(57)【要約】【課題】容易に製造することができる光導波体を提供する。【解決手段】光導波体１の外形は、円柱状、または、断面が円形である線状である。ｘｙ平面に平行な断面を見たときに、その断面の一部であってｘ軸方向またはｙ軸方向に平行な辺で囲まれた長方形領域Ａと、長方形領域Ａを挟んでｘ軸方向に一端から他端まで延びる幅Ｗ１の第１領域Ｂと、長方形領域Ａを挟んでｙ軸方向に一端から他端まで延びる幅Ｗ２の第２領域Ｃと、その他の領域Ｄとを有する。長方形領域ＡのサイズはＷ１×Ｗ２である。ｚ軸方向に各領域Ａ〜Ｄが延在している。長方形領域Ａの屈折率ｎＡは、第１領域Ｂの屈折率ｎＢおよび第２領域Ｃの屈折率ｎＣそれぞれより高く、第１領域Ｂの屈折率ｎＢおよび第２領域Ｃの屈折率ｎＣそれぞれは、領域Ｄの屈折率より高い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に垂直な断面において、その断面の一部であって第１方向または第２方向に平行な辺で囲まれた長方形領域と、前記長方形領域を挟んで前記第１方向に一端から他端まで延びる第１の幅の第１領域と、前記長方形領域を挟んで前記第２方向に一端から他端まで延びる第２の幅の第２領域とを有し、前記長方形領域の屈折率が前記第１領域および前記第２領域の屈折率より高く、前記第１領域および前記第２領域の屈折率が他の領域の屈折率より高く、
前記所定方向に前記長方形領域，前記第１領域および前記第２領域それぞれが延在している、
ことを特徴とする光導波体。
【請求項２】
前記第１の幅と前記第２の幅とが互いに異なることを特徴とする請求項１記載の光導波体。
【請求項３】
前記第１領域の屈折率と前記第２領域の屈折率とが互いに異なることを特徴とする請求項１記載の光導波体。
【請求項４】
石英ガラスを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項１記載の光導波体。
【請求項５】
Ｇｅ元素，Ｆ元素およびＢ元素の何れかが添加されていることを特徴とする請求項４記載の光導波体。
【請求項６】
導波光の波長と比べて小さい空隙部が前記複数の高屈折率領域および前記低屈折率領域に分布していることを特徴とする請求項１記載の光導波体。
【請求項７】
請求項１記載の光導波体を製造する方法であって、
前記光導波体となるべき中間体を用意し、
前記中間体の材料の屈折率変化を誘起せしめるエネルギ線を、所定方向に垂直な平面に投影したときに互いに垂直な第１方向および第２方向それぞれから前記中間体に照射するとともに、その照射位置を前記所定方向に走査する、
ことを特徴とする光導波体製造方法。
【請求項８】
前記第１方向および前記第２方向それぞれから前記中間体に照射するエネルギ線の照射幅が互いに異なることを特徴とする請求項７記載の光導波体製造方法。
【請求項９】
前記第１方向および前記第２方向それぞれから前記中間体に照射するエネルギ線の照射エネルギが互いに異なることを特徴とする請求項７記載の光導波体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を導波させ得る光導波体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光導波体は、所定方向に延びる高屈折率領域と、この高屈折率領域の周囲に低屈折率領域とを有し、光を導波させることができる。このような光導波体として種々の形態のものが知られている。例えば、光導波体の１種である光ファイバは、全体の断面形状が円形であって、高屈折率のコア領域の断面形状も円形である。また、高屈折率領域の断面形状がＸ字形状であるものや、高屈折率領域の断面形状が円環形状であるものが知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｍ．  Ｓｕｇｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｏ−Ｇｕｉｄｅ  ａｎｄ  Ｘ−Ｇｕｉｄｅ：  Ａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｗａｖｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｃｅｐｔ”，  ＩＲＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．，  Ｖｏｌ．