JPH04504179A - 光ファイバカプラの形成方法および形成されたカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光フアイバカブラの形成方法および形成されたカブラ本発明は、光フアイバカブ ラの形成および形成されたカブラに関する。

本明細書において、用語”光学的”は、光ファイバのような誘電性光学導波体に よ７て伝送されることが可能な可視領域の各端部の赤外線および紫外線領域の部 分と共に可視領域として通常知られている電磁スペクトルの部分に関することを 意味する。

ＩＸＮの単一モードのスターカブラは、中央局から多くの外部局への光学的信号 の受動的分割による将来の光学的ネットワークで使用する好ましい部品である。

おそらくこれらのネットワークは、スターカブラが有効なだけでなく外部局へ等 しい信号の分配を確実にするように波長に影響されないことが重要であるため、 広い波長の領域をカバーする波長で波長多重化される。波長特性の平らなカブラ は、米国特許第４、７９８．４３６号明細書に記載されているこの種の多くの２ Ｘ２の波長平坦カブラを一緒に編むことによって製造されるが、結果的な装置は 、大きく比較的複雑な傾向があり、上記の特許明細書の方法によって行われた１ ｘＮの装置は異なる伝播定数を有するファイバの使用および制御された予めテー パーを持つようにエツチングあるいは異なる光ファイバの使用を必要とする。

日本の特許公報第０３−２１７３１４１　（Ａ）には光ファイバの束が低い屈折 率の内側の壁の層および低い融点を有するガラス管に挿入されている分岐してい る光ファイバの製造方法が記載されている。この装置は、中央のファイバおよび 取囲んでいるファイバの１つがフィルタの別の側の中央のファイバへ結合された 光源から同じ光学的パワーを伝播するまで熱せられ引っ張られる。しかしながら 、これは１つの波長のみで等しい１：ｎの分割を行う。

本発明に従って、光ファイバのカブラを形成する方法は、全ての２次ファイバが 別のファイバのそれぞれ１つに関して同様に配置されるようにファイバの束を形 成するために中央の光ファイバの周囲に２以上の２次光フアイバを配置してファ イバの束から融着されテーパー付けされたカブラを形成してそのテーパー付を２ つの異なる予め決められた周波数で中央のファイバから結合して取出された光の 比率が最初に等しい時に停止させるステップを含む。　−ファイバは、所望の形 状がテーパー付けされた構造を形成するためにファイバの束を通常加熱し引っ張 る間維持されることを確実にするために毛細管内に位置される。その代りに、そ れらはガラスシリンダのような支持部材の孔によって位置されることができる。

２次ファイバのそれぞれに光を等しく確実に結合するために、各２次ファイバは 全ての他のファイバ（鏡面対称は同様と見なされる）に対して同様の位置に存在 しなければならない。これは、中央のファイバの周囲にリング状に等間隔で２次 ファイバを配置することによって容易に達成される。以下にさらに詳細に記載さ れるように、２次ファイバへの結合を減少させることが有効である。これは対に ２次ファイバをグループ化することによって２次ファイバが偶数である場合に得 られることが分かる。多対のファイバは、全ての他のファイバに対して鏡面対称 の配置であるため、すべて中央のファイバからの同様の結合を受けるが、ファイ バの周囲の非対称な配置は結合の量を減少する。

テーパー付けを停止する点は、１つあるいはそれ以上の異なる周波数の光信号を 中央のファイバに注入し、中央のファイバあるいは１つあるいはそれ以上の２次 ファイバから出る光を監視することによって決定される。カブラの製造方法が十 分に一貫する場合、１周波数のみ（異なる周波数の１つであっても、そうでなく てもよい）を監視し、監視された出力が２つの異なる予め決められた周波数で中 央のファイバの出力を結合した光が最初に等しい長さに相当する従来のカブラの 製造から知られているレベルに達する時にテーパー付けを停止することが可能で ある。

本発明に従ったカブラを形成する方法およびその動作原理は、以下に説明される 添付図面と共に例証的な実施例によってさらに詳細に説明される。

図１は、本発明に従ったカブラの理論的分析のモデルである無限クラツディング 材料の光フアイバアレイの断面図である。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、３つのコアのカブラの断面図およびそれぞれｌ ｊおよび１．５３μｍで結合長の関数としてのこのようなカブラの結合比のグラ フ図である。

図３は、両方向の１×２の光学的カブラとして構成された図２　（ａ）の３つの コアのカブラの断面図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、４つのコアのカブラの断面図と１．３および１ ．５３μｍの結合長の関数としてのこのようなカブラの結合比のグラフ図である 。

