JP5597005B2 - 光ファイバ型光学フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ型光学フィルタ、特に、フォトニックバンドギャップファイバを用いた光ファイバ型光学フィルタに関するものである。

ＰＢＧＦ（フォトニックバンドギャップファイバ）は、光の導波方向に垂直な断面における屈折率分布が、２次元的な周期性を有するクラッド部を備えた光ファイバである。この屈折率分布の周期構造によってフォトニックバンドギャップが形成され、周期構造に対応した特定波長の光をコア部に閉じ込めたり、あるいは逆にコア部から特定波長の光を取り除いたりするなど、選択的な波長特性を実現することができる。ＰＢＧＦのこのような特性を利用することにより光フィルタ（光ファイバ型光学フィルタ）を実現することができる。

また、従来のＰＢＧＦには、大きく分けてホーリーファイバ型とソリッド型との２種類が存在する。

ホーリーファイバ型のＰＢＧＦにおいては、その周期構造を、複数の空孔の配置により実現させる。一方、ソリッド型のＰＢＧＦにおいては、その周期構造を、複数の高屈折率部（基材である石英よりも屈折率の高い部分）の配置により実現させる。特にコア部の屈折率が高く、コア部に導波構造を持つソリッド型のＰＢＧＦの場合、その周期構造に対応した特定の波長の光をコア部から取り除く光フィルタを作製することができる。

特許文献１〜６には、このような従来のＰＢＧＦに関する技術が開示されている。特に特許文献６には、従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタを光増幅用ファイバとして利用する技術が開示されている。

特開２０００−３５５２１号公報（２０００年２月２日公開） 米国公開第２００４−１７５０８４号公報（２００４年９月９日公開） 国際公開２００３／０１９２５７号パンフレット（２００３年３月６日公開） 米国特許第６８４５２０４号明細書（２００５年１月１８日特許） 特開昭５６−１２８９０４号公報（１９８１年１０月８日公開） 国際公開第２００７／０５７０２４号パンフレット（２００７年５月２４日公開）

ところで、ソリッド型のＰＢＧＦにおいては、コア部に光強度が偏在する導波モードと、クラッド部の高屈折率部に光強度が存在する導波モードとのモード結合により、コア部を導波する光が、クラッド部の高屈折率部に移るため、コア部を導波する光の強度は、導波方向への伝播にしたがって徐々に減衰する。ここでは、このコア部の光が減衰する波長域を阻止帯域（または、透過損失させる光の波長域である阻止帯域）と呼ぶ。しかし、入射側の端部から特定の長さだけ導波すると、クラッド部の高屈折率部にも所定の強度の光が存在することになるため、コア部からクラッド部の高屈折率部に結合する光の強度と、クラッド部の高屈折率部からコア部に結合する光の強度とが均衡し、コア部を導波する光の強度は、長さに拠らず、一定となる。

従って、上記特許文献１〜６に開示されたＰＢＧＦをそのまま用いて光ファイバ型光学フィルタを作製し、ＰＢＧＦ全体の長さを長くしたとしても、コア部の阻止帯域の光の透過損失が飽和してしまい、波長選択性が高い光フィルタを得ることは困難であるという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コア部を導波する阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることが可能な光ファイバ型光学フィルタを提供することにある。

本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記課題を解決するために、入射させる光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部とを含み、前記クラッド部の基材よりも高い屈折率を有し、前記導波方向に延在する複数の高屈折率部が前記クラッド部に周期的に形成された、２つのファイバ領域と、前記２つのファイバ領域のいずれか一方における前記クラッド部の前記高屈折率部に光強度が存在する導波モードを放射モードに結合させる光損失領域とを備え、前記光損失領域は、前記２つのファイバ領域の互いに対向する端面の間に設けられていることを特徴とする。

前記構成によれば、２つのファイバ領域のそれぞれは、いわゆるソリッド型のＰＢＧＦ（フォトニックバンドギャップファイバ）を構成する領域である。

ところで、ソリッド型のＰＢＧＦにおいては、コア部に光強度が偏在する導波モードと、クラッド部の高屈折率部に光強度が存在する導波モードとのモード結合（モード結合が生じる波長は、ＰＢＧＦの屈折率分布の周期性によって決まる）により、コア部を導波する光が、クラッド部の高屈折率部に移るため、コア部を導波する光の強度は、導波方向への伝播にしたがって徐々に減衰する。ここでは、このコア部の光が減衰する波長域を阻止帯域と呼ぶ。

よって、入射側の一方のファイバ領域のコア部を導波する光は、入射直後は、導波方向への伝播にしたがって徐々に減衰するが、入射側の端部から特定の導波長だけ導波すると、クラッド部の高屈折率部にも所定の強度の光が存在することになるため、コア部からクラッド部の高屈折率部に結合する光の強度と、クラッド部の高屈折率部からコア部に結合する光の強度とが均衡し、コア部を導波する光の強度は、長さに拠らず、一定となる。このため、コア部を導波する阻止帯域内の光の透過損失は飽和してしまう。

