JPH095552A - 楕円モードフィールド光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光素子等と低接続損失で接続可能な、楕円
形状のモードフィールドを有する光ファイバを提供す
る。 【構成】 横断面形状が真円形状の円形コア３を複数一
列に配設し、隣り合う各円形コア３のモードフィールド
同士がオーバーラップしてモード結合するようにし、こ
のモード結合により円形コア３の列と同方向では円形コ
ア３の隙間にも光のパワーが染み出すようにして、一列
に配設した円形コア群９によって形成される全体のモー
ドフィールド６を、横断面形状が楕円形状のモードフィ
ールドとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体光デバイ
ス等と結合する楕円モードフィールド光ファイバに関す
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。光ファイバの中で最も多く利用されている
ものは、図５に示すように、横断面形状が真円形状の円
形コア３を有する真円コアファイバ14であり、このよう
な真円コアファイバ14のモードフィールドは、円形状で
あることが知られている。なお、図中、４はクラッドを
示しており、このクラッド４は通常石英（純石英）によ
り形成され、また、クラッド４の屈折率よりもコアの屈
折率を高くするために、コアには通常、ゲルマニウム等
がドープされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザダイ
オード等の発光素子や、光増幅器、光スイッチ等の光デ
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、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。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、接続される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５に示したような真円
コアファイバ14のモードフィールドは円形であり、光デ
バイスのモードフィールドとは形状が一致しないため
に、例えば、発光素子からの光を真円コアファイバ14の
ピッグテール用ファイバに入力しようとすると、接続損
失がその分大きくなる。

【０００４】そこで、レーザダイオード等の発光素子
と、真円コア３を有する光通信用のシングルモードファ
イバとの間に、発光素子と同じような楕円形状（本明細
書における楕円形状とは、丸みを帯びた長方形状に近い
ものも含む広い概念で用いている）のモードフィールド
を有する楕円モードフィールド光ファイバを介設し、発
光素子からの光を、楕円モードフィールド光ファイバを
介してシングルモードファイバに入力させることが考え
られている。そのようにすると、発光素子のモードフィ
ールドと楕円モードフィールド光ファイバのモードフィ
ールドとは形状が一致するために、低接続損失で接続す
ることが可能となる。

【０００５】なお、楕円モードフィールド光ファイバと
シングルモードファイバとの接続部は、接続後に接続部
を加熱して、少なくとも一方側の光ファイバのコアのゲ
ルマニウムを拡散させてモードフィールドを広げること
により接続損失を低減させる、いわゆるＴＥＣ処理を施
すことにより、楕円モードフィールド光ファイバとシン
グルモードファイバとの接続損失も小さくできる。その
ため、発光素子とシングルモードファイバとの間に楕円
モードフィールド光ファイバを介設して光通信システム
を構築できれば、システム全体での接続損失（結合損
失）を大幅に低減することができるのである。

【０００６】なお、この楕円モードフィールド光ファイ
バのように、モードフィールドを変換するピッグテール
用ファイバをモードフィールド変換ファイバと呼ぶ。

【０００７】上記楕円モードフィールド光ファイバの一
例として、例えば、図３の（ａ）に示すように、横断面
形状が楕円形状の楕円コア13を有する楕円コアファイバ
15が提案されているが、このように単にコアの形状を楕
円形状にするだけでは、光の閉じ込めの関係で楕円比の
大きなモードフィールドを有する光ファイバを形成する
ことはできなかった。実際に、本出願人が、同図に示す
ような、楕円コア13の長径が10μｍで短径が２μｍの楕
円コアファイバ15を作製し、そのモードフィールドを測
定したところ、同図の（ｂ）に示すように、モードフィ
ールド６の長径が5.4 μｍ、短径が3.2 μｍとなり、モ
ードフィールド６の楕円比は１：1.7 と小さくなり、モ
ードフィールド６はほぼ真円に近い楕円となることが確
認されている。

