JP4304416B2

JP4304416B2 - Optical fiber filter and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4304416B2
Application number: JP2001269124A
Authority: JP
Inventors: 真二石川; 稔樹樽; 政一茂原; 真樹大村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光フィルタに関し、特に、光ファイバの一部にフィルタ機能を果たすグレーティングが設けられた光ファイバフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバフィルタの分野では、フィルタ機能を果たす領域としてグレーティングが光ファイバ中に設けられた光フィルタが良く知られている。このグレーティングは、特定の波長を中心とした波長域の光を反射する。これにより、グレーティングを内蔵する光ファイバは、特定波長域の伝搬光を遮断する損失フィルタとして機能する。
【０００３】
グレーティングは、光ファイバ中で周期的な屈折率分布を有する領域である。この領域では、屈折率がある方向に沿って所定の周期で空間的に変化する。ファイバグレーティングの構造は、光ファイバを横断する一定の屈折率を有する面が周期的に配列されたものと考えられる。この面を等屈折率面と呼ぶことにする。等屈折率面の間隔がグレーティングの周期である。グレーティングは、感光性の光ファイバ（例えば、感光材である酸化ゲルマニウムが添加された石英系ガラス）に屈折率変化を誘起させる光（例えば、酸化ゲルマニウムが添加された石英系ガラスに対しては紫外光）を照射して形成することができる。
【０００４】
グレーティングを備える光ファイバフィルタは、波長多重伝送システムにおいて、合分波器や光増幅器の利得等化器として利用されている。光増幅器の利得を等化するためには、光フィルタの損失スペクトルを精密に制御する必要がある。光フィルタの損失帯域が狭いほど、過剰損失の少ない利得等化を行える。
【０００５】
光ファイバの軸線に対して直交する等屈折率面から構成されるグレーティングを備えた光ファイバフィルタは、狭い損失帯域を有することが知られている。しかしながら、直交グレーティングは光ファイバの軸線に沿って光を反射する。このような反射光は、光増幅器の出力光と干渉するので、好ましくない。
【０００６】
そこで、コアの軸線に対して傾斜した等屈折率面から構成されるグレーティングを備えた光ファイバフィルタが考えられた。等屈折率面が傾斜しているため、グレーティングでの反射光がコアの軸線から逸れ、クラッドに放射されやすくなる。これにより、反射光を低減することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような傾斜グレーティングを備える光ファイバフィルタは、グレーティングの傾斜角度が大きいと、反射は抑えられるが、帯域幅が広くなる。逆に、傾斜角度が小さいと、帯域幅は狭いが、反射が顕著になる。このため、狭帯域と低反射の双方を兼ね備える光ファイバフィルタが要望されている。
【０００８】
そこで、本発明は、狭帯域かつ低反射の光ファイバフィルタ、およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバフィルタは、コアと、コアを取り囲み、コアより低い屈折率を有するクラッドとを備えている。コアにはグレーティングが形成されており、該グレーティングにより特定の波長を中心とした波長域の光を反射し、これにより特定波長域の伝搬光を遮断する損失フィルタとして機能する。このグレーティングは、コアの軸線に対して傾斜した等屈折率面が周期的に配列された構造を有している。このグレーティングは、コアのうち比屈折率差が０．１％未満であり、モードフィールド径が１５μｍ以上であり、規格化周波数が１．５以上２．６以下である領域に形成されている。また、グレーティングの等屈折率面の傾斜角度は、コアの軸線と直交する面に対して０．５°以上４°未満である。コアの屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２と表すと、比屈折率差ΔｎはΔｎ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１と表される。
【００１０】
コアを伝搬する光のうち傾斜したグレーティングで反射される光は、コアの軸線からずれた方向に進む。０．１％未満という比屈折率差の小さい領域では、コアに光を閉じこめる作用が弱い。このため、反射光はコアからクラッドに放射されやすい。これにより、グレーティングの傾斜角度が小さくても反射を十分に抑えられる。グレーティングの傾斜角度を小さくすれば、損失帯域は狭くなる。したがって、本発明の光ファイバフィルタは、狭い損失帯域と低反射の双方を備えることができる。
【００１２】
１５μｍ以上というモードフィールド径は、１２μｍ以下という、一般的なシングルモード光ファイバのモードフィールド径よりも大きい。したがって、グレーティングが形成された領域に隣接してモードフィールド径を１２μｍ以下まで縮小するモードフィールド径変換部が設けられているとよい。これにより、本発明の光ファイバフィルタを一般的な光ファイバと容易に接続できるようになる。
【００１３】
このようなモードフィールド径が一部で拡大した光ファイバフィルタは、次のような方法により製造できる。まず、コアに屈折率上昇性ドーパントが添加された光ファイバを用意する。次に、コアの一部を加熱して屈折率上昇性ドーパントを拡散させ、モードフィールド径が拡大した領域を形成する。この後、この領域にグレーティングを形成する。このグレーティングは、コアの軸線に対して傾斜した等屈折率面が周期的に配列された構造を有している。
【００１４】
石英ガラス光ファイバ用の屈折率上昇性ドーパントとしては、ＧｅＯ₂がよく使用される。このＧｅＯ₂は、光誘起屈折率変化を生じさせる感光材でもある。グレーティングは、多くの場合、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスに紫外光を照射して形成される。
【００１５】
上述の製造方法では、ＧｅＯ₂を屈折率上昇性ドーパント兼グレーティング形成用の感光材として使用した場合、熱拡散によりコアのＧｅＯ₂濃度が低下する。ＧｅＯ₂濃度が十分でないと、グレーティングを適切に形成することは難しい。
【００１６】
