対して光減衰量を一定にするような構成にしたものである。この場合、コアのドーパントを含有しない中心部分の屈折率プロファイルをグレーデットインデックス型とすることによりモードフィールド径の長短による透過光減衰量の波長依存特性を大きくしたものである。
【００１５】
この光減衰器の構成によって、異なる２波長の光信号で、その波長が長波長でその差が小さい（１５５０nm±５０nm）光信号を入力した場合に、同一の光減衰量が得られる。
【００１６】
本発明の光減衰器は、シングルモード光ファイバ中に１３００ｎｍと１５５０ｎｍの異なる波長において波長が短いほど透過光を大きく減衰させるドーパント材料を含有した光減衰器であって、その含有領域をコアの中心部分に制限し、中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くするとともにコアの中心部分の屈折率分布をグレーデットインデックス型とし、前記異なる波長の光信号に対して光減衰量の差を可及的に大きくするような構成にしたものである。この場合、コアの中心部分の屈折率プロファイルをグレーデットインデックス型とすることによりモードフィールド径の長短による透過光減衰量の波長依存特性を大きくしたものである。
【００１７】
この光減衰器の構成によって、異なる２波長の光信号で、その波長の違いによる透過光減衰量の差をできる限り大きくしたものが得られる。
【００１８】
本発明の光減衰器は、シングルモード光ファイバ中に１３００ｎｍと１５５０ｎｍの異なる波長において波長が長いほど透過光を大きく減衰させるドーパント材料を含有したものであって、その含有領域を、コアの外周部に制限し、コアの中心部分の屈折率分布をグレーデッドインデックス型とし、前記異なる波長の光信号に対して光減衰量の差を可及的に大きくするようにして、モードフィールド径の長短による透過光減衰量の波長依存特性を大きくしたものである。
【００１９】
本発明の光減衰器は、シングルモード光ファイバのドーパント領域を光信号伝送に実質的に寄与するモードフィールドを光ファイバの横断面内でその半径方向に見て、含有濃度が不均一に分布するように、光ファイバ中に、透過光減衰特性が光信号の波長に依存するドーパントを含有させ、コアの中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くするとともにコアの中心部分の屈折率分布をグレーデットインデックス型とした構成にしたものである。この場合、コアの中心部分の屈折率分布をグレーデットインデックス型とすることによりモードフィールド径の透過光減衰特性の波長依存性を大きくしたものである。
【００２０】
この光減衰器の構成によって、ドーパント領域の狭さとドーパント濃度の濃さを低く抑えたとしても必要な減衰特性が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光減衰器における好ましい実施の形態例について図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本発明の光減衰器の構成を示す端面図である。図の上部には、光減衰器の端面が表され、下部には、その側面から見た屈折率プロファイルが表されている。この光ファイバ５は、例えば図２に示したような方法でフェルール２の中心に配置して使用される。すなわち、その一端から光信号を受け入れ、一定量の光信号を減衰させた上で他端に出力するように使用される。光ファイバ５にはその目的のために光信号を減衰させるためのドーパントを含有させる。
【００２３】
ここで、本発明の光減衰器は、光ファイバ５のコア６の軸芯に近い部分６a（センターコア）の屈折率プロファイルをグレーデットインデックス型（外周部分から中心部に向かって連続的に屈折率が高くなる）とし、この領域７内に高い含有濃度のドーパントを含有する。そのドーパント領域７に図では、ハッチングを付している。
【００２４】
シングルモードファイバでは、コア径２a2が極めて小さいため、光信号のエネルギーは実際にはコア６を中心としてコア６の外周部にあるクラッド８の一部にまではみ出して伝搬する。そのエネルギーの大部分が含まれる範囲が、実質的に光信号伝送に寄与するモードフィールド９部分で、定量的には後で式１を用いて説明する方法で求められる。なお、これは、ステップインデックス型ファイバのものでもグレーテッドインデックス型ファイバのものでも同様である。図１に示す光ファイバ５は、モードフィールド９の直径は２ω、ドーパント領域７の直径は２ａ1、コア６の直径は、２ａ2と表した。また、コア６の軸芯付近の最大の屈折率とクラッド８部分の屈折率の差をΔ2、コア６の外周部分６ｂ（アウターコア）の最大の屈折率とクラッド８部分の屈折率の差をΔ1と表した。
【００２５】
ここで、このような光信号減衰のための光ファイバ５中に含有させるドーパントの説明を行なう。図３（ａ）、（ｂ）は、各種ドーパントの波長と損失の関係を示している。グラフの縦軸には、波長をナノメータ〔nm〕で表し、縦軸には、光減衰量を〔dB/km〕で表した。通常、通信用光ファイバには、遷移金属あるいは希土類金属のドーパントが使用され、それぞれ１種または２種以上を混合して使用することもできる。図３（ａ）において、▲１▼はマンガンＭｎ、▲２▼はニッケルＮｉ、▲３▼はクロムＣｒ、▲４▼はバナジウムＶ、▲５▼はコバルトＣｏ、▲６▼は鉄Ｆｅ、▲７▼は銅Ｃｕの特性を示している。図３（ｂ）において、▲８▼はサマリウムＳｍ、▲９▼はツリウムＴｍの特性を示している。
【００２６】
本発明の光減衰器の第１の実施例では、光信号の波長が長いほど透過光を大きく減衰させるドーパントを使用する。この光減衰器で使用する波長を例えば、１．５μｍ〜１．６μｍ程度とすれば、この図３（ａ）の▲５▼に示すコバルトＣｏがドーパントとして適していることが分かる。
【００２７】
図４に、このようなコバルトＣｏをドーパントとして使用し、図１に示すような領域に、このドーパントを含有させた場合の光信号パワー分布を示す。図４は、縦軸に出力パワーを示し、横軸はファイバの径方向の位置を示している。図４のＫ１は、１．５０μｍの波長の光信号を光ファイバ中で伝送した場合の半径方向に見たパワー分布である。また、曲線Ｋ２は、１．６０μｍの光信号についてのパワー分布を示す。
【００２８】
表１には、図４に示した本発明の光減衰器の第１実施例に係る構造のファイバと通常のステップインデックス型のファイバに、各々波長λ１＝１．５０μｍ，λ２＝１．６０μｍを入力した場合の各ファイバにおける各波長λ１、λ２に対応するモードフィールド径（以下、「ＭＦＤ」という。）の差を示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
これは、すなわち、本発明に係るファイバの方が、波長の違いによるＭＦＤの差が大きい（波長依存性が大きい）ことを示している。
【００３１】
そして、コアの軸芯部分に集中的にコバルトＣｏを含有させると、波長の長い信号程、全体の信号エネルギーからみた減衰の影響を受ける部分の割合が少なくなる。
