JPS6349710A - 光フアイバの光分岐構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ファイバを伝搬する光の一部を、必要に応
じて取出すことの可能な光分岐構造に関するものである
。より詳細には、本発明は、伝播光の分岐時には簡単な
操作で伝播光の一部を効率良く取り出すことができ、一
方、非分岐時には光ファイバの伝播特性、殊に分岐構造
を通ることによる伝播損失に影響を与えることのない新
規な光ファイバの光分岐構造に関−ノーる。

従来の技術 光分岐回路は、光源や伝送路の状態を監視するだめのモ
ニタ光の取り出し、あるいは受光米子や伝送路の検査の
ための検査光の挿入等のために光伝送系において極めて
一般的な要素であるのみならず、１本の伝送路に複数の
端末が接続される所謂データ伝送系等においても必要欠
くべからざる構成要素である。

このような光分岐回路として従来用いられて来たものは
、大別して以下のようなものが挙げられる。

■　光導波系内に挿入されたハーフミラ−、プリズム等
の光学素子の特性を利用するもの。即ち、例えば第６図
に示すように、光ファイバａ　−ｃにより形成される光
伝送路中にハーフミラ−Ｍを挿入して、光ファイバａを
伝播してきた光を光ファイバｂとＣとに分岐する光分岐
器。

■　２本以上の導波路を融着して、方向性結合器を形成
するもの。即し、例えば第７図に示すように、光ファイ
バｅ　−ｂのコ”７部を点Ｘで相互に融着し、光ファイ
バｄを伝播してきた光を、光ファイバｅおよびｆ、に分
岐する光分岐器。

■　予め７字形に形成された導波路によるもの。

即ち、第８図に示すように、７字形に形成された先導波
路Ｙに、導波路りから導入された伝播光を導波路ｉ！ｔ
びにｋから射出するように構成された光分岐器。

■　クラッド層を備えた光ファイバの表面にグレーティ
ングを設け、やはりグレーティングを設けた分岐路とそ
のグレーティング同士を当接して、光ファイバを伝播す
る伝播光の含むある波長の光を選択的に分岐するもの。

即ち、第９図に示すように、接合面にそれぞれ間隔の異
なるグレーティングＧＳＧ’　、Ｇ”を設けた光ファイ
バｌに、やはり接合面にグレーティ・ングを設けた分岐
用光ファイバｍ５ｎｚ　ｑを接続し、光ファイバβを伝
播する伝播光に含まれる波長λ５、λ２、λ３をそれぞ
れ光ファイバｍ、ｎＳｑに選択的に分岐する光分岐器。

発明が解決しようとする問題点 近年、伝播損失が０．１５ｄＢ　／　Ｋｍ　〜０．２ｄ
Ｂ　／　Ｋｍという、いわゆる極低損失ファイバが実現
され、これを用いた低損失な光伝播系が実現されネうと
している。このような極低損失光伝播系においては、そ
の構成要素たる光分岐構造についても当然に伝播損失の
低いものが要求される。

しかしながら、前述したような従来の光分岐器では、１
：１の分岐で３ｄＢにも相当する大きな分岐損が避は得
なかった。

また、従来の分岐器では、任意に光分岐動作を停止する
ことができず、光分岐が必要ではない状態でも、分岐器
を通る伝播光に恒常的に分岐損が生じることを避けられ
なかった。

このような分岐器による損失は、前述した従来の分岐器
では■のタイプが最も低いが、それでも依然として０．
５ｄＢ程度の挿入損失がある。また更に、■タイプは一
般に作製しにくい上に、製品の特性にバラツキが多いと
いう欠点があり、前述のような低損失光伝送系に相応し
いものとは言えなかった。

