(57)【要約】【課題】通常の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバとの互換性（接続性）に優れ、かつその単一モード光ファイバの遮断波長よりも短波長側における伝送特性を広波長域で改善した光波長カプラを提供する。【解決手段】従来の単一モード光通信で一般に使用されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性をそれぞれ有する第１の光ファイバと第２の光ファイバとを用い、これら２本の光ファイバ間における溶融延伸部の長さを制御（調整）することにより、高次モードを除去し、また異なる波長を合波または分波できるようにした。この光波長カプラを、従来の一般に使用されている単一モード光ファイバで構成される光伝送路と組み合わせて使用することにより、光伝送路の遮断波長よりも短波長側を信号光帯域として用いた光波長多重伝送システムを実現できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用波長において、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数をそれぞれ有する２本の光ファイバを用いて構成される光波長カプラであって
前記２本の光ファイバは、それぞれ各コア部及び各クラッド部を溶融して延伸することにより長さＬにわたり形成された溶融延伸部を有し、
前記Ｌの長さを制御することで、高次モードを除去し、また異なる波長を合波または分波するように構成されたことを特徴とする光波長カプラ。
【請求項２】
入力ポートへの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを含む異なる２波長の信号光の入力に対し、２つの出力ポートに各々異なる波長のみを選択的に出力することを特徴とする請求項１に記載の光波長カプラ。
【請求項３】
前記２本の光ファイバが、それぞれ波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の光波長カプラ。
【請求項４】
前記２本の光ファイバが、それぞれ屈折率が均一なクラッド部と、該クラッド部の中央に配置され半径がａで比屈折率差がΔのコア部と、該コア部の中心から距離Λの円周に外接するように当該円周上で等間隔に配置された、少なくとも４個以上の半径ｒの空孔部とにより構成される空孔構造光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光波長カプラ。
【請求項５】
異なる波長の信号光を出力する複数の光源と、
前記光源から出力された複数の信号光を一つの端子に出力する光合波器と、
前記光合波器から出力された信号光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバを通じて伝送された信号光を異なる波長に応じて複数の端子に出力する光分波器と、
前記光分波器から出力された異なる波長の信号光を受光する複数の受光器と
を備えた光波長多重伝送システムにおいて、
前記光合波器及び前記光分波器の少なくとも一つが、請求項１ないし４に記載の光波長カプラ、または該光波長カプラを複数個組み合わせた光波長カプラであることを特徴とする光波長多重伝送システム。
【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高速・広帯域光伝送に関し、特に光ファイバの遮断波長よりも短い波長領域を信号光波長帯域として用いた光波長多重伝送において、有用なモードフィルタ機能を有する、光波長カプラおよびその光波長カプラを用いた光波長多重伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットや広帯域サービス等の普及に伴い、光ファイバ中の伝送容量は飛躍的に増大している。また、各家庭までの光ファイバ化を提供するFiber to the home（ＦＴＴＨ）サービスの普及とともに、各種広帯域サービスの更なる多様化が進展するものと考えられる。このため、光ファイバ中の使用波長帯域を拡大し、波長帯域の有効活用を促進することは必要不可欠となる。
【０００３】
現在、光通信システムで広く使用されている単一モード光ファイバは、概ね波長１１００ｎｍ帯よりも長波長側に遮断波長を有している。このため、通常の光通信システムでは、単一モード光ファイバを用い、上記の遮断波長よりも長波長側の波長１２６０から１６２５ｎｍの帯域を用いた光伝送が行なわれている。一般に、上記の遮断波長よりも短波長側を通信波長帯域として用いる場合には、単一モード光ファイバ中の主モード次数が複数となるので、主モード間の遅延時間差や、モード間干渉による雑音成分の増大により、その通信波長領域で高速光伝送を実現することが困難となる。
【０００４】
このため、従来の単一モード光ファイバの遮断波長を短波長側にシフトした光ファイバや、複数の主モードの遅延時間差を低減した多モード光ファイバが開発されている。しかしながら、前者の遮断波長を短波長側にシフトした光ファイバでは、一般に光ファイバのコア径を細径化する必要があり、一般的に用いられている従来の単一モード光ファイバとの接続損失が増加する等、取り扱い上の困難性が生じると同時に、長波長側における曲げ損失が増加するといった点があった。また、後者の主モードの遅延時間差を低減した多モード光ファイバでは、遅延時間差が低減される波長帯域が、その多モード光ファイバの屈折率分布に依存して限定されるといった点があった。
【０００５】
