JP2022549766A

JP2022549766A - 光ファイバーを結合する方法および光学カプラー

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Publication number: JP2022549766A
Application number: JP2022511025A
Authority: JP
Inventors: マット‐ブレトン，チャールズ; ラロシェル，ソフィー; デュバル，シモン; ヴァリー，レアル; ベルニエール，マーティン
Original assignee: ユニバーシテラバル
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-11-29
Also published as: EP4018235A4; KR20220045973A; US20220276443A1; IL290165A; CA3148286A1; WO2021030911A1; CN114503002A; EP4018235A1

Abstract

第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する方法が説明されている。本方法は、一般的に、第１の光ファイバーの自由端部、第２の光ファイバー、および液体を、結合領域内で互いに極めて近接した状態にするステップを有しており、第１の光ファイバーの自由端部は、限界寸法を下回る寸法を有しており、第１の光ファイバーの自由端部は、前記液体中で移動して、所与の結合長さに沿って第２の光ファイバーに接触し、前記接触は、第１の光ファイバーの自由端部と第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する。

Description

本改善は、一般に、光ファイバーに関し、より具体的には、光ファイバーを互いに光学的に結合することに関する。

いくつかのタイプの光学カプラーでは、より小さい１つの光ファイバー、たとえば、ファイバーテーパなどが、より大きい光ファイバーに光学的に結合されることとなり、または、その逆もまた同様であり、その結果、光ファイバーの中を伝播する光信号が、可能な限り最も高い効率で別の光ファイバーに転送される。そのような状況では、より小さい光ファイバーとより大きい光ファイバーとの間の連続的で光学的な結合に有利に働く様式で、より小さい光ファイバーをより大きい光ファイバーに持って行くことが、困難である可能性がある。より小さい光ファイバーをより大きい光ファイバーに光学的に結合する既存の方法は、一般的に、より小さい光ファイバーおよびより大きい光ファイバーを張力下において互いに並べて位置決めすることからなる。張力が両方の光ファイバーに維持されている間に、より小さい光ファイバーおよびより大きい光ファイバーは、互いに接触させられ、次いで、互いに融着されるかまたはその他の方法で接着され、それによって、２つのファイバーの間の光学的な結合を固定する。光ファイバーを互いに光学的に結合する既存の方法は、ある程度は満足のいくものであるが、改善の余地が残っている。

より小さい光ファイバーとより大きい光ファイバーとに張力をかけること、それらを融着すること、および／もしくは、それらを操作することに関連付けられるリスクを低減させながら、より小さい光ファイバーをより大きい光ファイバーに光学的に結合すること、もしくは、その逆を行うこと、ならびに／または、一方の光ファイバーから他方の光ファイバーへの光信号の転送の効率を改善することへの必要性が存在していることが見出された。

本開示の第１の態様によれば、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する方法であって、方法は、第１の光ファイバーの自由端部、第２の光ファイバー、および液体を、結合領域内で互いに極めて近接した（close proximity）状態にするステップを含み、第１の光ファイバーの自由端部は、限界寸法（critical dimension）
を下回る寸法を有しており、第１の光ファイバーの自由端部は、前記液体中で移動して、所与の結合長さに沿って第２の光ファイバーに接触し、前記接触は、第１の光ファイバーの自由端部と第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する、方法が提供される。

さらに本開示の第１の態様によれば、極めて近接した状態にする前記ステップの間に、第２の光ファイバーは、たとえば、張力下にないことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、極めて近接した状態にする前記ステップは、たとえば、自由端部および第２の光ファイバーを、結合領域内で互いに極めて近接した状態にし、次いで、前記結合領域内に液体を注入するステップを含むことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、方法は、たとえば、前記液体が蒸発した後に、第１の光ファイバーの自由端部と第２の光ファイバーとを互いに接着するステップをさらに含むことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、方法は、たとえば、極めて近接した状態にする前記ステップの前に、第１の光ファイバーにテーパを付け、ダウンテーパ部分とアップテーパ部分との間に延在するウエスト部分を残すステップと、ダウンテーパ部分およびアップテーパ部分のうちの一方を第１の光ファイバーから除去して、ウエスト部分を自由にし、それによって、第１の光ファイバーの自由端部として作用するステップとをさらに含むことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、方法は、たとえば、極めて近接した状態にする前記ステップの間に、第２の光ファイバーに張力をかけるステップをさらに含むことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、前記移動は、たとえば、第１の光ファイバーの自由端部が第２の光ファイバーに螺旋状に巻き付くことを含むことが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、極めて近接した状態にする前記ステップは、たとえば、第１の光ファイバーの自由端部の自由先端部につながる方向に徐々に実施され得る。

さらに本開示の第１の態様によれば、液体は、たとえば、アルコールとすることが可能である。

さらに本開示の第１の態様によれば、第１および第２の光ファイバーは、たとえば、異種材料から作製され得る。

さらに本開示の第１の態様によれば、第１の光ファイバーは、たとえば、シリカから作製され得、第２の光ファイバーは、たとえば、低フォノンエネルギーガラス（low phonon energy glass）から作製され得る。

さらに本開示の第１の態様によれば、第１の光ファイバーの自由端部の寸法は、たとえば、第２の光ファイバーの寸法を下回っていることが可能である。

本開示の第２の態様によれば、第１の光ファイバーと、第１の光ファイバーに光学的に結合されている第２の光ファイバーとを備える光学カプラーであって、第１の光ファイバーは、限界寸法を下回る寸法を有する自由端部を有しており、第１の光ファイバーの自由端部は、所与の結合長さに沿って第２の光ファイバーに接触し、それによって、光学的な結合を提供する、光学カプラーが提供される。

