JP2010224577A - 多重化および分波単モード光ファイバ・カップラの製作 - Google Patents

Abstract

【課題】融着されたファイバの長手方向プロファイルの融着度と形状を制御することによって、狭チャネル間隔を有する多重化および分波カップラの製造方法を提供する。
【解決手段】多重化および分波単モード・ファイバ光カップラを、保護プラスチック・ジャケットが剥離されて清浄にされた２本の単一モード・ファイバを互いに接触した状態で保持されるように整列させ、次いでこれらのファイバを融着して望みの融着プロファイルを達成し、融着ファイバを伸張して波長周期と偏光位相との間の整合点を達成することによって製作する。伸長工程を必要に応じて中断および再開し、望みの多重化および分波カップラの製造に必要な正確な整合点を得る。
【選択図】図９

Description

本発明は、光ファイバを融着およびテーパリングして作られる光ファイバ・カップラと、偏光効果が最小限に抑えられた多重化光機能と分波光機能とをもたらすようにこの種のカップラを製造することに関する。本発明はまた、所定の波長周期を有するこの種のカップラの設計に関する。

融着テーパ型カップラは、２本またはそれ以上の光ファイバを横方向に融着およびテーパリングして作られる。この技法は、２本またはそれ以上の光ファイバ間における光力の交換を可能にし、パワー・スプリッタを製造するために使用することができる。この方法の１つの利点は、光が決して光ファイバのガラスを離れず、決して境界面に遭遇せず、カップリング法を本質的に無反射にすることである。

米国特許第４２９１９４０号明細書 米国特許第４３３０１７０号明細書 米国特許第４４３９２２１号明細書 米国特許第４４４９７８１号明細書 米国特許第４５８６７８４号明細書 米国特許第４７６３９７７号明細書 米国特許第５０５４８７４号明細書 米国特許第５４９１７６４号明細書 米国特許第５８０９１９０号明細書

Bures等著、「Applied Optics」1983, 22(12) Lawson等著、「Electronics Letters」1984, 20(23) Bilodeau等著、「Optics Letters」1987, 12(8) Love等著、「Electronics Letters」1985, 21(12) McLandrich等著、「Journal of Lightwave Technology」1991, 9(4) Symon等著、「Dense all fiber WDM by means of Mach-Zehnder interferometer」SPIE Proceedings, 第2695巻 頁114-122.

当初、上記技法は多モード光ファイバ配線システムに関連してオタワのカナダ政府の中央通信研究所で発見され、これは特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５および特許文献６などの、いくつかの特許になった。やがてこの技法は、例えば特許文献７に開示されているようにモノモードまたは単モード・ファイバでも実際に稼働したが、挙動は多少異なっていた。

単モード・ファイバでは、ファイバ間の光の結合は線伸長の関数として振動し、したがって結合比を制御することができた。さらにまた、この挙動は波長について振動性であり、したがってカップラを、例えば非特許文献１に開示されているように波長マルチプレクサおよびデマルチプレクサとして使用できることがわかった。遠距離通信の分野では、マルチプレクサの実現は例えば非特許文献２に公開された。それから、周期は線伸長工程中に観察される結合サイクルの数によって制御できることが判明された。１９８０年代の初期には、唯一の市販の多重化融着カップラは１．５または２伸長サイクルに対応する大きな周期（１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍ）のものであった。しかしながら後になって、多数サイクルのカップラは少数サイクルのカップラよりもはるかに小さな周期を有することが、非特許文献３に開示示されている。長いカップラの実験的波長反応は、正弦スペクトル反応が変調されるビート現象を示す。これは、例えばＬ非特許文献４に開示されているように、モード伝搬定数のわずかな差に帰する変調によって説明される。こうして、例えば非特許文献５に開示されているように、小さな波長間隔を持つすぐれたマルチプレクサを作るには、多くのサイクルを有する長いカップラを作るべきであり、多重化された波長のためには２つの偏光状態は位相が同じでなければならないことが明らかになった。

この原理を記載した特許もある。例えば、特許文献８は、まず一対のファイバが撚り合わせられて偏光依存を減少し次いで融着されてカップラを形成する、狭帯域撚り合わせ光ファイバ波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＷＤＭ）を開示している。この特許では、互いに平行に整列され融着されて光ファイバ・カップラを形成する光ファイバを使用する光ファイバＷＤＭが存在するが、これらは単に２つの予め選択された波長光をＭＵＸ（多重化）および分波（ＤＥＭＵＸ）できて、波長１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍにおいて動作するだけであると述べている。

特許文献９では、２つのファイバが交差して共に融着されてマルチプレクサ・カップラを形成する、マルチウインドウ波長分割マルチプレクサ（ＭＷＤＭ）が開示されている。この特許では、従来技術の撚り合わせた一対のファイバの代わりに交差した一対のファイバを使用して、偏光依存の損失を改善することが述べられている。偏光感度を低下させることによって、特許文献９は、３つ以上の波長を多重化することができ、これは正弦波長レスポンスにとってはこのようなレスポンスが周期的であるから明らかであることを示している。この原理は、非特許文献６に開示されており、これは１９９６年１月２８日〜２月２日にカリフォルニア州サンホゼで開催された機能的光子およびファイバ装置に関するＳＰＩＥフォトニクス・ウェスト’９６会議において発表され、ＳＰＩＥ講演集第２６９５巻１１４〜１２２ページに公開されている。

上記の特許はいずれも、どの所定のチャネル間隔についても、正確な間隔を達成して偏光位相を同時に整合させる方法を記載していない。したがって、所定の波長間隔と必要な偏光位相整合が同時に得られる、狭チャネル間隔を有する多重化および分波カップラの必要性が存在する。

本発明は、融着されたファイバの長手方向プロファイルの融着度と形状を制御することによって、０．４ｎｍまたはそれ以上の狭チャネル間隔を有する多重化および分波カップラの製造方法を提供する。これは、融着と伸張によってカップラを作るための単モード・ファイバを撚り合わせることも交差させることもなく行うことができる。これによって、カップラのレスポンスのより精密な制御が可能になり、あらゆる所定のチャネル間隔について間隔と偏光との間の整合を達成できるようになり、これは製造において再現できるようになる。これが可能であるのは、該制御法を使用して偏光依存関係および波長依存関係を増減させ、その結果、どんな所望の条件についても整合が可能になるからである。本発明はまた、新しい製造工程に従って製造される新規のカップラも含む。

単モード融着ファイバ・カップラの動作原理は現在よく知られている。簡単にするために、２×２カップラ、すなわち２本の融着単モード同一ファイバから構成されたカップラについてのみ説明する。ここに述べる基本原理は３本以上のファイバまたは異なる複数のファイバを使用する他の融着構造にも適用可能であるが、ここでの検討の大部分は、４ポート装置、すなわち２系列の波長を多重化または分波できる２入力ポートと２出力ポートとを作ることを目標とする。

２×２単モード融着ファイバ・カップラの製造では、保護ポリマ・ジャケットを剥離した後に、ファイバの光クラッディングが縦方向に所定の長さにわたって接触するように、２本の光ファイバを並べて配置する。このような接触は機械的に維持することができ、またはいくつかの上記の従来技術による参考文献に示されているように、ファイバを共に交差させるか、または撚り合わせることができる。露出した部分は２つの保持クランプの間に置かれ、これらのクランプは、熱源に到達してガラスを溶融軟化させ、クランプを引くことによってテーパを作るように、露出部分を懸架する。これは２つのファイバから作られた２テーパ構造を作り出し、これらのファイバは共に融着しているので単一光クラッディングを共有している。テーパ横断寸法が十分に小さい場合には、ファイバ・コアは、もはや光を誘導しない１つの点にまで小さくされる。それから、このパワーは光クラッディングと通常は空気である周囲媒体によって誘導され、こうして高度に多モードの導波管を形成する。

