JP5183508B2

JP5183508B2 - 対照光結合器

Info

Publication number: JP5183508B2
Application number: JP2009011342A
Authority: JP
Inventors: 真一青笹; 圭高榎本; 正樹和氣; 裕司東
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010169832A

Description

本発明は、曲げ損失特性に優れた光ファイバと、当該光ファイバを心線対照するための対照光結合器に関する。

近年光ファイバは、光ファイバ通信の急速な浸透に伴い、局内だけでなく一般の宅内まで普及しつつある。宅内では光コードを壁に沿って配線することにより急峻な曲げが発生し曲げ損失が増加し通信に影響を与える可能性があるため、光コードに内包される光ファイバとして、曲げ損失特性に優れるホールアシストファイバ（HAF: Hole Assisted Fiber）が採用されている。今後ホールアシストファイバのみならず他のホーリファイバについても、宅内だけでなく様々分野へ導入されることが期待されるが、高密度配線されたところでは個々の配線の判別が難しくなるため、所望の光ファイバを特定する心線対照技術が期待されている。

従来のシングルモードファイバでは信号波長帯より長波長の対照光を光ファイバに入力し、ファイバを湾曲させ、漏光する対照光をモニタすることで心線対照が可能である（非特許文献１参照）。しかしホーリファイバ（HAF, フォトニッククリスタルファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ）は曲げ損失が発生し難い構造のため対照光が漏光せず、心線対照が困難であった。同様の課題はホーリファイバだけでなくその他低曲げ損失の光ファイバにも存在すると思われる。

有居正仁，東裕司，榎本圭高，鈴木勝晶，荒木則幸，宇留野重則，渡邉常一，"拡大する光アクセス網を支える光媒体網運用技術，"NTT技術ジャーナル,vol.18,no.12,pp.58・61,2006.

以上のように、従来のシングルモードファイバでは信号波長帯より長波長の対照光を光ファイバに入力し、ファイバを湾曲させ、漏光する対照光をモニタすることで心線対照が可能であるが、ホーリファイバ（HAF, フォトニッククリスタルファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ）は曲げ損失が発生し難い構造のため対照光が漏光せず、心線対照が困難であった。同様の課題はホーリファイバだけでなくその他低曲げ損失の光ファイバにも存在すると思われる。

本発明は、ホーリファイバにおいて、（１）空孔の外側（フォトニックバンドギャップファイバの場合はフォトニックバンドギャップ形成域の外側）に少なくとも２つ以上の屈折率の異なるクラッド（外部クラッド）を配置し、外部クラッドに対照光を入力し、クラッドモード伝搬させること、もしくは（２）空孔の外側にコア（外部コア）を配置し対照光を入力することで、従来用いていた心線対照器を利用可能にする。

さらにコアを伝搬する信号光を一部分岐し、外部クラッドもしくは外部コアへ入力することで、対照光としての利用や信号の伝送状態のモニタも可能である。

また、クラッド径を細径化することで、機械的強度を改善することが可能となると同時に心線対照を行う際にファイバの湾曲を小さくしなくとも容易に所望パワーの漏光を得ることが可能である。ただし細径化しすぎると湾曲していない状態でも漏光が発生し、ファイバの外被覆等により減衰し対照光の到達距離が短くなる可能性があるので、対照光の導波構造も含めて注意深く検討する必要がある。

上記に述べた外部クラッドおよび外部コアを設置する手法は、半径10mmの丸棒に巻いた場合に、光ファイバのコアをシングルモード伝搬する光に対して1dB/巻き以下の曲げ損失である耐曲げ損失の強い充実型光ファイバにおいても適用可能である。

以上説明したように、本発明の光ファイバはホーリファイバ等の小径の曲げにおいても曲げ損失が殆ど発生しない光ファイバにおいて、空孔の外側に外部クラッドもしくは外部コアを設置した構造にすることで従来から用いられている曲げ損失による心線対照器を用いることが可能になる。さらに本発明の対照光用光源、対照光結合器を用いることで上記光ファイバとの光結合が低損失に行えるだけでなく、機能性に富んだ心線対照が可能である。上記では光ファイバで示したが光コードでの心線対照も可能である。

