JP5871423B2 - 光ファイバモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバモジュールに関するものである。
近年、高い光学非線形性を有する高非線形光ファイバ(High Non-Linear optical Fiber:HNLF)を使用したアプリケーションの実用化が進んでいる。様々なアプリケーションにおいて広く使用されるためには、高非線形光ファイバには多くの場合偏波保持(polarization maintaining:PM)型とすることが求められる。この需要に対しては偏波保持型の高非線形光ファイバ(PM-HNLF)が提案されており(たとえば特許文献1参照)実用的なアプリケーションに使用される事が期待されている。
高非線形光ファイバの実用化には、偏波保持型化の他に、光ファイバを収納してモジュール化した場合に小型化することも重要となる(たとえば特許文献2参照)。小型の高非線形光ファイバモジュールに関しては、外径を細くした細径高非線形光ファイバを使用した超小型光ファイバモジュールが報告されている。この光ファイバモジュールでは、長さ200m高非線形光ファイバが外径25mmのボビンに巻付けられて筐体に収容されており、超小型化が実現されている。
特開2002−207136号公報 特許第3813496号公報
上述したように、実用化の観点からは、偏波保持型の高非線形光ファイバを小型の光ファイバモジュールとすることが強く望まれている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、偏波保持型の高非線形光ファイバをモジュール化した小型の光ファイバモジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバモジュールは、コアと、前記コアを取り囲むとともに、前記コアを挟んで該コアに沿って形成された2つの応力付与部を有するクラッドと、前記クラッドを覆う被覆と、を有する偏波保持型高非線形光ファイバを備え、前記偏波保持型高非線形光ファイバは、直径20mmにて曲げたときの波長1550nmにおける曲げ損失が0.01dB/ターン以下であり、波長1550nmにおける非線形係数γが10W−1km−1以上であり、カットオフ波長λcが1530nm以下であり、零分散波長が1400nm以上、1650nm以下であり、ビート長が5.0mm以下であり、かつ内径が10mm以上、40mm以下のリングコイル状に巻かれており、該リングコイル状に巻かれた状態で波長1550nmにおいて、偏波消光比が−25dB/100m以下であり、前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記応力付与部の中心と前記コアの中心との距離が12μm以上、35μm以下であり、前記クラッドの外径に対する前記応力付与部の外径の比が0.2以上、0.3以下であり、前記応力付与部の前記クラッドに対する比屈折率差が−0.7%以上、−0.5%以下であり、前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記コアは、第1コアと前記第1コアを取り囲む第2コアとを含み、前記クラッドの屈折率は、前記第1コアの屈折率より低く、かつ前記第2コアの屈折率より高く、前記第1コアの前記クラッドに対する比屈折率差が1.8%以上、3.0%以下であり、前記第2コアの前記クラッドに対する比屈折率差が−1.0%以上、−0.5%以下であり、前記第2コアのコア径が、6.0μm以上、10.0μm以下であり、前記第2コアのコア径に対する前記第1コアのコア径の比が、0.35以上、0.65以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る光ファイバモジュールは、上記の発明において、前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記クラッドの径が、40μm以上、80μm以下であることを特徴とする。
本発明によれば、偏波保持型の高非線形光ファイバをモジュール化した小型の光ファイバモジュールを実現できるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1に係る光ファイバモジュールを模式的に示す図である。 図2は、図1に示す偏波保持型高非線形光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。 図3は、図2に示す偏波保持型高非線形光ファイバの構造パラメータの設定と、これによって実現される光学特性を例示的に示す図である。 図4は、図2に示す偏波保持型高非線形光ファイバの構造パラメータの設定と、これによって実現される光学特性を例示的に示す図である。 図5は、図2に示す偏波保持型高非線形光ファイバの構造パラメータの設定と、これによって実現される光学特性を例示的に示す図である。 図6は、実施例1、比較例1の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。 図7は、実施例2、比較例2の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。 図8は、実施例3、比較例3の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。 図9は、偏波保持型高非線形光ファイバの被覆径、ファイバ長、および巻き径を設定した場合に実現される束外径および束高さを示す図である。 図10は偏波保持型高非線形光ファイバの被覆径、ファイバ長、および巻径を設定した場合に実現される束外径および束高さを示す図である。