そこで、本発明の光ファイバ型光学フィルタでは、光損失領域が、２つのファイバ領域の互いに対向する端面の間に設けられている構成を採用している。

２つのファイバ領域の間にこのような光損失領域を設けると、入射側の一方のファイバ領域においてクラッド部の高屈折率部を導波していた光が光損失領域にて損失される。

よって、阻止帯域内の光が入射側の一方のファイバ領域から光損失領域へ入射した後は、クラッド部からコア部に結合する光の強度と、コア部からクラッド部へ結合する光の強度との均衡が崩れる。このため、阻止帯域内の光が光損失領域から、他方のファイバ領域へ入射した直後は、クラッド部の高屈折率部の光の強度が小さくなっているため、新たにコア部から高屈折率部に結合する光が生じる。これにより、結果的に他方のファイバ領域におけるコア部を導波する光の光強度がさらに小さくなる。すなわち、コア部を導波する阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることができる。

以上より、コア部を導波する阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタの光損失領域は、前記導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部を取り囲むクラッド部とを含む光ファイバで構成された領域であって、少なくとも前記クラッド部の屈折率分布が前記２つのファイバ領域とは異なる光ファイバにより構成されている領域であっても良い。

また、光損失領域は、前記導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部を取り囲むクラッド部とを含み、前記クラッド部の基材よりも高い屈折率を有し、前記導波方向に延在する複数の高屈折率部が前記クラッド部に周期的に形成された光ファイバから構成された領域であって、前記クラッド部の構成媒質が変質した領域であっても良い。

また、光損失領域を構成する光ファイバは、前記クラッド部の屈折率分布が均一な光ファイバであっても良い。

光損失領域を、前記各領域とした場合、又は光損失領域を構成する光ファイバを、前記光ファイバとした場合、導波方向に対する光損失領域の長さを調整できるので、より阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタの光損失領域は、前記２つのファイバ領域の互いに対向する端面が融着された領域であっても良い。

光損失領域を、前記端面が融着された領域とした場合は、融着された領域の導波方向に対する厚み（長さ）は適宜調整できるものではないので、その厚みには限度があり、透過損失の向上には限度があるが、従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタよりも透過損失を大きくすることは可能である。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記光損失領域を構成する光ファイバは、前記クラッド部の周囲を取り取り囲み、当該クラッド部の基材以上の屈折率を有する被覆部を更に含んでいても良い。

このような被覆部がある場合、光損失領域におけるクラッド部を導波する光は、被覆部へ漏れるため、より阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記被覆部の前記導波方向の長さが、４０ｍｍ以上であっても良い。

光損失領域の周囲に形成された被覆部の長さが、４０ｍｍ以上であれば、クラッド部を導波する光の大部分を放射光として損失させることができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記光損失領域を構成する光ファイバにおいて、透過損失させる光の波長域である阻止帯域外での所定波長における、前記コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径と、前記２つのファイバ領域の一方において、前記コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径が等しいことが好ましい。

ここで、一般に、ＭＦＤ（mode field diameter）は、コア部を導波する導波モードの電界分布の直径を表す。

前記構成によれば、光ファイバ型光学フィルタを導波する光のうち阻止帯域以外の光は、コア部に光強度が偏在する導波モードとして光ファイバ型光学フィルタ中を導波しているため、光損失領域を構成する光ファイバにおいて、透過損失させる光の波長域である阻止帯域外での所定波長（コア部を導波させたい光の波長）における、コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径と、２つのファイバ領域の一方において、コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径を等しくすることで、２つのファイバ領域の一方と光損失領域との接続部で、阻止帯域以外の光の損失を低減することができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記２つのファイバ領域の光ファイバ構造が同一であっても良い。

これにより、異なる構造の周期構造領域をもつ光ファイバを用いることなく、阻止帯域において、大きな透過損失を得ることができる。

また、前記構成に加えて、本発明の光ファイバ型光学フィルタは、前記２つのファイバ領域の一方における前記光損失領域と異なる側の一端から当該光損失領域までの長さが、飽和長以上であることが好ましい。

なお、飽和長は、２つのファイバ領域の一方における前記コア部を導波する光が導波を開始してから、当該コア部から前記高屈折率部に結合する光の強度と前記高屈折率部から前記コア部に結合する光の強度とが均衡するまでの距離である。

前記構成によれば、コア部から高屈折率部に結合する光の強度と、高屈折率部からコア部に結合する光の強度とが均衡する途中で、クラッド部を導波する光が光損失領域に到達することを回避できるので、より阻止帯域内の光の損失を大きくすることができる。

本発明の光ファイバ型光学フィルタは、以上のように、入射させる光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部とを含み、前記クラッド部の基材よりも高い屈折率を有し、前記導波方向に延在する複数の高屈折率部が前記クラッド部に周期的に形成された、２つのファイバ領域と、前記２つのファイバ領域のいずれか一方における前記クラッド部の前記高屈折率部に光強度が存在する導波モードを放射モードに結合させる光損失領域とを備え、前記光損失領域は、前記２つのファイバ領域の互いに対向する端面の間に設けられているものである。

