JP3875452B2 - モード変換器及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
技術分野
本発明は一般的には光回路網、より具体的には光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法に係る。
【０００２】
本発明の背景
データ通信及びその他の同様の用途に用いられる光回路網は既存の電気的回路網技術に比べ顕著な利点をもたらす。これらの利点の中で主なものは、電気的な同等の回路網よりはるかに速い速度である。この利点と、帯域といった他の利点により、広域回路網用途とともに、光回路網はオフィスビル、家庭及び他の部所中のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）用に、ますます取りつけられている。
【０００３】
ローカルエリアネットワークに関しては、しばしばそのような環境で用いられる光ファイバは、マルチモード光ファイバで、発光ダイオード（ＬＥＤ）が生じるデータが伝送される。そのような回路網によって同等の電気回路網よりはるかに速いデータ通信ができるが、発光ダイオードのデータ速度制限特性により、それらは一般にデータ速度が限られている。
【０００４】
それに対し、レーザは発光ダイオードよりはるかに速いデータ速度をもち、既存の光ローカルエリアネットワークで発光ダイオードと置きかえることが提案されてきた。しかし、既存のマルチモード光ファイバ回路網とともにレーザを用いることには問題がある。具体的には、マルチモード光ファイバを通して伝送する時、レーザはマルチモード光ファイバ中のすべてのモードを励起する訳ではないことである。このことは、マルチモード光回路網中で分枝又は分配するために受動スターカプラ又は同様のデバイスが用いられる時許容されない。スターカプラに出会った時、レーザ放射はしばしばスターカプラの様々な分枝に均一に分配されず、それによってある分枝では信号が損なわれる可能性がある。具体的には、シングルモード放射はマルチモードファイバ内で同じ相対モードのままでいる傾向があるため、光ファイバが傾斜屈折率マルチモードである時そのことがあてはまる。
【０００５】
本発明の要約
本発明により、光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法が実現する。簡単に言うと、アーキテクチャ内で、システムはシングルモード導波路の出力面からマルチモードの入力面まで延びる光伝搬路を含む。第１の球レンズ及び第２の球レンズが光路中に配置され、第１及び第２の球レンズ間に配置された光リンク間隙を有する。
【０００６】
本発明は光回路網中でモード変換するための方法を実現すると見ることができる。この点に関して、本方法は以下の工程によりおおよそ要約できる。シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面に延びる光路に沿ってレーザビームを伝送する工程、マルチモード光導波路中にマルチモードを励起するため、間に光リンク間隙を有する光路中に配置された第１の球レンズ及び第２の球レンズを用いて、レーザビームを操作する工程である。
【０００７】
本発明はそのようなシステム中の動作速度を増すため、既存のマルチモード光回路網とともに、高速レーザを用いてもよいという顕著な利点を含む。本発明の更に別の利点は、モード変換器の実施例を、既存の製作操作台を用いて操作してよいことである。本発明の様々な実施例の他の利点は、それが設計が単純で、使用しやすく、堅固で、信頼性があり、動作効率がよく、大量生産が容易に行えることである。
【０００８】
以下の図面及び詳細な記述を調べれば、当業者には本発明の他の特徴及び利点が明らかになるであろう。そのようなつけ加えるべき特徴及び利点は、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【０００９】
本発明の詳細な記述
図１を参照すると、本発明の実施例に従う光回路網（１００）が示されている。光回路網（１００）はシングルモード光ファイバ（１１３）を通してモード変換器（１１０）に光学的に結合されたレーザ源（１０３）を含む。レーザ源（１０３）は例えば１３００ナノメータあるいは同様のデバイスで実現される他の動作範囲の名目上の動作波長をもってよい。シングルモード光ファイバ（１１３）中にいくつかのループが形成され、それによってマンドレル（１１６）が形成され、それはクラッド中の好ましくない光伝搬を除去し、シングルモード光ファイバ（１１３）のコア中の好ましくないモードを制限する働きをする。
【００１０】
モード変換器（１１０）はシングルモード導波路（１２６）を通してシングルモードコネクタ（１２３）に光学的に結合されたモード変換器基体（１１９）を含む。モード変換器（１１０）はまた、マルチモード導波路（１３３）を通してモード変換器基体（１１９）に光学的に結合されたマルチモードコネクタ（１２９）を含む。マルチモードコネクタ（１２９）はマルチモード光ファイバ（１３９）を通して、スターカプラ（１３６）に光学的に結合されている。スターカプラ（１３６）はマルチモード光ファイバ（１３９）を通して伝送された光信号を、２つの光ファイバだけが図示されているが、２つ又はそれ以上のマルチモード光ファイバ（１４３）に分割する働きをする。
【００１１】
マルチモード光ファイバ（１４３）の両方が、光検出器（１４６）で終端する。第２のマンドレル（１４９）を形成するマルチモード光ファイバ（１３９）中に含まれたいくつかのループがあることに注意されたい。
【００１２】
ここでの議論のため、スターカプラ（１３６）、マルチモード光ファイバ（１４３）及び光検出器（１４６）は、マルチモード光ファイバ回路網中で用いてよい各種要素の例として示されている。他のマルチモード光学要素も同様に用いて良いことが理解される。
【００１３】
光回路網（１００）の動作は、以下のとおりである。レーザービームはレーザ源（１０３）中で発生し、シングルモード光ファイバを通して、モード変換器まで伝送される。モード変換器（１１０）はシングルモードファイバビームをマルチモードファイバビームに変換し、それはマルチモード光ファイバ（１３９）を通してスターカプラ（１３６）まで伝送される。スターカプラ（１３６）はレーザビームを分割し、レーザビームのパワーの約２分の１又は他の適当な割合が、マルチモード光ファイバ（１４３）のそれぞれを通して、各光検出器（１４６）に伝送される。モード変換器（１１０）中でシングルモードファイバビームがマルチモードファイバビームに変換されるため、マルチモードレーザビームのパワーの２つのマルチモード光ファイバ（１４３）への分割は、ほぼ均一か他の適当な比率になる。このことは、マルチモード光ファイバ（１３９）のモードの全て又はほとんどが、本質的に満たされるという事実による。
