JPH08220361A

JPH08220361A - モードフィールド径変換ファイバ

Info

Publication number: JPH08220361A
Application number: JP7025130A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishikawa; 真二石川; Shigeru Hirai; 茂平井; Hidetoshi Ishida; 英敏石田; Tatsuhiko Saito; 達彦齋藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】低損失なモードフィールド径の変換およびモ
ードフィールド径の変換部分の長さの適正化が可能なモ
ードフィールド径変換ファイバを提供する。【構成】光ファイバの長手方向に屈折率が変化するコ
ア１１０と、コア１１０を介在領域無しに取り囲み、コ
ア１１０ともに光導波構造を形成するクラッド１２０と
を備え、各位置におけるモードフィールド径の変化の割
合が４０％／μｍ〜１５％／μｍの範囲に設定される。
モードフィールド径の変化が制限されているので、短い
変換長、低い光損失でモードフィールド径を変換しつつ
光を導波する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コア部とクラッド部と
の比屈折率差が長手方向で変化するモードフィールド径
変換ファイバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ間に光部品を組み込む場合に
問題となるのは、光部品の厚みによって生じる光ファイ
バ間の間隙によって、光の透過率の低減が発生すること
である。この透過率の低減は間隙の間隔と光ファイバの
モードフィールド径に依存する。この様子を図５に示
す。透過率とファイバ間隙およびモードフィールド径の
関係は、Ｔ＝１／［１＋ａ（λ・ｓ／ｗ²）²］ …（１）ここで、Ｔ：透過率ａ：光ファイバによって決まる定数 λ：導波光の波長ｓ：光ファイバ間の間隙ｗ：光ファイバのモードフィールド径によって表される。

【０００３】この（１）式から明らかなように、特定波
長の光を使用する伝送系においては、光部品の挿入のた
めに生じる光ファイバ間の間隙による光透過率の低下を
小さくするには、間隙両端のモードフィールド径を大き
くすればよい。一方、長距離の光導波にあたっては、曲
げ、捩じれなどの光損失要因を考慮すると、単一モード
ファイバにおいては、モードフィールド径を抑止するこ
とが好ましい。

【０００４】したがって、光ファイバ間に光の透過率を
保ちつつ光部品を挿入するにあたって、つぎの２つの方
式が考えられる。

【０００５】（ａ）モードフィールド径の小さな光フ
ァイバを作製後、このファイバの一部のモードフィール
ド径を拡大する。このモードフィールド径の拡大部分で
光ファイバを切り離し、その間に光部品を挿入する。光
ファイバの切り離した端面とは異なる端面にて、長距離
導波用光ファイバと結合する。

【０００６】（ｂ）モードフィールド径の大きな光フ
ァイバを作製後、このファイバの両端のモードフィール
ド径を縮小する。このモードフィールド径の大きな部分
で光ファイバを切り離し、その間に光部品を挿入する。
モードフィールド径の縮小端にて、長距離導波用光ファ
イバと結合する。

【０００７】従来は、実現の容易さから、上記の（ａ）
の方式が採用されており、具体的なモードフィールド径
の変換方法として、以下の二つの方法が実施されてい
た。

【０００８】光ファイバの一部を加熱延伸し、コア
径を小さくすることにより、モードフィールド径を拡大
する。

【０００９】光ファイバの一部を加熱し、コア部に
注入した屈折率を高めるドーパントを熱拡散させ、コア
部とクラッド部の屈折率差を実効的に小さくすることに
より、モードフィールド径を拡大する。

【００１０】また、上記２つの方法以外に、特開平６−
５１１４７に開示されているようなモードフィールド径
の変換方法が提案されている。この方式では、まず、光
を導波するコア部と、このコア部を取り囲み屈折率が当
該コア部より低いクラッド部から構成される光ファイバ
であって、当該コア部に、ファイバ線引時に発生する引
張応力を残留させたコア部を備えた光ファイバを用意す
る。ここで、コア部とクラッド部は、高純度石英ガラス
または弗素、塩素、酸化ホウ素、五酸化リン、酸化ゲル
マニウムの少なくとも一つを添加した石英ガラスから形
成される。また、ファイバ線引時、コア部の粘度とクラ
ッド部の粘度の比の値が１．４以上であり、線引後のコ
ア部残留引張応力が０．１２ＧＰａ以上であることが好
ましい。

