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JP6312760B2 - 光ファイバ - Google Patents

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Description

本発明は、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバに関する。
シリコン光導波路に代表される半導体光導波路は、光通信用デバイスの集積化に寄与する技術として、大きな期待が寄せられている。例えば、光変調器、光検出器、光スイッチなどの機能を有するシリコン導波路が実現されており、光通信への利用が始まっている。
半導体光導波路に入力する光、又は、半導体光導波路から出力された光を伝搬するために、半導体光導波路には、しばしば、ＣＳＭＦ（Conventional Single Mode Fiber）が接続される。ところが、半導体光導波路のモードフィールド径が１μｍ程度であるのに対して、ＣＳＭＦのモードフィールド径は１０μｍ程度である。このため、半導体光導波路にＣＳＭＦを突き合わせ接続すると、モードフィールド径の差に起因する接続損失が大きくなり過ぎて実用に耐えない。
そこで、半導体光導波路にＳＳＣ（Spot Size Converter）を作り込み、ＳＳＣにＣＳＭＦを接続する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、ＳＳＣを用いて半導体光導波路のモードフィールド径をＣＳＭＦのモードフィールド径と同程度まで拡大すると、ＳＳＣにおける損失が大きくなるという問題がある。このため、ＳＣＣを用いてモードフィールド径が４μｍに拡大された半導体光導波路に、モードフィールド径が４μｍのブリッジファイバの一端を突き合わせ接続し、このブリッジファイバの他端にモードフィールド径が１０μｍのＣＳＭＦを融着接続することが検討されている。
このようなブリッジファイバには、ＴＥＣ（Thermally Diffused Expanded Core）を有する光ファイバ、すなわち、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバを用いる（特許文献２、３参照）。そうすると、ブリッジファイバのコアがＣＳＭＦとの融着時又はその後の加熱により拡大するため、ブリッジファイバとＣＳＭＦとの間にモードフィールド径の不整合が軽減され、その結果、ブリッジファイバとＣＳＭＦとの融着点における接続損失を小さく抑えることができるからである。
なお、熱拡散によるコアの拡大は、コアを形成するために添加されたアップドーパント（石英ガラスの屈折率を上げるための添加物）が加熱により周囲に拡散することによって生じる。コアを形成するために添加されたアップドーパントがゲルマニウム（Ｇｅ）である場合、周囲にゲルマニウム、リン（Ｐ）、及びフッ素（Ｆ）を共添加することによって、コアの拡大を促進できることが知られている（特許文献４参照）。
特許第５９００４８４号（２０１６年４月６日発行） 特開平３−１３０７０５号（１９９１年６月４日公開） 特開２００３−７５６７７号（２００３年３月１２日公開） 特許第３９９３１９８号（２００７年１０月１７日発行）
しかしながら、コアがゲルマニウムを添加した石英ガラスにより構成され、内側クラッドがゲルマニウム、リン、及びフッ素を添加した石英ガラスにより構成された光ファイバについて、これらのドーパントを公知の濃度で添加しただけでは、ＣＳＭＦとの融着点における接続損失が十分に小さくならない（例えば、０．２ｄＢ以下にならない）ことを、本願発明者らは見出した。これは、熱拡散によるコアの拡大が不十分であることを意味する。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱拡散によりコアが拡大する光ファイバであって、ＣＳＭＦとの融着点における接続損失が十分に小さくなる（例えば、０．２ｄＢ以下になる）光ファイバを実現することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、アップドーパントが添加された石英ガラスにより構成されたコアと、上記コアの側面を覆う内側クラッドであって、アップドーパント及びダウンドーパントの両方が添加された石英ガラスにより構成された内側クラッドと、上記内側クラッドの外側面を覆う外側クラッドであって、石英ガラスにより構成された外側クラッドと、を備えており、上記内側クラッドの屈折率は、上記外側クラッドの屈折率と実質的に等しく、上記内側クラッドにおける上記アップドーパントの濃度は、当該アップドーパントによる屈折率上昇率が０．２５％以上０．５％以下となるように定められている、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、当該光ファイバを他の光ファイバ（例えば、ＣＳＭＦ）に融着接続する場合、融着点近傍においてコアを十分に拡大することができ、その結果、各融着点における接続損失を十分に小さくする（例えば、０．２ｄＢ以下にする）ことができる。