【００１４】
次に、図２を参照すると、モード変換器（１１０）が示されている。図からわかるように、シングルモード導波路（１２６）はジャケット（１５３）により囲まれており、出力面（１５６）においてモード変換器内で終端する。ジャケット（１５３）の一部は出力面（１５６）で終端するシングルモード導波路（１２６）の端部に配置された部分から除去されている。シングルモード導波路（１２６）はシングルモードコア（１５９）及びクラッド（１６３）から成る。シングルモード導波路（１２６）を伝搬するレーザビームは出力面（１５６）を通って出る。
【００１５】
同様に、マルチモード導波路（１３３）はジャケット（１６６）によって囲まれ、入力面（１６９）においてモード変換器（１１０）内で終端する。ジャケット（１６６）の一部は、入力面（１６９）で終端するマルチモード導波路（１３３）の端部に配置された部分から除去されている。マルチモード導波路（１３３）はマルチモードコア（１７３）及びクラッド（１７６）から成る。以下で述べるように、入力面（１６９）はレーザビームを受けるように置かれている。
【００１６】
モード変換器（１１０）はまた、第１の球又は丸型レンズ（１７９）と第２の球又は丸型レンズ（１８３）を含む。シングルモード導波路（１２６）の出力面は第１の球レンズ（１７９）からの距離ｆ1 である第１の球レンズ（１７９）の焦点に位置する。同様に、マルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）は第２の球レンズ（１８３）からの距離ｆ2 である第２の球レンズ（１８３）の焦点に位置する。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）はそれらの間に、長さＬの光リンク間隙を形成するよう配置される。長さＬは出力面（１５６）と入力面（１６９）の両方が本質的に第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）の焦点に置かれるよう指定される。従って、モード変換器（１１０）はシングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）から第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）を通ってマルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）まで延びる光路を形成する。レーザビームはこの光路に沿って、シングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）から、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）を通って、マルチモード光導波路端（１５６）の入力面（１６９）中に伝搬する。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）が、レーザ放射がモード変換器（１１０）を離れる時、マルチモードがマルチモード導波路（１３３）中で励起されるような状態にすることが本発明の重要な利点である。
【００１７】
光リンク間隙（１８６）はマルチモード側からモード変換器（１１０）のシングルモード側を物理的に分離し、それによって外力によりモード変換器（１１０）に導入される変化が、出力面（１５６）と入力面（１６９）間の光結合に悪影響を与えないように働くという利点が得られる。
【００１８】
図３Ａを参照すると、基板構成（２００）が示されており、その上に本発明の実施例に従うモード変換器（１１０）がマウントされている。基板構成（２００）はシリカ、プラスチック又は同様の材料で作られてよい基板（２０１）を含む。基板（２０１）上にはシングルモード導波路（１２６）がマウントされ、それは端部が除去されたジャケット（１５３）の部分を有するシングルモードファイバ（１２６）を含む。シングルモード導波路（１２６）の露出された部分は、第１のシングルモード溝（２０３）中に固着され、ジャケット（１５３）を有するシングルモード導波路（１２６）の部分は、第２のシングルモード溝（２０６）中に固着されている。第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）はくさび型で、第２のシングルモード溝（２０６）はジャケット（１５３）のより大きな直径に適合するよう、第１のシングルモード溝（２０３）よりはるかに深い。同様に、マルチモード導波路（１３３）は第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）中に固着される。
【００１９】
第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）は、たとえばサファイヤ球レンズであるが、それらは他のレンズ材料で作ってもよい。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）は第１及び第２の支持空洞（２１６）及び（２１９）に固着され、四面体の形をしているが、三角形のピラミッドといった他の形も用いてよい。
【００２０】
図３Ｂを参照すると、基板構成（２００）の側面図が示されている。側面図により、３つの横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）が明らかに示されている。シングルモード導波路（１２６）の出力面及び第１の球レンズ（１７９）の間に、屈折率整合媒体（２３３）が配置されている。たとえば、ゲルの形の屈折率整合媒体（２３３）も第２の球レンズ（１８３）と入力面（１６９）の間に配置されている。屈折率整合媒体（２３３）はレーザビームが出力面（１５６）から第１の球レンズ（１７９）へ、また第２の球レンズ（１８３）から入力面（１６９）に伝搬する間に、レーザビーム中に好ましくない屈折が起こるのを防止する。
