(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのコリメータレンズの間に、誘電体多層膜が挿入され、該２つのコリメータレンズの長手方向の誘電体多層膜と接合していない側のそれぞれにキャピラリを接合し、
前記キャピラリ内に形成された四角柱状細孔に、少なくとも１本が偏波保持光ファイバである光ファイバ素線を２本挿入し、該２本の光ファイバ素線を、その中心が前記四角柱状細孔の開口部の四角形の対角線上にあるように固定した光合分波器であって、
前記四角柱状細孔の開口部の四角形の対角線と、前記偏波保持光ファイバの２つの応力付与部材を結ぶ直線とがなす角度が４５°±１５°となっていることを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
前記光ファイバ素線は、硬化後のショアＤ硬度が４５以下の接着剤によってキャピラリに固定されていることを特徴とする請求項１記載の光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報伝送の高速化・大容量化に向け、偏波多重伝送などの偏波保持を応用した伝送方式において、偏波保持型の光増幅器、合波器、分波器などに適用される光合分波器に関し、特に使用温度範囲内で十分な偏波クロストーク特性を得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長の異なる複数系統の光を合成（合波）したり、分離（分波）する特性を備えた光合分波器としては、例えば図８に示すような構造のものが提案されている。
この光合分波器においては、円柱状の２つの０．２５ピッチグリンレンズ１、１の間に誘電体多層膜２が挟まれ、これらが接着剤などで固定されている。
グリンレンズとは、光ファイバなどと同様に中心の屈折率が高く、外周に向かって屈折率が低くなっているレンズのことである。
【０００３】
０．２５ピッチグリンレンズ１は円柱状で、レンズに入射した光線は、正弦波状の光路をとって進む。また、０．２５ピッチグリンレンズ１とは、円柱状のレンズの長さをｌとし、正弦波の１周期の長さをｐとしたときに、レンズの長さｌが０．２５ｐとなるレンズのことである。
【０００４】
一方、入射ポート６用と反射ポート７用の光ファイバ素線３、３は、その先端の被覆層３ｂ、３ｂが除去されることにより露出した光ファイバ裸線３ａ、３ａが、円柱状のキャピラリ４内に設けられた二つの細孔４ａ、４ａに、それぞれ挿入され、接着剤４ｂにて固定されている。
そして、このキャピラリ４が、０．２５ピッチグリンレンズ１に接着剤などで固定されている。
また、入射ポート８用の光ファイバ素線３は、同様にしてキャピラリ５の細孔５ａに挿入され、接着剤５ｂにて固定され、０．２５ピッチグリンレンズ１に、接着剤などで固定されている。
【０００５】
入射ポート６から波長１．４８μｍの光を、入射ポート８から波長１．５５μｍの光を入射すると、誘電体多層膜２を透過できない波長１．４８μｍの光が反射光として出射ポート７にて受光され、誘電体多層膜２を透過できる波長１．５５μｍの光が透過光として出射ポート７にて受光され、合波を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、このような構造の光合分波器にあっては、光路として使用されている光ファイバ素線３がシングルモード光ファイバであるため、光合分波器内において偏波面を保持することが困難であった。
また、光ファイバ素線３に偏波保持光ファイバを使用して光合分波器を作製したとしても、キャピラリに偏波保持光ファイバを固定するために使用する接着剤が硬すぎたり、硬化収縮率・線膨張係数などが大き過ぎたりするために、偏波保持光ファイバに応力が加わり、十分な偏波クロストーク特性が得られ難いという問題がある。
【０００７】
これに対して、従来の提案（特開平８−２２７０２２号公報）から、光合分波器の使用温度範囲が、使用する接着剤のガラス転移温度以上であれば、接着剤の偏波保持光ファイバへの応力は小さく、偏波クロストーク特性の劣化が生じ難いことが分かっている。
