JPWO2006095548A1

JPWO2006095548A1 - ファイバブラッググレーティング素子

Info

Publication number: JPWO2006095548A1
Application number: JP2007507024A
Authority: JP
Inventors: 植村　康生; 康生植村; 和彦鹿島; 俊之犬飼
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2008-08-14
Also published as: EP1860472A1; WO2006095548A1; US20090052828A1; US7835604B2

Abstract

簡易な構成で、広帯域において４０ｄＢを越える高遮断量を得ることができるファイバブラッググレーティング素子を提供することにある。本発明のファイバブラッググレーティング素子は、コアと、コアの外側にクラッドを備えた光導波路に複数のチャープトグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、所望の波長帯域で高遮断のフィルタリングを行うものであって、隣り合うグレーティングのピッチ間隔Λが、光ファイバの長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されている。

Description

この発明は、入力される光信号に対し、広帯域で高遮断のフィルタリングを行う光フィルタとしての機能を有したファイバブラッググレーティング素子に関するものである。

従来から、光通信装置では、所望の波長帯域を遮断するためにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ；Fiber Bragg Grating）を用いた光フィルタが多用されている（特許文献１を参照）。このＦＢＧは、光ファイバに紫外線を照射すると屈折率が上昇する「光誘起屈折率変化」を利用したものであり、この光誘起屈折率変化を大きくすることによって大きな遮断量を得ることができる。ＦＢＧは、ファイバコア上に周期的な屈折率変化を形成したものであり、この周期的な屈折率変化は、二光束干渉法やフェーズマスクを用いた方法によって形成される。この周期的な屈折率変化によって、ブラッグ中心波長と呼ばれる波長λ_Bを中心とした領域の光が反射され、結果的にこのブラッグ中心波長λ_B領域の光が遮断されることになる。なお、ブラッグ中心波長λＢは、λ_B＝２ｎΛで表される。ここで、ｎは光ファイバの実効屈折率であり、Λは周期的な屈折率変化の間隔を意味するグレーティングピッチである。このようなＦＢＧは、ＷＤＭ通信システム以外にも、合分波器、線路監視用フィルタ、温度センサ、ひずみセンサとしても用いられる。

特開２００２−３２８２３８号公報

ところで、約１０ｎｍ程度の広帯域で光信号を遮断しようとする場合、ＦＢＧをチャープトグレーティングとし、さらにこの帯域で大きな遮断量を得ようとする場合、グレーティング長を長くすることによって大きな遮断量を実現している。たとえば、図１４は、波長１６５０ｎｍ帯の約１０ｎｍ帯域の光をグレーティング長が７ｍｍのチャープトグレーティングによって遮断した結果を示しており、約３０〜３５ｄＢの遮断量（図では、透過損失で示しているが、以下ではこれを遮断量という）を得ている。そして、図１５は、同じ波長１６５０ｎｍ帯の約１０ｎｍ帯域の光をグレーティング長が１３ｍｍのチャープトグレーティングによって遮断した結果を示しており、約３５〜４０ｄＢ程度の遮断量を得ている。

しかしながら、チャープトグレーティング長を約２倍にした場合、遮断量も約２倍となって約８０ｄＢ程度の遮断量が得られると期待されるにもかかわらず、図１５に示した遮断量は、若干（５ｄＢ程度）の遮断量増加となっているに過ぎない。すなわち、単にチャープトグレーティング長を長くしても大きな遮断量を得るには限界がある。

一方、近年の光通信分野などでは、監視通信系の光を実通信系の光と確実に分離する必要があり、この監視通信系の光が実通信系の光に漏れることによる実通信への影響を極力なくすため、たとえば、広帯域で安定した４０ｄＢ程度の遮断量が要求される場合がある。このため、広帯域で安定して４０ｄＢを越える遮断量が得られるＦＢＧの出現が要望されていた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、広帯域において４０ｄＢを越える高遮断量を得ることができるファイバブラッググレーティング素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかるファイバブラッググレーティング素子は、コアと、コアの外側にクラッドを備えた光導波路に複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、所望の波長帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、隣り合うグレーティングのピッチ間隔が、前記光導波路の長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されていることを特徴とする。

また、請求項２にかかるファイバブラッググレーティング素子は、コアと、コアの外側にクラッドを備えた光導波路に複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、所望の波長帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、前記光導波路は、端部に向かって隣り合うグレーティングのピッチ間隔が広くなるように形成された２本の光ファイバの前記端部同士を接続させることにより形成されることを特徴とする。