図５は、１．８７μｍの結合長に対する図４（ａ）のカブラの波長応答特性のグ ラフ図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、５つのコアのカブラの断面図と１．３および１ ．５３μｍの結合長の関数としてのこのようなカブラの結合比のグラフ図である 。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、対で配置された２次コアを有する５つのコアの カブラの断面図と１．３および１．５３μｍの結合長の関数としてのこのような カブラの結合率のグラフ図である。　− 図８（ａ）および図８（ｂ）は、６つのコアのカブラの部分的断面図と１．３お よび１．５３μｍにおける結合長の関数としてのこのようなカブラの結合比のグ ラフ図である。

図９は、図８（ａ）のカブラの波長応答特性のグラフ図である。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、７つのコアのカブラの部分的断面図と１． ３および１．５３μｍの結合長の関数としてのこのようなカブラの結合比のグラ フ図である。

図１１は、例示的な７つのコアのカブラの断面図である。

図１２は、カブラの伸びの関数として図１１の７つのコアのカブラの中央のファ イバによって転送されるパワーのグラフ図である。

図１３は、図１１のカブラのスペクトル応答特性のグラフ図である。

図１４および図１５は、本発明に従った１×７のカブラのグループの１．３およ び１．５３μｍそれぞれの過度の損失を示すヒストグラムである。

図１６および図１７は、図１４および図１５のＩＸ７のカブラのグループの装置 の数の関数としての１．３および１．５３μｍにおけるそれぞれの最大の挿入損 失を示すグラフ図である。

図１８は、不均一な１×７の装置の出力ファイバにパワーを結合される割合を示 すヒストグラムである。

図１９は、融着された幅の測定を示している本発明に従った１×７のカブラの概 略断面図である。

図２０は、図１８に示される結合を有する装置の融着された幅を示しているヒス トグラムである。

図２１は、本発明に従った１×７のカブラの達成できる均一性を示している挿入 損失のヒストグラムである。

図２２は、製造中の伸びの関数である僅かに融着されたカブラの結合パワーを示 すグラフ図である。

図２３は、製造中の伸びの関数である中間の融着されたカブラの結合パワーを示 すグラフ図である。

図２４は、融着度パラメータをＷと限定するための１対の融着されたファイバの 概略断面図である。

図２５は、標準化された融着の幅Ｗの関数としての１．５３μｍにおける中央の ファイバに残存しているパワーを示すグラフ図である。

図２６は、融着度Ｗの関数である２つの波長１．３およびｌ。

５３μｍに対する等しい結合比を示すグラフ図である。

図２７は、良好に融着されたカブラの中央部分の断面図を示す写真図である。

図２８は、毛細管の壁に対する相互作用による外側ファイバの断面図である。

図２９は、光のテーパープロフィルおよび良好に融着されたＩＸ７カブラのグラ フ図である。

図３０は、融着度Ｗの関数である毛細管のくびれだ部分の直径のグラフ図である 。

図３１は、融着度Ｗの関数である１×７カプラのくびれた部分のファイバの直径 のグラフ図である。

図３２は、融着度Ｗの関数である標準化された毛細管の直径のグラフ図である。

図３３および図３４は、融着テーパー付は中にファイバを位置する二酸化珪素ガ ラス形成体の斜視図である。

波長平坦特性のＩＸｎスターカプラの動作原理は、無限長クラッド媒体のファイ バコアのアレイ間の結合の第１の考察によって理解されることができる。これは 、装置およびその重要な特徴を支持する原理を説明される簡単なモデルである。

実際的な装置を正確に説明するために、モデルは特定の構成技術の変更が要求さ れる。図１を参照すると、中央コア領域Ｃは、半径ｒの円上に配置されている中 心を有するｎ個の同一の二次コアＣ１乃至Ｃｎ−リングによって取囲まれる。各 コア領域の半径および屈折率は、それぞれρおよびｎｃｏによって表される。無 限クラツディングＣ１ｎｆ媒体は、屈折率ｎ、１である。

電磁的に分離されたコア（すなわちＷｄ／ρ〉〉１）のアレイ間の結合を説明す る式は、良く知られている。スナイダ−（ＳＮＹＤＥＲ，Ａ、Ｗ、、：光ファイ バのための結合されたモード理論Ｊ、Ｏｐｆ、　Ｓｏｃ、＾ｍ、　１９７２６２ １１ｐｐ１２６７−１２７７）の表記法を使用しているこれらの式は次の通りで ある。