【００３２】
このことは、ドーパント部材の光減衰量の波長依存性を打ち消すことを示している。
【００３３】
その結果、全体としてみた場合に、この減衰器では波長の差が小さい短い波長の光信号と長い波長の光信号が、共に同程度の減衰量で減衰することになる。
【００３４】
従来のステップインデックス型ファイバの場合、上述した第１実施例と同程度の減衰量を示す設計をすると、ＭＦＤの光減衰量の波長依存性が少ないため、コバルトＣｏのドーパント領域を狭くしなければならず、結果として、ドーパントの含有濃度が高くなり、製造上重大な問題を生じていた。
【００３５】
式１を参照して以下に具体例を示す。式１は、光ファイバの減衰量αとモードフィールド径ωの演算方法を示す説明図である。
【００３６】
【数１】

【００３７】
式（１）に示すように、光ファイバにおける光信号の減衰量αは光信号の半径方向のパワー分布Ｐ（ｒ）とドーパントであるコバルトの含有濃度分布によって求めることができる。モードフィールド径ωは式（２）によって求めることができる。
【００３８】
コバルトＣｏを含有するプロファイルをグレーテッドインデックス型とする領域のコア径に対する比（ａ1／ａ2）は、大きすぎても小さすぎてもステップインデックス型に近づいていきモードフィールド径ωの波長依存性はステップインデックス型に近づいてしまう。また、比（ａ1／ａ2）が小さい場合、モードフィールド径ωの波長依存性が小さくてもコバルトＣｏのドーパント領域が小さくなることにより、減衰量αの波長依存性は少なくなるが、コバルトＣｏの添加量が大きくなることや工程数の増加等の問題がある。ここではａ1／ａ2＝０．５を使用した結果を示す。
【００３９】
図５に屈折率の差の比率Δ1／Δ2を横軸に、１．５５μｍでの減衰量を１０ｄＢとしたときの１．５０μｍと１．６０μｍでの損失（減衰量）差を縦軸にとったグラフを示す。図５より、Δ1／Δ2が大きい程１．５０μｍと１．６０μｍでの減衰量差が広がる。この値でドーパント部材の減衰量の波長依存性を相殺すればよい。
【００４０】
なお、表２には図５に示した波長依存性の少ないΔ1／Δ2＝０．７５のファイバの構造特性を示した。Δ1／Δ2が０．３５になっていないのは曲げ損失等を考慮した実用的なファイバ構造を示しているためである。
【００４１】
図６には、表２のファイバの波長に対する減衰量を示している。光減衰器のコア中心部にコバルトＣｏを添加し、プロファイルをグレーテッドインデックス型にすることで波長依存性が小さくなっている。
【００４２】
【表２】

【００４３】
このサンプルは、コバルトＣｏが含有されている範囲内でコバルトの濃度分布を全て一定になるように設定した。光ファイバの減衰量は１０ｄＢ／ｍになるように設定した。この結果、ａ1／ａ2＝０．５では、Δ1／Δ2＝０．３５で波長依存性が無くなっている。ａ1／ａ2が大きくなった場合には、Δ1／Δ2を大きくし、ａ1／ａ2が小さくなった場合には、Δ1／Δ2を小さくすることで波長無依存な光減衰器を得ることができる。
【００４４】
上記第１の実施例では、ドーパントとして光信号の波長が長いほど透過光を大きく減衰させるものを光ファイバ５のコア６の軸芯に近い部分６a（センターコア）に使用した。一方、ドーパントを含有させる領域を変更することによって、光信号の波長が短いほど透過光を大きく減衰させるものを使用することもできる。例えば、図３（ａ）の例では、▲４▼のバナジウムＶ等が挙げられる。
【００４５】
図７に光信号の波長が短いほど透過光を大きく減衰させるものを使用した本発明の光減衰器の第２の実施例を示す。この第２の実施例では、光信号の波長が短いほど透過光を大きく減衰させるドーパントを屈折率プロファイルをグレーテッドインデックス型にした径を除くコア６’の部分６ｂ（アウターコア）に含有させドーパント含有領域７’を構成している。この場合には、パワー分布が光ファイバ５’の半径方向に広がる波長の長い光信号ほどドーパントの影響を受ける。
【００４６】
このように本発明の光減衰器では、シングルモード光ファイバの光信号伝送に実質的に寄与するモードフィールド９、９’の波長依存性を屈折率プロファイルを制御することで大きくし、光ファイバ５、５’のコア６、６’の横断面内で見てドーパントの含有濃度分布を適当に選択し、透過光減衰特性が光信号の波長に依存するドーパントを用いて、一定の範囲内の波長の光信号に対する光減衰特性をほぼ等しく調整することができる。なお、上記実施例では、ドーパントをコア６の軸芯部分６aあるいはコア６の周辺部分６bにのみ含有させているが、適当な濃度分布をつけるようにしても差し支えない。また、全ての光信号波長に対して均一な特性を得なければならないわけではなく、幾つかの範囲の光信号に対して、範囲毎に一定の減衰量が得られるように含有範囲を設定することが可能である。
【００４７】
第１、第２実施例の場合は、特に入力される異なる２種類の波長の光信号の波長の差が小さいものに対して、略同一の減衰量を得るのに有効な構成である。
【００４８】
次に、本発明の光減衰器の第３の実施例を説明する。
【００４９】
シングルモードファイバのコアの軸芯付近の屈折率プロファイルは、上述した第１、第２の実施例のものと同様である。
【００５０】
異なる部分は、軸芯部分に含有させるドーパント部材を、波長が短いほど透過光を大きく減衰させる部材、例えば、図３（ｂ）の▲８▼に示すサマリウムＳｍを含有させ、軸芯部分の屈折率をグレーテッドインデックス型とする部分の径とコア径との比を調整することで、ＭＦＤの波長依存性を大きくしていることである。
【００５１】
図８は、コア全体にサマリウムＳｍを含有させた場合と、軸芯のみにサマリウムＳｍを含有させた場合の波長に対する、減衰量を示したもので、図より１５３０ｎｍ〜１５５０ｎｍの間で、軸芯のみにサマリウムＳｍを含有させた方が減衰量が大きいことがわかる。
【００５２】
このような構成にすると、波長の異なる２種類の光信号を入力すると、波長が短い光信号ほど大きく減衰することになるが、必要以上にセンターコア径を小さくして、かつドーパント濃度も濃くしなくても大きな減衰量が得られる。
【００５３】
したがって、波長の異なる２種類の光信号を入力して、これら光信号の減衰量の差を大きくしたい場合に、極めて有効な構成である。
【００５４】
次に、本発明の光減衰器の第４の実施例を説明する。
【００５５】
シングルモードファイバのコアの軸芯付近の屈折率プロファイルは、上述した第１、第２の実施例のものと同様である。
【００５６】
異なる部分は、軸芯部分の屈折率プロファイルをグレーテッドインデックス型とした径の外周のコアの部分に、波長が長いほど透過光を大きく減衰させる部材、例えば、コバルトＣｏを含有させ、軸芯部分の屈折率をグレーテッドインデックス型とする部分の径とコア径との比を調整することで、ＭＦＤの波長依存性を大きくしていることである。
【００５７】
図９は、コア全体にコバルトＣｏを含有させた場合と、コアの外周のみにコバルトＣｏを含有させた場合の波長に対する、減衰量を示したもので、図より１５６０ｎｍ〜１５７０ｎｍの間で、コアの外周のみにＣｏを含有させた方が減衰量が大きいことがわかる。
