JPH05313038A - 光ファイバカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 伝播定数のほぼ等しい入出力ポート用の光フ
ァイバ５−１、５−２とダミー用の光ファイバ５−３と
を並べ、従来と同様の方法によって加熱延伸し融着させ
て結合部を形成する。即ち、入力ポート１１−１、１１
−２と出力ポート１２−１、１２−２には何れもほぼ同
一外径の光ファイバ５−１、５−２が使用され、ダミー
用の光ファイバ５−３は信号伝送用として使用しない。
このような構成にすると、ダミー用光ファイバ５−３の
存在によって、伝播定数のほぼ等しい光ファイバ相互間
の結合が実効的に伝播定数の異なる光ファイバを結合さ
せた場合と同様に広帯域化される。 【効果】 波長特性が平坦化され、各出力ポートの出力
比が均等になり、入出力ポート用光ファイバの外径が一
定なので外部回路との接続も容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを加熱延伸
し、融着して構成した広帯域の光ファイバカプラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光信号を分岐しあるいは結合処理する回
路には光ファイバカプラが広く使用される。図２に従来
の融着延伸タイプシングルモードカプラを示す。（ａ）
はシングルモードカプラの斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ
断面図である。図において、光ファイバカプラ１は２本
の光ファイバを並べて融着して構成され、入力ポート１
−１、１−２と出力ポート１−３、１−４を備えてい
る。そのＡ−Ａ断面から見ると２本の光ファイバは、そ
れぞれコア２及びクラッド３を有しているが、クラッド
３が加熱融着一体化された構成となっている。このよう
な構成の光ファイバカプラは、こうして２本の光ファイ
バが融着一体化した結合部４において、内部を伝送され
る光信号が互いに結合し、一つの入力ポートから入力し
た光パワーが出力ポート側に設けられた複数の光ファイ
バに分配される。

【０００３】図３に上記のような光ファイバカプラの製
造方法説明図を示す。図において、２本の光ファイバ５
Ａ、５Ｂは互いに平行に並べられ、加熱領域６を電気ヒ
ータやガスバーナによって加熱する。そして、この加熱
領域６の部分で２本の光ファイバ５Ａ、５Ｂを互いに接
触させ、融着させて矢印７方向に延伸する。この場合に
この延伸量を調整することによって、光ファイバカプラ
の入力ポートと出力ポート間の結合率を調整することが
できる。即ち、図２に示した結合部４の長さによってカ
プラの結合率が変化する。

【０００４】図４にそのような結合長と結合率の関係を
示すグラフを図示した。（ａ）は狭帯域カプラの特性
図、（ｂ）は広帯域カプラの特性図である。図におい
て、（ａ）、（ｂ）のグラフの横軸はいずれも結合長、
縦軸は結合率をパーセントで表わしたものである。ま
た、これらのグラフには図２に示した入力ポート１−１
から光信号を入力した場合の出力ポート１−３の出力と
出力ポート１−４の出力とをそれぞれ実線と破線とで図
示している。

【０００５】即ち、図（ａ）のように、光ファイバカプ
ラの結合部の長さ即ち、結合長を少しずつ長くしていく
と、その結合率は周期的に変化する。例えば、入力ポー
ト１−１から入射された光パワーは、初め破線に示すよ
うに出力ポート１−３から１００％出射する。この場合
には、テーパ引きは全く行われていない。この時点から
テーパ引きを開始すると、次第に出力ポート１−３の光
パワーが減少し、１−４にその出力が分配されていく。
そして、結合長Ｓ１の部分では分配比が１対１、即ち５
０％の結合率となり、結合長がＳ２の部分では今度は出
力ポート１−４に全ての光パワーが出力する状態にな
る。さらに、テーパ引きを進めて行くと次第に周期が短
くなるが、結合率が０％から１００％の間の値をとる状
態を周期的に繰り返す。即ち、このような光ファイバカ
プラにおいては常に結合率が０％と１００％の状態が存
在し、光結合が伝播波長に依存し、広帯域化を図ること
ができない。