さらに本開示の第２の態様によれば、光学カプラーは、たとえば、所与の結合長さに沿って自由端部および第２の光ファイバーの上にプロテクターをさらに備えることが可能であり、自由端部は、たとえば、前記プロテクターの下に、劈開切断された端面を備えた自由先端部を有している。いくつかの実施形態において、プロテクターは、前記自由端部の上に部分的に延在することが可能であり、それは、前記自由端部の先端部が前記プロテクターによってカバーされていないままにすることが可能である。

さらに本開示の第２の態様によれば、プロテクターは、たとえば、第１および第２の光ファイバーの屈折率よりも低い屈折率を有するポリマーから作製され得る。

さらに本開示の第２の態様によれば、第１および第２の光ファイバーは、たとえば、異種材料から作製され得る。

さらに本開示の第２の態様によれば、第１の光ファイバーは、たとえば、シリカから作製され得、第２の光ファイバーは、たとえば、低フォノンエネルギーガラスから作製され得る。

さらに本開示の第２の態様によれば、自由端部および第２の光ファイバーは、たとえば、所与の結合長さに沿って互いに融着され得、自由端部は、丸みを帯びた端面を備えた自由先端部を有している。

さらに本開示の第２の態様によれば、自由端部は、たとえば、第２の光ファイバーに巻き付けられ得る。いくつかの実施形態において、自由端部は、複数の巻回にわたって第２の光ファイバーに巻き付けられ得、巻回の数は、少なくとも０．２５であり、好ましくは、少なくとも０．５であり、最も好ましくは、少なくとも１．０である。

さらに本開示の第２の態様によれば、第２の光ファイバーの自由端部は、たとえば、所与の長さの閾値を上回る長さを有することが可能である。

さらに本開示の第２の態様によれば、第１の光ファイバーの自由端部の寸法は、たとえば、第２の光ファイバーの寸法を下回っていることが可能である。

また、従来のガラス加工プラットフォームを必ずしも使用することなく、より小さい光ファイバーをより大きい光ファイバーに光学的に結合する際に必要性が存在していることが見出された。典型的に、そのようなガラス加工プラットフォームは、光ファイバーを１つにまとめ、次いで、それらを互いに融着する。そのようなガラス加工プラットフォームは、いくつかの状況において有用であるが、それらは、コストがかかり、操作するのが難しく、および／または、修理目的のために顧客を引き継ぐのに面倒である可能性がある。そのうえ、異なる材料の光ファイバーが互いに光学的に結合されることとなるケースでは、これらのガラス加工プラットフォームは、一般的に適していない。その理由は、異なる融点は、光ファイバーのうちの一方が所望の温度まで加熱されるときに、他方の光ファイバーがすでに不可逆的に溶融および／または燃焼される可能性があることを暗示するからである。したがって、上述の方法を使用して、より小さい光ファイバーおよびより大きい光ファイバーが互いに光学的に結合され、液体が結合領域から蒸発すると、光ファイバーは、融着される代わりに、および／または、融着されるのに加えて、互いに接着され得る。

本開示の第３の態様によれば、ファイバーベースのレーザー（fiber-based laser）および／または増幅器のためのポンプコンバイナー（pump combiner）としての、上記に定義されているような光学カプラーの使用が提供される。そのような光学カプラーは、通信ネットワーク内でまたはファイバーベースのレーザーおよび／もしくは増幅器内で使用されるアクティブな光ファイバー内へのポンプビーム（pump beam）の光学的な結合を可能にすることができる。より具体的には、本明細書で提示されている方法は、複雑な機械的なステップまたは加熱ステップなしで、高い結合効率を有するポンプコンバイナーの迅速で信頼性の高い製作を可能にすることができる。本明細書で提示されている方法は、光ファイバーの巧妙な操作の量を低減させることが可能であり、それは、光ファイバーが操作されるときに、光ファイバーのうちのいずれか１つを破壊するリスクを低減させることが可能である。典型的な融着されたファイバーコンバイナー（fiber combiner）は、受信用光ファイバーの形状を乱す傾向があり、それは、特に、受信用光ファイバーのコアがクラッディング表面の近くにあるときに、光ファイバー通信システムの性能を減少させる可能性がある。また、本明細書で提示されている方法は、著しく異なる溶融温度を有し（たとえば、約２０００℃の溶融温度を有するシリカベースのガラス、および、約３００℃の溶融温度を有するフッ化物ベースのガラス）、したがって、既存の技術を使用して満足のいくように互いに融着されることのできない、異種の光ファイバー同士の間の光学的な結合を可能にすることができる。したがって、本明細書で提示されている方法は、電磁スペクトルの紫外線領域から中赤外線領域で送信することができるそのような特殊ファイバー（たとえば、フッ化物ガラスファイバーなどのような低フォノンエネルギーガラス）を使用する全ファイバーポンプコンバイナー（all-fiber pump combiner）の製作を可能にすることができ、依然として、これらのファイバーのための、複雑で嵩張り、壊れやすく、非効率的で高価なポンプ組み合わせシステムの使用を回避することが可能である。

