(57)【要約】【解決手段】屈折率の高い複数のコアを並列に配置して、その周囲に屈折率の低いクラッドを一括被覆してなる光ファイバアレイにおいて、前記コアはグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有する。この光ファイバアレイは石英ガラスに複数の孔を開け、これらの孔にコアロッドを挿入した後線引きし、所定の間隔で切断して作製する。【効果】本発明によれば、従来のような煩雑な工程を必要とせずにしかも多心の各光ファイバ毎にほぼ一定の安定した接続損失を実現できるモードフィールド径変換用光ファイバアレイおよびその製造方法を提供することができる。【選択図】        図１
2005003899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の高い複数のコアを並列に配置して、その周囲に屈折率の低いクラッドを一括被覆してなる光ファイバアレイにおいて、前記コアはグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有するものであることを特徴とするモードフィールド径変換用光ファイバアレイ。
【請求項２】
前記コア形状は丸形で、前記クラッド形状は四角形であることを特徴とする請求項１記載のモードフィールド径変換用光ファイバアレイ。
【請求項３】
前記モードフィールド径変換用光ファイバアレイはシングルモード型光ファイバアレイに接続されて使用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモードフィールド径変換用光ファイバアレイ。
【請求項４】
所定の屈折率の石英ガラスロッドに並列的に複数の孔を開け、前記複数の孔に前記石英ガラスロッドよりも屈折率の高いグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有するコアロッドを挿入してアレイ型母材を作成し、前記アレイ型母材を所定のサイズまで線引きした後に所定の長さに切断して端面を研磨することを特徴とするモードフィールド径変換用光ファイバアレイの製造方法。
【請求項５】
前記石英ガラスロッドの形状は四角形で、前記コアロッドの形状は丸形であることを特徴とする請求項４記載のモードフィールド径変換用光ファイバアレイの製造方法。
【請求項６】
前記石英ガラスロッドは純石英ガラスからなり、前記コアロッドはＧｅが添加されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のモードフィールド径変換用光ファイバアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードフィールド径の異なる多心の光ファイバ同士または多心の光ファイバと平面型光導波路の接続に用いられるモードフィールド径変換用光ファイバアレイ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信ネットワークの進展に伴い光ファイバ通信網が急速に整備されてきている。光ファイバ通信網は基本的に屋外の光ファイバケーブルと屋内の機器等に配置されている光ファイバや平面型光導波路（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、ＰＬＣ）とを接続することで構成されている。このような場合、光ファイバ同士あるいは光ファイバとＰＬＣを接続することが必要となる。
【０００３】
ところで、通信ネットワークの需要がますます高まる状況においては光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ；以下、ＳＭＦ）やＰＬＣ（以下、ＳＭＦとＰＬＣを総称して光導波路という）の高密度実装が必然となり、例えば機器内においてはどうしても光導波路の数が増えるために省スペース収納、小型化が大きな関心事になってきている。
【０００４】
例えば光導波路のうちＳＭＦの場合には、多数のＳＭＦを限られたスペースに収納、配線するためにはＳＭＦを小さな曲率半径で曲げることが必要になってくる。ところがＳＭＦを小さな曲率半径で曲げると光が漏洩しやすくなり、通信ネットワーク全体の品質を低下させてしまう。また、ＰＬＣの場合には高密度実装のための小型化に対する要求がますます強くなってきているために導波路パターンを形成するにおいてもＳＭＦの場合と同様な問題が生じてくる。
【０００５】
そこで、ＳＭＦの場合には小さな曲率半径で曲げても光が漏洩しにくくなるように、通信ネットワークに用いられる通常のＳＭＦよりもコアとクラッドの間の屈折率差、すなわち比屈折率差Δを大きくし、コア径を小さくした、いわゆる高ΔＳＭＦが使用されるようになってきている。また、ＰＬＣの場合にもやはり比屈折率差Δを大きくしてコア径を小さく設定している。このように、現在高密度実装のためには高Δ光導波路が用いられてきている。
【０００６】
しかし、このような高Δ光導波路も最終的には光ファイバケーブルを構成する通常のＳＭＦと接続する必要がある。その結果、コア径の違い、ひいてはモードフィールド径（Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ；以下、ＭＦＤ）の違いにより接続部において不整合が生じるために大きな接続損失を引き起こすこととなる。
【０００７】
このような通常のＳＭＦと高Δ光導波路との接続部での不整合を解消するために、高Δ光導波路のコアを加熱することによってコア中の添加元素（ドーパント）を拡散させてコア径を拡大して最適なＭＦＤが得られるようにする技術、即ち熱拡大コア（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  Ｅｘｐａｎｄｅｄ  Ｃｏｒｅ；以下、ＴＥＣ）技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