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバモジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る光ファイバモジュールを模式的に示す図である。図1に示すように、この光ファイバモジュール10は、筐体1内に、偏波保持型高非線形光ファイバ2がリングコイル状に巻かれて収容されているものである。なお、巻き径は10mm以上であり、60mm以下であることが好ましく、40mm以下がより好ましい。
偏波保持型高非線形光ファイバ2は結束具3によって結束され、かつ筐体1に固定されている。また、偏波保持型高非線形光ファイバ2の両端には、シングルモード光ファイバ4が融着接続されている。シングルモード光ファイバ4は、たとえばITU−T(国際電気通信連合) G.652に規定されるシングルモード光ファイバであるが、特に限定はされない。なお、偏波保持型高非線形光ファイバ2とシングルモード光ファイバ4との融着接続箇所は補強スリーブ5によって保護されている。また、シングルモード光ファイバ4の融着接続箇所とは反対側の端部は、光コネクタ6に接続している。したがって、この光ファイバモジュール10は、外部の光コネクタ付光ファイバと光コネクタ6を介して接続できるようになっている。
つぎに、偏波保持型高非線形光ファイバ2について説明する。図2は、図1に示す偏波保持型高非線形光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。図2に示すように、偏波保持型高非線形光ファイバ2は、第1コア2aaと第1コア2aaを取り囲む第2コア2abとを含むコア2aと、コア2aを取り囲むとともに、コア2aを挟んでコア2aに沿って形成された2つの応力付与部2baを有するクラッド2bと、クラッド2bを覆う第1被覆2caと第2被覆2cbとからなる、樹脂製の被覆2cとを備えている。このように、偏波保持型高非線形光ファイバ2は、コア2aを挟んで形成された2つの応力付与部2baがコア2aに応力を付与することによって、偏波保持型の高非線形光ファイバとなっている。
第1コア2aaはたとえば屈折率を高めるドーパントであるゲルマニウムを添加した石英ガラスからなり、第2コア2abはたとえば屈折率を低めるドーパントであるフッ素を添加した石英ガラスからなる。また、クラッド2bは、応力付与部2ba以外の部分は屈折率を調整するためのドーパントを含まない純石英ガラスからなり、応力付与部2baはコア2aに応力を与えるためにボロンを添加した石英ガラスからなる。その結果、この偏波保持型高非線形光ファイバ2は、クラッド2bの屈折率が第1コア2aaの屈折率より低く、第2コア2abの屈折率より高い、いわゆるW型の屈折率プロファイルを有している。
なお、第1コア2aaのクラッド2bに対する比屈折率差をΔ1、第2コア2abのクラッド2bに対する比屈折率差をΔ2、応力付与部2baのクラッド2bに対する比屈折率差をΔ4とする。比屈折率差Δ1、Δ2、Δ4は、第1コア2aaの最大屈折率をn1、第2コア2abの屈折率をn2、クラッド2bの屈折率をnc、応力付与部2baの屈折率をn4とすると、下記式(1)〜(3)で定義される。
Δ1={(n1−nc)/nc}×100 [%]・・・・・(1)
Δ2={(n2−nc)/nc}×100 [%]・・・・・(2)
Δ4={(n4−nc)/nc}×100 [%]・・・・・(3)
また、第1コア2aaのコア径(第1コア径)aは、第1コア2aaと第2コア2abとの境界領域でΔ1の1/2の比屈折率差を有する位置における径として定義する。第2コア2abのコア径(第2コア径)bは、第2コア2abとクラッド2bとの境界領域でΔ2の1/2の比屈折率差を有する位置における径として定義する。また、クラッド2bの外径をクラッド径とし、被覆2cの外径を被覆径とする。また、応力付与部2baの外径をcとし、応力付与部2baの中心とコア2aの中心との距離をLとする。
つぎに、偏波保持型高非線形光ファイバ2の比屈折率差Δ1、Δ2、Δ4、第1コア径a、第2コア径b、クラッド径、被覆径などの構造パラメータの設定と、これによって実現される偏波保持型高非線形光ファイバ2の光学特性の例について説明する。
