JP2001512244A - Grating-based coupler device - Google Patents

Grating-based coupler device

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JP2001512244A
JP2001512244A JP2000505537A JP2000505537A JP2001512244A JP 2001512244 A JP2001512244 A JP 2001512244A JP 2000505537 A JP2000505537 A JP 2000505537A JP 2000505537 A JP2000505537 A JP 2000505537A JP 2001512244 A JP2001512244 A JP 2001512244A
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fiber
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grating
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Japanese (ja)
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アンソニー・エス・ケウィッチ
ジョージ・ラクルジック
シャオリン・トン
フィル・エイ・ウィレムズ
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アロヨ・オプティクス・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 光波エネルギー用のアド/ドロップフィルタ(10)は、延伸された光ファイバ(30、31、34、35)の合体した長手により規定される非常に細い胴部領域(12)にブラッグ格子(27)を含んでいる。光は、断熱的テーパファイバ(20、21、24、25)を経由して胴部領域を伝播し、胴部の空気−ガラス導波路内において、2つの長手方向に隣接するファイバから2つの直交モードに変化し、一方のファイバからもう一方へ反射される。胴部領域(12)の断面によって、反射されたドロップ波長は、偏光非依存であり、それは対象波長幅に損失ピークを持たない。後方反射は、対象波長幅の外側にシフトしている。高性能の格子は、ファイバの胴部領域を光感応性化して書き込まれる。狭いスペクトル帯域幅の格子は、書き込むビームのa.c.及びd.c.両変化によってアポダイズされる。カプラデバイスには温度補償用の補助構造が正確にアレンジされる。 Abstract: An add / drop filter for light wave energy (10) is a very thin body region (12) defined by the combined length of drawn optical fibers (30, 31, 34, 35). A Bragg grating (27). Light propagates through the barrel region via the adiabatic tapered fibers (20, 21, 24, 25) and within the body's air-glass waveguide, two orthogonally adjacent fibers from two longitudinally adjacent fibers. Mode and is reflected from one fiber to the other. Due to the cross section of the torso region (12), the reflected drop wavelength is polarization independent, it has no loss peak in the wavelength range of interest. The back reflection is shifted outside the target wavelength width. High performance gratings are written with the body region of the fiber sensitized. The narrow spectral bandwidth grating provides a. c. And d. c. Apodized by both changes. Auxiliary structures for temperature compensation are accurately arranged in the coupler device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の背景 (技術分野) 本発明は、光波伝播システム及び電気光学装置を利用したデバイス、詳述すれ
ば、フィルタリング、結合及びその他の機能を行う格子利用型デバイス(grating
-assited devices)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to devices utilizing lightwave propagation systems and electro-optical devices, and more particularly, to grating-based devices that perform filtering, combining and other functions.
-assited devices).

【0002】 (背景技術) 本出願は、発明の名称を「波長選択型光カプラ」として、1995年8月29
日に出願をなした米国特許出願第08/703,357号の一部継続出願、及び、発明の名
称を「波長型光デバイス」として、1995年10月27日に出願をなした米国
特許出願第08/738,068号の一部継続出願であり、発明の名称を「波長分割マルチ
プレクシング用のアド/ドロップフィルタの製作」として、1997年8月4日
に出願をなした米国仮特許出願第60/055,157号の国内優先権を主張してなすもの
であって、これらの出願全てを本願明細書の一部を構成するものとしてここに挙
げておく。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] This application claims the title of the invention as "wavelength-selective optical coupler" on August 29, 1995.
No. 08 / 703,357, filed on Oct. 27, 1995, filed on Oct. 27, 1995, with the title of the invention as "wavelength type optical device". U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 055,157, filed on August 4, 1997, entitled "Production of Add / Drop Filter for Wavelength Division Multiplexing" All of these applications are hereby incorporated by reference as if they were made with the national priority of the issue.

【0003】 現在の通信システムは、光導波路(光ファイバ)をますます利用しているが、
光導波路の高速性、低減衰性及び広帯域幅特性を利用してデータ、ビデオ信号、
オーディオ信号を同時に伝送することができる。これら通信システムの重要な延
長線上に、一本の設置線で多重送受信ができるように一定の波長帯域を個々の波
長に分割する波長分割マルチプレクシングの利用がある。この用途では、バンド
を、別々ではあるが、互いに近接する複数の波長(例えば4,8,又は16本の
異なる波長)に分割できるマルチプレクサ及びデマルチプレクサが必要である。
個々の波長を広域バンド信号に付加し、多重波長信号から一定波長を抽出するた
めには波長選択カプラが必要であり、そのために多くのアド/ドロップフィルタ
(add/drop filter)(この型のデバイスに現在用いられている共通の専門用語で ある)が発展している。
[0003] Current communication systems increasingly utilize optical waveguides (optical fibers).
Utilizing the high speed, low attenuation and wide bandwidth characteristics of optical waveguides, data, video signals,
Audio signals can be transmitted simultaneously. An important extension of these communication systems is the use of wavelength division multiplexing, which divides a certain wavelength band into individual wavelengths so that multiplex transmission and reception can be performed with one installation line. This application requires multiplexers and demultiplexers that can divide the band into multiple, but separate, wavelengths that are close to each other (eg, 4, 8, or 16 different wavelengths).
In order to add individual wavelengths to a wide band signal and to extract a certain wavelength from a multi-wavelength signal, a wavelength selective coupler is required, and therefore many add / drop filters are used.
(add / drop filter), a common terminology currently used for this type of device, is evolving.

【0004】 波長選択性はブラッグ格子に本来備わっているものであるから、当業者は多重
波長信号に関して一定波長を付加又は抽出する、格子を利用したデバイスを工夫
している。典型的な光ファイバは、中心コアと該中心コアを囲繞する低屈折率の
クラッド部による光閉込め特性と導光特性とを利用して、光波を伝播させている
。波動エネルギーは主としてコアを伝播していくが、密に隣接又は接触している
一対の平行なファイバの一つのコア領域にブラッグ格子を用いた多くのアド/ド
ロップフィルタ又はカプラが開発されている。結合領域は、一方のファイバを伝
播する信号が構造の本質的な機能として他方のファイバへ結合されることから、
通常、「消退領域(evanescent)」と呼ばれている。波長選択性は、選択された格
子特性に応じて選択された波長を順方向又は逆方向へ伝送する埋め込まれた格子
によってもたらされる。しかし、現代の通信システムにおいては、このアプロー
チは、多くの機能上及び動作上の制限があり、スペクトル選択性、S/N比、格
子の耐久力、温度安定性及び偏光感応性などの要因が関係している。
Because wavelength selectivity is inherent in Bragg gratings, those skilled in the art have devised grating-based devices that add or extract a constant wavelength for multi-wavelength signals. In a typical optical fiber, a light wave is propagated by utilizing a light confinement characteristic and a light guide characteristic of a central core and a low refractive index cladding surrounding the central core. Although wave energy propagates primarily through the core, many add / drop filters or couplers have been developed that use Bragg gratings in one core region of a pair of closely adjacent or contacting parallel fibers. The coupling region is where signals propagating in one fiber are coupled to the other fiber as an essential function of the structure,
Usually referred to as the "evanescent". Wavelength selectivity is provided by an embedded grating that transmits selected wavelengths forward or backward depending on the selected grating characteristics. However, in modern communication systems, this approach has many functional and operational limitations, with factors such as spectral selectivity, S / N ratio, grating durability, temperature stability and polarization sensitivity. Involved.

【0005】 前述した用途は、新規な理論的概念及び実際の実施に基づくものである。2つ
の融着した異なるファイバの狭い胴部は、各端で結合している一対のテーパ結合
部分の間に形成されている。胴部では、合体したファイバは、一般の市販サイズ
の光ファイバ前駆体を延伸することにより形成され、また、直径があまりに小さ
いため中心コアが事実上消失している。波動エネルギーは、2つの空間的に重な
っている直交モードで合体しているファイバ領域を通って伝達される。モード重
複のエネルギーが伝播しているので、前記結合は、回折格子の如くの結合メカニ
ズムに直面して潜在的には非消退性である。例えば、胴部に書きこまれた反射格
子によって入力ポートでの入力信号の選択された波長のみがドロップポートへと
転送され、その一方、それ以外の全ての波長は、スループットポートに反射され
ることなく胴部を通って伝播する。この反射格子は、消退しない形で2つの光モ
ードの間で光を結合する。このアイデアと構成とから多くの有利な点が導かれる
が、全ての可能性の実現はその他の開発上の要因に依存している。
[0005] The applications described above are based on new theoretical concepts and practical implementations. A narrow body of two fused different fibers is formed between a pair of tapered joints joining at each end. At the barrel, the coalesced fiber is formed by drawing a common commercial size optical fiber precursor, and the diameter is so small that the central core has virtually disappeared. Wave energy is transmitted through the merging fiber regions in two spatially overlapping orthogonal modes. Because the energy of the mode overlap is propagating, the coupling is potentially non-extinguishing in the face of coupling mechanisms such as diffraction gratings. For example, only the selected wavelength of the input signal at the input port is transferred to the drop port by the reflection grating written on the body, while all other wavelengths are reflected to the throughput port. Without propagating through the torso. This reflective grating couples light between the two optical modes in a non-extinguishing manner. Although many advantages are derived from this idea and composition, the realization of all possibilities depends on other developmental factors.

【0006】 例えば、現在の用途では、この概念に基づくアド/ドロップフィルタが、特定
波長に選択的かつ正確に設定できるか、または、調節でき、しかも、帯域幅が限
られている強力な格子を備えて、発送チャンネルにおいて非常に有効であること
、また、温度非感応性にして、コンパクト、低コストであり、選択された波長幅
におけるみせかけの反射又はノイズ左右されないことが必要である。ドロップ効
率が高く、偏光依存性が小さいことも特に重要である。これらの動作上の特性を
充足すると同時に、非常に小さいサイズで高感度の装置を繰り返して生産できる
ようにするにはさらなる革新が必要である。
[0006] For example, in current applications, add / drop filters based on this concept provide a powerful grating that can be selectively and accurately set or tuned to a particular wavelength and that has a limited bandwidth. In essence, it needs to be very effective in the shipping channel, be temperature insensitive, compact, low cost, and be immune to apparent reflections or noise in the selected wavelength width. It is also particularly important that the drop efficiency is high and the polarization dependence is small. Further innovations are needed to meet these operational characteristics, while at the same time allowing the repeated production of very small size and sensitive devices.

【0007】 (発明の開示) 本発明によると、格子を利用した非対称融合型カプラの光学特性と性能とは、
カプラの胴部の物理特性に大きく依存している。例えば延伸の間に形状制御する
ことにより、或いは、格子を暴露後にカプラの胴部に恒久的なねじりを加えるこ
とにより、ドロップ波長の偏光非依存性を満足することができる胴部できる。さ
らに、直径の細い胴部では、カプラの繊細さにより直径が不均一になるが、この
大きさの変化は、レーザによるトリミングによって、又は、屈折率補償型格子を
刻印すること(impressing)によって補償することができるのが判明した。さらに
、格子の性能は、格子の書きこみプロセスの間に光感応性ガスを内部拡散するこ
とによって劇的に増強させることができる。スペクトル特性を向上するには、格
子は、変調された(a.c.)強度のUVビームと一定(d.c.)強度のUV
ビームとで同時に書き込みを行うことにより、アポダイズ(apolize)すると共に 、漏らさない(unchirped)。胴部領域のサイズ及びその他の特性を選択すること によって、カプラのドロップ波長は、後方反射波長から十分に分離され、その後
の波長は、対象周波数帯の外側に位置するものとなる。
(Disclosure of the Invention) According to the present invention, the optical characteristics and performance of an asymmetric fusion coupler utilizing a grating are as follows:
It is highly dependent on the physical properties of the body of the coupler. For example, by shaping the shape during stretching or by applying a permanent twist to the body of the coupler after exposing the grating, a polarization independent of the drop wavelength can be achieved. In addition, in the case of a small diameter body, the diameter of the coupler becomes non-uniform due to the fineness of the coupler, but this change in size is compensated for by trimming with a laser or by impressing a refractive index compensation type grating. It turns out that you can. Furthermore, the performance of the grating can be dramatically enhanced by in-diffusing the photosensitive gas during the grating writing process. To improve the spectral properties, the grating comprises a modulated (ac) intensity UV beam and a constant (dc) intensity UV beam.
By simultaneously writing with the beam, it is apolized and ununchired. By choosing the size and other properties of the torso region, the drop wavelength of the coupler is well separated from the back-reflected wavelength, with subsequent wavelengths located outside the frequency band of interest.

【0008】 これらの特性とさらに波長の調整可能性を持つ微小なカプラは、格子書きこみ
のためにカプラ胴部に光学的アクセスが可能なプリパッケージ構造内に納められ
ている。異なる熱膨張係数を有する物質からなる延伸された構造によってドロッ
プ波長の温度依存性が決められる。さらに、その構造を微調整することによって
ドロップ波長が精密に調整され、続いて、要求される温度範囲にわたって維持さ
れる。
[0008] A microcoupler having these characteristics and also the tunability of the wavelength is housed in a prepackaged structure that allows optical access to the coupler body for grid writing. The temperature dependence of the drop wavelength is determined by the stretched structures made of materials having different coefficients of thermal expansion. Furthermore, the drop wavelength is finely tuned by fine-tuning its structure and subsequently maintained over the required temperature range.

【0009】 本発明による光ファイバ式波長ルータは、アド/ドロップフィルタとしてここ
で通常呼称する波長選択型フィルタである。異なる波長で多重チャンネルを利用
するそのようなデバイスによって、選択された波長チャンネルが低損失かつ高効
率で第1光ファイバに指向される一方、同時に波長チャンネルの残りを第2光フ
ァイバに伝送される。例えば、スイッチ、多重チャンネル・ルータ、交差接続器
などの他の用途に上記概念が用いることができるが、アド/ドロッププフィルタ
に適用すれば、波長分離多重送信(WDM)システムにおけるマルチプレクサ及
びデマルチプレクサとして最大利益が直接もたらされるであろう。
The optical fiber type wavelength router according to the present invention is a wavelength selection type filter which is usually called here as an add / drop filter. With such a device utilizing multiple channels at different wavelengths, the selected wavelength channel is directed to the first optical fiber with low loss and high efficiency, while simultaneously transmitting the remainder of the wavelength channel to the second optical fiber. . For example, the above concepts can be used in other applications such as switches, multi-channel routers, cross-connectors, etc., but when applied to add / drop filters, multiplexers and demultiplexers in wavelength division multiplexing (WDM) systems. The maximum profit will be brought directly.

