(57)【要約】ＳＣ形光ＰＡＤコネクタ４は、受信信号の強度を許容範囲内に調整するためのＣｏやＶ等の減衰性ドーパント及び入力光を選択反射させるためのＧｅやＳｎ等の感光性ドーパントが含有され、長さ方向の中央部分に屈折率の周期的変調構造部であるチャープト・グレーチングが形成されたコアと、このコアの外周に形成されたコアよりも屈折率の小さいクラッドを備えた光ファイバ５の所定の長さをフェルール６で保護し、ハウジング７内に嵌合したもので、一端は雄型の接続端子を、他端は雌型の接続端子に形成されている。
2004011971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、このコアの外周に形成され、前記コアよりも屈折率の小さいクラッドからなり、前記コア部分に、受信信号の強度を許容範囲内に調整するための減衰性ドーパント及び紫外線照射によって長寿命の屈折率変化を起こさせるための感光性ドーパントを含有させるとともに、前記コア部分に入力光を選択反射させるための屈折率格子を形成したことを特徴とする光フィルタ。
【請求項２】
コアと、このコアの外周に形成され、前記コアよりも屈折率の小さいクラッドからなり、前記コア部分に、受信信号の強度を許容範囲内に調整するための減衰性ドーパント及び紫外線照射によって長寿命の屈折率変化を起こさせるための感光性ドーパントを含有させるとともに、前記コア部分に入力光を選択反射させるための屈折率格子を形成した、所定の長さを有する光ファイバを用いたことを特徴とする光フィルタ。
【請求項３】
屈折率格子の格子ベクトルがＢｒａｇｇ回折格子であることを特徴とする請求項１又は２記載の光フィルタ。
【請求項４】
屈折率格子は、チャープト・グレーチングであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の光フィルタ。
【請求項５】
チャープト・グレーチングの反射スペクトルは、入射光の波長に対して傾斜機能を有することを特徴とする請求項４記載の光フィルタ。
【請求項６】
減衰性ドーパントは、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎを含む遷移金属元素から選択された少なくとも１種以上の元素からなることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光フィルタ。
【請求項７】
感光性ドーパントは、Ｂ及びＡｌ等の周期律表第３Ｂ族、Ｇｅ、Ｓｎ及びＰｂ等の周期律表第４Ｂ族並びにＮ、Ｐ及びＳｂ等の周期律表第５Ｂ族に属する元素から選択された少なくとも１種以上の元素からなることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の光フィルタ。
【請求項８】
感光性ドーパントは、コアの外周に形成されたクラッドに含有させたことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の光フィルタ。
【請求項９】
光ファイバは、光コネクタ内のフェルール中に収容されていることを特徴とする請求項２乃至８いずれか１項記載の光フィルタ
【請求項１０】
光コネクタは、その両端部に雄型及び雌型の接続端子が形成された光ＰＡＤコネクタであることを特徴とする請求項９載の光フィルタ。
【請求項１１】
光ＰＡＤコネクタは、ＳＣ形、ＭＵ形、ＦＣ形又，はＬＣ形光ＰＡＤコネクタであることを特徴とする請求項１０記載の光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は光導波路構造を有する光フィルタに係り、特に波長多重光通信システムに使用される透過光のレベル調整機能及び入力光の波長選択反射機能又は波長選択遮断機能を有する光フィルタに関する。
