JP2012518814A - 光ファイバ回転接合に使用するための低損失コリメータ - Google Patents

Abstract

挿入損失性能の改善を提供する光ファイバ回転接合２０に使用するための光ファイバ・コリメータが開示される。光ファイバ・コリメータの一実施例は、４分の１未満のピッチを有する分布屈折率ロッド・レンズ６１を有している。挿入損失の改善は、レンズの実効焦点距離を長くすることによってもたらされるが、それは、そうすることによってピッチが短くなり、したがってより長い動作距離をコリメータが達成することができることによるものである。実効焦点距離の延長は、より典型的な４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズのゼロ後部焦点距離と比較して、レンズの後部焦点距離を長くすることによって達成される。長くなった後部焦点距離には、光ファイバ６８が取り付けられる円筒状ガラス・スペーサ６４を充填することができ、それにより通常の４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ・コリメータと極めて類似したフォーム・ファクタを有するコリメータが得られる。また、長くなった後部焦点距離には直角プリズム７１の形態を充填することも可能であり、この直角プリズム７１には、ファイバがパンケーキ型ハイブリッド・スリップ・リングのアプリケーションのために有用なレンズの光軸に対して９０度で配向され、回転接合へのファイバの所望の進入方向が回転接合の回転軸に対して直角になるように光ファイバが取り付けられる。

Description

本発明は一般に光ファイバ回転接合に関し、より詳細には光ファイバ回転接合に使用するための改良型低損失コリメータに関する。

光ファイバ回転接合（「ＦＯＲＪ」）は、通常、固定子に対して軸の周りに回転運動するように取り付けられた回転子を有している。光ファイバは、それぞれ回転子及び固定子に接続されている。光信号は、回転子と固定子の間の界面の両端間を、いずれかの方向、つまり回転子から固定子の方向又はその逆の固定子から回転子の方向に伝送されるように適合されている。

回転界面の伝送側の１本の光ファイバを通して運ばれたデータ・ストリームが、コリメーティング・レンズを介して、その界面の両端間を、回転子と固定子の間のすべての相対角位置で高い信号強度で、且つ、その信号強度の最小の変化で伝送される多くのアプリケーションが存在している。このようにして伝送されたデータ・ストリームは、他のコリメーティング・レンズによって、その界面の受信側の他の光ファイバの中に導くことができる。いくつかのアプリケーションでは、界面の伝送側の光ファイバは、受信側の特定の光ファイバに永久的にマップされる。

伝送ファイバ及び受信ファイバは、多モード又は単一モードのいずれかにすることができる。複数のチャネルが存在している場合、多モード・ファイバ対及び／又は単一モード・ファイバ対上で運ばれるデータ・ストリームの組合せが存在していてもよい。いくつかの事例では、波長分割多重化（「ＷＤＭ」）などの適切な技法を使用して、ＦＯＲＪを介して大量のデータを伝送することができる。

Ｎｏｖａ Ｓｃｏｔｉａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｏｒｐ．に発行された特許文献１の図５に示されているように、多重チャネルＦＯＲＪの回転子は、第１のチャネルのオフ・アクシス回転コリメータ（つまり分布屈折率ロッド・レンズ）を支えることができ、また、第１のチャネルのコリメータ及び固定子から軸方向にさらに遠ざかる方向に連続的に間隔を隔てた様々な位置で、多数の追加オフ・アクシス回転チャネル・コリメータを支えることができる。これらの様々なコリメータは、すべて、ＦＯＲＪの回転軸から半径方向に間隔を隔てている。すべてのコリメータは、これらのコリメータから射出する拡大ビームの軸が、それらの光路の一部である間に、ＦＯＲＪの回転軸に対して平行になるように配置されている。特許文献１の開示全体は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

第１のチャネルの拡大ビームは、第１のハウジングの中へ半径方向に伝送され、そこで鏡によって軸方向に反射し、次に、他のコリメータ（つまり他の分布屈折率ロッド・レンズ）によって、固定子の上に取り付けられた固定ファイバの中に集束する。第１のチャネルはこれで完了し、伝送ファイバと受信ファイバの間で、強く、且つ、一貫した強度の信号を伝送することができる。以下、ビームが平行状態を維持しなければならないこの距離を「動作距離」と呼ぶ。

第２のチャネルのオフ・アクシス拡大ビームは、固定子から第１のチャネルのハウジングよりもさらに軸方向に遠くに離れた位置に配置された第２のチャネルのハウジングの中に半径方向に伝送される。第２のチャネルの拡大ビームは、第２のチャネルのハウジングの中で鏡によって軸方向に反射し、次に、２つの追加鏡によって偏心位置へさらに反射し、そこでビームは回転軸に対して平行になる。ビームは、次に、他のコリメーティング・レンズによって、固定子の上に取り付けられた固定ファイバの中に集束する。第２のチャネルはこれで完了し、２つのファイバの間で、強く、且つ、一貫した強度の信号を伝送することができる。固定子からさらに遠くに間隔を隔てているため、第２のチャネルのビームは、第１のチャネルのビームより長い距離にわたって平行状態を維持しなければならない。

第３のチャネルの拡大ビームは、固定子から第１及び第２のハウジングよりさらに遠くに離れて配置されている第３のハウジングの中へ半径方向に導かれる。第３の拡大ビームは、オン・アクシス方向に反射し、次に、２つの鏡によって他の偏心位置（つまり第２のチャネルの位置とは一致しない位置）へさらに反射し、そこでビームは回転軸に対して平行になる。この第３のビームは、第１及び第２のハウジング内の開口を通過することができ、次に、他のコリメーティング・レンズによって、固定子の上に取り付けられた他の固定ファイバの中に集束する。固定子からさらに遠くに間隔を隔てているため、第３のチャネルのビームは、第２のチャネルのビームよりさらに長い距離にわたって平行状態を維持しなければならない。

第４及び第５のチャネルの構造も同様である。より詳細には、第５のチャネルの拡大ビームの動作距離は、第４のチャネルの拡大ビームの動作距離より長く、第４の動作距離は第３の動作距離より長く、第３の動作距離は第２の動作距離より長く、また、第２の動作距離は第１の動作距離より長い。

第２、第３及びもっと高いチャネルのハウジングは機械的に類似している。この点に関して、このＦＯＲＪのｎチャネル実施例の半径方向の寸法は、任意の他のｍチャネルＦＯＲＪの半径方向の寸法と全く同じであるが、ｎチャネルＦＯＲＪの軸方向の長さは、ＦＯＲＪ内のチャネルの数に正比例している。

また、多重チャネルＦＯＲＪを使用して、単一モード・ファイバ・コリメータの使用と合わせて、多重チャネル単一モードＦＯＲＪを達成することも可能である。単一モード・ファイバがサポートするのは、ベッセル関数によって数学的に記述される、ファイバの光軸に対して直角の平面に強度分布を有する基本ファイバ・モードの伝送のみである。しかしながら、広く知られているように、これは、ゼロ次エルミート・ガウス・ビーム強度分布によって近似することができ、以下、「ガウス・ビーム」と呼ぶ。単一モード・ファイバは、分割され、且つ、研磨される。ファイバの末端における光の波面は、無限曲率半径を有するガウス・ビーム・ウエストと全く同じであり、発散ガウス・ビームとしてファイバの末端から遠ざかる方向に伝搬する。ファイバの末端がレンズの焦点面の近傍に位置している場合、レンズは、発散ガウス・ビームを平行ガウス・ビームに変換する。これは、近軸ガウス・ビーム伝搬計算から決定することができるレンズの他の焦点面から間隔を隔てた位置に無限曲率半径を有する平行ビーム・ウエスト部分で真のコリメーションを達成する。