それゆえ、コア部を導波する阻止帯域内の光の透過損失を大きくすることができる。

本発明の一実施形態である光ファイバ型光学フィルタの基本構造を示す斜視図及び入射される光の導波方向に直交する断面の断面図である。 （ａ）は、前記光ファイバ型光学フィルタに関し、２つのＰＢＦＧの互いに対向する端面同士が融着された領域が光損失領域である形態を示す模式図であり、（ｂ）は、クラッド部の屈折率分布が均一な、通常の光ファイバが挿入された領域が光損失領域である形態を示す模式図である。 光ファイバ型光学フィルタの透過損失を測定するための実験系の構成を示す模式図である。 従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタの構成を示す模式図である。 長さが異なる２つの従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタのそれぞれの透過損失の測定結果を示すグラフである。 （ａ）は、前記実験系のうち、従来のＰＢＧＦを用いた比較例の光ファイバ型光学フィルタを測定する場合の実験の様子を示す模式図であり、（ｂ）は、前記２つのＰＢＦＧの互いに対向する端面同士が融着された領域が光損失領域である場合の実験の様子を示す模式図であり、（ｃ）は、前記クラッド部の屈折率分布が均一な、通常の光ファイバが挿入された領域が光損失領域である場合の実験の様子を示す模式図である。 前記図６（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの場合における透過損失の測定結果を示すグラフである。 前記光ファイバ型光学フィルタに関し、挿入された前記クラッド部の屈折率分布が均一な、通常の光ファイバの被覆長と透過率の変化との関係を示すグラフである。 前記光ファイバ型光学フィルタに関し、ＰＢＧＦ長と透過率との関係を示すグラフである。 （ａ）は、従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタの構成を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の前記光ファイバ型光学フィルタに関し、ＰＢＧＦの構成媒質が変質した領域が光損失領域である形態の光ファイバ型光学フィルタの構成を示す模式図である。 （ａ）は、図１０（ａ）に示す光ファイバ型光学フィルタのＡ−Ａ’断面の屈折率分布を示すグラフであり、（ｂ）は、前記光ファイバ型光学フィルタにおける高屈折率部の周囲の屈折率分布のみを変化させた場合のＡ−Ａ’断面の屈折率分布を示すグラフであり、（ｃ）は、高屈折率部の周囲、コア部及びコア部の周囲の屈折率分布を変化させた場合のＡ−Ａ’断面の屈折率分布を示すグラフである。

本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。以下の特定の項目で説明すること以外の構成は、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明する構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

〔１．光ファイバ型光学フィルタの基本構造及びその製造方法〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態である光ファイバ型光学フィルタの基本構造（光ファイバ型光学フィルタ１０）について説明する。

図１は、光ファイバ型光学フィルタ１０の構造を示す斜視図、及び入射される光の導波方向（図１の左下側から右上側に向かう方向）に直交する断面の断面図である。

光ファイバ型光学フィルタ１０は、図１に示すように、前記断面が円形状で前記導波方向に延在するコア部１１と、前記断面がほぼ円環状で前記導波方向に沿って延在し、コア部１１の周囲を取り囲むクラッド部１２とを含む基本構造を備える。

また、光ファイバ型光学フィルタ１０は、前記導波方向に沿って、２つのファイバ領域である第１ＰＢＧＦ領域（ファイバ領域）１５ａ、光消失領域１６、及び第２ＰＢＧＦ領域（ファイバ領域）１５ｂの３つの領域に分かれている。なお、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂのそれぞれは、いわゆるソリッド型のＰＢＧＦを構成する領域である。

本実施形態では、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、光消失領域１６、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂのそれぞれにおけるコア部１１は、主として石英（二酸化珪素：ＳｉＯ_２）により構成され、高屈折率とするために、ゲルマニウム（Ｇｅ）をドープして、石英との比屈折率差を実現している。なお、ドーパントは、ゲルマニウムに限られない。

次に、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂにおけるクラッド部１２は、前記導波方向に延在してロッド間隔（所定の間隔）ｌで周期的に配列された複数の高屈折率のロッド（高屈折率部）１３と、前記導波方向に延在して複数のロッド１３間の隙間を埋める低屈折率の背景媒質（基材）１４とを含む。クラッド部１２の断面の屈折率分布は、複数のロッド１３と背景媒質１４とによって周期的に変化し、フォトニックバンドギャップを形成している。

これにより、周期構造に対応した特定波長の光をコア部１１に閉じ込めたり、あるいは逆にコア部１１から特定波長の光を取り除いたりするなど、選択的な波長特性を実現することができる。第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂのこのような特性を利用することにより光フィルタ（光ファイバ型光学フィルタ）を実現することができる。なお、ロッド１３のロッド径ｄ３や、ロッド間隔ｌは、光ファイバ型光学フィルタ１０が、所望のフィルタ特性を得るために適宜設計する値である。