２本の融着された同一ファイバからなる構造は横断方向に対称であるから、単モード・ファイバ・コアはダウン・テーパ領域において融着テーパ領域の２つの光学モード重ね合わせ部を励起する。以下スーパーモードと呼ばれるこれらのモードは、ＬＰ_０ｌの標識を付けた基本モードと、ＬＰ_１ｌの標識を付けた第１非対称モードである。ダウン・テーパ領域における遷移が断熱的である場合、すなわちテーパ傾斜が過度に急激でない場合には、２つのスーパーモードは同等に励起され、パワーの損失はなく、より高いパワー・モードになる。次に２つのスーパーモードは融着セクションに沿って伝搬して、位相差ψを累積する。このような断熱アップ・テーパ領域では、スーパーモードは干渉し、パワーはファイバ・コアに戻る。しかしながら位相に応じて、干渉は、初期ファイバ・コアにおいて建設的であるか、またはモードが二次ファイバ・コアにおいて位相ずれしている場合には、パワーをファイバから別のファイバに移転させるかのいずれかである。長さＬのカップラの伝達は下記の移転マトリックスＴ（ψ）によって説明することができる。

ただし、ａ_１、ａ_２はそれぞれ、カップラの入力部（ａ_１（０））およびカップラの出力部（ａ_１（Ｌ））における第１および第２ファイバ内の光振幅であり、
ここで累積された位相は

および

によって定義される。

テーパ・カップラの縦方向プロファイルはＬに沿って変化し、すなわち横断方向の寸法が下向きそれから上向きにテーパして、スーパーモードＬＰ_０ｌおよびスーパーモードＬＰ_１ｌについてのスーパーモードの伝搬定数Ｂ_１、Ｂ_２はそれぞれ局部的横断方向寸法に依存するので、位相は（伝搬軸ｚに沿った）長さＬにわたる積分である。

したがって、（ａ_１（０）＝１、ａ_２（０）＝０）の１つにおける入力部のための、カップラのこの伝達は、下記の式

（ただし、Ｐ_１、Ｐ_２はそれぞれ、第１ファイバと第２ファイバにおける出力される光力である。）
によって得られる。

したがって、２×２カップラの振動性挙動は、累積された位相差ψのみに依存する。カップラを伸長するとき、振動性挙動が観察される。これは、カップラの長さＬが増加するにつれて増加する位相差ψによるものである。カップラを波長で測定すると、位相差ψも波長にほぼ線形に増加するので、この振動性挙動を認めることもできる。さらにまた、カップラを数サイクル伸長すると、無偏光光源を使用する場合には、サイクルの中にビート現象が観察される。この効果は、カップラの複屈折によるものである。カップラの２本の対称軸であり、ここではｘ軸とｙ軸で定義される２本の直交偏光軸を定義することができる。各軸について、２つのスーパーモードＬＰ_０ｌ ^ｘ、ＬＰ_１ｌ ^ｘ、ＬＰ_０ｌ ^ｙ、ＬＰ_１ｌ ^ｙが存在する。各偏光が他の偏光と独立している場合、すなわちこれらがカップラに結合されていない場合には、伝達は各偏光について下記の式、

（ただし、ψ_ｘ、ψ_ｙは、２つの偏光状態の累積された位相差である。）
によって書くことができる。
したがって、すべての偏光状態の全出力は下記の式、

（ただし、ａ_１ ^ｘ（０）、ａ_１ ^ｙ（０）はカップラの入力部における各偏光の振幅である。例えば正規化されたパワー入力については、（ａ_１ ^ｘ（０））^２＋（ａ_１ ^ｙ（０））^２＝１である。）
によって書くことができる。

したがって結果として得られる出力は、変調正弦波レスポンスであり、変調振幅は初期偏光振幅の比によって決定される。非偏光光源によって監視するとき、両偏光状態は同等の振幅で励起されるので変調振幅は最大になる。したがって伝達は下記の式、

によって表されるようになる。

伸長または波長の関数として、非偏光光源によるカップラの測定されたレスポンスは、２つの出力ポートの間で速いパワー発振を示し、この振幅は変調され、すなわちこのためにコントラストは０から１にまで変化する。この変調発振では、振幅が最大であるとき、すなわち２つのポートの間に完全なパワーの交換があるとき、偏光位相ψ_ｘ、ψ_ｙは整合し、これらの差は２πの倍数である。コントラストが０、すなわち速い発振振幅がほとんど消えると、パワーはこれらのポートの間で５０％／５０％で分割され、偏光位相はπだけ位相ずれする。したがって、すぐれたマルチプレクサ／デマルチプレクサを作るには、パワー交換の振幅がどんな偏光状態でも最大になるように両偏光位相を整合させなければならない。

本発明によれば、所定の波長間隔で２つの偏光状態を整合させるために、融着ファイバの横断方向および縦方向の形状を変えるパラメータを制御しなければならない。これらのパラメータは融着ファイバの局部的断面に関係し、これには、ファイバ間の融着度と前に減少された断面寸法／テーパリング前の初期寸法として定義される縮小比がある。これらの値はテーパ構造すなわち縦方向プロファイルによって変化し、融着度と縮小比の変化の両方を含む。

したがって、本発明の一目的は、２つの偏光状態の位相を制御することである。しかしながら、このような制御は、偏光状態間に結合があるとすれば困難になるはずである。したがって、カップラのファイバを融着中に並行整列すなわち撚り合わせず交差しない状態に保つことが、本発明の好ましい特徴である。このような融着ファイバ・カップラでは、２つの偏光状態は結合せず、したがって、撚り合わせまたは交差したファイバによって起こり得る結合による工程中の不確実性をもたらさない。さらにまた、ファイバが撚り合わせまたは交差したときに、融着度などのパラメータを測定することが困難であり、このようなパラメータの制御をより困難なものにする。それにもかかわらず、本発明は、制御の困難性は大きいが撚り合わせまたは交差したファイバを有するカップラに適用することもできる。

本発明の別の目的は、所定の波長分割において偏光位相の整合を得るために、融着度と縦方向のプロファイルを変化させる方法を教示することである。

本発明のさらに別の目的は、結果的に独特のプロファイルにならない整合を提供することであるが、いくつかのプロファイルは、工程が本質的に周期的であるからこのような整合を生じさせることができる。整合点の選択は、パッケージ・サイズの制限によるカップラ設計に関して課せられる長さの制限、または３つ以上の波長について偏光効果を最小限にしようとする要求に依存する。

偏光位相整合を達成する方法を理解するために、カップラの波長レスポンスがその融着度および縮小比によってどのように影響されるかを理解する必要がある。

融着度は融着カップラの断面形状の尺度である。定義では、これは、ファイバが互いにかろうじて接触するときの０から、２つのファイバを完全に融着して形状が円筒状の融着構造のクラッディングを作るときの１に変化する。融着度とファイバ・コア間距離との間に直接の関係があり、これらのファイバ・コアは融着度が１のときに最も接近している。

縮小比はテーパ・プロファイルの尺度である。これは、テーパを作るときの断面の計数逓減率である。ファイバをテーパリングするとき、寸法の減少はｘ軸とｙ軸の両方について常に比例すると想定する。

両パラメータはスーパーモード伝播定数Δβ＝Ｂ_１−Ｂ_２の局部的差に影響を与える。所定の波長では、所定の融着度に対して、テーパの寸法が減少するにつれΔβが増加する。所定の縮小比に対しては、融着度が増加するとΔβも増加する。

波長依存関係に対するこれらのパラメータの効果はさらに複雑である。まず、所定の融着度と縮小比について、Δβは波長と共に増す。したがって、長さＬのカップラの累積された位相ψも増し、こうしてカップラにその振動性波長レスポンスをもたらす。しかしながら、波長周期は位相の勾配ｄψ／ｄλに依存することになる。したがって、所定の融着度と縮小比について、長さＬの増加は波長周期を減らすことになる。これは、より長いカップラほどより狭い波長レスポンスを有する理由である。さらにまた、所定の長さＬと所定の融着度について、より小さな断面を有するカップラ（より小さな縮小比）はより小さな波長周期を有することにもなる。しかしながら、所定の長さと所定の縮小比について、より大きな融着度は波長周期を増加させることになる。