【００１１】次に、用意した光ファイバの所定部分を加
熱し、この所定部分のコアの残留応力を短時間で解放す
る。コア部の残留引張応力は、コア部の屈折率を低める
作用があり、その値が０．１２ＧＰａ以上であるとプリ
フォーム時のモードフィールド径に比べて有効に減少す
る。加熱処理によりこの残留応力の一部あるいは全てが
解放されると、コア部の屈折率が高くなりクラッド部と
の屈折率差が大きくなる。このため、加熱処理を施した
所定部分でモードフィールド径が短時間で減少する。こ
の結果、希望する所定部分でモードフィールド径が減少
させたモードフィールド径変換ファイバを得ることがで
きる。かかるモードフィールド径変換ファイバは、単な
る光伝送路としてではなく、低損失でモードフィールド
径を変換する光学素子としても機能することとなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のの方
法では、外径が１２５μｍ（ＣＣＩＴＴ規格）という小
さな光ファイバを延伸するため、モードフィールド径の
拡大領域が小さい。このため、少数の光部品の挿入は可
能であるが、多数の光部品を配置するのは困難であっ
た。また、上記のの方法では、加熱領域を広くとるこ
とでモードフィールド径の拡大領域の大きさの問題は解
消できるが、加熱時間が長く（数時間）かかり、生産性
に問題があるばかりか、長時間加熱によるファイバの変
形といった問題が生じていた。

【００１３】特開平６−５１１４７に開示された方法
は、モードフィールド径の変換方法としては優れたもの
であるが、単に開示された技術を適用すると、作成され
たモードフィールド径変換ファイバのモードフィールド
径の変換部を短尺化すると損失が大きくなり、損失を小
さくするためにモードフィールド径の変換部を長尺化せ
ざるを得ない場合があった。

【００１４】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、低損失なモードフィールド径の変
換およびモードフィールド径の変換部分の長さの適正化
が可能なモードフィールド径変換ファイバを提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のモードフィール
ド径変換ファイバは、上記の特開平６−５１１４７に開
示された方法を踏襲した上で、コア部とクラッド部との
比屈折率差の小さな領域では比屈折率差の変化率を小さ
く設定するとともに、比屈折率差の大きな領域では比屈
折率差の変化率を比較的大きく設定することにより、モ
ードフィールド径の変換部分における損失を低減するこ
とを特徴とする。

【００１６】具体的には、本発明のモードフィールド径
変換ファイバは、コア部とクラッド部との比屈折率差が
長手方向で変化するモードフィールド径変換ファイバで
あって、モードフィールド径の変化の割合が４０％／μ
ｍ以下、かつ、１５％／μｍ以上であることを特徴とす
る。

【００１７】ここで、比屈折率差の変化に対するモード
フィールド径の変化の割合が１０％／μｍ以上の領域
で、比屈折率差の変化の割合が０．０５％／ｍｍ以下で
ある、ことを特徴としてもよい。例えば、コア部の直径
が５．５μｍ以上、かつ、６．５μｍの場合には、比屈
折率差が０．２％未満の領域では、比屈折率差の変化率
が０．０５％／ｍｍ以下とすることで好適に実現でき
る。

【００１８】また、比屈折率差の変化に対するモードフ
ィールド径の変化の割合が１０％／μｍ以下の領域で、
比屈折率差の変化の割合が０．０５％／ｍｍ以上、か
つ、０．２％未満であることを特徴としてもよい。例え
ば、コア部の直径が５．５μｍ以上、かつ、６．５μｍ
の場合には、比屈折率差が０．２％以上の領域では、比
屈折率差の変化率が０．０５％／ｍｍ以上、かつ、０．
２％／ｍｍ未満とすることで好適に実現できる。

【００１９】

【作用】本発明のモードフィールド径変換ファイバで
は、入射端から入射した光を長手方向に比屈折率差が変
化するモードフィールド径変換部を介して異なるモード
フィールド径の導波路を進行する。

【００２０】図１は、光ファイバの比屈折率差（＝Δ
ｎ）とモードフィールド径（以後、ＭＦＤとも呼ぶ）と
の関係を示すグラフである。なお、図１は、所定の屈折
率分布についてのシミュレーション結果に基づいて作成
している。図２は、比屈折率差とモードフィールド径と
の関係に関するシミュレーション結果と実測結果とを示
すグラフである。図２から、シミュレーション結果と実
測結果は良い一致を示すことが判る。そこで、以後、シ
ミュレーション結果に基づいて議論を進める。

