(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された２個の応力付与部を有する偏波保持光ファイバを用いた長周期光ファイバグレーティングであって、
ｓ偏波のみからなる入射光に対して、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接しており、
前記偏波保持光ファイバはＰＡＮＤＡファイバであり、前記偏波保持光ファイバの常温における複屈折率は１．３×１０−４〜２．５×１０−４であり、前記２個の応力付与部間の距離は、前記コアまたは前記クラッドの同心円であり、前記応力付与部にかからず、かつその内部に前記応力付与部を含まない最大の円の直径を基準に定められ、該直径は２５〜３０μｍであり、
前記コアはゲルマニウム添加石英ガラス、前記クラッドは純石英ガラス、前記応力付与部はホウ素が添加された石英ガラスからそれぞれ構成されており、
前記偏波保持光ファイバにｓ偏波のみが入射され、前記長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の温度変化による変動が、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃であることを特徴とする長周期光ファイバグレーティング。
【請求項２】
コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された２個の応力付与部を有する偏波保持光ファイバを用いた長周期光ファイバグレーティングであって、
ｓ偏波のみからなる入射光に対して、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接しており、
前記偏波保持光ファイバはＰＡＮＤＡファイバであり、前記偏波保持光ファイバの常温における複屈折率が１．３×１０−４〜２．５×１０−４であり、前記応力付与部の直径は１５〜３５μｍであり、
前記コアはゲルマニウム添加石英ガラス、前記クラッドは純石英ガラス、前記応力付与部はホウ素が添加された石英ガラスからそれぞれ構成されており、
前記偏波保持光ファイバにｓ偏波のみが入射され、前記長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の温度変化による変動が、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃であることを特徴とする長周期光ファイバグレーティング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報通信分野で用いられる偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品に関し、特に、温度依存性を低減した偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅用励起光の合波器などに利用される偏波合波器としては、偏波保持光ファイバカプラが使用されている。また、レーザダイオードや光ファイバレーザの安定化用外部共振器、歪みセンサーなどとしては、偏波保持（polarization maintaining；偏波保持）ファイバグレーティング（fiber grating；ＦＧ）が使用されている。
このような光部品に利用される偏波保持光ファイバとしては、種々のものが提案されているが、代表的なものとしてＰＡＮＤＡファイバ（polarization    maintaining and absorption reducing fiber）が知られている。
【０００３】
図１は、ＰＡＮＤＡファイバの一例を示したもので、このＰＡＮＤＡファイバ１０は、中心に設けられたコア１１と、このコア１１の周囲に、このコア１１と同心円状に設けられ、かつこのコア１１よりも低屈折率のクラッド１２と、このクラッド１２内に、コア１１を中心に対称に配置され、かつこのクラッド１２よりも熱膨張係数の大きい断面円形の２つの応力付与部１３、１３とから構成されている。
この例において、コア１１はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド１２は純石英ガラス、応力付与部１３はホウ素が比較的大量に添加された石英ガラスからそれぞれ構成されている。コア１１の外径、応力付与部１３の外径、コア１１とクラッド１２との比屈折率差、クラッド１２と応力付与部１３との比屈折率差は所望の特性などによって適宜設定される。
【０００４】
応力付与部１３は、クラッド１２よりも大きな熱膨張係数を有しており、融点が低い。そのため、光ファイバの製造時に線引きされた光ファイバが冷却される過程において、クラッド１２が応力付与部１３よりも先に固くなるため、形状があまり歪まず、ファイバ断面において、クラッド１２と応力付与部１３との熱膨張係数の差に起因する応力を生じる。そして、この応力はコア１１に対して応力異方性を発生させる。
その結果、このＰＡＮＤＡファイバ１０においては、Ｘ偏波はこのＰＡＮＤＡファイバ１０のＸ軸方向に電界ベクトルを保持して伝搬し、Ｙ偏波はＸ偏波と直交する電界ベクトルを保持してＰＡＮＤＡファイバ１０内を伝搬する。
