JPH10170722A - モード変換器型光フィルタ - Google Patents
モード変換器型光フィルタInfo
- Publication number
- JPH10170722A JPH10170722A JP8326550A JP32655096A JPH10170722A JP H10170722 A JPH10170722 A JP H10170722A JP 8326550 A JP8326550 A JP 8326550A JP 32655096 A JP32655096 A JP 32655096A JP H10170722 A JPH10170722 A JP H10170722A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mode
- optical filter
- fiber grating
- refractive index
- type optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】スペクトル半値幅の狭いモード変換器型光フィ
ルタを提供することにある。 【解決手段】ＬＰ01モードがファイバコアに作成された
ファイバグレーティングに入射した時、ＬＰ02モードに
変換・反射されることを特徴とするモード変換型光フィ
ルタを用い、光フィルタの中心波長をファイバグレーテ
ィングの周期により調整すること、反射光のスペクトル
半値幅をファイバグレーティングの光誘導屈折率変化量
とファイバグレーティング長により調整することを手段
とした。
ルタを提供することにある。 【解決手段】ＬＰ01モードがファイバコアに作成された
ファイバグレーティングに入射した時、ＬＰ02モードに
変換・反射されることを特徴とするモード変換型光フィ
ルタを用い、光フィルタの中心波長をファイバグレーテ
ィングの周期により調整すること、反射光のスペクトル
半値幅をファイバグレーティングの光誘導屈折率変化量
とファイバグレーティング長により調整することを手段
とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光フィルタ、特に光
ファイバのコアにグレーティングを作成して得られる反
射型のモード変換器型光フィルタに関するものである。
ファイバのコアにグレーティングを作成して得られる反
射型のモード変換器型光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のファイバグレーティングを利用し
た光フィルタにブラッグ反射型の光フィルタがある。こ
れは、ＬＰ01モードのみ伝搬する単一モード光ファイバ
のコア内に屈折率回折格子、つまりファイバグレーティ
ングを作成したものである。グレーティングの作成は、
例えばエキシマレーザのような短波長の強い光を２光色
干渉法等を用いて作成する。つまり、干渉により光強度
が強められた部分では、光誘導屈折率変化が生じて屈折
率が高くなる。この光誘導屈折率変化量は３×１０-5か
ら２×１０-4の範囲である。そして、２つの光の干渉し
合う角度を調整することにより、その周期を変化するこ
とができる。通常、スペクトルの広い光源を入射光に用
い、ファイバグレーティングで反射してくる光をスペク
トルアナライザで観察しながら作成し、所望の波長成分
の反射光の強度が設計値通りになった時に作成を終了す
る。
た光フィルタにブラッグ反射型の光フィルタがある。こ
れは、ＬＰ01モードのみ伝搬する単一モード光ファイバ
のコア内に屈折率回折格子、つまりファイバグレーティ
ングを作成したものである。グレーティングの作成は、
例えばエキシマレーザのような短波長の強い光を２光色
干渉法等を用いて作成する。つまり、干渉により光強度
が強められた部分では、光誘導屈折率変化が生じて屈折
率が高くなる。この光誘導屈折率変化量は３×１０-5か
ら２×１０-4の範囲である。そして、２つの光の干渉し
合う角度を調整することにより、その周期を変化するこ
とができる。通常、スペクトルの広い光源を入射光に用
い、ファイバグレーティングで反射してくる光をスペク
トルアナライザで観察しながら作成し、所望の波長成分
の反射光の強度が設計値通りになった時に作成を終了す
る。
【０００３】図５は従来のブラッグ反射型の光フィルタ
のパワースペクトルを示す説明図である。横軸は波長、
