JPH08220370A - 光ファイバカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 双方向多重通信システムに有用な光ファイバ
カプラであって、作製を容易にするとともに、波長特性
を幅広く制御できるようにした光ファイバカプラを提供
する。 【構成】 パラメータが等しい２本の光ファイバと、こ
れらとは異なるパラメータを有する１本の光ファイバと
を、同一平面上に配して融着延伸して光ファイバカプラ
１０を作製する。

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通信技術分野
において、複数の波長の光の流れを制御して、好適に双
方向多重通信を行えるようにした技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は双方向多重通信システムの一例を
示したものである。図９中、符号１１は伝送用光ファイ
バ、符号２０は光ファイバカプラを示す。この双方向多
重通信システムにおいては、１本の伝送用光ファイバ１
１中を、異なる３つの光信号が流れている。１つは１．
５５μｍ波長の下り信号で、例えば局１３から加入者側
へ向かっている。他の２つは１．３μｍ波長の上り信号
と下り信号である。そして加入者側では、これらの３つ
の光信号が光ファイバカプラ２０によってそれぞれ分岐
されている。

【０００３】図１は、このような双方向多重通信システ
ム用に開発された３本型の融着延伸光ファイバカプラ２
０の一例を示したものである。この光ファイバカプラ２
０は３本の単一モード光ファイバ２１、２２、２３を同
一平面上に並列させた状態で添接し、その長手方向中央
部を加熱溶融、延伸して形成されている。図中符号２０
ａは融着延伸部を示す。そしてこの光ファイバカプラ２
０を構成している３本の光ファイバ２１、２２、２３は
同一の光伝送特性を有するもの、すなわち同一のパラメ
ータを有するものが用いられている。

【０００４】この光ファイバカプラ２０は、３本の光フ
ァイバ２１、２２、２３のうち、中央の光ファイバ２２
の入力側のポート２から波長１．３μｍおよび波長１．
５５μｍの２つの光を入射させた時、波長１．３μｍの
光については外側の両方の光ファイバ２１、２３に等分
に分配されてポート４および６からからそれぞれ出射さ
れ、中央の光ファイバ２２の出力側のポート５からは出
射されない。またポート２から入射された波長１．５５
μｍの光については、導波路間のエネルギー結合の結
果、中央の光ファイバ２２に再結合されて、ほぼ１００
％の光がポート５から出射されるように構成されてい
る。図１０は、これらの関係を示したもので、ポート２
から波長１．３μｍの光および波長１．５５μｍの光を
入射させた時の、ポート４、５、６における出射光の波
長依存性をそれぞれ表したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような光ファイバ
カプラを用いれば、上述の如く１本の光ファイバに２つ
の波長の光信号を同時に流して、出力側のポートでは一
方の波長をカットして他方の波長の光信号のみを選択的
に取り出せるようにできるので、伝送用光ファイバ１１
を有効に使用して多重通信を行なうことが可能である。
このように上記構成の光ファイバカプラ２０は非常に有
用ではあるが、その作製に当たっては困難を伴うのが実
状であった。

【０００６】すなわち、光ファイバカプラ２０は、まず
３本の光ファイバを並列させて添接し、長手方向中央部
を加熱して融着させ、さらに延伸して引き延ばすことに
より作製されるが、延伸条件によって結合特性が変化す
るので、所望の特性を得るために、入力側からの入射光
が出力側の各ポートからどのような比率で出射させるか
をモニターしながら延伸条件が決定される。したがっ
て、上記構成の光ファイバカプラ２０の作製時には、３
本の光ファイバの対称性を維持し、かつ必要とする波長
での所望の結合特性を引き出す必要がある。例えば、３
本の光ファイバを添接させた状態で、これらを均等に加
熱延伸することが必要であるが、３本の光ファイバを引
延ばす力が均等でないと、融着延伸部２０ａの断面が左
右対称でない形状となったり、融着延伸部２０ａの長手
方向の長さが３本揃わなかったりして良好な結合特性が
得られないという問題があった。また一方で、それぞれ
の光ファイバが図１０に示すような所望の波長特性を同
時に満たすようにするためには、延伸の際に微妙な調整
が要求され、このような加熱延伸工程はかなりの精度を
要する困難なものであった。

