JPH10282341A

JPH10282341A - 光ファイバ型固定減衰器

Info

Publication number: JPH10282341A
Application number: JP9092377A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishikawa; 真二石川; Hiroshi Suganuma; 寛菅沼; Naomi Nakamura; 直美中村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】減衰率の波長依存性が少ない異種ファイバ接
続型の光ファイバ型固定減衰器を提供する。【解決手段】入出力用光ファイバ２、３の間に減衰用
の光ファイバ４が接続されており、それらがフェルール
５中に封入されて固定されている。このフェルール５
は、スリーブ６中に固定された上で、さらに両端に締結
部７、８を有するハウジング９中に固定されて、コネク
タ型の光ファイバ型固定減衰器１を構成している。減衰
用光ファイバ４と入出力用光ファイバ２、３とはＭＦＤ
が異なり、ＭＦＤ値の小さいいずれかの光ファイバの遮
断波長が他の光ファイバの遮断波長より長い構成になっ
ている。この異種ファイバ間の接続損失によって光を減
衰することができる。また、この遮断波長の違いによっ
て接続部のＭＦＤの比率が波長によらずにほぼ一定にな
るので、減衰率の波長依存性が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ網にお
いて光信号レベルの調整に用いられる光ファイバ型固定
減衰器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信網を構築する際に、送信側と受信
側の距離の差に応じて受信側に入力する光量レベルに差
が生じる。この光量レベル差が大きいと、近距離側では
光量が飽和する一方で、遠距離側では光量が小さくなり
すぎてＳ／Ｎ比が劣化するなど通信の障害となる。この
受信側の光量レベルを一定に保つために光量の大きな近
距離側のラインに挿入して光量を減少させる光固定減衰
器が用いられている。

【０００３】このような光固定減衰器の一種として、モ
ードフィールド径（ＭＦＤ）の異なる光ファイバを接続
して使用する鈴木らの「異種ファイバ接続に関する一検
討」（１９９３年電子情報通信学会秋季大会Ｂ−７８
９）で開示されている技術がある。

【０００４】この技術は、図１１に示されるように、Ｍ
ＦＤの異なる光ファイバ２１、２２を接続するものであ
り、それぞれの光ファイバ２１、２２のＭＦＤが異なる
ために両者の電磁界分布も異なってくるため、送信側光
ファイバ２１から伝送された光の一部は、受信側光ファ
イバ２２のクラッド部に放射されて、伝送されずに失わ
れる。この損失を利用して光を減衰させることができ
る。

【０００５】この場合、光ファイバの界分布をガウス形
分布とすると、Marcuseの近似式より、接続される光フ
ァイバのＭＦＤをそれぞれ２Ｗ₁、２Ｗ₂とすると、他の
損失要因が存在しない場合の接続損失Ｌは、Ｌ＝１−（２Ｒ／１＋Ｒ²）² （１）Ｒ＝Ｗ₂／Ｗ₁ （２）で与えられ、Ｗ₁とＷ₂の比Ｒに依存することになる。

【０００６】ＭＦＤ値自体は、波長に依存するが、正規
化周波数Ｖ値が同一のファイバについては、ＭＦＤの比
は波長によらずに一定になるため、接続損失は理論的に
は、波長に依存しない値となる。Ｖ値は、遮断波長λ_c
に比例するので、結果的にλ_cが同一のときは、接続損
失が波長に依存しないことになる。表１に示される光フ
ァイバの組み合わせについての接続損失の理論計算例を
図１２に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】正規化周波数Ｖが同じ、すなわち、遮断波
長λ_cが同一の光ファイバを接続したケース１の場合
は、理論計算上では接続損失の波長依存性が消失してい
る。この接続損失を利用することにより、減衰量の波長
依存性のない減衰器を作成することができる可能性があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような異
種ファイバ接続型の光減衰器において、遮断波長λ_cが
同一の異種ファイバを用いても、融着接続時のドーパン
ト拡散などにより実際のモードフィールド径の波長依存
性は、それぞれの接続された光ファイバで異なってく
る。このため、それぞれの光ファイバのＭＦＤの比が波
長により一定にはならず、接続損失に波長依存性が生じ
ていた。

