JP2002350666A - Ｇｒｉｎファイバ・レンズ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、放出されるビームのレイリー範囲
を増大するＧＲＩＮファイバ・レンズを提供すること。 【解決手段】 ＧＲＩＮファイバ・レンズは、その屈折
率が径方向プロファイルを有するシリカ・ガラス・コア
を備える。プロファイルは、コアにおける平均強度が、
ＧＲＩＮファイバ・レンズ軸の屈折率の値の約１．７×
１０−６ミクロン −２倍より小さい径方向二次導関数を
有する。
を増大するＧＲＩＮファイバ・レンズを提供すること。 【解決手段】 ＧＲＩＮファイバ・レンズは、その屈折
率が径方向プロファイルを有するシリカ・ガラス・コア
を備える。プロファイルは、コアにおける平均強度が、
ＧＲＩＮファイバ・レンズ軸の屈折率の値の約１．７×
１０−６ミクロン −２倍より小さい径方向二次導関数を
有する。
Description
【０００１】本願は、２００１年２月１７日に出願され
た米国仮特許出願第６０／２６９５８６号、および２０
０１年５月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／
２９２０１７号の恩恵を請求する。
た米国仮特許出願第６０／２６９５８６号、および２０
０１年５月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／
２９２０１７号の恩恵を請求する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学デバイスおよ
び屈折率分布型レンズに関する。
び屈折率分布型レンズに関する。
【０００３】
【従来の技術】屈折率分布（ＧＲＩＮ、Ｇｒａｄｅｄ
Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）型レンズは、レン
ズの軸からの径方向距離で変化する値の屈折率の値を有
する。屈折率におけるかなりの変化は、光を屈折させ、
通常のレンズの集束能力と同様の集束能力をＧＲＩＮレ
ンズに与える。したがって、多くの光学デバイスは、交
換可能にＧＲＩＮレンズまたは通常のレンズを用いる。
Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）型レンズは、レン
ズの軸からの径方向距離で変化する値の屈折率の値を有
する。屈折率におけるかなりの変化は、光を屈折させ、
通常のレンズの集束能力と同様の集束能力をＧＲＩＮレ
ンズに与える。したがって、多くの光学デバイスは、交
換可能にＧＲＩＮレンズまたは通常のレンズを用いる。
【０００４】多くの光学デバイスは、光ビームを集束
し、コリメートし、または拡大するためにレンズを使用
する。図１は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１が、光学
ファイバ１３の終端１２に集束されるファイバ・デバイ
ス１０を示す。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、光フ
ァイバ１３によって放出される光ビームを拡大およびコ
リメートする。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、回折
により、そうでなければ光ファイバ１３とファイバ・デ
バイス１５との間に存在する光学結合と比べて、光ファ
イバ１３とファイバ・デバイス１５との間の光学結合を
改善する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、光ファイ
バ１３が、他の光ファイバに光学的に結合されたとき
に、回折損失を低減する。
し、コリメートし、または拡大するためにレンズを使用
する。図１は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１が、光学
ファイバ１３の終端１２に集束されるファイバ・デバイ
ス１０を示す。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、光フ
ァイバ１３によって放出される光ビームを拡大およびコ
リメートする。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、回折
により、そうでなければ光ファイバ１３とファイバ・デ
バイス１５との間に存在する光学結合と比べて、光ファ
イバ１３とファイバ・デバイス１５との間の光学結合を
改善する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１１は、光ファイ
バ１３が、他の光ファイバに光学的に結合されたとき
に、回折損失を低減する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】光ビームの径は、ＧＲ
ＩＮレンズの軸に沿って変化するため、ビーム径の変化
から、レンズ長の尺度が得られる。ビーム径における変
化が２つの完全な周期を作る長さは、レンズのピッチと
呼ばれる。一般に、ＧＲＩＮレンズの長さは、ピッチ長
さの倍数、例えば１／２ピッチまたは１／４ピッチで表
される。
ＩＮレンズの軸に沿って変化するため、ビーム径の変化
から、レンズ長の尺度が得られる。ビーム径における変
化が２つの完全な周期を作る長さは、レンズのピッチと
呼ばれる。一般に、ＧＲＩＮレンズの長さは、ピッチ長
さの倍数、例えば１／２ピッチまたは１／４ピッチで表
される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の原理を用いるい
くつかの光学デバイスは、屈折率が新規な径方向プロフ
ァイルを有するＧＲＩＮファイバ・レンズを含む。光学
ファイバの端部に取り付けられたとき、新規なＧＲＩＮ
ファイバ・レンズは、従来のＧＲＩＮレンズに取り付け
られた同様のファイバによって放出される光ビームのレ
イリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）範囲を超えて、放出された
ビームのレイリー範囲を増大する。増大されたレイリー
範囲は、ビーム・コリメーションを改善し、ファイバ
は、より大きな距離範囲にわたって他の光学デバイスに
結合することができる。
くつかの光学デバイスは、屈折率が新規な径方向プロフ
ァイルを有するＧＲＩＮファイバ・レンズを含む。光学
ファイバの端部に取り付けられたとき、新規なＧＲＩＮ
ファイバ・レンズは、従来のＧＲＩＮレンズに取り付け
られた同様のファイバによって放出される光ビームのレ
イリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）範囲を超えて、放出された
ビームのレイリー範囲を増大する。増大されたレイリー
範囲は、ビーム・コリメーションを改善し、ファイバ
は、より大きな距離範囲にわたって他の光学デバイスに
結合することができる。
【０００７】様々な実施形態において、ＧＲＩＮファイ
バ・レンズは、屈折率が径方向に分布するプロファイル
を有するシリカ・ガラス・コアを含む。ＧＲＩＮファイ
バ・レンズの軸上で、プロファイルが、径方向の二次導
関数を有し、この二次導関数の大きさが、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズの軸上の屈折率の値の約１．７×１０− ６
ミクロン−２倍よりも小さい。以降、ミクロンは、μｍ
と記載される。図において、同様の参照符号は、機能的
に同様の特徴を参照する。
バ・レンズは、屈折率が径方向に分布するプロファイル
を有するシリカ・ガラス・コアを含む。ＧＲＩＮファイ
バ・レンズの軸上で、プロファイルが、径方向の二次導
関数を有し、この二次導関数の大きさが、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズの軸上の屈折率の値の約１．７×１０− ６
ミクロン−２倍よりも小さい。以降、ミクロンは、μｍ
と記載される。図において、同様の参照符号は、機能的
に同様の特徴を参照する。
【０００８】
【発明の実施の形態】１．Ｇｒｉｎファイバ・レンズ 図２は、光ファイバ１７が、ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８に端部結合された、例えばファイバ１７に溶着され
た、または接着された、光ファイバ・デバイス１６を示
す。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８および光ファイバ１
７は、同軸であり、約１００μｍから約１３５μｍの範
囲、例えば１２５μｍの値である、同様なまたは等しい
外径を有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、光フ
ァイバ１７の端部から放出される光ビーム１９をコリメ
ートし、それによって未処理の光ファイバの開口数より
小さく、開口数を低減する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８は、光ファイバ１７の端部２０内に、入射光ビーム
を集束することもできる。
１８に端部結合された、例えばファイバ１７に溶着され
た、または接着された、光ファイバ・デバイス１６を示
す。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８および光ファイバ１
７は、同軸であり、約１００μｍから約１３５μｍの範
囲、例えば１２５μｍの値である、同様なまたは等しい
外径を有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、光フ
ァイバ１７の端部から放出される光ビーム１９をコリメ
ートし、それによって未処理の光ファイバの開口数より
小さく、開口数を低減する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８は、光ファイバ１７の端部２０内に、入射光ビーム
を集束することもできる。
【０００９】例示的な光ファイバ１７は、シングル・モ
ードおよびマルチ・モード・ファイバを含む。
ードおよびマルチ・モード・ファイバを含む。
【００１０】例示的なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８
は、径方向のプロファイルが、従来のＧＲＩＮファイバ
・レンズの径方向プロファイルとはかなり異なる屈折率
を有する。新規な径方向プロファイルは、図１の従来の
ファイバ・デバイス１０における同じ量の値と比べて、
開口数を低減し、ファイバ・デバイス１６に関するレイ
リー範囲を増加することができる。低減された開口数
は、適切な長さのＧＲＩＮファイバ・レンズ１８が、従
来のファイバ・デバイス１０によって放出される光ビー
ム１４におけるよりも、放出される光ビーム１９におい
てより小さい回折およびより低いパワー密度を生じるこ
とを意味する。増大されたレイリー範囲は、放出された
ビーム１９が、ビーム１４より良くコリメートされるこ
とを意味する。放出されたビーム１９の改善された特性
は、他のファイバ・デバイス（図示せず）に対する、端
部結合されたファイバ・デバイス１６に必要な横断方向
位置合わせを容易にする。
は、径方向のプロファイルが、従来のＧＲＩＮファイバ
・レンズの径方向プロファイルとはかなり異なる屈折率
を有する。新規な径方向プロファイルは、図１の従来の
ファイバ・デバイス１０における同じ量の値と比べて、
開口数を低減し、ファイバ・デバイス１６に関するレイ
リー範囲を増加することができる。低減された開口数
は、適切な長さのＧＲＩＮファイバ・レンズ１８が、従
来のファイバ・デバイス１０によって放出される光ビー