【0010】 図1は、この装置の物理的構造を示している。融着型カプラは第1ファイバ3
1、35と第2ファイバ30、40とからなり、両者の結合領域12は互いに異
質であると共に、屈折率格子27が刻印されている。2つのファイバは、融着領
域の周辺において局所的にその一方を20%だけ先細にすることで異質なものと
してもよい。上部ファイバ31の単モードコアから始められた光は、胴部で公称
伝播ベクトルβ1を伴うLP11モードで断熱的に放出され、出力ファイバ35の 単モードコアから断熱的に返ってくる。下部ファイバ30の単モードコアから始
められた光は、胴部でわずかばかりの伝播ベクトルβ2を伴うLP01モードで断 熱的に放出され、出力ファイバ34の単モードコアから断熱的に返ってくる。屈
折率格子27がカプラの胴部に刻印される場合や、λiの特定波長で格子周期値 Λgからの反射について下記のブラッグ則を満足するβ1とβ2の波長が選択され る場合には、
FIG. 1 shows the physical structure of the device. The fusion type coupler is the first fiber 3
1 and 35 and second fibers 30 and 40, the coupling regions 12 of which are different from each other, and the refractive index grating 27 is imprinted. The two fibers may be heterogeneous by tapering one locally by 20% around the fusion zone. Light initiated from the single mode core of the upper fiber 31 is adiabatically emitted in the LP 11 mode with a nominal propagation vector β 1 at the body and returns adiabatically from the single mode core of the output fiber 35. The light started from a single-mode core of the lower fiber 30, is released just slightly propagation vector beta 2 the accompanying LP 01 mode in the cross-sectional thermally in barrel, back from the single-mode core of the output fiber 34 to the adiabatic come. When the refractive index grating 27 is engraved on the body of the coupler, or when the wavelengths of β 1 and β 2 that satisfy the following Bragg's rule for reflection from the grating period value Λ g at a specific wavelength of λ i are selected In

【数1】 (Equation 1)

【0011】 第1ファイバ31の単モードコアにおける波長λiでの光エネルギーは、第2フ ァイバ30の単モードコアにおける格子により継続的に反射(reflected non-eva
nescently)される。この反射及びモード変更結合プロセスのスペクトル応答性や
効率は、格子との光モードの継続的な結合強さにより決定される。入力モードの
波長が
The light energy at the wavelength λ i in the single mode core of the first fiber 31 is continuously reflected (non-evaded) by the grating in the single mode core of the second fiber 30.
nescently). The spectral responsiveness and efficiency of this reflection and mode change coupling process is determined by the continuous coupling strength of the optical mode with the grating. Input mode wavelength

【数2】 となるようにλjに離調された場合では、もはやブラッグ則を満足せず、第1フ ァイバ31における入力モードは、カプラの胴部を通って伝わり、第2ファイバ
34への漏れが最小の状態で第1ファイバの出力モードとして再現される。これ
らの波長についてカプラは透明、即ち、結合が生じず、2つの融着されたファイ
バは光学的には独立なままとなる。そのため、結合領域12において格子周期に
よって定まる特定波長λiにおいてのみ第1ファイバ31、35の外で結合され る。
(Equation 2) When detuned to λ j so that the Bragg rule is no longer satisfied, the input mode in the first fiber 31 propagates through the body of the coupler and the leakage into the second fiber 34 is minimized. Is reproduced as the output mode of the first fiber. For these wavelengths the coupler is transparent, i.e. no coupling occurs and the two fused fibers remain optically independent. Therefore, the light is coupled outside the first fibers 31 and 35 only at the specific wavelength λ i determined by the grating period in the coupling region 12.

【0012】 隣接するファイバへの光の後方結合に加えて、典型的には格子により式2|β 1 (λ2)|=kgと2|β2(λ3)|=kgから得られる別の波長ではいくらかの
光を元のファイバに後方反射している。λ2とλ3とを対象動作範囲の波長外とす
るために、β1とβ2との間の差異は十分に大きくなる。導波路が強く合体するか
、又は融着されたカプラの胴部の寸法が小さくなるにつれて、その差は増加する
。このような一般的な傾向を図3に示すが、これによって導波路の固有モードに
ついての隣接する特性曲線間の垂直軸の分離は、直径がより小さくなる(Vより
も小さい)と一般に増加する。この差は、空気−ガラスの光導波路についてのL
01とLP11モードに実質的に対応するβ1とβ2であるカプラの小さい胴部で最
大値をとる。図3に示しているように、LP01モードは、HE11 e、HE11 oモー
ドと共通する表現であり、LP11モードは、HE21 e、HE21 oとEH01 oモード と共通の表現である。これらは、カプラの胴部の如くの周期的な対称性を示さな
い導波路構造におけるこれらのLPモードに関する点で技術的に共通する。
[0012] In addition to back coupling of light to adjacent fibers, the grating typically has the form 1 (ΛTwo) | = KgAnd 2 | βTwoThree) | = KgAt some other wavelength obtained from
Light is reflected back to the original fiber. λTwoAnd λThreeAre outside the target operating range.
To be β1And βTwoThe difference between is large enough. Do waveguides coalesce strongly?
Or the difference increases as the size of the fused coupler body decreases
. Such a general tendency is shown in FIG.
The vertical axis separation between adjacent characteristic curves for smaller diameters (less than V)
Also small) and generally increase. This difference is the difference between L and L for the air-glass optical waveguide.
P01And LP11Β substantially corresponding to the mode1And βTwoWith the small body of the coupler
High value. As shown in FIG.01The mode is HE11 e, HE11 oMo
Is the same expression as LP11The mode is HEtwenty one e, HEtwenty one oAnd EH01 oThis is a common expression with mode. They do not exhibit periodic symmetry, such as the body of a coupler.
In terms of these LP modes in different waveguide structures, they are technically common.

【0013】 さらに、横に非対称な格子の傾角を選択して、LP01モードのLP01モードへ
、及びLP11モードのLP11モードへの後方反射での結合強さを減じることがで
きる。傾角の選択におけるその他の考察としては、LP01モードからLP11モー
ドへ、またLP11モードからLP01モードへのモード変換の効率を最大にするこ
とである。後方反射の結合を最小にする典型的な角度は、3〜5°であるが、カ
プラの胴部の直径が減少するとその角度は増加する。この角度はドロップ効率を
最大にする角度とわずかに異なっている。
Furthermore, next to select the inclination angle of the asymmetric grating, the LP 01 mode LP 01 mode, and can reduce the bond strength at the back reflection into LP 11 mode LP 11 mode. Other consideration in inclination of the selection, from LP 01 mode to the LP 11 mode, also is to maximize the efficiency of the mode conversion to the LP 01 mode from the LP 11 mode. A typical angle that minimizes back reflection coupling is 3-5 °, but increases as the diameter of the coupler body decreases. This angle is slightly different from the angle that maximizes drop efficiency.

【0014】 この光ファイバカプラを構成するには、2つの部分的に異なるファイバを典型
的には直径1〜50μmの狭い胴部が形成されるように融着して、当該融着領域
に複合導波路の少なくとも2つのスーパーモード又は固有モードに対応する導波
路を形成する。複合導波路構造により支持されるスーパーモードの数は、構造の
屈折率プロファイルと寸法により決定される。この導波路構造において直径が劇
的に減少する場合には、光案内特性は空気−ガラス導波路のそれに似てくる。こ
の簡易化されたステップ指数(step index)型の導波路におけるモード伝播の様子
はV数で部分的に表され、それは導波路コアの半径が減少すると減少し、波長λ 0 、コア指数ncoreとクラッド指数ncladに依存する。即ち、
To construct this optical fiber coupler, two partially different fibers are typically used.
Specifically, fusion is performed so that a narrow body portion having a diameter of 1 to 50 μm is formed, and the fused region is formed.
Waveguides corresponding to at least two supermodes or eigenmodes of the composite waveguide
Form a road. The number of supermodes supported by the composite waveguide structure is
Determined by the refractive index profile and dimensions. In this waveguide structure, the diameter
In the case of a dramatic reduction, the light guiding properties resemble those of an air-glass waveguide. This
Of mode propagation in a simplified step index waveguide
Is partially represented by the V number, which decreases as the radius of the waveguide core decreases, and the wavelength λ 0 , Core index ncoreAnd cladding index ncladDepends on. That is,

【数3】 (Equation 3)

【0015】 空気−ガラス導波路については、ncore=1.45、nclad=1.0である。
楕円断面の導波路の場合、第1次または低次モードは名目上LP01であり、第2
モードは名目上LP11である。典型的には、そのような導波路により支持される
モードの総数が
For an air-glass waveguide, n core = 1.45 and n clad = 1.0.
For waveguide elliptical cross-section, first-order or low-order mode is nominally LP 01, the second
Mode is nominally LP 11. Typically, the total number of modes supported by such a waveguide is

【数4】 であって、1550nmで直径4μmの胴部においてNは8〜9である時に、よ
り高い次元のモードがカプラの胴部に存在する。しかし、2つの最低次元モード
は、アド/ドロップ動作において本質的に重要である。一般に損失ピークは2以
上のどの高次元モードにおいても現われる。2つの導波路が十分に異なっており
、テーパ遷移領域が十分に長いことから、オリジナルのファイバの単モードコア
に沿って伝わる入力の光モードは、結合領域のスーパーモードに断熱的に放出さ
れる。結合領域を励起すると、導波路によって2つのオリジナルのファイバに分
離されるため、スーパーモードは、オリジナルの光モードに戻って断熱的に放出
される。そこで、光エネルギーは妨害されることなく入力から出力へと通過する
。典型的な非対称のファイバでは、(|β1|−|β2|)/(|β1|+|β2
)=0.005であり、0.01ラジアンのテーパ角によって一つのファイバか
ら他のファイバへの望ましくない光エネルギーの漏れを1%未満にする。非対称
性とするために、同一のファイバの一対は、その一方のファイバを中央領域でい
っぱいに伸ばして(断熱的に予備テーパして)おくことにより異なるものとして
おくことができる。その2本のファイバは、合体するか、又は一つの導波路と結
合領域で接続されるが、2つのファイバは、それらが光学的に独立であるかのよ
うにふるまう。次いで、一方のファイバから他方のファイバへ特定波長の光を転
送するために結合領域に格子が刻まれる。例えば、直径125μmのファイバを
25%だけ先細にして、その後延伸させて、他の直径125μmのファイバと融
着して、テーパ部の長さが2cmであって、直径4.5μm、長さ2cmの胴部
を形成する。得られるテーパ角は、低損失、断熱的テーパ(adiabatic taper)を もたらすのに充分である。UVで書き込んだ格子の周期が0.540μmであれ
ば、一例の装置におけるドロップチャンネルの波長は1550nmレンジである
(Equation 4) And where N is 8-9 in the 1550 nm and 4 μm diameter barrel, higher order modes exist in the coupler barrel. However, the two lowest dimensional modes are essentially important in add / drop operations. Generally, loss peaks appear in any of two or more higher-dimensional modes. Because the two waveguides are sufficiently different and the tapered transition region is long enough, the input optical mode traveling along the single mode core of the original fiber is emitted adiabatically to the supermode of the coupling region . When the coupling region is excited, the supermode is emitted adiabatically back to the original optical mode because it is separated by the waveguide into the two original fibers. There, light energy passes unimpeded from input to output. In a typical asymmetric fiber, (| β 1 | − | β 2 |) / (| β 1 | + | β 2 |
) = 0.005, and a taper angle of 0.01 radians will result in less than 1% unwanted light energy leakage from one fiber to another. For asymmetry, the same pair of fibers can be made different by leaving one fiber fully stretched (adiabatic pre-tapered) in the central region. The two fibers coalesce or are connected in a coupling region with one waveguide, but the two fibers behave as if they are optically independent. A grating is then cut into the coupling area to transfer light of a particular wavelength from one fiber to the other. For example, a 125 μm diameter fiber may be tapered by 25%, then drawn and fused with another 125 μm diameter fiber to have a taper length of 2 cm, a diameter of 4.5 μm, and a length of 2 cm. Of the body. The resulting taper angle is sufficient to provide a low loss, adiabatic taper. If the period of the grating written by UV is 0.540 μm, the wavelength of the drop channel in the example device is in the 1550 nm range.

【0016】 カプラを構成する適当な出発材としてのファイバは、標準の単モードコアファ
イバの光を導く特性(すなわち、N.A.)を維持しながら、光感応性物質を少
なくとも部分的にクラッド領域に拡散することによる従来公知の製法を用いて製
造しうる光感応性クラッドによりある程度特徴付けられることが望ましい。本発
明で用いる堆積処理の目的は、重要なクラッドの体積比までドープすることであ
る。添加不純物(例えば、Ge)がファイバの半径方向に沿って広がれば広がる
ほど、その結果としてカプラの胴部は融着及び引き伸ばし段階のあとに光感応性
が更に高まる。熱的ストレスを最小にし、またドープされたクラッド層中での物
質のミスマッチを最小にしてファイバがドープされることもまた重要である。
The fiber as a suitable starting material that constitutes the coupler may be at least partially clad with a photosensitive material while maintaining the light guiding properties (ie, NA) of a standard single mode core fiber. It is desirable to be characterized to some extent by a light-sensitive cladding that can be manufactured using conventionally known manufacturing methods by diffusing into regions. The purpose of the deposition process used in the present invention is to dope to the critical cladding volume ratio. The more the doping impurities (eg, Ge) are spread along the radial direction of the fiber, the more the resulting body of the coupler becomes more photosensitive after the fusion and stretching steps. It is also important that the fiber be doped with minimal thermal stress and with minimal material mismatch in the doped cladding layer.

