(57)【要約】【課題】ホーリーファイバを用いることにより、小型かつ低価格で、導波光の光損失を制御することが可能な光ファイバ及びこれを用いた光減衰器を提供する。【解決手段】この発明の光ファイバ１０は、石英系のコア１１とクラッド１２とから成り、クラッド１２には軸線方向に伸びる複数の孔１３を有する光ファイバであって、長手方向の少なくとも一部において、前記複数の孔１３内に熱光学定数が負の高分子材料１５が充填されている。この発明の光減衰器５０は、光ファイバ１０を用いて、当該光ファイバを加熱し、それに応じて前記高分子材料１５の屈折率を変化させることにより、導波光の光損失を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系のコアとクラッドとから成り、クラッドには軸線方向に伸びる複数の孔を有する光ファイバであって、
長手方向の少なくとも一部において、前記複数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
石英系の材料から成り、中心を除く中央部には軸線方向に伸びる多数の孔を有する光ファイバであって、
長手方向の少なくとも一部において、前記多数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項３】
石英系の材料から成り、中心を含む中央部には軸線方向に伸びる多数の孔を有する光ファイバであって、
長手方向の少なくとも一部において、前記多数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
前記高分子材料が長手方向の全部に亘り充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記高分子材料が充填されている長手方向部分の少なくとも一部の裸ファイバに、金属膜が被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記コアの屈折率をｎ１、前記クラッドの屈折率をｎ２としたとき、コアとクラッドとの比屈折率差Δが、Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ２＊１００＜０．１％であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記高分子材料の熱光学定数（ｄｎ／ｄＴ）の絶対値が１＊１０−４よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記高分子材料のガラス転移温度がゼロ℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記高分子材料の複屈折が１＊１０−４以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の光ファイバ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の光ファイバを用いて、当該光ファイバを加熱し、それに応じて前記高分子材料の屈折率を変化させることにより、導波光の光損失を制御することを特徴とする光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導波光の光損失を制御することが可能な光ファイバ及びこれを用いた光減衰器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの高度化に向けて、導波路型光デバイスの研究開発が盛んに進められている。なかでも、ＰＬＣ型光導波路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuits）は高密度光配線、導波路型光デバイス実現への基本技術として注目されている。
【０００３】
光通信システムにおいて利用される光は主に近赤外領域の光であり、波長１．３μｍ帯ならびに１．５５μｍ帯が主流である。最近では、さらに長波長の波長帯での利用が検討されており、前述の２つの波長帯に加えて、１．６５μｍ帯の利用も進みつつある。
【０００４】
一般的に、光導波路には、作製の容易性、低損失性、耐熱性等さまざまな条件が要求される。現在、光導波路材料としては石英が最もよく利用されており、その光導波路は波長１．３μｍおよび１．５５μｍで０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低光損失を示す。また、１．６５μｍにおいても同様の低損失性を示す。
【０００５】
しかし、石英系のＰＬＣ型光導波路は、製造プロセスが複雑であり、大面積化が困難などの問題点を有し、経済性、汎用性に優れた導波路型光デバイスは得にくい。
【０００６】
