JP7452618B2 - 光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法 - Google Patents

光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法に関する。
現用の光ファイバ心線を切断することなく、現用の光ファイバ心線から光を分波したり、現用の光ファイバ心線へ光を合波したりすることのできる光合分波回路が求められている。
一方で、光ファイバ心線を切断することなく、光ファイバ心線に光信号を入出力する光合分波技術の一つとして、側面研磨法を用いた光ファイバカプラの製造方法が検討されている(例えば、非特許文献1参照)。この光ファイバカプラの製造方法においては、現用の光ファイバ心線(現用心線)に曲げを与え、この曲げ部に側面から分岐用の光ファイバ心線(分岐用光導波路)を対向させ、現用心線から分岐用光導波路に光分波又は分岐用光導波路から現用心線に光合波するものである。
この光ファイバカプラの製造方法は以下の手順である。
(1)現用心線が弧の形状を描いて嵌まる溝を有するブロックに対して、現用心線を溝内に格納・固定し、現用心線の側面をコアから数μm又はコアまで被覆及びクラッド部分を研磨する。
(2)あらかじめブロックに埋め込んだ分岐用光導波路の側面をコアから数μm又はコアまで被覆及びクラッド部分を研磨しておく。
(3)側面研磨した現用心線とあらかじめ側面研磨した分岐用光導波路の研磨面同士とを面合わせし、研磨面方向にブロック同士を移動させることにより、所望の分岐比が得られる位置で固定する。
植松他、"側面研磨法を用いた光分岐の基礎検討"、信学技報、vol.119、no. 223、 OFT2019-36、 pp.23-26、Oct.2019
現用心線は、光ファイバの仕様や規格などで規定されている。しかし、規定内ではあっても、光ファイバの伝搬定数にはバラツキがある。しかも、現用心線を切断せず、インサービスで、現用心線の光ファイバの伝搬定数を把握することは困難である。
従来技術で用いられている光合分波回路は、コア同士を近接することによって生じるエバネッセント結合を用いているため、通常では現用心線と分岐用光導波路には、同一規格の光ファイバ心線又は同等の伝搬定数を有する光ファイバ心線を適用する。現用心線と分岐用光導波路とで伝搬定数が異なる場合、伝搬定数の差が大きくなるほどエバネッセント結合が弱くなるため、光合分波回路の合波特性や分波特性が劣化する。
本開示は、上記課題を解決するものであって、現用の光ファイバ心線への影響を最小化しつつ、多様な伝搬定数を有する現用の光ファイバ心線に適用できる光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示では、コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、伝搬定数が長手方向に変化し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、を面合わせする。
具体的には、本開示の光合分波方法は、コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、伝搬定数が長手方向に変化し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、を面合わせし、前記光ファイバ心線の研磨面と前記光導波路の研磨面同士を相対移動させて、前記光ファイバ心線の一端から前記光導波路の他端へ所望の分岐比が得られる位置に位置合わせする。
具体的には、本開示の光合分波回路は、コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、伝搬定数が長手方向に変化し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面とが接合されている。
具体的には、本開示の光合分波回路製造方法は、コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、伝搬定数が長手方向に変化し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、を面合わせし、前記光ファイバ心線の研磨面と前記光導波路の研磨面同士を相対移動させて、前記光ファイバ心線の一端から前記光導波路の他端へ所望の分岐比が得られる位置に固定する。
