JP7400152B2 - 光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造に関し、さらに詳しくは、ドーパントの熱拡散によりコア径を拡大することができる光ファイバーを用いてなる光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造に関する。
光ファイバー同士をその長手方向に接続する技術として、融着する方法が知られている。そうした技術のなかには、コア径が異なる光ファイバー同士を長手方向の端面同士で融着して接続するものがある。
特許文献１で提案されている技術は、モードフィールド径の異なる２種の光ファイバー同士の端面を突き合わせて融着接続するものである。この技術は、モードフィールド径が小さい方の光ファイバーを局部的に加熱してモードフィールド径を拡大し、その後、拡大したモードフィールド径部分でカットし、モールドフィールド径の大きな光ファイバーに融着して接続する方法である。
特許文献２で提案されている技術は、モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバー同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する技術である。
上述した特許文献１，２で提案されている技術は、コアに例えば酸化ゲルマニウム等のドーパントが添加されていて、加熱したときにそのドーパントが熱拡散することによりコア径が拡大するものであり、シングルモード光ファイバーにおいては特に有効な技術である。以下に記載の「光ファイバー」は、特に断らない限り、コア径拡大処理可能な光ファイバー（シングルモード光ファイバー）を示すものである。
しかし、光ファイバーの中には、加熱してもコア径が拡大しないもの、又はコアの屈折率構造が乱れるものがある。例えば、（ｉ）コアが純粋石英で形成された光ファイバー、（ii）コアに酸化ゲルマニウムを添加すると共にクラッドにフッ素を添加していわゆるＷ型構造の屈折率分布にし、曲げに強い性質を有する光ファイバー又は分散を制御した光ファイバー、（iii）クラッドからの応力がコアに与えられ、コアに複屈折を誘起させることにより偏波を保存する光ファイバー等においては、加熱してもコア径が拡大しなかったり、光ファイバーの屈折率構造が乱れて本来の機能が発揮できなかったりすることが多い。ところが、こうした光ファイバーについても、コア径を変化させて用いたいという市場のニーズが存在する。
光通信分野の光伝送路に用いる光ファイバーとして、コア径１０μｍ程度のものが一般的である。ところが、この光ファイバーを用いて光信号を伝搬させる場合、光増幅、光変調、光スイッチ等の光信号処理を行うために用いられる光デバイスのコア径は、機能を有効に発揮させるため、光ファイバーのコア径と必ずしも同一でなく設計されることが多い。最近注目されている光デバイスとして、シリコンフォトニクスや導波路型ＥＯ変調器等があるが、導波路のコア径はいずれも数μｍ以下である。このため、こうした光デバイスの入出光用に光伝送路に用いる１０μｍコアの光ファイバーをそのまま用いた場合、コア径の相違により損失増となり、光デバイスの本来の性能を引き出すことが困難であるといった課題がある。
また、１０μｍコアの光ファイバーを入力用光ファイバーとして用いて、光機能素子に光を透過させ、透過後の光を１０μｍコアの出光用光ファイバーで受光する構成の光デバイスもあるが、そのような種類の光デバイスは、効率よく光機能素子に光入出光させることが困難であり、本来の光機能素子の特性を十分に発揮できないといった課題がある。
こうした課題を解決するには、光デバイスと１０μｍコアの光ファイバーとを接続する際に損失増とならず、また偏波消光比等の光ファイバーの光学特性を劣化させることなく、低損失で安価なコア径変換媒体が必要となる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ドーパントの熱拡散によりコア径を拡大することができる光ファイバーを用いてなる光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造を提供することにある。
（１）本発明に係る第１形態の光ファイバー接続体は、偏波保存ファイバーと、前記偏波保存ファイバーの長手方向の端部に接続された光ファイバーのコア径変換体と、を備え、光導波路のコア部に接続する用途で用いられる光ファイバー接続体であって、
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路のコア部に接続する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記光導波路のコア径の面積に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路のコア部に接続する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記光導波路のコア径の面積に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
（２）本発明に係る第２形態の光ファイバー接続体は、偏波保存ファイバーと、前記偏波保存ファイバーの長手方向の端部に接続された光ファイバーのコア径変換体と、を備え、光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する用途で用いられる光ファイバー接続体であって、
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
（３）本発明に係る第３形態の光ファイバー接続体は、シングルモード光ファイバーと、前記シングルモード光ファイバーの長手方向の端部に接続されたコア径拡大処理可能な光ファイバーのコア径変換体と、を備え、半導体レーザーから出光した光を受光する用途で用いられる光ファイバー接続体であって、
前記コア径変換体は、高屈折率のコアと、該コアを中心にして挟む低屈折率の低屈折率部と、それら以外のクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記半導体レーザーから出光した光を受光する側であって、前記高屈折率のコアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記半導体レーザーの光の形状に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記シングルモード光ファイバーに接続する側であって、前記高屈折率のコアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
前記コア径変換体は、高屈折率のコアと、該コアを中心にして挟む低屈折率の低屈折率部と、それら以外のクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記半導体レーザーから出光した光を受光する側であって、前記高屈折率のコアの直径が拡大された大径部であり、該大径部の直径は前記半導体レーザーの光の形状に一致又は略一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記シングルモード光ファイバーに接続する側であって、前記高屈折率のコアの本来の直径である拡大されていない小径部であり、
前記長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さに形成されている、ことを特徴とする。
（４）本発明に係る上記（１）～（３）の光ファイバー接続体において、前記コア径変換体の長手方向の所定長さは、前記直径が拡大されていないコア径の５０倍以上、１０００倍以下である。
（５）本発明に係る光ファイバー接続体と光導波路との接続構造は、上記（１）の光ファイバー接続体と、光導波路との接続構造であって、前記光ファイバー接続体が備えるコア径変換体の大径部と、前記光導波路のコア部とが接続されている、ことを特徴とする。
（６）本発明に係る光ファイバー接続体と光導波路との接続構造は、光導波路と、該光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する上記（２）の光ファイバー接続体との光学的な接続構造であって、前記光ファイバー接続体が備えるコア径変換体の大径部が、前記光導波路に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致した形状である、ことを特徴とする。
（７）本発明に係る光ファイバー接続体と光導波路との接続構造は、半導体レーザーと、該半導体レーザーから出光した光の集光光を受光する上記（３）の光ファイバー接続体との光学的な接続構造であって、前記光ファイバー接続体が備えるコア径変換体の大径部が、前記半導体レーザーから出光した光の集光光の形状に一致又は略一致した形状である、ことを特徴とする。
本発明によれば、ドーパントの熱拡散によりコア径を拡大することができる光ファイバーを用いてなる光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造を提供することができる。
本発明に係る光ファイバー接続体、及びその光ファイバー接続体と光デバイスとの接続構造について、図面を参照しつつ説明する。本発明は、以下に説明する実施形態及び図面に記載した形態と同じ技術的思想の発明を含むものであり、本発明の技術的範囲は実施形態の記載や図面の記載のみに限定されるものでない。以下、本明細書において、光ファイバーを構成するコアの直径を「コア径」として説明する。また、理解を容易にするために、断面図には、ハッチングを施していない。