【0017】 WDMシステムにより多重ワイドバンド信号を一つの光ファイバ上に伝達させ
ることができるが、但し、そのためには個々の波長が所定値に正確に合わされて
いると共に、高S/N比の狭いバンド幅を有していなければならない。これらの
特性は、アド/ドロップフィルタにより得られるはずであり、上述の出願におい
て開示又は請求範囲に記載された発明は、これらの事項において特に有利である
。しかしながら、技術的な要求はこのあと詳述するように限界に達しており、各
段階で機器を揃えたり、試験をし、焼き付けるようなことをしないで、低コスト
で多量にユニットを生産するには大変な問題が存在している。
A WDM system allows multiple wideband signals to be transmitted over one optical fiber, provided that the individual wavelengths are precisely tuned to predetermined values and that the high S / N ratio is narrow. Must have bandwidth. These properties should be obtained by an add / drop filter, and the invention disclosed or claimed in the above-mentioned application is particularly advantageous in these respects. However, technical requirements have reached the limits as detailed below, and it is not necessary to arrange, test, and burn equipment at each stage, and to produce large numbers of units at low cost. Has a serious problem.

【0018】 前掲の出願に記載され、また、図1に示したように、カプラ10と称されてい
るアド/ドロップフィルタは、光ファイバ前駆体からの延在部で形成される狭い
胴部12を有している。胴部12は、2〜3cmの長さであり、長手方向に合体
した2つの部分的に異なるファイバ14,15からなり、典型的には断面寸法が
10μm未満の合体領域を形成している。この例においては特に、胴部12は、
ダンベル−楕円の複合形状の断面をしており、長軸方向の寸法(A)は10μm
以下であり、短軸方向の寸法(B)は、長軸と短軸との比が0.82となる程度
である。ダンベル−楕円の複合形状(図2)は、ダンベル形状と楕円形状とが互
いにクロスした断面形状に似ている。また、この形状は、「ピーナッツ」や「西
洋なし」形状として最も特徴のある側方非対称形を有している。その非対称性は
、初期のプリテーパによりもたらされる。胴部12における細ファイバ15は、
相対的な寸法は10−30%以上変えることができるが、延伸及び合体の前に引
っ張って伸ばされており、それにより約20%細くなっている(本例において)
。ファイバ14、15の対峙部分の側面を融着し、合体すると、その側面が不規
則になって楕円状になり、オリジナルのファイバの非対称性を温存する。胴部領
域12は、ここでは調和していてただ痕跡としてのオリジナルのコア中心を規定
している基準面の損失を防止するために、ねじれなく延伸されることが望ましい
。露出前にプリパッケージ内にこの基準面を維持することは、格子上に好ましい
傾き非対称をもたらす上で重要なことである。
As described in the above-cited application and shown in FIG. 1, an add / drop filter, referred to as a coupler 10, comprises a narrow body 12 formed by an extension from an optical fiber precursor. have. The body 12 is 2-3 cm long and consists of two partially different fibers 14, 15 merged in the longitudinal direction, typically forming a merged region with a cross-sectional dimension of less than 10 μm. Particularly in this example, the trunk 12 is
It has a cross section of a dumbbell-ellipse composite shape, and the dimension (A) in the long axis direction is 10 μm.
Below, the dimension (B) in the minor axis direction is such that the ratio of the major axis to the minor axis is 0.82. The dumbbell-ellipse composite shape (FIG. 2) resembles a cross-sectional shape where the dumbbell shape and the elliptical shape cross each other. In addition, this shape has a laterally asymmetric shape that is most characteristic as a “peanut” or “western shape” shape. The asymmetry is provided by the initial pretaper. The fine fiber 15 in the body 12 is
The relative dimensions can vary by more than 10-30%, but have been stretched and stretched before stretching and coalescing, thereby reducing by about 20% (in this example).
. When the sides of the opposing portions of the fibers 14, 15 are fused and merged, the sides become irregular and oval, preserving the asymmetry of the original fiber. The torso region 12 is preferably stretched without twist, in order to prevent loss of the reference plane, which is here in harmony and merely defines the original core center as a trace. Maintaining this reference plane in the prepackage prior to exposure is important in providing the desired tilt asymmetry on the grid.

【0019】 胴部12のどの端でも、ファイバは、分離したテーパ結合枝20、21と24
、25とに沿って2、3cmの長さにわたり外側へ拡散テーパ状に延在している
。このテーパは、細い直径の胴部12から直径約90−125μmの太い単モー
ド光ファイバ(図示せず)への断熱部分であり、転移部分である。これらのファ
イバは、プリパッケージにカプラをはんだ付けするために、また最終包装後にカ
プラの張りを正確かつ安定して維持するために、外表面を金属化(図示せず)し
ていることが望ましい。胴部12内には、選択されたドロップ(drop)波長に適し
た所定の周期性を有するブラッグ格子27が記録され、また、胴部12の横寸法
のうち大きな方に関して格子面は傾けられ(通常、3°〜5°)ている。第1テ
ーパ結合枝21の如くの一つの枝に沿って伝播して胴部12に入力する多重波長
は、ブラッグ格子27により選択的にフィルタされて、ドロップ波長のみが第2
テーパ結合枝20に、そして他のファイバ30に結合する。
At any end of the barrel 12, the fibers are separated by separate tapered coupling branches 20, 21 and 24.
, 25 and a diffusion taper outward over a length of a few cm. This taper is a heat-insulating portion from the small-diameter body portion 12 to a thick single-mode optical fiber (not shown) having a diameter of approximately 90 to 125 μm, and is a transition portion. These fibers are preferably metallized on the outer surface (not shown) to solder the coupler to the prepackage and to maintain accurate and stable tensioning of the coupler after final packaging. . In the body 12, a Bragg grating 27 having a predetermined periodicity suitable for the selected drop wavelength is recorded, and the grating surface is inclined with respect to the larger one of the lateral dimensions of the body 12 ( Usually, 3 ° to 5 °). Multiple wavelengths propagating along one branch, such as the first tapered coupling branch 21, and entering the body 12 are selectively filtered by the Bragg grating 27 so that only the drop wavelength is the second wavelength.
It couples to the tapered coupling branch 20 and to another fiber 30.

【0020】 本発明によれば、カプラの形態上の関係や、寸法、特性などは、選択され、改
変すれば多くの有利な特性が同時に得られる。図2を参照すると、前駆体ファイ
バから得られた径小胴部14、15は、細い高屈折率コアを取り囲んでいるオリ
ジナルのクラッド領域を光感応性(8モル%ゲルマニウムが望ましい。)とする
ようドープされ、延伸後はわずかに微細な痕跡としてのコアがあるのみである。
そして、空気−ガラス導波路と呼ばれるものにエネルギーは制限され、伝播され
、ここで「空気」という語は、実際のファイバのまわりを取り囲んでいる、空気
又はなにかその他の媒体を意味している。その空気−ガラス導波路のいくつかの
特性には、多数のアパーチャと多重モードの導波路特性を含んでいる。ファイバ
外への電磁場の半径方向の広がりは点線17で示す。
According to the present invention, the morphological relationships, dimensions, characteristics, etc. of the couplers are selected, and many advantageous characteristics can be obtained simultaneously if modified. Referring to FIG. 2, the small diameter bodies 14, 15 obtained from the precursor fiber are light sensitive (preferably 8 mol% germanium) in the original cladding region surrounding the thin high index core. Doped, and after stretching there is only a slight fine core of the core.
The energy is then limited and propagated to what is called an air-glass waveguide, where the term "air" means air or some other medium surrounding the actual fiber. Some properties of the air-glass waveguide include multiple apertures and multi-mode waveguide properties. The radial spread of the electromagnetic field out of the fiber is indicated by dotted line 17.

【0021】 空気−ガラス導波路領域の胴部において(図2)、光がファイバ31か30の どちらに源を発するかにかかわらず、直交する光モードは隣接するファイバ14
、15の内部を占め、重なりあっている。この完全モード重複のために、格子が
胴部に刻まれた場合には、モードによって格子を完全に重複しているので、結合
は「継続的」(non-evanescent)である。特定のファイバと初めに結合している光
モードは、カプラ胴部にある最初のファイバ領域内に局在してはいない。胴部に
おけるモードによって、ただオリジナルのファイバ材の中においてのみ波を導く
ものではない。
In the body of the air-glass waveguide region (FIG. 2), regardless of whether the light originates at fiber 31 or 30, the orthogonal optical modes are adjacent to fiber 14
, 15 and overlap each other. Due to this perfect mode overlap, if the grid is engraved on the body, the coupling is "non-evanescent" since the modes completely overlap the grid. The optical mode that initially couples to a particular fiber is not localized in the first fiber region in the coupler body. The modes in the torso do not only guide the waves in the original fiber material.

【0022】 カプラの胴部の空気−ガラス導波路特性は、特有の光特性をもたらす。まず、
全ての損失クラッドモードが除かれる。導波路として利用できる空気界面をクラ
ッドしている異なる前駆体光ファイバにより、カプラの胴部は新たな均質なクラ
ッド(空気)を有するが、それは第2の導波路を支持するものではない。胴部は
多重光モードを支持するが、直径が減るのでそれらの数も減る。しかし、非常に
細い直径の胴部によってこの装置の短波長伝達を下げる多数の高次元モードは減
少する。これらのモードは胴部に導かれたものであり、さらに、それらはファイ
バからテーパ部分の断熱遷移領域へと流出し、ただ特定波長において背景損失を
与えるのみである。加えて、格子の適した傾き非対称性により、これらの高次元
モードへの結合強さは劇的に減少させることができるか、又は完全に抑えること
ができる。
The air-glass waveguide properties of the body of the coupler provide unique optical properties. First,
All lossy cladding modes are eliminated. With a different precursor optical fiber cladding the air interface that can be used as a waveguide, the body of the coupler has a new homogeneous cladding (air), which does not support the second waveguide. The torso supports multiple light modes, but their number is also reduced due to the reduced diameter. However, many high dimensional modes that reduce the short wavelength transmission of the device due to the very small diameter barrel are reduced. These modes are guided to the barrel, and furthermore, they flow out of the fiber into the adiabatic transition region of the tapered section, only providing background loss at certain wavelengths. In addition, due to the suitable tilt asymmetry of the grating, the coupling strength to these higher-dimensional modes can be dramatically reduced or completely suppressed.

【0023】 図3は、楕円形で円筒状のカプラの胴部についてのモードダイアグラムを解析
して明らかになった特性を示している。どの曲線も一つの導波路に支持される一
つの特定モードを表わしている。図3は、文献(Lewis, J.E. and G. Deshpande
, 「Modes on elliptical cross-section dielectric tube waveguides」, Micr
owaves, Optics, and Acoustics, Vol.3, 1979, pp.147-155)からのものであり
、カプラの楕円率0.9(すなわち、本カプラの例である0.82より大きい)
である胴部のモードについて標準化された伝播定数を示している。図3(A)は
、奇数モードを示しており、図3(B)は偶数モードを示している。横軸は、導
波路のV数に対応し、縦軸は、導波路における個々の光モードの屈折率に形式上
相当するβ/β0=neffに対応する。
FIG. 3 shows the characteristics revealed by analyzing the mode diagram of the body of the elliptical cylindrical coupler. Each curve represents one specific mode supported by one waveguide. Figure 3 shows the literature (Lewis, JE and G. Deshpande
, `` Modes on elliptical cross-section dielectric tube waveguides '', Micr
owaves, Optics, and Acoustics, Vol. 3, 1979, pp. 147-155), and the ellipticity of the coupler is 0.9 (ie, greater than 0.82 which is an example of the present coupler).
Fig. 9 shows a standardized propagation constant for a torso mode. FIG. 3A shows the odd mode, and FIG. 3B shows the even mode. The horizontal axis corresponds to the V number of the waveguide, and the vertical axis corresponds to β / β 0 = n eff which formally corresponds to the refractive index of each optical mode in the waveguide.

【0024】 導波路特性は、違ったモード表現によって表わすこともできる。例えば、LP 01 (線形偏光)モードは、偶数及び奇数のHE11モードの線形結合に相当し、L
11モードは偶数および奇数のEH01モードとHE21モードの線形結合に相当す
る。LPモードの記述は、偏光の振る舞いを解析するときに役立つ。楕円形導波
路のモード発生特性は、LPモードの記述によりなじみやすい。
The waveguide characteristics can also be represented by different mode expressions. For example, LP 01 (Linear polarization) mode is for even and odd HE11Corresponding to a linear combination of modes, L
P11The modes are even and odd EH01Mode and HEtwenty oneEquivalent to a linear combination of modes
You. The description of the LP mode is useful when analyzing the polarization behavior. Elliptical waveguide
The mode generation characteristics of the road are more familiar with the description of the LP mode.

【0025】 これらの特性曲線の傾斜は、直径の変化量に対する有効モード指数の一定の感
度である。感度が大きくなればなるほど、与えられた直径が不均一なためにブラ
ッグ格子の漏れと広がりは大きくなる。より小さい直径(より小さいV数)のカ
プラによって勾配は増し、直径による感度も増す。さらに小さい直径のカプラの
さらに挑戦的な均一直径の要件により狭いスペクトル幅の格子を実現させる。加
えて、LP01モードとLP11モードの有効指数との間の隔たりが増え、これはド
ロップ波長と後方反射波長(以下に言及するように重要なもの)との間のさらに
大きな波長の隔たりに対応する。これらのモードと別の全高次元モードとの間の
隔たりもまた増加しており、それによって高次元モードとの結合に連動している
損失ピークが関心のあるスペクトル領域(例えば、1530−1560エルビウ
ム・ドープのファイバ・アンプ(EDFA)のウインドウ)の外へ出ることを確
実にする。
The slope of these characteristic curves is a constant sensitivity of the effective mode index to the change in diameter. The greater the sensitivity, the greater the leakage and spread of the Bragg grating due to the unevenness of the given diameter. With smaller diameter (lower V number) couplers, the slope is increased and the sensitivity by diameter is also increased. The more challenging uniform diameter requirements of smaller diameter couplers allow for narrower spectral width gratings. In addition, increasing separation between the effective indices of the LP 01 mode and the LP 11 mode, which further separation of large wavelength between dropped wavelength and the backward reflection wavelength (important ones as mentioned below) Corresponding. The gap between these modes and all other high-dimensional modes has also been increased, so that the loss peaks associated with coupling to the high-dimensional modes will cause the loss of spectral regions of interest (eg, 1530-1560 erbium. Make sure to get out of the doped fiber amplifier (EDFA) window.

