(57)【要約】【課題】光通信や光計測等に使用される伝送用光ファイバとの接続が容易で、伝送用光ファイバ間を伝搬する光の減衰または透過率の調整を確実に行う。【解決手段】非線形結晶が析出した結晶化領域を内部に有する結晶化光ファイバを用い、前記結晶化領域を横断して電界を印加して該結晶化領域の透過光強度を変え、前記結晶化光ファイバを通る光の強度を調整する。結晶化光ファイバは湾曲していてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形結晶が析出した結晶化領域を内部に有する結晶化光ファイバを用い、前記結晶化領域を横断して電界を印加して該結晶化領域の透過光強度を変え、前記結晶化光ファイバを通る光の強度を調整することを特徴とする光強度の調整方法。
【請求項２】
湾曲した結晶化光ファイバを用い、湾曲部において結晶化領域に電界を印加することを特徴とする請求項１に記載の光強度の調整方法。
【請求項３】
結晶化領域において光を複屈折させることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光強度の調整方法。
【請求項４】
コアおよびクラッドがガラスであり、コアの外周面に接して結晶化領域が形成された結晶化光ファイバを用いることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光強度の調整方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光強度の調整方法を実施するための可変光減衰器であって、結晶化光ファイバと、前記結晶化光ファイバの結晶化領域を横断して電界を印加するための電極とを備えることを特徴とする可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた通信や計測等の分野において、光の伝送を行う際の光強度を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信分野や計測分野において、低損失で光の伝播が可能な石英ガラスをベースとした光ファイバが伝送用に用いられている。また、増幅用として、石英ガラスにＥｒを添加した光ファイバやビスマスガラスにＥｒを添加した光ファイバが用いられている。これらの光ファイバの特徴は、自由に曲げたりすることが可能で、取り回しが容易なことなどが挙げられる。また、ファイバ同士を融着接続することができ、簡便でありながらも、低損失で、信頼性の高い接続状態が得られる。
【０００３】
また、光ファイバを用いた通信システムにおいては、伝送用光ファイバ間に可変光減衰器を挿入して、可変光減衰器を通過する際に光強度を減衰させてスイッチングすることが行われている。可変光減衰器（ＶＯＡ）として、機械式、ＭＥＭＳ式、非機械式（電気光学型、磁気光学型、音響光学型）など、多くの方式が提案されている（非特許文献１）。しかし、機械式では、可動部の磨耗による信頼性の問題がある。また、可動部の無い非機械式としては、ＬｉＮｂＯ３結晶（ＬＮ結晶）などに代表される２次非線形光学結晶を用いたＶＯＡでは２次非線形光学結晶に電界を印加することにより、電界に比例した屈折率変化が可能であり、例えば、ＬＮ結晶を用いたマッハツェンダ型で光強度の調整が可能となる。このＶＯＡでは、可動部がないため、磨耗による劣化は生じないが、光通信システム等で使用する場合、伝送用光ファイバと接続する必要がある。しかし、ＬＮ結晶と伝送用光ファイバとを接続するのは容易ではないという問題がある。他の非機械式においても、同様に接続の問題がある。
【０００４】
【非特許文献１】「可変光減衰器（ＶＯＡ）の技術と動向」、光通信技術の最新資料集７（オプトロニクス社）、２１８−２２１（平成１５年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、光通信や光計測等に使用される伝送用光ファイバとの接続が容易で、伝送用光ファイバ間を伝搬する光の減衰または透過率の調整を確実に行い得る光強度の調整方法、並びに前記光強度の調整方法に使用される可変光減衰器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】
上記目的を達成するために本発明は、下記を提供する。
（１）非線形結晶が析出した結晶化領域を内部に有する結晶化光ファイバを用い、前記結晶化領域を横断して電界を印加して該結晶化領域の透過光強度を変え、前記結晶化光ファイバを通る光の強度を調整することを特徴とする光強度の調整方法。
（２）湾曲した結晶化光ファイバを用い、湾曲部において結晶化領域に電界を印加することを特徴とする上記（１）に記載の光強度の調整方法。
（３）結晶化領域において光を複屈折させることを特徴とする上記（１）もしくは（２）に記載の光強度の調整方法。
（４）コアおよびクラッドがガラスであり、コアの外周面に接して結晶化領域が形成された結晶化光ファイバを用いることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の光強度の調整方法。