本改善に関する多くのさらなる特徴およびその組み合わせが、本開示を読んだ後に、当業者に明らかになることとなる。

１つまたは複数の実施形態による、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに光学的に結合する方法の例のステップを示す図であり、第１の光ファイバーは、第２の光ファイバーの寸法よりも小さい寸法を有している、図である。１つまたは複数の実施形態による、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに光学的に結合する方法の例のステップを示す図であり、第１の光ファイバーは、第２の光ファイバーの寸法よりも小さい寸法を有している、図である。１つまたは複数の実施形態による、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに光学的に結合する方法の例のステップを示す図であり、第１の光ファイバーは、第２の光ファイバーの寸法よりも小さい寸法を有している、図である。１つまたは複数の実施形態による、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに光学的に結合する方法の例のステップを示す図であり、第１の光ファイバーは、第２の光ファイバーの寸法よりも小さい寸法を有している、図である。１つまたは複数の実施形態による、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに光学的に結合する方法の例のステップを示す図であり、第１の光ファイバーは、第２の光ファイバーの寸法よりも小さい寸法を有している、図である。１つまたは複数の実施形態による、受信用光ファイバーの例の概略図である。１つまたは複数の実施形態による、供給用光ファイバーの例の概略図である。１つまたは複数の実施形態による、テーパを付けた後の図２Ｂの供給用光ファイバーの断面図であり、ダウンテーパ部分とアップテーパ部分との間に延在するウエスト部分を示す図である。１つまたは複数の実施形態による、アップテーパ部分の除去の後の図３Ａのテーパ付きの供給用光ファイバーの断面図であり、その自由端部を示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、液体を使用して、結合領域内で、図２Ａの受信用光ファイバーを、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部に光学的に結合する方法の例のステップを示す図である。１つまたは複数の実施形態による、光学カプラーの例の概略図であり、受信用光ファイバーおよびテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部が、結合領域内で互いに接着されている、図である。１つまたは複数の実施形態による、光学カプラーの例の概略図であり、受信用光ファイバーおよびテーパ付きの供給用光ファイバーの自由端部が、結合領域内で互いに融着されている、図である。

図１Ａから図１Ｅは、第１の光ファイバー１０を第２の光ファイバー１２に光学的に結合する方法の例を図示しており、そこでは、第１の光ファイバー１０は、第１の寸法Ｄ_１を有しており、第１の寸法Ｄ_１は、第２の光ファイバー１２の第２の寸法Ｄ_２よりも小さい。

いくつかの実施形態において、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、同様の公称寸法、たとえば、第２の寸法Ｄ_２を有している。そのような実施形態では、第１の光ファイバー１０は、光学的な結合の目的のために、第１の寸法Ｄ_１まで下げるようにテーパを付けられ得る。いくつかの他の実施形態において、第１の光ファイバー１０は、第２の光ファイバー１２の第２の寸法Ｄ_２よりも小さい公称寸法を有することが可能である。光ファイバーが円形の断面形状のものである実施形態では、寸法は、それぞれの光ファイバーの直径とすることが可能であることが留意される。しかし、いくつかの他の実施形態において、光ファイバーは、円形の断面形状を有していなくてもよい。たとえば、光ファイバーは、多角形の断面形状、不規則な断面形状、または、任意の他の適切な断面形状を有することが可能である。

いずれのケースでも、第１の寸法Ｄ_１は、限界寸法Ｄ_ｃよりも小さい。限界寸法Ｄ_ｃは、実施形態ごとに変化することが可能であり、限界寸法Ｄ_ｃは、一般的に、それより下方では、第１の光ファイバー１０の自由端部１４が、液体１６中にあるときに、第２の光ファイバー１２の上を自由に移動およびスライドすることとなる寸法として定義される。いくつかの実施形態において、限界寸法Ｄ_ｃは、５０μｍを下回り、好ましくは、３５μｍを下回り、最も好ましくは、２０μｍを下回る。限界寸法Ｄ_ｃは、第１の光ファイバー１０に依存している。たとえば、限界寸法Ｄ_ｃは、第１の光ファイバー１０の形状および／または材料に依存し得る。

図１Ａに示されているように、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、結合領域１８内の液体１６とともに、互いに光学的に結合されることとなる。より具体的には、図１Ｂは、第１の光ファイバー１０の自由端部１４、第２の光ファイバー１２、および液体１６が、結合領域１８内で互いに極めて近接した状態にされるときに、第１の光ファイバー１０の自由端部１４が、液体１６中で移動し、図１Ｃに示されているように、部分的な結合長さＬ_ｐに沿って、第２の光ファイバー１２に接触し、図１Ｄに示されているように、結合長さＬ_ｃにつながることを示している。ここで、液体１６が蒸発するときに、結合長さＬ_ｃに沿って形成されている接触が、第１の光ファイバー１０の自由端部１４と第２の光ファイバー１２とを互いに光学的に結合し、その結果が、図１Ｅに示されている。結合長さＬ_ｃは、いくつかの実施形態において、５ｍｍから１００ｍｍの間で変化することが可能である。いくつかの他の実施形態において、結合長さＬ_ｃは、少なくとも１００ｍｍとすることが可能であり、好ましくは、少なくとも２００ｍｍ以上とすることが可能である。いくつかの実施形態において、接触は、結合領域１８内で少なくとも自由端部１４と第２の光ファイバー１２とを互いに融着するかまたは接着するかのいずれかによって、恒久的に固定される。代替的に、接触は、結合領域１８内で少なくとも自由端部１４と第２の光ファイバー１２とを互いに融着および接着の両方をすることによって、恒久的に固定され得る。

