JP5875984B2

JP5875984B2 - 角度劈開光ファイバ並びにその製造及び使用方法

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Inventors: ジェームズスコットサザーランド
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Description

本発明の技術は、光ファイバ、特に、光学光源のモニタリングの際に用いられる角度劈開された光ファイバに関する。

光ファイバは、種々の用途において光を伝送し又は処理するために使用できる。例としては、光を基板上に形成された一体形光学コンポーネント又は光学装置に送り又は光をこれから受け取ること、情報チャネルを波長分割多重光通信装置及びシステムで送ること、光ファイバスイッチマトリックス装置又はファイバアレイ‐アレイコネクタ（fiber array to array connector）を形成すること及び光増幅又はレーザ発信のための光学利得を生じさせることが挙げられる。光ファイバは、本質的に、光をファイバ境界部内に閉じ込め、光を１つの箇所から別の箇所に送る「光パイプ（ライトパイプ）」として働く。

光ファイバコア及び光ファイバコアを包囲したクラッド層を有するものとして典型的な光ファイバを単純化していうことができる。光ファイバコアの屈折率は、光を閉じ込めるためにクラッドの屈折率よりも大きい。光ファイバコアの長手方向軸線に関して最大角度内で光ファイバコア中に結合された光線は、光ファイバコアとクラッドのインターフェイスのところで全反射される。全反射（ＴＩＲ）は、光線が表面の法線に対し臨界角度よりも大きな角度で媒体境界部に当たったときに生じる光学的現象である。境界部の他方の側の材料の屈折率が小さい場合、通過する光は存在せず、光の全てが反射される。臨界角度は、全反射が起こる下限としての入射角である。このＴＩＲは、光線の光エネルギーを１つ又は２つ以上の選択された光ファイバモード内に空間的に閉じ込めて光エネルギーを光ファイバコアに沿って案内する。

短距離用途（例えば、＜１ｋｍ）用の光リンクは、源及び検出器に対する位置合わせ公差の緩和のためにマルチモード光ファイバを採用する場合がある。マルチモード光ファイバコアのサイズが大きいので、光相互結合（光インタコネクション）は、ファブリ・ペロー又は垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ））レーザ源に関して側方、角度及び軸方向位置合わせ不良の寛容性が高くなる。この目的のため及び他の目的のため、光ファイバ中を伝搬する光の量をモニタすることが望ましい場合がある。例えば、所与の光リンクに関する目の安全のための要件は、光ファイバパワーレベルが既定の最大レベルを超えてはならないということを定めている場合がある。それと同時に、検出器のところで受け取る光パワーは、検出器のノイズに起因したビットエラーを回避し又は最小限に抑えるために所望の最小レベルよりも大きいことが必要である。光学源が、光リンクの光パワーを所望の最大値と最小値との間のパワーレベルに保つパワーレベルで光信号を光ファイバ中に発射する。さらに、レーザが老化すると、レーザが生じさせる光の量は、一定のレーザ駆動条件下においてゆっくりと変化する場合がある。源とファイバの結合用途における解決策では、検出器をレーザ源の近くに位置決めしてレーザ源から来る光をモニタする。レーザの寿命全体にわたって出力パワーレベルをモニタするために光パワーの何分の一かが検出器に差し向けられる。

光ファイバに沿う任意の場所で採用され、コンパクトな形態で具体化できる光ファイバ中を伝搬する光の量をモニタする方式を提供することが望ましい。

詳細な説明において開示される実施形態は、光ファイバの端のところに設けられた複数個の劈開された面又はファセットを有する少なくとも１本の光ファイバを含む。複数個の劈開面のうちの上方の面は、光ファイバの長手方向軸線に関し、複数の劈開面のうちの下方の面とは異なる角度で設けられ又は形成される。光ファイバは、光ビームから光を光ファイバのコアと検出器に分配する上方及び下方劈開面を備えた傾斜フェースを有する。光ファイバの端の傾斜フェースの劈開面のうちの第１の面は、第１の面に当たった光学コンポーネントからの光が全反射されて光ファイバコア中に向けられるよう第１の角度で設けられ又は形成されている。第２の劈開面は、光ファイバの長手方向軸線に対して第１の角度よりも小さな第２の角度で設けられ又は形成され、その結果、光コンポーネントからの光の一部分が第２の面を通って再屈折して検出器に当たるようになっている。

一端に複数の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバを用いると、光ビームからの光を光学光源から検出器に分配することができ、その結果、光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるようになる。検出器のところで検出された光を測定して種々の目的のために用いることができ、このような目的としては、光学光源に対する光ファイバの位置合わせ及び光学光源の光減衰が挙げられるが、これらには限定されない。このようなタップ（ｔａｐ）設計により、コンパクトなパッケージ内に密接して位置する光学光源、例えばＶＣＳＥＬ及び検出器を含むコンパクトな包装方式の実現が可能である。

