ITMI941137A1 - Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina e suo procedimento di produzione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina in cui una fibra ottica è collegata ad una guida d’onda ottica e al suo procedimento di produzione, e in modo più particolare a detto dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina avente una fibra ottica per la regolazione di modalità che connette una fibra ottica con una differenza bassa di indice di rifrazione specifico e una guida d’onda ottica con un indice di rifrazione elevato e al suo procedimento di produzione.

Ricerche e sviluppi per un dispositivo ottico di tipo a guida d’onda utilizzante vetro di base di quarzo sono state effettuate in modo attivo, tendenti all’abbassamento del costo, alla riduzione di dimensione e al miglioramento di funzioni di un tale dispositivo ottico.

Le figure 6(a) e 6(b) mostrano la costituzione di un dispositivo di tipo a guida d'onda convenzionale con una fibra ottica a spiralina. La figura 6(a) è una vista in pianta e la figura 6(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A’ della figura 6(a). Il dispositivo ha la struttura in cui una fibra 1 a modalità singola usuale viene collegata ad un terminale di ingresso di una guida d’onda ottica 22. La ragione per cui una fibra a modalità singola usuale quale una fibra ottica è collegata è che l’utilizzo di una fibra a modalità singola è indispensabile per l'abbassamento del costo di un dispositivo di tipo a guida d'onda con una fibra ottica a spiralina dato che una fibra a modalità singola è a buon mercato nonostante una differenza bassa di indice di rifrazione specifico. E la guida d'onda ottica 22 ha la costruzione in cui il nucleo 63 avente una forma di sezione rettangolare con la larghezza w e lo spessore t viene costruito in un rivestimento 53 formato su un substrato 7 fatto da Si o SiO2. La fibra 1 a modalità singola usuale ha un nucleo 61 con il diametro a1 coperta da un rivestimento 51 con il diametro esterno b1. La guida d'onda ottica 22 e la fibra 1 a modalità singola usuale sono collegate tramite mezzi quali la saldatura a laser.

Ora poi, se una differenza Δ 1 di indice di rifrazione specifico del nucleo 63 e del rivestimento 53 nella guida d'onda ottica 22 è differente dalla Δ 2 del nucleo 61 e del rivestimento 51 nella costituzione mostrata nella figura 6, è noto che si verificano tali problemi quali seguono.

(1) Una parte di un segnale di luce incidente sulla guida d'onda ottica 22 dalla fibra 1 a modalità singola usuale viene riflessa in corrispondenza di una parte di connessione 21 e poi l'intensità del segnale di luce viene ridotta. Al contrario, l'intensità di un segnale di luce o luminoso incidente sulla fibra 1 a modalità usuale dalla guida d'onda ottica 22 viene pure ridotta. Conseguentemente, viene prodotta perdita di connessione grande.

(2) La riflessione di luce sopra menzionata provoca le interferenze mutue di segnali di luce che portano degradazione di trasmissione quali diafonie crescenti.

(3) Se Δ 2 < Δ 1, la condizione che a1 > t, w deve essere soddisfatta. In quella situazione, una parte del segnale di luce che si propaga nella fibra 1 a modalità singola usuale trapela dal nucleo 63 della guida d'onda ottica 22 e si propaga nel rivestimento 53. Il segnale di luce che si propaga nel rivestimento 53 fuoriesce quando si propaga nella guida d'onda ottica 22 mentre si ripetono riflessioni multiple tra le due facce terminali della guida d'onda ottica 22, il che provoca la degradazione di caratteristiche di trasmissione di luce quali il deterioramento delle caratteristiche di banda, delle caratteristiche di crescita e di discesa di un segnale a impulsi luminosi, l'incremento di diafonie e così via.

Poi, la fornitura di un circuito di regolazione di modalità in una guida d'onda o l'applicazione della congiunzione di modalità diffondendo l'agente drogante per il controllo di distribuzione di indice di rifrazione in un nucleo tramite aggiunta di calore ad un terminale di una guida d'onda ottica vengono adottati allo scopo di impedire la perdita di connessione sopra menzionata o degradazione di caratteristiche.

Tuttavia, i primi mezzi di fornitura di un circuito di regolazione di modalità in una guida d'onda hanno il problema che l'adozione dei mezzi rende difficile ridurre la dimensione del dispositivo ottico dato che la dimensione di una guida d'onda diventa considerevolmente grande utilizzando i mezzi. I secondi e ultimi mezzi di diffusione dell'agente drogante di nucleo in corrispondenza di un terminale di una guida d'onda ottica non sembrano avere il problema sopra menzionato contrariamente ai primi mezzi.

