(57)【要約】【課題】拡散型光導波路デバイスに低結合損失で光を結合することができる光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバのコア１１の一方の側面の近傍に、空孔１０を設ける。空孔１０は、コア１１に漸近するように形成する。空孔１０をコア１１の一方の側に設けると、コア１１の近傍に、クラッドより屈折率の小さい部分、すなわち、コア１１との屈折率差が、クラッドとコア１１のそれよりも大きい部分ができるので、光の、空孔１０側への染み出しが小さくなる。したがって、光ファイバの先端では、光のモード・フィールド形状が、空孔１０側には少ししか広がらず、反対側にはより大きく広がった、非対称の形状となる。この形状は、一般の拡散型光導波路デバイスのモード・フィールド形状と類似しているので、光ファイバと拡散型光導波路デバイスとの光の結合損失を小さくすることができる。【選択図】図１
2008015152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア周辺のクラッド層の一部に空洞部分を形成し、先端における光のモード・フィールド形状を空洞部分のある方向について圧縮された形状とすることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記空洞部分は、前記光ファイバの先端に向かって前記コアに漸近することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記空洞部分は、前記光ファイバの先端部分に達しないことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記空洞は、レーザの照射によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項５】
コアの一方向のクラッド層を、先端部分でコアの一部を含み、先端部分から離れるに従い、クラッド層の外側に向かうように、斜めに削除し、先端部分における光のモード・フィールド形状を削除面がある方向について圧縮された形状とすることを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散型光導波路デバイスとの結合損失を低減した光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＤなど楕円型のモード・フィールドを持つデバイスでは、楔形ファイバや楕円コアＧＩ（Graded Index）ファイバなどが用いられ、結合損失の低減が図られている。
ＬＤなどでは、出力される光のモード・フィールド（光の電界の分布）の形状が、非常に扁平した楕円形となっている。この光をシングルモードの拡散型光導波路デバイスに結合しようとしても、拡散型光導波路のモード・フィールド形状がＬＤのものと大きく違っているので、光がうまくＬＤから拡散型光導波路デバイスに入り込まず、結合損失を発生する。そこで、ＬＤと拡散型光導波路デバイスの間に、モード・フィールド形状を適当に調整した光ファイバを設け、ＬＤからの光を結合損失を少なくして受光し、拡散型光導波路デバイスに受光した光を結合する方法が用いられる。このとき用いられる光ファイバは、上記のような楔形ファイバや、楕円コアＧＩファイバなどが用いられる。
【０００３】
図３は、従来の楔形ファイバの先端を示した図である。
楔形ファイバ１は、特許文献４に記載されているように、光ファイバの先端の上下を斜めに削ったものであり、削り角度θは光ファイバの中心線Ｃ’に対して、約３０度となっている。このようにすることにより、楔形ファイバの先端では、ファイバの形状が上下に斜めになっているために、上下方向にレンズ効果が得られ、光を上下方向に集光する効果が得られる。逆に、光をこのような楔形光ファイバに入力する場合には、光のモード・フィールド形状は、上下につぶれ、横方向に広がった形状をしているので、横方向に広がった楕円形状の光をうまく受光できることになる。
【０００４】
また、楕円コアＧＩファイバの場合には、ファイバのコアの断面形状を楕円型にすることにより、ファイバのモード・フィールド形状を楕円形にしている。これにより、ＬＤのような楕円型のモード・フィールドを持つデバイスからの光を結合損失を小さくして受光することができる。
特許文献１〜３には、従来の光ファイバと光デバイスの結合方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３０９１３２７号公報
【特許文献２】特開２００２−７１９６３号公報
【特許文献３】特開平８−７８６５７号公報
【特許文献４】国際出願公開ＷＯ００／１９２５３号再公表公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光ファイバと拡散型光導波路デバイスの間で光の結合を行おうとする場合、拡散型光導波路デバイスの光のモード・フィールド形状が円または楕円とは異なり、上下に非対称な形となっているので、モード不整合により発生する結合損失を低減するのに有効な光ファイバが存在しなかった。ここで、モード不整合とは、光ファイバのモード・フィールド形状と拡散型光導波路デバイスモード・フィールド形状が一致しないことを言う。
【０００６】
従来技術では、拡散型光導波路デバイスの導波路形成過程において、不純物の拡散方法を工夫して、拡散型光導波路デバイスのモード・フィールド形状を光ファイバのモード・フィールド形状に近づけようとする方法がとられていた。しかし、不純物の拡散方法を工夫して、所望のモード・フィールド形状を得るのは非常に難しく、思ったような効果が得られていなかった。
【０００７】
本発明の課題は、拡散型光導波路デバイスに低結合損失で光を結合することができる光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の光ファイバは、コア周辺のクラッド層の一部に空洞部分を形成し、先端の断面における光のモード・フィールド形状を空洞部分のある方向について圧縮された形状とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の光ファイバは、コアの一方向のクラッド層を、先端部分でコアの一部を含み、先端部分から離れるに従い、クラッド層の外側に向かうように、斜めに削除し、先端部分における光のモード・フィールド形状を削除面がある方向に圧縮された形状とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光ファイバのコア周辺のクラッド層の一部を除去または空洞化することによって光ファイバの光のモード・フィールドを拡散型光導波路の分布に近づけることによって、モード不整合による結合損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態においては、光ファイバのコアとクラッド層の一部を除去または空洞化し、光ファイバと光導波路のモード・フィールドを近づけることによって結合損失を低減する。