詳細な説明において開示する他の実施形態は、複数個の劈開面を備えた角度劈開された光ファイバを形成する方法を含む。この方法は、光ファイバの端を第１の角度で劈開して光ファイバの端のところに第１の角度劈開面を形成するステップを有する。この方法は、光ファイバの端を第２の角度で劈開して光ファイバの端のところに第２の角度劈開面を形成するステップを更に含み、第１の角度は、第２の角度とは異なっている。
本明細書において開示する別の実施形態は、基板上に設けられた光学光源をモニタする方法を含む。光を光学光源から少なくとも１つの角度劈開端を備えた光ファイバに差し向ける。光を光ファイバの底面で反射してこれを光学光源の近くで基板上に設けられた検出器に向ける。光学光源からの光の第１の部分は、光ファイバの底面により全反射される。光のこの第１の部分を光学光源の近くで基板上に設けられた第１の検出器で検出することができる。光学光源からの光の第２の部分は、光ファイバの底面によりフレネル反射される。光のこの第２の部分を光学光源の近くで基板上に配置された第２の検出器で検出することができる。

他の実施形態は、光学光源をモニタする別の方法を含む。光学光源からの光を少なくとも１つの角度劈開されたファイバ端を有する光ファイバに差し向ける。光を光ファイバの少なくとも１つの角度劈開ファイバ端によって反射し、そして検出器で検出する。一実施形態では、光ファイバは、光ファイバの少なくとも１つの角度劈開ファイバ端のところに設けられた複数個の劈開された面を更に有する。複数個の劈開面のうちの上方の面は、光ファイバの長手方向軸線に関し、複数個の劈開面のうちの下方の面とは異なる角度で設けられ又は形成されている。

追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部は、このような説明から当業者には容易に明らかであり、或いは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲並びに添付の図面を含む明細書において開示する実施形態を実施することによって認識されよう。

上述の概要説明と以下の詳細な説明の両方は、種々の実施形態に関しており、特許請求の範囲に記載された発明の性質及び性格を理解するための概観又は枠組を提供するようになっていることは理解されるべきである。添付の図面は、種々の実施形態の一層の理解を提供するために添付されており、本明細書に組み込まれてその一部をなす。図面は、本明細書において説明する種々の実施形態を示しており、詳細な説明と一緒になって、特許請求の範囲に記載された本発明の原理及び作用を説明するのに役立つ。

光を例示の角度劈開光ファイバ中に発射する光学光源を備えた例示の基板の断面側面図である。光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を備えた光ファイバの例示の実施形態の断面側面図である。基板上の光学光源からの光を分配する図２Ａの光ファイバの例示の実施形態を示す断面側面図である。光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を備えた光ファイバの別の例示の実施形態の断面側面図である。基板上の光学光源からの光を分配する図３Ａの光ファイバの例示の実施形態を示す断面側面図である。成形キャップの内面の反射により基板上の光学光源からの光を分配する光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を有する光ファイバの例示の実施形態の断面側面図である。光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を有する光ファイバの例示の実施形態の断面側面図であり、別の検出器の形態を示す図である。光学光源からの光を光学光源が設けられている基板上の検出器に分配する図５Ａの光ファイバの例示の実施形態を示す断面側面図である。光が光ファイバの底面で反射される例示の実施形態の断面側面図である。

次に、実施形態を詳細に参照するが、このような実施形態の実施例が添付の図面に示されており、図中、全てではなく、幾つかの実施形態が示されている。確かに、本発明の技術的思想は、多くの種々の形態で具体化でき、本発明を限定するものと解されてはならず、これら実施形態は、本明細書における開示が該当する法上の要件を満たすように提供されている。可能な限り、同一の参照符号は、同一のコンポーネント又は部分を示すために用いられる。

一端に上方及び下方劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバを多面付き角度劈開光ファイバと呼ぶ場合がある。多面付き角度劈開光ファイバを用いると、光学光源からの光の一部分を取り出すことにより、光学光源、例えばレーザからの光の一部分を取り出すことにより、光学光源、例えばレーザからの光をモニタするのを助けることができる。一実施形態では、光学光源は、垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）から成るレーザ源であるのが良い。光学システム中を伝搬する光の量をモニタするため、光学光源から来た光をモニタするための検出器が光学光源の近くに位置決めされる。レーザの寿命全体にわたって出力パワーレベルをモニタするために光パワーの何分の一かを検出器に差し向ける。多面付き角度劈開光ファイバは、光学光源により発射された光ビームからの光を２つの部分に分配するよう機能し、この場合、一方の部分は、光ファイバの内部コア中に差し向けられ、もう一方の部分は、検出器に差し向けられる。光ファイバの端の傾斜フェースの面のうちの１つは、光学コンポーネントからの光が光ファイバコア中に全反射されるよう第１の角度で設けられ又は形成される。第２の面は、光ファイバの長手方向軸線に対して第１の角度よりも小さな第２の角度で設けられ又は形成され、その結果、光学コンポーネントからの光の一部分がこの面を通って再屈折して検出器に当たるようになっている。

図１は、レーザ角度劈開された光ファイバの一実施形態の断面側面図であり、基板上に設けられた光学光源からの光がレーザ角度劈開光ファイバ中に発射され又は差し向けられる。この点に関し、基板１０上には光学光源１６が設けられている。光学光源１６は、ＶＣＳＥＬであっても良く、他の光学源であっても良い。内部コア１４、クラッド１５及び端１８を備えた光ファイバ１２が用意される。光ファイバ１２の端１８は、傾斜しているのが良い。一実施形態では、端１８は、レーザにより角度をなして劈開されている（例えば、レーザ劈開されている）（以下、端１８、劈開ファイバ端１８又は角度劈開ファイバ端１８又はレーザ劈開ファイバ端１８と呼ぶ）。光ファイバ１２は、劈開ファイバ端１８が光学光源１６からの光を受け取るよう光学光源１６と位置合わせされるよう位置決めされている。劈開ファイバ端１８の角度は、光学光源１６から差し向けられた光１００Ｌを劈開光ファイバ端１８のところでの全反射（ＴＩＲ）により反射されて光１００Ｒとして光ファイバ１２の内部コア１４を下るよう向け直すよう設定されているのが良い。一実施形態では、劈開ファイバ端１８の角度は、約４５°であるのが良く又は光ファイバ１０の軸線に対し、光学性能の構造（例えば、後方反射の減少、マルチモードファイバにおける帯域幅の増大等）を可能にする他の角度であるのが良い。光１００Ｒは、一般に、これが光ファイバ１２に沿って伝搬しているとき、内部コア１４内に留まる。