Ma, diventa chiaro che gli ultimi mezzi sopra menzionati hanno anche i problemi come segue.

(1) E' difficile diffondere l'agente drogante per il controllo di distribuzione di indice di rifrazione in modo uniforme in un nucleo dato che una guida d'onda ottica non ha la struttura simmetrica cilindrica di una fibra ottica ma la struttura asimmetrica di forma di piastra. Cioè, dat che la distribuzione del calore aggiunto è asimmetrica, la diffusione dell'agente drogante per il controllo di distribuzione di indice di rifrazione in un nucleo diventa asimmetrica. Conseguentemente, la regolazione di modalità completa diventa molto difficile e viene indotto l'effetto indesiderabile della dipendenza di polarizzazione.

(2) Nel riscaldamento di una guida d'onda ottica, è difficile riscaldare un nucleo e uno strato di rivestimento alla temperatura obiettivo dato che un substrato ha spessore molto più grande dei diametri di un nucleo e di un rivestimento e una parte grande del calore aggiunto viene assorbita dal substrato.

(3) Inoltre, il riscaldamento di una guida d'onda ottica provoca il problema che esso cambia o degrada le caratteristiche di trasmissione ottiche di una guida d'onda ottica e degli altri elementi in un dispositivo a guida d'onda ottica quale un circuito di diramazione ottico, un accoppiatore a stella ottico, un circuito di unione o separazione di onda ottica, un filtro ottico, un circuito di risonanza ottico ad anello e così via.

La presente invenzione è stata conseguita in considerazione dei problemi sopra descritti e tende ad offrire un dispositivo ottico come la fibra ottica a spiralina avente le caratteristiche di perdita di connessione bassa, di bassa riflessione e di bassa diafonia e a realizzare un dispositivo ottico di dimensione piccolissima che diminuisca il costo di un dispositivo, collegando una guida d'onda ottica di una differenza di indice di rifrazione specifico elevato e una fibra ottica di una differenza bassa di indice di rifrazione specifico tramite una fibra ottica per la regolazione di modalità, il che libera una guida d'onda ottica dall'onere delle regolazioni di modalità e risolve i problemi sopra menzionati della tecnica nota.

Inoltre, un altro scopo dell'invenzione è quello di offrire un procedimento di produzione per regolare semplicemente la modalità ottica in corrispondenza delle parti di connessione di fibre ottiche e produrre a buon mercato il dispositivo ottico sopra menzionato con una fibra ottica a spiralina.

La prima caratteristica della presente invenzione è che, in un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina collegata ad un terminale di una guida d'onda ottica in cui un nucleo con un indice di rifrazione specifico elevato avente una forma di sezione rettangolare viene costruito in uno stato di rivestimento con un indice di rifrazione basso formato sul substrato, un terminale di una prima fibra ottica avente la differenza di indice di rifrazione specifico quasi uguale a quella della guida d'onda ottica è collegata ad un terminale della guida d'onda ottica, la seconda fibra ottica con una differenza di indice di rifrazione specifica inferiore a quella della guida d'onda ottica è collegata all'altro terminale della prima fibra ottica e la prima fibra ottica ha quasi lo stesso diametro di campo di modalità di quello della seconda fibra ottica in una parte di connessione della prima fibra ottica e della seconda fibra ottica.

La seconda caratteristica della presente invenzione è che la guida d'onda ottica avente la prima caratteristica della presente invenzione ha almeno un terminale in corrispondenza di ciascuno di un terminale di ingresso e di un terminale di uscita in parti terminali della guida d'onda ottica e fibre ottiche comprendenti la prima fibra ottica collegata serialmente alla seconda fibra ottica sono collegate ad ogni terminale del terminale di ingresso e del terminale di uscita.

Dato che la regolazione di modalità in corrispondenza di ogni parte di connessione della guida d'onda ottica e della prima fibra ottica o della seconda e della terza fibra ottica viene stabilita dalla prima e dalla seconda caratteristica della presente invenzione, la riflessione non si verifica in corrispondenza di ogni parte di connessione. Così, diventa possibile trasmettere segnali di luce con perdita bassa. E le caratteristiche di diafonia bassa possono essere ottenute dato che l'interferenza mutua tra la luce che si propaga e la luce che si riflette non sorge. Inoltre, la differenza Δ 1 {=((nw - nc)/nw)x100%} di indice di rifrazione specifico determinata dall'indice nw di rifrazione di nucleo e dall'indice nc di rifrazione di rivestimento può essere fissata ad un valore elevato dato che la regolazione di modalità viene stabilita in corrispondenza della parte di connessione in corrispondenza di entrambi i lati della quale i dispositivi ottici hanno una grande differenza tra le loro differenze di indice di rifrazione specifico. Poi, l'efficienza di confinamento di segnali di luce in un nucleo viene migliorata e la dimensione di una configurazione di nucleo in una guida d'onda ottica viene ridotta, il che rende possibile realizzare una configurazione di nucleo con una curvatura piccola. Conseguentemente, viene realizzata una guida d'onda ottica di dimensione piccolissima e un circuito di guida d'onda ottica di dimensione piccolissima utilizzante la guida d'onda, che riduce il costo di produzione di un dispositivo ottico.