そこで、本発明の目的は、光フアイバ中の伝播光を必要
時にのみ分岐して取出し、不必要時には伝播光に殆ど損
失を与えないという、極低損失な光ファイバの光分岐構
造を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明によるならば、光ファイバから、該光ファイバを
伝播する伝播光の一部を、別の光学手段へ分岐するため
の光分岐構造であって、前記光ファイバには、クラッド
層を実質的に除去したクラッド層除去部が形成され、該
クラッド層除去部は、該光ファイバのコアの屈折率と実
質的に等しい屈折率を有する屈折率整合層で覆われてお
り、 前記光学手段は、前記屈折率整合層を介して前記クラッ
ド層除去部に対置されており、更に、前記クラッド層除
去部が前記分岐手段に接近するように該光ファイバを屈
曲する屈曲手段か設けられ、 前記光ファイバに伝播する伝播光を分岐する場合に、前
記クラブ“ド層除去部が前記分岐手段に接近するように
前記屈曲手段によって前記光ファイバを屈曲し、該光フ
ァイバの前記クラッド層除去部のコアからの放射光が前
記屈折率整合層を介して前記光学手段に結合されること
により光分岐することを特徴とする光ファイバの光分岐
構造が提供される。

尚、光分岐構造の使用形態を考えた場合、■分岐された
光を電気に変換して処理する場合と、■分岐された光を
、光のままで処理する場合とに大別されるが、本発明に
従う光分岐構造は、何れの場合にも適用可能である。

即ち、本発明に従って提供される光分岐構造は、分岐さ
れた光を電気に変換して処理する場合には、前記光学手
段は、光電変換素子であり、その受光面が前記屈折率整
合層を介して前記クラッド層除去部に対置される。また
、分岐された光を、先の′よまで処理する場合には、前
記光学手段は、第２の光ファイバであり、該第２の光フ
ァイバにも、クラッド層を実質的に除去したクラッド層
除去部が形成され、該第２の光ファイバの該クラッド層
除去部も、該第２の光ファイバのコアの屈折率と実質的
に等しい屈折率を有する屈折率整合層で覆われ、前記２
つの光ファイバの各々クラッド層除去部が、それぞれの
屈折率整合層を介して対置される。

作用 即ち、本発明に従う光分岐構造は、被分岐側の光導波路
を構成る光ファイバのコアに加工することなく構成され
ている゛。従って、非光分岐動作時は通常の光ファイバ
と略同様に光を伝播する。何故ならば、光ファイバの全
長に対してクラッド層除去部分の長さは極めて小さく、
また、非分岐動作時は光ファイバが真直状態を保ってい
るからである。即ち、真直状態にある光フアイバ内の伝
播光には殆ど放射モードが含まれず、前述のように僅か
なクラッド層除去部かあ、、でも、事実土俵（１６光は
漏洩しない。

一方、その分岐動作時においては、光ファイバのクラッ
ド層除去部を覆うようにすなわちそのコアに実質的に直
接接触して設けられた屈折率整合層に、光電変換素子あ
るいは各種導波路等の分岐手段の受光部を接して、また
このとき被分岐側の光ファイバを屈曲して光学手段の受
光部に接触させるので、伝播光の放射モードが増加し、
分岐光は光学手段に伝播される。また、分岐動作におい
て被分岐側から光学手段への伝播系において、伝播媒体
の屈折率は終始変化妊ず、分岐光は極めて効率良く伝播
される。

これら分岐動作時／非動性時の切り換えは、単にクラッ
ド層除去部を備える光ファイバを屈曲するという簡単な
操作のみである。

尚、以下に、本発明に従う光分岐構造における伝播光の
伝播状態について詳述する。

一般に光ファイバは、これを屈曲することによってモー
ドの伝搬定数が変化する。即ち、光ファイバを曲げるが
１の伝搬定数をβ５１曲げた後の伝搬定数をβ□とする
と、一般にβＳ〉β、である。

