(57)【要約】【課題】本発明の課題は、１Ｗを超えるような高パワー光を所要の光レベルに調整できる可変光減衰器を提供することにある。【解決手段】本発明は、光ファイバで伝送される高パワー光を光の状態で減衰させる可変光減衰器であって、光軸上で端面が突合わされた２本の光ファイバ２１と、前記端面を含む各光ファイバ２１の一部が充填され、高パワー光の通光下で光ファイバ２１のコアの屈折率と略同一の屈折率となる液体状の屈折率整合剤２４と、前記２本の光ファイバ２１の端面間隔を変化させる長手方向アクチュエータ２８とを具備することを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバで伝送される高パワー光を光の状態で減衰させる可変光減衰器であって、
光軸上で端面が突合わされた２本の光ファイバと、
前記端面を含む各光ファイバの一部に充填され、高パワー光の通光下で光ファイバのコアの屈折率と略同一の屈折率となる液体状の屈折率整合剤と、
前記２本の光ファイバの端面間隔を変化させる光ファイバ移動手段と
を具備することを特徴とする可変光減衰器。
【請求項２】
光ファイバ移動手段として、２本の光ファイバの端面間隔を、当該光ファイバのコア径（スポットサイズＷ０）に対して０〜１０Ｗ０の範囲で可動する光ファイバ移動手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の可変光減衰器。
【請求項３】
屈折率整合剤として、高パワー光の通光前に光ファイバのコアの屈折率よりやや高めの屈折率を有し、高パワー光の通光下で屈折率が小さくなる屈折率整合剤を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１Ｗを超えるような高パワー光の光ファイバ伝送において、光レベルを適切に調整するための可変光減衰器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の光減衰ファイバを用いた光減衰器を示す構成説明図である。図５において、１は光ファイバ、２は高パワー光、３は収納ケース、４は光減衰ファイバである。すなわち、１Ｗを超えるような高パワー光の光伝送システムにおいて、その高パワー光を光の状態で減衰させ、所要の光レベルに調節する方法として、光ファイバのコア内にリン（Ｐ）やコバルト（Ｃｏ）等の不純物をドープした光減衰ファイバ４が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。図５に示すように、光ファイバ１に接続された光減衰ファイバ４は収納ケース３内に収納され、前記光ファイバ１及び光減衰ファイバ４には高パワー光２が伝送される。前記光減衰ファイバ４は、通過する高パワー光２を光ファイバ長手方向に分布させた不純物によって散乱させ、その通過した長さや不純物の濃度に応じて所要の損失を作り出している。
【０００３】
図６は従来の光カプラを用いた光減衰器を示す構成説明図である。図６において、１１は光ファイバ、１２は高パワー光、１３は収納ケース、１４は１：１０のような分岐比の大きい光カプラ、１５はコアレスファイバである。図６に示すように、光ファイバ１１には光カプラ１４が複数個接続され、各光カプラ１４にはコアレスファイバ１５が接続される。前記各光カプラ１４及びコアレスファイバ１５は収納ケース内に収納され、光ファイバ１１には高パワー光１２が伝送される。すなわち、１：１０のような分岐比の大きい光カプラを複数個接続して分配損を利用しながら光パワーを減衰させることも行われている。
【０００４】
これら光減衰器の最大の欠点は、個々の光減衰器の損失値が固定化されているため、前記高パワー光を所要の光レベルに柔軟に調整できないということである。従って、所要の光レベルを得るためには、光伝送システムの受光特性や光線路の媒体損失に応じて前記固定光減衰器を選択する必要があった。
【０００５】
上記光減衰ファイバを用いた光減衰器の場合（図５参照）、長手方向を利用した減衰方法であることから、数ｍ〜十数ｍ長のファイバを収納ケース内に収容する必要があり、その構造もまた曲げ半径が小さ過ぎると大きな曲げ損失（漏洩光）が発生し光ケーブルや光コードの被覆を劣化させる恐れがあった。
【０００６】