La terza caratteristica della presente invenzione è che almeno una delle configurazioni di nucleo di una linea retta, linee parallele, un anello e una forma di tipo Y viene formata nella guida d'onda ottica avente la prima o la seconda caratteristica della presente invenzione.

Tramite la terza caratteristica della presente invenzione, tali dispositivi ottici quali un circuito di accoppiamento direzionale ottico, un circuito di diramazione/combinazione ottico, un accoppiatore a stella ottico, un circuito di composizione e separazione di onda ottica, un filtro ottico e così via vengono realizzati in una dimensione piccolissima costituendo una configurazione di nucleo quale una linea retta, linee parallele, una curva, un anello o una forma di tipo Y. Dato che la realizzazione della differenza di indice di rifrazione specifico molto grande di una guida d’onda ottica diventa possibile come sopra menzionato, è possibile ridurre la perdita di radiazione di luce in un configurazione dì nucleo curvata. Lo spessore di un rivestimento può essere ridotto e il processo di produzione viene semplificato a causa dell'efficienza elevata di confinamento di segnali di luce in un nucleo di una guida d'onda ottica. Realizzando il dispositivo di dimensione piccolissima, la perdita di propagazione ottica viene considerevolmente diminuita.

La quarta caratteristica della presente invenzione è che almeno un elemento ottico attivo viene fornito in corrispondenza della guida d'onda ottica avente la prima o la terza caratteristica della presente invenzione.

Tramite la quarta caratteristica della presente invenzione, è possibile far oscillare in modo efficiente un segnale di luce in un nucleo dato che un nucleo di una guida d'onda ottica ha anche l'indice di rifrazione elevato nel caso di fornitura di elementi attivi quali un dispositivo laser a semiconduttore che hanno l'indice di rifrazione elevato di valore 2-3,6.

La quinta caratteristica della presente invenzione è che la terza fibra ottica a cui vengono aggiunti elementi delle terre rare aventi quasi la stessa differenza di indice di rifrazione specifico di quella della guida d'onda ottica è collegata alla prima fibra ottica e alla seconda fibra ottica aventi la prima o la quarta caratteristica della presente invenzione e la terza fibra ottica ha quasi lo stesso diametro di campo di modalità di ogni diametro di campo di modalità della prima fibra ottica e della seconda fibra ottica in corrispondenza di ogni parte di connessione a detta prima fibra ottica e alla seconda fibra ottica.

Nella quinta caratteristica della presente invenzione, la terza fibra ottica a cui vengono aggiunti gli elementi delle terre rare, è inserita tra la prima e la seconda fibra ottica. Allo scopo di realizzare il grado di amplificazione elevato di una fibra ottica contenente elementi delle terre rare, solitamente, il suo diametro di nucleo viene diminuito a sufficienza (con più del 50%) confrontato con quello di una fibra a modalità singola usuale e la sua differenza di indice di rifrazione specifico viene incrementata a sufficienza (più di 2 volte) confrontata con quella di una fibra a modalità singola usuale. Poi, la regolazione di modalità tra la guida d'onda ottica e la prima fibra ottica avente una differenza elevata di indice di rifrazione specifico viene stabilita facilmente e viene realizzata la connessione con efficienza elevata. Inoltre, può essere realizzato un sistema di trasmissione avente stabilità elevata e grado di amplificazione elevato dato che la regolazione di modalità viene stabilita in corrispondenza di ogni parte di connessione nella costituzione basata sulla presente invenzione sebbene un sistema di trasmissione utilizzante la terza fibra contenente elementi delle terre rare amplifichi un segnale di luce ma diventi molto instabile tramite oscillazione risonante se esiste un poco di luce di riflessione.