全く同じ第２のコリメータが、その平行ビーム・ウエストの位置が第１のコリメータの平行ビーム・ウエストの位置と一致し、且つ、コリメータの配向が１８０度反転するように配置される場合、第２のレンズは、平行ガウス・ビームを集束ガウス・ビームに変換し、この集束ガウス・ビームは、第２のファイバ中への光の結合を最適化する第２のファイバの末端に配置されたビーム・ウエストを有することになる。理想的には、最適結合効率は完全であり、つまり挿入損失はゼロである。しかしながら、不整列（例えば平行ビーム・ウエストの位置の軸方向の誤差）が存在している場合、結合計算を使用して光学システムの挿入損失を決定することができる。ゼロ挿入損失は、完全な薄いレンズを使用することによってのみ達成することができ、現実のレンズ（つまり様々な収差及び屈折率不整合を有するレンズ）の使用は、最低達成可能挿入損失を様々な範囲に広げることになる。

図１Ａは、これらの計算の結果を示したもので、最大ゼロ損失値、λｆ^２／Πω_０ ^２に正規化されたレンズ焦点面−レンズ焦点面距離（動作距離）（横座標）に対する、最大ゼロ損失値、Πω_０ ^２／λに正規化されたファイバ−レンズ焦点面距離（縦座標）がプロットされている。図１Ａには、２つの全く同じ単一モード・コリメータが使用されていることが仮定されている。所与の光の波長λ、ファイバ・モード・フィールド半径ω_０、及びレンズ実効焦点距離ｆに対して、ビームが平行化される位置により近いコリメーティング・レンズの２つの焦点面の間で測定した場合に、λｆ^２／Πω_０ ^２に等しいゼロ挿入損失を達成することができる最大動作距離、即ち２つのコリメータの間の分離が存在している。この最大ゼロ損失動作距離では、ファイバ距離は、それらをファイバにより近いコリメーティング・レンズの焦点面に対して測定した場合、それぞれガウス・ビームのレイリー長さに等しく、Πω_０ ^２／λである。平行ビームにより近いコリメーティング・レンズの焦点面から測定した場合の動作距離がゼロの場合、ファイバにより近いコリメーティング・レンズの焦点面から測定した場合のファイバ距離は、それぞれゼロである。

動作距離が最大ゼロ損失動作距離未満である場合、２つの最適ファイバ距離が存在し、これらの最適ファイバ距離でゼロ挿入損失が計算される。一方はレイリー長さより短く、もう一方はレイリー長さより長い。コリメータ対は、挿入損失がより小さい、より広い範囲の動作距離のために使用することができるため、一般的にはこれらの２つの最適ファイバ距離のうちの短い方が選択されることが好ましい。動作距離がこの最大値より長い場合、レイリー長さより短いファイバ距離で最適挿入を達成することができるが、最適挿入損失の値は、動作距離と共に急速に大きくなる。

米国特許第４７２５１１６号 米国特許第４３９８７９１号 米国特許第５０３９１９３号 米国特許第５５８８０７７号

開示されている、単に実例による説明を目的としたものにすぎず、本発明を何ら制限するものではない実施例の対応する部品、部分又は表面を付加的に参照すると、本発明により、他の部材（例えば固定子）（２１）に対して回転軸（ｘ−ｘ）の周りに回転するように取り付けられた１つの部材（例えば回転子）（４９）を有する多重チャネル光ファイバ回転接合（２０）が提供される。改良型接合は、広義には、一方の部材の上に取り付けられた第１の光ファイバ・コリメータ（６１）と、もう一方の部材の上に取り付けられた第２の光ファイバ・コリメータ（６１）と、介在する光学エレメント（４６、４４）であって、第１のコリメータと第２のコリメータの間に光路を画定し、それによりこれらのコリメータ間で光信号を伝送することができ、この伝送は、部材と部材の間のすべての許容可能相対角位置にわたって伝送される信号の最小の強度変化で実施することができ、光接続されたコリメータが、回転接合の両端間のデータ伝送のための１つのチャネルを提供する光学エレメント（４６、４４）とを備えている。

改良型接合は、さらに、複数の第１の光ファイバ・コリメータ（６１）と、複数の第２の光ファイバ・コリメータ（６１）と、第１の光ファイバ・コリメータの個々の光ファイバ・コリメータと、第２の光ファイバ・コリメータの個々の光ファイバ・コリメータとの間の、複数のデータ伝送チャネルを画定するための複数の介在する光学エレメント（４６、４４）とを含むことができ、光ファイバ・コリメータには、全く同じ多モード光ファイバ又は全く同じ単一モード光ファイバのいずれかが含まれており、これらは、それらの関連するコリメーティング・レンズの焦点面の近傍に配置されている。

光ファイバ・コリメータ（６１）は、全く同じ分布屈折率ロッド・レンズ（６２）を含むことができる。

データ伝送チャネルのコリメータは、可変動作距離を有することができる。

第１の数のデータ伝送チャネルは、光学的に透明なエポキシ（６５）によってファイバ（６８）に貼り付けられた４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ（６２）による理想的にはゼロ挿入損失を使用して達成することができる、所望の軸方向フォーム・ファクタを画定する動作距離を有することができる光ファイバ・コリメータ（６１）を含むことができる。

第２の数のデータ伝送チャネルには、４分の１ピッチ分布屈折率レンズによる理想的にはゼロ挿入損失を使用して達成することはできないが、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６２）によって達成することができる動作距離を有する光ファイバ・コリメータ（６１）が含まれている。

第３の数のデータ伝送チャネルには、４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ又は４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６２）のいずれかによる理想的にはゼロ挿入損失を使用して達成することはできないが、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズによる許容可能非ゼロ挿入損失を使用して達成することができる動作距離を有することができる光ファイバ・コリメータ（６１）が含まれている。

４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６２）は、光学的に透明な適切なエポキシ（６３）によって円筒状ガラス・スペーサ（６４）に貼り付けることができ、また、円筒状ガラス・スペーサの軸方向の長さは、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面（６２ｃ、６２ｄ）が円筒状ガラス・スペーサの物理的に外側の円筒状ガラス・スペーサの近傍に位置するように選択することができる。

円筒状ガラス・スペーサ（６４）は、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの直径に等しいか、或いはそれより短い直径を有することができる。

４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６１）及び円筒状ガラス・スペーサ（６４）は、後方反射を最小化するために、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して直角ではない方向に配向するために研磨される端面を有することができる。

光ファイバは、光学的に透明な適切なエポキシ（６５）によって円筒状ガラス・スペーサに貼り付けることができる。

光ファイバ・コリメータは、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６２）、円筒状ガラス・スペーサ（６４）、及び所望の軸方向フォーム・ファクタと整合する光ファイバ（６８）を含むことができる。

４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（７０）は、光学的に透明な適切なエポキシ（７４）によってキューブ反射鏡プリズム（７１）に貼り付けることができ、キューブ反射鏡プリズムの幅は、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面がキューブ反射鏡プリズムの物理的に外側に位置するように選択され、したがって４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光路は９０度曲がっている。

キューブ反射鏡プリズムは、準備されたガラス基板に付着された高度に反射性の金属コーティング（７９）、及び光学的に透明な適切なエポキシによって高度に反射性の金属コーティングに貼り付けられた第２のガラス基板を含むことができる。

光ファイバは、光ファイバの軸が４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して９０度で配向されるように、光学的に透明な適切なエポキシによってキューブ反射鏡プリズムに貼り付けることができる。

複数のキューブ反射鏡プリズムのうちの１つは、光路の長さが同じである円筒状ガラス・スペーサに置き換えることができ、光ファイバは、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して平行に配向される。

４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（７８）は、光学的に透明な適切なエポキシ（８２）によって直角プリズム（７９）に貼り付けることができ、直角プリズムの幅は、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面が直角プリズムの物理的に外側に位置するように選択され、したがって４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光路は９０度曲がっている。

直角プリズムは、斜辺に付着された高度に反射性の多層誘電体コーティング（７９ａ）を有することができる。

光ファイバは、光ファイバの軸が４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して９０度で配向されるように、光学的に透明なエポキシによって直角プリズムに貼り付けることができる。

複数の直角プリズムのうちの１つは、光路の長さが同じである円筒状ガラス・スペーサに置き換えることができ、光ファイバは、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して平行に配向される。