【００２１】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、モード変換器カバー（３００）の側面図及び上面図が示されている。モード変換器カバー（３００）は基板構成（２００）（図３Ａ及び３Ｂ）に固着され、部品を保護し、それにより形成された光路の完全性を確保するためマウントされた部品を保護する。モード変換器カバー（３００）は相対する第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあった第１及び第２のカバー溝（３０３）及び（３０６）を含む。同様に、モード変換器カバー（３００）も第１及び第２のカバー溝（３０９）及び（３１３）を含む。カバー溝（３０３，３０６，３０９）及び（３１３）はジャケット（１５３）及び（１６６）（図３Ａ及び３Ｂ）とともに、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）をカバーするよう設計されるが、これらの部品とは必ずしも接触しないことに注意する必要がある。しかし、もし必要なら、そのような接触は作ってもよい。
【００２２】
モード変換器カバー(３００)も相対する第１及び第２の支持空洞（２１６）及び（２１９）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあった第１及び第２のカバー支持空洞（３１６）及び（３１９）を含む。モード変換器カバー（３００）も６個のリブ（３２３）の形状をもち、横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）（図３Ａ及び３Ｂ）中にかみあわされるが、溝は光路のいずれかの側に置かれる。従って、６個のリブ（３２３）は第１の空洞（３２６）、第２の空洞（３２９）及び中央空洞（３３３）を形成し、それらは横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）中に対向する空間を有し、最終的に光路が作られる空間ができる。次に，中央空洞（３３３）及びその対向する横方向溝は、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）（図３Ａ及び３Ｂ）間に光リンク間隙を形成することに注意されたい。また、第１及び第２の空洞（３２６）及び（３２９）は、それらの中に配置された屈折率整合媒体（２３３）用の空間を作る。
【００２３】
図５を参照すると、共に組立てられた基板構成（２００）とモード変換器カバー（３００）が示されている。たとえばエポキシのような適当な固着剤が、基板構成（３００）及びモード変換器カバー（３００）の適当な平坦表面上に供給される。一緒に置かれた時、対向する第１及び第２のカバー溝（２０３）及び（２０６）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあい、それによってシングルモードポートが形成されることに注意されたい。同様に、第１及び第２のカバー溝（３０９）及び（３１３）は第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）とかみあいマルチモードポートを形成する。
【００２４】
戻って図３Ａ及び３Ｂを参照すると、本発明はまたモード変換器（１１０）の作製方法とみてもよい。第１の工程において、基板（２０１）はシリカ又は同様の材料のような基板材料のシートを用いて生成される。シートはいくつかの基板（２０１）を生成させるために用いられる。いくつかの横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）が、適当な間隔でシート中に刻まれる。その後、第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）、第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）、第１及び第２の支持空洞（１７９）及び（１８３）が、バルク機械加工法を用いて導入される。別の場合、基板（２０１）は注入鋳造プロセスを用いて、プラスチック又は同様の材料から作製される。その場合、先に述べた溝及び支持空洞のすべてを有する完成した部分が、使用される鋳型を用いて生成される。
【００２５】
その後、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）が、それぞれ第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中に置かれる。これは加熱された基板表面とで行われる。エポキシ又は同様の固着剤が、ジャケット（１５３）及び（１６６）が切り取られた点に近いシングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）近くで、第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中に注入される。エポキシはシングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）下で、第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）に沿って、毛細管現象で流れ、最終的に横方向溝（２２３）及び（２２９）中に流れ出る。横方向溝（２２３）及び（２２９）は出力面（１５６）及び入力面（１６９）をさえぎることなく、外部から固着剤が流れる場所を提供する。次に、エポキシ固着剤は焼きなまされ、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）を、それぞれ第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中にしっかり固定する。
【００２６】
次に、固着剤が基板（２０１）の端部において、ジャケット（１５３）及び（１６６）の基板に注入される。この固着剤はジャケット（１５３）及び（１６６）下で、第２のシングルモード溝（２０６）及び第２のマルチモード溝（２１３）中に流れ、そこにジャケット（１５３）及び（１６６）を固定する。
【００２７】