La sesta caratteristica della presente invenzione è che, nel procedimento per produrre un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo la prima o la quinta caratteristica della presente invenzione, entrambi i diametri di campo di modalità laterale in corrispondenza delle parti di connessione vengono regolati per avere quasi uno stesso valore diffondendo una parte dell'agente drogante per il controllo dell’indice di rifrazione di un nucleo della prima fibra ottica tramite aggiunta di calore vicino alla parte di connessione alla seconda fibra ottica o di un nucleo della terza fibra ottica vicino alla parte di connessione alla seconda fibra ottica nell'equalizzazione di entrambi i diametri di campo di modalità laterale in corrispondenza della parte di connessione della prima e della seconda fibra ottica o della seconda e della terza fibra ottica. E, nel caso di equalizzazione di entrambi i diametri di campo di modalità laterale in corrispondenza della parte di connessione della prima e della seconda fibra ottica o della seconda e della terza fibra ottica, un procedimento di condensazione o aggregazione di una parte dell'agente drogante per il controllo di indici di rifrazione del nucleo vicino alle parti di connessione è pure applicabile oltre al procedimento sopra menzionato.

Come caratteristica complessiva della presente invenzione, può essere menzionato che un dispositivo ottico della presente invenzione è applicato in modo molto efficace ad una trasmissione coerente a causa delle sue caratteristiche di bassa riflessione e di bassa diafonia. Inoltre, un dispositivo ottico della presente invenzione induce a malapena la perdita di connessione in corrispondenza di parti di connessione (inferiore a 0,3 dB) ed è applicata in modo adatto anche ad una trasmissione a lunga distanza.

La figura 1(a) mostra la costituzione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina della prima forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 1(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A' della figura 1(a).

La figura 2(a) mostra la costituzione di un dispositivo ottico con una fibra a spiralina della seconda forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 2(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A' della figura 2(a).

La figura 3 mostra la costituzione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina della terza forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 4 mostra la costituzione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina della quarta forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 5 mostra la costituzione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina della quinta forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 6(a) mostra la costituzione di un dispositivo ottico convenzionale con un fibra ottica a spiralina.

La figura 6(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A' della figura 6(a).

Le figure 1(a) e 1(b) mostrano la costituzione della prima forma di realizzazione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina tramite la presente invenzione. La figura 1(a) è una vista in pianta e la figura 1(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A' della figura 1(a). La forma di realizzazione è un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina avente la costituzione in cui una guida d'onda ottica 3 con una differenza Δ 1 di indice di rifrazione specifico elevata, una fibra 2 a modalità singola con una differenza Δ 1 elevata di indice di rifrazione specifico e una fibra 1 a modalità singola usuale con una differenzaΔ 2 (Δ2 <Δ 1) bassa di indice di rifrazione specifico sono collegate e unite. Una guida d'onda ottica 3 con una differenza elevata di indice di rifrazione specifico e una fibra 2 a modalità singola con una differenza elevata di indice di rifrazione specifico sono collegati in corrispondenza di una parte di connessione 203 e regolate per la modalità ottica. Una fibra 2 a modalità singola con una differenza elevata di indice di rifrazione specifico e una fibra 1 a modalità singola usuale con una differenza bassa di indice di rifrazione specifico sono collegate in corrispondenza di una parte di connessione 201. Dato che i due indici di rifrazioneΔ 1 eΔ 2 sono differenti (Δ 2 <Δ 1), una parte dell'agente drogante per il controllo di indice di rifrazione (per esempio, GeO2) del nucleo della fibra 2 a modalità singola avente la differenza elevata di indice di rifrazione specifico viene diffusa e fatta fuoriuscire dal rivestimento e una regione 4 di diffusione del nucleo viene formata in corrispondenza delle vicinanze della parte di connessione, tramite il modo in cui la parte esterna più vicina alla parte di connessione 201 della fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico viene riscaldata da una sorgente di calore (non mostrata da una figura). Tramite la regione 4 di diffusione, vengono regolati i due diametri di campo di modalità vicino alla parte di connessione 201 delle fibre ottiche 1 e 2.

La guida d'onda ottica 3 con l'indice di rifrazione specifico elevato ha la costituzione in cui il nucleo di una sezione rettangolare è costruito nel rivestimento 53 formato su un substrato 7. Al substrato 7, sono applicabili semiconduttore (Si, GaAs, InP, ecc.), vetro (vetro di quarzo, vetro a componenti multipli, ecc), sostanza dielettrica (LiN6O3, LiTaO3, ecc.), sostanza magnetica (Bi:YIG, YIG, ecc.), plastica (resina epossidica, policarbonato, Teflon, ecc.) e così via. Il materiale sopra menzionato può essere applicato al nucleo 63 e al rivestimento 53.

Successivamente, viene descritto nel seguito un esempio del dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina a cui viene applicata la fibra ottica sopra menzionata per la regolazione di modalità.