図１Ｂおよび図１Ｃに最良に示されているように、自由端部１４と第２の光ファイバー１２との間に形成される接触は、第１の光ファイバー１０の自由端部１４の自由先端部２２につながる方向２０に沿って徐々に形成され得る。しかし、いくつかの他の実施形態において、接触は、反対方向に沿って形成され、または、同時に、結合長さＬ_ｃ全体に沿って形成され得る。

自由端部１４、第２の光ファイバー１２、および液体１６が結合領域１８内に持ち込まれる順序は、実施形態ごとに変化することが可能であることが意図されている。たとえば、自由端部１４および第２の光ファイバー１２は、最初に、結合領域１８内で互いに極めて近接した状態にされ得、次いで、液体１６が、結合領域１８内に注入され得る。液体１６は、ピペット（たとえば、ｍＬピペット、液体噴霧デバイス）または任意の他の液体注入装置を使用して注入され得る。いくつかの他の実施形態において、液体１６が、最初に、自由端部１４の上に注入され得、次いで、自由端部１４は、結合領域１８内で第２の光ファイバー１２に極めて近接した状態にされる。代替的にまたは追加的に、液体１６は、最初に、第２の光ファイバー１２の上に注入され得、次いで、第２の光ファイバー１２は、結合領域１８内で自由端部１４に極めて近接した状態にされる。

液体のタイプおよびその体積は、実施形態ごとに変化することが可能である。たとえば、液体１６の例は、アルコール（たとえば、イソプロパノールおよびアセトンなど）、溶媒（たとえば、トルエン、水など）、および、任意の他の清浄な液体を含むことが可能である。いくつかの実施形態において、アルコールは、それが速乾性の液体であるので好適であるが、しかし、任意の他の速乾性の液体も使用され得る。また、使用される液体の体積は、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２の第１の寸法Ｄ_１および第２の寸法Ｄ_２に基づいて、ならびに、結合長さＬ_ｃに基づいて変化することが可能である。液体１６の蒸発時間は、使用される液体のタイプに依存することが可能であり、また、その体積に依存することが可能である。

第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、異なる幾何学形状を有することが可能である。また、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、それに限定されないが、シングルクラッド光ファイバー、ダブルクラッド光ファイバー、マルチクラッド光ファイバー、コアレス光ファイバー、ユニコア光ファイバー、およびマルチコア光ファイバー、ならびに／または、任意の適切な特殊光ファイバーを含む、異なるタイプのものとすることが可能である。また、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、それに限定されないが、ｄ字形状、円形、および八角形を含む、任意の適切な形状の同様のまたは異種の断面を有することが可能である。第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２のそれぞれは、実施形態に応じて、１つの、ゼロの、またはいくつかのコアを有することが可能である。認識され得るように、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、いくつかの実施形態において、同様の材料から作製され得る。たとえば、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、両方ともシリカベースのガラスから作製されるか、または、低フォノンエネルギーガラスから作製され得る。いくつかの他の実施形態において、第１の光ファイバー１０および第２の光ファイバー１２は、異種材料から作製され得る。たとえば、第１の光ファイバー１０は、シリカベースのガラス（約２０００℃の溶融温度を有する）から作製され得、第２の光ファイバー１２は、低フォノンエネルギーガラス（約３００℃の溶融温度を有する）から作製され得、または、その逆もまた同様に可能である。

本開示において、「低フォノンエネルギーガラス」という表現は、シリカベースのガラスのフォノンエネルギーよりも低い（すなわち、８００ｃｍ^－１よりも低い）最大フォノンエネルギーを有する任意のガラスを包含することが意図されている。低フォノンエネルギーガラスから作製された光ファイバーは、一般的に、紫外線（たとえば、１０ｎｍから４００ｎｍ）から中赤外線領域（すなわち、２．５μｍからより長い波長）の範囲にある透過率ウィンドウを有しており、それは、高フォノンエネルギーガラス（たとえば、シリカベースのガラスなど）から作製されたファイバーとは異なり、高フォノンエネルギーガラスは、むしろ、近赤外線（たとえば、２．４μｍまで）の所与の部分の中のみに透過率ウィンドウを示す。当然のことであるが、低フォノンエネルギーガラスから作製されたファイバーを使用することは、中赤外線の中の波長における光子が、ファイバーに対応する長さに沿って伝播することを可能にし、それは、高フォノンエネルギーガラスのファイバーとは対照的である（それは、その代わりに、これらの光子の伝播を防止する）。したがって、本明細書で説明されている方法は、電磁スペクトルの中赤外線領域の中で動作することを意図した光学デバイスにとって、特に有用である可能性がある。低フォノンエネルギーガラスの例は、フッ化物ベースの、カルコゲニドベースの、カルコハライドベースの、または、テルル化物ベースのガラスを含む。いくつかの状況において、いくつかの酸化物ガラス（たとえば、テルライトベースのガラス）が、低フォノンエネルギーガラスとして考えられ得る。たとえば、いくつかの実施形態において、低フォノンエネルギーガラスは、ＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ_４／ＨｆＦ_４、ＢａＦ_２、ＬａＦ_３、ＮａＦ、およびＡｌＦ_３）などのようなＺｒＦ_４を含む組成を有するフッ化ジルコニウムガラスである。いくつかの他の実施形態において、低フォノンエネルギーガラスは、ＩｎＦ_３を含む組成を有するフッ化インジウムガラスである。代替的な実施形態において、低フォノンエネルギーガラスは、ＡｌＦ_３を含む組成を有するフッ化アルミニウムガラスである。さらなる実施形態において、低フォノンエネルギーガラスは、Ａｓ_２Ｓ_３、Ａｓ_２Ｓｅ_３、ＡｓＴｅ、ＡｓＳＳｅ、ＡｓＳＴｅ、ＧａＬａＳ、ＧｅＡｓＳ、またはＧｅＡｓＳｅなどを含む組成を有するカルコゲナイドガラスである。中赤外線の中の透過率ウィンドウを有する任意の他の適切な低フォノンエネルギーガラスが使用され得る。