ム１４におけるよりも、放出される光ビーム１９におい
てより小さい回折およびより低いパワー密度を生じるこ
とを意味する。増大されたレイリー範囲は、放出された
ビーム１９が、ビーム１４より良くコリメートされるこ
とを意味する。放出されたビーム１９の改善された特性
は、他のファイバ・デバイス（図示せず）に対する、端
部結合されたファイバ・デバイス１６に必要な横断方向
位置合わせを容易にする。
【００１１】ファイバ・デバイス１６のある実施形態に
おいて、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、光ファイバ
１７への光の戻り反射を低減するためにへき開された角
度である端部面２１を有する。特に、好ましくは、端部
面２１に対する垂直ベクトルは、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１８の軸に対して、１°〜２°以下でへき開され
る。このへき開角度は、その端部面から光ファイバ（図
示せず）に戻る反射をより小さくするために使用され
る、約８°の一般的なへき開角度より小さい。ＧＲＩＮ
ファイバ・レンズ１８によって提供されるビーム拡大
は、ファイバ１７へ戻る反射を同様に低減するために必
要なへき開角度量を少なくする。
おいて、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、光ファイバ
１７への光の戻り反射を低減するためにへき開された角
度である端部面２１を有する。特に、好ましくは、端部
面２１に対する垂直ベクトルは、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１８の軸に対して、１°〜２°以下でへき開され
る。このへき開角度は、その端部面から光ファイバ（図
示せず）に戻る反射をより小さくするために使用され
る、約８°の一般的なへき開角度より小さい。ＧＲＩＮ
ファイバ・レンズ１８によって提供されるビーム拡大
は、ファイバ１７へ戻る反射を同様に低減するために必
要なへき開角度量を少なくする。
【００１２】新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、
円形のコア２２と、コア２２を囲む環状のクラッド２４
とを有する。コア２２において、屈折率は、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ１８の軸からの径方向距離で変化する。
クラッド２４において、屈折率は一定であり、コア２２
より低い値を有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズは、約
１２５μｍの外径を有する。外径は、図１に示される従
来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１の外径と同じであ
る。しかし、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８と従
来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１とは、それらのコア
におけるドーパント原子の密度分布の違いのために、異
なる径方向屈折率プロファイルを有する。例示的なドー
パントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、リン（Ｐ）、およびフッ素（Ｆ）を含む。
円形のコア２２と、コア２２を囲む環状のクラッド２４
とを有する。コア２２において、屈折率は、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ１８の軸からの径方向距離で変化する。
クラッド２４において、屈折率は一定であり、コア２２
より低い値を有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズは、約
１２５μｍの外径を有する。外径は、図１に示される従
来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１の外径と同じであ
る。しかし、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８と従
来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１とは、それらのコア
におけるドーパント原子の密度分布の違いのために、異
なる径方向屈折率プロファイルを有する。例示的なドー
パントは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、リン（Ｐ）、およびフッ素（Ｆ）を含む。
【００１３】図３Ａは、それぞれ、従来のＧＲＩＮファ
イバ・レンズ１１におけるＧｅドーパント密度の径方向
プロファイル２６と、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８におけるＧｅドーパント密度の径方向プロファイル
２７とを示す。新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８の
コア２２において、Ｇｅドーパント密度は、中央軸で最
も大きく、下方に湾曲した凹状である径方向プロファイ
ルを有する。プロファイルは、軸方向密度のくぼみを有
さない、すなわちいくつかの従来のＧＲＩＮファイバ・
レンズ（図示せず）とは異なる。Ｇｅドーパントの径方
向プロファイルの湾曲は、従来のＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１１のコアにおけるよりも、新規なＧＲＩＮファイ
バ・レンズ１８のコア２２においてより小さい平均強度
を有する。従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１と新規
なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８との両方のクラッドに
おいて、Ｇｅドーパント密度が、ファイバ・コアよりも
低く、ファイバ軸からの径方向距離に関して一定であ
る。
イバ・レンズ１１におけるＧｅドーパント密度の径方向
プロファイル２６と、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８におけるＧｅドーパント密度の径方向プロファイル
２７とを示す。新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８の
コア２２において、Ｇｅドーパント密度は、中央軸で最
も大きく、下方に湾曲した凹状である径方向プロファイ
ルを有する。プロファイルは、軸方向密度のくぼみを有
さない、すなわちいくつかの従来のＧＲＩＮファイバ・
レンズ（図示せず）とは異なる。Ｇｅドーパントの径方
向プロファイルの湾曲は、従来のＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１１のコアにおけるよりも、新規なＧＲＩＮファイ
バ・レンズ１８のコア２２においてより小さい平均強度
を有する。従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１と新規
なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８との両方のクラッドに
おいて、Ｇｅドーパント密度が、ファイバ・コアよりも
低く、ファイバ軸からの径方向距離に関して一定であ
る。
【００１４】コアとクラッドとの間の境界、すなわち径
方向距離ＲｃおよびＲｃ’は、Ｇｅドーパント濃度およ
び／または濃度の径方向勾配における、急激な変化を特
徴とする。コア径は、従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１１におけるよりも、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８におけるほうがより大きい。すなわち、Ｒｃ’＞Ｒ
ｃである。コア径を増大すると、適切な長さのＧＲＩＮ
ファイバ・レンズ１８がファイバ・デバイスに使用され
るとき、ファイバ・デバイス１６のレイリー範囲が増大
する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８の例示的な実施形
態は、約１２５μｍの外径と、コア２２は、約８５μ
ｍ、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは１０５
μｍ以上の径を有する。あるＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８において、クラッドはなく、コアが約１２５μｍの
径を有している。
方向距離ＲｃおよびＲｃ’は、Ｇｅドーパント濃度およ
び／または濃度の径方向勾配における、急激な変化を特
徴とする。コア径は、従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１１におけるよりも、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８におけるほうがより大きい。すなわち、Ｒｃ’＞Ｒ
ｃである。コア径を増大すると、適切な長さのＧＲＩＮ
ファイバ・レンズ１８がファイバ・デバイスに使用され
るとき、ファイバ・デバイス１６のレイリー範囲が増大
する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８の例示的な実施形
態は、約１２５μｍの外径と、コア２２は、約８５μ
ｍ、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは１０５
μｍ以上の径を有する。あるＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８において、クラッドはなく、コアが約１２５μｍの
径を有している。
【００１５】図３Ｂは、それぞれ、ＧＲＩＮファイバ・
レンズ１１のＧｅドーパント濃度プロファイル２６に対
応する屈折率プロファイル２８、およびＧＲＩＮファイ
バ・レンズ１８のＧｅドーパント濃度プロファイル２７
に対応する屈折率プロファイル２９を示す。径方向プロ
ファイル２８、２９は、コア２２内に下方に凹である。
レンズ１１のＧｅドーパント濃度プロファイル２６に対
応する屈折率プロファイル２８、およびＧＲＩＮファイ
バ・レンズ１８のＧｅドーパント濃度プロファイル２７
に対応する屈折率プロファイル２９を示す。径方向プロ
ファイル２８、２９は、コア２２内に下方に凹である。
【００１６】径方向プロファイル２８、２９は、その径
方向プロファイルが、従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１１におけるよりも、著しくよりなだらかな変化を有す
る屈折率を、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８が有
することも示す。パラメータ「ｇ」は、ＧＲＩＮファイ
バ・レンズのコアにおける屈折率プロファイルの径方向
湾曲を評価する。実際に、パラメータｇは、以下の式で
定義される。
方向プロファイルが、従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１１におけるよりも、著しくよりなだらかな変化を有す
る屈折率を、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８が有
することも示す。パラメータ「ｇ」は、ＧＲＩＮファイ
バ・レンズのコアにおける屈折率プロファイルの径方向
