JP2012088733A - 多モードファイバを含むオプティカルカプラ、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中央のFMF10と、それを取り囲む複数の多モードファイバー16,18をバンドルし、融着領域20内で融着一体化する。ついでバンドル端は、ラージエリアコア28および内側のクラッディング30を有し、外側のポリマークラッディング32がはぎ取られたLACDCF26の端25に、アラインされ、スプライスされる。この時、バンドル中央のFMF10からラージエリアコア28まで基本モード送信を保存するために、適切なモードモードフィールド直径の調節によりスプライシングされる。
【選択図】図1
Description
本発明は、一般に光ファイバカプラに関する。
特に本発明は、それらの中心にアフューモードファイバー(a few−mode fiber)を含んでいる多モードファイバーのバンドルを、ラージコアエリアダブルクラッドファイバーにカップリングするための光ファイバカプラに関する。本発明は、さらにそのようなカプラの製造方法を提供する。
多モード光ファイバは、通信網、センサシステム、アビオニクスおよび航空宇宙産業、医療機器、ファイバーバンドル、およびファイバー増幅器およびレーザのような多くの用途に使用される。これらの用途のほとんどにおける基礎的構成要素のうちの1つは、多モードファイバーカプラであり、それはパワースプリッター、タップカプラ、スターカプラあるいはパワーコンバイナーのようないくつかの異なる形式をとることができる。
これらのコンポーネントはすべて本質的にいくつかの多モードファイバーを使用し、それらを機械的にそれらを保持するか、またはそれらを一緒にねじることによりそれらをともに束ね、入力から出力までファイバー間のカップリングを引き起こすために構造物は融着され、および/またはテーパーにされる。このカップリングの基礎的な記述は、Kawasakiらの米国特許4,291,940に記載される。それは、2つの多モードファイバーが並んで置かれ、次に熱源を使用して融着される場合、1つのファイバーから別のファイバーに幾分かの光学的力の移動があることを明らかにする。そのような移動は、構造物が引っぱられ、テーパーにされるとともに増加させられることができる。
米国特許6,434,302に開示されているように、シングルモードファイバーを含んでいるファイバーのバンドルをテーパーすることによって、DCFシングルモードコアのモードに、テーパーされたバンドルのシングルモードコアのモードフィールドを一致させることができる。しかしながら、2つのファイバーコアがシングルモードになるポイントまでバンドルをテーパーにしなければ、これをアフューモードファイバーで達成することは可能ではない。したがって、アフューモードファイバーのバンドルにLACDCFを接続することにおける基本的な相違は、信号を伝搬するアフューモードファイバーは、(シングルモードファイバーの場合のように)単純にテーパーにするだけで接続を達成することができず、LACDCFのモモーダルコンテントと一致するように作られなければならないということである。
(a) 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーは、それを通って光学信号が送信されるシグナルファイバーである;
(b) 内側のクラッディングおよびより低い屈折率を有する外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、該外側のクラッディングはポリマーで作られることができ、外側のクラッディングがポリマーで作られている場合に該LACDCFの末端では外側のクラッディングが取り除かれ、該末端はインプットエンドで終了し、その内側クラッディングはあらかじめ決定された外周長さを有し、LACDCFのインプットエンド内に送信される光学信号が入力される、
(c) LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの周囲内にフィットする、周囲長さを有するアウトプットエンドを有する融着エンド部分を有するバンドル;および
(d) アフューモードファイバーからLACDCFまで基本モード送信を保存するような方法で、LACDCFのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
(a) 中央のアフューモードファイバーと、複数の取り囲む多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりにほぼ対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること;
(b) ラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、外側のポリマークラッディングを有する場合には、該外側ポリマークラッディングをそのエンド部分から除去し、該エンド部分は所定の周囲長さの内側クラッディングを有するLACDCFインプットエンドで終了するエンド部分を有するものを提供すること;
(c) バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること;および
(d) アフューモードファイバーのコアがLACDCFのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからLACDCFへの基本モード送信を保存するような方法で、バンドルの融着されたアウトプットエンドをLACDCFのインプットエンドにスプライスすること。