また、請求項３にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記光導波路のクラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、前記コア領域と同じグレーティングを形成させたことを特徴とする。

また、請求項４にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記光導波路の開口数が０．２以上であることを特徴とする。

また、請求項５にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記光導波路のコア領域内の周縁部に前記クラッド領域に比して屈折率が低いリング状の領域を設け、少なくとも前記コア領域にグレーティングを形成したことを特徴とする。

また、請求項６にかかるファイバブラッググレーティング素子は、前記光導波路の少なくとも前記コア領域にグレーティングが形成され、前記クラッドの屈折率以上の屈折率をもつ材料によって前記グレーティングが形成されたコア領域の一部あるいは全部を前記クラッドの外側から覆うことを特徴とする。

また、請求項７にかかるファイバグレーティング素子は、所望の波長帯域が１０nm以上であることを特徴とする。

また、請求項８にかかるファイバグレーティング素子は、所望の波長帯域での遮断量が４０ｄＢ以上であることを特徴とする。

この発明にかかるファイバブラッググレーティング素子は、隣り合うグレーティングのピッチ間隔が、長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されているので、簡易な構成で、任意の広帯域で安定して４０ｄＢを越える高遮断量を得ることができるという効果を奏する。

本発明にかかるファイバブラッググレーティング素子を用いた光分岐線路監視システムの概要構成を示す図である。ＯＮＵ側における監視光と通信光との伝送状態を示す図である。実施の形態１であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。ＦＢＧによる広帯域フィルタの概念を示す模式図である。実施の形態１のＦＢＧによる遮断特性の実験結果を示す図である。実施の形態２であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態２のＦＢＧによる遮断特性の実験結果を示す図である。本発明にかかるファイバブラッググレーティング素子が適用される他のシステムの一例を示すブロック図である。実施の形態３であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態４であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態５であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。実施の形態５のＦＢＧによる遮断特性の実験結果を示す図である。実施の形態６であるＦＢＧの一構成例を示す模式図である。グレーティング長を７ｍｍとした場合における従来の広帯域のファイバブラッググレーティング素子の遮断特性を示す図である。図１４に示したグレーティング長を１３ｍｍとした場合における従来の広帯域のファイバブラッググレーティング素子の遮断特性を示す図である。

符号の説明

１ａ₁〜１ａ₈ 分岐光線路
２ＯＴＤＲ
３，２８光スプリッタ
１０伝送装置
１８光カプラ
２０ＯＮＵ
２１，２１−１〜２１−８，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄＦＢＧ
２２幹線光線路
２４ユーザ
２５ファイバセレクタ
２６制御部
３０−１，３０−３光コネクタ
３１−１，３１−３光受信部
３２−１，３２−３Ｏ／Ｅ部
３３−１，３３−３受信処理部
４０，５０，６０，７０ＦＢＧ部
４１，５１，６１，７１コア
４２，５２，６２，７２クラッド
４３，７３高屈折率部
４４，４５光ファイバ
４４ａ，４５ａ端部
λａ，λｂ通信光の波長
λｃ₁〜λｃ₈ 監視光の波長

以下、この発明を実施するための最良の形態であるファイバブラッググレーティング素子について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるファイバブラッググレーティング素子を用いた光分岐線路監視システムの概要構成を示す図である。この光分岐線路監視システムは、伝送装置１０に幹線光線路２２が接続され、この幹線光線路２２は、光スプリッタ２８によって光多分岐され、複数の幹線光線路２２に分岐される。この分岐された幹線光線路２２は、光カプラ１８を介して局外に延び、屋外の光スプリッタ３によって各分岐線路１ａ₁〜１ａ₈に光多分岐される。光多分岐された各分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈は、ユーザ２４内の各ＯＮＵ（Optical Network Unit）２０に接続される。なお、この光スプリッタ３は、図示しない光線路監視用デバイスを有し、この光線路監視用デバイスは、監視光λｃ₁〜λｃ₈のみをそれぞれ各分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈に対応させて入出力する。

制御部２６は、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）２が出力する可変波長の監視光の出力制御を行い、ファイバセレクタ２５（以下ＦＳと呼ぶ）に出力するとともに、受信計測の制御をも行う。ＯＴＤＲ２は、この制御部２６およびＦＳ２５を介して光カプラ１８に接続される。

