JP2004534271A - ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ - Google Patents
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Abstract
ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ（１００）及びハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタの作成及び使用方法が記載されている。基本的に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバを接続するために用いることができる。詳しくは、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは、第２のレンズ付光ファイバ（１０６）と光学的に結合されるが空間的には第２のレンズ付光ファイバ（１０６）から隔てられている、第１のレンズ付光ファイバ（１０４）を備える。一方のタイプのファイバ（１０１ａ）を含む第１のレンズ付光ファイバ（１０４）は、その内部を進行する光ビームを拡大し、コリメートされた光ビームを出力することができる。他方のタイプのファイバ（１０１ｂ）を含む第２のレンズ付光ファイバ（１０６）は、光ビームが第１のレンズ付光ファイバ（１０４）から第２のレンズ付光ファイバ（１０６）に進むように、コリメートされた光ビームを受け取り、受け取った光ビームを集束することができる。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ（１００）は光ビームを第２のレンズ付光ファイバ（１０６）から第１のレンズ付光ファイバ（１０４）に伝えることができる。
Description
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００１年７月５日に出願された、名称を「ハイブリッド型拡大ビームファイバコネクタ」とする、米国仮特許出願第６０/３０３６１１号の恩典を請求するものである。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には光コネクタに関し、特に、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバを接続するために用いることができるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関する。本発明は熱膨張係数（ＣＴＥ）が相異なるガラスでつくられているために融着接続が困難なファイバを接続するために用いることもできる。
【背景技術】
【０００３】
光コネクタ製造業者はタイプの異なるファイバを接続するために用いることができる光コネクタの設計を試行し続けてきた。例えば特殊用途ファイバ及び分散補償ファイバ等、市販されるようになったファイバの種類が増加し続けているので、このタイプの光コネクタが望ましい。特殊用途ファイバ及び分散補償ファイバは全て、相異なるＭＦＤ、したがって相異なる実効面積を有する。残念ながら、現在、タイプの異なるファイバを接続できる光コネクタはない。代わりに、今は、タイプの異なるファイバを互いに融着接続しなければならず、これは時間がかかる作業であり、それほど有効ではない（損失が大きい）ことがある。したがって、タイプの異なるファイバを有効に接続でき、且つモードを整合させ得る光コネクタが必要とされている。上記の要求及びその他の要求は本発明のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ及び方法により満たされる。
【特許文献１】
米国特許出願第０９/８１２１０８号明細書
【非特許文献１】
メアリー・アドコックス（Mary Adcox）著、「非ゼロ分散シフトファイバ及び標準単一モードファイバに関する融着接続及びファイバ集成互換性（Splicing and Fiber Assembly Compatibility for Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber and Standard Single-Mode Fiber）」ＮＯＣ／ＥＣ２０００にて発表
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
異種のファイバを有効に接続でき、モードを整合させ得る、光コネクタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバを接続するために用いることができるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを含む。本コネクタは組成が互いに異なり、したがってＣＴＥが互いに異なるガラスでつくられているファイバを接続するために用いることもできる。組成及びＣＴＥが互いに異なる光ファイバは、融着接続部に大応力がかかるため、融着接続によって確実に結合し合せることは困難である。本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは、第２のレンズ付光ファイバと光学的に結合されるが空間的には第２のレンズ付光ファイバから隔てられている、第１のレンズ付光ファイバを備える。一方のタイプのファイバを備える第１のレンズ付光ファイバは、第１のレンズ付光ファイバ内を進行する光ビームを拡大し、コリメートされた光ビームを出力することができる。他方のタイプのファイバを備える第２のレンズ付光ファイバは、光ビームが第１のレンズ付光ファイバから第２のレンズ付光ファイバに進むように、コリメートされた光ビームを受け取って、受け取った光ビームを集束することができる。同様の態様で、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは第２のレンズ付光ファイバから第１のレンズ付光ファイバに光ビームを伝えることができる。本発明は、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを作成及び使用するための方法も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
添付図面とともになされる以下の詳細な説明を参照することにより、本発明のより完全な理解を得ることができる。
【０００７】
図１〜８を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の好ましい実施形態並びにハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成及び使用するための好ましい方法７００及び８００が開示されている。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００はただ一対の異種ファイバを光学的に接続するとして説明されるが、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を一対またはそれより多くの対の異種ファイバを接続するために用い得ることは当然である。したがって、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００並びに好ましい方法７００及び８００はそのような限定された態様で解されるべきではない。
【０００８】
基本的に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバ１０１ａと１０１ｂとを接続するために用いることができる。特に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、第２のレンズ付光ファイバ１０６に光学的に結合されるが空間的には第２のレンズ付光ファイバ１０６から隔てられている、第１のレンズ付光ファイバ１０４を備える。一方のタイプのファイバ１０１ａを備える第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を出力することができる（図３は、レンズ付光ファイバ１０４と１０６の間にあるときにコリメートされる光ビーム３０２を示す）。他方のタイプのファイバ１０１ｂを備える第２のレンズ付光ファイバ１０６は、第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に光ビーム３０２が有効に進むように、出力された光ビーム３０２を受け取り、受け取った光ビーム３０２を集束することができる。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に光ビーム３０２を伝えることができる。
【０００９】
図１を参照すれば、一対以上の異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを光学的に接続するために用いることができる、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の分解組立図を示すブロック図がある。２本のファイバ１０１ａ及び１０１ｂは、ＭＦＤが相異なるかまたは実効面積が相異なる場合、あるいはファイバ１０１ａ及び１０１ｂのそれぞれが組成の相異なる２種のガラスのそれぞれでつくられている場合に、異種のファイバとなる。例えば、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂはそれぞれ、コーニング社（Corning Inc.）から、ＳＭＦ−２８（商標），非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）（例：コーニング（登録商標）ＭｅｔｒｏＣｏｒ（商標））、及び大実効面積の非ゼロ分散シフトファイバ（例：「コーニング」ＬＥＡＦ（商標））として市販されている単一モードファイバなど、ＭＦＤの相異なる単一モードファイバとすることができる。これまでは異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを融着接続しなければならなかったであろうから、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は現状技術に優る顕著な改善である。すなわち、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００以前の過去においては、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを接続するために利用できるコネクタはなかった。