一方、従来の単一モード光ファイバにおける、高次モードの影響を低減する技術についても検討がなされている。たとえば、非特許文献１には、単一モード光ファイバ出射端に曲げ部を付与することにより、高次モードを減衰させて、伝送特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、この従来技術では使用条件に併せて曲げ部の条件（曲げ半径や巻き数）を最適化し、かつその曲げ条件を保持しなければならないといった実用上の困難性があった。
【０００６】
また、非特許文献２には、単一モード光ファイバの出射端をテーパ状に加工することで、高次モードを減衰させることにより伝送特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、この従来技術では、使用波長帯域におけるテーパ長の調整が必要となると同時に、テーパ化に伴うファイバ外径及びコア径の減少により、一般的に用いられている従来の単一モード光ファイバとの接続性が劣化し、接続損失も増加するといった点があった。
【０００７】
更に、非特許文献３、非特許文献４では、カプラ型モードフィルタにより、単一モード光ファイバ出射端における高次モードを選択的に低減する手法が開示されている。しかしながら、そのカプラ型モードフィルタの構成に、非特許文献３では使用波長帯域で単一モードとなる光ファイバを用い、非特許文献４では楕円コア形状を有する光ファイバを用いているので、そのような特殊な光ファイバの入手が実際上困難であると同時に、そのカプラ型モードフィルタを既存の光通信で一般に使用されている従来の単一モード光ファイバと組み合わせて使用するためには、主にモードフィールド径（もしくは、コア形状）の不一致による接続の困難性が生じるといった点があった。
【０００８】
また、上記のようにモードフィルタを用いて光波長多重伝送システムを構成するためには、短波長領域の各波長に対して各々最適なモードフィルタを設計しなければならない。さらに、複数の波長に対して一つのモードフィルタで構成するのは、各波長の伝搬定数の違いから困難が生じるという点があった。
【０００９】
【非特許文献１】P. Shnitzer, et al. “Biased and Bias-Free Multi-Gb/s Data Links Using GaAs VCSEL’s and 1300-nm Single-Mode Fiber”, IEEE Photonics Technology Letters,vol.10,no.12,pp.1781-1783,1998.
【非特許文献２】S. Moon, and D. Y. Kim, “Effective Signal-Mode Transmission at Wavelength Shorter Than the Cutoff Wavelength of an Optical Fiber” IEEE Photonics Technology Letters,vol.17,no.12,pp.2604-2606,2005.
【非特許文献３】W. V. Sorin, et al. “Highly selective evanescent modal filter for two-mode optical fibers”, Optics Letters,vol.11,no.9,pp.581-583,1986.
【非特許文献４】A. Kumar, et al. “Design of a Mode Filter Consisting of Two Dual-Mode Highly Elliptical Core Fibers”, Journal of Lightwave Technology, vol.8,no.1,pp.34-38,1986.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来技術の上記のような課題に鑑みてなされたもので、その目的は、通常の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバとの互換性（接続性）に優れ、かつその単一モード光ファイバの遮断波長よりも短波長側における伝送特性を広波長域で改善した、モードフィルタ及び光合分波機能を有する光波長カプラ、およびその光波長カプラを用いた光波長多重伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、使用波長において、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数をそれぞれ有する２本の光ファイバを用いて構成される光波長カプラであって、その２本の光ファイバは、それぞれ各コア部及び各クラッド部を溶融して延伸することにより長さＬにわたり形成された溶融延伸部を有し、そのＬの長さを制御することで、高次モードを除去し、また異なる波長を合波または分波するように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
より具体的には、従来の単一モード光通信で一般に使用されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性をそれぞれ有する第１の光ファイバと第２の光ファイバとを用い、これら２本の光ファイバ間における溶融延伸部の長さを制御（調整）することにより、高次モードを除去した光カプラを作成でき、また異なる波長を合波または分波することができる。その結果、本発明によれば、既存の単一モード光ファイバとの互換性（接続性）に優れ、かつその単一モード光ファイバの遮断波長よりも短波長側における伝送特性を広波長域で改善できる。