【背景技術】  現在、光通信システムでは、伝送路の大容量化や高機能化を実現する目的で、１本の光ファイバに複数の波長の信号光や試験光を重畳する波長多重光伝送方式が広く採用されている。
この方式では、送信側で複数の信号光及び試験光を合波する光合波器を、また、受信側では逆に複数の信号光や試験光を分離する光分波器や不要信号光を遮断する光ブロッキング・フィルタを使用する必要がある。
例えば、現在の光線路においては、通信中においても線路やシステムの監視・試験が可能なように、通信光とは異なる波長の試験光を用いた光線路保守支援システムが実用化されている。このシステムにおける試験光遮断に用いるような広帯域の光ブロッキング・フィルタとして、従来は誘電体多層膜フィルタが広く用いられてきた。しかし、この誘電体多層膜フィルタは、実装時光ファイバと結合させるための煩雑な調整・固定作業が必要である難点があるため、光ファイバのコアに屈折率格子を形成したファイバグレーチング（以下、ＦＧという）の一形態であるファイバブラッググレーチング（以下、ＦＢＧという）を使用したＦＢＧ形光フィルタへの置き換えが進んでいる。この光フィルタは、無調整で実装可能である他、低コストである利点を有する。
また、受信側では、受信機が許容可能な信号レベルに上限があるため、受信機に入る信号の強度を許容範囲内に調整する目的で減衰器等の受光レベル調整器が必要となる場合がある。このような受光レベル調整器として、光通信システムでは光固定減衰器が一般的に使用されており、光ファイバのコア及びクラッドに反射の発生を抑制しつつ透過信号を減衰させるために、コア軸に対して傾斜した金属薄膜層又はエアギャップを形成した金属薄膜方式又はエアギャップ方式の光固定減衰器あるいは光ファイバのコアに減衰性ドーパントを添加した金属ドープファイバ方式の光固定減衰器が知られているが、構造が簡単で特性安定性及びパワー耐力が高いことから、金属ドープファイバ方式の光固定減衰器が、現在主流となっている。
以上のように、波長多重伝送方式では、受信側において光ブロッキング・フィルタや光固定減衰器が必要である場合、それぞれの機能を有する部品を別個に製作し、これらの部品を接続して使用することが行なわれており、この場合、以下のような問題があった。
即ち、近年の光通信システムでは、部品や機器の実装・高密度化や低コスト化の要請が極めて増大しており、従来の複数の部品を接続する方式では、
イ）実装容量を小さくすることが困難である。
ロ）製造及び施工の低コスト化が困難である。
ハ）接続点が増加することにより接続損失が増加し、信頼性が低下する。
という問題がある。
以上の問題を解決する手段として、ＦＢＧ内蔵ＳＣ形光コネクタと金属薄膜方式又はエアギャップ方式の光固定減衰器とを組合わせて光減衰機能を有するコネクタを形成することが考えられるが、ＦＢＧ内蔵ＳＣ形光コネクタと金属薄膜方式叉はエアギャップ方式の光固定減衰器とを組合わせた場合には、以下のような難点を生ずる。
即ち、金属薄膜方式叉はエアギャップ方式の光固定減衰器では、金属薄膜層又はエアギャップをフェルール内の光ファイバのコア及びクラッドのほぼ中心部に形成する必要があるために、実装可能なＦＢＧ長さがフェルールの約半分の長さに制限され、これによるＦＢＧの設計の自由度が低下し、広帯域で、かつ高遮断特性を付与することが困難となる。
本発明は、以上の問題を解決するためになされたもので、ＦＢＧ内蔵ＳＣ形光コネクタ等の光フィルタと金属ドープファイバ方式の光固定減衰器とを組合わせることにより、ＦＢＧの設計の自由度が大きく、広帯域で、かつ高遮断特性を有する光減衰機能を有する光フィルタを提供することをその目的とする。