また、上記光カプラを用いた光減衰器の場合（図６参照）は、分配損失を発生させるためのポートからの反射光を抑えると同時に、そのポート端から放射される光を減衰させるため、コアレスファイバ等によって光を分散させる構造が必要であった。なお、分散させた光によって生じた熱は収容ケース内の空気により吸収されるため、比熱の大きい空気においては温度低下に難点があることは言うまでもない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０-２６８１５３号公報
【非特許文献１】首藤義人  他著  「電子情報通信学会論文誌」電子情報通信学会出版  ２００３年３月  Ｖｏｌ．J８６−C  Ｎｏ．３  ｐ．２５２−２６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来における高パワー光の光レベル調整では、光減衰ファイバや光カプラの損失値が固定されているため、それらの長さや数を選択もしくは組み合わせて、所要の光レベルに調整しているのが現状であった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、１Ｗを超えるような高パワー光を所要の光レベルに調整できることにより、１Ｗを超えるような高パワー光の光ファイバ伝送においても、光線路設備や光伝送受信器に対して適切な光レベルを簡単に供給できるため、光伝送システムの信頼性や安全性を向上できる可変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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、光ファイバで伝送される高パワー光を光の状態で減衰させる可変光減衰器であって、光軸上で端面が突合わされた２本の光ファイバと、前記端面を含む各光ファイバの一部に充填され、高パワー光の通光下で光ファイバのコアの屈折率と略同一の屈折率となる液体状の屈折率整合剤と、前記２本の光ファイバの端面間隔を変化させる光ファイバ移動手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明は、前記可変光減衰器において、光ファイバ移動手段として、２本の光ファイバの端面間隔を、当該光ファイバのコア径（スポットサイズＷ０）に対して０〜１０Ｗ０の範囲で可動する光ファイバ移動手段を用いることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明は、前記可変光減衰器において、屈折率整合剤として、高パワー光の通光前に光ファイバのコアの屈折率よりやや高めの屈折率を有し、高パワー光の通光下で屈折率が小さくなる屈折率整合剤を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、１Ｗを超えるような高パワー光を一つの可変光減衰器で所要の光レベルに簡単に調節できるため、高パワー光伝送システムの受光レベル調整稼動が大幅に削減できる。また、光軸上で突合された端面には、屈折率整合剤が、充填されているため、その突合せ部分が融着と同じような接続状態、即ち、光ファイバ長手方向に一様な屈折率分布をもつことから、長手方向の屈折率分布の不連続性が一要因となっているファイバフューズを防ぐことができるため、信頼性と安全性のある高パワー通信線路を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る可変光減衰器を示す構成説明図である。図１において、２１は光ファイバ、２２は１Ｗを超えるような高パワー光、２３は収納ケース、２４はオイル状（ゲル状にならない程度の液体状）の屈折率整合剤、２５は移動方向、２６はＶ溝台、２７はＶ溝台ガイド、２８は光ファイバ移動手段としての長手方向アクチュエータである。
【００１５】
図１に示すように、２本の光ファイバ２１のそれぞれ先端部にはＶ溝台２６が一体化して設けられ、前記Ｖ溝台２６はＶ溝台ガイド２７上に移動自在に取付られる。前記２本の光ファイバ２１のそれぞれ先端部及びＶ溝台ガイド２７、Ｖ溝台２６の一部は収納ケース２３内に収容され、前記収納ケース２３内には液体状の屈折率整合剤２４が充填される。前記Ｖ溝台２６には長手方向アクチュエータ２８が設けられ、前記長手方向アクチュエータ２８はＶ溝台２６及び光ファイバ２１を移動方向２５に応じてＶ溝台ガイド２７上を自在に移動し、光ファイバ２１の光軸上で２本の光ファイバ２１のそれぞれ先端面を突合せたり、あるいは２本の光ファイバ２１のそれぞれ先端面間を０〜１０Ｗ０の範囲で変化させることができる。
