JP2001051150A

JP2001051150A - 偏波保持光ファイバカプラの製造方法

Info

Publication number: JP2001051150A
Application number: JP2000089814A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sasaki; 佐々木　　秀樹; Ryozo Yamauchi; 良三山内; Hiromi Hidaka; 啓▲視▼ 日高; Kenji Nishide; 研二西出; Shigefumi Yamazaki; 成史山崎; Ryokichi Matsumoto; 亮吉松本; Yoji Suzuki; 洋二鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも延伸長が短く、結合度の偏波依存
性が大きい偏波保持光ファイバカプラを得る。【解決手段】２本の偏波保持光ファイバを並列させ、
その長さ方向の一部を加熱し、この長さ方向に延伸して
融着延伸部を形成する偏波保持光ファイバカプラの製造
方法において、使用波長において、延伸長に伴う２つの
偏波の結合度の変化の周期が、いずれも２周期以内の時
点で延伸を終了し、一方の偏波の結合度が１０％以下
で、他方の偏波の結合度が９０％以上の偏波保持光ファ
イバカプラを製造することを特徴とする偏波保持光ファ
イバカプラを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信分
野、光ファイバを利用したセンサ分野などにおいて有用
な、光ファイバ中の光の偏波状態を保持したままで光の
合流、分岐を行う新規な偏波保持光ファイバカプラを提
供するものである。

【０００２】

【従来の技術】光のモードは電界の向きが直交するＸ偏
波とＹ偏波とから構成されている。これらの偏波を合
流、分岐させることができるデバイスを偏波ビームスプ
リッタ（以下、ＰＢＳと略記する）という。ＰＢＳは、
例えば光の干渉を利用して角加速度を測定する光ファイ
バジャイロや、直線偏波を持つ光源からの光を合流、分
岐したりするのに有用である。ＰＢＳとしての特性を実
現するためには、Ｘ偏波−Ｙ偏波間で異なる結合特性を
有する必要がある。

【０００３】このような光デバイスとして、偏波保持光
ファイバを用いた偏波保持光ファイバカプラが提案され
ている。偏波保持光ファイバは、種々のものが提案され
ているが、代表的なものとしてＰＡＮＤＡ型光ファイバ
（Polalization maintaining AND Absorption reducedf
iber）が知られている。

【０００４】図１２はＰＡＮＤＡ型光ファイバの一例を
示したもので、このＰＡＮＤＡ型光ファイバ１０は、中
心に設けられたコア１１と、このコア１１の周囲に、こ
のコア１１と同心円状に設けられ、かつこのコア１１よ
りも低屈折率のクラッド１２と、このクラッド１２内
に、前記コア１１を中心に対称配置され、かつこのクラ
ッド１２よりも低屈折率の断面円形のふたつの応力付与
部１３，１３とから構成されている。この例において、
コア１１はゲルマニウム添加石英ガラス、クラッド１２
は純石英ガラス、応力付与部１３はホウ素が比較的大量
に添加された石英ガラスからそれぞれ構成されている。
コア１１の外径、応力付与部１３の外径、コア１１とク
ラッド１２の比屈折率差、クラッド１２と応力付与部１
３の比屈折率差は所望の特性などによって適宜設定され
る。クラッド１２の外径は通常約１２５μｍとされる。

【０００５】前記応力付与部１３は、クラッド１２より
も大きな熱膨張係数を有している。そのため、光ファイ
バの製造時に線引きした光ファイバが冷却される過程
で、ファイバ断面において、応力付与部１３に起因する
歪みを生じる。そして、この歪みはコア１１に対して異
方性歪みを発生させ、その結果、偏波の縮退が解け、Ｘ
偏波の伝搬定数とＹ偏波の伝搬定数が異なる値となり、
当然、これらの偏波の電磁界の分布も異なるものとな
る。その結果、Ｘ偏波とＹ偏波が保存された状態で伝搬
する特性が得られる。

【０００６】図１３は偏波保持光ファイバカプラの一例
を示したもので、この偏波保持光ファイバカプラ１４
は、２本のＰＡＮＤＡ型光ファイバ１０、１０を、各々
の偏波軸が平行になるように並列させ、これらＰＡＮＤ
Ａ型光ファイバ１０、１０の途中のクラッド１２，１２
を接触させ、加熱、溶融するとともに、その長さ方向に
延伸することによって融着延伸部（光結合部）３を形成
したものである。なお、偏波軸とは、各々のＰＡＮＤＡ
型光ファイバ１０において、応力付与部１３、１３の中
心を通る線をいう。この偏波保持光ファイバカプラにお
いては、Ｘ偏波はＰＡＮＤＡ型光ファイバ１０，１０の
偏波軸方向に電界ベクトルを保持して伝搬し、Ｙ偏波は
これと直行する電界ベクトルを保持してＰＡＮＤＡ型光
ファイバ１０，１０内を伝搬する。そして、途中の融着
延伸部３において、Ｘ偏波とＹ偏波の合流、分岐が行わ
れる。

