JPS63265206A - 光フアイバフイルタ - 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】 概　　　要 複数の入射側光ファイバのそれぞれの端部に複数の出射
側光ファイバを融着し、各融着部同士を融合させて延伸
することで一体化して光フアイバフィルタを構成する。

この光フアイバフィルタは、構成要素となる各光ファイ
バの屈折率分布を適当に設定しておくことにより、波長
多重された信号光を入射させたときに各成分光に分離さ
せるように機能するもので、構成が簡単であり使用環境
条件の変化に対して安定であるという優れた特長を有し
ている。

産業上の利用分野 本発明は波長多重信号光を各成分光に分離するフィルタ
に関するもので、特に光ファイバのみから構成される光
フアイバフィルタに関するものである。

光通信の分野においては、波長多重方式により１本の光
ファイバで多数の信号光を片方向あるいは双方向に伝送
する試みがなされている。このようなシステムの普及に
際しては、所望波長の信号光を分離するための分波器が
受信側で必要になり、簡易構成で且つ動作安定性が良好
なフィルタが要望されている。

従来の技術 従来、この種の分波器を構成する場合には、ガラスブロ
ック（プリズム）に誘電体多層膜等を積層させた干渉フ
ィルタが一般に良く用いられていた。干渉フィルタは、
所定帯域の波長の光は透過させそれ以外の波長の光は反
射させるように機能するので、多重信号光を平行ビーム
化して干渉フィルタに入射させることにより、透過光路
及び反射光路上に各波長の成分光を分離して出射させる
ことができる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上述した干渉フィルタは、膜形成に蒸着等の工
程を要するために製造コストが高く、また、使用環境条
件の変化、例えば温度変化に対して動作安定性が十分で
ないという問題を有していた。更に、干渉フィルタを用
いて分波器を構成する場合には、レンズ及びプリズム等
の光学系を必要とし、製造するに際して構成が複雑であ
り光軸調整等の繁雑な作業が要求されるという問題もあ
った。

本発明はこれらの問題に鑑みて創作されたものであり、
その目的は、構成が簡単で製造コストが高くなく、使用
環境条件の変化に対して十分安定なフィルタを提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段 上述した従来技術の問題点は、その基本構造が第１図に
示される光フアイバフィルタにより解決される。

第１図（ａ）に示されるように、同一の屈折率分布を有
する複数の入射側光ファイバ１のそれぞれの端部には、
所定波長において入射側光ファイバ１と同一のモードフ
ィールド径を有し且つ波長に対するモードフィールド径
の変化が入射側光ファイバ１と異なるように屈折率分布
が設定された複数の出射側光ファイバ２，３．４、…、
Ｎが融着されて、（Ｎ−１）本の光フアイバ対が形成さ
れる。

そして、光フアイバ対のそれぞれの融着部同士は、互い
に融合させて延伸することにより、第１図（ｂ）に示さ
れるように一体化される。ここで、融合というのは、高
温下において複数の光フアイバ対の融着部分を軟化状態
にして、互いに光軸を平行としたまま付は合わせること
をいい、延伸というのは、当該軟化部分を光軸方向に引
き伸ばして冷却することをいう。

尚、本願明細書中、光ファイバというのはシングルモー
ド光ファイバのことである。

作　　　用 一般に光ファイバの伝送モードにおける径方向の光パワ
ー分布は、近似的にガウス分布となり、ピーク値の１／
ｅ２の光パワーとなる径をモードフィールド径と称する
。モードフィールド径の異なる光フアイバ同士を接続す
ると、これらの境界面を通過する信号光は、モードフィ
ールド径の差異に応じて決定される所定の減衰量で減衰
する。