【００１３】
また、本発明の光波長カプラを、従来の一般に使用されている単一モード光ファイバで構成される光伝送路と組み合わせて使用することにより、光伝送路の遮断波長よりも短波長側を信号光帯域として用いた光波長多重伝送システムを実現できる。
【００１４】
更には、従来の一般に使用されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性をそれぞれ有する第１の光ファイバまたは第２光ファイバに、複数の空孔構造を形成することで、曲げ損失特性等の取り扱い上の利便性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の光波長カプラによれば、従来の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバの、遮断波長よりも短波長側における２波長に対して合波機能ないし分波機能を有するとともに、各波長における高次モード伝搬による伝送特性の劣化を改善することができる。
【００１６】
また、従来の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性をそれぞれ有する第１の光ファイバを第２の光ファイバとを用いて、光波長カプラを構成することにより、光波長カプラを構成する光ファイバのより簡便な入手を可能とすると同時に、従来の単一モード光ファイバとの優れた互換性（接続性）を実現することができる。
【００１７】
また、従来の単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性を有する第１の光ファイバまたは第２の光ファイバに、複数の空孔構造を有する光ファイバを用いて、本発明の光波長カプラ及びその光波長カプラを用いた光波長多重伝送システムを構成することにより、使用波長帯域における曲げ損失特性の劣化を飛躍的に改善することができる。
【００１８】
更に、本発明の光波長カプラは、従来の単一モード光ファイバを用いた光伝送路に対する互換性（接続性）を向上したことにより、それと同一の光伝送路を用いて、その光伝送路の遮断波長よりも長波長側における従来の光通信システムと、その遮断波長よりも短波長側における本発明の光波長多重通信システムを同時に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態における光波長多重伝送システムの概略的な構成例を示す。この光波長多重伝送システムは、第１と第２の光送信部１１、１２と、これら光送信部から送信された信号光を合波する第１の波長カプラ１３と、その合波された信号光を伝送する光伝送路１５と、伝送されてきた信号光を分波する第２の波長カプラ１４と、その分波された信号光を受信する第１と第２の光受信部１６，１７とを有する。
【００２１】
光送信部１１，１２は、後述の光波長カプラ１３を構成する光ファイバの遮断波長よりも短波長側の各々異なる波長帯域において、少なくとも１波長の信号光を生成し、生成した信号光を光波長カプラ１３に送出する機能を有する。ただし、光送信部１１、１２は、光波長カプラ１３を構成する光ファイバの遮断波長よりも短波長側の１つ、もしくは複数の使用波長帯域における複数の波長の信号光を生成し、生成した複数の波長の信号光を光波長カプラ１３に送出する機能を有するとすることもできる。また、その複数の使用波長帯域の一部に、光波長カプラ１３を構成する光ファイバの遮断波長よりも長波長側の波長帯を適用することも可能である。
【００２２】
第１の光波長カプラ１３は、図２に示すように、光送信部１１、１２の遮断波長よりも短波長側で、基本モードを含む少なくとも２つ以上の主モード次数を有する第１の光ファイバ２３と第２の光ファイバ２４とにより構成され、光送信部１１、１２からの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する各々異なる波長の信号光を入力するポート２１，２２と、異なる波長を合波し、基本モードを選択的に出力するポート２５，２６とを有する。光波長カプラ１３を構成する第１の光ファイバ２３と第２の光ファイバ２４としては、例えば、従来の単一モード光通信で使用されている、１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用でき、かつ図１の光伝送路１５を構成する光ファイバと同等の特性を有することが望ましい。
【００２３】
光伝送路１５は、この光伝送路の遮断波長よりも短波長側で、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する光ファイバにより構成され、例えば、従来の単一モード光通信で使用されている、波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用できる。
【００２４】
第２の光波長カプラ１４は、上記の第１の波長カプラ１３と同様に、図２に示すような構成を有し、光送信部１１、１２の遮断波長よりも短波長側で、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する第１の光ファイバ２３と第２の光ファイバ２４により構成され、光伝送路１５からの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する異なる複数の波長からなる信号光を入力するポート２１，２２と、異なる複数の波長を分波し、基本モードを選択的に出力するポート２５，２６とを有している。光波長カプラ１４を構成する第１の光ファイバ２３と第２の光ファイバ２４としては、例えば、従来の単一モード光通信で使用されている、１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用でき、光伝送路１５を構成する光ファイバと同等の特性を有することが望ましい。