本発明の好ましい実施態様が、図面を参照しつつ説明されるが、同一部品は同じ参照番号によって示される。図1の中で示される実施態様では、アフューモードファイバー10が提供され、これは50ミクロンの直径のコア12および125ミクロンの直径のクラッディング14を有する。このアフューモードファイバー10は2つの多モードファイバー16および18とバンドルされ、該バンドルは融着領域20内で融着される。多モードファイバー16、18は各々、105ミクロンの直径のコア22および125ミクロンの直径のクラッディング24を有する。3つのファイバーは融着の前に375ミクロンの長さ方向での周囲長さを有し、融着の後に350ミクロンになる。この構造の融着された端はついでぴったりと合わされ、50ミクロンの直径のラージエリアコア28および350ミクロンの直径の内側のクラッディング30を有するLACDCF26の端25に、アラインされ、スプライスされた。第2の外側のポリマークラッディング32は、スプライシング領域34でスプライシングのに先立って、LACDCFのエンド部分27からはぎ取られた。ポリマーがスプライシング中に燃えないように、ポリマークラッディングがはぎ取られる。しかしながら、ポリマーではない外側のクラッディングが使用される場合、スプライシング領域の近くの内側のクラッディングからそれを剥ぐ必要はない。一旦カプラがこのように作られれば、それは、適切な基板に結合されてパッケージにされ、コンポーネントのアラインメントを保存する。
R=ρ0/ρi=NAMM/NADCF
Rは最大のテーパー比である。
ρ0は多モードファイバーの最終直径である。
ρiは多モードファイバーの最初の直径である。
NAMMは多モードファイバーの開口数である。
NADCFはLACDCFの内側のクラッディング導波管の開口数である。
図8Bは、4×lまたは(3+1)×l配置を示し、FMFは中央にあり、3つのMMFはそれを対称的に囲む。
図8Cおよび8Dは、本発明に従って使用することができる、5×1あるいは(4+1)×lバンドルの2つの対称な配置を例示する。FMFは中央に位置し、MMFファイバーに対称的に囲まれる。
図8Eおよび8Fは6×1あるいは(5+1)×lの2つの配置を示す。図8Eでは、FMFは同じ直径の5つのMMFファイバーに囲まれる。また、図8Fでは、中央のFMFは5つのより大きなMMFポンプファイバーに囲まれる。
図8Gは、中央のFMFが、同じサイズの6つのMMFポンプファイバーにより囲まれる、7×1または(6+1)×l配置を示す。
図8Hは、中央のFMFが9つの周囲のMMFポンプファイバーより著しく大きい、(9+1)×l配置を例示する。
図8Iは、中央のFMFが18の周囲のMMFポンプファイバーより大きい、(18+1)×1配置を示す。この場合、2、3の周囲のファイバーのみがMMFファイバーとして示されたが、それらのすべてはMMFファイバーであることができる。すべてのポートが必要ではない場合には、それらのいくつかはダミーのファイバー、すなわちコアのない純粋なシリカファイバーで置き換えることができる。
図8Jは、中央のFMFが、同じサイズの18のMMFファイバーにより囲まれる、19×1または(18+1)×l配置を示す。再び、MMFポートのうちのいくつかが必要でない場合、それらはダミーのファイバーと取り替えることができ、これはすべての配置に当てはまる。
図8Kは、大きな直径のFMFが18のMMFポンプファイバーにより取り囲まれる、19×1または(18+1)×1配置を示す。
最後に、図8Lは、中央のFMFが、同じサイズの36のMMFポンプファイバーにより囲まれる、37×1または(36+1)×l配置を示す。
本発明はその実施態様として以下のものを含む。
第1項: 以下のものを含むオプティカルカプラ:
(a) 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーはそれを通って光学信号が送信される信号ファイバーである;
(b)内側クラッディングおよび、より低い屈折率を有する外側クラッディング、およびインプットエンドで終了するエンド部分を有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、その内側クラッディングは予め決定された外周長さを有し、そのLACDCFのインプットエンドに光学信号が送られる;
(c)該バンドルはアウトプットエンドと融着されたエンド部分を有し、該アウトプットエンドはLACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットする周囲を有する;および
(d)アフューモードファイバーからLACDCFへの基本モード送信を保存するような方法で、LACDCFのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
第2項: LACDCFの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、該ポリマーの外側のクラッディングがLACDCFのエンド部分から取り除かれる、第1項記載のオプティカルカプラ。
第3項: LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットさせるために、アウトプットエンドで融着する前に、多モードファイバーがテーパーにされる、第1または2項記載のオプティカルカプラ。
第4項: アフューモードファイバーのコア中の基本モード送信に影響しないような方法で、多モードファイバーがテーパーにされ融着される、第3項記載のオプティカルカプラ。
第5項: バンドル化する前にアフューモードファイバーのコアが拡張されている場合、多モードファイバーのテーパリングがアフューモードファイバーのコアを、バンドルのアウトプットエンドの近くで基本モードサイズに減少させる、第3項記載のオプティカルカプラ。
第6項: アフューモードファイバーはそのアウトプットエンドで、単一モードファイバーから拡張されたコアを有するファイバーである、第1、2または3項記載のオプティカルカプラ。
