JPS6219816A - 光フアイバ結合器の調整方法及び光方向性結合器の形成方法 - Google Patents
光フアイバ結合器の調整方法及び光方向性結合器の形成方法Info
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- JPS6219816A JPS6219816A JP16773486A JP16773486A JPS6219816A JP S6219816 A JPS6219816 A JP S6219816A JP 16773486 A JP16773486 A JP 16773486A JP 16773486 A JP16773486 A JP 16773486A JP S6219816 A JPS6219816 A JP S6219816A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の目的
（産業上の利用分野）
本発明は一般的には微細波光ファイバ結合器に関し、特
に、このような結合器を調整して所望の分配比を得る方
法に関する。本発明は２本以上の単一モード光ファイバ
の融着によって形成された光方向性結合器に特に有用で
ある。
に、このような結合器を調整して所望の分配比を得る方
法に関する。本発明は２本以上の単一モード光ファイバ
の融着によって形成された光方向性結合器に特に有用で
ある。
（従来の技術）
微細波結合器は、通常、［相互作用長（ｉｎｔｅｒ−ａ
ｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ）Ｊという所定の距離に
沿って互いに接近させた２個以上の別々の誘電体導波路
を備えている。この２つのファイバの電磁場は相互作用
長に沿って互いに結合され、２つのファイバ間の被槽導
波を結合する。電磁場の結合度合によって、一方のファ
イバから他方のファイバへ結合される被需導波の割合が
決定され、通常、これを分配比とよんでいる。従来は、
光方向性結合器を所望の分配比に「調整」するために、
微細波結合器は軟化状態になるまで加熱され、ファイバ
直径が減少するように相互作用長に沿って引っ張られ、
それによって所望の分配比が得られるまで電磁場を拡大
するようにしていた。
ｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ）Ｊという所定の距離に
沿って互いに接近させた２個以上の別々の誘電体導波路
を備えている。この２つのファイバの電磁場は相互作用
長に沿って互いに結合され、２つのファイバ間の被槽導
波を結合する。電磁場の結合度合によって、一方のファ
イバから他方のファイバへ結合される被需導波の割合が
決定され、通常、これを分配比とよんでいる。従来は、
光方向性結合器を所望の分配比に「調整」するために、
微細波結合器は軟化状態になるまで加熱され、ファイバ
直径が減少するように相互作用長に沿って引っ張られ、
それによって所望の分配比が得られるまで電磁場を拡大
するようにしていた。
（発明が解決しようとする問題点）
この従来の引っ張り、すなわちテーバリング法によって
も所望の分配比をもつ結合器を製造できるが、加熱され
て軟化状態にあるガラスファイバを引っ張ることは極め
て微妙な作業であって、正確な時期にぴたりとテーバリ
ング動作を停止させるよう慎重に制御しなければならな
いという面倒があった。引っ張りすぎると、その結合器
は廃棄品になったり、別の目的にしか使用できなくなる
。
も所望の分配比をもつ結合器を製造できるが、加熱され
て軟化状態にあるガラスファイバを引っ張ることは極め
て微妙な作業であって、正確な時期にぴたりとテーバリ
ング動作を停止させるよう慎重に制御しなければならな
いという面倒があった。引っ張りすぎると、その結合器
は廃棄品になったり、別の目的にしか使用できなくなる
。
さらに、テーバ状の結合器を形成するに必要な装置は比
較的複雑で、通常このよう２．に結合器の挿入損失は標
準程度以上に大きく、また結合器は微細で、それ故に機
械的な保護を必要とし、これらは全部コストにはね返る
という問題もあった。
較的複雑で、通常このよう２．に結合器の挿入損失は標
準程度以上に大きく、また結合器は微細で、それ故に機
械的な保護を必要とし、これらは全部コストにはね返る
という問題もあった。
そこで、本発明の主たる目的はテーパリング法やその他
の物理的な寸法変更法によらないで、微細波光ファイバ
結合器を調整する改良された方法を提供することである
。
の物理的な寸法変更法によらないで、微細波光ファイバ
結合器を調整する改良された方法を提供することである
。
本発明の別の目的は、このような結合器が容易かつ効果
的に所望の分配比に正しく調整されるようにする調整方
法を提供することである。
的に所望の分配比に正しく調整されるようにする調整方
法を提供することである。
本発明の他の目的は、極めて低い挿入損失、例えば０．
５ ｄ Ｂ以下の結合器を製造する改良された調整方法
を提供することにある。
５ ｄ Ｂ以下の結合器を製造する改良された調整方法
を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、２個以上の単一モードファ
イバの融着によって形成される結合器に連用可能な進ん
だ調整方法を提供することである。
イバの融着によって形成される結合器に連用可能な進ん