湾曲を評価する。実際に、パラメータｇは、以下の式で
定義される。
【００１７】 ここで、「ｒ」は、ＧＲＩＮファイバ・レンズの軸に関
する径方向距離であり、ｎ０は、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズの軸上の屈折率の値であり、Ｐ（ｒ）は、ファイバ
・レンズの軸から「ｒ」の距離での屈折率の値である。
する径方向距離であり、ｎ０は、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズの軸上の屈折率の値であり、Ｐ（ｒ）は、ファイバ
・レンズの軸から「ｒ」の距離での屈折率の値である。
【００１８】ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、レンズ
のコアにわたるよりなだらかな径方向の変化を有する屈
折率プロファイルを有する。一般に、ＧＲＩＮファイバ
・レンズ１８の屈折率プロファイルは、参照によって本
明細書に完全に組み込まれる、Ｗ．Ｌ．Ｅｍｋｅｙなど
による、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴ
ｅｃｈｎｏｌｉｇｙ、Ｖｏｌ．ＬＴ−５、Ｎｏ．９（１
９８７年９月）、ｐｐ．１１５６〜１１６４の「Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ Ｇｒ
ａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ Ｆｉｂｅｒ−Ｌｅｎｓｅｓ（屈
折率分布ファイバ・レンズの解析および評価）」（ＥＭ
ＫＥＹ）の表１に開示されている大きさよりも小さい径
方向湾曲を有する。一般に、ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８の実施形態に関する屈折率プロファイルの径方向湾
曲の大きさは、少なくとも、ＥＭＫＥＹに開示された屈
折率プロファイルの径方向湾曲の大きさの半分である。
例示的なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、１．７×１
０−６μｍ−２より小さく、好ましくは約０．９×１０
−６μｍ−２より小さく、より好ましくは約５．０×１
０−７μｍ−２より小さい「ｇ」を有する。１２５μｍ
のＧＲＩＮファイバ・レンズ１８径に関して、「ｇ」の
値は、良好なビーム・コリメーションを提供するため
に、１．７×１０−６μｍ−２から５．０×１０−７μ
ｍ−２の範囲から、好ましくは、０．９×１０−６μｍ
−２から５．０×１０−７μｍ−２の範囲から選択され
る。
のコアにわたるよりなだらかな径方向の変化を有する屈
折率プロファイルを有する。一般に、ＧＲＩＮファイバ
・レンズ１８の屈折率プロファイルは、参照によって本
明細書に完全に組み込まれる、Ｗ．Ｌ．Ｅｍｋｅｙなど
による、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴ
ｅｃｈｎｏｌｉｇｙ、Ｖｏｌ．ＬＴ−５、Ｎｏ．９（１
９８７年９月）、ｐｐ．１１５６〜１１６４の「Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆ Ｇｒ
ａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ Ｆｉｂｅｒ−Ｌｅｎｓｅｓ（屈
折率分布ファイバ・レンズの解析および評価）」（ＥＭ
ＫＥＹ）の表１に開示されている大きさよりも小さい径
方向湾曲を有する。一般に、ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８の実施形態に関する屈折率プロファイルの径方向湾
曲の大きさは、少なくとも、ＥＭＫＥＹに開示された屈
折率プロファイルの径方向湾曲の大きさの半分である。
例示的なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、１．７×１
０−６μｍ−２より小さく、好ましくは約０．９×１０
−６μｍ−２より小さく、より好ましくは約５．０×１
０−７μｍ−２より小さい「ｇ」を有する。１２５μｍ
のＧＲＩＮファイバ・レンズ１８径に関して、「ｇ」の
値は、良好なビーム・コリメーションを提供するため
に、１．７×１０−６μｍ−２から５．０×１０−７μ
ｍ−２の範囲から、好ましくは、０．９×１０−６μｍ
−２から５．０×１０−７μｍ−２の範囲から選択され
る。
【００１９】例示的なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８
は、レンズ軸から距離においてほぼ二次関数で変化する
コア屈折率プロファイルを有する。しかし、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ１８の他の実施形態は、二次関数ではな
い屈折率プロファイルを有する。
は、レンズ軸から距離においてほぼ二次関数で変化する
コア屈折率プロファイルを有する。しかし、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ１８の他の実施形態は、二次関数ではな
い屈折率プロファイルを有する。
【００２０】図２を再び参照すると、新規なＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ１８は、従来のＧＲＩＮファイバ・レン
ズ１１より広いコア２２を有する。より広いコア２２お
よびより小さい値のパラメータ「ｇ」は、ビーム・コリ
メータとして使用されたとき、適切な長さの新規なＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ１８が、より広い断面積およびよ
り低いエネルギー密度を有するビームを作り出すことを
可能にする。
ァイバ・レンズ１８は、従来のＧＲＩＮファイバ・レン
ズ１１より広いコア２２を有する。より広いコア２２お
よびより小さい値のパラメータ「ｇ」は、ビーム・コリ
メータとして使用されたとき、適切な長さの新規なＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ１８が、より広い断面積およびよ
り低いエネルギー密度を有するビームを作り出すことを
可能にする。
【００２１】図４Ａは、図１に示されるタイプの新規な
ファイバ・デバイス１６’によって放出された光ビーム
３１を示し、図４Ｂは、図２に示されるタイプの従来の
ファイバ・デバイス１０’によって放出された光ビーム
３２を示す。ファイバ・デバイス１６’、１０’は、等
しいピッチ、例えば５／１６ピッチであるが、異なる屈
折率プロファイルを有する、ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８’、１１’を有する。レンズ１８’における新規な
プロファイルは、従来の装置１０’のレイリー範囲Ｒ
Ｒ’を超える、ファイバ・デバイス１６’のレイリー範
囲ＲＲをかなり増大する。増大されたレイリー範囲は、
従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１におけるビーム拡
大と比べると、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８’におけ
るよりなだらかなビーム拡大を結果として生じる。実際
に、図４Ａおよび図４Ｂは、従来のＧＲＩＮファイバ・
レンズにおけるよりも小さい、ＧＲＩＮファイバ・レン
ズの屈折率プロファイルにおける径方向湾曲にすること
が、所定のピッチで放出されたビームの発散をかなり低
減することを示す。
ファイバ・デバイス１６’によって放出された光ビーム
３１を示し、図４Ｂは、図２に示されるタイプの従来の
ファイバ・デバイス１０’によって放出された光ビーム
３２を示す。ファイバ・デバイス１６’、１０’は、等
しいピッチ、例えば５／１６ピッチであるが、異なる屈
折率プロファイルを有する、ＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８’、１１’を有する。レンズ１８’における新規な
プロファイルは、従来の装置１０’のレイリー範囲Ｒ
Ｒ’を超える、ファイバ・デバイス１６’のレイリー範
囲ＲＲをかなり増大する。増大されたレイリー範囲は、
従来のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１におけるビーム拡
大と比べると、ＧＲＩＮファイバ・レンズ１８’におけ
るよりなだらかなビーム拡大を結果として生じる。実際
に、図４Ａおよび図４Ｂは、従来のＧＲＩＮファイバ・
レンズにおけるよりも小さい、ＧＲＩＮファイバ・レン
ズの屈折率プロファイルにおける径方向湾曲にすること
が、所定のピッチで放出されたビームの発散をかなり低
減することを示す。
【００２２】レイリー範囲は、光学デバイスがほぼ損失
なしにファイバ・デバイスに結合することができる距離
範囲を決定する。新規なファイバ・デバイス１６’にお
けるより大きなレイリー範囲は、従来のファイバ・デバ
イス１０’に利用できるよりも大きな、そのような装置
に端部結合するために利用できる一組の距離を作る。
なしにファイバ・デバイスに結合することができる距離
範囲を決定する。新規なファイバ・デバイス１６’にお
けるより大きなレイリー範囲は、従来のファイバ・デバ
イス１０’に利用できるよりも大きな、そのような装置
に端部結合するために利用できる一組の距離を作る。
【００２３】等しいピッチのＧＲＩＮレンズは、通常、
レンズ長のｇ１／２倍の等しい積を有する。新規なＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ１８はより小さいｇ値を有するた
め、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、通常、等
しいピッチの通常のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１より
も長い。より長い長さは、新規なＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１８を、通常のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１より
も、取り扱い、位置合わせ、かつ光ファイバへの溶着を
より容易にする。増大された長さは、同様に、新規なＧ
ＲＩＮファイバ・レンズ１８の製造中に発生するへき開
誤差に関連する、コリメーション誤差を低減する。
レンズ長のｇ１／２倍の等しい積を有する。新規なＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ１８はより小さいｇ値を有するた
め、新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、通常、等
しいピッチの通常のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１より
も長い。より長い長さは、新規なＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ１８を、通常のＧＲＩＮファイバ・レンズ１１より
も、取り扱い、位置合わせ、かつ光ファイバへの溶着を
より容易にする。増大された長さは、同様に、新規なＧ
ＲＩＮファイバ・レンズ１８の製造中に発生するへき開
誤差に関連する、コリメーション誤差を低減する。
【００２４】図５は、内付け化学気相成長（Ｍｏｄｉｆ
ｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ、ＭＣＶＤ）によってドープされたシリカ・ガ
