JP5498799B2 - 二重クラッドスタブファイバを備えたファイバ光学コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、一般にファイバ光学コネクタに関わり、とりわけ、高次モードの励起によって起こされる光学干渉効果を最小化するための二重クラッドスタブファイバを有する、フィールド終端され、予め研磨されたファイバ光学コネクタに関する。

フィールド終端させられ予め研磨されたファイバ光学コネクタは、２つの光学ファイバ、フィールド光学ファイバ（「フィールドファイバ」）、および内部スタブ光学ファイバ（「スタブファイバ」）が結合される接合部を含む。このようなコネクタは、他の互換性のあるファイバ光学コネクタとの接続を可能にする、予め研磨された前面を含む。このようなコネクタにおいて、スタブファイバは、本質的に、２つの接合部：フィールドファイバ−スタブファイバ接合部、および、予め研磨された前面での互換性のあるコネクタとのコネクタ接合部、の間に配置される。

理想的には、単一モードフィールドファイバのコアを通過するすべての光エネルギーは、予め研磨されたファイバ光学コネクタ内のスタブファイバのコア中に、接合部全体で邪魔されることなく連続することになる。この理想的なシナリオにおいて、フィールドファイバのコア内のすべての光伝播が、単一モードファイバに対してＬＰ_０１で表される主要モードに結合されるようになり、スタブファイバコアを通して伝播するので、フィールドファイバとスタブファイバとの間の接合部は１に等しい結合効率η_１を有すると言われる。しかし実際は、フィールドおよびスタブファイバのコアの不整合、あるいはフィールドおよびスタブファイバに対するモード−フィールド直径（ＭＦＤ）または光学パワー分布の不一致の結果として、光学干渉効果が起こる。この不整合あるいは不一致は、スタブファイバの短い長さ中において互いに干渉する、単一モードファイバに対してＬＰ_１１とＬＰ_０２モードのような、望ましくないより高い次数のコヒーレントモードを励起する。この干渉は互いに強め合う、または互いに弱め合うものであり、後者の場合、コネクタ接合部の挿入損失の全体的な増加を引き起こす。

これらおよびその他の問題を克服する、予め研磨され、速やかに終端するファイバ光学コネクタの必要性が存在する。

単一クラッド光学フィールドファイバを終端させるための、フィールド終端され予め研磨された（プレポリッシュされた）ファイバ光学コネクタアセンブリは、二重クラッド光学スタブファイバと配列部材とを含む。配列部材は、フィールド終端された光学フィールドファイバの切断された終端を受け、その端部は、終端点における接合部を形成する二重クラッド光学スタブファイバの端部で終端する。二重クラッド光学スタブファイバは、半径ｒ_ｃを有するコアと、半径ｒ_１を有する内部クラッディングと、半径ｒ_２を有する外部クラッディングと、を含む。比ｒ_１:ｒ_ｃは６．５：１より小さい。内部クラッディングの屈折率は、コアのそれより少なくとも０．００２５小さいが、外部クラッディングの屈折率のそれより大きいような有効な相対的屈折率をもたらすように、負にドープ（ダウンドープ）される。二重クラッド光学スタブファイバのモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、フィールドファイバのＭＦＤとほぼ一致する。一実施の態様では、光学フィールドファイバおよび二重クラッド光学スタブファイバは単一モードタイプのものである。他の実施の態様では、光学フィールドファイバおよび二重クラッド光学スタブファイバは多重モードタイプのものである。光学フィールドファイバは二重クラッドファイバでもありうる。

単一クラッド光学フィールドファイバを終端させる方法は、ファイバ光学コネクタアセンプリ中に少なくとも部分的に配置された二重クラッド光学スタブファイバの端部に、その端部が接触するように、フィールドファイバの端部をファイバ光学コネクタアセンブリ内に配置する段階を含む。

本発明の一局面による、フィールドファイバ１２を終端させるのための、典型的なフィールド終端され予め研磨されたファイバ光学コネクタ１０の断面図である。 図１の典型的なファイバ光学コネクタに組み込まれる二重クラッドスタブファイバ１４の断面図、並びに二重クラッドスタブファイバ１４のコアとクラッディングの、それぞれの屈折率の分布である。

