JP2002506225A - 多モードファイバー用の光結合器 - Google Patents

多モードファイバー用の光結合器

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JP2002506225A JP2000534901A JP2000534901A JP2002506225A JP 2002506225 A JP2002506225 A JP 2002506225A JP 2000534901 A JP2000534901 A JP 2000534901A JP 2000534901 A JP2000534901 A JP 2000534901A JP 2002506225 A JP2002506225 A JP 2002506225A
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バーナード ジー． フィドリック，
ビンセント ジー． ドミニク，
スティーブン サンダース，
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エスディーエル， インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 光結合器（４８）は、例えば、多モードファイバー用の光ファイバーコンバイナまたは光ファイバースプリッタとして機能するが、例えば、複数の多モードレーザー（４４）源の光出力を、多モード出力ファイバー（３０）へと結合するために、開示されている。結合組合せには、多モードファイバー−多モードファイバー（ＭＭＦｓ／ＭＭＦ（ｓ））または多モードファイバー／単一モードファイバー−二重クラッドファイバー（ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ）が挙げられる。複数の多モード入力ファイバー（３０）から出力ファイバー（例えば、二重クラッドファイバー（２０）内部クラッディングまたは多モードファイバー核）への光出力の出力分布均一性および結合効率において、改良が開示されている。出力分布均一性は、この多モードファイバーバンドル領域テーパーを、直径Ｄ 0（４３）を有する最小ウエスト（この場合、多モード入力ファイバー（３０）からの入力光は、この結合器の空気−クラッド領域の全開口数（ＮＡ）を実質的に満たし、この場合、ＮＡ〜１である）へとテーパーを付けることにより、続いて、出力ファイバー（２０）または組合せファイバーの名目クラッディングまたは核直径Ｄoutput（３３）までの直径的断熱増加により、著しく改良できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、光結合器に関し、さらに特定すると、二重クラッドファイバーを備
えた多モードファイバーの光結合器に関する。
【０００２】 （発明の背景） 本発明は、１個またはそれ以上の光源（例えば、半導体レーザー）から個々の
多モードファイバーを経由して多モードファイバーまたは多モードクラッディン
グ単一モード核光ファイバー作動（例えば、ファイバーレーザーまたはファイバ
ー増幅器として）への光結合または光伝達を与えるポンプモジュールに関する。
このようなモジュール用に最も普及した用途の１つには、光ファイバー増幅器（
ＯＦＡ’ｓ）（例えば、波長分割多重方式（ＷＤＭ）または密波長分割多重方式
（ＤＷＤＭ）配信ネットワークで使用される１５５０ｎｍ Ｅｒドープファイバ
ー増幅器（ＥＤＦＡｓ））の光ポンピングがある。
【０００３】 このような増幅器は、単一モードファイバー、およびさらに最近では、二重ク
ラッドファイバー（そのいずれかは、活性レーザー要素（例えば、希土類物質）
でドープされている核を有する）から構成され得る。二重クラッドファイバーは
、米国特許第３，８０８，５４９号および第４，８１５，０７９号で開示され記
述されている。増幅すべき信号は、この核を通って伝播されるのに対して、適当
な吸収波長でのポンプ光もまた、この単一モードファイバーの核と結合されるが
、二重クラッドファィバーの場合には、その内部クラッディングと結合される。
この二重クラッドファイバーは、高出力システムでは、この単一モードファイバ
ーよりも好ましい。何故なら、この内部クラッディングは、このファイバーへと
供給すべき多量のポンプ出力を与え、その結果、このファイバー増幅器の単一出
力のさらに高い増幅が得られるからである。それゆえ、１個またはそれ以上のダ
イオードレーザーアレイは、例えば、バルク光学機器を介して、二重クラッドフ
ァイバーの入力端面（すなわち、この二重クラッドファイバー内部クラッディン
グ）へと結合され得る。二重クラッドファイバーに関連した多源ポンピング方式
は、米国特許第５，２６３，０３６号および第５，２６８，９７８号で示されて
いる。
【０００４】 多重半導体光源から複数の多モードファイバーを介して二重クラッドファイバ
ーへと光を結合することは、特に興味深い。１９９６年７月４日に公開されたＰ
ＣＴ公報ＷＯ９６／２０５１９（ＰＣＴ／ＩＴ９４／００２１８）は、多モード
ファイバー（これは、増幅すべき信号を運ぶための核を含む二重クラッドファイ
バーに融合される）への多モードレーザー源の光結合を開示している。しかしな
がら、ＰＣＴ公報ＷＯ９６／２０５１９は、二重クラッドファイバーのセグメン
トへの１個だけの多モードレーザー源の結合を与える。
【０００５】 ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉらに最近発行された特許である米国特許第５，８６４，
６４４号は、組合せ末端で二重クラッドファイバーへと融合スプライスした複数
の多モードファイバーを備えた融合結合器の形成を開示しており、その内容は、
本明細書中で参考として援用されている。この特許で示されているように、この