【０００６】一方、この種の光ファイバカプラには、波
長依存度を小さくし、その広帯域化を進める要求があ
る。例えば特許出願公表公報６３−５０１５２７号に
は、左右の光ファイバ即ち、入力ポートと出力ポートの
光ファイバの伝播定数をわずかに変化させることによっ
て、その広帯域化を図る技術が紹介されている。例えば
図４（ａ）に示した３ｄｂカプラについては、２本の光
ファイバを異なる外径のものとし、両者を並べて加熱延
伸すればその広帯域化が図られる。図４（ｂ）に示すグ
ラフはその理想的な特性を示し、例えば入力ポート１−
１から入力した光パワーが出力ポート１−４に結合する
結合率は、０％からＡ％の間の値を結合長に応じて周期
的にとるようになる。この場合Ａ％が５０％の時、結合
長Ｓでその分配比が１対１の最も理想的な広帯域カプラ
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に光ファイバカプラの広帯域化を図るために、光ファイ
バの伝播定数をわずかに変化させる手段として、外径や
コア径にわずかな差のある光ファイバを使用する方法が
ある。しかしながら、このような方法で光ファイバカプ
ラを作った場合に、波長特性の異なる光ファイバが混在
するために、入出力ポートともに多方向にいずれのポー
トでも波長特性を平坦化するのは困難であるといった問
題があった。また、図４（ｂ）に示したグラフは、実際
には２本の光ファイバが異なる伝播特性を持つ場合、そ
の特性が上下対称にならないから、最適の結合率を得る
延伸停止位置を決定するのが非常に難しいという問題が
あった。

【０００８】これらの点から、２本以上即ち、多ポート
の光ファイバカプラの製造はさらに容易でないという問
題があった。また、入出力ポートを構成する光ファイバ
の一部に外径が異なるサイズのものが混在すると、標準
サイズの光ファイバを使用した外部回路との接続が容易
でなく、接続損失が増大したり、また、特殊なコネクタ
が必要になるといった問題もあった。本発明は以上の点
に着目してなされたもので、同一外径の光ファイバを入
出力ポートに使用し、その広帯域化を容易にした光ファ
イバカプラを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバカプ
ラは、伝播定数のほぼ等しい入出力ポート用の光ファイ
バを複数本と、少なくとも１本のダミー用の光ファイバ
とが並べられ、前記各光ファイバが相互にテーパ状に加
熱延伸されて融着化し、結合部を構成して成り、前記結
合部を介して、前記入出力ポート用の光ファイバ相互間
で所定の光結合を得ることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】このカプラは、伝播定数のほぼ等しい入出力ポ
ート用の光ファイバと適当な伝播定数の何本かのダミー
用の光ファイバとを並べ、従来と同様の方法によって加
熱延伸し融着させて結合部を形成する。即ち、入力ポー
ト出力ポートには何れもほぼ同一外径の光ファイバが使
用され、ダミー用の光ファイバは信号伝送用として使用
しない。このような構成にすると、ダミー用光ファイバ
の存在によって、伝播定数のほぼ等しい光ファイバ相互
間の結合が実効的に伝播定数の異なる光ファイバを結合
させた場合と同様に広帯域化される。これにより、波長
特性が平坦化され、各出力ポートの出力比が均等にな
り、入出力ポート用光ファイバの外径が一定なので外部
回路との接続も容易になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図の実施例を用いて詳細に説
明する。図１は本発明の光ファイバカプラ実施例を示す
平面図である。図において、この光ファイバカプラ１０
は３本の光ファイバ５−１、５−２、５−３から構成さ
れ、入力ポート１１−１、１１−２、１１−３と出力ポ
ート１２−１、１２−２、１２−３を備えている。これ
らの光ファイバが融着一体化された結合部１３では、そ
の断面は図の（ｂ）に示すように、それぞれコア２を平
行に配置しクラッド３が相互に融着一体化した構成とな
っている。

【００１２】なお、本実施例においては、３本の光ファ
イバ５−１、５−２、５−３のうち、２本の光ファイバ
５−１、５−２は、それぞれ例えば１２５ミクロンメー
タ（μｍ）の外径で１０μｍのコア径を有している。ま
た、残りの１本の光ファイバ５−３は、１１５μｍの外
径で９μｍのコア径を有している。この光ファイバ５−
３は、ダミー用の光ファイバで、実際には（ａ）に示し
た入力ポート１１−３及び１２−３は光信号の入出力用
には使用されない。

【００１３】ここで、図１（ａ）に示したような光ファ
イバカプラの結合長と結合率の関係を示すグラフを図５
に図示した。この図において、横軸は結合長で縦軸は結
合率を示している。また、図には図１の入力ポート１１
−２から光信号を入射した場合の出力ポート１２−２の
出力と１２−１の出力と１２−３の出力が示されてい
る。この図に示すように、入力ポート１１−２から入力
した光パワーは、もともと入力ポート１１−２と１本の
光ファイバを構成する出力ポート１２−２から当初大部
分が出力するが、結合長を長くするにつれて出力ポート
１２−１にその光パワーが分配される。そして、図のよ
うに結合長がＳ１になったところで、出力ポート１２−
２及び１２−１の結合率はそれぞれ極大、極小値を持
つ。しかしながら、図４に示したものと比較した場合
に、異なった伝播定数を持つ光ファイバ５−３の存在の
ために、さらに延伸を続けた結合長Ｓ３の部分で、出力
ポート１２−１、１２−２の出力の極大値及び極小値が
それぞれ１００％及び０％とならない。