第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂに形成されたこの周期構造により、コア部１１を導波する光のうち、この周期構造に対応した特定の波長の光〔以下、阻止帯域波長光（光）Ｐ０と称する〕をコア部１１から取り除くことができる。なお、以下、煩雑さを避けるため、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び／又は、第２ＰＢＧＦ領域１５ｂを、単にＰＢＧＦと称する場合がある。また、ここでは、このコア部１１を導波する光が減衰する波長域を阻止帯域（または、透過損失させる光の波長域である阻止帯域）と呼ぶ。

また、光損失領域１６は、端面同士が互いに対向するように配置された第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂの間に存在している。なお、ファイバ型光学フィルタ１０が３以上のＰＢＧＦ領域を含む場合は、互いに隣接するＰＢＧＦの間の各々に光損失領域１６が配置される。

次に、本実施形態では、ロッド１３の構成材料は、コア部１１とほぼ同一であり、その屈折率は、コア部１１の屈折率とほぼ同一の屈折率か、又は、コア部１１の屈折率よりも高い屈折率である。また、背景媒質１４は、無添加の石英により構成され、その屈折率は、石英と同一である。なお、背景媒質１４の屈折率をより低くするために石英にフッ素（Ｆ）をドープしても良い。なお、このようなドーパントは、フッ素に限られない。

また、上述したように、コア部１１及びクラッド部１２（高屈折率部１３を含む）の基材（又は母材）は、石英であるが、基材は、石英に限られない。

次に、複数のロッド１３の周期的な配列は、前記断面に対して、３本のロッド１３が正三角形の頂点に配置される三角格子を単位とし、複数のロッド１３全体は、六角形を形成するように配列されている。なお、複数のロッド１３の周期的な配列は、フォトニックバンドギャップ構造を実現するものであれば良く、このような配列に限られない。

なお、コア径ｄ１及びコア部１１の屈折率は、使用する波長領域においてシングルモード伝送を実現するように選定することが望ましい。これは、コア部１１を導波するモードが複数あると、得られるフィルタ特性が複雑になり、制御が困難になるためである。ただし、所望のフィルタ特性を得られるのであれば、コア径ｄ１及びコア部１１の屈折率は、これに限定されるものではない。

次に、光損失領域１６外での使用波長、すなわち、阻止帯域外（コア部を伝播させたい光＜信号光＞）での使用波長において、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、又は第２ＰＢＧＦ領域１５ｂにおけるコア部１１に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径（ＭＦＤ：mode field diameter）と、光損失領域１６におけるコア部１１に光強度が偏在する導波モードのＭＦＤが等しいことが望ましい。

ここで、一般に、ＭＦＤは、コア部を導波する導波モードの電界分布の直径を表す。

光ファイバ型光学フィルタ１０を導波する光のうち阻止帯域以外の光は、コア部１１に光強度が偏在する導波モードとして光ファイバ型光学フィルタ１０中を導波している。このため、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、又は第２ＰＢＧＦ領域１５ｂのコア部１１に光強度が偏在する導波モードのＭＦＤと、光損失領域１６のコア部１１に光強度が偏在する導波モードのＭＦＤを等しくすることで、第１ＰＢＧＦ領域１５ａ、又は第２ＰＢＧＦ領域１５ｂと光損失領域１６との界面において生じる、阻止帯域以外の光（光ファイバ型光学フィルタ１０から取り出したい信号光）の損失を低減することができる。

なお、光損失領域１６が存在しない従来のＰＢＧＦは、公知の方法、例えば、特開2007-304336に記載の方法などによって作製することができる。

〔２．光損失領域１６の具体例（その１）〕
次に、図２（ａ）及び（ｂ）に基づき、光損失領域１６の具体例について説明する。

図２（ａ）は、２つのＰＢＦＧの互いに対向する端面同士が融着された領域が光損失領域１６である形態（光ファイバ型光学フィルタ２０）の構造を示す模式図であり、図２（ｂ）は、クラッド部の屈折率分布が均一な、通常の光ファイバが挿入された領域が光損失領域１６である形態（光ファイバ型光学フィルタ３０）の構造を示す模式図である。

まず、図２（ａ）に示す光ファイバ型光学フィルタ２０は、上述したＰＢＧＦを少なくとも２本用意し、ＰＢＧＦの端面同士を融着して融着部（光損失領域）１６ａを形成することによって得られる。

光ファイバ型光学フィルタ２０のように、光損失領域１６を融着部１６ａとした場合は、融着部１６ａにおけるロッド１３での不整合により、ロッド導波光Ｐ２の一部は、放射光となる。

なお、融着部１６ａの導波方向に対する厚み（長さ）は適宜調整できるものではないので、その厚みには限度があり、透過損失の向上には限度があるが、後述の測定結果が示すように、従来のＰＢＧＦを用いた光ファイバ型光学フィルタよりも透過損失を大きくすることは可能である。