偏波保持光ファイバを使用する部品において、重要な特性の一つに偏波クロストーク特性があるが、良好な特性を得るためには偏波保持光ファイバに加わる外部応力を小さくすることが必要とされる。つまり、偏波保持光ファイバの固定に用いる接着剤の物性（硬度、硬化収縮率、ガラス転移温度など）が、偏波クロストーク特性に大きく影響するため、使用する接着剤の選定が重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、使用温度範囲において十分な偏波クロストーク特性を有する光合分波器を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の請求項１記載の光合分波器は、２つのコリメータレンズの間に、誘電体多層膜が挿入され、該２つのコリメータレンズの長手方向の誘電体多層膜と接合していない側のそれぞれにキャピラリを接合し、
前記キャピラリ内に形成された四角柱状細孔に、少なくとも１本が偏波保持光ファイバである光ファイバ素線を２本挿入し、該２本の光ファイバ素線を、その中心が前記四角柱状細孔の開口部の四角形の対角線上にあるように固定した光合分波器であって、
前記四角柱状細孔の開口部の四角形の対角線と、前記偏波保持光ファイバの２つの応力付与部材を結ぶ直線とがなす角度が４５°±１５°となっているものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の光合分波器は、前記光ファイバ素線は、硬化後のショアＤ硬度４５以下の接着剤によってキャピラリに固定されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光合分波器の一例を側面からみた状態を示す図である。
本例の光合分波器においては、円柱状の２つの０．２５ピッチグリンレンズ１１、１１の間に誘電体多層膜１２が挟まれ、これらが接着剤などで固定されている。
キャピラリ１５、１５は、グリンレンズ１１、１１の誘電体多層膜１２が接合されていない側に接着剤などで固定されている。
入射ポートＡ１７用と出射ポートＡ２０用の光ファイバ素線１３、１３はシングルモード光ファイバであり、その先端の被覆層１３ｂ、１３ｂが除去されることにより露出した光ファイバ裸線１３ａ、１３ａが、円柱状のキャピラリ１５、１５内に設けられた四角柱状の細孔１５ａ、１５ａに挿入されている。
一方、出射ポート１８Ｂ用と入射ポートＢ１９用の光ファイバ素線１４、１４は偏波保持光ファイバであり、その先端の被覆層１４ｂ、１４ｂが除去されることにより露出した光ファイバ裸線１４ａ、１４ａが、四角柱状の細孔１５ａ、１５ａに挿入されている。
そして、シングルモード光ファイバ１３と偏波保持光ファイバ１４は、その中心が四角柱状細孔１５ａの開口部の四角形の対角線上にあるように配置され、接着剤１６、１６で固定されている。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、本例の光合分波器では、キャピラリ１５内に設けた四角柱状の細孔１５ａに、シングルモード光ファイバ１３および偏波保持光ファイバ１４が挿入され、接着剤で固定されている。
また、図２（ｂ）に示すように、四角柱状細孔１５ａの開口部の四角形の対角線Ａと、偏波保持光ファイバ１４を構成する２本の応力付与部材１４ｃ、１４ｃの中心を通る直線Ｂがなす角度Ｃが４５°±１５°となるように、偏波保持光ファイバ１４は配置されている。
【００１４】
上記対角線Ａと直線Ｂが交わる角度を４５°±１５°とすることにより、偏波保持光ファイバ１４は、温度変化に伴う接着剤１６の応力変化の影響を受けにくくなり、結果として、本例の光合分波器は、使用温度範囲において良好な偏波クロストーク特性が得られる。
前記角度が４５°±１５°以外では、光合分波器の使用温度範囲において、温度の変化に伴って偏波クロストーク特性の変化が大きくなる。
【００１５】
本例で用いられる０．２５ピッチグリンレンズ１１は、アルカリガラスなどからなり、径方向、軸方向に屈折率分布を持つものである。
また、グリンレンズ１１は円柱状で、キャピラリ１５との接合面は、斜めに形成されており、寸法は外径１．８ｍｍ、長さ４．７ｍｍとなっている。
グリンレンズ１１の外径は、この他に１．０ｍｍ、２．０ｍｍから適宜選択可能である。また、グリンレンズ１１の長さは、この他に４．６ｍｍ、４．８ｍｍから適宜選択可能である。このように寸法が適宜選択可能であるのは、０．２５ピッチに対応する長さが、グリンレンズ１１の屈折率分布や材質などによって異なるためである。
【００１６】