だ調整方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、優れた偏光維持特性、例え
ば３０ｄＢと高い偏光減衰比を有する改良された微細波
光ファイバ結合器を形成する方法を提供することである
。
ば３０ｄＢと高い偏光減衰比を有する改良された微細波
光ファイバ結合器を形成する方法を提供することである
。
本発明のさらに他の目的は、２個以上の単一モードファ
イバの融着によって微細波光ファイバ結合器を形成する
改良された方法を提供することである。これに関連する
目的は、比較的単純な装置により機械的保護を加えなく
とも多（の分野で使用し得るに十分にがん丈な結合器を
製造することができる方法を提供することである。
イバの融着によって微細波光ファイバ結合器を形成する
改良された方法を提供することである。これに関連する
目的は、比較的単純な装置により機械的保護を加えなく
とも多（の分野で使用し得るに十分にがん丈な結合器を
製造することができる方法を提供することである。
偏平なりラッドをもつファイバから光結合器を形成する
改良された方法を提供することも本発明の目的である。
改良された方法を提供することも本発明の目的である。
本発明の他の目的及び利点は以下の詳細な説明及び添付
図面から明らかになるだろう。
図面から明らかになるだろう。
発明の構成
（問題点を解決するための手段）
本発明によれば、上記目的の多くは、相互作用長に沿っ
て互いに結合された電磁場を有し、かつ各々が異なった
屈折率のコア及びクラッドを有する少なくとも２本の光
ファイバを備えた光ファイバ結合器の調整方法を提供す
ることによって実現される。この方法は、結合器の外部
寸法を変えないで相互作用長内で結合器を加熱して、コ
ア材料及びクラッド材料を互いの中に十分に拡散させ、
電磁場分布及びコア領域を広げ、それによって相互作用
長内で結合係数を増大させる工程、及び拡散による結合
器の分配比の変化を監視し、所望の分配比が得られたと
きにその拡散を終了する工程を含む。
て互いに結合された電磁場を有し、かつ各々が異なった
屈折率のコア及びクラッドを有する少なくとも２本の光
ファイバを備えた光ファイバ結合器の調整方法を提供す
ることによって実現される。この方法は、結合器の外部
寸法を変えないで相互作用長内で結合器を加熱して、コ
ア材料及びクラッド材料を互いの中に十分に拡散させ、
電磁場分布及びコア領域を広げ、それによって相互作用
長内で結合係数を増大させる工程、及び拡散による結合
器の分配比の変化を監視し、所望の分配比が得られたと
きにその拡散を終了する工程を含む。
本発明はまた、一対の光ファイバから光方向性結合器を
形成する改良された方法を提供する。この場合、各光フ
ァイバは異なった屈折率のコア及びクラッドを有し、そ
のコアとクラッドは単一モード案内領域を形成し、コア
はそれの長手方向軸を横断し、異なった屈折率と組み合
わせてそれに沿って偏光された波を減結合するための２
つの直交軸を画定する非円形の断面を有し、支持層がコ
アグを囲み、ファイバの外表面は非円形の断面を有して
いて、案内領域の位置及び上記直交横断軸の方位を基準
面から決定し得るように案内領域及び直交横断軸に対し
て所定の幾何学的関係をもつ上記基準面を形成する。上
記方法は、結合されるべき２つのファイバ表面をエツチ
ングして、そのエツチングにより両ファイバ表面上のク
ラッドを露出させる工程、２つのファイバの前記基準面
を互いに対面させ、かつエツチングされた前記両ファイ
バ表面をガラス管内で互いに整列させた状態で、そのガ
ラス管を通しファイバを送って結合器の相互作用長を画
定する工程、ガラス管を軟化点まで加熱する工程、軟化
したガラス管の外側と内側との間に圧力差を生成して管
の少なくとも一部をその中のファイバに対してつぶし、
これにより各ファイバの前記基準面を互いに正確な整列
状態にする工程を含む。
形成する改良された方法を提供する。この場合、各光フ
ァイバは異なった屈折率のコア及びクラッドを有し、そ
のコアとクラッドは単一モード案内領域を形成し、コア
はそれの長手方向軸を横断し、異なった屈折率と組み合
わせてそれに沿って偏光された波を減結合するための２
つの直交軸を画定する非円形の断面を有し、支持層がコ
アグを囲み、ファイバの外表面は非円形の断面を有して
いて、案内領域の位置及び上記直交横断軸の方位を基準
面から決定し得るように案内領域及び直交横断軸に対し
て所定の幾何学的関係をもつ上記基準面を形成する。上
記方法は、結合されるべき２つのファイバ表面をエツチ
ングして、そのエツチングにより両ファイバ表面上のク
ラッドを露出させる工程、２つのファイバの前記基準面
を互いに対面させ、かつエツチングされた前記両ファイ
バ表面をガラス管内で互いに整列させた状態で、そのガ
ラス管を通しファイバを送って結合器の相互作用長を画
定する工程、ガラス管を軟化点まで加熱する工程、軟化
したガラス管の外側と内側との間に圧力差を生成して管
の少なくとも一部をその中のファイバに対してつぶし、
これにより各ファイバの前記基準面を互いに正確な整列
状態にする工程を含む。
（実施例）
好適実施例に関して本発明を以下に説明するが、本発明
はこれら好適実施例のみに限定されるものではなく、特
許請求の範囲によって定義された精神範囲に含まれる全
ての代替例、変形例及び等価構成を含むものである。
