JPS6239805A - 低損失フアイバオプテイク・カプラおよびその製造方法 - Google Patents

低損失フアイバオプテイク・カプラおよびその製造方法

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JPS6239805A
JPS6239805A JP61188803A JP18880386A JPS6239805A JP S6239805 A JPS6239805 A JP S6239805A JP 61188803 A JP61188803 A JP 61188803A JP 18880386 A JP18880386 A JP 18880386A JP S6239805 A JPS6239805 A JP S6239805A
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glass
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core
cores
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ドナルド ブルース ケック
ドナルド レイ ライアンズ
ダニエル アロウシャス ノーラン
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Corning Glass Works
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はファイバオブティク・カプラ(fiberop
tic couplers)に関し、特にファイバオプ
ティク・カプラを製造するための低コスト方法に関する
ある種のファイバオプティク・システムは、1本のファ
イバ中を伝播する光の少な(とも一部分が1本またはそ
れ以上の他のファイバに結合されるカプラを必要とする
各コア装置における2つの近接したコアの間で結合が生
じることが知られている。結合効率は、コアの間隔の減
少にともなって、また単一モードのコアの場合には、コ
ア直径の減少にともなって増大する。これらの原理に基
づいた多数のカプラが開発されており、それらは低損失
動作をなし得、すなわち、それらは約1dB以下の損失
を呈するにすぎない。
多モードおよび単一モードのカプラは、それの適当な長
さに沿って複数のファイバを並べて配置しそしてクラッ
ドを融着させてファイバを固着するとともにコア間の間
隔を減少させることによって形成されている。米国特許
第4426215号に教示されているように、ファイバ
をそれの融着された長さに沿って延伸しかつ回転するこ
とによって結合を改善することができる。また、米国特
許第4.449781号に教示されているように、コア
間の距離を短縮するために、クラッドの一部分がエツチ
ングまたは研磨によって除去される場合がある。これら
の方法は労力を要するが、予め定められた所望の結合特
性を有するカプラが形成されることになるとは限らない
。最後に述べた難点は、伝播定数を整合させるために結
合するコア部分が平行状態に保持されるべきある種の単
一モード・カプラを製造する場合に特に顕著である。
はとんどのカプラは接合されるべきファイバに熱を直接
加えることによって作成されるが、米国特許第3579
316号には、まずファイバを毛細管に挿入し、その場
合、端部を重畳させてもよい方法が教示されている。そ
の場合の毛細管はファイバのクラッド材料よりも低い屈
折率を有するガラスで形成されている。この毛細管のフ
ァイバが重畳しているところの近傍に熱が加えられ、そ
してその毛細管はそれの直径が元のファイバの直径に近
くなるまで延伸される。その延伸された部分の元のコア
は見えないほどに小さくなり、それらの延伸された直径
は元の直径の約1/100程度にすぎない。元のファイ
バのクラッドが結合部分のコアとなる。
米国特許第3579316の方法は次のような難点を有
している。すなわち、その方法は、各カプラ毎にファイ
バを毛細管に挿入しなければならないので、高価である
。また、コアの直径を元の直径の1/100まで減寸さ
せると、元のクラッドが消失したコアの代りとなるから
、損失の多いカプラとなる。ファイバのコアがそれらの
「消失した程度に小さい」寸法からそれらの完全な寸法
までテーパしているカプラの領域では、クラッドからコ
アに転送されうるパワーの量は不十分である。さらに、
ファイバがチューブに挿入された場合、そのチューブは
延伸されるから、コアをまっすぐにかつ互いに平行に維
持することが困難である。このような非直線状のカプラ
のコアでは、単一モード・カプラの結合効率が低下する
ことになりうる。
この過大な損失を制御することが従来の装置の問題であ
る。製造技術の変更によりスプリント導波路におけるモ
ード・パワーが変動する。ある種の装置では、入力およ
び出力側のファイバ・ポートを分岐することが困難であ
る。また、従来の製造工程の多くが非常に労力を要する
ものであり、これが大きなコスト高の要因となっている
従って、本発明は上述した従来技術の難点を克服する方
法を提供することを目的とする。他の目的は低損失のカ
プラを作成するための低コスト方法を提供することであ
る。さらに他の目的は、ファイバを容易に連結しうる製
造の容易な光ファイバ用カプラを提供することである。
本発明は次の工程よりなるファイバオブティク用カプラ