【００１６】
前記屈折率整合剤２４はシリカケトン等のシリコーン樹脂の側鎖の一部をフェニル基とメチル基で置き換えた化合物を用いることが有効であり、その中でもフェニル基とメチル基の配合比を４８：５２（側鎖基の％）とすることで特に好適な化合物が得られる。なお、前記屈折率整合剤２４は高パワー光の通光下で光ファイバのコアの屈折率と略同一となる屈折率を有し、かつ低損失で光を透過する液体状の屈折率整合剤である。
【００１７】
なお、屈折率整合剤２４は温度増加（加熱）に応じて屈折率が小さくなる（屈折率整合剤の種別によって異なるが、例えば、５０℃の変化で約２％小さくなる）特性がある。従って、高パワー光の通光時（加熱時）に屈折率整合剤２４の屈折率が光ファイバ２１のコアの屈折率と同程度となるためには、高パワー光の通光前（常温時）に光ファイバ２１のコアの屈折率よりやや高めの屈折率を有する屈折率整合剤２４を用いることが望ましい。具体的には、屈折率整合剤２４の通光前（常温時）の屈折率を１．４８〜１．５０程度とすればよい。
【００１８】
図２は本発明の実施形態に係る可変光減衰器の高パワー光通過時の屈折率整合剤における屈折率プロファイルを示す説明図であり、図３は本発明の実施形態に係る可変光減衰器の高パワー光通過時の強度分布の変化を示す説明図である。図２及び図３において、２４は屈折率整合剤、３１はクラッド、３２はコア、３３は光ファイバの屈折率分布、３４は屈折率整合剤の屈折率プロファイル、３５は発熱部分、３６は屈折率整合剤通過前の光パワー強度分布、３７は屈折率整合剤通過後の光パワー強度分布である。
【００１９】
図２及び図３を用いて本発明の実施形態に係る可変光減衰器を高パワー光が通過する際の振る舞いを説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る可変光減衰器はＶ溝突合せの光減衰器であり、フィジカルコンタクトはさせず、光ファイバ端面間には屈折率整合剤２４が充填されている。通過光は、一方のファイバコア３２から出力され、屈折率整合剤２４を通過した後、もう一方のファイバコア３２へ入力される。このとき１Ｗクラスの高パワー光の通過光によって屈折率整合剤２４が加熱され、結果としてコア３２付近の屈折率整合剤２４に不均一な屈折率プロファイル３４が生じることになる（図２参照）。即ち、高パワー光通過時の温度に応じて光ファイバコア３２付近の屈折率整合剤２４の屈折率がやや小さくなり、クラッド３１以遠との間に図２に示すような屈折率プロファイル３４をもつようになる。図２に示すようなコア３２中心から光ファイバ外径方向に屈折率が大きくなるような媒体をシングルモード（ガウスビームの基本モード）の光が伝播すると、一様な屈折率プロファイルの整合剤中を通過する光より、スポットサイズが広がる（図３参照）。この広がりによって入力される側の光ファイバコア３２において、一様な屈折率プロファイルの場合よりも大きな損失が生じることになる。この損失発生メカニズムを利用しながら光ファイバ端面間隔を変化させて所要の光レベルに調節する。
次に、２本の光ファイバの端面間隔が、当該光ファイバのコア径（スポットサイズＷ０）に対して０〜１０Ｗ０の範囲で可動することの作用を説明する。上述のように、高パワー光通過時の温度上昇に応じて光ファイバのコア付近の屈折率整合剤の屈折率が小さくなり、光ファイバ端面間に図２に示すような屈折率プロファイルをもつようになる。図２に示すように、光ファイバのコア中心から光ファイバ外径方向に屈折率が大きくなるような媒体中をシングルモード（ガウスビームの基本モード）の光が伝播すると屈折率の大きい方に向かって進行していく光の性質のため、一様な屈折率分布をもつ整合剤中を通過する光より、スポットサイズが広がる。この広がりに対して、入力端側の光ファイバで受光ロスが生じる。ここで、スポットサイズの広がりが通光長（光ファイバの接続端面間隔）に依存することから光ファイバの接続端面間隔を変化させて所要の光レベルが得られることになる。
