(57)【要約】【課題】LPFG によるファイバ型モードフィルタにおいて除去するモードおよび除去する波長を可変とするためには格子間隔を可変する必要がある。連続可変機構としてばねを用いたものがあるが、格子間隔を大きく変化させるとバネの外径が変化してU字溝とのあいだに隙間ができるため、光ファイバへの力の加わり方が一定しないという課題がある【解決手段】円内一面に直線状の溝を刻み、光ファイバと溝が交わる角度を変えることで溝の実効的な間隔を変化させる。真上から力を加えるため、光ファイバへの力の加わり方にズレが生じにくい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械式長周期ファイバグレーティングを用いたファイバ型モードフィルタであって、
長周期ファイバグレーティング を形成するために円形の領域内一面に等間隔に直線状の溝を刻み、
溝と光ファイバのなす角度を連続的に可変できること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【請求項２】
前項記載のファイバ型モードフィルタであって、溝と光ファイバのなす角度の可変範囲が0度から７５度であること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【請求項３】
前項記載のファイバ型モードフィルタであって、異なる間隔の溝を刻んだ円盤を２枚ないし数枚具備し、交換可能であること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【請求項４】
請求項２ないし３記載のファイバ型モードフィルタであって、溝と光ファイバのなす角を測定することが可能であること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【請求項５】
請求項２ないし４記載のファイバ型モードフィルタであって、外力印加時に回転を禁止する機構を具備すること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【請求項６】
請求項１ないし５記載のファイバ型モードフィルタであって、印加した力を測定する手段を具備すること
を特徴とするファイバ型モードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ある高次モードを選択的に減衰させるモードフィルタに関し、動作波長および減衰させるモードを可変としたファイバ型のモードフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、単一モード光ファイバのある波長の光を除去する方法のひとつとして長周期光ファイバグレーティング（LPFG）が用いられている。
LPFGは光ファイバ中に周期的な屈折率変化を生じさせたものであり、光ファイバの構造および周期的な屈折率変化の間隔によって除去される光の波長がきまる。
任意の正の整数m、伝搬モードの除去したい波長λ、屈折率変化の間隔Λの関係は式１のようにあらわされる。
【数１】
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【０００３】
n_propは除去すべき 伝搬モードの実効屈折率、n_dissは散逸的なモードの実効屈折率であり、これらは光ファイバの構造によって決まり、光ファイバごとに異なる値を持つ。
光ファイバ中の伝搬モードが複数ある場合、式（１）のn_prop の値はモードごとに異なるため、凹凸の周期Λを調整することにより、特定の波長λで特定のモードを減衰させることができる。
非特許文献２ではこの方法が提案されている。
これらの先行技術を組み合わせることでモードと波長を可変とするモードフィルタが構成でき、
間隔をわずかに変えることで波長の調節が可能であり、間隔を大きく変えると、減衰するモードを変えることができる。
【０００４】
屈折率変化を生じさせる方法の一つとして光ファイバに紫外線を照射する方法、炭酸ガスレーザーにより光ファイバに熱損傷を与える方法等があるが、生じる屈折率変化は半永久的であり、変化の有無を切り替えることはできない。
光ファイバに半永久的な屈折率変化を生じさせたLPFGの共振波長を変える方法として光ファイバを引っ張って伸ばす方法、非特許文献３のごとく屈折率変化を斜めに作成し当該光ファイバをねじる方法があるが、どちらも周期的な屈折率変化の間隔Λの変化は数％程度であり、共振波長の調整には使用できるが、除去するモードを変更することはできない。
【０００５】
屈折率変化を生じさせる方法の他の一つとして、機械的な圧力を光ファイバに加えるものがある。圧力の有無で屈折率変化の有無を切り替えることができる。
機械的な圧力 により周期的な屈折率変化を生じさせるためには、光ファイバに等間隔の凹凸構造を押し付けることが行われる。
凹凸の周期を可変とするために非特許文献１では図2のごとく周期構造として、つるまきばねを用いている。
円筒状のつるまきばねの側面に光ファイバを押し当てるために、ばねの外径に合わせたU字溝の底に光ファイバを配置している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】横内 孝史;   須崎 嘉文, 中川 清; 江島 正毅,山内 誠, 木村 雅則, 水谷 康男, 木村 進 “チューナブル長周期ファイバグレーティングの製作と特性評価,” 電子情報通信学会論文誌, vol. 88-C, no. 1, pp. 2227, Jan. 2005.