公知の方法によるレーザ処理を用いて光ファイバ端に傾斜面を形成するのが良い。可変ビームエキスパンダ（ビーム拡大器）及び２５ミリメートル焦点距離集束レンズを備えた二酸化炭素（ＣＯ₂）レーザから成るレーザ劈開ステーションを用いるのが良い。レーザを用いて光ファイバを劈開した場合、光ファイバ又は光ファイバの端をレーザ劈開ファイバ又はレーザ劈開端とも呼ぶ場合がある。レーザプロセスを用いると、単一の光ファイバ又は１次元（１‐Ｄ）又は２次元（２‐Ｄ）アレイの状態に配列された一群の光ファイバに傾斜面を形成することができる。角度を持つレーザ劈開端を備えた光ファイバを多くの目的に用いることができる。例えば、ＶＳＣＥＬは、光ビームを垂直に放出するので、或る特定の用途に関し、コンパクトさを考慮せず方向転換が必要な場合が多い。角度を持つレーザ劈開端を備えた光ファイバを用いると、図１の上方に示されているようにＶＣＳＥＬからの光の必要な直角の方向転換を達成することができる。

レーザ劈開法の代替手段として、光ファイバ端に設けた傾斜面を高精度研磨作業により個々の光ファイバ又は光ファイバアレイに形成することができる。

光ファイバ端に設けられている傾斜面が光を反射することができるようすることによっても、光学光源からの光の一部分を分割し、この分割部分を検出器に差し向けて光学光源から来た光をモニタすることができる。一実施形態では、これは、図２Ａ及び図２Ｂに示されているように光ファイバの端への多くの劈開面を形成することにより光スプリッタを光ファイバ端中に組み込むことにより達成される。

図２Ａは、２つの角度劈開面を備えた光ファイバの例示の実施形態の断面側面図である。一端に複数の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバ１２は、光学光源からの光ビームから光を検出器に分配して光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるように使用できる。図２Ａは、基板１０上に設けられた光学光源１６の上で位置合わせされた内部コア１４を有する光ファイバ１２を示している。光ファイバ１２は、光ファイバ１２が上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌを有するよう一端１８が劈開されている。一実施形態では、上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌは、上述したようにＣＯ₂レーザを用いて１対のレーザ劈開切れ目を光ファイバ１２の端１８上の１箇所に入れることにより形成される。この実施形態では、上方劈開面２０Ｕを形成するために第１のレーザ劈開切れ目が光ファイバ１２の長手方向軸線Ａ１に対して第１の角度αをなすのが良い。次に、第２のレーザ劈開切れ目を第２の角度βをなして入れて下方劈開面２０Ｌを形成する。理解されるべきこととして、切れ目の順序は、重要ではなく、第１のレーザ劈開切れ目を長手方向軸線Ａ１に対して角度βをなして入れて下方劈開面２０Ｌを形成しても良い。図２Ａの実施形態では、下方劈開面２０Ｌの角度βは、長手方向軸線Ａ１に対して比較的急（例えば、４５°以上）である。上方劈開面２０Ｕの角度αは、角度βよりも小さい。角度αは、１５°〜３０°であるのが良い。加うるに、上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌを形成するための他の方法を用いることができる。劈開プロセスの終わりに、図２Ａに示されている実施形態の光ファイバ１２は、上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌを有し、したがって、箇所２０の下の光ファイバ１２の端は、長手方向軸線Ａ１に対して角度βをなし、箇所２０の上方の光ファイバ１２の端は、長手方向軸線Ａ１に対して角度αをなすようになっている。