一方、このモードフィールド径は、光ファイバの屈折率
分布及び信号光の波長により変化することが知られてい
る。

いま、第１図に示される光ファイバ１〜Ｎのモードフィ
ールド径ωと波長λの関係が、第２図においてそれぞれ
Ａ１〜Ａ、で示されるようになっているとし、光ファイ
バーのモードフィールド径と光ファイバ２〜Ｎのモード
フィールド径とが一致する波長をそれぞれλ２〜λ、と
する。一般に、光ファイバのモードフィールド径ω（μ
ＴｒＬ）は、光ファイバのコア径ａ（μｍ）及び正規化
周波数■を用いて、近似的に、 ω−ａ（ｔｏｏ　　Ｖ）−”２　　　　　・・−（１）
と表され、正規化周波数■は、コア部の屈折率ｎ１、比
屈折率差Δ及び波長λ（μｍ）を用いて、■＃πｎａ（
２Δ）　　　　λ　　　　　　・・・（２）と表される
ので、モードフィールド径ωと波長λの関係は、コア径
並びにコア部及びクラッド部の屈折率により、つまり光
ファイバの屈折率分布により一義的に決定されることに
なる。このため第２図に示されるような各特性を有する
光ファイバは、容易に設計可能なものである。尚、ここ
で比屈折率差Δは、クラッド部の屈折率をｎ２としたと
きに、 Δ＝（ｎ　　　−ｎ　　　）／２ｎ　　　　・・・（３
）で表されるものである。

第３図は、光ファイバ１と光ファイバ２〜Ｎとを第１図
（ａ）に示すように融着した場合における、接続損失α
と波長λの関係をそれぞれ曲線８２〜ＢＮで表したもの
である。各光フアイバ対において、モードフィールド径
が一致する波長λ２〜λ８で接続損失αが零となってお
り、各波長からずれるに従ってαが増大しているのは、
各波長からずれるに従ってモードフィールド径の差異が
大きくなるためである。モードフィールド径の差異によ
り生じる接続損失α（ｄＢ）は、光フアイバ対のそれぞ
れのモードフィールド径をω１．ω２とすると、 α−２０・ｌｏｇ　　（（ω　　＋ω　２）／２ω１ω
２）　・・・（４） と表される。

次に、各光フアイバ対の融着部を融合・延伸した場合の
作用について説明する。第４図は理解を容易ならしめる
ために例示したものであって、同一の屈折率分布を有す
る光フアイバ対１ａ、１ｂ及び光フアイバ対ＩＣ，１ｄ
をそれぞれ対で融着した後に、これらの融着部同士を融
合して図中Ｃ方向に延伸している状態が示されている。

融着部同士を融合・延伸すると、これに伴って各光ファ
イバのコア径ａ（μｍ）は減少する。

第５図にＤで示される曲線は、各光ファイバーａ、１ｂ
、１ｃ、１ｄの比屈折率差を０．３％、導波光波長を１
．３μｍとしたときのモードフィールド径ωとコア径ａ
の関係を（１）　、　（２）式から求めて図示したもの
であり、延伸してコア径が減少するに従ってωが増大し
ていることが明らかである。このとき、光ファイバ１ａ
から光ファイバ１ｄに漏れ出す伝搬光ＡＤの損失あるい
は光ファイバ１Ｃから光ファイバ１ｂに漏れ出す伝搬光
ＣＢの損失（便宜的に軸ずれ損失と称する）β（ｄＢ）
は、近似的に、 β−２０・１０ｇ１ｏｅｘｐ（２ｄ　／ω　）・・・（
５） で求められる。ｄ（μ７ＦＬ）は延伸部における軸ずれ
滑であり、延伸に伴って減少するものである。

これらの関係から軸ずれ損失βは、同図に示される曲線
Ｅのようになる。

従って、融合・延伸することにより、軸ずれ損失βは限
りなく零に近づいてゆき（実用上はコア径を１１５程度
にすることで０．１〜０．０１ｄＢ）　、光ファイバ１
ａ（１ｃ）に入射された光は、−もともとこれと融着さ
れていなかった光ファイバ１ｄ（Ｉｂ）に、延伸部を介
して導かれるものである。

以上の作用により、第１図に示される光フアイバフィル
タにおいて入射側光ファイバ１から入射した光は、主と
して、その波長に応じて出射側光ファイバ２〜Ｎのいず
れかから選択的に出射される。このため、入射側光ファ
イバーに波長λ２〜λ、の波長多重信号光を入射した場
合には、波長λ　の光は光ファイバ２から、波長λ３の
光は光ファイバ３から、・・・、波長λＮの光は光ファ
イバＮから主として出射され、分波器として使用するこ
とができる。この場合において、各出射側光フアイバ間
の漏話が問題となる場合には、当該フィルターを直列に
接続するようにすればよい。

