JPH11223734A - クラッディング励起ファイバの構造 - Google Patents
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Abstract
造に関する。 【解決手段】 ファイバに注入する励起光のモード混合
が、屈折率の変調によって行われるクラッディング励起
ファイバの構造が開示される。ある実施例では、屈折率
の変調が、多重モードとレーザ・アプリケーションに効
果的な偏光保持ファイバとするために、コア内で偏光状
態を同時に保持するクラッディングに設けた応力誘導領
域によって行われる。
Description
ョンに効果的な実質的に円形の外径部の内部に屈折率変
調機能を有するクラッディング励起ファイバの構造、特
に、レーザ・デバイスに効果的なクラッディング励起偏
光保持ファイバにも関する。
ーザ・デバイスと増幅器とを含めた、多くのアプリケー
ションにおいて効果的である。基本的に、光ファイバ
は、ある屈折率を有する誘電材料から製作した内部コア
と、コアを囲むクラッディングとを備えている。クラッ
ディングは、コアより低い屈折率を有する材料から構成
されている。コアの屈折率がクラッディングの屈折率よ
り大きい限り、コアに沿って伝搬する光ビームが、総合
的な内部反射を示し、コアの長さ方向に沿って誘導され
る。殆どの実用的なアプリケーションにおいて、コアと
クラッディングの屈折率は、数%だけ互いに異なってお
り、これは、単一モード・アプリケーションで用いる際
にコア直径を大きくするので、長所となる。
アプリケーション、希望した光ビームの転送モード、又
は製作時に用いる材料に基づいて変わる。図示するよう
に、ファイバは単一モード又は多重モードの光を伝える
ように製作できる。多重モードのファイバは、単一モー
ドのファイバより太いコア直径を一般的に備えているの
で、より大きいモードでファイバを通過可能となり、コ
アの選定やクラッディングの屈折率特性のように、更な
る設計上の拘束を多重モード・アプリケーションが受け
ることになる。コアとクラッディングは、例えば、屈折
率が階段状になったりこう配をもったり劣化したり、又
はW状に変動するが、これらがクラッディングに対する
コアの屈折率の特徴でもある。多重コアの光ファイバ
は、“多重モード信号伝送のための同心状コアの光ファ
イバ”という名称で1997年5月6日にMuhsに与
えられた米国特許第5,627,934号、及び“多重
コアの光通信ファイバ”という名称で1976年12月
28日にGoellに与えられた米国特許第4,00
0,416号とに図示してあるように、共通するクラッ
ディングの内部のアレイに設けた多重コアを含めて製作
されており、それらは主として安全性のために複数の同
心状コアを採用している。
ィング励起ファイバを備えている。すなわち、ファイバ
に送られた光は、コアに直接向かうか、又はコアに向け
て反射させるようクラッディングに送ることができる。
図1Aは、一般的なクラッディング励起レーザ・ファイ
バの断面図を示す。図から分かるように、一般的にレー
ザ・ファイバでは、比較的高い屈折率を有する希土類で
ドーピングしたコア8、一例としてSiO2 :GeO2
が用いられ、GeO2 は屈折率を大きくするために加え
られている。コアは一般的に多角形の非円形外周部を有
する純シリカ製の内部クラッディング9で囲われてい
て、クラッディングはポリマー外部層で覆われている。
内部クラッディングの多角形の形状のために、ファイバ
の断面全体に送られた光は、コアに向けて反射してレー
ザを発生する。内部クラッディングの非円形の形状のた
めに、光線が歪んだり、光のモードが混合するので、光
線がコアに向かう、すなわち、円形の内部クラッディン
グを用いると、励起モードの螺旋通路が対称のクラッデ
ィングの周辺の通路で止まって、コアとクラッディング
の境界に達しないおそれがある。このことについては、
1995年11月22日に提出され、ルーセント・テク
ノロジー社(ここでは譲受人)に譲渡され、ここに引例
を用いて包含されている、出願番号08/561,68
2の継続出願として、D.J.DiGiovanni
(ここでは発明者)が1997年5月15日に提出した
“クラッディング励起ファイバ構造”という名称の米国
特許出願番号08/856,708に更に詳細に説明さ
れている。従って、円形の内部クラッディングは、クラ
ッディング励起レーザ・ファイバに対して効果的でな
い。
の機能は光学的で機械的でもある。すなわち、保護コー