［基本構成］
本発明に係る光ファイバーのコア径変換体１は、図１から図４に示すように、コア２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂにドーパントが添加されていないか、又はクラッド２３，３３，４３にコア２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂの直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造２２，３２，４２を備えた、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０の長手方向の端部に接続される構成要素である。光ファイバーのコア径変換体１は、ドーパントが添加されたドーパント添加コア２と、ドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを少なくとも備えている。ドーパント添加コア２の直径は、ドーパントの熱拡散の作用によって拡大された大径部５を備えている。長手方向の一端側は、コア径が拡大されていない、ドーパント添加コア２の本来の直径である小径部４であり、他端側は、コア径が拡大された大径部５である。小径部４の直径及び大径部５の直径の少なくとも一方は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０のコア径に一致し、長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さＬに形成されている。
本発明に係る光ファイバーのコア径変換体１は、図１から図４に示すように、コア２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂにドーパントが添加されていないか、又はクラッド２３，３３，４３にコア２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂの直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造２２，３２，４２を備えた、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０の長手方向の端部に接続される構成要素である。光ファイバーのコア径変換体１は、ドーパントが添加されたドーパント添加コア２と、ドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを少なくとも備えている。ドーパント添加コア２の直径は、ドーパントの熱拡散の作用によって拡大された大径部５を備えている。長手方向の一端側は、コア径が拡大されていない、ドーパント添加コア２の本来の直径である小径部４であり、他端側は、コア径が拡大された大径部５である。小径部４の直径及び大径部５の直径の少なくとも一方は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０のコア径に一致し、長手方向の長さが、あらかじめ設定された所定長さＬに形成されている。
また、本発明に係る光ファイバー接続体１０，１１，１２は、図２から図４に示すように、コア２１Ａ，２１Ｂにドーパントが添加されていないか、又はクラッド３３，４３にコア３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造３２，４２を備えた、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０と、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０の長手方向の端部に接続された、上記の構成からなる光ファイバーのコア径変換体１と、を備えている。
本発明に係る光ファイバーのコア径変換体１及びこれを用いた光ファイバー接続体１０，１１，１２によれば、ドーパントの熱拡散によってコア径が拡大する作用を利用することできないコア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０について、コア径が変化する部位を備えた光ファイバーを構成できるという特有の効果を奏する。以下、光ファイバーのコア径変換体１及びこれを用いた光ファイバー接続体１０，１１，１２の具体的な構成について説明する。本明細書において、「コア径変化不適型光ファイバー」とは、加熱してもコア径が拡大しないもの、又はコアの屈折率構造が乱れるものを意味する。例えば、（ｉ）コアが純粋石英で形成された光ファイバー、（ii）コアに酸化ゲルマニウムを添加すると共に、クラッドにフッ素を添加していわゆるＷ型構造の屈折率分布にし、曲げに強い性質を有する光ファイバー又は分散を制御した光ファイバー、（iii）クラッドからの応力がコアに与えられ、コアに複屈折を誘起させることにより偏波を保存する光ファイバー等である。
［光ファイバーのコア径変換体］
光ファイバーのコア径変換体１（以下、単に「コア径変換体１」という。）は、図１に示すように、ドーパントが添加されたドーパント添加コア２と、ドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを少なくとも備えている。コア径変換体１は、光が進む方向である長手方向にあらかじめ設定された所定長さＬに形成されている。長手方向の一端側では、ドーパント添加コア２の直径はドーパント添加コア２の本来の直径をなしている。一方、長手方向の他端側では、ドーパント添加コア２の直径は拡大されている。ドーパント添加コア２の本来の直径をなす側を、「小径部４」として説明し、拡大された直径をなす側を「大径部５」として説明する。図１の左側が一端側である小径部４であり、右側が他端側である大径部５である。小径部４の直径及び大径部５の直径のいずれか一方は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０のコア径に一致している。
光ファイバーのコア径変換体１（以下、単に「コア径変換体１」という。）は、図１に示すように、ドーパントが添加されたドーパント添加コア２と、ドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを少なくとも備えている。コア径変換体１は、光が進む方向である長手方向にあらかじめ設定された所定長さＬに形成されている。長手方向の一端側では、ドーパント添加コア２の直径はドーパント添加コア２の本来の直径をなしている。一方、長手方向の他端側では、ドーパント添加コア２の直径は拡大されている。ドーパント添加コア２の本来の直径をなす側を、「小径部４」として説明し、拡大された直径をなす側を「大径部５」として説明する。図１の左側が一端側である小径部４であり、右側が他端側である大径部５である。小径部４の直径及び大径部５の直径のいずれか一方は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０のコア径に一致している。
図２から図４において、各図の（Ａ）は、小径部４のコア径が、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０である純粋石英コアファイバー２０Ａ、曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ、パンダファイバー４０Ａのコア径に一致し、各図の（Ｂ）は、大径部５のコア径が、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０である純粋石英コアファイバー２０Ｂ、曲げに強い構造の光ファイバー３０Ｂ、パンダファイバー４０Ｂのコア径に一致又は略一致している。
ドーパント添加コア２に添加されているドーパントは、光ファイバーを加熱することにより熱拡散の作用を生じるものであれば、その種類は限定されない。ドーパントとしては、例えば、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（ＡＬ２Ｏ３）、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、三酸化二ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（ＩＩＩ）（Ｙｂ２Ｏ３）、エルビウムイオン、テルビウムイオン等を挙げることができる。こうしたドーパント添加コア２を用いた場合、光ファイバーを加熱することにより、ドーパントの熱拡散の作用によって、コア径が拡大する。大径部５は、この作用を利用して形成される。大径部５のコア径は、小径部４のコア径の１倍以上、１０倍以下に形成されている。
上述したように、コア径変換体１の長手方向の長さは、あらかじめ設定された所定長さＬに形成されている。コア径変換体１を構成する光ファイバーは、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０に比べて、屈折率が小さい。そのため、光がコア径変換体１を進行する間にドーパント添加コア２から光がクラッド３に逃げるおそれがある。そのため、コア径変換体１の長さを不必要に長く形成したり、極端に短くしたりした場合、光がコア径変換体１を進行している間に、光がドーパント添加コア２から逃げる確率が高くなり、損失が高くなってしまう。本発明に係るコア径変換体１では、長手方向の長さを所定長さＬに形成することによって、光がドーパント添加コア２からクラッド３に逃げる現象が生じることを抑制し、低損失な接続を可能としている。