７，  Ｎｏ．３，  ｐｐ．３６６−３６９  （１９５９）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光導波体では、高屈折率領域と低屈折率領域との間で屈折率差を生じさせるために、高屈折率領域または低屈折率領域に添加剤を含有させることが必要であり、或いは、組成が相違する材料を互いに組み合わせることが必要であって、それ故に、製造が容易でない。また、光の偏波状態を保持したまま光を導波させることができる光導波体として偏波保持光ファイバが知られているが、この偏波保持光ファイバでは、高屈折率のコア領域に複屈折性を付与するために、コア領域を挟んで１対の応力付与領域を設けることが必要であることから、尚更、製造が容易でない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、容易に製造することができる光導波体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波体は、所定方向に垂直な断面において、その断面の一部であって第１方向または第２方向に平行な辺で囲まれた長方形領域と、長方形領域を挟んで第１方向に一端から他端まで延びる第１の幅の第１領域と、長方形領域を挟んで第２方向に一端から他端まで延びる第２の幅の第２領域とを有し、長方形領域の屈折率が第１領域および第２領域の屈折率より高く、第１領域および第２領域の屈折率が他の領域の屈折率より高く、上記所定方向に長方形領域，第１領域および第２領域それぞれが延在していることを特徴とする。この光導波体は、低屈折率の領域に取り囲まれた高屈折率の長方形領域が光導波路として作用する。この光導波体は容易に製造され得る。
【０００７】
本発明に係る光導波体は、第１の幅と第２の幅とが互いに異なるのが好適であり、また、第１領域の屈折率と第２領域の屈折率とが互いに異なるのが好適である。これらの場合には、光導波路としての高屈折率の長方形領域は複屈折性を有することになるから、光導波体は光の偏波状態を保持したまま光を導波させることができる。
【０００８】
本発明に係る光導波体は、石英ガラスを主成分とする材料からなるのが好適であり、この場合には、光導波路としての長方形領域における損失が小さい。また、Ｇｅ元素，Ｆ元素およびＢ元素の何れかが添加されているのが好適であり、この場合には、長方形領域，第１領域および第２領域それぞれの屈折率を上昇させる上で好都合である。
【０００９】
また、本発明に係る光導波体は、導波光の波長と比べて小さい空隙部が複数の高屈折率領域および低屈折率領域に分布しているのが好適であり、この場合には、伝送損失、非線型性および波長分散を低減することができる。なお、空隙部は、独立した気泡であってもよいし、糸状の空隙であってもよい。
【００１０】
本発明に係る光導波体製造方法は、上記の本発明に係る光導波体を製造する方法であって、光導波体となるべき中間体を用意し、中間体の材料の屈折率変化を誘起せしめるエネルギ線を、所定方向に垂直な平面に投影したときに互いに垂直な第１方向および第２方向それぞれから中間体に照射するとともに、その照射位置を上記所定方向に走査することを特徴とする。この光導波体製造方法によれば、上記の本発明に係る光導波体を容易に製造することができる。
【００１１】
本発明に係る光導波体製造方法では、第１方向および第２方向それぞれから中間体に照射するエネルギ線の照射幅が互いに異なるのが好適であり、また、第１方向および第２方向それぞれから中間体に照射するエネルギ線の照射エネルギが互いに異なるのが好適である。これらの場合には、光導波路としての高屈折率の長方形領域は複屈折性を有することになるから、光の偏波状態を保持したまま光を導波させることができる光導波体を容易に製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図において説明の便宜の為に、上記所定方向に平行にｚ軸を有するｘｙｚ直交座標系が示されている。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る光導波体１の説明図である。本実施形態に係る光導波体１はｚ軸方向に長い形態を有している。同図（ａ）は、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの光導波体１の断面を示し、同図（ｂ）は、中心軸を含みｘｚ平面に平行な面で切断したときの光導波体１の断面を示す。