一方、図２（ｂ）に示す光ファイバ型光学フィルタ３０は、上述したＰＢＧＦを少なくとも２本用意し、ＰＢＧＦ同士の間にクラッド部の屈折率分布が均一な（ＰＢＧＦでない）、通常の光ファイバを挿入して融着し、ファイバ挿入部１６ｂを形成することなどにより作製できる。

光ファイバ型光学フィルタ３０のように光損失領域１６を、ファイバ挿入部１６ｂとした場合は、クラッド部１２の延在方向に対するファイバ挿入部１６ｂの長さを調整できるので、充分な長さとすれば、後述の測定結果が示すように、ロッド導波光Ｐ２の大部分が放射光となる。

以上のように、光ファイバ型光学フィルタ２０及び３０によれば、ロッド導波光Ｐ２が損失するため、阻止帯域波長光Ｐ０の透過損失を大きくすることができる。

〔３．従来のＰＢＧＦの透過損失飽和特性〕
次に、図３〜５に基づき、従来のＰＢＧＦの透過損失飽和特性について説明する。

図３は、透過損失飽和特性を測定するための実験系の一例である。

図３に示した実験系において、光スイッチ２の出力ポート、及び、光スイッチ３の入力ポートをＤＵＴ（Device Under Test）ポートに切り替えた場合、白色光源１からの光は、測定対象ファイバを通って光スペクトラムアナライザ４に入射する。逆に、光スイッチ２の出力ポート、及び、光スイッチ３の入力ポートをリファレンスポートに切り替えた場合、白色光源１からの光は、リファレンスファイバを通って光スペクトラムアナライザ４に入射する。ここでは、前者の場合と後者の場合とにおいて、光スペクトラムアナライザ４により得られた測定結果の差分を取ることで、測定対象ファイバの透過損失を求めた。

また、比較例のＰＢＧＦとしては、波長１３００ｎｍ付近に光損失特性を持つ設計としたＰＢＧＦ１００を用いた。具体的には、コア部の直径（コア径ｄ１）＝６μｍ、コア部の石英に対する比屈折率（Δｃｏｒｅ）＝０．７％、クラッド部の高屈折率部の周期（ロッド間隔ｌ）＝７．８μｍ、クラッド部の高屈折率部の直径（クラッド径ｄ３）＝４．５μｍ、クラッド部の高屈折率部の比屈折率＝２．６％である。ＰＢＧＦ１００の長さは、約２ｍのものと、約１０ｍのものを用いた。なお、ＰＢＧＦ１００全体は、単一のＰＢＧＦで構成されている（ＰＢＧＦ領域１５）。

以上の実験系を用いて、白色光源１からの光をＰＢＧＦ１００に透過させて光スペクトラムアナライザ４で測定を行った。

図５にＰＢＧＦ１００の長さが約２ｍの場合と、約１０ｍの場合の透過スペクトル（波長と透過率との関係）を示す。

図５に示す測定結果では、波長帯域約１１００ｎｍ〜１４００ｎｍの光の透過損失が大きくなっている。このことは、ＰＢＧＦ１００により、選択的に所定の波長の光をフィルタリングすることができることを示している。

また、実験に用いたＰＢＧＦ１００は、約２ｍと、約１０ｍで長さが約５倍異なっているのにも関わらず、透過損失は、約１．５倍しか異なっておらず、明らかな飽和傾向が確認できる。

次に、図４に基づき、このような飽和傾向が生じる理由について説明する。図４は、ＰＢＧＦ１００を用いた従来の光ファイバ型光学フィルタの構成を示す模式図である。

図４に示すようにＰＢＧＦ１００のコア部１１を導波してきた阻止帯域波長光Ｐ０がＰＢＧＦ１００に入ると、一部の光が、コア部１１の周囲のロッド１３に結合してロッド導波光（光）Ｐ２（ロッド導波光Ｐ２の波長は、ＰＢＦＧ１００のクラッド部１２の屈折率分布の周期性によって決まる）となる。なお、このとき、コア部１１に残存する光をコア部導波光（光）Ｐ１と称する。

コア部１１を導波する阻止帯域波長光Ｐ０は、入射直後は、導波方向への伝播にしたがって徐々に減衰する。しかし、入射側の端部から特定の長さだけ導波すると、クラッド部１２のロッド１３にも所定の強度の光が存在することになるため、コア部１１からクラッド部１２のロッド１３に結合する光の強度と、クラッド部１２のロッド１３からコア部１１に結合する光の強度とが均衡し（又は平衡状態に達し）、コア部１１を導波する光の強度は、長さに拠らず、一定となる。よって、コア部１１を導波する阻止帯域波長光Ｐ０の透過損失は飽和してしまう。

この様な特性を示す例として、図９には、ＰＢＧＦ全体の長さ（以下、ＰＢＧＦ長と称する）と透過率との関係を示している。図９に示すように、ロッド１３への結合による透過率低減は、約２ｍ導波するとほぼ飽和状態となることが確認された。