はこれら好適実施例のみに限定されるものではなく、特
許請求の範囲によって定義された精神範囲に含まれる全
ての代替例、変形例及び等価構成を含むものである。
さて、第１図には一対の単一モード光ファイバ１０．１
１から形成された微細波光方向性結合器の概略が示され
ている。２つのファイバ１０，１１は光信号を通過案内
するための誘電体導波路よりなり、相互作用長Ｚに沿っ
て互いに接近され、そこにおいて２つのファイバ１０．
１１の電磁場が互いに重なるようになっている０次の周
知の式（１）は、結合係数Ｃと、一本のファイバから出
て再びそこへ結合されるべき全エネルギに対する結合ビ
ート長Ｌｅの間に必要な関係を示す。
１から形成された微細波光方向性結合器の概略が示され
ている。２つのファイバ１０，１１は光信号を通過案内
するための誘電体導波路よりなり、相互作用長Ｚに沿っ
て互いに接近され、そこにおいて２つのファイバ１０．
１１の電磁場が互いに重なるようになっている０次の周
知の式（１）は、結合係数Ｃと、一本のファイバから出
て再びそこへ結合されるべき全エネルギに対する結合ビ
ート長Ｌｅの間に必要な関係を示す。
Ｃ＝π／２ＬＣ（１）
特定周波数の光に対する結合係数Ｃの大きさは、電磁場
分布及び結合器の屈折率分布の二重積分によって次式の
ように表わすことができることも周知である。
分布及び結合器の屈折率分布の二重積分によって次式の
ように表わすことができることも周知である。
ここで、Ｅ、、Ｅλは２つの対向したファイバのｆ固々
の電磁場分布を表し、＊は複素共役行列を示す。
の電磁場分布を表し、＊は複素共役行列を示す。
微細波光結合器が融着光ファイバからできている特別の
場合、結合は通常主に電磁場分布を広げることにより制
御されて結合係数Ｃを増大させる。
場合、結合は通常主に電磁場分布を広げることにより制
御されて結合係数Ｃを増大させる。
上述したように、これは従来通りファイバが軟化状態に
なるまで加熱されている間にそれらを引っ張ることによ
って実現され、規格筒周波数を減少させる。
なるまで加熱されている間にそれらを引っ張ることによ
って実現され、規格筒周波数を減少させる。
ここで、ｒはコアの半径で、λは自由空間波長で、ｎｌ
、 ｎ＠はそれぞれコア係数及びクラッド係数である
。テーパリング作業の間に結合器を特定の分配比に同調
させるために、結合器の結合性能は通常テーバリング動
作を正しい時期に停止できるように所望の波長で監視さ
れる。
、 ｎ＠はそれぞれコア係数及びクラッド係数である
。テーパリング作業の間に結合器を特定の分配比に同調
させるために、結合器の結合性能は通常テーバリング動
作を正しい時期に停止できるように所望の波長で監視さ
れる。
図示された結合器の単一モードファイバ１０゜１１は、
ディｌｙト （口ｙｏｔｔ ）が１９８２年８月２日に
出願し、現在同時係属中の「接近可能な案内領域をもっ
た自己整列光ファイバ（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｉｎｇ
０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ａｃｃｅｓｓ
ｉｂｌｅ Ｇｕｉｄ−ｉｎｇ Ｒｅｇｉｏｎ） Ｊと題
する米国特許出願第４０４２８３号（これは本願の譲受
人に譲受されている）に記載された偏光維持楕円コアフ
ァイバが望ましい。このファイバの横断面は第２図に示
さられており、コア１２、クラッド１３の両方とも楕円
の横断面をもっていることが分かる。勿論、コア１２は
クラッド１３より高い屈折率を有していてコアの軸に沿
って光信号をとじ込めて導く。周知のようにコア１２の
屈折率は、クラッド１３の屈折率、楕円コアの長半径、
短半径及び光信号の波長に関連して正しく選択され、電
磁場の分布を単一の、明確に画定されたパターン又はモ
ードにおいて生じさせる。この単一モード伝播はファイ
バを相互に又は他の光デイバンスに結合するための明確
に画定されたパターンを与える利点を有する。
ディｌｙト （口ｙｏｔｔ ）が１９８２年８月２日に
出願し、現在同時係属中の「接近可能な案内領域をもっ
た自己整列光ファイバ（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｉｎｇ
０ｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ａｃｃｅｓｓ
ｉｂｌｅ Ｇｕｉｄ−ｉｎｇ Ｒｅｇｉｏｎ） Ｊと題
する米国特許出願第４０４２８３号（これは本願の譲受
人に譲受されている）に記載された偏光維持楕円コアフ
ァイバが望ましい。このファイバの横断面は第２図に示
さられており、コア１２、クラッド１３の両方とも楕円
の横断面をもっていることが分かる。勿論、コア１２は
クラッド１３より高い屈折率を有していてコアの軸に沿
って光信号をとじ込めて導く。周知のようにコア１２の
屈折率は、クラッド１３の屈折率、楕円コアの長半径、
短半径及び光信号の波長に関連して正しく選択され、電
磁場の分布を単一の、明確に画定されたパターン又はモ
ードにおいて生じさせる。この単一モード伝播はファイ
バを相互に又は他の光デイバンスに結合するための明確
に画定されたパターンを与える利点を有する。
多くの応用分野で、「偏平クラッド」と称する、周囲の
支持層１４の屈折率より小さい屈折率を有するクラッド