【００１４】
この図に示されるように、本実施形態に係る光導波体１の外形は、円柱状、または、断面が円形である線状である。同図（ａ）に示されるように、ｘｙ平面に平行な断面を見たときに、その断面の一部であってｘ軸方向またはｙ軸方向に平行な辺で囲まれた長方形領域Ａと、長方形領域Ａを挟んでｘ軸方向に一端から他端まで延びる幅Ｗ１の第１領域Ｂと、長方形領域Ａを挟んでｙ軸方向に一端から他端まで延びる幅Ｗ２の第２領域Ｃと、その他の領域Ｄとを有する。長方形領域ＡのサイズはＷ１×Ｗ２である。また、同図（ｂ）に示されるように、ｚ軸方向に各領域Ａ〜Ｄが延在している。そして、長方形領域Ａの屈折率ｎＡは、第１領域Ｂの屈折率ｎＢおよび第２領域Ｃの屈折率ｎＣそれぞれより高く、第１領域Ｂの屈折率ｎＢおよび第２領域Ｃの屈折率ｎＣそれぞれは、領域Ｄの屈折率より高い。なお、図では、同一種類のハッチングは同一種類の領域であることを示しており、ハッチングが施されていない領域は領域Ｄを示している。
【００１５】
光導波体１は、領域Ａ〜Ｄの何れもがガラスからなる。領域Ａ〜Ｄの何れも、高純度の石英ガラスからなってもよいし、また、Ｇｅ元素，Ｂ元素およびＦ元素等の屈折率増感剤として作用する不純物が添加された石英ガラスからなっていてもよい。光導波体１が石英ガラスからなる場合には、光導波路としての領域Ａにおける損失が小さい。また、光導波体１は、全体が均質な組成からなっているのが好適である。
【００１６】
光導波体１は、導波光の波長と比べて小さい空隙部が領域Ａ〜Ｄに分布しているのが好適である。空隙部は、独立した気泡であってもよいし、糸状の空隙であってもよい。この場合には、伝送損失、非線型性および波長分散を低減することができる。なお、このような空隙部が分布している材料は一般に加熱されると収縮するが、本実施形態に係る光導波体１は加熱収縮を伴わない。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る光導波体１の屈折率分布の説明図である。この図には、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの光導波体１の断面、その断面において中心点を通りｘ軸に平行な直線上の屈折率分布、および、その断面において中心点を通りｙ軸に平行な直線上の屈折率分布が示されている。この図に示されるように、第１領域Ｂの幅Ｗ１と第２領域Ｃの幅Ｗ２とが互いに異なるのが好適であり、或いは、第１領域Ｂの屈折率ｎＢと第２領域Ｃの屈折率ｎＣとが互いに異なるのが好適である。これらの場合には、光導波路としての高屈折率の領域Ａは複屈折性を有することになるから、光導波体１は光の偏波状態を保持したまま光を導波させることができる。
【００１８】
本実施形態に係る光導波体１は以下のようにして製造される。図３は、本実施形態に係る光導波体１を製造する装置１０の概略図である。この製造装置１０は、加熱炉１１、エネルギ線源１２ａ，１２ｂ、被覆層形成部１３およびキャプスタン１４を備える。光導波体１の製造に際しては先ず母材１ａが用意される。この母材１ａが加熱炉１１により加熱溶融延伸されて、線状の中間体１ｂが作成される。この中間体１ｂの走行方向がｚ軸方向であるとする。
【００１９】
この中間体１ｂに対して、エネルギ線源１２ａ，１２ｂから出力された高エネルギ線が、ｘｙ平面に投影したときに互いに垂直な第１方向および第２方向それぞれから照射される。この高エネルギ線は、中間体１ｂの材料の屈折率変化を誘起せしめるものであって、例えば、Ｘ線、電子線、レーザ光などである。一方のエネルギ線源１２ａから出力される高エネルギ線は、ｘｚ平面に平行な方向（好適にはｘ軸方向）から中間体１ｂに照射されて、これにより、図１（ａ）に示される領域Ａおよび領域Ｂそれぞれの屈折率を上昇させる。他方のエネルギ線源１２ｂから出力される高エネルギ線は、ｙｚ平面に平行な方向（好適にはｙ軸方向）から中間体１ｂに照射されて、これにより、図１（ａ）に示される領域Ａおよび領域Ｃそれぞれの屈折率を上昇させる。また、中間体１ｂがｚ軸方向に走行しているので、中間体１ｂへの高エネルギ線の照射位置はｚ軸方向に走査されることになる。これにより、光導波体１が製造される。
【００２０】