【0026】 ファイバ格子とは違って、格子利用型(grating assisted mode)カプラに損失 を与えるクラッドモードがないが、それは、カプラ材を実際に被覆するもの(典
型的には空気)が別の光モードを支持する第2の導波路構造を有していないため
である。ただドープされたシリカ製カプラの胴部によってのみ光伝播を支持する
[0026] Unlike fiber gratings, there is no cladding mode that causes loss in a grating assisted mode coupler, but it is the one that actually coats the coupler material (typically air) that has separate optical This is because it does not have the second waveguide structure supporting the mode. Light propagation is supported only by the body of the doped silica coupler.

【0027】 格子利用型カプラによって特定波長であるファイバからいくつかのファイバ内
へ光を反射(後方反射)し、また異なる波長であるファイバからその他のファイ
バへ光を反射(アド/ドロップ)する。アド/ドロップ応答によって一つのファ
イバから他のファイバへと光を送るために必要な波長を導くが、その一方、後方
反射の応答は、普通、望ましくないものである。そこで、後方反射によって生じ
る波長は、アド/ドロップフィルタの作動波長領域の外にあるべきである。例え
ば、深いWDM用途の1530−1565波長範囲では、後方反射波長は153
0nm未満であるか又は1565nmを越えるべきであり、又は活動波長チャン
ネル間の波長にあるべきである。後方反射/ドロップの波長分離能は18nm以
上であるべきである。
The grating-based coupler reflects light from a fiber of a specific wavelength into some fibers (back reflection), and reflects light from a fiber of a different wavelength to other fibers (add / drop). While the add / drop response steers the wavelength required to send light from one fiber to another, the back reflection response is usually undesirable. Thus, the wavelength caused by the back reflection should be outside the operating wavelength range of the add / drop filter. For example, in the 1530-1565 wavelength range for deep WDM applications, the back reflection wavelength is 153
Should be less than 0 nm or greater than 1565 nm or at a wavelength between active wavelength channels. The wavelength separation power of back reflection / drop should be 18nm or more.

【0028】 この波長分離作用は、アド/ドロップカプラの胴部を十分に狭く(7μm未満
)することで容易に達成でき、それによって後方反射の波長はドロップの波長か
ら離れる。小さい胴部をもつ融着カプラを製作することにより、LP01モードと
LP11モードの形式的な伝播定数の間の差異は増加する。それゆえ、ドロップと
後方反射の波長分離能もまた増加する。この波長分離能は、オリジナルのファイ
バに特殊なドープを行なった主軸が約3.5μmで断面が楕円形の胴部のものに
ついて15nmを越える。さらに、カプラの胴部の直径を減らすことにより波長
分離能を一層増加させることができる。胴部の直径と波長分離能との間の正確な
関係は、カプラの胴部における実際の形状と正確な屈折率プロファイルとに強く
依存している。一般に、胴部の直径は、5μm未満とするのがよいであろう。し
かし、要求されるカプラにおける胴部の直径についての均一性は、胴部の直径が
小さくなるにつれてますますきびしくなっている。それゆえ、胴部の直径が普通
に選択されるものの場合には後方反射/ドロップの波長分離能はわずかに15n
mより大きくなる。与えられたアド/ドロップフィルタによってドロップピーク
の側に短波長側(プリテーパファイバの入力による)又は長波長側(非プリテー
パファイバの入力による)のいずれかに後方反射のピークを持つ。
This wavelength separation effect can be easily achieved by making the body of the add / drop coupler sufficiently narrow (less than 7 μm), so that the wavelength of the back reflection departs from the wavelength of the drop. By fabricating the fused coupler having a small barrel, the difference between the formal propagation constants of the LP 01 mode and the LP 11 mode is increased. Therefore, the wavelength resolution of the drop and back reflection is also increased. This wavelength separation power exceeds 15 nm for a specially doped original fiber having a main axis of about 3.5 μm and a body having an elliptical cross section. Further, the wavelength separation capability can be further increased by reducing the diameter of the body of the coupler. The exact relationship between barrel diameter and wavelength separation power is strongly dependent on the actual shape and exact refractive index profile of the coupler barrel. Generally, the diameter of the barrel will be less than 5 μm. However, the required uniformity of the torso diameter in the couplers becomes increasingly severe as the torso diameter decreases. Therefore, the wavelength separation of the back reflection / drop is only 15 n if the body diameter is selected normally.
m. A given add / drop filter has a back reflection peak on either the short wavelength side (by the input of the pre-tapered fiber) or the long wavelength side (by the input of the non-pre-tapered fiber) on the side of the drop peak.

【0029】 マルチプレクサ/デマルチプレクサの如くのアド/ドロップにおける多数の遠
隔通信用途のために、このドロップ/後方反射の波長分離能の要求は、実質的に
WDMのチャンネル間隔(例えば、0.8nm又は1.6nm)と似通った分解
能に緩和されている。そのため、波長をファイバからシーケンシャルな方法(例
えば、短波長側から長波長側へ)でデマルチプレクスする場合には大きな分解能
は必要とされない。たとえ長波長側の装置が短波長の後方反射を有している場合
でも、これらの波長でそれらのチャンネルは、すでにファイバから先のアド/ド
ロップフィルタにより引き出されている。そこで、これらのユニットのために、
この胴部の直径は、大きくてもよく、その結果、カプラの直径均一性の許容誤差
は小さくなる。
For many telecommunications applications in add / drop, such as multiplexer / demultiplexer, the requirement for wavelength separation of this drop / back reflection is substantially the channel spacing of WDM (eg 0.8 nm or (1.6 nm). Therefore, when the wavelength is demultiplexed from the fiber by a sequential method (for example, from the short wavelength side to the long wavelength side), a large resolution is not required. At these wavelengths, those channels have already been pulled out of the fiber by the add / drop filter, even if the longer wavelength device has shorter wavelength back reflections. So, for these units,
The diameter of the barrel may be large, so that the tolerance on the diameter uniformity of the coupler is small.

【0030】 大抵の遠隔通信用途にあっては、カプラの偏光特性は重要である。光の場はベ
クトルとして実在する。それは方向を持っている。この方向は、光の場の偏光状
態により定量化される。光信号の偏光は、線形偏光、円偏光、楕円偏光又は非偏
光であってもよい。2つの線形的に偏光された光信号は、電場ベクトルが互いに
垂直である場合、直交偏光される。例えば、LP01モードとLP11モードは、実
質的にx軸、y軸に沿って偏光されていると考えてもよく、ここで、xとyとは
楕円の長軸と短軸である。
For most telecommunications applications, the polarization properties of the coupler are important. The light field exists as a vector. It has a direction. This direction is quantified by the polarization state of the light field. The polarization of the optical signal may be linear, circular, elliptical or unpolarized. Two linearly polarized optical signals are orthogonally polarized if the electric field vectors are perpendicular to each other. For example, LP 01 mode and LP 11 modes is substantially x-axis, may be considered along the y-axis are polarized, where the x and y are the major and minor axes of the ellipse.

【0031】 格子利用型カプラによって、入力ファイバからドロップフィルタへ結合してい
る光の波長に依存する偏光をすぐに表わすことができる。この偏光依存はブラッ
グ格子の領域にあるカプラの胴部の複屈折形成によるものである。一般に、融着
されたカプラの胴部の形式的な伝播定数βは、2つの直交偏光状態にある光のた
めに同一ではない。図4を参照すると、2つの点線で示したピークによってこれ
らの条件下で2つの直交偏光モードの間に波長分離が存在することがわかる。し
かし、確かに胴部の断面形状や屈折率プロファイルについて、偏光依存は消失し
ている(すなわち、|βLP01,x|+|βLP11,x|=|βLP01,y|+|βL
11,y|)。個々には|βLP01,x|が|βLP01,y|と等しくなく、|βLP 11,x |が|βLP11,y|と等しくないにもかかわらず、この式の左辺と右辺とは
等しいことに注意されたし。実際上、直観に反して、カプラの円形断面である胴
部のドロップ波長に関する偏光依存は消失せず、これはLP11モードの偏光縮退
が円形導波路については消失しない(それは、|βLP11,x|≠|βLP11,y
)ためであり、その一方、LP01モードの偏光依存は消失する(|βLP01,x
=|βLP01,y|)。
The input fiber is coupled to the drop filter by a grating type coupler.
The polarization dependent on the wavelength of the light can be immediately represented. This polarization dependence is
This is due to the formation of birefringence in the body of the coupler in the region of the grating. Generally, fusion
The formal propagation constant β of the body of the chosen coupler is the sum of the light in the two orthogonal polarization states.
Not the same. Referring to FIG. 4, this is illustrated by the two dotted peaks.
It can be seen that under these conditions there is wavelength separation between the two orthogonal polarization modes. I
However, the polarization dependence disappears in the cross-sectional shape and refractive index profile of the trunk.
(Ie, | βLP01, x| + | ΒLP11, x| = | ΒLP01, y| + | ΒL
P11, y|). Individually | βLP01, x| is | βLP01, yNot equal to |, | βLP 11, x | is | βLP11, yDespite not equal to |, the left and right sides of this expression are
Note that they are equal. In practice, contrary to intuition, the torso is a circular cross section of the coupler.
The polarization dependence of the drop wavelength of the part does not disappear,11Mode polarization degeneracy
Does not disappear for a circular waveguide (it is | βLP11, x| ≠ | βLP11, y|
), While LP01The polarization dependence of the mode disappears (| βLP01, x|
= | ΒLP01, y|).

【0032】 偏光分解能がドロップ・チャンネルで消失する胴部の一つの断面形状は、短軸
/長軸比が0.8の複合ダンベル−楕円形状である。別の表現としては「洋ナシ
」又は「ピーナッツ」形状が挙げられる。その胴部断面は、所望の断面にするた
めに温度と露出時間について可変であって、高度に制御され繰り返し加熱できる
加熱源のもとで偏光特性が消えるまで行なわれる加熱により融着されたカプラを
張力下で延伸して得られる。加熱源の例としては、周知の加熱源で、またCO2 (炭酸)ガスレーザ、ガス火炎や抵抗ヒータが望ましい。また、別の胴部の断面
は、複合ダンベル−楕円形状がすぐに製作された以外は、偏光依存を除くために
提案されているものである。胴部についてかなり精密な形状非対称性、望ましく
は楕円形状を有するカプラの生産によって偏光依存を<<0.1nmに減らせる
ことを証明した。現在のアド/ドロップフィルタは、アド/ドロップ波長の偏光
分離能が0.05nm未満となることを確実にする方法により製造された。その
装置の動作は、偏光分離能の数倍、又は約0.2nmのFWHMバンド幅を有す
る格子のために実質的に偏光非感応性である。そこで、伝播光スペクトルは、入
力信号の偏光について独立である。図5に示されるように、その条件下で直交偏
光モードは、単一ドロップ波長と合体する。
One cross-sectional shape of the body where polarization resolution disappears in the drop channel is a composite dumbbell-elliptical shape with a short axis / major axis ratio of 0.8. Another expression includes a "pear" or "peanut" shape. The body cross section is variable in temperature and exposure time to achieve the desired cross section, and is fused by heating performed under a highly controlled and repeatedly heatable heating source until the polarization characteristics disappear. Is stretched under tension. Examples of the heating source include a known heating source, and a CO 2 (carbon dioxide) gas laser, a gas flame or a resistance heater is preferable. Another torso section is proposed to eliminate polarization dependence, except that a composite dumbbell-elliptical shape was immediately fabricated. It has been demonstrated that the polarization dependence can be reduced to << 0.1 nm by the production of couplers having fairly precise shape asymmetry for the body, preferably an elliptical shape. Current add / drop filters are manufactured by a method that ensures that the polarization separation power of the add / drop wavelength is less than 0.05 nm. The operation of the device is substantially polarization insensitive due to the grating having a FWHM bandwidth of several times the polarization separation power, or about 0.2 nm. Thus, the propagating light spectrum is independent of the polarization of the input signal. As shown in FIG. 5, under that condition the orthogonal polarization modes coalesce with a single drop wavelength.

【0033】 別の場合として、融着されたカプラの偏光依存が残存する場合には、図4に示
すように、格子を含む領域の融着されたカプラの胴部をねじることによって劇的
に減少できる。その他の場合としては、UV格子の望ましい書き込み条件(例え
ば、偏光や強度)において、偏光依存をUV露光によって取り除くことができる
。UV露光処理によりガラス中に複屈折物質を生成し、その複屈折物質によりカ
プラの胴部の複屈折性形成を補償することができる。
In another case, if the polarization dependence of the fused coupler remains, dramatically twisting the fused coupler body in the region containing the grating, as shown in FIG. Can be reduced. In other cases, at the desired writing conditions of the UV grating (eg, polarization and intensity), the polarization dependence can be eliminated by UV exposure. A birefringent substance is generated in the glass by the UV exposure treatment, and the birefringent substance can compensate for the formation of birefringence in the body of the coupler.

