JP4808230B2 - 光ファイバ微細構造の選択した部分を修正するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に光ファイバ装置および方法に関し、詳細には光ファイバ微細構造の選択した部分を修正するための改良したシステムおよび方法に関する。

微細構造化された領域を含む光ファイバは、多くの異なる用途に使用することができる。例えば、いくつかの光ポンピング方式では、エア・クラッド・ファイバを用いることができ、それは、内部導波路および外側導波路を有する微細構造化されたファイバのタイプである。内部導波路は、光データ信号を送信するために使用することができ、外側導波路は、光ポンピング信号を送信するために使用することができる。
米国特許第５，９０７，６５２号

しかし、ポンピング方式でのエア・クラッド・ファイバの使用は、問題であることが分かっている。光デバイスをエア・クラッド・ファイバに結合するために融着接続処理を施した場合、接続するために用いられる熱によって、通常、エア・クラッド・ファイバ中の微細構造化されたエア・クラッド領域が崩壊させられる。エア・クラッド領域の崩壊によって、ポンピング信号が外側導波路から漏れることになる。

上記に述べた課題その他は、本発明によって対処され、本発明の態様は、エア・クラッド・ファイバ中のエア・クラッド領域など、光ファイバの微細構造の選択した部分を修正するための技法を提供する。ファイバの選択した部分の微細構造にエッチャント・ガスを流す。次いで、選択したファイバ部分を加熱し、少なくとも微細構造の一部をエッチング除去する。所望なら、微細構造のエッチング除去された部分を囲繞するファイバの外側領域を除去して、内部ファイバ領域を露出することができる。

本発明の他の態様は、光デバイスを修正されたエア・クラッド光ファイバに結合するための技法を提供する。この技法によれば、コアと、コアを囲繞する内部クラッド領域と、内部クラッド領域を囲繞するエア・クラッド領域と、エア・クラッド領域を囲繞する外側領域とを有するエア・クラッド光ファイバを供給する。エア・クラッド光ファイバのリード端は、エア・クラッド領域およびエア・クラッド領域の外側のファイバ領域をすべて除去して内部ファイバ領域を露出することによって、接続するために準備する。次いで、エア・クラッド光ファイバの準備されたリード端を、光デバイスのリード端に接続する。

本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面を参照すると明かになる。

本発明の態様は、エア・クラッド光ファイバ中のエア・クラッド領域など、光ファイバ微細構造の選択した部分を修正するための技法に向けられている。まず、光ポンピング方式の一部分として、有利にも修正されたエア・クラッド・ファイバが使用される、本発明の態様を記述する。さらに、ファイバの選択部分中の微細構造の一部、またはすべてをエッチング除去することによって、微細構造化された光ファイバを修正するための全体的な技法を記述する。ここに記載する技法は、本明細書に説明する例を越える多くの異なる背景の下で有利に使用することができることが分かるはずである。

光ポンピング方式において、ポンプ・レーザが、最小断面面積Ａ_{ｓｏｕｒｃｅ}およびビームの「ダイバージェンス」とも言われるソース開口数ＮＡ_{ｓｏｕｒｃｅ}を有するコヒーレント光ビームを発生する。式（１）は、これらの２つの量の数学的関係を表す。

したがって、式（１）によって、ポンピング・ビームの断面面積Ａ_{ｓｏｕｒｃｅ}を小さくするとビームのダイバージェンスが大きくなることが理解されるはずである。

光送信ファイバがポンプ・レーザ出力を捕捉するために、ポンプ・レーザ出力のダイバージェンスは、送信ファイバの開口数ＮＡ_{ｆｉｂｅｒ}を越えることができない。光ファイバ導波路の開口数ＮＡ_{ｆｉｂｅｒ}は、以下の式（２）に示すように、導波路を形成する隣接するファイバ領域のそれぞれの屈折率ｎ_１およびｎ_２によって決定される。

現在の材料および製造技術を使用すると、固体クラッド領域が囲繞するコア領域によって形成される単一導波路を有する通常の光ファイバ設計中の屈折率ｎ_１とｎ_２の間で得られる差の大きさには限界がある。したがって、このタイプのファイバを使用して達成できる最大ＮＡ_{ｆｉｂｅｒ}には限界がある。

同じ導波路に沿ってポンピング信号およびデータ信号を送信するために、ポンプ・レーザは、適切な断面面積Ａ_{ｓｏｕｒｃｅ}まで小さくしたとき、データ信号を捕捉するために使用される同じ導波路がポンピング信号を捕捉することが可能になるように、十分に小さいダイバージェンスＮＡ_{ｓｏｕｒｃｅ}を有する光ビームを発生しなければならない。しかし、そのようなビームを発生することができるポンプ・レーザは、非常に高価になり得て、そのために一般的には現実的でない。

