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JPH0660981B2 - 光ファイバ構造 - Google Patents
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JPH0660981B2 - 光ファイバ構造 - Google Patents

光ファイバ構造

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JPH0660981B2
JPH0660981B2 JP63230230A JP23023088A JPH0660981B2 JP H0660981 B2 JPH0660981 B2 JP H0660981B2 JP 63230230 A JP63230230 A JP 63230230A JP 23023088 A JP23023088 A JP 23023088A JP H0660981 B2 JPH0660981 B2 JP H0660981B2
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optical
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fiber
cores
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    • G02F1/3131—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure in optical fibres

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光ファイバ構造に関するものである。
［従来の技術］ ２つの同一の単一モード光コアが共通のクラッド内に置
かれるとき（このコアはクラッドの屈折率より高い屈折
率を有する材料からできている）、およびこのコアが共
に十分に接近しているとき、光結合が２つのコアの間で
発生する。光エネルギがコアの１へ導かれるとき、それ
は最初にコア自身の中へ進行するのみでなくコアを直接
取巻くクラッド中でも制限されたた程度で進行し、その
ため実際それはコア自身の限界を超えて横方向にふくれ
た光誘導路を提供する。コアが互いに十分接近している
とき、光誘導路は実際重複し、そのため最初に光誘導路
の一方の中を進む光は他方の光誘導路内へと増加的に移
される。全て、あるいは事実上全ての光エネルギはこの
方法で一方の光誘導路から他方へと移動し、そのためこ
のようなファイバ部分において２つの光誘導路において
進行するエネルギの割合いには漸進的に一方の１００％
と他方の１００％との間で変動する。全エネルギが一方
の路から他方の路へ移動し、それから再び戻る距離はし
ばしば“ビート長”と呼ばれ、一般に２，３ミリメータ
乃至２，３センチメータである。このビート長は波長の
関数であり、それ故もし１以上の波長がこのようなファ
イバの入力で導かれるなら、更に下の多数のビート長で
ある点で、ファイバ１００％の波長の１つが一方の光誘
導路の中を進行しているが、しかるに全ての他の波長の
少なくともいくつかは他方の光誘導路内を進行する。従
って、この点でファイバを終端させることによって、他
方の波長から一方の波長をフィルタする程度が達成され
る。
この原理はファイバ構造波長フィルタ（Ｋ．Ｏｋａｍｏ
ｔｏおよびＪ．Ｎｏｄａの論文、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １３ｔｈ Ｆｅｂ．１９８６、Ｖ
ｏｌ．２２，No.４参照）を、対のコアファイバと単独
のコアファイバの交互の部分を端部と端部を結合するこ
とによって生成するために適用され、単独コアファイバ
の部分は対のコアファイバの先行部分からの出力から対
のコアファイバの次の部分の２つのコアの１つへ優先的
にフィルタされた光を送るため用いられる。対のコアフ
ァイバの部分の各々は同じ波長について優先的に伝送ま
たはフィルタし、そのため対のコアファイバの各部分は
特定のもの以外の全ての波長の更に別の割合いのものを
効果的に除去する。従って、複合フィルタの端部から端
部への比較的狭いパスバンドが、対のコアファイバの部