具体的に、コア径変換体１の長手方向の所定長さＬは、５００μｍ以上、１００００μｍ以下である。この所定長さＬは、使用される光ファイバーのコア径によって定まる数値であり、コア径の５０倍以上、１０００倍以下である。
［光ファイバー接続体］
光ファイバー接続体１０，１１，１２は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０と、上述した構成のコア径変換体１とが長手方向に接続されて構成されている。コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０は、コア２１Ａ，２１Ｂにドーパントが添加されていない光ファイバーか、又はクラッド３３，４３にコア３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造３２，４２を備えた光ファイバーである。以下では、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０の形態の違いによって３つのタイプの光ファイバー接続体１０，１１，１２について説明する。なお、光ファイバー接続体１０，１１，１２を構成するコア径変換体１の構成は、既に詳細を説明したので、ここではコア径変換体１の構成の説明を省略する。
光ファイバー接続体１０，１１，１２は、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０と、上述した構成のコア径変換体１とが長手方向に接続されて構成されている。コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０は、コア２１Ａ，２１Ｂにドーパントが添加されていない光ファイバーか、又はクラッド３３，４３にコア３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造３２，４２を備えた光ファイバーである。以下では、コア径変化不適型光ファイバー２０，３０，４０の形態の違いによって３つのタイプの光ファイバー接続体１０，１１，１２について説明する。なお、光ファイバー接続体１０，１１，１２を構成するコア径変換体１の構成は、既に詳細を説明したので、ここではコア径変換体１の構成の説明を省略する。
〈第１タイプ〉
第１タイプの光ファイバー接続体１０は、コア径変化不適型光ファイバー２０として純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂが用いられている。コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂのコアは、ドーパントが添加されていない純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂで構成されており、加熱してもコア径が拡大しない。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂの一例をそれぞれ示す。このコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂは、純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂと、その周囲に設けられたフッ素ドープクラッド２２と、フッ素ドープクラッド２２の周囲に設けられた第２クラッド２３とで構成されている。フッ素ドープクラッド２２は、純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂ内を進行する光の屈折率を下げる作用を奏する。
第１タイプの光ファイバー接続体１０は、コア径変化不適型光ファイバー２０として純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂが用いられている。コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂのコアは、ドーパントが添加されていない純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂで構成されており、加熱してもコア径が拡大しない。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂの一例をそれぞれ示す。このコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂは、純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂと、その周囲に設けられたフッ素ドープクラッド２２と、フッ素ドープクラッド２２の周囲に設けられた第２クラッド２３とで構成されている。フッ素ドープクラッド２２は、純粋石英コア２１Ａ，２１Ｂ内を進行する光の屈折率を下げる作用を奏する。
図２（Ａ）に示した光ファイバー接続体１０Ａは、コア径変換体１の一端側をなすドーパント添加コア２の小径部４側の端面と純粋石英コアファイバー２０Ａの端面とが接続された形態である。一方、図２（Ｂ）に示した光ファイバー接続体１０Ｂは、コア径変換体１の他端側をなすドーパント添加コア２の大径部５側の端面と純粋石英コアファイバー２０Ｂの端面とが接続された形態である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のいずれに示した光ファイバー接続体１０Ａ，１０Ｂについても、コア径変換体１とコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂとは熱融着して熱融着部を形成して接続されている。
〈第２タイプ〉
第２タイプの光ファイバー接続体１１は、コア径変化不適型光ファイバー３０として曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂが用いられている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂの一例をそれぞれ示す。曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂは、コア３１Ａ，３１Ｂとコアの周囲に設けられたその周囲に設けられたフッ素ドープクラッド３２と、フッ素ドープクラッド３２の周囲に設けられた第２クラッド３３とで構成されている。コア３１Ａ，３１Ｂは、二酸化ゲルマニウムが添加された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されている。コアの周囲に設けられた、フッ素ドープクラッド３２は、コア３１Ａ，３１Ｂ内を進行する光の屈折率を下げる作用を奏する。また、フッ素ドープクラッド３２は、曲げに強いという機械的性質をコア径変化不適型光ファイバー３０に与えている。
第２タイプの光ファイバー接続体１１は、コア径変化不適型光ファイバー３０として曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂが用いられている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂの一例をそれぞれ示す。曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂは、コア３１Ａ，３１Ｂとコアの周囲に設けられたその周囲に設けられたフッ素ドープクラッド３２と、フッ素ドープクラッド３２の周囲に設けられた第２クラッド３３とで構成されている。コア３１Ａ，３１Ｂは、二酸化ゲルマニウムが添加された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で構成されている。コアの周囲に設けられた、フッ素ドープクラッド３２は、コア３１Ａ，３１Ｂ内を進行する光の屈折率を下げる作用を奏する。また、フッ素ドープクラッド３２は、曲げに強いという機械的性質をコア径変化不適型光ファイバー３０に与えている。
この光ファイバー接続体１１では、コア３１Ａ，３１Ｂに二酸化ゲルマニウムが添加されているが、その周囲にフッ素ドープクラッド３２が設けられているので、加熱してもフッ素ドープクラッド３２がコア３１Ａ，３１Ｂのコア径が一様に拡大することを抑制する。そのため、熱拡散の作用によって拡大するコア径はごくわずかであったり、拡大しても一様に拡大しなかったりしてコア構造の乱れが生じて損失となる。その結果、曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂは、加熱してもコア径を所望の直径に拡大することが極めて困難である。
図３（Ａ）に示した光ファイバー接続体１１Ａは、コア径変換体１の一端側をなすドーパント添加コア２の小径部４側の端面とコア径変化不適型光ファイバー３０である曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａの端面とが接続された形態であり、図３（Ｂ）に示した光ファイバー接続体１１Ｂは、コア径変換体１の他端側をなすドーパント添加コア２の大径部５側の端面とコア径変化不適型光ファイバー３０である曲げに強い構造の光ファイバー３０Ｂの端面とが接続された形態である。この第２タイプの光ファイバー接続体１１Ａ，１１Ｂについても、コア径変換体１と曲げに強い構造の光ファイバー３０Ａ，３０Ｂとは熱融着して熱融着部を形成して接続されている。
〈第３タイプ〉