誘電体多層膜１２は、例えば、石英ガラスなどの基板上に、シリカ（ＳｉＯ2）やチタニア（ＴｉＯ2）などの屈折率の異なる薄膜を積層してなるものであって、材質や厚さなどは光の波長などによって適宜選択する。この例においてはＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5からなる薄膜を交互に積層した厚さ約２０μｍ、１．３ｍｍ×１．３ｍｍのものを用いている。
【００１７】
偏波保持光ファイバ１４は、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線１４ａを挟むように、Ｂａ2Ｏ3をドープしたシリカガラスなどからなる応力付与部材１４ｃ、１４ｃを配置し、これらの上に紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層１４ｂが設けられた構造となっている。
また、シングルモード光ファイバ１３は、石英ガラスなどからなる光ファイバ裸線１３ａの上に、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層１３ｂが設けられた構造となっている。
この例において、光ファイバ裸線１３ａ、１４ａの外径は１２５μｍ、偏波保持光ファイバ１４、シングルモード光ファイバ１３の外径は２５０μｍである。
【００１８】
キャピラリ１５は、Ｂ2Ｏ5を含有する石英、ホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる円柱状で、グリンレンズ１１との接合面は斜めに形成されており、寸法は外径１．８ｍｍ、長さ１０ｍｍとなっている。
また、四角柱状の細孔１５ａは、キャピラリ１５の中心部に、キャピラリ１５を貫通するように形成されている。細孔１５ａの開口部の形状は、正方形、長方形、菱形などであり、寸法が０．１２６〜０．２１７ｍｍ×０．２１４〜０．２５２ｍｍ程度となっている。
【００１９】
本例で用いられる接着剤１６、１６としては、ガラス転移温度が低く、硬化後の硬度が低く、硬化収縮率が小さいものが好ましい。すなわち、光合分波器の使用温度範囲−４０〜＋８５℃において柔軟な材質のものが好ましい。例えば、エポキシ系接着剤、アクリレート系接着剤、シリコン系接着剤などである。
【００２０】
また、本例で用いた接着剤のガラス転移温度は−５℃で、特に好ましくは光合分波器の使用温度範囲以下の温度である。
硬度は、ショアＤ硬度４５以下が好ましく、特に好ましくは３０以下である。
硬化収縮率は、０〜２％が好ましく、特に好ましくは０〜１％である。
【００２１】
このように光合分波器の使用温度範囲において柔軟な接着剤１６を用いれば、偏波保持光ファイバ１４、シングルモード光ファイバ１３は、温度変化に伴う接着剤１６の応力変化の影響を受けにくくなり、結果として、光合分波器の偏波クロストーク特性が劣化することがなくなる。
【００２２】
なお、本例の光合分波器に用いられる偏波保持光ファイバ１４は、少なくとも１本が入射ポート用または出射ポート用であればよい。すなわち、１本が入射ポート用または出射ポート用で、これ以外の２本が出射ポート用または入射ポート用となる。また、２本が入射ポート用または出射ポート用で、これ以外の２本が出射ポート用または入射ポート用となる。
【００２３】
また、本例の光合分波器は、図３に示すように誘電体多層膜１２の代わりに、アイソレータ素子２１を用いてもよい。このアイソレータ素子２１をグリンレンズ１１、１１の間に組み込むことにより、光アイソレータおよび光サーキュレータを作製することができる。また、誘電体多層膜１２とアイソレータ素子２１の両方を組み込んだ複合素子の作製も可能である。
【００２４】
また、本例の光合分波器は、図４に示すように、ガラスキャピラリ１５、１５がともに、偏波保持光ファイバ１４とシングルモード光ファイバ１３を備えた構造となっている。したがって、光の入射端１７と点対称の位置に光の出射端２０がくるように、偏波保持光ファイバ１４とシングルモード光ファイバ１３を調芯することが容易となっている。
【００２５】
以下、図１を利用して、具体例を示す。
物性の異なる接着剤Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用意し、図１に示したような光合分波器の接着剤１６として用いて、偏波保持光ファイバ１４とシングルモード光ファイバ１３を固定し、光合分波器を作製した。