以上の目的を達成するために、本発明による光フィルタは、コアと、このコアの外周に形成され、前記コアよりも屈折率の小さいクラッドからなり、前記コア部分に、受信信号の強度を許容範囲内に調整するための減衰性ドーパント及び紫外線照射によって長寿命の屈折率変化を起こさせるための感光性ドーパントを含有させるとともに、前記コア部分に入力光を選択反射させるための屈折率格子を形成したものである。
また、本発明による他の光フィルタは、コアと、このコアの外周に形成され、前記コアよりも屈折率の小さいクラッドからなり、前記コア部分に、受信信号の強度を許容範囲内に調整するための減衰性ドーパント及び紫外線照射によって長寿命の屈折率変化を起こさせるための感光性ドーパントを含有させるとともに、前記コア部分に入力光を選択反射させるための屈折率格子を形成した、所定の長さを有する光ファイバを用いたもので、光コネクタ等への適合性を有するものである。
以上の発明において、コア部分に入力光を選択反射させるための屈折率格子を、コアの軸方向で格子間隔が連続的に変化するチャープト・グレーチングに形成し、入射光の波長に対して傾斜機能を有するようにすることが好ましい。
また、屈折率格子にはＦＢＧ以外の形態のＦＧ（例えばスラント型やスーパーストラクチャ型、長周期型など）を用いても同様の効果が期待できる。
また、以上の発明において、減衰性ドーパントとしては、遷移金属元素の内、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎから選択された少なくとも１種以上の元素を用いることが好ましく、また、感光性ドーパントとしては、Ｂ及びＡｌ等の周期律表第３Ｂ族、Ｇｅ、Ｓｎ及びＰｂ等の周期律表第４Ｂ族並びにＮ、ｐ及びＳｂ等の周期律表第５Ｂ族に属する元素から選択された少なくとも１種以上の元素を用いることが好ましい。
上記の感光性ドーパントはコアに含有されるが、コアの外周に形成されたクラッドにも含有させることにより、基本モードからクラッドモードへの結合を抑制することができる。
本発明による光ファイバは、リコートやハードパッケージ（ガラス等の基板に接着や半田等によって光ファイバを固定する方法）による保護も可能であるが、その外側に配置されたフェルールに保護され、その両端部に雄型及び雌型の接続端子が形成された光ＰＡＤコネクタ内部に収容して使用することが好ましい。この場合において、光ＰＡＤコネクタは、ＳＣ形光コネクタ（Ｆ０４形光ファイバコネクタ／ＪＩＳＣ５９７３）、ＭＵ形光コネクタ（Ｆ１４形光ファイバコネクタ／ＪＩＳＣ５９８３）、ＦＣ形光コネクタ（Ｆ０１形光ファイバコネクタ／ＪＩＳＣ５９７０）又はＬＣ形光コネクタ等の規格化されたコネクタ内に収容された状態で使用することにより汎用性を広げることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の光フィルタの一実施例の概略を示す断面図である。
図２は、本発明の光フィルタの一実施例の入力光に対する光帯域遮断機能を示す概略断面図である。
図３は、本発明による光ファイバ用いたＳＣ形光ＰＡＤコネクタの一実施例を示す概略縦断面図である。
図４は、本発明による光フィルタの一実施例の透過スペクトラムを示す図である。
図５は、本発明による光フィルタの一実施例の反射スペクトラムを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の光フィルタの一実施例を示したもので、光フィルタ１は、コア２と、このコアの外周に形成されたコアよりも屈折率の小さいクラッド３を備えている。このクラッド３は２層叉は３層構造とすることもでき、クラッド３を２層構造とする場合には、２層目のクラッドの屈折率を１層目のクラッドの屈折率より高くし、一方、クラッド３を３層構造とする場合には、更に３層目のクラッドの屈折率を２層目のクラッドの屈折率より低くする。このような屈折率構造を形成することにより、接続部で発生するクラッドモードが基本モードに再結合することを防止し、ＦＢＧで発生するクラッドモードが基本モードに再結合して波長特性にビートと呼ばれる周期構造が発生することを防止する効果が得られる。