一方、ポリマー系のＰＬＣ型光導波路は、スピンコート法を用いて４００℃以下の温度で形成できるため、石英系のＰＬＣ型光導波路と比較して製造設備費用が低価格になる。また、作製が容易であるため、製造プロセスが短縮できることにより製造費用も低価格になる。さらに、高分子材料は石英に比べて１０倍以上大きな熱光学（ＴＯ）効果（屈折率の温度依存性）を持ち、このＴＯ効果を利用した導波路光デバイスへの応用が特に有望である。
【０００７】
一般的に、ポリマー材料を近赤外域（０．８〜２．５μｍ）での適用を目的とした光導波路に用いる場合、石英系の材料と比較してまず問題となるのは大きな光損失である。ポリマーにおける損失原因には大きく分けて光の散乱と光の吸収の２つがあるが、光通信に用いられる波長の広帯域化が進行するにつれ、後者の原因による損失が支配的となる。つまり、分子構造に本質的な振動吸収による損失が支配的となり、ポリマー光学材料の光導波特性（特に１．３μｍ〜１．６μｍ帯）に大きな制約をもたらすことになる。
【０００８】
特にポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やポリスチレン（ＰＳ）のように、分子鎖内に炭素−水素結合（Ｃ−Ｈ結合）を有するものは、高調波の吸収強度が減衰しにくいこともあって、近赤外域において大きな光損失を示す。このＣ−Ｈ結合に起因する高調波を小さくし、かつ長波長側へシフトさせるために、分子鎖内の水素を重水素（Ｄ）あるいはフッ素（Ｆ）で置換することが試みられており、ＰＭＭＡやＰＳ中の水素を重水素あるいはフッ素で置換した材料によるＰＬＣ型光導波路作製がこれまでに行われている。
【０００９】
しかし、これらのポリマー光学材料は、例えば基板上での光電子集積回路（ＯＥＩＣ：Opto Electronic Integrated Circuit）作製に必要な耐熱性（たとえば、２６０℃における安定性）を持たないため、光電子集積回路等に適用するには工程上の種々の工夫が必要である。
【特許文献１】特開２００４−２２６５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来のＰＬＣ型光導波路で構成される可変光減衰器は、その構造上、素子が大きくなったり、特性の再現性、安定性が不十分であるだけでなく、伝送路である丸い光ファイバとの直接接続が難しいという課題を有していた。
【００１１】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、ホーリーファイバを用いることにより、小型かつ低価格で、導波光の光損失を制御することが可能な光ファイバ及びこれを用いた光減衰器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の請求項１に係る光ファイバは、石英系のコアとクラッドとから成り、クラッドには軸線方向に伸びる複数の孔を有する光ファイバであって、長手方向の少なくとも一部において、前記複数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る光ファイバは、石英系の材料から成り、中心を除く中央部には軸線方向に伸びる多数の孔を有する光ファイバであって、長手方向の少なくとも一部において、前記多数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る光ファイバは、石英系の材料から成り、中心を含む中央部には軸線方向に伸びる多数の孔を有する光ファイバであって、長手方向の少なくとも一部において、前記多数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の請求項４に係る光ファイバは、請求項１〜３のいずれか１項記載の光ファイバにおいて、前記高分子材料が長手方向の全部に亘り充填されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の請求項５に係る光ファイバは、請求項１〜４のいずれか１項記載の光ファイバにおいて、前記高分子材料が充填されている長手方向部分の少なくとも一部の裸ファイバに、金属膜が被覆されていることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項６に係る光ファイバは、請求項１記載の光ファイバにおいて、前記コアの屈折率をｎ１、前記クラッドの屈折率をｎ２としたとき、コアとクラッドとの比屈折率差Δが、Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ２＊１００＜０．