【００２５】
光受信部１６、１７は、光波長カプラ１４からの、使用波長帯域における各々異なる波長の出力信号光を受信する機能を有する。ここで、光波長カプラ１４は、光受信部１６、１７の一部に組み込まれる形態であっても構わない。
【００２６】
次に、図２を参照して、本発明の光波長カプラ１３，１４をさらに詳細に説明する。図２に示すように、光波長カプラ１３，１４は、入力ポート２１、２２、光ファイバ２３、２４、出力ポート２５、２６、及び溶融延伸部２７により構成される。
【００２７】
光ファイバ２３、２４は、使用波長帯域で、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する光ファイバにより構成される。また、光ファイバ２３及び２４は、図１の構成例に示した光伝送路１５と同等の光ファイバで構成されることが望ましく、より具体的には接続性並びに取り扱い性の観点から、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が既存の単一モード光ファイバと同等となる７〜１１μｍ程度であることが望ましい。例えば、このような特性を満たす光ファイバとしては、従来の単一モード光伝送で使用されている、波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用可能である。
【００２８】
入力ポート２１、２２は、それぞれ使用波長帯域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する各々異なる波長の信号光の入力端子である。出力ポート２５、２６は上記の異なる波長の信号光を合波し、基本モードを選択的に出力する出力端子である。
【００２９】
また、溶融延伸部２７は、第１光ファイバ２３及び第２光ファイバ２４の、各コア部及びクラッド部を溶融して延伸することにより、長さＬに渡り形成された構造を有し、これら光ファイバ２３、２４中を伝搬可能な主モード間の光電力の授受を行なう機能を有する。ここで、本発明の光波長カプラ１３，１４における溶融延伸部２７は、光強度の分配や波長分割多重の機能を有する、通常の光ファイバカプラの製造装置を用いて作製することが可能である。
【００３０】
また、第１と第２の光ファイバ２３，２４が、屈折率が均一なクラッド部と、そのクラッド部の中央に配置され半径がａで比屈折率差がΔのコア部と、このコア部の中心から距離Λの円周に外接するように当該円周上で等間隔に配置された、少なくとも４個以上の半径ｒの空孔部とにより構成される空孔構造光ファイバであるとすることができる。このような空孔構造光ファイバにすることで、曲げ損失特性等の取り扱い上の利便性を向上させることができる。
【００３１】
以下では、本発明の具体的な実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明の第１の実施例では、本発明の光波長カプラを、従来の単一モード光通信で使用されている、波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する光ファイバを用いて構成した場合の、波長８５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおいて分波機能及びモードフィルタ効果について説明する。ここで、波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する光ファイバは、図２に示した光ファイバ２３及び２４に相当する。
【００３３】
波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する光ファイバの遮断波長は約１１５０ｎｍであり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は約９μｍ、波長８５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおける基本モードを含む主モード次数は２以上であった。また、波長１３１０ｎｍ帯に零分散波長を有する光ファイバの開口数は、０．１であった。光ファイバの開口数ＮＡは、この光ファイバのコアの屈折率ｎ１及び比屈折率差Δを用いて、次式（１）で表される。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
また、比屈折率差Δ（単位％）は、その光ファイバのクラッドの屈折率ｎ２を用いて、次式（２）で定義される。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
図３は、本発明の第１の実施例における光波長カプラの、波長８５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおける、図２に示した溶融延伸部２７の長さＬと出力ポートにおける光強度の関係について示す。縦軸は光波長カプラの入力ポート２１から波長８５０ｎｍ及び波長７８０ｎｍの、基本モードの信号光を入射した時の、光波長カプラの出力ポート２５及び２６における規格化光強度の変化を示す。ここで、実線による曲線は波長８５０ｎｍであり、破線による曲線は波長７８０ｎｍである。
【００３８】
