(57)【要約】【課題】低価格、高信頼性、低損失である光受動部品を提供する。【解決手段】本発明の光受動部品１０は、第２のポート１１ｂから入力された基本モードの光を基本モードのまま第１のポート１１ａへ出力し、第３のポート１１ｃから入力された基本モードの光を高次モードに変換して第２のポート１１ｂへ出力する第１のモード変換器１２と、第１のポート１３ａから入力された基本モードの光を基本モードのまま第２のポート１３ｂへ出力し、第１のポート１３ａから入力された高次モードの光を基本モードに変換して第２のポート１３ｂへ出力し、第２のポート１３ｂから入力された基本モードの光を基本モードのまま第１のポート１３ａへ出力する第２のモード変換器１４とが備えられ、第１のモード変換器１２の第２のポート１１ｂと、第２のモード変換器１４の第１のポート１３ａとが接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバからなる第１〜第３のポートを具備し、第２のポートから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を基本モードのまま第１のポートへ出力し、第３のポートから入力された基本モードの光を高次モードに変換して第２のポートへ出力する機能を有する第１のモード変換器と、
光ファイバからなる第１のポートおよび第２のポートを具備し、第１のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第２のポートへ出力し、第１のポートから入力された高次モードの光を基本モードに変換して第２のポートへ出力し、第２のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第１のポートへ出力する機能を有する第２のモード変換器とが備えられ、
第１のモード変換器の第２のポートと、第２のモード変換器の第１のポートとが光ファイバで接続されていることを特徴とする光受動部品。
【請求項２】
第１のモード変換器は、複数の光ファイバが溶融延伸されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光受動部品。
【請求項３】
第２のモード変換器は、複数のモードを伝搬可能な光ファイバの導波部分が、単一モードのみを伝搬するようにテーパ状に加工されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光受動部品。
【請求項４】
第２のモード変換器は、第１のモード変換器の第２のポートをなす光ファイバが加工されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光受動部品。
【請求項５】
第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光が、ＬＰ０２モードの光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光受動部品。
【請求項６】
第１のモード変換器と第２のモード変換器とを接続する光ファイバの少なくとも一部が、ＬＰ０２モードを伝搬するとともにＬＰ０３モードを伝搬しないものであることを特徴とする請求項５に記載の光受動部品。
【請求項７】
第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光が、ＬＰ１１モードの光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光受動部品。
【請求項８】
第１のモード変換器と第２のモード変換器とを接続する光ファイバの少なくとも一部が、ＬＰ１１モードを伝搬するとともにＬＰ２１モードを伝搬しないものであることを特徴とする請求項７に記載の光受動部品。
【請求項９】
光サーキュレータであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光受動部品。
【請求項１０】
光コンバイナであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光受動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光サーキュレータ、光コンバイナなどの光受動部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、光サーキュレータや光コンバイナなどの光受動部品が広く使用されている。ここで、光サーキュレータは、光信号の経路整理のために用いられるものであり、光増幅器、波長多重通信を扱う光通信システム、分散補償回路などに用いられる。従来の光サーキュレータは、例えば、特許文献１〜３などに記載されている。