【００５８】
このような構成にすると、波長の異なる２種類の光信号を入力すると、波長が長い光信号ほど大きく減衰することになるが、必要以上にドーパント濃度を濃くしなくても大きな減衰量が得られる。
【００５９】
したがって、波長の異なる２種類の光信号を入力して、これら光信号の減衰量の差を大きくしたい場合に、極めて有効な構成であることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光減衰器によれば、ドーパントの含有濃度を比較的低く押さえながら、その含有範囲も実現できる範囲である光減衰器の構成で、極めて近い波長の異なる光信号に対して、光減衰量を一定にすることが可能である。
【００６１】
また、本発明の光減衰器によれば、波長が異なる光信号に対して、光ファイバの各特性を安定させた状態で、かつドーパント濃度や含有領域範囲が現実的であって光減衰量の差を可及的に大きくすることが可能である。
【００６２】
特に、コア内の軸芯付近の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした径とコア径との比を調整することで、ＭＦＤの波長依存性を大きくして、例えば、波長が長い信号ほど減衰量が大きくなるドーパント部材をコア内の軸芯付近の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした径内に集中的に含有させ、ドーパント部材の減衰量波長依存性を相殺すれば、波長の違いによる減衰量を同一にすることができる。
【００６３】
また、コア内の軸芯付近の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした径を除くコア内に波長が短いほど減衰量が大きくなるドーパント部材を集中的に含有させることにより、波長差が少ない光信号の減衰量を同一にすることに有効な手段となる。
【００６４】
さらに、コア内の軸芯付近の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした構成にした径とコア径との比を調整することで、ＭＦＤの波長依存性を大きくして、例えば、波長が短いほど減衰量が大きくなるドーパント部材をコア内の中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした径内に集中的に含有させ、ドーパント部材の減衰量波長依存性を大きくすることにより波長の違いによる減衰量の差を大きくすることが可能となる。
【００６５】
また、コア内の軸芯付近の屈折率コアの中心部分の屈折率をコアの外周部分に比べ高くした径を除くコア内に波長が長いほど減衰量が大きくなるドーパント部材を集中的に含有させることにより、波長の違いによる光信号の減衰量の差を大きくしたい場合に、ＭＦＤを必要以上に小さくすることなく、かつドーパント濃度も必要以上に濃くせずに実現するのに極めて有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光減衰器の一実施例の構成を示し、図の上部には光減衰器の端面を表わされ、下部にはその側面から見た屈折率プロファイルが表わされている。
【図２】本発明の光減衰器をフェルールの中心に配置して使用する状態を示す図。
【図３】（ａ）、（ｂ）は各種ドーパントをパラメータとして波長と損失の関係を示すグラフ。
【図４】本発明の光減衰器中の光信号パワー分布を示す図。
【図５】本発明の光減衰器においてコアの軸芯付近の最大の屈折率とクラッド部分の屈折率の差をΔ1、コアの外周部分の最大の屈折率とクラッド部分の屈折率の差をΔ2としたとき屈折率差比Δ1／Δ2と１．５０μｍと１．６０μｍでの損失差との関係を示すグラフ。
【図６】本発明による光減衰器のコア中心部にコバルトＣｏを添加した場合の波長に対する減衰量を示す線図。
【図７】本発明による光減衰器の他の実施例の構成を示し、図の上部には光減衰器の端面を表わされ、下部にはその側面から見た屈折率プロファイルが表わされている。
【図８】コア全体にサマリウムＳｍを含有させた場合と、軸芯のみにサマリウムＳｍを含有させた場合の波長に対する減衰量を示す線図。
【図９】コア全体にコバルトＣｏを含有させた場合と、コアの外周のみにコバルトＣｏを含有させた場合の波長に対する、減衰量を示す線図。
【符号の説明】
５、５’・・・・・シングルモード光ファイバ
６、６’・・・・・コア
６a、６a’・・・・・コアの中心部分（センターコア）
（センター領域の軸芯に近い部分）
６b、６b’・・・・・コアの外周部（アウターコア）
（コアの外周に近い部分）
７、７’・・・・・ドーパント領域
９、９’・・・・・モードフィールド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical attenuator, and more particularly to an optical attenuator used for attenuating an optical signal by a certain amount in fields such as optical communication, optical measurement, and CATV system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical attenuator in which a constant optical attenuation dopant member is contained in an optical fiber is widely known.
[0003]
In the dopant member contained in this optical attenuator, the amount of attenuation of the optical attenuation characteristic of the transmitted light is variable depending on the wavelength of the optical signal, and therefore has a wavelength dependence. For example, 1.3 μm (short wavelength), 1. When optical signals with two different wavelengths of 5 μm (long wavelength) are input, it is almost the same by adjusting the mode field diameter of the optical fiber and limiting the dopant field for the mode field diameter in order to obtain almost the same attenuation. There are known optical attenuators in which the amount of attenuation is obtained and the wavelength dependency is reduced (Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-136736 and 136737).