図３から、波長８５０ｎｍの信号光の場合、出力ポート２５における規格化光強度は、概ね溶融延伸部２７の長さＬが１２ｍｍ以上の領域から増加し始め、その後、溶融延伸部２７の長さＬの増加に伴い、周期的に増減変化することが分かる。すなわち、出力ポート２５及び出力ポート２６に周期的に出力していることが分かる。
【００３９】
ここで、規格化光強度の周期的変化は、光波長カプラを構成する２本の光ファイバ２３，２４間における主モード間の結合回数に対応し、規格化光強度が変化する溶融延伸部２７の長さＬでは、光波長カプラにおける高次モードは伝搬できない。従って、溶融延伸部２７の長さＬを、例えば、図３に破線Ａで示した長さに制御することにより、使用波長帯域における本発明の第１の実施例の波長８５０ｎｍ及び波長７８０ｎｍの光波長カプラを作製することが可能となる。
【００４０】
また一般に、規格化光強度の変化周期は、溶融延伸部２７の長さＬの増加に伴い減少（結合回数の増加に伴い好適な溶融延伸部の長さＬの変化量が減少）し、溶融延伸部２７の外径も細径化される。従って、実際の光波長カプラ１３，１４の製造では、溶融延伸部２７の長さＬの制御性、並びに溶融延伸部２７の機械強度の保持を考慮して、溶融延伸部２７の長さＬを１２から２５ｍｍの範囲で制御することが望ましい。
【実施例２】
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施例の光波長カプラの構成を示す。第２の実施例では、複数の光波長カプラを、図４に示すように、多段に接続させることにより多数のポートを有する一つの光波長カプラを構成した具体例を示す。ここで４０１、４０２、４０３、４０４、４０５は入力ポート、４１１，４１２，４１３，４１４は溶融延伸部、４０６，４０７，４０８，４０９，４１０は出力ポートである。
【００４２】
入力ポート４０１、４０２、４０３、４０４、４０５に各々波長６５０ｎｍ、８５０ｎｍ、７８０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ帯の信号光を入射することにより、遮断波長よりも短い波長における高次モード成分を除去した各々の信号光、及び遮断波長よりも長い波長における信号光を合波する光波長カプラを実現できる。
【００４３】
すなわち、出力ポート４０８に波長６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍにおいて基本モード成分のみの信号光が出力される。このとき、入力ポートにはどの波長帯を入射しても構わない。また、出力ポート４０８ではなく出力ポート４０９に全波長帯の信号光を出力しても構わない。さらに、入射する波長帯は６００ｎｍから１６００ｎｍの波長でも構わない。
【００４４】
図５は、図４に示した光波長カプラを用いた光波長多重伝送システムの構成例を示す。図５において、５１〜５５は光送信部、５２，５３は図４に示した光波長カプラ、５４は光伝送路、５１１〜５１５は光受信部である。複数の光送信部５１〜５５には波長帯６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍを入射することができる。また、光受信部５１１〜５１５には光送信部５１〜５５に用いられる波長に対して受信することができる。ここで、入射する波長帯は６００ｎｍから１６００ｎｍの波長でも構わない。
【００４５】
（他の実施の形態および実施例）
上記では、本発明の好適な実施形態と実施例を例示して説明したが、本発明の実施形態と実施例は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態または実施例に含まれる。
【００４６】
例えば、上述の光送信部を光源とし、光受信部を受光部とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の光波長多重伝送システムの構成例を示す概念図である。
【図２】本発明の光波長カプラの構成例を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施例における光波長カプラの波長８５０ｎｍ及び７８０ｎｍにおける溶融延伸部の長さＬと光強度変化の関係について示す図面である。
【図４】本発明の第２の実施例における光波長カプラの構成例を示す概念図である。
【図５】本発明の第２の実施例における光波長カプラを用いた光波長多重伝送システムの構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１，１２  光送信部
１３，１４  光波長カプラ
１５        光伝送路
１６，１７  光受信部
２１，２２  入力ポート
２３，２４  光ファイバ
２５，２６  出力ポート
２７        溶融延伸部
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５  入力ポート
４１１，４１２，４１３、４１４  溶融延伸部
４０６，４０７，４０８，４０９，４１０  出力ポート
５１，５２，５３，５４，５５  光送信部
５２，５３  光波長カプラ
５４  光伝送路
５１１，５１２，５１３，５１４，５１５  出力ポート
【図１】
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【図２】
2009128389.tif 000006
【図３】
2009128389.tif 000007
【図４】
2009128389.tif 000008
【図５】
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