JPH11231138A - 光フィルタおよび光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光軸の煩雑な調整や、精密な加工を行わずに
作製することができる光フィルタを提供する。 【解決手段】 基本モードのＬＰ01モード以外に、少な
くともひとつのモードを導波する導波構造を有する光フ
ァイバ２の長さ方向に、局所的に摂動が付与された摂動
付与部２ｃ，２ｄを２箇所以上形成して光フィルタとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特定波長を選択的に
減衰させることができる光フィルタに関し、特に光軸の
煩雑な調整や、精密な加工を行わずに作製することがで
きる光フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の光フィルタの一例を示す
概略構成図である。符号２１，２１は光ファイバであっ
て、これらの光ファイバ２１，２１は、それぞれ光ファ
イバ保持部２２，２２によって保持されている。一方、
符号２３，２３はコリメートレンズであって、これらの
コリメートレンズ２３，２３は、誘電体多層膜フィルタ
２５を間にはさんで、それぞれレンズ保持部２４，２４
によって保持されている。この光フィルタにおいて、一
方の光ファイバ２１から出力された光は、一方のコリメ
ートレンズ２３を介して誘電体多層膜フィルタ２５に入
射し、ここで特定波長の光が損失させられる。ついでこ
の特定波長が損失した光は、他方のコリメートレンズ２
３を介して他方の光ファイバ２１に入射し、出力され
る。

【０００３】図１１は従来の光フィルタの他の例を示す
斜視図であって、符号３１は入出力光ファイバ、３２は
導波路基板、３３はスリット、３４は導波路、３５は誘
電体多層膜フィルタである。導波路基板３２の導波路３
４の両端にはそれぞれ入出力光ファイバ３１，３１が接
続されている。一方、導波路基板３２の中央付近には、
導波路３４に対して斜めに、かつこの導波路３４を横切
るように形成されたスリット３３に、誘電体多層膜フィ
ルタ３５が挿入され、接着、固定されている。この光フ
ィルタにおいては、一方の入出力光ファイバ３１から出
力された光が導波路３４を介して誘電体多層膜フィルタ
３５に入射し、ここで特定波長の光が損失させれられ
る。そして誘電体多層膜フィルタ３５を通って特定波長
が損失した光は、他方の導波路３４から他方の入出力光
ファイバ３１に入射し、出力される。

【０００４】しかしながら、図１０に示す構成の光フィ
ルタの製造においては、光ファイバ２１，２１、コリメ
ートレンズ２３，２３、および誘電体多層膜フィルタ２
５を正確に配置して光軸を調整する必要があり、製造効
率や製品歩留まりが低かった。また図１１に示す構成の
光フィルタの製造においては、導波路基板３２にスリッ
ト３３を形成した後、このスリット３３に誘電体多層膜
フィルタ３５を挿入し、接着、固定する工程があり、精
密な加工が必要であった。また、導波路３４と入出力光
ファイバ３１との接続において、光軸の調整が面倒であ
るという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に鑑
みてなされたもので、光軸の煩雑な調整や、精密な加工
を行わずに作製することができる光フィルタを提供する
ことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、基本モードのＬＰ01モード以外
に、少なくともひとつのモードが導波する導波構造を有
する光ファイバの長さ方向に、局所的に摂動が付与され
た摂動付与部が２箇所以上形成されてなることを特徴と
する光フィルタを提案する。前記光ファイバは、コアと
クラッドを有し、このクラッドは、前記コアの周上に設
けられ、このコアよりも低屈折率の第１の層と、この第
１の層の周上に設けられ、この第１の層よりも低屈折率
の第２の層を備えていると好ましい。また、前記光ファ
イバは、基本モードのＬＰ01モード以外に、ＬＰ02モー
ドのみが導波するものであると好ましい。また、本発明
においては、本発明の光フィルタを使用したことを特徴
とする光通信システムを提案する。また、本発明におい
て光ファイバとは、裸光ファイバ、光ファイバ素線、光
ファイバ心線などを包含するものとする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の光フィルタの構成
の一例を示したものである。符号２は光ファイバであっ
て、この光ファイバ２は、裸光ファイバ２ａの上に、被
覆層２ｂが設けられなるものである。この光ファイバ２
は、途中の被覆層２ｂが一部除去されて、裸光ファイバ
２ａが露出している。この裸光ファイバ２ａが露出した
部分には、２つの摂動付与部２ｃ，２ｄが形成されてい
る。そしてこれらの摂動付与部２ｃ，２ｄによって、前
記光ファイバ２が第１の区間１ａと第２の区間１ｂと第
３の区間１ｃとに区切られて、この光フィルタが構成さ
れている。

【０００８】前記裸光ファイバ２ａは、純石英ガラス、
あるいはフッ素、ゲルマニウムなどのドーパントの添加
によって屈折率が調整された石英ガラスから形成されて
いる。前記被覆層２ｂは、光ファイバ素線とするために
裸光ファイバ２ａの上に設けられた１次被覆と、さらに
この光ファイバ素線を光ファイバ心線とするために、こ
の１次被覆の上に設けられた２次被覆とからなるもので
ある。被覆層２ｂを構成する１次被覆は、通常紫外線硬
化型樹脂、シリコーン樹脂などからなり、２次被覆は、
ナイロンなどからなるものである。