ティングとして、クラッディングの窪み又は曲がりが、
その光学的特性に逆に作用することを防止する。しか
し、ポリマー外部層10と内部クラッディング9との間
の屈折率の大きな差は、光線がファイバ内でコアに向け
て反射することを保証するために必要になる。例えば、
内部クラッディング9は約1.45の屈折率をもつ純粋
シリカから一般的に製作され、ポリマーの屈折率は一般
的に約1.38以下である。屈折率の違いが、クラッデ
ィング励起レーザとしてのファイバの使用のために必要
であることが分かった。
グの使用から生じる機能的な利点もあるが、このような
ファイバの製造は複雑である。なぜならば、低損失の特
質を維持しながら内部クラッディング9に適した非円形
断面を得ることが難しいからである。そのうえ、非円形
の内部クラッディングを有するファイバには、取扱上の
問題と、レーザ又は増幅器にファイバを組込む際に付随
する難点も存在する。
するが、これも同様に製造と取扱の難点を呈する。例え
ば、楕円状のコアを有する偏光保持ファイバの製造に付
随する難点が、“楕円形状のコア型偏光保持光ファイバ
を製造する方法”という名称で1996年1月9日にK
ajiokaなどに与えられた米国特許第5,482,
525号にも記してある。偏光保持ファイバでは、2つ
の直交偏光モードが下方にファイバを伝搬し、非対称性
の特長を用いて偏光状態を保持している。一般的に、こ
れは単一モード伝送ファイバで行われてきた。
技術の偏光保持単一モード・ファイバの例が図示してあ
り、その全てが、偏光を保持するために非対称であるよ
うなファイバの断面に依存する。図1Bは楕円形状のコ
ア12を有するファイバを示しており、これは偏光特性
に関して効果的であり、比較的短いビート長を備えてい
る、なお、ビート長はファイバの偏光保持特性の効果性
の尺度である。光波がファイバの長さ方向に沿って進む
と、それらの位相関係が変わり、モードの偏光状態に影
響を及ぼす。偏光保持ファイバにより、ビート長と呼ぶ
ある長さの後で、本来の偏光が行われる。大きな複屈折
を有するファイバは“ハイバイ”ファイバとして知られ
ている。それらは比較的短いビート長を有し、長い距離
にわたって直線的な偏光状態を保持できることが望まし
い。
示す。非対称領域は、図1Cと図1Dの内部クラッディ
ング内に設けた応力誘導領域13である。図1Cの共通
して用いる偏光保持ファイバは、弓結束タイプと呼ば
れ、ガス相エッチング・プロセスで通常は製作される。
図1Dのものは、パンダ・タイプと呼ばれ、クラッディ
ングにホウケイ酸・ロッドを含んでいる。
は長方形の形状である。これらは、平らなクラッディン
グ・タイプとみなされ、非円形の外部クラッディング径
部を備えていて、光学的集積回路の結合特性を向上させ
ると考えられてきた。
バは、単一モードの伝送ファイバに一般的に用いられて
きたが、製造又は取扱いあるいその両方に難点をもって
いる。そこで、円形の内部クラッディング内に屈折率変
調機能を有するレーザ又は増幅器において効果的な偏光
保持ファイバと円形内部クラッディングとを含むレーザ
・ファイバが必要になる。本発明は、これらの必要性の
達成を意図している。更に、長所は、以下の記載を考慮
する際に十分に現れるものと思われる。
に、本発明は、希土類のコアと、非円形の内部クラッデ
ィングと、円形の外部クラッディングと、外部ポリマー
層とを具備し、円形の外部クラッディングの屈折率が内
部クラッディングの屈折率より低い、二重クラッディン
グ・レーザ・ファイバを用いている。出願人は、この構
成により、光のモード混合が屈折率変調を介して実現で
きることを発見した。出願人は、内部クラッディング内
に設けた応力誘導領域が、光線の歪みと複屈折とを共に
発生させて、レーザ・アプリケーションに効果的な偏光
保持ファイバを形成することを更に発見した。本発明を
さらに理解するため、代表的な実施例について、添付の
図面を参照しながら以下において述べる。
基づいて円形外部クラッディングを用いて製作できるこ
とを発見した。出願人は、偏光状態を保持する光ファイ
バが、クラッディング内に応力誘導領域を有するクラッ
ディング励起ファイバを介するレーザ・アプリケーショ
ンにおける使用のために製作できることを更に発見し
た。出願人は、応力誘導領域が光線の歪みと複屈折の双
方を作り出し、レーザ・アプリケーションに有用な偏光
保持ファイバを形成することも発見した。
が、ルーセント・テクノロジー社(ここで譲受人)に譲
渡された“クラッディング励起ファイバに励起ダイオー
ドを結合する先細り状のファイバ束”という名称でD.