【００１０】本発明は、減衰率の波長依存性が少ない異
種ファイバ接続型の光ファイバ型固定減衰器を提供する
ことを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ型固
定減衰器は、入出力光ファイバの間にＭＦＤの異なる異
種光ファイバが融着接続されており、ＭＦＤの小さいい
ずれかの光ファイバが他の光ファイバより遮断波長が長
いことを特徴とする。これにより、融着接続によって生
ずる長波長ほど接続損失が小さくなる傾向が補償され
る。

【００１２】また、異種光ファイバ及びこれの両端に融
着接続された入出力光ファイバがフェルール内に封入さ
れ、フェルールはファイバコネクタ中に固定されていて
もよい。これにより、本発明の固定減衰器は、通信ライ
ン中の接続部にコネクタとして固定される。

【００１３】あるいは、本発明の光ファイバ型固定減衰
器は、通信ラインの２本の入出力光ファイバを接続する
コネクタ内に固定されたフェルール中に入出力光ファイ
バとＭＦＤが異なる異種光ファイバが融着接続されて封
入されており、異種光ファイバが入出力光ファイバより
ＭＦＤが大きいときは異種光ファイバの遮断波長が入出
力光ファイバの遮断波長より短く、異種光ファイバが入
出力光ファイバよりＭＦＤが小さいときは異種光ファイ
バの遮断波長が入出力光ファイバの遮断波長より長いこ
とを特徴とするものでもよい。

【００１４】これにより、通信ライン中に異種光ファイ
バが挿入され、異種光ファイバとの接続損失により、送
信側から送信されてきた光の光量が減衰して受信側の光
ファイバに送られる。

【００１５】一方、本発明の光ファイバ型固定減衰器に
用いられる異種光ファイバの遮断波長は、使用波長より
も短いことが好ましい。これにより、光ファイバ型固定
減衰器内において使用波長の光は単一モード条件を満た
す。

【００１６】または、異種光ファイバは、入出力光ファ
イバと同種の屈折率分布構造を有する光ファイバである
ことが好ましい。これにより、両方のファイバ内の電界
パワー分布形状が同種の形状となる。

【００１７】さらに、異種光ファイバはステップインデ
ックスコア型光ファイバであればより好ましい。これに
より、通常の光伝送路と同種の屈折率分布構造を有す
る。

【００１８】また、異種光ファイバのファイバ長は５mm
以上であることが好ましい。これにより異種光ファイバ
部分の漏洩モードの光路長が長くなり、漏洩した光のコ
アでの再結合が低減される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の光
ファイバ型固定減衰器の構造図である。

【００２０】この光ファイバ型固定減衰器１の構成をま
ず説明する。減衰器１が接続される外部の通信用光ファ
イバと同一の光ファイバにより構成される２本の入出力
用光ファイバ２、３の間に減衰用の異種光ファイバ４が
融着接続されており、それらが円筒形のフェルール５の
軸中心に封入されて固定されている。フェルール５に
は、プラスティック等の樹脂やセラミック、ガラス管等
を使用することができる。フェルール５の端部は図１に
示されるような円筒形でも、テーパをつけた円錐形でも
良い。このフェルール５は、割り入れを有する中空円筒
状のスリーブ６の中央部分に固定されており、スリーブ
６の両端は開放されている。この両端に通信用光ファイ
バを固定したフェルールが挿入される。このスリーブ６
には、金属やセラミック製のものを用いることができ
る。

【００２１】このスリープ６は、さらに両端に締結部
７、８と中心に円筒形の空間を有するハウジング９の円
筒空間中に固定されて、コネクタ型の減衰器１を構成し
ている。ハウジング９は金属やセラミック製のものを用
いることができる。ここで、締結部７、８はともに図１
に示されるようにともに雄ネジ形式のものでも、いずれ
かあるいは両方が雌ネジ形式のものでも用途によって組
み合わせればよい。また、ネジ締結のほかにバヨネット
締結やスナップインタイプの締結部とすることもでき
る。