１つが他の内部にある、２つの同心の導波路を含むエア・クラッド・ファイバが開発された。内部導波路は、比較的小さな断面面積を有し、光データ信号を捕捉するのに十分な、比較的小さな開口数を有する。外側導波路は、比較的大きな断面面積を有し、内部導波路の開口数よりかなり大きい開口数を有する。したがって、外側導波路は、比較的大きなダイバージェンスを有するポンピング信号を捕捉することが可能である。

エア・クラッド・ファイバでは、外側導波路は、大部分が空気である、特別に設計されたクラッド層を使用して形成され、したがってそれは、固体シリカまたは他の材料から加工された通常のファイバ領域の屈折率よりかなり低い屈折率を有する。それ故、導波路は、エア・クラッド層によって固体ファイバ領域を囲繞することによって、形成することができる。エア・クラッド層の屈折率が低いため、比較的大きい開口数を有する導波路を構築することが可能である。

図１に、縮尺どおりではないが、従来技術によるエア・クラッド・ファイバ２０の断面を示す。示したエア・クラッド・ファイバ２０は、ＯＦＳ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ社（ｗｗｗ．ｓｐｅｃｉａｌｔｙｐｈｏｔｏｎｉｃｓ．ｃｏｍ）製の市販のエア・クラッド・ファイバを概略的に表している。ファイバ２０は、複数の同心領域、すなわちコア領域２２、内部クラッド領域２４、エア・クラッド領域２６、外側クラッド領域２８および保護外側コーティング３０を含む。コア領域２２、内部クラッド領域２４および外側クラッド領域２８は、固体シリカから加工される。１つまたは複数のこれらの領域は、化学作用によってドープされて所望の屈折率を得ている。エア・クラッド領域２６は、以下でさらに詳細に述べるが、ほとんどが空気であり、したがって１．０に近い屈折率を有する。保護外側コーティング３０は、適切なポリマー材料から加工される。

用語「クラッド領域」は、本明細書で使用するとき、１つまたは複数のクラッド層を有するファイバ領域を言う。本例では、内部クラッド領域２４および外側クラッド領域２８は、それぞれが単一クラッド層を含む。しかし、本議論から、本発明は、２以上のクラッド層を有する内部または外側のクラッド領域を有するエア・クラッド・ファイバに適用されることも明かである。本明細書でさらに使用されるように、用語「外側領域」は、一般に、エア・クラッド層２６の周辺部の外部に位置する、すべてのファイバ構成要素を言う。これらの構成要素は、外側クラッド領域２８および保護外側コーティング３０を含む。

図２に、縮尺通りではないが、ファイバ２０にわたる直径に沿ったファイバ２０の各領域の屈折率を表す屈折率プロファイル４０を示す。図１および２から、ファイバ２０は、ステップ型設計であることが分かるはずである。しかし、本発明は、グレーデッド型ファイバ設計について実施することもできることが理解されるはずである。

図２の屈折率プロファイル４０は、コア領域２２に対応する中央のスパイク４２と、内部クラッド領域２４に対応する１対の「肩部」４４とを含む。コア領域の屈折率４２と内部クラッド領域の屈折率４４の間の差は、本明細書では、Δｎ_１という。コア領域２２と内部クラッド領域２４の間の界面は、光データ信号を捕捉するのに適した開口数ＮＡ_{ｉｎｎｅｒ}を有する内部導波路３２を形成する。図３Ａに、内部導波路３２に沿った光データ信号６０の伝播を表す、ファイバ２０の軸断面を示す。

図２の屈折率プロファイル４０は、エア・クラッド領域２６に対応する１対の「トレンチ」４６をさらに含む。エア・クラッド層２６の屈折率がそのように低いかという理由は、それが大部分空気から構成されており、１．０に近い屈折率を有しているということである。内部クラッド領域の屈折率２４とエア・クラッド領域の屈折率の間の差は、本明細書ではΔｎ_２という。内部クラッド領域２４とエア・クラッド層２６の間の界面は、光ポンピング信号を捕捉するのに適した開口数ＮＡ_{ｏｕｔｅｒ}を有する外側導波路３４を形成する。図３Ｂに、外側導波路３４に沿った光ポンピング信号６２の伝播を表す、ファイバ２０の軸断面を示す。

屈折率プロファイル４０は、外側クラッド領域２８に対応する１対の平坦領域４８をさらに含む。本例では、外側クラッド領域の屈折率４８は、内部クラッド領域の屈折率４４に等しい。しかし、具体的なエア・クラッド・ファイバ設計に依存して、これらの値は、異なることがある。

ここで、ファイバ２０中のエア・クラッド領域２６の構築について簡単に説明する。多くの異なる構造を使用してエア・クラッド領域を構築することができる。本例では、エア・クラッド層２６は、内部クラッド領域２４の外周部と外側クラッド領域２８の内周部の間に延在する複数のくもの巣状要素３６を含む、くもの巣状支持構造を含む。くもの巣状要素３６は、ファイバ２０の長さ方向にわたって延在する複数の中空チャネル３８を画定する。