図１は、本発明の一局面による、フィールドファイバ１２を終端させるのための、フィールド（電磁場）終端され予め研磨されたファイバ光学コネクタ１０の断面図である。フィールドファイバ１２は、単一のクラッディングを持つ単一モード光学ファイバである。コネクタ１０はフィールドファイバ１２をスタブファイバ１４と結合し、２つのファイバ１２、１４がコネクタ１０中で互いに終端する接合部１６を形成する。コネクタ１０は、共通に譲渡された、「可逆なファイバ光学スタブファイバコネクタ(Reversible Fiber Optic Stub Fiber Connector)」という発明の名称で、２００６年３月１４日に公開された米国特許第７,０１１,４５４号明細書において一般的に記載されたタイプのオプションである。しかし、他のファイバ光学コネクタを使うこともできる。配列部材１８は、互いに固定関係にあるファイバ１２、１４の終端の配列するのための、ｖグルーブプランク(plank)を有することができる。フェルール２０（ferrule）はスタブファイバ１４の一部を囲み、またスタブファイバ１４の予め研磨された端部は、フェルール２０の予め研磨された前面２２に配置され、それと共にそれらはパッチパネルまたは他の装置における適切に配置されたポートで受けることができる。従来のバッファ２４はフィールドファイバ１２の一部を囲む。

フィールドファイバ１２のコアを通過する光は、主要または基本モード（単一モードファイバに対するＬＰ_０１）であり、それは光学ファイバにおける半径方向および方位方向の電磁場分布を記述する。接合部１６において、フィールドファイバ１２およびスタブファイバ１４のそれぞれのコアのわずかな不整合が、双方が導入に際して結合される時に存在しうる。あるいは、ファイバ１２、１４のそれぞれの露出した端部面全体でモード−フィールド直径（ＭＦＤ）における不一致が存在しうる。接合部におけるコア不整合は望ましくない高次モードの励起をもたらす。フィールドファイバ１２における光エネルギーのパワー分布がＬＰ_０１モードで示されるような放射状のガウス分布である時、コア−クラッディング接合部の近くの光エネルギーは、第２次のモードＬＰ_１１および第３次のモードＬＰ_０２のような追加的な高次モードを引き起こし、それは予め研磨された前面２２においてモードの干渉をもたらしうる。励起された光のモードはコヒーレントであり、異なった伝播定数に従った異なる経路を進む。従って、それらが位相差に応じてスタブファイバ１４の端部における前面２２に達する時、モードは互いに干渉しうる。この干渉は波長依存であり、また互いに強め合いうる（モードの電界が共に混合する時）か、または互いに弱め合いうる（１つのモードからの電界が他のモードからの電界を打ち消す時）。挿入損失の望ましくない増加は、弱め合う干渉によって起こされる。

コア不整合は、ファイバにおけるタイトな幾何学形状を強いること、例えば高い同心性Ｋ（または低い偏心誤差）を持ったスタブファイバをコネクタ１０に組み込むことなどによって、ある程度最小化することができる。しかしながら、高い同心性のスタブファイバの使用でさえも、結局、望ましくないモードの干渉を排除しえず、従って本発明は、内部クラッディングとコアとのそれぞれの半径の間に比較的限られた（狭い）比を持った二重クラッド専門のファイバ１４と、コアと外部クラッディングに対して内部クラッディングの深い（大きい）屈折率低下を提案する。狭い内部クラッディング対コア半径比とコア対内部クラッディング屈折率低下との組合せは、ファイバ１４のコア中で実質的に主要モードを制限し、そして望ましくない高次モードが、高められた屈折率の外部クラッディング領域の方に広がることを可能にする。これによりコアにおけるモードの重複を減らす。好ましくは、スタブファイバ１４は、フィールドファイバ１２とスタブファイバ１４のそれぞれのコアの不整合によって起こされる干渉を最小化するように、０．５μｍを超えない高い同心性（または低い偏心誤差）を有する。

図２は、それぞれ屈折率ｎ_ｃ、ｎ_１、およびｎ_２、並びにそれぞれ半径ｒ_ｃ、ｒ_１、およびｒ_２を有するコア３０、内部クラッディング３２、および外部クラッディング３４を有する二重クラッドスタブファイバ１４の断面図である。図２に示された二重クラッドスタブファイバ１４において、内部クラッディング３２の屈折率は、コア３０と外部クラッディング３４の両者の屈折率よりも小さい。内部クラッディング３２の屈折率は、コア３０のそれより少なくとも０．００２５小さいが、外部クラッディング３４の屈折率より大きいような有効な屈折率をもたらすように、例えばフッ素またはホウ素によってダウンドープされる（負ドープ）。内部クラッディング３２の屈折率をダウンドープする代わりに、コア３０の屈折率は、例えばゲルマニウムによってアップドープ（正ドープ）されうる。外部クラッディング３４の高められた屈折率ｎ_２は、コア３０の屈折率ｎ_ｃよりも小さい。二重クラッドスタブファイバ１４は、クラッド対コアの比がここで述べたような望ましい効果を引き起こすという点で、一般的に利用可能なディプレスドクラッディングファイバ(depressed-cladding fiber)とは異なる。内部クラッディング３２とコア３０とのそれぞれの屈折率の間の深い屈折率低下は、コア中の主要モードを実質的に含むが、一方で、外部クラッディング３４の高められた屈折率は、外部クラッディング３４とより相互作用しやすい、より大きな直径にわたって高次モードが広がることを可能にする。