（５）上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の光強度の調整方法を実施するための可変光減衰器であって、結晶化光ファイバと、前記結晶化光ファイバの結晶化領域を横断して電界を印加するための電極とを備えることを特徴とする可変光減衰器。
【発明の効果】
【０００７】
本発明で用いる結晶化光ファイバは、光通信や光計測等に使用される光伝送用光ファイバとの接続が容易であり、光伝送用光ファイバから入射する光の減衰または透過率の調整を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
本発明の光強度の調整方法では、非線形結晶が析出した結晶化領域を内部に有する結晶化光ファイバを用い、結晶化領域を横断するように電界を印加して結晶化領域の屈折率を変化させることにより（電気光学効果）、結晶化領域での光の伝播状態を変える。
【００１０】
結晶化領域は、コアに形成されていてもよいし、クラッドに形成されていてもよい。また、結晶化領域は、コアまたはクラッドの全部であってもよいし、一部であってもよいが、透過光強度を大きく変化させるにはコアまたはクラッドの全部が結晶化領域であることが好ましい。尚、コア及びクラッドをガラス製とすることができる。
【００１１】
また、図１に断面図にて示すように、コア２０とクラッド２１とを有し、更に、コア２１の外周面に接して結晶化領域２２が形成された結晶化光ファイバを用いることもできる。
このような結晶化光ファイバは、結晶化領域２２を形成するガラス材料として、コア２０を形成するガラス材料及びクラッド２１を形成するガラス材料よりも低い温度で結晶化するガラス材料を用い、通常の光ファイバの製造方法に従い、コア２０を形成するガラス材料の棒状体の外側に、順に結晶化領域２２を形成するガラス材料、クラッド２１を形成するガラス材料を同軸状に一体化し、それを所定径になるように線引きした後、熱処理して獲られる。熱処理により、コア２０及びクラッド２１をガラス状態に保ったまま、結晶化領域２２を形成するガラス材料のみを結晶化させることができる。
【００１２】
あるいは、結晶化領域２２を形成するガラス材料に、レーザー光を吸収して発熱する熱源物質を添加し、線引きした光ファイバにレーザー光を照射して結晶化領域２２を形成するガラス材料のみを結晶化させることもできる。熱減物質としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｍ等が挙げられる。これら熱減物質の添加量は、レーザー光の照射により、結晶化領域２２を形成するガラス材料が結晶化する温度まで昇温する量であり、熱源物質の種類、結晶化領域２２を形成するガラス材料の組成、レーザー光の照射条件等を考慮して決められる。
【００１３】
上記何れの光ファイバでも結晶化領域は、２次光非線形性を有することが好ましい。２次光非線形結晶としては、Ｂａ２Ｔｉ２Ｏ８、Ｂａ２ＴｉＧｅ２Ｏ８、Ｂａ２ＴｉＳｉ２Ｏ８、ＢｉＢＯ３、ＢａＢ２Ｏ４、（Ｓｒ、Ｂａ）Ｎｂ２Ｏ６、ＬａＢＧｅＯ５、Ｎｄ２（ＭｏＯ４）３、Ｓｍ２（ＭｏＯ４）３、Ｇｄ２（ＭｏＯ４）３、ＬｉＢＧｅＯ４、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ、ＫＮｂＯ３またはこれらの固溶体からなる結晶群の少なくとも１種からなることが好ましい。従って、結晶化領域を形成するガラス材料は、Ｂａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｂ、Ｎｄ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｇｄ、Ｋ、更にはレーザー光を照射して結晶化させる場合は上記の熱源物質を含むことが好ましい。
【００１４】
結晶化領域に電界を印加するには、図２に示すように、結晶化光ファイバ１全体、もしくは結晶化領域を挟むように一対の電極１０，１１を対向配置し、外部電源（図示せず）から両電極１０，１１の間に電流を流せばよい。これにより、結晶化領域を横断（紙面上下方向）するように、電界が印加される。
【００１５】
また、図３に断面図で示すように、コア２０に結晶化領域が形成されている場合には、クラッド２１に、コア２０を挟むように一対の線状電極１０ａ，１１ａを埋設してもよい。
【００１６】
何れの場合も、電極１０，１１、または線状電極１０ａ，１１ａに印加する電圧の大きさにより、結晶化領域の屈折率を制御することができる。
【００１７】
本発明は、上記の結晶化光ファイバ及び電界印加手段としての電極とを備える可変光減衰器にも関する。
【００１８】
上記の結晶化光ファイバを用いて光の伝播強度を調整するには、例えば、図４（ａ）および（ｂ）に示すシステムで実施することができる。
【００１９】