【0034】 胴部の直径が不均一であると、カプラの胴部にある反射格子の応答性がしばし
ば望ましくない「漏れ(chirp)」を起こす、又は、スペクトルからしてゆがみが あり、その理由は局所的な伝播定数やドロップ波長が直径の変化するところで変
わることによる。そのため、不均一な胴部にある格子の周期は、均一な胴部にあ
る格子よりも広がったスペクトル幅を持つであろう。1オングストロームのスペ
クトル幅を持つ格子によって、格子を含む胴部の領域を覆い5μmの断面を持つ
カプラの胴部において直径の変化が0.01μm未満であることが必要となる。
同様に、カプラ形状によって、漏れや偏光依存が加わることを阻止するために格
子を含む領域を一定に覆っているべきである。レシプロ型CO2レーザや火炎の 如くの高度に均一な加熱源により高度に均一なカプラの胴部を得ることができる
。別の方法として、カプラの胴部の直径における微小な変化による格子の応答上
の漏れは、局所的なCO2レーザ加熱をして直径変動を矯正することによるか、 カプラ胴部に刻まれた格子周期を局所的に変化させて一定のブラッグ波長を維持
することによるか、又は、格子に沿ったバックグラウンドのd.c.屈折率をレ
ーザ・トリミングすることによる等の本発明によって実質的に減らすことができ
るか、又は有効に消せる。図6に示したように、これらの技術によって、カプラ
の胴部に沿った格子の局所的ブラッグ波長における空間変動を有効に減らせる。
これによって、格子利用型カプラを基礎とした100及び50GHzのWDM用
に必要とされている、狭いバンド幅のアド/ドロップ装置の生産において鍵とな
る問題に直面する。製造プロセスにスケールアップできる方法で直径の不均一性
を決定するために、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡によるか、複素反射率プ
ロファイルから指数プロファイルを復元することによるか、誘導された局所UV
蛍光線量を測定することによるか、反射率の位置と波長への依存性を検討するこ
とによるか、又は、カプラの胴部を横断的に散乱される光のスペクトル及び空間
特性を分析することによって直接測定することができる。
If the diameter of the body is not uniform, the response of the reflection grating in the body of the coupler often causes undesirable “chirp” or spectral distortion. Is due to the local propagation constant and drop wavelength changing where the diameter changes. Thus, the period of the grating on the non-uniform body will have a wider spectral width than the grating on the uniform body. A grating having a spectral width of 1 Angstroms requires that the change in diameter be less than 0.01 μm in the body of the coupler, which covers the region of the body containing the grating and has a cross section of 5 μm.
Similarly, the coupler geometry should provide a constant coverage of the area containing the grating to prevent leakage and polarization dependence. A highly uniform heating source, such as a reciprocating CO 2 laser or flame, can provide a highly uniform coupler body. Alternatively, leakage of the response of the grating due to small changes in the diameter of the body portion of the coupler, either by correcting the diameter variation by the local CO 2 laser heating, engraved on the coupler body part Either by locally varying the grating period to maintain a constant Bragg wavelength, or d. Of background along the grating. c. The refractive index can be substantially reduced or effectively eliminated by the present invention, such as by laser trimming. As shown in FIG. 6, these techniques can effectively reduce spatial variations in the local Bragg wavelength of the grating along the body of the coupler.
This faces a key issue in the production of narrow bandwidth add / drop devices required for 100 and 50 GHz WDM based on grating based couplers. Scanning electron microscopy, atomic force microscopy, by restoring an exponential profile from a complex reflectance profile, or by induced local UV to determine the diameter non-uniformity in a way that can scale up to the manufacturing process
By measuring the fluorescence dose, examining the dependence of reflectivity on position and wavelength, or analyzing the spectral and spatial properties of light scattered across the body of the coupler Can be measured directly.

【0035】 融着されたカプラ内に均一な格子を形成することに加えて、格子のサイドロー
ブ(sidelobes)を減らすため及び隣接するチャンネルのクロストークを消すため には、精密にアポダイズされた格子が必要である。アポダイズされた格子は、W
DMシステムの要求する性能との一致に重要である。アポダイゼーションは、速
度可変の走査法、位相マスクやアポダイズされた位相マスクのディザリングを含
む様々な方法によってできることが知られている。
In addition to forming a uniform grating in the fused coupler, a precisely apodized grating is used to reduce grating sidelobes and eliminate cross-talk between adjacent channels. is necessary. The apodized grating is W
It is important for matching with the required performance of the DM system. It is known that apodization can be achieved by various methods including variable speed scanning, dithering of phase masks and apodized phase masks.

【0036】 アポダイズされた格子は、格子に沿って長手方向における変調の振幅又は屈折
率のa.c.成分を空間的に変動させることにより書き込まれる。しかし、同時
に、格子の望まれない漏れや広がりを避けるために、d.c.屈折率又はバック
グラウンドの屈折率は、非常に均一(0.0001未満の変動)なままにしなけ
ればならない。高くした(raised)コサイン(cos2(z))、sinc2(z)
、及びガウシアン(exp−z2/2σ2)のアポダイゼーション関数は、全て格
子のサイドローブを−30dB以下に減らすのに有効である。
The apodized grating has a modulation amplitude or refractive index a. c. Written by spatially varying the components. However, at the same time, to avoid unwanted leakage or spreading of the grid, d. c. The refractive index or background index must remain very uniform (fluctuations less than 0.0001). Raised cosine (cos 2 (z)), sinc 2 (z)
, And Gaussian (exp-z 2 / 2σ 2 ) apodization functions are all effective in reducing the grating sidelobes to -30 dB or less.

【0037】 アポダイズされた格子は、導波路に沿って均一な周期パターンだけでなく、屈
折率の変調振幅の長手方向への変動を示す。格子は、光の伝播方向に沿って徐々
に(格子周期>1000を超えて)ついたり(turn on)、消えたり(turn off)す る。このなめらかな変動の窓(window)関数によって、形状として矩形窓関数を持
つ格子からの結果としてスペクトルのリンギング(ringing)やサイドバンド(side
bands)を減少させる。一般に、フィルタの周波数スペクトルは、フィルタの空間
窓関数のフーリエ変換である。アポダイゼーションを達成する優れた方法は、露
光の走査を用いることであり、全入射強度がコントラストであると同時に格子が
記録されたように光干渉パターンのコントラストは変動する。これを達成するた
めに、胴部領域は、干渉パターンが刻まれている一方、逆方向に伝播しているd
.c.ビームと変調されたa.c.ビームとに同時にさらされている。干渉パタ
ーンと均一なビームの強度の和は一定に保たれ、その結果、屈折率のバックグラ
ウンドにおける変動から生じる望ましくない漏れを消している。図7を見ると、
cos2のアポダイズされた格子について屈折率関数は、格子長さLの全体にわ たる中心線と、下記で得られるものの両極の形式で変動しているアポダイズされ
た周期的波動である。
The apodized grating exhibits a longitudinal periodic variation of the modulation amplitude of the refractive index as well as a uniform periodic pattern along the waveguide. The grating turns on (turns on) and turns off (over the grating period> 1000) along the direction of light propagation. This smooth variation window function allows spectral ringing and sidebands as a result from a grid with a rectangular window function in shape.
bands). In general, the frequency spectrum of a filter is a Fourier transform of the spatial window function of the filter. An excellent way to achieve apodization is to use exposure scanning, where the contrast of the light interference pattern fluctuates as if the grating were recorded while the total incident intensity was in contrast. To achieve this, the torso region has a counter-propagating d
. c. Beam and modulated a. c. Exposure to the beam and at the same time. The sum of the interference pattern and the intensity of the uniform beam is kept constant, thus eliminating unwanted leakage resulting from variations in the refractive index background. Looking at FIG.
For a cos 2 apodized grating, the index function is the apodized periodic wave varying in the form of a bipolar center line over the entire grating length L and obtained below.

【数5】 (Equation 5)

【0038】 a.c.ビームの強度は、A. c. The beam intensity is

【数6】 (Equation 6)

【0039】 さらに、d.c.ビームの強度は、下記式となる。Further, d. c. The beam intensity is given by the following equation.

【数7】 (Equation 7)

【0040】 また、本発明の重要な有利な点は、これから参照して説明する図7ないし図1
0の実施の形態に含まれる特徴に帰する。アド/ドロップカプラ装置50は、ス
テンレス鋼製チューブの円筒状ハウジング52からなり、それは外径(OD)0
.270”で長さ3.67”であり、ハウジング52の内部を「プリパッケージ
」又は支持構造54と呼んでもよい。プリパッケージ構造54は、ハウジング5
2の内側の後から入れる組立部材であるが、光ファイバカプラ53を、格子が記
録され、調節される処理ステップの間じゅう正確に保持する予備の保持器として
用いる。プリパッケージ構造54は、ハウジング52の長手方向に沿って、その
内部に延びており、中央支持部材と光ファイバカプラ53の保持器は、ほぼ中心
軸に沿って位置している。
An important advantage of the present invention is that FIG. 7 to FIG.
0 to the features included in the embodiment. The add / drop coupler device 50 comprises a cylindrical housing 52 of stainless steel tubing, which has an outer diameter (OD) of 0.
. 270 "long and 3.67" long, the interior of housing 52 may be referred to as a "prepackage" or support structure 54. The pre-package structure 54 includes the housing 5
The back-to-back assembly inside the 2, but the fiber optic coupler 53 is used as a spare holder to hold accurately throughout the processing steps where the grating is recorded and adjusted. The prepackage structure 54 extends along the longitudinal direction of the housing 52, and the center support member and the retainer of the optical fiber coupler 53 are located substantially along the central axis.

【0041】 最初の組立て部品として、光ファイバカプラ50の反対側の端は、ハウジング
52の長手の大部分に沿って延びている一対の平行なインバー製ロッド62、6
3の上に間隔を空けて離した黄銅製の端ハブ58、59に固定されている。はん
だ付けと不純物からの解放のためには、ハブ58,59とロッド62、63は、
ニッケルめっきされたもの、望ましくは非電着性金属析出のプロセスによって行
なわれたものであり、それらはハウジング52内の別の要素でもある。
As a first assembly, the opposite end of the fiber optic coupler 50 is a pair of parallel Invar rods 62, 6 extending along most of the length of the housing 52.
3 are fixed to brass end hubs 58, 59 spaced apart above. For soldering and release from impurities, hubs 58, 59 and rods 62, 63 are
Nickel-plated, preferably by a process of electroless metal deposition, they are another element within housing 52.

【0042】 プリパッケージ構造は、間隔を空けて離した一対のベースハブ66、67の端
ハブ58、59の間に置いた介在物を備えており、その一つは端ハブ59に最も
近く、第1インバー製ロッド62にはんだ付けか又は溶接されている。もう一つ
のベースハブ66は、第2ロッド63にあり、第1端ハブ58側方上及び第2ロ
ッド上の参照ハブ69に隣接している。
The prepackaged structure includes an intervening member between the end hubs 58, 59 of a pair of spaced apart base hubs 66, 67, one of which is closest to the end hub 59, Soldered or welded to 1 Invar rod 62. Another base hub 66 is on the second rod 63 and is on the side of the first end hub 58 and adjacent to the reference hub 69 on the second rod.

【0043】 プリパッケージの組立品及び位相調整においては、互いに連動して長手方向に
スライドできる部品のロッドやハブがある。部品の一つは、第1インバー製ロッ
ド62、第1端ハブ58と第2ベースハブ67とからなり、いずれのハブもロッ
ド62上の位置に固定されている。別の組立て品は、第2インバー製ロッド63
、参照ハブ69、第1ベースハブ66と第2端ハブ59とからなる。このように
かみ合わせて、全組立て品は、ブラッグ格子を書き込むために側方に置かれた光
システムに開放されている光カプラ53の胴部領域を納めたジグ(jig)又はトレ イ(図示せず)に置いてもよい。
In the prepackage assembly and phase adjustment, there are rods and hubs that can slide in the longitudinal direction in conjunction with each other. One of the parts comprises a first Invar rod 62, a first end hub 58 and a second base hub 67, all of which are fixed in position on the rod 62. Another assembly is the second Invar rod 63
, A reference hub 69, a first base hub 66 and a second end hub 59. Engaging in this manner, the entire assembly is a jig or tray (shown) containing the torso area of the optical coupler 53 that is open to the optical system placed laterally to write the Bragg grating. ).

【0044】 カプラ53内の光ファイバは、胴部領域から標準の大きさの金属化された光フ
ァイバに接合されている融着部である各端で分岐している。全体の光カプラ53
は、ハウジング52の中心軸の近くに沿って延びており、それによってハブ58
、59、66、67及び69のいずれも備えている半径方向のスロット70を貫
いている。プリパッケージ構造54が適所に置かれたトレイに固定して保持され
ている場合に、カプラ53は、端領域において間隔を空けて離した端ハブ58、
59の中央領域とはんだ付けできる。胴部領域は、光感応性と格子書きこみステ
ップのために安定して構成されている。
The optical fiber in the coupler 53 branches off from the barrel region at each end which is a fusion splice to a standard sized metallized optical fiber. Overall optical coupler 53
Extend near the central axis of the housing 52, thereby providing a hub 58.
, 59, 66, 67 and 69 all pass through a radial slot 70. When the prepackaged structure 54 is fixedly held in a tray in place, the coupler 53 can have end hubs 58 spaced apart in the end region,
It can be soldered to the central area of 59. The torso region is stably configured for light sensitivity and a grid writing step.

【0045】 選択した周期性を持つ胴部領域に格子が書きこまれる場合、そのドロップ波長
は、サブ・ナノメータの精度で調整しなければならず、通常の動作をさせる温度
範囲の実質的に−35℃から85℃の間にわたってドロップ波長を一定とすべき
である。インバー合金は、非常に小さい温度係数しか持たないが、それだけでは
非熱依存性(athermal)を満足できない。プリパッケージに必要なことは、温度 の上昇につれて端ハブ58、59の間の間隔を減らすことである。これによって
張力を減らし、その結果、温度Tの上昇を伴うカプラ胴部における歪みεは下記
式を満足する。
If a grating is written in the body region with the selected periodicity, the drop wavelength must be adjusted with sub-nanometer accuracy, substantially minus the temperature range for normal operation. The drop wavelength should be constant between 35 ° C and 85 ° C. Invar alloys have only a very small temperature coefficient, but by themselves do not satisfy athermal. What is needed for the prepackage is to reduce the spacing between the end hubs 58, 59 as the temperature increases. This reduces the tension, so that the strain ε in the coupler body with increasing temperature T satisfies the following equation:

【数8】 (Equation 8)

【0046】 Geドープのシリカガラスにおいて、温度依存性の主要な寄与は、上記式の右
辺第1項に現れている。それは、有効屈折率neffの温度依存性である。右辺の 第2項は、格子周期の変化への熱膨張の寄与であり、典型的には第1項よりも次
数が小さい。
In the Ge-doped silica glass, the main contribution of the temperature dependence appears in the first term on the right side of the above equation. It is the temperature dependence of the effective refractive index n eff . The second term on the right-hand side is the contribution of thermal expansion to the change in the lattice period, and typically has a smaller order than the first term.