したがって、これらすべてのパラメータはカップラの波長周期に影響する。現在のカップラは、位相が、局部的融着と縮小比とによって与えられる差Δβのすべての長さＬの縦方向プロファイルにわたる積分であるから、さらにもっと複雑である。しかしながら、このために、カップラのプロファイルを変えてその性質を変化させることは可能である。

例えば、カップラを作ると、伸長振動性レスポンスを監視することができる。波長λ_１で監視すると、レスポンスは周期的に最大になる。Ｎ番目の最大値で止めて波長スペクトルを見た場合には、所定の波長周期を見て、したがってλ_１とλ_２の間のマルチプレクサを作り、チャネル間隔はδλ_２＝λ_１−λ_２である。λ_１において次の最大値への伸長を続けた場合には、位相を増加し、したがって波長周期を減らし、これによってλ_１とλ_３の間のマルチプレクサを作り、チャネル間隔はδλ_３＝λ_１−λ_３＜δλ_２である。これによって、さまざまな間隔のマルチプレクサを作ることができるようになる。しかしながら、この間隔は、所定の波長では、離散的である。融着度または縦方向のプロファイルを変えることは、これらの離散点を、所定の波長で間隔を最大値と整合させるように変えることに役立つ。例えば、δλ_２＞δλ_２’＞δλ_３としたい場合には、より広い熱源を使用することによって、または融着を増すことによって、断面の寸法を増加することができる。これはδλ_２をδλ_２’に向けてシフトすることになる。または、断面の寸法を減少させるか、または融着を増した場合には、δλ_３をδλ_２’に向けてシフトすることになる。これら２つのパラメータは連続的な様式で制御することができるので、あらゆる波長であらゆる波長周期を整合させることを可能にする。

本発明によれば、上に説明したのと同じ原理を使用して、波長周期と偏光位相を同時に整合することができる。これは同じ理由が偏光位相の整合に適用できるからである。すなわち、所定の波長間隔の波長を有する光を多重化および分波するための単モード光ファイバ・カップラの製作方法であって、
（ａ）保護プラスチック・ジャケットが剥離されて清浄にされた２本の単一モード・ファイバを、互いに接触した状態で保持するように整列する段階、
（ｂ）適当な熱源を使用して前記ファイバを融着ゾーンにおいて融着し、所定の融着プロファイルを達成する段階、および
（ｃ）断熱プロファイルを有する結合ゾーンを作り出すように、融着ファイバを適当な熱源で加熱しながら縦方向に制御可能に引っ張り、前記融着ファイバを伸長する段階、
（ｄ）伸張した前記融着ファイバの波長周期と偏光位相との間の整合点が達成されたか否かを判定する段階ならびに、
波長周期と偏光位相との間の整合点が達成されるまで伸張段階（ｃ）および判定段階（ｄ）を繰り返し、前記所定の波長間隔と所望の偏光整合を同時に獲るようにし、所望の多重化および分波カップラを製造する段階
を含む方法が提供される。

したがって、偏光位相に対する融着と比率のパラメータの影響を探すことがまず必要である。極端に手軽に融着されたカップラの場合を除いて、２つの偏光位相は全断面寸法を有するカップラについてはほぼ同じで、これらの差はこれらの寸法が小さいほど大きくなる。しかしながら、この依存関係は融着度に比例せず、０に近い融着度については最大で、０．４〜０．７の値では最小で、１の融着度では僅かに大きい。

縮小比の関数として、カップラが小さいほど、２つの偏光位相間の差は大きい。またこの増加はサイズに指数関数的である。これは、クラッディングと空気の境界においてより大きなスーパーモード域によるものであり、大きな屈折率の段はｘ偏光とｙ偏光の差に大きな影響を有する。

スーパーモード位相ψ_ｘ、ψ_ｙによるように、偏光位相差ψ_ｘｙもまたカップラに沿って位相差を累積する。両方とも正であって大きさは小さいので、位相差ψ_ｘｙはψ_ｘ、ψ_ｙのいずれよりも小さい。これは主として、非偏光光源によって監視されるとき伸長の関数としてカップラが、ψ_ｘｙがコントラストにおいて空白点に相当するπに、または第１最大コントラスト点すなわち偏光位相整合点については２πに等しくなる前に多くのパワー交換サイクルを通過することを意味する。多重化カップラが動作しなければならないのは、ψ_ｘｙが２πの倍数である点の近くであり、偏光ビート現象は波長の関数でもある。

したがって、カップラを伸長すると、パワー・サイクルを監視することができ、第１偏光位相ψ_ｘｙ整合点に達すると伸長を停止することができる。次いで、波長の関数として測定した場合には、監視波長において最大コントラストを観測し、このコントラストは監視波長から目を逸らすにつれて減少する。監視波長の何れかの側で第１最大と第１最小との差を見た場合には、この特定の多重化カップラのチャネル間隔を得る。伸長を次の偏光位相整合点まで続けた場合には、波長周期は小さくなる。再びより小さな周期などを得るために、次の位相整合点まで伸長を続けることができる。マルチプレクサ位相自体によるように、これらの点は特定の波長周期を有する離散点である。これらの周期が望みの周期に対応しない場合には、位相整合点も望みの周期に整合するように位相波長の勾配ｄψ／ｄλを調節することができる。融着または縦方向プロファイルを調節して、この整合を達成することができる。

最も近い位相整合点の位相整合点周期が望みの周期よりも小さい場合には、これは、カップラが十分に偏光に依存しないことを意味する。これは、偏光依存関係を増加するもっと小さな中央部を有するプロファイルを作ることによって直すことができる。位相整合点は伸長時に直ぐに発生し、したがって小さいが、対応する周期は大きい。カップラ・パラメータをうまく制御することによって、望みの周期を整合することができる。周期がこのように整合されると、適切な波長によって最大と最小とを整合するように長さの僅かな調節が必要である。サイクル数が大きいときには、第１偏光位相整合点は多くのサイクルの後にのみ発生し、周期は大きくは変化せず、周期の一部のシフトが伴い、したがって周期を変えることなく調節を行うことができる。しかしながら僅かなサイクルのみを有するカップラにはこれは真実ではなく、この場合、周期と波長との整合を行うためにプロファイルを変えなければならない。反対に、最も近い位相整合点の位相整合点周期が望みの周期より大きい場合には、偏光依存関係を減らすためにプロファイル中央部を大きくしなければならない。これはカップラの長さを長くすることになるが、偏光と周期の両方を位相整合することが可能になる。

プロファイルではなく融着度を、またはこれら両方の組合せを変えることによって、位相整合が実現可能であることに注目することは重要である。融着度の変更の効果は著しくなることが可能である。所定のプロファイルについて、０．１の融着度を有するカップラの第２偏光整合点周期に等しい０．４の融着度を使用する第１偏光整合点周期を作ることが可能である。

したがって本発明によれば、融着度すなわちカップラの断面および縦方向プロファイルの形状を両方とも制御することによって、熱源の位置および／または形状および伸長の速度を変えることによって、カップラの偏光位相整合点周期を制御することが可能である。

融着パラメータと縦方向プロファイル両方が敏感であるから、および適切な波長と周期とを得るための方法が対話型である、すなわちカップラを作り、測定しなければならず、製造パラメータを変更して目標により近い次の試みを行う必要があるので、製造工程は反復可能でなければならない。これが、融着度が再現可能に作られて測定できるようにファイバを融着するステップと構造を伸長するステップとを分離する必要があることの理由である。

したがって、個別のステップでカップラを融着した後に伸長を続けて、融着したファイバをテーパリングすることは、本発明による工程の一部である。さらにまた、融着ステップを伸長とテーパリングのステップとは異なる熱源によって実施できる。融着時間を短縮するために、もっと熱い炎を作る別のトーチ先端を使用してファイバを融着することができる。また炎は、トーチからのガス流がファイバを共に押す傾向があって融着工程を容易にするように、側方から当てられることが好ましい。熱源は融着領域に沿って動かされ、融着された領域の中央部においてより多くの時間を費やし、融着度の漸次的な変化を作り、融着中と融着後およびテーパリング中とテーパリング後に光力の伝送において損失が誘導されないようにする。