１％であることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明の請求項７に係る光ファイバは、請求項１〜６のいずれか１項記載の光ファイバにおいて、前記高分子材料の熱光学定数（ｄｎ／ｄＴ）の絶対値が１＊１０−４よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明の請求項８に係る光ファイバは、請求項１〜７のいずれか１項記載の光ファイバにおいて、前記高分子材料のガラス転移温度がゼロ℃以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明の請求項９に係る光ファイバは、請求項１〜８のいずれか１項記載の光ファイバにおいて、前記高分子材料の複屈折が１＊１０−４以下であることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明の請求項１０に係る光減衰器は、請求項１〜９のいずれか１項記載の光ファイバを用いて、当該光ファイバを加熱し、それに応じて前記高分子材料の屈折率を変化させることにより、導波光の光損失を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
この発明は以上のように、石英系のコアとクラッドとから成り、クラッドには軸線方向に伸びる複数の孔を有する光ファイバであって、長手方向の少なくとも一部において、前記複数の孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されている構成としたので、小型かつ低価格であり、しかも、孔内に充填されている高分子材料の熱光学（ＴＯ）効果を利用して導波光の光損失を制御することが可能である。
【００２３】
また、この発明による光減衰器は、ホーリーファイバの孔内に熱光学定数が負の高分子材料が充填されている構成としたので、小型かつ低価格であり、しかも、孔内に充填されている高分子材料の熱光学（ＴＯ）効果を利用して導波光の光損失を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、この発明による光ファイバの一実施形態を示す断面図である。この光ファイバ１０は、石英系のコア１１とクラッド１２とから成り、クラッド１２には軸線方向に伸びる複数の孔（空孔）１３を有し、長手方向の少なくとも一部において、複数の孔（空孔）内１３に熱光学定数が負の高分子材料１５が充填されたものである。
【００２６】
このような孔（空孔）１３を有する光ファイバは、いわゆるホーリーファイバの中で空孔アシストファイバと呼ばれるものであり、この場合は一般に、コア１１は高屈折率ガラス、クラッド１２は空孔付きガラスであり、導波原理は全反射である。
【００２７】
そして、この空孔アシストファイバの孔（空孔）１３内に、熱光学定数が負の高分子材料１５を充填したものがこの実施形態による光ファイバ１０である。なお、被覆は図示省略してある。
【００２８】
この光ファイバ１０の具体的構成について以下に説明する。
【００２９】
使用する空孔アシストファイバは適宜長さのものであり、コア１１の外径は１０μｍ、クラッド１２の外径は１２５μｍであり、クラッド１２におけるコア１１の外周に相当する部分に、直径１０μｍの孔（空孔）１３がピッチ１５μｍで６本形成されている。
【００３０】
クラッド１２の屈折率（ｎ２）はｎ２＝１．４５８、コア１１とクラッド１２との比屈折率差（Δ）はΔ＝０．０１％である。
【００３１】
ここで、光ファイバ１０に用いる空孔アシストファイバは、コア１１の屈折率をｎ１、クラッド１２の屈折率をｎ２としたとき、コア１１とクラッド１２との比屈折率差Δが、Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ２＊１００＜０．１％であることが好ましい。
【００３２】
そして、孔（空孔）１３内に、２０℃で屈折率（ｎ）がｎ＝１．４５８、熱光学定数（ｄｎ／ｄＴ）がｄｎ／ｄＴ＝−６＊１０−４、複屈折が１＊１０−４以下、ガラス転移温度が−４５℃以下のシリコーン系の高分子材料１５を充填した。
【００３３】
ここで、熱光学定数（ｄｎ／ｄＴ）におけるｎは高分子材料１５の屈折率、Ｔは温度である。この高分子材料１５は、光ファイバ１０（空孔アシストファイバ）の先端に高分子材料１５からなる液状樹脂を塗布することにより、毛細管現象で約４０ｃｍ充填することができた。
【００３４】
また、光ファイバ１０に用いる高分子材料１５は、熱光学定数（ｄｎ／ｄＴ）の絶対値が１＊１０−４よりも大きいことが好ましい。
【００３５】
また、光ファイバ１０に用いる高分子材料１５は、ガラス転移温度がゼロ℃以下であることが好ましい。
【００３６】
また、光ファイバ１０に用いる高分子材料１５は、複屈折が１＊１０−４以下であることが好ましい。
【００３７】
その後、孔（空孔）１３内に充填した高分子材料１５を１００℃で加熱し、硬化させた。得られた光ファイバ１０は、先端から一定長さ（約４０ｃｍ）まで高分子材料１５が孔（空孔）１３内に充填・硬化され、それを越える長手方向部分では孔（空孔）１３が空孔のままの状態のものである。
【００３８】
このように、孔（空孔）１３の長手方向に沿って、高分子材料１５が充填・硬化された部分と、空孔のままの状態の部分とを備えた光ファイバ１０は、もちろんこの実施形態による光ファイバ１０の一例である。
