JPH06308349A - 光ファイバカプラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば、希土類元素ドープファイバとその他
のシングルモードファイバとを接続する場合のように、
伝搬定数の異なるシングルモードファイバを低い接続損
失にて光接続する場合などに使用し得る、伝搬定数の異
なるシングルモードファイバよりなる光ファイバカプラ
及びその製造方法を提供することである。 【構成】 光ファイバカプラは、２種の伝搬定数の異な
るシングルモードファイバｆ、ｆ_ERを溶融延伸して形成
され、溶融延伸により形成された光結合領域において
は、両ファイバのモードフィルード径を等しくし、且つ
クラッド径を減削することにより両ファイバの伝搬定数
が同じとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信システム
において、伝搬定数の異なる二種の光ファイバを低接続
損失にて接続する際に有効に使用される光ファイバカプ
ラ及びその製造方法に関するものであり、更に詳しく言
えば、光増幅器（ファイバアンプ）を構成する上で必須
の希土類元素ドープファイバとその他のシングルモード
ファイバとを低損失にて接続し、そして増幅利得を上げ
ることのできる光ファイバカプラ及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システム、中でも周波数多重方式
を利用した大容量光通信システムにおいては、光分岐に
伴う信号レベルの低下を補償するために、光増幅技術の
重要性が益々高くなっており、特に、近年、種々の光増
幅方式の中でも、増幅効率の波長依存性の少ない希土類
元素ドープファイバアンプが注目されている。

【０００３】周波数多重方式の光通信システムに利用さ
れる希土類元素ドープファイバアンプにおいて、１．５
μｍ帯の光の増幅には、エルビウム（Ｅｒ）ドープファ
イバが用いられ、１．４８μｍの励起光でＥｒ原子内遷
移を利用した誘導放出が行なわれる。この際、増幅効率
は、１．４８μｍの励起光の強度がある値以上では一定
である。

【０００４】従来、希土類元素ドープファイバを用いた
ファイバアンプは図２に示すような構成とされる。つま
り、１．５μｍ帯の信号光Ｌ_S と１．４８μｍの励起光
Ｌ_Eは、シングルモードファイバｆにて形成された光フ
ァイバカプラからなる合波器１００で混合し、Ｅｒドー
プファイバｆ_ER内に導かれる。Ｅｒドープファイバｆ_ER
内で増幅された信号光Ｌ_S は、シングルモードファイバ
ｆにて形成された光ファイバカプラからなる分波器１０
２において１．４８μｍの励起光と波長分離される。

【０００５】このような希土類元素ドープファイバアン
プにおいて、合波器１００の出力端であるシングルモー
ドファイバｆと、ファイバアンプの光増幅領域となる希
土類元素ドープファイバｆ_ERとは、接合部１０４にて両
ファイバｆとｆ_ERの端面が融着接続されていた。同様
に、希土類元素ドープファイバｆ_ERと、分波器１０２の
入力端であるシングルモードファイバｆとは、接合部１
０６にて両ファイバｆとｆ_ERの端面が融着接続されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
希土類元素ドープファイバアンプの構成において、一般
に、Ｅｒドープファイバｆ_ERは、シングルモードファイ
バｆと比較してコア・クラッド間の比屈折率差△ｎが大
きく、モードフィールド径は小さく形成されており、例
えばＥｒドープファイバｆ_ERは、その比屈折率差△ｎが
１．６％、モードフィールド径が５．８μｍであるのに
対して、シングルモードファイバｆは、その比屈折率差
△ｎが０．９％、モードフィールド径が８μｍとされる
ために、Ｅｒドープファイバｆ_ERとシングルモードファ
イバｆとを融着接続する接合部１０４、１０６で、それ
ぞれ３ｄＢ以上の接続損失が生じていた。従って、Ｅｒ
ドープファイバｆ_ER内に導かれる１．５μｍ帯の信号光
Ｌ_S と１．４８μｍの励起光Ｌ_E の光強度の低下による
増幅利得の低下があるという問題があった。