一方、クラッド部の伝搬定数をβ、とすると、但し、ｎ
２は石英クラッドの屈折率、λは光の波長である。

という関係が成立する。

従って、前記した光ファイバのクラッドを除去しない部
分では、β、≧β。であり、光ファイバを屈曲しても伝
播光は事実上放射されない。

一方、クラッド層を除去した部分では、β□くβうとな
り、光を導波し難く、伝播光が放射し易くなる。従って
、本発明に従う光分岐構造の分岐形態では、効率の良い
光分岐が可能である。尚、ここでβ８は、コアの屈折率
と略等しく、但し、ｎ、は屈折率整合剤の屈折率である
。

である。

即ち、クラッド除去部が、コアと等しい屈折率をもつ屈
折率整合剤によって満たされているので、この部分は光
学的にはコアと同一の物質で一様に満たされた空間と考
えられる。

このように、本発明に従う光分岐構造においては、舌の
分岐動作時は、非常に効率良く伝播光が分岐側に伝播す
る。

実施例 以下に図面を参照して、本発明についてより具体的に詳
述するが、以下に示されるものは本発明の一実施例に過
ぎず、本発明の技術的範囲を何等制限するものではない
。

第１図（ａ）並びにら）は、本発明に従う光分岐構造の
腫瘍な構成要素である被分岐側の光コア・Ｃバの作製過
程並びに構成を示すものである。

第１図（ａ）は、加工前の光ファイバの構造を示すもの
である。即ち、可撓性基板１は、上面に■字形の断面を
有する溝２を備え、光ファイバ１０はこの■字形溝２に
収納されるように基板１に搭載されている。光ファイバ
１０は、先導波路たるコア１１とコアよりも屈折率の低
いクラッド層１２を備え、接着剤層３によって基板ｌに
固着されている。

このような分岐素子素材１００を、第１図ら）に示すよ
うに加工して、コア１１が露出するまでクラッド層１２
を部分的に除去して、分岐素子ｌｏｔを作製した。この
とき、クラッド層１２と共に基板１も研暦されたが、機
能的には差し支えない。しかし、コア１１は完全な形態
で残るように留意すべきである。何故ならば、コア１１
を損傷すると、特に非光分岐動作時の光ファイバ１０の
光伝播に好ましくない影響があるからである。

さて、光分岐構造の実際の使用形態を考える場合、分岐
された伝播光を電気に変換して処理する場合と、光のま
ま処理して使用する場合とに大別される。そこで、以下
に、まず電気に変換して処理する場合の実施例について
説明する。

第２図は本発明の第１実施例の構成を説明する図であっ
て、分岐手段を光電変換素子として構成している。

この実施例において、本発明の光分岐構造に従って作成
された光分岐器は、可撓性のパイプ１０２内に収納され
ている。即ち、第１図ら）に示した光分岐素子１０１の
基板１は、このバイブ１０２の直径と略等しく形成され
、パイプ内に保持・固定されている。この分岐素子１０
１に搭載された光ファイバ１０のクラッド除去部１３の
直上には、分岐手段たる光電変換素子１１（ｌが固定さ
れており、更に、これらの部材を収納したパイプ１０２
内には、コア１１と実質的に等しい屈折率を有する屈折
率整合剤１０３が充填されている。尚、屈折率整合剤は
、ゲル状の流動性の低いものを使用したが、一般的な流
動性の高いものを使用しても差し支えない。但し、第２
図にも示すように、屈折率整合剤の流失を防止するため
に、可撓性のバイブ１０２の両端が液密に封止されてい
ることが望ましい。

尚、光電変換素子１１０からは、電気信号出力用のリー
ド！’ｉ！１１１がバイブ１０２の外部へ引き出されて
いる。

第３図（ａ）並びに（ｂ）は、第２図に示した本発明に
従う光分岐器の動作を説明するものであり、その動作を
明確にするために、パイプ１０２を取り除いて、光ファ
イバ１０と光受光素子１１０のみの形態並びに位置関係
を示している。また基板１の図示も省略した。尚、第２
図と同じ部材には同じ参照番号を付している。

第３図（ａ）は、前述の第１実施例の分岐器が分岐動作
をしていない状態を示すものであり、光電変換素子１１
０の受光部と光ファイバ１０のクラッド層除去部１０３
とは間隔が大きく、また同時に光ファイバ１０は真直状
態にある。