Un substrato di Si viene usato per il substrato 7 e SiO2 per il rivestimento 63. E, SiO2 includente GeO2 drogato al suo interno viene usato per il nucleo 63. La differenza Δ 1 di indice di rifrazione specifico è del 2% e lo spessore e la larghezza del nucleo 63 sono 3 pm. SiO2 includente GeO2 drogato al suo interno viene usato per il nucleo 62 e il suo diametro è 3 pm. SiO2 viene applicato al rivestimento 52 e il suo diametro è 125 pm. La differenza di indice di rifrazione specifico della fibra ottica 2 ha lo stesso valore del 2% di quello della guida d'onda ottica 3 e la regolazione di modalità viene stabilita in corrispondenza della parte di connessione 203. Una fibra ottica avente un diametro di 10 pm del nucleo 61, un diametro di 125 pm del rivestimento 51 e lo 0,25% della differenzaΔ 2 di indice di rifrazione specifico viene usata per la fibra 1 a modalità singola usuale.

E la regione di diffusione 4 del nucleo formata tramite riscaldamento viene formata come segue. Dapprima, le fibre 1 e 2 vengono collegate tramite la combinazione di fusione utilizzando la scarica ad arco in corrispondenza della parte di connessione 201. Dopo la combinazione di fusione, quando la prima fibra 1 viene lentamente mossa lungo l'asse di A-A' nella direzione verso A, GeO2 vicino alla parte di connessione nel nucleo 62 della fibra 2 viene diffuso nel rivestimento 52 utilizzando il calore della scarica ad arco, mentre si diminuisce la quantità diffusa di GeO2 lungo l'asse di A-A' nella direzione verso A' e quindi viene realizzata la regolazione di modalità in corrispondenza della parte di connessione 201.

Dato che le regolazioni di modalità in corrispondenza delle parti di connessione 201 e 203 vengono realizzate senza provocare alcun problema nella guida d'onda ottica introducendo la costituzione di fornitura della fibra ottica per la regolazione di modalità tra le due fibre ottiche, un segnale di luce 301 che si propaga nella fibra 1 a modalità singola usuale si propaga nella direzione verso A' senza riflessione e un segnale di luce 303 viene emesso dall'altra faccia terminale della guida d'onda ottica 3.

Le figure 2(a) e 2(b) mostrano la costituzione della seconda forma di realizzazione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina tramite la presente invenzione. La figura 2(a) è una vista in pianta e la figura 2(b) è una pianta in sezione vista nel piano di sezione A-A’ della figura 2(a). Nella forma di realizzazione, un gruppo di fibre 2 e 1 a spiralina e inoltre un gruppo di fibre 2 ' e 1' a spiralina sono collegate simmetricamente alla faccia terminale sinistra e destra della guida d'onda ottica 3 con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato, rispettivamente. Un segnale di luce 301 che si propaga nella fibra 1 a modalità singola usuale si propaga nella direzione da A a A' senza riflessione e un segnale di luce 305 viene prelevato dalla fibra 1' a modalità singola usuale. Dato che le regolazioni di modalità in corrispondenza delle parti di connessioni 201, 203, 204 e 205 vengono stabilite e le riflessioni di luce vengono soppresse in corrispondenza delle parti di connessione, il segnale di luce viene propagato con perdita bassa. Nelle figure 1(b) e 2(b), anche se la direzione di propagazione del segnale di luce è contraria alla direzione della freccia, la presente invenzione è applicabile.

La figura 3 mostra la terza forma di realizzazione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina tramite la presente invenzione. Nella costituzione come mostrato nella figura 3, la struttura e il procedimento di connessione della fibra 2 a modalità singola con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato e la fibra 1 a modalità singola usuale sono le stesse delle forme di realizzazione descritte nelle figure 1 e 2. Questa forma di realizzazione è differente nell'utilizzo di un circuito 17 di guida d'onda ottica con una differenza di indice di rifrazione specifico elevato al posto del circuito a guida d'onda ottico con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato dalle forme di realizzazione descritte nelle figure 1 e 2.

Cioè, un circuito 31 di diramazione ottico per separare i segnali di luce di λ 1 e λ2 viene formato nel circuito 17 di guida d'onda ottico. Un elemento laser 8 a semiconduttore fornito in corrispondenza di un terminale del circuito 31 di guida d'onda ottico con tre terminali emette un segnale di luce di una lunghezza d'onda e il segnale di luce emesso si propaga nella direzione mostrata dalla freccia 101 nel circuito 31 di guida d'onda ottico e si propaga inoltre nella fibra 2 a modalità singola con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato collegata all'altro terminale e alla fibra 1 a modalità singola usuale nella direzione mostrata dalla freccia 102. D'altra parte, un segnale di luce di una lunghezza d'onda λ 2 che si propaga nella direzione mostrata dalla freccia 111 entra nel circuito 17 di guida d'onda ottico attraverso la fibra 1 a modalità singola usuale e la fibra 2 a modalità singola con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato, viene separato dal circuito 31 di diramazione ottico, si propaga nel circuito 17 di guida d'onda ottico nella direzione mostrata dalla freccia 112 e viene ricevuto da un elemento 9 di fotoricezione fornito in corrispondenza del terminale rimanente.

