WO2004097471A1

WO2004097471A1 - 光伝送装置

Info

Publication number: WO2004097471A1
Application number: PCT/JP2004/005526
Authority: WO
Inventors: Kazuyuki Miyake; Syunichiro Yamaguchi; Tetsuya Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2004-11-11
Also published as: US7292761B2; US20070041689A1; JP2004325948A

Abstract

　ＰＣファイバ１０の接続端部を加熱処理により溶融して、クラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・を封止してなる封止部１５を形成し、該封止部１５の長さＬを、信号光２２のＰＣファイバ１０への入射角θ［°］、該ファイバの外径Ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、封止部１５の屈折率ｎなどの条件から算出して設定する。

Description

光伝送装置技術分野

本発明は、光伝送装置に関する。背景技術

大きな波長分散を発現する光ファイバとして、フォトニッククリスタルファィバ（以下、「P Cファイバ」という。）が知られている。 P Cファイバは、フアイバ中心を長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備えており、クラッドに屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造が構成されたものである

このような P Cファイバについて、日本国特許公開公報特閧 2 0 0 2— 3 2 3 6 2 5号公報には、 P Cファイバの中空のコア及びクラヅドの細孔をファイバの端面に開放しておくと、中空のコア及びクラッドの細孔に異物等が侵入して光特性を劣化させる原因となることから、 P Cファイバの端面を溶融させて中空のコア及びクラッドの細孔を封止することが開示されている。

しかしながら、 P Cファイバの端面を溶融させて中空のコア及びクラヅドの細孔を封止すると、その溶融過程において、封止された区間の寸法が l mm程度と長くなつてしまうため、集光装置又は光源装置から直接フアイバに信号光を伝送した場合、ファイバ外に信号光が漏れて大きな接続損失が発生するという問題がある。

また、特開 2 0 0 2— 3 2 3 6 2 5号公報には、封止部の寸法は光の導波に与える影響がほとんどないような長さとすると記載されているが、具体的な寸法の記載がなく不明瞭であり、その長さはファイバの種類によっても異なるため、各ファイバごとに接続損失の検査を繰り返し行って封止部の寸法を決定する必要があり、作業効率が悪くなるとともに品質のパラツキが生じる。発明の開示

本発明の目的は、低接続損失で接続可能な P Cフアイバを用いた光伝送装置を提供することである。

本発明は、 P Cファイバの接続端部に上記クラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が封止処理により封止された区間の長さを、ファイバ径ゃ信号光の入射角等の条件から算出して設定することにより、低接続損失で接続可能な P Cファイバを用いた光伝送装置を構成したものである。

具体的には、本発明は、信号光を集光する集光装置と、

ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿つて延びる複数の細孔を有するクラッドとを有し、上記集光装置に接続されてそこからの信号光を該コアで伝送する P Cファイバと、

を備えた光伝送装置であって、

上記集光装置に接続された上記 P Cフアイバの接続端部は、フアイバ端面から所定距離 Lの区間において上記クラッドの複数の細孔が封止されており、

上記クラッドの細孔が封止された区間の長さ L [u rn] は、上記 P Cファイバへの信号光の入射角 6· [ ° ], 該 P Cファイバの外径 D [〃m]及びコア径 a [ / m]、上記クラッドの細孔が封止された区間の屈折率 nとして、

1 0≤L≤ ( D + a ) / 2 tan [sin—¹ ( sin0 /n ) ]

という条件を満たすように設定されている。

従って、本発明によれば、 P Cファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が上記封止処理により封止された区間の長さを、上記条件を満たすように設定しているから、集光装置で集光された信号光を直接ファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率のよい光伝送を行うことができる。

他の本発明は、信号光を発する光源装置と、

ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿つて延びる複数の細孔を有するクラッドとを有し、上記光源装置に接続されてそこからの信号光を該コアで伝送する P Cファイバと、