この状態では、光ファイバ１０を伝播する伝播光に含ま
れる放射モードは僅かであり、伝播光は直進して略完全
にこのクラッド層除去部１０３の位置を通り過ぎる。

一方、第３図ら）は、この光分岐器が分岐動作をしてい
る状態を示すものであり、パイプ１０２は図中の０を中
心に曲げ半径Ｒで屈曲している。このような形態は、第
１図に示した分岐器でパイプ１０２を外部から物理的に
屈曲することによって実現できる。尚、この屈曲によっ
て、光ファイバ１０の屈曲部が光電変換素子１１０の受
光部に接近するように構成することが好ましい。従って
、実際には、曲げの中心Ｏは図中に示すように光ファイ
バ１０に対して光受光素子１１０と反対側で、光電変換
素子１１０の直下にある。

さて、前述のように、この実施例による分岐器が分岐形
態になると、光ファイバ１０がそのクラッド層除去部１
０３を頂点に屈曲するので、光ファイバ１０を伝播する
伝播光の放射モードが増加して光フアイバ１０外に放射
され、クラッド層除去部に満たされた屈折率整合剤中を
伝播して光電気変換素子１１０に至る。前述のように、
屈折率整合剤はコアと実質的に等しい屈折率を有するの
で、コア１１とクラッド層除去部１０３は光学的には一
様の物質で連通しているものと考えられる。従って、分
岐光は非常に低損失に伝搬する。

尚、光ファイバ１０が屈曲してコア１１からクラッド層
除去部１０３に対して光が伝播している状態では、受光
素子１１０の受光部以外への分岐光の漏洩が最小になる
ようにすることが好ましい。そのた・めに、例えば、ク
ラッド層除去部１０３がクラフト層１２の切開面と受光
素子１１０の受光面とによって完全に包囲されるように
する。

また、パイプ１０２は、組立て易いように、例えば半割
、りになっていても、また、例えば矩形断面を有するも
のであっても、その本発明に従う分岐器の機能を妨げる
ものではない。

さて、次に分岐後の処理が光のまま行われる、即ち、分
岐手段が例えば光ファイバである場合の実施例について
説明する。

第４図は本発明の第２実施例の構成を説明する図であっ
て、分岐手段を光ファイバとして構成している。この実
施例における光分岐器は、第１図に示した分岐素材１０
１を１対用いて構成したものである。尚、第４図並びに
後述の第５図（ａ）およびわ）においては、被分岐側の
分岐素材並びにその構成要素を第１図と同じ参照番号で
、分岐側の同部材並びにその構成要素には、各参照番号
の最大桁を２”に換えた参照番号を付している。

第４図に示すように、１対の光分岐器［旧０１並びに２
０１は、そのクラッド層除去部１０３．２０３が互いに
対向するようにスペーサ１６０によって所定の間隔を保
って上下に配列され、また、その両者の間は屈折率整合
剤で満たされている。尚、本実施例では、第１実施例と
同様に、ゲル状の粘性を有する屈折率整合剤を用い、屈
折率整合剤自身の粘性によってクラッド層除去部１０３
並びに２０３の間に屈折率整合剤が保持されるように構
成したが、第４図に示した分岐器全体を、例えば液密な
ハウジングの内部に収納し、このハウジングの内部に屈
折率整合剤を満たす等、他の方法も可能である。

各々の可撓性基板１および２の裏面には、クラッド層除
去部１０３．２（１３の実位置に当接するように押し棒
１５０および２５０が備えられており、この押し棒１５
０並びに２５０は、基板１および２の光フアイバ支持面
に対して直角に摺動自在に、図示していない支持手段に
支持されている。