【００２２】この減衰器１に使用する光ファイバ２〜４
の特性パラメータを表２に示す。ここで、光ファイバ２
〜４は、いずれもステップインデックスコア型の光ファ
イバとする。減衰用光ファイバ４のＭＦＤは４．３３μ
ｍ、遮断波長λｃは１．４μｍで、入出力光ファイバの
ＭＦＤ１０．４２μｍ、遮断波長λｃ１．１μｍに比較
して、ＭＦＤは小さく、遮断波長λｃは長くなってい
る。

【００２３】

【表２】

【００２４】続いて、この減衰器１の使用状況に基づい
てその動作を説明する。この減衰器１は、２本の通信用
光ファイバの間に挿入されて使用される。具体的には、
２本の通信用光ファイバのそれぞれの接続端は、フェル
ール５端面に対応する端面が接するフェルール中に封入
されており、このフェルールは減衰器１の締結具６、７
に対応する締結具を有するハウジング中に予め固定され
ている。これらの締結具により各々の通信用光ファイバ
は、コネクタ型の減衰器１と接続されるが、この際にス
リーブ６中に通信光ファイバのフェルールが挿入され
て、それぞれのフェルールとフェルール５の端面が突き
合わされるので、それぞれの通信光ファイバはフェルー
ル５中に固定されている光ファイバ２〜４と軸位置が一
致するように固定される。このようなコネクタ構造とす
ることで、通信用光ファイバへの減衰器１の挿入が容易
になる。

【００２５】送信側の通信用光ファイバから送られてき
た信号光は、入力用光ファイバ２を経て、減衰用光ファ
イバ４に入射する。この時に、入力用光ファイバ２より
減衰用光ファイバ４のＭＦＤが小さいため、減衰用光フ
ァイバ４では、送られてきた信号光の一部が導波モード
から放射モードに移行してクラッド部から外部へ放出さ
れる。これが損失となり、信号光の光量を減衰させるこ
とができる。減衰用光ファイバ４のコア部をそのまま導
波した光は出力用光ファイバ３に入射する。このときに
もＭＦＤの違いにより、コア部を導波してきた信号光の
一部が放射モードに変換され、出力用光ファイバのクラ
ッド部へ放出されて失われる。これにより減衰された信
号光が、出力用光ファイバ３を経てこれに接続された外
部の受信側の通信用光ファイバに送られる。

【００２６】使用波長が減衰用光ファイバ４の遮断波長
より長い場合は、入出力光ファイバ２、３及び減衰用光
ファイバ４のいずれにおいても単一モード条件が保たれ
るので、接続面でのモード変換は起こらず、これに伴う
損失が発生しないので、これによる減衰率の波長依存性
は発生せず好ましい。特に、減衰用光ファイバ４のＭＦ
Ｄが入出力用光ファイバ２、３のＭＦＤより大きい場
合、本発明によれば、減衰用光ファイバ４の遮断波長は
入出力用光ファイバ２、３の遮断波長より短くなるの
で、入出力用光ファイバ２、３で単一モード条件を満た
す波長範囲では、減衰用光ファイバ４の単一モード条件
は常に満たされるので、より好ましい。

【００２７】異種接続部分の接続損失の波長依存性を確
認するため、本願発明者は、遮断波長の異なる三組の異
種光ファイバの組み合わせについて損失の波長依存性を
調べる実験を行った。実験した光ファイバの組み合わせ
は、表１に示したものと同じである。実験結果を図２に
示す。