この複数の多モードファイバーの開口数（ＮＡ）は、本来、この二重クラッドフ
ァイバーの開口数（ＮＡ）より小さい。この多モードファイバーは、最密形状で
、共に、堅くバンドルされ、そして高温で引き出されて、この特許で示されるよ
うな融合結合器を形成し、これは、双円錐形融合結合器を形成する工程と類似し
ているが著しく異なる特性を有する引き出し工程である。この特許の図１で示す
ように、複数のこのような多モードファイバーが融合され、テーパー付きバンド
ルを形成し、次いで、二重クラッドファイバーの融合バンドルと内部多モードク
ラッディングとの間で実質的に一致しているＮＡを備える二重クラッドファイバ
ーへとスプライスされる。
【０００６】 融合バンドル多モードファイバーは、当該技術分野で公知である。Ｓｃｉｆｒ
ｅｓらの米国特許第４，８２０，０１０号で述べられているように、この特許の
図３および４で図示されている多モードファイバーは、加熱され、引き出され、
そして図１３および１４で示された融合ファイバー間のエアギャップを全く伴わ
ずに、バンドルで融合される。また、米国特許第４，９２１，９４０号（これは
、双円錐形テーパー付き部分を介して２個の多モード光ファイバーを結合するた
めの結合器を開示している）も参照せよ。また、米国特許第５，１７０，４８５
号は、多モードファイバーおよび単一モードファイバーを二重クラッドファイバ
ーに結合するための結合器を開示している。
【０００７】 米国特許第５，８６４，６４４号は、中心単一モードファイバー（そこから、
融合テーパー付き結合器が形成され、そして二重クラッドファイバーと実質的に
一致しているＮＡで、スプライス点にて、この二重クラッドファイバー核に対し
て、この単一モードファィバー核を光学整列して、融合スプライスされる）の回
りで共にバンドルされている多モードファイバーを開示している。
【０００８】 これらの特許参考文献にある概念は、光コンバイナの形状で、Ｎ×Ｍ融合双円
錐形テーパー付き結合器に関するものの、それらは、光スプリッタ（例えば、米
国特許第５，３５５，４２６号で例示された型）に同等に適用できる。
【０００９】 しかしながら、米国特許第５，８６４，６４４号で例示された型の結合器に伴
う問題は、結合した多モードまたは二重クラッドファイバーへの光出力均一性ま
たは光出力分配の欠如がある。この融合したテーパー付き結合領域からの入力光
は、この結合器の出力にスプライス結合した多モードファイバーまたは二重クラ
ッドファイバーの全開口数（ＮＡ）を均一に満たすのが最も望ましい。このこと
は、米国特許第５，８６４，６４４号で例示された設計によっては、うまく達成
できない。
【００１０】 それゆえ、複数の多モードレーザー源を複数の多モードファイバー（ＭＭＦｓ
）を介して多モードファイバー（ＭＭＦ）、または二重クラッドファイバー（Ｄ
ＣＦ）（これは、後者のファイバーにて、改良された光出力分配特性を与える）
を結合する方法が必要とされている。
【００１１】 （発明の要旨） 本発明によれば、光結合器（これは、光コンバイナまたは光スプリッタとして
機能し得る）は、複数の組み合わせ多モードファイバーを含み、これらは、バン
ドルされ、共に融合され、そして引き出されて、結合器を形成し、これは、最小
直径ウエストへと集中または単調に低下するテーパーを有するのに続いて、分岐
または単調に増加するテーパー（これはまた、負テーパーとも呼ばれ、出力ファ
イバーまたは組合せ出力ファイバーの名目直径へと伸長している）を有し、そし
て、例えば、融合スプライシングによって、そこに光学的に結合される。この最
小直径ウエストは、このウエストから分岐すると、この出力ファイバーのＮＡが
、このウエスト内で均一に分布された伝播光で実質的に満たされるように、この
出力ファイバーの全開口数（ＮＡ）を実質的に満たす程度に充分に小さい。この
ウエストは、この伝播光の相当な損失を引き起こす程には小さくない。この出力
ファイバーは、多モードファイバーまたは複数の組合せ融合モードファイバー（
これは、この結合器の分岐テーパーからのＮＡ出力と実質的に合致しているＮＡ
出力を有する）であり得る。この出力ファイバーはまた、核ドープ二重クラッド
ファイバーであり得、この場合、この分岐テーパーからのＮＡ出力と実質的に一
致するＮＡ出力は、この二重クラッドファイバー内部クラッディングであり、こ
れはまた、時々、ポンプクラッディングとも呼ばれる。この分岐テーパーはまた
、この出力ファイバーの入力の一部であり得る。他の実施態様では、単一モード
ファイバーは、複数の多モードファイバーと組み合わされて、融合した集中−分
岐テーパー結合器を形成し得、これは、この出力ファイバーのＮＡと実質的に合
致する出力を有する。この最小直径ウエストを形成することに続いて単調増大テ
ーパーを形成するいくつかの方法が開示されている。
【００１２】 開示された実施態様では、多モードフファイバー／単一モードファイバー−二
重クラッドファイバー光（ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ）結合器は、第一核を有す
る単一モードファイバーを備え、複数の多モードファイバーは、該単一モードフ
ァイバーの回りにバンドルされて、バンドル配列を形成し、そして二重クラッド
ファイバーは、第二核を備えた内部クラッディングを有する。このバンドル配列
は、融合され、次いで、この二重クラッドファイバーの末端は、第一および第二
核を整列した関係にして、融合したバンドル配列の末端に突き合わせ結合される
。この融合したバンドル配列は、この二重クラッドファイバー内部クラッディン
グの直径断面と実質的に等しい直径断面を有する。これらの多モードファイバー
は、組み合わせて、この二重クラッドファイバー内部クラッディングの直径断面
と実質的に等しい直径断面を提供するために、予めテーパーを付けられ得る。あ
るいは、この光結合器は、テーパー付き形状を有するように提供され得、そして