図3〜5は、偏波保持型高非線形光ファイバの構造パラメータの設定と、これによって実現される光学特性を例示的に示す図である。なお、図3〜5において、「λ」は零分散波長を示し、「MFD」はモードフィールド径を示し、「γ」は非線形係数を示している。また、曲げ損失は、直径20mmにて曲げたときの波長1550nmにおける曲げ損失である。その他、(1550nm)の記載がある項目は、波長1550nmにおける値である。ここで1ターンとはある直径で光ファイバを360度屈曲した状態を示す。
図3に示す例では、比屈折率差Δ1を2.8%、Δ2を−0.55%、Δ4を−0.53%、第2コア径bに対する第1コア径aの比であるa/bを0.6、第2コア径bを6.7μmにしている。さらに、巻き径を小さくしてモジュールを小型化するためにクラッド径を80μmから40μmの細径にするとともに、応力付与部の外径cをクラッド径に応じて21.6μmから10.8μmまでの値に設定している。また、応力付与部の中心とコアの中心との距離Lは、21.5μmから12.4μmまでの値に設定している。
また、図4に示す例では、比屈折率差Δ1を2.8%、Δ2を−1.0%、Δ4を−0.68%、比a/bを0.4、第2コア径bを9.1μmにしている。さらに、クラッド径を80μmから40μmの細径にするとともに、応力付与部の外径cをクラッド径に応じて21.6μmから10.8μmまでの値に設定している。また、応力付与部の中心とコアの中心との距離Lは、25.3μmから12.6μmまでの値に設定している。
また、図5に示す例では、比屈折率差Δ1を2.0%、Δ2を−0.55%、Δ4を−0.53%、比a/bを0.57、第2コア径bを7.8μmにしている。さらに、クラッド径を80μmから40μmの細径にするとともに、応力付与部の外径cをクラッド径に応じて21.6μmから10.8μmまでの値に設定している。また、応力付与部の中心とコアの中心との距離Lは、23.2μmから12.6μmまでの値に設定している。
図3〜5に示す偏波保持型高非線形光ファイバは、いずれも、波長1550nmにおける曲げ損失が0.01dB/ターン以下であり、波長1550nmにおける非線形係数γが10W−1km−1以上と高非線形であり、カットオフ波長λcが1530nm以下であり、零分散波長λ0が1400nm以上、1650nm以下である。したがって、光ファイバ通信で使用される1530nm〜1650nmの波長帯にて、高非線形光ファイバとして好適に使用することができる。さらに、図3〜5に示す偏波保持型高非線形光ファイバは、いずれも、波長1550nmにおいて、偏波消光比が−25dB/100m以下であり、ビート長が5.0mm以下であるため、偏波保持特性にも優れており、非線形光学現象を用いた光信号処理をはじめとした様々なアプリケーションにおいて広く使用することができる。
なお、偏波保持型高非線形光ファイバ2の構造パラメータは、図3〜5に示すものに限られない。たとえば、比屈折率差Δ1が1.8%以上、3.0%以下であり、Δ2が−1.0%以上、−0.5%以下であり、第2コア径bが6.0μm以上、10.0μm以下であり、第2コア径bに対する第1コア径aの比であるa/bが0.35以上、0.65以下である場合に、波長1550nmにおける曲げ損失が0.01dB/ターン以下であり、波長1550nmにおける非線形係数γが10W-1km-1以上であり、カットオフ波長λcが1530nm以下であり、零分散波長が1400nm以上、1650nm以下であるという好ましい光学特性が実現される。
さらに、応力付与部2baの中心とコア2aの中心との距離Lが12μm以上、35μm以下であり、クラッド径に対する応力付与部2baの外径cの比が0.2以上、0.3以下であり、比屈折率差Δ4が−0.7%以上、−0.5%以下であれば、偏波消光比が−25dB/100m以下であり、ビート長が2.5mm以上、5.0mm以下であるという好ましい偏波保持特性が実現される。
ここで、この光ファイバモジュール10では、偏波保持型高非線形光ファイバ2は、内径が10mm以上、60mm以下、好ましくは40mm以下のリングコイル状に巻いてある。この偏波保持型高非線形光ファイバ2は、クラッド径が40μm以上、80μm以下であるため、このような小さい内径で巻いても破断率が低く、十分な機械的強度を有するものとなる。
また、この光ファイバモジュール10では、偏波保持型高非線形光ファイバ2が、リングコイル状に巻いてあることによって、小さい内径で巻いているにもかかわらず、偏波消光比の劣化が起こらないものである。なお、偏波保持型高非線形光ファイバ2をこのような小さい内径でボビンに巻き付けた場合には、ボビンから受ける側圧によって偏波消光比の劣化がする。したがって、この光ファイバモジュール10では、偏波保持型高非線形光ファイバ2の偏波保持特性が、このように小さい内径に巻いてもモジュール化される前の状態での特性とほとんど同じである。このように、この光ファイバモジュール10は、偏波保持型高非線形光ファイバ2が小さい内径で巻かれて収容された小型のものでありながら、偏波保持特性が高いものとなる。
