JP4368844B2 - エッチングによる先細型光ファイバ束、およびその製法 - Google Patents

Description

本発明は光ファイバ束（光ファイババンドル）の製造、特に、先細（テーパ）処理の過程で中心部に配されたコアファイバの直径を保持するためのエッチング処理の利用に関わる。

光ファイバ束は光ファイバ増幅器、カプラ（合波器）、スプリッタ（分波器）、クラッド増幅レーザを含む広範囲な光応用分野で使われる。典型的な応用例として、光ファイバ束はレーザダイオード光源の多重光をダブルクラッド光ファイバデバイスの内側クラッドへ結合するために使われる。通常、光ファイバ束は複数の個々のファイバを溶け合わせる（fused together：溶融合する）ことにより作られる。それからファイバ束は再び加熱処理され、光強度が増加するように先細にされる。

これまで、「溶融と先細」処理工程を用いて形成された従来型の先細型光ファイバ束は少なくとも一つの重大な難点を有している。つまり、先細処理をすることで中心部に配されたコアファイバの直径が減じてしまうということである。その結果、光ファイバ束の中心部に配されたファイバのコアとファイバ束が結合される装置の通信ファイバのコアとの間（例えば、光増幅器）でコア径の不整合が生じる。

時として、標準的なシングルモードファイバを使う場合、この問題は、ＳＭＴ（表面実装）型ファイバによる先細型光ファイバ束の中心部に配されたファイバとして扱われる。特に、ＳＭＴ型ファイバが台の上に載っているコアを含み、ファイバがある直径まで先細にされる時にモードフィールドが先細にしないファイバのそれと同等になるように、コアと台の幾何学的形状が構成される。あるいは、結合効率を改善するために、種々のタイプのインライン型レンズ配列が光ファイバ束と通信ファイバとの間に挿入されてもよい。しかし、この組合せは構成要素間のいろいろな境界面での損失／反射に加えて、必要となる追加の構成要素の費用（費用と組立て品）を必要とする。

このように、光ファイバ束と通信ファイバのコアの間で従来型のコア−コア結合を可能にする先細型光ファイバ束を用いる構成技術には課題が残っている。

本発明は、従来技術において残存している要求に着目して、光ファイバ束の製造、とりわけ先細工程における中心部に配されたファイバのコア直径を保持するためにエッチング工程を利用することに関連する。

本発明によれば、光ファイバ束はまず最初に複数のマルチモードファイバに囲まれた中心部ファイバ（シングルモードファイバ）を含むファイバのグループを集合することにより形成される。それらのファイバは被覆を剥いだファイバの端部が露出するように細管の中に保持される。ファイバ束を形成するために溶融合させる前に、それぞれのファイバの外側のクラッド層部分を除去するためにファイバの露出した端部が（ＨＦ（フッ化水素）などのエッチング液を用いて）エッチングされる。それによって、ファイバ同士を溶融合させると、それぞれのファイバの外側クラッド層が薄くなっているので「先細」が自然に形成される。

本発明の重要な特徴は、シングルモードファイバが周囲のマルチモードファイバのドープされた外側クラッド層と適合するようにドープされた外側クラッド層を持つよう修正されていることである。外側クラッド層に適合する材料を使うことにより、中心部のシングルモードファイバのコア領域が損なわれることなくそれぞれのファイバが同じレートでエッチングされる。

以下の議論、および付属の図面を参照することにより本発明のその他の特徴、および利点が明らかになるであろう。

図１は製造プロセスにおける第一段階を示し、中心部に配されたシングルモードファイバ１２とその周囲を取り囲む一群のマルチモードファイバ１４を含む複数の個々のファイバがガラスの細管１０の中に保持されている。以降の処理が始まる前に、個々のファイバ１２、および１４のそれぞれの端部から外側被覆層１６が除去される。この剥離処理によってそれぞれのファイバの外側クラッド層が露出される。図２は図１の線２−２に沿って切った複数のファイバ１２、１４の断面図である。この図において、中心部に配されたシングルモードファイバ１２のコア領域１８がはっきり見える。先にも議論したように、多くの従来技術による先細加工の問題は、先細は露出したファイバ片を加熱し引っ張ることにより形成されるので、コア領域も直径が減少し、したがって先細の光ファイバ束とそれに対応するファイバベースの装置との間の結合効率を低下させるということである。

本発明によれば、外側クラッド層の所定部分をエッチングで除去することによりファイバ束中のそれぞれのファイバを個々に先細にするためにエッチング処理が行われる。図１において、エッチングの前に収縮チューブ２０のような保持要素がファイバの束の端部の周囲に形成される。収縮チューブ２０は裸のファイバを一まとめに締め付けて最密構成を保持するように機能する。好都合なことに、収縮チューブ２０を使用すると図１の矢印で示すように個々のファイバの端部を扇状に広げるのでそれぞれのファイバがエッチング液に同じようにさらされる。

図３において、図１の組立て部を適当なエッチング溶液に浸漬することにより先細形状が形成される。この目的にＨＦのような従来から使われているエッチング液が使われてもよい。浸漬深さＤが直線状の終端部（テール）２２と先細部２４との両方からなるエッチング部の全長を規定する。エッチング処理の効果を上げるためにファイバの束は複数回エッチング液に浸漬、取り出しを繰り返され、その浸漬のレートと深さが（エッチングレート、および持続時間で制御された）最終的な先細構造のパラメータを決定する。