二重クラッドファイバの内部クラッディングとコアとの半径の間の比が非常に大きいならば、モード干渉に起因して高い挿入損失につながる高次モードがコア中に含まれる傾向がある、ということが見出された。内部クラッディング３２とコア３０の半径の比（ｒ_１:ｒ_ｃ）は６．５：１より小さい。内部クラッディング３２とコア３０の半径に対する望ましい比は４．５:１の程度である。６．５：１より小さい他の比、例えば５．５：１および３．５：１などもまた、コア３０中に主要モードを適切に含ませることができるが、その一方で、屈折率を調整することによって外部クラッディング３４に高次モードを広げることができる。高次モードでのエネルギーが光軸から離れた距離で集中しているので、それらのエネルギーは外部クラッディング３４中にさらに広がる傾向がある。

深いコアから内部クラッディングへの屈折率低下は、コア３０中に主要モードを含むのが望ましい。この低下の深さは通常、Δと呼ばれる相対的な屈折率差によって特徴づけられ、それは次の式によって与えられる：

ここで、ｎ_ｃはコア３０の屈折率であり、ｎ_１は内部クラッディング３２の屈折率であり、そしてｎ_２は外部クラッディング３４の屈折率である。相対的な屈折率差Δは通常、パーセンテージで表現される。好ましくは、Δは少なくとも約０．４％であるが、２．５％を超えない。

結果として、スタブファイバ１４の全体的な屈曲率プロフィールは、狭くて深い屈折率トレンチ（溝）に類似している。狭くて深い低下プロフィールは、高次モードの望まれない量を制限することもなく主要モードを制限する。それらの高次モードは、高められた外部クラッディング３４に広がる傾向があり、そこで外部クラッディング３４の高められた屈折率のリングに包含される。

好ましくは、二重クラッドスタブファイバ１４のコア３０の直径はフィールドファイバ１２のコア径と一致し、それによって両方のファイバ１２、１４のＭＦＤと一致する。結果として、フィールドファイバ１２とスタブファイバ１４との間の直接の重複部は、
挿入損失または多重経路の干渉を増やさない。一実施形態では、スタブファイバ１４はフィールドファイバ１２のような単一モードファイバである。

本発明で示された、およびの上述の実施形態は単なる典型的であって、いかなる場合もその保護範囲を制限することを意図されていない。その反面、本発明は、ここで特に示されない、または記載されない実施形態を含むと考えられる。例えば、フェルール２０が、配列部材１８内の接合部１６中で図１において配列部材１８に隣接していると示されているが、他の実施形態では、フィールドおよびスタブファイバ１２、１４の間の接合部は、共通に譲渡された米国特許第６,６０４,８６７号明細書に記載されたファイバ光学コネクタで示されたように、フェルール中に作られうる。コネクタ１０の形式は、ＬＣ、ＳＣ、ＦＪ、ＳＴ、またはＭＴＰタイプでありうる。同様に、上述の実施形態において、フィールドおよびスタブファイバで１２、１４が単一モードタイプのものである一方で、本発明は、フィールドおよびスタブファイバ１２、１４が多重モードタイプのものであることも想定する。さらに、フィールドファイバ１２が単一クラッドファイバであると記載した一方で、その代わりにスタブファイバ１４と全く同じように、分散シフトファイバ(dispersion-shifted fiber)または曲げ感度のためのディプレスドクラッドファイバ(depressed clad fiber)で使われるような、二重クラッドファイバでありうる。最終的に、高い同心性Ｋを有するスタブファイバ１４に加えて、フィールドファイバ１２は、フィールドおよびスタブファイバ１２、１４のコアの間のさらに良好な配列とさらに低いオフセットのために、高い同心性をも持つことができうる。あるいは、スタブファイバ１４は典型的な同心性を有することができる。

本発明の特定の実施形態と適用を示し、記載してきた一方で、本発明が、ここに開示した正確な構造と構成に限定されず、種々の改良、変更、および変形もまた、本発明から逸脱することなく前述の説明から明白である、ということが理解されるべきである。

１０ ファイバ光学コネクタ
１２ フィールドファイバ
１４ スタブファイバ
１６ 接合部
１８ 配列部材
２０ フェルール
２２ 表面
２４ バッファ
３０ コア
３２ 内部クラッディング
３４ 外部クラッディング