以上説明したように、本実施の形態1に係る光ファイバモジュール10は、偏波保持型高非線形光ファイバ2をモジュール化した小型の光ファイバモジュールであり、かつ偏波保持特性が高いものとなる。
つぎに、本発明の実施例により本発明をより具体的に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
(実施例1、比較例1)
本発明の実施例1として、図3に示すクラッド径が80μmの偏波保持型高非線形光ファイバにおいて被覆径を128μmとしたものをリングコイル状に巻き、図1に示す光ファイバモジュールを製造した。なお、偏波保持型高非線形光ファイバの長さ(ファイバ長)は100mとした。また、偏波保持型高非線形光ファイバは内径を15、30、45、60、80、100、120、160mmとした。また、比較例1として、実施例1と同じ偏波保持型高非線形光ファイバを実施例1の各内径と同じ外径を有するボビンに巻き付け、光ファイバモジュールを製造した。
つぎに、この実施例1、比較例1の光ファイバモジュールの偏波消光比(クロストーク、CT)を測定した。ここでCTは偏波保持光ファイバの偏波保持能力を表す量である。CTは、所定の長さの偏波保持光ファイバの片端から、直交するXY偏波モードのうちY偏波モードの直線偏波の光を入射したときの、他の片端の出射側での、Y偏波モードの光の強度と、これに直交するX偏波モードに漏洩した光の強度との比を使って表すことができる。通常は以下の式(4)を使ってdB単位で表す。
η = 10log(P/P)・・・・・(4)
ただし、
ηはCTを、PはX偏波モードの直線偏波の光の強度を、PはY偏波モードの直線偏波の光の強度をそれぞれ示す。X若しくはY偏波モードに入射された光は、偏波保持光ファイバ内を伝搬するにつれCTに応じて偏波モード間での結合が生じるので、偏波保持性が求められる用途ではCTを小さい値に保つ事はきわめて重要となる。
図6は、実施例1、比較例1の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。図6において、横軸の巻き径は実施例1においては偏波保持型高非線形光ファイバを巻いたときの内径を示し、比較例1においてはボビンの外径を示している。また、縦軸の正規化CTとは、実施例1、比較例1の各クロストークを、比較例1の外径が160mmのボビンに巻き付けた場合のクロストークで正規化したものを示している。なお、縦軸はクロストークの値が増加する向きを負の向きとしている。すなわち、正規化クロストークが小さくなるほどクロストーク特性は劣化することを示している。
図6に示すように、比較例1の光ファイバモジュールは、巻き径が100mm程度より小さくなるにつれて正規化クロストークが急激に小さくなり、クロストーク特性が劣化している。これに対して、実施例1の光ファイバモジュールは、巻き径が小さくなっても正規化クロストークは略一定であり、偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径を小さくして小型化しても高い偏波保持性を有することが確認された。
(実施例2、比較例2)
本発明の実施例2として、図3に示すクラッド径が60μmの偏波保持型高非線形光ファイバにおいて被覆径を105μmとしたものをリングコイル状に巻き、図1に示す光ファイバモジュールを製造した。なお、偏波保持型高非線形光ファイバの内径は実施例1の各内径と同じとした。また、比較例2として、実施例2と同じ偏波保持型高非線形光ファイバを実施例2の各内径と同じ外径を有するボビンに巻き付け、光ファイバモジュールを製造した。
つぎに、この実施例2、比較例2の光ファイバモジュールのクロストークを測定した。図7は、実施例2、比較例2の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。
図7に示すように、比較例2の光ファイバモジュールは、巻き径が100mm程度より小さくなるにつれて正規化クロストークが急激に小さくなり、クロストーク特性が劣化している。これに対して、実施例2の光ファイバモジュールは、巻き径が小さくなっても正規化クロストークは略一定であり、偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径を小さくして小型化しても高い偏波保持性を有することが確認された。
(実施例3、比較例3)
本発明の実施例3として、図3に示すクラッド径が40μmの偏波保持型高非線形光ファイバにおいて被覆径を83μmとしたものをリングコイル状に巻き、図1に示す光ファイバモジュールを製造した。なお、偏波保持型高非線形光ファイバの内径は実施例1の各内径と同じとした。また、比較例3として、実施例3と同じ偏波保持型高非線形光ファイバを実施例3の各内径と同じ外径を有するボビンに巻き付け、光ファイバモジュールを製造した。