ラスのＧＲＩＮファイバ・レンズを製造する方法１００
に関するフローチャートである。光ファイバのＭＣＶＤ
構成は、参照により本明細書にその全体が組み込まれ
た、米国特許第４９０９８１６号および第４２１７０２
７号に記載されている。製造方法１００は、改善された
ＧＲＩＮプリフォームを形成し、その後、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズ、例えば図２のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８を作るために、改善されたＧＲＩＮプリフォームを
使用することを含む。
ｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ、ＭＣＶＤ）によってドープされたシリカ・ガ
ラスのＧＲＩＮファイバ・レンズを製造する方法１００
に関するフローチャートである。光ファイバのＭＣＶＤ
構成は、参照により本明細書にその全体が組み込まれ
た、米国特許第４９０９８１６号および第４２１７０２
７号に記載されている。製造方法１００は、改善された
ＧＲＩＮプリフォームを形成し、その後、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズ、例えば図２のＧＲＩＮファイバ・レンズ
１８を作るために、改善されたＧＲＩＮプリフォームを
使用することを含む。
【００２５】ＧＲＩＮプリフォームを形成するために、
シリカ・ガラスの層は、ＭＣＶＤによってシリカ・ガラ
ス・クラッド・チューブの内側に堆積される（ステップ
１０２）。ＭＣＶＤ中に、ドーパント・ガスの分圧の時
間変化は、クラッド・チューブの内側にシリカ・ガラス
を堆積するために使用されるガス混合物に放出される。
例示的なドーパントは、Ｇｅ、Ａｌ、Ｐ、およびＦを含
む。シリカ・ガラス内の１つ以上のこれらのドーパント
の導入は、ガラスの屈折率を変化させる。ドーパント・
ガスの分圧は、最終シリカ・ガラス・プリフォーム内の
ドーパント原子の平凡ではない径方向プロファイルを作
り出すために、ＭＣＶＤプロセス中に変化される。
シリカ・ガラスの層は、ＭＣＶＤによってシリカ・ガラ
ス・クラッド・チューブの内側に堆積される（ステップ
１０２）。ＭＣＶＤ中に、ドーパント・ガスの分圧の時
間変化は、クラッド・チューブの内側にシリカ・ガラス
を堆積するために使用されるガス混合物に放出される。
例示的なドーパントは、Ｇｅ、Ａｌ、Ｐ、およびＦを含
む。シリカ・ガラス内の１つ以上のこれらのドーパント
の導入は、ガラスの屈折率を変化させる。ドーパント・
ガスの分圧は、最終シリカ・ガラス・プリフォーム内の
ドーパント原子の平凡ではない径方向プロファイルを作
り出すために、ＭＣＶＤプロセス中に変化される。
【００２６】ドーパント原子における径方向プロファイ
ルは、最終プリフォームにおける選択された径方向に分
布された屈折率を作り出す。ドーパント密度および屈折
率に関する例示的なプロファイルは、下方に凹状、また
は負の径方向湾曲を有するプロファイルを有する。しば
しば、屈折率プロファイルは、プリフォームのコアにお
けるプリフォーム軸からの距離の平方、例えば、図３Ａ
および図３Ｂのプロファイル２７、２９として変化す
る。他の径方向プロファイルは、ＭＣＶＤ中にドーパン
ト原子の分圧の時間変化を適切に変更することによって
得ることができる。ＧＲＩＮファイバにおける二次関数
ではないプロファイルは、当業者に知られているように
ＧＲＩＮファイバ内の光ビームの再整形を可能にする。
ルは、最終プリフォームにおける選択された径方向に分
布された屈折率を作り出す。ドーパント密度および屈折
率に関する例示的なプロファイルは、下方に凹状、また
は負の径方向湾曲を有するプロファイルを有する。しば
しば、屈折率プロファイルは、プリフォームのコアにお
けるプリフォーム軸からの距離の平方、例えば、図３Ａ
および図３Ｂのプロファイル２７、２９として変化す
る。他の径方向プロファイルは、ＭＣＶＤ中にドーパン
ト原子の分圧の時間変化を適切に変更することによって
得ることができる。ＧＲＩＮファイバにおける二次関数
ではないプロファイルは、当業者に知られているように
ＧＲＩＮファイバ内の光ビームの再整形を可能にする。
【００２７】方法１００は、ロッド状のプリフォームを
形成するために内側堆積によって作られたチューブを使
用することを含む。ロッド状のプリフォームを形成する
ために、熱が、ドープされたシリカ・ガラスのチューブ
を部分的に壊すために加えられる（ステップ１０４）。
一実施形態において、熱を加えることは、炉の高温ゾー
ンを通してチューブを繰り返し通過させることを含む。
熱を加えることは、チューブ内の軸方向チャネルがガラ
スで完全に閉塞される前に停止される。
形成するために内側堆積によって作られたチューブを使
用することを含む。ロッド状のプリフォームを形成する
ために、熱が、ドープされたシリカ・ガラスのチューブ
を部分的に壊すために加えられる（ステップ１０４）。
一実施形態において、熱を加えることは、炉の高温ゾー
ンを通してチューブを繰り返し通過させることを含む。
熱を加えることは、チューブ内の軸方向チャネルがガラ
スで完全に閉塞される前に停止される。
【００２８】チューブを部分的に壊した後、シリカ・ガ
ラス・エチャント混合物が、チューブの軸からガラスの
いくつかの層を取り除くために、軸方向チャネルを通過
される（ステップ１０６）。例示的なガス状エチャント
混合物は、Ｃ２Ｆ２、Ｏ２、およびＣｌ２を含む。他の
ガス状エチャント混合物はＨＦを含む。取り除かれた層
は、シリカ・ガラスの隣接する外側層より低いドーパン
ト濃度を有する。なぜなら、ドーパントは気化し、チュ
ーブを壊すために使用される加熱の間にチューブの軸方
向チャネルを通して失われるからである。より低いドー
パント密度を有するこれらの層が取り除かれないなら、
最終プリフォームは、ドーパント密度における軸方向の
くぼみ、および屈折率における対応する軸方向くぼみを
有する。屈折率における軸方向のくぼみは、いくつかの
従来のＧＲＩＮファイバ・レンズの作動を妨げる。
ラス・エチャント混合物が、チューブの軸からガラスの
いくつかの層を取り除くために、軸方向チャネルを通過
される（ステップ１０６）。例示的なガス状エチャント
混合物は、Ｃ２Ｆ２、Ｏ２、およびＣｌ２を含む。他の
ガス状エチャント混合物はＨＦを含む。取り除かれた層
は、シリカ・ガラスの隣接する外側層より低いドーパン
ト濃度を有する。なぜなら、ドーパントは気化し、チュ
ーブを壊すために使用される加熱の間にチューブの軸方
向チャネルを通して失われるからである。より低いドー
パント密度を有するこれらの層が取り除かれないなら、
最終プリフォームは、ドーパント密度における軸方向の
くぼみ、および屈折率における対応する軸方向くぼみを
有する。屈折率における軸方向のくぼみは、いくつかの
従来のＧＲＩＮファイバ・レンズの作動を妨げる。
【００２９】いくつかのガラスの中央層のエッチング除
去後、チューブは、ドープされたシリカ・ガラスのロッ
ド状プリフォームに対してその破壊を終了するために、
外部から加熱される（ステップ１０８）。
去後、チューブは、ドープされたシリカ・ガラスのロッ
ド状プリフォームに対してその破壊を終了するために、
外部から加熱される（ステップ１０８）。
【００３０】プリフォームを冷却した後、エチャント
が、プリフォームの外側からクラッド・チューブの選択
された厚みを取り除くために、外側表面に加えられる
（ステップ１１０）。クラッド・チューブの部分を取り
除くことは、クラッドが少ないまたはないガラス・ファ
イバのその後の線引きを可能にする。例えば、図３Ａに
おけるプロファイル２７、および図３Ｂにおけるプロフ
ァイル２９を参照されたい。これらのクラッドの薄いま
たはクラッドのないファイバは、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズには有利である。なぜなら、そのようなファイバ
は、光ビームが、最終のＧＲＩＮファイバの断面積のよ
り広い部分にわたって拡大することを可能にする。より
広い断面積にわたるビームを拡大することは、関連する
開口数を低減し、かつパワー密度を低減し、レンズの端
部表面上、または放出されたビームのターゲット上の欠
陥は、構成部品損傷をより引き起こし難くする。
が、プリフォームの外側からクラッド・チューブの選択
された厚みを取り除くために、外側表面に加えられる
（ステップ１１０）。クラッド・チューブの部分を取り
除くことは、クラッドが少ないまたはないガラス・ファ
イバのその後の線引きを可能にする。例えば、図３Ａに
おけるプロファイル２７、および図３Ｂにおけるプロフ
ァイル２９を参照されたい。これらのクラッドの薄いま
たはクラッドのないファイバは、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズには有利である。なぜなら、そのようなファイバ
は、光ビームが、最終のＧＲＩＮファイバの断面積のよ
り広い部分にわたって拡大することを可能にする。より
広い断面積にわたるビームを拡大することは、関連する
開口数を低減し、かつパワー密度を低減し、レンズの端
部表面上、または放出されたビームのターゲット上の欠
陥は、構成部品損傷をより引き起こし難くする。
【００３１】ＧＲＩＮファイバ・レンズの製造は、分布
屈折率プリフォームからＧＲＩＮファイバを線引きする
ために、標準のファイバ線引き炉を使用することを同様
に含む（ステップ１１２）。冷却後、線引きされたＧＲ
ＩＮファイバの一端部は、標準のファイバ、すなわち非
分布屈折率コアを有するファイバの一端部に溶着される
（ステップ１１４）。ＧＲＩＮおよび標準ファイバを溶
着するために、２つのファイバの端部は、アルゴン雰囲
気における電気アークまたはタングステン・フィラメン
トを用いて加熱され、一方、端部は、互いに適切に位置
合わせされ、かつ隣接して配置される。
屈折率プリフォームからＧＲＩＮファイバを線引きする
ために、標準のファイバ線引き炉を使用することを同様
に含む（ステップ１１２）。冷却後、線引きされたＧＲ
ＩＮファイバの一端部は、標準のファイバ、すなわち非
分布屈折率コアを有するファイバの一端部に溶着される
（ステップ１１４）。ＧＲＩＮおよび標準ファイバを溶
着するために、２つのファイバの端部は、アルゴン雰囲
気における電気アークまたはタングステン・フィラメン
トを用いて加熱され、一方、端部は、互いに適切に位置
合わせされ、かつ隣接して配置される。
【００３２】最後に、ＧＲＩＮファイバは、所望の長さ
を有する光学レンズを作り出すためにへき開される（ス
テップ１１６）。最終的に取り付けられたＧＲＩＮファ
イバ・レンズは、１／４、１／２、または任意の他の所
望の長さを有し、ビーム・コリメータおよび拡大器とし
て機能するファイバに溶着される。
を有する光学レンズを作り出すためにへき開される（ス
テップ１１６）。最終的に取り付けられたＧＲＩＮファ
イバ・レンズは、１／４、１／２、または任意の他の所
望の長さを有し、ビーム・コリメータおよび拡大器とし
て機能するファイバに溶着される。
【００３３】最終のファイバ・デバイスの面からファイ
バに戻る反射を低減するために、へき開することは、Ｇ
ＲＩＮファイバの軸に垂直ではない方向に沿ってしばし
ば行われる。ＧＲＩＮではない光ファイバにおいて、フ
ァイバの軸に対して垂直方向に対して８°の角度で、フ
ァイバの端部面をへき開することは、戻り反射を著しく
低減する。ＧＲＩＮファイバ・レンズに関しては、この
へき開角度は、取り付けられた光ファイバへの戻り反射
の同様な低減を達成するために、レンズ軸に垂直な方向
から８°より小さく低減されることができ、例えば、好
ましいへき開角度は、約０．５〜２°である。
バに戻る反射を低減するために、へき開することは、Ｇ