適当な長さに切断されて、この二重クラッドファイバー内部クラッディングの直
径断面と実質的に等しい直径断面を提供する。また、あるいは、この第一核を取
り囲む単一モードファイバークラッディングの一部は、このバンドル配列を形成
する前に、取り除かれ得る。
【００１３】 本発明の結合器は、光出力を光学部品へと送達するために、多モードファイバ
ーに結合され得るか、またはファイバーレーザーまたはファイバー増幅器として
機能する二重クラッドファイバーに結合され得る。
【００１４】 本発明の他の実施態様では、光結合器は、多モード核を有する多モードファイ
バーおよび単一核を有する内部クラッディングを有する二重クラッドファイバー
を備える。これらのファイバーの選択されたセグメントは、捻れられ共に融合さ
れて、この多モードファイバーとこの二重クラッドファイバーの内部クラッディ
ングとの間で、光結合を形成する。好ましくは、この多モードファイバーとこの
二重クラッドファイバーとの間の結合効率が向上するように、この多モードファ
イバーのクラッディングの一部は、取り除かれるかまたはテーパーを付けられる
。
【００１５】 さらに別の実施態様は、光結合器を形成する方法に関し、この方法は、複数の
多モードファイバーを提供する工程、これらの多モードファイバーの末端部にテ
ーパーを付ける工程、これらの多モードファイバーのテーパーを付けた末端部を
単一モードファイバーの回りでバンドルする工程、および全てのバンドルを付け
たファイバーを共に融合する工程を包含する。所定直径を備えた内部クラッディ
ングを有する二重クラッドファイバーは、融合したファイバーの末端を、この二
重クラッドファイバーの末端に突き合わせ結合するために、提供される。この方
法は、さらに、この単一モードファイバーと共にバンドルしテーパーを付けた部
分の得られた直径が、それらの融合する工程後の所定直径に近くなるように、こ
の多モードファイバー末端部の量テーパー（ａｍｏｕｎｔ ｔａｐｅｒ）を選択
する工程を包含する。
【００１６】 他の目的および達成事項は、本発明をさらに完全に理解することと共に、添付
の図面と関連して、以下の説明および請求の範囲を参照することにより、明らか
になり理解される。
【００１７】 （本発明の好ましい実施態様の詳細な説明） 今ここで、図１〜３およびこれらの図面に付随した説明を参照する。図１では
、二重クラッドファイバー（ＤＣＦ）１０は、核１２、低インデックス内部クラ
ッディング１４および最低インデックス外部クラッディング１６を備える。内部
クラッディング１４は、直径ｄ1および開口数ＮＡ1を有する。核１２は、モード
フィールド直径２ｗ1を有する。
【００１８】 図２では、単一モードファイバー（ＳＭＦ）２０は、直径ｄ2を備え低インデ ィクス外部クラッディング２４により取り囲まれた核２２を有する。図１のＤＣ
Ｆ１０と比較すると、そのクラッディング直径は、ｄ2＜ｄ1となるようにされる
。また、このモードフィールド直径はまた、ＤＣＦ１０の単一モード核１２と一
致する良好なモードのために、およそ２ｗ1に等しい。
【００１９】 図３では、多モードファイバー（ＭＭＦ）３０は、直径ｄ3および開口数ＮＡ3 （ここで、ＮＡ3＜ＮＡ1）を有する低インデックスクラッディング３４により取
り囲まれた比較的に大きな核３２を備え、それにより、多モードの伝播が可能と
なる。
【００２０】 ＭＭＦｓ／ＤＣＦ結合器は、３工程に対して、図４に関連して、以下のように
して形成される。工程１では、複数のストランドの多モードファイバー（ＭＭＦ
）３０（各々は、多モード光源から単一ＤＣＦ内部クラッディング１４への光出
力を結合できる）は、Ｎ−テーパーＭＭＦｓが、単一モードファイバー（ＳＭＦ
）２０と共に、ＤＣＦ１０の直径と実質的に一致するように、それらの末端セグ
メントまたは部分３０Ｐにて、個々に予めテーパーを付けられている。先に示し
たように、ＭＭＦｓ３０は、直径ｄ3およびＮＡ3を有する。各ファイバーは、そ
の末端にて加熱され、そして引き出されて、得られた引き出し直径ｄ4が末端３ ０ＰにてＮＡ4で形成されるようにされる。得られた正しいＮＡ4は、以下の単位
あたり関係として、達成される：
【００２１】
【数１】 工程２では、単一ストランドのＳＭＦ２０は、そのモードフィールド直径に影
響を与えることなく、ｄ2からｄ’2までのそのクラッディング直径を小さくする
ように、エッチングされ得る。ＳＭＦクラッディング２４のこの低下は、ＤＣＦ
１０の直径一致要件に合うように、行われ得る。工程２の使用は任意であり、省
略し得る。
【００２２】 工程３では、複数のＭＭＦｓ３０Ａのテーパーセグメントは、同等に、ＳＭＦ
２０Ａの回りに側方に配列され、次いで、バンドルしたファイバーは、これらの
ガラスファイバーが溶融する高温で、共に融合される。図４Ａで示すように、Ｎ
個（Ｎ＝６）のＭＭＦｓ３０Ａは、単一ＳＭＦ２０Ａの回りに配列されている。
これは、一対の空間的に配置したクランプ（図示せず）でＭＭＦｓ／ＳＭＦバン
ドルをクランプ留めすること、その後、これらの支持クランプ間でバンドルした
テーパーセグメントの下で、約１，０００℃で、火炎出力を有するガスバーナー
を適用することにより、達成される。このＭＭＦｓ／ＳＭＦバンドルは、その熱
がこのクランプ留めバンドルの全円周面に均一に適用されるように、この工程中
に回転され得る。この融合工程の完了後、融合した双円錐形バンドルの中間部は
、注意深く切断されて、滑らかな終端を提供し、その結果、２個の融合したＭＭ
Ｆｓ／ＳＭＦバンドルが得られ、その一端は、図４にて、３５で示されている。
これらのバンドル末端の各々の直径は、ｄ5であり、ここで、ｄ5は、大体、ＤＣ
Ｆ１０の内部クラッディング直径ｄ1に等しい。得られた直径ｄ5は、以下の関係
を使用して、達成される：
【００２３】
【数２】 工程５では、ＭＭＦｓ／ＳＭＦの仕上げ終端３５は、図５にて４２で示すよう