【非特許文献２】M. Y. Chen, J. Wei, Y. Sheng, and N. F. Ren, “Design and optimization of fundamental mode filters based on long-period fiber gratings,” Optical Fiber Technology, 2016.
【非特許文献３】Y. Zhao, Y. Liu, L. Zhang, C. Zhang, J. Wen, and T. Wang, “Mode converter based on the long-period fiber gratings written in the two-mode fiber,” Optics Express, vol. 24, no. 6, p. 6186, 2016.
【非特許文献４】http://ksphotonics.com/wp-content/uploads/2014/01/KS-TLPG-Brochure2.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上の技術によれば、波長やモードを変えるためには、ばねを引き延ばす、あるいは圧縮する必要がある。ばねの長さを大きく変化させた場合、バネの外径がわずかに変化し、U溝とばねの隙間が増減するため、ファイバへの圧力のかかり方が変化する。
このため波長やモードを変えた場合、あるいは同じ波長、同じモードであっても反復時等に特性の再現性を得ることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
等間隔な構を光ファイバに斜めにあて、その角度をかえることで実効的な格子間隔を変更することが可能である。また、角度を大きく変えることで減衰させるモードを変更することを特徴とするファイバタイプモードフィルタ である。溝は円形内の領域一面に刻む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では溝を刻んだ板とそれに対向した硬質な平板との間に光ファイバを挟み込み、これらの板に垂直に力を加えることでLPFGを作成しているため、ファイバに対する溝の角度を変えても光ファイバへの圧力のかかり方は一定しており、再現性のよいフィルタが実現できる。溝を円形内の領域一面に刻むことで溝の角度を変えても光ファイバと接する部分の長さを一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施形態を示す模式構成図。
【図２】非特許文献１のつるまきばねによる波長可変機構を示す図
【図３】この発明の他の実施形態を示す模式構成図。
【図４】本モードフィルタの効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明の実施形態の一つを図１に示す。
硬質な円形の板２の裏面に等間隔に直線状の溝８を掘り周期的な凹凸を形成する。板２と対向した硬質な平板１と板２の間に光ファイバ４を挟み込み、板２の上から力を加えることでLPFGを作成する。
光ファイバ４はほぼ直線となるように設置する。このため平板１の高さに合わせた光ファイバ固定台５を用いて固定する。平板１を拡大して固定台５の底面を兼ねることもできる。
円形の板２はその中心をとおる回転軸３のまわりに回転させることができる。力を加えた状態でに板２を回転させると、光ファイバ４に損傷をあたえるため、力を加えた状態では回転を禁止する機構をそなえることも有効である。
この機構は力を加えた状態では回転用のつまみへアクセスできないようにカバーを設けるなどの機械的なものでもよく、力の印加ならびに回転をコンピュータ制御で行う場合には、ソフトウェアで実現してもよい。
光ファイバと溝のなず角度９は円盤等に目盛を記載し直読することもできるが、別の測定手段によってもよい。
角度９は、光ファイバと直交する場合を０°ととり、角度をθ、実効的な格子間隔をΛ、溝の間隔をｄとしたばあい、これらの間の関係は
Λ = d / cos θ
である。θが９０度付近ではわずかな角度の変化で大きくΛが変化してしまい、微調整が難しくなるため角度９は最大７5度とすることが好適である。ただし、角度９が７5度を超えることは原理上問題はない。
角度９が０度から７５度まで可変できる場合、格子間隔Λは溝の間隔ｄの１倍から約３．８倍（１ / cos 75° ≒3.8 ）の間を変化させることができる。
dが２倍ないし3倍の比率をもつ複数の円盤を用意することで1枚で構成する場合に比べて対応領域の広いモードフィルタを作成可能である。
