JPH06242336A

JPH06242336A - 光ファイバ

Info

Publication number: JPH06242336A
Application number: JP5047416A
Authority: JP
Inventors: Hisaharu Yanagawa; 久治柳川; Takahiro Ono; 卓宏小野; Yoshiyuki Kamata; 良行鎌田; Kazuhiko Terao; 計彦寺尾; Hidenori Iida; 秀徳飯田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】コア１の周りを第１のクラッドで覆う光ファ
イバに第２のクラッド３を設け、光ファイバのモードフ
ィールド４を楕円形にして半導体光デバイスとの接続損
失小さくする。【構成】コア１の周りが第１のクラッド２により覆わ
れている光ファイバにおいて、コア１を両側から挟む態
様で第１のクラッド内に光ファイバ横断面上の直角２軸
方向に非対称に、第１のクラッドよりも屈折率の小さい
第２のクラッド３を設ける。モードフィールド拡大処理
によりモードフィールド４は拡大するが、モードフィー
ルド４は屈折率が低い第２のクラッド３を避けた状態で
第１のクラッッド２上にはみ出していくため、この光フ
ァイバのモードフィールド４は楕円形に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体光デバイスと結合
する光ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信や光センサシステムに利用される
光ファイバは、屈折率の高いコアの周りを屈折率の低い
クラッドで覆っており、光はコアの中を進行し、信号を
伝えている。

【０００３】図10には、光ファイバの各種の横断面図が
示されている。光ファイバには、コアの形状の違いによ
り、図10の（ａ）に示すように、円形コア31と、これを
覆うクラッド34からなる真円コアファイバと、（ｂ）に
示すように、楕円コア32とこれを覆うクラッド34からな
る楕円コアファイバとがある。また、（ｃ）に示すよう
に、円形コア33とこれを覆うクラッド34と応力付与部36
とからなるパンダファイバがある。このパンダファイバ
は、応力付与部36により光の偏波面を保てるようになっ
ており、光ファイバに偏波保持性が必要な場合には、こ
のパンダファイバが使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レーザダイオード、光
増幅器、光スイッチ等の半導体光デバイスと光ファイバ
を接続する場合は、その接続損失をできるだけ小さくす
ることが大切である。そのためには、半導体光デバイス
と光ファイバの接続面において両者のモードフィールド
の形状や大きさを一致させることが望ましい。半導体光
デバイスのモードフィールドは通常楕円形であるため、
光ファイバのモードフィールドも楕円形であることが好
ましいが、図10の（ａ）で示したような真円コアファイ
バのモードフィールドは図11に示すように円形であり、
半導体光デバイスのモードフィールドとは形状が一致し
ないめに、接続損失がその分大きくなる。図10の（ｂ）
で示した楕円形コアファイバの場合も、モードフィール
ドは、ほぼ真円に近い楕円となることが知られており、
真円コアファイバに比べれば程度は良いものの、同様に
接続損失が生じる。また、図10の（ｃ）で示したパンダ
ファイバの場合も、真円コアファイバと同様にモードフ
ィールドは円形であり、同様の接続損失が生じる。した
がって、前記、従来例で示したいずれの光ファイバを用
いた場合も、半導体光デバイスとの間で、モードフィー
ルド不整合に基づく接続損失が生じるといった問題があ
った。従来、レンズ系を用いてモードフィールドの形状
を変換させる方法があるが、この方法はコスト、熱的安
定性、機械的安定性の点で望ましくない。

【０００５】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、半導体光デバイスと光ファ
イバとの接続において、接続損失をできるだけ小さくな
るように構成した光ファイバを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、コアの周りが第１のクラッドにより覆われてい
る光ファイバにおいて、両側から間隔を介してコアを挟
む態様で、又は間隔を介してコアを囲む態様で、前記第
１のクラッド内に光ファイバ横断面上の直角２軸方向に
非対称に第１のクラッドよりも屈折率の小さい第２のク
ラッドが設けられていることを特徴として構成されてい
る。