に、ＤＣＦの末端と突き合わせ結合される。この融合スプライス４２は、まず、
ＳＭＦ２０の核２２をＤＣＦ１０の核１２と整列することにより、その後、これ
らの核を正しい整列で保持しつつ、このスプライス領域に高温火炎を適用して、
ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０を形成することにより、製造される。他の
形状の高温装置または用途は、このスプライスを形成するのに使用され得る。
【００２４】 最終ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０は、図６で概略的に描写されている
。結合器４０は、図６で図示しているように、多モードレーザー源４４を単一モ
ードファイバー２０と共に結合するのに、非常に適している。図６で示すように
、６個の多モードポンプレーザー源４４は、予めテーパーを付けた外部末端３０
Ｐを有する６個の各多モードファイバー３０と結合される。テーパー付き末端３
０Ｐは、単一モードファイバー２０の回りにバンドルされ、次いで、このファイ
バーバンドルは、図６で図示しているように、融合されて、テーパー付き領域４
６を形成する。この融合工程中にて、このバンドルしたファイバーは、これらの
クランプの１個を介して引き出され、所望の直径ｄ5を達成するように、この結 合器直径をさらに小さくし得るか、またはテーパー領域４６に沿って適当な直径
ｄ5が選択され得るテーパー付き領域４６を提供し得る。典型的な直径ｄ5は、お
よそ２００μｍであり、これは、現代のＤＣＦ内部クラッディング１４に典型的
な直径である。図６は、６個のＭＭＦｓ３０を含むように、この結合器を図示し
ている。しかしながら、１２個〜１８個程度に多いＭＭＦｓ３０を備えた配列は
、ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０を製造する際に、ＳＭＦ２０の回りで配
置され得る。もちろん、式（１）に従って、このバンドルに含めるＭＭＦｓ３０
が多くなる程、この多モードファイバーの予めテーパーを付けた末端３０Ｐの直
径ｄ4は、小さくなる。
【００２５】 結合器４０は、二重クラッドファイバー１０（これは、当該技術分野で周知で
あるように、（形成したファイバーブラッグ格子を介して）、ファイバー増幅器
またはファイバーレーザーとして機能し得る）に融合スプライスされる。
【００２６】 図６の配列は、多モードファイバーＭＭＦｓ／ＭＭＦ結合器に対する多モード
ファイバーであり得、すなわち、図６では、単一モードファイバー２０は取り除
かれており、ファイバー結合器４０は、先に記述したように形成されており、こ
の結合器の外部末端は、個々の多モードファイバーのＮＡよりもずっと大きいＮ
Ａを有する多モードファイバー３０に融合スプライスされていることに注目すべ
きである。
【００２７】 ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０は、図７で図示しているように、多モー
ドレーザー源を、単一モードファイバーと共に、二重クラッドファイバー利得媒
体と結合するのに、非常に適している。図７は、２段階高出力増幅器システム５
０を示し、これは、そのファイバー増幅器の各々に結合した複数ポンプ源を使用
して、飽和および高出力増幅へと駆動される。マスターレーザーダイオード５２
は、信号源として機能し、そして出力信号λsを供給し、これはまた、変調デー タ源であり得る。このマスターレーザーダイオード出力信号は、単一モードファ
イバー５４の核（これは、ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０の中心ＳＭＦ１
０である）に結合される。図示しているように、マスターレーザーダイオード５
２は、アイソレーター５６により、フィードバック光から分離されている。結合
器４０ＡのＭＭＦｓ３０は、複数の多モードレーザー源４４（これは、個々のレ
ーザー発光体または複数のレーザーダイオードアレイであり得る）に個々に結合
されている。結合器４０Ａは、先に説明したような様式で、４２Ａにて、核ドー
プＤＣＦ５８に融合スプライスされている。その核１２は、例えば、Ｙｂまたは
Ｅｒでドープされ得、またはこのような希土類物質でコドープされ得る。ファイ
バー５８は、第一段階ファイバープリアンプを備える。増幅器５８の増幅出力は
、アイソレーター６０への単一モードファイバーを経由して、第二段階出力ファ
イバー増幅器６２に結合されており、これは、ドープ核（これは、例えば、Ｙｂ
またはＥｒでドープされているか、または当該技術分野で公知のこのような希土
類物質で共ドープされている）を有するＤＣＦを備える。複数ポンプレーザー源
４４は、図７で示すように、結合器４２Ｂによって、第二段階出力増幅器５０の
内部クラッディング１２に結合される。結合器４０Ｂは、先に説明したような様
式で、４２Ｂにて、ＤＣＦ６２に融合スプライスされている。
【００２８】 ＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器４０の利点は、ファイバー増幅器のエンドポ
ンピングが、融合ファイバーバンドル結合器４０を使用する融合スプライス単一
モード接続部と結合されることにある。さらに、本発明の融合したファイバーバ
ンドル結合器は、光ファイバー増幅器システム５０から、全ての自由空間光学機
器をなくし、すなわち、システム５０は、全ファイバー多段階ファイバー増幅器
システムである。また、この２段階増幅器システムの部品間の全光学界面は、自
由空間光学機器を使用することなく、融合スプライスできる。結果として、低い
挿入損失で、改良された結合効率が達成される。
【００２９】 図８は、ＭＭＦ／ＤＣＦ結合器６５を備える他の実施態様を図示している。図
８では、ＭＭＦ３０は、ＭＭＦ３０からＤＣＦ内部クラッディング１４へとポン
プ光を伝達する目的のために、ＤＣＦ１０に側面融合されている。結合器６５は