第３タイプの光ファイバー接続体１２は、コア径変化不適型光ファイバー４０として偏波保存ファイバー（パンダファイバーともいう。ＰＡＮＤＡ：Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）４０Ａ，４０Ｂが用いられている。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）にパンダファイバー４０Ａ，４０Ｂの一例をそれぞれ示す。パンダファイバー４０Ａ，４０Ｂは、コア４１Ａ，４１Ｂとコア４１Ａ，４１Ｂの周囲に設けられたその周囲に設けられたクラッド４３とで構成されている。クラッド４３には、コア４１Ａ，４１Ｂを間に挟んだ両側に、コア４１Ａ，４１Ｂとクラッド４３の外周面との中間部分に一対の応力付与部４２が設けられている。
第３タイプの光ファイバー接続体１２は、コア径変化不適型光ファイバー４０として偏波保存ファイバー（パンダファイバーともいう。ＰＡＮＤＡ：Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）４０Ａ，４０Ｂが用いられている。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）にパンダファイバー４０Ａ，４０Ｂの一例をそれぞれ示す。パンダファイバー４０Ａ，４０Ｂは、コア４１Ａ，４１Ｂとコア４１Ａ，４１Ｂの周囲に設けられたその周囲に設けられたクラッド４３とで構成されている。クラッド４３には、コア４１Ａ，４１Ｂを間に挟んだ両側に、コア４１Ａ，４１Ｂとクラッド４３の外周面との中間部分に一対の応力付与部４２が設けられている。
パンダファイバー４０Ａ，４０Ｂの断面形態は、図５に示すように、直交する２つの偏波軸４５，４６、すなわちＳｌｏｗ軸４５とＦａｓｔ軸４６とを有する。Ｓｌｏｗ軸４５は、一対の応力付与部４２のそれぞれの中心と、コア４１Ａ，４１Ｂの中心とを通る直線で示される。Ｆａｓｔ軸４６は、Ｓｌｏｗ軸４５に直交し、コア４１Ａ，４１Ｂの中心を通る直線で示される。パンダファイバー４０Ａ，４０Ｂでは、一方の軸に偏光を入光したとき、直交する他方の軸に光が漏れだすことをクロストークといい、漏れ出し量を消光比と呼ぶ。このパンダファイバー４０Ａ，４０Ｂでは、パンダファイバー４０Ａ，４０Ｂのビート長よりも短いコヒーレンス長の光源を使用することにより、光の強度変動を抑制することができる。
図４（Ａ）に示した光ファイバー接続体１２Ａは、コア径変換体１の一端側をなすドーパント添加コア２の小径部４側の端面とパンダファイバー４０Ａの端面とが接続された形態であり、図４（Ｂ）に示した光ファイバー接続体１２Ｂは、コア径変換体１の他端側をなすドーパント添加コア２の大径部５側の端面とパンダファイバー４０Ｂの端面とが接続された形態である。この第３タイプの光ファイバー接続体１２でも、コア径変換体１とコア径変化不適型光ファイバー４０であるパンダファイバー４０Ａ，４０Ｂとは熱融着して熱融着部を形成することによって接続されている。
［コア径変換体及び光ファイバー接続体の製造方法］
コア径変換体１及び光ファイバー接続体１０，１１，１２の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。以下では、光ファイバー接続体１０，１１，１２を代表して光ファイバー接続体１０を製造する場合を例に説明する。ただし、光ファイバー接続体１１，１２の製造方法は、光ファイバー接続体１０の製造方法と同様である。また、具体的な説明とするためにコア径等の数値を例示しているが、コア径等の数値は例示した数値に限定されるものではない。光ファイバー接続体１０，１１，１２の製造方法は、２つの製造方法がある。まず、第１の製造方法について説明する。
コア径変換体１及び光ファイバー接続体１０，１１，１２の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。以下では、光ファイバー接続体１０，１１，１２を代表して光ファイバー接続体１０を製造する場合を例に説明する。ただし、光ファイバー接続体１１，１２の製造方法は、光ファイバー接続体１０の製造方法と同様である。また、具体的な説明とするためにコア径等の数値を例示しているが、コア径等の数値は例示した数値に限定されるものではない。光ファイバー接続体１０，１１，１２の製造方法は、２つの製造方法がある。まず、第１の製造方法について説明する。
図６は、コア径変換体１の一端側をなすドーパント添加コア２の小径部４側の端面と、コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａの端面とが接続された形態を製造する過程を示し、図７は、コア径変換体１の他端側をなすドーパント添加コア２の大径部５側の端面と、コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ｂの端面とが接続された形態を製造する過程を示している。なお、純粋石英コアファイバー２０Ａ，２０Ｂの各先端には、コネクタ６１，６２がそれぞれ設けられている。
まず、図６を参照し、コア径変換体１の一端側をなすドーパント添加コア２の小径部４側の端面とコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａの端面とが接続された形態の光ファイバー接続体１０Ａを製造する過程を説明する。最初に、図６（Ａ）に示すように、一定の長さに切断された光ファイバーの長手方向の一部を加熱し、ドーパント添加コア２に含まれるドーパントの熱拡散の作用を利用して長手方向の一部のドーパント添加コア２のコア径を拡大させて第１中間体５１を形成する。第１中間体５１として構成される元の光ファイバーのコア径は、コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａのコア径と同じであるものが用いられる。次いで、図６（Ｂ）に示すように、ドーパント添加コア２の長手方向のコア径が拡大されていない部分で第１中間体５１を切断し、第２中間体５２を形成する。この切断された部分を第１切断面７１とする。第１切断面７１は、小径部４側の端面として構成され、純粋石英コアファイバー２０Ａの長手方向の端面に接続される部位である。
次いで、図６（Ｃ）に示すように、第２中間体５２における第１切断面７１と純粋石英コアファイバー２０Ａの長手方向の端面を突き合わせ、両者を融着する。そして、図６（Ｃ）に示すように、第２中間体５２の長手方向における、コア径が拡大された所定の位置Ｘで第２中間体５２を切断する。所定の位置Ｘは、コア径が拡大された部分であって、切断する位置のコア径が、所望のコア径をなす位置である。例えば、完成後のコア径変換体１に接続される図示しない別の光ファイバーのコア径に一致した径に形成される。この切断された部分は第２切断面７２である。図示した例では、コア径が拡大された部分のなかでコア径が最も大きな位置が切断されている。ただし、第２切断面７２の位置は、例えば、図６（Ｃ）の符号Ｐで示された位置であってもよい。第２切断面７２の位置で第２中間体５２を切断することにより、図６（Ｄ）に示すように、第２中間体５２からコア径変換体１が形成されると共に、光ファイバー接続体１０Ａが完成される。
以上の過程を経ることにより、コア径変換体１が形成されると共に、コア径変換体１とコア径変化不適型光ファイバー２０とが融着されてなる光ファイバー接続体１０Ａが形成される。
次に、図７を参照し、コア径変換体１の他端側をなすドーパント添加コア２の大径部５側の端面とコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ｂの端面とが接続された形態の光ファイバー接続体１０Ｂを製造する過程を説明する。まず、図７（Ａ）に示すように、一定の長さに切断された光ファイバーの長手方向の一部を加熱し、ドーパント添加コア２に含まれるドーパントの熱拡散の作用を利用してドーパント添加コア２の長手方向の一部のコア径を拡大させて第１中間体７３を形成する。第１中間体７３として構成される元の光ファイバーのコア径は、図示しない光ファイバーのコア径と同じものが用いられる。
次いで、図７（Ａ）に示すように、第１中間体７３の長手方向における、コア径が拡大された所定の位置Ｙで第１中間体７３を切断する。所定の位置Ｙは、コア径が拡大された部分であって、所望のコア径をなす位置である。その位置は、具体的に、次の工程で融着される純粋石英コアファイバー２０Ｂのコア２１Ｂのコア径と同じコア径か、又は、同じコア径よりも大きく、５倍のコア径以下となる位置である。この切断されて構成される要素は、図７（Ｂ）に示すように、コア径変換体１である。図示した例では、コア径が拡大された部分のなかでコア径が最も大きな位置が切断されている。ただし、切断する所定の位置Ｙは、例えば、図７（Ａ）の符号Ｑで示された位置であってもよい。こうした過程を経て、コア径変換体１が形成される（図７（Ｂ）参照）。このコア径変換体１において、図７（Ｂ）の左側の端部は一端側をなす小径部４であり、第１切断部は他端側をなす大径部５である。
そして、図７（Ｃ）に示すように、コア径変換体１における大径部５とコア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ｂの長手方向の端面とを突き合わせ、両者を融着する。以上の過程を経ることにより、コア径変換体１と純粋石英コアファイバー２０Ｂとが融着されてなる光ファイバー接続体１０Ｂが形成される。
次に、本発明のファイバーについての第２の製造方法について光ファイバー接続体１２を例に説明する。ただし、光ファイバー接続体１０，１１の製造方法についても、以下で説明する光ファイバー接続体１２の製造方法と同じ方法が適用できる。
具体的に、ドーパント添加コアを有する光ファイバー１０１(コア径：４μｍ)とパンダファイバー４０Ａ（コア径：１０μｍ）とを用いて本発明の光ファイバーのコア径変換体及びこれを用いた光ファイバー接続体の第２の製造方法による実施例を説明する。