第7項: バンドル内において、複数の多モードファイバーがアフューモードファイバーの周囲に本質的に対称的に配置される、第1から6のいずれか1項記載のオプティカルカプラ。
第8項: バンドル中の複数の多モードファイバーの少なくとも1つが、ダミーのファイバーと置き換えられる、第1から7のいずれか1項記載のオプティカルカプラ。
第9項: 以下を含む、オプティカルカプラを形成する方法:
(a) 中央のアフューモードファイバーと、それを取り囲む複数の多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりに本質的に対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること;
(b)内側のクラッディングおよびより低い屈折率の外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、インプットエンドで終了するエンド部分を有し、LACDCFの内側クラッディングが所定の外周囲長さを有するものを提供すること;
(c) バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること;および
(d)バンドルの融着されたアウトプットエンドをLACDCFのインプットエンドに、アフューモードファイバーのコアがLACDCFのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからLACDCFへの基本モード送信を保存するような方法で、スプライスすること。
第10項: LACDCFの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、スプライシングの前に、該ポリマーの外側のクラッディングがLACDCFのエンド部分から取り除かれる、第9項記載の方法。
第11項: 融着する前に、多モードファイバーがバンドルのアウトプットエンドでテーパーにされる、第9または10項記載の方法。
第12項: テーパリングが以下の最大テーパー比により行われる、第11項記載の方法:
R=ρ 0 /ρ i =NA MM /NA DCF
Rは最大のテーパー比である。
ρ o は多モードファイバーの最終直径である、
ρ i は多モードファイバーの最初の直径である、
NA MM は多モードファイバーの開口数である、
NA DCF はLACDCFの内側のクラッディング導波管の開口数である。
第13項: 多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズに影響を与えないように行われる、第11または12項記載の方法。
第14項: バンドル化の前にアフューモードファイバーのコアが拡張されていた場合に、多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズを減少させる、第11または12項記載の方法。
第15項: アフューモードファイバーは、そのバンドルのアウトプットエンドの近くで、初期の単一モードファイバーコアから拡張されたコアを有する、第9または10項記載の方法。
第16項: 拡張が、コアのサイズを大きくするために、モードコンバーター手段により行われる、第14または15項記載の方法。
第17項: 拡張が、高温に加熱して、コア中に存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズおよびモードを増大させることにより行われる、第14または15項記載の方法。
第18項: アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置でLACDCFのインプットエンドでモーダルコンテントをモニタし、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルのアウトプットエンドとLACDCFのインプットエンドをアラインさせることにより、アフューモードファイバーのコアとLACDCFのコアをモード的に正確にアラインさせる、第9から17項のいずれか1項記載の方法。
第19項: ニアフィールド測定装置でモードをモニターする際にLACDCFが直線上または若干張力のかけられた状態で保持され、測定がオペレーションの波長またはその近傍の波長で行われる、第18項記載の方法。
第20項: カプラが適当な基体に結合されることによりパッケージとされ、要素のアラインメントが保存される、第18または19項記載の方法。
Claims (20)
- 以下のものを含むオプティカルカプラ:
(a) 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーはそれを通って光学信号が送信される信号ファイバーである;
(b)内側クラッディングおよび、より低い屈折率を有する外側クラッディング、およびインプットエンドで終了するエンド部分を有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、その内側クラッディングは予め決定された外周長さを有し、そのLACDCFのインプットエンドに光学信号が送られる;
(c)該バンドルはアウトプットエンドと融着されたエンド部分を有し、該アウトプットエンドはLACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットする周囲を有する;および
(d)アフューモードファイバーからLACDCFへの基本モード送信を保存するような方法で、LACDCFのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。 - LACDCFの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、該ポリマーの外側のクラッディングがLACDCFのエンド部分から取り除かれる、請求項1記載のオプティカルカプラ。
- LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットさせるために、アウトプットエンドで融着する前に、多モードファイバーがテーパーにされる、請求項1または2記載のオプティカルカプラ。
- アフューモードファイバーのコア中の基本モード送信に影響しないような方法で、多モードファイバーがテーパーにされ融着される、請求項3記載のオプティカルカプラ。
- バンドル化する前にアフューモードファイバーのコアが拡張されている場合、多モードファイバーのテーパリングがアフューモードファイバーのコアを、バンドルのアウトプットエンドの近くで基本モードサイズに減少させる、請求項3記載のオプティカルカプラ。
- アフューモードファイバーはそのアウトプットエンドで、単一モードファイバーから拡張されたコアを有するファイバーである、請求項1、2または3記載のオプティカルカプラ。
- バンドル内において、複数の多モードファイバーがアフューモードファイバーの周囲に本質的に対称的に配置される、請求項1から6のいずれか1項記載のオプティカルカプラ。
- バンドル中の複数の多モードファイバーの少なくとも1つが、ダミーのファイバーと置き換えられる、請求項1から7のいずれか1項記載のオプティカルカプラ。
- 以下を含む、オプティカルカプラを形成する方法:
(a) 中央のアフューモードファイバーと、それを取り囲む複数の多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりに本質的に対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること;
(b)内側のクラッディングおよびより低い屈折率の外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー(LACDCF)であって、インプットエンドで終了するエンド部分を有し、LACDCFの内側クラッディングが所定の外周囲長さを有するものを提供すること;
(c) バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、LACDCFのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること;および
(d)バンドルの融着されたアウトプットエンドをLACDCFのインプットエンドに、アフューモードファイバーのコアがLACDCFのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからLACDCFへの基本モード送信を保存するような方法で、スプライスすること。 - LACDCFの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、スプライシングの前に、該ポリマーの外側のクラッディングがLACDCFのエンド部分から取り除かれる、請求項9記載の方法。
- 融着する前に、多モードファイバーがバンドルのアウトプットエンドでテーパーにされる、請求項9または10記載の方法。
- テーパリングが以下の最大テーパー比により行われる、請求項11記載の方法:
R=ρ0/ρi=NAMM/NADCF
Rは最大のテーパー比である。
ρoは多モードファイバーの最終直径である、
ρiは多モードファイバーの最初の直径である、
NAMMは多モードファイバーの開口数である、
NADCFはLACDCFの内側のクラッディング導波管の開口数である。 - 多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズに影響を与えないように行われる、請求項11または12記載の方法。
- バンドル化の前にアフューモードファイバーのコアが拡張されていた場合に、多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズを減少させる、請求項11または12記載の方法。
- アフューモードファイバーは、そのバンドルのアウトプットエンドの近くで、初期の単一モードファイバーコアから拡張されたコアを有する、請求項9または10記載の方法。
- 拡張が、コアのサイズを大きくするために、モードコンバーター手段により行われる、請求項14または15記載の方法。
- 拡張が、高温に加熱して、コア中に存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズおよびモードを増大させることにより行われる、請求項14または15記載の方法。
- アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置でLACDCFのインプットエンドでモーダルコンテントをモニタし、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルのアウトプットエンドとLACDCFのインプットエンドをアラインさせることにより、アフューモードファイバーのコアとLACDCFのコアをモード的に正確にアラインさせる、請求項9から17項のいずれか1項記載の方法。
- ニアフィールド測定装置でモードをモニターする際にLACDCFが直線上または若干張力のかけられた状態で保持され、測定がオペレーションの波長またはその近傍の波長で行われる、請求項18記載の方法。
- カプラが適当な基体に結合されることによりパッケージとされ、要素のアラインメントが保存される、請求項18または19記載の方法。
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