、ＤＣＦ１０から外部クラッディング１６を取り除くことにより、形成される。
次いで、これらのファイバーのセグメントは、領域６４にて、部分的にまたは僅
かに共に側方に捻られる。側方に捻ったファイバーは、次いで、捻ったファイバ
ーを、矢印６８により指示しているように、互いから引き離しつつ、ガスバーナ
ーまたは他の高温熱源を使用して、６７にて、領域６４で、共に融合される。Ｍ
ＭＦ３０からのポンプ光は、この二重クラッドファイバー内部クラッディング断
面積Ａ1と、この二重クラッド内部クラッディング断面積および多モードファイ バー核断面積の両方の合計Ａ1＋Ａ2との比[Ａ1／（Ａ1＋Ａ2）]により大体示さ れる効率で、ＤＣＦ内部クラッディング１４に結合する。あるいは、このＤＣＦ
ファイバー結合セグメントの回りに、このＭＭＦファイバー結合セグメントを捻
る前に、ＭＭＦ内部クラッディング３４の一部は、ＭＭＦ３０のセグメント部分
４６（この場所で、この多モードファイバーは、ＤＣＦ１０の回りに包まれる）
で、部分的または実質的に取り除かれるか、またはテーパーを付けられ得る。こ
れは、ＭＭＦ３０の核３２からファイバー１０の内部クラッディング１４への結
合効率を改良する。
【００３０】 今ここで、結合器４０の形成および構成に関連したそれ以上の改良に対して、
言及する。米国特許第５，８６４，６４４号（その内容は、本明細書中で参考と
して援用されている）の結合器を、図９で示す。複数（具体的には、７本）の入
力多モードファイバー４４が示されており、これらは、レーザーダイオード源か
らの光を、これらの各個のファイバー（その光は、バンドル領域４１で分岐する
）へと結合するためにある。この結合器は、テーパー付き領域４３を含み、これ
は、最小直径Ｄ0（すなわち、ウエスト４５）へと先細になっている。特許第５ ，８６４，６４４号で説明されているように、この多モードファイバーバンドル
は、二重クラッドファイバー１０の内部クラッディング１４に近づく断面へと先
細になっている。また、特許第５，８６４，６４４号によれば、最小断面積（そ
れ以下では、テーパー付き領域４３が過度の損失を招くことなく、その値を割り
込むことはない）が存在する。これらの損失は、以下の条件を維持することによ
り、回避される：
【００３１】
【数３】 ここで、ＮＡoutputは、外部クラッディング１４の開口数であり、ＮＡinputは 、入力多モードファイバー３０の開口数であり、ΣＡiは、バンドル領域４１と してのこれらのファイバーの断面積の合計であり、そしてＡ’は、４５での最小
テーパー直径の領域である。この方法では、ウエスト４５での直径は、４７にて
、その出力ファイバー（ここでは、内部クラッディング１４）の直径に実質的に
一致し（すなわち、Ｄ0 〜Ｄoutput）、そして
【００３２】
【数４】 であり、ここで、Ｄ0は、ウエスト４５での直径であり、Ｄiは、入力多モードフ
ァイバー３０の直径であり、そしてＮＡinputは、入力多モードファイバー３０ の開口数であり、そしてＮＡoutputは、出力クラッディング１４の開口数である
。しかしながら、このテーパー付きＭＭＦｓおよび二重クラッドファイバーの直
径を一致させると、このＮＡは、殆ど満たされず、その出力分配は、この結合器
のエアークラッド領域（すなわち、ウエスト４５の近傍）では、均一ではない。
これは、出力分布曲線１４０により、図１４で図示されており、これは、複数の
ファイバーを溶融し、テーパーを付け、そして共に融合したとき、クラッディン
グ１４にわたる出力分布を図示している。このテーパーにある光の一部は、中心
ファイバーの回りでファイバーがバンドルされているために、ファイバー１０の
中心伝播軸に対して角度が付けられているので、出力分布プロフィール１４０は
、ファイバーの中心１４０Ｂと比較して、１４０Ａでは、さらに高い側面出力プ
ロフィールを有する。本発明は、この出力分布を実質的に均一にするように備え
ている。
【００３３】 本発明者は、この結合効率、および複数の多モード入力ファイバーから出力フ
ァイバー（例えば、二重クラッドファイバー内部クラッディングまたは多モード
ファイバー核）への光出力の出力分布均一性が、直径Ｄ0を有する最小ウエスト （この場所で、この多モード入力ファイバーからの入力光は、この結合器の空気
クラッド領域の全開口数（ＮＡ）を実質的に満たし、ここで、ＮＡ〜１である）
へと単調にテーパーを付けた結合領域を形成する多モード入力ファイバーを備え
たファイバーバンドルを有することにより、続いて、単調増加直径伸長部（これ
はまた、負テーパー（この結合器の単調に減少しているテーパーの正テーパーと
は逆）とも呼ばれる）の分岐している断熱性直径部分により、著しく改良でき、
このテーパーは、直径Ｄoutputにて、この出力ファイバーの名目開口数（ＮＡ）
で、終わっている。この出力での出力分布は、図１４にて、１４２で示すが、こ
れは、このＮＡoutputがこの出力ファイバーにて完全に満たされるように、均一
に分布されている。この結果を達成するために、異なる組立方法が利用できる。
この方法は、空気に晒すウエスト領域および負テーパー領域でのクラッディング
を考慮しているものの、この領域にて、他の低インディクスクラッディングを使
用することは、本発明の範囲内である。このような実施態様は、図１０で示す。
【００３４】 図１０は、図９と類似しており、図１０で類似の番号を付けた部品は、先に記
述した図９のものと同じであり、これは、複数（例えば、７本）の多モードファ
イバーを備える（明らかに、他の数の多モードファイバーは、使用され得る）。
この結合器は、出力ファイバー３０と光結合連絡して、第一単調分岐テーパー部
分４３および第二単調分岐テーパー部分３３を含む。しかしながら、図１０での
ウエスト４５は、図９の結合器用のウエストよりもずっと小さく、重要なことに
、これは、さらに、この外部ファイバー（これは、ここでは、大直径核３２を備