図２Ｂは、基板上に設けられた光学光源からの光を分割する図２Ａの光ファイバ１２の例示の実施形態を示す断面側面図である。一端に複数の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバ１２は、図２Ｂに示されているように、光学光源からの光ビームから光を検出器に分配して光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるように使用できる。内部コア１４を備えた光ファイバ１２は、基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされている。光ファイバ１２の端１８に設けられた上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌは、光学光源１６から発射された光のビーム１００Ｌに対して互いに異なる角度をなして向けられている。光１００Ｌは、一実施形態では末広がりの光ビームであるのが良い。上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌは、光ビーム１００Ｌからの光を光ファイバ１２の内部コア１４と検出器２２、例えば光検出器に分配するのに役立つ。図２Ｂに示された実施形態では、検出器２２は、光ファイバ１２の上方に配置されている。下方劈開面２０Ｌは、光ファイバ１２の下方に配置された光学光源１６からの光１００Ｌが光１００Ｒとして光ファイバ１２の内部コア１４中に全反射されるよう比較的急な角度（例えば、図２Ａにおいて角度βにより示されているように４５°以上）をなして設けられ又は形成されている。上側劈開面２０Ｕは、光１００Ｌの一部分が上方劈開面２０Ｕを通って再屈折して光ファイバ１２の上方に配置された検出器２２に当たるよう角度βよりも小さな角度（例えば、図２Ａにおいて角度αにより示されているように１５°〜３０°）をなして設けられ又は形成されている。下方劈開面２０Ｌは、下方劈開面２０Ｌに当たった光学光源１６からの光１００Ｌが全反射されて光ファイバ１２の長手方向軸線にほぼ平行な角度で光１００Ｒとして内部コア１４中に差し向けられるよう傾斜している。上方劈開面２０Ｕは、上方劈開面２０Ｕに当たった光１００Ｌが光１００Ｔとして再屈折して光ファイバから出るよう下方劈開面２０Ｌに対して僅かに異なる角度で傾斜している。この光１００Ｔは、光ファイバ１２の上方に位置決めされた検出器２２に向かって伝搬する。このように、光学光源１６からの光１００Ｌの一部分は、光１００Ｔとして取り出されて検出器２２に向かい、その結果、この光の一部分を用いて光学光源１６からの光をモニタすることができるようになっている。

一実施形態では、上方劈開面２０Ｕは、できるだけ広幅に設けられ又は形成されている。これにより、検出器２２に向かう光１００Ｔとしてできるだけ少ない量の光１００Ｌを取り出し、依然として、光学光源１６からの光を正確にモニタすることができるようになっている。下方劈開面２０Ｌの角度は、光１００Ｌの大部分が光ファイバ１２の内部コア１４内に閉じ込められるよう選択されるのが良い。上方及び下方劈開面２０Ｕ，２０Ｌの特定の角度は、ブルースター角を用いて決定されるのが良く、このブルースター角は、特定の偏光状態を持つ光を反射なしで表面を通って完全に透過させる入射角である。表面に垂直な角度で当たる光についてはブルースター角は存在しない。

簡単な三角法により、この条件をθ₁＋θ₂＝９０として表すことができ、ここで、θ₁は、入射角であり、θ₂は、屈折角である。

スネルの法則によれば、入射角の正弦と屈折角の正弦の比は、一定であり、媒質で決まる。特に、スネルの法則によれば、入射角の正弦と屈折角の正弦の比は、２種類の媒質の速度の比に等しく又は屈折角の逆比に等しい。スネルの法則を用いると、屈折される光が存在しない入射角θ₁＝θ_Bを計算すると、θ_B＝逆正接（ｎ₁／ｎ₂）となり、この式において、ｎ₁及びｎ₂は、２種類の媒質の屈折率である。

加うるに、一実施形態では、レーザ劈開面２０Ｕ，２０Ｌのコーナ部（即ち、箇所２０のところ）は、劈開プロセス中、できるだけ鋭利に作られる。

図２Ｂの実施形態では、個々の光ファイバ１２が示されている。しかしながら、レーザ角度劈開ファイバ端を個々のファイバ又はファイバのアレイに設けることができ又は形成することができる。他の実施形態では、単一又は複数の面を個々の光ファイバに加えてアレイ状に配列された光ファイバの端に設けることができ又は形成することができる。

他の実施形態では、一端に多数の劈開面を備えた光ファイバ１２、例えば図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバ１２も又、組み立て中、光学光源１６に対する光ファイバ１２の位置合わせを単純化するために使用できる。検出器での光学光源１６からの光のパワーの測定により、光ファイバ１２の端がどの時点で光学光源１６に対して正しく位置決めされたかの局所的指標を提供することができる。

他の実施形態では、検出器２２は、光ファイバ１２の端に設けられた劈開面の特定の形態並びに光学光源１６のサイズ及び出力に応じて他の場所に位置決め可能である。一般に、光学光源１６が小さければ小さいほど、検出器２２をそれだけ一層反射光１００Ｔに近づける必要がある。

図３Ａは、２つの角度劈開面を備えた光ファイバの別の例示の実施形態の断面側面図である。一端に複数の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバ１２を用いると、光学光源からの光ビームから光を検出器に分配して光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるようになる。内部コア１４を有する光ファイバ１２が基板１０上に設けられた光学光源１６の上で位置合わせされている。光ファイバ１２は、光ファイバ１２が上方劈開面３２０Ｕ及び下方劈開面３２０Ｌを有するよう一端１８が劈開されている。上方及び下方劈開面３２０Ｕ，３２０Ｌは、上述したようにＣＯ₂レーザを用いて１対のレーザ劈開切れ目を光ファイバ１２の端１８上の１箇所に入れることにより設けられ又は形成されるのが良い。この実施形態では、上方劈開面３２０Ｕを形成するために第１のレーザ劈開切れ目が光ファイバ１２の長手方向軸線Ａ２に対して第１の角度γをなすのが良い。次に、第２のレーザ劈開切れ目を第１の切れ目とは逆の方向に軸線Ａ３に対して第２の角度ψをなして入れて下方劈開面３２０Ｌを形成するのが良い。軸線Ａ２と軸線Ａ３は、互いに平行であり且つ光ファイバ１２の長手方向軸線に平行である。理解されるべきこととして、切れ目の順序付けは不要である。第１のレーザ劈開面を角度ψをなして形成して下方劈開面３２０Ｌを形成しても良い。加うるに、上方及び下方劈開面３２０Ｕ，３２０Ｌを形成するための他の方法を用いることができる。劈開プロセスの終わりに、図３Ａに示されている実施形態の光ファイバ１２は、上方及び下方劈開面３２０Ｕ，３２０Ｌを有し、したがって、箇所３２０の下の光ファイバ１２の端は、一方向において長手方向軸線Ａ３に対して角度ψをなし、箇所３２０の上方の光ファイバ１２の端は、逆方向において長手方向軸線Ａ２に対して角度γをなすようになっている。