【0047】 ベースハブ66,67が、それぞれその周辺には長手方向に整列した溝72、
73を含んでいること、及び、調整ネジ75が、参照ハブ69と第1ベースハブ
66とを貫いて延びていることが示されている。従って、格子を合わせるために
最初に端ハブ58、59を調整した後、ステンレス鋼製ロッドをベースハブ66
,67にある溝72、73にはんだ付けすることによって波長が固定される。こ
のプリパッケージ内の内部構造によって内部の長さを確定し、このプリパッケー
ジは、内部のステンレス鋼製接続部を通る場合を除き空間的に別に確定されてい
ないが、各端において設置されているインバー製ロッド62、63と異なる熱膨
張係数を有する。ベースハブ66、67はいずれも、それぞれ異なるインバー製
ロッド62、63に結合されているが、格子の周期性を決定する端ハブ58、5
9から各ロッドに沿って異なる間隔を有している。
Base hubs 66, 67 each have a longitudinally aligned groove 72 around its periphery,
73 and that the adjustment screw 75 extends through the reference hub 69 and the first base hub 66. Thus, after first adjusting the end hubs 58, 59 to match the grid, the stainless steel rod is
, 67, the wavelength is fixed by soldering into the grooves 72, 73. The internal structure within the prepackage determines the internal length, which is not spatially fixed except through the internal stainless steel connection, but is installed at each end It has a different coefficient of thermal expansion from the Invar rods 62 and 63. Each of the base hubs 66, 67 is connected to a different Invar rod 62, 63, respectively, but the end hubs 58, 5, which determine the periodicity of the grid.
From 9 there is a different spacing along each rod.

【0048】 適所に置いたステンレス鋼製ロッド80により、ユニットは温度制御されたチ
ャンバ内に挿入され、光スペクトル分析手段によりドロップ波長を読み取る間、
要求される温度範囲を通じてサイクルされる。ドロップ波長の調整を25℃でも
85℃での場合と同じようにするために、調整ネジ75は、参照ハブ69につい
て内向き又は外向きに貫いている。図14に示している最適な実施の形態では、
調整ネジは、参照ハブ69とかみ合っている短いネジ山76と、第1ベースハブ
66とかみ合っている端の第2のネジ山77とを有している。ネジ頭78をもっ
てネジ75を回すと、参照ハブ69とネジのかみ合っている点は長手方向に移動
し、一つのインバー部分の長さが増加又は減少し、それによってステンレス鋼の
部分も増減する。
With the stainless steel rod 80 in place, the unit is inserted into a temperature controlled chamber while reading the drop wavelength by means of optical spectrum analysis.
Cycled through the required temperature range. The adjustment screw 75 extends inward or outward with respect to the reference hub 69 so that the adjustment of the drop wavelength is the same at 25 ° C. as at 85 ° C. In the preferred embodiment shown in FIG.
The adjustment screw has a short thread 76 that meshes with the reference hub 69 and a second thread 77 at the end that meshes with the first base hub 66. As the screw 75 is turned with the screw head 78, the point of engagement of the screw with the reference hub 69 moves longitudinally, increasing or decreasing the length of one Invar section, thereby increasing or decreasing the stainless steel section.

【0049】 光カプラ53を含むプリパッケージ構造54が調整された場合には、それはホ
ルダやトレイから移動して円筒状ハウジング52内に挿入される。プリパッケー
ジ54は、ハウジング52にひだをつけることによって(図7)、第2端ハブ5
9上にハウジング52に関する位置に固定される。ファイバのために開放してい
る中心穴を備えたエンド・キャップ82、83は、ハウジング52の開放端に嵌
装され、適所にはんだ付け又は溶接されている。出口点から外向きに延びている
ファイバは、密閉シールするために端ケージ82、83ではんだ付けされる。装
置の寿命を長くするためには、ハウジング52をシールする前に不活性ガスで満
たしておくことが望ましい。外向きに延びているファイバは、好ましい長さの収
縮自在管87、88によって、もつれや歪みから保護されている。
When the prepackage structure 54 including the optical coupler 53 is adjusted, it is moved from the holder or the tray and inserted into the cylindrical housing 52. The prepackage 54 is provided with the second end hub 5 by pleating the housing 52 (FIG. 7).
9 in a position relative to the housing 52. End caps 82, 83 with center holes open for the fibers are fitted to the open ends of the housing 52 and soldered or welded in place. The fibers extending outward from the exit point are soldered in end cages 82, 83 for hermetic sealing. To extend the life of the device, it is desirable to fill the housing 52 with an inert gas before sealing. The outwardly extending fibers are protected from entanglement and distortion by the preferred lengths of retractable tubes 87,88.

【0050】 包装後におけるカプラ胴部内のクラックの伝播やカプラの破損を減らすために
、カプラは密閉してパッケージしておくべきである。パッケージ内に水が存在す
るとカプラの破損を生じやすい。この問題はカプラに張力をかけてパッケージさ
れる場合に悪化し、それは例えば、温度非依存性の台を備える必要がある場合に
起きる。カプラは、アルゴン、ヘリウム、窒素ガス若しくはこれらの混合ガス、
又は真空からなる群のいずれかでパッケージされていることが望ましい。
The coupler should be hermetically packaged to reduce the propagation of cracks in the body of the coupler after packaging and the breakage of the coupler. If water is present in the package, the coupler is likely to be damaged. This problem is exacerbated when the coupler is packaged under tension, which occurs, for example, when it is necessary to provide a temperature-independent platform. Coupler, argon, helium, nitrogen gas or a mixed gas thereof,
Or, it is desirable to be packaged in any of the group consisting of vacuum.

【0051】 同様にパッケージされたデバイスは、能動的調整メカニズムを付加することに
よって調整できる。本出願人は、米国特許出願第08/703,357号において、互いに
結合しているアド及びドロップポートを有する2つのアド/ドロップフィルタを
用いた低損失な全ファイバの光スイッチに関する工夫を開示している。2つのフ
ィルタのドロップ波長が一致する場合には、第1ファイバからの光は、第2ファ
イバに送られるであろう。フィルタの一つのドロップ波長が離調(de-tuned)され
ていることからもはや2つのドロップピークが一致しない場合には、光は第1フ
ァイバに戻ってくる。そこで、光信号を一方のファイバからもう一方のファイバ
へ交換することができる。瞬時にアド/ドロップフィルタを無調整にする一つの
メカニズムとしては、カプラ胴部への高強度交換ビームを照射することである。
前記ビームが十分に高強度である場合には、胴部の屈折率はカー効果によってほ
とんど瞬時(フェムト秒(10-15秒)の単位)に変化する。交換ビームを変調 することにより、光を急速に一方のファイバからもう一方へ交換できる。この技
術には交換ビームの強度について正確な制御を必要としていない。それはただ、
強度が2つのフィルタを無調整にするのに十分であることを必要としているのみ
である。光ファイバの生産に用いられているシリカガラスは、大きな光学非線形
性を発揮しないため、比較的に高光学的強度が要求される。しかし、特殊なドー
プがされたシリカ、電気的極性を帯びたシリカ、結晶的又はポリマー物質の如く
の他の光学的物質は、この用途に見こみのある候補である。アド/ドロップフィ
ルタを転換させるその他のメカニズムとしては、カプラ胴部をガス、液体、又は
その他の物質で取り囲むことであり、その物の光学特性は、電気的、磁気的、光
学的な制御信号の付加によって変化させることができるものである。一例として
は、液晶であり、その屈折率は電場の印加によって変化する。
[0051] Similarly packaged devices can be adjusted by adding an active adjustment mechanism. Applicants disclose in US patent application Ser. No. 08 / 703,357 a low-loss, all-fiber optical switch using two add / drop filters with coupled add and drop ports. . If the drop wavelengths of the two filters match, light from the first fiber will be sent to the second fiber. If the two drop peaks no longer match because one drop wavelength of the filter is de-tuned, the light returns to the first fiber. Thus, an optical signal can be exchanged from one fiber to another. One mechanism for instantly unadjusting the add / drop filter is to irradiate the coupler body with a high intensity exchange beam.
If the beam is of sufficiently high intensity, the refractive index of the barrel changes almost instantaneously (in units of femtoseconds ( 10-15 seconds)) due to the Kerr effect. By modulating the exchange beam, light can be rapidly exchanged from one fiber to another. This technique does not require precise control over the intensity of the exchange beam. It's just
It only needs to be strong enough to make the two filters untuned. Silica glass used in the production of optical fibers does not exhibit large optical nonlinearity, and therefore requires relatively high optical strength. However, other optical materials, such as specially doped silica, electrically polarized silica, crystalline or polymeric materials, are promising candidates for this application. Another mechanism for converting the add / drop filter is to surround the coupler body with a gas, liquid, or other material whose optical properties are controlled by electrical, magnetic, and optical control signals. It can be changed by addition. An example is a liquid crystal, the refractive index of which changes with the application of an electric field.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の主要部分、すなわち、光導波路のモードや特性を記述す
るに当って有用な本発明によるカプラのテーパ結合枝と胴部領域を単純化及び理
想化した図。
FIG. 1 is a simplified and idealized view of the main part of the invention, namely the tapered coupling branch and body region of a coupler according to the invention, which is useful in describing the modes and characteristics of an optical waveguide.

【図2】 点線で示した導波路に沿って伝播している光波エネルギーの大き
さを表わした、図1におけるカプラの非対称な胴部の拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the asymmetric body of the coupler in FIG. 1, showing the magnitude of light wave energy propagating along the waveguide shown by the dotted line.

【図3(A)】 どのように損失のあるクラッドモードが排除されるか、ど
のようにして減少する波長と後方反射の波長との間に適する分離が達成されるか
、及びどのように直径の均一性の許容誤差がカプラの直径と関係しているかを理
解する上で有用なこれらの装置に採用された導波路に関する標準化された伝播定
数とV数との間の関係を示したもの(奇数モード)グラフ。
FIG. 3 (A) how lossy cladding modes are eliminated, how a suitable separation between the decreasing wavelength and the wavelength of back reflection is achieved, and how the diameter is reduced. Showing the relationship between the standardized propagation constant and the V-number for the waveguide employed in these devices, which is useful in understanding whether the uniformity tolerance of the device is related to the diameter of the coupler ( Odd mode) graph.

【図3(B)】 図3(A)と同様の(偶数モード)グラフ。FIG. 3 (B) is a graph (even mode) similar to FIG. 3 (A).

【図4】 偏光非依存性を伝達する胴部領域においてねじられたカプラの単
純化及び理想化した図。
FIG. 4 is a simplified and idealized view of a coupler twisted in the torso region transmitting polarization independence.

【図5】 ドロップチャンネルスペクトル特性、すなわち、減少チャンネル
の偏光分離特性上でのねじれ効果を表現している、波長に対する反射力の減少を
示す模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a decrease in reflectivity with respect to wavelength, illustrating a torsional effect on the drop channel spectral characteristics, ie, the polarization separation characteristics of the decreasing channel.

【図6(A)】 補正前の典型的な非均一な直径のカプラに沿った局所ブラ
ッグ波長の変化を示す図。
FIG. 6 (A) shows the change in local Bragg wavelength along a typical non-uniform diameter coupler before correction.

【図6(B)】 補正後の局所ブラッグ波長の変化を示す図。FIG. 6B is a diagram showing a change in a local Bragg wavelength after correction.

【図7(A)】 コサイン平方関数又はガウシアン・アポダイゼーション関
数の如くのアポダイズされた格子によるカプラにおけるUVにより誘導された屈
折率変化を示した図(スケールなし)。
FIG. 7A shows UV-induced refractive index changes in couplers with apodized gratings, such as cosine square function or Gaussian apodization function (unscaled).

【図7(B)】 図7(A)と同様の図。FIG. 7 (B) is a diagram similar to FIG. 7 (A).

【図8】 円筒状ハウジングと光ファイバ支持構造又はプリパッケージとを
有する本発明の典型的なカプラの切断斜視図。
FIG. 8 is a cutaway perspective view of an exemplary coupler of the present invention having a cylindrical housing and an optical fiber support structure or prepackage.