分の数が十分大きくされることによって達成される。し
かしながら、このようなフィルタの構造が比較的複雑で
高価であることが明らかである。
従来技術のファイバ構造波長フィルタに関して述べられ
たような一方の光誘導路からもう一方への光エネルギの
反復された完全な伝送は２つの誘導路の伝播定数が同じ
である波長で発生する。
単一モード光誘導路の伝播定数は光がその通路上を進行
する速度の指度であり、それは光コア自身とこの光コア
を直接取巻くクラッドのパラメータの関数である。与え
られた構造のため、伝播定数は波長に伴って変化し、特
定の波長に対するその値、及び波長の関数として変化す
る速度がコア材料、コア直径、クラッド材料、およびコ
アとそれを直接取巻くクラッド全体の屈折率プロファイ
ルの適切な選択によって決定される程度である。
説明された従来技術の構造において、両通路の伝播定数
は２つの光誘導路が同じであるので全ての波長について
同じであった。
論文（“２コア光ファイバ：実験”、８４頁、Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、１９８５年２月）におい
て、伝播定数が１つの特定の波長でのみ同じであるよう
な２コア構造が提案された。結果的に、その他全ての波
長は、それらが最初に導かれる誘導路内に止まるが、構
造がフィルタして除去するように設計されている予め決
められた波長は２つの誘導路間で変動し、その予め決め
られた波長でのエネルギの大部分がその他の全てのもの
から反対の通路に移行する点でファイバ構造を終端する
ことによってその他の波長から分離される。予め決めら
れた波長はファイバの物理的構造によって固定される。
パスバンドの中心波長が電気的に変えられる光波長フィ
ルタは論文（Ｒ．Ｃ．ＡｌｆｅｒｎｅｓｓおよびＲ．
Ｖ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ３３（２）、１９７８年７月１５
日）に説明されている。そのフィルタはファイバ型構造
への適用できない集積光学技術を使用して構成された。
［発明が解決すべき課題］ 従来、２コア間の結合波長が構造の完成後同調されるま
たは調整される光ファイバ構造を生成することが可能で
はなかった。
本発明の目的はこのような光ファイバ構造を提供するこ
とである。
［課題解決ための手段および作用］ 本発明によれば、２つの光誘導路を提供するように共通
クラッド内に置かれた２つの均一の間隔で配置された単
一モード光コアを含む光ファイバの部分を含む電気的に
同調可能なファイバ構造が設けられており、２つの誘導
路に異なる伝播定数を与えるように少なくともコアの光
学特性は異なっており、その値は予め決められた波長に
ついて一致し、そのため前記波長での光エネルギは一方
のコアから他方へと繰返し移動し、２つの電極がクラッ
ド中に備えられ、電気−光効果によってその伝播定数を
変え、それによって前記波長を変えるためそのコアへ電
界を供給するためそれらの電極間に少なくとも１つのコ
アが位置するように配置されていることを特徴とする。
ファイバ自身の本体内に電極を組込むことによって、コ
アに非常に接近し、合理的に強い電界が電極間の比較的
低い電圧でコアを横切って発達する。それから、ファイ
バに用いられた材料上にある限界を考慮すると、所望さ
れた光学パフォーマンスを達成し、ファイバ内への形成
を可能にする必要性のため、一方または両方のコアにつ
いての伝播定数のシフトが達成され、中心結合波長に結
果として検出可能なシフトが得られる。
得られる波長シフト量は以下説明されるように同調可能
なコアおよびクラッドにソフトガラスを使用することに
よって増加される。
本発明に従った好ましい構造において、光ファイバの部
分は予め決められた波長の光エネルギがファイバの一端
で１コアに導かれるとき、フィルタ周波数が電気的に同
調可能な波長フィルタとして構造が動作可能であるファ
イバの他端で主として他方のコア中を進行している。
従って、フィルタのファイバ型構造のため光ファイバ信
号処理システムの部品によって容易にインターフェース
されることのできる電気的に同調可能な波長フィルタが
始めて提供される。
実際にはフィルタが設計されている波長に直接隣接する
波長はある程度フィルタによって通過される。しかしな
がら、パスバンドの幅は、それらが実際に一致する波長
値の両側上で可能な限りシャープに互いに分離した２つ