La figura 4 mostra la quarta forma di realizzazione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina dalla presente invenzione. Nella forma di realizzazione, una fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare con la differenza di indice di rifrazione specifico quasi uguale a Δ 1 viene inserita tra la fibra 2 a modalità singola con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato e la fibra 1 a modalità singola usuale e amplifica un segnale di luce 151 emesso da un elemento laser 12 a semicondutture e lo invia nella direzione mostrata dalla freccia 152.

La fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare include almeno un tipo degli elementi delle terre rare Er, Nd, Pr, Yb, Ce, Sm, Ho, Tm, ecc. Solitamente, un tale tipo di fibra ha un diametro di nucleo molto più piccolo e una differenza di indice di rifrazione specifico molto più elevata di quelli della fibra a modalità singola usuale allo scopo di realizzare il grado di amplificazione elevato. Poi, in questa forma di realizzazione, la costituzione del dispositivo è composta cosicché la differenza di indice di rifrazione specifico della fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare viene equalizzata al valore di Δ 1 del circuito 17 di guida d'onda ottica con la differenza di indice di rifrazione specifico elevato. Tramite la costituzione, il circuito 17 di guida d'onda ottico con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico e la fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico vengono collegati l'uno all'altra in corrispondenza della parte di connessione 203 nello stato di costituzione della regolazione di modalità. Inoltre, la fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare e la fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico vengono pure collegate l'una all'altra in corrispondenza della parte di connessione 202 nello stato di costituzione della regolazione di modalità.

Tuttavia, dato che la fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare e la fibra 1 a modalità singola usuale non sono nello stato di costituzione della regolazione di modalità, la regolazione di modalità viene realizzata fornendo la regione di diffusione 4 del nucleo tramite aggiunta di calore alle vicinanze della parte di connessione alla fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare. Inoltre, in corrispondenza del circuito 17 di guida d'onda ottico, vengono forniti l'elemento laser 12 a semiconduttore per emettere la luce per segnali di luce e un elemento laser 13 a semicondutture per emettere la luce per oscillazione di risonanza di luce e i due tipi di luci vengono combinati in un circuito 33 di oscillazione di risonanza di luce ad anello e inviati nella fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico.

Cioè, la luce per segnali di luce proveniente dall'elemento laser 12 a semiconduttore (per esempio, il laser di banda d'onda di 1,55 pm viene usato nell'elemento laser 12 se Er viene usato come gli elementi delle terre rare che devono essere aggiunti alla fibra 14 a modalità singola) va dal nucleo del circuito 17 di guida d'onda ottica come mostrato dalla freccia 151 e si propaga nella fibra come mostrato dalla freccia 152. D'altra parte, la luce proveniente dall'elemento laser 13 a semiconduttore per eccitare l'oscillazione di risonanza di luce (che è una sorgente di luce emettente le luci di lunghezza d'onda di 1,48 pm o 0,98 pm) si propaga nel nucleo della guida d'onda ottica come mostrato dalla freccia 161. Poi, la luce risuona tramite il circuito 33 di oscillazione di risonanza di luce ad anello, si propaga nell'anello come mostrato dalla freccia 162, viene prelevata da un circuito 34 di accoppiamento direzionale ottico come mostrato dalla freccia 163 e si propaga nella fibra come mostrato dalla freccia 164.

Inoltre, il diametro vicino alla parte di connessione 202 della fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare è quasi uguale a quello della fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico.

La costituzione come mostrato nella figura 4 realizza facilmente una trasmissione a distanza lunga e una trasmissione distribuita dato che un segnale di luce viene amplificato. Ed è possibile comporre un sistema di trasmissione ottica altamente affidabile dato che i laser a semiconduttore 12 e 13 funzionano stabilmente a causa di piccola riflessione di luce.

Inoltre, sebbene tali configurazioni di nucleo nel circuito 17 di guida d'onda ottica quali una linea retta, linee parallele, una curva e un anello siano presentate nelle forme di realizzazione, altre configurazioni di nucleo quali una forma di tipo Y possono anche offrire applicazioni efficaci della presente invenzione. E, applicazioni utili della presente invenzione possono essere realizzate anche tramite una costituzione in cui, dopo che la fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare è direttamente collegata al circuito 17 di guida d'onda ottica senza utilizzare la fibra 2 a modalità singola della differenza elevata di indice di rifrazione specifico, la fibra 1 a modalità singola usuale viene collegata alla fibra 14 a modalità singola.