【００２８】図２に示されるように、ＭＦＤが小さい光
ファイバの遮断波長が長くなっているケース２が、もっ
とも損失の波長依存性が少なくなっていることが分か
る。前述したように、理論的には、遮断波長が同一の光
ファイバの組み合わせであるケース１で損失の波長依存
性がなくなるはずだが、これとは異なる結果となってい
る。これは、以下のような理由によると考えられる。図
３は、この実験で用いたケース１の光ファイバＡ、Ｂの
ＭＦＤの波長依存性を示すグラフである。比屈折率差が
大きくＭＦＤが小さい光ファイバＢと、比屈折率差が小
さくＭＦＤが大きい光ファイバＡとは、ＭＦＤの比は波
長によらずに一定になっている。

【００２９】しかしながら、比屈折率差の大きい光ファ
イバＢは、融着時のドーパントの熱拡散により、融着部
における光の閉じ込め効果が弱くなっている。この結
果、ＭＦＤの波長依存性は、融着前の図３に示す場合に
比べて、長波長側のＭＦＤが短波長側に比べてより大き
くなるため、光ファイバＡと光ファイバＢのＭＦＤの比
は長波長側が短波長側より小さくなる。これにより
（１）（２）式からわかるように長波長側の損失量は理
論値に比べて小さくなる。

【００３０】本願発明者は、減衰用光ファイバ４の長さ
が損失量に与える影響を調べるため、減衰用光ファイバ
４の長さを異ならせた固定減衰器１を用いて、波長によ
る損失量がどのように変化するかを調べた。ここでは、
表１に示すケース３の光ファイバの組み合わせでＭＦＤ
が４．４３μｍと小さい側の光ファイバＢを減衰用光フ
ァイバ４に用いた固定減衰器を使用した。

【００３１】図４、図５は、減衰用光ファイバ４として
それぞれ長さ３mm、９mmの光ファイバを使用したときの
損失の波長依存性を示したグラフである。減衰用光ファ
イバ４の長さが３mmと短いときには、図４に示されるよ
うに、波長によって損失量が振動するいわゆるビート現
象がみられる。しかし、減衰用光ファイバ４の長さを９
mmと長くすると、図５に示されるようにこのビート現象
はほとんどみられなくなる。

【００３２】通信用に使用される帯域である波長１．３
μｍ〜１．６μｍの領域でのこの損失量の極小値とこれ
に隣接する極大値との差の最大値を損失の短周期変動量
と定義し、減衰用光ファイバ４の長さを変えたときのこ
の短周期変動量の変化をプロットしたグラフを図６に示
す。減衰用光ファイバ４が長くなるほど、この短周期変
動量が減少することが確認された。これは、減衰用光フ
ァイバ４の長さが短いと、減衰用光ファイバ４のクラッ
ド部分に放射された光が、クラッド部分を伝搬して再度
出力ファイバ３側のコアで再結合するためと思われる。
減衰用光ファイバの長さを５mm以上とすれば、この再結
合による短周期変動量は０．５ｄＢ未満となるため好ま
しい。また、８mm以上ならば、短周期変動量は０．１ｄ
Ｂ以下でほぼ一定となり、さらに好ましい。

【００３３】以上の説明では、コネクタフェルール中に
減衰用光ファイバ及びこれに融着接続された入出力ファ
イバを固定している実施形態について説明してきた。し
かし、図７に示されるようにコネクタフェルールを使用
せず、通信ライン中の入出力ファイバ２、３の間に減衰
用光ファイバ４を融着接続する形式をとることも可能で
ある。この形式では、光ファイバの敷設現場での取り扱
いを容易にし、減衰用光ファイバ４の接続をより確実に
するため、減衰用光ファイバ４の両端に通信ラインと同
等の光ファイバからなる入出力ファイバ２、３を予め融
着接続した光ファイバ素子を製作しておき、この光ファ
イバ素子を用いることが好ましい。

【００３４】融着接続を行わずに、図８に示されるよう
に減衰用の異種光ファイバ４のみをこネクターフェルー
ル５中に固定するコネクタ接続形式も考えられるが、こ
の形式では、コネクタ接続の際の軸ずれに起因する損失
が大きな問題となる。図９は、同種ファイバ同士又は異
種ファイバをそれぞれ接続したときの軸ずれ量に対して
それに起因する損失量を比較したグラフである。ここ
で、異種ファイバの組み合わせは表１のケース１に該当
し、同種ファイバの組み合わせはこのケース１のファイ
バのうち光ファイバＡを２本接続したものである。

