(57)【要約】【課題】製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換できるモードフィールド変換ファイバを提供する。【解決手段】光を伝搬させるコア領域１１と、コア領域１１を包囲するように設けられたクラッド領域１２と、コア領域１１を所定の間隔で包囲するようにクラッド領域１２に複数形成された空孔１３と、空孔１３の一方端側のみに充填された任意の屈折率ｎ３を有する媒質１４とを備えており、前記空孔１３の他方端側の内部が空気となっているモードフィールド変換ファイバ１０である。【選択図】図１
2007310187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬させるコア領域と、
前記コア領域を包囲するように設けられたクラッド領域と、
前記コア領域を所定の間隔で包囲するように前記クラッド領域に複数形成された空孔と、
少なくとも一部の前記空孔の一方端側のみに充填された任意の屈折率を有する媒質と
を備えていることを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
【請求項２】
光を伝搬させるコア領域と、
前記コア領域を包囲するように設けられたクラッド領域と、
前記コア領域と前記クラッド領域との境界に沿って所定の間隔で当該コア領域に複数形成された空孔と、
少なくとも一部の前記空孔の一方端側のみに充填された任意の屈折率を有する媒質と
を備えていることを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記一方端側のモードフィールド径Ｄｆ及び他方端側のモードフィールド径Ｄａが、下記の式（１）の関係を満たしている
ことを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
Ｄ１＞Ｄｆ＞Ｄａ＞Ｄ２      （１）
ただし、
Ｄ１は、一方端側に接続される光ファイバ又は光デバイスのモードフィールド径、
Ｄ２は、他方端側に接続される光ファイバ又は光デバイスのモードフィールド径
である。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記媒質が、前記コア領域の屈折率以下の屈折率である
ことを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
前記媒質の屈折率が、前記一方端側よりも前記他方端側ほど小さくなっている
ことを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記媒質の屈折率の温度係数が、前記クラッド領域の材料の屈折率の温度係数よりも大きい
ことを特徴とするモードフィールド変換ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システム等において光接続を行う際に利用されるモードフィールド変換ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、用途に応じた様々な光ファイバが提案されている。これらの光ファイバは、一般的に、異なるモードフィールドを有している。異なるモードフィールドの光ファイバを接続すると、モードフィールドの不整合により損失が発生してしまう。この損失は、接続する光ファイバのモードフィールドが大きく異なるほど大きくなってしまう。このため、異なるモードフィールドの光ファイバの接続に際して、レンズを利用する空間結合系や、テーパ構造を利用するＴＥＣ（Thermally Expanded Core）ファイバ等を適用することにより、モードフィールド不整合損失を軽減することが広く行われている（例えば、下記非特許文献１等参照）。
【０００３】
【非特許文献１】川上彰二郎、他２名，「アドバンスト  エレクトロニクス  シリーズ  Ｉ−１６  光ファイバとファイバ形デバイス」，第１版，株式会社培風館，１９９６年７月１０日，ｐ．２１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レンズを利用する空間結合系は、レンズの位置や大きさのわずかな違いによって結合効率が大きく変動してしまうため、モードフィールドの高効率な変換が難しいという問題があった。他方、テーパ構造を利用するＴＥＣファイバは、長手方向の屈折率分布を製造時の延伸処理によって制御する必要があるため、製造が非常に難しいという問題があった。
【０００５】
このようなことから、本発明は、製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換できるモードフィールド変換ファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、光を伝搬させるコア領域と、前記コア領域を包囲するように設けられたクラッド領域と、前記コア領域を所定の間隔で包囲するように前記クラッド領域に複数形成された空孔と、少なくとも一部の前記空孔の一方端側のみに充填された任意の屈折率を有する媒質とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、第二番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、光を伝搬させるコア領域と、前記コア領域を包囲するように設けられたクラッド領域と、前記コア領域と前記クラッド領域との境界に沿って所定の間隔で当該コア領域に複数形成された空孔と、少なくとも一部の前記空孔の一方端側のみに充填された任意の屈折率を有する媒質とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