上述のような分岐部材１０１．２０１　ｔびに押し棒１
５０．２５０の構成によって、押し棒１５０および２５
０が互いに接近する方向（第４図に矢印Ｐで示す）に任
意の手段で抑圧することにより、可撓性基板１および２
は、第４図に示すように各々０″、０′を中心として半
径Ｒ”、Ｒ”で、クラッド層除去部１０３　′Ｊ６よび
２０３が互いに当接するように撓む。

第５図（ａ）並びに（ハ）は、第１実施例における第３
図（ａ）並びに（ｂ）と同様に、第２実施例の光分岐器
の光導波部材のみを取り出して、この光分岐器の動作を
詳細に示す図である。

第５図（ａ）は、各光ファイバ１０および２０が撓んで
いない状態、即ち、分岐器が分岐動作をしていない状態
を示している。光フアイバ１０アよび２０は共に直行し
ており、この状態では光ファイバを伝播する伝播光には
放射モードが事実上ないので、光ファイバ１０を伝播す
る光は減衰することなく分岐器を経過して伝播される。

尚、第５図では、屈折率整合層がクラッド層除去部１０
３および２０３にのみ充填されているかの如く描かれて
いるが、実際には２つのクラッド層除去部１０３および
２０３の開は全て屈折率整合剤で満たされていれば、上
述の機能に変わりはない。

さて、第５図ら）は、この第２実施例の光分岐器が分岐
形、頓にある場合の光ファイバ１０および２０の状態を
第５図（ａ）に対比して詳細に示すものである。

前述のように、分岐形態では、光ファイバ１０がそのク
ラッド層除去部１０３を頂点に屈曲するので、光ファイ
バ１０を伝播する伝播光の放射モードが増加して光フア
イバ１０外に放射され、クラッド層除去部に満たされた
屈折率整合層を経過して光ファイバ２０のクラッド層除
去部２０３に伝播する。一方、この構成の分岐器では、
光ファイバ２０もクラッド層除去部２０３を頂点に屈曲
し、光ファイバ１０から放射された伝播光の一部途、そ
のコア層２１に伝播し易い状態となる。前述のように、
屈折率整合剤はコアと実質的に等しい屈折率を有するの
で、コア１１とクラッド層除去部１０３．２０３、更に
コア２１は光学的には一様の物質で連通しているものと
考えられる。従って、分岐光は非常に低損失に伝衆する
。

尚、この実施例においても、光分岐の際に分岐光が外部
へ漏洩することのないように、分岐状態では、クラッド
層によって形成されるクラッド層除去部１０３および２
０３の内壁　がクラッド層除去部１０３および２０３′
を完全に包囲するように、その形状を決定することが望
ましい。

発明の効果 以上詳述したのように、本発明に従う光分岐構造は、可
撓性の基板並びにこの基板に接着剤により固定された光
ファイバ、更に屈折率整合剤等の従来公知の材料を、ク
ラッド層の研暦除去等の公知の技術によって加工するこ
とによって作製することのできる全く新規な光分岐構造
である。

この光分岐構造は、光分岐動作時には屈曲した被分岐側
の光導波路に発生する放射モードを利用して伝播光を分
岐するので、被分岐側の伝送路上にハーフミラ−やプリ
ズム等の光分岐部材を挿入することなく光分岐を実施で
きる。従って、光分岐部材を挿入することにより生じる
挿入損失を完全に回避することができる。

また、その特徴的な構成により、従来の光分岐器では為
し得なかった分岐動作の任意な断続を実施する機能を有
している。

更に、光分岐を必要としない場合は、光ファイバが真直
状態であり、伝播光に放射モードが殆ど含まれないので
、被分岐側の伝送路の光伝播は通常の導波路と変わらず
、事実上無損失といえるまでに低損失な光伝播をしてい
る。一方、光分岐が必要な場合は、簡単な操作で光分岐
動作を実施することが可能であり、更に、分岐光の経路
を事実上同一の屈折率を有する物質で接続したことによ
り、分岐光の伝播も極めて効率良く行われる。