【０００９】裸光ファイバ２ａは、後述する通り、クラ
ッドが二層以上の構造をなしており、中心部のコアと、
このコアの上に設けられたクラッドの第１の層までの構
造では、基本モード（ＬＰ01モード）のみが導波するシ
ングルモード光ファイバの構造となっている。さらに、
本発明において裸光ファイバ２ａは、基本モード以外の
モードのうち、少なくともひとつのモードがクラッドを
ほとんど損失なく伝搬するように、クラッドに導波構造
をもつことを必須とする。以下、裸光ファイバ２ａのク
ラッドをほとんど損失なく伝搬する基本モード以外のモ
ードをクラッドモードということにする。これに対して
前記中心部を導波するモード、すなわちＬＰ01モードを
基本モードとよぶことにする。またこれらのモード以外
のモードを放射モードとよぶことにする。本発明は、光
ファイバ２において、基本モードとクラッドモードを導
波させ、さらに摂動付与部２ｃ，２ｄにおける前記基本
モードと前記クラッドモードとのモード結合関係を制御
することによって、光フィルタとしての特性を得るもの
である。

【００１０】裸光ファイバ２ａはコアとクラッドを有
し、このクラッドが、前記コアの周上に設けられた、こ
のコアよりも低屈折率の第１の層と、この第１の層の周
上に設けられた、この第１の層よりも低屈折率の第２の
層を備えているものが好適である。

【００１１】図２（ａ）、図２（ｂ）は、裸光ファイバ
２ａの屈折率分布の例を示すものである。図２（ａ）に
示すデプレスドクラッド型は、高屈折率のコア３ａと、
この周上に形成された前記コア３ａより低屈折率の第１
のクラッド（第１の層）３ｂと、この周上に形成された
前記第１のクラッド３ｂより低屈折率の中間部（第２の
層）３ｃと、この周上に形成された前記中間部３ｃより
も高屈折率で、前記コア３ａよりも低屈折率の第２のク
ラッド３ｄとから構成されている。すなわちこのデプレ
スドクラッド型においては、第１のクラッド３ｂと中間
部３ｃと第２のクラッド３ｄとの三層からクラッド３ｅ
が形成されている。これらコア３ａ，第１のクラッド３
ｂ，中間部３ｃ，第２のクラッド３ｄは同心円状に配置
されている。

【００１２】例えば、前記コア３ａと前記第１のクラッ
ド３ｂとの比屈折率差は０．２〜４％、この第１のクラ
ッド３ｂと前記中間部３ｃとの比屈折率差は０．１〜
０．４％、この中間部３ｃと前記第２のクラッド３ｄと
の比屈折率差は０％以上とされる。前記第１のクラッド
３ｂの屈折率と前記第２のクラッド３ｄの屈折率とは、
等しくても異なっていてもよい。またコア３ａの外径は
３〜１０μｍ、第１のクラッド３ｂの外径は２０〜５０
μｍ、中間部３ｃの外径は第１のクラッド３ｂの外径に
５μｍを足した値以上、第２のクラッド３ｄの外径は約
１２５μｍとされる。また例えば、前記コア３ａはゲル
マニウム添加石英ガラスからなり、第１のクラッド３ｂ
と第２のクラッド３ｄは純石英ガラスからなり、前記中
間部３ｃはフッ素添加石英ガラスからなるものである。

【００１３】図２（ｂ）に示す階段型クラッド型は、高
屈折率のコア４ａと、この周上に形成された前記コア４
ａより低屈折率の第１のクラッド（第１の層）４ｂと、
この周上に形成された前記第１のクラッド４ｂより低屈
折率の第２のクラッド（第２の層）４ｃとから構成され
ている。すなわちこの階段型クラッド型においては、第
１のクラッド４ｂと第２のクラッド４ｃとの二層からク
ラッド４ｄが形成されている。これらコア４ａ，第１の
クラッド４ｂ，第２のクラッド４ｃは同心円状に配置さ
れている。

【００１４】前記コア４ａと前記第１のクラッド４ｂと
の比屈折率差は０．２〜４％、前記第１のクラッド４ｂ
と前記第２のクラッド４ｃとの比屈折率差は０．１〜
０．４％とされる。また前記コア４ａの外径は３〜１０
μｍ、前記第１のクラッド４ｂの外径は２０〜５０μ
ｍ、前記第２のクラッド４ｃの外径は約１２５μｍとさ
れる。また例えば、前記コア４ａはゲルマニウム添加石
英ガラスからなり、前記第１のクラッド４ｂは純石英ガ
ラスからなり、前記第２のクラッド４ｃはフッ素添加石
英ガラスからなるものである。

【００１５】図３は、図２（ｂ）に示す階段型クラッド
型の屈折率分布を有する裸光ファイバ２ａの、波長１５
００〜１６００ｎｍ帯域におけるＬＰ01モード（基本モ
ード）とＬＰ02モードとＬＰ03モードの電界分布の一例
を示すグラフである。ここで、これらの電界分布は、コ
ア４ａと第１のクラッド４ｂと第２のクラッド４ｃまで
の屈折率分布構造を考慮して求めたものである。この例
において、コア４ａ、第１のクラッド４ｂ、第２のクラ
ッド４ｃの半径は、それぞれ４．５μｍ、２０μｍ、６
２．５μｍ（層の厚さでいうと、それぞれ４．５μｍ、
１５．５μｍ、４２．５μｍ）である。

