JP2015232717A - マルチコアコリメータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コリメーティングサブシステム20は、シングルモードのマルチコアファイバ(MCF)30と、MCF30の対応する端面30aに接続された端面41aを持つコリメータ組立品40からなる。コリメータ組立品40は更に、MCF30のそれぞれ個々のコアに対応する複数の個々のシングルモードコアを取り囲むクラッドからなるシングルモードテーパー(SMT)41、および、SMT41のそれぞれ個々のコアに対応する複数の個々の屈折率分布型(GRIN)マルチモードコアを取り囲むクラッドを持つマルチモードMCFファイバとしてのGRINレンズアレイ42、とからなる。SMT41のテーパー状の推移により、GRINレンズアレイ42は、MCF30のコア対コア間隔より大きいレンズ対レンズ間隔を持ち、出力端42bで平行光信号を出力する
【選択図】図1B
Description
1.マルチコアコリメータ
1.1 概要
1.2 例となるコリメータ組立品
1.3 GRINレンズの長さの算出
1.4 コリメータ組立品の部品を組み立てるための技術
2.例となる構造と技術
2.1 包括的なデバイス
2.2 テーパー状にされたGRINレンズ
2.3 マルチモードマルチコアファイバへ入射する、およびマルチモードマルチコアファイバから出力する光を平行化
2.4 バルク光デバイスの別の配置
2.5 マルチコアリレーレンズシステム
2.6 マルチコア可変フィルタ
2.7 マルチコアアイソレータ
2.8 マルチコアサーキュレータ
2.9 マルチコア可変アッテネータ
2.10 複屈折ウォークオフブロックへの必要条件
2.11 光アイソレータ
2.12 マルチコアWDMあるいはカプラ
2.13 ダイクロイックミラー
2.14 ビームコンバイナー
3.他の光デバイス
4.結論
1.1 概要
本発明の特徴は、MCFのコアのそれぞれの光出力がファイバ内での拡大を経験しコア対コア間隔の増加をもたらすという第一段階と、その拡大された出力がファイバ内でのコリメーションを経験するという第二段階からなるコリメータ組立品に向けられている。
本発明の特徴は、以下のものを含むファイバを基礎とする複数のテクノロジーを混合したマルチコアコリメータに向けられている。
(2)屈折率分布型(あるいはグレーデッドインデックス型)レンズ(「GRIN」レンズ)のアレイあるいは同様のデバイスがマルチコアファイバの個々のコアからの光を平行にするために使用される構造と技術。
MCF30のそれぞれ個々のコア301〜307に対応する複数の個々のシングルモードコア411〜417を取り囲むクラッド410からなる、シングルモードテーパー(SMT)41、および、
SMT41のそれぞれ個々のコア411〜417に対応する複数の個々のマルチモードコア421〜427を取り囲むクラッド420を持つマルチモードMCFファイバセグメントからなる屈折率分布型(GRIN)レンズアレイ。(説明の目的のため、図1C示されたGRINレンズアレイの端面42aは、組み立てられたコリメータ40において、GRINレンズ421〜427に対するSMTコア411〜417の位置を示す破線円を含む。)
本発明のさらなる特徴に従って、長い作動距離と低接続損失を供給するために、アレイ42でのGRINレンズのための最適な長さ(lopt)を算出する技術がここに記載されている。本考察の目的のため、入力光の伝搬モードはガウス形状を持ち、そこで各GRINレンズは放物線屈折率プロファイルを持つと仮定する。
φ=2ω02の場合、損失は13.5%となるであろう、そして
φ=4ω02の場合、損失は0.03%となるであろう。
lopt=π/(2g)=0.25P
を得る。
λ=1.55μm;
入力および出力ファイバのコア直径=8.2μm;
入力および出力ファイバのΔn=0.005;
ω01=5.1μm;
nm=1;
GRINレンズの直径=200μm;
GRINレンズのΔn=0.0152;
g=1.44/mm
と仮定される。
ω02=46.01μm、
2dmax=4238.8μm、
lopt=1167.49μm
を得る。
loptは4分の1ピッチ長さ(1090μm)より7%長いということに留意するべきである。