〔４．光ファイバ型光学フィルタ２０及び３０のフィルタ特性〕
次に、図４に示すＰＢＧＦ１００、並びに、図２（ａ）及び（ｂ）に示す光ファイバ型光学フィルタ２０及び３０のフィルタ特性を確認するために、上述した実験系を用いて図６（ａ）〜（ｃ）に示す各条件で透過損失の実験を行った。

図６（ａ）は、上記実験系のうち、従来のＰＢＧＦ（ＰＢＧＦ１００）を用いた比較例の光ファイバ型光学フィルタを測定する場合の実験の様子を示す模式図である。

また、図６（ｂ）は、光ファイバ型光学フィルタ２０の実験の様子を示す模式図であり、「×」で示した部分が融着部１６ａである。

一方、図６（ｃ）は、光ファイバ型光学フィルタ３０の実験の様子を示す模式図であり、２重の「×」の間の部分が、ファイバ挿入部１６ｂである。

なお、光ファイバ型光学フィルタ２０及び３０のＰＢＧＦとしてＰＢＧＦ１００を用いた。

次に、図７に基づき、図６（ａ）〜（ｃ）に示す各条件での測定結果について説明する。図７は、図６（ａ）〜（ｃ）に示す各条件での透過損失（波長と透過率との関係）を示すグラフである。図７の実線（四角マークつきの線）は、比較例、破線（三角マークつきの線）は、光ファイバ型光学フィルタ２０、一点鎖線（黒丸マークつきの線）は、光ファイバ型光学フィルタ３０の測定結果である。

図７の破線に示すように、光ファイバ型光学フィルタ２０では、融着部１６ａにおいてロッド導波光Ｐ２の一部が放射され、透過損失が、比較例のＰＢＧＦに対して５ｄＢ程度増加することが確認できた。ここで、融着する際に、一方のＰＢＧＦ対して他方のＰＢＧＦをコア部１１の中心軸を中心として任意の回転角で回転させて実験を行ったが、どの回転角（回転角０度を含む）でも透過損失の増加は、５ｄＢ程度であることが確認された。従って、融着時に導波方向に対する前後のＰＢＧＦにおけるロッド１３の配置関係を考慮する必要がないことが分かる。

次に、光ファイバ型光学フィルタ３０でファイバ挿入部１６ｂの長さを約１０ｃｍとした場合、透過損失は、比較例のＰＢＧＦ１００の透過損失のほぼ２倍となることが確認された。これは、ロッド導波光Ｐ２の大部分が、ファイバ挿入部１６ｂで放射モード（放射光）に変換されたためである。

（被覆長と透過率の変化との関係）
次に、図８は、ＰＢＧＦ１００の間に挿入するファイバ挿入部１６ｂの長さ（被覆長）と透過率の変化との関係を示している。ここで、被覆長とは、ファイバ挿入部１６ｂの周囲が樹脂（被覆部：不図示）で被覆されているときのファイバ挿入部１６ｂの長さである。

なお、ファイバ挿入部１６ｂを被覆する樹脂は、屈折率が、クラッド部１２の基材の屈折率以上となる樹脂である。実験では、このような被覆部として光通信用に広く使用されている光ファイバの被覆と同じアクリレート系の樹脂を用いた。

また、この被覆部の屈折率は、一般の通信用光ファイバの被覆として広く用いられている樹脂の屈折率で十分であり、当該樹脂を使用することで、安価かつ容易に被覆部を形成することができる。

図８に示すように、ファイバ挿入部１６ｂの長さが短いと、クラッド部１２を導波した放射光が再びロッド１３に結合してしまうため、透過率の変化は小さくなる。

また、被覆長が４０ｍｍ以上であれば、クラッド部１２を導波する光は被覆を通して十分放射されることが確認された。

この（高屈折率）被覆部への光の漏洩は、被覆長が、１５０ｍｍ程度で飽和してしまうため、透過損失を大きくすることに関しては、１５０ｍｍ以上にする必要は無いが、１５０ｍｍ以上にしても特性上大きな問題は生じない。但し、光損失領域１６が長くなりすぎると、光ファイバ型光学フィルタ３０（後述する光ファイバ型光学フィルタ４０〜６０を含む）の大きさが大きくなり、製造時の取り扱いも大変になるため、通常は１ｍ程度あれば十分であり、１０ｍ以上にすることはない。

なお、図８では、ファイバ挿入部１６ｂの周囲に被覆部が存在する場合についてのみ示しているが、このような被覆部がない場合でも、透過率の変化量の絶対値は小さくなるものの、同じような特性が得られる。