【００３９】
また、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化された部分だけを切り出して得られる光ファイバ１０も、この実施形態による光ファイバ１０の他の例である。この場合、光ファイバ１０の長手方向の全部に亘り、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化されていることとなる。そして、その全長は約４０ｃｍまたはそれ以下である。
【００４０】
さらに、後述するように高分子材料１５の熱光学（ＴＯ）効果を利用するため、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化された部分の一部（所要長さ）の被覆を除去し、その裸ファイバ外周に通電用の金属膜が被覆されている光ファイバ１０もまた、この実施形態による光ファイバ１０のさらに他の例である。
【００４１】
次に、光ファイバ１０の孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化された部分３０ｍｍを切り出し、その両端に、ＩＴＵ−ＴＧ．６５２のシングルモード型光ファイバ２ｍずつをそれぞれ接続し、試験片とした。
【００４２】
室温２０℃でこの試験片の光損失を測定したところ、波長１５５０ｎｍの導波光で光損失は約１３ｄＢであった。
【００４３】
この試験片を恒温槽に投入し、恒温槽の温度を上げていったところ、温度の上昇と共に光損失は減少していき、６０℃で、光損失は０．０２ｄＢまで減少し、飽和した。
【００４４】
これは、温度が上昇することにより、孔（空孔）１３内の高分子材料１５の屈折率が減少し、導波光の閉じ込め効果が強くなったことによると考えられる。
【００４５】
また、同時に偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）を測定したが、２０℃、６０℃いずれの温度においても０．２ｄＢ以下であった。
【００４６】
この結果から、光ファイバ１０の孔（空孔）１３内に充填・硬化されている高分子材料１５の熱光学（ＴＯ）効果を利用して、導波光の光損失を制御することができることが分かった。すなわち、光ファイバ１０は、例えば、温度６０℃を初期状態として温度を下げていくことにより、光減衰器（可変光減衰器）として応用できる。
【００４７】
光ファイバ１０を光減衰器（可変光減衰器）として利用する場合は、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化された部分の一部（所要長さ）の被覆を除去し、その裸ファイバ外周に、ヒータ用としてＮｉＣｒ、電気パッド用として金を蒸着し、電流を流すことで温度を変化させ、熱光学効果で高分子材料１５の屈折率ｎを変えることで実現可能となる。
【００４８】
図２は、この発明による光ファイバの他の実施形態を示す断面図である。この光ファイバ２０は、石英系の材料から成り、中心を除く中央部には軸線方向に伸びる多数の孔（空孔）２３を有し、長手方向の少なくとも一部において、多数の孔（空孔）２３内に熱光学定数が負の高分子材料２５が充填されたものである。
【００４９】
このような孔（空孔）２３を有する光ファイバは、いわゆるホーリーファイバの中でフォトニック結晶ファイバと呼ばれるものであり、この場合は一般に、孔（空孔）２３が形成されない中心に位置するコア部２１は石英ガラス、クラッド部２２は空孔付きガラスであり、導波原理は全反射である。
【００５０】
そして、このフォトニック結晶ファイバの孔（空孔）２３内に、熱光学定数が負の高分子材料２５を充填したものがこの実施形態による光ファイバ２０である。なお、被覆は図示省略してある。
【００５１】
この光ファイバ２０の具体的構成については、図１に示す光ファイバ１０の上記した具体的構成とほぼ同様であるので、その詳細な説明は省略する。なお、光ファイバ２０の孔（空孔）２３内に充填・硬化されている高分子材料２５の熱光学（ＴＯ）効果を利用して導波光の光損失を制御することができる点についても、図１に示す光ファイバ１０の場合と同様である。
【００５２】
図３は、この発明による光ファイバのさらに他の実施形態を示す断面図である。この光ファイバ３０は、石英系の材料から成り、中心を含む中央部には軸線方向に伸びる多数の孔（空孔）３３を有し、長手方向の少なくとも一部において、多数の孔（空孔）３３内に熱光学定数が負の高分子材料３５が充填されたものである。
【００５３】
このような孔（空孔）３３を有する光ファイバは、いわゆるホーリーファイバの中でフォトニック・バンドギャップ・ファイバと呼ばれるものであり、この場合は一般に、中心に位置するコア部３１は中空（中空コア）、クラッド部３２は空孔付きガラスであり、導波原理はブラッグ反射である。
【００５４】
そして、このフォトニック・バンドギャップ・ファイバの孔（空孔）３３内に、熱光学定数が負の高分子材料３５を充填したものがこの実施形態による光ファイバ３０である。なお、被覆は図示省略してある。