を使用することが望ましい。このような偏平クラッドに
よれば、コア１２からクラッド１３内に出た外側の光は
全部支持層１４を介して除去される。
支持層１４の屈折率より小さい屈折率を有するクラッド
を使用することが望ましい。このような偏平クラッドに
よれば、コア１２からクラッド１３内に出た外側の光は
全部支持層１４を介して除去される。
第２図に示さられたファイバのコア１２及びクラッド１
３の楕円横断面は、そこを伝播した光信号の偏光を維持
する。より厳密に言えば、楕円面は２つの横断直交軸を
画定し、それらの軸はそれに沿って偏光された波の減結
合を可能にする。従って楕円の横断軸の１つと整列した
状態でファイバに漏れた信号がファイバを通って伝播さ
れるので、その信号と軸との整列状態が保持される傾向
にあり、それによって信号の偏光が維持される。
３の楕円横断面は、そこを伝播した光信号の偏光を維持
する。より厳密に言えば、楕円面は２つの横断直交軸を
画定し、それらの軸はそれに沿って偏光された波の減結
合を可能にする。従って楕円の横断軸の１つと整列した
状態でファイバに漏れた信号がファイバを通って伝播さ
れるので、その信号と軸との整列状態が保持される傾向
にあり、それによって信号の偏光が維持される。
第２図の所望のファイバは又外形り状の断面を有し、そ
れはファイバに機械的な強さを与える支持層１４の外部
形状によって形成される。Ｄ形状の平滑面１５は楕円案
内領域の長軸に平行である。
れはファイバに機械的な強さを与える支持層１４の外部
形状によって形成される。Ｄ形状の平滑面１５は楕円案
内領域の長軸に平行である。
このＤ形断面の平滑面１５を基準表面とし、これを介し
てファイバを偏光に感応する光ディバイス、つまり同じ
形状の別のファイバに対して容易に接続することができ
る。
てファイバを偏光に感応する光ディバイス、つまり同じ
形状の別のファイバに対して容易に接続することができ
る。
コア１２、クラッド１３によって形成された案内領域は
、ファイバの幾何学的中心すなわち横断面の重心から前
記平滑面１５の垂直二等分線に沿ってその平滑面に接近
する側へずれた位置にあるのが望ましい。又、ファイバ
の一部の外表面をエツチングして平滑面１５にて案内領
域を露出できるように、案内領域は平滑面１５のいくつ
かの平均コア直径内に配置されているのがよく、それに
よって光信号の案内領域に対する行き来の結合が平滑面
１５を介して可能となる。なお、図示されたファイバで
用いられた楕円コア１２では、前記平均コア直径がコア
を画定する楕円の長半径と短半径の合計である。
、ファイバの幾何学的中心すなわち横断面の重心から前
記平滑面１５の垂直二等分線に沿ってその平滑面に接近
する側へずれた位置にあるのが望ましい。又、ファイバ
の一部の外表面をエツチングして平滑面１５にて案内領
域を露出できるように、案内領域は平滑面１５のいくつ
かの平均コア直径内に配置されているのがよく、それに
よって光信号の案内領域に対する行き来の結合が平滑面
１５を介して可能となる。なお、図示されたファイバで
用いられた楕円コア１２では、前記平均コア直径がコア
を画定する楕円の長半径と短半径の合計である。
第３図に示された型式の一体的な光方向性結合器を形成
する際には、まず所望の相互作用長に沿って２つのＤ形
ファイバ１０．１１をエツチングして、両方のファイバ
のクラッド１３をその長さく通常数ミリ）に沿って露出
させる。次に、エツチングされたファイバ１０．１１を
平滑面１５を相対面させてガラス管２０に挿入し、その
管２０、ファイバ１０．１１とが一緒に全部融着される
ようにそれらを加熱しながら、管２０の両端で真空を引
いて管２０をつぶす、管２０及びファイバ１０．１１は
、それらの融着後における熱応力の発生を避は得るよう
に、はぼ同じ熱膨張係数をもっているものがよい。
− 真空下での管２０のつぶれによってその管２０がファイ
バ１０．１１に対しきつく噛み合うとともに、ファイバ
自体も相互にきつく噛み合い、このため、一体融着され
た結合器は空隙を全く含んでいない。ファイバの電磁場
はファイバのエツチング領域内で相互に重なり、その相
互作用長に沿ってファイバを結合する。なお、融着作業
前には、管２０の内径は一対のファイバ１０．１１の組
合わせ状態における最大横断面寸法よりやや大きいので
、ファイバが管に挿入されるときに各ファイバの案内領
域は自動的に整列する。
する際には、まず所望の相互作用長に沿って２つのＤ形
ファイバ１０．１１をエツチングして、両方のファイバ
のクラッド１３をその長さく通常数ミリ）に沿って露出
させる。次に、エツチングされたファイバ１０．１１を
平滑面１５を相対面させてガラス管２０に挿入し、その
管２０、ファイバ１０．１１とが一緒に全部融着される
ようにそれらを加熱しながら、管２０の両端で真空を引
いて管２０をつぶす、管２０及びファイバ１０．１１は
、それらの融着後における熱応力の発生を避は得るよう
に、はぼ同じ熱膨張係数をもっているものがよい。
− 真空下での管２０のつぶれによってその管２０がファイ
バ１０．１１に対しきつく噛み合うとともに、ファイバ
自体も相互にきつく噛み合い、このため、一体融着され
た結合器は空隙を全く含んでいない。ファイバの電磁場
はファイバのエツチング領域内で相互に重なり、その相
互作用長に沿ってファイバを結合する。なお、融着作業
前には、管２０の内径は一対のファイバ１０．１１の組