本発明に係る光ファイバにおいて、上記コアにおける上記アップドーパントの濃度は、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．５μｍ以上６．５μｍ以下となるように定められている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、当該光ファイバを半導体導波路に突き合わせ接続する際、軸ずれに対するトレランスを保ちつつ、接続損失を小さく抑えることができる。
本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドにおける上記ダウンドーパントの濃度は、上記外側クラッドに対する上記内側クラッドの比屈折率差の絶対値が０．１％以下となるように定められている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、カットオフ波長や曲げ損失などを、所期の値（上記内側クラッドの屈折率と上記外側クラッドの屈折率とが一致する場合に期待される値）に近づけることができる。なお、上記外側クラッドに対して、内側クラッドの屈折率が大きい場合には、カットオフ波長が長くなり、シングルモード動作が困難になるという問題を生じる可能性がある。
本発明に係る光ファイバおいて、上記コアには、上記アップドーパントとして、ゲルマニウムが添加されており、上記内側クラッドには、上記ダウンドーパントとして、フッ素が添加されている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、当該光ファイバを他の光ファイバに融着接続する場合、融着点近傍においてコアを更に拡大することができ、その結果、融着点における接続損失を更に小さくすることができる。
本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドには、例えば、上記アップドーパントとして、リン及びゲルマニウムの一方又は両方が添加されていてもよい。また、本発明に係る光ファイバにおいて、上記内側クラッドには、上記ダウンドーパントとして、更にホウ素が添加されていてもよい。
本発明に係る光ファイバは、コアに対して対称に配置された１対の応力付与部を更に備えている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、当該光ファイバを偏波保持ファイバとして機能させることができる。
本発明に係る光ファイバにおいて、上記１対の応力付与部は、その外縁が上記内側クラッドの外縁と接するように、又は、その外縁が上記内側クラッドの外縁から離間するように配置されている、ことが好ましい。
上記の構成によれば、コアの非円度を低くすること、すなわち、コアの真円度を高くすることができる。
なお、上記光ファイバと、上記光ファイバの一端に突き合わせ接続された半導体光導波路と、上記光ファイバの他端に融着接続されたＣＳＭＦ（Conventional Single Mode Fiber）とを備えている光デバイスも、本発明の範疇に含まれる。
本発明によれば、熱拡散によりコアを拡大可能な光ファイバであって、ＣＳＭＦとの融着点における接続損失が十分に小さくなる光ファイバを実現することができる。
実施形態に係る光ファイバの構造及び屈折率分布を示す図である。上段は、その光ファイバの構造を示す断面図であり、下段は、その光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。 図１に示す光ファイバにおいて、コアに添加されたアップドーパントの濃度分布を示すグラフである。（ａ）は、加熱処理前の濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中の濃度分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後の濃度分布を示す。 図１に示す光ファイバにおいて、内側クラッドに添加されたアップドーパントの濃度分布を示すグラフである。（ａ）は、加熱処理前の濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中の濃度分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後の濃度分布を示す。 図１に示す光ファイバにおいて、内側クラッドに添加されたダウンドーパントの濃度分布を示すグラフである。