JPH0667055A - ファイバ・オプティック・カプラおよびその製造方法 - Google Patents

ファイバ・オプティック・カプラおよびその製造方法

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JPH0667055A
JPH0667055A JP5195258A JP19525893A JPH0667055A JP H0667055 A JPH0667055 A JP H0667055A JP 5195258 A JP5195258 A JP 5195258A JP 19525893 A JP19525893 A JP 19525893A JP H0667055 A JPH0667055 A JP H0667055A
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tube
coupler
fibers
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JP5195258A
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David L Weidman
リー ワイドマン デイビッド
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Corning Inc
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2856Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers formed or shaped by thermal heating means, e.g. splitting, branching and/or combining elements
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    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2821Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
    • G02B6/2835Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い波長範囲にわたってカプラ・パワ−の変
化が非常に小さくかつ損失の少ない色消しファイバ・オ
プティック・カプラおよびその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 この色消しファイバ・オプティック・カプラ
は、それぞれコアとクラッドを有した複数本の単一モ−
ド光ファイバがそれらの長さの一部分に沿って互いに融
着されて結合領域を形成している形式のものである。こ
れらのファイバの伝播定数は等しいことが好ましいが、
ファイバのクラッドが異なる屈折率を有している場合に
は、最低クラッド屈折率はn2である。屈折率n3のマトリ
クスガラス本体が結合領域を包囲しており、(n2 2 -
n3 2)/2n2 2に等しいΔ2-3の値が0.125%より小さくなる
ような大きさだけn3がn2より小さくなされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は比較的広い波長帯域にわ
たってファイバ間における比較的均一な光結合を行うこ
とができる単一モ−ド・ファイバ・オプティック・カプ
ラに関する。
【0002】
【従来の技術】複数本のファイバをそれの適当な長さに
沿って並置関係に位置決めし、そしてそれらのファイバ
を固着させかつコアの間の間隔を短縮するようにクラッ
ドを融着させることによって、融着ファイバ・カプラが
形成されている。ファイバを加熱しかつ延伸させるのに
先立って毛細チュ−ブにファイバを挿入して、それによ
って「オ−バ−クラッド・カプラ」(overclad coupler)
を形成するこちによって種々のカプラ特性を改善するこ
とができる。オ−バ−クラッド・カプラを形成するため
には、ファイバがチュ−ブに挿入され、そのチュ−ブが
脱気され、そしてそれの中間領域が加熱されそしてファ
イバに対してコラプス(collapse)される。その後で上記
中間領域の中央部分が所望の結合を得るのに必要な直径
および結合長に延伸される。
【0003】結合比の波長従属性が非常に大きい、すな
わち1310nmで3dB結合を呈示するとすると、その波長従
属性のために1550nmでは3dBカプラとしては機能するこ
とができない標準カプラ(standard coupler)を作成する
ためには従来は同一の光ファイバが用いられていた。
「標準カプラ」は第1ウインドウと呼ばれる約1310nmを
中心としたウインドウにおけるパワ−伝達特性(power t
ransfer characteristics)で特徴づけることができるで
あろう。例えば、標準カプラは、60nmウインドウ内で約
±5%より大きくは変化しない結合比を呈示しうるであ
ろう。
【0004】「色消しカプラ」(achromatic coupler)は
標準カプラの場合よりも波長に対する結合比の感度が低
いものである。「色消しカプラ」についての広く受入れ
られた定義はない。最も厳密でない定義では、色消しカ
プラは第1ウインドウ内で標準カプラよりも良好なパワ
−伝達特性を呈示しさえすればよい。より現実的には、
第1ウインドウ内で色消しカプラのほうが標準カプラよ
りもはるかに良好な性能を有することを要求されること
により、あるいは特定された幅の2つのウインドウ内で
小さいパワ−伝達傾斜を呈示することを必要とするため
に仕様がきつくなる。これらのウインドウは例えば100n
mの幅を有しかつ約1310nmおよび1530nmを中心とするも
のとして特定されうる。これらのウインドウは同じ幅を
有している必要はなく、それらの幅は例えば80nmおよび
60nmでありうる。最適な性能を有する色消しカプラは本
質的に全体の単一モ−ド動作領域にわたって小さい値の
結合パワ−傾斜を呈示することができるであろう。シリ
カをベ−スとした光ファイバの場合には、この動作領域
は例えば1260nmと1580nmとの間にあるものとして特定さ
れうる。
【0005】下記の論述では、屈折率がnaおよびnbであ
る2つの物質の間の相対屈折率差Δ a-bは、 Δa-b = (na 2 - nb 2)/(2na 2) (1) として定義される。表現を簡単するために、Δはパ−セ
ントで、すなわち、Δの百倍で表わされることがおお
い。
【0006】従来は、結合領域における基本モ−ドに対
して異なる伝播定数を有するファイバを用いることによ
って、すなわち、直径が異なるファイバおよび/または
屈折率分布が異なるファイバを用いることによって、あ
るいは2本の同一のファイバのうちの一方を他方よりも
大きくテ−パさせるまたはエッチングすることによっ
て、色消しカプラが作成されていた。
【0007】米国特許第5011251号および第50
44716号は、結合されるファイバがファイバのクラ
ッド材料より低い屈折率n3を有するマトリクスガラスに
よって包囲されているオ−バ−クラッド色消しファイバ
・オプティック・カプラを教示している。これらのカプ
ラ・ファイバの伝播定数は、それらが異なるクラッド屈
折率を有しているがために、異なる。第1のファイバの
クラッドの屈折率n2と第2のファイバのクラッドの屈折
率n2'との差は、カプラが比較的広い波長帯域にわたっ
て波長に対する結合比の非常に小さい変化を呈示するよ
うになされている。
【0008】米国特許第5011251号および第50
44716号は、上記式(1)におけるnaおよびnbをn2
およびn3で置換することによって値が得られる記号Δ
2-3によってチュ−ブ屈折率n3を特徴づけている。市販
の単一モ−ド光ファイバはシリカの屈折率に等しいかあ
るいはそれに近いn2の値を通常有している。チュ−ブの
ベ−スガラスとしてシリカが用いられる場合には、チュ
−ブの屈折率n3をn2より低い値まで低下させる目的で、
それにド−パントが添加される。これらの米国特許は、
チュ−ブの屈折率を低下させることのほかに、ド−パン
トB2O3はそのチュ−ブの軟化点温度をファイバのそれよ
り低い値に低下させる有益な作用をすると述べている。
チュ−ブの屈折率を低下させるためにはフッ素も用いら
れている。これらの米国特許は、Δ2-3が約0.2%より小
さい場合には、シリカ・チュ−ブ中のB2O3の量は1×2