【００１０】
レンズ付光ファイバ１０４及び１０６を組み込んでいるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００により、異種のファイバ１０１ａと１０１ｂとの接続が可能になる。さらに、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００により、プロファイルがより複雑なファイバと、低損失の別のファイバとの接続も可能になる。例えば、「ＳＭＦ−２８」１０１ａと大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂのような単一モードファイバを接続するため、あるいは「ＳＭＦ−２８」１０１ａとＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂを接続するために、融着接続されたピグテイルの代わりに、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を用いることができる。「ＳＭＦ−２８」１０１ａ−「ＳＭＦ−２８」１０１ａ間のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６による結合効率の測定値に基づけば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００における推定損失は０.１４ｄＢ（σ＝０.０６）であり、この値は相異なるタイプのファイバ１０１ａ及び１０１ｂの接続についても同じはずである。この０.１４ｄＢの推定損失は、「ＳＭＦ−２８」については＜０.２５ｄＢ，大実効面積ＮＺ−ＤＳＦについては＜０.２８ｄＢ，ＮＺ−ＤＳＦについては＜０.３４ｄＢの、空間的接触型コネクタに対する現行の損失仕様より小さい。ファイバの融着接続に関するさらなる詳細については、非特許文献１を参照されたい。非特許文献１は本明細書に参照として含まれる。
【００１１】
図１に示されるように、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持するパッケージ１０２を備える。詳しくは、パッケージ１０２は、挿入損失を最小限に抑えるため、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６が対面し、あらかじめ定められた距離だけ互いに隔てられるように、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持し、位置を合せる。
【００１２】
パッケージ１０２は、第１のフェルール１０８、第２のフェルール１１０及び嵌合位置合せ固定具１１２を備える。第１のフェルール１０８は第１のレンズ付光ファイバ１０４を支持し、保護する。同様に、第２のフェルール１１０は第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持し、保護する。嵌合位置合せ固定具１１２は１本またはそれより多くの位置合せピン１１４（２本が示されている）とともに、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６からあらかじめ定められた距離だけ隔てられるように、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を所定の位置に合せて、保持することができる。位置合せピン１１４は２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の位置合せを補助することもできる。
【００１３】
第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０は、多様な材料でつくることができ、多様な形態をとることができる。そのような形態の１つが図１に示され、図１では、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の凸レンズ１１６及び１１８がそれぞれ第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０から突き出ている。別のそのような形態が図２に示され、図２では、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の凸レンズ１１６及び１１８が第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０のそれぞれから突き出てはいない。代わりに、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０はそれぞれ、上蓋部品（図示せず）及び、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の周囲にエポキシ樹脂で貼り合された、基台部品２０２ａ及び２０２ｂからつくられている。この第２の例では、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を突き合せることができ、その場合でも第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の間にあらかじめ定められた距離を維持することができる。
【００１４】
作動中、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、内部を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を出力することができる、第１のレンズ付光ファイバ１０４を備える（図３はレンズ付光ファイバ１０４と１０６の間にあるときにコリメートされる光ビーム３０２を示す）。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に有効に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取り、受け取った光ビーム３０２を集束することができる。同様な態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に光ビーム３０２を伝えることもできる。第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６に関する詳細は、図３〜６に関して以下に記載される。
【００１５】
図３を参照すれば、２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の様々な幾何学的寸法を示すブロック図がある。レンズ付光ファイバ１０４及び１０６の幾何学的寸法は、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６から隔てられるべき距離を規定する。下式：
【数１】
【００１６】
が成立するときに、レンズ１１６及び１１８のそれぞれが完全コリメータとなることは当然である。ここで：
Ｔ＝レンズ１１６及び１１８の厚さ；
Ｒｃ＝レンズ１１６及び１１８の曲率半径；
ｎ＝レンズ１１６及び１１８の屈折率；
Φ＝位相シフト；
である。
【００１７】
例えば、波長１５５０ｎｍにおいてシリカ（ｎ＝１.４４４）を用いれば、レンズ１１６及び１１８は、Ｔ/Ｒｃ＝３.２５のときに完全コリメータである。実際には、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６は点光源ではないこと及び球形レンズ部１１６及び１１８は非常に小さいために回折効果が大きいことから、レンズ１１６及び１１８の厚さを焦点の回折シフトだけ大きくする必要がある。レンズ１１６及び１１８の形状寸法は、様々なファイバ１０１ａ及び１０１ｂのタイプに応じ、同じとすることもできるし、異ならせることもできることを理解すべきである。したがって、実際上、Ｔ/Ｒｃ比は３.２５より大きい。
【００１８】
コーニング社の「ＳＭＦ−２８」１０１ａ及び大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂなどの単一モードファイバの接続及び、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」１０１ａ及びＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂの接続に用いられる、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の各種設計例が表１に示される。表１の計算については、ホウケイ酸ガラスレンズ付光ファイバ１０４及び１０６を融着接続するときの熱コア拡張量が３種のファイバのいずれについても同じ（すなわち３０.８％の拡張）であると仮定した。表１中の、単位は全てμｍである。
【表１】
【００１９】
本願発明者らが測定したように、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」などの単一モードファイバ１０１ａ及び１０１ｂを有する２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の結合効率は０.１４ｄＢ（標準偏差＝０.０６）である。これは、１５５０ｎｍウインドウにおけるＮＺ−ＤＳＦとコーニング社の「ＳＭＦ−２８」の間の従来の融着接続の０.１５ｄＢ（標準偏差＝０.０２９）の損失と同等である。２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６についてビームウエストにおけるＭＦＤが一致すれば、用いられるファイバのタイプに損失が依存しないはずであることに注目すべきである。