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, with the diversification of optical communication, an optical attenuator that obtains the same optical attenuation amount (eliminates wavelength dependency) even in a narrow wavelength range such as 1300 nm ± 50 nm or 1550 nm ± 50 nm with a narrow wavelength difference. On the other hand, when two different wavelength optical signals of 1.3 μm (short wavelength) and 1.5 μm (long wavelength) are input, the optical attenuation that makes the wavelength dependence of optical attenuation greater than before A vessel is also required.
[0005]
However, the optical attenuators disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. H8-136736 and H8-136737 have two wavelengths with different wavelengths such as 1.3 μm (short wavelength) and 1.5 μm (long wavelength). When an optical signal is input, it is effective because almost the same attenuation can be obtained. However, if the difference in wavelength is small, the same optical attenuation can be achieved only by limiting the dopant region and adjusting the mode field diameter. There is a problem that the wavelength cannot be obtained (the wavelength dependency is large).
[0006]
On the other hand, in the case where optical signals of two wavelengths, which are different from a short wavelength and a long wavelength, are input, in order to increase the wavelength dependence characteristics of the optical attenuation more than ever, for example, the light disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-136636 The attenuator may contain a dopant that greatly attenuates the optical signal as the wavelength of the optical signal is short, so that the mode field is viewed from the cross section of the optical fiber and shows a high concentration near the axis. the mode field viewed from the cross section of the optical fiber, as shown high concentrations in a portion close to the outer circumference, if the wavelength of the optical signal Re is contained dopant to greatly attenuate the longer optical signal theoretically can be achieved .
[0007]
Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-136737 can be realized theoretically by reversing the combination of the wavelength characteristics of the mode field diameter and the wavelength characteristics of the dopant member.
[0008]
However, if the dopant concentration is increased and the inclusion region relative to the mode field diameter is limited to a narrow range, the difference in light attenuation between the short wavelength and the long wavelength becomes large, but it can be contained in the optical fiber. There is a limit to the concentration of the dopant member, and if the concentration is too high, a product having stable characteristics as an optical fiber cannot be produced, and a material having a very narrow content area cannot be technically produced.