【０００７】更に、信号光強度の低下は信号純度の低下
の要因となり、システム設計上の制約ともなっていた。

【０００８】一方、図３に示すように、ファイバアンプ
の光増幅媒体であるＥｒドープファイバｆ_ERへの光導入
に光ファイバカプラを用いる試みもなされている。

【０００９】つまり、合波器１００の出力端であるシン
グルモードファイバｆと、ファイバアンプの光増幅領域
となる希土類元素ドープファイバｆ_ERとにて光ファイバ
カプラ２００を形成し、合波器１００からの信号光Ｌ_S
と励起光Ｌ_E の混合した光をこの光ファイバカプラ２０
０を介してＥｒドープファイバｆ_ERへと導入し、増幅す
る構成が提案されている。

【００１０】しかしながら、このような従来のファイバ
アンプの構成によると次のような問題があった。即ち、
Ｅｒドープファイバｆ_ERとシングルモードファイバｆと
の間で、コア・クラッド間の比屈折率差の違い、或は、
主にコア径に依存するモードフィールド径の差異に起因
して伝搬定数の不一致が存在するために、直接Ｅｒドー
プファイバｆ_ERとシングルモードファイバｆを、従来方
法によって溶融延伸して形成した光ファイバカプラ２０
０は、シングルモードファイバｆより入射した光がＥｒ
ドープファイバｆ_ERに全て移行する、所謂「完全結合」
となる構成とすることができないという問題があった。

【００１１】即ち、Ｅｒドープファイバｆ_ERへの光導入
時の減衰、つまり接続損失、換言すれば光ファイバカプ
ラ２００の挿入損失がＥｒドープファイバｆ_ERとシング
ルモードファイバｆを融着接続する場合より大幅に小さ
くすることはできず、ファイバアンプの増幅利得の低下
の要因となっていた。更に、作製された光ファイバカプ
ラの挿入損失のバラツキが大きく、システム設計上の制
約ともなっていた。

【００１２】又、一般に伝搬定数の異なるシングルモー
ドファイバ相互を直接融着接続した場合には、接続部で
の損失が大きく、又、反射を生じ易いため、ファイバア
ンプ等のシステム設計上の制約となるという課題があっ
た。加えて、直接融着接続部の特性、損失或は反射を予
め評価することは容易でなく、実際のシステムの実装上
の制約ともなる。

【００１３】従って、本発明の目的は、例えば、希土類
元素ドープファイバとその他のシングルモードファイバ
とを接続する場合のように、伝搬定数の異なるシングル
モードファイバを低損失にて光接続する場合などに使用
し得る、伝搬定数の異なるシングルモードファイバより
なる光ファイバカプラ及びその製造方法を提供すること
である。

【００１４】本発明の他の目的は、光増幅器（ファイバ
アンプ）を構成する上で必須の希土類元素ドープファイ
バとその他のシングルモードファイバとを低損失にて接
続し、そして増幅利得を上げることができ、光増幅器
（ファイバアンプ）に好適に使用することのできる光フ
ァイバカプラ及びその製造方法に関するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
光ファイバカプラ及びその製造方法にて達成される。要
約すれば、本発明は、２種の伝搬定数の異なるシングル
モードファイバを溶融延伸して形成される光ファイバカ
プラであって、溶融延伸により形成された光結合領域に
おいては、両ファイバのモードフィールド径を等しく
し、且つクラッド径を減削することにより両ファイバの
伝搬定数が同じとされた光ファイバカプラである。

【００１６】斯かる光ファイバカプラにおいて、上記２
種の伝搬定数の異なるシングルモードファイバは、コア
・クラッド間の比屈折率差が異なるか、モードフィール
ド径が異なるか、又は、コア・クラッド間の比屈折率差
及びモードフィールド径が共に異なるシングルモードフ
ァイバである。好ましくは、前記の２種の伝搬定数異な
るシングルモードファイバは、波長１．５μｍ帯に光利
得を有する希土類元素ドープファイバと波長１．５５μ
ｍ用分散シフト型のシングルモードファイバである。