【００１６】このグラフからわかるように、この光ファ
イバのＬＰ01モード（基本モード）の電界は、裸光ファ
イバ２ａの中心のコア４ａとその近傍に分布している。
これは例えば、コア４ａと第１のクラッド４ｂとからな
るシングルモード光ファイバを想定した場合、このシン
グルモード光ファイバのＬＰ01モードの電界とほぼ同様
の分布となっている。ＬＰ02モードの電界は、コア４ａ
の周上に設けられた第１のクラッド４ｂとその近傍に分
布している。すなわちこの裸光ファイバ２ａは、ＬＰ02
モードがクラッド４ｄを導波する導波構造を有すること
がわかる。ＬＰ03モードの電界は、コア４ａ、第１のク
ラッド４ｂ、第２のクラッド４ｃにわたって分布してい
る。

【００１７】図２（ａ）に示すデプレスドクラッド型の
屈折率分布を有する裸光ファイバ２ａにおいても、ＬＰ
01モードの電界は、コア３ａとその近傍に分布し、ＬＰ
02モードの電界は、コア３ａの周上に設けられた第１の
クラッド３ｂとその近傍に分布している。

【００１８】このように、デプレスドクラッド型あるい
は階段型クラッド型の屈折率分布を有するものは、第１
のクラッド３ｂ，４ｂの周上に、これらよりも低屈折率
の中間部３ｃあるいは第２のクラッド４ｃが設けられて
いるため、ＬＰ02モードなどの高次モードは、コア３
ａ，４ａの周上に設けられた第１のクラッド３ｂ，４ｂ
あるいはその近傍に選択的に分布し、クラッド３ｅ，４
ｄをほとんど損失なく伝搬するクラッドモードとなって
いる。

【００１９】前記摂動付与部２ｃ，２ｄは、裸光ファイ
バ２ａに、その長さ方向において局所的に摂動を付与し
た部分である。摂動とは「屈折率分布の変化」、あるい
は「屈折率の変化」のことである。すなわち摂動付与部
２ｃ，２ｄにおいては、「屈折率分布の変化」、あるい
は「屈折率の変化」によって、他の部分とはモードフィ
ールドが変化している。このモードフィールドの変化に
よって、摂動付与部２ｃ，２ｄにおいては、複数のモー
ド間でのモード結合が発生する。「屈折率分布の変化」
あるいは「屈折率の変化」とは、具体的には、例えば裸
光ファイバ２ａのコア径の縮径または拡径、あるいは裸
光ファイバ２ａに添加されたドーパンドの拡散、あるい
は裸光ファイバ２ａのコアの屈折率の変化の形成であ
る。

【００２０】以下図４を用いて光フィルタの基本的な動
作について説明する。第１の区間１ａに光を入射する
と、第１の区間１ａを基本モードが伝搬する。第１の区
間１ａを伝搬した基本モードは、摂動付与部２ｃにおい
て第２の区間１ｂの基本モードとクラッドモードに結合
し、分割された状態で第２の区間１ｂを伝搬する。つい
で摂動付与部２ｄにおいて、第２の区間１ｂを伝搬した
基本モードのほとんどは、第３の区間１ｃの基本モード
に結合する。一方、第２の区間１ｂを伝搬したクラッド
モードは第３の区間１ｃの基本モードとクラッドモード
に結合する。

【００２１】このとき、第２の区間１ｂを伝搬したクラ
ッドモードのほとんどが、第３の区間１ｃの基本モード
に結合すれば、第１の区間１ａを伝搬した基本モードの
光を、第３の区間１ｃから少ない損失で出力させること
ができる。すなわち第１の区間１ａの基本モードの光の
強度と、第３の区間１ｃから出力される基本モードの光
の強度との差が小さくなる。

【００２２】これに対して第２の区間１ｂを伝搬したク
ラッドモードの光のほとんどが、第３の区間１ｃの基本
モードに結合しなければ、第１の区間１ａを伝搬した基
本モードの光を、第３の区間１ｃから大きい損失で出力
させることができる。すなわち第１の区間１ａの基本モ
ードの光の強度と、第３の区間１ｃから出力される基本
モードの光の強度との差が大きくなる。

【００２３】さらに、前記第１の区間１ａの基本モード
の光の強度と、第３の区間１ｃの基本モードの光の強度
との差には、波長依存性がある。すなわち摂動付与部２
ｄにおいて、第２の区間１ｂの基本モードから第３の区
間１ｃの基本モードに結合する光の位相と、第２の区間
１ｂのクラッドモードから第３の区間１ｃの基本モード
に結合する光の位相とが一致し、これらの間の差（以
下、位相差と記す）がなければ、第２の区間１ｂのクラ
ッドモードの光のほとんどが、第３の区間１ｃの基本モ
ードに結合する。一方、前記位相差が半波長存在する場
合、第２の区間１ｂのクラッドモードの光のほとんど
は、第３の区間１ｃの基本モードに結合しない。そして
前記位相差は波長依存性があり、伝搬光の波長の変化に
対応して周期的に変化する。この結果、この光フィルタ
の波長−透過損失特性においては、波長の変化に対応し
て、周期的な透過損失の増加と低下が繰り返される。