ファイバｊおよびＳの間のｐ番目のモードの結合係数であり、次の式によって表 される。

ここで、Ｕ、ＶおよびＷは通常のモードパラメータであり、およびＫ　は第２種 の変形ベッセル関数である（ＳＹＮＤＥＲ，Ａ。

ｗ、　、　＆ＬＯＶＥ、　Ｊ、　Ｄ、　、　；Ｃｈａｐｍａｎ氏およびＨｇＩ２ 氏による１９８３年の′光学的波長理論′３９２頁）。単一モードのコアではＨ Ｅ１１モードのみが励起される、それ故別のモード結合は含まれない。

リングの周りに等間隔で配置゛されたコアとの最も近い結合のみを考慮すること によって、中央のコアから別のコアへのパワーの結合が２モードの問題を減少さ せることが示されている。これは、中央のファイバに有限のフィールドを有する アレイの２つの（可能性のあるｎ＋１の中の）通常のモードのみが存在するため である。これら２つのモードは異なる伝播定数を有し、中央および取囲んでいる コアの間の明らかなパワーの交換を生じさせるこれらのモードのビートである。

光が中央のコアに発射される時に２つのモードが同様に励起される場合のみ、か なりのパワーの交換がある。２つより多くのコアのアレイのため、中央コアから 転送するパワーは通常不十分である。リングの周りに等間隔で配置されたコアの 特定の場合について、中央および取囲んでいるファイバの間の最大のパワーに転 送、Ｆは次の式によって与えられる。

ｎ＞２゜ あるいは、式（２）を利用する次の式によりて与えられる。

ここで、Ｗは、■の関数である。Ｖ＜１の場合近似値は、それ故与えられた波長 における最大の結合されたパワーは、リングのコアの数、半径、分離およびＶ値 による。

アレイの結合構造の変化に対する２の関数である結合されたパワーについて以下 説萌する。コアの配置の完全な自由度を容認するために式（１）は、式（２）に よって与えられるＣによって数値積分される。ここに記載される結果に対して各 コアの半径ρは２．８μｍに、円の半径ｒは１２．９３μｍにセットされる。そ のため合理的なＶ値、光学的分離および結合波長が得られる。コアおよびクラツ ディング領域の屈折率は、それぞれ１．４５４２および１．４５００である。

中央および取囲んでいる二次コアによって誘導される光パワーは、伝播距離２の 関数として計算される。それぞれの場合において、光は１ｘＮアレイ（二次ファ イバの数がｎｍ２乃至７である）の中央のコア中に入射され、各コアによって誘 導されるパワーは２つの波長１．３μｍおよびｌ、５３μｍについて記録される 。

１×２カブラ（ｎ　−２）において、図２（ａ）の３つのコアのアレイの結合特 性は、図２（ｂ）に示されている。予想されるように長い波長は、全パワーが転 送されるまで２つの取囲んでいるファイバに最初に、および等しく結合する。短 い波長は、後ろにしっかりと続いている。特定のコアの配置において、完全なパ ワーの転送が達成される。等しい結合が１．３および１．５３μｍ　（ｚ　−２ ，３ｍｍ）の両方で達成される領域においてこれらの波長間の波長特性は小さい 。それ故、この明細に従って製造される装置（例えば融着されたテーパー付けに よる）は、中央のコアＣとその他の２つのコアＣＩおよびＣ２のそれぞれの間の 約０．４７の結合比で平らな波長である。さらに、図３に示される構造のカブラ を形成することによって両方向的な波長の平らなカブラは、両方向的に任意の波 長でパワーを分割するために必要であるネットワーク構造に有効的に達成される 。

１×３カプラ（ｎ　＝　３）において、図４（ｂ）のグラフは、中央のコアから ３つの取囲んでいる二次コアへの完全な結合がほぼ完全に達成されることを示す 。２つの波長に対して等しい結合点において再び平らな波長装置が得られる。ｚ 　−１，８７ｍｍにおける波長特性は図５に示される。

１×５カブラ（ｎ−４）において、中央のコアからのパワーの不完全な結合は、 １×４構造において使用される場合に装置の全体の過度の損失を大きくする図６ に示される５つのコアのカブラで得られることが図６（ｂ）から見られる。前記 の場合と同様に、中央のコアは減少されたパワーを転送するコアが重要でないあ るいは所望である場合に使用されるが、等しく分割する装置は有効であり、この ような５つのコアのカブラにおける等分割を形成する方法が明らかにされる。

