JPH02129609A - モード変換素子及び光ファイバの接続部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、多モード光伝送路と単一モード光伝送路とを
低損失で接続することができるモード変換素子及びこの
モード変換素子を応用した光ファイバの接続部構造に関
する。

〈従来の技術〉 導波路形光デバイス、光集積回路など将来の高機能光デ
バイスでは、導波路内にいくつかの導波モードが存在し
た場合、これらのモード間の干渉や僅かな攪乱による不
要のモード変換により性能が劣化するため、単一モード
化する必要があり、伝送路としても単一モード光ファイ
バを用いる必要が生じろ。また、単一モード光ファイバ
は多モード光ファイバに比べて分散が格段に小さいので
伝送損失が少なく、大容量幹線光通信システムには最適
な伝送路と考えられている。このような理由により、単
一モード光ファイバは多モード光ファイバに代わり急速
に普及している。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、第８図に示すように、単一モード光ファイバ
０１と多モード光ファイバ０２とを接続した場合、単一
モード光ファイバ０１からの光信号０３はほとんど損失
なく多モード光ファイバ０２に伝送される（光４５号０
４）が、多モード光ファイバ０２からの光信号ｏ５は単
一モード光ファイバ０１中では大きな損失増を生じる（
光信号０６）という問題がある。これは、多モード光フ
ァイバ０２では高次モードが励起されるのに対し、単一
モード光ファイバ０１では基本モードのみが伝搬され、
これらのモード間の電界分布の不一致による接続損失が
大きくなるためである。このため、従来においては、多
モード光伝送路と単一モード光伝送路を低損失で接続す
ることは本質的に不可能と考えられており、その低損失
化は検討されていない。

一方、光フアイバ内の光信号の伝搬を単一モード状態に
する場合、コアの直径を５〜１０μｍと小さくする必要
が生じる。したがって、光源や光デバイスとの接続、光
フアイバ同志の接続が多モードファイバに比べて困難に
なり、接続損失が生じ易くなるという′問題が生じる。

特に、半導体レーザー（ＬＤ）光源が導波路形光デバイ
スと単一モード光ファイバとを接続する場合、従来の方
法では接続損失が大きく、低損失にするにはサブミクロ
ンの位置合せ精度が要求される。したがって、従来、接
続損失を抑えて再現性よ（接続するのは極めて困難であ
る。

例えば、従来、単一モード光ファイバとＬＤとを接続す
る場合、レンズを用いて光電界分布を整合させ、低損失
化を図っている。しかし、ＬＤと単一モード光ファイバ
とでは開口数（ＮＡ）が極端に異なるため、電界分布の
一致が難しく、接続位置精度の許容範囲が非常に小さ（
なり、例えば、光ファイバとＬＤとの最適位置からの位
置ずれによる接続損失増加を１　ｄＢ以内に抑えるには
、位置ずれを０．１５μｍ以内に抑えろ必要がある。し
たがって、位置合わせにはサブミクロンの精度を有する
位置合わせ装置が必要であり、且つ接着剤等による光フ
ァイバの固定時の軸ずれもサブミクロン以下に抑える必
要があり、さらに温度変化による影響を強く受けるので
この影響による軸ずれを防止しなければならない等、技
術的に難しい問題に直面する。同様に、単一モード光フ
ァイバと導波路形光デバイスとの接続においても、単一
モード光ファイバと導波路との軸合わせ許容範囲は１μ
ｍ以下であり、長期間の保持が困難で、信頼性に乏しい
という問題を抱えている。

本発明は、このような事情に鑑み、多モード光伝送路と
単一モード光伝送路とを低損失で接続することができる
モード変換素子、並びに、単一モード光ファイバと光源
や光デバイス等の被接続部材との接続において位置精度
の許容度を大幅に改善し且つ低損失で高信頼性の接続を
実現する光ファイーバの接続部構造を提供することを目
的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明にかかるモード変換素子は、
同心円状に２段以上の導波構造が形成された多重コア光
ファイバからなり、その一部が延伸されてなることを特
徴とし、また、本発明にかかる光ファイバの接続部構造
は、同心円状に２段以上の導波構造が形成された多重コ
ア光ファイバと単一モード光ファイバとが互いに融着接
続され、この融着接続部又はその近傍の多重コア光ファ
イバに少なくとも１ケ所の延伸部を有することを特徴と
する。

く作 用〉 前記構成のモード変換素子の一端を多モード光伝送路に
、他端を単一モード光伝送路に接続した場合、多モード
光伝送路からの高次信号は、当該モード変換素子の延伸
部により基本モードに変換され、単一モード伝送路に導
入され、損失はほとんどない。勿論、単一光伝送路から
の信号は当然、はとんど損失なく多モード光伝送路に導
入される。