多重チャネルＦＯＲＪの所望の実施例には、場合によっては、Ｄ＞Ｃ＞Ｂ＞Ａ＞１である、以下の３つのカテゴリのうちの１つに含まれる、チャネル１、．．．、Ａ、Ａ＋１、．．．、Ｂ、Ｂ＋１、．．．、Ｃ、Ｃ＋１、．．．、Ｄが必要であることは理解されよう。
１．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より短いコリメータ動作距離を必要とする、背景技術で計算したゼロ挿入損失を達成することができるチャネル１からＡまで（Ａを含む）。
２．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる最大動作距離より長いコリメータ動作距離を必要とする、チャネルＡ＋１からＣまで（Ｃを含む）であって、その最大動作距離に対して背景技術で計算した非ゼロ挿入損失を達成することができるが、ＦＯＲＪの仕様の場合に許容可能であるチャネルＡ＋１からＣまで（Ｃを含む）。
３．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる最大動作距離より長いコリメータ動作距離を必要とする、チャネルＣ＋１からＤまで（Ｄを含む）であって、その最大動作距離に対して背景で計算した非ゼロ挿入損失を達成することができるが、その非ゼロ挿入損失は、ＦＯＲＪの仕様の場合に許容不可能であるチャネルＣ＋１からＤまで（Ｄを含む）。

特許文献１では、コリメータは、４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを使用して構築されている。このようなレンズは、これらのレンズの焦点面とこれらのレンズの物理的な末端が一致するため、好ましい。レンズへのファイバの直接取付けは、例えば、適切なＵＶ硬化エポキシの軸方向の厚さを薄くすることによって容易に達成される。動作距離が最大ゼロ損失動作距離より短い場合、２つの最適ファイバ距離のうちの短い方を選択することにより、ファイバとレンズの間に、ビームのレイリー長さより短い空間が得られる。動作距離が最大ゼロ損失動作距離より長い場合、単一の最適ファイバ距離は、同様にビームのレイリー長さより短い。空気が充填された空間の場合、単一モード・ファイバの末端から広がるビームのレイリー長さは、通常、数十ミクロンである。このような微小空間は、有利には、光学的に透明なエポキシで充填することができるため、光学的に透明なエポキシの屈折率に等しい掛け算係数だけ空間が広くなる。したがって、ファイバの末端がエポキシ中にカプセル封じされ、それにより汚染が防止される、コリメーティング・レンズの光軸の周りに半径方向に対称の一片のコリメータ・アセンブリが得られる。

分布屈折率ロッド・レンズのピッチを狭くすることにより、レンズの実効焦点距離を長くすることができ、延いては、上で説明したようにレンズの最大ゼロ損失動作距離を長くすることができる。例えば、４分の１ピッチ及び１５５０ｎｍでは、Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−１．８レンズ（Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）は、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｅｅｔ Ｇｌａｓｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，１．７ Ｋａｉｇａｎ２−Ｃｈｏｍｅ Ｍｉｎａｔｏ−ｋｕ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎの登録商標である）は、実効焦点距離１．９３ｍｍ、長さ４．８ｍｍ及び後部焦点距離０ｍｍを有している。ＳＭＦ−２８（登録商標）単一モード光ファイバ（ＳＭＦ−２８（登録商標）は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．，Ｏｎｅ Ｒｉｖｅｒｆｒｏｎｔ Ｐｌａｚａ，Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｎ．Ｙ．の商標である）の使用が仮定され、１５５０ｎｍにおけるモード・フィールド半径が５．２μｍである場合、背景技術で説明した計算は、最大ゼロ損失動作距離６８．０ｍｍ、レンズの各々の他の末端からの最適ファイバ距離（空気中の）５４．８μｍを示す。

例えば、分布屈折率レンズのピッチを０．１１に狭くすることにより、実効焦点距離３．０１ｍｍ、長さ２．１１ｍｍ及び後部焦点距離２．３２ｍｍが得られる。この場合、上の計算は、最大ゼロ損失動作距離１６５ｍｍ、レンズの各々の他の末端からの最適ファイバ距離（空気中の）２．３７ｍｍを示す。このような長いファイバ距離を光学的に透明なエポキシで完全に充填することは困難である。しかしながら、例えばＵＶ硬化エポキシによって、レンズの直径と同様の直径の円筒状ガラス・スペーサをファイバ側の短いレンズに取り付けることができる。ガラス・スペーサは、レンズの焦点面とスペーサの末端が一致するように計算された軸方向の長さを有している。この場合、スペーサからの最適ファイバ距離（空気中の）は、この場合もビームのレイリー長さに等しく、有利には、例えばＵＶ硬化エポキシで充填することができる。これにより、コリメーティング・レンズの光軸の周りに半径方向に対称の、したがって標準分布屈折率ロッド・レンズ・コリメータと同じ半径方向のフォーム・ファクタと一致するコリメータ・アセンブリが提供される。これは、特許文献１におけるＦＯＲＪの好ましい実施例であるが、動作距離をより長くし、且つ、挿入損失をより小さくすることも可能である。

分布屈折率レンズのピッチを狭くすることにより、実際にコリメータの軸方向の長さが若干変化することになる。上の実例を使用すると、０．１１ピッチＳｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−１．８レンズは、約２．１１ｍｍの軸方向の厚さを有しており、また、２．３２ｍｍの後部焦点距離を有している。例えば屈折率が１．５のガラス・スペーサを使用する場合、そのスペーサは、レンズの後部焦点距離にスペーサ材料の屈折率を掛け合わせた厚さに等しい軸方向の厚さを有していなければならず（この実例では３．４８ｍｍに等しい）、レンズ−スペーサ・アセンブリの軸方向の総合長さは、４分の１ピッチＳｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−１．８レンズ単独の４．８ｍｍと比較すると、合計して５．６ｍｍになる。他のスペーサ材料を使用してレンズ−スペーサ・アセンブリの軸方向の総合長さを変えることになる。しかしながら、長さが変化する範囲は小さい。例えば、屈折率が１．４のガラス・スペーサ材料を使用すると、軸方向の長さが約５．４ｍｍのレンズ−スペーサ・アセンブリが得られる。屈折率が１．６のガラス・スペーサ材料を使用することにより、軸方向の長さが約５．８ｍｍのレンズ−スペーサ・アセンブリが得られる。

上記コリメータ・アセンブリにうまく使用することができる短ピッチ分布屈折率レンズのピッチには下限が存在している。第１の制約は、ガラス・シリンダを研磨することができ、及び／又は無反射コーティングを加えることができる軸方向の厚さに対する物理的限界によるものである。第２の制約は、短ピッチ分布屈折率レンズの開口数の変化によるものである。４分の１ピッチでは、Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−１．８レンズは、０．４６の開口数を有しており、これは、レンズ自体の分布屈折率項から、或いはもっと単純に、レンズの半径を実効焦点距離で割ることによって計算することができる。レンズの実効焦点距離が長くなると、開口数が小さくなる。０．１１ピッチＳｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−１．８レンズの上記実例では、開口数は０．３０であり、これは、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＳＭＦ−２８（登録商標）単一モード・ファイバの１％強度開口数０．１４よりさらに大きい。

挿入損失の改善は実験によって示された。２つの標準４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを使用して、動作距離が１５０ｍｍのコリメータ対が構築された。所望の動作距離は、約２．２×最大ゼロ損失動作距離６８ｍｍであり、したがって挿入損失は約２．５ｄＢであると予測することができる。このコリメータ対をこの動作距離を必要とする光ファイバ回転接合に使用することにより、常習的に約６ｄＢの挿入損失が測定される。第２のコリメータ対は、動作距離が同じである０．１１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを使用して構築された。この場合も、図３から理論的期待挿入損失を決定することができる。所望の動作距離は、最大ゼロ損失動作距離１６５ｍｍより短く、したがって挿入損失は０ｄＢであると予測することができる。このコリメータ対をこの動作距離を必要とする同じ光ファイバ回転接合に使用することにより、３．５ｄＢの改善に対して約２．５ｄＢの挿入損失が測定された。挿入損失の改善は、理論的に期待される改善を超えており、これは、２つのコリメータ対の実際の動作距離及び回転接合に必要な動作距離の変化によるものと見なすことができる。