【０００７】また、上記構成の光ファイバカプラ２０
は、強い波長依存性を有しているので、好適な使用波長
が限られ、システムにおける使用波長の変更について
は、あまり変更の余地がないものであった。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、双方向多重通信システムに有用な光ファイバカプラ
であって、作製を容易にするとともに、波長特性を幅広
く制御できるようにした光ファイバカプラを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１記載の光ファイバカプラは、パラメ
ータが等しい２本の光ファイバと、これらとは異なるパ
ラメータを有する１本の光ファイバとを融着延伸してな
るものである。請求項２記載の光ファイバカプラは、上
記請求項１記載のものであって、３本の光ファイバの中
心軸が同一平面上に配されてなるものである。また請求
項３記載の光ファイバカプラは、上記請求項１または２
記載のものであって、２本の光ファイバと上記１本の光
ファイバとは、規格化周波数とファイバ径の一方または
両方が異なっているものである。

【００１０】

【作用】これまで知られている事実として、図２に示す
ような２×２型の融着延伸光ファイバカプラ３０におい
て、２本の光ファイバ３１、３２の融着延伸前のパラメ
ータ（具体的にはコア径、クラッド径、屈折率の高さ、
比屈折率）が実質的に等しい場合と、異なっている場合
とでは、結合度の波長特性が異なることが知られてい
る。すなわち、２本の光ファイバ３１、３２の融着延伸
前のパラメータが等しい場合には、光ファイバカプラ３
０のポート１から入射されポート３および４から出射さ
れる光について、図３に示すような結合度の波長依存性
が得られる。ここに示されるように、光ファイバカプラ
３０は正弦波状の強い波長特性を有しており、このよう
な強い波長特性を有する光ファイバカプラは、ＷＤＭ
（Wavelength Division Multiplexing）カプラと呼ばれ
ている。一方、２本の光ファイバ３１、３２の融着延伸
前のパラメータが異なる場合には、図４に示すような、
結合度の緩やかな波長特性が得られる。このような緩や
かな波長特性を有する光ファイバカプラは、ＷＩＣ（Wa
velength Insensitive Coupler）と呼ばれている。

【００１１】本発明は、これらの特性を踏まえて、図１
に示したような３本型の光ファイバカプラにこの原理を
導入したものである。本発明の光ファイバカプラは、図
１のような３本型の光ファイバカプラ１０を、パラメー
タが等しい２本の光ファイバと、これらとは異なるパラ
メータを有する光ファイバとを用いて構成したものであ
り、同一のパラメータを有する光ファイバを隣接させる
た場合には、これらの光ファイバについては図３に示す
ようなＷＤＭカプラ的特性が維持されて、強い波長依存
性が得られる。また、異なるパラメータを有すの光ファ
イバを隣接させた場合には、これらの光ファイバについ
ては図４に示すようなＷＩＣ的特性が維持されて緩やか
な波長依存性が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。図１は本発
明の光ファイバカプラ１０の一例を示したものである。
本発明の光ファイバカプラ１０は、３本の光ファイバを
融着延伸してなる３本型光ファイバカプラである。３本
の光ファイバは、融着延伸部１０ａにおいて、好ましく
はそれらの中心軸が同一平面上に配置される。したがっ
て、３本の光ファイバのファイバ径が等しい場合には、
３本の光ファイバを同一平面上に並列させて融着延伸し
て形成され、３本の光ファイバのファイバ径が異なって
いる場合には、それらの中心軸が同一平面上となるよう
に調整して融着延伸される。尚、融着延伸部１０ａにお
ける３本の光ファイバの配置はこれに限定されるもので
はなく、要求される結合特性等によって適宜変更し得る
ものであるが、特に３本の光ファイバを同一平面上に並
べた構成のものは、製造装置の構成が簡単であり実用に
適している。また、光ファイバカプラ１０を構成する３
本の光ファイバは、いずれも単一モード光ファイバが用
いられ、３本のうち２本は同一のパラメータを有し、他
の１本はこれらと異なるパラメータを有するものが材料
として用いられる。

【００１３】ここで、本発明におけるパラメータとは光
ファイバの伝送特性を表すものを言い、具体的には光学
的パラメータである規格化周波数Ｖと、構造パラメータ
であるファイバ径である。規格化周波数Ｖは、光ファイ
バのガラス組成、光の波長、屈折率分布形状が決められ
た光ファイバにおいて、コア径（２ａ）と比屈折率差
（△）によって記述され、下記数式で表される。