第三番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、第一番目又は第二番目の発明において、前記一方端側のモードフィールド径Ｄｆ及び他方端側のモードフィールド径Ｄａが、下記の式（１）の関係を満たしていることを特徴とする。
Ｄ１＞Ｄｆ＞Ｄａ＞Ｄ２      （１）
ただし、Ｄ１は、一方端側に接続される光ファイバ又は光デバイスのモードフィールド径、Ｄ２は、他方端側に接続される光ファイバ又は光デバイスのモードフィールド径である。
【０００９】
第四番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記媒質が、前記コア領域の屈折率以下の屈折率であることを特徴とする。
【００１０】
第五番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記媒質の屈折率が、前記一方端側よりも前記他方端側ほど小さくなっていることを特徴とする。
【００１１】
第六番目の発明に係るモードフィールド変換ファイバは、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記媒質の屈折率の温度係数が、前記クラッド領域の材料の屈折率の温度係数よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るモードフィールド変換ファイバによれば、製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るモードフィールド変換ファイバの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
［第一番目の実施形態］
本発明に係るモードフィールド変換ファイバの第一番目の実施形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、モードフィールド変換ファイバの概略構成図、図２は、図１のモードフィールド変換ファイバの作用説明図である。
【００１５】
本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバは、図１に示すように、光を伝搬させるコア領域１１と、コア領域１１を包囲するように設けられたクラッド領域１２と、コア領域１１を所定の間隔で包囲するようにクラッド領域１２に複数形成された空孔１３と、空孔１３の一方端側（図１Ａにおいては、左側）のみに充填された任意の屈折率ｎ３を有する媒質１４とを備えており、前記空孔１３の他方端側（図１Ａにおいては、右側）の内部が空気となっている。
【００１６】
このような本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０においては、前記空孔１３の一方端側のみに前記媒質１４が充填されていることから、空孔１３による光閉じ込め効果が一方端側で失われるようになるので、媒質１４を充填されている一方端側のモードフィールド径Ｄｆが、媒質１４を充填されていない他方端側のモードフィールド径Ｄａよりも大きくなる（図２Ａ参照）。
【００１７】
ところで、モードフィールド径Ｄ１の光ファイバ又は光デバイスとモードフィールド径Ｄ２の光ファイバ又は光デバイスとを直接接続したときに生じるモードフィールド不整合損失ηは、下記の式（１１）で簡易的に表すことができる（例えば、前記非特許文献１（ｐ．２０１）等参照）。
【００１８】
η＝（２・Ｄ１・Ｄ２）／（Ｄ１2＋Ｄ２2）      （１１）
【００１９】
他方、前記モードフィールド変換ファイバ１０の一方端側にモードフィールド径Ｄ１の光ファイバ又は光デバイスを接続すると共に、当該モードフィールド変換ファイバ１０の他方端側にモードフィールド径Ｄ２の光ファイバ又は光デバイスを接続したときに生じるモードフィールド不整合損失ηｆは、下記の式（１２）で簡易的に表わすことができる。
【００２０】
ηｆ＝｛（２・Ｄ１・Ｄｆ）／（Ｄ１2＋Ｄｆ2）｝×
｛（２・Ｄａ・Ｄ２）／（Ｄａ2＋Ｄ２2）｝      （１２）
【００２１】
よって、下記の式（１）の関係を満たす条件であると、上記モードフィールド変換ファイバ１０を介して、モードフィールド径Ｄ１の光ファイバ又は光デバイスとモードフィールド径Ｄ２の光ファイバ又は光デバイスとを接続したときのモードフィールド不整合損失ηｆを、モードフィールド径Ｄ１の光ファイバ又は光デバイスとモードフィールド径Ｄ２の光ファイバ又は光デバイスとを直接接続したときのモードフィールド不整合損失ηよりも小さくすることができる（ηｆ＜η）。
【００２２】
Ｄ１＞Ｄｆ＞Ｄａ＞Ｄ２      （１）
【００２３】
したがって、本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０によれば、製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換することができる。
【００２４】
なお、前記モードフィールド変換ファイバ１０において、前記媒質１４の屈折率ｎ３が前記コア領域１１の屈折率ｎ１よりも大き過ぎると、光が上記媒質１４側に局在して、モードフィールド分布がガウス分布から大きく離れてしまうため、モードフィールド分布がガウス分布に近似する特性を一般的に有する光ファイバを接続したときに、モードフィールド不整合損失が大きくなってしまう。よって、前記モードフィールド変換ファイバ１０は、光ファイバと接続する場合、前記媒質１４の屈折率ｎ３が前記コア領域１１の屈折率ｎ１以下であると（ｎ３≦ｎ１）、非常に好ましい。
【００２５】
また、例えば、図２Ａに示すように、前記モードフィールド変換ファイバ１０において、前記空孔１３内に前記媒質１４を充填された領域（図２Ａにおいて、左側）と前記空孔１３内に前記媒質１４を充填されていない領域、すなわち、前記空孔１３内が空気の領域（図２Ａにおいて、右側）との境界を加熱手段１００により加熱すると、図２Ｂに示すように、前記空孔１３内は、当該加熱手段１００に近い位置ほど温度が高くなるように加熱されるので、前記媒質１４を充填された空孔１３内は、屈折率ｎ３が、上記加熱手段１００に近い位置ほど小さくなり、モードフィールド径が、上記加熱手段１００に近い位置ほど小さくなる。すなわち、前記媒質１４は、屈折率ｎ３が、前記一方端側よりも前記他方端側ほど小さくなっている。