図７を参照すると、中央のコアを取囲んでいるコアが図７（ａ）に示されるよう な２つの対（Ｃ，、Ｃ１ｂおよびＣ２ａ、される結合が図７（ｂ）に示される。

リング任意のコアの周りのコアパターンは他の任意のコアの周囲のそれ（等しい と見なされる鏡面対称の配置のコア）と等しく、それ故これらのコアは等しい励 起が与えられる同様の光学的パワーを常に転送する。しかしながら、このグルー プ化の効果は最大の結合パワーを変化することである。コアの対の間の角度を注 意深く選択することによって、２つの波長のための等しい結合の領域は５つ全て のコア間に分けられる等しいパワーが達成されるように生成される。中央のコア が注入されるパワーの１１５を保持する。結果として生ずる装置は、中央のコア に注入される光の１７４と１１５の間のものが各二次ファイバから出る効果の小 さい１×４のカブラよりもカブラの５つのコアのそれぞれから出る光が中央のコ アに注入される光の１１５である両方向的の平坦な波長の１×５のカブラである 。

図７の結合曲線から、波長のパワー結合の変化が取囲んでいるコアでよりも中央 のコアで４倍の大きさとなることが分かる。製造する方法を最適に選択すること によってこの残留波長特性は最小にされることができる。

１×６カブラ（ｎ　＝　５）において、ここで使用される特定のＶ値および光学 的分離に関して図８（ａ）に示される６つのコアのカブラは図８（ｂ）から見ら れるような分離された等しいパワーの領域に接近する２つの波長の偶然に等しい 結合を示し、１×６カブラを形成する。この１×６カブラに関して、リングのコ アは中央のコアのパワーと比較される波長のパワーの変化の５倍以下である。こ の装置の波長特性は図９に示される。別の効果的なＶ値およびコアの分離を有し 製造されるカブラは、パワーの分離の異なる値の２つの波長のための等しい結合 点を有する。製造方法およびファイバに関して、等しい分離点は通常コアの異な る数に対して生じるが、議論の基礎となる原理は同様である。２つの波長に対し て等しい結合点が本発明に従った平坦な波長のにＮカブラ（Ｎ＝　ｎ　＋　１　 ）の得られるｌ　：　（ｎ＋１）の結合比を生じるようにファイバの整数で特定 の分割を達成する製造パラメータは、中央およびそれを取囲んでいるｎ本のファ イバ間の結合度を得るために試行錯誤によって容易に決定される。これは、本発 明に従ったｌｘ７　（ｎ−６）のカブラでの結合の調整についてさらに詳細に記 載される。

１×７カプラ（ｎ−６）において、図１０（ａ）に示される７つのコアのアレイ の結合特性は図１０（ｂ）に示される。

この配置に関して理論上のモデルは、最大の結合パワーが７つのコアＣ乃至Ｃ７ の間の等しいパワーの分割には不十分であり、対のグループ化が各二次ファイバ に結合される光の量をさらに減少することによって状況を悪くさせることを示し ている。最大結合パワーを増加するために中央のコアの相対的な大きさは僅かに 増加される。この技術は多数のコアにより装置を原理的に拡張することを可能に するが、最大の結合パワーは中央のコア半径に非常に敏感である。本発明に従っ た同一のファイバを使用している１：Ｎカブラを形成する例示的な方法は、以下 のとおりである。

図１０ａの配置の特定のＩＸ７のカブラは、以下のように形成される。

図１１を参照すると、７つの標準の単一モードの外側の直径が１２４．７μｍで あるファイバ２０．２１は、それらの１次被覆が剥がされ、純粋な二酸化珪素よ り僅かに小さい屈折率を有するぴったりと適合する二酸化珪素ベースのガラス毛 細管２２への挿入によって六角形の密集したアレイで清浄化され圧迫される。中 央のファイバは２１で示される。使用される特定の管は、内側の直径が３８０乃 至３８２μｍのユーニングガラス社から得られる′バイコール′である。ファイ バのクラッドと同じ屈折率の管は、うまく作用することが見込まれる。′バイコ ール′管の材料は、管の材料中への光ファイバの漏洩が最小とされるように二酸 化珪素のファイバクラッドの屈折率よりも低いように選択される。別の寸法のフ ァイバおよび管が使用されてもよいが、楕円率が約１μｍ以下であるべきである 。

標準の融着されたカブラの製造装置は、ファイバの束が通常の方法で加熱され引 っ張られてテーパー付けされたカブラを形成するために使用される。光は中央の ファイバによって伝送され、リングの６つのファイバは引っ張られる処理中１． ３μｍおよび１．５３μｍの両方で監視される。

外側のファイバによって伝送された全パワーの測定に便利なように６つの全ファ イバは裂かれ、必要とされる２つの検出器のみが使用されるように積分球を入力 ボートに共に配置される。２つの波長における結合が等しくなる時に引伸ばし処 理は停止され、装置はパッケージされる。