【００３５】図９より、異種光ファイバを結合したとき
のほうが、同種の光ファイバを結合したときよりも同じ
軸ずれ量でも損失が大きい事がわかる。したがって、コ
ネクタ部分における軸ずれに起因する損失を低下させる
ためには、コネクタの入出力部分を入出力側にそれぞれ
接続する信号ラインと同種の光ファイバを融着接続して
おく前述の図１に示される実施形態が好ましいことがわ
かる。

【００３６】また、以上の説明では、光ファイバ型固定
減衰器の入出力光ファイバ及び異種光ファイバにステッ
プインデックスコア型の光ファイバを用いた実施形態に
ついて説明してきた。通常の光伝送路は、比屈折率差が
０．２５〜０．４％のステップインデックスコア型光フ
ァイバで構成されているため、固定減衰器の入出力用光
ファイバ及び異種光ファイバには、同種のステップイン
デックスコア型光ファイバを用いることが望ましい。し
かし、分散シフトファイバのような構造の光ファイバを
用いた光伝送路で使用する固定減衰器内の光ファイバに
は、ステップインデックスコア型光ファイバではなく同
種の屈折率分布構造の光ファイバを用いることが好まし
い。

【００３７】ここで、同種の屈折率分布構造とは、図１
０に示されるように、入出力光ファイバ２、３の径方向
の位置ｒにおける比屈折率差の分布がｎ₁（ｒ）、減衰
用光ファイバ４の径方向の位置ｒにおける比屈折率差の
分布がｎ₂（ｒ）でそれぞれ示されるとき、以下の関係
をほぼ満たすことをいうものとする。ｎ₂（ｒ）＝ｎ_max2／ｎ_max1×ｎ₁（ａ₁ｒ／ａ₂）ただし、０＜ｒ＜ｍｉｎ（ｒ_o，ａ₂ｒ_o／ａ₁）ここで、ａ₁、ａ₂は入出力光ファイバ２、３と減衰用光
ファイバ４のそれぞれのコア半径、ｎ_max1、ｎ_max2はそ
れぞれの最大比屈折率差、ｒ_oは光ファイバの外半径を
示すものである。つまり、減衰用光ファイバ４の比屈折
率差の分布形状は、入出力光ファイバ２、３の比屈折率
差の分布形状を半径方向及び比屈折率差方向のそれぞれ
について独立に拡大あるいは縮小した形状となってい
る。この関係を満たさない時には、光ファイバ内の電界
パワー分布形状が異なるために、光の導波パターン等が
異なってきて、波長による損失の違いが発生する。一
方、この関係を満たす時には、光ファイバ内の電界パワ
ー分布はいずれの波長においても両方の光ファイバで同
様の形状になる。したがって、ＭＦＤの波長依存性の傾
向も同様になり、損失量の波長依存性が低下して好まし
い。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、通信ラインの間にＭＦＤの異なる異種光ファイバを
融着接続することにより、光量を減衰することができ
る。この異種光ファイバは遮断波長が他の光ファイバよ
りＭＦＤが小さい場合は長く、大きい場合は短く設定さ
れているので、通信ラインの光ファイバと異種光ファイ
バのＭＦＤの比の波長による変化が打ち消されて、減衰
率の波長依存性が低減される。したがって、波長依存性
の小さい固定減衰器が提供できる。

【００３９】また、異種光ファイバとこれに融着接続さ
れた入出力光ファイバをコネクタフェルール中に固定す
れば、コネクタ型の固定減衰器として用いることができ
るため、取り扱いが容易になり、さらに、接続時の軸ず
れ損失を軽減することができる。

【００４０】これらの装置で、異種光ファイバの遮断波
長を使用波長よりも短いものとすれば、使用波長で単一
モード条件が満たされるので、モード変換が起こること
がなく、使用波長帯域での損失の波長依存性がより低減
される。