【００２１】図１から、比屈折率差が小さい領域では、
小さな比屈折率差の変化であっても大きなモードフィー
ルド径の変化が発生する。したがって、光ファイバの長
手方向に関する比屈折率差の変化の割合を一定とした場
合には、比屈折率差が大きな領域では光ファイバの長手
方向に関するモードフィールド径の変化の割合が小さい
ので、光の損失は小さくなるが、比屈折率差が小さな領
域では光ファイバの長手方向に関するモードフィールド
径の変化の割合が大きいので、光の損失が大きく。

【００２２】また、光ファイバの長手方向に関する比屈
折率差の変化の割合を一定とした場合に、光の損失を小
さくするために、比屈折率差の変化の割合を小さくする
と、比屈折率差の大きな領域ではモードフィールド径の
変化の割合が非常に小さいものとなり、所望のモードフ
ィールド径の変換を行うためのモードフィールド径変換
ファイバ全体の長さが長くなってしまい、延いてはモー
ドフィールド径変換ファイバを組込んだ光部品などが大
型化してしまう。

【００２３】本発明のモードフィールド径変換ファイバ
では、光ファイバの長手方向でのモードフィールド径の
変化の割合を４０％／μｍ以下としたので、モードフィ
ールド径の急激な変化が発生せず、大きな光の損失を招
かずに光を導波する。また、光ファイバの長手方向での
モードフィールド径の変化の割合を１５％／μｍ以上と
したので、モードフィールド径変換ファイバの長尺化を
低減できる。

【００２４】こうしたモードフィールド径の変化の割合
は、比屈折率差の変化に対するモードフィールド径の変
化の割合が１０％／μｍ以上の領域で、比屈折率差の変
化の割合が０．０５％／ｍｍ以下となるように設定する
ことで実現できる。

【００２５】また、比屈折率差の変化に対するモードフ
ィールド径の変化の割合が１０％／μｍ以下の領域で、
比屈折率差の変化の割合が０．０５％／ｍｍ以上、か
つ、０．２％未満となるように設定することで実現でき
る。

【００２６】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明のモードフ
ィールド径変換ファイバの実施例を説明する。なお、図
面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、
重複する説明を省略する。

【００２７】表１は、本発明の第１〜第４実施例のモー
ドフィールド径変換ファイバの一覧表である。表１に示
した各実施例は、一方の端面でのモードフィールド径≒
０．９μｍ、他方の端面でのモードフィールド径≒１．
９μｍのモードフィールド変換ファイバであり、表１に
示すように長手方向での比屈折率差の変化の態様が異な
る。この比屈折率差の変化の態様の相違に応じて、長手
方向でのモードフィールド径の変化の態様が異なる。以
下、代表として、第１実施例のモードフィールド径変換
ファイバについて説明する。

【００２８】

【表１】

【００２９】図３は、本発明の第１実施例のモードフィ
ールド径変換ファイバの構成図である。図３（ａ）に示
すように、このモードフィールド径変換ファイバ１００
は、光ファイバの長手方向に屈折率が変化する、実質
的に石英ガラスのみから成るコア１１０と、コア１１
０を介在領域無しに取り囲み、コア１１０ともに光導波
構造を形成する、フッ素添加の石英ガラスから成るクラ
ッド１２０とを備える。コア１１０の直径は６μｍと
し、クラッド１２０の外径は１２５μｍとし、全長は３
０ｍｍとした。

【００３０】図３（ｂ）に示すように、長手方向でコア
１１０の屈折率が変化していることに伴って、コア１１
０とクラッド１２０との比屈折率差が０．３６％から
０．１５％まで変化している。比屈折率差は、モード
フィールド径変換ファイバ１００の端面１００₁で比屈
折率差≒０．３６％であり、端面１００₁から長手方
向に約１ｍｍの位置で比屈折率差≒０．２０％となり、
端面１００₁から長手方向に約４ｍｍの位置で比屈折
率差≒０．１５％となり、以後、端面１００₂まで比
屈折率差≒０．１５％が連続するように変化している。

【００３１】上記の比屈折率差の変化は、位相差顕微鏡
を用いたモードフィールド径変換ファイバ１００の側面
からの光強度プロファイルから測定した。図４〜６は、
この測定の説明図であり、図４は測定系の構成を、図５
は得られる光強度（輝度）プロファイルの例を、図６は
比屈折率差（Δｎ）と図５に示す光強度差（δ）との関
係を示す。

