(57)【要約】【課題】低接続損失で接続可能なフォトニッククリスタルファイバを用いた光伝送装置を提供する。【解決手段】ＰＣファイバ１０の接続端部を加熱処理により溶融して、クラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・を封止してなる封止部１５を形成し、該封止部１５の長さＬを、信号光２２のＰＣファイバ１０への入射角θ［°］、該ファイバの外径Ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、封止部１５の屈折率ｎなどの条件から算出して設定する。【選択図】    図２
2004325948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとからなるフォトニッククリスタルファイバと、
信号光を集光して上記フォトニッククリスタルファイバに伝送する集光装置とを備えた光伝送装置であって、
上記集光装置に接続する上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に、ファイバ端面から所定距離Ｌの区間において上記クラッドの細孔を封止する処理が施され、
上記信号光の上記ファイバへの入射角θ［°］、該ファイバの外径Ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、該ファイバのクラッドに設けられた細孔が上記封止処理により封止された区間の屈折率ｎを用いて表される、該細孔が封止された区間の長さＬ［μｍ］が、
１０≦Ｌ≦（Ｄ＋ａ）／２ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定されていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとからなるフォトニッククリスタルファイバと、
信号光を上記フォトニッククリスタルファイバに伝送する光源装置とを備えた光伝送装置であって、
上記光源装置に接続する上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に、上記クラッドの細孔を封止する処理が施され、
上記光源装置から出射された信号光の上記ファイバへの出射角θ［°］、上記光源装置とファイバ端面との間隔ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、該ファイバのクラッドに設けられた細孔が上記封止処理により封止された区間の屈折率ｎを用いて表される、該細孔が封止された区間の長さＬ［μｍ］が、
１０≦Ｌ≦（ａ／２−ｄ・ｔａｎθ）／ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定されていることを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大きな波長分散を発現する光ファイバとして、フォトニッククリスタルファイバ（以下、ＰＣファイバと記載）が知られている。このＰＣファイバは、ファイバ中心を長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備えており、該クラッドにより屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成するものである。ここで、該ＰＣファイバの中空のコア及びクラッドの細孔を該ファイバの端面に開放しておくと、該中空のコア及びクラッドの細孔に異物等が侵入して光特性を劣化させる原因となるため、該ＰＣファイバの端面を溶融して中空のコア及びクラッドの細孔を封止したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２３６２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＰＣファイバの端面を溶融して中空のコア及びクラッドの細孔を封止すると、その溶融過程において、封止された区間の寸法が１ｍｍ程度と長くなってしまうため、集光装置又は光源装置から直接ファイバに信号光を伝送した場合、該ファイバ外に信号光が漏れて接続損失が発生していた。
【０００５】
また、特許文献１には、封止部の寸法は光の導波に与える影響がほとんどないような長さとすると記載されているが、具体的な寸法の記載がなく不明瞭であり、その長さはファイバの種類によっても異なるため、各ファイバごとに接続損失の検査を繰り返し行って封止部の寸法を決定する必要があり、作業効率が悪くなるとともに品質のバラツキが生じていた。
【０００６】
すなわち、本発明の課題は、低接続損失で接続可能なフォトニッククリスタルファイバを用いた光伝送装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に対して、フォトニッククリスタルファイバの接続端部に上記クラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が封止処理により封止された区間の長さを、ファイバ径や信号光の入射角等の条件から算出して設定することにより、低接続損失で接続可能なフォトニッククリスタルファイバを用いた光伝送装置を構成した。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明は、ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとからなるフォトニッククリスタルファイバと、
信号光を集光して上記フォトニッククリスタルファイバに伝送する集光装置とを備えた光伝送装置であって、
上記集光装置に接続する上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に、ファイバ端面から所定距離Ｌの区間において上記クラッドの細孔を封止する処理が施され、
上記信号光の上記ファイバへの入射角θ［°］、該ファイバの外径Ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、該ファイバのクラッドに設けられた細孔が上記封止処理により封止された区間の屈折率ｎを用いて表される、該細孔が封止された区間の長さＬ［μｍ］が、
１０≦Ｌ≦（Ｄ＋ａ）／２ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