図３Ｂは、基板上に設けられた光学光源からの光を分割する図３Ａの光ファイバ１２の例示の実施形態を示す断面側面図である。一端に複数の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバ１２は、光学光源からの光ビームから光を検出器に分配して光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるように使用できる。内部コア１４を備えた光ファイバ１２は、基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされている。図３Ｂで理解されるように、上方劈開面３２０Ｕは、光学光源１６からの光１００Ｌが光１００Ｒとして全反射されて光ファイバ１２の内部コア１４内に向けられるよう傾斜している（図３Ａに示されているように軸線Ａ２に対して角度γをなして）。下方劈開面３２０Ｌは、上方劈開面３２０Ｕとは異なる方向に傾斜している（図３Ａに示されているように軸線Ａ３に対して角度ψをなして）。このように、光学光源１６からの光１００Ｌは、下方劈開面３２０Ｌに当たり、光ファイバ１２の端から光１００Ｔとして反射して遠ざかる。図３Ｂの実施形態では、検出器２２を図２Ｂの実施形態に提供されているように光ファイバ１２の上方ではなく、光ファイバ１２の端のところに位置決めするのが良い。検出器２２を反射光１００Ｔの経路に沿う任意の箇所に位置決めすることができる。この場合、反射光１００Ｔを光学タップ信号として用いて光学光源１６からの光をモニタすることができる。

また、光検出器を光学光源と同一の基板上に取り付けることが望ましい場合がある。この構成は、光学装置の包装及び組み立てを単純化することができる。加うるに、この構成により、ありふれた能動型光学装置ワイヤボンディング法の実施を可能にすることができると共に電子コンポーネント相互間の電気コネクタの設置を単純化することができる。図４は、検出器が光学光源と同一の基板上に取り付けられたこのようなタップ検出器方式を提供している。

図４は、成形キャップの内面の反射により基板上の光学光源からの光を分配する光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を有する光ファイバの例示の実施形態の断面側面図である。内部コア１４を備えた光ファイバ１２は、基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされている。図４の光ファイバ１２の端は、図１３Ａ及び図１３Ｂの光ファイバ１２と同様にレーザ角度劈開されている。図４では、光ファイバ１２は、光ファイバ１２が上方及び下方劈開面４２０Ｕ，４２０Ｌを有するよう一端が劈開されている。上方及び下方劈開面４２０Ｕ，４２０Ｌは、上述したようにＣＯ₂レーザを用いて１対のレーザ劈開切れ目を光ファイバ１２の端１８上の１箇所に入れることにより設けられ又は形成されるのが良い。劈開プロセスの終わりでは、図４に示された実施形態の光ファイバ１２は、上方及び下方劈開面４２０Ｕ，４２０Ｌを有し、箇所４２０の下に位置する光ファイバ１２の端は、軸線Ａ３に対して一方向に傾斜し、箇所４２０の上に位置した光ファイバ１２の端は、軸線Ａ２に対して異なる角度をなして逆方向に傾斜している。軸線Ａ２と軸線Ａ３は、互いに平行であり、且つ図３Ａ及び図３Ｂの場合と同様光ファイバ１２の長手方向軸線に平行である。

図４で理解されるように、上方劈開面４２０Ｕは、図３Ｂを参照して上述したのと同様な仕方で、光学光源１６からの光１００Ｌが光１００Ｒとして全反射されて光ファイバ１２の内部コア１４内に向けられるよう傾斜している。下方劈開面４２０Ｌは、光学光源１６からの光１００Ｌが下方劈開面４２０Ｌに当たり、図３Ｂを参照して上述したのと同様な仕方で光１００Ｔとして光ファイバ１２の端から反射して遠ざかるよう上方劈開面４２０Ｕとは異なる方向に且つ異なる角度で傾斜している。

しかしながら、図４の実施形態では、成形キャップ２４が光ファイバ１２を定位置に保持するよう光ファイバ１２（又は光ファイバアレイ）上に位置決めされている。一実施形態では、成形キャップ２４は、同日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５００８８（発明の名称：SUBSTRATES AND GRIPPERS FOR OPTICAL FIBER ALIGNMENT WITH OPTICAL ELEMENT(S) AND RELATED METHODS）（国際公開２０１１／０４１２０６号パンフレットとして公開されている）に開示されている形式のグリッパ構造体であるのが良く、この出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。成形キャップ２４は、プラスチック又はポリマー材料で構成されるのが良い。成形キャップ２４は又、反射内面２５を備えるのが良い。光１００Ｔは、下方劈開面で反射され、成形キャップ２４に向けられる。成形キャップ２４の反射内面２５は、反射光１００Ｔを検出器４２２中に案内する。成形キャップ２４の反射内面２５は、光１１０Ｔを検出器４２２に案内するよう金属化されるのが良く、又は他の何らかの反射又は散乱材料で被覆されるのが良い。検出器４２２は、光学光源１６と同一の基板１０上に位置決めされても良く、成形キャップ２４からの反射光１００Ｔの経路内で基板１０上の任意の箇所に位置決めされても良く、光学光源１６の近くに位置決めされても良い。この場合、光１００Ｔを光学タップ信号として用いて光学光源１６からの光をモニタすることができる。