本開示の光合分波方法、光合分波回路又は光合分波回路製造方法によれば、現用の光ファイバ心線への影響を最小化しつつ、多様な伝搬定数を有する現用の光ファイバ心線に適用できる光合分波方法及び光合分波回路を提供することを目的とする。
光合分波回路の構成 光合分波回路の特性 光合分波回路の特性 光合分波回路の構成 光合分波回路の特性 光合分波回路の特性 光合分波回路の構成 光合分波回路の特性 光合分波回路の特性
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
本開示の光合分波回路の構成を図1で説明する。図1において、10は現用の光ファイバ心線、11は現用の光ファイバ心線のコア、12は現用の光ファイバ心線のクラッド、20は分岐用の光導波路、21は分岐用の光導波路のコア、22は分岐用の光導波路のクラッド、30は研磨面である。分岐用の光導波路20は、光ファイバ心線でもよいし、平面光導波路でもよい。分岐用の光導波路20は、現用の光ファイバ心線10との結合部では伝搬定数が長手方向に変化している。現用の光ファイバ心線10及び分岐用の光導波路20は、それぞれのコア又はコア付近まで側面が研磨され、研磨された面同士が接合されている。接合には、屈折率整合材を兼ねた接着剤で固定してもよいし、屈折率整合材を塗布して、クリップで機械的に固定してもよい。以後の開示でも同様である。現用の光ファイバ心線10の一端(図1のPinの方向)から分岐用の光導波路20の他端(図1のPoutの方向)へ所望の分岐比が得られる。
本開示の光合分波方法及び光合分波回路製造方法を図1で説明する。図1において、コア11又はコア11付近まで側面を研磨された光ファイバ心線10の研磨面と、伝搬定数が長手方向に変化し、コア21又はコア21付近まで側面を研磨された分岐用の光導波路20の研磨面と、を面合わせし、現用の光ファイバ心線10の研磨面と分岐用の光導波路20の研磨面同士を相対移動させて、現用の光ファイバ心線10の一端から分岐用の光導波路20の他端へ所望の分岐比が得られる位置に位置合わせする。光合分波回路を製造するには、位置合わせした後に、さらに、研磨面同士を固定する。固定には、屈折率整合材を兼ねた接着剤で固定してもよいし、屈折率整合材を塗布して、クリップで機械的に固定してもよい。分岐用の光導波路20は、光ファイバ心線でもよいし、平面光導波路でもよい。以後の開示でも同様である。
光合分波回路の分岐特性は、現用の光ファイバ心線10の伝搬定数と分岐用の光導波路20の伝搬定数の差に依存する。分岐用の光導波路20のコア径を8.4μm、コア―クラッド間の比屈折率差を0.35%とし、現用の光ファイバ心線10のコア径を変化させたときの分岐比を図2に、現用の光ファイバ心線10のコア―クラッド間の比屈折率差Δを変化させたときの分岐比を図3に示す。ここで、比屈折率差は、コアとクラッドの屈折率をそれぞれncore、ncladとすると、(ncore -nclad )/ (2×ncore )である。以後、現用の光ファイバ心線10の伝搬定数のバラツキをコア径またはコア―クラッド間の比屈折率差Δのバラツキとして例示する。分岐比とは、図1におけるPout/Pinの比をいう。図2において、現用の光ファイバ心線10のコア径が分岐用の光導波路20のコア径に一致するとき、分岐比は1である。しかし、現用の光ファイバ心線10のコア径が9.0μmでは、分岐比は0.15となる。図3でも同様に、現用の光ファイバ心線10の比屈折率差Δが分岐用の光導波路20の比屈折率差に一致するとき、分岐比は1であり、それ以外では分岐比が低下する。
本開示では、分岐用の光導波路20は、現用の光ファイバ心線10との結合部では伝搬定数が長手方向に変化している。伝搬定数が長手方向に変化していると、図2及び図3における分岐比は、一定の値が得られる。
本開示の光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法によれば、伝搬定数が長手方向に変化する分岐用の光導波路を用いることにより、様々な伝搬定数を有する現用の光ファイバ心線に対して、現用の光ファイバ心線への影響を最小化しつつ、1又は少ない種類の分岐用の光導波路で光の合分波が可能となる。