つぎに、この実施例3、比較例3の光ファイバモジュールのクロストークを測定した。図8は、実施例3、比較例3の光ファイバモジュールにおける偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径と正規化クロストークとの関係を示す図である。
図8に示すように、比較例3の光ファイバモジュールは、巻き径が100mm程度より小さくなるにつれて正規化クロストークが急激に小さくなり、クロストーク特性が劣化している。これに対して、実施例2の光ファイバモジュールは、巻き径が小さくなっても正規化クロストークは略一定であり、偏波保持型高非線形光ファイバの巻き径を小さくして小型化しても高い偏波保持性を有することが確認された。
なお、上記実施例1〜3、比較例1〜3に用いた偏波保持型高非線形光ファイバは、クラッド径および被覆径は異なるが、被覆の厚さは21.5〜24μmとほぼ同じである。図6〜8では、クラッド径および被覆径の違いにかかわらず、いずれも巻き径が100mm程度より小さくなるとクロストーク特性の劣化が起こっている。
つぎに、本発明において、偏波保持型高非線形光ファイバの被覆径、ファイバ長、およびリングコイル状に巻く場合の内径を設定した場合に、偏波保持型高非線形光ファイバを巻いた束として実現される大きさについて説明する。
図9、10は、偏波保持型高非線形光ファイバの被覆径、ファイバ長、およびリングコイルの内径を設定した場合に実現される、偏波保持型高非線形光ファイバの巻き束の束外径および束高さを示す図である。
たとえば、図9に示すように被覆径が125μm、ファイバ長が50mの場合、リングコイルの内径を15mmとすると、束外径20mm、束高さが5mmの小型の巻き束とできるので、小型の光ファイバモジュールを実現できる。また、図10に示すように被覆径を75μmとすると、ファイバ長が50m、内径が15mmとした場合に、束外径は17mmにまで小型にできるので、さらに小型の光ファイバモジュールを実現できる。なお、実施例1〜3に示すように、偏波保持型高非線形光ファイバの内径を15mmと小さくしても、高い偏波保持性を維持することが可能である。
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
1 筐体
2 偏波保持型高非線形光ファイバ
2a コア
2aa 第1コア
2ab 第2コア
2b クラッド
2ba 応力付与部
2c 被覆
2ca 第1被覆
2cb 第2被覆
3 結束具
4 シングルモード光ファイバ
5 補強スリーブ
6 光コネクタ
10 光ファイバモジュール

Claims (2)

  1. コアと、
    前記コアを取り囲むとともに、前記コアを挟んで該コアに沿って形成された2つの応力付与部を有するクラッドと、
    前記クラッドを覆う被覆と、
    を有する偏波保持型高非線形光ファイバを備え、
    前記偏波保持型高非線形光ファイバは、
    直径20mmにて曲げたときの波長1550nmにおける曲げ損失が0.01dB/ターン以下であり、波長1550nmにおける非線形係数γが10W−1km−1以上であり、カットオフ波長λcが1530nm以下であり、零分散波長が1400nm以上、1650nm以下であり、ビート長が5.0mm以下であり、
    かつ内径が10mm以上、40mm以下のリングコイル状に巻かれており、該リングコイル状に巻かれた状態で波長1550nmにおいて、偏波消光比が−25dB/100m以下であり、
    前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記応力付与部の中心と前記コアの中心との距離が12μm以上、35μm以下であり、前記クラッドの外径に対する前記応力付与部の外径の比が0.2以上、0.3以下であり、前記応力付与部の前記クラッドに対する比屈折率差が−0.7%以上、−0.5%以下であり、
    前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記コアは、第1コアと前記第1コアを取り囲む第2コアとを含み、
    前記クラッドの屈折率は、前記第1コアの屈折率より低く、かつ前記第2コアの屈折率より高く、前記第1コアの前記クラッドに対する比屈折率差が1.8%以上、3.0%以下であり、前記第2コアの前記クラッドに対する比屈折率差が−1.0%以上、−0.5%以下であり、前記第2コアのコア径が、6.0μm以上、10.0μm以下であり、前記第2コアのコア径に対する前記第1コアのコア径の比が、0.35以上、0.65以下であることを特徴とする光ファイバモジュール。
  2. 前記偏波保持型高非線形光ファイバの前記クラッドの径が、40μm以上、80μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバモジュール。
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