【０００７】従来の偏波保持光ファイバカプラにおいて
は、融着延伸部３を形成する際に光ファイバ（ＰＡＮＤ
Ａ型光ファイバ１０）を延伸する長さ、すなわち延伸長
を長くすることによってＸ偏波の結合度とＹ偏波の結合
度との差を実現し、ＰＢＳとしての特性を付与すること
ができる。図１４（ａ）は、延伸長と使用波長の光の結
合度との関係を示したグラフである。破線はＸ偏波の結
合特性、実線はＹ偏波の結合特性である。従来の偏波保
持光ファイバカプラの融着延伸部の製造においては、Ｘ
偏波とＹ偏波をともに一方の偏波保持光ファイバ（第１
の光ファイバ）から他方の偏波保持光ファイバ（第２の
光ファイバ）に結合させた後、さらに延伸を進めること
によって、再びそれぞれの偏波を第１の光ファイバに移
行（結合）させ、さらに第２の光ファイバに移行させる
操作を繰り返す。通常の偏波保持光ファイバを用いて融
着延伸部３を形成するにおいては、Ｙ偏波の結合がＸ偏
波の結合のよりもわずかに小さいため、Ｙ偏波とＸ偏波
の結合度の変化の周期（移行周期）にわずかな差が生じ
ている。ここで、便宜上、はじめに結合度が０％から増
加して１００％に至り、さらに結合度が減少して０％に
至る変化を１周期、再び結合度が増加して１００％に至
り、さら０％に至る変化を２周期と数える。そして、延
伸長が長くなり、この周期が数周期から数十周期になる
と、Ｘ偏波とＹ偏波の結合度の差が大きくなる。そし
て、グラフ中矢印で示した結合度の差が大きくなる付近
まで延伸して融着延伸部３を形成すると、図１４（ｂ）
に示したように、出力側のポートＡと同じファイバから
なる入力側のポートから使用波長のＸ偏波とＹ偏波とを
入力したときに、出力側のポートＡからはＸ偏波が出力
し、ポートＢからはＹ偏波が出力するＰＢＳとしての特
性が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏波保持光ファイバカプラにおいて、Ｘ偏波とＹ偏波と
を合流、分岐させるためには、素子長が長くなるという
問題があった。例えば外径１２５μｍの偏波保持光ファ
イバを用いた場合、延伸長が６０ｍｍ以上、ときには１
００ｍｍ程度になることがあった。その結果、融着延伸
部が非常に細くなり、機械的な強度が低下し、補強が必
要となる。しかし、融着延伸部に補強材を接触させると
光学特性が変化するため、補強は困難であった。また、
Ｘ偏波とＹ偏波とを合流、分岐可能な波長帯域が極端に
狭く、例えば１０ｎｍ程度であるという問題があった。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、従来よりも延伸長が短く、結合度の偏波依存性の大
きい偏波保持光ファイバカプラを得ることを目的とす
る。そして、機械的な強度を向上させることができる偏
波保持光ファイバカプラを提供することを目的とする。
さらには、広い波長帯域で使用可能な偏波依存性を有す
る偏波保持光ファイバカプラを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の偏波保持光ファイバカプラの製造方法は、
２本の偏波保持光ファイバを並列させ、その長さ方向の
一部を加熱し、この長さ方向に延伸して融着延伸部を形
成する偏波保持光ファイバカプラの製造方法において、
使用波長において、延伸長に伴う２つの偏波の結合度の
変化の周期が、いずれも２周期以内の時点で延伸を終了
し、一方の偏波の結合度が１０％以下で、他方の偏波の
結合度が９０％以上の偏波保持光ファイバカプラを製造
することを特徴とする。この製造方法においては、２本
の偏波保持光ファイバのコアをできるだけ近づけないよ
うにして融着延伸部を形成することにより、光の結合が
生じる時点から前記偏波保持光ファイバ中の２つの偏波
の結合度の差を大きくすると好ましい。また、一方の偏
波の結合度が１０％以下で、他方の偏波の結合度が９０
％以上の範囲が維持される波長帯域が３０ｎｍ以上の偏
波保持光ファイバカプラを製造すると好ましい。さら
に、コアを囲むクラッド内にコアに対して対称的に配さ
れた応力付与部を有し、コアの同心円であって、応力付
与部にかからず、かつその内部に応力付与部を含まない
円のうち、最大の円の直径が２０μｍ以上である偏波保
持光ファイバを用いて偏波保持光ファイバカプラを製造
すると好ましい。また、前記直径は、さらに好ましくは
２５〜３０μｍとされる。また、この前記直径が２０μ
ｍ以上の偏波保持光ファイバの複屈折率は、好ましくは
５×１０^-5〜５×１０^-4である。また、この偏波保持光
ファイバの偏波クロストークは、好ましくは−２０ｄＢ
／ｋｍ以上である。また、この偏波保持光ファイバの損
失は、好ましくは１ｄＢ／ｋｍ以上である。また、この
偏波保持光ファイバを用いて偏波保持光ファイバカプラ
を製造するにおいては、リードファイバの長さを１０ｍ
以下とすると好ましい。また、本発明においては、偏波
保持光ファイバとして、ＰＡＮＤＡ型偏波保持光ファイ
バを用いると好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は第１の実施例における、融
着延伸部形成時の延伸長と、波長１５５０ｎｍ（使用波
長）の光の結合度の関係を示したグラフである。