縦軸は光強度を相対値で示す。計算に用いた数値は、光
誘導屈折率変化量δn2 ＝１×１０-4、ファイバグレー
ティングの長さＬ＝６mm、ファイバコア径２．３μｍ、
コアの屈折率は１．４５、コアとクラッディングの屈折
率差は０．００７である。スペクトル半値幅、すなわち
図５で光強度が０．５以上である波長幅は約０．０５nm
であるが、通常は０．１nmから数nmである。
のパワースペクトルを示す説明図である。横軸は波長、
縦軸は光強度を相対値で示す。計算に用いた数値は、光
誘導屈折率変化量δn2 ＝１×１０-4、ファイバグレー
ティングの長さＬ＝６mm、ファイバコア径２．３μｍ、
コアの屈折率は１．４５、コアとクラッディングの屈折
率差は０．００７である。スペクトル半値幅、すなわち
図５で光強度が０．５以上である波長幅は約０．０５nm
であるが、通常は０．１nmから数nmである。
【０００４】図６は従来のブラッグ反射型の光フィルタ
の変換効率とグレーティング長との関係を、光誘導屈折
率変化量δn2 をパラメータにして示す。同じ変換効率
で比較すると、δn2 が大きい程グレーティング長は短
くて良い。通常用いられている光フィルタのグレーティ
ング長は数mmから１cmである。
の変換効率とグレーティング長との関係を、光誘導屈折
率変化量δn2 をパラメータにして示す。同じ変換効率
で比較すると、δn2 が大きい程グレーティング長は短
くて良い。通常用いられている光フィルタのグレーティ
ング長は数mmから１cmである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のブラッグ反射型
の光フィルタは図５から理解できるように、スペクトル
半値幅が広く通常、０．１nmから数nmである。スペクト
ル半値幅が広いと、このデバイスを用いたシステムの性
能が大幅に制限される。例えば、波長分割多重光通信に
於いては、ある特定の波長域に有限の波長幅を持つ信号
光を分割して詰めるため、有限の波長幅を持つ信号光の
スペクトル半値幅はできるだけ狭いほうが良いことは言
うまでも無い。更に、このデバイスを用いたセンサに於
いても、スペクトル半値幅が狭い程、分解能や感度等の
向上が期待できる。
の光フィルタは図５から理解できるように、スペクトル
半値幅が広く通常、０．１nmから数nmである。スペクト
ル半値幅が広いと、このデバイスを用いたシステムの性
能が大幅に制限される。例えば、波長分割多重光通信に
於いては、ある特定の波長域に有限の波長幅を持つ信号
光を分割して詰めるため、有限の波長幅を持つ信号光の
スペクトル半値幅はできるだけ狭いほうが良いことは言
うまでも無い。更に、このデバイスを用いたセンサに於
いても、スペクトル半値幅が狭い程、分解能や感度等の
向上が期待できる。
【０００６】従って本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点を解消し、スペクトル半値幅の狭いモード変換器
型光フィルタを提供することにある。
の欠点を解消し、スペクトル半値幅の狭いモード変換器
型光フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、ＬＰ01モードがファイバコアに作成された
ファイバグレーティングに入射した時、ＬＰ02モードに
変換・反射されるように構成したことにある。上記構成
において、光フィルタの中心波長をファイバグレーティ
ングの周期により調整してもよい。また、上記構成にお
いて、反射光のスペクトル半値幅をフィバグレーティン
グの光誘導屈折率変化量とファイバグレーティング長に
より調整してもよい。また、上記構成において、ファイ
バグレーティング長と光誘導屈折率変化量が一定の時に
は、コア径とコアとクラッディングの屈折率差により反
射光のスペクトル半値幅を調整してもよい。
現するため、ＬＰ01モードがファイバコアに作成された
ファイバグレーティングに入射した時、ＬＰ02モードに
変換・反射されるように構成したことにある。上記構成
において、光フィルタの中心波長をファイバグレーティ
ングの周期により調整してもよい。また、上記構成にお
いて、反射光のスペクトル半値幅をフィバグレーティン
グの光誘導屈折率変化量とファイバグレーティング長に
より調整してもよい。また、上記構成において、ファイ
