JPS62223709A - 多モ−ド光フアイバ−結合器及びその製造方法 - 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】 この発明は、２月２３日提出のアライドコーポレイショ
ンの特許願（２）　ｒ　単一モード光ファイバー結合器
及びその製造方法」に開示された発明に関連するもので
あり、その開示は参照によりここに特に組み入れられる
。

〔発明の背景〕

この発明は、多モード光ファイバー結合器とその製造方
法とに関する。更に詳しく述べるならば、本発明は、結
合器と、走査設＠（ｓｃａｎｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ　）
においてレーザー加熱源を使用して２本又はそれ以上の
多モードファイバーを前もって決められたように一緒に
融着させ、その結果として、製造されたファイバーのそ
れぞれに近似的なガウスモード分布が得られる製造方法
とに関する。

おおかたの従来技術の結合器は、このガウス分布を達成
しておらず、その代りに、第７図に図示された分布が得
られ、中央のモードは２本のファイバー間に均一に分布
してはいな１ハ。

多モードファイバーは、代表的には、コアの直径が少な
くとも６０μｍ、典型的には約５０〜９９０　Ａｍのｆ
ラスファイバーである。コアとクラツディングとが一緒
になって、ファイバーの直径は約１２５μｍ〜ｌ朋にな
る。これらのファイバーは、それらの寸法のためＫ、当
業者には十分に知られているように多数モーＰの光を搬
送することが可能である。

ファイバー光学の分野においては、通信目的のために結
合器として知られているデバイスを用意することがしば
しば必要となる。ここで定義するならば、光結合器は１
本のファイバー中を伝わる光を他の少なくとも１本のフ
ァイバーに分配するデバイスである。このようなデバイ
スにおいては、結合器の内部における「結合」での光の
損失が少なければ少ないほど、そのような結合器を使用
している設備での通信は良好になる、とｈうことを明ら
かに認めることができる。

従来技術の一つの多モード結合器が、カワサキらに対す
る米国特許第４２９１９４０号明細書に開示される。こ
れに開示された結合器は、それぞれが複円錐型のテーノ
９一部を有する２本の多モード９光ファイバーを含んで
なる。このファイバーの複円錐型テーパ一部は、−緒に
融着されてファイバー間に光結合を提供する。モード混
合を増進してそれぞれのファイバーにおいて近似がウス
分布を達成するため、ファイバーをお互いにからみ合わ
せる。このような結合器は、それぞれが加熱及び引っ張
りによシ作り出された複円錐型テーパ一部を有する２本
の光ファイバーをお互りの周９にからませ、そしてから
み合りた複円錐型チー・ｅ一部の領域を加熱してファイ
バーを一緒に融着することによって製造される。はぼガ
ウスのモード分布に近づくことを主張してはいるが、試
験を行なったところ達成された分布は第７図のものと同
様であることが示された。

結合器についての別の構成が、ライトストーン（Ｌｉｇ
ｈｔｓｔｏｎｅ）らに対する米国特許第４４４９７８１
号明′ａ書に開示される。その結合器は、融着を進める
より前にまずファイバーのクラツディングの寸法を、そ
のファイバーをテーパ〜を付けて細くした領域、すなわ
ちファイバーが一緒に融着される複円錐形の領域に適応
させた複円錐型のテーパー（ｔ＊７アイバーを融着させ
たものを含んでなる。

これらのファイバーも、好ましくはお互いの周シにから
み合わせる。達成された分布は、カヮサキらのものと同
様である。

〔発明の概要〕

本発明の１つの態様によれば、少なくとも２本の多モー
ドファイバーを一緒に融着させた、多モード結合器とな
る結合領域としたものから作られた光ファイバー結合器
における改良を提供する。

この改良は、結合領域が、その結合領域のそれぞれの端
から始まる第１の部分であって、ファイバーを一緒に融
着させ、そして予め決められた長さを有する均一な寸法
の単位の結合区域である融着部へとテーパーを付けて細
くされている部分を含んでなる、という点に帰する。予
め決められた長さを有する均一寸法のこの単位の結合区
域の中央には、前記均一寸法の結合区域からテーパー全
村けて細くされて、断面が実質的に円形である、最小直
径のくびれ部で接続する第２の融着部があり、ここには
その中を通る両方のファイバーのコアが含まれている。