従って、本発明によれば、フォトニッククリスタルファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が上記封止処理により封止された区間の長さを、上記条件を満たすように設定しているから、集光装置で集光された信号光を直接ファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率のよい光伝送を行うことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとからなるフォトニッククリスタルファイバと、
信号光を上記フォトニッククリスタルファイバに伝送する光源装置とを備えた光伝送装置であって、
上記光源装置に接続する上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に、上記クラッドの細孔を封止する処理が施され、
上記光源装置から出射された信号光の上記ファイバへの出射角θ［°］、上記光源装置とファイバ端面との間隔ｄ［μｍ］、該ファイバのコア径ａ［μｍ］、該ファイバのクラッドに設けられた細孔が上記封止処理により封止された区間の屈折率ｎを用いて表される、該細孔が封止された区間の長さＬ［μｍ］が、
１０≦Ｌ≦（ａ／２−ｄ・ｔａｎθ）／ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
従って、本発明によれば、フォトニッククリスタルファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が上記封止処理により封止された区間の長さを、上記条件を満たすように設定しているから、光源装置から出力された信号光をファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率のよい光伝送を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光伝送装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
−実施形態１−
＜ファイバ及び光伝送装置の構成＞
図１は、フォトニッククリスタルファイバ（以下、ＰＣファイバと記載）１０を示す。このＰＣファイバ１０は、ファイバ中心を長手方向に延びる中実のコア１１と、そのコア１１を覆うように設けられコア１１に沿って延びる多数の細孔１２ａ，１２ａ，・・・を有するクラッド１２と、該クラッド１２を覆うように設けられた被覆部１３とを備えている。そして、該クラッド１２が二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成し、信号光（不図示）は、そのフォトニッククリスタル構造で囲われたコア１１に閉じこめられて伝搬されることとなる。
【００１４】
ＰＣファイバ１０の接続端部は、加熱処理により溶融され、これによりクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・が封止されている。このとき、ＰＣファイバ１０の接続端部は、コア１１、クラッド１２及び被覆部１３よりなる形態から図２（ａ）に示すように細孔１２ａが封止されたクラッド１２と被覆部１３とにより形成された封止部１５よりなる形態に変化している。なお、封止部１５は、ＰＣファイバ１０の接続端部にガラス棒等を固着したり、細孔１２ａに樹脂を充填して形成したものであっても構わない。
【００１５】
そして、細孔１２ａを封止したＰＣファイバ１０の接続端部が、信号光２２を集光する集光装置２１に接続されており、集光装置２１で集光された信号光２２をＰＣファイバ１０により伝搬する光伝送装置２０が構成されている。
＜封止部１５の長さＬの設定条件＞
封止部１５のファイバ長手方向の長さＬの設定条件について、以下に説明する。
【００１６】
大気中における信号光２２のＰＣファイバ１０への入射角θ［°］、ＰＣファイバ１０内での信号光２２の入射角θ’［°］、該ＰＣファイバ１０の外径Ｄ［μｍ］、該ＰＣファイバ１０のコア径ａ［μｍ］、大気中における光の屈折率ｎ’、上記封止部１５における光の屈折率ｎ、該封止部１５のファイバ長手方向の長さＬ［μｍ］とする。なお、封止部１５の長さＬは、ＰＣファイバ１０の接続端部からクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・が封止されている区間を示すものとする。すなわち、クラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・のうち少なくとも１つが封止されていれば、その区間は封止部１５に含むものとする。
【００１７】
集光装置２１で集光された信号光２２は、ＰＣファイバ１０に対して大気中を入射角θで入射し、ＰＣファイバ１０の封止部１５中を入射角θ’で進むから、（１）式の関係が成立する。
ｎ’・ｓｉｎθ＝ｎ・ｓｉｎθ’    ・・・（１）
【００１８】
ここで、ｎ’は大気中における光の屈折率であるから、ｎ’＝１となり、封止部１５における信号光２２の入射角θ’は、（２）式で表される。
θ’＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）    ・・・（２）
【００１９】
また、信号光２２は、ＰＣファイバ１０の封止部１５中をその直径方向に（Ｄ＋ａ）／２進む間にファイバ長手方向に長さＬだけ進むから、（３）式の関係が成立する。
ｔａｎθ’＝［（Ｄ＋ａ）／２］／Ｌ    ・・・（３）
【００２０】
上記（２）、（３）式より、封止部１５の長手方向の長さＬは、（４）式で表される。
Ｌ＝（Ｄ＋ａ）／２ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］  ・・・（４）
【００２１】
また、本発明者がクラッド１２の細孔１２ａを再現性よく加工できる封止部１５の長さＬを試行錯誤して検討した結果、封止部１５の長さＬの下限値は、１０μｍ程度に設定することが好ましい。
【００２２】
従って、上記（４）式より、集光装置２１から出力されＰＣファイバ１０内に入射した信号光２２が、封止部１５を通過し確実にクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・まで到達して全反射するためには、（５）式の条件を満たす必要がある。
１０≦Ｌ≦（Ｄ＋ａ）／２ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］  ・・・（５）
【００２３】
従って、封止部１５の長さＬが、（５）式の条件を満たす範囲内で設定されていれば、ＰＣファイバ１０外に信号光２２が漏れて接続損失となることがなく効率のよい光伝送が可能となる。