図６に、従来の光サーキュレータの一例の概略構成を示す。この光サーキュレータ３０は、光ファイバからなり、光を入出力する第１〜第３のポート３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、偏光子３２ａ，３２ｂと、ファラデー回転子３３とが備えられた素子型のものである。ここで、偏光子３２ａ，３２ｂとは、ある偏光方向の光のみを透過するものであり、ファラデー回転子３３とは、偏光方向を回転させるものである。
この光サーキュレータ３０は、第１のポート３１ａから入力された光を第２のポート３１ｂに出力し、第２のポート３１ｂから入力された光を第３のポート３１ｃに出力する機能を有する。なお、このような光サーキュレータでは、さらに、第３のポートから入力された光を第１のポートに出力する機能を有するものもある。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６０−４９８８７号公報
【特許文献２】
特公昭５８−１０７２６号公報
【特許文献３】
特許第２５３９５６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光サーキュレータを作製する際には、光ファイバと、偏光子やファラデー回転子などの素子とを接続する必要がある。しかしながら、その光ファイバと素子との接続では、精密な光軸合わせが求められるので、慎重な作業になり、光サーキュレータの作製時間が長くなった。また、偏光子やファラデー回転子などは特別な素子であるため、低価格化が困難になっていた。しかも、高精度に光軸合わせするのは難しいので、損失が大きく、製品の信頼性が低かった。さらに、その接続には接着剤を使用することが多く、従来の光サーキュレータでは光が接着剤を透過することになるので、耐環境性や耐高光パワー特性に問題があった。
また、従来、光コンバイナとしては、偏波保持光ファイバを用いた偏波ビームコンバイナが主流であったが、この光コンバイナにおいても、素子型のものは光サーキュレータと同様の問題があった。
また、偏波ビームコンバイナでは、互いに直交する偏波軸の光を合成することから、入射光の偏波軸を整えさせる必要があり、合成できる光の数も２つまでであった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、低価格、高信頼性、低損失であり、耐環境性や耐高光パワー特性に優れた光受動部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光受動部品は、光ファイバからなる第１〜第３のポートを具備し、第２のポートから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を基本モードのまま第１のポートへ出力し、第３のポートから入力された基本モードの光を高次モードに変換して第２のポートへ出力する機能を有する第１のモード変換器と、
光ファイバからなる第１のポートおよび第２のポートを具備し、第１のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第２のポートへ出力し、第１のポートから入力された高次モードの光を基本モードに変換して第２のポートへ出力し、第２のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第１のポートへ出力する機能を有する第２のモード変換器とが備えられ、
第１のモード変換器の第２のポートと、第２のモード変換器の第１のポートとが光ファイバで接続されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の光受動部品においては、第１のモード変換器は、複数の光ファイバが溶融延伸されたものであることが好ましい。
また、第２のモード変換器は、複数のモードを伝搬可能な光ファイバの導波部分が、単一モードのみを伝搬するようにテーパ状に加工されたものであることが好ましい。
さらに、第２のモード変換器は、第１のモード変換器の第２のポートをなす光ファイバが加工されたものであることが好ましい。
また、本発明の光受動部品においては、第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光が、ＬＰ０２モードの光であることが好ましい。
第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光がＬＰ０２モードの光である場合には、第１のモード変換器と第２のモード変換器とを接続する光ファイバの少なくとも一部が、ＬＰ０２モードを伝搬するとともにＬＰ０３モードを伝搬しないものであることが好ましい。
または、第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光が、ＬＰ１１モードの光であることが好ましい。
第１のモード変換器と第２のモード変換器との間を伝搬する高次モードの光がＬＰ１１モードの光である場合には、第１のモード変換器と第２のモード変換器とを接続する光ファイバの少なくとも一部が、ＬＰ１１モードを伝搬するとともにＬＰ２１モードを伝搬しないものであることが好ましい。