【００２６】
よって、上記モードフィールド変換ファイバ１０においては、一方端側の前記領域と他方端側の前記領域との前記境界を加熱すると、当該境界におけるモードフィールド径の変化量を非常に小さくすることができるので、当該境界部分でのモードフィールド不整合損失を大幅に抑制することができ、非常に好ましい。
【００２７】
また、前記加熱手段１００による加熱により、前記モードフィールド変換ファイバ１０は、前記媒質１４だけでなく、コア領域１１及びクラッド領域１２も加熱されて屈折率ｎ１，ｎ２が変化することから、上記媒質１４の屈折率ｎ３の温度係数Ｔ３をクラッド領域１２の材料の屈折率ｎ２の温度係数Ｔ２よりも大きくすると（Ｔ３＞Ｔ２）、クラッド領域１２の材料の屈折率ｎ２に対する前記媒質１４の屈折率ｎ３の相対的な差を上記加熱によって小さくすることができるので、非常に好ましい。
【００２８】
具体的には、例えば、一般的な光ファイバに対して（温度係数：１１×１０-6／℃、（片桐敏昭、外１名，「融着接続補強部における光ファイバのひずみ測定」，電子情報通信学会論文誌，1988年12月，Vol.J71-B，No.12，p.1708-1711））、例えば、一般的な屈折率整合剤を媒質１４に適用すると（温度係数：４×１０-4／℃、（三川泉、外３名，「屈折率整合剤を適用した光コネクタのフレネル反射低減法」，電子通信学会論文誌，1984年12月，Vol.J67-B，No.12，p.1423-1430））、前記Ｔ３を前記Ｔ２よりも約３０倍の大きさにすることができる。
【００２９】
一例として、本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０を介して、コア領域拡大ファイバと分散補償ファイバとを接続したときの、前記媒質１４の比屈折率差と接続損失及びモードフィールド径との関係を図３に示す。このとき、コア領域１１の直径２ａ（半径ａ）を６．０μｍ、コア領域１１とクラッド領域１２との屈折率差Δを１．０％、コア領域１１の中心と空孔１３との間の距離をｃ／２としたときのｃ／ａを１．２、空孔１３の直径をｄとしたときのｄ／２ａを１．５、コア領域拡大ファイバのモードフィールド径Ｄ１を１３μｍ、分散補償ファイバのモードフィールド径Ｄ２を５μｍ、光の波長を１５５０ｎｍとした。なお、図３中、点線は、コア領域拡大ファイバと分散補償ファイバとを直接接続したときの接続損失を表している。
【００３０】
図３からわかるように、本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０を介して、モードフィールド径の異なるコア領域拡大ファイバと分散補償ファイバとを接続したときのモードフィールド不整合損失ηｆは、モードフィールド径の異なるコア領域拡大ファイバと分散補償ファイバとを直接接続したときのモードフィールド不整合損失ηよりも小さくなる（ηｆ＜η）ことが確認できる。
【００３１】
なお、前記空孔１３内の前記一方端側に充填する前記媒質１４の長さは、短過ぎると、モードフィールドの変化が導波路の変化に追いつけず、みかけギャップがあるのと等価になってしまうため、光の波長の１０００倍程度以上（１ｍｍ以上）あることが好ましい。
【００３２】
［第二番目の実施形態］
本発明に係るモードフィールド変換ファイバの第二番目の実施形態を図４，５に基づいて説明する。図４は、モードフィールド変換ファイバの概略構成図、図５は、図４のモードフィールド変換ファイバの作用説明図である。なお、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態での説明で用いた符号と同様な符号を用いることより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３３】
本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバは、図４に示すように、光を伝搬させるコア領域１１と、コア領域１１を包囲するように設けられたクラッド領域１２と、コア領域１１を所定の間隔で包囲するようにクラッド領域１２に複数形成された空孔１３と、一部の空孔１３（図４Ａにおいては、最左側及び最右側のみ）の一方端側（図４Ｂにおいては、左側）のみに充填された任意の屈折率ｎ３を有する媒質１４とを備えており、一部の前記空孔１３の他方端側（図４Ｂにおいては、右側）の内部及び残りの他の空孔１３（図４Ａにおいては、上側及び下側）の内部が空気となっている。
【００３４】
つまり、前述した第一番目の実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０においては、すべての空孔１３の一方端側に前記媒質１４を充填するようにしたが、本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ２０においては、一部の空孔１３のみ一方端側に前記媒質１４を充填するようにしたのである。
【００３５】
このような本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ２０においては、図５Ａに示すように、所定の方向（ｘ軸方向）に位置する前記空孔１３の一方端側のみに前記媒質１４が充填されていることから、コア領域１１の直径２ａ（半径ａ）を９μｍ、コア領域１１の中心と空孔１３との間の距離をｃ／２としたときのｃを１３．５μｍ、空孔１３の直径ｄを９μｍとしたときの、所定の方向（ｘ軸方向）及び当該方向と直交する方向（ｙ軸方向）における比屈折率差とモードフィールド径との関係を表す図５Ｂからわかるように、空孔１３による光閉じ込め効果が一方端側の所定の方向のみで失われるようになるので、媒質１４を充填されている一方端側のモードフィールド分布を楕円形状にすることができると共に、媒質１４をまったく充填されていない他方端側のモードフィールド分布を真円形状にすることができる。