【００１７】上記光ファイバカプラは、（ａ）２種の伝
搬定数の異なるシングルモードファイバを準備し、所定
量だけ被覆コーティングを除去すること、（ｂ）少なく
とも一方のシングルモードファイバの前記被覆コーティ
ング除去部を所定量だけ延伸して細径し、両ファイバの
モードフィールド径を等しくすること、（ｃ）両ファイ
バのクラッド径を細径し、両ファイバの細径化部におけ
る伝搬定数を一致させること、（ｄ）両ファイバの細径
化部を溶融延伸して光結合部を形成すること、を特徴と
する製造方法にて好適に製造し得る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る光ファイバカプラ及びそ
の製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。

【００１９】本発明に係る光ファイバカプラは、２種の
伝搬定数の異なるシングルモードファイバを融着延伸し
て形成される。このシングルモードファイバは、コア・
クラッド間の比屈折率差△ｎ或はモードフィールド径
が、又は比屈折率差△ｎ及びモードフィールド径の異な
るものとされる。

【００２０】例えば、より具体的に言えば、前記の２種
の伝搬定数異なるシングルモードファイバは、波長１．
５μｍ帯に光利得を有する希土類元素ドープファイバと
波長１．５５μｍ用分散シフト型のシングルモードファ
イバの組合わせとすることができる。

【００２１】本発明によれば、上記２種の伝搬定数の異
なるシングルモードファイバよりなる溶融延伸にて形成
された光ファイバカプラは、その光結合領域を形成する
部分において、両光ファイバのモードフィルード径が等
しくされ、且つ、両光ファイバのクラッド径はそれぞれ
所定量縮径することにより両光ファイバの伝搬定数が同
じとされ、屈折率の等しいクラッドを互いに融着延伸さ
れた構造とされる。

【００２２】次に、図１を参照して、上記構成の本発明
による光ファイバカプラの製造方法の一実施例について
説明する。

【００２３】本実施例にて、２種の伝搬定数の異なるシ
ングルモードファイバとしては、波長１．５μｍ帯に光
利得を有する希土類元素ドープファイバｆ_ERと波長１．
５５μｍ用分散シフト型のシングルモードファイバｆと
を使用するものとする。又、本実施例では、Ｅｒドープ
ファイバｆ_ERと分散シフトファイバｆは共に、クラッド
径ｆ_ERd 、ｆ_d が１２５μｍとされ、又、Ｅｒドープフ
ァイバｆ_ERは、その比屈折率差△ｎが１．６％、モード
フィールド径が４μｍであり、分散シフトファイバｆ
は、その比屈折率差△ｎが０．９％、モードフィールド
径が８μｍであった。 ・モードフィールド径を一致させる工程 モードフィールド径のより大きな分散シフトファイバｆ
を適度の長さに切断した後、所定のファイバ長Ｌ₀ 部分
の被覆コーディングを除去する。本実施例で被覆除去長
さＬ₀ は１５ｍｍであった（図１（Ａ））。これによっ
て露出したクラッド部分を洗浄クリーニングして、ＵＶ
被覆などの残渣を除いた後、ファイバｆを延伸装置に固
定する。

【００２４】次いで、本実施例によれば、ファイバ長約
１３ｍｍの領域を水素（Ｈ₂ ）炎バーナを用いて１２０
０℃〜１４００℃に加熱しながら、延伸装置を一定速度
３ｍｍ／分で一方向に移動し、延伸長１０ｍｍで延伸を
終了した（図１（Ｂ））。この間、水素炎バーナは、一
定速度５ｍｍ／分で前記延伸装置の移動方向と逆の方向
に移動し延伸領域を略均一に加熱した。これにより、所
定のファイバ長（Ｌ₁）とされる、本実施例では約２５
ｍｍとされるファイバ長（Ｌ₁ ）の大部分において均一
のクラッド径ｆ_d ’を有した延伸部分が形成される。