（ＰＢＧＦ長と透過率との関係）
また、図９から、上述のように、ＰＢＧＦ長が、約２ｍ以上であれば、透過損失は飽和してしまうことが分かる。すなわち、上述した光ファイバ型光学フィルタ１０〜３０（後述する光ファイバ型光学フィルタ４０〜６０を含む）のいずれであっても、光損失領域１６（融着部１６ａ、ファイバ挿入部１６ｂ、変質部１６ｃ、又は屈折率変化部１６ｄ）と異なる側の一端から光損失領域１６までの距離は、飽和長（約２ｍ）以上であることが好ましい。これにより、コア部１１からロッド１３に結合する光の強度とロッド１３からコア部１１に結合する光の強度とが均衡する途中で、クラッド部１２を導波する光が光損失領域１６に到達することを回避できるので、より阻止帯域波長光Ｐ０の損失を大きくすることができる。

なお、飽和長は、コア部１１を導波する光が導波を開始してから、コア部１１からロッド１３に結合する光の強度とロッド１３からコア部１１に結合する光の強度とが均衡するまでの距離である。

〔５．光損失領域１６の具体例（その２）〕
次に、図１０（ａ）及び（ｂ）に基づき、光損失領域１６の具体例について説明する。

図１０（ａ）は、従来のＰＢＧＦ（ＰＢＧＦ１００）の構成を示す模式図である。

また、図１０（ｂ）は、ＰＢＧＦ１００の中間部を加熱して変質させ、変質部（光損失領域）１６ｃを形成した形態（光ファイバ型光学フィルタ４０）の構成を示す模式図である。

図１０（ａ）に示すように、変質部１６ｃは、炭酸ガスレーザや放電などで、ＰＢＧＦ１００のクラッド部１２の中間部を加熱して形成する。

このようにクラッド部１２の中間部を加熱することにより、ＰＢＧＦ領域１５のクラッド部１２に、変質した領域が生じ、クラッド部１２を導波するロッド導波光Ｐ２が散乱するため、光損失領域１６（変質部１６ｃ）における透過損失を大きくすることができる。但し、コア部１１での損失が大きくならないように炭酸ガスレーザの照射条件等を適切に設定する必要がある。

以上のように光損失領域１６を、変質部１６ｃとした場合は、クラッド部１２の延在方向に対する変質部１６ｃの長さを調整できるので、より阻止帯域波長光Ｐ０の透過損失を大きくすることができる。

〔６．光損失領域１６の具体例（その３）〕
次に、図１１（ａ）〜（ｃ）に基づき、光損失領域１６の具体例について説明する。

図１１（ａ）は、図１０（ａ）に示すＰＢＧＦ１００のＡ−Ａ’断面の屈折率分布を示すグラフである。

また、図１１（ｂ）は、ＰＢＧＦ１００におけるロッド１３の周囲の屈折率分布のみを変化させた場合（光ファイバ型光学フィルタ５０と称する）のＡ−Ａ’断面〔屈折率変化部（光損失領域）１６ｄと称する〕の屈折率分布を示しグラフである。

さらに、図１１（ｃ）は、ロッド１３の周囲、コア部１１及びコア部１１の周囲の屈折率分布を変化させた場合（光ファイバ型光学フィルタ６０と称する）のＡ−Ａ’断面（屈折率変化部１６ｄと称する）の屈折率分布を示すグラフである。

図１１（ａ）〜（ｃ）ようにＰＢＧＦ１００のクラッド部１２の中間部に屈折率を変化させた領域（屈折率変化部１６ｄ）を形成して光損失領域１６としても良い。

例えば、このような屈折率変化部１６ｄを形成するには、ＰＢＧＦ１００のプリフォーム体を作製する際に、線引き前の、コア部１１、コア部１１の周囲、及び／又はロッド１３の周囲に対応する領域の一部にドーパント（例えば、ゲルマニウム）をドープするか、ドーパントの量を増加させれば良い。

また、２本のＰＢＧＦ同士の間に、ＰＢＧＦ領域１５の屈折率分布が異なるＰＢＧＦを挿入（融着）しても良い。

屈折率変化部１６ｄの屈折率分布の変化のさせ方には、下記の（１）〜（３）の３つのパターンが考えられる。

（１）複数のロッド１３の間の屈折率を上昇させる場合（図１１（ｂ）の２つのロッド１３に挟まれた部分参照）。

（２）複数のロッド１３の外側の屈折率を上昇させる場合（図１１（ｂ）のロッド１３の外側の部分参照）。

（３）複数のロッド１３の屈折率を上昇させる場合（不図示）。

なお、図１１（ｃ）に示すように、コア部１１の周囲の屈折率を上昇させる場合には、コア部１１とその周囲の屈折率を同じように上昇させることが好ましい。これは、コア部１１とその周囲の屈折率が同じように上昇しないと、コア部１１を導波するコア部導波光Ｐ１のＭＦＤが変化してしまい、コア部１１に閉じ込める光の損失につながるからである。

以上のように光損失領域１６を、屈折率変化部１６ｄとした場合は、クラッド部１２の延在方向に対する屈折率変化部１６ｄの長さを調整できるので、より阻止帯域波長光Ｐ０の透過損失を大きくすることができる。