【００２４】
−実施形態２−
＜ファイバ及び光伝送装置の構成＞
本実施形態２に係る光伝送装置３０は、実施形態１と同一のＰＣファイバ１０を用いて構成されるものであり、ＰＣファイバ１０の封止部１５の構造も実施形態１と同一である。
【００２５】
そして、細孔１２ａを封止したＰＣファイバ１０の接続端部が半導体レーザ（光源装置）３１に接続され、半導体レーザ３１で出力された信号光３２をＰＣファイバ１０により伝搬する光伝送装置３０が構成されている。
【００２６】
＜封止部１５の長さＬの設定条件＞
封止部１５のファイバ長手方向の長さＬの設定条件について、以下に説明する。
【００２７】
大気中における信号光３２のＰＣファイバ１０への出射角θ［°］、ＰＣファイバ１０内での信号光３２の入射角θ’［°］、該ＰＣファイバ１０の外径Ｄ［μｍ］、該ＰＣファイバ１０のコア径ａ［μｍ］、大気中における光の屈折率ｎ’、上記封止部１５における光の屈折率ｎ、半導体レーザ３１とファイバ端面との間隔ｄ［μｍ］、ＰＣファイバ１０端面における信号光３２の周方向への拡がり径ｒ［μｍ］、封止部１５とＰＣファイバ１０のコア１１との境界面における信号光３２の周方向への拡がり径Ｒ［μｍ］、該封止部１５のファイバ長手方向の長さＬ［μｍ］とする。なお、封止部１５の長さＬは、ＰＣファイバ１０の接続端部からクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・が封止されている区間を示すものとする。すなわち、クラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・のうち少なくとも１つが封止されていれば、その区間は封止部１５に含むものとする。
【００２８】
半導体レーザ３１から出力された信号光３２は、大気中を出射角θでＰＣファイバ１０端面に向かって出射し、半導体レーザ３１とファイバ端面との間隔ｄだけ進んでからＰＣファイバ１０の封止部１５中を入射角θ’で進むから、（６）式の関係が成立する。
ｎ’・ｓｉｎθ＝ｎ・ｓｉｎθ’    ・・・（６）
【００２９】
ここで、ｎ’は大気中における光の屈折率であるから、ｎ’＝１となり、封止部１５における信号光２２の入射角θ’は、（７）式で表される。
θ’＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）    ・・・（７）
【００３０】
また、ＰＣファイバ１０端面における信号光３２の周方向への拡がり径ｒは、（８）式で表される。
ｒ＝ｄ・ｔａｎθ    ・・・（８）
【００３１】
さらに、信号光３２が入射角θ’で封止部１５の長さＬだけ進むと、封止部１５とＰＣファイバ１０のコア１１との境界面における信号光３２の周方向への拡がり径Ｒは、（９）式で表される。
Ｒ＝Ｌ・ｔａｎθ’    ・・・（９）
【００３２】
また、上記拡がり径ｒとＲとの和はコア径ａの半径に等しいから、（１０）式の関係が成立する。
ｒ＋Ｒ＝ａ／２    ・・・（１０）
【００３３】
上記（１０）式を（７）〜（９）式を用いて封止部１５の長さＬで表すと、（１１）式のようになる。
Ｌ＝（ａ／２−ｄ・ｔａｎθ）／ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］  ・・・（１１）
【００３４】
また、本発明者がクラッド１２の細孔１２ａを再現性よく加工できる封止部１５の長さＬを試行錯誤して検討した結果、封止部１５の長さＬの下限値は、１０μｍ程度に設定することが好ましい。
【００３５】
従って、上記（１１）式により、半導体レーザ３１から出力されＰＣファイバ１０内に入射した信号光３２が、封止部１５を通過し確実にクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，・・・まで到達して全反射するためには、（１２）式の条件を満たす必要がある。
１０≦Ｌ≦（ａ／２−ｄ・ｔａｎθ）／ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］  ・・・（１２）
【００３６】
従って、封止部１５の長さＬが、（１２）式の条件を満たす範囲内で設定されていれば、ＰＣファイバ１０外に信号光３２が漏れて接続損失となることがなく効率のよい光伝送が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、フォトニッククリスタルファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が封止処理により封止された区間の長さを、
１０≦Ｌ≦（Ｄ＋ａ）／２ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定しているから、集光装置で集光された信号光を直接ファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率の良い光伝送を行うことができる。
【００３８】
請求項２に係る発明によれば、フォトニッククリスタルファイバの接続端部にクラッドの細孔を封止する処理を施し、該クラッドの細孔が封止処理により封止された区間の長さを、
１０≦Ｌ≦（ａ／２−ｄ・ｔａｎθ）／ｔａｎ［ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ／ｎ）］
という条件を満たすように設定しているから、光源装置から出力された信号光をファイバ内に伝送しても、ファイバ外に信号光が漏れないため接続損失となることなく効率の良い光伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１及び２におけるフォトニッククリスタルファイバを示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態１における光伝送装置を示す概略図。
【図３】本発明の実施形態２における光伝送装置を示す概略図。
【符号の説明】
１０    フォトニッククリスタルファイバ
１１    コア
１２    クラッド
１２ａ  細孔
１３    被覆部
１５    封止部
２０    光伝送装置
２１    集光装置
２２    信号光
３０    光伝送装置
３１    半導体レーザ
３２    信号光
【図１】
2004325948.tif 000003
【図２】
2004325948.tif 000004
【図３】
2004325948.tif 000005