または2×2カプラにおけるチュ−ブガラスを軟化させ
るのには不十分であり、そのためコラプス工程時にファ
イバを過度に変形させることになると教示している。し
たがって、標準カプラの場合のΔ2-3の値は通常0.26%
と0.35%の間とされている。これらの米国特許はさら
に、Δ2-3の値が上記の従来用いられている範囲より大
きくなるような(Δ2-3の好ましい値は0.4%より大き
い)屈折率を有する有するチュ−ブを用いることによっ
て、色消しオ−バ−クラッド・カプラの処理再現性が向
上することを述べている。
【0009】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広
い波長帯域にわたって結合パワ−の変化が非常に小さい
ことを特徴とする単一モ−ド色消しファイバ・オプティ
ック・カプラを提供することである。他の目的は、すべ
ての光ファイバが同一でありうる色消しカプラを提供す
ることである。さらに他の目的は、入力ファイバを包囲
したN本(N>2)のファイバを有し、その入力ファイ
バから出力ファイバへのパワ−の結合がほぼ100%であ
り、それによってカプラ損失が最小限に抑えられている
形式の色消しファイバ・オプティック・カプラを提供す
ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の色消しカプラは
マトリクスガラスの本体中を延長した複数の光導波通路
を具備している。それらの通路はそれぞれコア領域と、
このコア領域の屈折率より小さい屈折率を有していてコ
ア領域を包囲したクラッド領域を具備しており、それら
の通路のクラッド領域の最低の屈折率がn2である。光導
波通路は、それらの通路のうちの1つで伝搬する光パワ
−の一部分が他の通路に結合するのに十分に長い距離に
わたって十分に近接して延長している。少なくともこれ
らの通路に隣接した上記本体の領域の屈折率はn3であ
り、n3はΔ2-3の値が0.125%より小さくなるような大き
さだけn2より小さい。
【0011】1つの実施例では、光導波通路は光ファイ
バよりなっており、かつマトリクスガラスが円筒状の本
体をなしており、この本体中をファイバが長手方向に延
長している。その本体は対向した第1および第2の端部
と、中間領域を有している。その中間領域の中央部分の
直径と、その中央部分における光ファイバの直径は上記
本体の端部におけるそれらの直径より小さい。
【0012】本発明の色消しファイバ・オプティック・
カプラは、複数の光ファイバのそれぞれの一部分をガラ
スチュ−ブに挿入し、その場合、それらの部分がチュ−
ブの中間領域を占有するようにすることによって形成さ
れる。ファイバはそれぞれ屈折率n1のコアと、n1より小
さい屈折率のクラッドよりなっている。これらのファイ
バの最低のクラッド屈折率n2は、Δ2-3の値が0.125%よ
り小さくなるような大きさだけn3より大きい。ここで、
Δ2-3は(n2 2-n3 2)/2n2 2である。チュ−ブの中間領域は
ファイバに対してコラプスされ、そしてこの中間領域の
中央部分はファイバ間に予め定められた結合が生ずるま
で延伸される。
【0013】
【実施例】ファイバ・オプティック・カプラは各端部か
ら延長している光ファイバの本数、特定の出力ファイバ
に結合される入力パワ−の一部分、および結合の波長感
度によって特徴づけられる.M×Nカプラ(ただしM≧
1およびN≧2)では、M本の光ファイバが一方の端部
から延長し、かつN本のファイバが他方の端部から延長
している。例えば3dBカプラはパワ−の50%を第1の
ファイバから第2のファイバに結合する1×2または2
×2カプラである。タップは、入力パワ−の50%以下、
通常3%、10%等のように小さいパ−センテ−ジを1つ
の出力ファイバに結合させるカプラ(通常1×2または
2×2カプラ)である。スプリッタ(1×N、ただしN
≧2)は入力パワ−をN本の出力ファイバの間で等しく
分割する。スイッチは、第1の光ファイバから第2のフ
ァイバに結合されるパワ−のパ−センテ−ジが、それら
2本のファイバがそれら2本のファイバの平面内で屈曲
される角度を変更することによって、変更され得るよう
にパッケ−ジされたカプラ(通常1×2または2×2カ
プラ)である(米国特許第4763977号参照)。ス
イッチは典型的には動作波長において事実上すべての光
を入力ファイバから第2のファイバに結合させる。本発
明は色消しファイバ・オプティック・カプラに関するも
のであり、上述したすべてのカプラ形式に該当するもの
であるが、それらに限定されるものではない。
【0014】図1は光ファイバF1およびF2がそれぞれ屈
折率n1のコアと、n1より小さい屈折率を有しそのコアを
包囲したクラッドを有している2×2カプラを概略的に
示している。本発明の一般的な論述のために、2×2カ
プラは上述したすべての形式のカプラのうち典型的なも
のであるとする。このカプラは屈折率n3 がファイバク
ラッドの屈折率より小さいガラス・オ−バ−クラッド・
チュ−ブOにファイバF 1およびF2を挿通することによっ
て形成され得る。チュ−ブから延長したファイバの部分
は保護被覆材料(この実施例では示されていない)を有
していることが好ましいが、チュ−ブの中間領域におけ
るそれらの部分は被覆を有していない。チュ−ブのもと
の直径はd1である。チュ−ブOが脱気され、そしてそれ
の中間領域がそれをファイバに対してコラプスさせるた
めに加熱される。チュ−ブが再加熱され、そしてコラプ
スされた中間領域を延伸させるためにそれの端部が反対
方向に引張られる。チュ−ブがコラプスし、そして延伸
作業が米国特許第5011251号に従って行なわれ得
る。2つのチュ−ブ端部が互いに離れる方向に移動する
速度が合成延伸速度となる。チュ−ブは一定の速度で延
伸されてもよく、あるいはその延伸速度は連続的にまた
は不連続のステップで変化しうる。延伸工程は予め定め
られた結合が得られた後で停止し得る。その後で、チュ
−ブは再加熱することができ、そして第2の延伸速度で
延伸が生じ得る。もとの直径diとネックダウン領域Nの
中央部分の直径d2の比は延伸比Rと呼ばれる。領域Nは
若干のテ−パが存在しても一定の直径を有し、領域Nの
長手方向の中央が最小直径を有するものとして示されて
いる。このようにして得られたカプラの結合特性は、チ
ュ−ブOおよびファイバF1およびF2、ならびに長さz、ネ
ックダウン領域N、およびテ−パ領域Tのようなカプラ・
パラメ−タの光学的および機械的特性のようなパラメ−
タによって決定される。
【0015】カプラ製造方法における処理工程をコント
ロ−ルするために、光パワ−を入力光ファイバに結合さ
せることができ、かつ出力信号をモニタすることができ
る。例えば米国特許第5011251号を参照された
い。下記の実施例では、延伸時には出力パワ−はモニタ
されなかった。オ−バ−クラッド・ファイバ・オプティ
ック・カプラに対する経験では、両方の段階に対する全
体の延伸距離は通常12mmと16mmの間であった。したがっ
て、これらの実施例で記述されるカプラはその範囲内の
ある距離だけ最初に延伸された。このようにして得られ
た装置の光学的特性が測定され、そして続いて作成され
たカプラの延伸距離が所望の特性により近い特性を得る
ような態様で調節された。この処理によって、最適延伸
距離が得られた。その後で、所望の光学的特性を得るた
めに、この形式のカプラがすべて最適距離だけ延伸され
た。しかし、延伸距離のようなプロセス・パラメ−タは
作成されるカプラの光学的特徴づけの結果として微調整
され得る。
【0016】動態をモデル化するために結合モ−ド理論
を用いて色消しカプラについて理論的解析が行なわれ
た。その解析はA.W.SnyderおよびJ.D.Love, Optical Wa
veguide Theory, Chapman and Hall, New York, 1983と
いう刊行物に教示されている原理に基づいている。解析
されたカプラの形式は1×6および1×8スプリッタ、
2×2 3dBカプラ、2×2スイッチおよび2×2
90%−10%タップであった。この理論によれば、図1の
2×2オ−バ−クラッド・クラッドのモ−ド・フィ−ル
ドは、ファイバF1およびF2 のそれぞれの、他方のファ
イバが存在しない状態における、すなわちそのファイバ
がオ−バ−クラッド屈折率材料n3だけによって包囲され
た状態における、基本モ−ドΨ1およびΨ2の線形結合で
あると仮定される。このような構造に対しては、伝播定
数およびモ−ド・フィ−ルドが正確に決定され得る(M.