上で説明した多重チャネルＦＯＲＪの所望の実施例に関して、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを使用したコリメータを組み込むことにより、以下の４つのカテゴリのうちの１つに含まれるチャネルが得られる。
１．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より短いコリメータ動作距離を必要とする、上で計算したゼロ挿入損失を達成することができる、つまり短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを組み込んだ後でも挿入損失が改善されないチャネル１からＡまで（Ａを含む）。
２．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より長いコリメータ動作距離を必要とする、上で計算した非ゼロ挿入損失を達成することができるチャネルＡ＋１からＢまで（Ｂを含む）。この非ゼロ挿入損失は、与えられたＦＯＲＪの仕様に対して許容可能であるが、与えられた短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より短いコリメータ動作距離が追加的に必要である。ゼロ挿入損失は上で計算されており、つまり短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを組み込むことによって挿入損失が改善される。
３．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より長いコリメータ動作距離を必要とする、上で計算した非ゼロ挿入損失を達成することができるが、その非ゼロ挿入損失は、与えられたＦＯＲＪの仕様に対して許容可能であるが、与えられた短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より多少長いコリメータ動作距離を追加的に必要とし、また、上で計算した、より小さい非ゼロ挿入損失を達成することができる、つまり短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを組み込むことによって挿入損失が改善されるチャネルＢ＋１からＣまで（Ｃを含む）。
４．４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる最大動作距離より長いコリメータ動作距離を必要とする、上で計算した非ゼロ挿入損失を達成することができるが、その非ゼロ挿入損失は、ＦＯＲＪの仕様の場合に許容不可能であるが、与えられた短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離より多少長いコリメータ動作距離を追加的に必要とし、また、その非ゼロ挿入損失は、ＦＯＲＪの仕様の場合に許容可能であり、つまり短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズを組み込むことにより、許容可能挿入損失を有するチャネルの数が増加するチャネルＣ＋１からＤまで（Ｄを含む）。

したがって、チャネル１からＡ（Ａを含む）は、分布屈折率ロッド・レンズのピッチを狭くしても改善されないことは明らかである。コリメータの構築がより単純になるため、これらのチャネルには４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの使用を継続することが有利である。また、チャネルＡ＋１からＣ（Ｃを含む）は、分布屈折率ロッド・レンズのピッチを狭くすることによって改善されることは明らかである。これらのチャネルに使用される分布屈折率ロッド・レンズのピッチを狭くすることが有利であるのは、挿入損失を小さくする必要がある場合のみである。さらに、チャネルＣ＋１からＤ（Ｄを含む）には、ＦＯＲＪに組み込み、且つ、挿入損失に対する要求仕様を満足するためには短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの使用が必要であることは明らかである。

広く知られているように、実効焦点距離が上で参照したＳＬＷ−１．８レンズより長い他の４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズが存在している。このようなレンズの実例には、１５５０ｎｍにおける４分の１ピッチにおける実効焦点距離がそれぞれ３．１１ｍｍ及び４．１９ｍｍであるＳｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−３．０レンズ及びＳｅｌｆｏｃ（登録商標）ＳＬＷ−４．０レンズがある。これらのレンズは、それぞれ１７６ｍｍ及び３２０ｍｍの最大ゼロ損失動作距離を提供し、これらの最大ゼロ損失動作距離は、上で計算した０．１１ピッチＳＬＷ−１．８レンズの最大ゼロ損失動作距離より著しく長い。

しかしながら、これらの代替レンズは、それぞれ３．０ｍｍ及び４．０ｍｍの直径を有している。特許文献１に開示されている、４分の１ピッチＳＬＷ−１．８レンズを使用して設計された実施例には、より長い動作距離を必要とするチャネルにスペーサを使用して短ピッチＳＬＷ−１．８レンズを組み込むための再設計労力は不要であり、つまり短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの使用を実際に必要とするチャネルのためのハウジングは、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの使用を必要としないチャネルのためのハウジングと全く同じハウジングをそのまま使用することができる。

分布屈折率ロッド・レンズのピッチを狭くするとレンズの後部焦点距離が長くなり、軸方向に非対称のコリメータの構築を許容するだけの十分な広さのファイバ−レンズ空間が提供される。短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの後部焦点距離が長くなると、ファイバとレンズの間に直角プリズムを十分に挿入することができ、また、ファイバに対する低損失曲げ半径を許容するためにＦＯＲＪの長さを長くする必要なく、ファイバをＦＯＲＪの回転軸に対して直角の方向にＦＯＲＪから取り出すことができる。このようなアプリケーションの場合、レンズの実効焦点距離をより長くすること、及びそれに伴ってコリメータの動作距離を長くすることが主な目的ではない。このようなコリメータを代わりに有利に使用してパンケーキ型回転接合を達成することができ、回転ファイバ及び固定ファイバのうちの一方又は両方が回転接合の回転軸に対して直角にＦＯＲＪに入る。これにより、参照によりその開示全体が同じく本明細書に組み込まれている特許文献２、特許文献３及び／又は特許文献４に開示されているように、単一チャネルＦＯＲＪの軸方向の長さを短くすることができる。

したがって本発明の一般的な目的は、改良型低損失コリメータを提供することである。

他の目的は、光ファイバ回転接合に使用するための低損失コリメータを提供することである。

これら及び他の目的並びに利点は、以上又は以下の成文明細書、図面及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

最大ゼロ損失値、λｆ^２／Πω_０ ^２に正規化されたレンズ焦点面−レンズ焦点面距離（動作距離）（横座標）に対する、最大ゼロ損失値、Πω_０ ^２／λに正規化されたファイバ−レンズ焦点面距離（縦座標）のプロットである。 商用的に入手することができる分布屈折率ロッド・レンズ、具体的にはＳＬＷ−１．８０Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）レンズのピッチ（横座標）に対するレンズ実効焦点距離（縦座標）のプロットである。 商用的に入手することができる分布屈折率ロッド・レンズ、具体的にはＳＬＷ−１．８０Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）レンズのピッチ（横座標）に対するレンズ長（縦座標）のプロットである。 特筆部分を除いて特許文献１の図５と同様の光ファイバ回転接合の縦方向垂直断面図である。 光学的に透明なエポキシによって右側に向かう４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズに取り付けられることになる中間ガラス・スペーサに光学的に透明なエポキシによって取り付けられた、左側に向かうファイバ／フェルール・サブアセンブリを有する本発明の第１の実施例の略図である。 図３Ａに示されている分布屈折率ロッド・レンズの詳細図である。 図３Ａに示されているガラス・スペーサの詳細図である。 図３Ａに示されているファイバ／フェルール・サブアセンブリの詳細図である。 光学的に透明なエポキシによって４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズに取り付けられることになる、高度に反射性の金属コーティングを有するキューブ反射鏡プリズムに光学的に透明なエポキシによって取り付けられたファイバ／フェルール・サブアセンブリを含む本発明の第２の実施例の略図である。 図４Ａに示されているキューブ反射鏡プリズムの略図である。 光学的に透明なエポキシによって４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズに取り付けられることになる、高度に反射性の多層誘電体コーティングを有する直角プリズムに光学的に透明なエポキシによって取り付けられたファイバ／フェルール・サブアセンブリを含む本発明の第３の実施例の略図である。 図５Ａに示されている直角プリズムの略図である。

最初に、同様の参照数表示には、いくつかの図面を通して、終始一貫して同じ構造構成要素、部分又は表面を識別することが意図されており、同様の参照数表示で示されているこのような構成要素、部分又は表面は、以下の詳細な説明がその不可欠の部分をなしている本成文明細書全体によってさらに記述され、或いは説明されることになることを明確に理解されたい。特に指示されていない限り、図面には、本明細書と共に読まれることが意図されており（例えば断面線、部品の配置、比例、度、等々）、また、これらの図面は、本発明の成文説明全体の一部をなしているものと見なされたい。以下の説明の中で使用されているように、「水平方向」、「垂直方向」、「左」、「右」、「上」及び「下」という用語、並びにそれらの形容詞的及び副詞的派生語（例えば「水平方向の」、「右側に向かって」、「上に向かって」、等々）は、特定の図面が、通常、読者に面しているため、示されている構造の配向を単純に示しているにすぎない。同様に、「内側に向かって」及び「外側に向かって」という用語は、適切である場合、一般にその伸長軸又は回転軸に対する表面の配向を表している。
光ファイバ回転接合（図２）