[0009]
The present invention has been made in view of such difficulties, and has a configuration of an optical attenuator in which the content range can be realized while keeping the content concentration of the dopant relatively low. An optical attenuator capable of making the optical attenuation constant for optical signals having different wavelengths, and secondly, in a state where each characteristic of the optical fiber is stabilized for optical signals having different wavelengths, and An object of the present invention is to provide an optical attenuator in which the dopant concentration and the contained region range are realistic and the difference in optical attenuation can be made as large as possible.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the optical attenuator of the present invention contains a dopant material that greatly attenuates transmitted light as the wavelength increases in a narrow wavelength range of 1300 nm ± 50 nm or 1550 nm ± 50 nm in a single mode optical fiber. there are limits to the content area to the center portion of the core, the refractive index profile of the central portion of the core and the graded index type as well as higher than the refractive index of the central portion of the core to the outer peripheral portion of the core, the wavelength range The optical attenuation is made constant for optical signals of different wavelengths . In this case, the wavelength-dependent characteristic of the transmitted light attenuation due to the length of the mode field diameter is increased by making the refractive index distribution of the dopant region a graded index type.
[0013]
With the configuration of this optical attenuator, the same optical attenuation can be obtained when an optical signal having two different wavelengths and a short wavelength and a small difference (1300 nm ± 50 nm) are input.
[0014]
The optical attenuator of the present invention contains a dopant material that attenuates transmitted light more greatly as the wavelength is shorter in a narrow wavelength range of 1300 nm ± 50 nm or 1550 nm ± 50 nm in a single mode optical fiber. , Limiting to the outer periphery of the core, the refractive index of the central portion not containing the core dopant is higher than that of the outer peripheral portion of the core, and the refractive index distribution of the central portion of the core is a graded index type, differing in the wavelength range The optical attenuation is made constant with respect to the optical signal having the wavelength . In this case, the refractive index profile of the central portion that does not contain the core dopant is a graded index type, thereby increasing the wavelength-dependent characteristics of the transmitted light attenuation due to the length of the mode field diameter.
[0015]
With the configuration of this optical attenuator, the same optical attenuation can be obtained when an optical signal having two different wavelengths and a long wavelength and a small difference (1550 nm ± 50 nm) are input.
[0016]
The optical attenuator of the present invention is an optical attenuator containing a dopant material that greatly attenuates transmitted light as the wavelength is shorter at different wavelengths of 1300 nm and 1550 nm in a single mode optical fiber, and the inclusion region is at the center of the core. The refractive index distribution of the central part of the core is made a graded index type, and the difference in optical attenuation with respect to the optical signals of different wavelengths is increased. The configuration is as large as possible . In this case, the refractive index profile of the central portion of the core is a graded index type, thereby increasing the wavelength dependence characteristics of transmitted light attenuation due to the length of the mode field diameter.
[0017]
With the configuration of this optical attenuator, an optical signal having two different wavelengths can be obtained in which the difference in transmitted light attenuation due to the difference in wavelength is as large as possible.
[0018]
The optical attenuator of the present invention contains a dopant material that attenuates transmitted light more greatly as the wavelength is longer at different wavelengths of 1300 nm and 1550 nm in a single mode optical fiber. The refractive index distribution in the central part of the core is a graded index type, and the difference in optical attenuation is made as large as possible with respect to optical signals of different wavelengths, depending on the length of the mode field diameter. The wavelength dependency of transmitted light attenuation is increased.
[0019]
The optical attenuator according to the present invention has a non-uniform distribution of concentration when a mode field that substantially contributes to optical signal transmission through a dopant region of a single mode optical fiber is viewed in the radial direction in the cross section of the optical fiber. As described above, a dopant whose transmitted light attenuation characteristic depends on the wavelength of the optical signal is included in the optical fiber, and the refractive index distribution in the central part of the core is made higher than the outer peripheral part of the core. Is a graded index type . In this case, the wavelength dependence of the transmitted light attenuation characteristic of the mode field diameter is increased by making the refractive index distribution of the central portion of the core a graded index type .
[0020]
With this optical attenuator configuration, the necessary attenuation characteristics can be obtained even if the narrowness of the dopant region and the dopant concentration are kept low.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the optical attenuator of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is an end view showing the configuration of the optical attenuator of the present invention. In the upper part of the figure, the end face of the optical attenuator is shown, and in the lower part, the refractive index profile viewed from the side face is shown. The optical fiber 5 is used by being arranged at the center of the ferrule 2 by the method shown in FIG. 2, for example. That is, the optical signal is received from one end, and a certain amount of optical signal is attenuated and output to the other end. The optical fiber 5 contains a dopant for attenuating the optical signal for that purpose.
[0023]
Here, in the optical attenuator of the present invention, the refractive index profile of the portion 6a (center core) close to the axis of the core 6 of the optical fiber 5 is refracted continuously from the graded index type (from the outer peripheral portion toward the center portion). The region 7 contains a high concentration of dopant. The dopant region 7 is hatched in the figure.