本開示の光合分波回路の構成を図4で説明する。図4において、10は現用の光ファイバ心線、13は現用の光ファイバ心線のコア、14は現用の光ファイバ心線のクラッド、20は分岐用の光導波路、23は分岐用の光導波路のコア、24は分岐用の光導波路のクラッド、30は研磨面である。分岐用の光導波路20は、光ファイバ心線でもよいし、平面光導波路でもよい。分岐用の光導波路20は、現用の光ファイバ心線10との結合部ではコア径が長手方向に線形に小さくなっている。
本開示の光合分波方法及び光合分波回路製造方法を図4で説明する。図4において、コア13又はコア13付近まで側面を研磨された光ファイバ心線10の研磨面と、コア径が長手方向に線形に小さくなり、コア23又はコア23付近まで側面を研磨された分岐用の光導波路20の研磨面と、を面合わせし、現用の光ファイバ心線10の研磨面と分岐用の光導波路20の研磨面同士を相対移動させて、現用の光ファイバ心線10の一端から分岐用の光導波路20の他端へ所望の分岐比が得られる位置に位置合わせする。光合分波回路を製造するには、位置合わせした後に、さらに、研磨面同士を固定する。固定には、屈折率整合材を兼ねた接着剤で固定してもよいし、屈折率整合材を塗布して、クリップで機械的に固定してもよい。
伝搬定数が長手方向に変化するように分岐用の光導波路20のコア径を6.25~12.25μmまでテーパ比0.0001で線形に小さくし、現用の光ファイバ心線10のコア径を変化させたときの分岐比を図5に、現用の光ファイバ心線10の比屈折率差Δを変化させたときの分岐比を図6に示す。分岐比とは、図4におけるPout/Pinの比をいう。
図5において、現用の光ファイバ心線10の広いコア径の範囲で、現用の光ファイバ心線10のコア径に関わらず、一定の分岐比が得られる。図6においても同様に、現用の光ファイバ心線10の比屈折率差に関わらず、一定の分岐比が得られる。
本開示では、分岐用の光導波路の断面を円形としたが、円形以外の形状、例えば矩形であっても同様の効果が得られる。分岐用の光導波路のコア径を長手方向に小さくしたが、大きくしても同様の効果が得られる。また、分岐用の光導波路のコア径の変化を線形としたが、線形でない、例えば2次関数、三角関係、指数関数であってもよい。分岐用の光導波路のコア径の変化は、一部に変化のない部分を含む単調減少又は単調増加が望ましい。
本開示の光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法によれば、コア径が長手方向に変化する分岐用の光導波路を用いることにより、様々な伝搬定数を有する現用の光ファイバ心線に対して、現用の光ファイバ心線への影響を最小化しつつ、1又は少ない種類の分岐用の光導波路で光の合分波が可能となる。
本開示の光合分波回路の構成を図7で説明する。図7において、10は現用の光ファイ
バ心線、15は現用の光ファイバ心線のコア、16は現用の光ファイバ心線のクラッド、20は分岐用の光導波路、25は分岐用の光導波路のコア、26は分岐用の光導波路のクラッド、30は研磨面である。分岐用の光導波路20は、光ファイバ心線でもよいし、平面光導波路でもよい。分岐用の光導波路20は、現用の光ファイバ心線10との結合部では屈折率が長手方向に線形に大きくなっている。
本開示の光合分波方法及び光合分波回路製造方法を図7で説明する。図7において、コア15又はコア15付近まで側面を研磨された光ファイバ心線10の研磨面と、屈折率が長手方向に線形に大きくなり、コア25又はコア25付近まで側面を研磨された分岐用の光導波路20の研磨面と、を面合わせし、現用の光ファイバ心線10の研磨面と分岐用の光導波路20の研磨面同士を相対移動させて、現用の光ファイバ心線10の一端から分岐用の光導波路20の他端へ所望の分岐比が得られる位置に位置合わせする。光合分波回路を製造するには、位置合わせした後に、さらに、研磨面同士を固定する。固定には、屈折率整合材を兼ねた接着剤で固定してもよいし、屈折率整合材を塗布して、クリップで機械的に固定してもよい。
伝搬定数が長手方向に変化するように分岐用の光導波路20のコアの屈折率を1cm辺り0.04%で0.25~0.45%まで線形に大きくし、現用の光ファイバ心線10のコア径を変化させたときの分岐比を図8に、現用の光ファイバ心線10の比屈折率差Δを変化させたときの分岐比を図9に示す。分岐比とは、図7におけるPout/Pinの比をいう。