この問題を解決するため、本発明者らは、第１の光ファイバと第２の光ファイバを接続して、グレーティングにより特定の波長を中心とした波長域の光を反射し、これにより特定波長域の伝搬光を遮断する損失フィルタとして機能する光ファイバフィルタを製造する方法を考えた。ここで、第１光ファイバは、その比屈折率差Δｎ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１が０．１％未満であり、規格化周波数が１．５以上２．６以下であり、１５μｍ以上である長手方向に沿って一様なモードフィールド径Ｄ１を有している。第２光ファイバは、その一端においてモードフィールド径Ｄ１を有し、このモードフィールド径Ｄ１がＤ１より小さいＤ２まで長手方向に沿って変化するモードフィールド径変換端部を有している。この方法は、モードフィールド径変換端部を介して第２光ファイバを第１光ファイバに接続する工程と、この接続の前または後に第１光ファイバにグレーティングを形成する工程を備えている。このグレーティングは、第１光ファイバのコアの軸線と直交する面に対して０．５°以上４°未満傾斜した等屈折率面が周期的に配列された構造を有している。
【００１７】
グレーティングが形成される第１光ファイバは、一様なモードフィールド径Ｄ１を有しているので、屈折率上昇性ドーパントを熱拡散させずに製造できる。したがって、ＧｅＯ₂を屈折率上昇性ドーパント兼グレーティング形成用の感光材として使用する場合にも、グレーティングを良好に形成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率が説明のものと一致しない場合がある。
【００１９】
図１は、本実施形態の光ファイバフィルタ１の構造を示す側面図である。光ファイバフィルタ１は、シングルモード光ファイバの一部にフィルタ機能を果たすグレーティング３０が形成されたものである。
【００２０】
光ファイバフィルタ１は、柱状のコア１０と、コア１０を取り囲む管状のクラッド２０を有している。コア１０は円形の横断面を有している。クラッド２０は、コア１０の側面に密着し、コア１０の側面を同心に包囲する。クラッド２０は円筒形の外側面を有している。コア１０およびクラッド２０は、いずれも石英（ＳｉＯ₂）ガラスから構成されている。コア１０には、ＧｅＯ₂およびＢ₂Ｏ₃が添加されている。ＧｅＯ₂は石英ガラスの屈折率を上昇させ、Ｂ₂Ｏ₃は石英ガラスの屈折率を下降させる。クラッド２０は、実質的に純粋な石英ガラスである。コア１０はクラッド２０よりも高い屈折率を有している。
【００２１】
ＧｅＯ₂は、周知の通り、波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍ付近の紫外光に対する感光材として機能する。すなわち、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスは、この波長の紫外光が照射されると屈折率が上昇するという性質を持つようになる。ＧｅＯ₂の添加量や照射光の強度が大きいほど、屈折率上昇量も大きくなる。このような光誘起屈折率変化をもたらすＧｅＯ₂の性質を利用して、コア１０にはグレーティング３０が形成されている。グレーティング３０の構造は後述する。
【００２２】
コア１０は、幾つかの部位１１〜１５から構成されている。これらの部位は、図１において破線で仕切られて表示されている。
【００２３】
円柱状の部位１１は、長手方向に沿って一様な直径を有している。以下では、この直径をｄ１と表す。グレーティング３０は部位１１に形成されている。したがって、以下では、部位１１をグレーティング部と呼ぶ。
【００２４】
グレーティング部１１の両端には、長手方向に沿って直径が変化する部位１２および１３が隣接している。部位１２のうちグレーティング部１１と隣接する端面は、ｄ１の直径を有している。部位１２の反対側の端面は、ｄ１よりも小さい直径ｄ２を有している。部位１２の直径は、グレーティング部１１から遠ざかるにつれて、ｄ１からｄ２まで連続的かつ単調に減少する。部位１３も部位１２と同様である。つまり、部位１３のうちグレーティング部１１と隣接する端面はｄ１の直径を有し、部位１３の反対側の端面はｄ１よりも小さい直径ｄ２を有する。部位１３の直径は、グレーティング部１１から遠ざかるにつれて、ｄ１からｄ２まで連続的かつ単調に減少する。
【００２５】
部位１２のうちグレーティング部１１と反対側の端部には、部位１４が隣接している。部位１４は、長手方向に沿って一様な直径ｄ２を有している。同様に、部位１３のうちグレーティング部１１と反対側の端部には、部位１５が隣接している。部位１５は、長手方向に沿って一様な直径ｄ２を有している。
【００２６】
これらの各部位は、その直径に応じたモードフィールド径を有している。以下では、グレーティング部１１のモードフィールド径をＤ１、部位１４および１５のモードフィールド径をＤ２と表す。Ｄ２はＤ１よりも小さい。部位１２および部位１３は、モードフィールド径をＤ１からＤ２に変換する。そこで、部位１２および部位１３をモードフィールド径変換部と呼ぶことにする。
【００２７】
グレーティング部１１に含まれるグレーティング３０は、屈折率が周期的に分布した領域である。この領域では、屈折率がある方向に沿って所定の周期で空間的に変化する。
【００２８】
図１に示されるように、グレーティング３０の構造は、コア１０を横断する一定の屈折率を有する面３２がある方向に沿って周期的に配列されたものと考えられる。この面３２は等屈折率面と呼ばれる。グレーティング３０の等屈折率面３２は、コア１０の軸線５と直交せず、軸線５に対して傾斜している。その傾斜角度θは、軸線５と直交する平面６と等屈折率面３２との間の角度である。
【００２９】
グレーティング３０が傾斜した等屈折率面３２を有しているため、グレーティング３０での反射光はコア１０の軸線から逸れ、クラッド２０に放射されやすくなる。これにより、反射光を低減することができる。しかしながら、グレーティング３０の傾斜角度が大きいと、反射は抑えられるが、光ファイバフィルタ１の損失帯域が広くなる。逆に、傾斜角度が小さいと、損失帯域は狭いが、反射の低減が不十分になる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、狭帯域かつ低反射の光ファイバフィルタを実現するため、グレーティング３０が形成されているグレーティング部１１の比屈折率差Δｎを０．１％未満とした。
【００３１】
一般に、比屈折率差Δｎは、コア１０のグレーティング部１１の屈折率をｎ１、クラッド２０の屈折率をｎ２とすると、
Δｎ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１
のように表される。このように、比屈折率差Δｎは、コア１０とクラッド２０との屈折率差を反映している。したがって、比屈折率差が小さいと、コア内に光を閉じ込める作用が弱くなる。