J.Adams, An Introduction to Optical Waveguidesを参
照されたい)。
【0017】2つのコア間の光結合を記述する結合定数
は数1で表わされているように重なり積分として書き表
わすことができる。
【数1】
【0018】数1において、Ψ1およびΨ2は2つのコア
のモ−ド・フィ−ルドであり、rおよびr'はそれぞれフ
ァイバF1およびF2のコアの中心からの半径方向の距離で
あり、nはカプラ全体の屈折率構造であり、n'は屈折率n
3のクラッド材料でF1のコアを置換した場合の屈折率構
造であり、そして積分はカプラの全横断面についてであ
る(しかしn-n'はファイバF2のコアおよびクラッドにお
ける唯一の非ゼロである)。この数1ではモ−ド・フィ
−ルドが規格化されていると仮定されており、すなわち
数2および数3は両方とも1に等しい。
【数2】
【数3】
【0019】これらはテ−パをつけられた装置である
が、それらの定性的な動態は所定の結合長にわたって延
伸比が一定であり、この長さの外には結合が存在しない
と仮定することによって、すなわち図1の領域Nの直径
が全長zにわたって一定であると仮定することによって
十分にモデル化される。この近似は、結合定数が延伸比
の迅速に増加する関数であるから、有効に作用し、かつ
カプラの動態は最高の延伸比における動態によって支配
される。パワ−がコア1に入射された状態で、この近似
を用いると、2つのコアにおけるパワ−は、カプラの軸
線に沿った長さzの関数として下記の式(3)および
(4)によって与えられる。 P1(z) = 1 - F2sin2(Cz/F) (3) P2(z) = F2sin2(Cz/F) (4) ただし係数Fは数4によって与えられる。数4におい
て、β1およびβ2はそれぞれファイバF1およびF2の伝播
定数である。
【数4】
【0020】テ−パに沿って結合方程式を積分すること
によって結果がより定量的となされ得る。ビ−ム伝播技
術(フ−リエ変換、定差等)を用いてさらに正確なシミ
ュレ−ションがなされうるが、計算時間がはるかに増大
するという犠牲を伴う。
【0021】結合されたモ−ド・モデルは、2×2カプ
ラの結合定数を0.35%のΔ2-3値を有するカプラにおけ
る3つの異なる波長に対する延伸比の関数として決定す
るために用いられた。カプラ・パラメ−タに関してなさ
れた仮定のほとんどが標準オ−バ−クラッド・カプラに
ついて行なわれた研究に基づいている。ファイバF1およ
びF2は4μmのコア半径を有する外径125μmの標準単一モ
−ド・ファイバであると仮定された。コアおよびクラッ
ドの屈折率n1およびn2はそれぞれ1.461000および1,4554
38であると仮定された。このモデルは本発明のカプラの
色消し性(achromaticity)の改善の原因となる物理的機
構を示す図3のグラフを発生するために用いられた。図
3では、結合定数が平行コア2×2カプラについて逆延
伸比の関数としてプロットされている。所定の波長にお
ける結合定数は延伸比の増加に伴って急速に増大するこ
とがわかる。しかし、非常に大きい延伸比では、曲線に
極大値が現れる。これは、事実上、モ−ド・フィ−ルド
膨張が非常に大きくなって2本のファイバのうちの1本
のファイバのコアとクラッドよりなる領域(結合定数重
なり積分がとられる領域)においてそれら2本のファイ
バのモ−ド・フィ−ルド間の重なりが、モ−ド・フィ−
ルド振幅の減少によって、実際に減少することによって
生ずる。その極大値における延伸比より大幅に小さい延
伸比では、回折効果により膨張がより大きくなるので、
より長い波長における結合定数がより大きくなる。しか
し、このことは、より長い波長における最大結合はより
小さい延伸比で生ずることを意味する。と言うのは、最
大結合が生ずる延伸比は、さらなるモ−ド・フィ−ルド
膨張が1つのコアからのモ−ド・フィ−ルドが他のコア
からのそれに重なる程度を減少させる点によって決定さ
れるからである。所定の延伸比ではモ−ド・フィ−ルド
膨張はより長い波長においてより大きくなるので、より
長い波長ではRのより小さい値において最大値が生ず
る。図3に示されているように、これが結合定数曲線を
交差させる。
【0022】単一の延伸比を有する非テ−パ平行コア装
置では(図1参照)、色消し特性(例えば約1300および
1500nmにおける等しい結合)を得るために、カプラの幾
何学形状が図3に示されているように2つの波長に対す
る結合定数曲線の交差点RCROSSで動作するように選択さ
れるであろう。最大値RMAXまでのすべての延伸比を含む
幾何学形状を有するテ−パ付き装置では、RMAX>RCROSS
とする必要がある(図3において交差点の左側に1/RMAX
を有するために)。これは、テ−パの端部近傍における
低い延伸比では(図4の破線5および6間の領域LWを参
照)、より長い波長において結合がより強く、したがっ
て長い波長の波長がより多く結合する。RMAX>RCROSS
するようにテ−パ付けすることによって、カプラは結合
がより短い波長においてより強くなる領域SW(破線4お
よび5の間)を含み、それによって小さい延伸比の領域
を補償する。領域SWおよびLWは図4のチュ−ブ3bのテ
−パに関係している。RMAXの正確な値はテ−パ付き装置
についての結合方程式の数値積分によって決定されなけ
ればならない。
【0023】図3およびそれに関する上記の論述から、
Δ2-3が0.35%である色消しカプラを形成するためには
約10:1の延伸比が必要とされるであろうことがわかる。
このような高い延伸比は下記の理由によって比較的高い
過剰損失を生ずることになりうる。延伸比が高くなると
結合強度を増大させ、したがって結合距離zが短くなる
ことを必要とする。この関係が図4に示されており、こ
の図では2つの延伸されたチュ−ブ3aおよび3bの外
表面がそれぞれ実線および破線で示されている。チュ−
ブ3bは3aより大きい延伸比を有しているから、同じ
結合を得るためには(パワ−伝達曲線の最初のサイクル
で)、チュ−ブ3bがチュ−ブ3aより短い結合距離z
を有していなければならない。パワ−伝達曲線について
は米国特許第5011251号にそれの第6図に関連し
て論述されている。
【0024】基本的なLP01モ−ドからそれより高いモ−
ドへの望ましくないモ−ド結合が、チュ−ブ3bの高い
延伸比/短い結合領域を有するより急竣なテ−パではよ
り強くなることが知られている。この非断熱的結合(non
adiabatic coupling)がカプラの過剰損失を増大させる
ことになりうる。
【0025】上記のモデルは1×2ダブル・ウインドウ
・スイッチに対して理論的に必要とされるテ−パ・パラ
メ−タを計算するために用いられた。長さに沿った距離
zの関数としての(zの原点は最大延伸比点にある)テ−
パ付きカプラの延伸比の記述は、最大延伸比RMAXおよび
ガウス幅パラメ−タを含むガウス関数として単純に与え
られ得る。それは下記の式によって与えられる。 R(z) = 1 + (RMAX - 1)exp[-(z/ω0)2] (6) 標準2×2WDMカプラの場合のこれらのパラメ−タの
典型的な値は、RMAXが3〜6、そしてω0が3000〜6000μm
である。このモデルは、パラメ−タRMAXおよびω0がΔ
2-3の非常に小さい値の場合のカレント・カプラの値の
範囲内であることを示した。「カレント・カプラ」(cur
rent coupler)というのは米国特許第5011251号
に開示されているΔ2-3が0.26%より大きい形式のオ−
バ−クラッド・クラッドを意味する。それより低い値の
Δ2-3は図3の曲線を右方(延伸比の小さい値の方向)
および下方(最大結合定数の小さい値の方向)に変位さ
せ、それによって容易に実現可能な延伸比を有する色消
しカプラを形成することができる。Δ2-3の値がさらに
小さくなされるにつれて、RMAXの所要の値は小さくな
り、必要とされる結合長(ガウス幅パラメ−タω0で示
されている)は長くなる。
【0026】使用できるΔ2-3値の理論的最大値は非断
熱モ−ド結合による制限を考慮することによって得られ
うる。LP01およびLP02モ−ドについて伝播定数(β)が計
算された。LP02モ−ドは、理想の整合したファイバ・カ
プラにおけるLP01モ−ドに結合する最低次モ−ドであ
る。式(6)およびLP01およびLP02モ−ドから、数5お
よび1/2π[β(LP01) - β(LP02)]のパラメ−タが決定さ
れた。数5において、aはコア半径、そしてzはカプラの
軸線に沿って測定された距離である。
【数5】
【0027】断熱性能のためには、数6の関係が存在し
なければならない。
【数6】
【0028】ここで「NAT差」(NAT Difference)と呼
ばれる数6の差パラメ−タが、図5において1310および
1550nmの波長につきΔ2-3の関数としてプロットされて
いる。NAT差がそれら2つの波長のそれぞれにおいて
0.02%から0.14%までのΔ2-3値について計算された。1
300nm曲線では、約0.125%の最大理論Δ2-3値において
ゼロのNAT差が生ずる。
【0029】1300〜1550nmの範囲内の波長において約0.