合わせ状態における最大横断面寸法よりやや大きいので
、ファイバが管に挿入されるときに各ファイバの案内領
域は自動的に整列する。
ファイバリードを結合器の端部における曲げによるひず
みから保護するために、ファイバを拘束保持するシリコ
ーンプラグを両端に備えた金属管内にその結合器を入れ
てもよい。
みから保護するために、ファイバを拘束保持するシリコ
ーンプラグを両端に備えた金属管内にその結合器を入れ
てもよい。
本発明の一つの重要な態様によれば、微細波結合器は、
光ファイバの外部寸法を変えないでその相互作用長内で
結合器を加熱し、コア、クラッド材料をお互いの中へ十
分に拡散させて電磁場分布を拡大し、それによって相互
作用長の結合係数を増大させ、そして拡散による結合器
の分配比の変化を監視し、所望の分配比が得られたとき
にその拡散を停止することによって調整される。
光ファイバの外部寸法を変えないでその相互作用長内で
結合器を加熱し、コア、クラッド材料をお互いの中へ十
分に拡散させて電磁場分布を拡大し、それによって相互
作用長の結合係数を増大させ、そして拡散による結合器
の分配比の変化を監視し、所望の分配比が得られたとき
にその拡散を停止することによって調整される。
光ファイバや集積光回路のような他の光ディバイスにお
ける拡散効果それ自体は周知である。光ファイバでは、
コアとクラッドは所定の異なった屈折率を与えるために
必ず異なった組成を有し、これらの異なった組成は加熱
時に相互拡散することは公知である０例えば、通常の光
ファイバは、比較的高い屈折率を与えるためにゲルマニ
ウム原子をドープした溶融シリカのコアと、比較的低い
屈折率を与えるためにフッ素原子をドープした熔融シリ
カのクラッドとを有する。このようなファイバの加熱の
間に、ドーパント原子はシリカ中を拡散し、それによっ
てファイバを横切るドーパント濃度の分布、従ってファ
イバの屈折率分布を変化させる。これらの変化は式（２
）によって定義された二重積分値つまり結合係数Ｃを増
大させる。
ける拡散効果それ自体は周知である。光ファイバでは、
コアとクラッドは所定の異なった屈折率を与えるために
必ず異なった組成を有し、これらの異なった組成は加熱
時に相互拡散することは公知である０例えば、通常の光
ファイバは、比較的高い屈折率を与えるためにゲルマニ
ウム原子をドープした溶融シリカのコアと、比較的低い
屈折率を与えるためにフッ素原子をドープした熔融シリ
カのクラッドとを有する。このようなファイバの加熱の
間に、ドーパント原子はシリカ中を拡散し、それによっ
てファイバを横切るドーパント濃度の分布、従ってファ
イバの屈折率分布を変化させる。これらの変化は式（２
）によって定義された二重積分値つまり結合係数Ｃを増
大させる。
結合器が加熱されるべき特定の温度及び結合器がその温
度に維持されるべき時間は主にコアとクラッドとの特定
の組成によって決定される。例えば、コア及びクラッド
に対してそれぞれ１，５００゜１．４５１６の屈折率を
与えるために、ゲルマニウム及びフッ素をそれぞれドー
プしたシリカでできた一対の光ファイバから形成された
結合器では、３ｄＢの光結合器が約１５００℃で約１〜
５分間加熱することによってつくられる。通常、唯単に
生産性を最大にするための観点からすれば、最大の実行
可能温度で最小の実行可能時間だけ拡散を実行するのが
望ましいが、しかし、生産性が要因とならない場合は、
必要とされる拡散は時間と温度の広範囲の異なった組合
わせで実現することができる。一般に、分配比に大きく
影響する程度にコア及びクラッド材料の拡散を生じさせ
るに十分な温度まで結合器を加熱する必要がある。
度に維持されるべき時間は主にコアとクラッドとの特定
の組成によって決定される。例えば、コア及びクラッド
に対してそれぞれ１，５００゜１．４５１６の屈折率を
与えるために、ゲルマニウム及びフッ素をそれぞれドー
プしたシリカでできた一対の光ファイバから形成された
結合器では、３ｄＢの光結合器が約１５００℃で約１〜
５分間加熱することによってつくられる。通常、唯単に
生産性を最大にするための観点からすれば、最大の実行
可能温度で最小の実行可能時間だけ拡散を実行するのが
望ましいが、しかし、生産性が要因とならない場合は、
必要とされる拡散は時間と温度の広範囲の異なった組合
わせで実現することができる。一般に、分配比に大きく
影響する程度にコア及びクラッド材料の拡散を生じさせ
るに十分な温度まで結合器を加熱する必要がある。
光結合器の屈折率及び電磁場に対する拡散調整の効果は
第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図及び第４Ｄ図に示されて
いる。第４Ａ図及び第４Ｃ図は各ファイバが理想的なス
テップインデックス案内領域を有するものとして、結合
器が調整される前の結合器の最初の理想化された屈折率
分布及び電磁場分布を示す。２つのファイバを横切る電
磁場分布の重なりはほとんどないということがわかる。
第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図及び第４Ｄ図に示されて
いる。第４Ａ図及び第４Ｃ図は各ファイバが理想的なス
テップインデックス案内領域を有するものとして、結合
器が調整される前の結合器の最初の理想化された屈折率
分布及び電磁場分布を示す。２つのファイバを横切る電