そして、本発明の光受動部品は、光サーキュレータであってもよい。
あるいは、本発明の光受動部品は、光コンバイナであってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の光受動部品の一実施形態例について図面を参照して説明する。本実施形態例は、光受動部品が光サーキュレータである例である。
図１に、本実施形態例の光サーキュレータの構成を示す。この光サーキュレータ１０は、光を入出力する第１〜第３のポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを具備する第１のモード変換器１２と、第１のポート１３ａおよび第２のポート１３ｂを具備する第２のモード変換器１４とが備えられ、第１のモード変換器１２の第２のポート１１ｂと、第２のモード変換器１４の第１のポート１３ａとが光ファイバ１５で接続されているものである。また、この光サーキュレータ１０では、いずれのポートも光ファイバからなっている。
そして、第１のモード変換器１２の第１のポート１１ａを光サーキュレータ１０のポート（Ｉ）とし、第１のモード変換器１２の第３のポート１１ｃを光サーキュレータ１０のポート（ＩＩＩ）とし、第２のモード変換器１４の第２のポート１３ｂを光サーキュレータ１０のポート（ＩＩ）として用いる。
【０００８】
第１のモード変換器１２は、図２（ａ）に示すように、第２のポート１１ｂから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を基本モードのまま第１のポート１１ａへ出力し、図２（ｂ）に示すように、第３のポート１１ｃから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を高次モード（例えば、ＬＰ０２）に変換して第２のポート１１ｂへ出力する機能を有する。
この実施形態例における第１のモード変換器１２は、複数の光ファイバが溶融延伸されたものである。複数の光ファイバが溶融延伸されたモード変換器は構成が単純であるため、信頼性をより向上させることができ、しかも、より低価格になる。
また、入出力ポートが必然的に光ファイバであるので、入出力ポート用光ファイバの接続が不要になる利点もある。
【０００９】
複数の光ファイバを溶融延伸してモード変換器を作製する技術については以下の参考文献１，２に記載されている。
参考文献１：林涛ら、“融着テーパ形光ファイバモード変換器”、電子情報通信学会論文誌、Ｃ−１，Ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ１１，ｐｐ６５０−６５１，１９９８年１１月
参考文献２：Ｋｗａｎｇ  Ｙｏｎｇ  Ｓｏｎｇら、“Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆｕｓｅｄ−Ｔｙｐｅ  Ｍｏｄｅ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｅ  Ｔｗｏ−Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ａｔ  １５５０ｎｍ”，ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１４，Ｎｏ．４，２００２年４月
なお、これら参考文献には、第３のポートから入力された基本モードの光を高次モードに変換して第２のポートへ出力する機能のみが記載されているが、このモード変換器は、第２のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第１のポートへ出力する機能、図２（ｃ）に示すように、第１のポート１１ａから入力された基本モードの光を基本モードのまま第２のポート１１ｂへ出力する機能も有する。
【００１０】
第２のモード変換器１４は、図３（ａ）に示すように、第１のポート１３ａから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を基本モードのまま第２のポート１３ｂへ出力し、図３（ｂ）に示すように、第１のポート１３ａから入力された高次モード（例えば、ＬＰ０２）の光を基本モード（ＬＰ０１）に変換して第２のポート１３ｂへ出力し、図３（ｃ）に示すように、第２のポート１３ｂから入力された基本モード（ＬＰ０１）の光を基本モードのまま第１のポート１３ａへ出力する機能を有する。
この実施形態例における第２のモード変換器１４は、複数のモードを伝搬可能な光ファイバの導波部分が、単一モードのみを伝搬するようにテーパ状に加工されたものである。複数のモードを伝搬可能な光ファイバの導波部分がテーパ状に加工されたものは、構成が単純であり、信頼性をより向上させることができ、しかも、より低価格になる。
【００１１】