MCF30、SMT41、およびGRINレンズアレイ42の部品は、光ファイバ製造のための既知の手法のいずれかを使って組み立てられるであろう。そのような手法の一つは、従来の、あるいは改良された光ファイバプリフォームの塊をチューブに挿入し、そして周辺より低い圧力で隙間の間隔を維持しながらファイバに線引きすることからなる。プリフォームのコアは、MCF30でのシングルモードコアや、SMT41での台座設計、あるいはGRINレンズアレイ42でのグレーデッドインデックスのマルチモードといった、要求されるファイバ特性に一致する。コアの歪みを抑制し、コアの位置決めの正確さを増すため、隙間の穴は固体のロッド(円形や他のもの)あるいは石英粒子でふさがれる。もう1つの方法としては、六角形の内部穴を持つチューブの中に入れた六角形形状のプリフォームを使うなど、ロッドあるいは周囲を取り囲むチューブ内側の表面は、隙間を除くように成形されるかもしれない。
マルチコアコリメータを使用する、あるいは関係する複数の例となる構造および技術をここに説明する。当然のことながら、本発明の特徴は、ここに記載されたいくつかあるいは全ての構造および技術が、互いにあるいは他の構造や技術と合わせる実施を含む、以下に具体的に記載されたもの以外の実施を利用して実践されるかもしれない。
図8は、ここに記載されたコリメーティングの技術と構造を使った包括的なデバイス160の例を説明する略図である。
図10Aは、マルチコアSMF201に接続されたマルチコアコリメータ200の略図である。コリメータ200は2つの段階を採用する。マルチコアシングルモードSMT202およびマルチコアマルチモードファイバからなるテーパー状にされたGRINレンズアレイ203(T−MC−MMF)である。
シングルモードマルチコアファイバへの、および、からの平行光のための上記の準備は、マルチモードマルチコアファイバへの、および、からの平行光にも使用することができる。マルチモードコアへの、および、からの平行光は、面発光レーザー(VCSEL)ダイオードのアレイといった幅広いピッチおよびより大きい素子サイズを持つ光デバイスのアレイに結合するのに有益である。
本発明のさらなる特徴は、バルク光デバイスが上記のものとは異なる配置を持つコリメーティングシステムに向けられる。例えば、図8は、ビームが拡大された直径を持つコリメータビーム出力の領域内にバルク光素子が配置されたシステムを図示する。いくつかの応用では、ビームが狭い直径を持つコリメータビーム出力の領域内に、あるいは、焦点領域に最も近い領域内ですら、バルク光デバイスを配置することが求められるかもしれない。
図14は、第一および第二のMCF283および284にそれぞれ接続された第一および第二のコリメータ281および282からなるマルチコアリレーレンズシステム280の略図である。レンズアレイ285は、第一および第二のコリメータ281および282の間の自由空間に配置される。第一のバルク光素子286は、第一コリメータ281とレンズアレイ285の間に配置される。第二のバルク光素子287はレンズアレイ285と第二コリメータ282の間に配置される。図示された例では、第一および第二の各バルク光素子286および287は、ビーム直径が比較的小さいそれぞれのビーム領域内に配置される。
図15は、第一および第二のMCF303および304にそれぞれ接続された第一および第二のコリメータ301および302からなる、本発明の特徴に従うマルチコア可変フィルタ300の略図である。誘電体ミラー305はコリメータ301および302の間の自由空間領域に配置される。
図16Aは、マルチコアアイソレータ320を説明する略図であり、第一および第二のMCF323および324にそれぞれ接続された第一および第二のコリメータ321および322からなる。第一の複屈折ウォークオフブロック325は、第一のコリメータ321の出力において自由空間に配置され、第二の複屈折ウォークオフブロック326は第二のコリメータ322の出力において自由空間に配置される。2つの複屈折ウォークオフブロック間の自由空間に配置されるものは45度ファラデー回転子ミラー327およびλ/2波長板(あるいは位相遅延板)328である。マルチコアコリメータ321および322からの平行ビームは、複屈折ブロック325および326の雰囲気と結晶の境界面に垂直に入射し、2つの直交偏光光線に分かれる。