実　　施　　例 以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。

第６図は本発明の適用される２人力２出力型の光フアイ
バフィルタの製造工程図、第７図はその完成図である。

１１，１２．１３．１４は光ファイバ、１５．１６はア
ーク放電のための電極をそれぞれ示す。

先ず、光ファイバ１１．１２の接続端面をカットし、第
６図（ａ）に示されるように、通常の方法でアーク放電
を行ない、加熱溶融接続（融着）する。第６図（ｂ）は
融着された状態が示されている。

次に、光ファイバ１１．１２の融着部１７と、これと同
様に光ファイバ１３．１４間に形成された融着部１８と
を、各光ファイバの光軸が平行になるように保持して（
第６図（Ｃ））、第６図（ｄ）に示されるように、再融
着部１７．１８の両側からアーク放電を行なって、再融
着部１７．１８を軟化あるいは溶融させ、融合部１９を
形成する。このとき、両電極１５．１６の離間距離及び
印加電圧は、融合部１９の大きさ等に応じて制御される
。

最後に、この融合部１９を所定量延伸した後に例えば空
冷して、第７図に示される光フアイバフィルタを得る。

２０はその延伸部、１９′は延伸された融合部１９をそ
れぞれ示す。

光ファイバ１１．１２．１３．１４のクラツド径は共に
１２５μｍであり、これらの屈折率分布は、第８図に示
されるようになっている。（ａ）は光ファイバ１２のも
のであり、コア径は１．３μｍ１比屈折率差は２．０％
である。（ｂ）は光ファイバ１４のものであり、コア径
は１．５５μｍ、比屈折率差は２．０％である。（Ｃ）
は光ファイバ１１．１３のものであり、コア径は８．７
μｍ１比屈折率差は０．３％である。

光フフイバ１１．１２．１３．１４のモードフィールド
径ωと伝搬光の波長λとの関係は、上記屈折率分布、（
１）式、及び（２）式から、第９図に示すようになって
いる。実線で示されるのは光ファイバ１１．１３につい
てのもの、点線で示されるのは光ファイバ１２について
のもの、一点鎖線で示されるのは光ファイバ１４につい
てのものである。光ファイバ１１．１３と光ファイバ１
２とでモードフィールド径が一致するのは１．３μｍで
あり、光ファイバ１１．１３と光ファイバ１４とでモー
ドフィールド径が一致するのは１．５５μｍである。

第１０図に実線で示される曲線は、融着された光フフイ
バ１１．１２の伝搬光の接続損失αと当該光の波長λと
の関係を示すものであり、波長１゜３μｍにおいて接続
損失が極小値ＱｄＢとなっていることがわかる。また、
同図において点線で示される曲線は、融着された光ファ
イバ１３．１４についてのものであり、波長１．５５μ
ｍにおいて接続損失が極小値ＯｄＢとなっていることが
わかる。