【０００７】また、前記光ファイバの接続端部となる局
部位置にモードフィールドの拡大処理が施されているこ
と、前記モードフィールドの拡大処理は熱拡散の手法
や、溶融延伸によるコアの細径テーパ化手法により行わ
れていること、モードフィールドがほぼ楕円形状に形成
されていること、第１のクラッド内にはコアに応力を付
与する応力付与部が設けられていること、前記第２のク
ラッドが応力付与部を兼ねていて、モードフィールドの
拡大処理が施されていることもそれぞれ本発明の特徴的
な構成とされている。

【０００８】

【作用】上記構成の本発明において光ファイバの熱拡散
処理を施すことにより、コアのモードフィールド径が拡
大するが、その拡大に際して、屈折率の低い第２のクラ
ッドを避けて第１のクラッド側にはみ出すので、モード
フィールド径はコアの周りに楕円形状に拡大し、半導体
光デバイスのモードフィールドとほぼ一致する。半導体
光デバイスと光ファイバのモードフィールドがほぼ一致
することにより、接続損失の小さい接続が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明に係る光ファイバの一実施例を示
している。図１の光ファイバは外径が125 μｍであり、
その中心にはコア直径７μｍの真円コア１が設けられて
おり、その周りは第１のクラッド２で覆われている。第
１のクラッド２内には、第１のクラッド２よりも屈折率
の低い第２のクラッド３が、間隔を介してコア１を挟む
態様でＹ軸上に設けられていて、光ファイバ横断面上の
直角２軸方向（Ｘ，Ｙ軸方向）に非対称になっている
（本明細書で直角２軸方向に非対称であるという用語
は、Ｘ軸上のパターンとＹ軸上のパターンが違う、不一
致の場合の概念を意味している）。第２のクラッド間の
ギャップＧは20μｍである。

【００１０】第１のクラッド２は純石英であり、コア１
のコアドーパントはゲルマニウム（Ｇｅ）、第２クラッ
ド３のドーパントはホウ素（Ｂ）であり、コア１の屈折
率は第１クラッド２の屈折率に比べて３％高く、第２の
クラッド３の屈折率は第１クラッド２の屈折率に比べて
１％低い値になっている。このように光ファイバは第１
クラッド２と第２クラッド３の屈折率の差が大きいこと
で、同時に、第２のクラッド３がコア１に応力を付与す
る応力付与部を兼ねたパンダファイバになっている。

【００１１】本実施例で用いた光ファイバは以上のよう
に構成されており、上記構成の光ファイバの接続端部と
なる局部位置をマイクロトーチで10分間加熱した。

【００１２】図２には、上記実施例の光ファイバのモー
ドフィールド拡大処理前とモードフィールド拡大処理後
の横断面図が示されている。モードフィールドの拡大処
理のためにマイクロトーチによる加熱を行う前のモード
フィールド４は（ａ）に示されるように直径が約８μｍ
の円形となっているが、マイクロトーチによる加熱が行
われると、コアドーパントＧｅが熱拡散し、コア１から
第１のクラッド３の方へはみ出していき、モードフィー
ルド４は、直径が８μｍよりも大きい円形となるような
方向に拡大していく。

【００１３】しかしながら、モードフィールドは屈折率
が低い材料側には熱拡散されにくいので、Ｙ軸上に設け
られた、第１のクラッド２よりも屈折率が低い第２のク
ラッド３を避けて拡大していき、図２の（ｂ）に示すよ
うにＹ軸側の径が短く、Ｘ軸側の径が長い楕円形とな
る。この楕円の短径は22μｍ、長径は30μm であった。