また、光損失領域１６の両側に接続されている第１ＰＢＧＦ領域１５ａ及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂの光ファイバ構造は必ずしも同一である必要はないが、第１ＰＢＧＦと第２ＰＢＧＦの阻止帯域波長の少なくとも一部分が重なることにより、その波長での透過損失の飽和特性を改善することが可能となる。この時、光損失領域１６の両側に接続されている第１ＰＢＧＦ領域１５ａ及び第２ＰＢＧＦ領域１５ｂの光ファイバ構造が同じであると、阻止帯域波長は同一とできることに加え、コア部１１に偏在する導波モードのＭＦＤも同一とできるため望ましくは同一であると良い。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、光ファイバアンプやレーザ等に使用する光増幅用ファイバから発光する自然放出光等の不要な波長をフィルタリングする光学フィルタに利用することができる。特に、高い透過損失が要求される光学フィルタに好適に利用することができる。

１ 白色光源
２ 第１光スイッチ
３ 第２光スイッチ
４ 光スペクトラムアナライザ
１０〜６０ 光ファイバ型光学フィルタ
１１ コア部
１２ クラッド部
１３ ロッド（高屈折率部）
１４ 背景媒質（基材）
１５ ＰＢＧＦ領域
１５ａ 第１ＰＢＧＦ領域（ファイバ領域）
１５ｂ 第２ＰＢＧＦ領域（ファイバ領域）
１６ 光損失領域
１６ａ 融着部（光損失領域）
１６ｂ ファイバ挿入部（光損失領域）
１６ｃ 変質部（光損失領域）
１６ｄ 屈折率変化部（光損失領域）
１００ ＰＢＧＦ
ｄ１ コア径
ｄ２ クラッド径
ｄ３ ロッド径
ｌ ロッド間隔（所定の間隔）
Ｐ０ 阻止帯域波長光（光）
Ｐ１，Ｐ１’ コア部導波光（光）
Ｐ２，Ｐ２’ ロッド導波光（光）

Claims (8)

1. 第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、互いに対向する前記第１の光ファイバの端面と前記第２の光ファイバの端面との間に設けられた第３の光ファイバと、を備え、
   前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバは、入射させる光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部とを含み、前記クラッド部の基材よりも高い屈折率を有し、前記導波方向に延在する複数の高屈折率部が前記クラッド部に周期的に形成された光ファイバであり、
   前記第３の光ファイバは、前記導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部を取り囲むクラッド部とを含み、当該クラッド部の屈折率分布が前記第１の光ファイバの前記クラッド部の屈折率分布とは異なる光ファイバであり、前記第１の光ファイバにおける前記クラッド部の前記高屈折率部に光強度が存在する導波モードを放射モードに結合させる光損失領域として機能する、
   ことを特徴とする光ファイバ型光学フィルタ。
2. 前記第３の光ファイバは、前記クラッド部の屈折率分布が均一な光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型光学フィルタ。
3. 前記第３の光ファイバは、前記クラッド部の周囲を取り取り囲み、当該クラッド部の基材以上の屈折率を有する被覆部を更に含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型光学フィルタ。
4. 前記被覆部の前記導波方向の長さが、４０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ型光学フィルタ。
5. 前記第３の光ファイバにおいて、透過損失させる光の波長域である阻止帯域外での所定波長における、前記コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径と、前記第１の光ファイバにおいて、前記コア部に光強度が偏在する導波モードのモードフィールド径が等しいことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学フィルタ。
6. 前記第１の光ファイバにおける前記第３の光ファイバと異なる側の一端から前記第３の光ファイバまでの長さが、前記第１の光ファイバにおける前記コア部を導波する光が導波を開始してから、当該コア部から前記高屈折率部に結合する光の強度と前記高屈折率部から前記コア部に結合する光の強度とが均衡するまでの距離である飽和長以上であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学フィルタ。
7. 入射させる光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲むクラッド部とを含み、前記クラッド部の基材よりも高い屈折率を有し、前記導波方向に延在する複数の高屈折率部が前記クラッド部に周期的に形成された光ファイバを備え、
   前記光ファイバは、第１の区間と、第２の区間と、互いに対向する前記第１の区間の端面と前記第２の区間の端面との間に設けられた第３の区間とを有し、
   前記第３の区間は、前記クラッド部の構成媒質が変質した区間であり、前記第１の区間における前記クラッド部の前記高屈折率部に光強度が存在する導波モードを放射モードに結合させる光損失領域として機能する、
   ことを特徴とする光ファイバ型光学フィルタ。
8. 前記第１の区間における前記第３の区間と異なる側の一端から前記第３の区間までの長さが、前記第１の区間における前記コア部を導波する光が導波を開始してから、当該コア部から前記高屈折率部に結合する光の強度と前記高屈折率部から前記コア部に結合する光の強度とが均衡するまでの距離である飽和長以上であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ型光学フィルタ。

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