【００３２】
本発明者らは、この点に着目し、グレーティング３０が形成されるグレーティング部１１の比屈折率差を抑えることで、グレーティング３０で反射されるコア伝搬光がクラッド２０に放射されやすいようにした。そして、本発明者らは、グレーティング部１１の比屈折率差が０．１％未満であると、グレーティング３０の傾斜角度が小さくても、反射を十分に抑えられることを見出した。したがって、光ファイバフィルタ１は、狭い損失帯域と低い反射という優れた特性を兼ね備えている。
【００３３】
本実施形態の光ファイバフィルタにおいて、グレーティング３０の傾斜角度は０．５°以上４°未満であることが好ましい。傾斜角度が０．５°未満だと、反射があまりに大きくなる。また、傾斜角度が４°以上だと、偏波特性の悪化が目立つようになる。いずれにせよ、グレーティング３０の傾斜角度が４°未満と小さくても反射を十分に抑えられることは、本発明の長所である。
【００３４】
また、グレーティング３０が形成されている領域は、１５μｍ以上のモードフィールド径を有し、かつ１．５以上２．６以下の規格化周波数（Ｖ値）を有することが好ましい。モードフィールド径が１５μｍ未満だと、反射が過度に大きくなる。規格化周波数が１．５未満だと、フィルタの光遮断性能が不十分になる。規格化周波数が２．６を超えると、光ファイバフィルタが実質的に他モード化する。これにより生じる２次モード光がグレーティング３０で反射され、新たな損失帯域を作る。これは好ましくない。
【００３５】
部位１４および部位１５のモードフィールド径は、それぞれ１２μｍ以下であることが好ましい。１２μｍ以下という数値は、一般的なシングルモード光ファイバのモードフィールド径である。したがって、本実施形態の光ファイバフィルタ１は、一般的なシングルモード光ファイバと容易に接続できる。
【００３６】
本発明者らは、本実施形態の光ファイバフィルタを実際に製造し、その損失スペクトラムおよび反射スペクトラムを測定した。測定に使用した光ファイバフィルタでは、グレーティング部１１の比屈折率差Δｎが０．０５％であり、グレーティング部１１の直径ｄ１は２５μｍである。また、グレーティング３０の屈折率変化（すなわち、最大屈折率と最小屈折率との差）は０．００１であり、グレーティング３０の長さは１０ｍｍである。グレーティング３０の傾斜角度θは２°である。
【００３７】
図２は、この測定結果を示している。図２に実線で示されるグラフが損失スペクトラムであり、破線で示されるグラフが反射スペクトラムである。図２に示されるように、この光ファイバフィルタは、波長１５５０ｎｍ付近に損失ピークを有している。この損失ピークは、半値幅が約１３ｎｍと十分に狭帯域である。また、反射は最大で約−３５ｄＢであり、低く抑えられている。このように、この光ファイバフィルタは、狭帯域と低反射という二つの優れた特性を兼ね備えていた。
【００３８】
以下では、光ファイバフィルタ１の製造方法を説明する。光ファイバフィルタ１は、コア１０の形状を特徴の一つとしている。このような形状のコア１０は、ドーパントの熱拡散により形成できる。すなわち、ＧｅＯ₂が添加され直径が一様にｄ２のコアを有する光ファイバを用意し、その一部を加熱する。これによりＧｅＯ₂を拡散させてコア径の一部を拡大させると、図１に示されるような形状のコア１０が得られる。その後、位相マスク法などの公知の方法によりコア径が拡大した部分に紫外光を照射すれば、グレーティング３０を形成できる。
【００３９】
この製造方法には、モードフィールド径の拡大を低損失で行えるという利点がある。しかしながら、熱拡散によりＧｅＯ₂の濃度が低下するため、紫外光照射によるグレーティングの形成が困難となる可能性がある。単にコアのＧｅＯ₂濃度を高くするだけでは、純石英ガラスのクラッドとの間で０．１％という低い比屈折率差を実現できない。
【００４０】
この問題を回避するためには、コアのＧｅＯ₂濃度を高くするとともに、屈折率低下性ドーパントをコアに添加して比屈折率差を調節すればよい。屈折率低下性ドーパントとしてはＢ₂Ｏ₃やＦが挙げられる。これらの少なくとも一つをＧｅＯ₂とともにコアに添加することで、０．１％未満の比屈折率差を実現しつつＧｅＯ₂濃度を高め、グレーティングを適切に形成することができる。
【００４１】
また、本発明者らは、グレーティング形成領域のＧｅＯ₂を熱拡散させない製造方法も考えた。図３は、この製造方法を示している。この方法では、光ファイバ２の両端に光ファイバ３および４を互いの端面同士を突き合わせて接続し、光ファイバフィルタ１を得る。光ファイバ２〜４は、光ファイバフィルタ１をその軸線に対して垂直に３分割した各部分に当たる。
【００４２】
光ファイバ２のコア４０は、光ファイバフィルタ１のコア１０のうちグレーティング形成部１１に当たる。光ファイバ２のクラッド５０は、光ファイバフィルタ１のクラッド２０のうち、グレーティング形成部１１の側面を包囲する円筒形部分に当たる。光ファイバ２の比屈折率差は０．１％未満であり、そのモードフィールド径は長手方向に沿って一様にＤ１である。また、コア４０には、傾斜グレーティング３０が形成されている。
【００４３】
一様なモードフィールド径を有する光ファイバは、ＧｅＯ₂を熱拡散させずに製造できる。このような光ファイバにグレーティング３０を形成すれば、光ファイバ２を得ることができる。ＧｅＯ₂を熱拡散させないので、グレーティング３０を良好に形成できる。
【００４４】
光ファイバ３のコア４１は、隣接する二つの部位４２および４４からなる。光ファイバ３の一方の端部である部位４２は、光ファイバフィルタ１のコア１０のうちモードフィールド径変換部１２に当たる。部位４４は、光ファイバフィルタ１のコア１０のうち部位１４に当たる。光ファイバ３のクラッド５１は、光ファイバフィルタ１のクラッド２０のうち、モードフィールド径変換部１２および部位１４の側面を包囲する部分に当たる。
【００４５】
コア４１の部位４４は、Ｄ１より小さいＤ２のモードフィールド径を長手方向に沿って一様に有する。コア４１の部位４２は、モードフィールド径を長手方向に沿ってＤ２からＤ１に変換する。以下では、部位４２をモードフィールド径変換端部と呼ぶ。モードフィールド径変換端部４２では、末端に近づくにつれてモードフィールド径が連続的かつ単調に増加する。言い換えると、モードフィールド径変換端部４２は、光ファイバ３の一端のモードフィールド径Ｄ１を長手方向に沿ってＤ２まで縮小する。
【００４６】
光ファイバ４の構造は光ファイバ３と同様である。光ファイバ４のコア４６は、隣接する二つの部位４３および４５からなる。光ファイバ４の一方の端部である部位４３は、光ファイバフィルタ１のコア１０のうちモードフィールド径変換部１３に当たる。部位４５は、光ファイバフィルタ１のコア１０のうち部位１５に当たる。光ファイバ４のクラッド５２は、光ファイバフィルタ１のクラッド２０のうちモードフィールド径変換部１３および部位１５の側面を包囲する部分に当たる。