【図9】 図8のカプラの側断面図。FIG. 9 is a side sectional view of the coupler of FIG. 8;

【図10】 図8及び図9のカプラにおける波長補償用の微調整機構の部分
側断面図。
FIG. 10 is a partial side sectional view of a fine adjustment mechanism for wavelength compensation in the couplers of FIGS. 8 and 9;

【図11】 カプラのハウジングが密閉的に封じられて、内部のファイバが
保護される方法を示しているカプラの末端部の部分側断面図。
FIG. 11 is a partial cross-sectional side view of the distal end of the coupler showing how the housing of the coupler is hermetically sealed and the fibers inside are protected.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 アド/ドロップフィルタ 12 結合領域(胴部領域) 14、15 径小胴部(ファイバ) 20、21、24、25 テーパ結合枝 27 ブラッグ格子(屈折率格子) 31、35 第1ファイバ 30、40 第2ファイバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Add / drop filter 12 Coupling area | region (body part area | region) 14, 15 Small diameter body part (fiber) 20, 21, 24, 25 Taper connection branch 27 Bragg grating (refractive index grating) 31, 35 1st fiber 30, 40 Second fiber

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年2月4日(2000.2.4)[Submission date] February 4, 2000 (200.2.4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 ジョージ・ラクルジック アメリカ合衆国90402カリフォルニア州サ ンタ・モニカ、ナインティーンス・ストリ ート402番 (72)発明者 シャオリン・トン アメリカ合衆国91106カリフォルニア州パ サディナ、サウス・ウィルソン・アベニュ ー241番、アパートメント101 (72)発明者 フィル・エイ・ウィレムズ アメリカ合衆国91106カリフォルニア州パ サディナ、ノース・ミシガン・ナンバー 1、56番 Fターム(参考) 2H037 BA31 CA07 CA33 CA35 DA04 DA06 DA12 DA17 DA36 2H047 KA01 KA13 KB06 LA03 LA19 MA01 MA05 PA00 PA22 QA07──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR , KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW. (72) Inventor Shaolin Tong, United States 91106 Pasadena, California, South Wilson Avenue 241; Apartment 101 56th F term (reference) 2H037 BA31 CA07 CA33 CA35 DA04 DA06 DA12 DA17 DA36 2H047 KA01 KA13 KB06 LA03 LA19 MA01 MA05 PA00 PA22 QA07