（ａ）は、加熱処理前の濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中の濃度分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後の濃度分布を示す。 図１に示す光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。（ａ）は、加熱処理前の屈折率分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中の屈折率分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後の屈折率分布を示す。 実施例及び比較例に係る光ファイバにおける、内側クラッドに添加されたアップドーパントによる屈折率上昇率Δと、波長１５５０ｎｍにおける接続損失との相関を示すグラフである。 第１の変形例に係る光ファイバ（偏波保持ファイバ）の構造及び屈折率分布を示す図である。 第２の変形例に係る光ファイバ（偏波保持ファイバ）の構造及び屈折率分布を示す図である。 （ａ）は、比較例に係る光ファイバ（偏波保持ファイバ）の母材の断面図であり、（ｂ）は、線引き後の同光ファイバの断面図である。 図１に示す光ファイバを含む、光デバイスの構成を示す上面図である。
（光ファイバの構造）
本発明の一実施形態に係る光ファイバ１の構造について、図１を参照して説明する。図１の上段は、光ファイバ１の構造を示す断面図であり、図１の下段は、光ファイバ１の屈折率分布を示すグラフである。
光ファイバ１は、図１の上段に示すように、円形状の断面を有するコア１１と、コア１１の側面を覆う、円環状の断面を有する内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外側面を覆う、円環状の断面を有する外側クラッド１３と、を備えている。光ファイバ１は、外側クラッド１３の外側面を覆う、円環状の断面を有する保護被覆層（不図示）を更に備えていてもよい。
本実施形態においては、コア１１の直径ｄ１を４μｍとし、内側クラッド１２の直径（外径）ｄ２を１６μｍとし、外側クラッド１３の直径（外径）ｄ３を８０μｍとしている。ここで、外側クラッド１３の直径ｄ３を８０μｍとしているのは、機械的強度に関する信頼性を曲げた状態でも担保するためである。使用目的や使用環境によっては、外側クラッド１３の直径ｄ３を１２５μｍとしてもよい。
コア１１は、アップドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英ガラスにより構成されている。このため、コア１１の屈折率ｎ１は、図１の下段に示すように、外側クラッド１３の屈折率ｎ３（後述するように、純粋石英ガラスの屈折率と実質的に同一）よりも高くなる。本実施形態においては、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．５μｍ以上６．５μｍ以下にするために、外側クラッド１３に対するコア１１の比屈折率差Δ１＝｛（ｎ１-ｎ３）／ｎ１｝×１００が１．０％以上２．８％以下になるようコア１１に添加するアップドーパントの濃度が定められている。
なお、本実施形態においては、ゲルマニウムをアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ゲルマニウムの代わりにリン（Ｐ）をアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用してもよいし、ゲルマニウムに加えてリンをアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用してもよい。
内側クラッド１２は、コア１１に添加されたアップドーパントの拡散を促進するためのダウンドーパントであるフッ素（Ｆ）と、このダウンドーパントによる屈折率低下を相殺するためのアップドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）及びリン（Ｐ）とが添加された石英ガラスにより構成されている。このため、内側クラッド１２の屈折率ｎ２は、図１の下段に示すように、外側クラッド１３の屈折率ｎ３と実質的に同一になる。本実施形態においては、（１）アップドーパントによる屈折率上昇率Δが０．２５％以上０．５０％以下になるように、内側クラッド１２に添加するアップドーパントの濃度が定められ、（２）外側クラッド１３に対する内側クラッド１２の比屈折率差Δ２＝｛（ｎ２-ｎ３）／ｎ２｝×１００の絶対値が０．１０％以下になるように、内側クラッド１２におけるダウンドーパントの濃度が定められている。ここで、アップドーパントによる屈折率上昇率Δとは、そのアップドーパントが添加される前の石英ガラスの屈折率をｎ、そのアップドーパントが添加された後の石英ガラスの屈折率をｎ’として、｛（ｎ’-ｎ）／ｎ’｝×１００より定義される量である。