【００１２】この実施例において用いた偏波保持光ファ
イバは、以下のようなＰＡＮＤＡ型光ファイバである。

【００１３】（ＰＡＮＤＡ型光ファイバの特性）コア径（コア半径）６．５μｍ（３．２５μｍ）クラッド径１２５μｍコアクラッド間の比屈折率差０．３５％応力付与部の外径３５μｍ応力付与部の中心間の距離５５μｍ直径Ａ２０μｍ使用波長１５５０ｎｍ使用波長におけるモード複屈折率４×１０^-4

【００１４】得られた偏波保持光ファイバカプラの融着
延伸部の最小径は６１μｍ、同形状（アスペクト比）は
１．８９、延伸長は１７．８ｍｍである。なお、前記同
形状（アスペクト比）とは融着延伸部の中央部の最大外
径と最小外径の比である（最大外径／最小外径）。この
偏波保持光ファイバカプラの特性を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】上述のように、融着延伸部を形成するにお
いては、延伸長が長くなるにしたがって、Ｘ偏波とＹ偏
波のそれぞれにおいて、結合度が０％から１００％に至
り、再び０％に至るという変化が繰り返される。本発明
においては、できるだけ２本の偏波保持光ファイバのコ
アが近づかないように（コアの中心間の距離が小さくな
りすぎないように）、加熱、溶融させて融着延伸部を形
成することにより、結合度が増加し始める時点からＸ偏
波−Ｙ偏波間に大きな結合度の差を生じさせることがで
きる。その結果、図１に示したように、Ｙ偏波に対して
は、結合度が増加してはじめに１００％に達した時点
（１／２周期）で延伸を終了し、Ｘ偏波に対しては、ほ
とんど結合度が増加しない時点で延伸を終了することに
より、例えば１本の偏波保持光ファイバから他方の偏波
保持光ファイバに対して、主にＹ偏波のみが結合し、Ｘ
偏波がほとんど結合しないような状態で融着延伸部を形
成することができる。

【００１７】そして、このように融着延伸部における２
つのコアの近接度を調整することにより、図２に示した
ように、広い波長域でＸ偏波とＹ偏波の十分な結合度の
差を実現することができる。この例において、Ｙ偏波の
結合度が９０％以上で、かつＸ偏波の結合度が１０％以
下の範囲は５８ｎｍであり、非常に広くなっている。ま
た、長波長側においてＸ偏波の結合度がやや上昇するた
め、Ｘ偏波の波長依存性は短波長側の方が小さい。

【００１８】具体的な融着延伸部の製造操作において
は、２本の偏波保持光ファイバのコアの中心間の距離が
近づきすぎないように、光ファイバの外形が保たれ易い
加熱条件を設定すると好ましい。例えばバーナーなどの
加熱源の温度を従来より低く設定したり、加熱源からの
距離を大きくするなどの方法が例示できる。また、延伸
を高速に行い、単位時間あたりの熱量を少なくする方法
などが例示できる。実際は入力側のポートから使用波長
の光を入力し、出力側のふたつのポートから出力する光
をモニターしながら加熱、延伸を行い、所望の結合度が
得られた時点で作業を終了する。