【００２４】厳密には、第１の区間１ａの基本モード
は、第２の区間１ｂの基本モードとクラッドモードの他
に、一部放射モードにも結合する。また第２の区間１ｂ
の基本モードは、第３の区間１ｃの基本モードの他に、
一部クラッドモードや放射モードにも結合する。第２の
区間１ｂのクラッドモードは、第３の区間１ｃの基本モ
ードやクラッドモードの他に、一部放射モードにも結合
する。ここで、複数のクラッドモードや放射モードへの
結合も考慮すると、モード結合関係が複雑になって、明
確な波長に対する周期的な損失変化が得られなくなる。
このため基本モードはひとつのクラッドモードにのみ結
合することが望ましい。ただし、デプレスドクラッド
型、あるいは階段型クラッド型の屈折率分布を有するも
のは、基本モードがコア３ａ，４ａに分布し、これらに
隣接する第１のクラッド３ｂ，４ｂにクラッドモードが
選択的に分布しているので、実質的には、放射モードへ
の結合は無視することができる。そこで、クラッドモー
ドの中でＬＰ02モードのみが導波されることが望まし
い。これは例えば以下のようにすることで可能となる。
使用波長範囲における第１のクラッド３ｂ，４ｂにおけ
る正規化周波数νが、４〜７の範囲内の値となるように
することにより、ＬＰ03モード以上の高次モードがカッ
トオフとなって、ＬＰ02モードのみが導波される。ここ
でνは、 ν＝２π／λ・ｎａ・（２Δ）^1/2 で表される。式中、λは光の波長、ｎは第１のクラッド
３ｂ，４ｂの屈折率、ａは第１のクラッド３ｂ，４ｂの
半径、Δは第１のクラッド３ｂ，４ｂと中間部３ｃ，第
２のクラッド４ｃとの比屈折率差を表している。ここ
で、前記正規化周波数νの数値範囲では、ＬＰ11モード
などのＬＰkmモード（ｋ≠０）の中の低次モードが導波
される場合があるが、光ファイバの延伸、紫外光露光な
どによる摂動を、異方性がないように付与することによ
り、ＬＰ01モードからＬＰkmモードへの結合をほとんど
ないようにすることができる。

【００２５】以下、数式を用いてさらに詳細に説明す
る。第１の区間１ａを伝搬する基本モードの電界は、以
下の式（１）で表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】前記式（１）において、Ａは電界の振幅、
ωは光の周波数、ｔは時間、βiは第１の区間１ａの基
本モードの伝搬定数である。ここで、第１の区間１ａの
基本モードと第２の区間１ｂの基本モードとの結合効率
をａ1、結合時の位相のずれをφ1、第２の区間１ｂの基
本モードの伝搬定数をβ01としたとき、第２の区間１ｂ
の基本モードの電界は、以下の式（２）で表される。

【００２８】

【数２】

【００２９】また、第１の区間１ａの基本モードと第２
の区間１ｂのクラッドモードとの結合効率をａ2とし、
結合時の位相のずれをφ2、第２の区間１ｂのクラッド
モードの伝搬定数をβ02としたとき、第２の区間１ｂの
クラッドモードの電界は、以下の式（３）で表される。

【００３０】

【数３】

【００３１】ついで、第２の区間１ｂの基本モードから
第３の区間１ｃの基本モードに結合する光の電界は、以
下の式（４）で表される。

【００３２】

【数４】

【００３３】前記式（４）において、ｂ1は第１の区間
１ａの基本モードと第２の区間１ｂの基本モードとの結
合効率、φ3は結合時の位相のずれ、β3は第３の区間１
ｃの基本モードの伝搬定数、Ｌは第２の区間１ｂの長さ
を表している。また第２の区間１ｂのクラッドモードか
ら第３の区間１ｃのクラッドモードに結合する光の電界
は、以下の式（５）で表される。

【００３４】

【数５】

【００３５】前記式（５）において、ｂ2は第２の区間
１ｂのクラッドモードと第３の区間１ｃの基本モードと
の結合効率、φ4は結合時の位相のずれを示している。
またここで、ΔΦを以下の式（６）のように定義する。

【００３６】

【数６】

【００３７】すると第３の区間１ｃを伝搬する基本モー
ドの光の振幅の自乗は、以下の式（７）で表される。

【００３８】

【数７】

【００３９】したがって、第１の区間１ａを伝搬する基
本モードの光の強度と、第３の区間１ｃを伝搬する基本
モードの光の強度との比率は、第１の区間１ａから第３
の区間１ｃへの光の透過効率を表しており、これは以下
の式（８）で表される。

【００４０】

【数８】

【００４１】ここで、モードの実効屈折率をｎe、真空
中での光の波長をλとすると、モードの伝搬定数は、以
下の式（９）で表される。

【００４２】

【数９】

【００４３】この式（９）を、前記式（８）に代入する
と、光の透過効率は以下の式（１０）のようになる。

【００４４】

【数１０】

【００４５】この式（１０）において、ｎ01は第２の区
間１ｂの基本モードの実効屈折率、ｎ02は第２の区間１
ｂのクラッドモードの実効屈折率を示している。この式
（１０）の右辺の第３項は、光の透過効率を表してお
り、これにより、この光ファイバの構成は、波長λに対
して周期的な透過損失変化を有するものであって、光フ
ィルタとして用いることができることがわかる。