まず、図８（Ａ）に示すように、ドーパント添加コアを有する光ファイバー１０１の長手方向の端面とパンダファイバー４０Ａの長手方向の端面とを突き合わせ、突き合わせた部分を加熱して融着し、両者を一体化する。図８（Ａ）に示した形態のものでは、光ファイバー１０１のコア１０２からパンダファイバー４０Ａのコア４１Ａに光を導入した場合、損失はほぼ０．１ｄＢ以下である。これに対し、パンダファイバー４０Ａのコアから光ファイバー１０１のコア１０２に光を導入した場合、損失は３ｄＢ程度である。
光ファイバー１０１とパンダファイバー４０Ａとを融着した後、図８（Ｂ）に示すように、その融着部分をさらに加熱する。その加熱により、ドーパント添加コア１０２に含まれるドーパントの熱拡散の作用によってドーパント添加コア１０２のコア径を拡大させて大径部５とし、パンダファイバー４０Ａのコア４１Ａのコア径と一致させる。この過程を経て、光ファイバー接続体１２を完成させる。
［損失測定値の一例］
第２の製造方法によって完成させた光ファイバー接続体１２の損失を測定した一例を示すと、パンダファイバー４０Ａから光ファイバー１０１に光を入射し場合も、光ファイバー１０１からパンダファイバー４０Ａに光を入射し場合も共に、損失は、０．１ｄＢ以下である。
第２の製造方法によって完成させた光ファイバー接続体１２の損失を測定した一例を示すと、パンダファイバー４０Ａから光ファイバー１０１に光を入射し場合も、光ファイバー１０１からパンダファイバー４０Ａに光を入射し場合も共に、損失は、０．１ｄＢ以下である。
［偏波消光比の一例］
パンダファイバー４０Ａ側からＦａｓｔ軸４６に沿って偏波した光を導入した場合、光ファイバー１０１から出射する光の偏波消光比の測定値は、端面の位置から光ファイバー１０１の長手方向に１００ｍｍ離れた位置までの領域では、２５ｄＢ以上の値を確認できる。同様にＳｌｏｗ軸４５に沿って偏波した光を導入した場合、光ファイバー１０１から出射する光の偏波消光比も同様に２５ｄＢ以上の値を確認できる。
パンダファイバー４０Ａ側からＦａｓｔ軸４６に沿って偏波した光を導入した場合、光ファイバー１０１から出射する光の偏波消光比の測定値は、端面の位置から光ファイバー１０１の長手方向に１００ｍｍ離れた位置までの領域では、２５ｄＢ以上の値を確認できる。同様にＳｌｏｗ軸４５に沿って偏波した光を導入した場合、光ファイバー１０１から出射する光の偏波消光比も同様に２５ｄＢ以上の値を確認できる。
［コアレスファイバーを組み合わせてなる光ファイバー接続体］
次に図９を参照してコアレスファイバー８１を組み合わせてなる光ファイバー接続体１３について説明する。
次に図９を参照してコアレスファイバー８１を組み合わせてなる光ファイバー接続体１３について説明する。
図９（Ａ）は、純粋石英コアファイバー２０Ａの端面にコアレスファイバー８０を融着したものを示している。図９（Ａ）に示すように、純粋石英コアファイバー２０Ａを進行した光がコアレスファイバー８０に進入したとき、光は、径方向の外側に所定の角度で広がりを持って進行する。コアレスファイバー８０のこうした性質を利用して形成された光ファイバー接続体１３を図９（Ｂ）に示している。図９（Ｂ）に示した光ファイバー接続体１３は、コア径変化不適型光ファイバー２０である純粋石英コアファイバー２０Ａと、コア径変換体１と、コアレスファイバー８１とがこの順番で長手方向に融着されて構成されている。
図１０は、コアレスファイバー８１に光を入射する光ファイバー９０のコア径と、コアレスファイバー８１から出射する光の直径と、コアレスファイバー８１の長さとの関係を表す図である。例えば、コアレスファイバー８１に光を入射する光ファイバー９０のコア径が１０μｍであるとする。コアレスファイバー８１から出射する光の直径を５０μｍにするには、コアレスファイバー８１の長さを１９０μｍにすればよい。このとき、光の直径の交差を±２μｍとした場合、光の広がり角θからコアレスファイバー８１の長さ交差は±１０μｍにすることが必要であることが計算できる。また、コアレスファイバー８１に光を入射する光ファイバーのコア径が３０μｍに拡大された場合では、コアレスファイバー８１から出射する光の直径を５０μｍにするには、コアレスファイバー８１の長さを４１０μｍにすればよい。このときの光の直径の公差を±２μｍにするには、光の広がり角からコアレスファイバーの長さ公差は±４０μｍに緩和できることが計算される。
図１０に示すように、コアレスファイバー８１から出射させる光の直径が同じ大きさである場合、コア径が大きい光ファイバー９０から光が入射される場合の方が、コア径が小さい光ファイバー９０から光が入射される場合よりも、コアレスファイバー８１の長さの変化の許容量を大きくすることができる。図９（Ｂ）に示した形態の光ファイバー接続体１３では、図１０に示したコアレスファイバー８１の性質を利用して、コアレスファイバー８１に光を入射させるコア径変化不適型光ファイバー２０のコア径、コアレスファイバー８１から光が入射されるコア径変化不適型光ファイバー２０のコア径、及びコアレスファイバー８１の長さが設定される。
［第４タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態］
次に、第４タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態について、図１１～図１３を参照して説明する。
次に、第４タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態について、図１１～図１３を参照して説明する。
（構造形態）
図１１（Ａ）は、偏波保存ファイバー４０の長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｂ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部のコア径を拡大したときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｃ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理前のコア径変換体１’が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｄ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図である。図１２は、光導波路１１０の一例を示す斜視図である。図１３（Ａ）は図１２に示す光導波路１１０に図１３（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を接続した態様の一例であり、図１３（Ｂ）は図１２に示す光導波路１１０にレンズ１１５，１１６を介して図１３（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を光学的に接続した態様の一例である。
図１１（Ａ）は、偏波保存ファイバー４０の長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｂ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部のコア径を拡大したときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｃ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理前のコア径変換体１’が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１１（Ｄ）は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図である。図１２は、光導波路１１０の一例を示す斜視図である。図１３（Ａ）は図１２に示す光導波路１１０に図１３（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を接続した態様の一例であり、図１３（Ｂ）は図１２に示す光導波路１１０にレンズ１１５，１１６を介して図１３（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を光学的に接続した態様の一例である。
（光ファイバー接続体）
この第４タイプの光ファイバー接続体１０は、図１１（Ｄ）に示す形態からなるものであり、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続された光ファイバー接続体である。
この第４タイプの光ファイバー接続体１０は、図１１（Ｄ）に示す形態からなるものであり、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能な光ファイバーからなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続された光ファイバー接続体である。
すなわち、この光ファイバー接続体１０は、図１１（Ｄ）に示すように、偏波保存ファイバー４０と、その偏波保存ファイバー４０の長手方向の端部に接続されたコア径拡大処理可能な光ファイバー９１からなるコア径変換体１と、を備え、そのコア径変換体１は、図１及び図１１（Ｄ）に示すように、ドーパントが添加されたドーパント添加コア２と、そのドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを少なくとも備えている。ここでのコア径拡大処理可能な光ファイバー９１とは、ドーパント添加コア２を有するシングルモード光ファイバーや石英コアファイバーのことである。また、偏波保存ファイバー４０は、クラッド４３に、高屈折率のコア４１の直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造４２（低屈折率の応力付与部）を備えたコア径変化不適型光ファイバー４０である。