【００１９】図３は第２の実施例における、融着延伸部
形成時の延伸長と、波長１５５０ｎｍ（使用波長）の光
の結合度の関係を示したグラフである。第２の実施例に
おいても、上述の第１の実施例と同様に、できるだけ２
本の偏波保持光ファイバのコアが近づきすぎないよう
に、加熱、溶融させて融着延伸部を形成することによ
り、融着延伸部において、ふたつのコアの中心間の距離
を維持し、結合度が増加し始める時点からＸ偏波−Ｙ偏
波間に大きな結合度の差を生じさせている。この第２の
実施例においては、図３に示したように、Ｙ偏波に対し
ては、その結合度が増加して一度１００％に至り、つい
で減少して０％に至った時点（１周期）で延伸を終了し
ている。一方、Ｘ偏波に対しては、その結合度がはじめ
に１００％に至った時点（１／２周期）で延伸を終了し
ている。

【００２０】その結果、この第２の実施例においても、
図４に示したように、広い波長域でＸ偏波とＹ偏波の結
合度の差を実現することができる。この偏波保持光ファ
イバカプラの融着延伸部の最小径は４１μｍ、同形状
（アスペクト比）は１．９８、延伸長は２４．２ｍｍで
ある。この偏波保持光ファイバカプラの特性を表２に示
す。

【００２１】

【表２】

【００２２】この例において、Ｘ偏波の結合度が９０％
以上で、かつＹ偏波の結合度が１０％以下である範囲は
３５ｎｍであり、従来は１０ｎｍ程度であったのに対し
て３倍以上広くすることができる。

【００２３】ついで、本発明に好適な偏波保持光ファイ
バについて説明する。図５は本発明に好適な偏波保持光
ファイバの一例を示した断面図であって、この例の偏波
保持光ファイバはＰＡＮＤＡ型光ファイバである。この
ＰＡＮＤＡ型光ファイバ１０の特徴は応力付与部１３、
１３の間の距離が大きい点である。この距離は、コア１
１またはクラッド１２の同心円で、応力付与部１３、１
３にかからず、かつその内部に応力付与部１３、１３を
含まない最大の円１５の直径Ａを基準に定められてい
る。直径Ａは２０μｍ以上、好ましくは、２５〜３０μ
ｍとされる。このＰＡＮＤＡ型光ファイバ１０を用い
て、図１３に示したような偏波保持光ファイバカプラを
構成した場合、融着延伸部３において、コア１１から光
が染み出しても、通常の使用波長での使用であれば、こ
の光の多くは応力付与部１３、１３間に位置し、応力付
与部１３にかかることがない。そのため、光信号（コア
１０を伝搬するモード：伝搬光）が高次モードに結合し
にくくなり、過剰損失の増加を抑制することができる。
直径Ａが２０μｍ未満の場合は過剰損失が大きくなる傾
向がある。３０μｍをこえるとＸ偏波の伝搬定数とＹ偏
波の伝搬定数の差が小さくなり、Ｘ偏波−Ｙ偏波間のク
ロストーク（偏波クロストーク）が劣化し、Ｘ偏波とＹ
偏波の保存状態が低下する場合がある。

【００２４】なお、通常の通信用などの偏波保持光ファ
イバの直径Ａは１２〜１７μｍ程度である。これに対し
て上述のように応力付与部１３が離れていると、応力付
与部１３がコア１１に与える応力が低下し、通常の偏波
保持光ファイバと比較して複屈折率が低くなり、また、
ｆａｓｔ軸（Ｙ偏波軸）とｓｌｏｗ軸（Ｘ偏波軸）との
間のクロストーク（Ｘ偏波−Ｙ偏波間のクロストーク）
が劣化する傾向がある。さらに損失も若干大きくなる場
合がある。しかし、偏波保持光ファイバカプラのファイ
バの使用長さは短いため、偏波保持光ファイバ自体の複
屈折率、クロストークおよび損失の条件を通信用などの
通常のものよりも緩和しても、使用上は特に問題はな
い。

【００２５】具体的には、本発明に好適な偏波保持光フ
ァイバの複屈折率は５×１０^-5〜５×１０^-4の範囲とさ
れる。なお、通常の通信用などの偏波保持光ファイバの
複屈折率は５×１０^-4 程度である。また、単位長さ当
たりのクロストークは−２０ｄＢ／ｋｍ以上、実質的に
は−２０〜−１０ｄＢ／ｋｍの範囲となる。なお、通常
の偏波保持光ファイバのクロストークは−２５ｄＢ／ｋ
ｍ程度である。また、単位長さ当たりの損失は１ｄＢ／
ｋｍ以上とされる。実質的には１〜１０ｄＢ／ｋｍとさ
れる。なお、通常の偏波保持光ファイバの損失は０．２
〜０．３ｄＢ／ｋｍ程度である。