米国特許第５，９０７，６５２号に記載されているように、図１に示すエア・クラッド層２６は、マルチ・ステップ処理を使用して加工することができる。改良化学気相堆積（ＭＣＶＤ）技法を使用して光ファイバのプリフォームの固体コア領域を加工する。次いで、プリフォームに、コア領域を囲繞する複数の毛細管および毛細管を囲繞する外側クラッド管が加えられる。光ファイバの形に引き伸ばされたとき、各個々の毛細管が、ファイバの長さ方向にわたって延在する、別々のチャネル３８を形成する。毛細管の壁は、完成したファイバ中で、くもの巣状要素３６を形成する。

チャネル開口部３８が劈開されたファイバ２０の第１および第２の端部で露出するように、エア・クラッド・ファイバ２０が劈開された場合、第１および第２の端部間でファイバ２０の長さにわたってガスを流すことが可能である。用語「ガス導通」は、本明細書で使用されるとき、エア・クラッド・ファイバ設計、または微細構造化された領域を含む他の設計を言い、それによって、エア・クラッド領域または他の微細構造化領域を通してファイバの長さにわたるガスの導通が可能になる。本議論から、本発明の様々な態様は、ガスを導通するまたはガスを導通しない両方の様々なタイプの微細構造化領域を含む他のタイプのファイバに、適用できることが理解されるはずである。

上記に議論したように、エア・クラッド・ファイバは、光ポンピング方式に使用することができる。光データ信号および光ポンピング信号が、同時に、エア・クラッド・ファイバの内部および外側の導波路にそれぞれ結合されることが望ましい。バルク・オプティックスを使用せずに所望の結合を達成できる、ファイバ・ベースの解決策が開発された。

図４に、「テーパ・ファイバ束」（ＴＦＢ）として知られた、ファイバ・ベースの信号およびポンプのコンバイナ８０の断面図を示す。ＴＦＢ８０は、ポンピング信号８６およびデータ信号８８のための入力８２および８４を含み、それらは、単一出力ファイバ９０中に引き込まれる。出力ファイバ９０は、通常、データ信号を誘導するためのコアを含む。ポンピング信号８６は、出力ファイバ９０のクラッドによって誘導される、というのは、ファイバ９０は、屈折率がクラッドより低いコーティングによって被覆されているからである。

ＴＦＢをエア・クラッド・ファイバに結合するために、融着接続技法の使用が可能であることが望ましいはずである。しかし、エア・クラッド・ファイバが接続中に加熱されたとき、エア・クラッド層は、通常崩壊する。図５に、崩壊したファイバ２０’の断面図を示す。図２に示す屈折率プロファイル４０に戻ると、エア・クラッド層２６’の崩壊によって、屈折率プロファイル４０中のトレンチ４６がなくされていることが分かる。これによって、Δｎ_２が、その値をかなり低下させられる。その結果は、ここで、ポンピング信号６２’のいくらかまたはすべてが、外側導波路３４’から漏れることになる。

図６に、以下に述べる技法による接続のために準備が施されたエア・クラッド・ファイバ１２０に、ＴＦＢ１１０を融着接続する、本発明の態様による結合方式１００の断面図を示す。エア・クラッド・ファイバ１２０は、コア領域１２２、内部クラッド領域１２４、エア・クラッド領域１２６、外側クラッド領域１２８および外側保護コーティング（図示せず）を含む。図６の結合方式では、エア・クラッド・ファイバ１２０のリード端は、接続前に、エア・クラッド領域１２６およびエア・クラッド領域１２６の外側のファイバ領域すべてを除去して、内部クラッド領域１２４の外周部を大気に露出することによって、形成される「剥離された」部分１３０を含む。

エア・クラッド領域１２６は、大気の屈折率と実質的に等しい屈折率を有するので、内部クラッド領域１２４の外部のファイバ領域を剥離しても、外側導波路１３４の開口数が実質的に保存されることになることが分かるはずである。上記に議論したように、エア・クラッド・ファイバ１２０では、外側導波路は、内部クラッド領域１２４とエア・クラッド領域１２６の間の界面によって形成される。剥離部分１３０では、外側導波路は、内部クラッド領域１２４と大気の間の界面によって形成される。

一度その外側領域が剥離されると、次いで、エア・クラッド・ファイバのリード端が、ＴＦＢ１１０に融着接続される。内部クラッド１２４の外側に、もはやエア・クラッド領域が存在しないので、融着接続処理中に崩壊するものは、存在しない。それ故、図示した結合方式では、ポンピング信号の漏れ量が、かなり減少することになる。

