JP2010009048A - マイクロ光学フォトニックバンドギャップファイバーカプラー - Google Patents

Abstract

【課題】共振器検出応用のための主要な部品として、中空コアファイバーを備える低損失のカプラーを提供する。
【解決手段】光源とセンサとの間の光の相互伝達のための光学カプラー装置２２、および中空コアファイバー共振器１０６を有する共振器検出装置である。共振ファイバー端部の一方からの光は、最大結合効率が達成されるような適切なピッチおよび２つの傾斜表面を備える屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ１０２、１０４を介して、第２の共振器ファイバーの端部に結合される。傾斜表面は所望の結合度を達成するために反射率Ｒを有する適切な被覆剤でコートされる。第２の傾斜表面で反射された光は、（マイクロレンズ３２のような）他のレンズで捕獲され、第３のファイバー領域（結合ポート）に結合される。ＧＲＩＮレンズおよびマイクロレンズの光学パラメータは、損失を最小化するように調整される。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロ光学フォトニックバンドギャップファイバーカプラーに関する。

中空コアファイバーを含むフォトニックバンドギャップファイバーは、多くの応用において、従来の中実コア光ファイバー取って代わる可能性がある。ファイバーのこのクラスを用いる光学部品は現在のところ制限されている。

従来のカプラーは、主にフューズド（fused）；ラップト（lapped）；およびマイクロオプティクス（micro-optics）の３つのクラスに分類できる。マイクロに光学カプラーは、波長分割マルチプレクサ（Wavelength Division Multiplexer）のような２つの異なる波長を分割／結合するために採用され、あるいは、直交偏光状態に分割／結合するために採用される。フューズドカプラーおよびラップトカプラーは、光パワーの再分配のために最も一般的に用いられている。

共振器検出応用のための主要な部品として、中空コアファイバーを備える低損失のカプラーへの即座の需要がある。

本発明は、フューズカプラーおよびラップトカプラーのクラスの外側に分類される光カプラーであり、光パワーの再分配のためにエバネッセント波カップリングではなく反射を採用する。

本発明は、光をファイバーの中へおよび外へ結合させるためにＧＲＩＮレンズまたはマイクロレンズのようなマイクロ光学装置に存在するいくつかのコンセプトを用いている。１つのファイバーチップからの光は、最大結合効率が達成され且つ２つの傾斜面を備えるように、適切なピッチを備える１つのＧＲＩＮレンズを介して、第２のファイバーチップ（スループットポート）へ結合される。傾斜面は、所望の結合度（degree of coupling）を達成するために、反射率Ｒを備える適切な被膜剤でコートされる。傾斜面で反射された光は、（マイクロレンズのような）他のレンズで捕獲され、第３のファイバーセグメント（結合ポート）に結合される。ＧＲＩＮレンズおよびマイクロレンズの光学的なパラメータは、損失が最も小さくなるように調整される。

以下に、本発明の好ましい実施形態および代替実施形態が添付図面とともに詳細に説明される。添付図面は以下のとおりである。

本発明の一実施形態により形成された共振器検出装置の一例を示す部分図である。 図１に示す共振器検出装置を組み立てるために用いる装置の一例を示す部分図である。 本発明の一代替実施形態により形成された共振器検出装置の一例を示す部分図である。

図１は、本発明の一実施形態により形成された光リング共振器検出装置２０の一部を示している。共振器検出装置２０は、共振ファイバー２６、第２および第３の（非共振）ファイバー、第１および第２のマイクロレンズ３２、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ２８、およびパッケージ２２を有する。パッケージ２２は、ファイバー３０、マイクロレンズ３２、共振ファイバー２６およびＧＲＩＮレンズ２８を正確な配置で保持し、レーザーダイオード（図示せず）のような光源からの一方のファイバー３０から出てくる光が、マイクロレンズ３２により集光されて、ＧＲＩＮレンズ２８で反射されて、共振ファイバー２６の端部に入る。