各ＯＮＵ２０には、それぞれ固有の監視光波長が割り当てられ、それぞれの監視光波長帯域の監視光を反射することで受信側に出力されるのを遮断するＦＢＧ２１−１〜２１−８が、各ＯＮＵ２０内に設けられている。なお、各ＦＢＧ２１−１〜２１−８は、同じ構成のＦＢＧであり、約１０ｎｍ帯域の監視光を約６０ｄＢ遮断する特性を有する。

制御部２６は、監視すべきλｃ₁〜λｃ₈の監視光を周期的に出射させ、光カプラ１８を介して幹線光線路２２に出力される。この際、ＦＳ２５は、出力すべき幹線光線路２２を選択する。光カプラ１８において、伝送装置１０から伝搬した波長λｂの通信光は、たとえば波長λｃ₁の監視光とともに光スプリッタ３に入力され、波長λｂの通信光は、分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈を介して各ＯＮＵ２０に入力されるとともに、波長λｃ₁の監視光は、分岐光線路１ａ₁に接続されたＯＮＵ２０に入力される。

図２に示すように波長λｃ₁の監視光は、ＦＢＧ２１−１によって反射されるが、波長λｂの通信光は、そのまま光受信部３１−１で受信され、Ｏ／Ｅ部３２−１によって光／電気変換され、受信処理部３３−１に入力される。同様にして、分岐光線路１ａ₃に、波長λｃ₃の監視光と波長λｂの通信光とが入力された場合にも、波長λｃ_３の監視光は、ＦＢＧ２１−３によって反射されるが、波長λｂの通信光は、そのまま光受信部３１−３で受信され、Ｏ／Ｅ部３２−３によって光／電気変換され、受信処理部３３−３に入力される。ここで、波長λｃ₁などの監視光が光受信部３１−１〜３１−８に入力されると、通信エラーなどが生じ、通信に大きな影響を及ぼすため、これらの監視光をＦＢＧ２１−１〜２１−８によって確実に遮断する必要がある。ここで、上述したようにＦＢＧ２１−１〜２１−８は、監視光の波長帯域約１０ｎｍにおいて約６０ｄＢの遮断量を有するので、確実に監視光を遮断することができる。なお、ＦＢＧ２１−１〜２１−８は、図示しないフェルールなどによって固定され、コネクタ３０−１〜３０−８内に設けられる。

ここで、ＦＢＧ２１（２１−１〜２１−８）の構成について説明する。図３に示すように、ＦＢＧ２１は、波長λｃ₁〜λｃ₈に対応するグレーティングピッチΛが長手方向に変化するチャープトグレーティングである。図４に示すように、ブラッグ中心波長が波長λｃ₁〜λｃ₈であるため、λｃ₁〜λｃ₈までの広帯域で反射することができ、この波長帯域の光を遮断することができる。この結果、ＯＮＵ２０は、同一のＦＢＧ２１を用いることができる。なお、ＦＢＧ２１は、ＦＢＧ２１−１〜２１−８毎に各監視光の波長をブラッグ中心波長として形成されたものを用いてもよい。

このＦＢＧ２１は、隣り合うグレーティングのピッチΛが、ＦＢＧ２１を形成している光ファイバの長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されていることがわかる。このようなグレーティングの構造によれば、例えば、λｃ₁〜λｃ₈までの広帯域に存在する信号光を、安定して反射させることが可能となる。この反射量は、λｃ₁〜λｃ₈までの広帯域において、４０ｄＢ以上である。

図５は、ＦＢＧ２１の遮断特性を示す図である。ＦＢＧ２１は、１６５０ｎｍを中心に約１０ｎｍの帯域で、入力された光信号を、４０ｄＢ以上遮断している。この実施の形態１では、ＦＢＧ２１のグレーティングのピッチΛが、前記光ファイバの長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されているので、１０ｎｍ程度の広帯域でも約４０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができる。

図６は、図３の変形例を示す図であり、ＦＢＧ２１を含むＦＢＧ部４０を示すものである。図６では、ＦＢＧ部４０のクラッド４２の外周が、クラッド４２の屈折率以上の屈折率をもつ高屈折率部４３によって覆われている。なお、高屈折率部４３は、ＦＢＧ部２１の周囲全体であることが好ましいが、一部であってもよい。高屈折率部４３に用いられる部材は、クラッド４２の屈折率以上の高い屈折率をもつものであればよく、たとえばマッチングオイルでも、接着剤でもよい。なお、高屈折率部４３は、コア４１の屈折率以上の高い屈折率をもつものでもよい。