【００２０】
図４を参照すれば、本発明に用いることができる具体例としてのレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の顕微鏡写真が示されている。図示されるようなガラスレンズ４００（レンズ部材、平凸コリメーティングレンズ）は、対象の波長で透明となるガラスでつくられ、光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂに融着接続される。ガラスレンズ４００の熱膨張係数（ＣＴＥ）は光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂのＣＴＥに一致するかまたはほとんど一致する。本質的に、ガラスレンズ４００は厚さ“Ｔ”及び曲率半径“Ｒｃ”を有する（図３参照）。さらに具体的には、ガラスレンズ４００はスロート部４０２並びに球形レンズ部１１６及び１１８を含む。レンズ付光ファイバ１０４及び１０６は、スロート部４０２の一端を光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂに融着接続することによりつくることができる。次いで、タングステンフィラメントをもつ融着接続機を用いてスロート部４０２の他端に凸レンズ１１６及び１１８を形成することができる。ガラスレンズ４００に関するより詳細な議論は、コーニング社の特許文献１に記載されている。特許文献１の内容は本明細書に参照として含まれる。
【００２１】
好ましい実施形態において、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６、特に球形レンズ部１１６及び１１８は、ホウケイ酸ガラスでつくられる。ホウケイ酸ガラスでつくられた球形レンズ部１１６及び１１８では複屈折の問題が生じないが、シリカでつくられた球形レンズは偏波依存損失に寄与する複屈折性を示す。さらに、レンズ１１６及び１１８をホウケイ酸ガラスでつくると、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の性能を強化できる。その理由は、ファイバ１０１ａ及び１０１ｂのホウケイ酸ガラスへの融着接続により、モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大し、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６の横方向位置合せずれに対する許容度を大きくする熱コア拡張がおこるからである。さらに、シリカの代わりにホウケイ酸ガラスを用いると、レンズ１１６及び１１８の作成プロセスの再現性がさらに一層高まる。
【００２２】
ホウケイ酸ガラスでつくられたレンズ付光ファイバ１０４及び１０６とシリカでつくられたレンズ付光ファイバ１０４及び１０６のさらに詳細な比較については、図５を参照されたい。特に、熱コア拡張の効果を図５に見ることができる。データ点は、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」に取り付けられたシリカレンズ及びホウケイ酸ガラスレンズについてｘ及びｙ方向で測定されたＭＦＤを表す。実線はガウスビームモデルフィッティングを表す。データは、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」のコアが１０.４μｍの公称ファイバモードフィールドから約１３.６μｍに拡張したことを示す。
【００２３】
ホウケイ酸ガラスまたはシリカでつくられた球形レンズ部１１６及び１１８を、光ビーム３０２がレンズ１１６及び１１８の表面に当たったときに（図３参照）光ビーム３０２をより大きなスポット径まで拡散するように機能する、反射防止（ＡＲ）膜で被覆することもできる。
【００２４】
図６Ａ〜６Ｃを参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００に関わる様々な許容度（例えば、横方向オフセット、角度オフセット、軸方向変位）のグラフが示されている。詳しくは、これらのグラフは、横方向、角度及び軸方向位置合せずれの、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６（ＭＦＤ＝６２μｍ）をもつハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００、及び、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」（ＭＦＤ＝１０.４μｍ）、大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ（ＭＦＤ＝９.６μｍ）及びＮＺ−ＤＳＦ（ＭＦＤ＝８.４μｍ）などの単一モードファイバの、従来の突き合せ結合コネクタにおける損失への影響を示す。従来の突き合せ結合コネクタに比較して、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００（例えばレンズ付光ファイバ１０４及び１０６）では横方向及び軸方向許容度がかなり広いことが、図６Ａ及び６Ｃからわかる。しかし、図６Ｂからは、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００では角度位置合せずれに対する許容度がかなり狭いことがわかる。角度位置合せずれに対する許容度が狭まるのはハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００のＭＦＤが大きくなっているためである。したがって、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の機構設計は非可傾とすべきである。さらに、作動距離（例えばレンズ対レンズ間隔）が短ければ角度位置合せずれにより横方向位置合せずれが小さくなるから、作動距離を短くすることが好ましい。
【００２５】
図７を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成するための好ましい方法７００の工程のフローチャートが示されている。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成するため、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第１のフェルール１０８に挿入される（工程７０２）。同様に、第２のレンズ付光ファイバ１０６が第２のフェルール１１０に挿入される（工程７０４）。好ましい実施形態では、戻り反射（後方反射）損失を低減するために、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６に反射防止膜が被覆される。
【００２６】
その後、第１のフェルール１０８が第２のフェルール１１０に連結される（工程７０６）。これは、いくつかの態様で達成され得る。例えば、図１に示されるように、嵌合位置合せ固定具１１２を１本以上の位置合せピン１１４（２本が示されている）とともに用いて、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を位置合せして、保持することができる。あるいは、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を、例えばキー付差込みカップリングまたは結合受栓を用いて、互いに連結することができる。この結果、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６に対して位置合せされ、第２のレンズ付光ファイバ１０６からあらかじめ定められた距離だけ隔てられるような態様で、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０が互いに対して確実に固定される。
【００２７】
第１のフェルール１０８の第２のフェルール１１０への連結後、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００及び、特に第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６に向けて出力することができる。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取ると、受け取った光ビーム３０２を集束する。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に伝えることもできる。
【００２８】
図８を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を使用するための好ましい方法８００の工程のフローチャートが示されている。基本的に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の第１のレンズ付光ファイバ１０４は第１の光コンポーネント（例えば増幅器）に接続される（工程８０２）。同様に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の第２のレンズ付光ファイバ１０６は第２の光コンポーネント（例えば増幅器）に接続される（工程８０４）。
【００２９】
これで、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の集成は完了している。第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６に向けて出力することができる。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取ると、受け取った光ビーム３０２を集束する。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に伝えることができる。
【００３０】