その後、適当な固着剤が支持空洞（２１６）及び（２１９）中に置かれ、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）がその中に置かれる。固着剤は焼きなまされ、屈折率整合媒体（２３３）がシングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）と第１の球レンズ（１７９）の間及びマルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）と第２の球レンズ（１８３）の間に供給される。
【００２８】
再び図４Ａ及び４Ｂを参照すると、モード変換器カバー（３００）が適当なバルク機械加工工程又は注入鋳造法を用いて作製される。最後に、図５を参照すると、適当な固着剤が基板構成（２００）又はモード変換器カバー（３００）の平坦な表面上に置かれ、それらは適切にかみあわされ、適当な温度で焼きなまされる。
【００２９】
本発明の精神及び原理から本質的に離れることなく、本発明の上述の実施例の様々な変形及び修正ができる可能性がある。そのような修正及び変形のすべてが、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
以下の図面を参照すると、本発明がより良く理解できる。図中の要素は比率が実際とは必ずしも一致しない。本発明の原理を明瞭に示すため強調されている。更に、図中で類似の数字はいくつかの図面を通して、対応する部分を示す。
【図１】本発明の実施例に従う光回路網の概略図である。
【図２】図１の光回路網中で用いられるモード変換器の構成図である。
【図３】Ａは、図２のモード変換器の基板構成の上面図である。Ｂは、図２のモード変換器の基板構成の側面図である。
【図４】Ａ、図２のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの側面図である。Ｂは、図２のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの底面図である。
【図５】図４Ａ及び４Ｂのカバーと図３Ａ及び３Ｂの基板構成との組合せを示す図である。
【符号の説明】
１００ 光回路網
１０３ レーザ源
１１０ モード変換器
１１３ シングルモード光ファイバ、光ファイバ
１１６ マンドレル
１１９ モード変換基体
１２３ シングルモードコネクタ
１２６ シングルモード導波路
１２９ マルチモードコネクタ
１３３ マルチモード導波路
１３６ スターカプラ
１３９ マルチモード光ファイバ
１４３ マルチモード光ファイバ
１４６ 光検出器
１４９ 第２のマンドレル
１５３ ジャケット
１５６ 出力面
１５９ シングルモードコア
１６３ クラッド
１６６ ジャケット
１６９ 入力面
１７３ マルチモードコア
１７６ クラッド
１７９ 第１の球レンズ、丸型レンズ
１８３ 第２の球レンズ、丸型レンズ
１８６ 光リンク間隙
２００ 基板構成
２０１ 基板
２０３ 第１のシングルモード溝
２０６ 第２のシングルモード溝
２０９ 第１のマルチモード溝
２１３ 第２のマルチモード溝
２１６ 第１の支持空洞
２１９ 第２の支持空洞
２２３，２２６，２２９ 横方向溝
２３３ 屈折率整合媒体
３００ モード変換器カバー
３０３，３０６ カバー溝
３０９ 第１のカバー溝
３１３ 第２のカバー溝
３１６ 第１のカバー支持空洞
３１９ 第２のカバー支持空洞
３２３ リブ
３２６ 第１の空洞
３２９ 第２の空洞
３３３ 中央空洞
技術分野
本発明は一般的には光回路網、より具体的には光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法に係る。
【０００２】
本発明の背景
データ通信及びその他の同様の用途に用いられる光回路網は既存の電気的回路網技術に比べ顕著な利点をもたらす。これらの利点の中で主なものは、電気的な同等の回路網よりはるかに速い速度である。この利点と、帯域といった他の利点により、広域回路網用途とともに、光回路網はオフィスビル、家庭及び他の部所中のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）用に、ますます取りつけられている。
【０００３】
ローカルエリアネットワークに関しては、しばしばそのような環境で用いられる光ファイバは、マルチモード光ファイバで、発光ダイオード（ＬＥＤ）が生じるデータが伝送される。そのような回路網によって同等の電気回路網よりはるかに速いデータ通信ができるが、発光ダイオードのデータ速度制限特性により、それらは一般にデータ速度が限られている。
【０００４】
それに対し、レーザは発光ダイオードよりはるかに速いデータ速度をもち、既存の光ローカルエリアネットワークで発光ダイオードと置きかえることが提案されてきた。しかし、既存のマルチモード光ファイバ回路網とともにレーザを用いることには問題がある。具体的には、マルチモード光ファイバを通して伝送する時、レーザはマルチモード光ファイバ中のすべてのモードを励起する訳ではないことである。このことは、マルチモード光回路網中で分枝又は分配するために受動スターカプラ又は同様のデバイスが用いられる時許容されない。スターカプラに出会った時、レーザ放射はしばしばスターカプラの様々な分枝に均一に分配されず、それによってある分枝では信号が損なわれる可能性がある。具体的には、シングルモード放射はマルチモードファイバ内で同じ相対モードのままでいる傾向があるため、光ファイバが傾斜屈折率マルチモードである時そのことがあてはまる。
【０００５】
本発明の要約
本発明により、光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法が実現する。簡単に言うと、アーキテクチャ内で、システムはシングルモード導波路の出力面からマルチモードの入力面まで延びる光伝搬路を含む。第１の球レンズ及び第２の球レンズが光路中に配置され、第１及び第２の球レンズ間に配置された光リンク間隙を有する。
【０００６】
本発明は光回路網中でモード変換するための方法を実現すると見ることができる。この点に関して、本方法は以下の工程によりおおよそ要約できる。シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面に延びる光路に沿ってレーザビームを伝送する工程、マルチモード光導波路中にマルチモードを励起するため、間に光リンク間隙を有する光路中に配置された第１の球レンズ及び第２の球レンズを用いて、レーザビームを操作する工程である。
【０００７】