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 順方向に伝播する少なくとも一つの光モードが、逆方向に伝
播する少なくとも一つの光モードと結合しうる特定波長を除き、異なる光モード
が独立して伝播するように配置された実質的に光学的に独立して合体した光ファ
イバによって規定される光閉じこめ領域からなる多重モード光伝播素子。 【請求項2】 合体領域において長手方向に隣接し、かつ、対峙する前記光
ファイバの側部の断面が互いに異なることよりなる請求項1に記載の素子。 【請求項3】 前記光ファイバは、長手方向に沿って合体し、順方向及び逆
方向に伝播する光モードが直交していることよりなる請求項1に記載の素子。 【請求項4】 前記合体領域の形状は、LP01モードとLP11モードのモー
ド複屈折が一致するが反対方向となるように変形されていると共に、ドロップ波
長は、偏光非感応性であることよりなる請求項3に記載の素子。 【請求項5】 前記素子は、光モードの直交偏光成分についての伝播定数の
差異が実質的に消失するように、かつ、前記素子の前記特定波長が実質的に偏光
非依存となる程度、伝播方向を中心として捻られていることよりなる請求項3に
記載の素子。 【請求項6】 前記合体領域は、ファイバ本体ばかりでなく、ファイバ本体
を取り囲んでいる周辺部に沿ってエネルギーが伝播するような直径及び屈折率を
有していることよりなる請求項1に記載の素子。 【請求項7】 前記ファイバは、オリジナルのコアが痕跡的になっており、
かつ、オリジナルのクラッドが実質的に前記ファイバの大部分を占めている延在
されたクラッド型光ファイバであることよりなる請求項1に記載の素子。 【請求項8】 前記ファイバの直径が10μm未満であり、かつ、対象動作
波長の範囲に損失を与える高次元モード数を最小にし得るよう選択されたことよ
りなる請求項7に記載の素子。 【請求項9】 前記合体したファイバ領域は、一般に短軸/長軸比が略0.
8であるダンベル−楕円断面からなる請求項8に記載の素子。 【請求項10】 前記ファイバにおける少なくとも一つのオリジナルのクラ
ッドが回折格子を含んでいることよりなる請求項7に記載の素子。 【請求項11】 前記素子は、合体領域から光ファイバへと断熱的に変移し
ているテーパ光結合分岐部と、光ファイバ間に選択された波長の伝播エネルギー
を反射する回折格子とを含んでいる請求項10に記載の素子。 【請求項12】 前記素子は、前記ファイバが長手方向で合わせて融着され
、かつ、伝播方向について垂直な方向について鋭角で前記格子面が傾いている胴
部領域を含んでいる請求項11に記載の素子。 【請求項13】 前記胴部領域において、回折格子の長手方向に沿った伝播
定数の変位が局所的に補償されている請求項10に記載の素子。 【請求項14】 前記補償がレーザにより行われることよりなる請求項13
に記載の素子。 【請求項15】 前記回折格子が、長手方向にアポダイズされていることよ
りなる請求項10に記載の素子。 【請求項16】 前記アポダイゼーション関数は、中央線についての屈折率
の変数からなり、かつ、a.c.成分及びd.c.成分を共にふくんでいる請求
項15に記載の素子。 【請求項17】 Lが格子長であって、z=0が格子の長さの中央であると
した場合に、前記a.c.成分のエンベロープ関数は、実質的にΔncos2( π/Lz)(sinkgz+1)に従って変化し、かつ、d.c.成分は、実質 的に−Δncos2(π/Lz)に従って変化することよりなる請求項15に記 載の素子。 【請求項18】 前記隣接するファイバは、長さ方向に沿ってカプラ素子を
形成すべく合わせて融着されており、かつ、前記長さに回折格子を含んでいる請
求項1に記載の素子。 【請求項19】 前記回折格子は、ドロップ波長と後方反射波長とを共に反
射し、かつ、前記素子は、前記ドロップ波長間に分離を生じさせる手段を含むこ
とよりなる請求項10に記載の素子。 【請求項20】 前記回折格子の領域にある前記ファイバは、後方反射波長
が素子の動作波長範囲外にシフトするように断面の大きさが十分小さいことより
なる請求項19に記載の素子。 【請求項21】 選択された空間に光が伝播する前記素子の長手方向におけ
る端の一方をふさぐように結合している少なくとも一つの剛性ユニットを含む支
持体を更に備え、該剛性ユニットは、選択された温度範囲にわたって素子の端間
の隣接する隙間空間を調節する温度補償装置を含んでなる請求項10に記載の素
子。 【請求項22】 前記支持体がファイバの格子領域への光のアクセスができ
るように配置されている請求項21に記載の素子。 【請求項23】 前記支持体と前記光ファイバとを包み込むと共に、周囲か
らハウジング内部を絶縁する密閉シールを含むハウジング手段が更に設けられて
おり、前記ハウジング手段のハウジング内部に保護ガスが封入されてなる請求項
21に記載の素子。 【請求項24】 細長中空ハウジングと、 ハウジング内を該ハウジングに沿って延在する光導波路カプラ素子であって、
前記カプラ素子は、ハウジングに沿って延在する中央の狭い胴部を含んでおり、
光ファイバの2対の端がハウジングの反対側にある端の外に延在する光導波路カ
プラ素子と、 前記ハウジングとの係合領域を少なくとも一つを含んでいる前記カプラ素子用
の支持素子であって、該支持素子は、前記カプラ素子の反対側の端で前記カプラ
素子に結合されており、温度範囲にわたって長さと張力が変化していると共に胴
部領域に光アクセスが可能なように空間的に分離されているカプラ胴部を支持し
ている支持素子を含む支持素子と、 円筒の両端を閉じる密閉シール手段とからなる請求項18に記載のカプラ素子
。 【請求項25】 前記支持素子は、実質的に円筒軸に沿って延在する温度一
様な一対のロッドと、所定間隔でロッドに沿って離して配置された一対の端ハブ
素子とを有するプリパッケージとからなり、 前記プリパッケージが更に、前記一対のロッドとは違った熱膨張係数を持つと
共に、温度変化について補償するように前記一対のロッドと特異的に結合してい
る第3のロッドからなる請求項24に記載のカプラ。 【請求項26】 前記プリパッケージは、第3ロッドメカニズムの異なる領
域を所定間隔で前記一対のロッドの異なる他方にかみ合わせている一対の内部ハ
ブ素子と、温度範囲調整用の前記内部ハブ素子の一つとを含む請求項25に記載
のカプラ。 【請求項27】 前記カプラは、胴部領域の両端における端ハブにはんだ付
けされている、金属化層を設けた前記カプラ素子からなると共に、ハウジング内
部に保護雰囲気が封入されている請求項26に記載のカプラ。 【請求項28】 前記カプラの前記胴部領域は10μm未満の直径を有し、
ハウジングは約5mm未満の直径を有する円筒状であって、前記カプラは、ハウ
ジングの端部近傍に設けられて、ファイバから延在する端の曲折を制限する手段
を含んでなる請求項27に記載のカプラ。 【請求項29】 前記カプラ素子には、狭い胴部に回折格子を含み、前記端
ハブは、張力付加の下で前記カプラ素子を支持することを特徴とする請求項28
に記載のカプラ。 【請求項30】 前記張力は、カプラ胴部の伸びを0.1%から0.5%の
間に維持に適した値であることよりなる請求項29に記載のカプラ。 【請求項31】 前記一対のロッドはインバー製であり、第3ロッドは、ス
テンレス鋼製であって、前記調整可能なメカニズムは、内部ハブの一つと隣接す
るインバー製ロッドに沿って動く第5ハブと、第5ハブを貫いて通っているねじ
素子と、隣接する内部ハブとからなる請求項30に記載のカプラ。 【請求項32】 前記胴部領域は、約2〜3cmの長さの範囲にあり、光フ
ァイバの一対の各末端は、約2〜3cmの長さの範囲にあって、前記胴部領域は
、断面の大きさが3〜6μmの範囲である融着されたファイバの複合ダンベル−
楕円断面からなり、一つのファイバは、他のファイバよりも約15〜25%細い
ことよりなる請求項31に記載のカプラ。 【請求項33】 前記ハブは、円筒内に位置する円状の周辺部を有し、前記
ハブを通って延在するインバー製ロッドは、共通する面に置かれており、前記2
つの内部ハブは、長手方向の周囲の整列溝を有し、ステンレス鋼製ロッドは、か
み合わせて、周囲の溝で固定されていることよりなる請求項32に記載のカプラ
。 【請求項34】 選択されたアド/ドロップ波長の出力を対象バンド波長内
の入力信号に応答して出力するブラッグ格子を含む光ファイバカプラであって、 2つのファイバが合体した胴部領域を有しており、前記ファイバカプラの長手
軸に沿って延在するブラッグ格子と、胴部領域の各端から実質的に長手軸に沿っ
て延在する一対の分岐しているアームとを含んでいる光ファイバカプラと、 前記分岐しているアームを支持し、かつ、隔離した端において前記胴部領域に
張力をもたらすように固定したものにして、選択された温度範囲にわたってブラ
ッグ格子の周期性を等しくするために胴部領域上にかかる張力を安定化させる機
構を備えたカプラキャリア素子と、 前記カプラキャリア素子と前記光ファイバカプラとを囲繞して密閉的にシール
したハウジングとからなる請求項18に記載のカプラ素子。 【請求項35】 前記カプラは1530nmから1565nmまでの対象波
長バンド内で25℃から85℃の温度範囲で動作するものであり、前記キャリア
素子は少なくとも二つの異なった熱膨張係数を有する細長素子からなり、該細長
素子は、光ファイバカプラに作用する張力を調節することで前記カプラの熱変動
を補償するように配置されていると共に、補償すべき温度範囲を設定する調節装
置を備えてなることよりなる請求項34に記載のカプラ。 【請求項36】 断面の大きさが10μm未満の胴部領域を中央に持つこと
を特徴とし、ただ痕跡的なコアを有する光感応体からなり、前記光感応体は、波
長選択性ブラッグ格子を含んでおり、2つの長手方向に融着されたファイバを有
するカプラ素子であって、前記光感応体は、幾何的断面を持つことからカプラは
、内部を伝播する光の偏光に非感応的であることよりなる請求項18に記載のカ
プラ素子。 【請求項37】 前記中央の胴部領域は、短軸/長軸比0.8の楕円状の断
面を有し、かつ、前記格子は長手方向について約3°から5°の範囲で傾いてい
る請求項36に記載の胴部領域デバイス。 【請求項38】 前記胴部領域は、ブラッグ格子により選択される波長のス
ペクトル幅を誘導するために断面大きさの変化を補償するように局所屈折率にd
.c.変位を含んでいる請求項37に記載の胴部領域デバイス。 【請求項39】 損失クラッドモードと、ブラッグ格子により選択される波
長と格子からの後方反射波長との間における波長分離の広がりを支持できないほ
どに、前記ファイバの断面の大きさが十分に小さいことよりなる請求項38に記
載の胴部領域デバイス。 【請求項40】 請求項18に記載のカプラ素子を製造する方法であって、 互いに隔離した二ヶ所において支持装置にカプラデバイスを支持させるステッ
プと、 前記二ヶ所の間にある前記カプラデバイスの領域に格子を書きこむステップと
、 前記格子のドロップ波長が張力に応答しうるレベルまで前記カプラに張力をか
けるステップと、 所定範囲で温度変化に対して補償を行なうステップと、 温度補償範囲を選択された温度範囲に調整するステップとからなるカプラ素子
の製造方法。 【請求項41】 前記カプラデバイスは、前記二ヶ所の間で支持されており
、前記格子は、前記カプラデバイスの中央胴部領域に書き込まれていることより
なる請求項40に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項42】 前記二ヶ所は、金属基板に光カプラを結合するために金属
はんだを用いて支持装置に接着されていることよりなる請求項41に記載のカプ
ラ素子の製造方法。 【請求項43】 前記はんだは、前記カプラデバイスの動作期間の間、デバ
イスのドロップ波長を正確に保存するように大きさの安定性を最大にする金属又
は金属合金から選択することよりなる請求項42に記載のカプラ素子の製造方法
。 【請求項44】 前記金属はんだは、実質的にインジウム合金からなる請求
項42に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項43】 前記金属はんだに対する接合が達成されるようにカプラの
ガラス剤に金属被覆層を蒸着することで、光カプラの少なくとも一部分を被覆す
るステップを含むことよりなる請求項42に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項44】 前記書き込みステップに先だってカプラデバイス内にテー
パ部分に接している狭い断面の胴部を形成するために光ファイバを長手方向に延
伸するステップを更に含むことよりなる請求項40に記載のカプラ素子の製造方
法。 【請求項45】 前記光ファイバに合体した胴部領域を形成するステップを
更に含むことよりなる請求項44に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項46】 前記ファイバの一つを引っ張ることによって他のファイバ
の胴部領域より細くするステップを更に備えてなる請求項45に記載のカプラ素
子の製造方法。 【請求項47】 前記一つのファイバが他のファイバより前記胴部領域で1
0〜25%細いことよりなる請求項46に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項48】 前記書き込みステップの間、前記カプラ内に光感応性物質
を拡散させるステップを更に含むことよりなる請求項40に記載のカプラ素子の
製造方法。 【請求項49】 光感応特性を高めるために、水素又は重水素を含む群から
選ばれるドーパントを前記カプラに拡散させるステップを含むことよりなる請求
項48に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項50】 前記延伸するステップの間、前記胴部領域の断面形状を制
御するステップを更に含むことよりなる請求項44に記載のカプラ素子の製造方
法。 【請求項51】 前記胴部領域の形状は、前記デバイスの前記ドロップ波長
において偏光非依存性を与えるべく形状制御されていることよりなる請求項50
に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項52】 前記カプラは、胴部領域において複合ダンベル−楕円の断
面形状をしていることよりなる請求項51に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項53】 前記複合ダンベル−楕円の断面形状は、短軸/長軸比が略
0.8であることよりなる請求項52に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項54】 前記カプラ胴部の断面の大きさに関する変化を測定するス
テップと補償用に前記胴部領域における屈折率変化を書き込むステップとを更に
含むことよりなる請求項44に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項55】 前記屈折率変化は、光導波路のバックグラウンド屈折率に
d.c.変化として書きこまれることよりなる請求項54に記載のカプラ素子の
製造方法。 【請求項56】 前記延在された光導波路の長さは、損失モードの数を減ら
せるサイズに断面の大きさを小さくされたものであり、それによって前記格子の
ドロップ波長から後方反射波長にシフトさせることよりなる請求項44に記載の
カプラ素子の製造方法。 【請求項57】 前記カプラに張力をかけて温度補償を行なう前記ステップ
は、温度上昇を伴う張力を減らすために異なる物資の選択された長さの微分熱膨
張を用いることよりなる請求項40に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項58】 中央に貫通している領域を持つ前記カプラを取り付けるス
テップを含むことよりなる請求項57に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項59】 前記光カプラと支持装置を密閉的に包み込むステップを更
に含むことよりなる請求項58に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項60】 前記密閉空間に保護雰囲気を与えるステップを更に含むこ
とよりなる請求項59に記載のカプラ素子の製造方法。
Claims 1. A different optical mode independently propagates except for a specific wavelength at which at least one forward propagating optical mode may couple with at least one backward propagating optical mode. A multi-mode light propagating element comprising a light confinement region defined by substantially optically independent coalescing optical fibers arranged to operate. 2. The element according to claim 1, wherein the optical fibers are adjacent to each other in the longitudinal direction in the united region and have different cross sections at the side portions of the optical fiber. 3. The device according to claim 1, wherein the optical fibers are united along a longitudinal direction, and optical modes propagating in a forward direction and a backward direction are orthogonal to each other. Wherein the shape of the united area, with Although modal birefringence of LP 01 mode and the LP 11 mode match is deformed to the opposite direction, dropped wavelength is polarization insensitive 4. The device according to claim 3, wherein the device comprises: 5. The device according to claim 1, wherein the difference in propagation constant for the orthogonal polarization component of the optical mode is substantially eliminated, and the specific wavelength of the device is substantially independent of polarization. 4. The device according to claim 3, wherein the device is twisted about a direction. 6. The combination of claim 1 wherein the coalescing region has a diameter and a refractive index such that energy propagates along the fiber body as well as the periphery surrounding the fiber body. Element. 7. The fiber, wherein the original core is traced,
2. The device of claim 1, wherein the original cladding is an extended cladding optical fiber substantially occupying a majority of the fiber. 8. The device of claim 7, wherein the fiber has a diameter of less than 10 μm and is selected to minimize the number of high-dimensional modes that cause loss in a range of operating wavelengths of interest. 9. The united fiber region generally has a short axis / long axis ratio of about 0.5.
9. The device of claim 8, wherein the device has a dumbbell-elliptical cross-section. 10. The device of claim 7, wherein at least one original cladding in the fiber comprises a diffraction grating. 11. The element includes a tapered optical coupling branch that adiabatically transitions from the coalescing region to the optical fiber, and a diffraction grating that reflects energy of a selected wavelength between the optical fibers. The device according to claim 10. 12. The element of claim 11, wherein the element includes a body region in which the fibers are fused together in a longitudinal direction and the lattice plane is inclined at an acute angle in a direction perpendicular to the direction of propagation. An element as described. 13. The device according to claim 10, wherein a displacement of a propagation constant along a longitudinal direction of the diffraction grating is locally compensated in the body region. 14. The method according to claim 13, wherein said compensation is performed by a laser.
An element according to claim 1. 15. The device according to claim 10, wherein the diffraction grating is apodized in a longitudinal direction. 16. The apodization function comprises a refractive index variable about a center line, and a. c. Components and d. c. 16. The device of claim 15, wherein the component contains both components. 17. If L is a lattice length and z = 0 is the center of the length of the lattice, a. c. The envelope function of the component varies substantially according to Δncos 2 (π / Lz) (sink g z + 1), and d. c. Component device according to claim 15 consisting of changing substantially in accordance with -Δncos 2 (π / Lz). 18. The element of claim 1, wherein the adjacent fibers are fused together to form a coupler element along a length and include a diffraction grating at the length. . 19. The device of claim 10, wherein said diffraction grating reflects both a drop wavelength and a back-reflected wavelength, and wherein said device comprises means for causing separation between said drop wavelengths. . 20. The device of claim 19, wherein the fiber in the region of the diffraction grating is sufficiently small in cross-section that the back reflection wavelength shifts outside the operating wavelength range of the device. 21. A support comprising at least one rigid unit coupled to plug one of the longitudinal ends of said element through which light propagates into a selected space, said rigid unit comprising a selective unit. The device of claim 10, further comprising a temperature compensator for adjusting an adjacent interstitial space between the ends of the device over a defined temperature range. 22. The device according to claim 21, wherein the support is arranged to allow light access to the grating region of the fiber. 23. A housing means for enclosing the support and the optical fiber and including a hermetic seal for insulating the inside of the housing from the surroundings is further provided, and a protective gas is sealed inside the housing of the housing means. 22. The device according to claim 21. 24. An elongate hollow housing, and an optical waveguide coupler element extending within and along the housing,
The coupler element includes a central narrow body extending along the housing;
An optical waveguide coupler element having two pairs of ends of the optical fiber extending out of the opposite end of the housing; and a support element for the coupler element including at least one area of engagement with the housing. The support element is coupled to the coupler element at an opposite end of the coupler element and has a length and tension that varies over a temperature range and provides spatial access for optical access to the body region. 19. The coupler element according to claim 18, comprising a support element including a support element supporting the coupler body which is separated from each other, and hermetic sealing means for closing both ends of the cylinder. 25. The support element includes a pair of temperature-uniform rods extending substantially along a cylindrical axis, and a pair of end hub elements spaced along the rods at predetermined intervals. A third rod comprising a prepackage, wherein the prepackage further has a different coefficient of thermal expansion than the pair of rods and is specifically coupled to the pair of rods to compensate for temperature changes. 25. The coupler of claim 24, comprising: 26. A pre-package comprising: a pair of internal hub elements that engage different regions of a third rod mechanism at predetermined intervals with different ones of the pair of rods; and one of the internal hub elements for adjusting a temperature range. 26. The coupler of claim 25, comprising: 27. The coupler according to claim 26, wherein the coupler comprises a metallized coupler element soldered to end hubs at both ends of the body region, and a protective atmosphere is enclosed inside the housing. The coupler according to 1. 28. The body region of the coupler having a diameter of less than 10 μm,
28. The housing of claim 27, wherein the housing is cylindrical with a diameter of less than about 5 mm, and wherein the coupler comprises means provided near an end of the housing to limit bending of the end extending from the fiber. Coupler. 29. The coupler element according to claim 28, wherein the coupler element includes a diffraction grating in a narrow body, and the end hub supports the coupler element under tension.
The coupler according to 1. 30. The coupler according to claim 29, wherein the tension is a value suitable for maintaining the elongation of the coupler body between 0.1% and 0.5%. 31. The pair of rods is made of Invar, the third rod is made of stainless steel, and the adjustable mechanism is a fifth rod that moves along an Invar rod adjacent one of the inner hubs. 31. The coupler of claim 30, comprising a hub, a threaded element passing through the fifth hub, and an adjacent internal hub. 32. The torso region is in the range of about 2-3cm in length, and each pair of ends of the optical fiber is in the range of about 2-3cm in length, and the torso region is Composite dumbbell of fused fiber having a cross-sectional size in the range of 3-6 μm
32. The coupler of claim 31, comprising an elliptical cross section, wherein one fiber comprises about 15-25% thinner than the other fiber. 33. The hub having a circular perimeter located within a cylinder, wherein an Invar rod extending through the hub is located on a common plane, and
33. The coupler of claim 32, wherein the two inner hubs have longitudinal circumferential alignment grooves and the stainless steel rods are mated and secured with the circumferential grooves. 34. An optical fiber coupler including a Bragg grating for outputting an output of a selected add / drop wavelength in response to an input signal in a target band wavelength, the optical fiber coupler having a body region where two fibers are combined. And including a Bragg grating extending along a longitudinal axis of the fiber coupler and a pair of bifurcated arms extending substantially along the longitudinal axis from each end of the torso region. A fiber optic coupler, supporting the forked arms and securing them at their isolated ends to provide tension in the torso region to equalize the periodicity of the Bragg grating over a selected temperature range. A coupler carrier element provided with a mechanism for stabilizing the tension applied to the trunk region, and a hermetically sealed enclosure surrounding the coupler carrier element and the optical fiber coupler. 19. The coupler element according to claim 18, comprising a housing formed. 35. The coupler of claim 25, wherein the coupler operates in a temperature range of 25 ° C. to 85 ° C. within a wavelength band of interest from 1530 nm to 1565 nm, and wherein the carrier element comprises an elongated element having at least two different coefficients of thermal expansion. The elongated element is arranged to compensate for the thermal fluctuation of the optical fiber coupler by adjusting the tension acting on the optical fiber coupler, and comprises an adjusting device for setting a temperature range to be compensated. 35. The coupler of claim 34, wherein the coupler comprises: 36. A photoreceptor having a trunk region having a cross-sectional size of less than 10 μm in the center, the photoreceptor having only a trace core, wherein the photoreceptor comprises a wavelength-selective Bragg grating. A coupler element having two longitudinally fused fibers, wherein the photosensitizer has a geometric cross-section so that the coupler is insensitive to the polarization of light propagating therein. 19. The coupler element according to claim 18, comprising: 37. The central torso region has an elliptical cross-section with a short axis / major axis ratio of 0.8, and the grid is inclined about 3 ° to 5 ° with respect to the longitudinal direction. 37. The torso region device of claim 36. 38. The body region has a local index of refraction d to compensate for changes in cross-sectional size to induce a spectral width of a wavelength selected by a Bragg grating.
. c. The torso region device according to claim 37, comprising a displacement. 39. The cross-section of the fiber is small enough that it cannot support the loss cladding mode and the spread of wavelength separation between the wavelength selected by the Bragg grating and the back-reflected wavelength from the grating. 39. The torso region device of claim 38, further comprising: 40. The method of manufacturing a coupler element according to claim 18, wherein a supporting device supports the coupler device at two locations separated from each other, and an area of the coupler device between the two locations. Writing a grating to the grating; applying a tension to the coupler until the drop wavelength of the grating can respond to the tension; compensating for a temperature change in a predetermined range; and selecting a temperature compensation range. Adjusting the temperature to a predetermined temperature range. 41. The coupler device of claim 40, wherein the coupler device is supported between the two locations, and wherein the grating is written in a central torso region of the coupler device. Production method. 42. The method according to claim 41, wherein the two locations are bonded to a supporting device using a metal solder to couple the optical coupler to the metal substrate. 43. The solder comprises selecting from a metal or metal alloy that maximizes size stability so as to accurately preserve the drop wavelength of the device during operation of the coupler device. 43. The method for manufacturing a coupler element according to 42. 44. The method according to claim 42, wherein the metal solder is substantially made of an indium alloy. 43. The method of claim 42, comprising the step of coating at least a portion of the optical coupler by depositing a metallization layer on the glass material of the coupler such that bonding to the metal solder is achieved. Manufacturing method of coupler element. 44. The method of claim 40, further comprising the step of longitudinally stretching the optical fiber to form a narrow cross-section body abutting the tapered portion in the coupler device prior to the writing step. Of manufacturing a coupler element. 45. The method of claim 44, further comprising the step of forming a body region united with the optical fiber. 46. The method according to claim 45, further comprising the step of pulling one of the fibers to make it thinner than the body region of the other fiber. 47. The method according to claim 47, wherein the one fiber is one more in the body region than the other fiber.
47. The method for manufacturing a coupler device according to claim 46, wherein the coupler device is thinned by 0 to 25%. 48. The method according to claim 40, further comprising diffusing a photosensitive material into the coupler during the writing step. 49. The method according to claim 48, further comprising a step of diffusing a dopant selected from the group including hydrogen or deuterium into the coupler in order to enhance photosensitivity. 50. The method according to claim 44, further comprising the step of controlling the cross-sectional shape of the trunk region during the stretching step. 51. The shape of the body region is shape-controlled to provide polarization independence at the drop wavelength of the device.
3. The method for manufacturing a coupler device according to item 1. 52. The method according to claim 51, wherein the coupler has a cross section of a composite dumbbell-ellipse in a body region. 53. The method according to claim 52, wherein the cross-sectional shape of the composite dumbbell-ellipse has a short axis / long axis ratio of about 0.8. 54. The coupler device of claim 44, further comprising measuring a change in cross-sectional size of the coupler body and writing a refractive index change in the body region for compensation. Manufacturing method. 55. The change in the refractive index is obtained by adding d. c. 55. The method of claim 54, wherein the method is written as a change. 56. The length of the extended optical waveguide is reduced in cross-sectional size to a size that reduces the number of loss modes, thereby reducing the grating drop wavelength to the back reflection wavelength. The method for manufacturing a coupler device according to claim 44, wherein the method comprises shifting. 57. The method of claim 40, wherein the step of tensioning and temperature compensating the coupler comprises using a selected length of differential thermal expansion of different materials to reduce tension with increasing temperature. The manufacturing method of the coupler element of Claim. 58. The method of claim 57, further comprising attaching the coupler having a centrally extending region. 59. The method according to claim 58, further comprising a step of hermetically enclosing the optical coupler and the supporting device. 60. The method according to claim 59, further comprising a step of providing a protective atmosphere to the enclosed space.
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