ＲＩＮファイバの軸に垂直ではない方向に沿ってしばし
ば行われる。ＧＲＩＮではない光ファイバにおいて、フ
ァイバの軸に対して垂直方向に対して８°の角度で、フ
ァイバの端部面をへき開することは、戻り反射を著しく
低減する。ＧＲＩＮファイバ・レンズに関しては、この
へき開角度は、取り付けられた光ファイバへの戻り反射
の同様な低減を達成するために、レンズ軸に垂直な方向
から８°より小さく低減されることができ、例えば、好
ましいへき開角度は、約０．５〜２°である。
【００３４】方法１００は、従来のＧＲＩＮファイバ・
レンズ、例えば図１のレンズ１１より、低い単位長さ当
りの屈折パワーを有する、ＧＲＩＮファイバ・レンズ、
例えば図２のレンズ１８を作り出す。したがって、新規
なＧＲＩＮファイバ・レンズは、同様の光学パワーを有
する従来のＧＲＩＮファイバ・レンズより著しく長い。
より長いレンズは、より良く光をコリメートし、かつ装
置構成中に操作することがより容易である。低い径方向
ドーパント傾斜を有する例示的なＧＲＩＮファイバ・レ
ンズは、約２、３、または４〜２０ｍｍの完全なピッチ
長さを有する。
レンズ、例えば図１のレンズ１１より、低い単位長さ当
りの屈折パワーを有する、ＧＲＩＮファイバ・レンズ、
例えば図２のレンズ１８を作り出す。したがって、新規
なＧＲＩＮファイバ・レンズは、同様の光学パワーを有
する従来のＧＲＩＮファイバ・レンズより著しく長い。
より長いレンズは、より良く光をコリメートし、かつ装
置構成中に操作することがより容易である。低い径方向
ドーパント傾斜を有する例示的なＧＲＩＮファイバ・レ
ンズは、約２、３、または４〜２０ｍｍの完全なピッチ
長さを有する。
【００３５】図２のＧＲＩＮファイバ・レンズ１８は、
当業者に知られている、気相軸方向堆積（Ｖａｐｏｒ
Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＶＡＤ）、外方気
相堆積（Ｏｕｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ、ＯＶＤ）、およびゾル−ゲル・プロセスで作ること
もできる。そのようなプロセスは、最終のＧＲＩＮファ
イバ・レンズの屈折率における軸方向くぼみを形成する
ことを避けることを、同様に可能にする。
当業者に知られている、気相軸方向堆積（Ｖａｐｏｒ
Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＶＡＤ）、外方気
相堆積（Ｏｕｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ、ＯＶＤ）、およびゾル−ゲル・プロセスで作ること
もできる。そのようなプロセスは、最終のＧＲＩＮファ
イバ・レンズの屈折率における軸方向くぼみを形成する
ことを避けることを、同様に可能にする。
【００３６】２．ＧＲＩＮファイバ・レンズを使用する
ファイバ・デバイス 様々な実施形態から、以下に記載する光ファイバ・デバ
イスが得られる。記載する様々な装置は、従来のＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ、例えば図１のレンズ１１、または
新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ、例えば図２のレンズ
１８のいずれかを用いることができる。
ファイバ・デバイス 様々な実施形態から、以下に記載する光ファイバ・デバ
イスが得られる。記載する様々な装置は、従来のＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ、例えば図１のレンズ１１、または
新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ、例えば図２のレンズ
１８のいずれかを用いることができる。
【００３７】図６Ａは、異なる基本モードまたはより高
い伝搬モードを有する、一対の光ファイバ３６、３８を
結合するモード・コンバータ４０を示す。いくつかの実
施形態において、光ファイバ３６、３８は、異なる径の
コアを有するか、またはコア・クラッド境界を横切る、
異なるサイズの屈折率ジャンプを有する。モード・コン
バータ４０において、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３
は、光ファイバ３６、３８の端部に取り付けられる。例
示的なモード・コンバータ４０において、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズ４３は、光ファイバ３６、３８に直接溶着
されるか、またはその厚みが、ファイバ３６、３８のコ
アの幅より大きくないグルー層（図示せず）によって、
ファイバ３６、３８に結合される。
い伝搬モードを有する、一対の光ファイバ３６、３８を
結合するモード・コンバータ４０を示す。いくつかの実
施形態において、光ファイバ３６、３８は、異なる径の
コアを有するか、またはコア・クラッド境界を横切る、
異なるサイズの屈折率ジャンプを有する。モード・コン
バータ４０において、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３
は、光ファイバ３６、３８の端部に取り付けられる。例
示的なモード・コンバータ４０において、ＧＲＩＮファ
イバ・レンズ４３は、光ファイバ３６、３８に直接溶着
されるか、またはその厚みが、ファイバ３６、３８のコ
アの幅より大きくないグルー層（図示せず）によって、
ファイバ３６、３８に結合される。
【００３８】光ファイバ３６、３８は、異なるコア径、
および／または屈折率ジャンプを有するので、ファイバ
３６、３８は、異なるサイズを有する、伝搬モード、例
えば基本モードを有する。ここで、伝搬モードのサイズ
は、最大強度値の半分のモードの完全な径として定義さ
れる。伝搬モードの異なるサイズのため、光ファイバ３
６、３８を直接結合することは、光エネルギーの相当な
結合損失、すなわちスプライス損失（ｓｐｌｉｃｅ ｌ
ｏｓｓ）を作り出す。
および／または屈折率ジャンプを有するので、ファイバ
３６、３８は、異なるサイズを有する、伝搬モード、例
えば基本モードを有する。ここで、伝搬モードのサイズ
は、最大強度値の半分のモードの完全な径として定義さ
れる。伝搬モードの異なるサイズのため、光ファイバ３
６、３８を直接結合することは、光エネルギーの相当な
結合損失、すなわちスプライス損失（ｓｐｌｉｃｅ ｌ
ｏｓｓ）を作り出す。
【００３９】スプライス損失を低減するために、ＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ４３は、光ファイバ３６、３８間に
配置され、光ファイバ３８の伝搬モードの径に等しいよ
り大きな径を有するために、光ファイバ３６のより狭い
伝搬モードを拡張するために選択される。適切なサイズ
変換を作り出すために、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３
を設計することは、適切なレンズ長を選択することを伴
う。当業者は、一方のファイバ３６の伝搬モードサイズ
を、他方のファイバ３８の伝搬モードサイズに変換する
ために必要な強度量に基づいて、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ４３の長さをいかに選択するかを知っているであろ
う。
Ｎファイバ・レンズ４３は、光ファイバ３６、３８間に
配置され、光ファイバ３８の伝搬モードの径に等しいよ
り大きな径を有するために、光ファイバ３６のより狭い
伝搬モードを拡張するために選択される。適切なサイズ
変換を作り出すために、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３
を設計することは、適切なレンズ長を選択することを伴
う。当業者は、一方のファイバ３６の伝搬モードサイズ
を、他方のファイバ３８の伝搬モードサイズに変換する
ために必要な強度量に基づいて、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ４３の長さをいかに選択するかを知っているであろ
う。
【００４０】他の実施形態において、モード・コンバー
タ３４は、光ファイバ以外の導波路を光ファイバ３８に
結合する。
タ３４は、光ファイバ以外の導波路を光ファイバ３８に
結合する。
【００４１】図６Ｂは、図６Ａのモード・コンバータ３
４の特定の実施形態３４’を示す。モード・コンバータ
３４’において、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３’は、
一連のＧＲＩＮファイバ・レンズ素子４３Ａ、４３Ｂで
作られた複合レンズである。第１の素子４３Ａは、光フ
ァイバ３６の端部に直接溶着され、最後の素子４３Ｂ
は、光ファイバ３８の端部に直接溶着される。例示的な
ＧＲＩＮ素子４３Ａおよび４３Ｂは、共に溶着され、異
なる屈折率プロファイルおよび長さを有する。２つのレ
ンズ素子４３Ａ、４３Ｂの長さおよび屈折率プロファイ
ルは、ファイバ３６、３８をより良好に光学的に結合さ
れるように選択される。いくつかの実施形態において、
第１のＧＲＩＮ素子４３Ａは、ファイバ３６によって放
出される光ビームを拡張し、第２の素子４３Ｂは、ファ
イバ３８内の伝搬モードのサイズに対するビーム・ウェ
ストを集束する。
４の特定の実施形態３４’を示す。モード・コンバータ
３４’において、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４３’は、
一連のＧＲＩＮファイバ・レンズ素子４３Ａ、４３Ｂで
作られた複合レンズである。第１の素子４３Ａは、光フ
ァイバ３６の端部に直接溶着され、最後の素子４３Ｂ
は、光ファイバ３８の端部に直接溶着される。例示的な
ＧＲＩＮ素子４３Ａおよび４３Ｂは、共に溶着され、異
なる屈折率プロファイルおよび長さを有する。２つのレ
ンズ素子４３Ａ、４３Ｂの長さおよび屈折率プロファイ
ルは、ファイバ３６、３８をより良好に光学的に結合さ
れるように選択される。いくつかの実施形態において、
第１のＧＲＩＮ素子４３Ａは、ファイバ３６によって放
出される光ビームを拡張し、第２の素子４３Ｂは、ファ
イバ３８内の伝搬モードのサイズに対するビーム・ウェ
ストを集束する。
【００４２】図７Ａは、１×２マイクロ光ルータ４６を
示す。ルータ４６は、入力光ファイバ４８と、出力光フ
ァイバ５０、５２と、出力ファイバ５０、５２の選択さ
れた１つに入力ファイバ４８からの光を向けるための可
動反射器５４とを含む。光ファイバ４８、５０、５２の
終端は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４９’、４
９”、例えば同一のＧＲＩＮファイバ・レンズに溶着さ
れる。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９は、ファイバ４８
からの放出された光ビームをコリメートする、または集
束する機能を行う。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９’、
４９”は、光を収集する、および結合された光ファイバ
５０、５２に収集された光を結合する機能を行う。出力
光ファイバ５０、５２は、入力光ファイバ４８によって
放出されたビームのウェストが、入力光ファイバ４８と
出力光ファイバ５０、５２との間の光経路の中間である
ように配置される。反射器５４の反射表面は、出力光フ
ァイバ５０に光を反射するように配置されたとき、ほぼ
レイリー範囲内のビーム・ウェストに配置される。
示す。ルータ４６は、入力光ファイバ４８と、出力光フ
ァイバ５０、５２と、出力ファイバ５０、５２の選択さ