045%以下のΔ2-3値で顕著な色消し性の改善が得られる
ことが実際の経験から認められた。図16に示されてい
る形式の延伸装置で実現できるテ−パでは、Δ2-3が0.0
9%の場合には色消しカプラを形成することはできなか
った。しかし、0.045%より大きいΔ2-3値で色消しカプ
ラを形成するためには、外径の小さいチュ−ブをを用い
ることができ、かつより小さくてより密に集束された炎
を与えることができるバ−ナを用いることができる。約
0.01%〜0.02%のΔ2-3値で最良の結果が得られた。Δ
2-3の測定可能な値の下限は0.01%である。
【0030】上記の記述は本発明を2×2カプラについ
て詳述したものである。同じ物理現象が本発明の原理を
N×Nカプラに適用したことになる。多くの受動光ネッ
トワ−において特に興味のあるのは1×Nスプリッタで
ある。
【0031】パワ−・スプリッタと呼ばれる1つの形式
のカプラでは、中心の入力ファイバが結合領域において
複数の等間隔で離間されたリング・ファイバによって包
囲される。1×Nパワ−・スプリッタはN本のファイバ
が1本の入力ファイバの周りに配置されるように形成さ
れる。このような装置では、入力ファイバはできるだけ
小さいパワ−を保持しなければならない。このようなカ
プラでは、中央のファイバとリング・ファイバが「実質
的に整合した伝播定数」を有することが好ましい。2本
のリング・ファイバが1本の中央ファイバのまわりに配
置される(中央ファイバとリング・ファイバとの間に細
いガラス・スペ−サ・チュ−ブが配置された)1×8ス
プリッタにおける挿入損失に対するΔβ(中央ファイバ
とリング・ファイバとの間の伝播定数の差)の影響を確
認するために実験が行なわれた。ファイバのクラッドに
異なる量の塩素をド−プすることによって、中央ファイ
バと外側またはリング・ファイバの伝播定数の差が導入
された。図2に示されているように、Δ2-3が約0.02%
では、リング・ファイバと中央ファイバとが同一である
場合に、挿入損失が最少であった。使用される光ファイ
バがすべて標準の通信用ファイバであり得ることが、こ
の形式の1×Nスプリッタの利点である。
【0032】他の形式の1×Nスプリッタでは、1本の
入力ファイバのまわりにN−1本のファイバが配置さ
れ、入力パワ−のN分の1が、N本の出力ファイバの1
として機能する入力ファイバ内にとどまる。中央ファイ
バを含むすべてのファイバにおけるパワ−を等化するた
めには、リング・ファイバとは若干異なる伝播定数を有
する内側ファイバを用いることが有益である。米国特許
第5011251号の教示によれば、このようなカプラ
では、約0.002μm-1の最大Δβが有用であろうと考えら
れる。このようなΔβ値はリング・ファイバとは若干異
なるクラッド屈折率を有する中央ファイバを用いること
によって得ることができる。最低の屈折率n2と最高のフ
ァイバ・クラッド屈折率n2'との差は、Δcladsが好まし
くは0.03%より小さくなるのに十分なだけ小さくなけれ
ばならない。Δcladsの値は上記式(1)のnaおよびnb
にクラッド屈折率n2およびn2'を代入しそしてΔについ
て解くことによって得られる。ファイバのクラッドが若
干異なる屈折率を有する場合には、Δ2-3を計算する目
的のためには、最低の屈折率n2が用いられる。
【0033】結合モ−ド理論は1本のファイバのまわり
にN本のファイバ(N>2)が存在する場合に一般化す
ることができる(例えば図14および図19〜21参
照)。任意の2本のファイバ間の結合定数は2×2の場
合と同様に定義される。この場合の屈折率構造は非常に
複雑であるので、さらに単純化するかあるいはさらに複
雑なモデル化をしないかぎり解くことはできない。第1
近似として、次の場合が考えられた。問題の2本を除く
すべてのファイバがオ−バ−クラッド屈折率材料で置換
される。これによって正確な解が可能となる。最近隣の
結合だけを考え(通常良好な近似)、かつパワ−が中央
ファイバに入力されると仮定すると、リング・ファイバ
のうちの任意の1本における長さの関数としてのパワ−
は、 Pj(z) = F2/N sin2(Cz/F) j=1,....,N (8) ただし、F2は数7で表わされる。数7において、β0
中央ファイバの伝播定数;β1はすべて同一であると仮
定されているリング・ファイバの伝播定数;C=N1/2
C01;C01は中央ファイバと各リング・ファイバとの間の
結合(C01=C02=....=C0N);そしてC12は隣接したリン
グ・ファイバ間の結合である(C12=C23=...)。
【数7】
【0034】入力では1であると仮定される中央ファイ
バ・パワ−は、 P0(z) = 1 - F2 sin2(Cz/F) (10) で表わされる。
【0035】M×Nカプラにおける改善された色消し性
を生ずる物理的機構は、2×2カプラにおける色消し性
の改善を生ずるそれと同一である。さらに、このような
改善はΔ2-3が同様であれば同様であり、かつ非断熱モ
−ド結合も同様であると考えられる。したがって、同様
の範囲のΔ2-3値は2×2カプラの場合と同様にM×N
カプラの場合に最適の機能性を与えるはずである。
【0036】所要の非常に小さい値のΔ2-3を得るため
に採り得る多数の異なるアプロ−チが存在する。1つの
アプロ−チは純粋なSiO2チュ−ブと、そのシリカチュ−
ブより大きい屈折率を与えるために塩素をド−プしたク
ラッドを有する光ファイバを用いることを含む。この技
法はチュ−ブとファイバクラッドの両方の屈折率を良好
にコントロ−ルすることができる。偏波の可変性(polar
ization variability)が良好であった。このガラスの組
合せの主な難点は、チュ−ブとファイバとの間の粘性の
差が非常に小さくなるという点であった。このためファ
イバが変形され、かつ比較的大きい過剰損失(excess lo
ss)を生じた。
【0037】市販の単一モ−ド光ファイバは、シリカの
それに等しいかあるいはそれに近いn2の値を有している
のが通常である。この形式のファイバが用いられる場合
には、チュ−ブは少量のB2O3(0.15重量%〜1.0重量%
の範囲内)をド−プされたシリカで形成され得る。この
B2O3はファイバクラッド・ガラスに対してチュ−ブガラ
スを軟化させ、それによって過剰損失の小さいカプラを
形成することになる。チュ−ブが2.0重量%より多いB2O
3をド−プされたSiO2で作成されている場合には、ファ
イバには0.125%より小さいΔ2-3値を与えるのに必要な
レベルまでクラッドの屈折率を低下させるのに十分な量
のフッ素をド−プしたSiO2よりなるガラスのクラッドが
設けられる。
【0038】他のアプロ−チは、B2O3およびフッ素のよ
うな1つ以上の屈折率低下用ド−パントおよびGeO2およ
びTiO2のような1つ以上の屈折率増加用ド−パントをド
−プされたベ−スガラスでチュ−ブを形成することであ
る。この2種類のガラスの組合せによって所望のΔ2-3
値を生ずる屈折率n3が得られる。比較的柔らかいガラス
のチュ−ブを用いることによって、ファイバに対するチ
ュ−ブのコラプス(collapsing)がある程度改善され、チ
ュ−ブガラスはファイバのまわりでそれの形状を歪ませ
ることなしに流動する。
【0039】チュ−ブOは火炎加水分解法と呼ばれるこ
とがある蒸気沈積法によって作成されるのが好ましい
(例えば1991年12月16日に出願された米国特許出願第07
/809697号を参照されたい)。そのチュ−ブは溶融ガラ
スでまたはゾル・ゲル法によっても作成され得る。
【0040】色消しカプラを作成するためには、組成が