【００４１】あるいは、異種光ファイバを入出力光ファ
イバと同種の屈折率分布構造を有する光ファイバとすれ
ば、ファイバ内の電界パワー分布形状が同等になるの
で、損失の波長依存性が低減される。

【００４２】特に、通常の光伝送路と同種の屈折率構造
を有するようにするためには、異種光ファイバをステッ
プインデックスコア型光ファイバとすればよい。

【００４３】また、異種光ファイバのファイバ長を５mm
以上とすれば、異種光ファイバで漏洩した光の再結合が
防止されるので、短周期変動がなくなり、減衰率の波長
依存性がさらに低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバ型固定減
衰器の断面構造図である。

【図２】異種光ファイバの接続損失の実験結果を示すグ
ラフである。

【図３】接続後の異種光ファイバ各々のＭＦＤの波長依
存性を示すグラフである。

【図４】長さ３mmの減衰用光ファイバを用いた固定減衰
器の損失量の波長依存性を比召すグラフである。

【図５】長さ９mmの減衰用光ファイバを用いた固定減衰
器の損失量の波長依存性を比召すグラフである。

【図６】減衰用光ファイバの長さと短周期変動量の関係
を示すグラフである。

【図７】通信ライン中に減衰用光ファイバを固定する本
発明の他の実施形態を示す概略図である。

【図８】減衰用光ファイバのみをコネクタフェルール中
に固定した固定減衰器を示す断面構造図である。

【図９】光ファイバの軸ずれ量に起因する損失量を比較
したグラフである。

【図１０】同種の屈折率分布構造についての説明図であ
る。

【図１１】ＭＦＤの異なる光ファイバを接続した光ファ
イバ型固定減衰器の従来例を示す図である。

【図１２】異種光ファイバの接続損失の理論計算結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１…光ファイバ型固定減衰器、２…入力用光ファイバ、
３…出力用光ファイバ、４…減衰用光ファイバ、５…フ
ェルール、６…スリーブ、７、８…締結具、９…ハウジ
ング、２１、２２…光ファイバ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入出力光ファイバの間にモードフィール
ド径の異なる異種光ファイバが融着接続されており、モ
ードフィールド径の小さいいずれかの光ファイバが他の
光ファイバより遮断波長が長いことを特徴とする光ファ
イバ型固定減衰器。
【請求項２】前記異種光ファイバ及びこれの両端に融
着接続された前記入出力光ファイバがフェルール中に封
入され、前記フェルールは、ファイバコネクタ内に固定
されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
型固定減衰器。
【請求項３】通信ラインの２本の入出力光ファイバを
接続するコネクタ内に固定されたフェルール内に前記入
出力光ファイバとモードフィールド径が異なる異種光フ
ァイバが融着接続されて封入されており、前記異種光フ
ァイバが入出力光ファイバよりモードフィールド径が大
きいときは前記異種光ファイバの遮断波長が前記入出力
光ファイバの遮断波長より短く、前記異種光ファイバが
前記入出力光ファイバよりモードフィールド径が小さい
ときは前記異種光ファイバの遮断波長が前記入出力光フ
ァイバの遮断波長より長いことを特徴とする光ファイバ
型固定減衰器。
【請求項４】前記異種光ファイバの遮断波長は、使用
波長よりも短いことを特徴とする請求項１あるいは３の
いずれかに記載の光ファイバ型固定減衰器。
【請求項５】前記異種光ファイバは、前記入出力光フ
ァイバと同種の屈折率分布構造を有する光ファイバであ
ることを特徴とする請求項１あるいは３のいずれかに記
載の光ファイバ型固定減衰器。
【請求項６】前記異種光ファイバはステップインデッ
クスコア型光ファイバであることを特徴とする請求項５
記載の光ファイバ型固定減衰器。
【請求項７】前記異種光ファイバのファイバ長は５mm
以上であることを特徴とする請求項１あるいは３のいず
れかに記載の光ファイバ型固定減衰器。