ＧＲＩＮレンズは、光がファイバー２６の各端部の間を通過することができるように、寸法決めされ且つ光学的に構成され、これがＧＲＩＮレンズ２８および光ファイバ２６を含む共振器（閉じた光学ループ）を形成する。共振において、平均として、光学フォトンは、ＧＲＩＮレンズに反射されてファイバー３０の一方に戻る前に、光の進行方向に依存して、共振ループの周りを複数回往復するであろう。共振は、共振器の閉じた光学ループ経路長が、波長の整数倍に等しい状態であると定義される。ＧＲＩＮレンズ２８の縁に位置する反射被覆剤により、この縁は、選択された波長の光を選択された反射率で反射することができ、選択された波長の光を予め決定された透過係数で伝達することができる。ファイバー２６は、中空コアファイバーのようなフォトニックバンドギャップファイバーである。他のファイバー３０は、フォトニックバンドギャップファイバーとすることもできるが、標準的な単一モードのファイバーまたは偏光維持ファイバーとすることもできる。

ファイバー２６の露出した端部に最も近いＧＲＩＮレンズ２８の縁３８は、ファイバー２６の端部と近接したマイクロレンズ３２およびファイバー３０との間で光が反射するように傾斜している。傾斜したＧＲＩＮレンズ２８の縁３８は、複数の層を含む誘電体被膜でコートされ、これにより、ファイバー２６の端部間を光が通過できるようにするとともに光を反射させることを可能にする。ファイバー３０とマイクロレンズ３２との間の典型的な距離は、０ｍｍから３ｍｍのオーダーであり、マイクロレンズ３２からＧＲＩＮレンズ２８までの距離は、典型的には０．０５ｍｍから３ｍｍのオーダーであり、ファイバー２６からＧＲＩＮレンズ２８までの距離は、典型的には０．０１ｍｍから１ｍｍのオーダーである。最終的な距離の値はレンズ設計に基づいて決定される。多くの場合、ＧＲＩＮレンズの傾斜面の望ましい角度の値は、およそ８°から２０°の間である。

狭い機械的公差が、動作装置を達成するための第１のステップになり、これに続くのが動的なフィードバックのアライメントであろう。最初に製造のための微細機械加工技術が必要になる。

図２に示されているように、共振器ループファイバー９０、入力ファイバー８０、第１の対のファイバー端部８２、８４、およびマイクロレンズ８６が整合され、これに続いて、サブアセンブリ台９４（ジグ）に取り付けられる。高反射ミラー９２が一時的にサブアセンブリ台９４に取り付けられる。ファイバー端部８２、８４およびマイクロレンズ８６は、好ましくは、サブアセンブリ台９４にエポキシで取り付けられる。一時的に配置されるミラー９２は、脱着可能なエポキシ（これは部品をアライメントのために所定位置に留めるために用いられ、溶剤で取り外し可能である）で一時的に所定位置に保持される。

光源（図２には示されていない）からの光信号は、ファイバー８０を介して、端部８２、レンズ８６を通り、その後、ミラー９２で反射されてファイバー端部８４に入る。共振器ループファイバーの第２の端部９６から出てくる信号は、光パワーのために追跡される（tracked）（より大きなパワーは、光がファイバー９０を通っていることを意味する）。この手順は、その後、共振器ファイバー９０の第２の端部９６上にサブアセンブリ９４を形成する同一の部品のセットを配置することにより繰り返され、光を第２反部９６に結合し、ファイバー端部８４、ミラー９２、レンズ８６、およびファイバー８０を通って出てくる信号を最大化させる。

アライメントの後、サブアセンブリ９４は、一時的なミラー９２を取り外すことによりＧＲＩＮレンズ２８に結合され、最終アライメントが行われる。各サブアセンブリ台９４は、機械的運動の限界を画定するために、スリーブを用いてＧＲＩＮレンズ２８に結合される。円形のスリーブ（および他の形状のスリーブ）が商業的に入手可能である。