E, un circuito di amplificazione ottico avente il grado più elevato di amplificazione viene realizzato dato che amplificando un segnale di luce 151 nel circuito 17 a guida d'onda ottica diventa possibile costituire il nucleo della guida d'onda ottica 17 con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico contenente elementi delle terre rare.

La figura 5 mostra la quinta forma di realizzazione di un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina dalla presente invenzione. La forma di realizzazione è applicata alla costituzione in cui il circuito di guida d'onda ottica ha almeno un terminale a ciascuno del terminale di ingresso di luce e del terminale di uscita di luce e adotta un accoppiatore 35 a stella ottico con un ingresso e quattro uscite. La fibra 2 a modalità singola è collegata al terminale di ingresso dell'accoppiatore 35 a stella ottico e fibre a modalità singola 21', 22', 23' e 24' con una differenza elevata di indice di rifrazione specifico sono collegate ai quattro terminali di uscita.

Le fibre a modalità singola usuali 1, 11', 12', 13' e 14' sono collegate alle fibre a modalità singola 2, 21', 22', 23' e 24' con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico attraverso le regioni di diffusione 4, 41', 42', 43' e 44' dei nuclei formati tramite aggiunta di calore. Il segnale di luce 301 immesso nella fibra 1 a modalità singola usuale viene disperso in quattro segnali e i segnali vengono emessi come i segnali di uscita 341, 342, 343 e 344 dalle fibre 11', 12', 13' e 14' a modalità singola usuale.

Tramite la presente invenzione, sono attesi gli effetti sotto descritti.

(1) Tramite le caratteristiche della presente invenzione descritte nella prima, seconda o nella quinta forma di realizzazione, la costituzione di un dispositivo ottico diventa semplice e può essere ridotto in dimensioni dato che non è necessario fornire il circuito di regolazione di modalità nella guida d'onda ottica. Inoltre, dato che la differenza di indice di rifrazione specifico della guida d'onda ottica può essere incrementata considerevolmente, è possibile la super-riduzione di dimensione e la riduzione di costo di un dispositivo ottico. E la riduzione di costo tramite produzione di massa è pure possibile dato che molti circuiti ottici e dispositivi ottici possono essere prodotti da un substrato. Inoltre, la qualità elevata di regolazione di modalità viene realizzata semplicemente e a buon mercato dato che il diametro di campo di modalità in corrispondenza della parte di connessione viene regolato diffondendo l'agente drogante di nucleo e la regolazione di modalità viene stabilita da fibre ottiche aventi la struttura cilindrica. Tramite la qualità elevata di regolazione di modalità, la riflessione di luce può essere soppressa e si ottengono le caratteristiche di bassa diafonia e perdita bassa.

(2) Tramite le caratteristiche della presente invenzione descritte nella terza forma di realizzazione, dato che il raggio di curvatura delle configurazioni di nucleo quali una curva, un anello, ecc., nella guida d'onda ottica può essere diminuito a causa dell'indice di rifrazione specifico elevato della guida d'onda ottica basata sulla presente invenzione, lo spessore del rivestimento può essere ridotto tramite miglioramento dell'efficienza di confinamento della luce nel nucleo e può essere realizzata la produzione semplice e a buon mercato della guida d'onda ottica, per non menzionare le caratteristiche di perdita bassa.

(3) Tramite le caratteristiche della presente invenzione descritte nella quarta forma di realizzazione, dato che l'elemento ottico attivo avente un indice di rifrazione elevato tanto quanto la guida d'onda ottica viene fornito nella guida d'onda ottica, un segnale di luce può essere fatto entrare in risonanza nel nucleo. E la fibra contenente gli elementi delle terre rare viene facilmente collegata ed è possibile comporre il sistema di trasmissione ottico avente le caratteristiche di amplificazione elevata e stabilità.