【００４７】
コア４６の部位４５は、Ｄ１より小さいＤ２のモードフィールド径を長手方向に沿って一様に有する。コア４６の部位４３は、モードフィールド径を長手方向に沿ってＤ２からＤ１に変換するモードフィールド径変換端部である。モードフィールド径変換端部４３では、末端に近づくにつれてモードフィールド径が連続的かつ単調に増加する。言い換えると、モードフィールド径変換端部４３は、光ファイバ４の一端のモードフィールド径Ｄ１を長手方向に沿ってＤ２まで縮小する。
【００４８】
モードフィールド径変換端部４２および４３は、屈折率上昇性ドーパントの熱拡散により形成できる。したがって、長手方向に沿って一様にＤ２のモードフィールド径を有し、コアにＧｅＯ₂が添加された光ファイバを用意し、その端部を加熱処理すれば、光ファイバ３、４を製造できる。
【００４９】
光ファイバ２の両端にモードフィールド変換端部４２および４３を介して光ファイバ３および４をそれぞれ接続すると、光ファイバフィルタ１が得られる。光ファイバ２〜４は、例えば、融着接続してもよいし、光コネクタを用いて接続してもよい。
【００５０】
なお、この方法では、光ファイバ２と光ファイバ３、４との接続の前に光ファイバ２にグレーティング３０を形成するが、接続後にグレーティング３０を形成してもよい。
【００５１】
ここまで、本発明をその実施形態に基づいて具体的に説明してきた。しかし、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。
【００５２】
例えば、上記実施形態のグレーティングは一定の周期を有しているが、本発明の光ファイバフィルタのグレーティングは、長手方向に沿って周期および／または強度が変化していてもよい。このようなグレーティングは、光ファイバフィルタの損失スペクトルの形状を調整するために有効である。なお、グレーティングの強度とは、グレーティングの屈折率変化の大きさを意味する。
【００５３】
また、上記実施形態ではコアにのみグレーティングが形成されているが、本発明の光ファイバフィルタのグレーティングは、コアだけでなくクラッドにも広がるように形成してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバフィルタは、比屈折率差が０．１％未満の領域に傾斜グレーティングが形成されているので、グレーティングでの反射光がクラッドに放射されやすい。これにより、グレーティングの傾斜角度が小さくても反射を十分に抑えられる。したがって、本発明の光ファイバフィルタは、狭い損失帯域と低反射という優れた特性を兼ね備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光ファイバフィルタ１の構造を示す側面図である。
【図２】光ファイバフィルタ１の損失スペクトラムおよび反射スペクトラムを示す図である。
【図３】光ファイバフィルタ１の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１…光ファイバフィルタ、５…コアの軸線、１０…コア、１１…グレーティング部、１２および１３…モードフィールド径変換部、２０…クラッド、３０…グレーティング、３２…等屈折率面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical filter, and more particularly to an optical fiber filter in which a grating that performs a filter function is provided on a part of an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
In the field of optical fiber filters, an optical filter in which a grating is provided in an optical fiber is well known as a region performing a filter function. This grating reflects light in a wavelength region centered on a specific wavelength. As a result, the optical fiber incorporating the grating functions as a loss filter that blocks the propagation light in a specific wavelength range.
[0003]
The grating is a region having a periodic refractive index distribution in the optical fiber. In this region, the refractive index changes spatially at a predetermined period along a certain direction. The structure of the fiber grating is considered to be a periodic array of surfaces having a constant refractive index across the optical fiber. This surface is called an equirefractive index surface. The interval between the equal refractive index surfaces is the period of the grating. The grating is light that induces a refractive index change in a photosensitive optical fiber (for example, silica-based glass to which germanium oxide as a photosensitive material is added) (for example, ultraviolet light for silica-based glass to which germanium oxide is added). Light).