ここで図１を参照して、一括して２０で示されている光ファイバ回転接合の第１の実施例について説明する。図２は、本明細書における説明を除き、特許文献１の図５と同様である。したがって以下の説明は、上で言及した特許の明細書に使用されている言語を言い替えたものである。この特定の実施例は、５つの光入力及び出力を使用して示されているが、この構造は変更が可能であり、したがって任意の数の入力チャネル及び出力チャネルに適応することができ、唯一の制約は、許容することができる伝送損失の程度のみであることを理解されたい。

接合２０には、右側ヘッド・エンド２２、左側テール・エンド２３、及びヘッド・エンドをテール・エンドに接続している、水平方向の細長い、光学的に透明な円筒状の管２４を有する固定子２１が含まれている。ヘッド・エンドは円筒状であり、水平中央貫通孔２５、及び２６で個々に示されている、円周状に間隔を隔てて配置された、中央孔２５を取り囲んでいる４つの水平貫通孔が含まれている。図２で見ることができる孔２６は２つのみである。個々の孔は、手段２８を受け取るように適合されており、この手段２８によって光信号を運ぶファイバがヘッド・エンドに接続される。開示されている実施例では、回転接合は５つのこのようなファイバに適応しており、そのうちの１つを中央孔２５が適応し、他の４つはそれぞれ周囲の孔２６が適応している。見て取ることができる３つのファイバは、それぞれ２９、３０及び３１で示されている。個々のファイバは、Ｓｅｌｆｏｃ（登録商標）レンズなどの分布屈折率ロッド・レンズ３２で終端しており、この分布屈折率ロッド・レンズ３２は、光信号の伝搬方向に応じて、レンズから射出する光信号の直径を大きくし、或いはレンズに入射する光信号の直径を小さくする役割を果たしている。

ヘッド・エンド２２は、その後側にサポート手段を画定しており、このサポート手段には、直径が大きい孔３４を有する、左側に向かって延在している水平円筒管状ボス３３が含まれており、直径が大きい孔３４は、ヘッド・エンド中の中央孔２５と連絡している。実際、中央ファイバ２９に取り付けられたレンズ３２は、孔３４の中にわずかに突出している。軸方向に間隔を隔てた一対の軸受アセンブリ３５、３５は、以下で説明する目的のために孔３４の中でボス３３に固着されている。

透明な管２４に沿って間隔を隔てて、該透明な管２４に回転不可能に複数の個別のサポート手段即ちサポート・ユニットが固着されており、それらは３６で個々に示されている（図にはそのうちの４つが示されている）。それらは互いに全く同じであるため、そのうちの１つについてのみ具体的に説明する。

個々のサポート・ユニット３６は円筒状であり、円周状に間隔を隔てた３つの貫通孔３９、３９、３９を備えた直径が大きい部分３８が含まれている。これらの孔は、固定子のヘッド・エンドを貫通して提供されている、取り囲んでいる孔２５、２６と整列している。個々のサポート・ユニットには、さらに、偏心して配置された、軸方向に配向された第４の貫通孔４０が含まれており、この貫通孔４０は、半径方向に延在している孔４１と交差しており、孔４１は短い軸方向の孔４２と交差しており、孔４２は、その後部表面から部分３８に入っている。孔４０と４１の交点には、軸方向に導かれる光路及び半径方向に導かれる光路に対して４５°の角度で配置される反射鏡４４を受け取るためのシート４３が機械加工されている。孔４１と４２の交点には、同じく軸方向及び半径方向の光路に対して４５°の角度で配置される反射鏡４６を受け取るための他のシート４５が機械加工されている。鏡４６は光を鏡４４に反射するように配置されており、或いは逆に、鏡４４は光を鏡４６に反射するように配置されている。

サポート・ユニット３６はヘッド・エンドの最も近くに配置されており、孔３４及び鏡４６が整列して、中央ファイバ２９から導かれる光信号を遮断するように管状ボス３３の中に配向され、且つ、固着されている。ユニット３６を貫通している他の３つの孔３９、３９、３９は妨害されないため、他のファイバからこれらの孔に導かれる光信号、或いはこれらの孔から他のファイバに導かれる光信号は、これらの孔のうちの該当する孔を通過することになる。すぐ左隣のユニット３６は、そのファイバから導かれる光信号が鏡４４によって遮断され、残りの２つのファイバからの信号は、妨害されていない孔を通過し続けるよう、すぐ上で説明した最も右側のユニットに対して９０°の角度で配向されている。その左隣のユニット３６は、そのファイバから導かれる、先行する２つのサポート・ユニットを通過した光信号がその鏡４４によって遮断されるよう、すぐ前のユニットに対して９０°の角度で（また、ヘッド・エンドに最も近いユニットに対して１８０°の角度で）配向されている。残りのファイバから導かれる光信号は、すぐ前のユニットに対して９０°の角度で配向されている最も後方のサポート・ユニット３６の鏡４４によって遮断されることになる。

いずれの場合においても、複数のファイバのうちの１つからの信号が、接合軸に対して平行の経路からその経路に対して直角の経路、即ち横方向の経路への対応するサポート・ユニット内の鏡４４のうちの１つによって反射される。いずれの場合においても、反射したこのような信号は、オン・アクシスになるよう、対応するサポート・ユニット内の鏡によってもう一度９０°の角度で反射する。

個々のサポート・ユニット３６には、中央ボス、その中で孔と連絡している中央孔、及び中央孔の中に固着された軸受アセンブリが含まれている。これらの個々のサポート・ユニットは、既に説明した構造と実質的に全く同じ構造の反射ユニットを担っている。したがって個々の反射ユニットには、円筒状セクション、それに対して直角のセクション、半径方向及び軸方向の孔、反射鏡及び永久磁石が含まれている。個々の反射ユニットは、対応するサポート・ユニットの中に含まれている軸受アセンブリによって回転可能に支持されており、固定子ヘッド・エンドの背面に形成されているサポート・ユニットを含む個々のサポート・ユニットに１つの反射ユニットが存在している。

固定子のテール・エンド２３は、本質的に円筒状であり、透明な管２４の左側の限界端に固着されている。固定子テール・エンドの上には１つの軸受アセンブリ４８が取り付けられており、また、固定子ヘッド・エンド２２の上には他の軸受アセンブリ４８が取り付けられている。

回転接合には、さらに、ヘッド・エンド５０、テール・エンド５１、及びヘッド・エンドをテール・エンドに接続している、水平方向の細長い管状ボディ５２を有する回転子４９が含まれている。回転子ヘッド・エンド５０は、軸受アセンブリ４８によって固定子ヘッド・エンド２２の上にジャーナルされており、また、回転子テール・エンド５１は、他の軸受アセンブリ４８によって固定子テール・エンド２３の上にジャーナルされており、回転子管状ボディ５２は、固定子の透明な管２４を取り囲んでいる。接合の内部を密閉するために、固定子ヘッド・エンドとの係合を密閉するための回転子キャップ部材の中にＯ−リング・シールが提供されている。キャップ部材は、小ねじによって回転子ヘッド・エンドに接続されており、従来のＯ−リングによって回転子ヘッド・エンドに密閉されている。

回転子管状ボディ５２は、接続手段５４によって回転子管状ボディ５２に接続された、光信号を運ぶ、長手方向に間隔を隔てた複数のファイバ（この場合は５つ）を有しており、それぞれ５３で示されている。回転子ファイバは、ヘッド・エンドからテール・エンドまで、それぞれ参照番号５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ及び５３Ｅによって個々に識別されている。個々の回転子ファイバは、個々の固定子ロッド・レンズ３２の焦点距離と同じ焦点距離を有する分布屈折率ロッド・レンズ５５の中で終端している。個々のレンズ５５は、固定子の透明な管２４に緊密に隣接して配置されるよう、環状ボディを貫通して延在している。個々の回転子ファイバ及びそのレンズの光軸は、対応する反射ユニット５８の孔５６の中に画定される光路を含む横方向の平面と一致している。