本技法は、エア・クラッド・ファイバをＴＦＢに結合するという背景下で説明しているが、説明する技法は、エア・クラッド・ファイバを他のタイプのファイバおよび光デバイスに結合するために、使用することもできることに留意されたい。例えば、説明する技法は、所定の長さのエア・クラッド・ファイバを他の長さのエア・クラッド・ファイバに融着接続するために、使用することができる。

図７に、ＴＦＢのファイバ出力などの、光デバイスにエア・クラッド・ファイバを結合するための、本発明の態様による全体的な方法１４０のフローチャートを示す。ステップ１４２で、所定の長さのエア・クラッド・ファイバを供給する。上記に述べたように、エア・クラッド・ファイバは、コア領域、内部クラッド領域、エア・クラッド領域および外側ファイバ領域を含む。ステップ１４４で、エア・クラッド領域および外側ファイバ領域を除去し、内部クラッド領域の外周部を露出する。ステップ１４６で、必要な場合、光デバイスとエア・クラッド・ファイバの間にテーパが付けられた移行部を設ける。ステップ１４８で、エア・クラッド・ファイバの剥離された部分に光デバイスを結合する。以下に述べるように、ステップ１４６で述べたテーパ付けは、ステップ１４８で述べた結合の前で、またはその後で実施することができる。

図８Ａ〜８Ｄに、光デバイスに結合するためにエア・クラッド・ファイバを準備するための、本発明の他の態様による技法を表す一連の断面図を示す。図８Ａで、コア領域１６２、内部クラッド領域１６４、エア・クラッド領域１６６および外側領域１６８を含む、所定の長さのエア・クラッド・ファイバ１６０を供給する。エア・クラッド領域１６６を通してエッチャント・ガス１７０を流す。ガス・トーチまたは他の適切な熱源を使用して熱１７２をファイバ１６０の選択した部分１７４に加える。エッチャント・ガス１７０と加えた熱１７２の組合せによって、選択したファイバ部分１７４中でエア・クラッド支持構造が融解されて空所が残され、それは、図８Ｂに黒塗り部分１６６’として示す。

次いで、処理されたファイバは、加熱したファイバ部分を介して劈開する。図８Ｂに示すように、ファイバは、破線１７６で劈開され、それは、加熱したファイバ部分の一方端に位置する。しかし、加熱したファイバ部分の他のポイント、その中間点などにおいてファイバを劈開することも可能である。図８Ｃに、劈開後のファイバ１６０の断面図を示す。

劈開後、サンドペーパを使用して加熱したファイバ領域の外側領域を除去する。サンドペーパを使用すると、内部クラッド領域を損なわずに、ファイバの外側領域中に亀裂を生じさせることが可能だった。図８Ｄに、ファイバの外側領域をそのリード端において除去した後のエア・クラッド・ファイバの断面図を示す。

述べた技法は、エッチャント・ガスとして酸素と六フッ化硫黄の混合物（Ｏ_２／ＳＦ_６）を使用し、それを、長さ１．５メートルのエア・クラッド光ファイバの線分の一方端において５．０ｂａｒ（５００ｋＰａ）の圧力で施して実施し、成功した。六フッ化硫黄は、「加熱によって活性化される」ので、エッチャント・ガスとして選択した。六フッ化硫黄は、ファイバの加熱した部分中のエア・クラッド構造をエッチング除去するための有効な腐食剤であるフッ素の放出を引き起こすほど十分高温に加熱されるまで、一般に不活性である。

ヘキサフロオロエタン（Ｃ_２Ｆ_６）または他のフッ素含有ガスを含む、他のエッチャント・ガスを適切に使用することができる。これらのガスは、室温ではシリカに対して実質的に非腐食性でもあるが、トーチまたは他の適切な熱源によって加熱されたとき、フッ素を放出する。同様の性質を有する他のガスも、記述した技法で使用するのに適切であることがある。

ファイバの選択部分は、約３ｃｍの加熱ゾーンを有するプロパン・トーチによって加熱した。９０秒間加熱し、それは、加熱したファイバ部分中でエア・クラッド層の支持構造をエッチング除去するのに十分であった。加熱したファイバ部分の外部のファイバ構成要素の構造完全性は、エッチャント・ガスによって著しくは影響されなかった。エア・クラッド層および外側のファイバ領域を除去した後、露出された内部クラッド領域は、直径が約４０μｍであった。

図９に、上記に述べた技法による方法２００のフローチャートを示す。ステップ２０２で、所定の長さのエア・クラッド・ファイバを供給する。ステップ２０４で、エア・クラッド領域を通してファイバの長さにわたってエッチャント・ガスを流す。ステップ２０６で、ファイバの選択した部分を加熱して、加熱したファイバ部分内のエア・クラッド支持構造を融解させる。ステップ２０８で、加熱した領域を介してファイバを劈開する。最後に、ステップ２１０で、ファイバの外側領域を除去して内部クラッド領域を露出する。サイド結合の状況下など、ある種の用途においては、加熱後にファイバを劈開する必要がない場合があることに留意すべきである。