このため、融着された光フアイバ対１１．１２及び１３
．１４は、所定波長のみを低損失で透過する帯域フィル
タとして用いることができる。

第１１図は本実施例における光ファイバ１１゜１３の延
伸に伴うモードフィールド径の変化を示すものであり、
横軸はコア径ａ（μｍ）、縦軸はモードフィールド径ω
（μＴｒＬ）である。実線は伝搬光の波長が１．３μｍ
の場合におけるものであり、点線は波長が１．５５μｍ
の場合におけるものである。両波長ともωがほぼ同様に
変化することがわかる。このため、伝搬光の波長によら
ず、本明細書中作用の頂く第５図参照）に示したように
、融合・延伸時の軸ずれ損失βが無視できるようになる
。従って、第７図に示される光フアイバフィルタにあっ
ては、光ファイバ１１から光ファイバ１４に伝搬する光
の損失（接続損失と軸ずれ損失の和）の波長依存性は、
第１０図に点線で示されるような光ファイバ１３から光
ファイバ１４に伝搬する光についてのものと概略一致す
るようになり、また、光ファイバ１３から光ファイバ１
２に伝搬する光については、同図に実線で示されるよう
な光ファイバ１１から光ファイバ１２に伝搬する光につ
いてのものと概略一致するようになる。つまり、光ファ
イバ１１及び／または光ファイバ１３に１．３μｍ及び
１．５５μｍ帯の波長多重信号光を入射させると、１．
３μｍ帯の光は低損失で光ファイバ１２に伝搬され、１
．５５μｍ帯の光は低損失で光ファイバ１４に伝搬され
、この光ファイバを用いて分波器を構成することができ
るものである。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、使用環境条件に
よってその特性が変化するフィルタ膜等を用いることな
く、屈折率分布の異なる複数の光ファイバを適切に接続
することのみにより、光フアイバフィルタを構成したの
で、比較的簡単な構成で且つ使用環境条件の変化に十分
耐え得る分波器を提供することが可能になるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図であって、（ａ）は構成要
素としての各光フアイバ対の正面図、（ｂ）は光フアイ
バフィルタの正面図、 第２図は本発明の作用説明図であって、各光ファイバ１
〜Ｎのモードフィールド径ωと波長λの関係を示すグラ
フ、 第３図は本発明の作用説明図であって、光ファイバ１と
光ファイバ２〜Ｎとを融着したときの接続損失αと波長
の関係を示すグラフ、 第４図は本発明の作用説明図であって、融合及び延伸さ
れつつある光フアイバ対の正面図、第５図は本発明の作
用説明図であって、第４図に示される光フアイバ対のモ
ードフィールド径ω及び軸ずれ損失βが延伸により変化
するようすを示すグラフ、 第６図は本発明の実施例図であって、光フアイバフィル
タの製造工程図、 第７図は本発明の実施例図であって、光フアイバフィル
タの正面図、 第８図は本発明の実施例図であって、第６図に示される
各光ファイバの屈折率分布を示す図、第９図は本発明の
実施例図であって、第６図に示される各光ファイバのモ
ードフィールド径ωと波長λの関係を示すグラフ、 第１０図は本発明の実施例図であって、光ファイバ１１
．１２を融着した場合及び光ファイバ１３．１４を融着
した場合における接続損失αと波長λの関係を示すグラ
フ、 第１１図は本発明の実施例図であって、延伸した場合に
おける光ファイバ１１．１３のモードフィールド径ωの
変化を波長１．３μｍと波長１゜５５μｍで比較したグ
ラフである。 １・・・入射側光ファイバ、 ２．３．４．　　・・・、Ｎ・・・出射側光ファイバ、
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ。 １１．１２，１３．１４・・・光ファイバ、１５．１６
・・・電極、 １７．１８・・・融着部、 １９・・・融合部、　　２０・・・延伸部。 １．２，３，４．−−−、Ｎ　　：　　范ファイツマ本
宅明のＩ環溝へ図 第１図 ネ光明のイ乍用廖危明図　（Ｗとλの関係）第２図　＝ 木鉋明のイ乍用賽地明図　（び１とλ０閲イ系）第３図 Ａ！φＫＦ３月ｎイ乍用杏υ月図　（簡１・（εイ申の
歌°２冗、）第４図 、￥兇明のイ乍用客地哩Ｉ囮（麺伸にＪるＷ、β０変化
）第５図 杢拓明の東ツ魁伊」図　（製造工程、）ネ、禍５明の準
（寿邑イ列図　（ｔファイへ゛刀ルタ）第７図 本先明の笑宏芭ダ旧凶（８光カイハ゛の雇何半脅咋）第
８図 本発明の莢姥クリ図　（ｔＬ／とλの関イ系）第９図 ＃発明ｆ）欠雰乞イダ１」区　（σとλの関イ氷）第１
０図 水ギθ月の父方をンＢ用図　０チ仲０イ乍用）第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一の屈折率分布を有する複数の入射側光ファイバ（１
   ）のそれぞれの端部に、所定波長において入射側光ファ
   イバ（１）と同一のモードフィールド径を有し且つ波長
   に対するモードフィールド径の変化が入射側光ファイバ
   （１）と異なるように屈折率分布が設定された複数の出
   射側光ファイバ（２、３、４、…、Ｎ）を融着し、 それぞれの融着部同士を融合させて延伸することで一体
   化したことを特徴とする光ファイバフィルタ。