【００２６】また、この偏波保持光ファイバを用いた偏
波保持光ファイバカプラのリードファイバは１０ｍ以下
とすると好ましい。実質的には０．５〜１０ｍとされ
る。なお、リードファイバとは、例えば図１３に示した
ように、融着延伸部３の両端から２本ずつ伸び、入出力
ポートを構成する偏波保持光ファイバ（ＰＡＮＤＡ型光
ファイバ）１０のことである。リードファイバが長すぎ
ると偏波保持光ファイバカプラを透過するときに光信号
のクロストークや損失が大きくなるためである。

【００２７】なお、コア１１、クラッド１２、応力付与
部１３は、例えば従来と同様の材料から形成される。ま
た、応力付与部１３の外径、コア１１とクラッド１２と
の比屈折率差、クラッド１２と応力付与部１３の比屈折
率差は、それぞれ所望の特性などによって適宜設定され
る。通常コア１１のモードフィールド径は、コア１１の
直径、使用波長などによって異なるが、４〜１０μｍ程
度とされる。また、クラッド１２の外径は１２５μｍ程
度とされる。

【００２８】図６は第３の実施例における、融着延伸部
形成時の延伸長と、波長９８０ｎｍ（使用波長）の光の
結合度の関係を示したグラフである。この実施例におい
ては、Ｙ偏波に対しては、結合度が増加してはじめに１
００％に達した時点（１／２周期）で延伸を終了し、Ｘ
偏波に対しては、ほとんど結合度が増加しない時点で延
伸を終了している。図７は延伸長の増加に伴うＸ偏波と
Ｙ偏波の過剰損失の変化をそれぞれ示したもので、Ｘ偏
波の過剰損失は殆ど変化せず、Ｙ偏波の過剰損失は一度
増加した後に減少し、ゼロに近くなっていることがわか
る。そして、Ｙ偏波の結合度が十分に増加した点と、Ｙ
偏波の過剰損失がゼロ付近になった点とが一致してお
り、この時点で延伸を停止することにより、Ｘ偏波とＹ
偏波の結合度の差が大きく、かつ過剰損失が小さいとい
う特性を実現することができる。そして、この第３の実
施例においても、図８に示したように、広い波長域でＸ
偏波とＹ偏波の結合度の差を実現することができる。融
着延伸部の最小径は５８μｍ、同形状（アスペクト比）
は１．９２、延伸長は２２ｍｍである。この偏波保持光
ファイバカプラの特性を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】一方、図９は、以下のような直径Ａが小さ
い通常のＰＡＮＤＡ型光ファイバを用い、第３の実施例
と同様にして偏波保持光ファイバカプラを製造したとき
の延伸長と波長９８０ｎｍ（使用波長）の結合度の関係
を示したグラフである。図１０はこのときの延伸長とＸ
偏波とＹ偏波の過剰損失との関係を示したグラフであ
る。

【００３１】（ＰＡＮＤＡ型光ファイバの特性）コア径（コア半径）６．５μｍ（３．２５μｍ）クラッド径１２５μｍコアクラッド間の比屈折率差０．３５％応力付与部の外径３５μｍ応力付与部の中心間の距離５１μｍ直径Ａ１６μｍ使用波長９８０ｎｍ使用波長におけるモード複屈折率５×１０^-4

【００３２】図６、図７と比較すると明らかなように、
図１０においては、延伸長が長くなると、Ｘ偏波の過剰
損失は殆ど変化しないが、Ｙ偏波の過剰損失は大きく増
加し、ついで減少するが、ゼロ付近に至らないうちに再
び増加する。そして、図９からわかるように、結合度は
この過剰損失の変動の影響により増加、減少を繰り返
す。したがって、Ｙ偏波の過剰損失をゼロ付近にするこ
とができないため、どのような条件で延伸を中止しても
第１〜第３の実施例の偏波保持光ファイバカプラと比較
すると特性が劣ることは否めない。また、Ｙ偏波の結合
度が大きく、かつ過剰損失が小さい時点で延伸を中止す
れば、ある程度実用可能なものが得られるが、これらの
条件を満足する延伸長の範囲は狭く、製造性が低い場合
が多い。なお、使用波長などの条件によってはこの例の
ように通常の偏波保持光ファイバを用いても、本発明の
効果をある程度得ることができる。