バグレーティング長と光誘導屈折率変化量が一定の時に
は、コア径とコアとクラッディングの屈折率差により反
射光のスペクトル半値幅を調整してもよい。
【０００８】更に、変換・反射されるモードがＬＰ02モ
ードの替わりに、ＬＰ11モードであっても良い。
ードの替わりに、ＬＰ11モードであっても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明のモード変換型光フ
ィルタの第一の実施例の説明図である。ＬＰ01モード、
ＬＰ11モード、ＬＰ02モードの３つのモードが伝搬可能
な光ファイバのコアに、従来技術と同様に屈折率回折格
子、すなわちファイバグレーティングを作成する。例え
ば、エキシマレーザのような短波長の強い光を用い、２
光色干渉法等を用いて作成する。干渉により光強度が強
められた部分の屈折率は光誘導屈折率変化が生じ屈折率
が高くなる。その高くなる量は５×１０-5から２×１０
-4程度である。
ィルタの第一の実施例の説明図である。ＬＰ01モード、
ＬＰ11モード、ＬＰ02モードの３つのモードが伝搬可能
な光ファイバのコアに、従来技術と同様に屈折率回折格
子、すなわちファイバグレーティングを作成する。例え
ば、エキシマレーザのような短波長の強い光を用い、２
光色干渉法等を用いて作成する。干渉により光強度が強
められた部分の屈折率は光誘導屈折率変化が生じ屈折率
が高くなる。その高くなる量は５×１０-5から２×１０
-4程度である。
【００１０】従来のブラッグ反射型の光フィルタと違う
点は、グレーティングの周期をΛ、ＬＰ01モードの伝搬
定数をβ01、ＬＰ02モードの伝搬定数をβ02とすると、
次の位相整合条件を満たすように作成されていることに
ある。
点は、グレーティングの周期をΛ、ＬＰ01モードの伝搬
定数をβ01、ＬＰ02モードの伝搬定数をβ02とすると、
次の位相整合条件を満たすように作成されていることに
ある。
【００１１】 β01＋β02−２π／Λ＝０ （１） このような条件を満足すると、入射したＬＰ01モードの
光電力の一部は反対方向に伝搬するＬＰ02モードに変換
し、残りはファイバグレーティングを透過する。反射光
のＬＰ02モードの中心波長、つまり光フィルタの中心波
長はファイバグレーティングの周期Λを調整することに
より制御できる。
光電力の一部は反対方向に伝搬するＬＰ02モードに変換
し、残りはファイバグレーティングを透過する。反射光
のＬＰ02モードの中心波長、つまり光フィルタの中心波
長はファイバグレーティングの周期Λを調整することに
より制御できる。
【００１２】理論解析の結果、入射ＬＰ01モードが反射
ＬＰ02モードに変換する変換効率Ｃrは次式で与えられ
る。
ＬＰ02モードに変換する変換効率Ｃrは次式で与えられ
る。
【００１３】 Ｃr＝ｋ2 sinh2 （ｘＬ）／（ｙ2 sinh2 （ｘＬ）＋ｘ2 cosh2 （ｘＬ）） for ｋ＞δr／２ （２ａ） ＝ｋ2 sin 2 （ｚＬ）／（ｙ2 −ｋ2 cos （ｚＬ）） for ｋ＜δr／２ （２ｂ） ここで ｘ＝（ｋ2 −（δr／２）2 ）0.5 （３） ｙ＝（δr／２）2 （４） ｚ＝（（δr／２）2 −ｋ2 ） （５） δr＝β01＋β02−２π／Λ （６） であり、ｋはＬＰ01モードとＬＰ02モードの結合係数、
Ｌはファイバグレ−ティングの長さ、δrは位相整合条
件からのずれ量を表す。β01、β02、Λは前述の通りで
ある。一般にＬＰ01モードとＬＰ11モードの結合係数よ
り、ＬＰ01モードとＬＰ02モードの結合係数は小さい。
これは伝搬定数や界分布が各モード毎で異なることに起
因する。結合係数ｋが小さいと、例えば（２ａ）式から
分かるように、δrつまり位相整合条件からのずれ量が
零より少し変化しても変換効率Ｃrは中心波長での最大
値より急激に減少する。このことはスペクトル半値幅が
狭くなることを意味する。なお、モード結合係数は光誘
導屈折率変化量δn2 が大きければ大きくなる。同様に
グレーテイング長Ｌが長いと、中心波長からわずかに波
長がずれても変換効率が急激に減少し、結果としてスペ
クトル半値幅が狭くなることを示している。
Ｌはファイバグレ−ティングの長さ、δrは位相整合条
件からのずれ量を表す。β01、β02、Λは前述の通りで
ある。一般にＬＰ01モードとＬＰ11モードの結合係数よ
り、ＬＰ01モードとＬＰ02モードの結合係数は小さい。