本発明の実施例{1}-{7}の光ファイバの構造および屈折率分布を示す図。本発明の実施例{8}-{12}の光ファイバの構造および屈折率分布を示す図。本発明の対照用光源および対照光結合器を示す図。故障率のクラッド径依存性を示す図。心線対照器の受光レベルの曲げ損失依存性を示す図。本発明の光ファイバの特性を示す図表。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の実施の形態を図１乃至図６に示す。

図１及び図２の{1}-{12}は、上段がファイバの断面構造、下段がファイバ動径方向（ファイバ断面方向）の屈折率分布を表している。{1}-{10}の空孔部分の屈折率分布は動径方向でガラス部分も含めた等価屈折率で表している。{8}-{10}の外部コアの部分の屈折率分布は、外部コアのみの屈折率分布を表している。信号光は主に断面中心にあるコア１（{1},{3}-{5},{7},{8}-{12}に該当）、もしくは空孔２で囲まれた領域（{2}に該当）、もしくはフォトニックバンドギャップに囲まれた空孔付近({6}に該当)をマルチモードもしくはシングルモード伝搬する。対照光は外部クラッドもしくは外部コアをマルチモードもしくはシングルモード伝搬する。

{1}はHAFの空孔の外側に外部クラッドを２層有している場合であり、対照光は第２外部クラッド４より屈折率が高い第１外部クラッド３（内側の外部クラッド）を主にマルチモード伝搬する。

{2}はフォトニッククリスタルファイバ(PCF)の空孔の外側に外部クラッドを有し、対照光は第２外部クラッドより屈折率が高い第１外部クラッド（内側の外部クラッド）を主にマルチモード伝搬する。

{3}は外部クラッドにトレンチ構造を有しており、第１外部クラッドを伝搬するクラッド伝搬光に対しても高い曲げ損失耐性を得ることが可能であり、比較的小径で曲げを発生させた時に対照光を得たい場合に有効である。

{4}は屈折率が円環状に高い外部クラッドを有し、該外部クラッドに対照光を入力し伝搬させる。円環状の伝搬領域や円環部の屈折率を最適化することで対照光の閉じ込めを強くし比較的長距離を伝搬させることが可能である。また中央のコアと距離が離れていることに加え、HAF構造により信号光と対照光が遮断されているため、信号光と対照光に同一波長を用いても干渉しないようにすることも可能である。

{5}は{4}の高屈折率外部クラッド層を２つ有することを特徴とする。内部側の高屈折率外部クラッド層と外部側の高屈折率外部クラッド層を異なる波長を用いることで、曲げ半径を小径化していく際に漏光し始める径を異径にすることも可能である。

{6}はフォトニックバンドギャップファイバへの適用形態である。対照光はフォトニックバンドギャップの外側の第１外部クラッドを主にマルチモード伝搬する。

{7}は、{1}の形態においてファイバ径を細径化した場合の形態である。細径化することで同一曲げ半径時の漏光量を増加させることが可能であり、さらに曲げに対する機械的強度の改善、省スペース化、原材料減少による低コスト化も期待できる。

図４はHAFを半径2mmの丸棒に１回転巻いた時のファイバの破断率（故障率）のクラッド径依存性の実験結果を表した図である。図から分かるように100μm付近から急速に故障率が減少しており、100μm以下のクラッド径にするのが望ましい。しかしHAFには空孔があるため50μm付近でHAFの製造不能域となるため、クラッド径を50〜100μmに設定するのが望ましい。

{8}は外部コアを１つ有することを特徴とする。シングルモード伝搬することが可能であり、長距離伝搬に適する。また外部コアが１つの場合、心線対照を行う際に曲げ方向が重要となるが、ファイバ長手方向に沿ってマーキングしたり、ファイバの外被覆断面形状を非円化することで、容易に判別が可能となる。

{9}は{8}の外部コアを４つ、ファイバ断面の中心対象に配した場合の実施形態である。４方向から心線対照可能であり、{8}で示したマーキング等の手段を使用しなくとも心線対照が可能となる。

{10}は{8}の外部コアを多数配した実施形態である。外部コア同士がある程度近接していれば長手方向で伝搬するに従い分波する可能性（導波路のファイバ長手方向のランダム性の影響も含む）がある。従って、１つの外部コアから光を入力しても分波して全ての外部コアへ拡散していくため、光源から外部コアへ結合する際に１つ外部コアのみに結合すればよく、同時にシングルモードによる長距離伝搬も可能となる。