別の実施形態では、レーザ劈開面は、レーザ劈開面がフレネル反射及び屈折により光学光源からの光を反射すると共に屈折させるよう更に傾斜しているのが良い。図５Ａは、光ファイバの端に設けられた２つの角度劈開面を有する光ファイバの例示の実施形態の断面側面図であり、別の検出器の形態を示す図である。図５Ａに示されているように一端に複数個の劈開面を備えた傾斜フェースを有する光ファイバ１２も又、光学光源から検出器への光ビームから光を分配して光学光源からの光をモニタリング目的のために取り出すことができるよう使用可能である。内部コア１４を備えた光ファイバ１２が基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされている。光ファイバ１２の端１８は、図５Ａの光ファイバ１２のレーザ劈開面が鋭い角度で（即ち、長手方向軸線Ａ１に対してより鋭角をなして）劈開されていることを除き図３Ａ、図３Ｂ及び図４の光ファイバ１２と同様にレーザ角度劈開されている。

図５Ａの実施形態では、光ファイバ１２は、光ファイバ１２が上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌを有するよう一端１８が劈開されている。上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌは、上述したようにＣＯ₂レーザを用いて１対のレーザ劈開切れ目を光ファイバ１２の端１８上の１箇所に入れることにより設けられ又は形成されるのが良い。この実施形態では、上方劈開面５２０Ｕを形成するために第１のレーザ劈開切れ目が光ファイバ１２の長手方向軸線Ａ４に対して第１の角度Θをなすのが良い。次に、第２のレーザ劈開切れ目を第１の切れ目とは逆の方向に軸線Ａ５に対して第２の角度Ωをなして入れて下方劈開面５２０Ｌを形成するのが良い。軸線Ａ４と軸線Ａ５は、互いに平行であり且つ光ファイバ１２の長手方向軸線に平行である。

角度Ωと角度Θは、図２Ａの角度α及び角度β又は図３Ａの角度γ及び角度ψよりも鋭い角度（即ち、より鋭角）であるよう選択されている。理解されるべきこととして、切れ目の順序は重要ではなく、第１のレーザ劈開切れ目が下方劈開面５２０Ｌを形成するよう角度Ωをなしていても良い。加うるに、上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌを形成する他の方法を用いることができる。劈開プロセスの終わりに、図５Ａに示されている実施形態の光ファイバ１２は、上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌを有し、したがって、箇所５２０の下の光ファイバ１２の端は、一方向において長手方向軸線Ａ５に対して角度Ωをなし、箇所５２０の上方の光ファイバ１２の端は、逆方向において長手方向軸線Ａ４に対して角度Θをなすようになっている。図５Ａにおいて光ファイバ１２の端１８を劈開する鋭い角度（即ち、より鋭角）Ω及びΘの結果として、光ファイバ１２の端１８は、一層尖った状態になる。加うるに、上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌは、長くなる（即ち、上方及び下方劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌの面積がより広くなる）。これにより、レーザ劈開面５２０Ｕ，５２０Ｌをこれら両方が図５Ｂで理解されるように且つ以下に更に説明するようにフレネル反射及び屈折により光学光源からの光を反射すると共に屈折させるよう設け又は形成することができる。

図５Ｂは、光学光源からの光を光学光源が設けられている基板上の検出器に分配する図５Ａの光ファイバの例示の実施形態を示す断面側面図である。内部コア１４を備えた光ファイバ１２が基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされ、この基板は又、検出器５２２を有している。図５Ｂでは、光学光源１６からの光１００Ｌの一部分は、光ファイバ１２のレーザ劈開端に向かって上方に差し向けられる。光１００Ｌが下方劈開面５２０Ｌに当たると、光１００Ｌの第１の部分は、下方劈開面５２０Ｌを通って屈折して上方劈開面５２０Ｕに向かう。光１００Ｌの第１の部分が上方劈開面５２０Ｕに当たると、この第１の部分は、次に、上方劈開面５２０Ｕによって全反射されて光１００Ｒとして光ファイバ１２の内部コア１４中に向けられる。光１００Ｌの残りの又は第２の部分は、下方劈開面５２０Ｌで反射されて検出器５２２の方へ差し向けられる。図５Ｂの実施形態では、検出器５２２は、光学光源１６と同一の基板１０上に配置され、この検出器は、光学光源１６の近くに位置決めされるのが良い。検出器５２２は、下方劈開面５２０Ｌからの反射光１００Ｔの経路内で基板１０上の任意の箇所に位置決め可能である。この場合、光１００Ｔを光学タップ信号として用いて光学光源１６からの光をモニタすることができる。