以下に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の使用例のいくつかを記載する。
【００３１】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを接続するために１タイプのジャンパーしか要しないので、配線作業を簡易化することができよう。例えば本発明以前、ＮＺ−ＤＳＦ路において経常損失を低く抑えるためには、ＮＺ−ＤＳＦ集成体の代わりに単一モードファイバコネクタを用いるのが普通であった。
【００３２】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、一端をピグテイルとしてまたは一端を別の拡大ビームコネクタとして有し得るパッチコードに用いることができよう。例えばハイブリッドファイバへの適用において、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の一端を増幅器（またはハイブリッド型ファイバで動作するその他のデバイス）に（ピグテイルが付けられていれば）融着接続するかまたは（別のコネクタがつけられていれば）連結することができよう。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の出力は、信号に光ネットワークに戻る経路をとらせるために用いることができ、あるいは光ビームからパワーの一部をとって光学性能をモニタするために用いることができよう。
【００３３】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、モード変換の実施及び、熱膨張係数が大きく異なり、したがって互いに融着接続させることができないファイバの接続に用いることもできる。例えば、本発明以前、エルビウム及びツリウムドープＭＣＳガラスがファイバ増幅器の帯域幅を稼ぐために用いられていた。しかし、ＭＣＳガラスの熱膨張係数は約６ｐｐｍであり、したがって、ＭＣＳガラス増幅器を組み込むときにＰｕｒｅＭｏｄｅ（商標）ＨＩ９８０ファイバにＭＣＳガラスを確実に融着接続することはできない。さらに、ＭＣＳファイバと「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０ファイバとの間には、約１μｍのモードフィールド不整合がある上に、後方反射損失を増大させる屈折率不整合（ｎ（ＭＣＳ）＝１.６〜１.７に対してｎ（「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０）＝１.４５）もある。本発明の手法を用いれば、エルビウムまたはツリウムがドープされていないことを除けばファイバコアと同じガラス組成をもつロッドを用いて、エルビウムドープまたはツリウムドープファイバの末端にレンズを形成することができよう。次いで、このレンズに反射減衰量を低減するＡＲ膜を被覆することができる。「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０の末端には別のレンズがシリカガラスで形成される。これらのレンズの形状寸法はビームウエストでモードフィールド径が一致するように選ばれることになろう。ＡＲ膜がないときの損失は〜０.５ｄＢであり、ＡＲ膜付の場合の損失は０.２ｄＢより小さいであろう。
【００３４】
本発明の実施形態を添付図面に１つしか示さず、また上記の詳細な説明に記述しなかったが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、また、添付される特許請求の範囲に記載され、特許請求の範囲で定められ本発明の精神を逸脱することなく、数多くの再構成、改変及び置換が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にしたがうハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタの分解組立図を示すブロック図である
【図２】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタのレンズ付光ファイバを支持するために用いられる具体例としての２つのフェルールの基台部の斜視図である
【図３】２本のレンズ付光ファイバの様々な幾何学的寸法を示すブロック図である
【図４】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに組み込むことができるレンズ付光ファイバの顕微鏡写真である
【図５】シリカ平凸レンズ及びホウケイ酸ガラス平凸レンズを有するレンズ付光ファイバへの熱コア拡張の効果を示すグラフである
【図６Ａ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる横方向オフセット許容度を示すグラフである
【図６Ｂ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる角度オフセット許容度を示すグラフである
【図６Ｃ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる軸方向変位許容度を示すグラフである
【図７】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを作成するための好ましい方法の各工程を示すフローチャートである
【図８】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを用いるための好ましい方法の各工程を示すフローチャートである
【符号の説明】
【００３６】
１００ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ
１０１ａ，１０１ｂ ファイバ
１０２ パッケージ
１０４，１０６ レンズ付光ファイバ
１０８，１１０ フェルール
１１２ 嵌合位置合せ固定具
１１４ 位置合せピン
１１６，１１８ レンズ
【０００１】
本出願は、２００１年７月５日に出願された、名称を「ハイブリッド型拡大ビームファイバコネクタ」とする、米国仮特許出願第６０/３０３６１１号の恩典を請求するものである。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には光コネクタに関し、特に、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバを接続するために用いることができるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関する。本発明は熱膨張係数（ＣＴＥ）が相異なるガラスでつくられているために融着接続が困難なファイバを接続するために用いることもできる。
【背景技術】
【０００３】
光コネクタ製造業者はタイプの異なるファイバを接続するために用いることができる光コネクタの設計を試行し続けてきた。例えば特殊用途ファイバ及び分散補償ファイバ等、市販されるようになったファイバの種類が増加し続けているので、このタイプの光コネクタが望ましい。特殊用途ファイバ及び分散補償ファイバは全て、相異なるＭＦＤ、したがって相異なる実効面積を有する。残念ながら、現在、タイプの異なるファイバを接続できる光コネクタはない。代わりに、今は、タイプの異なるファイバを互いに融着接続しなければならず、これは時間がかかる作業であり、それほど有効ではない（損失が大きい）ことがある。したがって、タイプの異なるファイバを有効に接続でき、且つモードを整合させ得る光コネクタが必要とされている。上記の要求及びその他の要求は本発明のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ及び方法により満たされる。
【特許文献１】
米国特許出願第０９/８１２１０８号明細書
【非特許文献１】
メアリー・アドコックス（Mary Adcox）著、「非ゼロ分散シフトファイバ及び標準単一モードファイバに関する融着接続及びファイバ集成互換性（Splicing and Fiber Assembly Compatibility for Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber and Standard Single-Mode Fiber）」ＮＯＣ／ＥＣ２０００にて発表
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
異種のファイバを有効に接続でき、モードを整合させ得る、光コネクタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバを接続するために用いることができるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを含む。本コネクタは組成が互いに異なり、したがってＣＴＥが互いに異なるガラスでつくられているファイバを接続するために用いることもできる。組成及びＣＴＥが互いに異なる光ファイバは、融着接続部に大応力がかかるため、融着接続によって確実に結合し合せることは困難である。本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは、第２のレンズ付光ファイバと光学的に結合されるが空間的には第２のレンズ付光ファイバから隔てられている、第１のレンズ付光ファイバを備える。一方のタイプのファイバを備える第１のレンズ付光ファイバは、第１のレンズ付光ファイバ内を進行する光ビームを拡大し、コリメートされた光ビームを出力することができる。他方のタイプのファイバを備える第２のレンズ付光ファイバは、光ビームが第１のレンズ付光ファイバから第２のレンズ付光ファイバに進むように、コリメートされた光ビームを受け取って、受け取った光ビームを集束することができる。同様の態様で、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタは第２のレンズ付光ファイバから第１のレンズ付光ファイバに光ビームを伝えることができる。本発明は、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを作成及び使用するための方法も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