中心部に配されたシングルモードファイバ１２が周囲のマルチモードファイバ１４と同じレートでエッチングされるように、シングルモードファイバ１２はマルチモードファイバ１４と同じ特性の外側クラッド材を含まねばならない。多くの場合、マルチモードファイバはフッ素が添加された外側クラッド層を含み、それに対してシングルモードファイバ１２はドーピングレベルが高い（「ｕｐ−ｄｏｐｅｄ」）コア１８を伴った純シリカクラッド領域を含む。この場合、ガラス組成の違いがエッチング率の差となって現れ、その結果中心部に配されたシングルモードファイバと周囲のファイバの間で最終直径が異なることになる。

したがって、本発明の観点によれば、シングルモードファイバ１２のクラッド領域は図２の切断端面図に示すようにファイバ製造過程でマルチモードファイバと同じ外側クラッド層材を使うように修正され、マルチモードファイバと同じ外径を持つようにシングルモードファイバを形成し、ファイバを密に集合することを可能にするように作られる。シングルモードファイバ１２にそのようなクラッド層を加えることはファイバのシングルモード特性を何も変化させないが、先細部を形成するために同一のエッチング処理を可能にする。

エッチング後、（コロイダルゾル(colloidal sol)のような）前駆物質材がエッチングした先端先細部に塗布され、乾燥されてもよい。それから、例えばエッチングしたファイバ終端部の束をガストーチの炎の中を通すなど従来通りの処理によってエッチングしたファイバ終端が溶融合される。エッチングが完了し、先細にされたファイバ束は、それから図４に示すように形成される。このように、本発明によれば、束を形成するためにファイバを融着する前に別のエッチング処理により外側クラッド層を除去することで先細構造が形成され、中心部に配されたシングルモードファイバ１２の内側コア領域１８が元の直径に維持された状態の先細型光ファイバ束が形成される。

本発明の上記方法、および実施例は本発明の理論の適用を示し得る多くの可能な具体例のいくつかを例示しているに過ぎないものであり、中心部シングルモードファイバのクラッドに異なるドーパントを加えるなど、種々の改良、変形が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行われ得るものであり、またそのような改良、変更は以下に添付する請求の範囲内に含まれるものであることを当業者は理解するべきである。

ファイバを束ねる処理を開始するためにまとめられた複数のファイバの例を示す。 典型的な光ファイバ束の端面の断面であって、束の内部の中心部に配されたシングルモードファイバの位置を示す。 本発明の製造プロセスにおいて束ねる前にそれぞれのファイバを個々に先細にするエッチング工程を示す図である。 本発明によるエッチングにより先細にした光ファイバ束の典型的な例を示す。

符号の説明

１０ ガラス細管
１２ 被覆を剥いだファイバ（中心部に配されたシングルモードファイバ）
１４ 被覆を剥いだファイバ（周辺部マルチモードファイバ）
１６ 外側被覆層
１８ コア
２０ 収縮チューブ
２２ 終端部（テール）
２４ 先細部

Claims (10)

1. 少なくとも１本のシングルモードファイバを含む複数の個々の光ファイバから光ファイバ束を形成する方法であって、
   中心部コア領域と周囲のクラッド領域とを含むシングルモードファイバを中心に有するように前記複数の光ファイバを密接に詰めた円形の組立体に配列する工程と、
   前記ファイバの各々の外側クラッド層が露出するように、集合させた前記密接に詰めた円形の組立体中の前記ファイバ各々からすべての外側被覆材料を除去する工程と、
   前記ファイバの各々の外側クラッド層の所定部分をエッチングにより除去して直径が減少したファイバを形成するために、前記被覆を除去した集合組立体を前記ファイバの各々の外側クラッド層の材料と反応するエッチング材に暴露する工程と、
   ファイバ束を形成すべく前記複数のファイバのエッチングした端部を溶融合する工程とを含み、前記ファイバの各々の減少した直径により、前記溶融した部分が光ファイバ束のエッチングしない部分に比べて先細となっていることを特徴とする光ファイバ束を形成する方法。
2. 前記暴露する工程の実施において、前記エッチング材として液状物質が使われ、前記複数のファイバが前記液体のエッチング材に浸漬されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記暴露する工程の実施において、所望の先細構造を形成するために前記複数のファイバが所定のレートで前記液体のエッチング材に浸漬され且つ取り出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記先細部分の長さが前記液体エッチング材に浸漬されたファイバの長さによって規定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 中心部に配された前記シングルモードファイバが、前記複数の光ファイバのその他のファイバと同じ材料の外側クラッド層からなるように形成され、それによって同じ厚さのクラッド材がエッチングによって除去されることが可能となることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 中心部に配された前記シングルモードファイバが、ファイバ束中の残余のファイバの外径と略等しい外径からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 光ファイバ束であって、
   中心部コア領域を含むシングルモードファイバと、
   前記シングルモードファイバを取り囲むように配された複数のファイバとを含み、前記複数のファイバは、溶融合して光ファイバ束を形成する前に、終端部に沿って個々にエッチングされ、これにより該エッチングされたファイバが溶融によって先細光ファイバ束を形成するようにその終端部において減少した直径を有することを特徴とする光ファイバ束。
8. 前記複数のファイバが複数のマルチモードファイバを含むことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ束。
9. 中心部に配された前記シングルモードファイバが、前記複数のファイバの外側クラッド層と同じエッチングレートの材料からなる外側クラッド層を含むことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ束。
10. 中心部に配された前記シングルモードファイバの外側クラッド層が、前記複数のファイバの外側クラッド層と同じ材料からなることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ束。
    

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