【０００８】一方、モードフィールド６の楕円比を大き
くするために、例えば、図４の（ａ）に示すように、楕
円コア13の両側（短径方向）に低屈折率部８を設け、こ
の低屈折率部８によって楕円コア13を挟むことにより、
楕円コア13と楕円コア13の周りとの比屈折率差Δを、光
ファイバ横断面と直交するＸ方向とＹ方向とで大きく違
えた楕円コアファイバ15も提案されている。

【０００９】この楕円コアファイバ15の構造の一例を示
すと、クラッド４を基準とした比屈折率差で、楕円コア
13が0.15％、低屈折率部８が−1.35％となるようにし、
楕円コア13の長径および短径を各々12μｍと２μｍにす
れば、計算上は波長0.9 μｍ付近でＸ方向とＹ方向とも
にシングルモードとなり、１：３のモードフィールドの
楕円比が実現できる。しかしながら、実際には、楕円コ
ア13とクラッド４との比屈折率差Δが極端に小さいため
に、クラッド４による楕円コア13内への光の閉じ込めが
弱く、そのため、例えばクラッド４の周りを被覆部材で
被覆したときに生じる収縮による曲げ等によっても、容
易に光が漏れ出してしまうといった問題があった。

【００１０】一方、このような楕円コアファイバ15を製
造面から見ると、楕円コア13は石英にゲルマニウム、低
屈折率部８は石英にフッ素をドープして形成し、クラッ
ド４は純石英のガラス組成で本構造を実現することも考
えられるが、この場合はフッ素を純石英との比屈折率差
で−1.35％相当ドープする必要がある。現在一般に行わ
れている通信用光ファイバの製造方法（化学気相法）で
は、フッ素のドープ量は−0.7 ％が限界であり、プラズ
マ法でも最大−1.2 ％であって、実際にはこの組成でフ
ァイバを製造することは困難である。

【００１１】その他、低屈折率部８は石英にて形成し、
楕円コア13は石英にドープするゲルマニウムを1.5 ％、
クラッド４は石英にドープするゲルマニウムを1.35％ま
で上げて形成する組成も考えられる。しかしながら、こ
の楕円コアファイバ15ではモードフィールド６が真円の
通常の石英クラッドファイバとの接続において、ガラス
の線膨張係数の違いによってクラッド同士の接続部にク
ラックが生じ易く、接続が非常に困難である。また、こ
の楕円コアファイバ15を、通常のファイバとＴＥＣ処理
を施して接続した場合、楕円コア13からのゲルマニウム
の拡散と同時に、外周部、すなわちクラッド４側のゲル
マニウムも内部へ拡散するため、実際上は屈折率分布を
維持できなくなり、接続点で光が抜けてしまうことにな
る。したがって、設計上は可能でも実際に図４のファイ
バ構造で楕円のモードフィールドを実現することは困難
である。

【００１２】以上のように、従来のいずれの方法を用い
ても、レーザダイオード、光増幅器、光スイッチ等の光
デバイスと低接続損失で接続可能な、比較的大きな所望
の楕円比を有する楕円形状のモードフィールドの光ファ
イバを構築することは困難であった。

【００１３】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、楕円形状のモードフ
ィールドを有する光デバイスと低接続損失で接続可能
な、比較的大きな所望の楕円比を有する楕円形状のモー
ドフィールドが形成可能な、楕円モードフィールド光フ
ァイバを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明は、真円形状の横断面形状を有する複数の円形コア
が間隔を介して、かつ、隣り合う円形コアのモードフィ
ールド同士がオーバーラップしてモード結合するように
一列に配設されており、この一列に配設された円形コア
群によって形成される全体のモードフィールドの横断面
形状が楕円形状と成していることを特徴として構成され
ている。