【００１４】例えば波長１．４２μｍの光信号を入射し
ながら上記、結合長と結合率の特性を測定したところ、
結合長Ｓ１における出力ポート１２−２と１２−１の結
合率はそれぞれ５２〜５３％及び４７〜４８％となっ
た。なお、この位置で出力ポート１２−３に対する光パ
ワーの結合率は極めて小さい。これは、光ファイバ５−
３のクラッド外径やコア径が他の光ファイバに比べて小
さい上に、信号を入射する光ファイバ５−２との距離が
遠く、その結合係数が数％以下と小さいためである。従
って、図５に示す結合長Ｓ２の位置でこの光ファイバカ
プラを使用するようにすれば、結合率がほぼ５０％程度
となり損失の少ない光パワーの均等な分配を行なうこと
ができる。

【００１５】通常、２本の同一サイズのシングルモード
ファイバを使った図４で説明したような光ファイバカプ
ラにおいては、光パワーの伝播は図６に示したような式
で表わすことができる。即ち、Ｐ１は図２に示した出力
ポート１−３の光パワーであり、Ｐ２は出力ポート１−
４の光パワーを示している。また、結合定数Ｃは２本の
ファイバの位置関係やその伝播定数に従って決定される
もので、結合長Ｚは融着された部分の長さによって決定
されるものである。これに対して本発明のように、同一
サイズの光ファイバを出力ポートに使用するとともに、
異なるサイズのダミー用の光ファイバを含めて光ファイ
バカプラを製造した場合の光パワーの伝播は、図７に示
したような式で表わすことができる。この式において、
β１は、入力ポート１１−２から見た出力ポート１２−
１の光ファイバの伝播定数で、β２は、入力ポート１１
−２の光ファイバの伝播定数である。

【００１６】即ち、本発明のような構成の光ファイバカ
プラにおいては、入出力ポートに使用される光ファイバ
の伝播定数がそれぞれ等しい場合であっても、異なる伝
播定数の第３の光ファイバの存在のために、入出力ポー
トの光ファイバの伝播定数が実効的に異なって見える。
従って、β１とβ２は等しくない。また、Ｆは１よりも
小さい。即ち、入力ポート１１−２から出力ポート１２
−１及び１２−２への光パワーの結合は１００％となら
ず、ｓｉｎの２乗の項の周期が長くなり、カプラが広帯
域化する。

【００１７】例えば先に図４に示した従来構成の光ファ
イバカプラの場合、結合長Ｚを７としその結合部のテー
パウエストを３０μｍとして、図４に示した延伸停止位
置、即ち、結合長Ｓでカプラを製造した場合、図８に示
すような波長特性が得られる。この図８のグラフは、横
軸に波長を単位［μｍ］でとり、縦軸に結合率を［％］
で表わしたものである。この場合結合率は、１．４μｍ
の波長の部分でピークを示している。

【００１８】一方、図１に示した本発明の光ファイバカ
プラを製造し、その光波長特性を測定した結果を図９及
び図１０に示す。即ち、図９は入力ポート１１−２から
光信号を入力し出力ポート１２−２において得られた光
パワーの損失波長特性を示す。この横軸は波長をナノメ
ータ［ｎｍ］でとり、縦軸に損失をデシベル［ｄｂ］で
表わしたものである。また、図１０は入力ポート１１−
２から光信号を入力し、出力ポート１２−１における光
パワーの損失波長特性を示したものである。図９及び図
１０のグラフを比較すると、本発明の光ファイバカプラ
は、1200ナノメータから1550ナノメータ程度までの波長
の光について、極めて平坦な波長特性が得られることが
分かる。