の光誘導路のための伝播定数を生成することによって減
少される。更に、予め決められた波長を除いた全ての波
長で、１００％以下のエネルギが２つの光誘導路間で反
復して移動するので、帯域幅もまたフィルタの入力と出
力との間で発生する多数のエネルギ移動またはビートの
数を増加することによって減少される。このことは単に
ファイバの長さを増加することによって、あるいはコア
間の間隔を減少することのいずれかによって達成され、
それはビート長を減少しそれ故単位長当りのビート数を
増加する。製造の容易さのため、パスバンドを狭くする
ためファイバの長さを増加することが好ましいが、それ
はこれがファイバの所望される長さにおいて少ない堅い
公差にし（比較的長いビート長のため）、コアが同じ効
果を達成するため一緒に接近して置かれるなら必要とさ
れるコア配置の増加された正確さを必要とはしない。し
かしながら、実際の考慮すべき事柄は、フィルタのため
め、およびコア間隔における減少が必要とされる帯域幅
の更なる減少のため最大の長さを制限する。
別の観点から、本発明は電気的に同調可能な、２つのコ
アロッド（ｒｏｄ）を含む光ファイバ構造の製造方法を
提供するものであるが、その方法は、そのコアロッドが
所望される異なった光学特性を有し、内部クラッドの孔
にそれらを挿入し、前記挿入の前または後のいずれかに
前記クラッド体の外側を断面非円形を成形し、前記クラ
ッド体の非円形部分に隣接する空間を作るため内部が円
筒状の管でクラッド体を包囲し、このように得られたア
センブリを引伸し、引伸ばされた形の間の内部クラッド
体と管との間の空間を電極材料で満たす光コアを含む。
［発明の効果］ 本発明のように、共通のクラッド内に配置され、予め決
められた波長においてのみ伝播定数が一致するような波
長対伝播定数特性が異なる２つのコアのうち、少なくと
も１つをその間に挟むようにクラッド内部に電極を設け
てコアの屈折率を制御して同調させると、クラッドの屈
折率を制御するようにクラッドの外部に電極を設ける場
合に比べ、電極間隔を小さく設定することができる。こ
のため同じ電圧を印加した場合、本発明のようにコアの
屈折率を制御する方が印加される電界をはるかに強くす
ることができ、したがって比較的低い電圧をコアに印加
するだけで屈折率を変化させるのに十分な電界を与える
ことができる。これは、通常のシリカコアの場合のよう
に、コア材料の屈折率における電界効果が大きくない場
合に、特に重要な利点となる。また、電界を印加した場
合には同時にその電界による電気加熱効果が生じて、そ
れも屈折率を変化させる要因となり、この電気加熱効果
による屈折率の変化は電圧の変化により直接的に制御で
きるものではないため、屈折率に対する影響を最小限に
する必要があるが、本発明では前記のように電極をクラ
ッドの内部に配置することにより低い電界を使用するこ
とが可能になるためこの電気加熱効果の影響を減少する
ことができる。
また、電極をコアと同じように光ファイバの内部に配置
する構造により、光ファイバ全体にわたりコアに同じ屈
折率変化を与えることができるため、光ファイバをフィ
ルタとして利用する場合に有効である。
また、電極をクラッドの内部に配置すると、まず長い光
ファイバを製造し、その後にあらかじめ決めた個々の短
い長さに切断することが可能となる。このため、本発明
の構造を用いた光ファイバの製造は、電極をクラッドの
外部に配置した光ファイバの製造に比べ容易となる。
また、電極がクラッドの内部にあることにより、本発明
の光ファイバの構造は通常の光ファイバの外形と同じも
のとなるため、例えば光ファイバ増幅器や信号伝達ファ
イバ等の他のファイバシステム素子と適合性を有するこ
となり、他の光素子との接続及び取扱いも容易となる。
［実施例］ 本発明が更に明確に理解されるために、いくつかの実施
例を以下の添付図面を参照して例示によって説明する。
第１図に示された光ファイバは共通クラッド４中に配置
された２つの光コア１および２を有する。コア１および
２はファイバの長さ全体にわたって均一な間隔で置かれ
ている。先に説明されたように、コアの各々はそれから
コアの各々の側へ横に延在する各光誘導路を設け、コア
の間の間隔はそれらの光誘導路が説明されたコア間の光
エネルギの移動を許容するように重複するように十分小
さい。
各コアの材料、直径および屈折率プロファイルが単独コ