【００１５】

【作用】上記構成の本発明において、一列に配設されて
いる各コアは、真円形状の横断面形状を有する円形コア
であるために、各々がシングルモード構造を有し、シン
グルモード条件を満たすことから、列と直交する方向で
はモードフィールドが広がらず、また、円形コアは、隣
り合う円形コアのモードフィールド同士がオーバーラッ
プしてモード結合が生じるように配列されているため
に、列と同方向では円形コアの隙間にも光のパワーが染
み出すことになり、それにより、一列に配設された円形
コア群によって形成される全体のモードフィールドの横
断面形状は楕円形状となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
図１の（ａ）には、本発明に係る楕円モードフィールド
光ファイバの一実施例の構成が横断面図により示されて
おり、同図の（ｂ）には、この楕円モードフィールド光
ファイバのモードフィールド形成状態が横断面図により
示されている。これらの図に示されるように、本実施例
の楕円モードフィールド光ファイバ５は、コア径Ｒが２
μｍの同一構造を有する円形コア３が間隔を介して一列
に配設されており、各円形コア３のクラッド４との比屈
折率差Δは1.5 ％となっており、各円形コア３の中心間
隔Ｌは３μｍとなっている。

【００１７】また、この楕円モードフィールド光ファイ
バ５のカットオフ波長は0.9 μｍとなっており、図２に
示すように、各円形コア３（３ａ〜３ｃ）のモードフィ
ールド６ａ〜６ｃのモードフィールド径Ｒ′は、それぞ
れ、波長0.98μｍで3.2 μｍであり、隣り合う円形コア
（３ａと３ｂ，３ｂと３ｃ）のモードフィールド同士
（６ａと６ｂ，６ｂと６ｃ）がオーバーラップしてモー
ド結合するように配設されている。そして、本実施例で
は、このように、隣り合う円形コア（３ａと３ｂ，３ｂ
と３ｃ）のモードフィールド同士（６ａと６ｂ，６ｂと
６ｃ）がオーバーラップすることにより、カップリング
が生じており、この一列に配設された円形コア群９によ
って形成される全体のモードフィールド６の横断面形状
が楕円形状と成している。

【００１８】本実施例は以上のように構成されており、
本実施例の楕円モードフィールド光ファイバ５に波長が
0.98μｍの単色光を入力し、モードフィールド６を測定
したところ、図１の（ｂ）に示すような楕円形状のモー
ドフィールド６が検出され、この楕円形状の長径は9.2
μｍ、短径は3.2 μｍとなり、楕円比が約３：１の、比
較的大きな所望の楕円比を有する所望の楕円モードフィ
ールドの形成が確認された。なお、モードフィールド６
の検出は、出力パワーの最大を示すピークから90％ダウ
ンの出力が得られるところで測定を行った。

【００１９】また、この楕円モードフィールド光ファイ
バ５の伝播損失（ロス）を測定したところ、ロスは10ｄ
Ｂ／kmであることが確認され、例えば、発光素子とシン
グルモードファイバとを接続するピッグテール用のモー
ドフィールド変換光ファイバとしては問題のない、十分
に小さな値であることが確認された。

【００２０】補足すれば、従来例で説明した楕円コア13
を有する楕円コアファイバ15や、コア外周に低屈折率部
８を付与した楕円コアファイバ15は、複屈折によって偏
波保持化し易く、このようなファイバを通過した光は偏
光度の高いものになってしまう。これと異なり、本実施
例の楕円モードフィールド光ファイバ５はコアは真円で
あり、その外周（クラッド４）は均一な石英で構成でき
ることから、比較的複屈折を小さく抑えられるので、偏
光依存性の小さいモードフィールド変換ファイバが作製
できる。

【００２１】以上のことからも、従来、楕円モードフィ
ールド光ファイバとして検討されてきた楕円コアファイ
バ15は実用的でないことが明らかであるが、このような
従来の光ファイバと異なり、本実施例の楕円モードフィ
ールド光ファイバは、光の伝播損失が小さく、かつ、レ
ーザダイオード等との接続損失も小さく、例えば前記ピ
ッグテール用のモードフィールド変換光ファイバとして
用いるのにふさわしい、非常に優れた光ファイバとする
ことができる。