【００３６】
このため、モードフィールド分布が楕円形状又は略長方形状をなす特性を一般的に有する光源等の光デバイスを上記モードフィールド変換ファイバ２０の一方端側に接続し、モードフィールド分布が真円形状となる（モードフィールド径が方向によらない）特性を一般的に有する光ファイバを上記モードフィールド変換ファイバ２０の一方端側に接続すると、光源等の光デバイスから出力された楕円形状又は略長方形状をなすモードフィールド分布の光を真円形状のモードフィールド分布の光に変換することができるので、光源等の光デバイスから出力された光を光ファイバに非常に小さいモードフィールド不整合損失で伝搬させることができる。
【００３７】
したがって、本実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ２０によれば、前述した第一番目の実施形態に係るモードフィールド変換ファイバ１０の場合と同様に、製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換することができる。
【００３８】
［他の実施形態］
なお、前述した第一，二番目の実施形態においては、コア領域１１を所定の間隔で包囲するようにクラッド領域１２に空孔１３が複数形成されたモードフィールド変換ファイバ１０，２０の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、図６に示すように、コア領域３１とクラッド領域３２との境界に沿って所定の間隔で当該コア領域３１に空孔３３を複数形成したモードフィールド変換ファイバ３０であっても、前述した第一，二番目の実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００３９】
また、前述した実施形態においては、屈折率分布を一様なものとしたが、本発明は、これに限らず、任意の屈折率分布とすることも可能である。
【００４０】
また、前述した実施形態においては、図１，４，６等に示したように、正六角形の頂点位置に位置させるように周方向に沿って空孔１３，３３を形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、他の実施形態として、例えば、他の正多角形の頂点位置に位置させるように周方向に沿って空孔を形成することや、周方向に沿って環状をなすように空孔を形成すること等のように、周方向に沿って周期的に空孔を形成することはもちろんのこと、周方向に沿って非周期的に空孔を形成することも可能である。
【００４１】
また、前述した実施形態においては、図１，４，６等に示したように、径方向に沿って一列となるように空孔１３，３３を形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、径方向に沿って二列以上となるように空孔を形成することも可能である。
【００４２】
また、前述した実施形態においては、空孔１３の他方端側（図１Ａにおいては、右側）の内部が空気となっているモードフィールド変換ファイバ１０や、一部の空孔１３の他方端側（図４Ｂにおいては、右側）の内部及び残りの他の空孔１３（図４Ａにおいては、上側及び下側）の内部が空気となっているモードフィールド変換ファイバ２０の場合等について説明したが、本発明は、これに限らず、他の実施形態として、例えば、空孔の他方端側の内部や、一部の空孔の他方端側の内部及び残りの他の空孔の内部が、真空となっているモードフィールド変換ファイバの場合を始めとして、クラッド領域よりも屈折率の小さい気体や液体や固体等の物質を入れられているモードフィールド変換ファイバであっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るモードフィールド変換ファイバは、製造が容易でモードフィールドを高効率で簡単に変換することができるので、光伝送システム等において光接続を行う場合等のような光通信産業等において、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るモードフィールド変換ファイバの第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１のモードフィールド変換ファイバの作用説明図である。
【図３】図１のモードフィールド変換ファイバを介して、コア領域拡大ファイバと分散補償ファイバとを接続したときの、媒質の比屈折率差と接続損失及びモードフィールド径との関係を表すグラフである。
【図４】本発明に係るモードフィールド変換ファイバの第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図５】図４のモードフィールド変換ファイバの作用説明図である。
【図６】本発明に係るモードフィールド変換ファイバの他の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  モードフィールド変換ファイバ
１１  コア領域
１２  クラッド領域
１３  空孔
１４  媒質
２０  モードフィールド変換ファイバ
３０  モードフィールド変換ファイバ
３１  コア領域
３２  クラッド領域
３３  空孔
１００  加熱手段
【図１】
2007310187.tif 000003
【図２】
2007310187.tif 000004
【図３】
2007310187.tif 000005
【図４】
2007310187.tif 000006
【図５】
2007310187.tif 000007
【図６】
2007310187.tif 000008