ここで、ＳＭＦ同士あるいはＳＭＦとＰＬＣの接続では、多心型のＳＭＦやＰＬＣを接続する場合が多い。多心型のＳＭＦやＰＬＣを接続する場合には複数のＳＭＦを並列的に配置した光ファイバアレイを用いて接続する。この光ファイバアレイは例えば基板上に複数設けられたＶ溝に通常のＳＭＦを配置して構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図４に従来の接続部の一例を示す。図４において、４１は従来の光ファイバアレイで、ＳＭＦが複数本Ｖ溝中に並列に配置されたものである。この光ファイバアレイ４１は波線で示す高Δ光導波路４２と接続されるようになっている。また光ファイバアレイ４１には高Δシングルモード光ファイバテープ心線４３が接続され、さらに通常のシングルモード光ファイバテープ心線４４が接続されている。そして、高Δシングルモード光ファイバテープ心線４３と通常のシングルモード光ファイバテープ心線４４との接続部４５（実線で囲んだ部分）にＴＥＣ処理を施しモードフィールド変換を行うようにしている。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２６１８５００号公報
【特許文献２】
特開２００１−２９６４４８号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【００１２】
即ち、従来の技術では、ＭＦＤが異なるＳＭＦ同士の接続では、ＭＦＤの小さい光ファイバにＴＥＣ処理を行い、接続損失を低減している。
【００１３】
また、ＰＬＣとＳＭＦとの接続では、その中間に高ΔＳＭＦを接続し、ＰＬＣ―高ΔＳＭＦ―ＳＭＦという構成をとり、高ΔＳＭＦをＴＥＣ処理して接続損失を低減している。
【００１４】
しかし、例えば光合分波器や熱光学スイッチなどのＰＬＣのチャンネル数が多くなるにつれ、多心一括ＴＥＣ処理を行った場合にチャンネル毎のＭＦＤ拡大の状況にばらつきが出て安定した接続損失が得られないという問題があった。
【００１５】
また、単心毎にＴＥＣ処理を行うと、工程数の増大やＴＥＣ処理に必要な余長によりデバイス全体が大きくなってしまうという問題点もあった。
【００１６】
本発明は、モードフィールド径の異なる多心のＳＭＦ同士または多心のＳＭＦとＰＬＣを接続する際に用いられる接続損失の少ないモードフィールド径変換用光ファイバアレイ及びその製造方法を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００１８】
まず第１の発明は、屈折率の高い複数のコアを並列に配置して、その周囲に屈折率の低いクラッドを一括被覆してなる光ファイバアレイにおいて、前記コアはグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有するものであることを特徴とする。
【００１９】
また第２の発明は、前記第１の発明において前記コア形状は丸形で、前記クラッド形状は四角形であること特徴とする。
【００２０】
さらに第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において前記モードフィールド径変換用光ファイバアレイはシングルモード型光ファイバアレイに接続されて使用されること特徴とする。
【００２１】
そして第４の発明は、所定の屈折率の石英ガラスロッドに並列的に複数の孔を開け、前記複数の孔に前記石英ガラスロッドよりも屈折率の高いグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有するコアロッドを挿入してアレイ型母材を作成し、前記アレイ型母材を所定のサイズまで線引きした後に所定の長さに切断して端面を研磨することを特徴とする。
【００２２】
また第５の発明は、前記第４の発明において前記石英ガラスロッドの形状は四角形で、前記コアロッドの形状は丸形であることを特徴とする。
【００２３】
さらに第６の発明は、前記第４の発明または第５の発明において前記石英ガラスロッドは純石英ガラスからなり、前記コアロッドはＧｅが添加されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００２５】
図１は本発明のモードフィールド径変換用光ファイバアレイを通常のシングルモード型光ファイバテープ心線の接続に用いた一実施の形態を模式的に表したものである。図１（ａ）に示すように、本発明のモードフィールド径変換用光ファイバアレイ１は波線で示す高Δ光導波路２と接続されるようになっている。そして、モードフィールド径変換用光ファイバアレイ１は従来のシングルモード型光ファイバアレイ３に接続され、シングルモード型光ファイバアレイ３は通常の光ファイバテープ心線４に接続されている。
【００２６】
ここで、本発明のモードフィールド径変換用光ファイバアレイは図１（ｂ）に示すように、複数のコア５、５、５、・・・が並列に配置され、その周囲に一括してクラッド６が被覆されている。コア２は屈折率分布がグレーデッド・インデックス型となっている。コア５の形状は丸形が好ましい。これはコアロッドを作製するときに丸形である方が工程的に効率がよいからである。また、クラッドの形状は四角形が好ましい。これは従来の光ファイバアレイとの接続において形状を合わせた方がよいからである。
【００２７】