本発明はそのようなシステム中の動作速度を増すため、既存のマルチモード光回路網とともに、高速レーザを用いてもよいという顕著な利点を含む。本発明の更に別の利点は、モード変換器の実施例を、既存の製作操作台を用いて操作してよいことである。本発明の様々な実施例の他の利点は、それが設計が単純で、使用しやすく、堅固で、信頼性があり、動作効率がよく、大量生産が容易に行えることである。
【０００８】
以下の図面及び詳細な記述を調べれば、当業者には本発明の他の特徴及び利点が明らかになるであろう。そのようなつけ加えるべき特徴及び利点は、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【０００９】
本発明の詳細な記述
図１を参照すると、本発明の実施例に従う光回路網（１００）が示されている。光回路網（１００）はシングルモード光ファイバ（１１３）を通してモード変換器（１１０）に光学的に結合されたレーザ源（１０３）を含む。レーザ源（１０３）は例えば１３００ナノメータあるいは同様のデバイスで実現される他の動作範囲の名目上の動作波長をもってよい。シングルモード光ファイバ（１１３）中にいくつかのループが形成され、それによってマンドレル（１１６）が形成され、それはクラッド中の好ましくない光伝搬を除去し、シングルモード光ファイバ（１１３）のコア中の好ましくないモードを制限する働きをする。
【００１０】
モード変換器（１１０）はシングルモード導波路（１２６）を通してシングルモードコネクタ（１２３）に光学的に結合されたモード変換器基体（１１９）を含む。モード変換器（１１０）はまた、マルチモード導波路（１３３）を通してモード変換器基体（１１９）に光学的に結合されたマルチモードコネクタ（１２９）を含む。マルチモードコネクタ（１２９）はマルチモード光ファイバ（１３９）を通して、スターカプラ（１３６）に光学的に結合されている。スターカプラ（１３６）はマルチモード光ファイバ（１３９）を通して伝送された光信号を、２つの光ファイバだけが図示されているが、２つ又はそれ以上のマルチモード光ファイバ（１４３）に分割する働きをする。
【００１１】
マルチモード光ファイバ（１４３）の両方が、光検出器（１４６）で終端する。第２のマンドレル（１４９）を形成するマルチモード光ファイバ（１３９）中に含まれたいくつかのループがあることに注意されたい。
【００１２】
ここでの議論のため、スターカプラ（１３６）、マルチモード光ファイバ（１４３）及び光検出器（１４６）は、マルチモード光ファイバ回路網中で用いてよい各種要素の例として示されている。他のマルチモード光学要素も同様に用いて良いことが理解される。
【００１３】
光回路網（１００）の動作は、以下のとおりである。レーザービームはレーザ源（１０３）中で発生し、シングルモード光ファイバを通して、モード変換器まで伝送される。モード変換器（１１０）はシングルモードファイバビームをマルチモードファイバビームに変換し、それはマルチモード光ファイバ（１３９）を通してスターカプラ（１３６）まで伝送される。スターカプラ（１３６）はレーザビームを分割し、レーザビームのパワーの約２分の１又は他の適当な割合が、マルチモード光ファイバ（１４３）のそれぞれを通して、各光検出器（１４６）に伝送される。モード変換器（１１０）中でシングルモードファイバビームがマルチモードファイバビームに変換されるため、マルチモードレーザビームのパワーの２つのマルチモード光ファイバ（１４３）への分割は、ほぼ均一か他の適当な比率になる。このことは、マルチモード光ファイバ（１３９）のモードの全て又はほとんどが、本質的に満たされるという事実による。
【００１４】
次に、図２を参照すると、モード変換器（１１０）が示されている。図からわかるように、シングルモード導波路（１２６）はジャケット（１５３）により囲まれており、出力面（１５６）においてモード変換器内で終端する。ジャケット（１５３）の一部は出力面（１５６）で終端するシングルモード導波路（１２６）の端部に配置された部分から除去されている。シングルモード導波路（１２６）はシングルモードコア（１５９）及びクラッド（１６３）から成る。シングルモード導波路（１２６）を伝搬するレーザビームは出力面（１５６）を通って出る。
【００１５】
同様に、マルチモード導波路（１３３）はジャケット（１６６）によって囲まれ、入力面（１６９）においてモード変換器（１１０）内で終端する。ジャケット（１６６）の一部は、入力面（１６９）で終端するマルチモード導波路（１３３）の端部に配置された部分から除去されている。マルチモード導波路（１３３）はマルチモードコア（１７３）及びクラッド（１７６）から成る。以下で述べるように、入力面（１６９）はレーザビームを受けるように置かれている。
【００１６】
モード変換器（１１０）はまた、第１の球又は丸型レンズ（１７９）と第２の球又は丸型レンズ（１８３）を含む。シングルモード導波路（１２６）の出力面は第１の球レンズ（１７９）からの距離ｆ1 である第１の球レンズ（１７９）の焦点に位置する。同様に、マルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）は第２の球レンズ（１８３）からの距離ｆ2 である第２の球レンズ（１８３）の焦点に位置する。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）はそれらの間に、長さＬの光リンク間隙を形成するよう配置される。長さＬは出力面（１５６）と入力面（１６９）の両方が本質的に第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）の焦点に置かれるよう指定される。従って、モード変換器（１１０）はシングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）から第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）を通ってマルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）まで延びる光路を形成する。レーザビームはこの光路に沿って、シングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）から、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）を通って、マルチモード光導波路端（１５６）の入力面（１６９）中に伝搬する。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）が、レーザ放射がモード変換器（１１０）を離れる時、マルチモードがマルチモード導波路（１３３）中で励起されるような状態にすることが本発明の重要な利点である。