コア径変換体１を備えた光ファイバー接続体１０は、偏波保存ファイバー４０の一方の端部に、コア径拡大処理可能なシングルモード光ファイバー９１からなるコア径拡大処理後のコア径変換体１を接続して形成される。偏波保存ファイバー４０とコア径変換体１との接続は、コア径拡大処理後のコア径変換体１を偏波保存ファイバー４０に熱融着や接着剤等で接続してもよいし、コア径拡大処理前のコア径変換体１’を偏波保存ファイバー４０に熱融着や接着剤等で接続した後に、コア径変換体１’の一端を加熱してコア径拡大処理したものであってもよい。
なお、図１１（Ａ）の偏波保存ファイバー４０の端部を加熱してコア径拡大処理すると、図１１（Ｂ）に示すように偏波保存ファイバー４０の端部が大径部になる。しかし、コア径拡大処理した偏波保存ファイバー４０の端部は、高屈折率部であるコアの拡大部と、低屈折率部である２つの応力付与部の拡大部とが相互に重なり合ってしまい、応力付与部の含有元素の拡散による応力の低下が生じる。さらに、その重なり合った部分を除いた形状は、いずれも円形形態ではなく、楕円形体となってしまい、出射光が楕円形態になってしまう。そのため、コア径拡大処理した偏波保存ファイバー４０の端部は、光導波路１１０のコア部１１１に接続するのに適していない。これに対し、図１１（Ｄ）に示すコア径変換体１は、コア径拡大処理によってコア径を拡大して大径部５にすることが可能なドーパント添加コア２と、そのドーパント添加コア２の周囲を覆うクラッド３とを備える光ファイバー（シングルモード光ファイバー）９１であるので、コア径拡大処理により光ファイバー９１の端部は円形の大径部５が容易に形成される。そのため、コア径拡大処理した光ファイバー９１からなるコア径変換体１は、光導波路１１０のコア部１１１に接続するのに適している。
この光ファイバー接続体１０は、図１３（Ａ）に示すように、光導波路１１０のコア部１１１に接続する用途で用いられる光ファイバー接続体１０であってもよいし、図１３（Ｂ）に示すように、光導波路１１０に入出光する光の集光光を出光又は受光する用途で用いられる光ファイバー接続体１０であってもよい。
（光ファイバー接続体と光導波路との接続構造１）
光ファイバー接続体１０を光導波路１１０のコア部１１１に接続する図１３（Ａ）に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１２に示す光導波路１１０のコア部１１１に接続する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、光導波路１１０のコア径の面積に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、偏波保存ファイバー４０に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
光ファイバー接続体１０を光導波路１１０のコア部１１１に接続する図１３（Ａ）に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１２に示す光導波路１１０のコア部１１１に接続する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、光導波路１１０のコア径の面積に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、偏波保存ファイバー４０に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
図１３（Ａ）は、光ファイバー接続体１０を光導波路１１０のコア部１１１に接続する用途で光ファイバー接続体１０と光導波路１１０とを接続した接続構造形態である。この接続構造は、偏波保存ファイバー４０とコア径変換体１とからなる光ファイバー接続体１０と、光導波路１１０との接続において、光ファイバー接続体１０が備えるコア径変換体１の大径部５と、光導波路１１０のコア部１１１とが同一又は略同一のコア面積で接続されている。両者が同一又は略同一のコア面積で接続されているので、接続部分での損失を顕著に抑制することができる。
コア径変換体１の大径部５の大きさを光導波路１１０のコア部１１１の面積と同一又は略同一とするためのコントロールは、加熱温度や加熱時間によって調整したり、図６や図７に示すように、加熱して大径部５とした箇所を切断する際に、その切断位置により、所定面積の端面としたコア径変換体を用いることができる。
光導波路１１０はリソグラフィにより形成されるため、コア部１１１の端面形状は矩形になっており、コア径変換体１の大径部５の円形の端面形状とは異なるが、コア部１１１での入出光光は、コア部１１１の矩形面積と同じ面積からなる円形の光となって入出光する。そのため、コア径変換体１の大径部５の端面面積を、コア部１１１の矩形面積と同じ又は略同じ面積とすることで、接続部での光の減衰（損失）を顕著に抑制することができる。その面積は、同一面積であることがより好ましい。
光ファイバー接続体１０と光導波路１１０との接続は、光学素子同士の接続に利用される接着剤が好ましく使用され、一般的な手段で行われることが望ましい。なお、光導波路１１０は、図１２に示すように、リソグラフィで形成され、コア部１１１とクラッド部１１２とで構成されている。クラッド部１１２は、コア部１１１の下層となる下層クラッド部１１２ａと、コア部１１１の上層となる上層クラッド部１１ｂとで構成されている。図１２中の符号ＴＥは電気的横波のことであり、符号ＴＭは磁気的横波のことである。
（光ファイバー接続体と光導波路との接続構造２）
光ファイバー接続体１０を光導波路１１０に入出光する光の集光光を出光又は受光する図１３（Ｂ）に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１２に示す光導波路１１０のコア部１１１に入出光する光の集光光を出光又は受光する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、光導波路１１０のコア部１１１に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、偏波保存ファイバー４０（偏波保存ファイバー）に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
光ファイバー接続体１０を光導波路１１０に入出光する光の集光光を出光又は受光する図１３（Ｂ）に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１２に示す光導波路１１０のコア部１１１に入出光する光の集光光を出光又は受光する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、光導波路１１０のコア部１１１に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、偏波保存ファイバー４０（偏波保存ファイバー）に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
図１３（Ｂ）は、光導波路１１０と、光導波路１１０に入出光する光の集光光を出光又は受光する光ファイバー接続体１０との光学的な接続構造形態である。この接続構造は、偏波保存ファイバー４０とコア径変換体１とからなる光ファイバー接続体１０と、光導波路１１０との光学的な接続において、光ファイバー接続体１０が備えるコア径変換体１の大径部５が、光導波路１１０に入出光する光の集光光を出光又は受光する光の形状に一致又は略一致した形状になっている。両者が一致又は略一致した形状になっているので、光学的な接続部分での損失を顕著に抑制することができる。この形状の一致又は略一致は、大きさ（面積）も一致又は略一致することを意味している。
光導波路１１０に入出光する光の集光光は、図１３（Ｂ）に示すように、レンズ１１５，１１６で形成される。レンズは、図示のように２つのレンズ（凸レンズ）でもよいが、その数は特に限定されず、１つでも３つ以上でもよい。光導波路１１０に入出光する光は、通常、円形の光であるので、上記コア径変換体１の大径部５の形状も円形形状である。なお、大径部５の大きさのコントロールは、加熱温度や加熱時間によって調整したり、図６や図７に示すように、加熱して大径部５とした箇所を切断する際に、その切断位置により、所定面積の端面としたコア径変換体を用いることができる。
図１３（Ａ）での説明と同様、光導波路１１０はリソグラフィにより形成されるため、コア部１１１の端面形状は矩形になっており、円形の集光光の形状とは異なるが、コア部１１１での入出光光は、コア部１１１の矩形面積と同じ面積からなる円形の光となって入出光する。そのため、コア径変換体１の大径部５の端面形状を、集光光の形状と同じ又は略同じ円形形状とすることで、光学接続による光の減衰（損失）を顕著に抑制することができる。
この光ファイバー接続体１０において、偏波保存ファイバー４０とコア径変換体１とが接続された接続部が、熱融着部であることが望ましい。また、この光ファイバー接続体１０において、コア径変換体１の長手方向の所定長さは、偏波保存ファイバー４０のコア径の５０倍以上、１０００倍以下であることが望ましい。
［第５タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態］
次に、第５タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態について、図１４～図１６を参照して説明する。