２つの積分球のそれぞれに受けられるパワーを監視しながら、毛細管装置は加熱 されテーパー付けされる。製造中に得られるグラフの例は図１２に示され、それ においてＰｏが中央のファイバのパワーである。１．３μｍおよび１．５３μｍ で等しい結合が得られる場合、カブラの伸びは停止され装置はパッケージされる 。直径８０ｍｍＸ　４ｍｍの大きさのパッケージが典型的である。

カブラのスペクトル応答特性は図１３に示される。リングの全てのファイバ２０ は、同様の波長応答特性を有する。１つの取囲んでいるファイバの結果のみが中 央のファイバの応答特性と共に示される。図は外側のファイバの平坦な波長応答 特性を明らかに示す。１．４１５μｍにおける最大の結合パワーは、１．３ある いはｌ、５３μｍの値より０．７％大きい。中央のファイバは予期された波長に よる結合の大きな変化がある。しかしながら、１．４２５μｍで最小の結合値（ ９，３％）が別々の２×２の波長平坦特性のカブラを編むことによって得られた ものと匹敵することを強調すべきである。

８２の１×７のカブラが、出願人によって製造された。製造処理および技術は、 均一な良好な結合で損失の低い装置を与えるために改善された。これらの実験の 結果は以下のとおりである。

図１４および１５の柱状グラフはそれぞれ１．３μｍおよび１．５３μｍの波長 の８２のカブラの過度の損失を示す。同一の処理パラメータおよび技術を使用し ている１１の装置の最新のバッチに相当する結果は、薄い陰で分かれて示される 。過度の損失のＥｌのカテゴリーは、過度の損失がＥｉｄＢとＥ、＋０．１ｄＢ の間にあることを意味する。これらの最新の装置の平均の過度の損失および標準 偏差は、それぞれ１．３μｍおよび１．５３μｍで０．０８±０．０６ｄＢおよ び０．０６ｄＢ±０．０４　ｄ　Ｂである。多くの応用に関してこれらの過度の 損失は無視できる程度である。従来の高い損失の装置の検討によれば、埃塵粒子 あるいはトラップされた気泡の存在がファイバの歪みを生じることが認められる 。これらの問題は、注意深い清浄化および処理と、キャビネットの空気を清浄に し炉の温度プロフィルを制御した組立によって除去されている。

製造された８２の装置それぞれに関して、７つの出力ファイバのそれぞれのパワ ーは２つの波長１．３および１．５３μｍにおいて測定される。理想的に各カブ ラを通る全ての通路は両波長において１／７、すなわち１４．３％または８．４ ５ｄＢの結合を有する。しかしながら、実際には製造技術の制限は平均の周囲に 結合値を分布させる。システム設計者の観点から、いかなるカブラあるいはカブ ラアレイにとっても重要なパラメータは装置へ貫通する最悪の場合の通路で測定 される挿入損失である。それ故にこの最大の挿入損失は、装置の特性を記載する 有効なパラメータである。

図１６および１７における製造された各カブラの最大の挿入損失は、それぞれ１ ．３および１．５３μｍで装置の数の関数として表される。装置の数はまた、１ によって表される第１の１×７カブラの製造の時間あるいはオーダーを表す。図 から第１の２５の装置が最大の挿入損失の大きな広がりを有することが分かる。

この広がりは僅かな影響を有する過度の損失による不均一な結合のため全体にわ たっている。

これらの不均一な装置の研究は、結合されたパワーと、各外側のファイバと中央 のファイバの間の融着された幅の間の直接的な相関を示す。図１８において、例 えば特定の不均一な装置の結合が示されている。カブラはくびれの部分で裂かれ 、融着された幅の測定は図１９に示されるように行われる。

これらの幅は、図１８の結合されたパワーの直接的な相関が見られる図２０の柱 状グラフに示される。

次に４５のカブラに関して、テーパー付けしているパラメータは達成される結合 の変化範囲を探査するために変化される。最終的に１１の装置の試験バッチは最 も均一なパワー分割を可能にするために製造される。結果は、図１６および１７ の菱形の記号によって示される。バッチの最大の挿入損失は、両波長で９．４４ ｄＢの平均最大損失で１ＯｄＢあるいはそれ以下である。１０ｄＢの図は、これ が連鎖状の２×２の装置から製造される同様のカブラの最大挿入損失と有利に比 較するため重要である。

これらの実験中の最適な毛細管の大きさおよびファイバ処理技術が決定された。

１×７のカブラは以下のように形成される。

約１メートルの整合されたグラフディングファイバの７つの標準システムは、１ 端部から数インチのクラッドが除去される。これらは、３０乃至７５ｍ　ｍの長 さのバイコールの毛細管に通される。エタノールが含浸された布でファイバの拭 き取りが繰返され、これはきれいな状態、およびきれいな環境で実行されること が重要である。ファイバの束および毛細管は約７５ｍ　ｍ離れた張力融着装置の スライダー上に取付けるためにテーパー付けされる。１つのスライダーの取付は 部はファイバの束を捩じるために回転される。約１回転のためにスライドの取付 は部間にそれぞれ２５ｍ　ｍが必要とされる。この捩じりが、カブラの構造の均 一性を改善する。