【００１９】以上のように、図１に示した光ファイバカ
プラは、例えば入力ポート１１−２から光信号を入力し
た場合、出力ポート１２−１及び１２−３を１本のファ
イバとみなした時に、この１本のファイバは入力ポート
のファイバと伝播定数が異なって見える。従って、入力
ポート１１−２のファイバと出力ポート１２−１のファ
イバが完全結合せず、波長依存度の少ない広帯域化した
カプラが得られることになる。従って、本発明の光ファ
イバカプラを製造する場合、必ずしもダミーファイバは
他の入出力ポートに使用する光ファイバと異なる伝播定
数のものにする必要はなく、条件に応じて自由に選定で
きる。全く同一の伝播定数のものを使用したとしても上
記説明したと同じ効果が得られる。従って、図７に示す
入力ポートと出力ポートの光ファイバの伝播定数β１、
β２はいずれも等しくて良いが、少なくとも入力ポート
の光ファイバと出力ポートのダミーファイバを含めた光
ファイバの伝播定数とがそれぞれ相違するように伝播定
数を選定することが必要となる。

【００２０】図１１には、本発明の光ファイバカプラの
他の実施例を示す平面図を図示した。図において、この
実施例は２本の入出力ポート用光ファイバ５−４、５−
５の間にダミー用の光ファイバ５−６を配置した構成と
されている。入出力ポート用光ファイバ５−４、５−５
の外径は１２５μｍ、コア径は１０μｍ、ダミー用の光
ファイバ５−６の外径は１００μｍ、コア径は８μｍと
した。従って、図に示した光ファイバカプラの入力ポー
トは１５−１、１５−２であり、実際に使用される出力
ポートは１６−１と１６−２である。このような構成の
光ファイバについても、２本の光ファイバ５−４と５−
５の間にこれらの光ファイバと異なる伝播定数を持つ光
ファイバ５−６が存在するために、入出力ポート用の光
ファイバ間の光結合が不完全になり、広帯域な結合特性
が得られる。

【００２１】図１２には、図１１のカプラの入力ポート
１５−１から光信号を入射し、出力ポート１６−２から
光信号を出力した場合の損失波長特性を示す。このグラ
フは、図１０及び図１１と同様に、横軸に波長、縦軸に
損失をとったものである。この図に示すように、この実
施例においても1200ナノメータから1550ナノメータ付近
まで極めて平坦な波長特性が得られている。他の出力ポ
ートについても同様の特性となるのはいうまでもない。

【００２２】図１３には本発明の光ファイバカプラの他
の実施例を示す。この実施例では、５本の光ファイバ５
−７、５−８、５−９、５−１０及び５−１１を使用し
ている。ここで３本の光ファイバ５−７、５−８、５−
９は、何れもほぼ等しい伝播定数を持つ入出力ポート用
の光ファイバである。また、２本の光ファイバ５−１
０、５−１１は、何れも他の光ファイバとは異なる伝播
定数を持つダミー用の光ファイバである。

【００２３】このように３本の光ファイバ５−７、５−
８、５−９の間にダミー用の光ファイバ５−１０、５−
１１を介在させて、先に説明したと同様の原理によって
広帯域化を図ることができる。即ち、例えば光ファイバ
５−８を入力ポートとして使用した場合、ダミー用の光
ファイバ５−１０、５−１１の存在によって光ファイバ
５−７、５−９に対する光結合が不完全になり広帯域化
が図られる。これらの光ファイバを加熱延伸し融着し
て、その結合長を適当な位置に選定すると、光パワーは
先に説明した原理によって、光ファイバ５−８と５−７
の間及び５−８と５−９の間でのみ生じ、ダミー用の光
ファイバ５−１０や５−１１にはほとんど結合しない。
従って、極めて低損失の１対３の広帯域シングルモード
カプラを製造することができる。

【００２４】図１４には本発明のさらに別の実施例を示
す。図のように、この実施例では、入出力ポート用の光
ファイバ５−１２を６本用意し、その中心にダミー用の
光ファイバ５−１３を配置している。即ち、ダミー用の
光ファイバ５−１３の外周に入出力ポート用の光ファイ
バ５−１２を、ダミー用の光ファイバ５−３を取り巻く
ように配置している。このような構成にすれば、中心に
あるダミー用の光ファイバ５−１３の存在により多ポー
ト広帯域カプラを構成することができる。図１４の実施
例の光ファイバカプラを加熱しテーパ状に延伸する場
合、図１５に示すように、入出力ポート用ファイバ５−
１２とダミー用ファイバ５−１３との２回目の結合ピー
クが発生する位置でテーパ延伸を止めるようにすればよ
い。これによって、不完全結合状態となり広帯域化を図
ることができる。