本発明の１つの特徴は、縦方向プロファイルと融着度を繰返し調節することによって偏光位相整合周期を達成することである。これは、熱源位置および／または形状と、伸長の速度とを変えることによって実施される。こうして、マルチプレクサの一般的特徴が達成されると、さらに詳細な最適化に続くことができる。

次にマルチプレクサとデマルチプレクサの重要なパラメータを、さらに詳しく説明する。

多重化カップラでは３つのポートが使用される。２つの入力ポートで異なる波長が挿入されて、１つの出力ポートで組み合わされる。多重化カップラを述べる重要な光学的パラメータは、装置を通過する各波長の挿入損である。理想的には、挿入損は０ｄＢ（正規化された伝達１に相当、すなわち無損失装置）でなければならない。（正確には多重化カップラと同じものであるが、逆の方式に使用される）分波カップラについては、組合せ波長が単一入力ポートに挿入されて、２つの出力ポートの各々で分離される。この場合、追加の重要なパラメータは波長の隔離であり、これは他の波長を有する他のポートの中に存在する所定の波長におけるパワーの量を意味する。隔離はできるだけ大きくしなければならない。理由は、そうでなければ異なる波長したがって異なる信号が出力検知器において干渉し合い、こうしてエラーを引き起こし、適切なポートにない波長はどれでも伝送された信号について失われるからである。マルチプレクサとデマルチプレクサの両方において、別の１つの重要なパラメータは、通過帯域、すなわち望みの波長の周辺波長帯域であり、この帯域中で装置は一定の性質すなわち所定の挿入損または隔離を保持する。多重化カップラの最も簡単な用途は、２つの波長を多重化または分波することである。

偏光位相サイクルでは、偏光位相整合点は１つの波長λ_ｐにおいて発生する。カップラの伝送が偏光と無関係であるのは、偏光位相サイクルにおけるこの波長においてのみである。位相の不整合は、この波長から遠ざかるほど増加する。しかし不整合があっても、各伝送半サイクル中には、伝送の極値において非偏光波長レスポンスＰ_ｘ＝Ｐ_ｙがあるために出力パワーが偏光と関係がない点が存在する。しかし、この最小依存関係の結合比は位相不整合の局部的値に依存し、この位相不整合が大きい場合には、局部的コントラストはよくない。偏光効果を最小限に抑えるために、λ_１＜λ_ｐ＜λ_２（λ_１およびλ_２は多重化しようとする２つの波長）になるようにプロファイルを設計しなければならない。理想的には、λ_ｐ＝（λ_１＋λ_２）／２である。偏光位相整合点に近くなることが、両波長におけるすぐれた隔離を保証する。しかしながら、この点からさらに、すなわち第２、第３などの極値を見て遠ざかった場合には、隔離は低下し、挿入損は増加する。マルチプレクサとデマルチプレクサは機能するが、これは最適の状況ではない。偏光位相整合点が２つの多重化された波長の中央に正確にある条件は、多重化された両波長において隔離と挿入損が同じであるときの波長信号における対称性に対応する。λ_１＝λ_ｐである場合には、隔離はこの波長において最大であり、λ_２においては、偏光位相不整合が大きくなるので低くなるはずである。

この条件を達成するために、カップラの断面と縦方向のプロファイルを入念にあつらえることができるが、偏光位相整合点と波長周期の中点値波長とを常に整合させることは困難である。カップラを加熱して伸長することはすべての位相ψ_ｘ、ψ_ｙ、ψ_ｘｙを増し、ここでは「冷間引っ張り」と呼ぶ熱源を使用しない小さな機械的伸長を行うことは偏光位相ψ_ｘ、ψ_ｙを増すが、ψ_ｘｙを減らすことがわかっており、これは本発明の特徴である。２つの多重化された波長間に対称隔離レスポンスを得るために、この効果を使用して位相整合を最適化することができる。

チャネルのセンタリングの精度は、正確な周期と波長にまだ到達していない点で、単に伸長工程を停止して熱源を除去することからなる小さな引っ張り調節を行って、次いで波長レスポンスを監視することによって得ることができる。それから再加熱し、極めて制御された方式で制御された時間または距離だけ僅かに引っ張って、直ちに熱源を除去する。これによって、カップラの波長レスポンスは非常に漸進的で制御された方式で展開することになり、非常に正確に波長に目標を定めることを可能にする。冷間引っ張りの偏光位相効果は非常にうまく較正できるので、多重化された波長を対称極値と隔離して同時に整合するように、偏光位相整合点を僅かに行き過ぎて、次いで冷間引っ張りで戻ることは常に可能である。

短い加熱制御引っ張りと最終冷間引っ張りを用いて最終のカップラの性質を調節することは、本発明の方法の一部である。

製造工程内のこのようなすぐれた制御ツールによって、設計は非常に柔軟になり、いくつかの波長を含むアプリケーション、非常に狭い間隔（例えば１．６ｎｍチャネル間隔）を含むアプリケーション、および大きな波長間隔（３０ｎｍ〜７０ｎｍ）を含むアプリケーションなどの、いくつかのアプリケーションを最適化することができる。

上述のように、偏光位相整合点から離れた２つ以上の極値を使用することができるが、このような場合には性能は最適ではない。しかしながら、２つ以上の波長がほぼ等間隔のグリッドの上にある場合には、これらの波長のためにカップラを使用することは容認できる。２波長マルチプレクサについて最適化は類似しているが、異なる点は、偏光位相整合波長がλ_ｐ＝（λ_１＋λ_ｎ）／２にあるべきことで、この式でλ_ｎは多重化されたシリーズの最長波長であり、λ_１は最短波長である。この計画では、奇数付きの波長は偶数付きの波長に多重化される。デマルチプレクサでは、δλで分けられた一連の波長は２δλで分けられた２シリーズの波長に分割される。センタリング技法は２波長マルチプレクサの場合と同一である。しかしながら、装置の性能を最適化したい場合には、波長範囲λ_１〜λ_ｎ内で偏光位相不整合を減らすために偏光依存関係を減らすことを試みなければならない。これは強い融着度と大きな断面プロファイルを使用して行うことができる。この場合、偏光位相整合は、偏光位相差勾配を小さくする少数の偏光サイクルで発生する。しかしながら、これはカップラを物理的に長くする。したがって、このようなカップラを製造するための方法は装置の包装に許容される最大長さによって制限される。

したがって本発明の１つの特徴は、偏光位相整合点を正しくセンタリングして、カップラの融着と伸長プロファイルの制御による偏光感度を減らすことによって、マルチプレクサおよびデマルチプレクサの多波長動作を達成することである。この多波長動作は非常に狭い間隔（１．６ｎｍ）のために可能であるが、偏光位相勾配が狭い間隔ではかなり大きくなるので、大きな間隔のためよりも偏光によってさらに制限される。同じ隔離基準で１．６ｎｍの間隔では４波長であるのに対して、大きな間隔（１０ｎｍ）については８波長以上での動作が可能である。

１．６ｎｍなどの非常に小さなチャネル間隔については、パワー・サイクル数は非常に大きく（＞４００）、偏光サイクル数もまた大きい（＞３０）。これは、各偏光サイクルにおける周期が僅かに変わるだけであることを意味する。したがって、偏光サイクルの周期に離散ステップがあるので、適正な周期の整合を達成することは、大きな周期の場合よりも容易である。融着パラメータと縦方向のプロファイルによって調節が可能であるから、どの周期の偏光位相を整合することも可能である。これは、伸長において第１偏光位相整合点の後に達成することができるどの周期にも適用される。プロファイルに応じて、この第１偏光位相整合点においてチャネル分離は通常２５〜１０ｎｍである。したがって、融着パラメータ度またはプロファイル・パラメータを使用して偏光依存関係を増減することによって、３０ｎｍ〜１ｎｍのどのチャネル間隔も容易に整合することが可能である。しかしながら約３０ｎｍの間隔については、これはさらに困難であり、これは、伸長中に第１偏光位相整合点に到達しておらず、ゼロ点を動かすことができないからである。波長間隔が３０ｎｍおよびそれ以上のマルチプレクサを作るには、偏光感度を大幅に増加するか、または大幅に減少させるかのいずれかが必要である。