サブアセンブリ９４のＧＲＩＮレンズへの最終アライメントは、ファイバー８０を介して光を共振器ファイバーループに入れ、光の周波数を掃引することにより行われる。ファイバー端部９６に隣接するファイバー８０からの出力光の振幅は、光源の周波数を掃引するときに、共振ピークの高さを最大化するためにモニターされる。共振信号は、（好ましくは）入力光の光学周波数に応じて、または、共振器の長さ（たとえば、ファイバー９０を伸縮させることにより）に応じて変調信号を要求する。従って、損失比および偏光消光比（および他の性能評価パラメータ）は、センサ（図示せず）で測定される。サブアセンブリ台９４は、所望の出力比が得られるまで調整される。サブアセンブリ台９４は、６軸位置決め装置（tip/tilt/rotation能力を備えるｘｙｚ平行移動ステージ）を用いて調整することができる。ピエゾ電気トランスデューサ（pzt）制御を備えるいくつかの位置決め装置は、サブミクロンの調整ができる。アライメントが最適化された後、ＧＲＩＮレンズへの取り付けは、エポキシまたは他の手段で恒久化される。

図３は他のカプラーを示しており、このカプラーは、図１の＜１／２ピッチの１つのＧＲＩＮレンズ（図１）の代わりに、＜１／４ピッチの２つのＧＲＩＮレンズ１０２、１０４を採用する。縁４８は、損失を最小化するために適切な波長における反射防止（ＡＲ）被膜を備える。サブアセンブリステップの後、２つのサブアセンブリ台がそれぞれＧＲＩＮレンズ１０２、１０４に結合される。光は、一方の端部から発射され、たとえばＧＲＩＮレンズ１０２の縁３８のところのファイバーを通りファイバー１０６内に反射される。。他方のＧＲＩＮレンズ１０４は、ＧＲＩＮレンズ１０２と１０４との間の光を平行化するようにアライメントされる。この、他の側面はアライメントされる。そして、２つのＧＲＩＮレンズ１０２、１０４は共振器を形成するように位置決めされる。そして、全ての部品は外側スリーブ（図示せず）に結合される。この実装方法は製造するのが容易であり、共振器性能比に対するコストを減少させる。

Claims (3)

1. 共振器検出装置であって、前記装置は
   フォトニックバンドギャップ共振器ファイバー（１０６）と、
   第１の屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ（１０２）と、
   第２の屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ（１０４）と、
   少なくとも１つのマイクロレンズ（３２）と、
   少なくとも１つのソースファイバー（３０）と、を有し、
   前記第１のＧＲＩＮレンズは、少なくとも１つの前記マイクロレンズおよび少なくとも１つの前記ソースファイバーから出てきた光を、前記共振器ファイバーの一方の端部に反射させるように、傾斜した表面を有し、
   前記第２のＧＲＩＮレンズは、前記共振器ファイバーの一方の端部から出てきた光の一部を、前記第１のＧＲＩＮレンズを通過させ前記共振器ファイバーの他方の端部に受け入れられるように、且つ、前記共振器ファイバーの一方の端部から出てきた光の一部を、少なくとも１つの前記マイクロレンズを介して、少なくとも１つの前記ソースファイバー内に反射させるように、位置決めされる、共振器検出装置。
2. 請求項２に記載の装置であって、前記ＧＲＩＮレンズの前記表面は誘電体で被覆され、前記フォトニックバンドギャップ共振器ファイバーは中空コアファイバーを含む、共振器検出装置。
3. 共振器検出装置を製造する方法であって、前記方法は、
   光源からの光を受け且つ光をセンサに伝達するように予め構成されたソースファイバーの端部をジグに配置するステップと、
   前記ジグ上で、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズの位置として想定される位置にミラーを配置するステップと、
   前記ジグ上で前記ソースファイバーと前記ミラーとの間にマイクロレンズを配置するステップと、
   フォトニックバンドギャップ共振器ファイバーの一方の端部を、前記ジグ上に、前記ソースファイバーの配置される端部と前記マイクロレンズとから前記ミラーに対して、所定の角度関係で配置するステップと、
   前記共振器ファイバーの外に、光信号を、前記ミラーに対して伝達し、前記マイクロレンズを介して前記ソースファイバーの端部内に伝達するステップと、
   伝達された前記光信号をセンサで検出するステップと、
   前記ジグ上で、前記ソースファイバーの端部、前記マイクロレンズ、および前記共振器ファイバーの少なくとも１つの位置を、検出された光信号に基づいて調整するステップと、
   前記ミラーを取り除くステップと、
   前記ＧＲＩＮレンズを挿入するステップと、を有する方法。

Images