【００１７】
光リンク間隙（１８６）はマルチモード側からモード変換器（１１０）のシングルモード側を物理的に分離し、それによって外力によりモード変換器（１１０）に導入される変化が、出力面（１５６）と入力面（１６９）間の光結合に悪影響を与えないように働くという利点が得られる。
【００１８】
図３Ａを参照すると、基板構成（２００）が示されており、その上に本発明の実施例に従うモード変換器（１１０）がマウントされている。基板構成（２００）はシリカ、プラスチック又は同様の材料で作られてよい基板（２０１）を含む。基板（２０１）上にはシングルモード導波路（１２６）がマウントされ、それは端部が除去されたジャケット（１５３）の部分を有するシングルモードファイバ（１２６）を含む。シングルモード導波路（１２６）の露出された部分は、第１のシングルモード溝（２０３）中に固着され、ジャケット（１５３）を有するシングルモード導波路（１２６）の部分は、第２のシングルモード溝（２０６）中に固着されている。第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）はくさび型で、第２のシングルモード溝（２０６）はジャケット（１５３）のより大きな直径に適合するよう、第１のシングルモード溝（２０３）よりはるかに深い。同様に、マルチモード導波路（１３３）は第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）中に固着される。
【００１９】
第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）は、たとえばサファイヤ球レンズであるが、それらは他のレンズ材料で作ってもよい。第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）は第１及び第２の支持空洞（２１６）及び（２１９）に固着され、四面体の形をしているが、三角形のピラミッドといった他の形も用いてよい。
【００２０】
図３Ｂを参照すると、基板構成（２００）の側面図が示されている。側面図により、３つの横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）が明らかに示されている。シングルモード導波路（１２６）の出力面及び第１の球レンズ（１７９）の間に、屈折率整合媒体（２３３）が配置されている。たとえば、ゲルの形の屈折率整合媒体（２３３）も第２の球レンズ（１８３）と入力面（１６９）の間に配置されている。屈折率整合媒体（２３３）はレーザビームが出力面（１５６）から第１の球レンズ（１７９）へ、また第２の球レンズ（１８３）から入力面（１６９）に伝搬する間に、レーザビーム中に好ましくない屈折が起こるのを防止する。
【００２１】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、モード変換器カバー（３００）の側面図及び上面図が示されている。モード変換器カバー（３００）は基板構成（２００）（図３Ａ及び３Ｂ）に固着され、部品を保護し、それにより形成された光路の完全性を確保するためマウントされた部品を保護する。モード変換器カバー（３００）は相対する第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあった第１及び第２のカバー溝（３０３）及び（３０６）を含む。同様に、モード変換器カバー（３００）も第１及び第２のカバー溝（３０９）及び（３１３）を含む。カバー溝（３０３，３０６，３０９）及び（３１３）はジャケット（１５３）及び（１６６）（図３Ａ及び３Ｂ）とともに、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）をカバーするよう設計されるが、これらの部品とは必ずしも接触しないことに注意する必要がある。しかし、もし必要なら、そのような接触は作ってもよい。
【００２２】
モード変換器カバー(３００)も相対する第１及び第２の支持空洞（２１６）及び（２１９）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあった第１及び第２のカバー支持空洞（３１６）及び（３１９）を含む。モード変換器カバー（３００）も６個のリブ（３２３）の形状をもち、横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）（図３Ａ及び３Ｂ）中にかみあわされるが、溝は光路のいずれかの側に置かれる。従って、６個のリブ（３２３）は第１の空洞（３２６）、第２の空洞（３２９）及び中央空洞（３３３）を形成し、それらは横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）中に対向する空間を有し、最終的に光路が作られる空間ができる。次に，中央空洞（３３３）及びその対向する横方向溝は、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）（図３Ａ及び３Ｂ）間に光リンク間隙を形成することに注意されたい。また、第１及び第２の空洞（３２６）及び（３２９）は、それらの中に配置された屈折率整合媒体（２３３）用の空間を作る。
【００２３】
図５を参照すると、共に組立てられた基板構成（２００）とモード変換器カバー（３００）が示されている。たとえばエポキシのような適当な固着剤が、基板構成（３００）及びモード変換器カバー（３００）の適当な平坦表面上に供給される。一緒に置かれた時、対向する第１及び第２のカバー溝（２０３）及び（２０６）（図３Ａ及び３Ｂ）とかみあい、それによってシングルモードポートが形成されることに注意されたい。同様に、第１及び第２のカバー溝（３０９）及び（３１３）は第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）とかみあいマルチモードポートを形成する。
【００２４】