【００２５】本実施例で、縮径部分のクラッド径ｆ_d ’
は６３μｍとされた。得られた延伸部分のコア径も比率
６３／１２５で細くなり、波長１．５μｍ帯に対するモ
ードフィールド径は約４．０μｍとなり、Ｅｒドープフ
ァイバｆ_ERのモードフィールド径と一致する。 ・クラッド径を減削する工程 上述のようにして得られた、クラッド径（ｆ_d ’）６３
μｍ、ファイバ長（Ｌ₁ ）約２５ｍｍの分散シフトファ
イバｆの延伸部分を、更にフッ酸若しくはフッ酸とエッ
チピット防止剤（例えばフッ化アンモニウム）混合液の
ようなエッチング液を使用して、クラッド径（ｆ_d ’）
を所定の径（ｆ_d ”）にまで縮径する（図１（Ｃ））。
本実施例で、クラッド径（ｆ_d ’）は、径（ｆ_d ”）＝
２０μｍにまで減削した。

【００２６】又、延伸部分の減削は、例えば砥粒による
機械的研磨などをも採用することができる。

【００２７】一方、Ｅｒドープファイバｆ_ERも又、適度
の長さに切断した後、所定のファイバ長Ｌ₂ の部分の被
覆コーディングを除去する。本実施例で被覆除去部の長
さＬ₂ は２５ｍｍとした（図１（ａ））。これによって
露出したクラッド部分を洗浄クリーニングして、ＵＶ被
覆などの残渣を除いた後、フッ酸若しくはフッ酸とエッ
チピット防止剤（例えばフッ化アンモニウム）混合液の
ようなエッチング液を使用して、クラッド径（ｆ_ERd ）
を所定の径（ｆ_ERd ’）にまで縮径する。本実施例で、
初期時クラッド径（ｆ_ERd ）１２５μｍは、ｆ_ERd ’＝
２０μｍにまで減削した（図１（ｃ））。

【００２８】これによって、細径化された分散シフトフ
ァイバｆの延伸部分と、Ｅｒドープファイバｆ_ERの縮径
部分とは、波長１．５μｍ帯に対する伝搬定数が一致す
ることとなる。 ・溶融延伸による光結合部を形成する工程 上述のように、細径化された分散シフトファイバｆとＥ
ｒドープファイバｆ_ERを、それぞれの細径化されたファ
イバ長（Ｌ₁ ＝Ｌ₃ ）＝２５ｍｍの領域にて互いに密に
接するように配置し、延伸装置にセットする。溶融延伸
処理は、水素（Ｈ₂ ）炎バーナを用いて１２００℃〜１
４００℃に加熱しながら、延伸装置を一定速度、例えば
３ｍｍ／分で移動して行なう（図１（Ｄ））。

【００２９】なお、溶融延伸の過程では、分散シフトフ
ァイバｆの一端より白色光を入光し、入光側と反対側の
ファイバ端より出光を光スペクトロアナライザに導き、
出光の光強度を測定する。延伸開始後波長１．５５μｍ
の光がカップリングを始め、Ｅｒドープファイバｆ_ER側
への出光が最大となり、完全結合状態となる時点を延伸
の停止点とする。この時、同時に分散シフトファイバｆ
側への出光の光強度は測定下限以下となる。

【００３０】更に、本発明に係る光ファイバカプラを、
図３に示すようなＥｒドープファイバアンプに用いる場
合には、光増幅領域となる所定のファイバ長のＥｒドー
プファイバを残し、その両端の２箇所及び分散シフトフ
ァイバｆとにて、アンプの入力・出力端となる一組の光
ファイバカプラ２００及び２０２を形成することができ
る。又、各光ファイバカプラ２００、２０２の分散シフ
トファイバｆの入力・出力端に使用しない末端は、目的
に応じて処理を施す。光ファイバカプラの光結合部は、
ファイバアンプの使用形態に適したパッケージ内に収納
し保護される。

【００３１】更に又、図３に図示するように、光ファイ
バカプラ２００の入力端に、信号光Ｌ_S と励起光Ｌ_E を
導入するための合波器１００を接続して、複合素子構造
とすることも可能である。同様に、光ファイバカプラ２
０２の出力端に、増幅された信号光Ｌ_S と励起光Ｌ_E を
分離するための分波器１０２を接続して複合素子構造と
することも可能である。