[0004]
An optical fiber filter provided with a grating is used as a gain equalizer of a multiplexer / demultiplexer or an optical amplifier in a wavelength division multiplexing transmission system. In order to equalize the gain of the optical amplifier, it is necessary to precisely control the loss spectrum of the optical filter. As the loss band of the optical filter is narrower, gain equalization with less excess loss can be performed.
[0005]
It is known that an optical fiber filter including a grating composed of equirefractive index surfaces orthogonal to the axis of the optical fiber has a narrow loss band. However, the orthogonal grating reflects light along the axis of the optical fiber. Such reflected light is not preferable because it interferes with the output light of the optical amplifier.
[0006]
In view of this, an optical fiber filter having a grating composed of an equal refractive index surface inclined with respect to the axis of the core has been considered. Since the iso-refractive index surface is inclined, the reflected light from the grating deviates from the axis of the core and is likely to be radiated to the cladding. Thereby, reflected light can be reduced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an optical fiber filter having such a tilted grating, reflection is suppressed but the bandwidth is widened when the tilt angle of the grating is large. Conversely, when the tilt angle is small, the bandwidth is narrow but the reflection becomes significant. Therefore, there is a demand for an optical fiber filter that has both a narrow band and low reflection.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a narrow-band and low-reflection optical fiber filter and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber filter of the present invention includes a core and a clad surrounding the core and having a refractive index lower than that of the core. A grating is formed in the core , and the grating functions as a loss filter that reflects light in a wavelength region centered on a specific wavelength, thereby blocking propagation light in the specific wavelength region . This grating has a structure in which equal refractive index surfaces inclined with respect to the axis of the core are periodically arranged. This grating is formed in a region of the core having a relative refractive index difference of less than 0.1% , a mode field diameter of 15 μm or more, and a normalized frequency of 1.5 or more and 2.6 or less . Further, the inclination angle of the equal refractive index surface of the grating is 0.5 ° or more and less than 4 ° with respect to the surface orthogonal to the axis of the core. When the refractive index of the core is expressed as n1 and the refractive index of the cladding is expressed as n2, the relative refractive index difference Δn is expressed as Δn = (n1−n2) / n1.
[0010]
Of the light propagating through the core, the light reflected by the inclined grating travels in a direction shifted from the axis of the core. In a region where the relative refractive index difference is less than 0.1%, the effect of confining light in the core is weak. For this reason, the reflected light is easily radiated from the core to the clad. Thereby, even if the inclination angle of the grating is small, reflection can be sufficiently suppressed. If the inclination angle of the grating is reduced, the loss band becomes narrower. Therefore, the optical fiber filter of the present invention can have both a narrow loss band and low reflection.
[0012]
The mode field diameter of 15 μm or more is larger than the mode field diameter of a general single mode optical fiber of 12 μm or less. Therefore, it is preferable to provide a mode field diameter converter for reducing the mode field diameter to 12 μm or less adjacent to the region where the grating is formed. Thereby, the optical fiber filter of the present invention can be easily connected to a general optical fiber.
[0013]
Such an optical fiber filter having a partially expanded mode field diameter can be manufactured by the following method. First, an optical fiber in which a refractive index increasing dopant is added to the core is prepared. Next, a part of the core is heated to diffuse the refractive index increasing dopant to form a region with an expanded mode field diameter. Thereafter, a grating is formed in this region. This grating has a structure in which equal refractive index surfaces inclined with respect to the axis of the core are periodically arranged.
[0014]
GeO ₂ is often used as a refractive index increasing dopant for silica glass optical fibers. This GeO ₂ is also a photosensitive material that causes a light-induced refractive index change. In many cases, the grating is formed by irradiating quartz glass doped with GeO ₂ with ultraviolet light.
[0015]
In the above-described manufacturing method, when GeO ₂ is used as a photosensitive material for forming a refractive index increasing dopant and grating, the GeO ₂ concentration of the core decreases due to thermal diffusion. If the GeO ₂ concentration is not sufficient, it is difficult to form a grating properly.
[0016]
In order to solve this problem, the present inventors connect a first optical fiber and a second optical fiber , reflect light in a wavelength region centered on a specific wavelength by a grating, and thereby a specific wavelength. A method of manufacturing an optical fiber filter that functions as a loss filter for blocking the propagation light in the band was considered. Here, the first optical fiber has a relative refractive index difference Δn = (n1−n2) / n1 of less than 0.1%, a normalized frequency of 1.5 or more and 2.6 or less, and 15 μm or more. It has a uniform mode field diameter D1 along a certain longitudinal direction. The second optical fiber has a mode field diameter D1 at one end thereof, and has a mode field diameter conversion end portion that changes along the longitudinal direction up to D2 where the mode field diameter D1 is smaller than D1. This method includes a step of connecting the second optical fiber to the first optical fiber via the mode field diameter conversion end, and a step of forming a grating in the first optical fiber before or after the connection. This grating has a structure in which equirefractive index surfaces inclined by 0.5 ° or more and less than 4 ° with respect to a surface orthogonal to the axis of the core of the first optical fiber are periodically arranged.
[0017]
Since the first optical fiber in which the grating is formed has a uniform mode field diameter D1, it can be manufactured without thermally diffusing the refractive index increasing dopant. Therefore, even when GeO ₂ is used as a refractive index increasing dopant / photosensitive material for forming a grating, the grating can be satisfactorily formed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. For convenience of illustration, the dimensional ratios in the drawings may not match those described.