半径方向に変化したチュ−ブも用いられている。チュ−
ブの穴に隣接した内側領域は所望のΔ2-3値を与える組
成で形成される。このチュ−ブの残部はその内側領域と
は異なる屈折率を有する1つ以上の領域で形成され得
る。図6を参照されたい。例えば、内表面risと遷移半
径rtとの間のチュ−ブの内側領域は、カプラに色消し性
を与えるのに十分なだけ低い値のΔ2-3を与えるために
0.15重量%〜2.0重量%の範囲内の少量のB2O3を含有す
ることができる。rtと外表面roとの間の外側チュ−ブ領
域は内側領域より高い濃度のB2O3を含有しうる。この高
いB2O3濃度が低い屈折率の領域を生じ、それによって光
パワ−をより良好に閉じ込めることになる。実質的に一
定の半径方向屈折率を有するチュ−ブと半径方向にステ
ップ状に屈折率が低下するチュ−ブの両方を用いて、同
様の過剰損失を有するカプラが実現された。
【0041】好ましい製造技術によって延長した光ファ
イバ・ピグテ−ルを有するカプラが得られるが、本発明
はファイバが細長いマトリクスガラス本体中を延長して
いるが、端部がその本体の端面と同一平面関係にある形
式のオ−バ−クラッド・カプラにも適用される。このよ
うなカプラを作成する方法が米国特許第4773924
号および第4799949号に開示されている。簡単に
述べると、その方法はガラスチュ−ブに複数の光ファイ
バ・プリフォ−ムロッドを挿入し、そのようにして得ら
れたプリフォ−ムを加熱しかつ延伸してガラスロッドを
形成し、このガラスロッドを切断して複数のユニットに
することよりなる。各ユニットの中央領域に熱が加えら
れ、そしてその中央領域が延伸されてテ−パの付いた領
域が形成される。
【0042】実施例1 1×2色消しファイバ・オプティック・ダブルウインド
ウ・スイッチが図7〜10に示されている。長さ3.8c
m、外径2.8mm、および長手方向穴直径265μmを有するガ
ラス毛細チュ−ブ10が用いられた。チュ−ブ10は、
火炎加水分解法によって作成され、図6に示された形式
の屈折率勾配を有していた。risとrtの間の外側領域は
約8重量%のB2O3をド−プしたシリカよりなっていた。
内側領域の厚さは300μmであった。Δ2-3の値が光学的
に測定されて0.02%であった。
【0043】被覆されたファイバ17および18は、そ
れぞれ直径250μmのウレタン・アクリレ−ト被覆21お
よび22を有する直径125μmの単一モ−ド光ファイバ1
9および20よりなっていた。これらのファイバは両方
とも8.5重量%GeO2をド−プしたシリカよりなる直径8μ
mのコアを有していた。これらのファイバのカットオフ
波長はカプラの動作波長より短かった。例えば、最少動
作波長が1260nmの場合には、これらのファイバのカット
オフ波長は1200nmと1250nmとの間に選択される。これら
のファイバは標準の通信用ファイバであり、米国特許第
5011251号の教示に従って作成された。
【0044】長さ1.5mの被覆されたファイバ18の端部
から被覆が6cmの長さにわたって除去された。ファイバ
の剥離された領域の中心に炎を放射することによって、
ファイバ18の端部に反射防止終端部が形成され、その
間に、テ−パの付いた端部を形成するためにファイバの
端部が引張られそして切断される。ガラスを後退させか
つ丸められた端面を形成するために、ファイバ20の先
端部がバ−ナ炎によって加熱され、その端面の直径はも
との被覆されていないファイバの直径に等しいかあるい
はそれより若干小さかった。このようにして形成された
剥離された端部領域は約3.2cmの長さであった。
【0045】3メ−トルの長さのファイバ17の中央領
域から約3.2cmにわたって被覆が剥離された。ファイバ
17および18の被覆されていない部分が拭かれ、そし
て挿入工程時にファイバを一次的に潤滑するためにチュ
−ブ内に少量のエチルアルコ−ルが注入された。
【0046】被覆されていない部分がチュ−ブ端部15
の下方に位置するまで、被覆されたファイバ17が穴1
1に挿入された。被覆されたファイバ18の被覆されて
いない部分が被覆されたファイバ17の被覆されていな
い部分に隣接して保持された、そして被覆端部領域が漏
斗部13の外側となるまで、両者がチュ−ブ端部14に
向って一緒に移動された。そこで、被覆されたファイバ
17の被覆されていない部分が端面14および15の中
間に配置された。ファイバ18の端部25はチュ−ブ1
0の中間領域27と端部14との間に配置される。ファ
イバ17および18を漏斗部13に付着させるために端
部15の近傍においてファイバ17および18に紫外線
硬化性接着剤が適用され、かつファイバ17を漏斗状部
12に付着させるために、端部14の近傍においてファ
イバ17にその少量の接着剤が適用された。次にプリフ
ォ-ム31がリングバ−ナ(図8)に挿通され、そして
延伸用チャック32および33にクランプされた。これ
らのチャックはモ−タで制御されるステ−ジ45および
46に取り付けられた。ファイバが真空アタッチメント
41および41’に挿通され、それらの真空アタッチメ
ントがプリフォ−ム31の端部に装着された。図7を参
照すると、真空アタッチメント41がチュ−ブ10の端
部上で摺動され、そしてカラ−39が締めつけられ、そ
れによってOリング38がチュ−ブに圧着された。真空
ライン42がチュ−ブ40に連結された。所定の長さの
細いゴムチュ−ブ43の一端部がプリフォ−ム31とは
反対側の真空アッタチメント41の端部に付着され、そ
のチュ−ブの他の端部はクランプ手段内を延長した。上
方の真空アタッチメント41’も同様にしてライン4
2’、チュ−ブ43’およびチュ−ブ・クランプ手段と
関連された。矢印44、44’で示されているようにチ
ュ−ブ43および43’に空気圧を送り込むことによっ
てカプラ・プリフォ−ムに真空Vが印加され、それによ
ってチュ−ブをその中を延長しているファイバにクラン
プさせた。
【0047】水銀61cmの真空をチュ−ブの穴に連結した
状態で、リングバ−ナ34が点火された。このバ−ナに
ガスと酸素をそれぞれ0.45slpmおよび0.90slpmの割合で
供給することによって炎が発生された。リングバ−ナか
らの炎が約12秒のあいだチュ−ブ10を加熱した。図9
に示されているように、マトリクスガラスの中間領域2
7がファイバ19および20に対してコラプスされた。
【0048】チュ−ブが冷えるにつれて、バ−ナが再点
火されるが、この場合、ガスと酸素の流量は同一のまま
である。炎がコラプスされた領域をそれの材料の軟化点
まで加熱した。8〜10秒の後で、バ−ナ34に対する酸
素の供給が停止された。チュ−ブ10を0.65cmだけ延伸
してネックダウン領域51(図10)を形成するため
に、ステ−ジ45および46が1.0cm/secの合成速度で
反対方向に引張られた。この場合、そのネックダウン領
域の長さおよび直径は単一の延伸工程で所望の光学的特
性を得るのに十分であった。
【0049】カプラが冷却した後で、真空ラインが除去
され、そして接着剤の滴48および49がチュ−ブの端
部14および15に適用された。この接着剤が紫外線に
露光されることによって硬化され、そしてカプラがチャ
ックから除去された。
【0050】実施例1に従って作成されたスイッチのス
ペクトル挿入損失曲線が図11に示されている。曲線P2
は結合パワ−を表わしている。そのスイッチの1290nmお
よび1560nmにおける過剰損失はそれぞれ1.6dBおよび2.4
dBであった。図11の結合比曲線におけるダブル・ピ−
クがこのようにして得られた装置を理想的なダブルウイ