【００４６】そしてこの式（１０）より、損失ピークの
波長間隔は、第２の区間１ｂの長さＬによって決定され
ることがわかる。すなわち第２の区間１ｂの長さＬが大
きい場合には、損失ピークの波長間隔は短くなり、第２
の区間１ｂの長さＬが小さい場合には、損失ピークの波
長間隔は長くなる。したがって、第２の区間１ｂの長さ
Ｌを変化させることによって、損失ピークの波長間隔を
調整し、光フィルタの特性を変化させることができる。
さらに前記式（１０）より、摂動付与部２ｃ，２ｄにお
ける結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整することによっ
て、損失ピークの大きさを調整できることがわかる。

【００４７】ところで、本発明の光フィルタは、例えば
以下のようにして製造することができる。図５（ａ）
は、本発明の光フィルタの製造装置と製造方法の一例を
示す概略構成図である。図中符号５ａは炭酸ガスレーザ
で、この炭酸ガスレーザ５ａから発生したレーザ光は、
ミラー５ｂを介して進行方向が調整され、さらにレンズ
５ｃによって集光され、照射されるようになっている。

【００４８】一方光ファイバ２は、その中央部の被覆層
２ｂが除去され、裸光ファイバ２ａが露出された状態に
なっている。またクランプ５ｄ，５ｄは支持ネジ５ｅに
よって支持されており、これらのクランプ５ｄ，５ｄ
は、前記光ファイバ２の裸光ファイバ２ａが露出された
部分の両側の被覆層２ｂの終端部分を把持している。こ
れらのクランプ５ｄ，５ｄは支持ネジ５ｅを回転させる
ことによって、この支持ネジ５ｅの長さ方向にそって移
動させることができるようになっている。

【００４９】摂動付与部２ｃ，２ｄを形成するにおいて
は、炭酸ガスレーザ５ａから発生したレーザ光を、ミラ
ー５ｂとレンズ５ｃを介して裸光ファイバ２ａに照射し
て加熱し、この裸光ファイバ２ａを局所的に軟化させ
る。ついで一方のクランプ５ｄを、他方のクランプ５ｄ
から遠ざかる方向に移動させる。すると図５（ｂ）に示
すように、裸光ファイバ２ａにおいて、前記レーザ光の
照射によって軟化した部分が延伸されて縮径部２ｅが形
成され、これが摂動付与部２ｃとなる。ついで、レーザ
光の照射位置を裸光ファイバ２ａの長さ方向にそって移
動させ、同様の操作を繰り返すと、図５（ｂ）に示すよ
うに縮径部２ｆが形成され、これが摂動付与部２ｄとな
る。裸光ファイバ２ａを軟化させて延伸する際の加熱温
度は、通常１５００〜２２００℃とされる。また加熱時
間は０．１〜１０秒とされる。

【００５０】また、延伸を行わずに摂動付与部２ｃ，２
ｄを形成することもできる。例えばレーザ光の照射によ
って、裸光ファイバ２ａを局所的に８００〜２０００℃
に加熱すると、裸光ファイバ２ａを構成している石英ガ
ラスに添加されているドーパントが拡散する。この結
果、この加熱部分のモードフィールドが変化し、摂動付
与部２ｃ，２ｄを形成することができる。また、紫外光
を照射して、露光することによって摂動付与部２ｃ，２
ｄを形成することもできる。すなわち、ゲルマニウム添
加石英ガラスに、紫外光を照射すると、屈折率が上昇す
ることが知られている。したがって、ゲルマニウム添加
石英ガラスからなるコアを有する裸光ファイバ２ａに、
その長さ方向において局所的に紫外光を照射すると、こ
の部分のコアの屈折率が上昇する。この結果、モードフ
ィールドが変化し、摂動付与部２ｃ，２ｄを形成するこ
とができる。

【００５１】また、この光フィルタの特性に係るパラメ
ータである前記第２の区間１ｂの長さＬ、あるいは結合
効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2は、以下のようにして調整する
ことができる。第２の区間１ｂの長さＬは、設計時に設
定することもできるし、摂動付与部２ｃ，２ｄを形成し
た後に、第２の区間１ｂの一部あるいは全体を加熱し、
長さ方向に延伸することによって変化させることができ
る。このときの加熱温度は、一般に約１０００℃以上と
される。また、第２の区間１ｂのモードフィールドに大
きな変化を生じないように、第２の区間１ｂ全体を加熱
し、緩やかに延伸すると好ましい。

【００５２】また、摂動付与部２ｃ，２ｄを形成する際
の条件を変更することによって、結合効率ａ1，ａ2，ｂ
1，ｂ2を調整することができる。例えば加熱、延伸によ
って縮径部２ｅ，２ｆを形成する場合には、延伸長など
を調整することによって、結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2
を調整することができる。加熱によってドーパンドを拡
散させる場合には、加熱温度、加熱時間を変更すること
によって、結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整すること
ができる。また紫外光の照射によって屈折率の上昇を図
る場合には、紫外光の照射時間、照射回数などを変更す
ることによって、結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整す
ることができる。