J.DiGiovanni(ここで発明者)とA.St
entzが1997年7月21日に提出した米国特許出
願番号08/897,195に図示してあり、ここで引
例によって包含されている。その出願に、二重クラッデ
ィング・ファイバが図示してあり、単一モードの希土類
でドーピングしたコアがシリカ製の内部クラッディング
で囲われていて、それは更に低い屈折率の外部クラッデ
ィングで囲われている。励起光は内部クラッディングに
結合され、内部クラッディングは一般的に円形でない。
この発明は、レーザ・アプリケーションのために開発し
たコアを用いて、低い屈折率の外部クラッディングで囲
われた非円形の内部クラッディングを具備する構成であ
り、励起光はレーザのためにコアに結合されている。更
に、二重クラッディングと三重クラッディング・ファイ
バ構造が、ここで発明者であるD.J.DiGiova
nniが提出した米国特許出願番号08/561,68
2と08/856,708とに開示してあり、既に引用
し、ここで引例によって包含されている。
30は、非対称性の第1の内部クラッディング34と第
2のクラッディング36とで囲われた希土類でドーピン
グしたコア32を備えている。内部クラッディング34
は、他の非対称形状も考えられるが、丸い末端を有する
変形六角形として構成するように図示してあり、これが
好ましい形状である。コアは比較的高い屈折率を有する
材料から成り、例えば、SiO2 :GeO2 コアが用い
られ、GeO2 は屈折率を大きくするために加えられて
いる。コアが1つ又は複数のGe、Al、B、Ga、L
aからドーピング処理し、高濃度の希土類ドープ剤を有
していることが望ましい。このことについては、198
7年5月19日に“多重構成の光ファイバ”という名称
で、MacChesneyなどに与えられた(ここで
は、譲受人の前任者に譲渡された)米国特許第4,66
6,247号に開示されており、ここで引例によって包
含されている。内部クラッディング34は、コアより低
い屈折率を有する材料から成り、ドーピングしてないケ
イ酸塩ガラスである。第2のクラッディング36が第1
の内部クラッディング34を囲んでいる。第2のクラッ
ディング36は、実質的に円形の外周部を備えていて、
フッ化ケイ酸ガラス又はホウケイ酸ガラスのように、コ
ア又は第1の内部クラッディング34より低い屈折率を
有する材料から構成している。従って、層の屈折率は、
第2のクラッディング36に向けてコアから離れるにつ
れて徐々に小さくなる。
ラッディングと第2のクラッディングが屈折率の変動に
起因するモード混合を引き起こすことを発見した。更
に、モード混合は、内部クラッディング34と第2のク
ラッディング36との間の屈折率の比較的僅かな変動に
おいても生じる。例えば、約1.45の屈折率を有する
内部クラッディング(純シリカの場合)が、1.44〜
1.38の範囲の屈折率を有する第2のクラッディング
と組合せることができる。外部ポリマー・コーティング
層38は好都合なことに均一の低い屈折率を備えている
が、これは不可欠な要素でない。ポリマー・コーティン
グ38は、高能率で動作できても、最適なデバイスとす
るために、第2のクラッディング36より高い屈折率を
もつべきでない。
ァイバ構造として及びレーザに使用できる長所を提供す
る、本発明の偏光保持ファイバ40の断面を示す。本発
明は、コア42と、石英ガラスから成るクラッディング
44と、クラッディングに設けた複数の応力誘導領域4
6とを備えている。ほぼ円形の外部ポリマー層48がフ
ァイバを保護している。コアは、比較的高い屈折率を有
する材料から構成すべきであり、例えば、SiO2 :G