【００３３】このように、本発明においては、融着延伸
部の形成において、結合度が増加し始める時点（光の結
合が生じる時点）からＸ偏波−Ｙ偏波間に大きな結合度
の差が生じているため、それぞれの偏波の結合度の変化
の周期が２周期以内の範囲で、以下に示す偏波保持光フ
ァイバカプラにおける好ましい結合度の範囲を実現する
ことができる。本発明の製造方法で製造する偏波保持光
ファイバカプラにおいては、使用波長において、一方の
偏波に対する結合度が１０％以下で、他方の偏波に対す
る結合度が少なくとも９０％以上であり、かつ、これら
の結合度が維持される波長帯域が少なくとも３０ｎｍ以
上であると好ましい。このような結合度の範囲を実現す
ることにより、優れたＰＢＳとしての特性が得られる。
また、直径Ａが２０μｍ以上の偏波保持光ファイバを用
いることにより、過剰損失が小さい偏波保持光ファイバ
カプラを提供することができる。

【００３４】これらの結合度の範囲は、上述のように融
着延伸部の作製時に使用波長の光を一方の偏波保持光フ
ァイバに入射し、ふたつの偏波の結合度をモニターし、
所望の特性が得られた時点で作業を終了することによっ
て、設定可能である。図２、図４、図６、図９に示した
グラフのように、本発明においては、結合度が増加し始
める時点からＸ偏波−Ｙ偏波間に大きな結合度の差が生
じているため、ふたつの偏波の結合度の変化の周期が２
周期以内の範囲でＸ偏波とＹ偏波の結合度の差を実現す
ることにより、延伸長が長くならず、上述の結合度の範
囲を維持できる波長帯域を３０ｎｍ以上とすることがで
きる。特にこのように広い波長帯域におけるＰＢＳとし
ての特性の実現は、従来の技術ではなし得なかったもの
である。

【００３５】ふたつの偏波の結合度が上述の範囲外であ
ると、Ｘ偏波、Ｙ偏波の合流、分岐を行うことが困難と
なる。また、前記波長帯域が３０ｎｍよりも狭いと、偏
波の結合度の波長依存性が大きくなり、使用波長が限ら
れる。また、使用波長は通常偏波保持光ファイバカプラ
を使用する波長帯である０．６〜１．７μｍの範囲内で
あると好ましい。また前記波長帯域もこの範囲内である
と好ましい。

【００３６】上述の実施例はＰＡＮＤＡ型光ファイバを
用いたものであるが、これに限定するものではなく、ボ
ータイファイバ、楕円ジャケットファイバなどをの偏波
保持光ファイバを用いることもできる。ただし、図１３
に示した断面図のように、コア１１，１１間に、できる
だけ応力付与部１３などのクラッド１２以外の部分が位
置しないようにすると、応力付与部１３の吸収による損
失が小さく好ましい。最も望ましくは、この断面図のよ
うに、２本の偏波軸が平行になるようにする。

【００３７】上述のように、本発明においては、短い延
伸長で結合度の偏波依存性の大きい偏波保持光ファイバ
カプラを得ることができる。そのため、ＰＢＳを作製す
ると有効である。また、延伸長が短いため、機械的強度
を向上させることができる。また、Ｘ偏波あるいはＹ偏
波が、一方の偏波保持光ファイバから他方の偏波保持光
ファイバに結合する回数（移行回数）を少なくすること
ができるため、低損失である。さらに、広い波長帯域で
結合度の偏波依存性の大きい偏波保持光ファイバカプラ
が得られる。このため、例えば多波長の光を入力し、同
時に偏波分離、もしくは、偏波合成するような光回路の
作製に有用なＰＢＳを提供することができる。

【００３８】ところで、光ファイバカプラにおける２本
の光ファイバのそれぞれの長さ方向の位置Ｚにおける伝
搬光のパワーＰA（Z），ＰB（Z）は、式（１）で示され
る。

【００３９】

【数１】

【００４０】ここで、２本の光ファイバが有するコア
径、コアクラッド間の比屈折率差が等しければβ１＝β
２となり、δ＝０、Ｆ＝１となるので、式（１）は、以
下の式（２）のように簡略化される。

【００４１】

【数２】

【００４２】偏波保持光ファイバにおいては、Ｘ偏波と
Ｙ偏波のそれぞれに式（２）が成立する。このとき、偏
波方向によって結合係数κが偏波に依存しなければ、所
定波長において、偏波に依存した結合特性は得られな
い。図１１（ａ）は、κが光ファイバの構造に依存する
ことを示したグラフである（参考文献：コロナ社刊、フ
ォトニクスシリーズ「光導波路の基礎」岡本勝就著
ｐ１５１）。横軸Ｄ／ａのＤは、図１１（ｂ）に示した
ように、融着延伸部におけるふたつのコアＡ，コアＢの
中心間の最小距離、ａはコアＡ，コアＢの共通の半径で
ある。縦軸は正規化された光の結合係数である。グラフ
中に示されたＶは光ファイバのコアの正規化周波数であ
って、以下の式（３）で示される。