図17は、本発明のさらなる特徴に従うマルチコアサーキュレータ340の略図である。
図18は、本発明のさらなる特徴に従ったマルチコア可変アッテネータ360の略図であり、微小電気機械素子(MEMS)362と、第一および第二のコリメータ361および363、MCF364および366(ポート1およびポート3)、複屈折ウォークオフブロック367および368、ファラデー回転子369、波長板370、反射プリズム371、および偏光ビームスプリッタキューブ372からなるサーキュレータとからなる。
図19は、マルチコアの平行ビームに対する複屈折ウォークオフブロックの光軸方向381を説明する複屈折ウォークオフブロック380の略図である。図19Aは7コアコリメータの例となる出力ビーム390を説明する略図である。複屈折ウォークオフブロック380は、矢印381の方向でビームの移動391を引き起こし、移動されたビーム390’をもたらす。
図20Aは、本発明のさらなる特徴に従う光アイソレータ400の略図であり、マルチセグメントの複屈折ウォークオフブロックを採用し、そこでウォークオフブロックの各セグメントのウォークオフ角は半径方向に外へ向かう方向を示す。
図21A〜図21Cは、本発明のさらなる特徴に従う、3つの波長分割多重化装置(WDM)420a、420bおよび420cを説明する一連の略図である。当然のことながら、図示された構造は、他のタイプのマルチコア接続デバイスにも使用されるかもしれない。
図22は、異なる反射特性を持つ多数の個々の領域441、443を持つダイクロイック誘電体ミラー440、442の一組の略図である。
図23は、本発明のさらなる特徴に従ったビームコンバイナー460の略図であり、マルチコアファイバ461とマルチモードファイバ462の光出力が混合され、内側クラッド463a、内側クラッド463aで取り囲まれた複数の信号コア463bおよび外側クラッド463cを持つマルチコアダブルクラッドファイバ463へ発射される。
ここに記載された構造および手法は、コリメータに関連した応用での特定の利用以上の実用性を持つことが知られている。
先行の記述が、本発明を当事者が実践することを可能にするような詳細を含んでいるが、その記述は本質の実例であり、その多くの改良や変化はそれら教示の利益を持つ当事者にとっては明白であろうということを認識すべきである。したがって、それは本発明が単にこの文書に添えられた請求項によってここに定義され、その請求項は従来技術によって許されるのと同じぐらい広く解釈されるということを意味している。
Claims (12)
- 第一および第二のマルチコアファイバ間で平行にされたリンクを供給するデバイスであって、
前記第一および第二の各マルチコアファイバによって伝送される個々の光信号の間の間隔を増し、前記光信号を平行にし、そして平行にされた前記光信号を出力として提供する手段からなる、前記第一および第二のマルチコアファイバにそれぞれ接続された第一および第二のマルチコアコリメータと、
前記第一および第二のコリメータの間に配置されたバルク光学系とを備え、前記第一および第二のコリメータの間の空間が空気あるいはそれ以外の材料を包含する、デバイス。 - 前記バルク光学系が、前記第一および第二のコリメータとともにビームリレーを形成するように構成されたレンズアレイからなる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記バルク光学系が、角度可変の誘電体反射鏡からなり、前記第一および第二のコリメータとともに可変マルチコア光フィルタを形成するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記バルク光学系が、第一および第二の複屈折ウォークオフブロックからなり、それらの間にファラデー回転子および波長板を有し、前記第一および第二のコリメータとともにマルチコアアイソレータを形成するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第一および第二の複屈折ウォークオフブロックが、それぞれ半径方向に外へ向かう方向を指し示すウォークオフ角を有する複数の個々のセグメントからなる、請求項4に記載のデバイス。