上記の議論から、本発明の態様は、ガスを導通する微細構造を含む、すべての光ファイバに適用することができることが明かである。それらの光ファイバには、上記に述べたように、ファイバの選択部分中のガスを導通する微細構造をエッチング除去し、外側ファイバ領域を除去することが可能であるはずである。本発明のこの態様は、以下にさらに詳細に説明する。

他のアプローチを使用して、エア・クラッド領域およびエア・クラッド・ファイバの外側領域を除去することができる。例えば、これらは、ファイバの外部から、またはファイバ中のホールを介して加えられるエッチング液溶液の使用、ファイバの外部から加えられるエッチャント・ガスの使用、レーザ・アブレーションおよび機械的除去を含む。エア・クラッド層および外側領域は、接続後に、すなわちエア・クラッド層が崩壊した後に除去することもできる。すべてのこれらの技法のいくらかは、ガスを導通しない微細構造化領域を有するファイバに実用的になり得る。

エア・クラッド・ファイバの外側領域が除去された後、その結果得られた露出された内部クラッド領域は、通常、直径が、ＴＦＢのリード端より、またはエア・クラッド・ファイバが結合される他の光デバイスより著しく小さくなる。したがって、通常、ＴＦＢのリード端に、または他の光デバイスに、エア・クラッド・ファイバの剥離されたリード端の直径まで細くなるようにテーパを付ける必要がある。

１つのテーパ付け技法が、図１０Ａ〜１０Ｃに示してある。図１０Ａに、エア・クラッド・ファイバ２２０およびＴＦＢ２３０の正面図を示す。エア・クラッド・ファイバのリード端２２２は、上記に説明した技法によって接続するために準備されている。図１０Ａに示すように、エア・クラッド・ファイバのリード端２２２の直径は、ＴＦＢ２３０の直径より著しく小さい。図１０Ｂでは、エア・クラッド・ファイバ２２０は、ＴＦＢ２３０に接続されている。ここで、接続後の熱２３２が加えられる。ＴＦＢ２３０の直径がファイバ端の直径より大きいので、表面張力によって、テーパ２３４がファイバ端において形成される。このテーパによって信号損失が減少することになることが判明している。

図１０Ａ〜１０Ｃに示す技法は、ＯＦＳエア・クラッド・ファイバを、直径が１２５μｍのＴＦＢに接続したところ、成功裡に実施された。その外側領域が除去された後、ＯＦＳエア・クラッド・ファイバは、直径が４０μｍになった。Ｅｒｉｃｓｓｏｎ ＦＳＵ９９５スプライサを使用して、エア・クラッド・ファイバのリード端をＴＦＢのリード端に融着接続した。以下の最適化された接続パラメータを使用した。
融着前時間 ０．２秒
融着前電流 ８．０ｍＡ
ギャップ ４０μｍ
オーバラップ ８．０μｍ
融着時間１ ０．３秒
融着電流１ ７．０ｍＡ
融着時間２ ２．０秒
融着電流２ ７．０ｍＡ
融着時間３ ０
融着電流３ ０

これらのファイバが、上記の接続プログラムを用いて接合された。テーパ付けは、接続後に、スプライサのサービス・モード機構を使用して１０ｍＡの電流で再びアークを加えることによって、仕上げた。アークは、十分ＴＦＢにテーパを付けたと判定したとき、オフにした。

図１０Ａ〜１０Ｃに示す技法を使用して得られるテーパは、その長さが比較的短いので、特定の応用例には損失が大きすぎることがある。したがって、本発明の他の態様が、テーパの長さを伸ばすための技法を提供する。この技法によれば、さらに緩やかなテーパが、適切な濃度でフッ化水素酸（ＨＦ）を含有した溶液などの、適切なエッチング液溶液中に第２のファイバのリード端を浸すことによって生成される。テーパは、例えば、エッチング液溶液に対してファイバを移動し、エッチング液溶液中に浸されていないファイバ部分と比較的細いファイバ先端の間でファイバ直径を滑らかに減少させることによって、ファイバ中に生成される。

他の技法を使用してＴＦＢのリード端に、または他の光デバイスにテーパを付けることができる。例えば、ＴＦＢリード端へのテーパ付けは、それを軟化させるのに十分な温度までそれを加熱し、次いで適切な機械装置を使用してファイバに張力を加えてそれを所望のテーパ形状に伸ばすことによって、達成することができる。このアプローチは、コア直径に影響することになる。しかし、ＴＦＢのコアの特性は、細くなるテーパを補償するように調整することができる。その場合、エア・クラッド・ファイバへの接続損失を最小にするために、望ましい修正された直径が、ファイバが物理的にテーパを付けられて細くなった後でのみ得られる。適切に修正される直径と組み合わせて適切な機械的テーパ付け技法を使用すると、効率を８８％まで増加することが可能であった。