える多モードファイバー３０として、示されている）に対して形成された単調増
加断熱テーパー３３を含む。また、この方法では、ウエスト４５での直径は、こ
の外部ファイバーの直径未満であり、すなわち、４７では、Ｄ0＜Ｄoutputであ り、そして
【００３５】
【数５】 であり、ここで、Ｄ0は、ウエスト４５での直径であり、Ｄiは、入力多モードフ
ァイバー３０の直径であり、そしてＮＡinputは、入力多モードファイバー３０ の開口数であり、そしてＮＡairは、空気の開口数であり、ＮＡair 〜１である。
【００３６】 それゆえ、この方法を使用する際には、ＮＡair／ＮＡinputの二乗は、（領域
４１での多モードファイバー３０の断面積の合計）／（４５での最小テーパー直
径Ｄ0の面積）に実質的に等しく、すなわち、
【００３７】
【数６】 であり、これは、特許第５，８６４，６４４号からの式（３）と逆である。
【００３８】 一例として、１００μｍ〜１２５μｍのＤinputの多モードファイバーに対す るＮＡinputは、約０．１〜０．２であり得、４５でのＮＡは、ＮＡair（＝約１
）であり得、最小直径Ｄ0は、７０μｍ〜１３０μｍの範囲であり、そしてＮＡo utput は、４７にて、Ｄoutputで、およそ０．４であり得、ここで、Ｄoutputは 、約２００μｍである。
【００３９】 図１５は、多モードファイバー３０のバンドル（例えば、図６Ｂの断面図で図
示しているもの）内に単一モードファイバー２０を含めたこと以外は、図１０で
示したものと結合器構造が類似している本発明の他の実施態様である。この結合
器は、出力ファイバー１０と光結合連絡して、第一単調分岐テーパー部分４３お
よび第二単調分岐テーパー部分３３を含む。ファイバーバンドル４１を出力ファ
イバー１０に光学的に結合する際には、単一モードファイバー２２および二重ク
ラッドファイバー１０の核２２および１２は、それぞれ、それらの間で融合スプ
ライスを実行する前に、共に整列される。図１５の結合器は、単一モードファイ
バー核２２で伝播している信号を増幅するための特定の関連性を有し、この場合
、二重クラッドファイバー１０は、希土類ドープ核を有し、そして当該技術分野
で周知であるように、この信号用の増幅器として機能する。このポンプ光は、レ
ーザーダイオードポンピング源４４に連結された多モードファイバーを経由して
供給され、そしてこのポンプ光は、結合器ウエスト４５の性能のために、内部ク
ラッディング１４のＮＡを均一に満たす。
【００４０】 図１１Ａおよび１１Ｂでは、本発明を備える負性（ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｇｏｉ
ｎｇ）または単調増加テーパーを形成する方法が図示されている。ファイバーバ
ンドル４１の正テーパー４３は、４５にて、最小直径Ｄ0を有し、次いで、単調 様式で、４７にて、さらに大きな直径Ｄoutputへと拡大して、Ｄoutput＞Ｄ0と なる。面４７での出力領域は、開裂点（ｃｌｅａｖｅ−ｐｏｉｎｔ）であり、こ
の場所では、Ｄoutputは、この出力ファイバー（これは、例えば、多モードファ
イバーであり得る）の核直径と実質的に等しい。
【００４１】 図１１Ａで示すように、ファイバーバンドル４１は、融解され、溶融され、そ
のテーパーは、図１１Ａにて４５で示す所望最小直径Ｄ0を備えたバンドルと共 に接合しているテーパーにおいて、少なくとも１個の点を有するバンドル間にて
、中間テーパー部分と共に、反対対称ファイバーバンドル（図示せず）が形成さ
れるように、反対の方向で、このファイバーバンドルを引くことにより、当該技
術分野で公知のようにして、形成される。しかしながら、このテーパーにおいて
、ウエスト４５から離れたこれらのバンドル間にて、４７で、そのクリーブが形
成され、この場所では、直径Ｄoutputは、この出力ファイバー光伝播核またはク
ラッディングの直径と一致する。図１１Ｂで示すように、出力面４７は、この出
力ファイバー（これは、ここでは、多モード核３２として示されている）に融合
スプライスされる。先に示したように、複数の多モードファイバー３０は、共に
融解され溶融されて、直径Ｄoutputを有するテーパーを形成し、これは、図１１
Ａにて、クリーブ点４７で融合される。この多ファイバー出力結合器配列は、従
って、光スプリッタとして機能し、この場合、その進行トラフウエスト４５を通
って均一に分配された出力は、点４７で結合された複数の融合出力ファイバー３
０へと均一に分配される。
【００４２】 これらの複数の多モードファイバーに由来の光の出力分布が、この点で均一に
なり、その後、この出力ファイバーのＮＡへと均一に分岐するように、ウエスト
４５は、この結合器ウエストでのＮＡを満たすための機構を提供する。
【００４３】 さらに別の方法は、図１２Ａおよび１２Ｂで示されている。この方法では、フ
ァィバーバンドル４１は、まず、テーパーを付けられて、テーパー４３を形成し
、次いで、４７にて、このテーパーのサイズがこの出力ファイバーの直径サイズ
と実質的に等しくなる（すなわち、Ｄ0＝Ｄoutput）点で、開裂される。次いで 、開裂したテーパーバンドル４３は、出力ファイバーに融合スプライスされ、こ
こで示した場合では、多モード核３２に融合される。次いで、その結合器領域は
、溶融状態まで加熱され、そして保持された結合器末端は、上式（５）に従って
、ウエスト４５にて、最小直径Ｄ0が達成されるまで、矢印４９により示される ように、引かれる。
【００４４】 さらに別の方法は、図１３Ａ〜１３Ｃで示されている。図１３Ａで示すように
、バンドルテーパー４３が形成され、そして所望直径Ｄ0で開裂されている。ま た、その外部ファイバーは、ここで示した場合では、多モード核３２として、４
３Ａにて、所望直径Ｄ0でテーパーを付けられる。テーパー４３および４３Ａの 形成は、当業者に公知の様式と同じ様式にて、実行される。このファイバーは、