したがって、モード変換素子の一端に多モード光ファイ
バを、他端に単一モード光ファイバを接続した接続部構
造では、信号が低損失で相互に伝送される。

一方、単一モード光ファイバを光源や光デバイス等の被
接続部材と接続する場合に、単一モード光ファイバの接
続端に上記モード変換素子の一端を接続し、このモード
変換素子の他端と上記被接続部材とを接続するようにす
れば、被接続部材との軸合せが大幅に改善される。即ち
、ＬＤや導波路形光デバイスなどの被接続部材と多重コ
ア光ファイバとの接続では多重コア光ファイバのＮＡが
大きいので、これらの接続位置の許容範囲は広く、例え
ば、ＬＤとの接続損失を１　ｄＢ以内にするための位置
ずれ限界は１０μｍ程度ある。また、このとき、被接続
部材からの光信号はモード変換素子の外側のコアに低損
失で導入され、この外側のコアで励起された高次モード
は延伸部により基本モードに変換された後、単一モード
光ファイバのコアへ導入される。

〈実　施　例〉 以下に図面を参照し本発明をより具体的に詳述するが、
以下に開示する実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、
本発明の範囲を同等制限するものではない。

（実施例１） 以下に本実施例におけろモード変換素子の作製法を示す
。

まず、多重コアファイバとして、第１図（ａｌに示す構
造の二重コア光ファイバ１を作製した。細径コア２はコ
ア径８μｍでＧｅドープにより、純シリコンガラスから
なる大径コア３の屈折率１．４６との屈折率差０．３％
のステップ形で、波長１．３μｍにおいては単一モード
となる。また、大径コア３は外径５０μｍであり、最外
殻のクラッド４は外径１２５μｍでＦドープにより太径
コア３との屈折率差０．３％となっている。このように
、この二重コア光ファイバ１は単一モード光ファイバと
同じパラメータのコア２と多モードを励起するコ１３と
を有する。

次に、この光ファイバを第１図ｔｂ）に示す方法で特性
の測定をしながら、酸水素バーナ−５及び延伸台６ａ、
６ｂを用いて延伸を行った。波長１．３μｍのＬＥＤ光
源７からの光４３号を、光損失測定用ダミーファイバ８
を介することにより国際標準の定常モード分布を得た後
、延伸したファイバ１に入力し、延伸による光出力の変
化を光検出器９により測定したが、延伸による損失の増
加はみられなかった。なお、図中１０はＬＥＤ光源７と
光損失用ダミーファイバ８を接続する多モードファイバ
である。

これは第１図（Ｃ）に示すようにファイバ１の延伸部１
ａにおいてモード変換が生じているためである。光源か
らの光信号１１は外側のコアとクラッドにより多モード
構造の導波路を伝搬し高次モードを含む。一方、外形を
２０μｍ程度になるまで延伸された延伸部１ａは外側の
コアとクラッドにより単一モード光ファイバと同様な導
波構造となり基本モードの光信号のみが伝搬モードとな
る。しかし、この延伸部１ａにおいて高次モードの光信
号１１は損失を受けることなく基本モード１２に変換さ
れ、この基本モード１２は内側のコア２と外側のコア３
とからなる単一モード導波路中を基本モード信号１３と
して伝搬する。なお、このモード変換に関しては、別に
同様な延伸を行い、延伸部の中心を切断し同様な測定法
によりその近視野を観察した結果、単一モードになって
いる乙とを確ｉｌした。

次に、第２図に示すように、上記延伸部１ａを石英基板
１４に固定し、プラスチック実装体１５に封入した後、
延伸部１ａを中心に１０（２）の長さで光ファイバ１を
切断し、モード変換素子１６とした。

このモード変換素子の両側に各々長さ１０ｃｒａの多モ
ード光ファイバ（Δ；１．０％、コア径５０μｍ）及び
単一モード光ファイバ（Δ＝０．３％、コア径９μｍ）
を融着接続し、モード変換素子と直線上にし、上記法と
同様な方法で損失特性を測定した結果、接続損失は０．
８ｄＢであった。これは単に多モード光ファイバと単一
モード光ファイバとを融着接続した場合の接続損先約１
１　ｄＢと比較し通かによい値である。一方、単一モー
ド光ファイバから波長１．３μｍのＬＤ光源より光を導
入し多モード光ファイバで測定した接続損失は０．３ｄ
Ｂであった。