- 前記バルク光学系が、第一および第二の複屈折ウォークオフブロックからなり、それらの間のファラデー回転子と波長板と、反射プリズム、偏光ビームスプリッターキューブ、および第三のマルチコアファイバに接続された第三のマルチコアコリメータを有し、前記第一および第二のコリメータとともにマルチコアサーキュレータを形成するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記バルク光学系が、第一および第二の複屈折ウォークオフブロックからなり、それらの間のファラデー回転子と波長板と、反射プリズム、偏光ビームスプリッターキューブ、および微小電気機械素子(MEMS)に搭載された複数のミラーを有し、前記第一および第二のコリメータとともにマルチコア可変アッテネータを形成するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- さらに、それぞれ第三および第四のマルチコアファイバに接続された第三および第四のマルチコアコリメータを含み、
前記バルク光学系がダイクロイックミラーからなり、
前記第一、第二、第三および第四のマルチコアコリメータと前記ダイクロイックミラーが4ポートの波長分割多重化装置を形成するように構成される、請求項1に記載のデバイス。 - さらに、励起光を伝送するマルチモードファイバを含み、
前記第一コリメータがマルチコア伝送ファイバに接続され、前記第二コリメータがダブルクラッドマルチコアファイバに接続され、
前記バルク光学系がダイクロイックミラーからなり、
前記第一および第二のコリメータと前記ダイクロイックミラーが励起構造を形成するように構成され、前記マルチコア伝送ファイバによって伝送される光信号が前記ダブルクラッドマルチコアファイバ内の対応するコアに発射され、前記マルチモードファイバによって伝送される励起光が前記ダブルクラッドマルチコアファイバの内側クラッド領域に発射される、請求項1に記載のデバイス。 - マルチコアフォーカサーであって、
軸方向の周期性、ピッチPを特徴とする屈折率分布型レンズのアレイを形成する複数の個々のマルチモードコアからなるマルチモードマルチコアファイバを備え、前記屈折率分布型レンズは入力端と出力端の間のファイバを介して拡がり、さらに、
前記屈折率分布型レンズアレイは、その基部にマルチコア入力ファイバ端でコア対コア間隔に一致する入力間隔を有するテーパーを含み、前記テーパーが前記マルチコアファイバ端でのコア対コア間隔と前記屈折率分布型レンズアレイのコア対コア間隔の間でのテーパー状の推移を供給し、
前記屈折率分布型レンズアレイが前記マルチコアファイバからの光信号を平行にするように、そして、前記マルチモードマルチコアファイバの端面での出力として平行にされた前記光信号を供給するように構成され、前記マルチコアフォーカサーはさらに、
前記平行光信号が集中するそれぞれ個々の光デバイスからなる光デバイスのアレイを備え、
前記マルチモードマルチコアファイバは、公称長さ0.5・Pと、前記光デバイスアレイとのより良い適合を供給するために前記平行光信号の前記モードフィールドが増加するように変化させられる実際の長さとを有する、マルチコアフォーカサー。 - 共通クラッドを介して拡がる複数のコアからなる光ファイバを備え、
前記光ファイバは、異なるクラッド直径を作成するように入力端面と出力端面の間でテーパー状にされ、
前記複数のコアの少なくとも1つのコアが、前記クラッド直径の違いに関係なく前記入力端面と前記出力端面で名目上等しいモードフィールド直径を有するように構成された屈折率プロファイルを有する、光デバイス。 - 共通クラッドを介して拡がる複数のコアからなる光ファイバを備え、
前記複数のコアの少なくとも1つのコアが、前記の少なくとも1つのコアの中心に対して名目上放物線形状を持つ屈折率分布型プロファイルを有し、
屈折率分布型プロファイルを持つそのような各コアは同じ傾きgを有し、
前記光ファイバはloptあるいはその整数倍に名目上等しい長さを有し、さもなければ、
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