eO2 が用いられ、GeO2 は屈折率を大きくするため
に加えられている。
ように、クラッディング44の内部に位置する複数の実
質的に非円形の隔離領域を備えている。例えば、応力誘
導領域は変形弓束構成(図3A)を具備する場合もあ
る。代わりに、応力誘導領域は、図3Cと図3Dのよう
に、コアを同心状に囲む実質的に非円形の領域を具備す
る場合もある。非円形の応力誘導領域は種々の形状で製
作できるが、製作中に構成を制御する必要はない。むし
ろ、応力誘導領域は、図3Dのように、任意の明確に定
めた形状でない不規則な形状も可能なので、特定の構成
の実現に付随する製造上の難点を回避できる。いずれの
場合でも、応力誘導領域はコアと異なる屈折率を有する
材料から構成すべきである。例えば、アルミノシリカ・
ガラスを用いて高い屈折率にするか、又はホウケイ酸ガ
ラスを用いて低い屈折率にするか、又は空気を用いるべ
きである。内部クラッディングの屈折率と異なる屈折率
により、モードが混合している励起光が、内部クラッデ
ィングに注入され、それに沿って進むことになる。
い屈折率を有する材料から構成しているが、この層の屈
折率はできるだけ低いことが望ましい。出願人は、この
構成では、1つ又は複数の応力誘導領域が、図2の内部
クラッディング34の非対称周辺部によって、複屈折を
生じるだけでなく、励起光をコアに反射してレーザ・フ
ァイバを生成する光線の歪みも生じることを発見した。
は、送信器と受信器とこの送信器と受信器とを接続する
光学的通路のような従来の構成要素とを更に搭載する光
ファイバ通信システムの一般的に一部であることが分か
る。例えば、図4は、光ファイバ通信システムで用いる
レーザとしてのファイバの使用を概略的に示している。
光源又は発光ダイオード50は、光ビームの多重モード
転送のために設けてある。結合器52は光源50をファ
イバ30に接続する。本発明では、結合器が多重モード
の転送ファイバを備えているので、概略的に図示するよ
うに、ファイバ・コアに光を送るために単一モードの転
送ファイバを設ける必要はない。例えば、ファイバ束を
具備する結合器に適した構成が数多く知られている。動
作時に、光源50が多重モードの光ビームを放出し、結
合器52は、クラッディングを含めたファイバ断面に光
を送る。前述のように、ファイバの応力誘導領域と非対
称断面とにより、光がコアで反射して、偏光状態が保持
される。ファイバが出力デバイス54に結合できるの
で、この構成は自然にアプリケーションに依存し、例え
ば、導波管変調器や受信器や検出器や光ファイバ分割器
などを搭載できる。光は、概略的に図示するように、フ
ァイバ・コアから出力デバイス54に放出され、多重モ
ードで偏光した光ビームを備えている。図5は、光ファ
イバ通信システムで用いる増幅器としてのファイバの使
用を概略的に示しており、ファイバ30に向かう励起光
8P と信号光8S とを結合している。ファイバ30は送
信器60と受信器62とを接続する光ファイバ転送通路
を備えていて、図5に概略的に図示するように、信号光
8S がコアに伝送され、励起光8P がクラッディングに
伝送される。
り、当業者は本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに変更や
修正を行うことができることが分かる。全てのこのよう
な変更と修正は、添付の特許請求の範囲に含まれること
が意図されている。
である。
バの断面を示す図である。
バの断面を示す図である。
バの断面を示す図である。
バの断面を示す図である。
バの断面を示す図である。
バの断面を示す図である。
断面を示す図である。
断面を示す図である。
断面を示す図である。
断面を示す図である。
示す図である。