【００３２】図３に示すような実用に供されるファイバ
アンプの形態では、経路にあるＥｒドープファイバ部で
の吸収損失のため、本発明の光ファイバカプラ２００又
は２０２の光結合部の挿入損失を正確に評価することは
困難である。そのため、上述のようにして作製された光
ファイバカプラ２００を、通常の光ファイバカプラのパ
ッケージを用いて単体のカプラ素子とし、光結合部のみ
の挿入損失を評価した。

【００３３】その結果、分散シフトファイバｆの入力端
からＥｒドープファイバｆ_ERの出力端への経路における
光結合部のみの挿入損失は、波長１．４８μｍで約０．
１５ｄＢ、波長１．５５μｍで約０．１６ｄＢであっ
た。より具体的には、上記光ファイバカプラ２００は、
波長１．４８μｍ及び波長１．５５μｍにおいて、分散
シフトファイバｆの入力端からＥｒドープファイバｆ_ER
の出力端への光分岐比率を略１００％とし、又光結合部
における過剰損失を約０．１５ｄＢに抑え、所謂「完全
結合」の構成となるようにしたものである。また、前記
の波長１．４８μｍと波長１．５５μｍとの中間の波
長、略１．５２μｍにおいて、分散シフトファイバｆの
入力端からＥｒドープファイバｆ_ERの出力端への光分岐
比率が略０％となり、光合波・分波用ファイバカプラの
一種となるものである。即ち、上記実施例の光ファイバ
カプラは、予めモードフィールド径を等しくし、更にク
ラッド径を減削し（具体的には、略等しい２０μｍに細
径化し）、伝搬定数を等しくした後、光結合部を形成し
ているため、複数の波長において「完全結合」の構成と
なっているものである。

【００３４】以上説明した実施例では、コア・クラッド
間の比屈折率差及びモードフィールド径が共に異なるこ
とにより、伝搬定数に差異のある光ファイバの代表的な
例である、Ｅｒドープファイバｆ_ERと分散シフトファイ
バｆを使用して光ファイバカプラを製造する方法につい
て説明したが、本発明に従えば、その他のシングルモー
ドファイバの組合わせ、具体的には、（１）コア・クラ
ッド間の比屈折率差の異なる光ファイバ、（２）モード
フィールド径の異なる光ファイバ、更に（３）コア・ク
ラッド間の比屈折率差及びモードフィールド径がともに
異なるファイバ、の組合わせにおいても、光結合領域を
形成する部分においてモードフィールド径を等しくし且
つクラッド径を減削して、溶融延伸を行なう前に予め両
光ファイバの伝搬定数を一致させることによって、容易
に完全結合型の光ファイバカプラを作製することができ
る。

【００３５】即ち、上記の（１）コア・クラッド間の比
屈折率差の異なる光ファイバの組合わせ、具体的には、
コア径が等しく、コア・クラッド間の非屈折率差の異な
る光ファイバの組合わせについては、少なくとも一方の
光ファイバを均一に延伸しコア径を細径化する。それに
より、他方の光ファイバとモードフィールド径を等しく
することができる。又、上記の（２）モードフィールド
径の異なる光ファイバの組合わせ、具体的には、コア・
クラッド間の比屈折率差が等しく、コア径の異なる光フ
ァイバの組合わせについても、少なくともコア径のより
大きな光ファイバを均一に延伸しコア径を細径化する。
そのとき、他のコア径のより小さな光ファイバのコア径
と一致させることで、両光ファイバのモードフィールド
径を互いに等しくすることができる。その後、クラッド
径が互いに等しくなるように減削することで、その細径
化部において両光ファイバの伝搬定数を等しくすること
ができる。更に、前記両光ファイバの細径化部におい
て、屈折率の等しいクラッドを互いに融着延伸すること
で、所定の光学的特性を有する光ファイバカプラとされ
る。