光ファイバの導波部分をテーパ状に加工する方法としては、例えば、光ファイバを溶融延伸する方法、光ファイバのコアを熱拡散させる方法などが挙げられる。また、複数のモードを伝搬可能な光ファイバの導波部分がテーパ状に加工されたものとして、コリメータを用いて導波部分の径を拡大した平行光とし、この平行光を再度コリメータで光ファイバに導くものも挙げられる。
【００１２】
また、第２のモード変換器１４は、光サーキュレータを簡素化できることから、第１のモード変換器１２の第２のポート１１ｂをなす光ファイバが加工されたものであることが好ましい。
【００１３】
第１のモード変換器１２と第２のモード変換器１４との間を伝搬する高次モードの光は、モード変換しやすいことから、より低次のモードの光であることが好ましい。また、光ファイバの中心に電界分布のピークを有するＬＰ０Ｘモードの光であることが好ましい。したがって、高次モードの光としては、最も低次でのＬＰ０ＸモードであるＬＰ０２モードの光が最も好ましい。
高次モードの光がＬＰ０２モードの光である場合は、第１のモード変換器１２において、ＬＰ０１モードの光の一部がＬＰ０２モード以外の高次モードの光に変換された場合、第２のモード変換器１４の性能によっては、これがロスになることがある。また、ロスにならない場合には、第１のモード変換器１２と第２のモード変換器１４との間で干渉系を構成することになり、光学特性が不安定になる。以上のことから、第１のモード変換器１２と第２のモード変換器１４とを接続する光ファイバ１５の少なくとも一部が、ＬＰ０２モードを伝搬するとともにＬＰ０３モードを伝搬しないものであることが好ましい。このような光ファイバのＶ値（正規化周波数）は、ステップインデックス型光ファイバにおいては、４〜７程度のものである。
ＬＰ０Ｘモード以外の高次モードは、光ファイバ中心の電界が０であることから、光ファイバプロファイルの工夫により、ＬＰ０１モードからの変換を抑制することが可能である。
【００１４】
また、高次モードの光がＬＰ０２モード以外の高次モードであっても何ら不都合はなく、例えば、第１のモード変換器の作製しやすさを重視するのであれば、ＬＰ１１モードの光であることが好ましい。
高次モードの光がＬＰ１１モードの光である場合は、第１のモード変換器１２において、ＬＰ０１モードの光の一部がＬＰ１１モード以外の高次モードの光に変換された場合、第２のモード変換器１４の性能によっては、これがロスになることがある。また、ロスにならない場合には、第１のモード変換器１２と第２のモード変換器１４との間で干渉系を構成することになり、光学特性が不安定になる。以上のことから、第１のモード変換器１２と第２のモード変換器１４とを接続する光ファイバ１５の少なくとも一部が、ＬＰ１１モードを伝搬するとともにＬＰ２１モードを伝搬しないものであることが好ましい。このような光ファイバのＶ値（正規化周波数）は、ステップインデックス型光ファイバにおいては、２．４〜４程度の２モードファイバである。
【００１５】
このような構成の光サーキュレータは、ポート（Ｉ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光をポート（ＩＩ）から基本モードのまま出射し、ポート（ＩＩ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光をポート（ＩＩＩ）から基本モードのまま出射する。
【００１６】
以上のような光サーキュレータ１０は、光ファイバの加工によって作製されるので、光ファイバと素子との接続を省略できる。したがって、精密な光軸合わせをする作業を省略できるので、作製時間を短くできる上に、損失を小さくでき、製品の信頼性が向上する。また、偏光子やファラデー回転子などの特別な素子を用いないから低価格にできる。さらに、接着剤を使用しないから、光が接着剤を透過することがなく、耐環境性や耐高光パワー特性に優れている。そして、このような光サーキュレータは、例えば、光増幅器、波長多重通信を扱う光通信システム、分散補償回路などに好適に用いられる。
【００１７】
また、上述した光サーキュレータは、第１のポートから入力された基本モードの光を基本モードのまま第２のポートへ出力する機能も有しているので、ポート（Ｉ）およびポート（ＩＩＩ）から入射した光のいずれもがポート（ＩＩ）から出射する。このような機能を有するものは、光コンバイナに他ならない。すなわち、図１に示す構成の光受動部品を光コンバイナとしても使用することができる。
図１に示す構成のものを光コンバイナとして使用すれば、光コンバイナに偏波保持光ファイバを使用しなくてよいので、入射光の偏波軸調整が不要である。したがって、作業時間を短縮できる上に、信頼性も向上する。また、偏波軸が直交している必要がないから、偏波ビームコンバイナでは不可能であった、ツリー構造にして３つ以上の入射光を合成することが可能になる。
【００１８】
なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例では、第１のモード変換器および第２のモード変換器が光ファイバを加工したものであったが、それ以外のモード変換器を使用することもできる。その場合であっても、素子を用いた光サーキュレータより構成が簡素化されるので、信頼性が高く、低価格である。
【００１９】
【実施例】
図４、図５を参照して、本発明の光受動部品の実施例を説明する。波長１５５０ｎｍの光において、ＬＰ０２モードを伝搬し、ＬＰ０３モードを伝搬しない領域（Ｖ値：４〜７程度）にある光ファイバＡと、通常のシングルモードファイバＢとを用意し、これらの２本の光ファイバが互いに接触するように配列した。次いで、光ファイバＡのＬＰ０２モードの伝搬定数と光ファイバＢのＬＰ０１モードの伝搬定数が略等しくなるように、溶融延伸して細径化して第１のモード変換器２１を作製した。その際、光ファイバＢから入射した波長１５５０ｎｍの光（光ファイバＢはシングルモードファイバなので、この光は基本モードＬＰ０１である）が、光ファイバＡのＬＰ０２モードに１００％結合するように延伸条件を調整した。このようにして得られたモード変換器２１では、光ファイバＡのＬＰ０１モードの伝搬定数と、光ファイバＢのＬＰ０１モードの伝搬定数とが異なっているので、光ファイバＡから溶融延伸部２２に入射したＬＰ０１モードの光は、光ファイバＢに殆ど結合することなく、そのまま光ファイバＡを伝搬する。
また、光ファイバＡの一方の端面に光ファイバＢを融着接続し、さらに、この融着接続部近傍を加熱して、図５に示すように、光ファイバＡ，Ｂのコア２３ａ，２３ｂがテーパ状になるよう拡大化させて、複数のモードを伝搬可能な光ファイバから単一モードのみ伝搬する光ファイバになるような構造を有する第２のモード変換器２４を作製し、光受動部品２０を得た。
【００２０】
この光受動部品２０においては、光ファイバＡの一方の端部２５ａをポート（Ｉ）とし、光ファイバＢの一方の端部２５ｃをポート（ＩＩＩ）とし、光ファイバＡの他方の端部に融着接続された光ファイバＢの端部２５ｂをポート（ＩＩ）とした。そして、このような構成の光受動部品２０は、ポート（Ｉ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光をポート（ＩＩ）から基本モードのまま出射し、ポート（ＩＩ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光をポート（ＩＩＩ）から基本モードのまま出射する。したがって、この光受動部品２０は、光サーキュレータとしての機能を有する。
また、ポート（Ｉ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光は、ポート（ＩＩ）から基本モードのまま出射し、ポート（ＩＩＩ）から入射した基本モード（ＬＰ０１）の光は、ポート（ＩＩ）から基本モードのまま出射する。したがって、この光受動部品は、光コンバイナとしての機能も有する。
【００２１】
この光受動部品は、光ファイバのみから作製されており、構成が簡素化されているので、容易に作製でき、しかも、損失が小さく、信頼性が高かった。さらに、接続に接着剤を使用しないから、耐環境性や耐高光パワー特性に優れていた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバと素子との接続を省略できるので、作製時間を短くでき、低価格にできる上に、損失を低くでき、製品の信頼性が向上する。さらに、接続に接着剤を使用しないから、耐環境性や耐高光パワー特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光受動部品の一実施形態例を模式的に示す図である。
【図２】第１のモード変換器の機能を説明する図である。
【図３】第２のモード変換器の機能を説明する図である。
【図４】本発明の光受動部品の実施例を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す光受動部品の第２のモード変換器を示す図である。
【図６】従来の光サーキュレータの一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０・・・光サーキュレータ（光受動部品）、１１ａ・・・（第１のモード変換器の）第１のポート、１１ｂ・・・（第１のモード変換器の）第２のポート、１１ｃ・・・（第１のモード変換器の）第３のポート、１２，２１・・・第１のモード変換器、１３ａ・・・（第２のモード変換器の）第１のポート、１３ｂ・・・（第２のモード変換器の）第２のポート、１４，２４・・・第２のモード変換器、１５・・・光ファイバ
【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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