これは伝搬定数や界分布が各モード毎で異なることに起
因する。結合係数ｋが小さいと、例えば（２ａ）式から
分かるように、δrつまり位相整合条件からのずれ量が
零より少し変化しても変換効率Ｃrは中心波長での最大
値より急激に減少する。このことはスペクトル半値幅が
狭くなることを意味する。なお、モード結合係数は光誘
導屈折率変化量δn2 が大きければ大きくなる。同様に
グレーテイング長Ｌが長いと、中心波長からわずかに波
長がずれても変換効率が急激に減少し、結果としてスペ
クトル半値幅が狭くなることを示している。
【００１４】図２は本発明のモード変換器型光フィルタ
のパワースペクトルを示す。横軸は波長（nm）、縦軸は
光強度（相対値）を示す。曲線ａはＬ＝４．５cm、δn2
＝２×１０-4の場合、曲線ｂはＬ＝８．８cm、δn2 ＝
１×１０-4の場合、曲線ｃはＬ＝１７．８cm、δn2 ＝
５×１０-5の場合について示す。その他、計算に用いた
数値は、ファイバのコア径２．３μｍ、コアとクラッデ
ィングの屈折率差は０．００７、コアの屈折率は１．４
５、グレーティングの周期Λは０．２１μｍである。周
期Λ＝０．２１μｍは反射光のスペクトル中心波長＝６
１９nmと対応する。
のパワースペクトルを示す。横軸は波長（nm）、縦軸は
光強度（相対値）を示す。曲線ａはＬ＝４．５cm、δn2
＝２×１０-4の場合、曲線ｂはＬ＝８．８cm、δn2 ＝
１×１０-4の場合、曲線ｃはＬ＝１７．８cm、δn2 ＝
５×１０-5の場合について示す。その他、計算に用いた
数値は、ファイバのコア径２．３μｍ、コアとクラッデ
ィングの屈折率差は０．００７、コアの屈折率は１．４
５、グレーティングの周期Λは０．２１μｍである。周
期Λ＝０．２１μｍは反射光のスペクトル中心波長＝６
１９nmと対応する。
【００１５】図２の計算結果から反射光のスペクトル半
値幅は光誘導屈折率変化量δn2 及びファイバグレーテ
ィング長Ｌにより調整できる。光誘導屈折率変化量δn2
が小さい場合には、ファイバグレーティング長を長く
することで反射光のスペクトル半値幅が狭くなる。な
お、ファイバグレーティング長と光誘導屈折率変化量が
一定の場合には、コア径及びコアとクラッディングの屈
折率差により反射光のスペクトル半値幅を調整すること
ができる。
値幅は光誘導屈折率変化量δn2 及びファイバグレーテ
ィング長Ｌにより調整できる。光誘導屈折率変化量δn2
が小さい場合には、ファイバグレーティング長を長く
することで反射光のスペクトル半値幅が狭くなる。な
お、ファイバグレーティング長と光誘導屈折率変化量が
一定の場合には、コア径及びコアとクラッディングの屈
折率差により反射光のスペクトル半値幅を調整すること
ができる。
【００１６】従来のブラッグ反射型光フィルタと比較す
ると、光誘導屈折率変化量δn2 が同じ場合、本発明の
反射型光フィルタの方が反射光のスペクトル半値幅を狭
くすることができる。ただしファイバグレーティング長
は長い。
ると、光誘導屈折率変化量δn2 が同じ場合、本発明の
反射型光フィルタの方が反射光のスペクトル半値幅を狭
くすることができる。ただしファイバグレーティング長
は長い。
【００１７】図３は本発明のモード変換器型光フィルタ
のグレーティング長と変換効率の関係をδn2 をパラメ
ータにして示す。変換効率が同一のところで比較すると
δn2 が大きい程必要なグレーティング長は短くて済
む。しかしその場合、反射光のスペクトル半値幅はグレ
ーティング長が短い程広くなる。
のグレーティング長と変換効率の関係をδn2 をパラメ
ータにして示す。変換効率が同一のところで比較すると
δn2 が大きい程必要なグレーティング長は短くて済
む。しかしその場合、反射光のスペクトル半値幅はグレ
ーティング長が短い程広くなる。
【００１８】従来のブラッグ反射型の光フィルタに関す
るグレーティング長と変換効率の関係を説明した図６と
比較すると、傾向はほぼ同じと言えるが、横軸のグレー
ティング長が約１桁違うことに注目できる。
るグレーティング長と変換効率の関係を説明した図６と
比較すると、傾向はほぼ同じと言えるが、横軸のグレー
ティング長が約１桁違うことに注目できる。
【００１９】図４に本発明の第二の実施例の説明図を示
す。いままでＬＰ01モードとＬＰ02モードを考慮してき
たが、同じようにＬＰ01モードとＬＰ11モードについて