中央のファイバは、レンズによる毛細管でのファイバの外観検査がどのテール部 が中央のファイバと関連されていることが示されるまで順に各ファイバを光で照 射することによって識別される。

カブラは、１，３および１．５３μｍにおける中央のファイバから結合される光 の量を監視する時間を隔ててファイバの束を引っ張りながら、毛細管を加熱する ことにより形成される。

融着中のカブラの伸び率は、カブラの形成の進み具合を監視するように十分に遅 い秒速２００μｍの範囲にセットされる。

調整は、所望の張力のための温度を維持するために融着装置の加熱領域のヒータ に張力センサからフィードバックすることによってカブラの引っ張り中に適用さ れる張力を介して制御される。張力が高ければ高いほど、温度は低くなり、低い 張力が前もってセットされる場合よりもファイバの融着が少ない。

上記の装置および部品に関して、平坦な波長の１乃至７のカブラは、２グラムで 始まり、１０ｍｍの伸びにわたって０．９グラムまで直線的に減少する引っ張り 張力によって得られ、交差まで０．９グラムが維持される。これは、約１６００ ℃の融着温度によって得られる。

この応用において記載されるように、良好に融着されたカブラは、１０ｍｍの伸 びにわたって０゜３グラムまで直線的に減少し交差まで維持される１グラムの張 力を有する。少し融着されたカブラは２グラムに直線的に減少し交差まで維持さ れる３グラムの張力を有する。

これらの数値は異なる寸法のファイバｎ、の値および１対（ｎ＋１）あるいは１ 対ｎのいずれが必要とされるかによって変化されることが必要である。それらは 、特定の融着装置が使用されるるつぼの大きさ等によって変化するが、試行錯誤 によって容易に決定される。６つの二次ファイバは、中央のファイバを残すため に毛細管の近くで折取られる。これは、毛細管から約２５ｍ　ｍの通常のクラッ ドファイバに接続される。

この装置はそれからパッケージされる。

このスプライス接続は、中央のファイバが両側に残されるクラッドを除去された クラッドのストリップを有する予め処理されたものである場合避けられるが、こ れは中央のファイバとしてこのファイバ端部を確実にするための操作が必要とさ れる。

このスプライス接続は、中央のファイバが適当な被覆処理によって復元されたク ラッドを有する。

別の毛細管は、例えば所望の内部の直径の毛細管に引き伸ばされた低い屈折率の 被覆をされた二酸化珪素の管である本発明に従ったカブラの製造に適当である。

達成される１×７の装置の規則性は、図２１に示されるようにカブラを通る各通 路の挿入損失を示すことによって強調される。

この装置の最大挿入損失は、公差が１標準偏差である８、５３±０．２ｄＢの平 均値で１．５３μｍにおいて９．０６ｄＢである。

１×７のカブラのテーパー付は中、リング中のファイバに結合された最大のパワ ーが構造の融着の程度によって変化することが認められる。例えば、図２２およ び２３は、異なる融着度を有する２つの装置の伸びに対する結合パワーを示す。

図２２において入力パワーの２４％は中央ファイバに残り、図３に示される装置 が３％を維持するのに対して維持する。

装置の偏光の感度を調べるために、直線偏光された出力のｌｊμｍレーザは、３ つのループの偏光制御器を介して中央の入力ファイバにスプライス接続される。

各ファイバから順にパワー出力を監視しながら、偏光制御器は全ての可能な偏光 状態がカブラに入射されるように調整される。最大および最小のパワーの読取り データが記録される。結果は、中央ファイバが対称の配置から予期されるような 非常に弱、い偏光の感度を有することを示す。結合は、パワー人力に関して±０ ゜０２％以下で変化する。リング中の外側ファイバは配置が非対称的なため偏光 によって大きな変化が示される。±０．２５％の結合変化が入力パワーに関して 観察された。

上記のような実験は、リング中のファイバに結合された最大のパワーが構造の融 着の程度によって変化することを示している。

現象を探査するために、多数の装置は僅かな融着から十分な融着にわたって融着 度を変化させて製造された。融着度を測定するために、各装置はテーパー付けの くびれにできるだけ近くで裂かれる。裂かれた１つは、距離を測定する設備と共 に装備された顕微鏡によって検査される。融着度を表すために選択されたパラメ ータは、図２４に示されるように中央と外側のファイバの間の融着された幅の割 合、および中央のファイバの直径である。この割合は標準化され融着された幅で あり、記号Ｗによって表される。それ故、融着されない装置および完全に融着さ れた７つのファイバアレイは、Ｗ−０およびＷ−０，５のそれぞれによって特徴 とされる。