もう１つの態様にお込て、本発明は、少なくとも２本の
多モードファイバーから作られる光ファイバー結合器を
製造する方法全指向する。この方法は、少なくとも２本
の多モードファイバーの予め決められた部分を、それら
のクラツディングが接触するような適当な位置に置く工
程を含む。前記予め決められ九部分に近接した位置にセ
ラミック部材金量き・　レーザ−光？＆に使用して７７
（パー及び該セラミック部材の直接加熱を引き起こすの
はもちろん、２本のファイバーの予め決められた部分の
間接加熱をも引き起こす。この２本のファイバーの予め
決められた部分は、セラミック部材に近接させて、該フ
ァイバーの予め決められた部分を一緒に融着させるのに
十分な速度でもって往復方向に移動させる。次に、往復
方向の動きと加熱とを続けながら融着領域に軸方向の張
力を適用して、個別のファイバーから、融着領域をテー
パー’につけて細くさせて、ファイバーが融着して単位
の領域となる、予め決められた長さを有し、直径を小さ
くした領域を作る。その後、往復方向の動きは終了させ
るが、単位の領域の中央全加熱し続けるのはもちろん軸
方向の張力も適用し続け、単位の領域の中央にテーパー
を付けて、これを直径が最小でＩ＃ｒ而が実質的に均質
且つ円形であるくびれ部にする。

結合器を製造するのに使用する装Ｍは、２月２３日提出
のアライドコーポレイノヨンの特許願（２）「単一モー
ド光ファイバー結合器及びその製造方法」のものと一般
に同様であり、簡潔のために、詳細を更にここでは検討
しない。

結合器を製造する間、ファイバーを通して光を絶えず送
り、他端すなわち出力端でこれ全監視する。予め定めら
れた分布が達成されたなら加熱と張力をかけることとを
停止する。この時、結果として所望の結合が得られてい
ることが測定により示される。終了するやいなや融着さ
れたファイバーを放冷させ、結果として結合器が製造さ
れる。

結合器を製造するためにファイバーを準備する際は、ま
ず緩衝層領域をはぎ取ってその緩衝層領域の中心にファ
イバーだけを残す。緩衝層をはぎ取った部分でクラツデ
ィングとクラツディングとを接触させてファイバーを保
持するようにお互いの間をほぼ２５Ｒ冨（１インチ）あ
けたグリッパ−集成体を用いて、これらのファイバーを
それぞれの端の緩衝領域の所で一緒に保持する。ファイ
バーは、セラミック部材を通り越して往復方向に移動さ
せる。セラミック部材はファイバーの下に位置しており
、ファイバーとセラミック部材とけフアイパーとセラミ
ック部材の両方に向けられたレーザ−ビームにより加熱
される。

本発明を簡単に説明したところで、この発明の他の特徴
及び利点を次に述べる詳細な説明によって更に分りやす
く明らかにする。説明は、添付図面と結びつけて読むべ
きである。

以ｌ・余白 〔発明の詳細な検討〕 本発明による多モード結合器を第１図でもって一般的に
説明する。これに見られるように、結合器は、ファイ′
ゞ−１ａｅｌｂを含むファイバ一対ｌからなる。こｎら
のファイバーは、当業者にはよく知らｎている種類の多
モードファイバーである。ファイバーは、以下で検討す
るように、該ファイバーをチーｉ９一部３においてテー
ノや−を付けて１゛１田くして、断面が第２ａ〜２ｃに
示すようにもはや個々のファイバー要素を確認すること
はできないようなものであって、予め決めらｎた長さを
；ｎする、単位の融着区域５とするようなやシ方で一緒
に融着さｎる。これに対し、単位の融着区域５は、第２
ｂ図に示したように、予め決められた長さを有し、且つ
一般的には円形断面に対して楕円断面である分離したも
ののように見える。この領域から別のチー・９−付き区
域が始まってくびれ部７で終わシ、このくびれ７は、第
２ｃ図に示すように断面が好ましくは実質的に円形であ
る。

結合器を製造するための装置の好ましい配列を、ｉ；ｇ
３図に一般的に例示する。典型的には、レーザ−ビーム
１３がレーザー源１１から鏡に向かってゆき、このレー
ザービーム１３はそこからファイバ一対ｌとセラミック
部材１５の両方へと反射さｎてファイバ一対１を直接的
に加熱し、またセラミック部材１５を加熱してファイバ
ーを間接的に加熱する。