【００５５】
この光ファイバ３０の具体的構成については、図１に示す光ファイバ１０の上記した具体的構成とほぼ同様であるので、その詳細な説明は省略する。なお、光ファイバ３０の孔（空孔）３３内に充填・硬化されている高分子材料３５の熱光学（ＴＯ）効果を利用して導波光の光損失を制御することができる点についても、図１に示す光ファイバ１０の場合と同様である。
【００５６】
図４は、この発明による光減衰器の一実施形態を示す展開斜視図、図５は組立斜視図であり、図６は、図４のVI−VI線に沿った断面図、図７は、図４のVII−VII線に沿った断面図である。
【００５７】
この光減衰器５０は、光ファイバ１０を用いて、これを加熱し、それに応じて光ファイバ１０の孔（空孔）１３内に充填・硬化されている高分子材料１５の屈折率を変化させることにより、導波光の光損失を制御するものである。
【００５８】
なお、図４、図５では、光ファイバ１０を６本用いているが、１本だけでもよく、そのため、図６、図７では光ファイバ１０が１本だけの断面を示してある。また、光ファイバ１０に限らず、光ファイバ２０または光ファイバ３０を用いても、同様の光減衰器５０を実現できる。
【００５９】
図４、図６に示すように、光ファイバ１０は紫外線硬化型樹脂からなる被覆１４を備えている。そして、図４、図７に示すように、光ファイバ１０の先端から所要長さだけ被覆１４を除去し、その裸ファイバ外周に通電用の金属膜１６を被覆する。
【００６０】
ここで、金属膜１６を被覆する部分については、その長手方向全体に亘り、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化されている。それ以外の被覆１４を除去しない部分については、孔（空孔）１３内に高分子材料１５が充填・硬化されていないか、または、被覆１４除去部分との境界から適宜の長さだけ高分子材料１５が充填・硬化されているか、あるいは、その長手方向全体に亘り高分子材料１５が充填・硬化されていてもよい。
【００６１】
そして、このような光ファイバ１０の金属膜１６被覆部分を、Ｖ溝基盤５１のＶ溝５２内に位置決めし、ヒータ板５５を被せて固定することで、光減衰器５０を構成する。
【００６２】
このような光減衰器５０は、ヒータ（ヒータ板）５５に通電・加熱することで金属膜１６を加熱し、これにより、金属膜１６被覆部分に対応する孔（空孔）１３内に充填・硬化されている高分子材料１５を始め、光ファイバ１０全体の高分子材料１５の屈折率を変化させることができる。
【００６３】
すなわち、この光減衰器５０は、光ファイバ１０の孔（空孔）１３内に充填・硬化されている高分子材料１５の熱光学（ＴＯ）効果を利用して、高分子材料１５の屈折率を変化させ、導波光の光損失を制御することができることとなる。
【００６４】
なお、このような光ファイバ１０の端部には、光導波用の通常の光ファイバを光接続するが、光減衰器５０の光減衰素子が、通常の光ファイバと同様の断面円形の光ファイバ１０で構成されているから、従来のＰＬＣ型光導波路で構成される可変光減衰器とは異なり、小型かつ低価格であり、特性の再現性、安定性に優れ、伝送路である丸い光ファイバとの直接接続が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明による光ファイバの一実施形態を示す断面図である。
【図２】この発明による光ファイバの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】この発明による光ファイバのさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図４】この発明による光減衰器の一実施形態を示す展開斜視図である。
【図５】この発明による光減衰器の一実施形態を示す組立斜視図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿ってとられた断面図である。
【図７】図４のVII−VII線に沿ってとられた断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０，２０，３０  光ファイバ
１１，２１，３１  コア（コア部）
１２，２２，３２  クラッド（クラッド部）
１３，２３，３３  孔（空孔）
１４  被覆
１５，２５，３５  高分子材料
１６  金属膜
５０  光減衰器
５１  Ｖ溝基盤
５２  Ｖ溝
５５  ヒータ（ヒータ板）
【図１】
2008052053.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008052053.tif 000007
【図６】
2008052053.tif 000008
【図７】
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