図２５において、中央ファイバに残されている１、５３μｍにおける最小のパワ ー（図２２の点Ａ）は、標準化され融着された幅の関数として表される。融着度 が増加すると中央のファイバに残るパワーは減少しＷがほぼ０．３８で、全パワ ーは中央のファイバから移動される。増加する融着によって、傾向は反転し中央 のファイバに残るパワーは増加することが認められる。全ファイバ間の１４．３ ％の等しい結合は、Ｗ−０，２８で生ずる。平坦な波長特性の１へ×７のカブラ に関して、重要なパラメータは、２つの波長に対して等しい結合点である。図２ ６は、この等しい結合点（図２２のＢ）が融着度によって変化することを示す。

グラフは、Ｗがほぼ０．３８で中央のファイバに残る最小のパワーが約５％であ ることを除いた図２５と同様である。このグラフから７つのファイバ間に分割さ れる等しいパワーが２つの融着度、Ｗ−０，３２およびＷ−０，４８で得られる ことが見られる。

融着中に生じたファイバの歪みを調査するために、中央のくびれた部分の領域の 付近のカブラの薄片はカットされ研磨される。このサンプルは、屈折率の異なる 領域を強調する照明を使用する光学顕微鏡によって検査される。良好に融着され たサンプルの写真は、図２７に示される。外側のファイバの７つのコアとクラッ ドの間の境界とバイコールが容易に認められる。外側のファイバは、毛細管の壁 に埋設されるため円から明らかに歪んでいる。

カブラの断面形状の注意深い調査から、変形された外側のファイバが図２８に示 されるような形を有するように見える。

毛細管内にファイバがファイバと毛細管の境界面でのみ認められる歪みによりて 形成される円を維持することが分かる。

この歪みは、ファイバが楕円の外観を帯びるため、ファイバの断面の領域が保た れないことを意味する。断面で失った材料は、ファイバの長さを増加すると考え られる。

直径を測定するシステムに基づいたレーザの使用によって、種々のテーパー付け の直径の変化が記録される。図２９は、Ｗ−０，１３およびＷ−０，４７にそれ ぞれに対応して得られた良好に融着された装置の末端の光のテーパー状プロフィ ルを示す。

融着度による毛細管のくびれ部分の直径の変化は、図３０に示される。実際に達 成されるＷの領域にわたってくびれ部分の直径は、僅かに融着された装置の約７ ０μｍから良好に融着された装置の１２０μｍまで変化する。

裂かれた断面の測定から毛細管の直径をファイバの直径に関係させ、またテーパ ー状のくびれ部分のファイバの直径を融着度に関連させることが可能である。フ ァイバの直径は、融着程度の増加によってファイバがさらに毛細管の壁に埋込ま れるため毛細管の直径に簡単に比例しない。くびれたファイバの直径と融着度の 間の関係は、図３１に示される。融着度の増加によって１５μｍと３０μｍの間 の変化が見られる。このグラフは、同様の結合が良好に融着された大きいファイ バと僅かに融着された小さいファイバの間に達成されることを明らかに示す。２ 次曲線は、くびれたファイバの半径の実験的なデータに適合し、次の式が与えら れる。

さらにカブラの断面の測定から融着度の関数である内部の毛細管の直径が図３２ に示される。直径は、Ｗ−〇、Ｒ−３ｒ、　のようなファイバの直径に標準化さ れる。

２次曲線は、実験データに適合し、次の式で与えられる。

り Ｒ−ｒ　（３−０，９５Ｗ−１，５２Ｗ−）コア間の分離は、次の式による融着 度に直接的に関連される。

しいと仮定される。

図３３および３４を参照にすると、６以外の多数の２次ファイバを有するカブラ の融着テーパー付は中に正しい配置で中央および２次光フアイバを保持するため に使用される°バイコール°形成体１０が示されている。一定の半径で８つの等 間隔の孔によって取囲まれる１つの中央の孔１３を備えているこの例示的な構造 は、大きな穿孔されたガラスロッドを線引きすることによって容易に形成される 。他の数の孔は、他の数の２次ファイバのために形成される。口・ソドは、孔が 図１６に示されるような単一のファイバを受け入れるのに十分にされる。アセト ンのような別の蒸発しやすい液体が潤滑剤として作用することが認められている 。