回転子環状ボディ５２は、個々のファイバ及びそのレンズに対して環状ボディ５２の直径の反対側に、反射ユニット５８が担っている対応する磁石６０の極性とは逆の極性の永久磁石５９を担っている。

固定子ファイバに入射する光信号は、回転可能反射部材を含む光路を介して回転子ファイバに伝送される。回転可能反射部材は、接合の軸から回転する回転子ファイバに光信号を伝送する役割を果たしており、磁石対５９、６０の間の磁気相互作用によって駆動され、且つ、回転子ファイバとの整列が維持される。

固定子２１の構造の説明で指摘したように、固定子ファイバ２９、３０、３１、等々の各々から発散する光信号は、固定子の中を通過して、対応するサポート・ユニットから接合の軸に沿って通過する部分を含むことになる。その部分は、対応するサポート・ユニット内で回転する反射ユニットの鏡４４で反射し、対応する回転子ファイバの分布屈折率レンズ５５が受け取るよう、透明な管を通過し、このファイバは、上で説明した磁気相互作用によって、反射ユニットから出ている光路との整列を維持する。図に示されている実施例では、中央固定子ファイバ２９からの信号は回転子ファイバ５３Ａへ導かれ、固定子ファイバ３０からの信号は回転子ファイバ５３Ｂへ導かれ、固定子ファイバ３１からの信号は回転子ファイバ５３Ｃへ導かれることになり、また、他の固定子ファイバからの信号は、それぞれ回転子ファイバ５３Ｄ及び５３Ｅが受け取ることになる。当然、回転子ファイバから反射経路を介して固定子ファイバへ、信号を逆方向に全く容易に伝送することも可能である。さらに、信号方向の組合せを、例えば、２つの経路に沿って回転子から固定子の方向に通過する信号、及び他の経路に沿って固定子から回転子の方向に通過する信号と共に使用することも可能である。回転子が回転している間に様々な信号経路を交差させても、このような干渉の持続期間は極めて短いため、信号に重大な影響を及ぼすことはない。

個別には示されていないが、図２の多重チャネル回転接合には代替磁石構成を使用することも可能であることを理解されたい。

光結合として使用される場合、伝送損失がレンズ間の距離に比例することはＳｅｌｆｏｃ（登録商標）レンズの特徴である。上で説明した実施例の場合、このような伝送損失は、ファイバ２９と５３Ａの間の結合では最小であるが、個々のチャネルに対しては、レンズ間の分離が大きくなるにつれて次第に大きくなる。したがってこのような回転接合が支えることができるチャネルの数は、事実上、無制限であるが、支えるべきチャネルの最大数は、許容することができる伝送損失の最大度合いで決まる。

「第１の実施例（図３Ａ〜３Ｄ）」
次に図３Ａを参照すると、本発明の第１の実施例によれば、一括して６１で示されている半径方向に対称の短ピッチ・コリメータが提供される。このコリメータには、中間の光学的に透明なエポキシ６３を介して円筒状ガラス・スペーサ６４の一方の末端に固着された短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ６２が含まれている。スペーサの他の末端は、中間の光学的に透明なエポキシ６５を介してファイバ／フェルール・サブアセンブリに固着されている。図に示されているファイバ／フェルール・サブアセンブリは、光ファイバ６８の右限界末端部分を取り囲んでいる環状フェルール６６を有している。このファイバは、多モード光ファイバ又は単一モード光ファイバのいずれかにすることができる。

図３Ｂは、水平方向の軸ｘ−ｘ、スペーサ側左末端６２ａ、右末端６２ｂ、スペーサ側焦点面６２ｃ及び右焦点面６２ｄを有する、水平方向に細長い円筒状ロッド様部材としての短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ６２を示したものである。末端６２ａ、６２ｂは、光軸ｘ−ｘに対して直角に配向することも（図に示されているように）、或いは末端からの後方反射を小さくするために、光軸に直角の平面に対して微小角度で配向することもできる。これらの末端に対する法線ベクトルは優先的に共面であることは理解されよう。

図３Ｃは、同じく、水平方向の軸ｘ−ｘ、フェルール／ファイバ側左末端６４ａ及びスペーサ側右末端６４ｂを有する、水平方向に細長い円筒状ロッド様部材としての円筒状ガラス・スペーサ６４を示したものである。ガラス・スペーサの直径は、分布屈折率ロッド・レンズ６２の直径に等しいか、或いはそれより小さいことが好ましい。スペーサは、ロッド・レンズ・スペーサ側焦点面６２ｃがスペーサの外側に位置するようにスペーサの中間で計算した場合、分布屈折率ロッド・レンズの焦点距離に等しいか、或いはそれより短い軸方向の長さを有している。ガラス・スペーサの末端６４ａ、６４ｂは、中心軸に対して直角にすることも、或いは末端からの後方反射を小さくするために、中心軸に対して直角の平面から微小角度で配向することもできる。これらの末端に対する法線ベクトルは優先的に共面であることは理解されよう。

もう一度図３Ａを参照すると、分布屈折率ロッド・レンズの左末端６２ａは、レンズの光軸ｘ−ｘとスペーサの中心軸ｘ−ｘが一致するよう、また、ＵＶ硬化エポキシ及びスペーサの両方がレンズの半径方向の範囲を超えて半径方向に外側に延在しないよう、極めて薄い厚さのＵＶ硬化エポキシ６３によって円筒状ガラス・スペーサの右末端６４ｂに貼り付けることができる。この点に関して、直径がレンズの直径より小さいスペーサを使用することが望ましい。上で説明した、コンポーネントの１つ又は複数の末端がそれらの個々の軸に対して直角の平面から微小角度で配向され、また、個々のコンポーネントの角度が付いた末端が薄いＵＶ硬化エポキシ・ボンドの両端間で互いに接触することになる構造の場合、中心軸及び光軸が一致した状態を維持するためには、微小角度の大きさを同じ大きさにし、且つ、角度が付いた末端に対する法線ベクトルが共面になるようにスペーサ及びレンズを配向しなければならないことは理解されよう。

図３Ｄでは、光ファイバ６８は、中心軸ｘ−ｘ及び光ファイバ・スペーサ側末端６８ａを有している。フェルールは、中心軸ｘ−ｘ及びフェルール・スペーサ側末端６６ａを有している。フェルールは、優先的にレンズ又はスペーサのいずれかの直径より小さい直径を有している。ファイバ端は、優先的にフェルール端と一致しており、また、ファイバの中心軸は、フェルールの中心軸に対して平行であり、また、フェルールの中心軸と一致していることが好ましい。光ファイバ・スペーサ側末端の配向は、有利にはフェルール・スペーサ側末端の配向と全く同じである。光ファイバの中心軸は、有利にはフェルールの中心軸に対して平行である。フェルールは、優先的に円筒状ガラス・スペーサの直径に等しいか、それより小さい直径を有している。フェルール端は、軸ｘ−ｘに対して直角の平面に配置することも、或いは末端からの後方反射を小さくするために、中心軸に対して直角の平面から微小角度で配置された平面に配向することもできる。

もう一度図３Ａを参照すると、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの右末端は、優先的に、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸がロッド・レンズ及びガラス・スペーサの光軸と一致するように配向されるよう、また、ＵＶ硬化エポキシ及びファイバ／フェルール・サブアセンブリの両方がレンズの半径方向の範囲を超えて半径方向に外側に延在しないよう、ＵＶ硬化エポキシ６５の厚さによってガラス・スペーサの左末端に貼り付けられている。この点に関して、直径がスペーサの直径より小さいフェルールを使用することが望ましい。上で説明した、コンポーネントの１つ又は複数の末端がそれらの個々の軸から微小角度で配向され、また、個々のコンポーネントの角度が付いた末端がＵＶ硬化エポキシ・ボンドの両端間で互いに接触することになる構造の場合、中心軸及びファイバ軸が一致した状態を維持するためには、微小角度の大きさを同じ大きさにしなければならず、また、角度が付いた末端に対する法線ベクトルが共面になるようにフェルール及びスペーサが配向されることは理解されよう。