図１１Ａおよび１１Ｂに、本発明の他の態様による結合方式２４０の分解図および正面図をそれぞれ示す。結合方式は、９８０ｎｍのポンプ・レーザ２５０、テーパが付けられた標準の単一モード・ファイバ（ＳＳＭＦ）２６０およびエア・クラッド層２７０を含む。示した結合方式では、レーザ出力２５２は、コア直径が１０５μｍ、クラッド直径が１２５μｍおよび開口数が０．１５である。テーパが付けられたＳＳＭＦは、長さが約１７ｍｍで、最大直径１２５μｍから最小直径４０μｍにまでテーパ付けされている。ＳＳＭＦは、上記に説明したように、エッチング液溶液中にそれを浸漬してテーパが付けられている。エア・クラッド・ファイバ２７０は、直径が４０μｍで開口数が０．５０の外側導波路を有する。ファイバの剥離された部分２７２は、直径が４０μｍで長さが約３ｍｍである。レーザ出力２５２とＳＳＭＦ２６０の間の接続は、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ ＦＳＵ９９５スプライサのプログラム４を使用して実施した。ＳＳＭＦ２６０とエア・クラッド・ファイバのリード端２７２の間の接続は、上記に述べたプログラムを使用して実施した。図１１Ａおよび１１Ｂに示し上記に説明したシステムは、測定した効率が６６％であった。主な損失は、恐らくテーパが付けられたファイバの露出面上の汚染によって生じたと考えられる。さらに、ＳＳＭＦにテーパを付ける技法を磨くことによって、効率の増加が達成可能であると考えられる。

図１２に、サイド結合技法が使用される結合方式３００の図を示す。結合方式３００は、送信機３１０および検出器３２０を含む。送信機３１０と検出器３２０の間の光リンクは、上記に説明した技法によって準備された、剥離した部分３３０を有するエア・クラッド・ファイバを含む。ポンプ・レーザ３４０の出力は、エア・クラッド・ファイバの剥離部分３３０の側面に接着剤で付けられた、または接続されたポンプ・ファイバ３４２から送信される。

ＴＦＢは、通常２以上のファイバを含み、それによってポンピング信号の開口数が増加される。サイド結合方式では単一ファイバのみが使用されるので、サイド結合方式は、ポンピング信号の全体的な開口数が低下しがちである。

上記に述べたように、上記に説明した技法のある態様は、一般に、上記に議論したエア・クラッド・ファイバ中のエア・クラッド領域と同様な微細構造化された領域を含む他のタイプのファイバに適用可能である。図１３は、光ファイバ中の微細構造化された領域の選択した部分をエッチング除去するための、本発明の他の態様による全体的な技法を表すフローチャート４００である。この技法は、図８Ａ〜８Ｄに示し、上記で議論した。

ステップ４０２で、上記で述べたエア・クラッド・ファイバ中のエア・クラッド領域などの微細構造化された領域を有する所定の長さの光ファイバを供給する。そのような微細構造化領域は、通常、ファイバの長さにわたって延在する複数のマイクロチャネルを含む内部微細構造を含む。ステップ４０４で、微細構造化領域の選択した部分を通して、加熱によって活性化されるエッチャント・ガスを流す。上記に議論したように、ステップ４０４を実施するための一方法は、エッチャント・ガスをファイバの開口した第１の端部中に供給し、ファイバの長さに沿ってガスを移動させ、次いでファイバの開口した第２の端部からガスを逃がすことである。ステップ４０６で、微細構造化領域の選択部分を加熱する。上記に議論したように、ステップ４０６を実施する一方法は、ガス・トーチを使用して光ファイバを加熱することである。ステップ４０６での加熱によって、エッチャント・ガスからフッ素などの腐食剤が、放出される。ステップ４０８で、腐食剤によって、微細構造化領域の選択部分中の微細構造がエッチング除去される。最後に、所望に応じて、ステップ４１０で、エッチング除去された微細構造化領域を囲繞する外側ファイバ領域を除去して、内部ファイバ領域を露出する。しかし、具体的な応用例に応じて、外側ファイバ領域を残すことが望ましいことがある。さらに、所望なら、エッチング除去された微細構造化領域を介してまたはその最も近くで、ファイバを劈開することができる。

ステップ４０４を実施するための、上記で説明した技法は、長さがより短い光ファイバに適している。しかし、通常の微細構造領域中の個々のチャネルの直径が細いため、ガス流に対する抵抗が、かなりの大きさになりがちである。したがって、ファイバの長さが大きくなるにつれて、述べた方法によって、選択されたファイバ部分を通してエッチャント・ガスを移動させることは、ますます困難になる。