【００４３】

【数３】

【００４４】式（３）中のΔは以下の式（４）で示され
る。

【００４５】

【数４】

【００４６】このグラフは、簡単のため、２本の光ファ
イバの正規化周波数Ｖが等しい場合を示したものであ
る。図１１（ａ）より、正規化周波数Ｖによって、結合
係数κが大きく変動することがわかる。また、正規化周
波数Ｖは、光ファイバカプラを構成する光ファイバにお
いて、シングルモード伝搬を保証する値としなければな
らない。ステップ型の屈折率分布を有する光ファイバに
おいては、Ｖ＜＝２．４０５を満足する場合にシングル
モード条件が保証される。偏波保持光ファイバにおいて
は、シングルモード条件はそれぞれの偏波に対して考慮
されている。

【００４７】偏波保持光ファイバカプラにおいては、ふ
たつのコア間のＸ偏波どうしの結合と、Ｙ偏波どうしの
結合を考える。図１３に示したように、２本の偏波保持
光ファイバ（ＰＡＮＤＡ型光ファイバ）１０，１０の偏
波軸が平行である場合は、理論的にはＸ偏波とＹ偏波と
の結合（偏波クロストーク）を考慮する必要はない。

【００４８】図１１（ａ）に示したグラフより、コアの
中心間の距離がある程度大きい場合、各々のコアにおい
て、Ｘ偏波の正規化周波数とＹ偏波の正規化周波とが異
なる値をとれば、Ｘ偏波−Ｙ偏波間において、結合係数
κの差が大きくなることがわかる。通常の偏波保持光フ
ァイバにおいては、Ｘ偏波とＹ偏波の光学特性は、両者
を区別可能な程度にわずかに異なっている。

【００４９】例えば、Ｄ／ａが１２で、Ｘ偏波の正規化
周波数ＶXが１．６、Ｙ偏波の正規化周波数ＶYが１．４
のとき、Ｘ偏波の結合係数はＹ偏波の結合係数の１０倍
程度の値をとる。このとき、Ｙ偏波に対して、式（２）
中のκｚがπ／２となる結合長Ｌ（融着延伸部の長さ）
に対して、Ｙ偏波の結合係数κＹとＬの積は以下のよう
になる。

【００５０】

【数５】

【００５１】Ｘ偏波の結合係数κＸとＬの積は以下のよ
うになる。

【００５２】

【数６】

【００５３】そして、図１４（ｂ）に示したように出力
側のポートＡと同じ光ファイバからなる入力側のポート
にＸ偏波とＹ偏波とを入力すると、Ｙ偏波はポートＢに
１００％結合する。一方、入力したＸ偏波のパワーを１
としたときのポートＢから出力するＸ偏波のパワーの割
合は、以下に示す値となる。

【００５４】

【数７】

【００５５】したがって、Ｘ偏波の９８％がポートＡか
ら出力し、Ｙ偏波が１００％ポートＢから出力する。す
なわち、まさにＰＢＳとしての特性が得られる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては以
下のような効果を得ることができる。短い延伸長で結合
度の偏波依存性の大きい偏波保持光ファイバカプラを得
ることができる。このため、ＰＢＳを作製すると有効で
ある。また、延伸長が短いため、機械的強度の大きい偏
波保持光ファイバカプラが得られる。また、Ｘ偏波ある
いはＹ偏波が、一方の偏波保持光ファイバから他方の偏
波保持光ファイバに結合する回数（移行回数）を少なく
することができるため、低損失である。さらに、広い波
長帯域で結合度の偏波依存性の大きい偏波保持光ファイ
バカプラが得られる。このため、例えば多波長の光を同
時に偏波分離、もしくは、偏波合成するような光回路の
作製に有用なＰＢＳを提供することができる。また、直
径Ａが大きい偏波保持光ファイバを用いることにより、
過剰損失の小さい偏波保持光ファイバカプラを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
延伸長と結合度との関係を示したグラフである。

【図２】第１の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
波長と結合度との関係を示したグラフである。

【図３】第２の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
延伸長と結合度との関係を示したグラフである。

【図４】第２の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
波長と結合度との関係を示したグラフである。

【図５】本発明に適した偏波保持光ファイバの一例を
示した断面図である。

【図６】第３の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
延伸長と結合度との関係を示したグラフである。