６０ｎｍ以上の間隔については、本発明の一部である解決策は、強い融着と非常に長い縦方向プロファイルを使用して偏光感度を低下させることである。この解決策は偏光整合点を目標波長の間に置かないが、偏光不勢合を最小限に抑える。この解決策を６０ｎｍ以下の間隔に及ぼすことはできるが、カップラは通常実用的にするには長くなる。別の解決策は、第１偏光位相整合点周期を３０〜６０ｎｍの望みの値まで動かすことによってカップラを非常に偏光に敏感にすることである。これは非常に小さな融着度と急な縦方向プロファイルを必要とする。この手順は偏光依存関係を増すので、これは多波長構成において装置の動作を制限する。

したがって、この発明の１つの特徴は、より大きな間隔のために長いプロファイル・アプローチを使用し、小さな融着とサイズのプロファイルを使用して中間間隔マルチプレクサを実現する、大きな周期のマルチプレクサを実現することである。

本発明の好ましい実施例は、以下に添付図面を参照して例を挙げて説明される。

本発明による２ファイバ・カップラの計算された屈折率プロファイルを示すグラフである。 ファイバの融着度を特徴とする、図１のカップラの構造の断面図である。 波長１５５０ｎｍのための、図１のカップラのビート長を示すグラフである。 カップラのテーパ構造の正規化された横断方向寸法の関数として、Ｎビートのカップラの波長依存関係を示すグラフである。 カップラのテーパ構造の正規化された横断方向寸法の関数として、偏光比を示すグラフである。 いくつかの位相整合点を持つ伸長の関数として代表的なカップラ・レスポンスを示すグラフである。 ２つの偏光レスポンス間におけるコントラストの変化、ならびにその合計を示すグラフである。 図７ａにおけるものと同じであるが、ｄＢでプロットするコントラストの変化を示すグラフである。 波長の関数として２つの偏光ビーティングを示すグラフである。 本発明のカップラを製造するための製作用配置の概略図である。 ファイバの融着中にファイバを並行に互いに接触した状態に保持するための、スロットの準備を示す図である。 カップラの包装を示す図である。 ２０ｎｍマルチプレクサの実測波長レスポンスを示すグラフである。 ８．４ｎｍマルチプレクサの実測波長レスポンスを示すグラフである。 ３．２ｎｍマルチプレクサの実測波長レスポンスを示すグラフである。 １．６ｎｍマルチプレクサの実測波長レスポンスを示すグラフである。

１２００〜１７００ｎｍ範囲で動作するマルチプレクサとデマルチプレクサ、および８５０〜１３００ｎｍ範囲で動作するいくつかの例を説明する好ましい限定されない実施形態を使用して、本発明を以下に説明する。このようなカップラを製造するために使用される方法は一般に現存しており、他の範囲に適合させることができ、ここで述べたもの以外のファイバと共に使用することができる。

すぐれた融着カップラを作るためには、高次モードに対して損失のない融着構造の２つのスーパーモードＬＰ_０ｌ、ＬＰ_１ｌを対称に励起する構造を作らなければならない。これは、図１に挙げる屈折率プロファイルを持つような、準整合または整合クラッディング・ファイバを選択することによって達成することができる。図１では、ρ_ｃｏはコアの半径、ρ_ｇｏはクラッディングの半径、ｎ_ｃｏはコアの屈折率、ｎ_ｇｏはクラッディングの屈折率、ｎ_ｅｘは外部屈折率である。１２００ｎｍ以上の単モード動作を有するＣｏｒｎｉｎｇ ＳＭＦ−２８標準ファイバはこの目的に適している。このような整合されたクラッディング・ファイバは、共に並べて融着すると、２本のファイバ・コアを有する単一クラッディング構造を作り出す。この構造の断面は、図２に示すように融着度によって特徴付けられ、ただしｘとｙはファイバの半径に関する正規化された寸法を表し、ｆは融着度である。このモデルでは、ファイバ・コア間の距離は、ｘ軸におけるコアと外側境界との間の面積保存によって与えられる。単一融着領域を有するファイバ融着カップラでは、カップラに沿った（伝搬ｚ軸に沿った）融着度は、カップラの中央においては０からある値に変化し、他の端ではゼロに戻り、ファイバはカップラの両端で分離される。

カップラの光学的レスポンスをさらによく理解するために、導波管特性を数値モデル化することができる。４つのスーパーモード（ＬＰ_０ｌｘ、ＬＰ_０ｌｙ、ＬＰ_１ｌｘ、ＬＰ_１ｌｙ、）の局部伝搬定数は、断面の形状、融着度、および局部寸法を初期のテーパしないファイバ寸法で割ったものとして定義される縮小比に依存し、また波長に依存する。偏光ψ_ｘ、ψ_ｙはカップラの長さＬに沿った積分であり、融着度と縮小比は両方ともこの長さに沿って変化するので、様々な形状と可能なサイズのすべてについて伝搬定数を計算しなければならない。

適切で正確な数値モデルによって、図１に示す屈折率プロファイルを有する２つのファイバからなるカップラのために、これらの値を計算することができる。これは、ｚ_ｂ＝２π／（Ｂ_１−Ｂ_２）によって定義されるスカラー・ビート長をまずモデル化することによって行われる。ビート長は、縮小比の関数として１５５０ｎｍの波長について、また図２に示すようないくつかの融着度について、図３に示されている。ビート長は、２πの位相差を累積するために必要な縦方向に均一なプロファイルにおける２モードでの長さである。言い換えれば、パワーが１つのファイバから他のファイバへ行って再び戻るために取るカップラにおける長さである。実用的に言えば、この値はカップラの長さについて１つのアイデアを与える。カップラがＮサイクルに伸長された場合には、これはモードがＮビート長を累積しなければならず、したがって、平均プロファイル・パラメータを推測できる場合には、結合領域の長さをどれだけにすべきかを導き出すことができる。反対に、融着度と引っ張り長さが既知である場合には、結合領域の近似寸法を導き出すことができる。

図３には、ビート長が縮小比および融着度と共に指数関数的に減少することが示されている。最良の場合（融着度１）では、この値は縮小比０．４について約１０ｃｍである。したがって、融着構造は何らかの有意な結合が起こる程度に元のサイズの半分以上にテーパされるべきである。一方、非常に小さな寸法については、容易にビート長を１００μｍ程度にして、ビート長構造を数センチメートルの長さで利用可能にすることができる。また、融着度０．６とそれ以上との間には大きな差はないが、０．４以下の融着度については変化がかなり大きくなり得ることに注目できる。これはすべて、融着度と縦方向プロファイルとの選択が所定のビート・サイクル数Ｎを有するカップラの長さに大きく影響し得ることを示す。

先に指摘したように、サイクル数Ｎが大きくなるほど波長レスポンスは狭くなる。しかし図３は、Ｎビートのカップラの波長依存関係を決定するときの助けにはならない。このためには、図４にプロットしたグラフが便利であり、ここで波長周期Λ×Ｎが図３におけるものと同じパラメータの関数としてプロットされている。再度、これはサイズと融着による依存関係を示す。ＮΛの波長が小さいほど、所定のＮの波長間隔は小さい。やはり図からわかるように、大きなＮの関係は小さな波長間隔を作る。このデータは、特定のサイクル数についても融着度を変えることによって波長周期を調節できることを示している。融着度を低下させることは周期を小さくすることになるが、カップラは長くなる。これは、縦方向プロファイルが変わった場合でも真である。大きな中央部を有するプロファイルは小さな周期を有することになるが、やはり長くなる。