この課題は、本発明の他の態様によって対処し、それは、ファイバの選択部分を通してエッチャント・ガスを流すための代替の技法を提供する。図１４Ａ〜１４Ｃは、本発明のこの他の態様による技法を表す一連の図である。

図１４Ａは、内部領域５０２、微細構造化された領域５０４および外側領域５０６を含む例示の光ファイバ５００の断面図を示す。示したファイバ５００は、単一の微細構造化領域５０４だけを有するが、現在述べている技法は、２以上の微細構造化領域を有する光ファイバについて使用することもできることを理解されるはずである。

光ファイバ５００の一部分５０８を選択し、そこでは、微細構造化領域から微細構造を除去して空所を残すことが望まれる。この説明の目的のため、第１の端部５１０と第２の端部５１２も識別する。第１および第２の端部５１０および５１２は、ここではそれぞれリード端および後部端とも言う。

現在説明している技法によれば、ファイバの微細構造化領域の一部分は、例えば、図５に示し上記に述べたように、それを加熱して微細構造領域を崩壊させるのに十分な温度まで上げることによって、封じ込められる。図１４Ｂでは、ファイバの後部端５１２中の微細構造化領域５０４が、このようにして封じ込められている。この説明から、ファイバ端部が図１４Ｂでは封じ込められているが、微細構造化領域５０４は、ファイバ端部から離れたファイバ５００の一部分で封じ込めることもできることは、明かである。

図１４Ｂにさらに示すように、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）などの適切なエッチャント・ガス５１４をファイバのリード端５１０中に、ファイバのリード端５１０と密封部分５１２の間の微細構造化領域５０４の部分内でガス５１４が加圧される圧力まで送り込む。適切な取付金具５１６を使用してエッチャント・ガス５１４の源をファイバのリード端５１０に結合する。図１４Ｃに示すように、ファイバのリード端５１０が開放されたとき、加圧されたエッチャント・ガス５１４がファイバのリード端５１０から流出し、エッチャント・ガス５１２は、選択したファイバ部分５１４を通って逆流することになる。

封鎖されたファイバ中に送り込まれたエッチャント・ガス５１４は、１０〜１５ｂａｒ（１０００〜１５００ｋＰａ）の大まかな範囲の圧力になることがある。流れに対する抵抗が比較的大きいので、ファイバの長さが２０〜３０メートルの場合、エッチャント・ガス５１４がファイバの開口した端部から完全に漏れ出るまで、通常数分かかることになる。これは、図８Ａおよび８Ｂに示した技法などの加熱操作の実施に十分な時間を与え、そこでは、微細構造化領域の選択部分を加熱５１８し、エッチャント・ガスから腐食剤を放出させ、それによって加熱されたファイバ部分中の微細構造をエッチング除去する。

上記に議論したように、所望の場合、微細構造が加熱された領域中でエッチング除去された後、外側領域を除去することができる。あるいは、具体的な応用例に応じて、外側領域をそのままにしておくことが望まれることがある。また、ファイバは、微細構造化領域のエッチング除去された領域を介して、またはその最も近くで劈開することができる。

説明した技法は、長さが２０メートルまたはそれより長いファイバに実用的であることが判明している。しかし、説明した技法は、２０メートルより短い長さを含む、様々な長さのファイバを用いて実施することができることを理解されるはずである。

さらに、微細構造化されたファイバが十分な長さである場合、微細構造化された層の一部分を遮断することなく、エッチャント・ガスの逆流の生成が可能であることが判明した。上記に議論したように、ファイバの長さにわたって微細構造を通るエッチャント・ガスの流れに対して比較的大きい抵抗が存在する。したがって、ファイバの長さが十分であれば、微細構造化ファイバの開口した端部中にエッチャント・ガスを送り込んだ場合、たとえ微細構造化層の一部分が密封されていなくても、圧力が微細構造化領域の内部で高まることになる。微細構造化ファイバのリード端が開放されたとき、逆流が生成されることになる、というのは、エッチャント・ガスがファイバのリード端から逃げる割合は、エッチャント・ガスがファイバの長さにわたって伝播し続ける割合より大きくなるからである。長さが３０メートルまたはそれより長い微細構造化ファイバを使用すると、適切な逆流を生成することができることが判明した。例えば、バルク・スプール上に巻かれた光ファイバのリード端において、説明した技法を実施することが可能なはずである。

図１５に、上記に説明した技法を表すフローチャート６００を示す。ステップ６０２で、微細構造化されたファイバの微細構造化層中にファイバのリード端を介してエッチャント・ガスを供給する。ステップ６０４で、エッチャント・ガスの圧力が微細構造化領域中で高められる。最後に、ステップ６０６で、ファイバのリード端を開放し、それによって微細構造化領域の選択部分を通るエッチャント・ガスの逆流が引き起こされる。上記で議論したように、ファイバの長さに応じて、エッチャント・ガスの圧力を高めることが可能になるように微細構造化領域の一部分を遮断することが必要である場合があり、または必要でないことがある。