【００２０】
図４は本発明の実施形態に係る可変光減衰器の光ファイバ端面間隔と入力パワーとの関係（測定結果）を示す特性図である。すなわち、本発明の実施形態に係る可変光減衰器の有効性を検証するため、通過する光パワーと接続損失との関係を光ファイバ接続端面間隔について調べたものである。図４より、通過する光パワーと接続損失との関係には光ファイバ接続端面間隔と相関があり、例えば、光ファイバ接続端面間隔が５０μｍ間隔の可変光減衰器を用いれば光パワーが２５ｄＢｍ（約３００ｍＷ）を超えるあたりから接続損失が増加していることから、光パワーが２５ｄＢｍを超える光伝送では、接続端面間隔を５０μｍ以上に調節することで、所望の損失が得られることが分かる。また、光伝送パワーに応じて光ファイバ接続端面間隔を調節し可変光減衰器とできることは言うまでもない。
【００２１】
以上のことから、高パワー光通過時の温度上昇に応じて光ファイバコア付近の屈折率整合剤の屈折率が連続分布をもつように小さくなり、かつ、接続端面間において、一様でない（勾配をもつ）屈折率プロファイルが生じるという特性を利用しながら通過光の強度プロファイルを広げ、この広がりが通光長に依存することから端面間隔を変化させて所要の光レベルを得る方法の有効性が確認できた。なお、接続損失は高パワー光の入力とほぼ同時（１秒以内）に発生し、通光している間はその接続損失を安定に保つこと、また、その接続損失の値には十分な再現性があること、さらには、接続損失発生に伴う屈折率整合剤２４の物性的な変化等も生じないことを確認した。
【００２２】
以上のように本発明の実施形態に係る可変光減衰器は、２本の光ファイバの端面を光軸上で突合せ、かつ、当該端面を含む前記２本の光ファイバ全体が液体状の屈折率整合剤で充填された構造であって、前記屈折率整合剤は室温で前記２本の光ファイバのコアと同程度かやや高めの屈折率（具体的には１．４８〜１．５０程度）を有するものである。これによって、前記２本の光ファイバの突合せ部分では、高パワー光の通光下で温度上昇した屈折率整合剤の屈折率が、光ファイバコアの屈折率とほぼ同じ状態で、かつ、連続して分布することから、融着と同じような接続状態を作り上げることができ、屈折率分布の不連続性が一要因となっているファイバフューズを防ぐことができる（例えば、非特許文献１参照。）。加えて、接続端面の領域では、局所的に不均一な（勾配をもつ）屈折率プロファイルを形成することから、均一な屈折率プロファイルの場合以上にスポットサイズが広がり、接続端面間隔に応じて所望の光レベルに調整することができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る可変光減衰器を示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る可変光減衰器の高パワー光通過時の屈折率整合剤における屈折率プロファイルを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る可変光減衰器の高パワー光通過時の強度分布の変化を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る可変光減衰器の光ファイバ端面間隔と入力パワーとの関係（測定結果）を示す特性図である。
【図５】従来の光減衰ファイバを用いた光減衰器を示す構成説明図である。
【図６】従来の光カプラを用いた光減衰器を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
２１…光ファイバ、２２…１Ｗを超えるような高パワー光、２３…収納ケース、２４…オイル状（ゲル状にならない程度の液体状）の屈折率整合剤、２５…移動方向、２６…Ｖ溝台、２７…Ｖ溝台ガイド、２８…光ファイバ移動手段としての長手方向アクチュエータ。
【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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【図６】
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