結合器を製造する方法を、第４ａ〜４ｃ図に一般的に例
示する。この方法の第１の工程では、２本の多モードフ
ァイバー１ａ、ｌｂを１図面に示したようにそｎらの緩
衝層を取除いた一緒に融着すべき部分を互いに隣接させ
て配置する。ファイバーは、融着さｎるべき領域の両端
でグリッパ−１９ａ　、１９ｂにより一緒に保持される
。レーザ−源１１は、２月２３日提出の前述のアライド
コーポレイションの特許願（２）において検討したよう
Ｋ、好ｔしくハ、アポロレーザーズカンパニー（Ａｐｏ
ｌｌｏ　Ｌａ５ｅｒｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）よシモデル
５８０（Ｍｏｄｅｌ　５８０　）として商業的に入手可
能な種類のＣＯ２レーザーであり、このモデル５８０は
、最大能力８０Ｗで働き、典型的には３０〜４０Ｗの範
囲でレーザービーム１３を差し向けて、ファイバーと、
ファイバ　１ａｊｌｂの組に近接し且つそｎらとは予め
決めらｎた間隔をあけて位置するセラミック部材１５の
両者を直接加熱し、そして今度はこのセラミック部材１
５もまたファイバー１　ａ　＊　１　ｂを間接的に加熱
する。このことについては、ビームの直径は２本のファ
イバーを合わせたものよりも大きいということが注目さ
ｎる。ブロック１７ａ、１７ｂに個別に取付けらｎたグ
リッツ’　　１９　ａ　＋　１９　ｂは、ファイバーを
一緒ニ保持し、そしてブロック１７ａ、１７ｂは、支持
材２１上を同じ速度で前方及び後方に往復運動させて、
加熱されたセラミック部材１５を通り過ぎるファイバー
を効果的に走査（５ｃａｎ　）させる。この加熱が、フ
ァイバーを一緒に融着させる。

第４ｂ図に示すように、ファイバーが融着区域を・１丘
して一緒に融着したならば、次にグリッパ−１９ａ、１
９ｂを、当業者には容易に明らかであるようにブロック
１７ａと１７ｂとの移動速度を違えることによりお互い
に関して異なる速度で移動させ、予め決められた速度で
ブロック１７＆と１７ｂとの間を相対的に離す軸方向の
張力をファイバーに適用し、それによってファイバーの
融着領域にチー・ン一を付けて、２本のファイバーが一
緒になったものよりも寸法の小さい均一あるいは単位の
構造区域、すなわち領域５を作る。領域５の長さが予め
定めた長さに達したならばブロック１７ａ、１７ｂの走
査移動（ｓｃａｎｎｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔ　）を停止
し、そしてｉ４ｃ図に示すようにグリッパ−１９ａ、１
９ｂのブロック１７ｍ、１７ｂを外側ＩＣ移動すること
によって軸方向の張力はそれまでとおりに適用し、その
結果として別のテーノ９−を付けて直径が最小であるく
び【部７を作る。こｎを継続して行ない、また、融着を
行なう間に１本のファイバーだ光を送って他端で両方の
ファイバーの出力を測定することによってこの作業を監
視する。６１１１定出力が所望の結合の達成さｎたこと
を示した時点で作婁を終了し、ファイバー結合器を冷却
させる。融着領域に適用する油方向の張力は、ファイバ
ーの単位の領域を破壊せずに延伸するのに十分な張力で
ある。

色々な種類の多モードファイバーを使用することができ
るが、好ましくは、コアの直径が１００μｍで外径が１
４０μｍの商業的に入手可能な等級指数の種類のファイ
バーを使用する。好ましくは、長さがそれぞれ約６〜２
０ｍの単位の領域を有する結合器が結果として得られる
ように作業条件を１４整する。〈びｎ部を含めたテーパ
ー付きの領域の長さは、好ましくは２〜１０＋ｍである
。

ファイバーを移動させて走査効果を達成することを述べ
たけれども、同じ効果をレーザーを定食することによっ
て達成できることが認めらｎよう。

下表の例は１本発明に従って１つの結合器を製造するの
に使用した作業条件とパラメーターとを列挙す６・　　
　　　　　　　　　　　　　　　以下保内ガウス分布に
近いものを所望する々らば、製造工程には、融着及び延
伸を行なう間にファイバーの一方に光を送ることをも含
める。各ファイバーについて通常の光検出器により出力
端で出力を監視する。ガウス分布に近いものを所望する
場合、光出力が第６図に示したようになった時に作業を
終了する。

製造工程そのものは、当業者にとりては自明のやり方で
コン６−タ制御することができる。セラミック部材の温
度は慣用的なシリコン検出器で監視することができる。

加熱を行なっている間、セラミック部材のルミネセンス
を表わすこのシリコン検出器の出力電圧を測定する。測
定出力に応じてレーザー能力を調節し、この検出器から
の測定出力が予め定めた範囲内になるようにする。

セラミック部材１５は平ら力部材として一般的に説明し
てきたが、第５ａ〜５ｄ図に示すように別の構成を使用
して一層均一な加熱を達成することができる。いくつか
の構成には２つの部分からなる部材が含まれ、好ましい
構成である第５ａ図の構成であり、これによって均一に
加熱を行危うオープン効果が生み出される。第５ｄ図の
一つの態様においては、レーザ−ビーム１３は７アイパ
一対１には当らない。その上、２つのレーザービーム１
３ｍ、１３ｂを使用することができる。