ンドウ・スイッチ・カプラとして特徴づける。端部15
において2本のファイバ17および18内を伝播する全
パワ−の約91%が1290nmにおいて光ファイバ18によっ
て誘導され、かつそのパワ−の約99%が1560nmにおいて
出力ファイバ18によって誘導される。実施例1に従っ
て作成されたカプラは約2dBの中位の過剰装置損失を呈
示した。最も小さい測定過剰損失は1.4dBであった。
【0051】実施例2 下記の差異を除き実施例1で記載されたものと同様の方
法によって1×8色消しスプリッタが作成された。長さ
3.8cm、外径2.8cm、そして長手方向の穴の直径が465μm
のガラスチュ−ブ55(図12および14)が用いられ
た。それは約0.5重量%B2O3をド−プされたシリカで作
成されたものであり、その組成はそれの半径方向に比較
的均一であった。このチュ−ブ55の組成はウエット・
ケミストリ(wet chemistry)によって決定され、Δ2-3
屈折率とB2O3含有量との間の既知の関係から1300nmにお
いて0.022%となるように外挿された。
【0052】僅かに6本の光ファイバが直径の等しい他
の1本のファイバのまわりに装着っされ得るので、7本
以上のファイバを中のファイバのまわりに等間隔で配置
できるようにするために、その中心のファイバのまわり
にガラス・スペ−サ・チュ−ブが配置されなければなら
ない。205μmの外径と130μmの内径を有するスペ−サ・
ク−ブが、125μmの外径を有する8本の光ファイバと一
緒に用いられ得る。所定の長さの被覆されたスペ−サ・
チュ−ブがチュ−ブの穴の表面のまわりにそれらの8本
のファイバを最初に挿入するためのツ−ルとして使用す
ることができる。スペ−サ・チュ−ブ片56の端部から
約2.5cmの被覆が剥離された。このスペ−サ・チュ−ブ
の被覆されていない端部が、被覆57の端部が穴58内
の短い距離だけ漏斗部59の向うの位置に位置付けられ
るようにするのに十分な距離だけチュ−ブ55の端部6
4に挿入された。
【0053】9本の長さ1.5cmの光ファイバに3.2cmの長
さの剥離端部が設けられ、この剥離端部の端面は反射防
止終端を有していた。8本の光ファイバ61が、被覆5
7に接触するまで、スペ−サ・チュ−ブのまわりの穴5
8内に挿入された。これら8本のファイバは、ファイバ
被覆62が漏斗部59内となるまで、チュ−ブ55の端
部64に向けて一緒に移動された。その後で被覆スペ−
サ・チュ−ブが除去された。32mmの長さのスペ−サ・チ
ュ−ブ片72の端部がシャ−プなエッジを丸めるために
火造りされた(fire polished)。スペ−サ・チュ−ブ7
2はそれの半径方向全体にわたって0.5重量%B2O3をド
−プされたSiO2で構成された。第9番目のファイバ71
の被覆されていあに端部70がスペ−サ・チュ−ブ72
に挿入され(図13)、これによって得られた組合せ体
が漏斗部を通り、そしてスペ−サ・チュ−ブ56が除去
された8本のファイバ61の中心における空洞内に挿入
された。この挿入工程は、被覆73が漏斗部65の小径
端部の近傍に到達するまで続けられた。このようにして
形成されたプリフォ−ムの断片的な断面図が図14に示
されている。ファイバを所定位置に保持するために少量
の紫外線硬化性接着剤が適用された。
【0054】チュ−ブの穴の一端部に真空が適用され、
そしてくずを流しさるために他端部に数滴のエチルアル
コ−ルが適用された。プリフォ−ムがチャックに装着さ
れた後で、水銀45.7cmの真空がチュ−ブの穴の両端部に
連結され、そしてアルコ−ルを蒸発させるためにバ−ナ
が1秒間点火された。
【0055】ガスと酸素をそれぞれ0.55slpmおよび1.10
slpmの流量でバ−ナに流した状態で、マトリクスガラス
をファイバに対してコラプスさせるために、炎がチュ−
ブを約18秒の間加熱した。チュ−ブが冷却された後で
も、ガスと酸素の流量はそのままの状態に保持され、バ
−ナが再点火された。炎がコラプスされた領域の中央部
分を加熱し、そして10秒経過した後に、バ−ナに対する
酸素の供給が停止された。中間領域27の中央部分が0.
8cm延伸されるまで、ステ−ジ45および46が1.0cm/s
ecの合成速度で反対方向に引張られた。
【0056】実施例2に従って作成された1×8スプリ
ッタのスペクトル挿入損失曲線が図15に示されてい
る。この曲線は8本のリング・ファイバのそれぞれに結
合されるパワ−を表わしている。そのカプラの場合の過
剰損失は1310nmおよび1550nmでそれぞれ1.9dBおよび1.7
dBであった。320nm以上から1600nm以上までの波長範囲
におけるそのカプラの各出力脚においては挿入損失は1
1.3dBであった。
【0057】この実施例に従って作成されたカプラは一
般に1430nmにおいて約1.0dBの最小過剰装置損失を呈示
した。最低の測定過剰損失は0.8dBであった。
【0058】実施例3 チュ−ブが半径方向の組成勾配を有することを除いて実
施例2(上記の)で記述されたものと同様の方法によっ
て1×8カプラが作成された。穴に隣接した厚さ300μm
の領域(図6におけるrisからrtまでの)は0.5重量%B2
O3をド−プされたSiO2で構成された。Δ2-3の値は1300n
mにおいて0.022%となるように外挿された。チュ−ブの
残部は8.2重量%B2O3をド−プされたSiO2で構成され
た。スペクトル挿入損失曲線が図16に示されている。
このカプラの場合の過剰損失は1310nm、1430nmおよび15
50nmにおいてそれぞれ1.8dB、0.9dBおよび2.0dBであっ
た。約1565nmまでの300nmの波長範囲におけるこのカプ
ラの各出力脚の挿入損失は11.1dBであった。
【0059】実施例4 下記の点を除いて実施例2で記述されたものと同様の方
法によって1×6カプラが作成された。長さが3.8cm、
外径が2.8cm、 そして長手方向の穴の直径が380μmの
ガラス毛細チュ−ブが用いられたが、それは8.0重量%B
2O3および2.5重量%GeO2をド−プされたシリカで作成さ
れたものであり、その組成はそれの半径方向全体にわた
って比較的均一であった。Δ2-3の値は1300nmにおいて
0.02%であった。6本のリング・ファイバが直径の等し
い中央ファイバのまわりで等間隔に配置され得るので、
スペ−サ・リングは用いられなかった。ファイバ挿入ツ
−ルは直径350μmのウレタン・アクリレ−ト被覆を有す
る外径125μmの片にすぎず、そのファイバの端部から約
2.5cmの被覆が剥離除去された。この「ファイバ」ツ−
ルは、毛細チュ−ブの内表面のまわりに6本のファイバ
を挿入するために、図12に関して記述された「スペ−
サ・チュ−ブ」ツ−ルと同じ態様で用いられた。ツ−ル
が除去されて、中央ファイバと入替えられた。チュ−ブ
のコラプス工程のあいだチュ−ブの穴に45.7cm水銀の真
空が印加された。
【0060】バ−ナにそれぞれ0.55slpmおよび1.1slpm
の流量でガスと酸素を流した状態で、チュ−ブをファイ
バに対してコラプスさせるために、そのチュ−ブが炎で
約18秒間加熱された。チュ−ブが冷却された後でも、ガ
スと酸素の流量はそのままに保持され、バ−ナが再点火
された。コラプスされた領域の中央部分が10秒間加熱さ
れた後で、バ−ナに対する酸素の供給が停止された。中
間領域27の中央部分がが0.6cm延伸されるまで、1.0cm
/secの合成速度で反対方向にステ−ジ45および45が
引張られた。
【0061】スペクトル挿入損失曲線が図17に示され
たいる。このカプラの最小過剰損失は1460nmにおいて0.