戻って図３Ａ及び３Ｂを参照すると、本発明はまたモード変換器（１１０）の作製方法とみてもよい。第１の工程において、基板（２０１）はシリカ又は同様の材料のような基板材料のシートを用いて生成される。シートはいくつかの基板（２０１）を生成させるために用いられる。いくつかの横方向溝（２２３，２２６）及び（２２９）が、適当な間隔でシート中に刻まれる。その後、第１及び第２のシングルモード溝（２０３）及び（２０６）、第１及び第２のマルチモード溝（２０９）及び（２１３）、第１及び第２の支持空洞（１７９）及び（１８３）が、バルク機械加工法を用いて導入される。別の場合、基板（２０１）は注入鋳造プロセスを用いて、プラスチック又は同様の材料から作製される。その場合、先に述べた溝及び支持空洞のすべてを有する完成した部分が、使用される鋳型を用いて生成される。
【００２５】
その後、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）が、それぞれ第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中に置かれる。これは加熱された基板表面とで行われる。エポキシ又は同様の固着剤が、ジャケット（１５３）及び（１６６）が切り取られた点に近いシングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）近くで、第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中に注入される。エポキシはシングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）下で、第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）に沿って、毛細管現象で流れ、最終的に横方向溝（２２３）及び（２２９）中に流れ出る。横方向溝（２２３）及び（２２９）は出力面（１５６）及び入力面（１６９）をさえぎることなく、外部から固着剤が流れる場所を提供する。次に、エポキシ固着剤は焼きなまされ、シングルモード及びマルチモード導波路（１２６）及び（１３３）を、それぞれ第１のシングルモード溝（２０３）及び第１のマルチモード溝（２０９）中にしっかり固定する。
【００２６】
次に、固着剤が基板（２０１）の端部において、ジャケット（１５３）及び（１６６）の基板に注入される。この固着剤はジャケット（１５３）及び（１６６）下で、第２のシングルモード溝（２０６）及び第２のマルチモード溝（２１３）中に流れ、そこにジャケット（１５３）及び（１６６）を固定する。
【００２７】
その後、適当な固着剤が支持空洞（２１６）及び（２１９）中に置かれ、第１及び第２の球レンズ（１７９）及び（１８３）がその中に置かれる。固着剤は焼きなまされ、屈折率整合媒体（２３３）がシングルモード導波路（１２６）の出力面（１５６）と第１の球レンズ（１７９）の間及びマルチモード導波路（１３３）の入力面（１６９）と第２の球レンズ（１８３）の間に供給される。
【００２８】
再び図４Ａ及び４Ｂを参照すると、モード変換器カバー（３００）が適当なバルク機械加工工程又は注入鋳造法を用いて作製される。最後に、図５を参照すると、適当な固着剤が基板構成（２００）又はモード変換器カバー（３００）の平坦な表面上に置かれ、それらは適切にかみあわされ、適当な温度で焼きなまされる。
【００２９】
本発明の精神及び原理から本質的に離れることなく、本発明の上述の実施例の様々な変形及び修正ができる可能性がある。そのような修正及び変形のすべてが、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
以下の図面を参照すると、本発明がより良く理解できる。図中の要素は比率が実際とは必ずしも一致しない。本発明の原理を明瞭に示すため強調されている。更に、図中で類似の数字はいくつかの図面を通して、対応する部分を示す。
【図１】本発明の実施例に従う光回路網の概略図である。
【図２】図１の光回路網中で用いられるモード変換器の構成図である。
【図３】Ａは、図２のモード変換器の基板構成の上面図である。Ｂは、図２のモード変換器の基板構成の側面図である。
【図４】Ａ、図２のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの側面図である。Ｂは、図２のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの底面図である。
【図５】図４Ａ及び４Ｂのカバーと図３Ａ及び３Ｂの基板構成との組合せを示す図である。
【符号の説明】
１００ 光回路網
１０３ レーザ源
１１０ モード変換器
１１３ シングルモード光ファイバ、光ファイバ
１１６ マンドレル
１１９ モード変換基体
１２３ シングルモードコネクタ
１２６ シングルモード導波路
１２９ マルチモードコネクタ
１３３ マルチモード導波路
１３６ スターカプラ
１３９ マルチモード光ファイバ
１４３ マルチモード光ファイバ
１４６ 光検出器
１４９ 第２のマンドレル
１５３ ジャケット
１５６ 出力面
１５９ シングルモードコア
１６３ クラッド
１６６ ジャケット
１６９ 入力面
１７３ マルチモードコア
１７６ クラッド
１７９ 第１の球レンズ、丸型レンズ
１８３ 第２の球レンズ、丸型レンズ
１８６ 光リンク間隙
２００ 基板構成
２０１ 基板
２０３ 第１のシングルモード溝
２０６ 第２のシングルモード溝
２０９ 第１のマルチモード溝
２１３ 第２のマルチモード溝
２１６ 第１の支持空洞
２１９ 第２の支持空洞
２２３，２２６，２２９ 横方向溝
２３３ 屈折率整合媒体
３００ モード変換器カバー
３０３，３０６ カバー溝
３０９ 第１のカバー溝
３１３ 第２のカバー溝
３１６ 第１のカバー支持空洞
３１９ 第２のカバー支持空洞
３２３ リブ
３２６ 第１の空洞
３２９ 第２の空洞
３３３ 中央空洞
Claims (11)
- シングルモードからマルチモードへの変換器であって、
基板と、
該基板に固着されたシングルモード導波路からなり、該シングルモード導波路は出力面を有しており、さらに、
該基板に固着されたマルチモード導波路からなり、該マルチモード導波路は入力面を有し、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されて、そして該出力面から該入力面まで光路が延びており、さらに