上記のコア２の部分にはＣｏやＶ等の１種以上の減衰性ドーパント及びＢ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎ、Ｐ、Ｓｂ等から選択された１種以上の感光性ドーパントが含有されている。減衰性ドーパントは、受信信号の強度を許容範囲内に調整するために含有され、一方、感光性ドーパントは、コア部分に入射する入力光を選択反射させるための屈折率格子を形成するために含有される。
以上のＧｅ等の感光性ドーパントは、クラッドモードの発生を抑制するために、コア外周のクラッド３に含有させることもでき、Ｇｅを用いた場合には屈折率が増加するため、同時にクラッド３に屈折率低下元素であるＢやＦが含有される。
コア２の長さＬの中央部分には、屈折率の高い領域Ｈの周期的変調構造部Ｇが形成されている。ファイバグレーチングは特定の波長成分の光に対し、伝搬モードを変換する機能を有する。ファイバグレーチングの屈折率変調周期（以下「格子間隔」という）と入出力モードの伝搬定数の間には式（１）で示される位相整合条件が成立する。
β１−β０＝２π／Λ・・・・・・（１）
β０：入力モードの伝搬定数
β１：出力モードの伝搬定数
Λ  ：格子間隔
従って、この格子間隔やファイバ軸に対する格子の傾斜によって位相整合条件を満たすモードが異なったものとなる。最も代表的なＦＢＧは格子間隔が波長程度（１００ｎｍオーダー）のもので、基本モードを伝搬する所望の波長成分をＢｒａｇｇ反射によって逆方向の基本モードに変換する。同様の格子間隔でファイバの主軸に対し格子面を傾斜させて形成したスラント型（傾斜型、チルト型）グレーチングは基本モードをクラッドモードに結合させる機能を示す。更に、格子間隔を１００μｍオーダーにすると基本モードを順方向のクラッドモードに変換する機能を有する長周期グレーチングとなる。本発明はあらゆるファイバグレーチングに適用できるが、中でもチャープトＦＢＧへの適用が重要である。
図１においては、この周期的変調構造が特定の波長範囲でＢｒａｇｇ反射を生ずるように、格子間隔がコア２の軸方向に沿って連続的に変化するチャープト・グレーチングを示している。
図２は、上記のチャープト・グレーチングの入力光に対する光帯域遮断機能を示しており、入力光の帯域中の短波長成分（点線）は格子間隔の短い光フィルタ１の入口側で反射され、一方、入力光の帯域中の長波長成分（実践）は格子間隔の長い光フィルタ１の出口側で反射され、他の帯域成分は受信信号として光フィルタ１を通過する。
図３は、本発明による光ファイバ用いたＳＣ形光ＰＡＤコネクタの縦断面図を示したもので、ＳＣ形光ＰＡＤコネクタ４は、基本的に上述の光フィルタである光ファイバ５（同図では、クラッドは省略してある。）の所定の長さをフェルール６で保護し、ハウジング７内に嵌合したもので、一端は雄型の接続端子を、他端は雌型の接続端子に形成されている。
【実施例】  以下、本発明の一実施例について説明する。
コア径８μｍ、ファイバ長（Ｌ）２２ｍｍ、比屈折率差０．３％の光ファイバのコア部分の全長に亘ってＧｅ及びＣｏ（Ｃｏ濃度６，０００ｐｐｍ）を含有させ、減衰率（Ａ）０．２ｄＢ／ｍｍの光減衰ファイバを作成した。
この光減衰ファイバにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いて位相マスク法により、チャープト・グレーチングを形成して光フィルタを作成した。このチャープト・グレーチングの位相マスクの中心ピリオド（２Λ）は１１４０ｎｍ、ピリオドのチャープ率（Ｃ）は０．５ｎｍ／ｍｍ、チャープトＦＢＧの長さ（Ｇ）は２０ｍｍ、ＦＢＧ中の実効屈折率（Ｎ）は１．４４７、屈折率変調は３×１０−３、光減衰ファイバの入射端からＦＢＧ入射端までの距離（Ｄ）は１．０ｍｍである。