次に、第５タイプの光ファイバー接続体と光導波路への接続形態について、図１４～図１６を参照して説明する。
（構造形態）
図１４（Ａ）は、コア径拡大処理可能な光ファイバー９１（ドーパント添加コア９２と、ドーパント添加コア９２の周囲を覆うクラッド９３とを少なくとも備えるシングルモード光ファイバー）の長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｂ）は、その光ファイバー９１の一方の端部のコア径を拡大したときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｃ）は、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバー９１の一方の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径拡大処理前のコア径変換体１’が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｄ）は、コア径拡大処理が可能か否かは問わない光ファイバー９１の一方の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図である。図１５は、半導体レーザー１２１の一例を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す半導体レーザー１２１にレンズ１２７，１２８を介して図１４（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を光学的に接続した態様の一例である。
図１４（Ａ）は、コア径拡大処理可能な光ファイバー９１（ドーパント添加コア９２と、ドーパント添加コア９２の周囲を覆うクラッド９３とを少なくとも備えるシングルモード光ファイバー）の長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｂ）は、その光ファイバー９１の一方の端部のコア径を拡大したときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｃ）は、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバー９１の一方の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径拡大処理前のコア径変換体１’が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図であり、図１４（Ｄ）は、コア径拡大処理が可能か否かは問わない光ファイバー９１の一方の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径拡大処理後のコア径変換体１が接続されたときの長手方向の断面図及びＡ端面図である。図１５は、半導体レーザー１２１の一例を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す半導体レーザー１２１にレンズ１２７，１２８を介して図１４（Ｄ）に示すコア径変換体１の大径部５を光学的に接続した態様の一例である。
（光ファイバー接続体）
この第５タイプの光ファイバー接続体１０は、図１４（Ｄ）に示す形態からなるものであり、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバー９１の長手方向の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径変換体１が接続された光ファイバー接続体である。
この第５タイプの光ファイバー接続体１０は、図１４（Ｄ）に示す形態からなるものであり、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバー９１の長手方向の端部に、偏波保存ファイバー４０からなるコア径変換体１が接続された光ファイバー接続体である。
すなわち、この光ファイバー接続体１０は、図１４（Ｄ）に示すように、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバー９１と、そのシングルモード光ファイバー９１の長手方向の端部に接続されたコア径変換体１と、を備え、そのコア径変換体１は、高屈折率のコア４１と、そのコア４１を中心にして挟む低屈折率の応力付与部４２と、それら以外のクラッド４３とを少なくとも備えている。ここでのシングルモード光ファイバー９１とは、ドーパント添加又は非添加のコア９２を有するシングルモード光ファイバーや石英コアファイバーのことである。また、コア径変換体１は、クラッド４３に、高屈折率のコア４１の直径の変化を抑制するコア径変化抑制構造４２（低屈折率の応力付与部）を備えた偏波保存ファイバー４０を好ましく挙げることができる。
コア径変換体１を備えた光ファイバー接続体１０は、上記シングルモード光ファイバー９１の一方の端部に、偏波保存ファイバー４０を好ましく採用するコア径変換体１を接続して形成される。シングルモード光ファイバー９１とコア径変換体１との接続は、コア径拡大処理後のコア径変換体１をシングルモード光ファイバー９１に熱融着や接着剤等で接続してもよいし、コア径拡大処理前のコア径変換体１’をシングルモード光ファイバー９１に熱融着や接着剤等で接続した後に、コア径変換体１’の一端を加熱してコア径拡大処理したものであってもよい。
なお、図１４（Ａ）のコア径拡大処理可能なシングルモード光ファイバー９１の端部を加熱してコア径拡大処理すると、図１４（Ｂ）に示すようにシングルモード光ファイバー９１の端部が大径部５になる。その大径部５の形状は円形形状になるが、この円形形状の大径部５を半導体レーザー１２１に接続する場合、その半導体レーザー１２１から発光する光は楕円形状であるため、円形形状の大径部５を半導体レーザー１２１の発光部１２２接続することは損失が大きくなるので適さない。これに対し、図１４（Ｄ）に示すコア径変換体１は、高屈折率のコア４１の拡大部と、低屈折率の２つのコア径変化抑制構造４２（低屈折率の応力付与部）の拡大部とが相互に重なり合うので、重なり合った部分を除いた形状は楕円形体となる。そのため、こうした楕円端面を有するコア径変換体１は、半導体レーザー１２１の発光部１２２から発光する光と同じ又は略同じ形状とすることができるので適している。
この光ファイバー接続体１０は、図１６に示すように、半導体レーザー１２１の発光部１２２から出光する光の集光光を受光する用途で用いられる光ファイバー接続体１０として好ましく用いることができる。
（光ファイバー接続体と光導波路との接続構造３）
光ファイバー接続体１０を、半導体レーザー１２１から出光する光の集光光を受光する図１６に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１５に示す半導体レーザー１２１の発光部１２２から出光する光の集光光を受光する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、半導体レーザー１２１の発光部１２２から出光する光の集光光を受光する光の形状に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、シングルモード光ファイバー９１に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
光ファイバー接続体１０を、半導体レーザー１２１から出光する光の集光光を受光する図１６に示す用途で用いる場合、コア径変換体１の長手方向の一端側は、図１５に示す半導体レーザー１２１の発光部１２２から出光する光の集光光を受光する側であって、ドーパント添加コア２の直径が拡大された大径部５である。その大径部５の直径は、半導体レーザー１２１の発光部１２２から出光する光の集光光を受光する光の形状に一致又は略一致している。一方、コア径変換体１の長手方向の他端側は、シングルモード光ファイバー９１に接続する側であって、ドーパント添加コア２の本来の直径である拡大されていない小径部４である。
図１６は、半導体レーザー１２１と、半導体レーザー１２１から出光する光の集光光を受光する光ファイバー接続体１０との光学的な接続構造形態である。この接続構造は、シングルモード光ファイバー９１とコア径変換体１とからなる光ファイバー接続体１０と、半導体レーザー１２１との光学的な接続において、光ファイバー接続体１０が備えるコア径変換体１の大径部５が、半導体レーザー１２１から出光する光の集光光を受光する光の楕円形状に一致又は略一致した形状になっている。両者が一致又は略一致した楕円形状になっているので、光学的な接続部分での損失を顕著に抑制することができる。この形状の一致又は略一致は、大きさ（面積）も一致又は略一致することを意味している。
半導体レーザー１２１から出光する光の集光光は、図１６に示すように、レンズ１２７，１２８で形成される。レンズは、図示のように２つのレンズ（凸レンズ）でもよいが、その数は特に限定されず、１つでも３つ以上でもよい。半導体レーザー１２１から出光する光は、通常、楕円形の光であるので、上記コア径変換体１の大径部５の形状も楕円形状である。なお、大径部５の大きさのコントロールは、加熱温度や加熱時間によって調整したり、図６や図７に示すように、加熱して大径部５とした箇所を切断する際に、その切断位置により、所定面積の端面としたコア径変換体を用いることができる。