54dBであった。1260nmから1580nmまでのこのカプラの各
出力脚における挿入損失は9.1dB以下であり、1285nmか
ら1260nmまででは9.0nm以下であった。絶対傾斜は1310n
mにおいて0.0033dB[0.010%/nm]であり、1550nmでは0.0
043dB/nm[0.013%/nm]であった。
【0062】実施例5 比較の目的のために、チュ−ブの屈折率がΔ2-3が約0.5
%となるような値である点を除いて、実施例4に記述さ
れたものと同様の方法によって1×6カプラが作成され
た。穴に隣接した領域における組成は2重量%B2O3およ
び2重量%Fをド−プしたSiO2であった。このようにして
得られたカプラは実施例4のカプラよりも大きい挿入損
失を呈示し(図18参照)かつスペクトル挿入損失は大
きい傾斜を呈示した。これらの実施例に関連して種々の
ファイバ詰込み配列が示されている。図19〜21につ
いて下記に論述される修正例は他の種類の1×Nカプラ
またはスプリッタを作成するのに使用できる。これらの
図において、大きい円の中における同心状の小さい円
は、コアを有しておらずかつチュ−ブより若干短い長さ
を有する「ダミ−」ファイバ("dummy" fiber)であるこ
とを示している。ダミ−・ファイバの組成はそれの屈折
率がチュ−ブのそれと同一かほぼ同一となるようになさ
れている。ダミ−・ファイバはチュ−ブと同一の材料で
作成され得るものであった。
【0063】1×3スプリッタにおけるファイバは図1
9に示されているように配列することができる。装置が
1つのウインドウで動作すべきかそれとも2つのウイン
ドウでで動作すべきかに応じて、関心のある1つのまた
は複数の波長においてあるファイバから3本のリング・
ファイバにパワ−がすべて結合するまで、カプラ・プリ
フォ−ムが延伸された。
【0064】延伸工程が完了した後で、3本のリング・
ファイバのそれぞれに結合されるのと同じ量のパワ−が
中央ファイバに残っているならば、図19の配列は1×
4スプリッタでも使用されるであろう。
【0065】延伸工程が完了した後で、3本のリング・
ファイバのそれぞれに結合されるのと同じ量のパワ−が
中央ファイバに残っているならば、1×4スプリッタ
(パワ−がすべて中央ファイバから4本のリング・ファ
イバに結合するように延伸することによって)または1
×5スプリッタを作成するために、図20の配列も同様
に使用できる。
【0066】同様にして、1×6または1×7スプリッ
タを作成するために図21の配列を使用することができ
る。
【0067】複数本の光ファイバをまず溶融させかつ延
伸し、そしてその後で油、エポキシ等のような適当な屈
折率を有する光学媒体中に結合領域を浸漬することによ
って、溶融されたファイバ・カプラに本発明の原理を適
用することもできる。このようなカプラの難点は、その
光学媒体の屈折率が温度に感応する点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】オ−バ−クラッド2×2カプラの断面図であ
る。
【図2】1×8カプラの場合の最小平均挿入損失とリン
グ・ファイバ・ツ−・センタ−・ファイバ塩素差の関係
を示すグラフである。
【図3】0.35%のΔ2-3を有する2×2スイッチ・カプ
ラの場合の3つの異なる波長における結合定数と逆延伸
比の関係を示すグラフである。
【図4】異なる延伸比を有しかつ異なる結合距離を有す
るが同様の結合を有する2つのチュ−ブの外表面の概略
図である。
【図5】「NAT差」、すなわち数6の差パラメ−タが131
0nmおよび1550nmの波長についてΔ2-3の関数としてプロ
ットされている。
【図6】1つの形式のチュ−ブについてチュ−ブ直径の
関数としてプロットされた屈折率のグラフである。
【図7】光ファイバを挿入されかつ一端部に真空クラン
プを付着された後における毛細チュ−ブの断面図であ
る。
【図8】毛細チュ−ブをコラプスさせかつそれの中間領
域を延伸させる装置の概略図である。
【図9】ファイバのまわりのガラスチュ−ブをコラプス
させて中実の中間領域を形成する状態を示す部分的な断
面図である。
【図10】延伸されかつ端部をシ−ルされた後における
ファイバ・オプティック・カプラの部分的な断面図であ
る。
【図11】実施例1の方法によって作成された色消し2
×2カプラの場合のスペクトル結合比曲線を示すグラフ
である。
【図12】ファイバ挿入工程を示す毛細チュ−ブの断面
図である。
【図13】ファイバの端部におけるスペ−サ・チュ−ブ
を示す断面図である。
【図14】すべての光ファイバが挿入された後における
図12のカプラ・プリフォ−ムの断片的な断面図であ
る。
【図15】実施例2の方法によって作成された色消し1
×8カプラの場合のスペクトル結合比曲線を示すグラフ
である。
【図16】実施例3の方法によって作成された色消し1
×8カプラの場合のスペクトル結合比曲線を示すグラフ
である。
【図17】実施例4の方法によって作成された色消し1
×6カプラの場合のスペクトル結合比曲線を示すグラフ
である。
【図18】実施例5の方法によって作成された色消し1
×6カプラの場合のスペクトル結合比曲線を示すグラフ
である。
【図19】スプリッタにおける入力ファイバのまわりに
おけるN本(ただしN>2)のリング・ファイバの配列
を示している。
【図20】スプリッタにおける入力ファイバのまわりに
おけるN本(ただしN>2)のリング・ファイバの配列
を示している。
【図21】スプリッタにおける入力ファイバのまわりに
おけるN本(ただしN>2)のリング・ファイバの配列
を示している。
【符号の説明】
10 チュ−ブ 14 チュ−ブ端部 15 チュ−ブ端部 17 ファイバ 18 ファイバ 19 ファイバ 20 ファイバ 21 被覆 22 被覆 27 中間領域 31 プリフォ-ム 32 チャック 33 チャック 34 リングバ−ナ 41 真空アッタチメント 55 ガラスチュ−ブ 58 穴 61 光ファイバ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カプラにおいて、 マトリクスガラスの本体と、 前記本体中を延長しており、それぞれコア領域と、それ
    より小さい屈折率を有していてそのコア領域を包囲して
    いるクラッド領域よりなり、前記クラッド領域の最低の
    屈折率がn2である複数の光導波通路を具備しており、 前記光導波通路はそれらの通路のうちの1つ中を伝播す
    る光パワ−の一部分が前記通路の他ののものに結合する
    のに十分なだけ接近して十分に長い距離にわたって延長
    しており、 少なくとも前記通路に隣接した前記本体の領域の屈折率
    がn3であり、(n2 2 - n 32)/2n2 2に等しいΔ2-3の値が0.1
    25%より小さくなるような大きさだけn3がn2より小さく
    なされていることを特徴とするカプラ。
  2. 【請求項2】 前記導波通路が光ファイバよりなる請求
    項1のカプラ。
  3. 【請求項3】 前記マトリクスガラスが円筒状の本体で