たとえば、溝の間隔ｄが0.2 ｍｍ、0.5 mm、1 mmの３枚の円盤を準備することで格子間隔Λが0.2mmから3.8 mmまで約２０倍の範囲をほぼ連続的にカバーすることができる。
【００１２】
光ファイバ４には樹脂の保護被覆でおおわれているため、力を加えた場合樹脂に不可逆的な変形が生じる場合があり、マイクロメータなどを用いて板２の移動量を計測する方法ではフィルタの再現性は得られない。樹脂の保護被覆を除去した場合にはわずかな傷で光ファイバが折れるため実用的ではない。
屈折率変化は光ファイバに加えた圧力に比例することが知られているため、加圧圧力を計測することが好ましい。同一の光ファイバであればファイバへの圧力ではなく板２へ印加した力を測定すれば十分である。印加した力は歪みゲージ等を用いた力センサ６で計測することができる。力は上面で計測してもよく下面で検出しても良い。もちろん力センサは圧力センサであってもよい。
力を加えた時に平板１と円板２を平行に保つ必要がある。この方法は任意であるが、簡便には光ファイバ４と同種の光ファイバを光ファイバ４と平行に配置する方法がある。その際、２本の光ファイバの中央をに力を加えれば、２本の光ファイバに均等に力がかかるため、光ファイバ４にかかる力は加えた力の半分となる。
力と透過特性の関係は使用する光ファイバによって異なるため、あらかじめ測定を行って条件を決める。
【００１３】
図３に他実施形態の一つを示す。
図３のごとく直線状の溝を刻んだ板32を溝を刻んだ面を上にして置き、その上に光ファイバ34を置き、その上から平板31で光ファイバ34を挟んで力を加えても良い。
溝を刻んだ板３２は回転台33の上に中心を一致させて設置し、溝と光ファイバのなす角度を変化させる。力センサ３６で加えた力を検出する。力センサ３６は回転台３３の下に設置してもよい。光ファイバの固定は１つめの実施形態と同じである。
【００１４】
これらの実施形態において、直線状の溝を刻んだ部分が円形であれば、板２，板３２は必ずしも円形である必要はない。溝を刻む板、およびそれと対向して光ファイバを挟み込む板には金属（たとえばアルミニウム、真鍮）、あるいは硬質プラスチック（たとえばPOM、ABSなど ）などを用いることができる。
【実施例】
【００１５】
実施形態１による実施例を以下に説明する。
平板１と直線状の溝８を刻んだ円板２は厚さ3mmのジュラルミン製であり、円板の裏側には直径 60 mmの円内一面に間隔0.5 mm、 深さ0.3 mmの溝を刻んでいる。力センサ６は平板１の下に歪みゲージを用いた電子秤を設置し印加した力を計測している。
力を加えた時に平板１と円板２を平行に保つため光ファイバ４と同種の光ファイバを円板の中心に対して反対側に光ファイバ４と平行に配置している。このため、以下の図で力の計測値は 6 kgfであるが実際に光ファイバ４にかかっている力はこの半分である。
【００１６】
図４は溝の方向７と光ファイバ4のなす角度９を変化させた場合の本モードフィルタの特性である。横軸が波長、縦軸が全光パワーに占める第１高次モードの光パワーの割合である。４１は力を加えない場合であり、第１高次モードの光パワーの割合はほぼ1/2である。４２から４４は６ｋｇｆの力を加えた場合の特性であり、４２は角度９が56度, ４３は57度,４４は 58度の場合である。中心波長はそれぞれ約１５４３nm、約１５５０nm、約１５５７nmである。この角度付近で１度の角度変化で約 7nmの中心波長の変化が得られている。４３では中心波長において、第１高次モードの光パワーの割合は９５％以上になっている。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
光部品、光システムなどにおいて、高次モード光に対する特性を評価したい場合、本モードフィルタと光通信用測定器、光計測機器などを組み合わせることで測定精度の向上が期待される。
【符号の説明】
【００１８】
１  平板        
２  溝を刻んだ円形の板
３  回転軸      
４  光ファイバ
５  光ファイバ固定台
６  力センサ
７  光ファイバの方向
８  直線状の溝
９  溝の方向と光ファイバのなす角度
３１  平板        
３２  溝を刻んだ円形の板
３３  回転台       
３４  光ファイバ
３５  光ファイバ固定台
３６  力センサ
４１  力を加えない場合の高次モードの割合
４２  力を加えた場合の高次モードの割合（角度５６度）
４３  力を加えた場合の高次モードの割合（角度５７度）
４４  力を加えた場合の高次モードの割合（角度５８度）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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