なお、本実施形態においては、フッ素をダウンドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、フッ素の代わりにホウ素（Ｂ）をダウンドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用してもよいし、フッ素に加えてホウ素をダウンドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用してもよい。また、本実施形態においては、ゲルマニウム及びリンの両方をアップドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ゲルマニウムのみをアップドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用してもよいし、リンのみをアップドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用してもよい。
外側クラッド１３は、塩素（Ｃｌ）以外のドーパントが意図的に添加されていない石英ガラスにより構成されている。すなわち、外側クラッド１３を構成する石英ガラスには、アップドーパントもダウンドーパントも添加されていないので、外側クラッド１３の屈折率ｎ３は、純粋石英ガラスの屈折率１．４６と実質的に同一になる。
以上のように、内側クラッド１２には、ダウンドーパントが十分に（内側クラッド１２に添加されたアップドーパントによる０．２５％以上の屈折率上昇率Δを相殺するに足る量）含まれている。このダウンドーパントは、それ自身がコア１１に拡散することによりコア１１の屈折率を低下させる作用と、コア１１に添加されたアップドーパントの内側クラッド１２への拡散を促進することにより内側クラッド１２の屈折率を低下させる作用とを有する。このため、光ファイバ１を他の光ファイバと融着する際に、融着点近傍においてコア１１の直径ｄ１を十分に拡大し、融着点における接続損失を十分に抑制することができる。
特に、内側クラッド１２に添加されたフッ素は、コア１１に添加されたゲルマニウムの拡散を顕著に促進する。したがって、本実施形態のように、コア１１にアップドーパントとしてゲルマニウムを添加すると共に、内側クラッド１２にダウンドーパントとしてフッ素を添加する構成を採用することによって、融着点近傍においてコア１１の直径ｄ１を顕著に拡大し、融着点における接続損失を顕著に抑制することができる。
また、外側クラッド１３に対するコア１１の比屈折率差Δ１が１．０％よりも小さい場合、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が６．５μｍよりも大きくなる。このため、光ファイバ１をシリコン導波路に接続する際、接続損失が大きくなる。一方、外側クラッド１３に対するコア１１の比屈折率差Δ１が２．８％よりも大きい場合、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．５μｍよりも小さくなる。このため、光ファイバ１をシリコン導波路に接続する際、調心が困難になる（軸ずれに対するトレランスが小さくなる）。したがって、本実施形態のように、外側クラッド１３に対するコア１１の比屈折率差Δ１を１．０％以上２．８％以下にすることによって、光ファイバ１をシリコン導波路に接続する際、接続損失を小さく抑えると共に、調心を容易にすることができる。
なお、内側クラッド１２に添加されるダウンドーパントの濃度を、内側クラッド１２に添加されるアップドーパントの濃度と外側クラッド１３に対する内側クラッド１２の比屈折率差Δ２とを用いて間接的に規定しているのは、内側クラッド１２に添加されたダウンドーパントであるフッ素の濃度を直接的に測定することが困難だからである。
（光ファイバにおけるコア拡大）
次に、光ファイバ１を他の光ファイバに融着する際に生じるコア拡大について説明する。
光ファイバ１の各部に添加された各ドーパントは、加熱処理によって拡散する。時刻０におけるドーパントの濃度分布ｕ（ｒ，０）＝δ（ｒ）であるとき、時刻ｔにおけるドーパントの濃度分布ｕ（ｒ，ｔ）は、（１）式により与えられる。
Figure 0006312760
（１）式におけるＤは、（２）式により定義され、拡散係数と呼ばれる。（２）式において、Ｑは活性化エネルギーであり、Ｒは気体定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｄ０は実験定数である。
Figure 0006312760