{11}は、中央部に閉じ込めが強く高い耐曲げ損失性を有するトレンチ構造有する光ファイバにおいて、外縁部側に円環状の屈折率が高い外部クラッド層を有する実施形態である。本例のトレンチ構造は中央のコアを1550nmの信号光を伝搬させた場合に、半径:5mmで0.1dB/turnの曲げ損失がありHAF構造ほどの耐曲げ損失特性は得られないが、傾向的には{4}と同様の効果を得ることが可能である。

{12}は、{11}において円環状の高屈折率域の代わりに多数の外部コアを配した実施形態である。HAF構造ほどの耐曲げ損失特性は得られないが、傾向的には{10}と同様の効果を得ることが可能である。

図３に対照用光源および対照光結合器を示す。

{a}では対照光結合器が対照光ファイバのファイバ断面全体に対照光を入力する構造となっている。{b}はラッパ型の対照光結合器で所望の外部クラッドもしくは外部コアへ対照光を入力可能であり、{a}と比較し、効率的に対照光を入力することが出来る。{c}は外部クラッドもしくは外部コアへ単心型の光ファイバで入力する方法である。特に外部コアの場合、モードフィールド径を一致させることで接続による損失を最小限に抑えることが可能である。

{d}はレンズを用いた光結合法であり、低損失での光結合が可能である。{e}はフレネルレンズを用いた手法であり、外部クラッド及び外部コアへ低損失で光結合可能である。

{f}はファイバ動径方向に４つ分岐された対照光結合器を有し、外部クラッドや外部コアが複数ある場合に有効である。{g}は信号光を分岐する信号光分岐部を対照光結合器内に有し、分岐した信号光の一部のパワーを外部クラッド及び外部コアに入力可能な構造になっている。信号の一部（通信に影響しない範囲）を外部クラッド及び外部コアに入力し対照光として用いることで、通信中に心線対照が可能になると同時に伝送信号をモニタすることも可能である。{h}は対照光を光ファイバの側面から入力する形態である。これも通信中に心線対照が可能となる。

また信号光と対照光で同一波長を用いる場合において、{4}{5}{8}{9}{10}等は信号光及び対照光は空孔によって光学的に分離されているため同一波長であっても干渉を回避することができる。

対照光用光源としては、He-Neレーザ、半導体レーザ、LED、ハロゲンランプ等の可視域から赤外域までの各種光源を利用可能である。可視波長の場合に目視での心線対照も可能である。また対照用光源を対照光結合器に組み込むことも可能である。

また心線対照器は半径10mm程度の曲げを加えることで漏光を発生させる。図５はシングルモード光ファイバにおいて1650nmの対照光を用いた場合の心線対照器の受光レベル曲げ損失依存性の一例で図である。曲げ損失1dB/trunで心線対照可能な最小受光レベルとなっており、対照光に対する曲げ損失を1dB/turn以上にするのが望ましい。もちろん信号光に対する曲げ損失を少なくとも1dB/turn以下に小さくすべきことは言うまでもない。

図６に上記の技術を組み合わせた詳細な実施例の図表を示す。図１で示した各種ファイバと図２で示した対照光用光源、対照光結合器を組み合わせた実施例である。この図表には信号波長、対照光用光源（対照光波長含む）、対照光に対する曲げ損失が1dB/turnとなる巻き半径、対照光結合器と光ファイバの対照光に対する接続損失、対照光が図１で指示の伝搬域を伝送した場合の外部クラッドもしくは外部コアの伝搬損失の結果を示す。その結果、いずれも心線対照可能なファイバ特性が得られている。また本実施例では、空孔数が６穴の場合を中心に記載されているが、それ以外の空孔数でも同様の効果が得られる。さらに本実施例に示した結果は、限られた条件での結果であり、本発明の範囲はこれらの結果に制約されるものではない。

尚、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…コア、２…空孔、３…第１外部クラッド、４…第２外部クラッド。

Claims

ファイバ断面の中心に対して空孔の外側に少なくとも２つ以上のクラッド（外部クラッドと定義）を有し、前記空孔に近い外部クラッドとその１層外側の外部クラッドとの間に屈折率のトレンチ構造を有するホーリファイバに対して、対照光を前記外部クラッドに光結合する手段を備えることを特徴とする対照光結合器。
前記対照光を発生する光源を備えることを特徴とする請求項１記載の対照光結合器。
前記対照光として信号光の一部を前記外部クラッドに光結合することを特徴とする請求項１記載の対照光結合器。