図３と図４に見る効果は、所定の波長周期を得るためにプロファイルを変えることができる方法を示しているので、どのようなマルチプレクサの設計にも使用することができる。これは製造パラメータの調整および精密調整の助けになることができる。しかしながら、これらの曲線は偏光効果の指標をもたらさない。このために、図５にプロットしたグラフは、融着度と縮小比との関数として変化する複屈折の考えをもたらす、偏光比

を提供する。まず、複屈折は、極度に小さな融着度を有するカップラを除いて、決してゼロにならないことがわかる。さらにまた、これは単一直径においてのみ起こる。主な適用領域は、複屈折が決してゼロにならない非ゼロ融着度内である。この場合、偏光依存関係は常に断面が減るにつれて増加し、この増加は指数関数的であるから、小さな縮小比については非常に大きい。これは本質的に、カップラが長くなるにつれてカップラの断面は小さくなるので、偏光依存関係は増加することを意味する。これはまた、波長依存関係は複屈折の場合のように融着度と縦方向プロファイルの形状とによって調節できることを意味する。したがって、これらのパラメータは両方ともψ_ｘとψ_ｙならびにこれらの差を変えるために使用することができる。換言すれば、融着度０．５のカップラと比較して融着度１であるような、より小さな中央部プロファイルはカップラの長さを減らすが、複屈折を増す。非常に小さな融着度はさらにまた複屈折を増し、さらに大きなカップラを作り出す。したがって、プロファイルの調節は、所定の波長周期において２つの偏光位相を位相整合することを可能にする。このような整合条件は独特なものではなく、いくつかの他の解決策も選択できることに注目することが重要である。これは、いくつかの位相整合点Ａ、Ｂ、Ｃを示す図６に図示するような伸長の関数として代表的なカップラ・レスポンスを見た場合に明らかである。この図は、単一波長に関して監視した場合の、カップラの一出力ブランチにおける伝送レスポンスをシミュレートしている。ビート現象は明らかで、２つの偏光管のビーティングが変調を引き起こすという効果を正しく観察することができる。この例では、光源は偏光され、開始条件は、２つの偏光が位相ずれしているノードにおけるレスポンスのコントラストが０ではないような条件である。コントラストが最大である点は偏光位相整合点に該当する。

このコントラストの変化を図７ａに示す。ここで２つの偏光レスポンスＰ_１ ^ｘ、Ｐ_２ ^ｘ、およびＰ_１ ^ｙ、Ｐ_２ ^ｙならびにこれらの和Ｐ_１、Ｐ_２を示す。２つの偏光が位相ずれするとＰ_１、Ｐ_２発振のコントラストは低下することがわかる。コントラストはカップラの品質の非常によい指標である。コントラストが１に近くない場合には、構成部分は両方とも、極値波長周辺の波長動作帯域における伝送および偏光に依存する損失の極値点において過度の損失を有することになる。偏光依存関係の損失は、図７ａと同じであるがｄＢでプロットされた図７ｂに示すように、２つの偏光状態間の差である。したがって悪いコントラストは、悪い隔離と悪い挿入損および大きな偏光に依存する損失の両方を意味する。最高の精度で測定できるパラメータはＰ_１とＰ_２の間の隔離であり、したがってカップラが良好であるか否かを見るために、ピーク隔離を見ることができる。これが２０ｄＢ（９９％のパワー転送）以上の場合には、１％が結合されていないことを意味し、したがってピーク波長において、カップラの過剰損失を超える０．０３ｄＢの損失を作り出す。隔離が１５ｄＢである場合には、挿入損は３％（０．１ｄＢ）以上になる。隔離が１０ｄＢである場合には、挿入損は０．４ｄＢ以上になる。すぐれたカップラを作るためには、隔離をできるだけ大きくすることを狙うべきで、２０ｄＢが損失を無視できる目標である。

エンベロープの偏光劣化は、効率的に多重化されることのできる波長の数に対して直接の結果を有する。図８は、２つのカップラＡ、Ｂの波長の関数として２つの偏光ビーティングを示す。カップラＡに対応する伝送曲線では、２０ｄＢ以上の隔離を有するいくつかのピークを見ることができる。したがって、２つの波長については、マルチプレクサの正しい動作のためにいくつかのピークを選択することができる。実際に、このような装置を使用してすぐれた性能でいくつかの波長を分波することは容易である（この例では、４波長までで２０ｄＢ以上の隔離）。しかしながらカップラＢに対応する伝送曲線に存在するような複屈折がもっと大きい場合には、波長の数はもっと限られる。このような場合には、２つの波長を２０ｄＢ以上の隔離で、さらに２つの、しかし１５ｄＢの隔離で適切に多重化することができる。偏光依存関係がさらに大きい場合には、２つの波長を多重化することも困難になる。２つの後者の場合では、特に最後の場合では、２つの多重化された波長間における位相整合点の位置付けは、マルチプレクサの正しい動作のためには必須なものである。これが多重化された波長における２つの隔離が等しい場合であることを、判定することができる。２つ以上の動作波長については、規則は、多重化しようとする最小波長と最大波長との間の距離の半分に位相整合点を置くことである。

最適には、伸長に対する第１偏光位相整合点において構成部分を常に操作することを望む。こうすることは図６の点Ａなどの、どの偏光依存損失も最小限に抑えるからであり、上述のように、偏光依存関係はカップラの中央部が小さくなるほど増加するからである。理論的には、十分に長い中央部によってカップラを十分に長くすることによって、第１整合点（図６のＡ）において望みの波長周期を有するカップラを製作することができる。こうして、制限する設計局面は構成部分の長さになる。これは、振動またはその他の機械的応力からまぬがれる最大パッケージ寸法またはテーパ部分の長さによって制限される。この理由で、構成部分を短くしなければならないことが多く、したがって複屈折は大きくなり、正確な周期を得るために、第２、第３（図６のＢ、Ｃ）などの偏光位相整合点に行かなければならない。１．６ｎｍチャネル間隔カップラには、第５０番の偏光整合点で作られたものもある。高位の整合点に行くときの性能劣化を理解するために、図７ａと図７ｂに、同じ周期を有する２つのカップラの波長レスポンスをプロットした。しかし波長レスポンスは第１カップラについては第３整合点において、第２カップラについては第４整合点において達成される。物理的には、第１カップラは第２カップラより約１ｃｍだけ長い。第２カップラのための隔離は第１カップラのための隔離より悪い。劣化が容認可能なパラメータ内であれば、より短いカップラを製作することができる。

所定の特性を有するカップラを設計するためには、高性能製作機構で反復的に作業しなければならない。ジグは正確で、１組の同一製作パラメータを有するカップラを再現することができなければならない。本発明の多重化および分波カップラを開発し製作するために、コンピュータ制御と技師の介入によってカップラにおける反復調整を行うことのできる、半自動製作機構を設置した。製作機構の主な特性は、融着とテーパ・プロファイルとの制御ができるようにして、プロファイルの変更を可能にし、カップラの波長特性を試行から別の試行へ変更および調節することである。コンピュータは、必要な製作パラメータのすべてを含む詳細なファイルである製作処方を使用する。オペレータは製作中に工程を止めて、融着度や縦方向プロファイルなどのパラメータを検証し、製作仕様からのあらゆる逸脱を検査することができる。