（実施例２） 第３図に示すように、実施例１と同様の二重コア光ファ
イバ３１を用い、この二重コア光ファイバ３１と単一モ
ード光ファイバ３２とを融着接続した後、二重コア光フ
ァイバ３１と光ファイバ３２との融着接続部３３から約
３ｍのところを酸水素バーナーを用いて外形が２５μｍ
になるまで延伸して延伸部３４を形成した。その後、実
施例１と同様にその融着接続部３３と延伸部３４とを石
英基板に固定しに重コア光ファイバ３１を延伸部より３
ｃｆｆ１の所を切断し、基板をプラスチック実装体に封
入してモード変換素子を作製した。なお・単一モード光
ファイバ３２の長さは約３ｍとした。

このように作製したモード変換素子３５とのＬＤ光源と
の接続試験を第４図に示すように行った。同図に示すよ
うにモード変換素子３５を微動台３６に固定し、１−３
μｍのＬＤ光源３７との接続効率を測定した。ここで、
３８は球形レンズ、３９は光検出器である。

この結果を第５図に示す。

第５図に示すように、最適位置における接続損失：よ２
．０ｄＢであった。また、その位置からの光軸垂直方向
の±１０μｍの軸ずれによる損失増加は１　ｄＢ以内で
あり、最適位置において４８時間室内に放置したが損失
変化は±０．１ｄＢであり非常に安定していた。

（実施例３） 第６図に示すように、実施例１と同様な二重コア光ファ
イバ６１を用い、この二重コア光ファイバ６１と単一モ
ード光ファイバ６２とを融着接続した後、多重コア光フ
ァイバの接続部を酸水素バーナーを用いて外形が２０μ
ｍになるまで延伸して延伸部６３を形成した。その後、
実施例１と同様に、その接続・延伸部を石英基板に固定
し、プラスチック実装体に封入してモード変換素子を作
製した。

実装体から出た二重コア光ファイバ６１の長さは４ｃｍ
とした。また、単一モード光ファイバ６２の長さは３ｍ
とした。

この光ファイバ形モード変換素子により実施例２と同様
に、ＬＤ光源との接続効率を測定した。その結果を第７
図に示す。最適位置に於ける結合損失は２．２ｄＢであ
った。また、その位置からの光軸垂直方向の±１２μｍ
の軸ずれによる接続損失の増加は１　ｄＢ以内であった
。

また、この素子によりＬＤ光源と単一モード光ファイバ
の接続された部品を１０個作製したが、何れの場合も接
続損失は２．４ｄＢ以下であり、非常に安定であった。

〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明のモード変換素子を用いれば
多モード伝送路と単一モード伝送路を低損失に接続する
ことが可能となるため、多モード伝送用の光部品が単一
モード系へ適用することが可能とな吟、また、この素子
を単一モード光ファイバと半導体レーザー単一モード光
デバイス等の被接続部材との接続に用いれば、位置精度
の許容度が広くなり、長期信頼性が高くなるという効果
を奏する。

さらに、光ファイバどうしの接続においても本発明の素
子を用いることにより、低損失接続の簡易化が可能であ
る。特に、アレイ形の単一モード光素子と多心単一モー
ド光ファイバとの接続に本発明を用いることにより、プ
レイ化単一モード光部品の実装が極めて容易化する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は実施例１を示す説明図、第２図
は実施例１のモード変換素子の説明図、第３図は実施例
２のモード変換素子の説明図、第４図は実施例２のモー
ド変換素子を用いた接続特性試験の測定方法を示す説明
図、第５図はその結果を示すグラフ、第６図は実施例３
のモード変換素子の基本構成を示す説明図、第７図は実
施例３の接続特性測定試験の結果を示すグラフ、第８図
は従来の多モード光ファイバと単一モード光ファイバと
の融着状態での光伝送状態を示す説明図である。 図　面　中、 １．３１．６１は二重コア光ファイバ、ｌａ、３４は延
伸部、 ２は細径コア、 ３は大径コア、 ４はクラッド、 １４は石英基板、 １５はプラスチック実装体、 １６．３５はモード変換素子である。 接続損失（ｄＢ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同心円状に２段以上の導波構造が形成された多重
   コア光ファイバからなり、その一部が延伸されてなるこ
   とを特徴とするモード変換素子。
2. （２）同心円状に２段以上の導波構造が形成された多重
   コア光ファイバと単一モード光ファイバとが互いに融着
   接続され、この融着接続部又はその近傍の多重コア光フ
   ァイバに少なくとも１ヶ所の延伸部を有することを特徴
   とする光ファイバの接続部構造。