磁場分布の重なりはほとんどないということがわかる。
光結合器が２つのファイバを融着して形成される場合、
電磁場分布の重なりがおおくなるが、通常その重なりは
所望の分配比を与える程のものではない。
電磁場分布の重なりがおおくなるが、通常その重なりは
所望の分配比を与える程のものではない。
本発明による拡散調整後、結合器の屈折率分布及び電磁
場分布は第４Ｂ図及び第４Ｄ図に拡大して示したより変
化する。２つのファイバの案内領域の中心から中心への
空間は拡散によって影響を受けず当初の形状によって固
定されたままであるけれども、コア領域の寸法は増大さ
れ、形態上電磁場は拡大される。より重要なことは、こ
の電磁場の拡大及び重なりの正確な度合は拡散調整法に
よって正確に制御され、その単純かつ容易に調整可能な
方法によって所望の分配比を与えることができるという
ことである。最初の近似では、規格化周波数Ｖはこの調
整方法によって大きくは変化しない。
場分布は第４Ｂ図及び第４Ｄ図に拡大して示したより変
化する。２つのファイバの案内領域の中心から中心への
空間は拡散によって影響を受けず当初の形状によって固
定されたままであるけれども、コア領域の寸法は増大さ
れ、形態上電磁場は拡大される。より重要なことは、こ
の電磁場の拡大及び重なりの正確な度合は拡散調整法に
よって正確に制御され、その単純かつ容易に調整可能な
方法によって所望の分配比を与えることができるという
ことである。最初の近似では、規格化周波数Ｖはこの調
整方法によって大きくは変化しない。
拡散調整された結合器のスペクトル挿入損失は広帯域に
わたって低い（０，５ｄＢ以下）ままである。単一ファ
イバの当初の単一モード動作帯域は高次モードのカット
オフ波長で始まり、基本モードの減衰ターンアップ波長
で終わる。最初に結合器を形成する融着工程の後では、
これらの波長は両方とも減少される。拡散調整の間には
両方の波長はさらに減少されるが挿入損失は、光方向性
結合器において要求される通常の単一モード動作帯域よ
りずっと広い帯域幅にわたって低いままである。融着動
作は一定の場合においてその損失を幾分増大することが
あるけれども、拡散動作はこのような損失増大を部分的
に回復することができることに注意を要する。
わたって低い（０，５ｄＢ以下）ままである。単一ファ
イバの当初の単一モード動作帯域は高次モードのカット
オフ波長で始まり、基本モードの減衰ターンアップ波長
で終わる。最初に結合器を形成する融着工程の後では、
これらの波長は両方とも減少される。拡散調整の間には
両方の波長はさらに減少されるが挿入損失は、光方向性
結合器において要求される通常の単一モード動作帯域よ
りずっと広い帯域幅にわたって低いままである。融着動
作は一定の場合においてその損失を幾分増大することが
あるけれども、拡散動作はこのような損失増大を部分的
に回復することができることに注意を要する。
本発明の好適実施例によれば、所望の拡散を実現するた
めの結合器の加熱は複数の工程において実行され、その
光結合器は連続した工程の間に所望の試験温度に冷却さ
れる。分配比は、結合器の通常使用温度に等しい所望の
試験温度で測定される。従って、結合器は短い期間中に
繰返し加熱され、これらの期間の間に冷却されるのが望
ましく、これによって連続した加熱期間における制御さ
れた環境条件下で分配比の正確な測定を行い得るときに
、拡散の程度を次第に増大させることができる。所望の
分配比が達成されると、上記プロセスは終了する。
めの結合器の加熱は複数の工程において実行され、その
光結合器は連続した工程の間に所望の試験温度に冷却さ
れる。分配比は、結合器の通常使用温度に等しい所望の
試験温度で測定される。従って、結合器は短い期間中に
繰返し加熱され、これらの期間の間に冷却されるのが望
ましく、これによって連続した加熱期間における制御さ
れた環境条件下で分配比の正確な測定を行い得るときに
、拡散の程度を次第に増大させることができる。所望の
分配比が達成されると、上記プロセスは終了する。
８５０ｎｍで９ ｄ Ｂ ／ ｋ ｍの損失をもつ長す
カそれぞれ１ｍの２本のＤファイバを、ファイバの各長
さのほぼ中間部で約６ｆｉ長さに沿ってエツチングした
。このエツチングは、約５０分の間ファイバを１０％濃
度の塩化水素酸に接触したままにし、その後、それを蒸
留水で除去することにより実行された。このエツチング
によって６ｆｌ長に沿って各ファイバのＤ形状の平滑面
にクラッドを露出させた。次に、ファイバをそれらの平
滑面を相互に対面させた状態で０．２鶴の壁厚をもちか
つ約５μの交差を介して両方のファイバを収容するに十
分な内径を有する長さ４０關のバイコール管に挿通し、
ファイバのエツチング部をバイコール管のほぼ中央で互
いに整列させた。続いてバイコール管の各端部から延び
る一対のファイバを、それらの平滑面を金属くさびの両
側に対接させてその金属くさびによりクランプして安定
位置に保持するとともに、水銀柱約１フインチ（４９，
３ｃｍ）の真空を管の両端に与え、管の中央領域がファ
イバ上にくずれるのが観測されるまでその管を加熱した
。生成された結合器を次に拡散調整した。この場合、結
合器の一端にあるファイバのひとつの端部をＬＥＤを介
して光信号を受けるようにしておき、結合器の他端にあ
るファイバの端部を両方とも、出力が単一のチャートレ
コーダのチャンネルを分離するようになっている光電検