【００３６】本発明に従い作製される光ファイバカプラ
は、同一の光ファイバを用いて作製される光ファイバカ
プラと同じく完全結合型の光ファイバカプラであり、上
記の実施例において具体的に説明した光合波・分波用フ
ァイバカプラの一種となるもの以外に、特定の波長にお
いて、その光分岐比率を略１００％と異なる所定の値、
例えば５０％とすることもできる。又、溶融延伸後の外
径が同じであれば、過剰損失を、同一のファイバで形成
する光ファイバカプラと同じ程度までに抑えることがで
きる。即ち、光分岐比率と光結合部における過剰損失に
より定まる挿入損失を、同一の光ファイバを用い作製さ
れる光ファイバカプラと同じ程度に抑えることができ、
例えば光分岐比率が略１００％の場合、挿入損失を光結
合部における過剰損失と同じ程度に抑えることができ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光フ
ァイバカプラは、２種の伝搬定数の異なるシングルモー
ドファイバを溶融延伸して形成される光ファイバカプラ
ではあるが、溶融延伸により形成された光結合領域にお
いては、両ファイバのモードフィルード径を等しくし、
且つクラッド径を減削することにより両ファイバの伝搬
定数が同じとされるために、例えば、希土類元素ドープ
ファイバとその他のシングルモードファイバとを接続す
る場合のように、伝搬定数の異なるシングルモードファ
イバを低い接続損失にて光接続することができ、又、光
増幅器（ファイバアンプ）を構成する上で必須の希土類
元素ドープファイバとその他のシングルモードファイバ
とを低損失にて接続し、そして増幅利得を上げることが
できる。

【００３８】更に、本発明の製造方法によれば、上記光
ファイバカプラを再現性良く、且つ極めて容易に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバカプラの製造方法の一
実施例を説明する概略工程図である。

【図２】従来のファイバアンプの一例を示す図である。

【図３】従来のファイバアンプの一例を示す図である。

【符号の説明】

２００、２０２ 光ファイバカプラ ｆ_ER Ｅｒドープファイバ ｆ 分散シフトファイバ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２種の伝搬定数の異なるシングルモード
   ファイバを溶融延伸して形成される光ファイバカプラで
   あって、溶融延伸により形成された光結合領域において
   は、両ファイバのモードフィールド径を等しくし、且つ
   クラッド径を減削することにより両ファイバの伝搬定数
   が同じとされた光ファイバカプラ。
2. 【請求項２】 前記の２種の伝搬定数の異なるシングル
   モードファイバは、コア・クラッド間の比屈折率差の異
   なるシングルモードファイバである請求項１の光ファイ
   バカプラ。
3. 【請求項３】 前記の２種の伝搬定数の異なるシングル
   モードファイバは、モードフィールド径の異なるシング
   ルモードファイバである請求項１の光ファイバカプラ。
4. 【請求項４】 前記の２種の伝搬定数異なるシングルモ
   ードファイバは、コア・クラッド間の比屈折率差及びモ
   ードフィールド径が共に異なるシングルモードファイバ
   である請求項１の光ファイバカプラ。
5. 【請求項５】 前記の２種の伝搬定数異なるシングルモ
   ードファイバが、波長１．５μｍ帯に光利得を有する希
   土類元素ドープファイバと波長１．５５μｍ用分散シフ
   ト型のシングルモードファイバである請求項４の光ファ
   イバカプラ。
6. 【請求項６】 （ａ）２種の伝搬定数の異なるシングル
   モードファイバを準備し、所定量だけ被覆コーティング
   を除去すること、（ｂ）少なくとも一方のシングルモー
   ドファイバの前記被覆コーティング除去部を所定量だけ
   延伸して細径し、両ファイバのモードフィールド径を等
   しくすること、（ｃ）両ファイバのクラッド径を細径
   し、両ファイバの細径化部における伝搬定数を一致させ
   ること、（ｄ）両ファイバの細径化部を溶融延伸して光
   結合部を形成すること、を特徴とする光ファイバカプラ
   の製造方法。