図２Ａから図４Ｆは、第１の光ファイバーを第２の光ファイバーに結合する方法の別の例を示している。この例では、第１の光ファイバーは、供給用光ファイバー１１０、すなわち、光信号（たとえば、ポンプ信号）を第２の光ファイバーの中へ供給することを意図した光ファイバーである。さらにこの例では、第２の光ファイバーは、受信用光ファイバー１１２、すなわち、供給用光ファイバー１１０から光信号を受信することを意図した光ファイバーである。図２Ａおよび図２Ｂに示されている特定の例に示されているように、供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２のそれぞれは、クラッディング１３２によって取り囲まれたコア１３０を有しており、そして、クラッディング１３２は、コーティング１３４の１つまたはいくつかの層（典型的に、ポリマーから作製されている）によって取り囲まれている。これらの図に示されているように、供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２は、同様の公称寸法Ｄ_０を有している。この実施形態では、供給用光ファイバー１１０は、コア１３０を有しているが、いくつかの他の実施形態において、供給用光ファイバー１１０は、コアレスとすることが可能である。この実施形態では、受信用光ファイバー１１２は、単一のコアを有しているが、受信用光ファイバー１１２は、複数のコアを有することが可能である。

図３Ａは、供給用光ファイバー１１０が、所与の領域１３６に沿ってコーティングされておらず、次いで、テーパを付けられており、ダウンテーパ部分１４０とアップテーパ部分１４２との間に延在するウエスト部分１３８を残していることを示している。テーパを付けることは、供給用光ファイバー１１０を加熱することによって、および、両方の端部を引っ張ることによって行われ得る。供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４を取得するために、ダウンテーパ部分１４０およびアップテーパ部分１４２のうちの１つが、供給用光ファイバー１１０から除去され得る。たとえば、図３Ｂに示されているように、供給用光ファイバー１１０は、ウエスト部分１３８およびアップテーパ部分１４２の接合部に近接して、単純に切断されるかまたはその他の方法で劈開される。好ましくは、供給用光ファイバー１１０は、アップテーパ部分１４２のほとんど（または、最も好ましくは、全体）を除去するように切断される。アップテーパ部分１４２の一部分を残すことは、自由端部１１４の端部において、望ましくない重量を結果として生じさせる可能性があり、それによって、液体中にあるときに、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４の自由な移動を妨げることが見出された。しかし、アップテーパ部分１４２のそのような一部分は、いくつかの実施形態において、望ましくない重量が所与の望ましくない重量の閾値を下回る限りにおいて、ウエスト部分１３８の端部において、自立した状態のままになっていることが可能である。好ましくは、自由端部１１４の先端部は、ダウンテーパ部分１４０またはウエスト部分１３８のいずれかの中に存在し、先端部における望ましくない重量を回避する。ウエスト部分１３８に沿ってどこかで供給用光ファイバー１１０を切断することも、同様に満足できる可能性がある。いくつかの実施形態において、ウエスト部分１３８は、所与の長さの閾値よりも長くなっている。

図４Ａから図４Ｆは、液体１１６を使用して、結合領域１１８内で、図２Ａの受信用光ファイバー１１２を、図３Ｂのテーパ付きの供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４に光学的に結合する方法の例のステップを示している。

図４Ａに示されているように、受信用光ファイバー１１２のコーティング１３４が、受信用光ファイバーの所与の部分に沿って除去される（以降では、「コーティングされていない部分１５０」と称される）。コーティングされていない部分１５０は、いくつかの実施形態において、１５ｃｍまで延在する長さを有することが可能である。示されているように、受信用光ファイバー１１２は、その軸線方向の配向に沿って張力をかけられている。より具体的には、この実施形態では、受信用光ファイバー１１２の依然としてコーティングされている端部が、たとえば、テープ１５４を使用して、別個の表面１５２の上に固定される。受信用光ファイバー１１２の中に張力を働かせることは、受信用光ファイバー１１２が安定した状態に保たれることが可能であるので、他の操作を容易にすることが可能である。

図４Ｂに示されているように、供給用光ファイバー１１０の依然としてコーティングされている部分が、たとえば、別のテープ１５４’を使用して、受信用光ファイバーと並んで表面１５２のうちの１つに固定される。この位置において、テーパ付きでない部分１５６、ダウンテーパ部分１４０、およびウエスト部分１３８は、受信用光ファイバー１１２と並んで部分的に自立している供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４を集合的に形成する。供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２は、互いに近くに維持されるべきである。示されているように、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４は、このポイントにおいて何にも固定されていないので、自由端部１１４は、空中にぶら下がっている。