[0024]
In the single mode fiber, since the core diameter 2a2 is extremely small, the energy of the optical signal actually propagates out of the cladding 6 at the outer peripheral portion of the core 6 with the core 6 as the center. The range in which most of the energy is included is the mode field 9 portion that substantially contributes to optical signal transmission, and is quantitatively determined by the method described later using Equation 1. This is the same for both step index type fibers and graded index type fibers. In the optical fiber 5 shown in FIG. 1, the mode field 9 has a diameter of 2ω, the dopant region 7 has a diameter of 2a1, and the core 6 has a diameter of 2a2. Further, the difference between the maximum refractive index near the axis of the core 6 and the refractive index of the clad 8 part is Δ2, and the difference between the maximum refractive index of the outer peripheral part 6b (outer core) of the core 6 and the refractive index of the clad 8 part. It was expressed as Δ1.
[0025]
Here, the dopant contained in the optical fiber 5 for such optical signal attenuation will be described. 3A and 3B show the relationship between the wavelength and loss of various dopants. The vertical axis of the graph represents wavelength in nanometer [nm], and the vertical axis represents light attenuation in [dB / km]. Usually, a transition metal or a rare earth metal dopant is used for a communication optical fiber, and one or more of them may be used in combination. In FIG. 3A, (1) is manganese Mn, (2) is nickel Ni, (3) is chromium Cr, (4) is vanadium V, (5) is cobalt Co, (6) is iron Fe, 7 ▼ shows the characteristics of copper Cu. In FIG. 3B, (8) shows the characteristics of samarium Sm, and (9) shows the characteristics of thulium Tm.
[0026]
In the first embodiment of the optical attenuator of the present invention, a dopant that attenuates transmitted light to a greater extent as the wavelength of the optical signal is longer is used. If the wavelength used in this optical attenuator is, for example, about 1.5 μm to 1.6 μm, it can be seen that cobalt Co shown in (5) of FIG. 3A is suitable as a dopant.
[0027]
FIG. 4 shows an optical signal power distribution when such cobalt Co is used as a dopant and the dopant is contained in a region as shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis indicates output power, and the horizontal axis indicates the radial position of the fiber. K1 in FIG. 4 is a power distribution viewed in the radial direction when an optical signal having a wavelength of 1.50 μm is transmitted in the optical fiber. Curve K2 shows the power distribution for an optical signal of 1.60 μm.
[0028]
Table 1 shows the wavelength λ1 = 1.50 μm and λ2 = 1.60 μm for the fiber having the structure according to the first embodiment of the optical attenuator of the present invention shown in FIG. The difference in mode field diameter (hereinafter referred to as “MFD” ) corresponding to each wavelength λ1 and λ2 in each fiber when input is shown.
[0029]
[Table 1]

[0030]
This indicates that the fiber according to the present invention has a larger MFD difference (a greater wavelength dependency) due to a difference in wavelength.
[0031]
When cobalt Co is intensively contained in the core portion of the core, the longer the wavelength, the smaller the proportion of the portion affected by the attenuation as viewed from the overall signal energy.
[0032]
This indicates that the wavelength dependence of the light attenuation of the dopant member is canceled.
[0033]
As a result, when viewed as a whole, the optical signal and the long wavelength light signal of the difference is smaller shorter wavelength of the wavelength in this attenuator, both will be attenuated by the attenuation of the same degree.
[0034]
In the case of a conventional step index type fiber, if the design shows the same amount of attenuation as in the first embodiment, the wavelength dependence of the optical attenuation of MFD is small. However, as a result, the concentration of the dopant is increased, which causes a serious problem in manufacturing.
[0035]
A specific example is shown below with reference to Equation 1. Equation 1 is an explanatory diagram showing a method of calculating the attenuation α and the mode field diameter ω of the optical fiber.
[0036]
[Expression 1]

[0037]
As shown in Expression (1), the attenuation α of the optical signal in the optical fiber can be obtained from the power distribution P (r) in the radial direction of the optical signal and the concentration distribution of cobalt as the dopant. The mode field diameter ω can be obtained by equation (2).
[0038]
The ratio (a1 / a2) to the core diameter of the region in which the profile containing cobalt Co is the graded index type is close to the step index type regardless of whether it is too large or too small. It approaches the step index type. In addition, when the ratio (a1 / a2) is small, the wavelength dependence of the attenuation amount α is reduced by decreasing the dopant region of cobalt Co even if the wavelength dependence of the mode field diameter ω is small. There are problems such as an increased amount of addition and an increase in the number of steps. Here, the results using a1 / a2 = 0.5 are shown.
[0039]
In FIG. 5, the ratio Δ1 / Δ2 of the refractive index difference is plotted on the horizontal axis, and the loss (attenuation) difference between 1.50 μm and 1.60 μm is plotted on the vertical axis when the attenuation at 1.55 μm is 10 dB. The graph is shown. FIG. 5 shows that the larger the Δ1 / Δ2 is, the wider the attenuation difference between 1.50 μm and 1.60 μm. This value may cancel out the wavelength dependence of the attenuation amount of the dopant member.
[0040]
Table 2 shows the structural characteristics of the fiber of Δ1 / Δ2 = 0.75 having a small wavelength dependency shown in FIG. The reason why Δ1 / Δ2 is not 0.35 is that a practical fiber structure considering bending loss and the like is shown.
[0041]
FIG. 6 shows attenuation amounts with respect to the wavelengths of the fibers in Table 2. By adding cobalt Co to the core center of the optical attenuator and making the profile a graded index type, the wavelength dependence is reduced.