出器に接続した。そして、それぞれ約２秒の瞬時加熱に
よりバイコール管を約１５００℃に加熱して結合器を拡
散調整した。各瞬時加熱の後、チャートレコーダ上のト
レースを試験して、チャートレコーダ上の２つのトレー
スが互いに重ねられた（１：１の分配圧を示す）ときに
その瞬時加熱を停止した。
カそれぞれ１ｍの２本のＤファイバを、ファイバの各長
さのほぼ中間部で約６ｆｉ長さに沿ってエツチングした
。このエツチングは、約５０分の間ファイバを１０％濃
度の塩化水素酸に接触したままにし、その後、それを蒸
留水で除去することにより実行された。このエツチング
によって６ｆｌ長に沿って各ファイバのＤ形状の平滑面
にクラッドを露出させた。次に、ファイバをそれらの平
滑面を相互に対面させた状態で０．２鶴の壁厚をもちか
つ約５μの交差を介して両方のファイバを収容するに十
分な内径を有する長さ４０關のバイコール管に挿通し、
ファイバのエツチング部をバイコール管のほぼ中央で互
いに整列させた。続いてバイコール管の各端部から延び
る一対のファイバを、それらの平滑面を金属くさびの両
側に対接させてその金属くさびによりクランプして安定
位置に保持するとともに、水銀柱約１フインチ（４９，
３ｃｍ）の真空を管の両端に与え、管の中央領域がファ
イバ上にくずれるのが観測されるまでその管を加熱した
。生成された結合器を次に拡散調整した。この場合、結
合器の一端にあるファイバのひとつの端部をＬＥＤを介
して光信号を受けるようにしておき、結合器の他端にあ
るファイバの端部を両方とも、出力が単一のチャートレ
コーダのチャンネルを分離するようになっている光電検
出器に接続した。そして、それぞれ約２秒の瞬時加熱に
よりバイコール管を約１５００℃に加熱して結合器を拡
散調整した。各瞬時加熱の後、チャートレコーダ上のト
レースを試験して、チャートレコーダ上の２つのトレー
スが互いに重ねられた（１：１の分配圧を示す）ときに
その瞬時加熱を停止した。
上記の方法によって製造された結合器は約０．５ｄＢの
中間挿入損失を示し、最良のものでは±０゜０９ｄＢ以
上の推定測定誤差をもつ試験装置を用いて測定するには
あまりに低い挿入損失を示した。
中間挿入損失を示し、最良のものでは±０゜０９ｄＢ以
上の推定測定誤差をもつ試験装置を用いて測定するには
あまりに低い挿入損失を示した。
又、この結合器は、１６．６ ｄ Ｂの中間の偏光減衰
比を示し、最良のものでは３０．６ ｄ Ｂの偏光減衰
比を示した。
比を示し、最良のものでは３０．６ ｄ Ｂの偏光減衰
比を示した。
発明の効果
以上詳述したように、第１発明の方法によれば、微細波
光ファイバ結合器を所望の分配比に簡単かつ正確に調整
することができる。又、第２発明の方法によれば、低い
挿入損失と優れた偏光維持特性を備えた光方向性結合器
を容易に形成することができる。
光ファイバ結合器を所望の分配比に簡単かつ正確に調整
することができる。又、第２発明の方法によれば、低い
挿入損失と優れた偏光維持特性を備えた光方向性結合器
を容易に形成することができる。
第１図は２つの単一モード光ファイバから形成された微
細波方向性結合器の概略図、第２図は本発明に従って形
成された光方向性結合器に用いられる好適な単一モード
光ファイバの横断面図、第３図は本発明の方法に従って
形成された光方向性結合器の横断面図、第４Ａ図〜第４
Ｄ図は本発明の方法による調整前後の、光方向性結合器
の電磁場分布及び屈折率分布を示す一連のグラフである
。 １０．１１・・・単一モード光ファイバ、１２・・・コ
ア、１３・・・クラッド、Ｉ４・・・支持層、１５・・
・平滑面、２０・・・ガラス管、Ｚ・・・相互作用長。
細波方向性結合器の概略図、第２図は本発明に従って形
成された光方向性結合器に用いられる好適な単一モード
光ファイバの横断面図、第３図は本発明の方法に従って
形成された光方向性結合器の横断面図、第４Ａ図〜第４
Ｄ図は本発明の方法による調整前後の、光方向性結合器
の電磁場分布及び屈折率分布を示す一連のグラフである
。 １０．１１・・・単一モード光ファイバ、１２・・・コ
ア、１３・・・クラッド、Ｉ４・・・支持層、１５・・
・平滑面、２０・・・ガラス管、Ｚ・・・相互作用長。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、相互作用長に沿って互いに結合された電磁場を有し
、各々が異なった屈折率のコアとクラッドを備えた少な
くとも２つの光ファイバを含む光ファイバ結合器を調整
する方法であって、 前記結合器の外側寸法を変えることなしに前記総合作用
長内の前記結合器を加熱して前記コア材料及びクラッド
材料を互いの中へ十分に拡散して電磁場分布及びコア領
域を拡大し、それによって前記相互作用長内の結合係数
を増大させる工程、及び 前記拡散による前記結合器の分配比の変化を監視し、か
つ所望の分配比が達成されたときに拡散を終了する工程 を含むことを特徴とする光ファイバ結合器の調整方法。 ２、前記光ファイバは前記相互作用長に沿って相互に融
着されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の光ファイバ結合器の調整方法。 ３、前記加熱工程を複数段階で行うとともに、前記結合
器を各段階間で所望の試験温度に冷却し、前記監視工程
を結合器が前記所定の試験温度にあるときに行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ結