[0019]
FIG. 1 is a side view showing the structure of the optical fiber filter 1 of the present embodiment. The optical fiber filter 1 is a single mode optical fiber in which a grating 30 that performs a filter function is formed.
[0020]
The optical fiber filter 1 has a columnar core 10 and a tubular clad 20 surrounding the core 10. The core 10 has a circular cross section. The clad 20 is in close contact with the side surface of the core 10 and surrounds the side surface of the core 10 concentrically. The clad 20 has a cylindrical outer surface. Both the core 10 and the clad 20 are made of quartz (SiO ₂ ) glass. GeO ₂ and B ₂ O ₃ are added to the core 10. GeO ₂ increases the refractive index of quartz glass, and B ₂ O ₃ decreases the refractive index of quartz glass. The clad 20 is substantially pure quartz glass. The core 10 has a higher refractive index than the clad 20.
[0021]
As is well known, GeO ₂ functions as a photosensitive material for ultraviolet light having a wavelength of about 248 nm or 193 nm. That is, quartz glass to which GeO ₂ is added has a property that the refractive index increases when irradiated with ultraviolet light of this wavelength. The higher the amount of GeO ₂ added and the intensity of irradiation light, the larger the refractive index increase. A grating 30 is formed on the core 10 by utilizing the property of GeO ₂ that causes such a light-induced refractive index change. The structure of the grating 30 will be described later.
[0022]
The core 10 is composed of several parts 11 to 15. These parts are displayed with a broken line in FIG.
[0023]
The cylindrical portion 11 has a uniform diameter along the longitudinal direction. Hereinafter, this diameter is represented as d1. The grating 30 is formed in the region 11. Therefore, hereinafter, the region 11 is referred to as a grating portion.
[0024]
At both ends of the grating portion 11, portions 12 and 13 whose diameters change along the longitudinal direction are adjacent. An end face adjacent to the grating portion 11 in the portion 12 has a diameter d1. The opposite end surface of the part 12 has a diameter d2 smaller than d1. The diameter of the region 12 decreases continuously and monotonically from d1 to d2 as the distance from the grating portion 11 increases. The part 13 is the same as the part 12. That is, the end face adjacent to the grating portion 11 in the part 13 has a diameter d1, and the end face on the opposite side of the part 13 has a diameter d2 smaller than d1. The diameter of the portion 13 decreases continuously and monotonically from d1 to d2 as the distance from the grating portion 11 increases.
[0025]
The part 14 is adjacent to the end of the part 12 opposite to the grating part 11. The part 14 has a uniform diameter d2 along the longitudinal direction. Similarly, the region 15 is adjacent to the end of the region 13 opposite to the grating portion 11. The part 15 has a uniform diameter d2 along the longitudinal direction.
[0026]
Each of these parts has a mode field diameter corresponding to its diameter. Hereinafter, the mode field diameter of the grating portion 11 is represented as D1, and the mode field diameters of the portions 14 and 15 are represented as D2. D2 is smaller than D1. Part 12 and part 13 convert the mode field diameter from D1 to D2. Therefore, the part 12 and the part 13 are referred to as a mode field diameter conversion unit.
[0027]
The grating 30 included in the grating portion 11 is a region where the refractive index is periodically distributed. In this region, the refractive index changes spatially at a predetermined period along a certain direction.
[0028]
As shown in FIG. 1, the structure of the grating 30 is considered to be periodically arranged along a direction in which a surface 32 having a constant refractive index across the core 10 is present. This surface 32 is called an equirefractive index surface. The equal refractive index surface 32 of the grating 30 is not perpendicular to the axis 5 of the core 10 and is inclined with respect to the axis 5. The inclination angle θ is an angle between the plane 6 orthogonal to the axis 5 and the equal refractive index surface 32.
[0029]
Since the grating 30 has the inclined equal refractive index surface 32, the reflected light from the grating 30 deviates from the axis of the core 10 and is easily radiated to the clad 20. Thereby, reflected light can be reduced. However, when the inclination angle of the grating 30 is large, reflection is suppressed, but the loss band of the optical fiber filter 1 is widened. Conversely, when the tilt angle is small, the loss band is narrow, but the reflection is not sufficiently reduced.
[0030]
Therefore, in this embodiment, in order to realize a narrow-band and low-reflection optical fiber filter, the relative refractive index difference Δn of the grating portion 11 in which the grating 30 is formed is set to less than 0.1%.
[0031]
In general, the relative refractive index difference Δn is expressed as follows: n1 is the refractive index of the grating portion 11 of the core 10, and n2 is the refractive index of the cladding 20.
Δn = (n1-n2) / n1
It is expressed as Thus, the relative refractive index difference Δn reflects the refractive index difference between the core 10 and the clad 20. Therefore, when the relative refractive index difference is small, the effect of confining light in the core is weakened.
[0032]
The inventors pay attention to this point, and suppress the relative refractive index difference of the grating portion 11 in which the grating 30 is formed, so that the core propagation light reflected by the grating 30 is easily emitted to the clad 20. . Then, the present inventors have found that when the relative refractive index difference of the grating portion 11 is less than 0.1%, reflection can be sufficiently suppressed even when the inclination angle of the grating 30 is small. Therefore, the optical fiber filter 1 has excellent characteristics such as a narrow loss band and low reflection.
[0033]
In the optical fiber filter of the present embodiment, the inclination angle of the grating 30 is preferably 0.5 ° or more and less than 4 °. If the tilt angle is less than 0.5 °, the reflection becomes too large. Further, when the inclination angle is 4 ° or more, the deterioration of the polarization characteristic becomes conspicuous. In any case, it is an advantage of the present invention that reflection can be sufficiently suppressed even when the inclination angle of the grating 30 is as small as less than 4 °.