【００３２】こうした、比屈折率差の変化に伴い、モー
ドフィールド径変換ファイバ１００の長手方向でモード
フィールド径が、図４（ｂ）に示すように変化する。こ
のモードフィールド径の変化は、比屈折率差の変化に基
づいて、図２のグラフを参照して求めたものである。図
４（ｂ）に示すように、モードフィールド径変換ファ
イバ１００の端面１００₁でモードフィールド径≒０．
９μｍであり、端面１００₁から長手方向に約１ｍｍ
の位置でモードフィールド径≒１．２μｍとなり、端
面１００₁から長手方向に約４ｍｍの位置でモードフィ
ールド径≒１．９μｍとなり、以後、端面１００₂ま
でモードフィールド径≒１．９μｍが連続するように変
化している。そして、各位置におけるモードフィールド
径の変化の割合が４０％／μｍ〜１５％／μｍの範囲に
設定されている。

【００３３】第２〜４実施例についても、比屈折率差お
よびモードフィールド径の変換率を除けば上記の第１実
施例と同様であり、かつ、第１実施例と同様に、各位置
におけるモードフィールド径の変化の割合が４０％／μ
ｍ〜１５％／μｍの範囲に設定されている。

【００３４】本実施例発明のモードフィールド径変換フ
ァイバを以下のようにして作成し、光損失を測定した。

【００３５】まず、実質的に石英ガラスからなるコアと
成るべき部分と、コアと成るべき部分を取り囲む、フッ
素添加の石英ガラスからなるクラッドと成るべき部分と
を備え、比屈折率差が約０．３６％（ファイバ化後の比
屈折率差が約０．３６％であればモードフィールド径は
約０．９μｍとなる）である光ファイバ母材を用意す
る。線引張力＝１６０ｇで線引された結果、コアに残留
応力が発生し、比屈折率差が約０．１５％（モードフィ
ールド径は約１．９μｍ）である光ファイバ１０１を作
製する。なお、光ファイバ１０１の比屈折率差は、ＲＮ
ＦＰ法で測定を行った。

【００３６】図７は、光ファイバ１０１の構成図であ
る。図７（ａ）に示すように、光ファイバ１０１は、
実質的に石英ガラスのみから成り、応力が残留している
コア１１１と、コア１１０を介在領域無しに取り囲
み、コア１１０ともに光導波構造を形成する、フッ素添
加の石英ガラスから成るクラッド１２０とを備える。コ
ア１１１の直径は６μｍとし、クラッド１２０の外径は
１２５μｍとし、全長は３０ｍｍとした。図７（ｂ）
は、光ファイバ１０１の任意の断面における屈折率の分
布の説明図であり、コア１１１の屈折率＝ｎ₁とクラッ
ド１２０の屈折率＝ｎ₂との間には、比屈折率差＝（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₁≒０．１５％の関係がある。

【００３７】次に、光ファイバ１０１を長手方向につい
て位置に応じた加熱処理を行い、コアに残留している応
力を位置に応じた量だけ開放して、長手方向でコアの屈
折率を変化させることにより、図３のモードフィールド
径変換ファイバ１００を製造する。図８は、本実施例に
おける加熱処理の説明図である。図８に示すように、本
実施例での加熱処理では、マイクロバーナ５００による
Ｃ₃Ｈ₈とＯ₂との混合ガスを用いた火炎加熱を使用し
た。位置による加熱温度の調整は、マイクロバーナ５０
０と光ファイバ１０１との距離、または、マイクロバー
ナ５００への混合ガスの供給量の調整によって行った。

【００３８】上記の実施例のモードフィールド径変換フ
ァイバについて、以下のようにしてモードフィールド径
変換ファイバでの光損失を評価した。

【００３９】図９は、光損失評価用サンプルの作製法の
説明図である。まず、光ファイバ１０１の両端に、モー
ドフィールド径＝９．５μｍのシングルモードファイバ
３１０、３２０を融着接続する。この状態で、光損失を
測定したところ、光損失＝２．５〜３．５ｄＢであっ
た。次に、両融着端の付近の領域について、各実施例に
対応したモードフィールド径変換を、図８に示した加熱
処理により施す。

【００４０】こうして、作製された各実施例に応じたサ
ンプルＳ１〜Ｓ４について、光損失の測定を実施した。
表２に、各サンプルＳ１〜Ｓ４での光損失の測定結果を
示す。なお、表２には、モードフィールド径変換ファイ
バにおける、短い変換長で光損失の小さくとの要請を鑑
みて、（変換長）×（光損失）の値を性能指数として表
示している。表２に示すように、評価用サンプルのいず
れも光損失は０．２０〔ｄＢ〕以下と良好であり、性能
指数が０．６０〔ｄＢ・ｍｍ〕以下であった。