図8において、現用の光ファイバ心線10の広いコア径の範囲で、現用の光ファイバ心線10のコア径に関わらず、一定の分岐比が得られる。図9においても同様に、現用の光ファイバ心線10の比屈折率差に関わらず、一定の分岐比が得られる。
本開示では、分岐用の光導波路の断面を円形としたが、円形以外の形状、例えば矩形であっても同様の効果が得られる。分岐用の光導波路の屈折率を長手方向に大きくしたが、小さくしても同様の効果が得られる。また、分岐用の光導波路の屈折率の変化を線形としたが、線形でない、例えば2次関数、三角関係、指数関数であってもよい。分岐用の光導波路の屈折率の変化は、一部に変化のない部分を含む単調減少又は単調増加が望ましい。
本開示の光合分波方法、光合分波回路及び光合分波回路製造方法によれば、屈折率が長手方向に変化する分岐用の光導波路を用いることにより、様々な伝搬定数を有する現用の光ファイバ心線に対して、現用の光ファイバ心線への影響を最小化しつつ、1又は少ない種類の分岐用の光導波路で光の合分波が可能となる。
本開示では、分岐用の光導波路のコアの屈折率のみを変化させたが、分岐用の光導波路のクラッドの屈折率のみを変化させてもよいし、分岐用の光導波路のコアの屈折率及びクラッドの屈折率の両方を変化させてもよい。
これまでの開示では、現用の光ファイバ心線のコア径又は比屈折率差がばらついたことにより伝搬定数がばらつく場合を例示したが、コア径又は比屈折率差のばらつきに関わらず伝搬定数がばらつく場合であれば、本開示の分岐用の光導波路を適用することができる。また、分岐用の光導波路はコア径が長手方向に変化する例とコア及びクラッドの少なくとも一方の屈折率が長手方向に変化する例とを示したが、両方とも長手方向に変化してもよい。さらに、これら以外のパラメータによって伝搬定数が長手方向に変化する分岐用の光導波路としても、同様の効果が得られる。
本開示は情報通信産業に適用することができる。
10:現用の光ファイバ心線
11、13、15:現用の光ファイバ心線のコア
12、14、16:現用の光ファイバ心線のクラッド
20:分岐用の光導波路
21、23、25:分岐用の光導波路のコア
22、24、26:分岐用の光導波路のクラッド
30:研磨面

Claims (3)

  1. コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、コア及びクラッドの少なくとも一方の屈折率が長手方向に線形に変化する接合部を有し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、を面合わせし、
    前記光ファイバ心線の研磨面と前記光導波路の研磨面同士を前記接合部の長手方向に相対移動させて、前記光ファイバ心線の一端から前記光導波路の他端へ所望の分岐比が得られる結合部を形成するように、前記光ファイバ心線の研磨面と前記接合部とが結合する位置に前記研磨面同士を位置合わせする光合分波方法。
  2. コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、
    コア及びクラッドの少なくとも一方の屈折率が長手方向に線形に変化する接合部を有し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、
    、研磨面同士を前記接合部の長手方向に相対移動させて、前記光ファイバ心線の一端から前記光導波路の他端へ所望の分岐比が得られる結合部を形成するように、前記光ファイバ心線の研磨面と前記接合部とが結合する位置に前記研磨面同士が位置合わせされている光合分波回路。
  3. コア又はコア付近まで側面を研磨された光ファイバ心線の研磨面と、コア及びクラッドの少なくとも一方の屈折率が長手方向に線形に変化する接合部を有し、コア又はコア付近まで側面を研磨された光導波路の研磨面と、を面合わせし、
    前記光ファイバ心線の研磨面と前記光導波路の研磨面同士を前記接合部の長手方向に相対移動させて、前記光ファイバ心線の一端から前記光導波路の他端へ所望の分岐比が得られる結合部を形成するように、前記光ファイバ心線の研磨面と前記接合部とが結合する位置に前記研磨面同士を固定する光合分波回路製造方法。
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