前述の説明は、当業者が本発明を実施することができるように、細部を含んでいるが、この記述は、本来は例示的であり、多くのその修正および変形が、これらの教示の恩恵を受ける当業者に明かになることを認識すべきである。したがって、本明細書の本発明は、ここに添付されたクレームだけによって規定され、そのクレームは、従来技術が認めるほど広く解釈するものと企図する。

従来技術による典型的なエア・クラッド・ファイバの断面図である。 図１に示すファイバの屈折率プロファイルを示す図である。 図３Ａ及びＢは、ファイバの内部導波路にわたる光データ信号の伝播およびファイバの外側導波路にわたる光ポンピング信号の伝播をそれぞれ示す、図１に示すファイバの軸断面図である。 従来技術によるテーパ・ファイバ束を示す図である。 接続するための加熱によってファイバのリード端中のエア・クラッド層が崩壊させられた後の、図１に示すファイバを示す図である。 エア・クラッド光ファイバの準備されたリード端にテーパ・ファイバ束が結合される、本発明の態様によるファイバ結合方式を示す図である。 エア・クラッド・ファイバを光デバイスに結合するための、本発明の態様による全体的な方法を示すフローチャート図である。 光デバイスに結合するためにエア・クラッド・ファイバのリード端を準備するための、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 光デバイスに結合するためにエア・クラッド・ファイバのリード端を準備するための、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 光デバイスに結合するためにエア・クラッド・ファイバのリード端を準備するための、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 光デバイスに結合するためにエア・クラッド・ファイバのリード端を準備するための、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 図８Ａ〜８Ｄに示した技法によって光デバイスに結合するために、エア・クラッド・ファイバのリード端を準備するための方法を示すフローチャート図である。 図１０Ａ〜Ｃは、エア・クラッド・ファイバの剥離したリード端の直径まで細く、光デバイスのリード端にテーパを付けるための、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 図１１Ａ及びＢは、本発明の他の態様によるファイバ結合システムの、それぞれ分解図および正面図である。 サイド結合技法が、光送信ライン中にポンプ・レーザを結合するために使用されるポンピング方式を示す図である。 光ファイバ中の微細構造化領域の選択部分をエッチング除去するための、本発明の他の態様による全体的な技法を示すフローチャート図である。 図１４Ａ〜Ｃは、光ファイバ中の微細構造化領域の選択部分を通るエッチャント・ガスの逆流が生成される、本発明の他の態様による技法を示す一連の図である。 光ファイバ中の微細構造化領域の選択部分を通るエッチャント・ガスの逆流を生成するための全体的な技法を示すフローチャート図である。

Claims (5)

1. エアクラッド光ファイバと光デバイスとを結合する方法であって、
   （ａ）コア領域と、前記コア領域を囲繞する内部クラッド領域と、前記内部クラッド領域を囲繞するエアクラッド領域と、前記エアクラッド領域を囲繞する外側領域とを有するエアクラッド光ファイバを用意し、
   （ｂ）前記エアクラッド領域および前記外側領域を除去し、露出された内部クラッド領域を残して結合する前記エアクラッド光ファイバの一部分を準備することを含み、
   前記エアクラッド光ファイバの前記エアクラッド領域がガスを導通する微細構造を含み、前記エアクラッド領域および前記外側領域の前記除去は、
   前記ガスを導通する微細構造を通してエッチャントガスを流し、
   前記ファイバの一部分を加熱して、前記加熱されたファイバ部分中の前記ガスを導通する微細構造を前記エッチャントガスによりエッチング除去させ、
   前記ガスを導通する微細構造が前記加熱されたファイバ部分でエッチング除去された後、そこから前記外側領域を除去し、露出された内部クラッド領域を残す、ことを含み、前記方法はさらに、
   （ｃ）前記光デバイスを前記露出された内部クラッド領域に結合する、ことを含む方法。
2. 前記光デバイスがテーパ状ファイバ束である、請求項１に記載の方法。
3. 前記光デバイスが、前記エアクラッド光ファイバの前記露出された内部領域の側面に結合される、請求項１に記載の方法。
4. 前記光デバイスが第２のエアクラッド光ファイバである、請求項１に記載の方法。
5. 前記エアクラッドファイバの前記露出された内部領域のリード端が直径がより大きい光デバイスのリード端に接続され、前記方法はさらに、
   前記エアクラッドファイバの前記露出された内部領域の前記リード端と前記光デバイスの前記リード端との間にテーパ状移行部を設ける、ことを含む請求項１に記載の方法。

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