添付図面とともになされる以下の詳細な説明を参照することにより、本発明のより完全な理解を得ることができる。
【０００７】
図１〜８を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の好ましい実施形態並びにハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成及び使用するための好ましい方法７００及び８００が開示されている。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００はただ一対の異種ファイバを光学的に接続するとして説明されるが、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を一対またはそれより多くの対の異種ファイバを接続するために用い得ることは当然である。したがって、本ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００並びに好ましい方法７００及び８００はそのような限定された態様で解されるべきではない。
【０００８】
基本的に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が相異なるかまたは実効面積が相異なる単一モードファイバなど、異種のファイバ１０１ａと１０１ｂとを接続するために用いることができる。特に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、第２のレンズ付光ファイバ１０６に光学的に結合されるが空間的には第２のレンズ付光ファイバ１０６から隔てられている、第１のレンズ付光ファイバ１０４を備える。一方のタイプのファイバ１０１ａを備える第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を出力することができる（図３は、レンズ付光ファイバ１０４と１０６の間にあるときにコリメートされる光ビーム３０２を示す）。他方のタイプのファイバ１０１ｂを備える第２のレンズ付光ファイバ１０６は、第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に光ビーム３０２が有効に進むように、出力された光ビーム３０２を受け取り、受け取った光ビーム３０２を集束することができる。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に光ビーム３０２を伝えることができる。
【０００９】
図１を参照すれば、一対以上の異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを光学的に接続するために用いることができる、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の分解組立図を示すブロック図がある。２本のファイバ１０１ａ及び１０１ｂは、ＭＦＤが相異なるかまたは実効面積が相異なる場合、あるいはファイバ１０１ａ及び１０１ｂのそれぞれが組成の相異なる２種のガラスのそれぞれでつくられている場合に、異種のファイバとなる。例えば、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂはそれぞれ、コーニング社（Corning Inc.）から、ＳＭＦ−２８（商標），非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）（例：コーニング（登録商標）ＭｅｔｒｏＣｏｒ（商標））、及び大実効面積の非ゼロ分散シフトファイバ（例：「コーニング」ＬＥＡＦ（商標））として市販されている単一モードファイバなど、ＭＦＤの相異なる単一モードファイバとすることができる。これまでは異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを融着接続しなければならなかったであろうから、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は現状技術に優る顕著な改善である。すなわち、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００以前の過去においては、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを接続するために利用できるコネクタはなかった。
【００１０】
レンズ付光ファイバ１０４及び１０６を組み込んでいるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００により、異種のファイバ１０１ａと１０１ｂとの接続が可能になる。さらに、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００により、プロファイルがより複雑なファイバと、低損失の別のファイバとの接続も可能になる。例えば、「ＳＭＦ−２８」１０１ａと大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂのような単一モードファイバを接続するため、あるいは「ＳＭＦ−２８」１０１ａとＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂを接続するために、融着接続されたピグテイルの代わりに、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を用いることができる。「ＳＭＦ−２８」１０１ａ−「ＳＭＦ−２８」１０１ａ間のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６による結合効率の測定値に基づけば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００における推定損失は０.１４ｄＢ（σ＝０.０６）であり、この値は相異なるタイプのファイバ１０１ａ及び１０１ｂの接続についても同じはずである。この０.１４ｄＢの推定損失は、「ＳＭＦ−２８」については＜０.２５ｄＢ，大実効面積ＮＺ−ＤＳＦについては＜０.２８ｄＢ，ＮＺ−ＤＳＦについては＜０.３４ｄＢの、空間的接触型コネクタに対する現行の損失仕様より小さい。ファイバの融着接続に関するさらなる詳細については、非特許文献１を参照されたい。非特許文献１は本明細書に参照として含まれる。
【００１１】
図１に示されるように、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持するパッケージ１０２を備える。詳しくは、パッケージ１０２は、挿入損失を最小限に抑えるため、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６が対面し、あらかじめ定められた距離だけ互いに隔てられるように、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持し、位置を合せる。
【００１２】
パッケージ１０２は、第１のフェルール１０８、第２のフェルール１１０及び嵌合位置合せ固定具１１２を備える。第１のフェルール１０８は第１のレンズ付光ファイバ１０４を支持し、保護する。同様に、第２のフェルール１１０は第２のレンズ付光ファイバ１０６を支持し、保護する。嵌合位置合せ固定具１１２は１本またはそれより多くの位置合せピン１１４（２本が示されている）とともに、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６からあらかじめ定められた距離だけ隔てられるように、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を所定の位置に合せて、保持することができる。位置合せピン１１４は２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の位置合せを補助することもできる。
【００１３】
第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０は、多様な材料でつくることができ、多様な形態をとることができる。そのような形態の１つが図１に示され、図１では、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の凸レンズ１１６及び１１８がそれぞれ第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０から突き出ている。別のそのような形態が図２に示され、図２では、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の凸レンズ１１６及び１１８が第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０のそれぞれから突き出てはいない。代わりに、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０はそれぞれ、上蓋部品（図示せず）及び、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の周囲にエポキシ樹脂で貼り合された、基台部品２０２ａ及び２０２ｂからつくられている。この第２の例では、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を突き合せることができ、その場合でも第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６の間にあらかじめ定められた距離を維持することができる。
【００１４】