尚、本明細書に開示した実施例では、被分岐側の光ファ
イバを可撓性の基板に取り付けて光分岐器を構成したが
、他の態様を採り得ることはいうまでもない。一方、可
撓性の基板を利用した場合は、再現性の良い曲げ半径の
規定が出来、更に、基板の可撓性によって真直状態と曲
げ状態とを容易に実現できる。

また、本発明に従う光分岐回路は、光ファイバ以外の先
導波路に対しても適用し得ると同時に、光スィッチの一
種としての使用をあり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）並びに（ｂ）は、本発明に従う光分岐構造
を構成する光分岐部材の作製過程並びに形状を示すもの
であり、第１図（ａ）は素材を組み合わせた状態を、第
１図（ｂ）はこれを加工して完成した光分岐部材の形態
を示しており、　　′ 第２図は、第１図（ｂ）に示した光分岐部材と、分岐手
段としての受光素子を用いた、本発明の一実施例の構成
を示す図であり、 第３図（ａ）並びに（ｂ）は、第２図に示した光分岐器
の主要部を取り出して、本発明の第１実施例の動作を説
明する図であり、 ゛第４図は、第１図（ｂ）に示した光分岐部材を１対用
いて構成した本発明の第２実施例の分岐器の構成を示す
図であり、 第５図（ａ）並びにら）は、第４図に示した光分岐器の
主要部を取り出して、本発明の第１実施例の動作を説明
する図であり、 第６図、第７図、第８図及び第９図は、従来の、分岐構
造を図解する図である。 〔主な参照番号〕 １．２・・・可撓性基板、 ３・・・・・接着剤、 １０．２０・・・光ファイバ、 １１．２１・・・光ファイバのコア、 １２．２２・・・光ファイバのクラッド層、１００　　
・・・・分岐素子素材、 １０１．２０１・・・・分岐素子、 １０２　　・・・・パイプ、 １０３．２０３　　・・・・クラッド層除去部、１１０
　　・・・・光電気変換素子、 １１１　　・・・・リード線、 １６０　　・・・・・スペーサ、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバから、該光ファイバを伝播する伝播光
   の一部を、別の光学手段へ分岐するための光分岐構造で
   あって、 前記光ファイバには、クラッド層を実質的に除去したク
   ラッド層除去部が形成され、該クラッド層除去部は、該
   光ファイバのコアの屈折率と実質的に等しい屈折率を有
   する屈折率整合層で覆われており、 前記光学手段は、前記屈折率整合層を介して前記クラッ
   ド層除去部に対置されており、 更に、前記クラッド層除去部が前記分岐手段に接近する
   ように該光ファイバを屈曲する屈曲手段か設けられ、 前記光ファイバに伝播する伝播光を分岐する場合に、前
   記クラッド層除去部が前記分岐手段に接近するように前
   記屈曲手段によって前記光ファイバを屈曲し、該光ファ
   イバの前記クラッド層除去部のコアからの放射光が前記
   屈折率整合層を介して前記光学手段に結合されることに
   より光分岐することを特徴とする光ファイバの光分岐構
   造。
2. （２）前記屈折率整合層が屈折率整合剤によって形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の光ファイバの光分岐構造。
3. （３）前記屈折率整合剤は粘性もしくは流動性であり、
   前記クラッド層除去部の周囲を満たしていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバの光分
   岐構造。 （３）前記光学手段は、光電変換素子であり、その受光
   面が前記屈折率整合層を介して前記クラッド層除去部に
   対置していることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれか１項に記載の光ファイバの光分
   岐構造。
4. （４）前記光学手段は、第２の光ファイバであり、該第
   ２の光ファイバにも、クラッド層を実質的に除去したク
   ラッド層除去部が形成され、該第２の光ファイバの該ク
   ラッド層除去部も、該第２の光ファイバのコアの屈折率
   と実質的に等しい屈折率を有する屈折率整合層で覆われ
   ており、前記２つの光ファイバの各々クラッド層除去部
   が、それぞれの屈折率整合層を介して対置していること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項までのい
   ずれか１項に記載の光ファイバの光分岐構造。