JPH07209538A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents
光導波路およびその製造方法Info
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Abstract
は、周囲をクラッド14に囲まれた長いコア13を具備
し、そのクラッドとコアの間の比屈折率差Δは長さ方向
に単調に変化する。望ましくは、導波路は、水素付加し
たケイ酸ゲルマニウムコアをもつ光ファイバである。Δ
を長さ方向に変化させる方法としては、このファイバに
紫外線を照射し、その照射量を長さ方向の距離の関数と
して変化させることにより達成できる。 【効果】 直径をテーパ状にしたり他の物理的寸法を変
化させたりする必要のないモード半径変換導波路が実現
できる。
Description
特に、第1のモードのスポットサイズの光ビームから第
2のモードのスポットサイズの光ビームへ変換するのに
適した光ファイバなどの光導波構造に関する。
れて、モードスポットサイズの異なる光要素を相互に接
続することが重要になってきている。そのような相互接
続が必要な場合は、たとえば、1)レーザ源をファイバ
に接続する、2)異なるモード特性をもつ2本のファイ
バを相互に接続する、3)ファイバを導波路に、または
導波路をファイバに接続する、などの場合がある。
活発に研究され、種々の技術が開発されている。たとえ
ば、レーザをファイバに接続するために、あらかじめテ
ーパ状にされたプリフォームを用意して、テーパ状の部
分を線引きする。これについては、J. Armitay et al,
J. Lightwave Technol. LT-5, 70(1987)に記載されてい
る。
してファイバをテーパ状にする方法については、K. P.
Jedrzejewski, 22 Electron. Lett. 106(1986)に記載さ
れている。また、異なるファイバをスプライス(接合)
するためにファイバのコアを熱膨張させる方法につい
て、S. G. Kosinski et al., Proc. Optical Fiber Com
munications Conference OFC, Paper Th16, 231(1992)
に記載されている。
ファイバのコアの物理的大きさの制御に依存している。
この制御は、困難であってかつ高価である。したがっ
て、第1のモードスポットサイズの光ビームを第2のモ
ードスポットサイズの光ビームに変換する導波構造の改
良が所望されている。
に、本発明においては、モードフィールド(モード場)
を変換する導波領域は、周囲をクラッドに囲まれた長い
コアを具備し、そのクラッドとコアの間の比屈折率差Δ
は長さ方向に単調に変化する。望ましくは、導波路は、
水素付加したケイ酸ゲルマニウムコアをもつ光ファイバ
である。Δを長さ方向に変化させる方法としては、この
ファイバに紫外線を照射し、その照射量を長さ方向の距
離の関数として変化させることにより達成できる。
の物理的寸法を変化させたりする必要のない新しい型の
モード半径変換導波路が提供される。
二つの光要素11、12を接続するモードフィールド変
換光導波路10の模式的断面図である。光要素11、1
2は、レーザや、光ファイバを含む導波路などの、光ビ
ームを発信する光要素ならば何でもよい。光導波路10
は、たとえば光ファイバであって、一定長さのガラス導
波コア13の周りをクラッド14で覆ったものである。
コアの屈折率N1はクラッドの屈折率N2よりも大きい。
を合わせるために、比屈折率差(規格化した屈折率の
差)Δ=(N1−N2)/N1は、導波路の長さ方向の距
離xの関数として変化する。たとえば、光要素11が光
要素12よりも大きなモードスポットサイズの光ビーム
を送信する場合、そのビームが光導波路10を通って光
要素12に到達するまでの間に、光要素11のモードス
ポットサイズから光要素12のモードスポットサイズに
低下するように、光導波路10が長さ方向に沿って変換
を行うようになっている。
ができる。図2は、典型的な光導波路ファイバ10のモ
ードフィールド半径を比屈折率差Δの関数として表すグ
ラフである。光導波路10が光要素11から入力を受け
取る位置での光導波路10の比屈折率差は、光要素11
のモードフィールド半径に対応する値であることが望ま
しい。たとえば、光要素11のモードフィールド半径が
5μmである場合は、比屈折率差は約0.35%である
ことが望ましい。同様に、出力における光要素12のモ
ードフィールド半径がたとえば3μmである場合、光導
波路10の出力における比屈折率差は約0.85%であ