作動中、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、内部を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を出力することができる、第１のレンズ付光ファイバ１０４を備える（図３はレンズ付光ファイバ１０４と１０６の間にあるときにコリメートされる光ビーム３０２を示す）。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に有効に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取り、受け取った光ビーム３０２を集束することができる。同様な態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に光ビーム３０２を伝えることもできる。第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６に関する詳細は、図３〜６に関して以下に記載される。
【００１５】
図３を参照すれば、２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の様々な幾何学的寸法を示すブロック図がある。レンズ付光ファイバ１０４及び１０６の幾何学的寸法は、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６から隔てられるべき距離を規定する。下式：
【数１】
が成立するときに、レンズ１１６及び１１８のそれぞれが完全コリメータとなることは当然である。ここで：
Ｔ＝レンズ１１６及び１１８の厚さ；
Ｒｃ＝レンズ１１６及び１１８の曲率半径；
ｎ＝レンズ１１６及び１１８の屈折率；
Φ＝位相シフト；
である。
【００１７】
例えば、波長１５５０ｎｍにおいてシリカ（ｎ＝１.４４４）を用いれば、レンズ１１６及び１１８は、Ｔ/Ｒｃ＝３.２５のときに完全コリメータである。実際には、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６は点光源ではないこと及び球形レンズ部１１６及び１１８は非常に小さいために回折効果が大きいことから、レンズ１１６及び１１８の厚さを焦点の回折シフトだけ大きくする必要がある。レンズ１１６及び１１８の形状寸法は、様々なファイバ１０１ａ及び１０１ｂのタイプに応じ、同じとすることもできるし、異ならせることもできることを理解すべきである。したがって、実際上、Ｔ/Ｒｃ比は３.２５より大きい。
【００１８】
コーニング社の「ＳＭＦ−２８」１０１ａ及び大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂなどの単一モードファイバの接続及び、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」１０１ａ及びＮＺ−ＤＳＦ１０１ｂの接続に用いられる、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の各種設計例が表１に示される。表１の計算については、ホウケイ酸ガラスレンズ付光ファイバ１０４及び１０６を融着接続するときの熱コア拡張量が３種のファイバのいずれについても同じ（すなわち３０.８％の拡張）であると仮定した。表１中の、単位は全てμｍである。
【表１】
本願発明者らが測定したように、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」などの単一モードファイバ１０１ａ及び１０１ｂを有する２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の結合効率は０.１４ｄＢ（標準偏差＝０.０６）である。これは、１５５０ｎｍウインドウにおけるＮＺ−ＤＳＦとコーニング社の「ＳＭＦ−２８」の間の従来の融着接続の０.１５ｄＢ（標準偏差＝０.０２９）の損失と同等である。２本のレンズ付光ファイバ１０４及び１０６についてビームウエストにおけるＭＦＤが一致すれば、用いられるファイバのタイプに損失が依存しないはずであることに注目すべきである。
【００２０】
図４を参照すれば、本発明に用いることができる具体例としてのレンズ付光ファイバ１０４及び１０６の顕微鏡写真が示されている。図示されるようなガラスレンズ４００（レンズ部材、平凸コリメーティングレンズ）は、対象の波長で透明となるガラスでつくられ、光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂに融着接続される。ガラスレンズ４００の熱膨張係数（ＣＴＥ）は光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂのＣＴＥに一致するかまたはほとんど一致する。本質的に、ガラスレンズ４００は厚さ“Ｔ”及び曲率半径“Ｒｃ”を有する（図３参照）。さらに具体的には、ガラスレンズ４００はスロート部４０２並びに球形レンズ部１１６及び１１８を含む。レンズ付光ファイバ１０４及び１０６は、スロート部４０２の一端を光ファイバ１０１ａまたは１０１ｂに融着接続することによりつくることができる。次いで、タングステンフィラメントをもつ融着接続機を用いてスロート部４０２の他端に凸レンズ１１６及び１１８を形成することができる。ガラスレンズ４００に関するより詳細な議論は、コーニング社の特許文献１に記載されている。特許文献１の内容は本明細書に参照として含まれる。
【００２１】
好ましい実施形態において、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６、特に球形レンズ部１１６及び１１８は、ホウケイ酸ガラスでつくられる。ホウケイ酸ガラスでつくられた球形レンズ部１１６及び１１８では複屈折の問題が生じないが、シリカでつくられた球形レンズは偏波依存損失に寄与する複屈折性を示す。さらに、レンズ１１６及び１１８をホウケイ酸ガラスでつくると、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の性能を強化できる。その理由は、ファイバ１０１ａ及び１０１ｂのホウケイ酸ガラスへの融着接続により、モードフィールド径（ＭＦＤ）を拡大し、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６の横方向位置合せずれに対する許容度を大きくする熱コア拡張がおこるからである。さらに、シリカの代わりにホウケイ酸ガラスを用いると、レンズ１１６及び１１８の作成プロセスの再現性がさらに一層高まる。
【００２２】
ホウケイ酸ガラスでつくられたレンズ付光ファイバ１０４及び１０６とシリカでつくられたレンズ付光ファイバ１０４及び１０６のさらに詳細な比較については、図５を参照されたい。特に、熱コア拡張の効果を図５に見ることができる。データ点は、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」に取り付けられたシリカレンズ及びホウケイ酸ガラスレンズについてｘ及びｙ方向で測定されたＭＦＤを表す。実線はガウスビームモデルフィッティングを表す。データは、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」のコアが１０.４μｍの公称ファイバモードフィールドから約１３.６μｍに拡張したことを示す。
【００２３】
ホウケイ酸ガラスまたはシリカでつくられた球形レンズ部１１６及び１１８を、光ビーム３０２がレンズ１１６及び１１８の表面に当たったときに（図３参照）光ビーム３０２をより大きなスポット径まで拡散するように機能する、反射防止（ＡＲ）膜で被覆することもできる。
【００２４】
図６Ａ〜６Ｃを参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００に関わる様々な許容度（例えば、横方向オフセット、角度オフセット、軸方向変位）のグラフが示されている。詳しくは、これらのグラフは、横方向、角度及び軸方向位置合せずれの、レンズ付光ファイバ１０４及び１０６（ＭＦＤ＝６２μｍ）をもつハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００、及び、コーニング社の「ＳＭＦ−２８」（ＭＦＤ＝１０.４μｍ）、大実効面積ＮＺ−ＤＳＦ（ＭＦＤ＝９.６μｍ）及びＮＺ−ＤＳＦ（ＭＦＤ＝８.４μｍ）などの単一モードファイバの、従来の突き合せ結合コネクタにおける損失への影響を示す。従来の突き合せ結合コネクタに比較して、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００（例えばレンズ付光ファイバ１０４及び１０６）では横方向及び軸方向許容度がかなり広いことが、図６Ａ及び６Ｃからわかる。しかし、図６Ｂからは、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００では角度位置合せずれに対する許容度がかなり狭いことがわかる。角度位置合せずれに対する許容度が狭まるのはハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００のＭＦＤが大きくなっているためである。したがって、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の機構設計は非可傾とすべきである。さらに、作動距離（例えばレンズ対レンズ間隔）が短ければ角度位置合せずれにより横方向位置合せずれが小さくなるから、作動距離を短くすることが好ましい。
【００２５】
図７を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成するための好ましい方法７００の工程のフローチャートが示されている。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を作成するため、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第１のフェルール１０８に挿入される（工程７０２）。同様に、第２のレンズ付光ファイバ１０６が第２のフェルール１１０に挿入される（工程７０４）。好ましい実施形態では、戻り反射（後方反射）損失を低減するために、第１のレンズ付光ファイバ１０４及び第２のレンズ付光ファイバ１０６に反射防止膜が被覆される。