【図７】第３の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
延伸長と過剰損失との関係を示したグラフである。

【図８】第３の実施例の偏波保持光ファイバカプラの
波長と結合度との関係を示したグラフである。

【図９】通常のＰＡＮＤＡ型光ファイバを用いた場合
の偏波保持光ファイバカプラの延伸長と過剰損失との関
係を示したグラフである。

【図１０】通常のＰＡＮＤＡ型光ファイバを用いた場
合の偏波保持光ファイバカプラの延伸長と過剰損失との
関係を示したグラフである。

【図１１】図１１（ａ）はコア半径で正規化されたふ
たつのコア間の中心間の距離と正規化された結合係数
と、正規化周波数との関係を示したグラフ、図１１
（ｂ）は、グラフ横軸の値の説明図である。

【図１２】ＰＡＮＤＡ型光ファイバの一例を示した断
面図である。

【図１３】偏波保持光ファイバカプラの一例を示した
説明図である。

【図１４】図１４（ａ）は、延伸長と結合度との関係
を示したグラフ、図１４（ｂ）は偏波保持光ファイバカ
プラの動作を示した説明図である。

【符号の説明】

３…融着延伸部、１０…ＰＡＮＤＡ型光ファイバ（偏波
保持光ファイバ）、１４…偏波保持光ファイバカプラ。

フロントページの続き (72)発明者日高啓▲視▼ 千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者西出研二千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者山崎成史千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者松本亮吉千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者鈴木洋二千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内Ｆターム(参考） 2H050 AA02 AB03Z AB05X AC44 AC83

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２本の偏波保持光ファイバを並列させ、
その長さ方向の一部を加熱し、この長さ方向に延伸して
融着延伸部を形成する偏波保持光ファイバカプラの製造
方法において、使用波長において、延伸長に伴う２つの偏波の結合度の
変化の周期が、いずれも２周期以内の時点で延伸を終了
し、一方の偏波の結合度が１０％以下で、他方の偏波の
結合度が９０％以上の偏波保持光ファイバカプラを製造
することを特徴とする偏波保持光ファイバカプラの製造
方法。
【請求項２】請求項１に記載の偏波保持光ファイバカ
プラの製造方法において、２本の偏波保持光ファイバの
コアをできるだけ近づけないようにして融着延伸部を形
成することにより、光の結合が生じる時点から２つの偏
波の結合度の差を大きくすることを特徴とする偏波保持
光ファイバカプラの製造方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の偏波保持光フ
ァイバカプラの製造方法において、一方の偏波の結合度
が１０％以下で、他方の偏波の結合度が９０％以上の範
囲が維持される波長帯域が３０ｎｍ以上の偏波保持光フ
ァイバカプラを製造することを特徴とする偏波保持光フ
ァイバカプラの製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏
波保持光ファイバカプラの製造方法において、偏波保持光ファイバが、コアを囲むクラッド内にコアに
対して対称的に配された応力付与部を有し、コアの同心
円であって、応力付与部にかからず、かつその内部に応
力付与部を含まない円のうち、最大の円の直径が２０μ
ｍ以上であることを特徴とする偏波保持光ファイバカプ
ラの製造方法。
【請求項５】前記直径が２５〜３０μｍであることを
特徴とする請求項４に記載の偏波保持光ファイバカプラ
の製造方法。
【請求項６】請求項４または５に記載の偏波保持光フ
ァイバカプラの製造方法において、偏波保持光ファイバ
の複屈折率が５×１０^-5〜５×１０^-4であることを特徴
とする偏波保持光ファイバカプラの製造方法。
【請求項７】請求項４〜６のいずれか一項に記載の偏
波保持光ファイバカプラの製造方法において、偏波保持
光ファイバのクロストークが−２０ｄＢ／ｋｍ以上であ
ることを特徴とする偏波保持光ファイバカプラの製造方
法。
【請求項８】請求項４〜７のいずれか一項に記載の偏
波保持光ファイバカプラの製造方法において、偏波保持
光ファイバの損失が１ｄＢ／ｋｍ以上であることを特徴
とする偏波保持光ファイバカプラの製造方法。
【請求項９】請求項４〜８のいずれか一項に記載の偏
波保持光ファイバカプラの製造方法において、偏波保持
光ファイバカプラのリードファイバの長さが１０ｍ以下
であることを特徴とする偏波保持光ファイバカプラの製
造方法。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一項に記載の
偏波保持光ファイバカプラの製造方法において、偏波保
持光ファイバがＰＡＮＤＡ型偏波保持光ファイバである
ことを特徴とする偏波保持光ファイバカプラの製造方
法。