図７は、ＦＢＧ部４０の遮断特性を示す図である。図７では、マッチングオイルを高屈折率部４３としたものであり、ＦＢＧ部４０は、１６５０ｎｍを中心に約１０ｎｍの帯域で、光入力を、６０ｄＢ以上遮断している。なお、透過損失が、−７０ｄＢ近傍において揺らぎが生じるのは測定限界だからである。

この実施の形態１では、ＦＢＧ２１の隣り合うグレーティングのピッチΛが、ＦＢＧを形成している光ファイバの長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されていることによって、１０ｎｍ程度の広帯域でも約４０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができる。

なお、図１では、光スプリッタ３によって多分岐する構成を示したが、図８に示すように光スプリッタ２８よりも下流では分岐されない単一の分岐光線路１ａ₁〜１ａ₈に対してＯＮＵ２０が直接接続され、監視光を、光カプラ１８を介して送受するようにしてもよい。この場合、前記監視光を単一波長（例えばλｃ₄）とするのが好ましい。これは、ＯＴＤＲ２が発光する光の中心波長ずれが大きいため、１つのブラッグ中心波長当たり１ｎｍを超える広帯域のＦＢＧ２１が必要となってしまうためである。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、一本の光ファイバにＦＢＧ２１を形成させていた。つまり、一本の光ファイバにグレーティングのピッチΛが、長さ方向の中心に向かって広くなるようにグレーティングが形成されていた。この実施の形態２では、一本の光ファイバにグレーティングを形成するのではなく、端部に向かってグレーティングのピッチΛが広くなるように形成した２本の光ファイバを使用し、両者の端部を融着接続することによりＦＢＧを形成するようにしている。

図９は、この発明の実施の形態２であるＦＢＧ２１ａの縦断面図を示したものである。ＦＢＧ２１ａは、端部に向かってグレーティングのピッチΛが広くなるように形成された２本の光ファイバ４４、４５を、それぞれの端部４４ａ、４５ａで融着接続することにより形成されている。このＦＢＧ２１ａは、実施の形態１と同様に、グレーティングのピッチΛが、光ファイバの長さ方向の中心（図９では光ファイバ４４、４５の各々の端部４４ａ、４５ａ）に向かって広くなるように形成されることになるので、遮断特性も実施の形態１と同等の特性が得られる。つまり、図９のＦＢＧ２１ａの遮断特性は、図５に示すものと同等となる。図９のようにＦＢＧ２１ａを形成すると、グレーティングの形成時に、ＵＶの照射幅（ＵＶが照射されている光ファイバの長さ）を短くすることができ、容易に製造が可能となるだけでなく、精度良くグレーティングを形成させることが可能となる。

（実施の形態３）
上述した実施の形態１および実施の形態２では、ＦＢＧ２１、２１ａのグレーティングのピッチΛが、光ファイバの長さ方向の中心に向かって広くなるようにコア５１のみに形成されていたが、この実施の形態３のＦＧＢは、コアのみでなくクラッド領域にも同一のチャープトグレーティングを形成している。

図１０は、実施の形態３であるＦＢＧ２１ｂを有したＦＢＧ部５０の縦断面図を示している。図１０に示すように、ＦＢＧ部５０は、コア５１に加えてクラッド５２の一部領域であるクラッド５２ａまでＦＢＧ２１ｂが形成されている。このクラッド５２ａの領域に形成されたＦＢＧ２１ｂによって、クラッド５２を伝播した光が、出力側（図１０では紙面上、向って右側）に漏れないようにしている。このクラッド５２ａの領域のチャープトグレーティングの形成は、コア５１に添加したＧｅとほぼ同量のＧｅをクラッド５２ａの領域に添加しておき、コア５１の領域にチャープトグレーティングを形成すると同じように、二光束干渉法やフェーズマスクを用いた方法によって行うことができる。なお、この実施の形態３では、クラッド５２ａにＧｅを添加しているが、これに限らず、チャープトグレーティングがクラッド５２ａの領域に形成できればよく、たとえば、リンなどの紫外線に感光する材料をクラッド５２ａの領域に添加してもよい。また、必要に応じて、図６に示した高屈折率部４３をクラッド５２の外周に形成してもよい。