【００２２】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、真円コア３を一列に３個配設して楕円モー
ドフィールド光ファイバ５を形成したが、円形コア３の
配設数は特に限定されるものではなく、適宜設定される
ものである。

【００２３】また、上記実施例では、円形コア３のコア
径Ｒを２μｍとし、円形コア３の中心間隔を３μｍと
し、この各円形コア３のモードフィールド６ａ〜６ｃ
は、それぞれ、波長0.98μｍでモードフィールド径＝3.
2 μｍとなるようにしたが、各円形コア３ａ〜３ｃのコ
ア径やコア間隔、モードフィールド径は特に限定される
ものではなく、円形コアを一列に配設したときに、隣り
合う円形コアのモードフィールド同士がモード結合する
ようにオーバーラップする大きさに適宜形成されるもの
である。そして、本発明は、コア径、モードフィールド
径、コア間隔、コア配設数等を適宜設定することによ
り、所望の楕円比を有する楕円モードフィールド光ファ
イバとすることができる。

【００２４】さらに、上記実施例では、円形コア３とク
ラッド４との比屈折率差Δは1.5 ％としたが、円形コア
３とクラッド４との比屈折率差は必ずしも1.5 ％とする
とは限らず適宜設定されるものである。ただし、円形コ
ア３とクラッド４との比屈折率差Δが例えば0.15％とい
ったように小さい値となると、光の閉じ込めができなく
なるために、円形コア３とクラッド４との比屈折立差は
光の閉じ込めが十分に行える適宜の大きさに設定される
ものである。

【００２５】さらに、上記実施例では、楕円モードフィ
ールド光ファイバ５のカットオフ波長を0.9 μｍとした
が、カットオフ波長は必ずしも0.9 μｍとするとは限ら
ず、光ファイバに入射する光の波長に対応させる等して
適宜設定されるものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、複数の円形コアを間隔
を介して一列に配設し、隣り合う円形コアのモードフィ
ールド同士がオーバーラップしてモード結合するように
し、それにより、この一列に配設した円形コア群によっ
て形成される全体のモードフィールドの横断面形状が楕
円形状となるようにしたものであるから、モードフィー
ルドが楕円形状のレーザダイオード等の光デバイスとの
接続を低接続損失で行うことが可能となる。

【００２７】そのため、例えば、本発明の楕円モードフ
ィールド光ファイバの一端側を、レーザダイオード等の
発光素子と接続し、他端側を光通信用としての真円コア
シングルモードファイバと接続し、楕円モードフィール
ド光ファイバと真円コアシングルモードファイバとの接
続部にＴＥＣ処理を施せば、各接続部での接続損失（結
合損失）が非常に小さい優れた光通信システムを構築す
ることが可能となり、本発明の楕円モードフィールド光
ファイバをモードフィールド変換ファイバとして有効に
活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る楕円モードフィールド光ファイバ
の一実施例を示す横断面構成図である。

【図２】上記実施例における各真円コア３ａ〜３ｃの各
モードフィールド６ａ〜６ｃのモード結合による全体の
モードフィールド形成状態の説明図である。

【図３】従来の楕円コアファイバの一例を示す説明図で
ある。

【図４】従来の楕円コアファイバの別の例を示す説明図
である。

【図５】真円コアファイバの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

３，３ａ〜３ｃ 円形コア ４ クラッド ５ 楕円モードフィールド光ファイバ ６，６ａ〜６ｃ モードフィールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真円形状の横断面形状を有する複数の円
   形コアが間隔を介して、かつ、隣り合う円形コアのモー
   ドフィールド同士がオーバーラップしてモード結合する
   ように一列に配設されており、この一列に配設された円
   形コア群によって形成される全体のモードフィールドの
   横断面形状が楕円形状と成していることを特徴とする楕
   円モードフィールド光ファイバ。