【００１４】また、図３には上記実施例の光ファイバの
縦断面図が示されている。マイクロトーチで加熱した加
熱部分５の長さは２mmで、この加熱部分５を加熱すると
コアドーパントＧｅが熱拡散し、モードフィールドが拡
大していく。コアドーパントＧｅの熱拡散は加熱部分５
の中心部分７で最も盛んに起こることから、加熱部分５
の中心部分７のモードフィールドが最も拡大し、図３の
（ａ）に示されるような屈折率分布テーパ６ができる。

【００１５】加熱部分５の中央部分７で光ファイバを切
断し、（ｂ）の状態としてから、半導体光デバイスとの
接続端部として使用する。この接続端部の横断面には図
２の（ｂ）で示したような楕円形のモードフィールドが
形成されているので、光ファイバの接続端面におけるモ
ードフィールドと半導体光デバイスのモードフィールド
がほぼ一致することになる。

【００１６】また、上記実施例の光ファイバは第２のク
ラッド３が応力付与部を兼ねているパンダファイバであ
るので、第２のクラッド３により、光の偏波面が保持さ
れた状態でファイバ内を光信号が伝搬している。そこ
で、この光ファイバに前述のようなモードフィールド拡
大処理を行った接続端部（図３の（ｂ））は、偏波保持
性が必要とされる偏波依存型のＬｉＮｂＯ₃導波路型光
スイッチ結合用として用いることができた。

【００１７】以上のように、上記実施例においては、光
ファイバの接続端部となる局部位置に熱拡散によるモー
ドフィールドの拡大処理を施したことで、モードフィー
ルド４は第１のクラッド２内に設けられた第１のクラッ
ド２よりも屈折率の低い第２のクラッド３側（Ｙ軸方
向）に短く、第２のクラッド３が設けられていないＸ軸
方向に長い楕円形となる。半導体光デバイスのモードフ
ィールドは通常、楕円形であるために、半導体光デバイ
スのモードフィールドと光ファイバの接続端部のモード
フィールドがほぼ一致し、接続損失を小さくすることが
でき、光通信の信頼性を向上することができる。

【００１８】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、モードフィールドの拡大処理は熱拡散によ
る処理を行ったが、溶融延伸によりコアを細径テーパ状
に形成し、モードフィールドの拡大処理を行うこともで
きる。

【００１９】図４に溶融延伸による処理を行った光ファ
イバの縦断面図を示すが、（ａ）に示すように光ファイ
バの直径が溶融延伸により縮径されると、接続端部とな
る部分であるテーパウェスト13のコアの直径は針のよう
に非常に小さくなる。例えば、上記実施例の光ファイバ
外径を125 μｍから50μｍに減じた場合、テーパウェス
ト13ではコアと第１のクラッドとの屈折率差は一定のま
ま（加熱時間は数十秒で熱拡散効果は無視できるとす
る）、コア寸法は10μｍから４μｍに減じる。

【００２０】そして、（ｂ）に示されるようにコア11の
直径が小さくなると、このコア11空間の内部に光信号を
閉じ込めることができなくなり、光信号が針状のコア11
から拡散し、14のようにモードフィールド径が拡大した
状態となる。この場合も、前記実施例のように第１のク
ラッド内に屈折率の低い第２のクラッドが設けられてい
ると、光がコア11から第１のクラッド側にはみ出す際
に、光が第２のクラッドを避けるような状態で第１のク
ラッド側に染み出し、モードフィールドは上記実施例と
同様の楕円形となる。

【００２１】図４のテーパウェスト13で光ファイバを切
断し、接続端部とし、半導体光デバイスとの接続を行え
ば、前記実施例と同様に接続損失を少なくすることがで
きる。