[0034]
Further, the region where the grating 30 is formed preferably has a mode field diameter of 15 μm or more and a normalized frequency (V value) of 1.5 or more and 2.6 or less. When the mode field diameter is less than 15 μm, the reflection becomes excessively large. If the normalized frequency is less than 1.5, the light blocking performance of the filter becomes insufficient. When the normalized frequency exceeds 2.6, the optical fiber filter is substantially switched to another mode. The secondary mode light generated thereby is reflected by the grating 30 to create a new loss band. This is not preferred.
[0035]
The mode field diameters of the part 14 and the part 15 are each preferably 12 μm or less. A numerical value of 12 μm or less is a mode field diameter of a general single mode optical fiber. Therefore, the optical fiber filter 1 of the present embodiment can be easily connected to a general single mode optical fiber.
[0036]
The inventors actually manufactured the optical fiber filter of the present embodiment and measured the loss spectrum and reflection spectrum thereof. In the optical fiber filter used for the measurement, the relative refractive index difference Δn of the grating part 11 is 0.05%, and the diameter d1 of the grating part 11 is 25 μm. The refractive index change of the grating 30 (that is, the difference between the maximum refractive index and the minimum refractive index) is 0.001, and the length of the grating 30 is 10 mm. The inclination angle θ of the grating 30 is 2 °.
[0037]
FIG. 2 shows the measurement results. A graph indicated by a solid line in FIG. 2 is a loss spectrum, and a graph indicated by a broken line is a reflection spectrum. As shown in FIG. 2, this optical fiber filter has a loss peak in the vicinity of a wavelength of 1550 nm. This loss peak is a sufficiently narrow band with a half width of about 13 nm. Further, the maximum reflection is about −35 dB, which is kept low. As described above, this optical fiber filter has two excellent characteristics of narrow band and low reflection.
[0038]
Below, the manufacturing method of the optical fiber filter 1 is demonstrated. The optical fiber filter 1 is characterized by the shape of the core 10. The core 10 having such a shape can be formed by thermal diffusion of a dopant. That is, the diameter GeO ₂ is added to prepare a uniform optical fiber having a core of d2, heating the part. As a result, when GeO ₂ is diffused to enlarge a part of the core diameter, the core 10 having a shape as shown in FIG. 1 is obtained. Thereafter, the grating 30 can be formed by irradiating ultraviolet light onto a portion where the core diameter has been enlarged by a known method such as a phase mask method.
[0039]
This manufacturing method has the advantage that the mode field diameter can be expanded with low loss. However, since the concentration of GeO ₂ decreases due to thermal diffusion, it may be difficult to form a grating by irradiation with ultraviolet light. By simply increasing the GeO ₂ concentration of the core, it is not possible to realize a low relative refractive index difference of 0.1% with respect to the cladding of pure silica glass.
[0040]
In order to avoid this problem, it is only necessary to increase the GeO ₂ concentration of the core and adjust the relative refractive index difference by adding a refractive index reducing dopant to the core. Examples of the refractive index decreasing dopant include B ₂ O ₃ and F. By adding at least one of these together with GeO ₂ to the core, the concentration of GeO ₂ can be increased while realizing a relative refractive index difference of less than 0.1%, and a grating can be formed appropriately.
[0041]
The present inventors also considered a manufacturing method in which GeO _{2 in the} grating forming region is not thermally diffused. FIG. 3 shows this manufacturing method. In this method, the optical fibers 3 and 4 are connected to both ends of the optical fiber 2 with their end faces butted to obtain an optical fiber filter 1. The optical fibers 2 to 4 correspond to respective portions obtained by dividing the optical fiber filter 1 into three perpendicular to the axis.
[0042]
The core 40 of the optical fiber 2 hits the grating forming portion 11 in the core 10 of the optical fiber filter 1. The clad 50 of the optical fiber 2 hits a cylindrical portion of the clad 20 of the optical fiber filter 1 that surrounds the side surface of the grating forming portion 11. The relative refractive index difference of the optical fiber 2 is less than 0.1%, and its mode field diameter is D1 uniformly along the longitudinal direction. In addition, an inclined grating 30 is formed on the core 40.
[0043]
An optical fiber having a uniform mode field diameter can be manufactured without thermally diffusing GeO ₂ . If the grating 30 is formed in such an optical fiber, the optical fiber 2 can be obtained. Since GeO ₂ is not thermally diffused, the grating 30 can be formed satisfactorily.
[0044]
The core 41 of the optical fiber 3 includes two adjacent portions 42 and 44. A portion 42 that is one end of the optical fiber 3 corresponds to the mode field diameter conversion unit 12 in the core 10 of the optical fiber filter 1. The part 44 corresponds to the part 14 of the core 10 of the optical fiber filter 1. The clad 51 of the optical fiber 3 corresponds to a portion of the clad 20 of the optical fiber filter 1 that surrounds the side surfaces of the mode field diameter converting portion 12 and the portion 14.
[0045]
The portion 44 of the core 41 has a mode field diameter of D2 smaller than D1 uniformly along the longitudinal direction. The part 42 of the core 41 converts the mode field diameter from D2 to D1 along the longitudinal direction. Hereinafter, the part 42 is referred to as a mode field diameter conversion end. At the mode field diameter conversion end portion 42, the mode field diameter increases continuously and monotonously as it approaches the end. In other words, the mode field diameter conversion end portion 42 reduces the mode field diameter D1 at one end of the optical fiber 3 to D2 along the longitudinal direction.