【００１２】
本発明の実施形態では、光ファイバのコアとクラッド層の一部を除去または空洞化し、除去した部分が上になるようにファイバを置いた場合、コアの上部は空気層となり屈折率差が大きくなり（30％程度）、下部は通常のクラッド層で屈折率差は小さいままとなる（0.3％程度）。このような屈折率分布とすることにより、光のモード・フィールドのコア上部への拡がりは小さく、コア下部への拡がりの大きい、拡散型光導波路と同様の分布となる。これによりモード不整合による結合損失が低減できる。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
シングルモードファイバに端面方向に向かってコア１１に漸近する空孔１０をクラッド層９に設ける。コア１１端面での空孔１０とコア１１の位置関係は光のモード・フィールドが接続する拡散型光導波路デバイスの上下に非対称な分布に近くなるように設計する。このような設計は、シミュレーションを行うことにより容易に実行が可能である。空孔１０をコア１１に漸近するように設けるのは、光ファイバのコア１１近傍に突然に空孔を設けると、コア１１を伝搬する光に不連続な変化がもたらされ、コア１１を伝搬する光に悪影響を与えるためである。空孔１０をコア１１から遠い部分からコア１１付近に漸近させることにより、コア１１を伝搬する光のモード・フィールド形状は徐々に変化していくことになり、光のモード・フィールド形状が変化することによる光の伝搬状態への悪影響を最小限に抑えることができる。空孔１０は、クラッド層９の内部に閉じ込められていても良いし、光ファイバの外部へ開口部を持つようにしても良いが、光ファイバの外部へ開口部を持つようにすると、空孔１０内へ水などの汚染物が浸入して光ファイバを痛めやすいので、外部への開口部はないほうが良い。たとえば、図１（ａ）において、空孔１０は、光ファイバの端面に開口部を有しているが、この場合は、光ファイバを拡散型光導波路デバイスに接着剤を使って取り付けると、接着剤が空孔内に入り込んでしまう可能性があるので、空孔１０は、光ファイバの端面の少し手前で終わり、開口部がふさがれているようになるほうが良い。空孔１０が端面に達していないことにより、光ファイバの端面での屈折率分布は、空孔１０がない場合と同じとなってしまうが、空孔１０が端面に十分近いところまで設けられていれば、光のモード・フィールド形状は、端面において、急に非対称の形から対称な形に変化してしまうことはない。
【００１４】
図１（ｂ）に、Ti拡散LN光導波路デバイスと接続する場合の設計例を示す。コア端面でコアの上部４μｍを除去するように空孔を設けることによって得られる、光ファイバ断面Ｙ軸方向（図１（ａ）のＹ軸方向）のモード・フィールド形状の断面形状（モード・プロファイル）と通常のシングルモードファイバのモード・フィールド形状の断面形状の計算結果と、Ti拡散LN光導波路のモード・フィールド形状の断面形状の測定値を示す。空孔を設けることによって、Ti拡散LN光導波路とほぼ一致する光ファイバのモード・プロファイルが得られることが分かる。これらのモード・プロファイルから光ファイバとTi拡散LN光導波路との結合損失について計算すると、通常のシングルモードファイバでは0.95 dB、空孔付きシングルモードファイバでは0.28 dBという結果が得られた。以上のように、空孔付きシングルモードファイバでは結合損失の低減が可能となる。
【００１５】
図１（ｃ）は、空孔付きシングルモードファイバの製造方法の一例を示す図である。
空孔付きシングルモードファイバの製造方法の一つとして、フェムト秒レーザを用いた方法が挙げられる。レーザ１２のビーム径と照射エネルギーを最適化し、クラッド層９の、空孔を空けたい部分にレーザを照射すること（例えば、ビーム径４μｍ、照射エネルギー数百μJ）によって、所望の大きさの空孔をあけることができる。図１（ｃ）に示すように、空孔を設けたい場所をレーザ１２でスキャンすることによって、光ファイバ内に所望の形状の空孔を形成することができる。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
第２の実施形態においては、コアの一方側に空気層を設ける方法として、空孔を設けるのではなく、クラッド層９ごと光ファイバを削除している。ここで、従来の楔形ファイバとの違いは、まず、削除する面１３が１面だけであるということと、図２からわかるように、４９μｍの削除高さに対して、５０００μｍという非常に長い削除長さを有している点である。このような削除によって得られる削除面１３の傾斜は、約０．６度である。まず、削除面１３が１面だけというのは、第１の実施形態において、コア１１の一方向のみに空孔を設けたのと同様で、コア１１の一方向にのみ空気層を設けることにより、この方向のみ、光の閉じ込め力が大きくなり、モード・フィールド形状が、削除面１３方向につぶれ、反対側に広がった非対称な形状となるようにしたものである。また、削除面１３の傾斜が非常に緩やかであるということにより、コア１１を伝搬する光に急激な変化を与えないようにしている効果と、コア１１内を伝搬する光にとって、空気層との境界における全反射条件が大きく変わらないために、削除面１３から光が漏れないようにする効果がある。また、従来の楔形ファイバと違い、削除面１３の傾斜が緩やかなことから、光ファイバの先端においては、レンズの効果はほとんどないといってよい。削除面１３の形成方法としては、機械的にクラッドを削除するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】従来の楔形ファイバの先端を示した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      楔形ファイバ
９      クラッド層
１０      空孔
１１      コア
１２      レーザ
１３      削除面
【図２】
2008015152.tif 000003
【図３】
2008015152.tif 000004
【図１】
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