ＰＡＮＤＡファイバでは、Ｘ偏波の実効屈折率がＹ偏波のそれよりも大きく伝搬速度が遅いので、Ｘ偏波軸をｓｌｏｗ軸、Ｙ偏波軸をｆａｓｔ軸という場合がある。一般に、偏波保持光ファイバでは、一方の偏波の実効屈折率がもう一方のそれよりも大きく、伝搬速度が遅いので、ｓｌｏｗ軸方向に電界をもつ偏波をｓ偏波、ｆａｓｔ軸方向に電界をもつ偏波をｆ偏波という場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の光伝送システムの高密度化に伴って、温度依存性の低い光部品が求められている。
しかしながら、偏波保持光ファイバ内に生じる応力は、クラッドと応力付与部の熱膨張係数の差を利用しており、偏波保持光ファイバが冷却する過程で、応力付与部が強く収縮することにより発生する。よって、偏波保持光ファイバ内に生じる応力は温度依存性を示すものである。したがって、このような偏波保持光ファイバを用いて製造された光部品は、偏波保持光ファイバに起因する温度依存性を示す。すなわち、このような光部品にあっては、温度の上昇に伴って、偏波保持光ファイバ内の応力が解放され、ｓ偏波およびｆ偏波を伝搬する特性が変化する。また、温度変化に伴って光部品のｓ偏波およびｆ偏波を伝搬する特性が変化する他の要因としては、偏波保持光ファイバを形成している材料の屈折率変化や、熱膨張による光部品の長手方向における長さの変化などがある。
【０００６】
特開平９−６４４４０号公報には、偏波保持光ファイバグレーティングを用いて、光ファイバレーザにおける発振周波数の変動の要因となるＸ偏波およびＹ偏波の変動を抑制する方法について提案されている。しかしながら、偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品の温度依存性を低減する方法については提案されていない。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、温度依存性を低減した偏波保持光ファイバおよびこれを用いた光部品を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された２個の応力付与部を有する偏波保持光ファイバを用いた長周期光ファイバグレーティングであって、ｓ偏波のみからなる入射光に対して、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接しており、前記偏波保持光ファイバはＰＡＮＤＡファイバであり、前記偏波保持光ファイバの常温における複屈折率は１．３×１０−４〜２．５×１０−４であり、前記２個の応力付与部間の距離は、前記コアまたは前記クラッドの同心円であり、前記応力付与部にかからず、かつその内部に前記応力付与部を含まない最大の円の直径を基準に定められ、該直径は２５〜３０μｍであり、前記コアはゲルマニウム添加石英ガラス、前記クラッドは純石英ガラス、前記応力付与部はホウ素が添加された石英ガラスからそれぞれ構成されており、前記偏波保持光ファイバにｓ偏波のみが入射され、前記長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の温度変化による変動が、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃であることを特徴とする長周期光ファイバグレーティングによって解決できる。
前記課題は、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された２個の応力付与部を有する偏波保持光ファイバを用いた長周期光ファイバグレーティングであって、ｓ偏波のみからなる入射光に対して、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接しており、前記偏波保持光ファイバはＰＡＮＤＡファイバであり、前記偏波保持光ファイバの常温における複屈折率が１．３×１０−４〜２．５×１０−４であり、前記応力付与部の直径は１５〜３５μｍであり、前記コアはゲルマニウム添加石英ガラス、前記クラッドは純石英ガラス、前記応力付与部はホウ素が添加された石英ガラスからそれぞれ構成されており、前記偏波保持光ファイバにｓ偏波のみが入射され、前記長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の温度変化による変動が、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃であることを特徴とする長周期光ファイバグレーティングによって解決できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
ここでは、本発明の偏波保持光ファイバの一例として、図１にＰＡＮＤＡファイバを示す。
この例のＰＡＮＤＡファイバ１０は、中心に設けられたコア１１と、このコア１１の周囲に、このコア１１と同心円状に設けられ、かつこのコア１１よりも低屈折率のクラッド１２と、このクラッド１２内に、コア１１を中心に対称に配置され、かつこのクラッド１２よりも熱膨張係数の大きい断面円形の２つの応力付与部１３、１３とから構成されている。
そしてこの例のＰＡＮＤＡファイバ１０は、ｓ偏波を入射した際、その残留応力の温度による変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化量（以下、「変化量Ａ」と記す。）と、ＰＡＮＤＡファイバ１０のコア１１、クラッド１２および応力付与部１３を形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる入射光の実効屈折率の変化量（以下、「変化量Ｂ」と記す。）が逆符号を有し、かつこれら変化量Ａと変化量Ｂの絶対値がほぼ等しいものである。