図２は、コア１１に添加されたアップドーパント（ゲルマニウム）の濃度分布を示すグラフである。図２において、（ａ）は、加熱処理前のアップドーパントの濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中のアップドーパントの濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理後のアップドーパントの濃度分布を示す。図２において、ｒ１は、加熱処理前のコア１１の半径、ｒ２は、加熱処理前の内側クラッド１２の半径である。
図２によれば、加熱処理によって、ｒ＜ｒ１となる領域（加熱処理前のコア１１）に偏在していたアップドーパントがｒ＞ｒ２となる領域（加熱処理前の内側クラッド１２）に拡散していることが分かる。
図３は、内側クラッド１２に添加されたアップドーパント（ゲルマニウム及びリン）の濃度分布を示すグラフである。図３において、（ａ）は、加熱処理前のアップドーパントの濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中のアップドーパントの濃度分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後のアップドーパントの濃度を示す。図３において、ｒ１は、加熱処理前のコア１１の半径であり、ｒ２は、加熱処理前の内側クラッド１２の半径である。
図３によれば、ｒ１＜ｒ＜ｒ２となる領域（加熱処理前の内側クラッド１２）に偏在していたアップドーパントがｒ＜ｒ１となる領域（加熱処理前のコア１１）及びｒ＞ｒ２となる領域（加熱処理前の外側クラッド１３）に非対称に拡散していることが分かる。アップドーパントが非対称に拡散する、すなわち、ｒ＜ｒ１となる領域への拡散がｒ＞ｒ２となる領域への拡散よりも抑制されている理由は、ｒ＜ｒ１となる領域にはアップドーパントが添加されているのに対して、ｒ＞ｒ２となる領域にはアップドーパントが添加されていないからであると考えられる。
図４は、内側クラッド１２に添加されたダウンドーパント（フッ素）の濃度分布を示すグラフである。図４において、（ａ）は、加熱処理前のダウンドーパントの濃度分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中のダウンドーパントの濃度分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後のダウンドーパントの濃度を示す。図４において、ｒ１は、加熱処理前のコア１１の半径であり、ｒ２は、加熱処理前の内側クラッド１２の半径である。
図４によれば、ｒ１＜ｒ＜ｒ２となる領域（加熱処理前の内側クラッド１２）に偏在していたダウンドーパントがｒ＜ｒ１となる領域（加熱処理前のコア１１）及びｒ＞ｒ２となる領域（加熱処理前の外側クラッド１３）に略対称に拡散している（アップドーパントよりも拡散の対称性が高い）ことが分かる。ダウンドーパントが略対称に拡散する理由は、ｒ＜ｒ１となる領域にもｒ＞ｒ２となる領域にもダウンドーパントが添加されていないからであると考えられる。このため、ｒ１＜ｒ＜ｒ２となる領域からｒ＜ｒ１となる領域に拡散するダウンドーパントの量は、ｒ１＜ｒ＜ｒ２となる領域からｒ＜ｒ１となる領域に拡散するアップドーパントの量よりも多くなる。
図５は、図２、図３、及び図４に示す各ドーパントの分布から推定される光ファイバ１の屈折率分布を示すグラフである。図５において、（ａ）は、加熱処理前の屈折率分布を示し、（ｂ）は、加熱処理中の屈折率分布を示し、（ｃ）は、加熱処理後の屈折率分布を示す。図５において、ｒ１は、加熱処理前のコア１１の半径であり、ｒ２は、加熱処理前の内側クラッド１２の半径である。
図５によれば、コアとして機能する相対的に屈折率の高い領域が加熱処理によって拡大することが確かめられる。
（実施例）
以下、実施例に係る光ファイバＡ〜Ｄ、及び、比較例に係る光ファイバＥ〜Ｇについて、ＣＳＭＦとの融着点における接続損失を実測した結果について説明する。
光ファイバＡ〜Ｇとしては、コアの直径が４μｍ、内側クラッドの直径が１６μｍ、外側クラッドの直径が８０μｍの光ファイバを用意した。光ファイバＡ〜Ｇの各々において、コアに添加されたアップドーパンとは、ゲルマニウムであり、内側クラッドに添加されたダウンドーパントは、フッ素であり、内側クラッドに添加されたアップドーパントは、ゲルマニウム及びリンである。コアに添加されたゲルマニウムの濃度は、外側クラッドに対するコアの比屈折率差が＋１．０％以上＋２．８％以下になるように決められており、内側クラッドに添加されたアップドーパントの濃度は、外側クラッドに対する内側クラッドの比屈折率差の絶対値が０．１０％以下になるように決められている。ＣＭＳＦとしては、クラッドの直径が１２５μｍの光ファイバであって、波長１５５０ｎｍおけるモードフィールド径が１０．６μｍとなる光ファイバを用意した。