【００５３】実際の摂動付与部２ｃ，２ｄの形成作業
は、光フィルタの波長−透過損失特性を測定しながら、
条件を調整しつつ行う。あるいは、摂動付与部２ｃ，２
ｄを形成した後に、光フィルタの特性をモニターしなが
ら、さらに上述の操作を繰り返して、その特性を調整す
ることもできる。また、上述の摂動付与部２ｃ，２ｄの
形成方法から２つ以上の方法を組み合わせて用いてもよ
い。さらに摂動付与部２ｃ，２ｄは、２箇所以上であれ
ばよく、少なくとも基本モードとクラッドモードとのモ
ード結合関係を制御することができれば、その数を限定
するものではない。しかし前記モード結合関係の制御が
容易なので、２箇所とするのが通常である。

【００５４】図６は、本発明の光フィルタの第１の実施
例において得られた波長−透過損失特性の関係を示すグ
ラフである。この第１の実施例において、光ファイバ２
の裸光ファイバ２ａは、デプレスドクラッド型の屈折率
分布を有するものである。そのコア３ａと第１のクラッ
ド３ｂとの比屈折率差は０．４％、第１のクラッド３ｂ
と中間部３ｃとの比屈折率差は０．１５％、中間部３ｃ
と第２のクラッド３ｄとの比屈折率差は０．１５％であ
った。またコア３ａの外径は９μｍ、第１のクラッド３
ｂの外径は３５μｍ、中間部３ｃの外径は５０μｍ、第
２のクラッド３ｄの外径は約１２５μｍであった。 摂
動付与部２ｃ，２ｄは、加熱、延伸によって形成した縮
径部２ｅ，２ｆであった。第２の区間１ｂの長さＬは２
０ｍｍであった。縮径部２ｅ，２ｆは、光ファイバ２の
長さ方向においていずれも０．５ｍｍの長さの範囲に形
成し、いずれも最小外径は１０５μｍであった。

【００５５】この第１の実施例の光フィルタにおいて
は、図６に示すように、波長λに対して周期的な損失ピ
ークが生じた。このグラフにおいて、隣接する損失ピー
クの中心波長間の間隔は２５〜３０ｎｍであった。ま
た、損失ピークの中心波長の損失値は０．８〜１．２ｄ
Ｂであった。さらに、この光フィルタの第２の区間１ｂ
を加熱して延伸し、第２の区間１ｂの長さＬを２２ｍｍ
として第２の実施例の光フィルタを得た。この光フィル
タの波長−透過損失特性のグラフにおいて、隣接する損
失ピークの中心波長間の間隔は２２〜２７ｎｍであっ
た。したがって、第２の区間１ｂの長さＬを調整するこ
とによって光フィルタの特性を調節することができるこ
とが確認できた。

【００５６】また第１の実施例と同様の光フィルタを形
成した後、摂動付与部２ｃ，２ｄをそれぞれ、１１００
℃，１０時間加熱してドーパントを拡散させて、第３の
実施例の光フィルタを得た。この結果、この光フィルタ
の波長−透過損失特性のグラフにおいて、損失ピークの
中心波長の損失値は０．６〜１．０ｄＢであった。した
がって、結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整することに
よって、損失ピークの大きさを変化させることができる
ことが確認できた。

【００５７】このように本発明の光フィルタは、光ファ
イバ２に摂動付与部２ｃ，２ｄを形成するだけで製造す
ることができるので、光軸の煩雑な調整や、精密な加工
を行わずに作製することができる。また、第２の区間１
ｂの長さＬによって損失ピークの波長間隔を調整するこ
とができる。また、摂動付与部２ｃ，２ｄにおける結合
効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整することによって、損失
ピークの大きさを調整することができる。したがって、
前記第２の区間１ｂの長さＬや摂動付与部２ｃ，２ｄに
おける結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を変更することによ
って、異なる特性を有する様々な光フィルタを提供する
ことができる。また、光フィルタを製造した後にも、前
記第２の区間１ｂの長さＬや摂動付与部２ｃ，４ｂにお
ける結合効率ａ1，ａ2，ｂ1，ｂ2を調整することができ
るので、特性の制御が容易である。

【００５８】ところで、裸光ファイバ２ａが露出した部
分は脆弱なので、保護された状態で使用するのが好まし
い。図７（ａ）、図７（ｂ）は、図５（ｂ）に示す光フ
ィルタを保護ケースに収めた状態の一例を示すものであ
って、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）
におけるＡ−Ａで切断した断面図である。

【００５９】符号５ａは台座であって、この台座６ａは
断面半円状で、平面部６ａ’を有している。この平面部
６ａ’には、光フィルタの裸光ファイバ２ａが露出した
部分と、被覆層２ｂの終端が配置され、裸光ファイバ２
ａが露出した部分の両側付近と、被覆層２ｂが、それぞ
れ接着剤６ｃによって固定されている。そして、前記台
座６ａの平面部６ａ’の上から、断面半円状の中空部６
ｂ’を有する蓋６ｂがかぶせられて、外形円筒状の保護
ケース６が形成され、裸光ファイバ２ａが露出した部分
が保護されている。前記保護ケース６の材料としては、
好ましくは石英ガラスなどが用いられるが、金属、セラ
ミックスなどを用いることもできる。