接着剤Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの物性を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004187912.tif 000002
【００２７】
また、ここで作製した４種類の光合分波器の偏波クロストーク特性を測定し、その平均値を算定した。結果を図５に示す。
図５の結果から、硬度およびガラス転移温度が低く、硬化収縮率の小さい接着剤Ａを用いた光合分波器では、良好な偏波クロストーク特性が得られることが分かった。
【００２８】
次に、この接着剤Ａを用いて光合分波器を作製した。
図６に示すように、キャピラリ１５に形成されている四角柱状の細孔１５ａに対する偏波保持光ファイバ１４の配置を変えて、３種類の光合分波器を作製した。
図６は、本例のキャピラリ１５の端面を示すものであり、偏波保持光ファイバ１４とシングルモード光ファイバ１３がそれぞれ１本ずつ細孔１５ａに挿入され、接着剤Ａで固定されていることを示している。
さらに、細孔１５ａの開口部の四角形の対角線Ａと、偏波保持ファイバ１４の２本の応力付与部材１４ｃ、１４ｃの中心を通る直線Ｂがなす角度が、図６（ａ）では０°、（ｂ）では４５°、（ｃ）では９０°となるように偏波保持ファイバ１４が配置されている。
【００２９】
このようにして作製した３種類の光合分波器の偏波クロストーク特性を、接着剤Ａのガラス転移温度以上の使用温度範囲において測定した。結果を図７に示す。
なお、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。
【００３０】
図７の結果から、細孔１５ａの開口部の四角形の対角線Ａと、偏波保持ファイバ１４の２本の応力付与部材１４ｃ、１４ｃの中心を通る直線Ｂがなす角度が４５°となるように偏波保持光ファイバ１４を配置すると、使用温度範囲内で温度に対する偏波クロストーク特性の劣化が少ないことが分かった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光合分波器にあっては、偏波保持光ファイバの偏波クロストーク特性が、温度変化に伴う接着剤の応力変化の影響を受けにくくなり、温度変化に対して安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光合分波器の一例を示す図である。
【図２】  本発明の光合分波器のキャピラリに形成された細孔内に配置された偏波保持光ファイバとシングルモード光ファイバの関係を示す断面図である。
【図３】  本発明の光合分波器の他の例を示す図である。
【図４】  本発明の光合分波器の光の伝搬の様子を示す概略図である。
【図５】  本発明の光合分波器のキャピラリに偏波保持光ファイバを固定した際の偏波クロストーク特性を示す図である。
【図６】  キャピラリに形成された細孔の開口部の四角形の対角線と、偏波保持光ファイバの２つの応力付与部材の中心を通る直線とがなす角度を変えて、偏波保持光ファイバを配置した状態を示し、図６（ａ）では角度０°、図６（ｂ）では角度４５°、図６（ｃ）では角度９０°となっている図である。
【図７】  図６に示す偏波保持光ファイバの配置角度の差異による、偏波クロストーク特性を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応しているものである。
【図８】  従来の光合分波器のを示す図である。
【符号の説明】
１１…グリンレンズ、１２…誘電体多層膜、１３…シングルモード光ファイバ、１４…偏波保持光ファイバ、１３ａ，１４ａ…光ファイバ裸線、１３ｂ，１４ｂ…被覆層、１４ｃ…応力付与部材、１５…キャピラリ、１５ａ…細孔、１６…接着剤、１７，１９…入射ポート、１８，２０…出射ポート、２１…アイソレータ素子
【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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【図７】
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【図８】
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