該基板に固着され、そして該光路中に配置された第１の球レンズ及び第２の球レンズからなり、該第１の球レンズ及び該第２の球レンズが光リンク間隙により分離され、該第１の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第２の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置し、該第１の球レンズ及び該第２の球レンズはサファイアからなり、そして該第１の球レンズ及び該第２の球レンズがレーザビームを該光路に沿って伝搬させて該マルチモード導波路中で多くのモードを励起させるような条件にするように適合されていることを特徴とする変換器。 - 請求項１に記載の変換器において、該変換器はさらに、該光路に沿って、該シングルモード導波路の該出力面を該第１のレンズに光学的に結合させ、そして該マルチモード導波路の該入力面を該第２のレンズに光学的に結合させる屈折率整合媒体からなることを特徴とする変換器。
- 請求項１に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該シングルモード導波路が中に固定されているシングルモードポートと、
該マルチモード導波路が中に固定されているマルチモードポートとからなることを特徴とする変換器。 - 請求項１に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該第１のレンズが中に固定された、該基板上の第１のレンズ支持空胴と、
該第２のレンズが中に固定された、該基板上の第２のレンズ支持空胴とからなることを特徴とする変換器。 - 請求項３に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該シングルモードポート内で該基板に固着されたシングルモード導波路と、
該マルチモードポート内で該基板に固着されたマルチモード導波路からなることを特徴とする変換器。 - ハイブリッドマルチモード／シングルモード光回路網であって、該網は、
モード変換器からなり、該モード変換器は、
基板と、
該基板に固着されたシングルモード導波路からなり、該シングルモード導波路は出力面を有しており、さらに、
該基板に固着されたマルチモード導波路からなり、該マルチモード導波路は入力面を有し、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列され、そして該出力面から該入力面に光路が延びており、さらに、
該基板に固着され、該光路中に配置された第１の球レンズ及び第２の球レンズからなり、該第１の球レンズ及び該第２の球レンズが光リンク間隙により分離され、該第１の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第２の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置し、そして該第１の球レンズ及び該第２の球レンズがレーザビームを該光路に沿って伝搬させて該マルチモード導波路中で多くのモードを励起するような条件にするように適合されており、該網はさらに、
該シングルモード導波路に光学的に結合されたレーザ源と、
該マルチモード導波路に光学的に結合されたマルチモード受信点とからなることを特徴とするハイブリッドマルチモード／シングルモード光回路網。 - 光回路網においてモードを変換する方法であって、該方法は、
シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面まで延びる光路に沿ってレーザビームを伝送させる段階からなり、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されており、該方法はさらに、
該光路中に配置された第１及び第２の球レンズを用いて、該レーザビームが該マルチモード導波路内で多くのモードを励起するような条件にする段階からなり、該第１の球レンズと該第２の球レンズとの間には光リンク間隙が存在し、該光リンク間隙は、該第１の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第２の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置するような大きさであることを特徴とする方法。 - 請求項７に記載の方法において、該方法はさらに、
該シングルモード導波路の該出力面を、屈折率整合媒体で該第１の球レンズに光学的に結合させる段階と、
該マルチモード導波路の該入力面を、屈折率整合媒体で該第２の球レンズに光学的に結合させる段階からなることを特徴とする方法。 - 請求項７に記載の方法において、該方法はさらに、
該シングルモード導波路をシングルモードポート内に固定する段階と、
該マルチモード導波路をマルチモードポート内に固定する段階とからなることを特徴とする方法。 - 請求項７に記載の方法において、該方法はさらに、
第１の球レンズ支持空胴内に該第１の球レンズを支持する段階と、
第２の球レンズ支持空胴内に該第２の球レンズを支持する段階とからなることを特徴とする方法。 - ハイブリッドマルチモード／シングルモード光回路網においてモードを変換する方法であって、該方法は、
レーザでレーザビームを発生する段階と、
シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面まで延びる光路に沿って該レーザビームを伝送する段階とからなり、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されており、該方法はさらに、
該光路中に配置された第１のサファイア球レンズ及び第２のサファイア球レンズを用いて、該レーザビームがマルチモード導波路中で多くのモードを励起するような条件にする段階からなり、該第１のサファイア球レンズと該第２のサファイア球レンズとの間には光リンク間隙が存在し、該光リンク間隙は、該第１の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第２の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置するような大きさであり、該方法はさらに、
該マルチモード導波路に光学的に結合された光受信デバイスで該レーザビームを受信する段階からなることを特徴とする方法。
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