これらの手段により、コリメータ・アセンブリの半径方向のフォーム・ファクタと、標準４分の１ピッチ・レンズを使用して製造される同様の軸方向対称コリメータ・アセンブリの半径方向のフォーム・ファクタとは全く同じである。

レンズ６１は、図２のレンズ３２及び／又は５５と置き換えることも可能である。

「第２の実施例（図４Ａ及び４Ｂ）」
次に図４Ａを参照すると、一括して６９で示されている本発明の第２の実施例は、回転接合の回転軸に対して直角に配向されたファイバ進入を必要とする光ファイバ回転接合に使用するために適した、或いはサイズの制約が軸方向に対称のコリメータの使用及び直角進入へのファイバの曲げを妨げているアプリケーションに使用するために適した軸方向非対称短ピッチ・コリメータを備えている。第２の実施例は、図３Ａで説明した第１の一般的な実施例と同様のサブコンポーネントからなっている。したがってコリメータ・アセンブリ２０には、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ７０、直角キューブ反射鏡プリズム７１（第１の実施例のガラス・スペーサの代用）、及びフェルール７３内の光ファイバ７２からなるファイバ／フェルール・サブアセンブリが含まれている。レンズ７０の左末端は、光学的に透明なエポキシ７４によってプリズム７１の右面に固着されている。同様に、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの上端は、光学的に透明なエポキシ７５によってプリズム７１の下面に貼り付けられている。これらのエポキシは、適切なＵＶ硬化エポキシであってもよい。

図４Ｂを参照すると、図に示されている、キューブ反射鏡プリズム７１を有するキューブ反射鏡プリズムは、キューブ反射鏡プリズムを介して対角線状に延在している光学的に反射性の金属層７１ａを有している。したがって光は、水平方向の中心軸ｘ−ｘに沿ってプリズムに入射し、その垂直方向の右面７１ｂと交差して、その水平方向の下面７１ｃと交差している垂直方向の中心軸ｙ−ｙを介して射出し、或いはその逆に、垂直方向の中心軸ｙ−ｙに沿ってプリズムに入射し、その水平方向の下面７１ｃと交差して、その垂直方向の右面７１ｂと交差している水平方向の中心軸ｘ−ｘを介して射出する。キューブ反射鏡プリズムの水平方向の中心軸は、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの光軸と一致しており、また、キューブ反射鏡プリズムの垂直方向の中心軸は、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸と一致していることが好ましい。キューブ反射鏡プリズム端に対する法線は、互いに直角であることが好ましい。キューブ反射鏡プリズムは、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ・スペーサ側焦点面がキューブ反射鏡プリズムの外側に位置するようにプリズムの中間で計算した場合、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの焦点距離に等しいか、或いはそれより限界的に狭い幅を有している。この実施例では、ロッド・レンズのスペーサ側末端は、ロッド・レンズの光軸に対して概ね直角であり、また、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの末端は、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸に対して概ね直角である。

キューブ反射鏡プリズムの使用は、反射コーティングの有無にかかわらず、標準直角プリズムを使用するのに有利である。反射コーティングのない標準直角プリズムの場合、傾斜した表面での内部全反射により、望ましい９０度のビームの曲げを達成することができる。例えば一般的なガラスであるＢＫ７の場合、伝送媒体が空気である場合に内部全反射が生じる臨界入射角は約４１．８度である。この実施例では、ファイバから射出するビームの中心光線の入射角は４５度であり、これは臨界角より大きい。しかしながらビームがファイバから発散し、ビーム・エネルギーの有意な部分が傾斜した表面を介して伝送されることになる。したがって反射表面が必要である。

金属反射コーティングを備えた標準直角プリズムの場合、ビーム・エネルギーのうちの傾斜した表面で吸収によって失われる部分は、選択される金属で決まる。ガラス中で９０度のビームの曲げを達成するために最も広く選択されている金属であるアルミニウムは、８５０ｎｍの共通光ファイバ伝送波長で９０％未満の反射率を有しており、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの共通光ファイバ伝送波長では約９５％まで大きくなる。これは８５０ｎｍで０．４６ｄＢを超える挿入損失ペナルティをもたらし、また、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍで０．２２ｄＢを超える挿入損失ペナルティをもたらす。これに対する改善は、３つのすべての伝送波長で９７．５％を超える反射率を有する金反射コーティングによって達成することができる。これは０．１１ｄＢ未満の挿入損失ペナルティをもたらす。しかしながらガラスに金を直接付着させることは困難であり、したがってキューブ反射鏡プリズムは、例えば、例えばクロムの粘着層を使用して準備された標準直角プリズムの斜辺に金を付着させ、次に、例えばＵＶエポキシによってこのコーティングに第２の直角プリズムの斜辺を貼り付けることによって構築することができる。この解決法によれば、構成している直角プリズムのうちの一方のみが光路に使用される。

多層誘電体コーティングを備えた標準直角プリズムの場合、１つ又は複数の所望の伝送波長における反射率を大きくすることによって、望ましい９０度のビームの曲げを達成することができる。

コリメータ６９は、光ファイバ回転接合２０と共に使用することができる。

「第３の実施例（図５Ａ及び５Ｂ）」
次に図５Ａを参照すると、一括して７６で示されている本発明の第３の実施例には、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ７８、直角三角反射鏡プリズム７９（第１の実施例のガラス・スペーサの代用）、及びフェルール８１内の光ファイバ８０からなるファイバ／フェルール・サブアセンブリが含まれている。レンズ７８の左末端は、光学的に透明なエポキシ８２によってプリズム７９の右面に固着されている。同様に、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの上端は、光学的に透明なエポキシ８３によってプリズム７９の下面に貼り付けられている。これらのエポキシは、適切なＵＶ硬化エポキシであってもよい。

図５Ｂを参照すると、図に示されているキューブ反射鏡プリズム７９は、その傾斜した後面に光学的に反射性の金属層７９ａを有している。したがって光は、水平方向の中心軸ｘ−ｘに沿ってプリズムに入射し、その垂直方向の右面３２ｃを通過して、中心軸ｘ−ｘと交差している垂直方向の中心軸ｙ−ｙに沿って、その水平方向の下面３２ｅを介して射出し、或いはその逆に、垂直方向の中心軸ｙ−ｙに沿ってプリズムに入射し、その水平方向の下面３２ｅを通過して、中心軸ｙ−ｙと交差している水平方向の中心軸ｘ−ｘに沿って、その垂直方向の右面３２ｃを介して射出する。キューブ反射鏡プリズムの水平方向の中心軸は、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの光軸と一致しており、また、三角反射鏡プリズムの垂直方向の中心軸は、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸と一致していることが好ましい。直角プリズム端に対する法線は、優先的に互いに直角であることが好ましい。直角プリズムは、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ・スペーサ側焦点面が直角プリズムの外側に位置するようにプリズムの中間で計算した場合、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの焦点距離に等しいか、或いはそれより限界的に狭い幅を有している。この実施例では、ロッド・レンズのスペーサ側末端は、通常、ロッド・レンズの光軸に対して直角になるように拘束されており、また、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの末端は、通常、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸に対して直角になるように拘束されている。

コリメータ７６は、光ファイバ回転接合２０と共に使用することができる。
修正

本発明には、多くの変更及び修正を加えることができることが企図されている。例えば、コリメータ・アセンブリは光路を有することができ、この光路は、まっすぐであっても或いは角度がつけられていてもよい。反射鏡プリズムは、鏡映対角線表面を備えたキューブであっても、或いは鏡映背面表面を備えた三角プリズムであってもよい。他の変更を加えることも可能である。

したがって、改良型低損失コリメータのいくつかの実施例について、図に示し、且つ、説明し、また、それらのいくつかの修正について説明したが、以下の特許請求の範囲で定義され、且つ、差別されている本発明の趣旨を逸脱することなく、様々な追加変更及び修正を加えることができることは当業者には容易に理解されよう。