れた１つに入力ファイバ４８からの光を向けるための可
動反射器５４とを含む。光ファイバ４８、５０、５２の
終端は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４９’、４
９”、例えば同一のＧＲＩＮファイバ・レンズに溶着さ
れる。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９は、ファイバ４８
からの放出された光ビームをコリメートする、または集
束する機能を行う。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９’、
４９”は、光を収集する、および結合された光ファイバ
５０、５２に収集された光を結合する機能を行う。出力
光ファイバ５０、５２は、入力光ファイバ４８によって
放出されたビームのウェストが、入力光ファイバ４８と
出力光ファイバ５０、５２との間の光経路の中間である
ように配置される。反射器５４の反射表面は、出力光フ
ァイバ５０に光を反射するように配置されたとき、ほぼ
レイリー範囲内のビーム・ウェストに配置される。
【００４３】ルーティングを選択するために、反射器５
４は、光ファイバ４８によって放出された光ビームの経
路に、または経路を外れて動かされる。反射器５４は、
マイクロ電子機械（ＭＥＭ、ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒ
ｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）装置５６に印加された電気
信号に応答して、反射器５４をビームの光経路に、また
は光経路を外して動かすＭＥＭ装置５６に固定される。
４は、光ファイバ４８によって放出された光ビームの経
路に、または経路を外れて動かされる。反射器５４は、
マイクロ電子機械（ＭＥＭ、ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒ
ｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）装置５６に印加された電気
信号に応答して、反射器５４をビームの光経路に、また
は光経路を外して動かすＭＥＭ装置５６に固定される。
【００４４】ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４９’、
４９”は、終端５８、６０、６２が、ルーティング領域
６４の反射器５４の挿入および除去を可能にするために
十分に長い距離だけ分離されることができるように、ビ
ーム・コリメーションおよび収集を改善する。図２、３
Ａ〜３Ｂ、４Ａの新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８
に基づくルータ４６の実施形態において、より良好なビ
ーム・コリメーションは、終端５８、６０、６２間の距
離が約９ｍｍと同じ大きさになることを可能にする。こ
れらの大きなファイバ間距離に関して、ＧＲＩＮファイ
バ・レンズ４９、４９’、４９”は、約０．５デシベル
（ｄＢ）より小さく、および好ましくは約０．２ｄＢ〜
０．０５ｄＢより小さく、光結合損失を低減する。しか
しながら、より大きいファイバ間空間は、より重大なフ
ァイバ・デバイス位置合わせ問題を伴う。
４９”は、終端５８、６０、６２が、ルーティング領域
６４の反射器５４の挿入および除去を可能にするために
十分に長い距離だけ分離されることができるように、ビ
ーム・コリメーションおよび収集を改善する。図２、３
Ａ〜３Ｂ、４Ａの新規なＧＲＩＮファイバ・レンズ１８
に基づくルータ４６の実施形態において、より良好なビ
ーム・コリメーションは、終端５８、６０、６２間の距
離が約９ｍｍと同じ大きさになることを可能にする。こ
れらの大きなファイバ間距離に関して、ＧＲＩＮファイ
バ・レンズ４９、４９’、４９”は、約０．５デシベル
（ｄＢ）より小さく、および好ましくは約０．２ｄＢ〜
０．０５ｄＢより小さく、光結合損失を低減する。しか
しながら、より大きいファイバ間空間は、より重大なフ
ァイバ・デバイス位置合わせ問題を伴う。
【００４５】いくつかの実施形態において、マイクロ・
ルータ４６は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”が、湾曲した屈折表面を有する従来のレン
ズで置き換えられた、類似のルータの全体サイズよりか
なり小さい全体サイズＳを有する。湾曲した屈折表面を
有するレンズは、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”より大きな径を有する。より大きなレンズ
径は、マイクロ・ルータ４６よりそのようなルータにお
けるより大きな分離で、入力および出力ファイバの端部
を配置する必要がある。湾曲した屈折表面を有するレン
ズは同様に、一般に、マイクロ・ルータ４６の溶着され
たＧＲＩＮファイバ・レンズ４９より大きな径のルーテ
ィング領域におけるコリメートされたビームを作り出
す。より大きなビーム径は、マイクロ・ルータ４６の反
射器５６に必要であるより大きな、レンズが湾曲した屈
折表面を有するルータのルーティング反射器の反射表面
を必要とする。
ルータ４６は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”が、湾曲した屈折表面を有する従来のレン
ズで置き換えられた、類似のルータの全体サイズよりか
なり小さい全体サイズＳを有する。湾曲した屈折表面を
有するレンズは、ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”より大きな径を有する。より大きなレンズ
径は、マイクロ・ルータ４６よりそのようなルータにお
けるより大きな分離で、入力および出力ファイバの端部
を配置する必要がある。湾曲した屈折表面を有するレン
ズは同様に、一般に、マイクロ・ルータ４６の溶着され
たＧＲＩＮファイバ・レンズ４９より大きな径のルーテ
ィング領域におけるコリメートされたビームを作り出
す。より大きなビーム径は、マイクロ・ルータ４６の反
射器５６に必要であるより大きな、レンズが湾曲した屈
折表面を有するルータのルーティング反射器の反射表面
を必要とする。
【００４６】マイクロ・ルータ４６のある実施形態にお
いて、ＧＲＩＮレンズ４９、４９’、４９”間分離の特
性距離Ｓは、レイリー範囲の約１〜３倍に対してファイ
バ径の約１〜３倍の範囲の値、例えば約１ｍｍより小さ
い値を有する。これらの実施形態において、取り付けら
れたＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４９’、４９”の
径が小さいため、レンズ４９、４９’、４９”間の領域
６４の小さいサイズが一部分は達成され、反射器５４の
反射表面が、小さなビーム・アクセプタンス・ウインド
ウ（ｂｅａｍ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｗｉｎｄｏｗ）
を有するため一部分は達成される。入力ビームを反射す
るアクセプタンス・ウインドウは、ＧＲＩＮファイバ・
レンズ４９が、ファイバ４８の径より小さいビーム・ウ
ェストを作り出すので、ファイバ径より小さいことがで
きる。小さな径のＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”および反射器５４の微小性の両方が、ルー
タ４６を湾曲した屈折表面を有するレンズを使用するル
ータよりかなり小さくなることを可能にする。
いて、ＧＲＩＮレンズ４９、４９’、４９”間分離の特
性距離Ｓは、レイリー範囲の約１〜３倍に対してファイ
バ径の約１〜３倍の範囲の値、例えば約１ｍｍより小さ
い値を有する。これらの実施形態において、取り付けら
れたＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４９’、４９”の
径が小さいため、レンズ４９、４９’、４９”間の領域
６４の小さいサイズが一部分は達成され、反射器５４の
反射表面が、小さなビーム・アクセプタンス・ウインド
ウ（ｂｅａｍ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｗｉｎｄｏｗ）
を有するため一部分は達成される。入力ビームを反射す
るアクセプタンス・ウインドウは、ＧＲＩＮファイバ・
レンズ４９が、ファイバ４８の径より小さいビーム・ウ
ェストを作り出すので、ファイバ径より小さいことがで
きる。小さな径のＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”および反射器５４の微小性の両方が、ルー
タ４６を湾曲した屈折表面を有するレンズを使用するル
ータよりかなり小さくなることを可能にする。
【００４７】図７Ｂは、図７Ａに示されるルータ４６の
代わりの実施形態４６’を示す。ルータ４６’におい
て、ファイバ４８、５０、５２は隣接し、かつリニア・
アレイ６８に配置される。単一の回転可能な反射器５
６’、例えばＭＥＭＳ制御された反射器は、ファイバ４
８からの光を、ファイバ５０またはファイバ５２のどち
らかに選択的にルーティングする。いくつかの実施形態
において、ファイバ５０および５２の軸は、反射器５
６’からの光がファイバ５０、５２の軸と平行になるこ
とを確実にするために、ファイバ４８の軸に対してわず
かに傾斜される。
代わりの実施形態４６’を示す。ルータ４６’におい
て、ファイバ４８、５０、５２は隣接し、かつリニア・
アレイ６８に配置される。単一の回転可能な反射器５
６’、例えばＭＥＭＳ制御された反射器は、ファイバ４
８からの光を、ファイバ５０またはファイバ５２のどち
らかに選択的にルーティングする。いくつかの実施形態
において、ファイバ５０および５２の軸は、反射器５
６’からの光がファイバ５０、５２の軸と平行になるこ
とを確実にするために、ファイバ４８の軸に対してわず
かに傾斜される。
【００４８】ファイバ４８、５０、５２をアレイ６８に
構成することは、ルータ４６’の幅をアレイ６８の幅Ｗ
にほぼ等しくする。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”の小さな径および優れたコリメーション
は、ファイバ４８、５０、５２を密接してアレイ６８に
詰め込むことを可能にする。したがって、ルータ４６の
実施形態は、湾曲した屈折表面を有するレンズがＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ４９、４９’、４９”を置き換える
同様の形態のルータの幅よりかなり小さい幅Ｗを有する
ことができる。
構成することは、ルータ４６’の幅をアレイ６８の幅Ｗ
にほぼ等しくする。ＧＲＩＮファイバ・レンズ４９、４
９’、４９”の小さな径および優れたコリメーション
は、ファイバ４８、５０、５２を密接してアレイ６８に
詰め込むことを可能にする。したがって、ルータ４６の
実施形態は、湾曲した屈折表面を有するレンズがＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ４９、４９’、４９”を置き換える
同様の形態のルータの幅よりかなり小さい幅Ｗを有する
ことができる。
【００４９】図７Ｃは、光の偏光、光波長、または相対
的ファイバ位置に基づく３本の光ファイバ４８、５０、
５２を結合する光学デバイス４６”の実施形態を示す。
光ファイバ４８、５０、５２は、取り付けられ、光をコ
リメートしかつ収集するＧＲＩＮファイバ・レンズ４
９、４９’、４９”を有する。装置４６”は、光ファイ
バ４８、５０、５２間に光を、例えば偏光または波長に
応じた方法で伝送する光素子５４’を含む。様々な実施
形態において、光学デバイス５４’は、偏光ビームスプ