この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様に、図５に示したように、１０ｎｍ程度の高帯域でも約４０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができるＦＢＧ部５０を実現できる。

（実施の形態４）
つぎに、実施の形態４について説明する。上述した実施の形態３では、クラッド５２の領域にチャープトグレーティングを形成するようにしていたが、この実施の形態４では、コアの領域の屈折率を通常よりも高くしている。

図１１は、この発明の実施の形態４であるＦＢＧ２１ｃを有したＦＢＧ部６０の縦断面図を示している。図１１に示すように、ＦＢＧ部６０は、実施の形態１のコア４１と同様に、コア６１の領域にチャープトグレーティングであるＦＢＧ２１ｃを形成している。ここで、コア６１は、クラッド６２に比して高い屈折率を有し、たとえば開口数（ＮＡ）を０．２以上とすることが好ましい。また、必要に応じて、図６に示した高屈折率部４３をクラッド６２の外周に形成してもよい。

図１２は、開口数が０．３４となるファイバを用いたＦＢＧ２１ｃの遮断特性を示した図である。図１２に示すように、この実施の形態４によっても、１６５０ｎｍを中心とした約１０ｎｍの広帯域で、約４０ｄＢ以上の遮断を実現している。

（実施の形態５）
つぎに、実施の形態５について説明する。上述した実施の形態４では、コア６１の領域
の屈折率をクラッド６２の領域よりも通常より高めの屈折率としたが、この実施の形態５
では、コア領域内の周縁領域の屈折率をクラッドの領域よりも低くしている。

図１３は、実施の形態５であるＦＢＧ２１ｄを有したＦＢＧ部７０の縦断面図を示している。図１３に示すように、ＦＢＧ部７０は、実施の形態１のコア４１と同様に、コア７１の領域にチャープトグレーティングであるＦＢＧ２１ｄを形成している。コア７１は、コア７１領域内の周縁領域の屈折率を、クラッド７２の領域の屈折率よりも低くし、そのプロファイルがＷ型（ディスプレイスドクラッドファイバ）になるようにしている。このように屈折率プロファイルをＷ型とすることによって、クラッド７２に生じるクラッドモードが結合しないようにしている。さらに、図６に示したように、高屈折率部７３を設けることによって、クラッドモード自体が存在しないようにしてもよい。いずれの場合にも、クラッドモードの影響を除去できるので、遮断特性を格段に向上させることができる。

この実施の形態５によっても、実施の形態１と同様に、図５に示したように、１０ｎｍ
程度の高帯域でも約４０ｄＢ以上の遮断特性を得ることができるＦＢＧ部７０を実現でき
る。

この発明は、入力される光信号に対し広帯域で高遮断のフィルタリングを行う光フィルタを必要とする光通信装置等に容易に適用できる。

Claims

コアと、コアの外側にクラッドを備えた光導波路に複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、所望の波長帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、隣り合うグレーティングのピッチ間隔が、前記光導波路の長さ方向の中心に向かって広くなるように形成されていることを特徴とするファイバブラッググレーティング素子。
コアと、コアの外側にクラッドを備えた光導波路に複数のグレーティングを形成することにより、入力される光信号に対し、所望の波長帯域で高遮断のフィルタリングを行うファイバブラッググレーティング素子であって、前記光導波路は、端部に向かって隣り合うグレーティングのピッチ間隔が広くなるように形成された２本の光ファイバの前記端部同士を接続させることにより形成されることを特徴とするファイバブラッググレーティング素子。
前記光導波路のクラッド領域に、紫外線に対して感光性を有する感光性材料を添付し、前記コア領域と同じグレーティングを形成させたことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記光導波路は、開口数が０．２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記光導波路は、前記コア領域内の周縁部に、前記クラッド領域に比して屈折率が低いリング状の領域を設け、少なくとも前記コア領域にグレーティングを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
前記光導波路は、少なくとも前記コア領域にグレーティングが形成され、前記クラッドの屈折率以上の屈折率をもつ材料によって前記グレーティングが形成されたコア領域の一部あるいは全部を前記クラッドの外側から覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバブラッググレーティング素子。
所望の波長帯域が10nm以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のファイバグレーティング素子。
所望の波長帯域での遮断量が４０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１、２または７に記載のファイバグレーティング素子。