【００６０】また、保護ケースにかわって熱収縮チュー
ブを用いることもできる。図８（ａ）、図８（ｂ）、図
８（ｃ）は、熱収縮チューブを用いて図５（ｂ）に示す
光フィルタを保護した場合の構造の一例を示すものであ
る。図８（ａ）、図８（ｂ）は、熱収縮チューブを加熱
する前の状態を示したもので、図８（ｃ）は熱収縮チュ
ーブを加熱し、収縮させた後の状態を示している。以
下、この構造の作製手順を追って説明する。

【００６１】すなわち、最初に図８（ａ）、図８（ｂ）
に示すように、裸光ファイバ２ａが露出した部分と、被
覆層２ｂの終端を、細径チューブ（熱収縮チューブ）６
ａ内に配置する。さらにこの細径チューブ７ａを、テン
ションメンバ７ｂと平行に、太径チューブ（熱収縮チュ
ーブ）６ｃ内に配置する。テンションメンバ７ｂの長さ
は、前記細径チューブ７ａの長さと同程度とされる。太
径チューブ７ｃの長さは、収縮後に細径チューブ７ａと
太径チューブ７ｃの両端を覆うことができるように、細
径チューブ７ａの長さよりも長くなっている。

【００６２】この状態で所定の温度にまで加熱すると、
図８（ｃ）に示すように細径チューブ７ａと太径チュー
ブ７ｃが収縮する。そして細径チューブ７ａの内面は、
裸光ファイバ２ａの外面と、被覆層２ｂの終端付近の外
面に密着する。一方、太径チューブ７ｃの内面は、細径
チューブ７ａの外面と、テンションメンバ７ｂの外面に
密着する。そして、太径チューブ７ｃの両端は、前記細
径チューブ７ａとテンションメンバ７ｂの両端を覆うよ
うにして、被覆層２ｂの外面に密着した状態となる。

【００６３】前記テンションメンバ７ｂは、裸光ファイ
バ２ａが露出した部分に曲げが付与されて劣化するのを
防ぐために設けられているもので、金属、セラミック
ス、ガラスなどからなるものである。熱収縮チューブ
（細径チューブ７ａ、太径チューブ７ｃ）はポリエチレ
ンなどのプラスチックからなるものであって、通常１０
０〜２５０℃に加熱することによって、収縮させること
ができるものである。

【００６４】また本発明の光フィルタの用途の一例とし
て、エルビウムドープ光ファイバ増幅器があげられる。
図９は従来のエルビウムドープ光ファイバ増幅器の一例
を示す概略構成図である。図中符号１１は光ファイバ
（光伝送路）１１であって、この光ファイバ１１には、
入射側から順に、エルビウムドープ光ファイバを収容し
たエルビウムドープ光ファイバ収容部１２、ＷＤＭ（波
長合分波）カプラ１３、光アイソレータ１５が設けられ
ている。前記ＷＤＭカプラ１３は入射側にひとつのポー
トを有し、出射側にふたつのポートを有している。そし
て入射側のポートと、出射側のひとつポートとが光ファ
イバ１１の途中に挿入、接続されている。一方、出射側
の他方のポートは、ポンプ光源１４に接続されている。

【００６５】すなわち、光ファイバ１１に入射した光は
エルビウムドープ光ファイバ収容部１２を経て伝搬し、
途中でポンプ光源１４から光ファイバ１１にポンプ光が
入射され、このポンプ光はＷＤＭカプラ１３において光
ファイバ１１を進行する伝搬光と合波し、これにより増
幅された光が光ファイバ１１から出射される。光アイソ
レータ１５は、光ファイバ１１において反射をおさえ、
安定させるために設けられているものである。