図４（ａ）において、１は結晶化光ファイバであり、両端は伝送用光ファイバ３と融着されている。２は電界印加部であり、上記のように電極が配置されている。光源５からの光は、伝送用光ファイバ３を伝搬して結晶化光ファイバ１に入射し、電界印加部２を通るときに、電界に応じて伝搬状態が変えられ、検出器８側の伝送用光ファイバ３を伝搬して検出器８で光強度が計測される。図では結晶化光ファイバ１が湾曲しているが、直線でも構わない。結晶化光ファイバ１を湾曲させることにより、電界を印加して光の伝搬状態を変えたときに、光がコアからクラッドへの漏れを利用して透過光強度の変化をより大きくすることが可能となる。結晶化光ファイバ１を曲げる場合、曲率は直径１ｃｍ以上が好ましい。１ｃｍ未満では結晶化光ファイバ１が破損する可能性がある。より好ましくは、２ｃｍ以上である。また、曲率は直径１５ｃｍ以下が好ましい。１５ｃｍ超では、曲げによる光のコアからクラッドへの光の漏れが少なく、強度変化幅が小さくなる。より好ましくは、１０ｃｍ以下である。
【００２０】
また、図４（ｂ）は、光の複屈折を利用して光強度を変化させる方法を示している。ここでは、光源５側の伝送用光ファイバ３には偏光子６が挿入されており、検出器８側の伝送用光ファイバ３には検光子７が挿入されている。また、偏光子６と検光子７とは直交して配置（クロスニコル配置）されてよく、並行に配置されてもよい。従って、光源５からの光を偏光子６で偏光した後、電界印加部２にて光の伝搬状態を変化させ、検光子７を透過した光の強度を検出器８で計測する。尚、結晶化光ファイバ１は、図４（ａ）に示すように湾曲していてもよい。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
下記のガラス材料を用い、図１に示す断面構造の結晶化光ファイバを作製した。
・コア用：モル％表示組成がＢａＯ  ３０．２、ＴｉＯ２  １０．１、ＣｅＯ２  ０．２、Ｎｂ２Ｏ５  ２．５、ＧｅＯ２  ３０．２、ＳｉＯ２  ２２．２、Ｌａ２Ｏ３  ３．０、Ｂｉ２Ｏ３  １．６。
・結晶化領域用：モル％表示組成がＢａＯ  ２９．７、ＴｉＯ２  １４．９、ＧｅＯ２  ２９．７、ＳｉＯ２  ２４．８、ＣｕＯ  １．０。
・クラッド用：モル％表示組成がＢａＯ  ３０．０、ＴｉＯ２  １５．０、ＧｅＯ２  ３０．０、ＳｉＯ２  ２５．０。
【００２３】
先ず、上記の各ガラス材料を用い、コア用ガラス材料からなる棒状体の外側に、結晶化領域用ガラス材料、クラッド用ガラス材料を同心状に一体化し、それを線引きしてコアの直径が６．５μｍ、結晶化領域の外径が２４．５μｍ、クラッドの外径が１２５μｍとした。
【００２４】
この光ファイバを切断し、加熱炉に入れて結晶化領域用ガラス材料の結晶化温度に保持し、結晶化領域用ガラス材料のみを結晶化させて結晶化光ファイバを得た。尚、ラマンスペクトルから、結晶はＢａ２ＴｉＧｅ２Ｏ８とＢａ２ＴｉＳｉ２Ｏ８との固溶体であることが確認された。
【００２５】
そして、図４（ａ）に示すように、結晶化光ファイバを直径５ｃｍに曲げ、湾曲部の上下に一対の電極を配置して電界印加部とし、電界を印加した。印加した電界Ｅ（単位：Ｖ／μｍ）と結晶化光ファイバの単位長さ当たりの透過光強度の変化量ΔＴ（単位：ｄＢ／ｍｍ）を表１に示す。マイナスは透過光強度が弱くなったことを示すが、電界Ｅが大きくなるのに従って、透過光強度の変化量ΔＴが小さくなる、即ち光が減衰していることが分かる。なお、結晶が析出していない光ファイバに電界を印加してもΔＴは変化しなかった。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
（実施例２）
実施例１の結晶化光ファイバを用いて図４（ｂ）に示すシステムを構築し、結晶化光ファイバに電界を印加した。検光子と、偏光子とはクロスニコル配置である。そして、実施例１と同様に、印加電界Ｅ（単位：Ｖ／μｍ）と、結晶化ファイバの単位長さ当たりの透過光強度の変化量ΔＴ（単位：ｄＢ／ｍｍ）との関係を表２に示す。なお、ΔＴは、検光子を偏光子に対して並行に配置した場合を基準とした。その結果、電界Ｅが大きくなるのに従って、ΔＴが大きくなる、即ち検光子で遮断されていた光が、電解Ｅが大きくなるに従って透過の割合が大きくなることが分かる。
【００２８】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明で用いる結晶化光ファイバの一例を示す断面図である。
【図２】結晶化光ファイバに電圧を印加する方法を説明するための模式図である。
【図３】結晶化光ファイバに電圧を印加する他の方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の光強度の調整方法の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  結晶化光ファイバ
２  電界印加部
３  伝送用光ファイバ
４  融着点
５  光源
６  偏光子
７  検光子
８  検出器
１０，１１  電極
１０ａ，１１ａ  線状電極
２０  コア
２１  クラッド
２２  結晶化領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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