適用した例である。此れ迄説明してきたＬＰ02モードを
ＬＰ11モードに置き換えて考えれば良い。反射光がＬＰ
11モードとなるだけで効果や傾向等はＬＰ02モードと全
く同様である。考慮すべき点としては、ＬＰ02モードと
ＬＰ11モードの界分布が異なるという点である。
す。いままでＬＰ01モードとＬＰ02モードを考慮してき
たが、同じようにＬＰ01モードとＬＰ11モードについて
適用した例である。此れ迄説明してきたＬＰ02モードを
ＬＰ11モードに置き換えて考えれば良い。反射光がＬＰ
11モードとなるだけで効果や傾向等はＬＰ02モードと全
く同様である。考慮すべき点としては、ＬＰ02モードと
ＬＰ11モードの界分布が異なるという点である。
【００２０】すなわち、ＬＰ01モード、ＬＰ11モード、
周期Λが位相整合条件を満足している場合、入射ＬＰ01
モードは反対方向に伝搬するＬＰ11モードに変換する。
そのＬＰ11モードの中心波長はファイバグレーティング
の周期Λを調整することで制御できる。そして反射光の
スペクトル半値幅はファイバグレーティング長、光誘導
屈折率変化量により調整することができる。
周期Λが位相整合条件を満足している場合、入射ＬＰ01
モードは反対方向に伝搬するＬＰ11モードに変換する。
そのＬＰ11モードの中心波長はファイバグレーティング
の周期Λを調整することで制御できる。そして反射光の
スペクトル半値幅はファイバグレーティング長、光誘導
屈折率変化量により調整することができる。
【００２１】以上説明したように、本発明のモード変換
器型光フィルタは従来のブラッグ反射型光フィルタに比
べて、グレーティング長は長くなるがスペクトル半値幅
を狭くすることができるという顕著な効果がある。
器型光フィルタは従来のブラッグ反射型光フィルタに比
べて、グレーティング長は長くなるがスペクトル半値幅
を狭くすることができるという顕著な効果がある。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ＬＰ01モードがファイ
バコアに作成されたファイバグレーティングに入射した
時、ＬＰ02モードに変換・反射されることを特徴とする
モード変換型光フィルタを用い、光フィルタの中心波長
をファイバグレーティングの周期により調整すること、
反射光のスペクトル半値幅をフィバグレーティングの光
誘導屈折率変化量とファイバグレーティング長により調
整することを特徴としたことで以下の如き優れた効果を
発揮する。
バコアに作成されたファイバグレーティングに入射した
時、ＬＰ02モードに変換・反射されることを特徴とする
モード変換型光フィルタを用い、光フィルタの中心波長
をファイバグレーティングの周期により調整すること、
反射光のスペクトル半値幅をフィバグレーティングの光
誘導屈折率変化量とファイバグレーティング長により調
整することを特徴としたことで以下の如き優れた効果を
発揮する。
【００２３】スペクトル半値幅の狭い光フィルタを容易
に得ることができる。その結果、本デバイスを用いるこ
とで光センサや光通信特に、波長分割多重通信や周波数
分割多重通信においてシステムの性能を向上することが
できる。
に得ることができる。その結果、本デバイスを用いるこ
とで光センサや光通信特に、波長分割多重通信や周波数
分割多重通信においてシステムの性能を向上することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモード変換器型光フィルタの第一の実
施例の説明図である。
施例の説明図である。
【図２】本発明の第一の実施例に係わり、パワースペク
トルの説明図である。
トルの説明図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係わり、グレーティン
グ長と変換効率の説明図である。
グ長と変換効率の説明図である。
【図４】本発明の第二の実施例の説明図である。
【図５】従来のブラッグ反射型光フィルタのパワースペ
クトル説明図である。
クトル説明図である。
【図６】従来のブラッグ反射型光フィルタのグレーティ
ング長と変換効率の説明図である。
ング長と変換効率の説明図である。
δn2 光誘導屈折率変化量 Λ ファイバグレーティングの周期 β01 ＬＰ01モードの伝搬定数 β11 ＬＰ11モードの伝搬定数 β02 ＬＰ02モードの伝搬定数 Ｌ グレーティング長