【００１０】
この例の偏波保持光ファイバにあっては、温度変化によって生じる実効屈折率の変化量Ａが、実効屈折率の変化量Ｂを打ち消すから、偏波保持光ファイバ全体として入射光の実効屈折率がほとんど変化しない。
【００１１】
また、ＰＡＮＤＡファイバ１０において、変化量Ａと変化量Ｂが逆符号を有するものとし、その絶対値をほぼ等しくする方法としては、ＰＡＮＤＡファイバ１０の室温における残留応力を減少させる方法がある。この方法によれば、ＰＡＮＤＡファイバ１０の温度変化による残留応力の変化量を小さくすることができ、変化量Ａの絶対値を、変化量Ｂに近付けることができる。
ＰＡＮＤＡファイバ１０の室温における残留応力を減少させる具体的な方法としては、応力付与部１３、１３の間の距離を長くする方法、応力付与部１３、１３を縮小する方法、応力付与部１３、１３の組成を変えて、クラッド１２との熱膨張係数差を小さくする方法などが挙げられる。この例の偏波保持光ファイバにあっては、応力付与部１３、１３の間の距離を長くする方法が好ましく用いられる。
【００１２】
応力付与部１３、１３の間の距離を長くする方法を以下に示す。
図１に示すように、応力付与部１３、１３の間の距離は、コア１１またはクラッド１２の同心円で、応力付与部１３、１３にかからず、かつその内部に応力付与部１３、１３を含まない最大の円１５の直径Ａを基準に定められている。直径Ａは２０μｍ以上、好ましくは、２５〜３０μｍとする。
通常の通信用などの偏波保持光ファイバにあっては、上記直径Ａは１２〜１７μｍ程度である。これに対して、上述のように応力付与部１３、１３が離れていると、応力付与部１３、１３がコア１１に与える応力が低下し、通常の偏波保持光ファイバと比較して複屈折率が低くなる。
【００１３】
また、応力付与部１３、１３を縮小する場合、応力付与部１３の直径を１５〜３５μｍとすることが好ましい。
【００１４】
ＰＡＮＤＡファイバ１０において、ｓ偏波を、このＰＡＮＤＡファイバ１０に入射すると、上述の温度変化によって生じる変化量Ａと変化量Ｂが打ち消し合う。したがって、この例の偏波保持光ファイバの温度依存性を低減するには、この偏波保持光ファイバにｓ偏波のみを入射することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の偏波保持光ファイバは、常温における複屈折率を低減したものであり、その複屈折率が１．０×１０-4〜３．０×１０-4であることが好ましく、より好ましくは１．３×１０-4〜２．５×１０-4である。複屈折率が上記範囲内であれば、この偏波保持光ファイバを用いて作製された、後述の光ファイバグレーティングの中心波長の温度変化による変動を±０．０１ｎｍ／℃以内に抑えることができる。
複屈折率が１．０×１０-4未満では、光ファイバグレーティングの損失中心波長の温度による変動が＋０．０１ｎｍ／℃以上になる。一方、複屈折率が３．０×１０-4を超えると、−０．０１ｎｍ／℃以下になる。
ところで、偏波保持光ファイバに形成した光ファイバグレーティングの中心波長は、偏波保持光ファイバの複屈折率に比例することが分かっている。
【００１６】
また、本発明の偏波保持光ファイバはＰＡＮＤＡファイバに限定するものではなく、Ｂｏｗ−Ｔｉｅファイバ、楕円ジャケットファイバなどの偏波保持光ファイバとすることもできる。
さらに、本発明の偏波保持光ファイバは、長周期ファイバグレーテイング、短周期ファイバグレーティングなどの光ファイバグレーティング、光ファイバカプラなどの光部品に対しても適用可能である。
【００１７】
ここでは、光部品の一例として、長周期ファイバグレーテイングについて説明する。
長周期ファイバグレーテイングは、光ファイバの長手方向に周期が数１０μｍ〜１０００μｍ程度の屈折率変調を形成することにより、コア中を伝搬する光（導波モード光）を、同方向のクラッド中を伝搬する光（クラッドモード光）や同方向の放射モード光へ結合させるものである。偏波保持光ファイバに長周期ファイバグレーテイングを形成した場合、その中心波長が温度によって変動する主要因は、残留応力の変動と材料の屈折率変動によるものである。
本発明の偏波保持光ファイバに長周期ファイバグレーテイングを形成した場合、ｓ偏波、ｆ偏波いずれかの偏波を入射した際の温度の上昇に伴う残留応力の変動による中心波長の変動が、偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率変動による中心波長の変動を打ち消す向きに動く。したがって、この長周期ファイバグレーテイングは温度依存性がほとんどないから、光増幅器用利得等化器などに好ましく用いられる。さらに、この光増幅器用利得等化器は、光通信システムなどに好ましく用いられる。
【００１８】
以下、具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにする。
（実施例）
応力付与部をコアから離す方法により、室温における残留応力を減少させた０．９８μｍ帯域用低複屈折ＰＡＮＤＡファイバを作製した。作製した０．９８μｍ帯域用低複屈折ＰＡＮＤＡファイバの複屈折率は、２５℃において２．４×１０-4と、通常の０．９８μｍ帯域用ＰＡＮＤＡファイバの複屈折率４．９×１０-4の半分程度であった。