【００６６】しかし、従来のエルビウムドープ光ファイ
バ増幅器においては、利得に波長依存性があるという問
題がある。波長多重伝送を行うにおいて、波長依存性が
大きいと、波長によって利得がばらつくため不都合であ
る。このため本発明の光フィルタを、このエルビウムド
ープ光ファイバ増幅器に挿入し、利得が大きい波長範囲
の光を損失させることによって、波長−利得特性の平坦
化を図ることができる。このとき、光フィルタの挿入位
置は光ファイバ１１の入射端から出射端までの間であれ
ば特に限定するものではなく、図９に符号１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄで示した挿入位置のいずれでもよ
い。ここで、本発明の光フィルタの光ファイバの基本モ
ード（ＬＰ01モード）のモードフィールドと、光ファイ
バ（光伝送路）１１に使用されるシングルモード光ファ
イバの基本モード（ＬＰ01モード）のモードフィールド
とがほぼ一致するように設定されることが望ましい。前
記モードフィールドがほぼ一致していないと、光フィル
タの入射側に接続されている光ファイバ１１の基本モー
ドから、光フィルタの光ファイバの第１の区間に、基本
モード以外にクラッドモードも励起されてしまい、この
クラッドモードが、上述のモード結合に加わって、光フ
ィルタの波長に対する損失の周期的変化の特性が乱れて
しまうからである。モードフィールドをほぼ一致させる
には、光ファイバ１１のシングルモード光ファイバのモ
ードフィールド径と、光フィルタの光ファイバの、コア
と第１のクラッドとからなるシングルモード光ファイバ
構造の部分のモードフィールド径とを、ほぼ等しくして
おいてもよい。さらに望ましくは、光フィルタの光ファ
イバのコアと第１のクラッドとからなるシングルモード
光ファイバ構造の部分と、光伝送路１１に使用するシン
グルモード光ファイバとにおいて、コア径、屈折率分布
などをほぼ等しくするか、さらには、光フィルタの前記
シングルモード光ファイバ構造の部分に、光伝送路１１
と同じ光ファイバを使用してもよい。なお本発明の光フ
ィルタは、上述の組み合わせに限定されず、光伝送装置
や光線路設備などの光通信システムに広く適用されるも
のである。この場合、前述のように本発明の光フィルタ
の光ファイバの基本モードのモードフィールドと、これ
らの装置の光伝送路に使用されるシングルモード光ファ
イバのモードフィールドとがほぼ等しくなるように設定
されることが望ましい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光フィルタ
は、クラッドに導波構造を有する光ファイバの２箇所以
上に摂動付与部を形成するだけで構成することができる
ので、光軸の煩雑な調整や、精密な加工を行わずに作製
することができる。また第２の区間の長さによって損失
ピークの波長間隔を調整することができる。また、接続
部における結合効率を調整することによって、損失ピー
クの大きさを調整することができる。したがって、第２
の区間の長さや摂動付与部における結合効率を変更する
ことによって、異なる特性を有する様々な光フィルタを
提供することができる。また、例えば光フィルタの製造
後においても前記第２の区間の長さや摂動付与部におけ
る結合効率を調整することができるので、特性の制御が
容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光フィルタの構成の一例を示す一部
側断面図である。

【図２】 図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の光ファ
イバの屈折率分布の例を示すものであって、図２（ａ）
はデプレスドクラッド型の屈折率分布を示すグラフ、図
２（ｂ）は階段型クラッド型の屈折率分布を示すグラフ
である。

【図３】 階段型クラッド型の屈折率分布を有する光フ
ァイバにおける、ＬＰ01モード（基本モード）とＬＰ02
モードとＬＰ03モードの電界分布を示すグラフである。

【図４】 本発明の光フィルタの動作の一例を示す説明
図である。

【図５】 図５（ａ）は、加熱、延伸によって摂動付与
部を形成する本発明の光フィルタの製造装置と製造方法
の一例を示す概略構成図である。図５（ｂ）は図５
（ａ）に示す製造装置によって製造された本発明の光フ
ィルタの一例を示す平面図である。

【図６】 本発明の光フィルタの第１の実施例において
得られる波長−透過損失特性の関係を示すグラフであ
る。

【図７】 図７（ａ）、図７（ｂ）は、図５（ｂ）に示
す光フィルタを、保護ケースに収めた状態の一例を示す
ものであって、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は、図
７（ａ）におけるＡ−Ａで切断した断面図である。

【図８】 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、熱
収縮チューブを用いて本発明の光フィルタを保護する場
合の構造の一例を示すものである。図８（ａ）、図８
（ｂ）は、それぞれ熱収縮チューブを加熱する前の状態
を示した斜視図と断面図で、図８（ｃ）は熱収縮チュー
ブを加熱し、収縮させた状態を示す一部側断面図であ
る。

【図９】 従来のエルビウムドープ光ファイバ増幅器の
一例を示す概略構成図である。

【図１０】 従来の光フィルタの一例を示す概略構成図
である。

【図１１】 従来の光フィルタの他の例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ａ…第１の区間、１ｂ…第２の区間、１ｃ…第３の区
間、２…光ファイバ、２ａ…裸光ファイバ、２ｂ…被覆
層、２ｃ，２ｄ…摂動付与部、２ｅ，２ｆ…縮径部、３
ａ…コア、３ｂ…第１のクラッド（第１の層）、３ｃ…
中間部（第２の層）、３ｄ…第２のクラッド、３ｅ…ク
ラッド、４ａ…コア、４ｂ…第１のクラッド（第１の
層）、４ｃ…第２のクラッド（第２の層）、４ｄ…クラ
ッド。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本モードのＬＰ01モード以外に、少な
   くともひとつのモードが導波する導波構造を有する光フ
   ァイバの長さ方向に、局所的に摂動が付与された摂動付
   与部が２箇所以上形成されてなることを特徴とする光フ
   ィルタ。
2. 【請求項２】 前記光ファイバは、コアとクラッドを有
   し、このクラッドは、前記コアの周上に設けられ、この
   コアよりも低屈折率の第１の層と、この第１の層の周上
   に設けられ、この第１の層よりも低屈折率の第２の層を
   備えていることを特徴とする請求項１記載の光フィル
   タ。
3. 【請求項３】 前記光ファイバは、基本モードのＬＰ01
   モード以外に、ＬＰ02モードのみが導波することを特徴
   とする請求項１または２記載の光フィルタ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光
   フィルタを使用したことを特徴とする光通信システム。