まず、各光ファイバＡ〜Ｇの内側クラッドに添加された各アップドーパントの濃度を、ＥＰＭＡ（Electron Prove Micro Analyzer）を用いて測定した。また、各光ファイバＡ〜Ｇの内側クラッドに添加されたアップドーパントによる屈折率上昇率Δを、測定した各アップドーパントの濃度から非特許文献３に記載の方法に従って算出した。光ファイバＡ〜Ｇの各々について、測定された各アップドーパントの濃度を表１の第２列及び第３列に示し、算出された屈折率上昇率Δを表１の第４列に示す。
次に、各光ファイバＡ〜ＧをＣＳＭＦに融着し、融着点における接続損失を測定した。各光ファイバＡ〜ＧとＣＭＳＦとの融着は、以下のように実施した。すなわち、各光ファイバＡ〜Ｇ及びＣＭＳＦの端面をファイバクリーナで平滑化した後、平滑化した端面同士をアーク放電型の融着接続装置（具体的には、フジクラ社製のＦＳＭ−１００Ｐ）を用いて融着した。また、融着点における接続損失の測定は、以下のように実施した。すなわち、融着点近傍にアーク放電による加熱処理を施しながら、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の測定を繰り返し、測定された伝送損失の最小値から接続損失を算出した。光ファイバＡ〜Ｇについて、測定された接続損失を表１の第５列に示す。
Figure 0006312760
図６は、アップドーパントによる屈折率上昇率Δと、波長１５５０ｎｍにおける接続損失との相関を示すグラフである。図６に示すグラフによれば、アップドーパントによる屈折率上昇率Δが０．２５％以上０．５０％以下であるとき、波長１５５０ｎｍにおける接続損失を０．２ｄＢ以下に抑えられることが分かる。これは、アップドーパントによる屈折率上昇を相殺するために、内側クラッドに十分な濃度のダウンドーパントが添加された結果、コアから内側クラッドへのアップドーパントの拡散が促進され、コアの十分な拡大が図られるからであると考えられる。
アップドーパントによる屈折率上昇率Δが０．２５％よりも小さい場合、波長１５５０ｎｍにおける接続損失が０．２ｄＢを超えてしまう。また、アップドーパントによる屈折率上昇率Δが０．５０％よりも大きい場合、アップドーパントによる屈折率上昇をフッ素のみによる屈折率低下で相殺することができず、その結果、外側クラッド１３に対する内側クラッド１２の比屈折率差Δ２の絶対値を０．１０％以下にすることができない。このため、カットオフ波長が所期の値よりも長くなってしまったり、曲げ損失が所期の値よりも大きくなってしまったりする。
（変形例）
光ファイバ１は、外側クラッド１３に応力付与部１４ａ〜１４ｂを付加することによって、偏波保持ファイバとして機能する。
図７は、偏波保持ファイバとして機能する光ファイバ１の第１の構成例を示す断面図である。図７においては、ＡＡ線に沿った屈折率分布（断面図の下側）と、ＢＢ線に沿った屈折率分布（断面図の上側）とを併せて示している。
応力付与部１４ａ〜１４ｂは、外側クラッド１３に埋め込まれた、円形状の断面を有する構造体である。応力付与部１４ａ〜１４ｂの屈折率ｎ４は、外側クラッド１３の屈折率ｎ３よりも低くなっている。
光ファイバ１の各断面において、応力付与部１４ａ〜１４ｂは、コア１１に対して対称に、かつ、応力付与部１４ａ〜１４ｂの外縁がそれぞれ内側クラッド１２の外縁と接するように配置されている。
図８は、偏波保持ファイバとして機能する光ファイバ１の第２の構成例を示す断面図である。図８においては、ＡＡ線に沿った屈折率分布（断面図の下側）と、ＢＢ線に沿った屈折率分布（断面図の右側）とを併せて示している。
応力付与部１４ａ〜１４ｂは、外側クラッド１３に埋め込まれた、円形状の断面を有する構造体である。応力付与部１４ａ〜１４ｂの屈折率ｎ４は、外側クラッド１３の屈折率ｎ３よりも低くなっている。
光ファイバ１の各断面において、応力付与部１４ａ〜１４ｂは、コア１１に対して対称に、かつ、応力付与部１４ａ〜１４ｂの外縁がそれぞれ内側クラッド１２の外縁から離間するように配置されている。
応力付与部と内側クラッドとが重なり合う構成を採用する場合、図９の（ａ）に示す断面を有する母材を線引きすることによって、偏波保持ファイバを製造することになる。外側クラッドの粘度ηoc、内側クラッドの粘度ηic、応力付与部の粘度ηsapの間には、ηoc＞ηic＞ηsapという関係が成り立つので、線引きの際、外側クラッド、内側クラッド、応力付与部がこの順に硬化することになる。この際、母材において断面が非円であった内側クラッドは、表面張力により断面が円形化するように変形し、母材において断面が円形であったコアは、内側クラッドの変形に伴い断面が非円化するように変形する。その結果、得られる偏波保持ファイバの断面は、図９の（ｂ）に示すようになる。図７に示す第１の構成例においても、図８に示す第２の構成例においても、応力付与部１４ａ〜１４ｂは、内側クラッド１２と重なり合うことがない。このため、線引きの際に生じ得るコア１１の非円化を抑制することができる。したがって、応力付与部と内側クラッドとが重なり合う場合と比べて、コア１１の非円度の低い、すなわち、コア１１の真円度の高い光ファイバ１を実現することができる。