溶融状態へと加熱され、そして当該技術分野で教示されているように、反対方向
で引かれる。この出力ファイバーのテーパーに沿って所望直径を達成するために
、その直径がＤ0の場合にて、そのテーパーに沿った適当な位置にて、開裂が実 行され得る。また、先に示したように、この出力ファイバーは、テーパーを付け
て所望直径Ｄ0で開裂した一群の出力ファイバーであり得る。次いで、図１３Ｃ で示すように、作製したバンドルファイバーテーパー４３の２個の末端と出力フ
ァイバーとは、４５Ａで示すように作製した最小直径の点にて、共に融合される
。
【００４５】 最小直径Ｄ0の後に形成された負テーパーによるこの結合器の出力分布均一性 の向上は、Ｎ×１またはＮ×Ｍ融合双円錐形テーパー（ＦＢＴ）光ファイバーコ
ンバイナまたは光ファイバースプリッタに適用され得、この結合器を形成するフ
ァイバーバンドルを最小直径（この場合、この結合器への入力光は、この結合器
の回りの空気−クラッド領域の全ＮＡを実質的に満たす（ＮＡ＝１））へとテー
パーを付けることにより、続いて、この出力ファイバーの名目直径または面積ま
での直径的断熱増加により、この出力で、この光分布を著しく改良する。
【００４６】 本発明は、１個またはそれ以上の好ましい実施態様に関連して記述されている
ものの、本発明の精神および範囲内にある前述の記述に照らして、他の代替物、
異形および改良が明らかであることは、当業者に明らかとなる。それゆえ、本明
細書中で記述した発明は、先の請求の範囲の精神および範囲に入るこのような代
替物、異形および改良を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、二重クラッドファイバー（ＤＣＦ）の断面図である。
【図２】 図２は、単一モードファイバー（ＳＭＦ）の断面図である。
【図３】 図３は、多モードファイバー（ＭＭＦ）の断面図である。
【図４】 図４は、個々の多モードファイバー（ＭＭＦｓ）に予めテーパーを付けること
からこの結合器を形成するための工程１〜３の説明図である。
【図５】 図５は、本発明を備えるＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器の概略図と共に、本
発明を備える結合器を形成するための工程４の説明図である。
【図６】 図６は、図５で示したＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器のさらに別の図である
。図６Ａは、図６の線６Ａ−６Ａに沿って取り出した断面図である。図６Ｂは、
図６の線６Ｂ−６Ｂに沿って取り出した断面図である。
【図７】 図７は、図５で示したＭＭＦｓ／ＳＭＦ／ＤＣＦ結合器を２段階ファイバー増
幅器へと適用する図である。
【図８】 図８は、ＭＭＦ／ＤＣＦ結合器を備える他の実施態様である。
【図９】 図９は、当該技術分野で開示された結合器の概略図である。
【図１０】 図１０は、本発明を備える１形状の結合器の概略図である。
【図１１Ａ】 図１１Ａは、本発明を備える結合器を形成するための第一方法の概略図である
。
【図１１Ｂ】 図１１Ｂは、本発明を備える結合器を形成するための第一方法の概略図である
。
【図１２Ａ】 図１２Ａは、本発明を備える結合器を形成するための第二方法の概略図である
。
【図１２Ｂ】 図１２Ｂは、本発明を備える結合器を形成するための第二方法の概略図である
。
【図１３Ａ】 図１３Ａは、本発明を備える結合器を形成するための第三方法の概略図である
。
【図１３Ｂ】 図１３Ｂは、本発明を備える結合器を形成するための第三方法の概略図である
。
【図１３Ｃ】 図１３Ｃは、本発明を備える結合器を形成するための第三方法の概略図である
。
【図１４】 図１４は、図９で示した結合器と比較して、図１０で示した本発明を備える結
合器に関する出力分布の概略図である。
【図１５Ａ】 図１５Ａは、本発明を備える他の形状の結合器の概略図である。
【図１５Ｂ】 図１５Ｂは、本発明を備える他の形状の結合器の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 80 Ｒｏｓｅ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｗａｙ， Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ 95134−1365 Ｕ．Ｓ．Ａ． (72)発明者 ドミニク， ビンセント ジー． アメリカ合衆国 カリフォルニア 94538， フレモント， ナンバー 126， ステ ィーブンソン ブールバード 3695 (72)発明者 サンダース， スティーブン アメリカ合衆国 カリフォルニア 94306， パロ アルト， コーネル ストリート 2270 【要約の続き】 ー（２０）または組合せファイバーの名目クラッディン グまたは核直径Ｄoutput（３３）までの直径的断熱増加 により、著しく改良できる。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光結合器であって、 直径Ｄoutputおよび開口数を有する１個またはそれ以上の出力ファイバー（１
    ０、３２）と、 共にバンドルされている複数の多モード入力ファイバー（３０）と、 １個のテーパー付き部分（４３、３３）であって、該テーパー付き部分の一部
    が、複数のバンドル多モード入力ファイバーの一部から形成され、該テーパー付
    き部分が、最小直径Ｄ0を有し、Ｄ0＜Ｄoutputである、１個のテーパー付き部分
    （４３、３３）とを包含し、 該テーパー付き部分（４３、３３）は、単一の単調減少部分（４３）および単
    一の単調増加部分（３３）から構成され、ここで、該単調増加部分の入力末端は