アに関して知られている方法で選択され、２つのコアは
異なる伝播定数を有する。第２図（ａ）は波長の関数で
あるそれらの伝播定数がある波長λｃで一致するが互い
からその波長の両側であまりずれないようにコアが設計
される場合を示す。対照的に、第２図（ｂ）は波長λｃ
で一致するがこの波長の両側で大きく離れるように選択
される場合を示す。
広い幅の波長が例えばファイバの端部でコア１のような
コアの１つへ導かれるならば、上述されたコアの間の結
合の原理に従って、入力点以上の波長λｃのためのビー
ト長の整数が存在するファイバ中の点で、“フィルタさ
れた”コア２中の波長の広がりは第３図に示される。破
線において、２つのコアの伝播定数が広い波長帯域上で
非常に互いに類似したままであるとき第２図（ａ）の場
合コア２へフィルタされるようになる広い波長幅が示さ
れる。実線は、伝播定数が第２（ｂ）図において示され
るように波長の変化に伴って互いに大きく離れていると
き生じる狭いパスバンドを示す。
パスバンドの幅は２つの伝播定数間の関係によってのみ
でなく、２つのコア間の間隔によって、および（ファイ
バ構造が光ファイバシステム内の別々のフィルタ部品を
形成するとき）フィルタを形成するファイバの全長によ
ってもまた定められ、これらの変数の全ては製造の容易
さを最大にすると同時に所望されるレベルの特性を生じ
る値へ設定される。
同調可能性に関して、２つの金属電極６および８がファ
イバの構造へ組込まれる。両電極はコア１および２の両
方がそれらの間に存在するように配置される。コア１ま
たは２のため用いられるガラス材料は電界の適用に応じ
て比較的小さい電気−光効果のみを示すけれども、それ
にもかかわらず電界強度はファイバ中に電極を組入れる
ことによって電極にわたって供給される電圧に関して比
較的高くされる。電圧が電極間に供給されるとき、電気
−光効果は第４図（ａ）に示されるようにコアの各々の
屈折率における変化および結果的にそれらの両方の伝播
定数におけるシフトを生じる。結果的に、第５図（ｂ）
において示されるようにフィルタパスバンドの中心周波
数内に対応するシフトが存在する。
事実、電気−光効果は、電極に垂直に偏光された光と電
極に水平に偏光された光（即ち第１図に示されたように
ファイバに関して垂直および水平にとの開いた）の屈折
率における異なる変化を引起こす。屈折率シフトは、偏
光平面が電極に対して垂直である光に対してよる大であ
り、この偏光によって得られるより大きいシフトの利点
を得るため、ファイバはこの偏光を有する光のみを最初
に供給される。その代わり、電極に水平な偏光は分析器
を使用してフィルタの出力端部で除去され、従って電極
に垂直な偏光のみを残す。
得られる最大周波数シフトを高めるため、ソフトガラス
（例えば鉛ガラス）がコアおよびクラッドのために用い
られ、これらの多くは光ファイバコアおよびクラッドの
ため通常用いられるより堅いガラスの何倍も大きい電気
−光効果を有する。また、最大周波数シフトを更に高め
るため、一方のコアのため正の電気−光係数を有するガ
ラスを、また第２のコアのため負の電気−光係数を伴う
ガラスを選択することは有利であるが、それは偏光の与
えられた平面に対してこれが共通供給電界によって、両
方のコアの屈折率および伝播係数において反対方向にシ
フトを生じるからである。
フィルタファイバの与えられた長さはある特定の中心波
長のみをフィルタして除去するのに適切であることが注
目される。結果的に、中心フィルタ除去波長が電気的に
変えられるとき、ファイバの長さはフィルタされた中心
波長の減少された伝送をある程度まで不適切に生じる。
この困難さはビート長を増加する即ち更に離れた光コア
を有することによって軽減される。
第５図は第１図に示されたようなファイバ構造の製造を
説明することにおいて有効である。例えば修正された化
学的蒸気付着（ＭＣＶＤ）処理を用いて各シリカ支持管
内部の特定のコアのため適切な特性を有するガラス材料
を付着することによって、２つのコアロッドが製造され
る。ほとんどの支持管材料はそれから中央光コア材料上
に比較的少ないクラッド材料を残すようにエッチングさ
れるが、それは光コアが互いに比較的近いことが必要で
あるからである。２つのコアロッドはそれから電気炉内
で加熱される間引伸ばされ、直径２，３ミリメータにさ
れる。
最初に円形断面である高純度シリカロッド１２はその向