Claims (5)
- 【請求項１】ＬＰ01モードがファイバコアに作成された
ファイバグレーティングに入射した時、ＬＰ02モードに
変換・反射されるように構成して成ることを特徴とする
モード変換器型光フィルタ。 - 【請求項２】光フィルタの中心波長をファイバグレーテ
ィングの周期により調整するように構成して成ることを
特徴とする請求項１記載のモード変換器型光フィルタ。 - 【請求項３】反射光のスペクトル半値幅をファイバグレ
ーティングの光誘導屈折率変化量とファイバグレーティ
ング長により調整するように構成して成ることを特徴と
する請求項１記載のモード変換器型光フィルタ。 - 【請求項４】ファイバグレーティングの長さと光誘導屈
折率変化量が一定の場合、ファイバのコア径及びコアと
クラッディングの屈折率差により反射光のスペクトル半
値幅を調整するように構成して成ることを特徴とする請
求項１記載のモード変換器型光フィルタ。 - 【請求項５】変換・反射されるモードがＬＰ11モードで
あることを特徴とする請求項１記載のモード変換器型光
フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8326550A JPH10170722A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | モード変換器型光フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8326550A JPH10170722A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | モード変換器型光フィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170722A true JPH10170722A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18189085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8326550A Pending JPH10170722A (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | モード変換器型光フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10170722A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0917310A3 (en) * | 1997-11-12 | 1999-06-30 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for monitoring multi-wavelength optical systems |
| US6404951B2 (en) * | 1998-03-26 | 2002-06-11 | Lasercomm Inc. | Transverse spatial mode transformer for optical communication |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP8326550A patent/JPH10170722A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0917310A3 (en) * | 1997-11-12 | 1999-06-30 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for monitoring multi-wavelength optical systems |
| US6404951B2 (en) * | 1998-03-26 | 2002-06-11 | Lasercomm Inc. | Transverse spatial mode transformer for optical communication |
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