図９に機構の簡略線図を図示する。この機構では２つのファイバ・ホルダ３０、３２がモータ式ステージ３４、３６の上に取り付けられ、これらのステージはファイバ３８、４０を付けて引っ張り、結合がなされる中央部分４２を伸長することができる。これらのステージ３４、３６は、カップラ長の十分な制御と矢印４４、４６によって示される引っ張り速度の制御をもたらすための、正確な位置決め解像度を有する。一般的には位置決め特性は０．１μｍの解像度にある。ファイバ・ホルダ３０、３２は、ファイバ３８、４０を固く適所に維持するようになっており、したがってファイバは伸張中に滑らない。工程の再現性のために、結合領域４２における縦方向プロファイルがある製作から他の製作に再現可能であり、基板の伸張が常に構成部分内で同じ位相ずれを作るように、熱源４８および／または熱源５０に対する再現可能なファイバの位置決めを可能にする、位置決め装置３１、３３が設けられている。熱源４８、５０は、マイクロトーチ、小さな炉またはレーザなどの他の加熱素子、例えばテーパ・プロファイルの様々な部分に集束することのできるＣＯ_２レーザにすることができる。このような熱源は、矢印ｘ、ｙ、ｚで示すようにｘ、ｙ、ｚ方向に移動できるモータ式ステージ５２の上に取り付けられている。この例では、熱源４８は、火炎を再現性にするために正確なガス流制御装置を有するプロパン酸素マイクロトーチであった。第２熱源５０は、製作工程の融着部分の加速を可能にする、より熱い火炎を出す同様なトーチ先端であった。

さらにまた、図１０に示すように、ファイバ３８、４０を保持するためにステージ３４の上に取り付けられた位置決め装置３１に、特別の機械的調節スロット５４が設けられており、ファイバ３８、４０はその保護ジャケットが剥離されて、中央ゾーン４２におけるファイバの融着中に互いに並行に接触している。同様な該当する配置（図示せず）もステージ３６（図９）の上に設けられて、必要な整列を達成する。製作機構は通常は保護シェル（図示せず）の中に包囲され、保護シェルはゾーン４２における加熱されたファイバ部分周辺の望ましくない空気の動きを制限する。

製作手順は一般に次の通りである。
ファイバ３８、４０の中央領域４２において保護プラスチック・ジャケットを剥離して、完全に清浄にする。次にファイバ３８、４０を、これらがプラスチック・ジャケットをまだ備えている区域においてホルダ３０、３２の中に置き、これらのホルダで締め付ける。ファイバ３８、４０は、これらが互いに平行に接触して保持されるように、５４などの適当な整列スロットを備えた位置決め装置３１、３２を使用して、中央領域４２で互いに正しく整列される。トーチの位置決めステージ５２とファイバ・ホルダ３４、３６の両方を制御するコンピュータ・プログラムを使用して、まず熱い方の熱源５０を中央ゾーン４２におけるファイバの近くに持ってくる。カップラを製造するために、ファイバを与えられた融着プロファイルで、通常は数ミリメートルの長さで融着する。いったん融着を実現すると、トーチ５０を除去して融着度を検査し、正しいプロファイルが実現されたことを保証する。この融着プロファイルは、カップラの波長特性と偏光特性の両方を整合するために調節される必要のあるパラメータの１つである。ファイバは融着ステップ中にテーパされていないので、ファイバ面に直交する軸から２本の光ファイバを見ることによって、融着領域の幅を測定することができる。図２に示すように、幅は融着度に比例する。次のステップは融着ファイバの伸長である。このためにトーチ４８の火炎を使用する。この炎は、融着に使用されるトーチ５０の火炎よりも熱さが低くて広く、ファイバに十分に近づけてファイバを延性にすることができる。次にモータ式ステージ３４、３６のモータは、矢印４４、４６で示すようにファイバを引っ張り、ファイバのテーパ・プロファイルを作る。このプロファイルは、テーパ長さに沿った火炎の熱パターンと位置および引っ張り速度に依存する。断熱プロファイル、すなわち、結局は望ましくない損失に変わる、より高位の光学モードを有するあらゆる結合を作るために十分に小さいテーパ勾配を有するプロファイルを実現することは重要である。十分に広い火炎を達成するために、トーチを長さに沿って前後にブラシ式に動かしてより大きな火炎を起こすことができる。プロファイル設計の１つの重要な点は、ブラシの幅を伸張中に活動的に変えることができること、およびこれがプロファイル形状を変え、したがって偏光特性と波長特性を変えることである。伸張工程は、波長周期と位相との間の整合点に達すると停止される。これは波長レスポンスの展開を監視することによって実現することができる。

しかしながら、火炎の熱は室温で測定すべきガラスの屈折率としたがってカップラの位相を変えるので、通常は、伸張工程中に整合点を正確に決定できないことに注目すべきである。前述のように、伸張工程を、波長特性の展開の正しい測定を保証するために中断することができる。この中断のときに、光学特性をこの時点で測定することができ、伸張の関数としての波長周期の展開に注目できるように、トーチを除去して引っ張りを停止する。波長特性が目標に非常に近いときには、非常に短い時間だけカップラを再加熱することにより、各停止後に非常に短い引っ張り（ときには数ミクロンのみ）を使用することができる。これは微小調節を可能にし、波長レスポンスのずれを僅か１０分の２，３ｎｍ程度にする。先に述べたように、冷間引っ張りを使用して最終特性を調節することもできる。所定の波長周期が得られた後、図１１に示すようにカップラを適当な基板に固定する。この図では、カップラ５６は接着ボンド６０、６２、６４、６８によって剛性基板５８に固定されている。次に基板５８を保護管（図示せず）の中に挿入するか、またはパッケージ包装する。

無作為に行う場合には、望みの波長レスポンスとの偏光位相整合を、それが最初の整合点であっても提供するカップラ製作処方を偶然発見することは、純粋な幸運であるはずである。しかしながら、先の試行から容易に学んで、正しい製作パラメータを決定することができる。

引っかきから開始するときは、最初の仕事はカップラの勾配の断熱限界を決定することである。まず融着工程によって始めなければならない。融着が非常に局部に限定されている場合には、ファイバ・コアの変形は非断熱的であり、挿入損を引き起こす。この損失がテーパリング中に減少されても、大きな火炎で融着を行うか、または融着火炎をブラシ状にして融着勾配を減らし、断熱無損失融着を達成する方がよい。設計がより短いカップラ長を必要とする場合には、より小さな偏光依存関係にも該当する高い融着度が断熱性の試行には好ましい。融着の後に、テーパリングが与えられた火炎とブラシ幅で実施される。損失のない結合が観察された場合には、カップラは断熱的である。それから、もっと小さなブラシ幅で第２の試行を行う。カップラが再度断熱的である場合には、ある損失が観察されるまで試行工程を繰り返す。損失のない最後の幅は、断熱限界にあって設計では最小ブラシ幅に相当するプロファイルを作る。ＳＭＦ−２８ファイバでは、このブラシ幅は０．８ｍｍ火炎については約６ｍｍであることがわかった。この最小ブラシ幅は伸張の最初の１０ｍｍにおいてのみ重要であることに、注目することは大切である。このような伸張では、中央部はコアからクラッディングへのモード遷移の点にほぼ該当し、そこでは、断熱基準が最も限定的である。ある結合が起こるこの点の後に、ブラシ幅を損失の不利なしに漸進的に減らすことができる。

できるだけ短いカップラが通常望まれるので、最低断熱限界を使用してカップラ製造を開始し、いくつかの偏光サイクルを通じてカップラを引っ張る。各サイクルで、波長周期は各整合点のために注記される。こうして、同じ処方を使用して、指示された周期が注記された偏光整合点について達成されたことを知る。先に述べたように、これは正確な望みの周期を得る小さな機会をもたらす。しかしながら、このような周期は注記された周期の２つの間にある。こうして、融着度とプロファイルを変えて整合させることができる。プロファイルを長くすることができる場合には、先の整合点周期を、ブラシ幅を増加することによって目標に向けてずらすことができる。カップラが長過ぎる場合には、続く偏光整合点を処方のある部分においてブラス幅を減らすことによってずらすことができる。これは様々な処方のために繰り返し、図１２〜図１５に示すように周期偏光整合点のマトリックスを提供することができる。いくつかの異なる処方が、異なる伸張が同じ波長周期を達成できる同じ方法で、同じ特性を達成することができる。