    あり、この本体中を前記ファイバが長手方向に延長して
    おり、前記本体は第1および第2の対向した端部と中間
    領域を有しており、前記中間領域の中央部分の直径と前
    記中間領域の前記中央部分における前記光ファイバの直
    径が前記本体の端部におけるそれらの直径より小さくな
    されている請求項2のカプラ。
  4. 【請求項4】 ファイバ・オプティック・カプラにおい
    て、 第1および第2の端部と中間領域を有するマトリクガラ
    スの細長い本体と、 前記本体中を延長しており、それぞれコアとこのコアよ
    り小さい屈折率を有していてこのコアを包囲したクラッ
    ドよりなり、前記クラッドの最低の屈折率がn2である複
    数本の光ファイバを具備しており、 少なくとも前記ファイバに隣接した前記本体の領域の屈
    折率がn3であり、(n2 2- n3 2)/2n2 2に等しいΔ2-3の値が
    0.125%より小さくなるような大きさだけn3がn2より小
    さくなされており、 前記中間領域の中央部分の直径および前記中間領域の中
    央部分における前記光ファイバの直径が前記本体の端部
    におけるそれらの直径より小さくなされており、それに
    よって前記光ファイバの1つ中を伝播する光パワ−の一
    部分が前記フィアバのうちの他のものに結合するように
    なされていることを特徴とするファイバ・オプティック
    ・カプラ。
  5. 【請求項5】 前記マトリクスガラスの本体の屈折率が
    それの半径方向全体にわたって実質的に均一である請求
    項4のファイバ・オプティック・カプラ。
  6. 【請求項6】 前記マトリクスガラスの本体が屈折率n3
    を有していて前記光ファイバに隣接した内側領域と、こ
    の内側領域に隣接した他の内側領域を具備しており、前
    記他の領域の屈折率がn3である請求項4のファイバ・オ
    プティック・カプラ。
  7. 【請求項7】 前記本体の前記第1の端部からM本の光
    ファイバが延長しており、かつ前記本体の前記第2の端
    部からN本の光ファイバが延長しており、M≧1、N≧
    2である請求項4のファイバ・オプティック・カプラ。
  8. 【請求項8】 前記ファイバのうちの少なくとも1本の
    ファイバのクラッドの屈折率n2'が、(n2 2 - n2'2)/2n2 2
    であるΔcladsが0.03%より大きくなくなるような大き
    さだけn2より大きい請求項4のファイバ・オプティック
    ・カプラ。
  9. 【請求項9】 前記マトリクスガラスが2.8重量%まで
    のB2O3をド−プしたSiO2よりなる請求項4のファイバ・
    オプティック・カプラ。
  10. 【請求項10】 ファイバ・オプティック・カプラを製
    造する方法において、 第1および第2の対向した端部および中間領域と、第1
    の端部から第2の端部まで延長した長手方向の穴を有し
    ており、少なくとも前記穴に隣接した内側部分が屈折率
    n3を有するガラスチュ−ブを準備し、 複数本のガラス光ファイバのそれぞれの少なくとも一部
    分を前記長手方向の穴の中に配置し、この場合、前記フ
    ァイバのそれぞれがコアと、このコアより小さい屈折率
    を有していてこのコアを包囲したクラッドを有してお
    り、前記複数本の光ファイバのクラッドの最低の屈折率
    がn2であり、(n2 2 - n3 2)/2n2 2に等しいΔ 2-3が0.125%
    より小さくなくなるような大きさだけn2がn3より大きく
    なされており、少なくとも各ファイバの前記チュ−ブの
    中間領域に配置された部分が被覆を有しておらず、前記
    ファイバが前記チュ−ブの中間領域において同一の広が
    り関係にあり、前記中間領域におけるファイバのうちの
    少なくとも1本のファイバの少なくとも一部分が前記チ
    ュ−ブの第1の端部の向うに延長しており、前記中間領
    域内の前記ファイバの少なくとも他の1本の少なくとも
    一部分が前記チュ−ブの第2の端部の向うに延長してお
    り、 前記チュ−ブの中間領域を前記ファイバに対してコラプ
    スさせ、 前記中間領域の中央部分を延伸してそれの直径を減少さ
    せることよりなるファイバ・オプティック・カプラの製
    造方法。
  11. 【請求項11】 前記チュ−ブの屈折率がそれの半径方
    向全体にわたって実質的に均一である請求項10の方
    法。
  12. 【請求項12】 前記チュ−ブが屈折率n3を有していて
    前記穴に隣接した内側領域と、この内側領域に隣接した
    他の内側領域を具備しており、前記他の内側領域の屈折
    率がn3より小さい請求項10の方法。
  13. 【請求項13】 延伸工程の前における前記チュ−ブの
    前記内側領域の厚さが少なくとも300μmである請求項1
    0の方法。
  14. 【請求項14】 前記ファイバのうちの少なくとも1本
    のファイバのクラッドの屈折率n2'が、(n2 2 - n2'2)/2n
    2 2であるΔcladsが0.03%より大きくなくなるような大
    きさだけn2より大きい請求項10の方法。
  15. 【請求項15】 前記チュ−ブの前記第1の端部からM
    本の光ファイバが延長しており、かつ前記チュ−ブの前
    記第2の端部からN本の光ファイバが延長しており、M
    ≧1、N≧2である請求項10の方法。
  16. 【請求項16】 M=1かつN≧6であり、前記穴内に
    前記ファイバを配置する工程は、前記チュ−ブの穴にき
    っちりと嵌入するような外径を有する円筒状のツ−ルを
    前記チュ−ブの前記第1の端部に挿入し、前記ツ−ルの
    一端部から前記チュ−ブの第2の端部に向って円筒状の
    隆起が延長し、前記チュ−ブの第2の端部に前記N本の
    ファイバを挿入して、それらのファイバが前記隆起のま
    わりに延長しかつ前記ツ−ルの前記端部に接触するよう
    にし、前記チュ−ブの前記第1の端部に向けて前記N本
    のファイバと前記ツ−ルを移動させて前記N本のファイ
    バが前記チュ−ブの中間領域を通って延長するようにな
    し、前記チュ−ブの前記第1の端部から前記ツ−ルを除
    去し、それによって前記N本のファイバの中に空洞を形
    成し、そして前記チュ−ブの第1の端部および前記ファ
    イバの中の空洞に1本の光ファイバを挿入することWよ
    りなる請求項15の方法。
  17. 【請求項17】 前記中間領域を前記ファイバに対して
    コラプスされる工程は前記穴を脱気し、そして前記チュ
    −ブの中間領域を加熱することよりなる請求項10の方
    法。
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