高エネルギ線が照射されて製造された光導波体１は、次に、被覆層形成部１３により保護被覆層が外周に形成される。この保護被覆層は、例えば紫外線硬化型樹脂であり、１層であってもよいし２層であってもよい。保護被覆層が形成された後の光導波体１は、キャプスタン１４等を経てボビン（不図示）に巻き取られる。なお、高エネルギ線の照射は、保護被覆層の形成の前に行なわれてもよいし、保護被覆層の形成の後に行なわれてもよい。また、高エネルギ線の照射は、保護被覆層の形成の後に直ちに行なわれてもよいし、全長に亘り保護被覆層が形成された後に行なわれてもよい。
【００２１】
また、ｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれから中間体１ｂに照射する高エネルギ線の照射幅または照射エネルギが互いに異なるが好適である。これらの場合には、光導波路としての高屈折率の領域Ａは複屈折性を有することになるから、光の偏波状態を保持したまま光を導波させることができる光導波体１を製造することができる。なお、高エネルギ線の照射幅の調整は、集光レンズやアパーチャを用いたり、または、複数のエネルギ線源の出力を互いに軸をずらして重畳する際に当該重畳度を調整したりすることで可能である。高エネルギ線の照射エネルギの調整は、エネルギ線源の出力自体を調整したり、照射時間を調整したり、または、複数のエネルギ線源の出力を互いに重畳する際に当該重畳度を調整したりすることで可能である。
【００２２】
実際に製造された光導波体１は、組成が高純度石英ガラスであり、ガラス部の外径が１２５μｍφであり、保護被覆層の外径が２５０μｍφであった。また、光導波体１のｘｙ断面において、幅Ｗ１は約１０μｍであり、幅Ｗ２は約７μｍであった。この光導波体１のｚ軸方向の長さを２０ｍとして、波長１．５５μｍの直線偏光の光を光導波体１の一端の端面から入射させ他端の端面から出射させて、偏波間のクロストークを測定したところ、そのクロストーク測定値は−４０ｄＢであった。また、波長１．５５μｍにおける損失は０．３ｄＢ／ｋｍであった。
【００２３】
以上のようにして製造される光導波体１は、高屈折率の領域Ａが光導波路として作用する。この光導波体１では、高屈折率の領域Ａと他の低屈折率の領域との間で屈折率差を生じさせるために、添加剤を含有させることが必要で無く、また、組成が相違する材料を互いに組み合わせることも必要で無いので、それ故に、製造が容易である。また、偏波保持機能を有する光導波体１を製造するには、第１領域Ｂの幅Ｗ１と第２領域Ｃの幅Ｗ２とを互いに異なるものとするか、或いは、第１領域Ｂの屈折率ｎＢと第２領域Ｃの屈折率ｎＣとを互いに異なるものとするだけでよいので、このような光導波体１を製造することも容易である。
【００２４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光導波体の全体の外形は、断面が円形である線状（すなわち、ファイバ形態）であってもよいし、断面が矩形であってもよい。光導波体がファイバ形態である場合、光通信システムにおいて一般に光伝送路として用いられる光ファイバと光導波体との接続が容易であり、また、光導波体の外径が５０μｍφ〜２５０μｍφであるのが好適であり、光導波体の外径が７０μｍφ〜１５０μｍφであれば更に好適である。
【００２５】
また、中間体に高エネルギ線を照射して光導波体を製造する際に、領域Ａ，Ｂの屈折率を上昇させる為の高エネルギ線をｘ軸に平行であって互いに反対の２方向それぞれから照射するのが好適であり、また、領域Ａ，Ｃの屈折率を上昇させる為の高エネルギ線をｙ軸に平行であって互いに反対の２方向それぞれから照射するのが好適である。このようにすることにより、各々の高エネルギ線のパワーを小さくすることができ、或いは、長方形領域Ａの屈折率を充分に大きく上昇させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光導波体は容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光導波体１の説明図である。
【図２】本実施形態に係る光導波体１の屈折率分布の説明図である。
【図３】本実施形態に係る光導波体１を製造する装置１０の概略図である。
【符号の説明】
１…光導波体、Ａ…長方形領域、Ｂ…第１領域、Ｃ…第２領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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