半導体レーザー１２１はリソグラフィにより形成されるため、発光部１２２の端面形状は矩形になっており、楕円形の集光光の形状とは異なるが、発光部１２２からの楕円形状の出光光と同じ形態にするため、集光した光を受光するコア径変換体１の大径部５の楕円形状の向きを、その楕円形状からなる集光光の向きと同じにする。向きを同じにするためには、光ファイバー接続体１０を軸回転させて大径部５の楕円の向きを集光光の楕円の向きに合わせる。こうすることで、コア径変換体１の大径部５の端面形状を、集光光の楕円形状と同じ又は略同じにすることで、光学接続による光の減衰（損失）を顕著に抑制することができる。
この光ファイバー接続体１０において、シングルモード光ファイバー９１とコア径変換体１とが接続された接続部が、熱融着部であることが望ましい。また、この光ファイバー接続体１０において、コア径変換体１の長手方向の所定長さは、シングルモード光ファイバー９１のコア径の５０倍以上、１０００倍以下であることが望ましい。
１ コア径変換体
１’ 大径部形成前のコア径変換体
２ ドーパント添加コア
３ クラッド
４ 小径部
５ 大径部
１０，１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバー接続体
１１，１１Ａ，１１Ｂ 光ファイバー接続体
１２，１２Ａ，１２Ｂ 光ファイバー接続体
１３ 光ファイバー接続体
２０，３０，４０ コア径変化不適型光ファイバー
２０Ａ，２０Ｂ 純粋石英コアファイバー（コア径変化不適型光ファイバー）
２１Ａ，２１Ｂ 純粋石英コア（コア）
２２ フッ素ドープクラッド（コア径変化抑制構造）
２３ 第２クラッド
３０Ａ，３０Ｂ 曲げに強い構造の光ファイバー（コア径変化不適型光ファイバー）
３２ フッ素ドープクラッド（コア径変化抑制構造）
３３ 第２クラッド
４０，４０Ａ，４０Ｂ 偏波保存ファイバー（パンダファイバー、コア径変化不適型光ファイバー）
４１ コア（高屈折率部）
４２ 応力付与部（コア径変化抑制構造、低屈折率部）
４３ クラッド
４５ Ｓｌｏｗ軸
４６ Ｆａｓｔ軸
５１ 第１中間体
５２ 第２中間体
６１，６２ コネクタ
７１ 第１切断面
７２ 第２切断面
７３ 第１中間体
８０ コアレスファイバー
８１ コアレスファイバー
９０ 光ファイバー
９１ シングルモード光ファイバー、石英ファイバー
９２ ドーパント添加コア
９３ クラッド
１１０ 光導波路
１１１ コア部
１１２ クラッド部
１１２ａ 下層クラッド部
１１２ｂ 上層クラッド部
１１５，１１６ レンズ
１２１ 半導体レーザー
１２２ 発光部（活性層）
１２３ 活性層
１２４ Ｎ型クラッド層
１２５ Ｐ型クラッド層
１２６ レーザー光（楕円偏光）
１２７，１２８ レンズ
ＴＥ 電気的横波
ＴＭ 磁気的横波
Ａ 長手方向の一方の端面
１’ 大径部形成前のコア径変換体
２ ドーパント添加コア
３ クラッド
４ 小径部
５ 大径部
１０，１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバー接続体
１１，１１Ａ，１１Ｂ 光ファイバー接続体
１２，１２Ａ，１２Ｂ 光ファイバー接続体
１３ 光ファイバー接続体
２０，３０，４０ コア径変化不適型光ファイバー
２０Ａ，２０Ｂ 純粋石英コアファイバー（コア径変化不適型光ファイバー）
２１Ａ，２１Ｂ 純粋石英コア（コア）
２２ フッ素ドープクラッド（コア径変化抑制構造）
２３ 第２クラッド
３０Ａ，３０Ｂ 曲げに強い構造の光ファイバー（コア径変化不適型光ファイバー）
３２ フッ素ドープクラッド（コア径変化抑制構造）
３３ 第２クラッド
４０，４０Ａ，４０Ｂ 偏波保存ファイバー（パンダファイバー、コア径変化不適型光ファイバー）
４１ コア（高屈折率部）
４２ 応力付与部（コア径変化抑制構造、低屈折率部）
４３ クラッド
４５ Ｓｌｏｗ軸
４６ Ｆａｓｔ軸
５１ 第１中間体
５２ 第２中間体
６１，６２ コネクタ
７１ 第１切断面
７２ 第２切断面
７３ 第１中間体
８０ コアレスファイバー
８１ コアレスファイバー
９０ 光ファイバー
９１ シングルモード光ファイバー、石英ファイバー
９２ ドーパント添加コア
９３ クラッド
１１０ 光導波路
１１１ コア部
１１２ クラッド部
１１２ａ 下層クラッド部
１１２ｂ 上層クラッド部
１１５，１１６ レンズ
１２１ 半導体レーザー
１２２ 発光部（活性層）
１２３ 活性層
１２４ Ｎ型クラッド層
１２５ Ｐ型クラッド層
１２６ レーザー光（楕円偏光）
１２７，１２８ レンズ
ＴＥ 電気的横波
ＴＭ 磁気的横波
Ａ 長手方向の一方の端面
Claims (5)
- 光ファイバー接続体と、矩形のコア部で入出光する光導波路との接続構造であって、
前記光ファイバー接続体は、あらかじめ設定された所定長さに形成されて前記光導波路の前記矩形のコア部に接続するものであって、偏波保存ファイバーと、前記偏波保存ファイバーの長手方向の端部に接続された光ファイバーのコア径変換体と、を備え、
前記偏波保存ファイバーは、高屈折率のコアと、該コアを中心にして挟む２つの低屈折率の低屈折率部と、それら以外のクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路のコア部に接続する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された円形の大径部であり、該大径部の端面の面積は前記光導波路のコア部の矩形面積に一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大されていない小径部であり、
前記円形の大径部と、前記矩形のコア部とが接続され、前記大径部の端面の面積は前記コア部の矩形面積に一致している、ことを特徴とする光ファイバー接続体と光導波路との接続構造。 - 矩形のコア部で入出光する光導波路と、光ファイバー接続体との光学的な接続構造であって、
前記光ファイバー接続体は、あらかじめ設定された所定長さに形成されて前記光導波路の矩形のコア部にレンズを介して入出光する円形の光の集光光を出光又は受光するものであって、偏波保存ファイバーと、前記偏波保存ファイバーの長手方向の端部に接続された光ファイバーのコア径変換体と、を備え、
前記偏波保存ファイバーは、高屈折率のコアと、該コアを中心にして挟む２つの低屈折率の低屈折率部と、それら以外のクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体は、ドーパントが添加されたドーパント添加コアと、該ドーパント添加コアの周囲を覆うクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記光導波路の矩形のコア部にレンズを介して入出光する円形の光の集光光を出光又は受光する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大された円形の大径部であり、該大径部の直径は、前記コア部の矩形面積と同じ面積からなる円形の光となって前記光導波路に入出光する円形の光の形状に一致し、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記偏波保存ファイバーに接続する側であって、前記ドーパント添加コアの直径が拡大されていない小径部であり、
前記円形の大径部が、前記コア部の矩形面積と同じ面積からなる円形の光となって前記光導波路に入出光する円形の光の形状に一致した形状である、ことを特徴とする光ファイバー接続体と光導波路との接続構造。 - 前記コア径変換体の長手方向の所定長さは、前記直径が拡大されていないコア径の５０倍以上、１０００倍以下である、請求項１又は２に記載の光ファイバー接続体と光導波路との接続構造。
- 半導体レーザーと、光ファイバー接続体との光学的な接続構造であって、
前記光ファイバー接続体は、あらかじめ設定された所定長さに形成されて前記半導体レーザーから出光した楕円形状の光の集光光を受光するものであって、コア径拡大処理が可能か否かは問わないシングルモード光ファイバーと、前記シングルモード光ファイバーの長手方向の端部に接続された光ファイバーのコア径変換体と、を備え、
前記コア径変換体は、高屈折率のコアと、該コアを中心にして挟む２つの低屈折率の低屈折率部と、それら以外のクラッドとを少なくとも備え、
前記コア径変換体の長手方向の一端側は、前記半導体レーザーから出光した光を受光する側であって、前記高屈折率のコアの直径が拡大された大径部であり、該大径部は、前記高屈折率のコアの拡大部と、前記２つの低屈折率部の拡大部とが相互に重なり合っており、該重なり合った部分を除いた形状が前記半導体レーザーの光の形状に一致する楕円形状であり、
前記コア径変換体の長手方向の他端側は、前記シングルモード光ファイバーに接続する側であって、前記高屈折率のコアの直径が拡大されていない小径部であり、
前記楕円形状の大径部が、前記半導体レーザーから出光した前記楕円形状の光の集光光の形状に一致した形状であり、前記大径部の楕円形状の向きが前記集光光の楕円形状の向きと同じである、ことを特徴とする光ファイバー接続体と半導体レーザーとの接続構造。 - 前記コア径変換体の長手方向の所定長さは、前記直径が拡大されていないコア径の５０倍以上、１０００倍以下である、請求項４に記載の光ファイバー接続体と半導体レーザーとの接続構造。
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030108312A1 (en) | 2001-01-10 | 2003-06-12 | Yonglin Huang | Fiber optical devices with high power handling capability |
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