【００２５】図１６には本発明のさらに別の実施例を示
す。図の場合、２本の光ファイバ５−１４及び５−１５
を使用するが、この光ファイバにはコア２とクラッド３
の他、コア２に対して偏心した位置にダミー用の光ファ
イバ９が埋め込まれている。実際にはこのダミー用の光
ファイバ９は、コアガラスのみで構成される。このよう
な２本の光ファイバ５−１４及び５−１５を融着し延伸
することによって、先に説明したと同様に実効的に伝播
定数の異なる光ファイバを相互に加熱、融着した光ファ
イバカプラと同様に広帯域化を図ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した本発明の光ファイバカプラ
は、ほぼ伝播定数の等しい外径の等しい複数本の光ファ
イバカプラを入出力ポート用として使用し、これらの光
ファイバとダミー用の光ファイバを並べて、相互にテー
パ状に加熱延伸して構成したので、入出力ポート用光フ
ァイバ相互間が実効的に伝播定数のわずかに異なる光フ
ァイバを使用した場合と同様に結合し、広帯域化を図る
ことができる。しかも、ほぼ同一の外径の光ファイバを
入出力ポートに使用することができるため、その出力比
を均等にすることができ、また、加熱延伸停止位置の選
定も容易である。しかも外部回路で使用されている光フ
ァイバと同一の外径の光ファイバを使用することができ
接続等も容易になる。さらに、本発明の光ファイバの場
合、ダミーファイバを適当な結合定数のものに選定する
ことによって、入出力用光ファイバの結合度を自由に調
整することができ、延伸長を調整することによって、光
パワーの分配率を容易に選定でき、波長依存性の少ない
広帯域なカプラを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバカプラ実施例を示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図２】従来の光ファイバカプラを示し、（ａ）はその
斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図３】光ファイバカプラの製造方法を説明する平面図
である。

【図４】光ファイバカプラの結合長と結合率の関係を示
すグラフで、（ａ）は狭帯域カプラの特性図、（ｂ）は
広帯域カプラの特性図である。

【図５】本発明の光ファイバカプラの結合長と結合率の
関係を示すグラフである。

【図６】同一サイズの光ファイバを使用した光パワーの
伝播特性を示す説明図である。

【図７】異なるサイズの光ファイバを含めた時の光パワ
ーの伝播特性を示す説明図である。

【図８】図４に示す光ファイバカプラの結合率の波長依
存度を示すグラフである。

【図９】入力ポート１１−２で出力ポート１２−２の場
合の損失波長特性を示すグラフである。

【図１０】入力ポート１１−２で出力ポート１２−１の
場合の損失波長特性を示すグラフである。

【図１１】本発明の光ファイバカプラの変形例を示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図１２】図１１の実施例の入力ポート１５−２で出力
ポート１６−３の場合の損失波長特性を示すグラフであ
る。

【図１３】本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は
その平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図１４】本発明のさらに別の実施例を示すもので、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図１５】図１４の実施例の延伸長と結合率の関係を示
すグラフである。

【図１６】本発明の変形例を示すカプラ断面図である。

【符号の説明】

２ コア ３ クラッド ５−１、５−２ 入出力ポート用光ファイバ ５−３ ダミー用光ファイバ １０ 光ファイバカプラ １１−１〜１１−３ 入力ポート １２−１〜１２−３ 出力ポート １３ 結合部

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に光ファイバカプラの広帯域化を図るために、光ファイ
バの伝播定数をわずかに変化させる手段として、外径や
コア径にわずかな差のある光ファイバを使用する方法が
ある。しかしながら、このような方法で光ファイバカプ
ラを作った場合に、伝播特性の異なる光ファイバが混在
するために、入出力ポートともに多方向にいずれのポー
トでも波長特性を平坦化するのは困難であるといった問
題があった。また、図４（ｂ）に示したグラフは、実際
には２本の光ファイバが異なる伝播特性を持つ場合、そ
の特性が上下対称にならないから、最適の結合率を得る
延伸停止位置を決定するのが非常に難しいという問題が
あった。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】例えば先に図４に示した従来構成の光ファ
イバカプラの場合、結合長Ｚを７としその結合部のテー
パウエストを３０μｍとして、図４に示した延伸停止位
置、即ち、結合長Ｓ２でカプラを製造した場合、図８に
示すような波長特性が得られる。この図８のグラフは、
横軸に波長を単位［μｍ］でとり、縦軸に結合率を
［％］で表わしたものである。この場合結合率は、１．
４μｍの波長の部分でピークを示している。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝播定数のほぼ等しい入出力ポート用の
   光ファイバを複数本と、 少なくとも１本のダミー用の光ファイバとが並べられ、 前記各光ファイバが相互にテーパ状に加熱延伸されて融
   着し、結合部を構成して成り、 前記結合部を介して、前記入出力ポート用の光ファイバ
   相互間で所定の光結合を得ることを特徴とする光ファイ
   バカプラ。