を備えた光伝送装置であって、上記光源装置に接続された上記 P cファイバの接続端部は、上記クラッドの複数の細孔が封止されており、

上記クラッドの細孔が封止された区間の長さ L [ zm] は、上記光源装置からの信号光の上記 P Cファイバへの出射角 6> [° ],上記光源装置とファイバ端面との間隔 d [/zm]ヽ該 P Cファイバのコア径 a [/ m]、上記クラッドの細孔が封止された区間の屈折率 nとして、

1 0≤ L≤ ( a./ 2— ά ■ tan0 ) /tan [sin— ¹ (sind / n)]

という条件を満たすように設定されている。

従って、他の本発明によれば、 P Cファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が上記封止処理により封止された区間の長さを、上記条件を満たすように設定しているから、光源装置から出力された信号光をファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率のよい光伝送を行うことができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施形態 1及び 2における P Cファイバを示す斜視図である。

第 2図は、本発明の実施形態 1における光伝送装置を示す概略図である。

第 3図は、本発明の実施形態 2における光伝送装置を示す概略図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態に係る光伝送装置を図面に基づいて詳細に説明する。 —実施形態 1—

<フアイバ及び光伝送装置の構成 >

第 1図は、 P Cファイノ 1 0を示す。

この P Cファイバ 1 0は、ファイバ中心を長手方向に延びる中実のコア 1 1と、そのコア 1 1を覆うように設けられコア 1 1に沿って延びる多数の細孔 1 2 a, 1 2 a, · · ·を有するクラッド 1 2と、該クラッド 1 2を覆うように設けられた被覆部 1 3とを備えている。そして、該クラッド 1 2に二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造が構成され、信号光（不図示）は、そのフォト二ヅククリスタル構造で囲われたコア 1 1に閉じこめられて伝搬されることとなる。

P Cファイバ 1 0の接続端部は、加熱処理により溶融され、これによりクラッ p ド 1 2の細孔 1 2 a, 1 2 a, · · ·が封止されている。このとき、 P Cファイバ

1 0の接続端部は、コア 1 1、クラッド 1 2及び被覆部 1 3よりなる形態から第 2図に示すように細孔 1 2 aが封止されたクラッド 1 2と被覆部 1 3とにより形成された封止部 1 5よりなる形態に変化している。なお、封止部 1 5は、 P Cフアイバ 1 0の接続端部にガラス棒等を固着したり、細孔 1 2 aに樹脂を充填して _χ Q 形成したものであっても構わない。

そして、細孔 1 2 aを封止した P Cファイク、 1 0の接続端部が、信号光 2 2を集光する集光装置 2 1に接続されており、集光装置 2 1で集光された信号光 2 2 を P Cファイバ 1 0により伝搬する光伝送装置 2 0が構成されている。

<封止部 1 5の長さ Lの設定条件 >

, _c 封止部 1 5のファイバ長手方向の長さ Lの設定条件について、以下に説明する。

1 0

大気中における信号光 2 2の： P Cファイノ 1 0への入射角 0 [° ]、 P Cフアイノ 1 0内での信号光 2 2の入射角 0，[。 ]、該 P Cファイバ 1 0の外径 D [ zm]、該 P Cファイバ 1 0のコア径 a [ /m]、大気中における光の屈折率 n，、上記封止部 1 5における光の屈折率 n、該封止部 1 5のファイバ長手方向の長さ L ίμ. _{η Λ} m] とする。なお、封止部 1 5の長さ Lは、卩〇ファィノ 1 0の接続端部からクラッド 1 2の細孔 1 2 a, 1 2 a, · · ·が封止されている区間を示すものとする。すなわち、クラッド 1 2の細孔 1 2 a, 1 2 a, · · ·のうち少なくとも 1つが封止されていれば、その区間は封止部 1 5に含むものとする。

集光装置 2 1で集光された信号光 2 2は、 P Cファイバ 1 0に対して大気中を入射角 0で入射し、 P Cファイノ 1 0の封止部 1 5中を入射角 0，で進むから、

2 5

( 1 ) 式の関係が成立する。

n， · 5ΐηθ = η · s O， ■ · · ( ]_ )

ここで、 n' は大気中における光の屈折率であるから、 n' = 1となり、封止部 1 5における信号光 2 2の入射角 6> ' は、（ 2) 式で表される。 θ ' =sin- ¹ (sin^/n) · · · ( 2 )