【００４１】

【表２】

【００４２】発明者は、本発明の有効性を確認するた
め、比較例として、図１０に示すような比屈折率差の変
化態様の比較用サンプルＲ１〜Ｒ４を試作し、光損失を
測定した。サンプルＲ１〜Ｒ４は、比屈折率差が長手方
向で線形変化する点を除いてはサンプルＳ１〜Ｓ４と同
様であり、加熱処理の制御を調整することでサンプルＳ
１〜Ｓ４と同様に作製した。

【００４３】表３に、各サンプルＲ１〜Ｒ４での光損失
の測定結果を示す。なお、表３には表２と同様に、性能
指数を表示している。表３に示すように、比較用サンプ
ルＲ１〜Ｒ４では低い光損失を得るには変換長を長くせ
ざるを得ず、変換長を短くすると光損失が増大してい
る。こうした傾向は、性能指数がいずれも０．８０〔ｄ
Ｂ・ｍｍ〕以上である点に表れている。

【００４４】

【表３】

【００４５】表２と表３との内容を比較することによ
り、本発明のモードフィールド径変換ファイバでは、モ
ードフィールド径変換の変化長を光損失の増大を伴わず
に短尺化できることが確認できる。

【００４６】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、上記の実施例で
は、応力緩和により比屈折率差に変化を付加したモード
フィールド径変換ファイバについて述べたが、光誘起屈
折率変化等によって比屈折率差に変化を付加する場合に
おいても有効である。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明のモ
ードフィールド径変換ファイバによれば、光ファイバの
長手方向で比屈折率差を変化させモードフィールド径を
変化させるにあたって、比屈折率差の大きな領域では比
屈折率差の変化を大きくし、比屈折率差の小さな領域で
は比屈折率差の変化を小さくして、モードフィールド径
の光ファイバの長手方向での変化の割合を制限したの
で、低損失なモードフィールド径の変換およびモードフ
ィールド径の変換部分の長さの適正化が可能なモードフ
ィールド径変換ファイバを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバの比屈折率差（＝Δｎ）とモードフ
ィールド径（ＭＦＤ）との関係を示すグラフである。

【図２】比屈折率差とモードフィールド径との関係に関
するシミュレーション結果と実測結果とを示すグラフで
ある。

【図３】本発明の第１実施例のモードフィールド径変換
ファイバの構成図である。

【図４】比屈折率差の測定系の説明図である。

【図５】図４の測定系での測定結果である光強度（輝
度）プロファイルの例を示す図である。

【図６】比屈折率差（Δｎ）と光強度差（δ）との関係
を示すグラフである。

【図７】加熱処理の対象の光ファイバの構成図である。

【図８】実施例における加熱処理の説明図である。

【図９】光損失評価用サンプルの作製法の説明図であ
る。

【図１０】比較用サンプルの比屈折率差の変化態様を示
すグラフである。

【符号の説明】

１００…モードフィールド径変換ファイバ、１０１…光
ファイバ、１１０，１１１…コア、１２０…クラッド、
３１０，３２０…シングルモードファイバ、５００…マ
イクロバーナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋藤達彦神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コア部とクラッド部との比屈折率差が長
手方向で変化するモードフィールド径変換ファイバであ
って、モードフィールド径の変化の割合が４０％／μｍ以下、
かつ、１５％／μｍ以上である、ことを特徴とするモードフィールド径変換ファイバ。
【請求項２】比屈折率差の変化に対するモードフィー
ルド径の変化の割合が１０％／μｍ以上の領域で、比屈
折率差の変化の割合が０．０５％／ｍｍ以下である、こ
とを特徴とする請求項１記載のモードフィールド径変換
ファイバ。
【請求項３】コア部の直径が５．５μｍ以上、かつ、
６．５μｍであり、比屈折率差が０．２％未満の領域では、比屈折率差の変
化率が０．０５％／ｍｍ以下である、ことを特徴とする
請求項２記載のモードフィールド径変換ファイバ。
【請求項４】比屈折率差の変化に対するモードフィー
ルド径の変化の割合が１０％／μｍ以下の領域で、比屈
折率差の変化の割合が０．０５％／ｍｍ以上、かつ、
０．２％未満である、ことを特徴とする請求項１記載の
モードフィールド径変換ファイバ。
【請求項５】コア部の直径が５．５μｍ以上、かつ、
６．５μｍであり、比屈折率差が０．２％以上の領域では、比屈折率差の変
化率が０．０５％／ｍｍ以上、かつ、０．２％／ｍｍ未
満である、ことを特徴とする請求項４記載のモードフィ
ールド径変換ファイバ。