Claims (16)

1. フィールドファイバを終端させるための、フィールド終端され予め研磨されたファイバ光学コネクタアセンブリであって、
   二重クラッド光学スタブファイバであって、屈折率ｎ_ｃを有するコアと、屈折率ｎ_１を有する内部クラッディングと、屈折率ｎ_２を有する外部クラッディングと、を含み、相対的な屈折率差
   

   

   が、少なくとも０．４％であるような二重クラッド光学スタブファイバと、
   前記フィールドファイバの一部を受ける配列部材であって、前記フィールドファイバの端部が、前記ファイバ光学コネクタアセンプリ中の終端点における接合部を形成する前記二重クラッド光学スタブファイバの端部で終端するような配列部材と、
   を有することを特徴とする、ファイバ光学コネクタアセンブリ。
2. 前記コアは半径ｒ_ｃを有し、前記内部クラッディングは半径ｒ_１を有し、前記外部クラッディングは半径ｒ_２を有し、比ｒ_１:ｒ_ｃは６．５：１より小さいことを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
3. 前記コアは半径ｒ_ｃを有し、前記内部クラッディングは半径ｒ_１を有し、前記外部クラッディングは半径ｒ_２を有し、比ｒ_１:ｒ_ｃは４．５：１より小さいことを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
4. ｎ_２はｎ_１より大きいことを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
5. 前記配列部材に隣接するフェルールをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
6. 前記二重クラッド光学スタブファイバの少なくとも一部は前記フェルール中に配置されることを特徴とする請求項５に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
7. 二重クラッド光学スタブファイバは、０．５μｍを超えない低コア／クラッド偏心誤差を有することを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
8. 前記二重クラッド光学スタブファイバのモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、前記フィールドファイバのＭＦＤと実質的に一致することを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
9. 前記フィールドファイバは単一クラッド光学ファイバであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
10. 前記フィールドファイバは二重クラッド光学ファイバであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
11. 前記フィールドファイバは単一モードタイプのものであることを特徴とする請求項１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
12. 前記二重クラッド光学スタブファイバは単一モードタイプのものであることを特徴とする請求項１１に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
13. 前記フィールドファイバおよび前記二重クラッド光学スタブファイバは単一モードタイプのものであり、前記フィールドファイバは単一クラッド光学ファイバであることを特徴とする請求項２に記載のファイバ光学コネクタアセンプリ。
14. 単一クラッド単一モード光学ファイバを終端させるための、フィールド終端され予め研磨されたファイバ光学コネクタアセンブリであって、
    半径ｒ_ｃを有するコアと、半径ｒ_１を有する内部クラッディングと、半径ｒ_２を有する外部クラッディングと、を含み、比ｒ_１:ｒ_ｃは６．５：１より小さく、
    前記コアは屈折率ｎ_ｃを有し、前記内部クラッディングは屈折率ｎ_１を有し、前記外部クラッディングは屈折率ｎ_２を有し、有効な相対的な屈折率差
    

    

    は、少なくとも０．４％であるような、二重クラッド単一モード光学ファイバと、
    前記単一クラッド光学フィールドファイバの一部を受ける配列部材であって、前記単一クラッド光学フィールドファイバの端部が、前記ファイバ光学コネクタアセンプリ中の終端点における接合部を形成する前記二重クラッド光学スタブファイバの端部で終端するような配列部材と、
    を有することを特徴とする、ファイバ光学コネクタアセンブリ。
15. 単一クラッド光学フィールドファイバを終端させる方法であって、前記フィールドファイバの前記端部が前記ファイバ光学コネクタアセンプリ中に少なくとも部分的に配置された二重クラッド光学スタブファイバの端部で終端するように、前記フィールドファイバの端部をフィールド終端され予め研磨されたファイバ光学コネクタアセンブリ内に配置する段階を有し、前記二重クラッド光学スタブファイバは、半径ｒ_ｃを有するコアと、半径ｒ_１を有する内部クラッディングと、半径ｒ_２を有する外部クラッディングと、を含み、比ｒ_１:ｒ_ｃは６．５：１より小さく、
    前記コアは屈折率ｎ_ｃを有し、前記内部クラッディングは屈折率ｎ_１を有し、前記外部クラッディングは屈折率ｎ_２を有し、ｎ_ｃとｎ_１との差は０．００２５より大きく、二重クラッド光学スタブファイバの相対的な屈折率差
    

    

    は、少なくとも０．４％であることを特徴とする方法。
16. 前記二重クラッド光学スタブファイバのモードフィールド直径（ＭＦＤ）は、前記フィールドファイバのＭＦＤと実質的に一致することを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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