【数１】

【００１４】本発明において、異なるパラメータを有す
る光ファイバとして、上記規格化周波数Ｖが異なるもの
を用いても、ファイバ径が異なるものを用いても、また
これらが両方とも異なるものを用いてもよい。ここで、
規格化周波数Ｖはコア径（２ａ）と比屈折率差（△）に
よって決るものであるので、Ｖ，ａ，および△のうちの
少なくとも２つの値を本発明におけるパラメータとして
用いることができる。すなわち、異なるパラメータを有
する光ファイバとしてＶ，ａ，および△のうちの少なく
とも２つの値が異なることがわかっているものを用いる
ことができる。また実用的には、異なるパラメータを有
する光ファイバとして、上記ａと△とで決定されるモー
ドフィールド径（ＭＦＤ）および二次モードのカットオ
フ波長（λ₀）の２つの値が異なることがわかっている
光ファイバを用いることができる。尚、光ファイバカプ
ラにおける上記ファイバ径は、すなわち光ファイバにお
けるクラッド径である。

【００１５】本発明の光ファイバカプラ１０は、通常の
融着延伸光ファイバカプラの作製方法と同様の方法で作
製することができる。図５は３本型の融着延伸光ファイ
バの作製方法の例を示したものである。ここに示したよ
うに、３本の光ファイバ１、２、３を並列させた状態で
添接し、その長手方向中央部をバーナー３５等の加熱手
段を用いて加熱溶融し、さらに延伸細径化する。加熱は
バーナー３５を光ファイバ長手方向にトラバースさせて
行われる。尚本発明において、延伸条件は、中央の光フ
ァイバ２の入力側のポート２から光を入射させて、出力
側の各ポート４、５、６における結合度をそれぞれモニ
ターし、入射光の波長を変化させた時に、結合度の所望
の波長特性が得られるように決定される。

【００１６】本発明の光ファイバカプラ１０は、３本の
光ファイバからなるものであるので、３×３型光ファイ
バカプラを構成することができ、あるいは必要に応じて
無反射端を設けて１×３型光ファイバカプラを構成する
こともできる。

【００１７】（実施例１）下記表１に示すパラメータを
有する光ファイバＡおよび光ファイバＢを用いて、図１
に示す３本型の光ファイバカプラ１０を作製した。

【表１】 本実施例では、図１に示す光ファイバカプラ１０におけ
る、隣合う２本の光ファイバ１、２として上記光ファイ
バＡを用い、他の光ファイバ３として上記光ファイバＢ
を用いた。光ファイバＡと光ファイバＢとはコア径が異
なり、他のパラメータは等しくなるようにした。

【００１８】これら３本の光ファイバ１、２、３を同一
平面上に並列させて融着延伸することによって、図６に
示すような波長特性を有する光ファイバカプラ１０が得
られた。図６は、中央の光ファイバ２の入力側のポート
２から波長１．３μｍおよび波長１．５５μｍの２つの
光信号を入射させたときの、出力側の各ポート４、５、
６における結合度を示したものである。本実施例の光フ
ァイバカプラ１０において、光ファイバ２の入力側のポ
ート２から入射された光は、入射された光ファイバ２お
よびこれと等しいパラメータを有する光ファイバ１に対
してはＷＤＭカプラ的特性を維持しているので、強い波
長依存性を示し、一方、異なるパラメータを有する光フ
ァイバ３に対しては、ＷＩＣ的な緩やかな波長依存性を
示す。したがって、図６に示されるように、１．５５μ
ｍ波長帯の光については、そのほぼ６０％の光がポート
４に結合しており、残りの２つのポート５、６にもある
程度のパワーが結合していることが認められる。また
１．３μｍ波長帯の光については、ポート４にはほとん
ど出射されず、ポート５および６にほぼ等分に分配され
て出射されていることが認められる。このように、本実
施例の光ファイバカプラによれば、ポート４においては
波長１．３μｍの光信号をカットすることができ、ポー
ト５および６においては広い波長帯域の光信号をほぼ同
様に出力することができる。