[0046]
The structure of the optical fiber 4 is the same as that of the optical fiber 3. The core 46 of the optical fiber 4 is composed of two adjacent portions 43 and 45. A portion 43 that is one end of the optical fiber 4 corresponds to the mode field diameter conversion unit 13 in the core 10 of the optical fiber filter 1. The part 45 corresponds to the part 15 of the core 10 of the optical fiber filter 1. The clad 52 of the optical fiber 4 corresponds to a portion of the clad 20 of the optical fiber filter 1 that surrounds the side surfaces of the mode field diameter converting portion 13 and the portion 15.
[0047]
The portion 45 of the core 46 has a mode field diameter of D2 smaller than D1 uniformly along the longitudinal direction. The portion 43 of the core 46 is a mode field diameter conversion end portion that converts the mode field diameter from D2 to D1 along the longitudinal direction. At the mode field diameter conversion end 43, the mode field diameter increases continuously and monotonously as it approaches the end. In other words, the mode field diameter conversion end 43 reduces the mode field diameter D1 at one end of the optical fiber 4 to D2 along the longitudinal direction.
[0048]
The mode field diameter conversion end portions 42 and 43 can be formed by thermal diffusion of a refractive index increasing dopant. Therefore, optical fibers 3 and 4 can be manufactured by preparing an optical fiber having a mode field diameter of D2 uniformly along the longitudinal direction and having GeO ₂ added to the core and heat-treating the end thereof. .
[0049]
When the optical fibers 3 and 4 are connected to both ends of the optical fiber 2 via mode field conversion end portions 42 and 43, respectively, the optical fiber filter 1 is obtained. For example, the optical fibers 2 to 4 may be fusion-bonded or may be connected using an optical connector.
[0050]
In this method, the grating 30 is formed on the optical fiber 2 before the connection between the optical fiber 2 and the optical fibers 3 and 4. However, the grating 30 may be formed after the connection.
[0051]
So far, the present invention has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0052]
For example, although the grating of the above embodiment has a constant period, the period and / or intensity of the grating of the optical fiber filter of the present invention may change along the longitudinal direction. Such a grating is effective for adjusting the shape of the loss spectrum of the optical fiber filter. The intensity of the grating means the magnitude of the refractive index change of the grating.
[0053]
In the above embodiment, the grating is formed only on the core. However, the grating of the optical fiber filter of the present invention may be formed so as to extend not only to the core but also to the cladding.
[0054]
【The invention's effect】
In the optical fiber filter of the present invention, since the inclined grating is formed in the region where the relative refractive index difference is less than 0.1%, the reflected light from the grating is easily radiated to the cladding. Thereby, even if the inclination angle of the grating is small, reflection can be sufficiently suppressed. Therefore, the optical fiber filter of the present invention can have excellent characteristics such as a narrow loss band and low reflection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing the structure of an optical fiber filter 1 of the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a loss spectrum and a reflection spectrum of the optical fiber filter 1;
3 is a view showing a method for manufacturing the optical fiber filter 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber filter, 5 ... Core axis, 10 ... Core, 11 ... Grating part, 12 and 13 ... Mode field diameter conversion part, 20 ... Cladding, 30 ... Grating, 32 ... Equivalent refractive index surface.

Claims

A core having a refractive index n1, and a clad surrounding the core and having a refractive index n2 smaller than n1,
A grating having a structure in which equi-refractive index surfaces inclined with respect to the axis of the core are periodically arranged is formed in the core, and reflects light in a wavelength region centered on a specific wavelength by the grating. This is an optical fiber filter that functions as a loss filter that blocks propagating light in a specific wavelength range ,
The grating has a relative refractive index difference Δn = (n1−n2) / n1 of less than 0.1% , a mode field diameter of 15 μm or more, and a normalized frequency of 1.5 or more and 2.6. Formed in a region that is :
An optical fiber filter , wherein an inclination angle of an equal refractive index surface of the grating is 0.5 ° or more and less than 4 ° with respect to a surface orthogonal to the axis of the core .

Optical fiber filter according to claim 1, wherein the mode field diameter conversion unit to reduce the mode field diameter adjacent to the grating is formed region to 12μm or less is provided.

A first optical fiber including a region in which the grating is formed and having a uniform mode field diameter of 15 μm or more along a longitudinal direction; and the mode field diameter converting portion at an end thereof; The optical fiber filter of Claim 2 provided with the 2nd optical fiber connected to the said 1st optical fiber through the part.

The optical fiber filter according to claim 3, wherein GeO ₂ is added to the core of the first optical fiber, and at least one of B ₂ O ₃ and F is further added.

Optical fiber filter according to claim 1, wherein the period of the grating is turned into varying along the longitudinal direction.

Optical fiber filter according to claim 1 or 5, wherein the strength of the grating is turned into varying along the longitudinal direction.

An optical fiber that functions as a loss filter that connects a first optical fiber and a second optical fiber and reflects light in a wavelength region centered on a specific wavelength by a grating, thereby blocking propagation light in the specific wavelength region. A method of manufacturing a filter comprising:
The first optical fiber has a relative refractive index difference Δn = (n1−n2) / n1 of less than 0.1%, a normalized frequency of 1.5 or more and 2.6 or less, and a longitudinal length of 15 μm or more. Has a uniform mode field diameter D1 along the direction;
The second optical fiber has a mode field diameter D1 at one end thereof, and a mode field diameter conversion end portion that changes along the longitudinal direction until the mode field diameter D1 is smaller than D1.
Connecting the second optical fiber to the first optical fiber via the mode field diameter conversion end;
Forming a grating in the first optical fiber before or after the connection, and
An optical fiber filter in which the grating has a structure in which equirefractive index surfaces that are inclined by 0.5 ° or more and less than 4 ° with respect to a surface orthogonal to the axis of the core of the first optical fiber are periodically arranged. Manufacturing method.

The method for manufacturing an optical fiber filter according to claim 7 , wherein the mode field diameter D2 is 12 μm or less.