また、信号光 2 2は、 P Cファイバ 1 0の封止部 1 5中をその直径方向に（D + a) / 2進む間にファイバ長手方向に長さ Lだけ進むから、（3)式の関係が成立する。

5 tan^⁵ = [(D + a) /2 ] /L · · · ( 3 )

上記（2)、（3) 式より、封止部 1 5の長手方向の長さ Lは、 (4) 式で表される ο

L = (D + a) /2tan [sin—¹ (sin^/n)] . · . (4)

これは、つまり、一度一点に集光してからコア径まで広がった点までの長さを L _{χ 0} の最大値とするものである。

また、本発明者がクラッド 1 2の細孔 1 2 aを再現性よく加工できる封止部 1 5の長さ Lを試行錯誤して検討した結果、封止部 1 5の長さ Lの下限値は、 1 0 m程度に設定することが好ましい。

従って、上記（4) 式より、集光装置 2 1から出力され P Cファイバ 1 0内に

, _c 入射した信号光 2 2が、封止部 1 5を通過し確実にクラッド 1 2の細孔 1 2 a, 1 5

1 2 a, - ■ 'まで到達して全反射するためには、（ 5) 式の条件を満たす必要がある。

1 0≤L≤ (D + a) /2tan [sin—¹ (sinS/n)] · · · ( 5) 従って、封止部 1 5の長さ Lが、（ 5 )式の条件を満たす範囲内で設定されてい ₂ ― れば、 P Cファイバ 1 0外に信号光 2 2が漏れて接続損失となることがなく効率のよい光伝送が可能となる。

一実施形態 2—

<フアイバ及び光伝送装置の構成 >

第 3図は、本実施形態 2に係る光伝送装置 3 0を示す。

この光伝送装置 3 0は、実施形態 1と同一の P Cファイバ 1 0を用いて構成され

2 5

たものであり、 P Cファイバ 1 0の封止部 1 5の構造も実施形態 1と同一である。そして、細孔 1 2 aを封止した P Cファイノ 1 0の接続端部が半導体レーザ（光源装置） 3 1に接続され、半導体レーザ 3 1で出力された信号光 3 2を P Cファィバ 1 0により伝搬する光伝送装置 3 0が構成されている。 <封止部 1 5の長さ Lの設定条件 >

封止部 1 5のファイバ長手方向の長さ Lの設定条件について、以下に説明する。大気中における信号光 3 2の P Cファイバ 1 0への出射角 0 [° ]、 P Cフアイバ 1 0内での信号光 3 2の入射角 0，[。 ]、該 P Cファイバ 1 0の外径 D

5 該 P Cファイバ 1 0のコア径 a Om]、大気中における光の屈折率 n，、上記封止部 1 5における光の屈折率 n、半導体レーザ 3 1とファイバ端面との間隔 d[〃 m]、 P Cファイバ 1 0端面における信号光 3 2の周方向への拡がり径 r [〃m]、封止部 1 5と P Cファイバ 1 0のコア 1 1との境界面における信号光 3 2の周方向への拡がり径 R [〃m]、該封止部 1 5のファイバ長手方向の長さ L [ im] と

₀ する。なお、封止部 1 5の長さ Lは、？ 0ファィノ 1 0の接続端部からクラヅド

1 2の細孔 1 2 a， 1 2 a, · · ·が封止されている区間を示すものとする。すなわち、クラッド 1 2の細孔 1 2 a， 1 2 a, · · ·のうち少なくとも 1つが封止されていれば、その区間は封止部 1 5に含むものとする。

半導体レーザ 3 1から出力された信号光 3 2は、大気中を出射角 0で P Cファ _c ィバ 1 0端面に向かって出射し、半導体レ一ザ 3 1とファイバ端面との間隔 dだ 5

け進んでから P Cファイバ 1 0の封止部 1 5中を入射角 S，で進むから、（ 6 )式の関係が成立する。

n ' - sin0 = n - sin0 ' · · · ( 6 )