[0042]
[Table 2]

[0043]
In this sample, the concentration distribution of cobalt was set to be constant within a range in which cobalt Co was contained. The attenuation of the optical fiber was set to 10 dB / m. As a result, when a1 / a2 = 0.5, Δ1 / Δ2 = 0.35 and the wavelength dependency is lost. When a1 / a2 is increased, Δ1 / Δ2 is increased. When a1 / a2 is decreased, Δ1 / Δ2 is decreased to obtain a wavelength-independent optical attenuator.
[0044]
In the first embodiment, as the dopant, the longer the wavelength of the optical signal, the greater the attenuation of transmitted light is used for the portion 6a (center core) near the axis of the core 6 of the optical fiber 5. On the other hand, by changing the region containing the dopant, it is possible to use a material that greatly attenuates the transmitted light as the wavelength of the optical signal is shorter. For example, in the example of FIG. 3A, the vanadium V of (4) is mentioned.
[0045]
FIG. 7 shows a second embodiment of the optical attenuator according to the present invention which uses a light signal that greatly attenuates transmitted light as the wavelength of the optical signal is shorter. In this second embodiment, a dopant that attenuates the transmitted light more greatly as the wavelength of the optical signal is shorter is contained in the portion 6b (outer core) of the core 6 'excluding the diameter of the graded index type refractive index profile. Containing content region 7 '. In this case, the longer the optical signal whose power distribution spreads in the radial direction of the optical fiber 5 ′, the more affected by the dopant.
[0046]
As described above, in the optical attenuator of the present invention, the wavelength dependence of the mode fields 9 and 9 ′ that substantially contribute to the optical signal transmission of the single mode optical fiber is increased by controlling the refractive index profile, and the optical fiber 5 A wavelength within a certain range is selected by using a dopant whose transmission light attenuation characteristic depends on the wavelength of the optical signal by appropriately selecting the concentration distribution of the dopant when viewed in the cross section of the 5 ′

core

6 and 6 ′. The optical attenuation characteristics with respect to the optical signals can be adjusted almost equally. In the above embodiment, the dopant is contained only in the shaft core portion 6a of the core 6 or the peripheral portion 6b of the core 6. However, an appropriate concentration distribution may be provided. In addition, it is not necessary to obtain uniform characteristics for all optical signal wavelengths. For a range of optical signals, the content range is set so that a constant attenuation is obtained for each range. It is possible.
[0047]
In the case of the first and second embodiments, it is an effective configuration for obtaining substantially the same attenuation, particularly for a signal having a small difference in wavelength between two different input optical signals.
[0048]
Next, a third embodiment of the optical attenuator of the present invention will be described.
[0049]
The refractive index profile near the axis of the core of the single mode fiber is the same as that of the first and second embodiments described above.
[0050]
A different part is that the dopant member contained in the shaft core part contains a member that attenuates the transmitted light as the wavelength is shorter, for example, samarium Sm shown in (8) in FIG. By adjusting the ratio between the diameter of the portion where the rate is a graded index type and the core diameter, the wavelength dependency of the MFD is increased.
[0051]
FIG. 8 shows the attenuation with respect to the wavelength when samarium Sm is contained in the entire core and when only samarium Sm is contained in the shaft core. From the figure, the shaft core is between 1530 nm and 1550 nm. It can be seen that the amount of attenuation is larger when only samarium Sm is contained.
[0052]
In such a configuration, when two types of optical signals having different wavelengths are input, the shorter the wavelength, the greater the attenuation, but the center core diameter is made smaller than necessary and the dopant concentration is increased. Even without it, a large attenuation can be obtained.
[0053]
Therefore, this configuration is extremely effective when two types of optical signals having different wavelengths are input and it is desired to increase the difference between the attenuation amounts of these optical signals.
[0054]
Next, a fourth embodiment of the optical attenuator of the present invention will be described.
[0055]
The refractive index profile near the axis of the core of the single mode fiber is the same as that of the first and second embodiments described above.
[0056]
The different part is that the core part on the outer periphery of the diameter with the refractive index profile of the shaft core part having a graded index type is made to contain a member that attenuates transmitted light as the wavelength is longer, for example, cobalt Co. The wavelength dependence of MFD is increased by adjusting the ratio between the diameter of the portion of the refractive index of the graded index type and the core diameter.
[0057]
FIG. 9 shows the attenuation with respect to the wavelength when cobalt Co is contained in the entire core and when cobalt Co is contained only in the outer periphery of the core. From the figure, the core is between 1560 nm and 1570 nm. It can be seen that the amount of attenuation is larger when Co is contained only in the outer periphery of the film.
[0058]
With such a configuration, when two types of optical signals having different wavelengths are input, an optical signal with a longer wavelength is attenuated more greatly, but a large attenuation can be obtained without increasing the dopant concentration more than necessary. .
[0059]
Therefore, it can be seen that the configuration is extremely effective when two types of optical signals having different wavelengths are input and the difference between the attenuation amounts of these optical signals is to be increased.
[0060]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the optical attenuator of the present invention, the optical attenuator has a structure with an optical attenuator having a range in which the content range can be realized while keeping the content concentration of the dopant relatively low. It is possible to make the optical attenuation constant for different optical signals.
[0061]
Further, according to the optical attenuator of the present invention, with respect to optical signals having different wavelengths, the respective characteristics of the optical fiber are stabilized, the dopant concentration and the containing region range are realistic, and the optical attenuation amount is reduced. The difference can be made as large as possible.