上記に議論されているように、および、図４Ｃに示されている、液体１１６が、結合領域１１８（このケースでは、ダウンテーパ部分１４０とウエスト部分１３８との間の接合部に近接して位置付けされている）内に注入され得、それによって、供給用光ファイバー１１０のウエスト部分１３８が受信用光ファイバー１１２に向けて移動することを引き起こす。いくつかの実施形態において、液体１１６が第１の方向１２０に沿って徐々に注入され、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４の自由先端部１２２につながるときに、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４は、第２の光ファイバー１１２に自分自身を螺旋状に巻き付けることが見出された。そのような巻き付けに有利に働くようにするために、所望の巻回の数にわたって、自由端部１１４が第２の光ファイバー１１２にそれ自身を螺旋状に巻き付けるまで、往復シーケンスで液体１１６を注入すること（第１の方向１２０に沿って、次いで、図４Ｄに示されているように、反対方向１６０に液体１１６を注入することなどを含む）が好都合であることが見出された。いくつかの実施形態において、所望の巻回の数は、少なくとも０．２５であり、好ましくは、少なくとも０．５であり、最も好ましくは、少なくとも１．０とすることが可能である。たとえば、いくつかの好適な実施形態において、所望の巻回の数は、２回から４回まで変化する。そのような投げ縄タイプの巻き付けは、自由端部１１４と受信用光ファイバー１１２との間の満足のいく接触に有利に働く。図４Ｆは、液体１１６が蒸発すると（それは、数分を必要とする可能性がある）、本明細書で説明されている方法にしたがって、互いに光学的に結合される供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２を示している。自由端部１１４が受信用光ファイバー１１２に自分自身を螺旋状に巻き付けること、ならびに、その後に、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４と受信用光ファイバー１１２との間に作用する摩擦および／または分子間力に起因して、それがそのように留まることが仮定される。自由端部１１４が受信用光ファイバー１１２に自分自身を巻き付ける方式は、少なくともいくつかの状況において有利である可能性がある。たとえば、供給用光ファイバー１１０および／または受信用光ファイバー１１２がマルチコア（たとえば、クラッディングの中に円周方向に分配されている複数のコア）を有する実施形態では、巻き付けは、コアのそれぞれ１つを他の光ファイバーのより近くに持って行くことが可能であり、そして、それは、結果として生じる光学カプラーの結合効率を強化することが可能である。いくつかの実施形態において、供給用光ファイバー１１０が結合領域１１８内に持ち込まれるときに、受信用光ファイバー１１２も、張力がなく、張力下になく、または、その他の方法で緩んでいる。いくつかの他の実施形態において、供給用光ファイバー１１０の自由端部１１４は、受信用光ファイバー１１２に巻き付かなくてもよい。たとえば、自由端部１１４は、少なくとも受信用光ファイバー１１２の所与の部分に沿って、受信用光ファイバー１１２に対して平行になっていることが可能である。

光学的な結合が満足のいくものであることを検証するために、結合効率テストが実施され得る。結合効率が満足のいくものでない場合には、供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２は、互いから分離され得、結合効率が満足のいくものであると見なされるまで、方法が繰り返され得る。

図５は、光学カプラー２００の一部分を示しており、そこでは、結合領域１１８に沿って、プロテクター２６２（たとえば、接着剤、ポリマー（たとえば、ＣｙｔｏｐＣＴＸ－１０９ＡＥ、ＤｅｆｅｎｓａＥＸＰＯＰ－２５５）、ガラス、または、任意の他の保護材料など）を適用することによって、供給用光ファイバー２１０の自由端部２１４と受信用光ファイバー２１２との間の接触が固定されている。そのような実施形態では、自由端部２１４の自由先端部２２２は、その劈開切断された端面２６４を保存する。劈開切断された端面２６４は、実施形態に応じて、規則的な切断部または不規則な切断部とすることが可能である。図示されている実施形態において、劈開切断された端面２６４は、プロテクター２６２の下にある。しかし、いくつかの他の実施形態では、劈開切断された端面２６４は、プロテクター２６２の下になくてもよい。その理由は、プロテクター２６２が自由端部２１４を部分的にのみカバーすることが可能であるからである。いくつかの実施形態において、接着剤および／またはポリマーは、供給用光ファイバー２１０および受信用光ファイバー２１２の屈折率よりも低い屈折率を有し、光ファイバーの中に閉じ込められてその中を伝播する光をガイドし、結合効率を向上させることが可能である。しかし、いくつかの他の実施形態において、接着剤および／またはポリマーの屈折率は、供給用光ファイバー２１０および受信用光ファイバー２１２の屈折率に等しいかまたはそれよりも大きくなっていることが可能である。いくつかの実施形態において、ポリマーは、ＵＶ硬化性とすることが可能である。いくつかの他の実施形態において、プロテクターは、供給用光ファイバー２１０および受信用光ファイバー２１２を互いに挟み込む２つのガラススライドの形態で提供され得る。いくつかの実施形態において、２つのガラススライドに加えて、ポリマーが、同様に使用され得る。この特定の実施形態に示されているように、プロテクター２６２は、ヒートシンク２６３と物理的に接触していることが可能である。

たとえば、たとえば、図４Ｆ（接着剤またはポリマーを備えない）に示されているように、供給用光ファイバー１１０および受信用光ファイバー１１２が光学的に結合されている光学カプラーは、約～９２％の結合効率を実現し、一方では、図５の光学カプラー２００は、約～９５％の結合効率を実現した。

時間がかからないことに加えて、そのようなヒューズレス光学カプラーは、受信用光ファイバーの形状が保存されることとなる用途において、たとえば、光学通信用途などにおいて、および、それらの異なる溶融温度に起因して互いに融着されることができない異なる材料の２つのファイバーの間で光が光学的に結合されることとなる用途において、有用であることが見出された。