ここで、 n，は大気中における光の屈折率であるから、 n' = 1となり、封止 _Q 部 1 5における信号光 2 2の入射角 6>' は、（7) 式で表される。

Θ， =sin— ¹ (sin0/n) · · · ( 7 )

また、 P Cファイバ 1 0端面における信号光 3 2の周方向への拡がり径 rは、 ( 8 ) 式で表される。

r = d · tan0 · · · ( 8 )

. さらに、信号光 3 2が入射角 0 ' で封止部 1 5の長さ Lだけ進むと、封止部 1

5

5と P Cファイバ 1 0のコア 1 1との境界面における信号光 3 2の周方向への拡がり径 Rは、 ( 9 ) 式で表される。

R = L - tan<9， · · ·（ 9 )

また、上記拡がり径 rと Rとの和はコア径 aの半径に等しいから、（ 1 0)式の関係が成立する。

r +R = a/2 · · - ( 1 0)

上記（ 1 0) 式を（7) 〜（ 9 ) 式を用いて封止部 1 5の長さ Lで表すと、（ 1 1 ) 式のようになる。

L = ( a/ 2一 d · tanO )/tan[sin" ¹ (sin^ /n )] · · - ( 1 1 ) また、本発明者がクラッド 1 2の細孔 1 2 aを再現性よく加工できる封止部 1 5の長さ Lを試行錯誤して検討した結果、封止部 1 5の長さ Lの下限値は、 1 0 /m程度に設定することが好ましい。

従って、上記（ 1 1 ) 式により、半導体レーザ 3 1から出力され P Cファイバ 1 0内に入射した信号光 32が、封止部 1 5を通過し確実にクラッド 1 2の細孔 1 2 a, 1 2 a, - · · まで到達して全反射するためには、（ 1 2 ) 式の条件を満たす必要がある。

1 0≤L≤(a/2 -d - tan^ )/tan[sin" ¹ (sin^ /n )] . · - ( 1 2 ) 従って、封止部 1 5の長さ Lが、（ 1 2)式の条件を満たす範囲内で設定されていれば、 P Cファイノ I 0外に信号光 32が漏れて接続損失となることがなく効率のよい光伝送が可能となる。産業上の利用可能性

本発明は、光伝送装置に有用である。

Claims

請求の範囲

1. 信号光を集光する集光装置と、

ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿つて延びる複数の細孔を有するクラッドとを有し、上記集光装置に接続されてそこ

5 からの信号光を該コアで伝送するフォトニッククリスタルファイバと、

を備えた光伝送装置であって、

上記集光装置に接続された上記フオトニッククリス夕ルファイバの接続端部は、ファイバ端面から所定距離 Lの区間において上記クラッドの複数の細孔が封止されており、

₀ 上記クラッドの細孔が封止された区間の長さ L [ zm] は、上記フォトニッククリスタルファイバへの信号光の入射角 0 [° ]、該フォト二ヅククリスタルファィバの外径 D [〃m]及びコア径 a [ /m]、上記クラッドの細孔が封止された区間の屈折率 nとして、

1 0≤ L≤ (D + a) /2 tan [sin-¹ (sin0/n)]

c という条件を満たすように設定されている。

o

2. 信号光を発する光源装置と、

ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿つて延びる複数の細孔を有するクラッドとを有し、上記光源装置に接続されてそこからの信号光を該コアで伝送するフォトニッククリスタルファイバと、

0 を備えた光伝送装置であって、

上記光源装置に接続された上記フオトニッククリスタルファィバの接続端部は、上記クラッドの複数の細孔が封止されており、

上記クラッドの細孔が封止された区間の長さ L [ . m] は、上記光源装置からの信号光の上記フォトニッククリスタルファイバへの出射角 0 [° ]、上記光源装置とファイバ端面との間隔 d [〃m]、該フォトニッククリスタルファイバのコア

5

径 a [〃m]、上記クラッドの細孔が封止された区間の屈折率 nとして、

1 0≤ L≥ (a/ 2— d - tan^ ) /tan [sin— ¹ {s O / n)]

という条件を満たすように設定されている。