この０．９８μｍ帯域用低複屈折ＰＡＮＤＡファイバの被覆を除去した部分に紫外光を照射し、長周期光ファイバグレーティングを形成し、この長周期光ファイバグレーティングの温度による損失スペクトルの変動を測定した。この長周期光ファイバグレーティングを形成した際における、ＰＡＮＤＡファイバの紫外光に対する露光条件は、屈折率変調周期３２０．３μｍ、グレーティング段数１１８段とした。
温度によるｓ偏波の中心波長の変動の結果を図２に示す。また、長周期光ファイバグレーティングの温度による中心波長の変動量を表１に示す。
【００１９】
【表１】
0004578733.tif 000002
【００２０】
図２の結果から、この０．９８μｍ帯域用低複屈折ＰＡＮＤＡファイバは温度による中心波長の変動が小さいことが分かる。
また、表１の結果から、ｓ偏波の中心波長の温度による変動は−０．００８９ｎｍ／℃と、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃以内に抑えられている。
このようなＰＡＮＤＡファイバを用いて作製された長周期光ファイバグレーティングは、温度による残留応力の変化が小さいため、ｓ偏波の温度による中心波長の変動が低減されることになる。
【００２１】
（比較例）
０．９８μｍ、１．３３μｍ、１．５５μｍ帯域用ＰＡＮＤＡファイバの被覆を除去した部分に紫外光を照射し、長周期光ファイバグレーティングを形成し、これらの長周期光ファイバグレーティングの温度による損失スペクトルの変動を測定した。この長周期光ファイバグレーティングを形成した際における、ＰＡＮＤＡファイバの紫外光に対する露光条件を表２に示す。
温度によるｓ偏波の中心波長の変動の結果を図３（ａ）に、ｆ偏波の中心波長の変動の結果を図３（ｂ）示す。また、長周期光ファイバグレーティングの温度による中心波長の変動量を表３に示す。
【００２２】
【表２】
0004578733.tif 000003
【００２３】
【表３】
0004578733.tif 000004
【００２４】
図３の結果から、温度の上昇に伴って、これらのＰＡＮＤＡファイバにｓ偏波を入射した際の損失ピークの中心波長は短波長側へ、ｆ偏波の中心波長は長波長側へそれぞれ大きく変動している。
また、表３の結果から、この光ファイバグレーティングの温度による中心波長の変動量は、−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃の範囲を大きく超えており、温度依存性が大きい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の長周期光ファイバグレーティングに用いられる偏波保持光ファイバは、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配された２個の応力付与部を有する偏波保持光ファイバであって、ｓ偏波のみからなる入射光に対して、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量と、前記偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量とが、逆符号を有し、かつこれらの実効屈折率の変化量の絶対値が近接しているから、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量が、偏波保持光ファイバを形成する材料の屈折率の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化量を打ち消すから、偏波保持光ファイバ全体として前記入射光の実効屈折率がほとんど変化しない。したがって、このような偏波保持光ファイバは、温度依存性の少ないものとなる。
【００２６】
前記偏波保持光ファイバにｓ偏波のみが入射されれば、偏波保持光ファイバの残留応力の温度による変動によって生じる前記入射光の実効屈折率の変化が打ち消される。前記偏波保持光ファイバの複屈折率が１．３×１０−４〜２．５×１０−４であれば、この偏波保持光ファイバを用いて作製された長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の変動の温度依存性を低減することができる。前記偏波保持光ファイバを用いて製造された長周期光ファイバグレーティング中を伝搬するｓ偏波の光の損失スペクトルの中心波長の温度変化による変動が−０．０１〜＋０．０１ｎｍ／℃であれば、このファイバグレーティングを用いた光増幅器用利得等化器などの温度依存性が低減する。さらに、この光増幅器用利得等化器は、光通信システムなどに好ましく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＡＮＤＡファイバの一例を示したものである。
【図２】本発明の偏波保持光ファイバを用いて作製した長周期ファイバグレーティングの温度によるｓ偏波の中心波長の変動を示すグラフである。
【図３】従来の偏波保持光ファイバを用いて作製した長周期ファイバグレーティングの温度による中心波長の変動を示すグラフで、図３（ａ）はｓ偏波の中心波長の変動を示し、図３（ｂ）はｆ偏波の中心波長の変動を示す。
【符号の説明】
１１・・・コア、１２・・・クラッド、１３・・・応力付与部
【図１】
0004578733.tif 000005
【図２】
0004578733.tif 000006
【図３】
0004578733.tif 000007