組立体は、加熱によって蒸発する孔中のメタノールの表面張力により収縮するガ ラス形成体に十分な温度まで加熱される。この段階で真空が使用されて漬れるの を助け、空気をトラップされないように排除することもできる。二酸化珪素の均 質のロッドが形成されるまで加熱が続けられる。ガラス形成体はスプライス接続 位置で加熱され、テーパーを形成するために引っ張られる。コアが予め選択され た波長で等しい結合が達成されるのに十分な大きさに減少されるまでチーツク− 付は作業が続けられる。

本発明は、２つの予め決められた波長を適当に選択することによって異なる波長 窓において平坦な波長特性のカプラを形成するのに適用できることが評価される 。

図３ 図１４ 過度の損失カテゴリー 過度の損失カテゴリー 図１６ 装置の数（時間） 装置の数（時間） 図１８ 中心　ファイバ 図２０ 外側ファイバ 中心　外側ファイバ 図２２ 伸び（ｍｍ　） 伸び（ｍｍ） 図２７ 図２５ 図２６ 融着幅＝　ｘ　／　ｄ 図２９ 図３０ 融着幅 図３１ 融着幅 図３２ 融着幅 図３４ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成３年９月２０日

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）全ての２次ファイバが別のファイバのそれぞれ１つに関して同様に配 置されるように中央の光ファイバの周りに２以上の光ファイバを配置してファイ バ束を形成し、（ｂ）２つの異なる予め決められた周波数において中央のファイ バから結合される光の比率が最初に等しい時にテーパー付けが停止されるように ファイバの束からの融着されテーパー付けされたカプラを形成するステップを含 んでいる光ファイバカプラを形成する方法。
2. ２．ファイバの束が融着されテーパー付けされたカブラを形成する前に捩じられ る請求項１記載の方法。
3. ３．融着度が融着しテーパー状にされたカプラの形成中にファイバに加えられる 予め定められた張力プロフィルを得るために融着温度を制御することによって制 御される請求項３記載の方法。
4. ４．ｎ本の２次ファイバと、２つの予め決められた周波数で１対（ｎ＋１）カプ ラを形成するために中心のファイバと各２次ファイバの間に十分な融着を行って いるカプラを形成する請求項１乃至３のいずれか１項記載のカプラ形成方法。
5. ５．ｎ本の２次ファイバと、２つの予め決められた周波数で１対ｎカプラを形成 するために中心ファイバと各２次ファイバの間に十分な融着を行ってカプラを形 成する請求項１乃至３のいずれか１項記載のカプラ形成方法。
6. ６．ファイバの融着前のホウ珪酸塩毛細管による六辺形の密着してパックされた アレイに保持された７個の標準システムに整合したクラッディングファイバが存 在し、カプラは約２００μｍ１秒の速度で融着中に延ばされ、カプラの形成中に ファイバに供給された張力は２グラムで始まり０．９グラムまで直線的に減少し 、この０．９グラムの張力は２つの予め決められた周波数において中央のファイ バから結合された比率が最初に等しくなるまで維持される請求項４記載の方法。
7. ７．ファイバが円筒状の支持部材の各孔によって互いに関して位置される請求項 １乃至５のいずれか１項記載の方法。
8. ８．２次ファイバが中央のファイバの中心とするリングに等間隔で配置されてい る前記請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. ９．対でグループ化された偶数の２次ファイバが存在する請求項１乃至８のいず れか１項記載の方法。
10. １０．中央のファイバによって伝送される光が監視される請求項１乃至９のいず れか１項記載の方法。
11. １１．少なくとも１つの２次ファイバに結合される光が監視される請求項１乃至 ９のいずれか１項記載の方法。
12. １２．全ての２次ファイバに結合される全体の光が監視される請求項１１記載の 方法。
13. １３．中央の光ファイバの光伝播が２つあるいはそれ以上の２次ファイバに結合 され、全ての２次ファイバが他のファイバのそれぞれ１つに関して同様に配置さ れ、２つの予め選択された波長における結合比率がカプラの形成中に最初に等し い最小の距離である長さを有する結合の領域を有する融着されテーパー状にされ たカプラを具備している光学的カプラ。
14. １４．ｎ本の２次ファイバが存在し、カプラが１対（ｎ＋１）カプラである請求 項１３記載の光学的カプラ。
15. １５．ｎ本の２次ファイバが存在し、カプラが１対ｎカプラである請求項１３記 載の光学的カプラ。
16. １６．２次ファイバが中央のファイバの周囲で等間隔に配置されている請求項１ ３乃至１５のいずれか１項記載の光学的カプラ。
17. １７．偶数の２次ファイバが対でグループ化されている請求項１３乃至１６のい ずれか１項記載の光学的カプラ。