更に、本発明は２本のファイバーに関して説明してさた
けれども、本発明の方法を実施することによりて３本、
４本、あるいはそれ以上のファイバーを組み合わせて結
合器を作ることができる、ということが認められよう。

前述の説明は、本発明による多モードファイバー結合器
の好ましい形態の詳細を明らかにしている。変形したも
の及びこれに代る形態、並びに、当業者にとっては明白
であるような全ての変更及び修正であって、特許請求の
範囲の中に入るものは、ここに包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による多モード結合器を説明する模式
側面図である。 第２ａ〜２ｃ図は、それぞれ第１図の結合器のＡＡ線、
ＢＢ線、ＣＣ線断面図である。 第３図は、本発明の結合器を製造するための典型的装置
の模式説明図である。 第４ａ〜４ｃ図は、本発明に従って結合器を製造するの
に使用３工程を示す模式説明図である。 第５ａ〜５ｄ図は、本発明において使用するセラミツ部
材の色々な別の構成を示す断面図である。 第６図は、本発明の結合器を用いて得られたモード分布
のグラフである。 第７図は、代表的従来技術の多モード結合器におけるモ
ード分布を図示するグラフである。 図中、１はファイバー、３はテーノ’？一部、５は融着
区域、７はくびれ部、１１はレーザー源、１３はレーザ
ービーム、１５はセラミック部材である。 以下、パ・白 Ｆｉｇ、２ａ。 Ｆｉｇ、　３ Ｆｉｇ、＃ａ Ｆｊｇ、１１．ｂ Ｆｉｇ、１４−ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２本の多モードファイバーを一緒に融着
   させて結合領域としたものから作られた光ファイバー結
   合器において、該結合領域が、そのおのおのの端から始
   まる第１の部分であって、ファイバーを一緒に融着させ
   、そしてテーパーを付けて細くして予め決められた長さ
   を有する均一な寸法の単位の結合区域である融着部とし
   た部分と、該ファイバーが前記均一な結合区域からテー
   パーを付けて細くされて、直径が最小で、断面が実質的
   に円形であるくびれ部で接続する第２の融着部分であっ
   て、その中を通る両方のファイバーのコアを含んでいる
   融着部分とを含んでなる多モード光ファイバー結合器。 ２、融着した前記単位の領域のそれぞれの長さが約１０
   〜２０ｍｍである、特許請求の範囲第１項記載の結合器
   。 ３、融着領域の全長が約６〜２０ｍｍである、特許請求
   の範囲第１項記載の結合器。 ４、前記くびれ部を包含するテーパー付きの領域の長さ
   が約２〜１０ｍｍである、特許請求の範囲第１項記載の
   結合器。 ５、少なくとも２本の多モードファイバーから作られる
   光ファイバー結合器を製造する方法であって、 少なくとも２本の多モードファイバーの予め決められた
   部分をそれらのクラッディングが接触するように一緒に
   して適当な位置に置く工程、レーザー源を用いて前記フ
   ァイバーとセラミック部材の両者を加熱し、前記少なく
   とも２本のファイバーの前記予め決められた部分の直接
   的及び間接的な加熱を引き起こす工程、 前記ファイバーの前記予め決められた部分を前記セラミ
   ック部材に近接させて、前記ファイバーの前記予め決め
   られた部分を一緒に融着させるのに十分な速度で前記フ
   ァイバーの前記予め決められた部分又は前記レーザ源を
   往復方向に移動させる工程、 前記往復方向の移動と加熱とを続けながら、前記融着さ
   せた領域に軸方向の張力を適用して前記融着領域を前記
   個別のファイバーから、該ファイバーを融着させて単位
   の領域にした予め決められた長さを有する直径を小さく
   した領域へとテーパーをつけて細くする工程、そして、 前記往復方向の移動を終了し、前記加熱と張力の適用と
   を続けながら前記単位の領域にテーパーを付けて、その
   中央に直径が最小であり、且つ実質的に断面が均質且つ
   円形であるくびれ部を生じさせる工程、 を含む方法。 ６、前記セラミック部材が２つの部分からなる部材であ
   って、第１の部分は断面が円形で上部が開いており、も
   う１つの第２の部分は平らで、前記第１の部分の内側に
   位置していて、その中でファイバーの加熱がそのファイ
   バーを取囲む実質的に全ての方向からの熱輻射によって
   行なわれる、特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７、前記融着領域に適用される軸方向の張力が、ファイ
   バーの単位の領域を破壊せずに延伸するのに十分である
   、特許請求の範囲第５項記載の方法。 ８、前記レーザー源の能力を制御して予め決められた値
   の範囲内にする、特許請求の範囲第５項記載の方法。