かい合う側に作られた偏平部分１２と、それを通って軸
方向に超音波加工された２つの孔１４および１６を有す
る。孔１４および１６の各々と整合する直径へ引伸ばれ
た２本のコアロッドがこれらの孔内に挿入され、複合ア
センブリはシリカ管１８内へ挿入される。全アセンブリ
は、フィルタの全走査波長レンジにわたって単一モード
動作を確立するのに十分小さい直径へ引伸ばされる。
更に高感度なものを構成することにおいて、このコアは
ソフトガラスロッドから形成され、それより屈折率の低
いソフトガラスクラッドロッド中の孔中へ挿入され、全
体がソフトガラス管で覆われる。
結果として生じるファイバが、電極６および８が示され
る空間を除いて第１図に示されている。これらの空間
は、一端を液体材料にひたして加熱された密閉容器内に
ファイバ部分を封入し、同時にその端部で圧力を加え、
ファイバの反対側の端部を真空にすることによって、ウ
ッドの金属あるいはインジウム／ガリウム混合物のよう
な低融解点金属で満たされる。この液体材料は従って空
間内へ吸込まれ、ファイバが冷却されるとき電極６およ
び８を形成するように凝固する。
第１図において光コアとして見なされる円１および２は
高い屈折率の光コア材料を表わすことに留意されなけれ
ばならない。このファイバが、支持管中のＭＣＶＤによ
って形成されたコアロッドを用いて、第５図を参照して
説明されたようなロッド−イン−チューブ処理によって
形成されるとき、ロッドの外部表面（それらの引伸ばさ
れた形で）は実際に光コア１および２が示される円のわ
ずかに外にある。
第６図は、コア１のみが電極２０間に配置されている本
発明に従った電気的に同調可能なファイバの別の形を示
している。この構造は、ロッド１０中に作られた偏平部
分１２の代わりに、２つの付加的なホールが孔１４の各
々の側に超音波加工で穿孔されていることを除いて第５
図のそれと同じ方法で製造される。これらはファイバが
引伸ばされた後電極２０を形成するため金属によって満
たされる。この構造によって、電極２０間に電圧を加え
ることにより伝播定数の１のみが第４図（ａ）に示され
た破線位置へシフトし、そのため第１図の構造と比較し
て、所定の供給電圧に対して異なった、電位的に大き
な、中心波長シフト量が得られる。第２図（ａ）および
第２図（ｂ）を参照すると、大きな範囲の波長シフト
は、伝播定数曲線が第２（ｂ）図におけるように大きく
散開するよりもむしろ第２（ａ）図におけるようにほと
んど散開していないとき得られるが、しかしパスバンド
が附随的に拡張することに注意すべきである。好ましく
は、この構造において、コア材料は正の電気−光係数ガ
ラスから成り、クラッドは負の電気−光係数ガラスであ
る。それはこれが電界中のコアおよびクラッドの屈折率
に反対方向のシフトを生じるからであり、コアのみにお
けるシフトより更に伝播定数を変えることができるから
である。同じ効果が負の係数コアおよび正の係数のクラ
ッドを有することによって達成される。
第１図の電極６および８、または第６図の電極２０間に
加えられる電圧の供給のため、ファイバのクラッドの一
部は、電極の表面領域が露出するまでフッ化水素を用い
て局部的にエッチングされ、それから微細な電気リード
２２が電極に超音波的に溶接され、これは第６図ではエ
ッチングによって除去された被覆の一部が破線によって
示されている。
第６図はまた破線によって第２の対の電極２４を示す
が、それは第２のコア２の向い合っている側部に配置さ
れ、そのため２つのコアの伝播定数は所望されるなら互
いに独立に制御される。
周波数シフトのより大きな増加が高いポッケル（Ｐｏｃ
ｋｅｌ）係数の単結晶材料のコアおよび／またはクラッ
ドによって得られるが、それはこのような材料において
生じるポッケル係数がカー（Ｋｅｒｒ）効果より強いか
らである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従った電気的に同調可能な光ファイバ
構造の横断面図である。 第２図（ａ）および第２図（ｂ）は波長の関数として伝
播定数を示すが、それは第１図の構造に適合される。 第３図は第２図（ａ）および第２図（ｂ）において示さ
れたような伝播定数を用いて達成される広いパスバンド
および狭いパスバンドを示す。 第４図（ａ）および（ｂ）は各々第１図の構造を有する
フィルタの伝播定数およびパスバンドがどのように変え