[0062]
In particular, by adjusting the ratio of the higher to the diameter and the core diameter than the refractive index at the periphery of the core in the vicinity of the axis of the core, to increase the MFD of the wavelength dependence, for example, longer wavelength signals If the dopant member whose attenuation is increased is concentrated in the diameter in which the refractive index in the vicinity of the axial center in the core is higher than that of the outer peripheral portion of the core, and the wavelength dependence of the attenuation of the dopant member is offset, the wavelength It is possible to make the attenuation due to the difference in the same.
[0063]
In addition, the wavelength difference is small by intensively containing a dopant member in which the amount of attenuation increases as the wavelength is shorter in the core excluding the diameter in which the refractive index near the axis in the core is higher than that of the outer peripheral portion of the core. This is an effective means for making the attenuation of the optical signal the same.
[0064]
Furthermore, by adjusting the ratio of the diameter and the core diameter in which the refractive index near the axis in the core is higher than that of the outer peripheral portion of the core, the wavelength dependency of the MFD is increased. The shorter the wavelength, the more the dopant member whose attenuation becomes larger is concentrated in the diameter in which the refractive index of the central portion in the core is higher than that of the outer peripheral portion of the core, and the wavelength dependency of the dopant member is increased by increasing the wavelength dependency. It becomes possible to increase the difference in attenuation amount due to the difference in.
[0065]
In addition, a refractive index near the axial center in the core, except for a diameter where the refractive index of the central portion of the core is higher than that of the outer peripheral portion of the core, is included in the core in a concentrated manner so that a dopant member whose attenuation increases as the wavelength increases. Therefore, when it is desired to increase the difference in attenuation of the optical signal due to the difference in wavelength, it is an extremely effective means for realizing without reducing the MFD more than necessary and without increasing the dopant concentration more than necessary. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of an optical attenuator according to the present invention, in which an end face of the optical attenuator is shown at the top and a refractive index profile viewed from the side is shown at the bottom. Yes.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the optical attenuator of the present invention is used in the center of a ferrule.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing the relationship between wavelength and loss using various dopants as parameters. FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing an optical signal power distribution in the optical attenuator of the present invention.
FIG. 5 shows the difference between the maximum refractive index near the axis of the core and the refractive index of the cladding part in the optical attenuator of the present invention by Δ1, and the difference between the maximum refractive index of the outer peripheral part of the core and the refractive index of the cladding part. 6 is a graph showing a relationship between a refractive index difference ratio Δ1 / Δ2 and a loss difference at 1.50 μm and 1.60 μm when Δ2.
FIG. 6 is a diagram showing attenuation with respect to wavelength when cobalt Co is added to the core central portion of the optical attenuator according to the present invention.
FIG. 7 shows the configuration of another embodiment of an optical attenuator according to the present invention, in which the end face of the optical attenuator is shown at the top and the refractive index profile viewed from the side is shown at the bottom. ing.
FIG. 8 is a diagram showing attenuation with respect to wavelength when samarium Sm is contained in the entire core and when samarium Sm is contained only in the shaft core.
FIG. 9 is a diagram showing attenuation with respect to wavelength when cobalt Co is contained in the entire core and when cobalt Co is contained only in the outer periphery of the core.
[Explanation of symbols]
5, 5 '... Single mode optical fiber 6, 6' ...

Core

6a, 6a '... Core core (center core)
(Part near the center axis of the center area)
6b, 6b '... outer periphery of the core (outer core)
(Part near the outer periphery of the core)
7, 7 '... Dopant region 9, 9' ... Mode field

Claims

An optical attenuator containing a single mode optical fiber containing a dopant that attenuates transmitted light as the wavelength increases in a narrow wavelength range of 1300 nm ± 50 nm or 1550 nm ± 50 nm . The dopant region is limited to the center of the core. And the refractive index distribution of the central portion of the core is made a graded index type so that the optical signal with respect to optical signals having different wavelengths in the wavelength range can be transmitted. An optical attenuator characterized by a constant attenuation.

An optical attenuator containing a single-mode optical fiber containing a dopant that attenuates transmitted light as the wavelength is shorter in a narrow wavelength range of 1300 nm ± 50 nm or 1550 nm ± 50 nm . The dopant region is limited to the outer periphery of the core. And the refractive index distribution of the central portion of the core is made a graded index type, and the optical signal having a different wavelength in the wavelength range is made higher than that of the outer peripheral portion of the core. An optical attenuator characterized in that the amount of optical attenuation is made constant with respect to .

An optical attenuator containing a dopant that attenuates transmitted light as the wavelength is shorter at different wavelengths of 1300 nm and 1550 nm in a single-mode optical fiber, the dopant region being limited to the central portion of the core, The refractive index of the central portion is made higher than that of the outer peripheral portion of the core, and the refractive index distribution of the central portion of the core is made a graded index type so that the difference in optical attenuation is as much as possible with respect to optical signals of different wavelengths. An optical attenuator characterized by being made larger .

An optical attenuator containing a dopant that attenuates transmitted light as the wavelength is longer at different wavelengths of 1300 nm and 1550 nm in a single mode optical fiber, the dopant region being limited to the outer peripheral portion of the core, The refractive index of the central portion is made higher than that of the outer peripheral portion of the core, and the refractive index distribution of the central portion of the core is made a graded index type so that the difference in optical attenuation is as much as possible with respect to optical signals of different wavelengths. An optical attenuator characterized by being made larger .