以上のようにして作成した光フィルタのＦＢＧの反射帯域幅、ＦＢＧで反射される最短反射波長と最長反射波長との光路差及び減衰量差、反射スロープ、最大反射率は以下のようになる。
ア）反射帯域幅
実効屈折率（Ｎ）×チャープ率（Ｃ）×ＦＢＧの長さ（Ｇ）＝１４．４７ｎｍ
イ）光路差
２×ＦＢＧの長さ（Ｇ）＝４０ｍｍ
ウ）減衰量差
光路差（イ）×減衰率（Ａ）＝８ｄＢ
エ）反射スロープ
減衰量差（ウ）／反射帯域幅（ア）＝０．５５３ｄＢ／ｎｍ
オ）最小反射減衰量
２×減衰率（Ａ）×ＦＢＧ入射端までの距離（Ｄ）＝０．４ｄＢ
上記の光フィルタの透過スペクトラム、即ち、入力波長（ｎｍ）と透過率（ｄＢ）との関係を図４に、また、反射スペクトラム、即ち、入力波長（ｎｍ）と反射率（ｄＢ）との関係を図５に示す。
図４において、点線（ＳＭＦ−ＦＢＧ）は減衰ドーパントを含有していないシングルモードＦＢＧファイバを示し、実線（ＡＴＴ−ＦＢＧ）は実施例の光フィルタを示す。また、図５において、点線（ＳＭＦ−ＦＢＧ：短→長）は減衰ドーパントを含有していないシングルモードＦＢＧファイバにおいて、格子間隔の短い側から長い側へ光が入力する場合を、また、太い実線（ＡＴＴ−ＦＢＧ：短→長）は実施例の光フィルタにおいて、格子間隔の短い側から長い側へ光が入力する場合を示し、細い実線（ＡＴＴ−ＦＢＧ：長→短）は実施例の光フィルタにおいて、格子間隔の長い側から短い側へ光が入力する場合を示している。
以上のコアの軸方向で格子間隔が連続的に変化するチャープトＦＢＧにおいては、図２に示すように、入力光の波長によってＦＢＧ中での反射点が異なる。このため、入力光の波長に応じて反射光の光路長が異なり、長波長ほど光路長が長くなる。
一方、減衰ファイバでは、光路長がその減衰量を決定するため、チャープト・グレーチングの反射スペクトルは、入射光の波長に対して傾斜機能を有することになる。即ち、チャープトＦＢＧの反射スペクトルは、図５に示すように、波長特性（スロープ）を生じ、入力光が格子間隔の短い側から入射した場合には、長波長側の反射率が低くなるスペクトル特性が、逆に入力光が格子間隔の長い側から入射した場合には、短波長側の反射率が低くなるスペクトル特性が得られることとなる。
このようなスペクトル特性は、波長特性を有する減衰器等に利用することができる。即ち、減衰器には通常フラットな波長特性が要求されるが、例えば、光増幅器の利得等価器（利得平坦化フィルタ）のように、一部に波長特性が要求される場合もある。ＥＤＦＡ（エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器）等では、本質的にドーパントの発光スペクトル特性に起因した波長特性を有する。この場合、減衰量の波長特性を持たせた減衰ファイバや長周期ＦＢＧにより、これを相殺する方法が用いられており、本発明の光フィルタは、このような用途に利用することができる。
【産業上の利用の可能性】
以上述べたように、本発明の光フィルタは、金属ドープファイバ方式の光固定減衰器にＦＢＧを形成したことにより、以下のような利点を有する。
イ）全長が単一のファイバにより形成されているため、実装容量を小さくすることができる。
ロ）長尺のＦＢＧの実装が可能となり、ＦＢＧの設計の自由度を大きくすることができる。
ハ）ファイバ構造の変更のみで複合機能を備えることができ、筐体や実装構造を変更することなく、既存の光部品をそのまま使用することができる。
ニ）接続点が減少することにより接続損失が低下し、信頼性が向上する。
ホ）製造及び施工の低コスト化が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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