【００１９】（実施例２）上記光ファイバＡと光ファイ
バＢの配置を変えて光ファイバカプラ１０を構成した。
本実施例では、図１に示す光ファイバカプラ１０におい
て、両側の２本の光ファイバ１、３として上記光ファイ
バＡを用い、中央の光ファイバ２として上記光ファイバ
Ｂを用いた。これら３本の光ファイバ１、２、３を同一
平面上に並列させて融着延伸することによって、図７に
示すような波長特性を有する光ファイバカプラ１０が得
られた。図７は、中央の光ファイバ２の入力側のポート
２から波長１．３μｍおよび波長１．５５μｍの２つの
光信号を入射させたときの、出力側の各ポート４、５、
６における結合度を示したものである。本実施例の光フ
ァイバカプラ１０において、光ファイバ２のポート２か
ら入射された光は、この光ファイバ２とは異なるパラメ
ータを有する光ファイバ１および３に対して、ＷＩＣ的
動作をすることができる。したがって、図７に示される
ように、ポート４、５、６における結合度の波長依存性
を非常に小さくすることが可能である。このような、い
ずれの出力ポートにおいても結合度の波長依存性が小さ
い光ファイバカプラを用いると、システムにおける使用
波長の変更が容易となる。

【００２０】ところで、本発明の光ファイバカプラを作
製するに当たって、所望の波長特性を有する光ファイバ
を得るために光ファイバの各パラメータを一義的に規定
することは非常に難しい。しかしながら、融着延伸工程
を、結合状態を連続的にモニターし、フィードバックを
かけながら行なうことによって、所望の波長特性を得る
ことができ、したがって、各パラメータは比較的広い許
容範囲を有している。また、融着延伸を行う際の加熱温
度および加熱時間によって、光ファイバカプラ１０の融
着延伸部１０ａの構造に変化が生じ、この構造の差異に
よっても結合度の波長特性に変化が生じる。例えば図８
は光ファイバカプラ１０の融着延伸部１０ａの断面を示
したものであるが、高温または長時間の加熱によって、
融着延伸部１０ａの断面形状は図８（ａ）に示すよう
な、クラッド部分があまり溶融されておらず材料の光フ
ァイバの原型を留めている形状から、図８（ｂ）に示す
ような、クラッド部分が溶融して完全に一体化され材料
の光ファイバの原型を留めない形状へと変化する。そし
て図７に示したような波長特性の平坦な光ファイバカプ
ラを作製する際には、図８（ｂ）に示すような各光ファ
イバのクラッドが溶融一体化した構造よりも、図８
（ａ）に示すような材料の光ファイバの原型を留めてい
る構造のほうが、より高い平坦度が得られた。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ファイバ
カプラは、パラメータが等しい２本の光ファイバと、こ
れらとは異なるパラメータを有する１本の光ファイバと
を融着延伸してなるものである。したがって、結合度の
波長依存性を適宜制御することができ、多重通信システ
ムにおいて必要に応じて所望の波長の光信号をカットし
て出力したり、波長依存性が小さい光ファイバカプラを
実現することができる。波長依存性すなわち波長の変化
に対して結合度の変化が小さい光ファイバカプラは、よ
り広い波長帯域での使用が可能で、通信システムにおけ
る使用波長の変更を容易に行なうことができる。またパ
ラメータの違いが結合特性に関与しているので、融着延
伸時の延伸条件によってのみ結合特性が規定される従来
の光ファイバカプラに比べて、延伸工程の制御が簡便で
あり、作製が容易である。

【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例を示した
説明図である。

【図２】 本発明に係る光ファイバカプラの特性を説明
するための図である。

【図３】 本発明に係る光ファイバカプラの特性を説明
するためのグラフである。

【図４】 本発明に係る光ファイバカプラの特性を説明
するためのグラフである。

【図５】 本発明に係る光ファイバカプラの製造工程例
を示す説明図である。

【図６】 本発明の実施例１で得られた光ファイバカプ
ラの結合特性を示すグラフである。

【図７】 本発明の実施例２で得られた光ファイバカプ
ラの結合特性を示すグラフである。

【図８】 本発明に係る光ファイバカプラの断面形状の
例を示す断面図である。

【図９】 双方向多重通信システムの例を示す構成図で
ある。

【図１０】 従来の光ファイバカプラの結合特性の例を
示すグラフである。

【符号の説明】

１，２，３…光ファイバ、１０…光ファイバカプラ、１
０ａ…融着延伸部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パラメータが等しい２本の光ファイバ
   と、これらとは異なるパラメータを有する１本の光ファ
   イバとを融着延伸してなることを特徴とする光ファイバ
   カプラ。
2. 【請求項２】 ３本の光ファイバの中心軸が同一平面上
   に配されてなることを特徴とする請求項１記載の光ファ
   イバカプラ。
3. 【請求項３】 上記２本の光ファイバと上記１本の光フ
   ァイバとは、規格化周波数とファイバ径の一方または両
   方が異なっていることを特徴とする請求項１または２の
   いずれかに記載の光ファイバカプラ。