リッタ、格子、光サーキュレータ、またはブラッグ（Ｂ
ｒａｇｇ）格子などの波長選択反射器を含む。
的ファイバ位置に基づく３本の光ファイバ４８、５０、
５２を結合する光学デバイス４６”の実施形態を示す。
光ファイバ４８、５０、５２は、取り付けられ、光をコ
リメートしかつ収集するＧＲＩＮファイバ・レンズ４
９、４９’、４９”を有する。装置４６”は、光ファイ
バ４８、５０、５２間に光を、例えば偏光または波長に
応じた方法で伝送する光素子５４’を含む。様々な実施
形態において、光学デバイス５４’は、偏光ビームスプ
リッタ、格子、光サーキュレータ、またはブラッグ（Ｂ
ｒａｇｇ）格子などの波長選択反射器を含む。
【００５０】図８は、入力光ファイバ７２、Ｎ本の出力
光ファイバ７４１〜７４Ｎの出力アレイ７３、および反
射器７６を含む１×Ｎマイクロ光ルータ７０を示す。光
ファイバ７２、７４１〜７４Ｎは、端末ＧＲＩＮファイ
バ・レンズ７７０〜７７Ｎが溶着されたシングル・モー
ド・ファイバである。入力光ファイバ７２からの光ビー
ム７８は、ビーム７８のウェスト、すなわちレイリー範
囲の１／２内近くで反射器７６と交差する。
光ファイバ７４１〜７４Ｎの出力アレイ７３、および反
射器７６を含む１×Ｎマイクロ光ルータ７０を示す。光
ファイバ７２、７４１〜７４Ｎは、端末ＧＲＩＮファイ
バ・レンズ７７０〜７７Ｎが溶着されたシングル・モー
ド・ファイバである。入力光ファイバ７２からの光ビー
ム７８は、ビーム７８のウェスト、すなわちレイリー範
囲の１／２内近くで反射器７６と交差する。
【００５１】例示的な反射器７６は、動きまたは回転す
るミラー、または波長依存の方法で光を反射する回折格
子を含む。例えば、ルータは、波長分割多重化ネットワ
ークのためのスペクトル感受性のデマルチプレクサであ
ることもできる。
るミラー、または波長依存の方法で光を反射する回折格
子を含む。例えば、ルータは、波長分割多重化ネットワ
ークのためのスペクトル感受性のデマルチプレクサであ
ることもできる。
【００５２】ＧＲＩＮファイバ・レンズ７７０〜７７Ｎ
は、入力光ファイバ７２の光ビーム７８を拡大しかつコ
リメートし、光ビーム７８を出力光ファイバ７４１〜７
４Ｎに集束する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ７７０〜７
７Ｎのため、光ファイバ７４ １〜７４Ｎの出力アレイ７
３および入力光ファイバ７２は、著しい結合損失なしに
バルク反射器７６を経路に挿入することを可能にするた
めに十分な長さである光経路によって分離することが可
能である。ルータ７０のために、結合損失は、一般に約
０．５ｄＢ〜０．２ｄＢより小さく、好ましくは約０．
１ｄＢより小さい。
は、入力光ファイバ７２の光ビーム７８を拡大しかつコ
リメートし、光ビーム７８を出力光ファイバ７４１〜７
４Ｎに集束する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ７７０〜７
７Ｎのため、光ファイバ７４ １〜７４Ｎの出力アレイ７
３および入力光ファイバ７２は、著しい結合損失なしに
バルク反射器７６を経路に挿入することを可能にするた
めに十分な長さである光経路によって分離することが可
能である。ルータ７０のために、結合損失は、一般に約
０．５ｄＢ〜０．２ｄＢより小さく、好ましくは約０．
１ｄＢより小さい。
【００５３】マイクロ光ルータ７０において、ＧＲＩＮ
ファイバ・レンズ７７０は、ファイバ７２からのビーム
を、反射器７６の反射アクセプタンス・ウインドウに集
束する。方向Ｄに対して垂直方向のアクセプタンス・ウ
インドウの径は、ファイバ径より小さい。同様に、ＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ７７０〜７７Ｎの使用は、ファイ
バ７４１〜７４Ｎの異なるファイバに向けて反射される
光ビーム間の干渉なしに、アレイ７３における増大され
たファイバ・パッキング密度を可能にする。最終的に、
ＧＲＩＮファイバ・レンズ７７０の使用は、反射器７６
のアクセプタンス・ウインドウおよび全体サイズを、そ
うでなければ、湾曲された屈折表面を有するレンズ（図
示せず）を用いるルータにおいて必要とする反射器のア
クセプタンス・ウインドウおよび全体サイズより小さい
ことを可能にする。したがって、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ７７０〜７７Ｎの使用は、マイクロ・ルータ７０に
おいて、湾曲された屈折表面を有するレンズに基づくフ
ァイバ・ルータより大幅な小型化を可能にする。
ファイバ・レンズ７７０は、ファイバ７２からのビーム
を、反射器７６の反射アクセプタンス・ウインドウに集
束する。方向Ｄに対して垂直方向のアクセプタンス・ウ
インドウの径は、ファイバ径より小さい。同様に、ＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ７７０〜７７Ｎの使用は、ファイ
バ７４１〜７４Ｎの異なるファイバに向けて反射される
光ビーム間の干渉なしに、アレイ７３における増大され
たファイバ・パッキング密度を可能にする。最終的に、
ＧＲＩＮファイバ・レンズ７７０の使用は、反射器７６
のアクセプタンス・ウインドウおよび全体サイズを、そ
うでなければ、湾曲された屈折表面を有するレンズ（図
示せず）を用いるルータにおいて必要とする反射器のア
クセプタンス・ウインドウおよび全体サイズより小さい
ことを可能にする。したがって、ＧＲＩＮファイバ・レ
ンズ７７０〜７７Ｎの使用は、マイクロ・ルータ７０に
おいて、湾曲された屈折表面を有するレンズに基づくフ
ァイバ・ルータより大幅な小型化を可能にする。
【００５４】他の実施形態は、図２のＧＲＩＮファイバ
・レンズ１８を用い、上述した開示から当業者には明ら
かな方法によって、Ｎ×１ルータ（図示せず）を構成す
る。例えば、２×１ルータは、図７Ａの１×２マイクロ
・ルータ４６におけるファイバ４８、５０、５２に関す
る、入力および出力の指定を換えることによって構成す
ることができる。
・レンズ１８を用い、上述した開示から当業者には明ら
かな方法によって、Ｎ×１ルータ（図示せず）を構成す
る。例えば、２×１ルータは、図７Ａの１×２マイクロ
・ルータ４６におけるファイバ４８、５０、５２に関す
る、入力および出力の指定を換えることによって構成す
ることができる。
【００５５】図９は、Ｎ×Ｍ光ルータ８０の上面図であ
る。ルータ９０は、Ｎ本の入力光ファイバ８２１〜８２
Ｎのアレイ８１、およびＭ本の出力光ファイバ８４１〜
８４ Ｍのアレイ８３を含む。ファイバ８２１〜８２Ｎ、
８４１〜８４Ｍは、それらの終端部に溶着されたＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、８６１〜８６Ｍを
有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、８
６１〜８６Ｍは、図７ＡのＧＲＩＮファイバ・レンズ４
９、４９’、４９”に関して前述されたＧＲＩＮファイ
バ・レンズに類似するビーム・コリメーションおよび収
集を提供する。入力ファイバ８２１〜８２Ｎと出力ファ
イバ８４１〜８４Ｍとの間は、固定されたおよびルーテ
ィング反射器８８Ｆ１〜８８ＦＮ、８９Ｒ１〜８９ＲＮ
のバンク８７Ｆ、８７Ｒである。例示的な反射器８９
Ｒ１〜８９ＲＮは、波長選択反射器、例えば格子、およ
び波長非感受性反射器を含む。適切な位置合わせ反射器
８８ Ｒ１〜８８ＲＮは、入力ファイバ８２１〜８２Ｎの
個別のファイバからの光を、出力ファイバ８４１〜８４
Ｍの選択されたファイバにルーティングする。反射器８
８Ｒ１〜８８ＲＮは、ＭＥＭの装置８９１〜８９Ｎによ
って動作され、その径が、アレイ８１のファイバ間の間
隔ＩＦＳより小さい入力ビームのためのアクセプタンス
・ウインドウを有する。
る。ルータ９０は、Ｎ本の入力光ファイバ８２１〜８２
Ｎのアレイ８１、およびＭ本の出力光ファイバ８４１〜
８４ Ｍのアレイ８３を含む。ファイバ８２１〜８２Ｎ、
８４１〜８４Ｍは、それらの終端部に溶着されたＧＲＩ
Ｎファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、８６１〜８６Ｍを
有する。ＧＲＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、８
６１〜８６Ｍは、図７ＡのＧＲＩＮファイバ・レンズ４
９、４９’、４９”に関して前述されたＧＲＩＮファイ
バ・レンズに類似するビーム・コリメーションおよび収
集を提供する。入力ファイバ８２１〜８２Ｎと出力ファ
イバ８４１〜８４Ｍとの間は、固定されたおよびルーテ
ィング反射器８８Ｆ１〜８８ＦＮ、８９Ｒ１〜８９ＲＮ
のバンク８７Ｆ、８７Ｒである。例示的な反射器８９
Ｒ１〜８９ＲＮは、波長選択反射器、例えば格子、およ
び波長非感受性反射器を含む。適切な位置合わせ反射器
８８ Ｒ１〜８８ＲＮは、入力ファイバ８２１〜８２Ｎの
個別のファイバからの光を、出力ファイバ８４１〜８４
Ｍの選択されたファイバにルーティングする。反射器８
８Ｒ１〜８８ＲＮは、ＭＥＭの装置８９１〜８９Ｎによ
って動作され、その径が、アレイ８１のファイバ間の間
隔ＩＦＳより小さい入力ビームのためのアクセプタンス
・ウインドウを有する。
【００５６】取り付けられたＧＲＩＮファイバ・レンズ
８５１〜８５Ｎ、８６１〜８６Ｍを用いることによっ
て、アレイ８１、８３におけるファイバ・パッキング密
度は、湾曲された屈折表面を有するレンズ（図示せず）
が、図９のＧＲＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、
８６１〜８６Ｍを置き換えるＮ×Ｍファイバ・ルータの
ファイバ・パッキング密度より増大することができる。
同様に、ルータ８０における反射器８８Ｆ１〜８
８ＦＮ、８９Ｒ１〜８９ＲＮの反射表面サイズは、湾曲
された屈折表面を有するレンズに基づくルータにおける
反射器の反射表面のサイズより小さい。なぜなら、ＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎによって作られた
ビーム径が、小さいからである。両方の作用が、新規な
Ｎ×Ｍが、湾曲された屈折表面を有するレンズに基づく
Ｎ×Ｍルータより小さいことを可能にする。
８５１〜８５Ｎ、８６１〜８６Ｍを用いることによっ
て、アレイ８１、８３におけるファイバ・パッキング密
度は、湾曲された屈折表面を有するレンズ（図示せず）
が、図９のＧＲＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎ、
８６１〜８６Ｍを置き換えるＮ×Ｍファイバ・ルータの
ファイバ・パッキング密度より増大することができる。
同様に、ルータ８０における反射器８８Ｆ１〜８
８ＦＮ、８９Ｒ１〜８９ＲＮの反射表面サイズは、湾曲
された屈折表面を有するレンズに基づくルータにおける
反射器の反射表面のサイズより小さい。なぜなら、ＧＲ
ＩＮファイバ・レンズ８５１〜８５Ｎによって作られた
ビーム径が、小さいからである。両方の作用が、新規な
Ｎ×Ｍが、湾曲された屈折表面を有するレンズに基づく
Ｎ×Ｍルータより小さいことを可能にする。
【００５７】図１０は、光ファイバ９２、９４の端部９
１、９３の間にインラインに配置されるマイクロ光学デ
バイス９０を示す。例示的なマイクロ光学デバイス９０
は、波長感受性アド／ドロップ・モジュール、偏光子、
偏光ロテータ、一方向光アイソレータ、および制御可能
な光減衰器を含む。光ファイバ９２、９４の端部９１、
９３は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６、９８に溶着さ