示す図である。
Claims (22)
- 【請求項1】 クラッディング励起ファイバを含む物品
であって、 所定の屈折率を有する希土類でドーピングした材料から
製作したコアと、 非対称外周部とコアの屈折率より低い屈折率とを有し
て、コアを囲む内部クラッディングと、 ほぼ円形の外周部と内部クラッディングの屈折率より低
い屈折率とを有して、内部クラッディングを囲む第2の
クラッディングであって、内部クラッディングと外部ク
ラッディングとの間の屈折率変調により、ファイバに励
起される光線に歪みを発生させて、光線をコアに向ける
第2のクラッディングとファイバを保護する外部ポリマ
ー層とを含むクラッディング励起ファイバを含む物品。 - 【請求項2】 内部クラッディングがドーピングされて
いないケイ酸塩ガラスから成る請求項1に記載の物品。 - 【請求項3】 第2のクラッディングがフッ化ケイ酸ガ
ラス又はホウケイ酸ガラスから成る請求項2に記載の物
品。 - 【請求項4】 コアが、Ge、Al、B、P、Ga、L
aのグループから選択された1つ又は複数の元素を用い
てドーピングしたSiO2 から成る、請求項3に記載の
物品。 - 【請求項5】 外部ポリマー層が第2のクラッディング
の屈折率より低い屈折率を有する請求項1に記載の物
品。 - 【請求項6】 外部ポリマー層が第2のクラッディング
の屈折率より高い屈折率を有する請求項1に記載の物
品。 - 【請求項7】 物品がレーザを含む請求項1に記載の物
品。 - 【請求項8】 物品がレーザを含む請求項4に記載の物
品。 - 【請求項9】 物品が増幅器を含む請求項1に記載の物
品。 - 【請求項10】 物品が光通信システムを含む請求項1
に記載の物品。 - 【請求項11】 偏光保持クラッディング励起ファイバ
であって、 その少なくとも一部が所定の屈折率を有するコアと、 コアの屈折率より低い屈折率を有して、コアを囲む内部
クラッディングであって、励起モードがコアに反射され
且つ偏光状態がコア内部で保持されるように、コアにお
ける複屈折と内部クラッディングにおける光線の歪みと
を共に発生させるために、内部クラッディングの屈折率
と異なる屈折率を有する実質的に非円形の応力誘導領域
が設けられている内部クラッディングと、 内部クラッディングの屈折率より低い屈折率を有する外
部ポリマー層とを含む偏光保持クラッディング励起ファ
イバを含む物品。 - 【請求項12】 応力誘導領域が内部クラッディングに
設けた複数の非同心状の領域を含む請求項11に記載の
物品。 - 【請求項13】 応力誘導領域がコアを囲む非円形領域
を含む請求項11に記載の物品。 - 【請求項14】 内部クラッディングがガラスからなる
請求項11に記載の物品。 - 【請求項15】 複数の応力誘導領域が内部クラッディ
ングの屈折率より高い屈折率を有する請求項12に記載
の物品。 - 【請求項16】 複数の応力誘導領域が内部クラッディ
ングの屈折率より低い屈折率を有する請求項12に記載
の物品。 - 【請求項17】 複数の応力誘導領域が空気を含んでい
る請求項12に記載の物品。 - 【請求項18】 複数の応力誘導領域が内部クラッディ
ングの屈折率より高い屈折率を有する請求項13に記載
の物品。 - 【請求項19】 応力誘導領域が内部クラッディングの
屈折率より高い屈折率を有する請求項13に記載の物
品。 - 【請求項20】 レーザを含む請求項10に記載の物
品。 - 【請求項21】 増幅器を含む請求項10に記載の物
品。 - 【請求項22】 光通信システムを含む請求項10に記
載の物品。
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