    、直径Ｄ0を有し、その出力末端は、直径Ｄoutputを有し、その結果、 該多モード入力ファイバーを経由して伝播している入力光は、最小直径で、該
    光の光出力を実質的に満たし均一に分配して、それに対応して、該１個またはそ
    れ以上の出力ファイバーの開口数（ＮＡ）を均一に満たす、 光結合器。
  2. 【請求項２】 前記出力ファイバーが、多モードファイバーである、請求項
    １に記載の光結合器。
  3. 【請求項３】 前記出力ファイバーが、複数の組合せ多モードファイバーで
    ある、請求項１に記載の光結合器。
  4. 【請求項４】 前記出力ファイバーが、二重クラッドファイバーである、請
    求項１に記載の光結合器。
  5. 【請求項５】 前記多モード入力ファイバーと共にバンドルされた核を有す
    る単一モードファイバーと、 前記１個またはそれ以上の多モード出力ファイバーと共に組み立てられた単一
    モード核を有する二重クラッドファイバーとをさらに包含する光結合器であって
    、 該単一ファイバーおよび該二重クラッドファイバーの該核が互いに光学的に結
    合されるように、該二重クラッドファイバーと光連絡されている、 請求項１に記載の光結合器。
  6. 【請求項６】 前記二重クラッドファイバーが、ファイバー増幅器またはフ
    ァイバーレーザーである、請求項５に記載の光結合器。
  7. 【請求項７】 前記単調増加部分が、前記バンドル多モード入力ファイバー
    から形成されている、請求項１に記載の光結合器。
  8. 【請求項８】 前記単調増加部分が、前記１個またはそれ以上の多モード出
    力ファイバーの一部から形成されている、請求項１に記載の光結合器。
  9. 【請求項９】 光結合器を形成する方法であって、該方法は、 複数の多モード入力ファイバーを提供する工程と、 出力直径を有する１個またはそれ以上の多モード出力ファイバーを提供する工
    程と、 該多モード入力ファイバーを、最小ウエストへと単調に分岐しているテーパー
    の第一部分に形成する工程と、 該出力直径へと単調に分岐している該テーパーの第二部分を形成する工程と、 該第二部分を、該１個またはそれ以上の多モード出力ファイバーに光学的に結
    合する工程とを包含する方法。
  10. 【請求項１０】 前記テーパーの前記第二部分が、前記１個またはそれ以上
    の出力ファイバーから形成される、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 光結合器であって、 第一核（２２）を備えた単一モードファイバー（２０）と、 複数の多モード入力ファイバー（３０）であって、該多モード入力ファイバー
    の各々は、該単一モードファイバー（２０）のバンドル領域に沿って配列された
    その長さの部分を有し、各部分は、該単一モードファイバーへの実質的に同じ距
    離を有する複数の多モード入力ファイバーと、 多モード内部クラッディング（１４）および第二核（１２）を有する二重クラ
    ッド出力ファイバー（１０）と、 該バンドル領域の出力末端は、該多モード内部クラッディングの入力末端と結
    合されている該バンドル領域の出力末端とを包含し、 該第一核（２２）および該第二核（１２）は、互いに整列されている光結合器
    であって、 各多モード入力ファイバーのうち該バンドル領域の入力末端を形成する部分は
    、分岐テーパー部分を備え、ここで、該バンドル領域の該出力末端は、該多モー
    ド内部クラッディング（１４）の直径断面に実質的に等しい直径断面を有する、 光結合器。
  12. 【請求項１２】 前記バンドル領域が、融合されている、請求項１１に記載
    の光結合器。
  13. 【請求項１３】 前記バンドル領域が、前記二重クラッドファイバー入力末
    端に融合スプライスされている、請求項１１に記載の光結合器。
  14. 【請求項１４】 前記二重クラッドファイバーが、ファイバーレーザーまた
    はファイバー増幅器を備える、請求項１１に記載の光結合器。
  15. 【請求項１５】 光結合器を形成する方法であって、該方法は、 複数の多モードファイバーを提供する工程と、 所定直径を備えた多モード内部クラッディングを有する二重クラッドファイバ
    ーを提供する工程と、 該多モードファイバーの一部に予めテーパーを付ける工程と、 該多モードファイバーの該テーパー付き部分を、単一モードファイバーの回り
    にバンドルする工程と、 該バンドルしテーパーを付けた部分の得られた直径が、該単一モードファイバ
    ーと共に、融合工程後の所定直径に近くなるように、該多モードファイバー部分
    のテーパー量を選択する工程と、 該テーパー付き部分の一部に沿って、該ファイバーを共に融合する工程とを包
    含する方法。
  16. 【請求項１６】 前記光結合器が、テーパー付き形状を有し、そして前記二
    重クラッドファイバー内部クラッディングの直径断面に実質的に等しい直径断面
    を提供する長さで、切断される、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記単一モードファイバーが、第一核を取り囲むクラッデ
    ィングを有し、該クラッディングのうちそのセグメントに沿った部分が、前記バ
    ンドル領域にて、その組み込み前に取り除かれる、請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記融合ファイバーの末端を前記二重クラッドファイバー
    の末端に突き合わせ結合する工程を、さらに包含する、請求項１５に記載の方法
    。
  19. 【請求項１９】 前記突き合わせ結合が、融合−スプライシングとして達成
    される、請求項１８に記載の方法。
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