【００２６】
その後、第１のフェルール１０８が第２のフェルール１１０に連結される（工程７０６）。これは、いくつかの態様で達成され得る。例えば、図１に示されるように、嵌合位置合せ固定具１１２を１本以上の位置合せピン１１４（２本が示されている）とともに用いて、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を位置合せして、保持することができる。あるいは、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０を、例えばキー付差込みカップリングまたは結合受栓を用いて、互いに連結することができる。この結果、第１のレンズ付光ファイバ１０４が第２のレンズ付光ファイバ１０６に対して位置合せされ、第２のレンズ付光ファイバ１０６からあらかじめ定められた距離だけ隔てられるような態様で、第１のフェルール１０８及び第２のフェルール１１０が互いに対して確実に固定される。
【００２７】
第１のフェルール１０８の第２のフェルール１１０への連結後、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００及び、特に第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６に向けて出力することができる。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取ると、受け取った光ビーム３０２を集束する。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に伝えることもできる。
【００２８】
図８を参照すれば、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００を使用するための好ましい方法８００の工程のフローチャートが示されている。基本的に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の第１のレンズ付光ファイバ１０４は第１の光コンポーネント（例えば増幅器）に接続される（工程８０２）。同様に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の第２のレンズ付光ファイバ１０６は第２の光コンポーネント（例えば増幅器）に接続される（工程８０４）。
【００２９】
これで、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の集成は完了している。第１のレンズ付光ファイバ１０４は、第１のレンズ付光ファイバ１０４内を進行する光ビーム３０２を拡大し、コリメートされた光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６に向けて出力することができる。第２のレンズ付光ファイバ１０６は、光ビーム３０２が第１のレンズ付光ファイバ１０４から第２のレンズ付光ファイバ１０６に進むように、コリメートされた光ビーム３０２を受け取ると、受け取った光ビーム３０２を集束する。同様の態様で、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は光ビーム３０２を第２のレンズ付光ファイバ１０６から第１のレンズ付光ファイバ１０４に伝えることができる。
【００３０】
以下に、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の使用例のいくつかを記載する。
【００３１】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、異種のファイバ１０１ａ及び１０１ｂを接続するために１タイプのジャンパーしか要しないので、配線作業を簡易化することができよう。例えば本発明以前、ＮＺ−ＤＳＦ路において経常損失を低く抑えるためには、ＮＺ−ＤＳＦ集成体の代わりに単一モードファイバコネクタを用いるのが普通であった。
【００３２】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、一端をピグテイルとしてまたは一端を別の拡大ビームコネクタとして有し得るパッチコードに用いることができよう。例えばハイブリッドファイバへの適用において、ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の一端を増幅器（またはハイブリッド型ファイバで動作するその他のデバイス）に（ピグテイルが付けられていれば）融着接続するかまたは（別のコネクタがつけられていれば）連結することができよう。ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００の出力は、信号に光ネットワークに戻る経路をとらせるために用いることができ、あるいは光ビームからパワーの一部をとって光学性能をモニタするために用いることができよう。
【００３３】
・ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ１００は、モード変換の実施及び、熱膨張係数が大きく異なり、したがって互いに融着接続させることができないファイバの接続に用いることもできる。例えば、本発明以前、エルビウム及びツリウムドープＭＣＳガラスがファイバ増幅器の帯域幅を稼ぐために用いられていた。しかし、ＭＣＳガラスの熱膨張係数は約６ｐｐｍであり、したがって、ＭＣＳガラス増幅器を組み込むときにＰｕｒｅＭｏｄｅ（商標）ＨＩ９８０ファイバにＭＣＳガラスを確実に融着接続することはできない。さらに、ＭＣＳファイバと「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０ファイバとの間には、約１μｍのモードフィールド不整合がある上に、後方反射損失を増大させる屈折率不整合（ｎ（ＭＣＳ）＝１.６〜１.７に対してｎ（「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０）＝１.４５）もある。本発明の手法を用いれば、エルビウムまたはツリウムがドープされていないことを除けばファイバコアと同じガラス組成をもつロッドを用いて、エルビウムドープまたはツリウムドープファイバの末端にレンズを形成することができよう。次いで、このレンズに反射減衰量を低減するＡＲ膜を被覆することができる。「ＰｕｒｅＭｏｄｅ」ＨＩ９８０の末端には別のレンズがシリカガラスで形成される。これらのレンズの形状寸法はビームウエストでモードフィールド径が一致するように選ばれることになろう。ＡＲ膜がないときの損失は〜０.５ｄＢであり、ＡＲ膜付の場合の損失は０.２ｄＢより小さいであろう。
【００３４】
本発明の実施形態を添付図面に１つしか示さず、また上記の詳細な説明に記述しなかったが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、また、添付される特許請求の範囲に記載され、特許請求の範囲で定められ本発明の精神を逸脱することなく、数多くの再構成、改変及び置換が可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にしたがうハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタの分解組立図を示すブロック図である
【図２】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタのレンズ付光ファイバを支持するために用いられる具体例としての２つのフェルールの基台部の斜視図である
【図３】２本のレンズ付光ファイバの様々な幾何学的寸法を示すブロック図である
【図４】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに組み込むことができるレンズ付光ファイバの顕微鏡写真である
【図５】シリカ平凸レンズ及びホウケイ酸ガラス平凸レンズを有するレンズ付光ファイバへの熱コア拡張の効果を示すグラフである
【図６Ａ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる横方向オフセット許容度を示すグラフである
【図６Ｂ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる角度オフセット許容度を示すグラフである
【図６Ｃ】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタに関わる軸方向変位許容度を示すグラフである
【図７】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを作成するための好ましい方法の各工程を示すフローチャートである
【図８】図１に示されるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを用いるための好ましい方法の各工程を示すフローチャートである
【符号の説明】
【００３６】
１００ ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ
１０１ａ，１０１ｂ ファイバ
１０２ パッケージ
１０４，１０６ レンズ付光ファイバ
１０８，１１０ フェルール
１１２ 嵌合位置合せ固定具
１１４ 位置合せピン
１１６，１１８ レンズ
Claims (31)
- ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタにおいて、
第１のレンズ付光ファイバ、及び
前記第１のレンズ付光ファイバと光学的に結合されているが、空間的には前記第１のレンズ付光ファイバからあらかじめ定められた距離だけ隔てられている、第２のレンズ付光ファイバ、
を備え、