【００２２】前記実施例では、第１のクラッド内に設け
る第２クラッドは、光ファイバの横断面上の直角２軸方
向に非対称になっていて、間隔を介してコア１を挟む態
様で設けられていたが、間隔を介してコアを挟む代わり
に間隔を介してコアを囲む態様で設けることもできる。
例えば、図５に示されるように、第２のクラッド17が隙
間を介して長方形リング状にコア15を囲んでいるように
構成することもできる。このような構成の光ファイバで
は、モードフィールドの拡大処理を行った場合、モード
フィールドは第２クラッド17で囲まれた形状寸法をと
り、モードフィールド拡大処理条件がばらついても拡大
処理後のモードフィールド寸法形状の安定性が良い。

【００２３】図６には、図５に示した形態の光ファイバ
の接続端部となる局部位置を充分時間をかけて加熱し、
熱拡散によるモードフィールドの拡大処理を行ったとき
の屈折率分布を示してある。この光ファイバでは、加熱
部分19を加熱することにより、コアドーパントの熱拡散
が充分に行われれば、図６に示されるように加熱部分19
の中央近傍に屈折率分布の平坦部18ができる。この平坦
部18を含む部分Ｔにおいては、上記光ファイバをいずれ
の箇所で切断しても、第２クラッドに囲まれた寸法で楕
円形状に形成されたモードフィールドは、大きさ、形状
ともに同様となる。したがって、屈折率分布の平坦部18
を含む部分Ｔにおいては、切断位置が変動しても半導体
光デバイスとの接続端部となる光ファイバの接続端面に
おいては一定のモードフィールドが得られる。

【００２４】このように、第２のクラッドが間隔を介し
てコアを囲むような態様で設けられることで、光ファイ
バのモードフィールドの寸法形状の安定性がより優れた
ものとなる。この光ファイバは、前記実施例のように、
第２のクラッドがコアの応力付与部を兼ねたパンダファ
イバではないために、偏波保持性は有しないが、モード
フィールドの寸法形状は、パンダファイバよりも安定性
が良いものとなる。

【００２５】また、上記実施例では、第２のクラッド３
の屈折率分布を均一に構成したが、必ずしも屈折率分布
は均一でなくてもよく、傾斜した屈折率分布としてもよ
く、図７で示されるように第２のクラッドを複合した多
層（図では２層）の低屈折率部24，25に構成することも
できる。さらには、図８で示されるように第２のクラッ
ドを２対以上（図では２対）の低屈折率部26，27に構成
することもできる。いずれの場合も、モードフィールド
の拡大処理を行うことにより、前記実施例と同様に楕円
形状のモードフィールドとなり、半導体光デバイスとの
接続損失を小さくすることができる。

【００２６】また、前記実施例では、第２のクラッド３
と第１のクラッド２との屈折率差が１％と大きく構成さ
れていて、第２のクラッドがコア１への応力付与部を兼
ねていたが、第１のクラッドと第２のクラッドとの屈折
率差が、例えば0.3 ％と小さくして、コアへの応力付与
部を兼ねないようにしてもよい。このように、第１のク
ラッドと第２のクラッドとの屈折率の差を小さくした場
合、コアへの応力付与作用が極めて小さいために光の偏
波面を保持することはできない。しかし、モードフィー
ルドの拡大処理を行った場合には、第１のクラッドより
も屈折率が低い第２のクラッドが設けられているため、
前記実施例と同様にモードフィールドは第２のクラッド
を避けた状態で楕円形状に拡大する。したがって、半導
体光デバイスとの接続損失を小さくすることができる。

【００２７】さらに、図９に示すように、第２のクラッ
ド28とコア27との間隔Ｈを小さくし、モードフィールド
の拡大処理を施さなくても楕円形状のモードフィールド
を形成することもできる。例えば、上記実施例では、第
２クラッド間ギャップＧを20μｍとしたものを図９では
第２クラッド間ギャップＨを12μｍとしている。このよ
うに第２クラッド間のギャップを小さくした場合、モー
ドフィールドの拡大処理なしにはじめから第２クラッド
を光が感知し、その影響により、モードフィールドの形
状が楕円となる。