られるかを示す。 第５図は第１図に示されるような光ファイバ構造の製造
における段階を示す。 第６図は本発明に従った別のタイプの電気的に同調可能
な光ファイバ構造を示す。 １，２……光コア、４……被覆、６，８，２４……電
極、１０……ロッド、１２……偏平部分、１４，１６…
…孔、２２……電気リード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−128904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−156223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−29656（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−59305（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つの光誘導路を与えるように共通クラッ
    ド内に置かれた２つの均一の間隔で配置された単一モー
    ド光コアを含む光ファイバ部分を含む電気的に同調可能
    な光ファイバ構造であって、少なくともコアの光学特性
    は、予め決められた波長において値が一致する異なる伝
    播定数を２つの誘導路に与えるように異なっており、そ
    のため前記波長での光エネルギが一方のコアから他方の
    コアへ繰返し移動するような光ファイバ構造において、 ２つの電極がクラッド内に設けられ、電気−光効果によ
    ってその伝播定数を変え、それにより前記波長を変える
    ようにそのコアへ電界を与えるためそれらの間に少なく
    とも１つのコアが位置するように配置され、それによっ
    て同調可能にされている電気的に同調可能な光ファイバ
    構造。
  2. 【請求項２】光ファイバ部分が、予め決められた波長で
    光エネルギがこのファイバの一端で一方のコアへ導かれ
    るときフィルタ周波数が電気的に調整可能である波長フ
    ィルタとしてこの構造が動作できるようにファイバの他
    端で他方のコアにおいて主として進行しているような長
    さであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ構
    造。
  3. 【請求項３】２つの電極はそれらの間に両方のコアが位
    置するように配置されている請求項１または請求項２記
    載の光ファイバ構造。
  4. 【請求項４】一方のコアが正の電気−光係数を有し、他
    方が負の電気−光係数を有する請求項３記載の光ファイ
    バ構造。
  5. 【請求項５】２つの電極の間のコアの一方のみが配置さ
    れている請求項１または２記載の光ファイバ構造。
  6. 【請求項６】電極間に配置されているコアが正（または
    負）の電気−光係数を有し、クラッドが負（または正）
    の電気−光係数を有している請求項５記載の光ファイバ
    構造。
  7. 【請求項７】それらの間に他方のコアを配置されている
    ２つの更に別の電極を含む請求項５または請求項６記載
    の光ファイバ構造。
  8. 【請求項８】前記コアの少なくとも一方が比較的大きい
    電気−光効果を示すソフトガラスからできている前記請
    求項１乃至７のいずれか１項記載の光ファイバ構造。
  9. 【請求項９】共通クラッドが比較的大きい電気−光効果
    を示すソフトガラスからできている請求項８記載の光フ
    ァイバ構造。
  10. 【請求項１０】所望された異なる光学特性を有する光コ
    アを含む２のコアロッドを処理し、内部クラッド体の孔
    内にそれらを挿入し、前記挿入の前または後のいずれか
    に前記クラッド体の外側を断面非円形に形成し、前記本
    体の非円形部分に隣接して空間を作るため内側が円形の
    管で前記本体を包囲し、このようにして得られるアセン
    ブリを引伸し、電極材料を引伸ばされた形の内部クラッ
    ド体と管との間の空間に満たすことを含む請求項１乃至
    ９のいずれか記載の光ファイバ構造の製造方法。
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