４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ（６２）及び円筒状ガラス・スペーサ（６４）は、後方反射を最小化するために、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して直角ではない方向に配向するために研磨される端面を有することができる。

ここで図２を参照して、一括して２０で示されている光ファイバ回転接合の第１の実施例について説明する。図２は、本明細書における説明を除き、特許文献１の図５と同様である。したがって以下の説明は、上で言及した特許の明細書に使用されている言語を言い替えたものである。この特定の実施例は、５つの光入力及び出力を使用して示されているが、この構造は変更が可能であり、したがって任意の数の入力チャネル及び出力チャネルに適応することができ、唯一の制約は、許容することができる伝送損失の程度のみであることを理解されたい。

「第３の実施例（図５Ａ及び５Ｂ）」
次に図５Ａを参照すると、一括して７６で示されている本発明の第３の実施例には、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ３１、直角三角反射鏡プリズム７９（第１の実施例のガラス・スペーサの代用）、及びフェルール８１内の光ファイバ８０からなるファイバ／フェルール・サブアセンブリが含まれている。レンズ３１の左末端は、光学的に透明なエポキシ８２によってプリズム７９の右面に固着されている。同様に、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの上端は、光学的に透明なエポキシ８３によってプリズム７９の下面に貼り付けられている。これらのエポキシは、適切なＵＶ硬化エポキシであってもよい。

図５Ｂを参照すると、図に示されているキューブ反射鏡プリズム７９は、その傾斜した後面に光学的に反射性の金属層７９ａを有している。したがって光は、水平方向の中心軸ｘ−ｘに沿ってプリズムに入射し、その垂直方向の右面７９ｂを通過して、中心軸ｘ−ｘと交差している垂直方向の中心軸ｙ−ｙに沿って、その水平方向の下面７９ｃを介して射出し、或いはその逆に、垂直方向の中心軸ｙ−ｙに沿ってプリズムに入射し、その水平方向の下面３２ｅを通過して、中心軸ｙ−ｙと交差している水平方向の中心軸ｘ−ｘに沿って、その垂直方向の右面３２ｃを介して射出する。キューブ反射鏡プリズムの水平方向の中心軸は、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの光軸と一致しており、また、三角反射鏡プリズムの垂直方向の中心軸は、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸と一致していることが好ましい。直角プリズム端に対する法線は、優先的に互いに直角であることが好ましい。直角プリズムは、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズ・スペーサ側焦点面が直角プリズムの外側に位置するようにプリズムの中間で計算した場合、短ピッチ分布屈折率ロッド・レンズの焦点距離に等しいか、或いはそれより限界的に狭い幅を有している。この実施例では、ロッド・レンズのスペーサ側末端は、通常、ロッド・レンズの光軸に対して直角になるように拘束されており、また、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの末端は、通常、ファイバ／フェルール・サブアセンブリの中心軸に対して直角になるように拘束されている。

Claims (20)

1. 他の部材に対して回転軸の周りに回転するように取り付けられた１つの部材を有する多重チャネル光ファイバ回転接合であって、
   一方の前記部材の上に取り付けられた第１の光ファイバ・コリメータと、
   もう一方の前記部材の上に取り付けられた第２の光ファイバ・コリメータと、
   介在する光学エレメントであって、前記第１のコリメータと第２のコリメータの間に光路を画定し、それにより前記コリメータ間で光信号を伝送することができ、前記伝送を、前記部材と部材の間のすべての許容可能相対角位置にわたって伝送される信号の最小の強度変化で実施することができ、前記光接続された光ファイバ・コリメータが、前記回転接合の両端間のデータ伝送のための１つのチャネルを提供する光学エレメントと
   を備えた多重チャネル光ファイバ回転接合。
2. 複数の前記第１の光ファイバ・コリメータと、
   複数の前記第２の光ファイバ・コリメータと、
   前記第１の光ファイバ・コリメータの個々の光ファイバ・コリメータと、前記第２の光ファイバ・コリメータの個々の光ファイバ・コリメータとの間の、複数のデータ伝送チャネルを画定するための複数の介在する光学エレメントと
   を含み、前記光ファイバ・コリメータが、全く同じ多モード光ファイバ又は全く同じ単一モード光ファイバのいずれかを含み、それらが、それらの関連するコリメーティング・レンズの焦点面の近傍に配置される、請求項１に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
3. 前記光ファイバ・コリメータが全く同じ分布屈折率ロッド・レンズを含む、請求項２に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
4. 前記データ伝送チャネルのコリメータが可変動作距離を有する、請求項３に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
5. 第１の数の前記データ伝送チャネルが、光学的に透明なエポキシによって前記ファイバに貼り付けられた４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによる理想的にはゼロ挿入損失を使用して達成することができる、所望の軸方向のフォーム・ファクタを画定する動作距離を有する光ファイバ・コリメータを含む、請求項４に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
6. 第２の数の前記データ伝送チャネルが、４分の１ピッチ分布屈折率レンズによる理想的にはゼロ挿入損失を使用しても達成することはできないが、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離を有する光ファイバ・コリメータを含む、請求項５に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
7. 第３の数の前記データ伝送チャネルが、４分の１ピッチ分布屈折率ロッド・レンズによる理想的にはゼロ挿入損失を使用しても達成することはできないが、４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズによって達成することができる動作距離を有する光ファイバ・コリメータを含む、請求項６に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
8. 前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズが、光学的に透明なエポキシによって円筒状ガラス・スペーサに貼り付けられ、前記円筒状ガラス・スペーサの軸方向の長さが、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面が前記円筒状ガラス・スペーサの物理的に外側の前記円筒状ガラス・スペーサの近傍に位置するように選択される、請求項７に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
9. 前記円筒状ガラス・スペーサが、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの直径に等しいか、或いはそれより短い直径を有する、請求項８に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
10. 前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ及び前記円筒状ガラス・スペーサが、後方反射を最小化するために、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して直角ではない方向に配向するために研磨される端面を有する、請求項９に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
11. 前記光ファイバが、光学的に透明なエポキシによって前記円筒状ガラス・スペーサに貼り付けられる、請求項１０に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
12. 前記光ファイバ・コリメータが、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズ、前記円筒状ガラス・スペーサ、及び所望の軸方向フォーム・ファクタと整合する光ファイバを含む、請求項１１に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
13. 前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズが、光学的に透明なエポキシによってキューブ反射鏡プリズムに貼り付けられ、前記キューブ反射鏡プリズムの幅が、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面が前記キューブ反射鏡プリズムの物理的に外側に位置するように選択され、したがって前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸が９０度曲がっている、請求項７に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
14. 前記キューブ反射鏡プリズムが、準備されたガラス基板に付着された高度に反射性の金属コーティング、及び光学的に透明なエポキシによって前記高度に反射性の金属コーティングに貼り付けられた第２のガラス基板を含む、請求項１３に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
15. 前記光ファイバが光学的に透明なエポキシによって前記キューブ反射鏡プリズムに貼り付けられ、前記光ファイバの軸が前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して９０度で配向される、請求項１４に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
16. 前記キューブ反射鏡プリズムのうちの１つが、光路の長さが同じである円筒状ガラス・スペーサに置き換えられ、前記光ファイバが、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して平行に配向される、請求項１５に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
17. 前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズが、光学的に透明なエポキシによって直角プリズムに貼り付けられ、前記直角プリズムの幅が、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの焦点面が前記直角プリズムの物理的に外側に位置するように選択され、したがって前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸が９０度曲がっている、請求項７に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
18. 前記直角プリズムが、標準直角プリズムの斜辺に付着された高度に反射性の多層誘電体コーティングからなる、請求項１７に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
19. 前記光ファイバが光学的に透明なエポキシによって前記直角プリズムに貼り付けられ、前記光ファイバの軸が前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して９０度で配向される、請求項１８に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
20. 前記直角プリズムのうちの１つが、光路の長さが同じである円筒状ガラス・スペーサに置き換えられ、前記光ファイバが、前記４分の１ピッチ未満の分布屈折率ロッド・レンズの光軸に対して平行に配向される、請求項１９に記載の多重チャネル光ファイバ回転接合。
    

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