La presente invenzione non è limitata solamente alle forme di realizzazione sopra descritte. Lo spirito e l'ambito della presente invenzione devono essere limitati solamente dai termini delle rivendicazioni apposte. Per esempio, SiOxNyHz o Si3N4 possono essere usati come materiale per il nucleo e per il rivestimento della guida d'onda ottica con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico oltre al materiale di SiO2. E quale differenza di indice di rifrazione specifico della guida d’onda ottica, è anche efficace il valoreΔ 1 dell'1%-5% o il valoreΔ 1 più elevato di quel valore. Quale materiale per il nucleo e per il rivestimento della fibra 2 a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico, possono essere usati il materiale di base SiO2 o di SiO2 contenente almeno uno di GeO2, P2O5, TiO2, Al2O3, ZnO, Zn2O3, B2O3, F, ecc., e come differenza di indice di rifrazione specifico della fibra 2 a modalità singola, il valore Δ 1 dell'1%-5% o il valore Δ 1 più elevato di quel valore è pure efficace. La differenza di indice di rifrazione specifico viene fissata uguale a quella della guida d'onda ottica con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico. E, almeno uno degli elementi delle terre rare quali Er, Pr, Yb, Ce, Sn, Ho, Tm, ecc., è contenuto nel nucleo della guida d'onda ottica con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico. Contenendo tali elementi delle terre rare, la guida d'onda ottica stessa può avere la funzione di amplificazione ottica o di oscillazione di risonanza ottica.

La lunghezza di più di 5 cm è efficace come la lunghezza della fibra a modalità singola con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico e la lunghezza di 50 cm - fino a diversi m è usualmente desiderabile dal punto di vista di trattamento semplice. La lunghezza richiesta della fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare con la differenza elevata di indice di rifrazione specifico dipende dal grado di amplificazione. E il grado di amplificazione dipende dalla quantità degli elementi delle terre rare aggiunti, dalla potenza dell'eccitazione di luce per oscillazione di risonanza, dalla differenza di indice di rifrazione specifico, dal diametro del nucleo e così via. Da quelle condizioni, la lunghezza di più di 10 m e fino a 100 m è desiderabile come la lunghezza della fibra 14. E' ammissibile che ogni diametro della fibra 2 a modalità singola con l'indice elevato di rifrazione specifico, della fibra 14 a modalità singola contenente elementi delle terre rare e della fibra 1 a modalità singola usuale abbia un valore differente, rispettivamente.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina collegata ad un terminale di una guida d'onda ottica, la guida d'onda avente un nucleo avente una sagoma di sezione rettangolare in uno strato di rivestimento di indice di rifrazione più basso di quello del nucleo, un terminale di una prima fibra ottica avente una differenza di indice di rifrazione specifico uguale o quasi uguale a quella di detta guida d'onda ottica è collegata ad un terminale di detta guida d'onda ottica, una seconda fibra ottica avente una differenza di indice di rifrazione specifico inferiore a quella di detta guida d'onda ottica è collegata all'altro terminale di detta prima fibra ottica e detta prima fibra ottica ha lo stesso o quasi lo stesso diametro di campo di modalità di quello di detta seconda fibra ottica in corrispondenza della connessione di detta prima fibra ottica e di detta seconda fibra ottica.
2. 2. Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo la rivendicazione 1, in cui detta guida d'onda ottica ha almeno un terminale in corrispondenza di ciascuna di una regione di terminale di ingresso e di terminale di uscita di detta guida d'onda ottica, e fibre ottiche comprendenti una detta prima fibra ottica collegata serialmente a una detta seconda fibra ottica sono collegate a ogni terminale di dette regioni di terminale di ingresso e di terminale di uscita.
3. 3. Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui almeno una di configurazioni di nucleo di una linea retta, linea parallela, un anello e una forma di tipo Y è formata in detta guida d'onda ottica.
4. 4- Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui almeno un elemento ottico attivo viene fornito in corrispondenza di detta guida d'onda ottica.
5. 5. Dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo la rivendicazione 1 o 4, in cui detta prima fibra ottica è composta di primo e secondo elementi di fibra e detto primo elemento di fibra è collegato a detto terminale di detta guida d'onda ottica e detto secondo elemento a fibra ottica contiene almeno un elemento delle terre rare ed è frapposto tra detto primo elemento a fibra ottica e detta seconda fibra ottica, detto secondo elemento a fibra ottica avendo la stessa o quasi la stessa differenza di rifrazione specifica di quella di detta guida d'onda ottica ed avendo lo stesso o quasi lo stesso diametro di campo di modalità del diametro di campo di modalità di detta prima fibra ottica e di detto primo elemento a fibra in corrispondenza delle sue rispettive connessioni a ciò.
6. 6. Dispositivo ottico secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detta prima fibra ottica contiene almeno un elemento delle terre rare.
7. 7. Procedimento per produrre un dispositivo ottico con una fibra ottica a spiralina secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui i diametri di campo di modalità in corrispondenza della connessione di detta prima e seconda fibre ottiche sono regolati in modo da avere quasi lo stesso valore diffondendo mediante riscaldamento una parte del drogante per controllo dell'indice di rifrazione di un nucleo di detta prima fibra ottica vicino a detta parte di connessione a detta seconda fibra ottica per uguagliare i due diametri di campo di modalità in corrispondenza di detta connessione.