合器の調整方法。 ４、前記光ファイバは前記相互作用に沿ってガラス管に
より囲まれ、前記光ファイバ及びガラス管の隣接表面は
一体構造を形成するように全て相互に融着されることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ結
合器の調整方法。 ５、前記拡散工程の前にファイバの電磁場を結合するた
めに前記管及びファイバを加熱し引張ることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項に記載の光ファイバ結合器の調
整方法。 ６、異なった屈折率を有するコア及びクラッドを有する
一対の光ファイバから光方向性結合器を形成する方法で
あって、前記コア及びクラッドは単一モード案内領域を
形成し、前記コアは２つの直交軸を画定する非円形断面
を有し、その２つの直交軸は、コアの長手方向軸を横切
り、かつ前記異なった屈折率と組合わせてそれらの直交
軸に沿って偏光された波を減結合し、支持層が前記コア
を囲み、前記ファイバの外表面は非円形断面を有し、そ
の断面は前記案内領域及び前記直交軸と所定の幾何学的
関係をもつ基準表面を形成し、その基準表面から前記案
内領域の位置及び前記直交軸の包囲が決定されるように
なっており、 結合されるべき２つのファイバ表面をエッチングして前
記クラッドを両表面上に露出させる工程、前記結合器の
相互作用長を画定するために、前記２つのファイバの基
準表面を相互に対向させ、かつエッチングされたファイ
バ表面を相互にガラス管内で整列させた状態で、そのガ
ラス管を通して前記ファイバを送る工程、 前記ガラス管をその軟化点にまで加熱する工程、軟化さ
れたガラス管の外側と内側との間に圧力差を生成させて
ガラス管の少なくとも一部が前記ファイバにつぶれるよ
うにし、前記ファイバの前記基準表面を相互に正確に整
列させる工程 を含むことを特徴とする光方向性結合器の形成方法。 ７、前記ファイバは前記加熱及びつぶし工程の期間中そ
れらの対向端が前記ガラス管の外側に支持されることを
特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の光方向性結合
器の形成方法。 ８、前記ガラス管及び前記ファイバはほぼ同じ熱膨張係
数を有することを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
載の光方向性結合器の形成方法。 ９、前記軟化ガラス管の外側と内側との間の圧力差は前
記軟化ガラス管の内側で真空を引くことによって生成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の光
方向性結合器の形成方法。 １０、前記つぶれ工程によって製造される結合器は、そ
の結合器の外部寸法を変えないで前記相互作用長内の前
記結合器を加熱し、前記コア及びクラッド材料をお互い
の中に十分拡散させ、電磁場分布及びコア領域を拡大し
、それによって前記相互作用長内の結合係数を増大させ
ること、及び前記拡散による前記結合器の分配比の変化
を監視し、所望の分配比が達成されたときにその拡散を
終了させることによって調整されることを特徴とする特
許請求の範囲第６項に記載の光方向性結合器の形成方法
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US75592985A | 1985-07-17 | 1985-07-17 | |
| US755929 | 1985-07-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6219816A true JPS6219816A (ja) | 1987-01-28 |
Family
ID=25041282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16773486A Pending JPS6219816A (ja) | 1985-07-17 | 1986-07-16 | 光フアイバ結合器の調整方法及び光方向性結合器の形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0209998A2 (ja) |
| JP (1) | JPS6219816A (ja) |
| AU (1) | AU6016986A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0234807A (ja) * | 1988-07-25 | 1990-02-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ファイバカップラ |
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1986
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- 1986-07-16 JP JP16773486A patent/JPS6219816A/ja active Pending
Cited By (4)
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