次の実施例は上記の点を図解したものである。

この例のマルチプレクサは、２０ｎｍ間隔（１５３０ｎｍと１５５０ｎｍの間）での２つの波長を多重化して製造した。第１試行を行ったとき、一定６ｍｍのブラシ幅について第１整合点周期は２２ｎｍであり、第２整合点周期は１７ｎｍであることがわかった。２５ｍｍの伸張の後にブラシ幅を７ｍｍに増加し、これによって第１整合点周期を２０ｎｍにずらした。最終波長レスポンスを図１２に示す。この例では図１２に示すように、２０ｄＢまたはこれ以上の隔離で多重化および分波することができる５つの波長がある。

この例では、８．４ｎｍ間隔のカップラを製造した（１５５０ｎｍと１５５８．４ｎｍの間）。第１試行では、８．４ｎｍの間隔を第３整合点と第４整合点の間で達成した。同様に、実施例１に記載したようにブラシ幅を増加して、第３整合点を望みの値にずらすことが可能である。さらにまた、ブラシ幅を１０ｍｍに増加することによって、第１整合点を８．４ｎｍにずらすことが可能であった。しかしながら、これはカップラを過度に長くする。もっと短いカップラを望む場合には、２５ｍｍの伸張の後にブラシ幅を４ｍｍに減らして、これによって第４整合点を８．４ｎｍにずらすことができる。最終波長レスポンスを図１３に示す。

カップラを２波長のみで動作させようとする場合には、解決策は数波長について良好であるから、これは問題を提供するものではない。しかしながら、カップラを５波長以上で機能させようと望む場合には、隔離は第４整合点に行くことによって大きく劣化する。したがって、このようなカップラを実現するには、これがもっと長いサイズであっても、第２または第１整合点を使用する方がよい。

この例では、３．４１ｎｍ間隔のカップラを製造した（１５９８．６０ｎｍと１６０２．０１ｎｍの間）。このカップラのレスポンスを図１４に示す。このようなカップラでは、中央部が小さくなって偏光効果が大きくなるので、隔離特性は著しく劣化する。第１５整合点を使用しても２０ｄＢの隔離を達成することが可能である。これは、直径をかなり小さくした後に非常に広いブラシングを行うことによって可能である。カップラの長さは６０ｍｍ以上になる。もっと短いカップラを望む場合には、断面寸法を減らして小さなビート長を達成するが、非常に広くまたは増加する増分様式でブラシングを行い、中央部をできるだけ大きく保つというアイデアがある。中央部をさらに小さくしなければ、偏光の劣化は増加しない。整合点から整合点へ伸長が進行するにつれて周期は減少するが、ピーク間の隔離は変化しない。

１０ｍｍ以下の長さを有する１．７ｎｍＷＤＭカップラを製造した（１６００．７ｎｍと１６０２．４ｎｍの間）。レスポンスを図１５に示す。上述と同じ原理を使用した。しかしそれでも、隔離は３．４１ｎｍ間隔についての約１７ｄＢと比較して４波長については約１４ｄＢであった。

上記の例で示した原理を、他の波長、他の間隔、および他のファイバに適用することができる。例えば約９８０ｎｍの異なるファイバが使用される。これは、上の例で使用されたＳＭＦ−２８ファイバの９μｍ直径の代わりに６μｍ直径のコアを有する。

波長のせいで、第１整合点周期は、上の実施例１におけるような２０ｎｍの代わりに１０ｎｍに近い。したがって、非常に狭い間隔が同じ整合点数で得られ、カップラは短くなる。上述の方法論と調節はこの状況にも適用される。

先に既に述べたように、波長間隔、すなわちファイバ間の融着度を最適化するために他のパラメータを変えることができる。どの波長間隔にも使用することができるが、これは２０ｎｍ以上の大きな間隔を最適化するために特に便利である。それは、これらの間隔が偏光依存関係の増加を必要とし、第１整合点は通常約２０ｎｍであるからである。上の実施例１に記載し図１２に示したものと同じ伸長処方を使用して、第１整合点周期を、融着度を０．１に減らすことによって３０ｎｍにずらすことができる。大きな間隔でも、中央部を小さくして偏光依存関係を大きくするブラシ幅も減らすことによって実現することができる。

本発明は、上述の特定の実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の精神と添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者には明らかな多くの変更を行うことができる。

３０ ファイバ・ホルダ
３１ 位置決め装置
３２ ファイバ・ホルダ
３３ 位置決め装置
３４ ステージ
３６ ステージ
３８ ファイバ
４０ ファイバ
４２ ファイバの中央領域
４８ 熱源
５０ 熱源
５２ ステージ
５４ 調節スロット
５６ カップラ
５８ 基板
６０ 接着ボンド
６２ 接着ボンド
６４ 接着ボンド
６６ 接着ボンド

Claims (18)

1. 所定の波長間隔の波長を有する光を多重化および分波するための単モード光ファイバ・カップラの製作方法であって、
   （ａ）保護プラスチック・ジャケットが剥離されて清浄にされた２本の単一モード・ファイバを、互いに接触した状態で保持するように整列する段階、
   （ｂ）適当な熱源を使用して前記ファイバを融着ゾーンにおいて融着し、所定の融着プロファイルを達成する段階、および
   （ｃ）断熱プロファイルを有する結合ゾーンを作り出すように、融着ファイバを適当な熱源で加熱しながら縦方向に制御可能に引っ張り、前記融着ファイバを伸長する段階、
   （ｄ）伸張した前記融着ファイバの波長周期と偏光位相との間の整合点が達成されたか否かを判定する段階ならびに、
   波長周期と偏光位相との間の整合点が達成されるまで伸張段階（ｃ）および判定段階（ｄ）を繰り返し、前記所定の波長間隔と所望の偏光整合を同時に獲るようにし、所望の多重化および分波カップラを製造する段階
   を含む方法。
2. 前記判定段階（ｄ）において、熱源を除去し、融着ファイバの引っ張りを停止し、この時点における波長周期の展開が測定される、請求項１に記載の方法。
3. 波長周期が望みの目標に近いときには、非常に短い再加熱周期と引っ張りを行って、カップラの望みの長さに応じて一連の整合点のどの点でもよい偏光位相整合点を達成するために必要な正確な波長レスポンスを生じさせる請求項２に記載の方法。
4. 偏光位相整合点が僅かに行き過ぎた場合には、ファイバを再加熱することなく最終冷間引っ張りによって戻される、請求項３に記載の方法。
5. ２本のファイバを互いに交差または撚り合わせることなく、平行に整列することをさらに含む、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
6. ファイバの平行整列が、融着ゾーンの各端部においてファイバ位置決め装置に機械的整列スロットを設けることによって達成される、請求項５に記載の方法。
7. ファイバが、伸長に使用される熱源よりも熱い熱源を使用して融着される請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の方法。
8. ファイバ間の融着度を調節することによって、偏光整合点の望みのずれを起こさせる請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の方法。
9. 大きな火炎によって融着を実現することにより、融着勾配を減少し、断熱性で損失のない融着を達成する請求項８に記載の方法。
10. ファイバを融着火炎でブラシングすることにより、融着勾配を減少し、断熱性で損失のない融着を達成する請求項８に記載の方法。
11. 融着度を低下させることにより、より大きな偏光整合点間隔を実現する請求項８、請求項９、または請求項１０に記載の方法。
12. 融着ファイバを伸張するとき、結合ゾーンの長さに沿ってブラシングしてより大きな火炎を起こすことができるトーチの火炎によって加熱を行い、また伸張中にブラシ幅を変えることによってプロファイル形状したがって偏光特性と波長特性を望み通りに変更する請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の方法。
13. ２本の単一モード・ファイバが同一である請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の方法。
14. ２本の単一モード・ファイバが異なる請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の方法。
15. ３本以上のファイバを使用して多波長カップラを製造する請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の方法。
16. 得られたカップラを適当な基板に確保してパッケージする請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の方法。
17. 融着と伸張が、これらの作業の反復可能処方を提供するコンピュータ・プログラムによって制御される請求項１に記載の方法。
18. 請求項１から請求項１７までのいずれか一項によって製造された、最小０．４ｎｍの狭いチャネル間隔を有する多重化および分波単モード光ファイバ・カップラ。

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