図６は、代替的な光学カプラー３００を示しており、そこでは、自由端部３１４および受信用光ファイバー３１２を互いに融着することによって、供給用光ファイバー３１０の自由端部３１４と受信用光ファイバー３１２との間の接触が固定されている。そのような実施形態では、自由端部３１４の自由先端部３２２は、少し溶融されており、したがって、たとえば、丸みを帯びた端面３６６を備えた溶融されたような外観を有している。いくつかの実施形態において、自由端部３１４の一部分のみが、受信用光ファイバー３１２に融着され、それによって、劈開切断された端面を備えた自由先端部３２２を残すことが可能である。

そのような光学カプラーは、クラッディングポンプファイバーレーザーおよびファイバー増幅器に応用される。これらのレーザーにおいて、ファイバーコアは、活性イオンを含有しており、エネルギーが活性イオンに提供され、それらを励起された状態に置かなければならず、それは、レーザーまたは増幅器のためのゲインを提供することとなる。エネルギーは、より低い波長のポンプレーザーによって提供され得る。高出力のマルチコアまたはマルチ材料ファイバーレーザーまたは増幅器のケースでは、ファイバークラッディングの中にポンプを注入することが有益である可能性がある。そのような光学カプラーは、クラッディングの中にポンプを注入するための手段を提供し、それは、非常に良好な効率を有しており、単純であり、使用しやすく、マルチコアファイバーおよび異なるファイバー材料間の結合（たとえば、シリカ供給用ファイバーからフッ化物受信用ファイバーへ）と互換性がある。

いくつかの実施形態において、ダウンテーパ部分の長さは、少なくとも４．０ｃｍであり、好ましくは、少なくとも５．０ｃｍであり、最も好ましくは、少なくとも７．０ｃｍとすることが可能である。ウエスト部分の長さは、少なくとも１．０ｃｍであり、好ましくは、少なくとも２．０ｃｍであり、最も好ましくは、少なくとも４．０ｃｍとすることが可能である。いくつかの実施形態において、ウエスト部分の直径は、１５μｍから４４μｍの間の範囲にあることが可能である。これらの例示的な値は、単なる例として提供されている。その理由は、いくつかの他の実施形態において、ダウンテーパ部分の長さ、ウエスト部分の長さ、およびその寸法に関する他の寸法も使用され得るからである。いくつかの実験を考慮すると、ダウンテーパ部分の長さを増加させることによって、および、ウエスト部分の直径を低減させることによって、向上した結合効率につながることが可能であることが見出された。

光学カプラー－例１
光学カプラーは、シリカベースのガラスから作製されたコアレス光ファイバー、ならびに、７５ｍｍの長さおよび２．０ｃｍの長さを有するダウンテーパ部分を、シリカベースのガラスから作製されたダブルクラッド光ファイバー（ウエスト部分に関して２２μｍの直径を有する）に光学的に結合することによって形成された。接触は、低屈折率ポリマーを使用して固定された。約～９２％の結合効率が、このカプラーによって実現された。

光学カプラー－例２
光学カプラーは、シリカベースのガラスから作製されたコアレス光ファイバー、および、７５ｍｍの長さを有するテーパを、低フォノンエネルギーガラスから（および、より具体的には、ＺＢＬＡＮから）作製されたダブルクラッド光ファイバーに光学的に結合することによって形成された。接触は、低屈折率ポリマーを使用して固定された。約～９０％の結合効率が、このカプラーによって実現された。

光学カプラー－例３
全ファイバー－シリカ－ツー－フッ化物ガラスファイバーコンバイナー（all-fiber-silica-to-fluoride glass fiber combiner）が、シリカベースのガラスから作製されたコアレス光ファイバー（９０ｍｍの長さを有するコアレスファイバーテーパがそれに融着接続されている）を、７％エルビウムがドープされたＺＢＬＡＮから作製されたダブルクラッド光ファイバーに光学的に結合することによって形成された。接触は、低屈折率ポリマーを使用して固定された。約～９０％の結合効率が、このカプラーによって実現された。

理解され得るように、上記に説明されて図示されている例は、単なる例示的なものであることを意図している。たとえば、供給用光ファイバーは、いくつかの実施形態において、受信用光ファイバーのクラッディングに光学的に結合されることとなることが認識され得る。いくつかの実施形態において、液体は布を使用して簡単に除去され得るので、液体は、受信用光ファイバーと供給用光ファイバーとを互いに接着および／または融着する前に、蒸発される必要はない。そのうえ、いくつかの実施形態において、供給用光ファイバーは、ダウンテーパ部分に沿っていくつかのポイントにおいて切断され、それによって、ダウンテーパ部分、ウエスト部分、およびアップテーパ部分の一部分を除去することが可能である。そのような実施形態では、供給用光ファイバーの自由端部は、その寸法が限界寸法を下回る限りにおいて、液体中で受信用光ファイバーに向けて移動することが可能である。第１および第２の光ファイバーは、横方向の配向に沿って互いに向けて近付けられ得ることが予期される。より具体的には、いくつかの他の実施形態において、第１および第２の光ファイバーは、斜めに互いに向けて近付けられ得る。範囲は、添付の特許請求の範囲によって示されている。