前記第１のレンズ付光ファイバは一方のタイプのファイバを含み、前記第２のレンズ付光ファイバは他方のタイプのファイバを含むことを特徴とするハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。 - 前記一方のタイプのファイバ及び前記他方のタイプのファイバは、それぞれが相異なるモードフィールド径を有することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記一方のタイプのファイバ及び前記他方のタイプのファイバは、それぞれが相異なるガラス組成でつくられていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバを支持できるパッケージをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 請求項４に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタにおいて、前記パッケージが、
前記第１のレンズ付光ファイバを支持できる第１のフェルール、
前記第２のレンズ付光ファイバを支持できる第２のフェルール、及び
前記第１のレンズ付光ファイバが前記第２のレンズ付光ファイバから前記あらかじめ定められた距離だけ隔てられるように、前記第１のフェルール及び前記第２のフェルールを位置合せして保持できる嵌合位置合せ固定具、
をさらに備えることを特徴とするハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。 - 前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバは、それぞれが、光ファイバ及び、スロート部と球形レンズ部とを含む平凸コリメーティングレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記スロート部及び前記球形レンズ部は、それぞれが、前記第１のレンズ付光ファイバが前記第２のレンズ付光ファイバから空間的に隔てられるべき前記あらかじめ定められた距離を画定する形状寸法を有することを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタがアレイ配列ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 異種のファイバの接続に用いられるハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタにおいて、前記ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタが、
光ビームを拡大すること及びコリメートされた光ビームを出力することができる一方のタイプのファイバを含む、第１のレンズ付光ファイバ、及び
前記第１のレンズ付光ファイバからあらかじめ定められた距離だけ空間的に隔てられ、前記光ビームが前記第１のレンズ付光ファイバから前記第２のレンズ付光ファイバに有効に進むように、前記コリメートされた光ビームを受け取ること及び前記受け取った光ビームを集束することができる他方のタイプのファイバを含む、第２のレンズ付光ファイバ、
を備えることを特徴とするハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。 - 前記第１のレンズ付光ファイバが単一モードファイバを含み、前記第２のレンズ付光ファイバが非ゼロ分散シフトファイバを含むことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１のレンズ付光ファイバが単一モードファイバを含み、前記第２のレンズ付光ファイバが大実効面積を有する非ゼロ分散シフトファイバを含むことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバの内の少なくとも一方が複雑な物理的プロファイルをもつファイバを含むことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバが、互いに異なるモードフィールド径を有するファイバを含むことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバが、相異なるガラス組成を有するファイバを含むことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタにおいて、前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバが対面し、前記あらかじめ定められた距離だけ空間的に隔てられるように、前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバを支持すること及び位置合せすることができるパッケージをさらに備えることを特徴とするハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記第１及び第２のレンズ付光ファイバは、それぞれが、光ファイバ及び、スロート部と球形レンズ部とを含む平凸コリメーティングレンズをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記球形レンズ部のそれぞれに反射防止膜が被覆されていることを特徴とする請求項１６に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記球形レンズ部は、それぞれがホウケイ酸ガラスでつくられていることを特徴とする請求項１６に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- 前記ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタが一対より多くの前記第１及び第２のレンズ付光ファイバを備えることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタ。
- ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを作成するための方法において、
一方のタイプのファイバを含む第１のレンズ付光ファイバを第１のフェルールに挿入する工程、
他方のタイプのファイバを含む第２のレンズ付光ファイバを第２のフェルールに挿入する工程、及び
前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバが位置合せされ、あらかじめ定められた距離だけ互いに隔てられ、よって、前記第１のレンズ付光ファイバが、前記第１のレンズ付光ファイバ内を進行している光ビームを拡大して、コリメートされた光ビームを、前記光ビームが前記第１のレンズ付光ファイバから前記第２のレンズ付光ファイバに有効に進むように、前記コリメートされた光ビームを受け取り、前記受け取った光ビームを集束する前記第２のレンズ付光ファイバに向けて出力することを可能にするように、前記第１のフェルール及び前記第２のフェルールを確実に固定する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記一方のタイプのファイバ及び前記他方のタイプのファイバは、それぞれが相異なるモードフィールド径を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- 前記一方のタイプのファイバ及び前記他方のタイプのファイバは、それぞれが相異なるガラス組成でつくられていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- 前記第１及び第２のレンズ付光ファイバは、それぞれが光ファイバ及び、スロート部と球形レンズ部とを含む平凸コリメーティングレンズをさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- 前記球形レンズ部のそれぞれに反射防止膜が被覆されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- 前記球形レンズ部は、それぞれがホウケイ酸ガラスでつくられることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
- ハイブリッド型ファイバ拡大ビームコネクタを使用するための方法において、
一方のタイプのファイバを含む第１のレンズ付光ファイバを第１の光コンポーネントに接続する工程、及び
他方のタイプのファイバを含む第２のレンズ付光ファイバを第２の光コンポーネントに接続する工程、
を含み、
前記第１のレンズ付光ファイバ及び前記第２のレンズ付光ファイバが位置合せされ、あらかじめ定められた距離だけ互いに隔てられ、よって、前記第１のレンズ付光ファイバが、前記第１のレンズ付光ファイバ内を進行している光ビームを拡大し、コリメートされた光ビームを、前記光ビームが前記第１の光コンポーネントから前記第２の光コンポーネントに有効に進むように、前記コリメートされた光ビームを受け取り、前記受け取った光ビームを集束する前記第２のレンズ付光ファイバに向けて出力することを可能にすることを特徴とする方法。 - 前記第１のタイプのファイバ及び前記第２のタイプのファイバのそれぞれが相異なるモードフィールド径を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
- 前記一方のタイプのファイバ及び前記他方のタイプのファイバは、それぞれが相異なるガラス組成でつくられていることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
- 前記第１及び第２のレンズ付光ファイバは、それぞれが光ファイバ及び、スロート部と球形レンズ部とを含む平凸コリメーティングレンズをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
- 前記球形レンズ部のそれぞれに反射防止膜が被覆されていることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
- 前記球形レンズ部は、それぞれがホウケイ酸ガラスでつくられていることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
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