図２Ａ〜図５Ｂにおいて上記において提供された形態では、検出器に案内される光の量は、１つには、光学光源１６に対する光ファイバ端１８の軸方向位置で決まる。例えば、図５Ｂでは、光ファイバ１２をほんの僅か右側に動かすと、光学光源１６からの光１００Ｌの一部分は、下方劈開面５２０Ｌに全く当たらないで上方に伝搬することになる。光ファイバ１２が右側にあまりにも遠く位置決めされると、光学光源１６からの光１００Ｌは、下方劈開面５２０Ｌではなく、光ファイバの湾曲底面に当たり、それにより、光は、検出器５２２に当たらない経路に沿って反射される。また、この反射光は又、光ファイバ１２が位置合わせの際、側方に（図面の紙面に入り又はこれから出る方向に）変位された場合、検出器５２２に当たらないようになる。したがって、光学光源１６に対する光ファイバ１２の端の適正な位置決めは、光学光源１６を作動させたときに検出器５２２からの閉ループフィードバックを用いて位置合わせ中に決定されるのが良い。

この閉ループフィードバック位置合わせ法を実施するため、光ファイバ１２を光ファイバ１２のレーザ劈開端が光学光源１６に位置合わせされるまで右側から挿入する。このプロセスにおいて、光学光源１６は、能動光学コンポーネント、例えばＶＣＳＥＬの形態をしているのが良い。位置合わせ法では、光学光源１６を作動させ、光ファイバ１２の位置を出力が検出器５２２のところで最大になるまで調節する。

幾つかのレーザ結合用途では、レーザ源と光ファイバとの間に固定光学減衰手段を設けることが望ましい。上述したのと同一の光ファイバ位置合わせ法を用いると、光ファイバ中に結合されるパワー又は出力を制限することができる。例えば、光ファイバ１２を図５Ｂにおいて左側又は右側に動かすと、全反射されて内部コア１４に向かう光ファイバ１００Ｒの量は、変化することが見込まれる。したがって、光学光源１６からの光のための特定の光学減衰量が製造時点で容易に設定され、その手段として、光学光源１６に対する光ファイバ１２の端の最終位置を調節する。

別の実施形態、例えば図６に示されている実施形態では、光学光源の出力は、光ファイバの底面から反射する光を検出することによってモニタできる。検出器は、ＶＣＳＥＬ装置と同一の基板に取り付けられている。光は、底面に対するＶＣＳＥＬ光の入射角に応じて、光ファイバの底面で全反射される場合があり又はフレネル反射される場合がある。上述したように、閉ループファイバ位置合わせ（少なくとも、側方における）が組み立ての際、ファイバの底面で散乱された出力又はパワーをモニタすることにより採用可能である。

図６は、光が光ファイバの底面で反射される例示の実施形態の断面側面図である。内部コア１４を備えた光ファイバ１２が基板１０上に設けられた光学光源１６の上に位置決めされている。一実施形態では、光ファイバ１２は、図６に示されていると共に図１に関して上述した劈開ファイバ端１８を有するのが良い。別の実施形態では、公知の研磨法を用いてファイバ端１８を研磨しても良い。別の実施形態では、光ファイバ１２は、図２Ａ〜図５Ｂに示されているように多数個の劈開面を有しても良い。１つ又は２つ以上の検出器が基板１０上に配置されている。図６の実施形態では、２つの検出器、即ち、第１の検出器６２２‐１及び第２の検出器６２２‐２が基板１０上に配置されている。

光１００Ｌが光学光源１６から発射される。光１００Ｌの一部分は、劈開ファイバ端１８で全反射されて光１００Ｒとして光ファイバ１２の内部コア１４に向けられる。光１００Ｌの他の部分は、光１００Ｔとして光ファイバ１２の底面で全反射される場合がある。光１００Ｌの更に別の部分は、光１００Ｆとして光ファイバ１２の底面でフレネル反射される場合がある。光１００Ｌが光ファイバ１２の底面で全反射されるかフレネル反射されるかは光１００Ｌが光ファイバ１２の底面に当たったときの光１００Ｌの入射角で決まると共にスネルの法則で定められる。或る特定の臨界角よりも大きな角度で光ファイバ１２の底部に当たった光１００Ｌの部分は、光１００Ｔとして全反射される。光１００Ｌの残部は、光１００Ｆとしてフレネル反射される。光ファイバ１２の底面で全反射された光１００Ｔは、検出器６２２‐１の方に差し向けられるのが良い。光ファイバ１２の底面でフレネル反射された光１００Ｆは、検出器６２２‐２の方に差し向けられるのが良い。

図６の実施形態では、検出器６２２‐１，６２２‐２は、光学光源１６と同一の基板１０上に配置されるのが良い。検出器６２２‐１，６２２‐２は、光ファイバ１２の底面で全反射された反射光１００Ｔの経路中で又は光ファイバ１２の底面でフレネル反射された反射光１００Ｆの経路中で基板１０上の任意の箇所に位置決め可能である。検出器６２２‐１，６２２‐２は、光学光源１６の近くに位置決めされるのが良い。この場合、光１００Ｔ及び／又は光１００Ｆを光学タップ信号として用いて光学光源１６からの光をモニタすることができる。

上述したように、図６の実施形態は又、光ファイバ１２の底面で反射された光の散乱パワーをモニタすることにより組み立ての際、少なくとも側方の方向において閉ループ光ファイバ位置合わせを実施するよう使用できる。