１０第１の光ファイバー
１２第２の光ファイバー
１４自由端部
１６液体
１８結合領域
２０方向
２２自由先端部
１１０供給用光ファイバー
１１２受信用光ファイバー
１１４自由端部
１１６液体
１１８結合領域
１２０第１の方向
１２２自由先端部
１３０コア
１３２クラッディング
１３４コーティング
１３６所与の領域
１３８ウエスト部分
１４０ダウンテーパ部分
１４２アップテーパ部分
１５０コーティングされていない部分
１５２表面
１５４テープ
１５４’ 別のテープ
１５６テーパ付きでない部分
１６０反対方向
２００光学カプラー
２１０供給用光ファイバー
２１２受信用光ファイバー
２１４自由端部
２２２自由先端部
２６２プロテクター
２６３ヒートシンク
２６４劈開切断された端面
３００光学カプラー
３１０供給用光ファイバー
３１２受信用光ファイバー
３１４自由端部
３２２自由先端部
３６６丸みを帯びた端面
Ｄ_０公称寸法
Ｄ_１第１の寸法
Ｄ_２第２の寸法
Ｄ_ｃ限界寸法
Ｌ_ｃ結合長さ
Ｌ_ｐ部分的な結合長さ

Claims

第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する方法であって、前記方法は、前記第１の光ファイバーの自由端部、前記第２の光ファイバー、および液体を、結合領域内で互いに極めて近接した状態にするステップを含み、前記第１の光ファイバーの前記自由端部は、限界寸法を下回る寸法を有しており、前記第１の光ファイバーの前記自由端部は、前記液体中で移動して、所与の結合長さに沿って前記第２の光ファイバーに接触し、前記接触は、前記第１の光ファイバーの前記自由端部と前記第２の光ファイバーとを互いに光学的に結合する、方法。
極めて近接した状態にする前記ステップの間に、前記第２の光ファイバーは、張力下にない、請求項１に記載の方法。
極めて近接した状態にする前記ステップは、前記自由端部および前記第２の光ファイバーを、前記結合領域内で互いに極めて近接した状態にし、次いで、前記結合領域内に前記液体を注入するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記液体が蒸発した後に、前記第１の光ファイバーの前記自由端部と前記第２の光ファイバーとを互いに接着するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
極めて近接した状態にする前記ステップの前に、前記第１の光ファイバーにテーパを付け、ダウンテーパ部分とアップテーパ部分との間に延在するウエスト部分を残すステップと、前記ダウンテーパ部分および前記アップテーパ部分のうちの一方を前記第１の光ファイバーから除去して、前記ウエスト部分を自由にし、それによって、前記第１の光ファイバーの前記自由端部として作用するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記ウエスト部分をさらに除去するステップであって、それによって、前記ダウンテーパ部分およびアップテーパ部分のうちの他方を残し、前記第１の光ファイバーの前記自由端部として作用する、ステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
極めて近接した状態にする前記ステップの間に、前記第２の光ファイバーに張力をかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記移動は、前記第１の光ファイバーの前記自由端部が前記第２の光ファイバーに螺旋状に巻き付くことを含む、請求項１に記載の方法。
極めて近接した状態にする前記ステップは、前記第１の光ファイバーの前記自由端部の自由先端部につながる方向に徐々に実施される、請求項１に記載の方法。
前記液体は、アルコールである、請求項１に記載の方法。
前記第１および第２の光ファイバーは、異種材料から作製されている、請求項１に記載の方法。
前記第１の光ファイバーは、シリカから作製されており、前記第２の光ファイバーは、低フォノンエネルギーガラスから作製されている、請求項１１に記載の方法。
前記第２の光ファイバーは、マルチコア光ファイバーである、請求項１に記載の方法。
前記第１の光ファイバーの前記自由端部の前記寸法は、前記第２の光ファイバーの寸法を下回っている、請求項１に記載の方法。
第１の光ファイバーと、前記第１の光ファイバーに光学的に結合されている第２の光ファイバーとを備える光学カプラーであって、前記第１の光ファイバーは、限界寸法を下回る寸法を有する自由端部を有しており、前記第１の光ファイバーの前記自由端部は、所与の結合長さに沿って前記第２の光ファイバーに接触し、それによって、光学的な結合を提供する、光学カプラー。
前記所与の結合長さに沿って前記自由端部および前記第２の光ファイバーの上にプロテクターをさらに備え、前記自由端部は、劈開切断された端面を備えた自由先端部を有している、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記プロテクターは、前記第１および第２の光ファイバーの屈折率よりも低い屈折率を有するポリマーおよびガラスのうちの少なくとも１つから作製されている、請求項１６に記載の光学カプラー。
前記プロテクターは、ヒートシンクと物理的に接触している、請求項１６に記載の光学カプラー。
前記第１および第２の光ファイバーは、異種材料から作製されている、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記第１の光ファイバーは、シリカから作製されており、前記第２の光ファイバーは、低フォノンエネルギーガラスから作製されている、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記自由端部および前記第２の光ファイバーは、前記所与の結合長さに沿って互いに融着されており、前記自由端部は、丸みを帯びた端面を備えた自由先端部を有している、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記自由端部は、前記第２の光ファイバーに巻き付けられている、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記第１の光ファイバーの前記自由端部は、所与の長さの閾値を上回る長さを有している、請求項１５に記載の光学カプラー。
前記第１の光ファイバーの前記自由端部の前記寸法は、前記第２の光ファイバーの寸法を下回っている、請求項１５に記載の光学カプラー。
ファイバーベースのクラッディングポンプレーザーおよび／または増幅器のためのポンプコンバイナーとしての、請求項１５から２４のいずれか一項に記載の光学カプラーの使用。