【００２８】また、前記実施例では第２クラッドの形状
は円形のクラッドで構成したが、図９のような長方形で
もよく、楕円でも、他の形状でもよい。

【００２９】また、これまで、前記実施例などモードフ
ィールドが楕円形になることを述べてきたが、楕円以外
の非円形状でもよく、半導体光デバイスのモードフィー
ルドの形状に合うような形であればよい。

【００３０】さらに、上記実施例では第２のクラッドの
ドーパントとしてＢ（ホウ素）を用いたが、Ｆ（フッ
素）等の他の材料を用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明はコアの周りが第１のクラッドに
より覆われている光ファイバにおいて、間隔を介してコ
アを挟む、又は、コアを囲む態様で、第１のクラッド内
に光ファイバ横断面上の直角２軸方向に非対称に設けら
れている第２のクラッドにより、光ファイバのモードフ
ィールドが非円状（楕円形状）に形成され、半導体光デ
バイスのモードフィールドの形状と同様の形状にするこ
とができる。このように、光ファイバのモードフィール
ドと半導体光デバイスのモードフィールドを略一致でき
ることにより、半導体光デバイスと光ファイバの接続損
失を小さくし、安定した接続が可能となり、光通信の信
頼性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示す横断面構成図であ
る。

【図２】上記実施例のモードフィールドの拡大前と拡大
後の状態を示す横断面説明図である。

【図３】上記実施例のモードフィールドの拡大後の状態
を示す縦断面説明図である。

【図４】溶融延伸によるモードフィールド拡大状態の縦
断面説明図である。

【図５】第２のクラッドの別の配設形態を示す横断面説
明図である。

【図６】図５に示す第２クラッドの配設状態でモードフ
ィールド径の拡大処理を時間をかけて行ったときの屈折
率分布テーパを示す縦断面説明図である。

【図７】第２のクラッドの別の配設形態を示す横断面説
明図である。

【図８】第２のクラッドの別の配設形態を示す横断面説
明図である。

【図９】第２のクラッドの別の配設形態を示す横断面説
明図である。

【図10】従来の各種光ファイバの横断面説明図である。

【図11】従来の光ファイバのモードフィールド形状を示
す横断面説明図である。

【符号の説明】

１，11，15，20，22，30 コア２，16, 21，23，29，第１のクラッド３，17，24，25，26，27，28 第２のクラッド４，38 モードフィールド５，19 加熱部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鎌田良行東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者寺尾計彦東京都新宿区大久保１−３−21 東京特殊電線株式会社内 (72)発明者飯田秀徳東京都新宿区大久保１−３−21 東京特殊電線株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアの周りが第１のクラッドにより覆わ
れている光ファイバにおいて、両側から間隔を介してコ
アを挟む態様で、又は間隔を介してコアを囲む態様で、
前記第１のクラッド内に光ファイバ横断面上の直角２軸
方向に非対称に第１のクラッドよりも屈折率の小さい第
２のクラッドが設けられている光ファイバ。
【請求項２】光ファイバの接続端部となる局部位置に
モードフィールドの拡大処理が施されている請求項１記
載の光ファイバ。
【請求項３】モードフィールドの拡大処理は熱拡散に
よって行われている請求項２記載の光ファイバ。
【請求項４】モードフィールドの拡大処理は溶融延伸
によりコアを細径テーパ状に形成することによって行わ
れている請求項２記載の光ファイバ。
【請求項５】モードフィールドの拡大処理によってモ
ードフィールドはほぼ楕円形状に形成されている請求項
２記載の光ファイバ。
【請求項６】第１のクラッド内にはコアに応力を付与
する応力付与部が設けられていて入射光の偏波の状態が
保持されている請求項１又は請求項２又は請求項５記載
の光ファイバ。
【請求項７】第２のクラッドが応力付与部を兼ねてい
るパンダファイバにモードフィールドの拡大処理が施さ
れている請求項６記載の光ファイバ。