（適用例）
本実施形態に係る光ファイバ１は、半導体光導波路とＣＳＭＦ（Conventional Single Mode Fiber）との間に介在するブリッジファイバとして好適に利用することができる。
すなわち、図１０に示すように、本実施形態に係る光ファイバ１により構成されたブリッジファイバ１０２と、ブリッジファイバ１０２の一端に突き合わせ接続された半導体光導波路１０１と、ブリッジファイバ１０２の他端に融着接続されたＣＳＭＦ１０３とにより、低損失な光デバイス１００を構成することができる。なぜなら、ブリッジファイバ１０２とＣＳＭＦ１０３とを融着接続する際に、融着点近傍においてブリッジファイバ１０２のコアが十分に拡大されるので、ブリッジファイバ１０２とＣＳＭＦ１０３との融着点における接続損失を十分に抑制することができるからである。
なお、半導体光導波路１０１としては、例えば、ＳＳＣ（Spot Size Converter）が形成されたシリコン導波路が好適である。また、ＣＳＭＦ１０３としては、例えば、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１０μｍ程度となるシングルモードファイバが好適である。ＩＴＵ−ＴにおいてＧ．６５２又はＧ．６５７に分類される光ファイバは、このようなシングルモードファイバの一例である。
（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 光ファイバ
１１ コア
１２ 内側クラッド
１３ 外側クラッド
１４ａ 応力付与部
１４ｂ 応力付与部

Claims (5)

  1. 光ファイバの一端に突き合わせ接続された半導体光導波路と、上記光ファイバの他端に融着接続されたＣＳＭＦ（Conventional Single Mode Fiber）とを備えた光デバイスであって、
    上記光ファイバは、
    アップドーパントが添加された石英ガラスにより構成されたコアと、
    上記コアの側面を覆う内側クラッドであって、アップドーパント及びダウンドーパントの両方が添加された石英ガラスにより構成された内側クラッドと、
    上記内側クラッドの外側面を覆う外側クラッドであって、石英ガラスにより構成された外側クラッドと、を備えており、
    上記内側クラッドの屈折率は、上記外側クラッドの屈折率と実質的に等しく、
    上記内側クラッドにおける上記アップドーパントの濃度は、当該アップドーパントによる屈折率上昇率が０．２５％以上０．５％以下となるように定められており、
    上記コアにおける上記アップドーパントの濃度は、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．５μｍ以上６．５μｍ以下となるように定められており、
    上記コアに添加された上記アップドーパントは、ゲルマニウムであり、
    上記内側クラッドに添加された上記ダウンドーパントは、フッ素であり、
    上記内側クラッドに添加された上記アップドーパントは、リン及びゲルマニウムの一方又は両方であり、
    上記ＣＳＭＦは、ＩＴＵ−ＴにおいてＧ．６５２又はＧ．６５７に分類される光ファイバである、
    ことを特徴とする光デバイス。
  2. 上記内側クラッドにおける上記ダウンドーパントの濃度は、上記外側クラッドに対する上記内側クラッドの比屈折率差の絶対値が０．１％以下となるように定められている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
  3. 上記内側クラッドには、上記ダウンドーパントとして、更にホウ素が添加されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
  4. コアに対して対称に配置された１対の応力付与部を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光デバイス。
  5. 上記１対の応力付与部は、その外縁が上記内側クラッドの外縁と接するように、又は、その外縁が上記内側クラッドの外縁から離間するように配置されている、
    ことを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
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