れる。ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６は、光ファイバ９
２によって放出された光をコリメートする。ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ９８は、受信された光を光ファイバ９４
に集束する。マイクロ光学デバイス９０は、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ９６、９８に関連するレイリー範囲より
大きくない、適切な厚みｄを有する。そのような厚みの
ために、ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６、９８は、解析
に関連する結合損失を低減する。
１、９３の間にインラインに配置されるマイクロ光学デ
バイス９０を示す。例示的なマイクロ光学デバイス９０
は、波長感受性アド／ドロップ・モジュール、偏光子、
偏光ロテータ、一方向光アイソレータ、および制御可能
な光減衰器を含む。光ファイバ９２、９４の端部９１、
９３は、ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６、９８に溶着さ
れる。ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６は、光ファイバ９
２によって放出された光をコリメートする。ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ９８は、受信された光を光ファイバ９４
に集束する。マイクロ光学デバイス９０は、ＧＲＩＮフ
ァイバ・レンズ９６、９８に関連するレイリー範囲より
大きくない、適切な厚みｄを有する。そのような厚みの
ために、ＧＲＩＮファイバ・レンズ９６、９８は、解析
に関連する結合損失を低減する。
【００５８】本発明の他の実施形態は、本願の明細書、
図面、および請求項から当業者には明らかであろう。
図面、および請求項から当業者には明らかであろう。
【図１】２つの光ファイバを端部結合するために従来の
ＧＲＩＮファイバ・レンズを用いる、ファイバ・デバイ
スの断面図である。
ＧＲＩＮファイバ・レンズを用いる、ファイバ・デバイ
スの断面図である。
【図２】光ファイバがＧＲＩＮファイバ・レンズの一実
施形態に対して溶着された、ファイバ・デバイスの断面
図である。
施形態に対して溶着された、ファイバ・デバイスの断面
図である。
【図３Ａ】従来のＧＲＩＮファイバ・レンズおよび新規
なＧＲＩＮファイバ・レンズにおいて、ゲルマニウム・
ドーパント濃度の径方向プロファイルを示す。
なＧＲＩＮファイバ・レンズにおいて、ゲルマニウム・
ドーパント濃度の径方向プロファイルを示す。
【図３Ｂ】図３ＡのＧＲＩＮファイバ・レンズに関する
屈折率の径方向プロファイルを示す。
屈折率の径方向プロファイルを示す。
【図４Ａ】新規なＧＲＩＮファイバ・レンズを有するフ
ァイバ・デバイスにおけるビーム・コリメーションを示
す。
ァイバ・デバイスにおけるビーム・コリメーションを示
す。
【図４Ｂ】従来のＧＲＩＮファイバ・レンズを有するフ
ァイバ・デバイスにおけるビーム・コリメーションを示
す。
ァイバ・デバイスにおけるビーム・コリメーションを示
す。
【図５】図２のファイバ・デバイスを製造する方法に関
するフローチャートである。
するフローチャートである。
【図６Ａ】モード・コンバータの断面図である。
【図６Ｂ】複合ＧＲＩＮファイバ・レンズを使用するモ
ード・コンバータの断面図である。
ード・コンバータの断面図である。
【図７Ａ】１×２マイクロ光学ルータの上面図である。
【図７Ｂ】１×２マイクロ光学ルータに関する他の形態
の上面図である。
の上面図である。
【図７Ｃ】３つの光ファイバに光学的に結合する装置の
上面図である。
上面図である。
【図８】１×Ｎマイクロ光学ルータの断面図である。
【図９】Ｎ×Ｍマイクロ光学ルータの上面図である。
【図１０】インライン光学デバイスを有する光ファイバ
の断面図である。
の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ジェー．シュナイザー アメリカ合衆国 07030 ニュージャーシ ィ，ホボークン，パーク アヴェニュー 77 ナンバー802 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA32 CA16 DA16 2H041 AA14 AA15 AA16 AB10 AB13 AB14 AC06 AZ02 AZ05 AZ08 2H050 AC07 AC73 AC90
Claims (10)
- 【請求項１】 シリカ・ガラス・コアを有するＧＲＩＮ
ファイバ・レンズを備える装置であって、前記シリカ・
ガラス・コアの屈折率が、径方向プロファイルを有し、
前記プロファイルは、前記コアにおける平均強度が、Ｇ
ＲＩＮファイバ・レンズ軸の屈折率の値の約１．７×１
０−６ミクロン−２倍より小さい装置。 - 【請求項２】 前記レンズが、シリカ・ガラス・クラッ
ドを有していない請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 ＧＲＩＮではないコア、およびクラッド
を有する光ファイバをさらに備え、前記ファイバ・レン
ズが、前記光ファイバの１つの端部に取り付けられてい
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 第１の光ファイバと、 前記第１の光ファイバに取り付けられた第１のＧＲＩＮ
ファイバ・レンズと、 第２の光ファイバと、 前記第２の光ファイバに取り付けられた第２のＧＲＩＮ
ファイバ・レンズと、 前記第１のＧＲＩＮファイバ・レンズの自由端部から放
出された光ビーム部分を、前記第２のＧＲＩＮファイバ
・レンズに向けることができる光学デバイスとを備える
装置であって、 前記ＧＲＩＮファイバ・レンズが、シリカ・ガラス・コ
ア、および径方向プロファイルを有する屈折率を有し、
前記プロファイルが、それぞれＧＲＩＮファイバ・レン
ズ軸の屈折率の約１．７×１０−６ミクロン−２倍より
小さいコアにおける平均強度を有する径方向の二次導関
数を有する装置。 - 【請求項５】 前記光学デバイスに物理的に結合された
マイクロ電子機械コントローラをさらに備える請求項４
に記載の装置。 - 【請求項６】 第３の光ファイバと、 前記第３の光ファイバに取り付けられた第３のＧＲＩＮ
ファイバ・レンズとをさらに備え、 前記光学デバイスが、前記第１のＧＲＩＮファイバ・レ
ンズの自由端部から放出される光ビームの部分を、前記
第３のＧＲＩＮファイバ・レンズへ向けることができる
請求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 ＧＲＩＮファイバを製造するための方法
であって、 径方向分布プロファイルを有するドーパント濃度を有す
る環状コアと、前記環状コアに隣接して前記環状コアの
外側の同心環状クラッドとを有するシリカ・ガラスのチ
ューブを形成するステップと、 熱を加えることによってチューブを部分的に壊し、前記
部分的に壊されたチューブが中央チャネルを有するステ
ップと、 シリカ・ガラスの中間層を取り除くために、前記中央チ
ャネルを通してガラス・エチャントを通過させるステッ
プと、 その後、前記エッチングされたチューブをロッド状のプ
リフォームに壊すステップと、 前記プリフォームからＧＲＩＮファイバを線引きするス
テップとを含む方法。 - 【請求項８】 前記線引きステップが、ＧＲＩＮファイ
バを作り、前記ＧＲＩＮファイバのコアが、径方向二次
導関数を有するプロファイル屈折率を有し、前記径方向
二次導関数の平均強度が、前記ＧＲＩＮファイバ・レン
ズの軸の屈折率値の約１．７×１０−６ミクロン−２倍
より小さい請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記形成するステップが、さらに、環状
クラッシングの内側表面にコアの部分を堆積するステッ
プを含み、前記堆積するステップが、ドーパント堆積の
ために前駆体、および環状クラッドの内側のシリカ・ガ
ラス堆積のための前駆体の混合物を導入するステップを
含み、前記堆積するステップが、前記混合物におけるド
ーパントの前駆体の割合が時間で変化することを含み、 前記形成するステップが、さらに、前記環状クラッド・
チューブの少なくとも１つの外層を前記プリフォームか
ら取り除くステップを含む請求項７に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記ＧＲＩＮファイバの部分を他の光
ファイバに溶着するステップをさらに含む請求項７に記
載の方法。
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|---|---|---|---|
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| US09/896777 | 2001-06-29 | ||
| US60/292017 | 2001-06-29 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2007298368A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Kyocera Corp | 光ファイバ圧力センサ |
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| JP2009271528A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | Ofs Fitel Llc | フェムト秒パルス圧縮およびスーパーコンティニューム生成用の全ファイバモジュール |
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| JP2011008014A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Fujifilm Corp | 光ファイバの接続構造及び内視鏡システム |
| JP2011170353A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Ofs Fitel Llc | 曲げ不感性マルチモードファイバにおける高次モードのモード遅延の均等化 |
| JP2012160588A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 光合波装置 |
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| US6970624B2 (en) * | 2003-06-13 | 2005-11-29 | Furukawa Electric North America | Cladding pumped optical fiber gain devices |
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- 2001-12-04 EP EP01310121A patent/EP1260841B1/en not_active Expired - Lifetime
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2002
- 2002-04-08 CA CA002380821A patent/CA2380821C/en not_active Expired - Fee Related
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