ところで、グレーデッド・インデックス型ファイバ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ  Ｆｉｂｅｒ；以下、ＧＩＦ）の屈折率分布を二乗形屈折率分布とすると次の式が成り立つ。
【００２８】
【数１】
2005003899.tif 000003
【００２９】
ただし、Ａｇ＝ａ／√２Δ、ｎ０：クラッドの屈折率、ｒ：コア半径とする。
長さＬのＧＩＦのＡＢＣＤ行列Ｍは、
【００３０】
【数２】
2005003899.tif 000004
【００３１】
となり、ＧＩＦの長さが１／４ピッチ、即ちＬ＝π・（Ａｇ／２）ならば、
【００３２】
【数３】
2005003899.tif 000005
【００３３】
となる。
また、ＧＩＦレンズで入射端と出射端でのモードフィールド半径をそれぞれＷ１、Ｗ２とすると、
【００３４】
【数４】
2005003899.tif 000006
【００３５】
の式が成り立つ。ここで、ａ＝λ／（π・Ｗ１２・ｎ０）、λ：使用波長である。
（３）式および（４）式より、１／４ピッチにおける入射端と出射端のＭＦＤの関係は、
【００３６】
【数５】
2005003899.tif 000007
【００３７】
となり、モードフィールド径の変換が行われることになる（ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，  Ｖｏｌ．ＬＴ−５，  Ｎｏ．９，  ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ  １９８７参照）。
【００３８】
ここで、本発明のモードフィールド変換用光ファイバアレイの製造方法について述べる。まず、クラッドとなるべき四角形状の純石英ガラスを用意し、線引き後の複数のコア間の距離が所定の間隔になるように一定間隔で丸形状の孔開け加工を行う。これらの孔に屈折率を上昇させるＧｅをドープし、屈折率分布がグレーデッド・インデックス型をした丸形コアロッドを挿入してアレイ型母材を作成する。次いで、このアレイ型母材を約２０００℃に加熱溶融して線引きし、一定の速度で引き取る。コアロッドとクラッドとの界面はアレイ型母材の段階で溶融融着させてもよいし、線引き中に溶融融着させてもよい。この後線引きした光ファイバアレイを所定の間隔に切断し、端面を研磨してモードフィールド径変換用光ファイバアレイとする。このようにして作製したモードフィールド径変換用光ファイバアレイは、高Δ光導波路や従来の光ファイバアレイに屈折率を調整した接着剤を用いて固定する。
【００３９】
次に、コアがグレーデッド・インデックス型の屈折率分布を有するモードフィールド径変換用光ファイバの変換効果について述べる。
【００４０】
図２は、単心のモードフィールド径変換用光ファイバの変換効果を表した図である。縦軸は波長１．５５μｍにおけるＭＦＤ（単位；μｍ）、横軸はモードフィールド径変換用光ファイバの長さ（単位；μｍ）である。この単心のモードフィールド径変換用光ファイバを高ΔＰＬＣと通常のＳＭＦの間に配置してモードフィールド径の変換状況を測定したものである。丸印が測定値、実線が計算値である。ここで、高ΔＰＬＣのＭＦＤは５．７μｍ、通常のＳＭＦのＭＦＤは１０μｍである。そして、モードフィールド径変換用光ファイバの屈折率分布係数α＝２．０、比屈折率差Δ＝１．９％、コア径＝１６μｍである。
【００４１】
図２から明らかなように、計算値と実測値はよく一致しており、モードフィールド径の変換が行われていることがわかる。
【００４２】
図３は、本発明のモードフィールド径変換用光ファイバアレイを用いて図１に示すように高ΔＰＬＣと通常の光ファイバテープ心線を接続した際の各チャンネル毎の接続損失を図４に示す従来のモードフィールド径変換方法との比較で測定した結果を示したものである。モードフィールド径変換用光ファイバアレイの長さは２００μｍ、両端研磨後１６心Ｖ溝光ファイバアレイと紫外線硬化型接着剤により取り付けた。
【００４３】
図３によれば、従来の光ファイバアレイを用いた場合には中心付近のチャンネルの接続損失が大きい傾向を示しているのに対して、本発明のモードフィールド径変換用光ファイバアレイを用いた場合には各チャンネルともほぼ一定の接続損失を示し、モードフィールド径の変換が各チャンネルにおいて安定して実現できていることが明らかである。
【００４４】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、モードフィールド径の異なる多心型のＳＭＦ同士やＳＭＦとＰＬＣとを接続する際に、コアの屈折率分布がグレーデッド・インデックス型を有する光ファイバアレイを用いたので、従来のような煩雑な工程を必要とせずにしかも多心の各光ファイバ毎にほぼ一定の安定した接続損失を実現できるモードフィールド径変換用光ファイバアレイおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表した図である。
【図２】本発明の効果を確認した測定結果を表した図である。
【図３】本発明の効果を確認した他の測定結果を表した図である。
【図４】従来の技術を表した図である。
【符号の説明】
１・・・モードフィールド変換用光ファイバアレイ
２・・・高Δ光導波路
３・・・光ファイバアレイ
４・・・光ファイバテープ心線
５・・・コア
６・・・クラッド
【図１】
2005003899.tif 000008
【図２】
2005003899.tif 000009
【図３】
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【図４】
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