る。光導波路10の比屈折率差は、光要素11における
値から光要素12における値へ、単調に、好ましくは直
線的に変化する。
変化させる望ましい方法は、水素を付加したケイ酸ゲル
マニウム(ゲルマノシリケート)ガラスなどの感光性コ
アを用い、異なるxの値に異なる屈折率差を光学的に生
成する方法である。たとえば、通常の通信グレードの光
ファイバは、圧力130〜700atm、温度21〜1
00℃において水素分子を付加することができる。
ートサー(Accutether)ファイバに、283atm、35
℃で11日間拡散させた結果、水素濃度が2.8モルパ
ーセントになった。そのあと、ファイバの数カ所にKr
Fエキシマレーザから出る紫外線(247nm)を照射
した。レーザの出力エネルギ密度は250mJ/cm2
で、20Hzで、照射持続時間10psのパルスを用い
た。
関数として表したグラフである。水素付加したケイ酸ゲ
ルマニウムガラスにCO2レーザからの赤外線に照射し
た場合も同様の屈折率変化が得られる。一般に、Δは、
照射の量すなわち、照射の強さと照射時間の積に比例す
る。
て、水素付加ファイバから、モードフィールド変換ファ
イバを製造した。一本のファイバの一端は、回転台の上
に固定された円筒の周りにまわし、他端は一つのプリー
を通してカウンタウェイトに接続した。このファイバの
長さ数mmの部分にエキシマ放射を60分間照射した。
次にその台を回転して、ファイバの隣接部分がレーザ放
射に当たるようにして、この部分を45分間照射した。
屈折率が一様に減少するように、この処理を、長さ50
mmのファイバ全体にわたって続けた。
ィールド半径は、5.3μmから2.85μmに低下し
た。ここで、一端の屈折率差が大きいファイバでは、よ
り高次のLP11モードの伝搬が許容される。その結果と
して、モードフィールド変換部を、2モードファイバか
ら単一モードファイバに接続するのに利用することがで
きる。
ケイ酸ゲルマニウムのクラッドと、ゲルマニウムを含ま
ないガラスコアとを用いるものもある。
直径をテーパ状にしたり他の物理的寸法を変化させたり
する必要のない新しい型のモード半径変換導波路が提供
される。この変換導波路は、コネクタまたはエポキシ接
着剤による単純な接続で十分であるような適用分野でも
っとも有用である。融着(溶融によるスプライス)によ
る場合は、屈折率変化によって光の減衰が生じる。
素を接続するモードフィールド変換光導波路の模式的断
面図である。
半径を比屈折率差の関数として表すグラフである。
率差を、パルスをかけたエキシマレーザにさらした時間
の関数として表すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1のモードスポットサイズの光ビーム
から第2のモードスポットサイズの光ビームに変換する
光導波路において、 両端を有する細長いガラス製のコアと、 そのコアの周囲を囲むガラス製のクラッドとを有し、 前記コアの屈折率は前記クラッドの屈折率よりも大き
く、そのコアとクラッドの間の比屈折率差は前記両端の
うちの一端から他端に向かって単調に増大することを特
徴とする光導波路。 - 【請求項2】 前記コアはケイ酸ゲルマニウムガラスか
らなることを特徴とする請求項1の光導波路。 - 【請求項3】 前記コアは水素付加したケイ酸ゲルマニ
ウムガラスからなることを特徴とする請求項1の光導波
路。 - 【請求項4】 前記比屈折率差は、前記一端から前記他
端に向かって直線的に増大することを特徴とする請求項
1の光導波路。 - 【請求項5】 前記クラッドはケイ酸ゲルマニウムガラ
スからなることを特徴とする請求項1の光導波路。 - 【請求項6】 第1の光スポットサイズをもつ光ビーム
を送信する第1の光要素と、 光ビームを受信して、その光ビームを、前記第1の光ス
ポットサイズとは異なる第2の光スポットサイズで送信
する第2の光要素と、 前記第1および第2の光要素を互いに接続する、請求項
1ないし6のいずれかの光導波路とからなることを特徴
とする光装置。 - 【請求項7】(a)ケイ酸ゲルマニウムガラスを含む光
導波路を形成する工程と、 (b)そのケイ酸ゲルマニウムガラスの中に水素を拡散
させる工程と、 (c)その光導波路の長さ方向に沿ってコアとクラッド
との間の屈折率差が単調に変化するように、工程(b)
で得られた光導波路を、その長さ方向に沿って単調に増
大または減少する照射量分布になるようにレーザ照射を
行う工程とからなることを特徴とする、モードフィール
ド変換光導波路の製造方法。
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