上述したように、本明細書において開示したレーザ劈開ファイバ端は、個々のファイバ又はファイバのアレイに設けられ又は形成できる。単一又は多数のレーザ劈開面は、個々の光ファイバに加えてアレイ状に配列された光ファイバの端に設けることができ又は形成することができる。光ファイバアレイは、各々が外面、内部コア及び本明細書において開示した形式の１つ又は２つ以上のレーザ劈開面を備えた劈開（例えば、レーザ劈開）ファイバ端を有する光ファイバで構成可能である。加うるに、本明細書において開示した基板１０は、チャネル付き基板であるのが良く、レーザ劈開ファイバをチャネル付き基板のチャネル中に挿入することができるようになっている。例示の実施形態では、光ファイバアレイは、光ファイバケーブル、例えばリボン型ファイバケーブルから成っていても良い。レーザ劈開ファイバ端の尖った又は傾斜した形状により、基板のチャネル中への光ファイバの挿入が容易になる。

或る特定の光学光源、例えばＶＣＳＥＬ利用型送信器の形態をした光源の場合、コンポーネントを高い光出力パワーレベルで作動させることが望ましい場合が多い。目の保護に関する要件により、光リンクで運ばれる最大光パワーに制限が置かれているので、光ファイバ中に発射される光出力を減衰させることが必要な場合がある。光パワーの制御は、一実施例では、光学光源１６と光ファイバ１２との間に公知の光減衰手段を提供することにより又は光ファイバ１２が光学光源１６により出力された光の何分の一かだけを捕捉するよう光ファイバ１２を位置決めすることにより（即ち、選択的に位置合わせすることにより）達成される。

以上要約すると、光学光源からの光の一部分が２つ又は３つ以上の角度劈開ファイバ端面のうちの１つにより検出器中に屈折し又は反射される形態の光学組立体が開示されている。多数の劈開面を備えた光ファイバを用いることにより、光ファイバの端を被覆する必要なく、光学光源からの光をモニタするタップモニタの実現が達成される。加うるに、光学光源に対する光ファイバの能動的位置合わせのための種々の技術が記載されている。本明細書において記載した一技術では、光ファイバの一端内に結合されるパワーの量を測定し、受け取ったパワーが最大になるまで光学光源に対する光ファイバの位置を調節する。

多数の劈開面を備えた光ファイバを用いて光学光源からの光をモニタするために光を取り出すやり方は、他の利点を有する。タップ比（即ち、タップのところで分配して取り出される光のパワーと光学光源から光ファイバ中に発射される光の全量の比）は、適当なファイバ端面角度を選択することにより組み立て時点で設定可能である。モニタリング目的のために光を取り出す際、タップ比は、一般に、できるだけ小さいことが望ましい。本明細書において開示した角度劈開光ファイバを用いると、タップ比を一実施形態では、１％〜５％に設定できる。加うるに、タップ比は、光学光源に対する光ファイバの端の位置を調節することにより組み立て時点で微調整可能である。

また、光学組立体内に光ファイバの位置決め中の取り出しパワーの能動的モニタを利用すると、組み立て中において位置に関するフィードバックを提供することができる。さらに、光ファイバの端の劈開面の角度及び位置を調節し又は光学光源に対する光ファイバの端の位置を調節することによっても、光学光源の出力を可変的に減衰させることができる。

光学光源からの光をモニタするために劈開光ファイバを用いた場合のもう１つの利点は、低コストである。というのは、タップモニタのために光を分配して取り出すために必要な装置は光ファイバの劈開端中に組み込まれることに起因した追加の部品が不要だからである。

さらに、本明細書で用いられている「光ファイバケーブル」及び／又は「光ファイバ」は、あらゆる形式のシングルモード及びマルチモード光導波路を含み、このような光導波路としては、１本又は２本以上の裸光ファイバ、ルーブチューブ型光ファイバ、タイトバッファー型光ファイバ、リボン型光ファイバ、曲げ不敏感性光ファイバ又は光信号を伝送する任意他の媒体手段が挙げられる。曲げ不敏感性光ファイバの一例は、コーニング・インコーポレイテッド（Corning Incorporated）により製造されたClearCurve（登録商標）光ファイバである。

本明細書において説明した多くの改造例及び他の実施形態は、上述の実施形態の関連する技術分野において上述の説明及び関連の図面に提供された教示の恩恵を受ける当業者に想到されよう。したがって、上記説明及び特許請求の範囲の記載は、開示した特定の実施形態には限定されず、改造例及び他の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものであることが理解されるべきである。上述の実施形態は、これら実施形態の改造例及び変形例が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に属することを条件として、これら改造例及び変形例を含むものである。本明細書において特定の用語が用いられているが、これら用語は、一般的な意味で且つ説明の目的上用いられているに過ぎず、本発明を限定する目的では用いられていない。

Claims

基板上に設けられた光学光源をモニタする方法であって、
前記光学光源からの光を少なくとも１つの角度劈開されたファイバ端を有する光ファイバに差し向けるステップと、
前記光ファイバの底面により全反射された光を前記光学光源の近くで前記基板上に配置された第１の検出器で検出するステップと、
前記光ファイバの前記底面によりフレネル反射された光を前記光学光源の近くで前記基板上に配置された第２の検出器で検出するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
前記光ファイバは、前記光ファイバの前記少なくとも１つの角度劈開ファイバ端のところに設けられた複数個の劈開された面を更に有し、
前記複数個の劈開面のうちの第１の面は、前記光ファイバの長手方向軸線に関し、前記複数個の劈開面のうちの第２の面とは異なる角度で形成されている、
請求項１記載の方法。