を製造する方法に関する。すなわち、本発明の方法では
、まず最初に、ガラスコアよりも低い屈折率を有するガ
ラスのマトリクス中を延長している互いに離間した複数
のコアを有するカプラ・プリフォームが準備される。こ
れらのコアは、その中を伝播する光信号の偏波面を保存
するための手段を任意に具備している。カプラ・プリフ
ォームは加熱されそして延伸されてガラスロッドとなさ
れ、次にこのガラスロッドが切断されて複数のユニット
となされる。それらのユニットでは、コアがそれらの端
面と同一平面関係をなしている。
各ユニットの中央領域には熱が加えられ、この場合、そ
れら各ユニットの一端部が他方の端部に対して引張られ
て、加熱された中央領域が細長くなされるとともに内方
にテーパをつけられ、それにより、各ユニットのコアが
、端部におけるよりも中央領域において、互いにより接
近させられかつ直径をより小さくなされる。この場合の
コアの直径の変化は、カプラに過剰な損失を加えるよう
に急激であってはならない。
このカプラ・プリフォームを形成するためには種々の方
法が用いられうる。例えば、1つの方法では、それぞれ
タララドガラスの層によって包囲されたコアガラスの軸
方向の領域を具備した複数のファイバ・プリフォームが
互いに並置関係に配置され、そしてそのようにして形成
された複合体が回転されつつ、マトリクス・ガラスの粒
子よりなる被覆を添着される。マトリクス・ガラスの被
覆は焼結されてカプラ・プリフォームとなされる。
また他の方法では、マトリクス・ガラスの細長い塊に複
数の長手方向に延長した穴が形成されうる。
これらの穴のそれぞれに、コアガラスよりなる少なくと
も1つの軸方向領域を有するファイバ・プリフォームが
挿入される。
カプラ・プリフォームのマトリクス・ガラスが化学気相
沈積法によって形成される場合には、そのガラスは、屈
折率が若干変化する線条(striae)を含んでいる
ことがありうる。カプラ・プリフォームの加熱および延
伸工程時に、線条の存在によって生じた屈折率の最大値
がクラッドガラスの屈折率よりも大きい場合には、それ
らの線条の半径方向の厚さが、そのカプラ中を伝送され
るべき光の波長に比較して小さくなるようにするのに十
分なだけカプラ・プリフォームの直径が減寸されなけれ
ばならない。
1つのユニットの中央領域は次のようにして細長くされ
かつ内方にテーパをつけられうる。そのユニットの狭い
軸方向領域を軟化させるために加熱されたゾーンが設け
られる。その加熱されたゾーンとユニットとの間に相対
運動が与えられ、その間に、加熱されたゾーンに対する
ユニットの相対位置に依存する大きさを有する引張り力
がユニットに加えられる。1つの実施例では、加熱され
たゾーンは固定される。ユニットの一端部が加熱された
ゾーンから離れる方向に移動され、その間に、そのユニ
ットの他方の端部はそれと同じ方向に、より低い瞬時速
度で移動される。上記他方の端部の速度は、上記テーパ
をつけかつ細長くする工程全体にわたって一定でありう
る。前記一端部の移動速度は、遷移領域を形成するため
に徐々に増速し、結合領域を形成するために一定で、そ
して第2の遷移領域を形成するために徐々に減速するよ
うになされうる。
本発明の方法は、カプラの端面のうちの少なくとも一方
から延長した複数の光ファイバを、その端面まで延長し
た各カプラ・コアと心合させて配置する工程をさらに具
備しうる。光プアイバはカプラ・コアと心合した状態で
カプラの端面に単に接着されるだけでよい。端面に対す
る光ファイバの連結は、複数の穴を有するキャンプをそ
の端面に被着し、その穴のうちの1つを各端面で終端す
るカプラ・コアの各1つと心合させることによって、容
易に行なうことができる。光ファイバが上記キャンプの
各穴に1木ずつ挿入される。
1つの実施例では、ファイバはカプラの一端部から延長
している。このような反射性のカプラを形成するために
は、他方の端部に反射被覆が設けられる。
光ファイバをカプラ・コアと心合させて配置するための
好ましい方法は、次の工程よりなる。すなわち、カプラ
・マトリクスが、一定の溶剤に比較的容易に溶解される
ガラスで形成される。各カプラ・コアは、上記溶剤に比
較的溶解されにくいクラッドガラスの層によって包囲さ
れる。カプラ・ユニットの端部は上記溶剤の浴に浸漬さ
れ、マトリクス・ガラスのその浸漬された領域が溶解さ
れてユニットの各端から除去され、それにより、ユニッ
トのコアの端部と、溶剤に対して耐性を有するクラッド
ガラスの包囲層が露呈される。ファイバの端部は、それ
に他のファイバをも結合できるようにするために、各端
面から少なくともl cmだけ突出していなければなら
ない。
カプラ・ユニットの端部からマトリクス・ガラスを溶解
させる工程時に、そのユニットが上記ユニットから徐々
に部分的に回収され、それによりテーパのついた端面が
形成され、突出ファイバが補強されるようにすることが
好ましい。
本発明の好ましい方法によれば、2つの端面を有する細
長いマトリクス・ガラスの塊よりなる低損失ファイバオ
プティク用カブラが得られる。複数のファイバ・コアが
上記マトリクス・ガラス体中を長手方向に延長しかつ一
方または両方の端面から突出している。この光ファイバ
は、少なくとも1つのコアと、マトリクス・ガラスより
も溶剤に熔解しにくいクラッド・ガラスよりなる外側層
よりなる。前記細長いマトリクス・ガラス体の中央領域
とこの中央領域における光ファイバの直径は、マトリク
ス・ガラス体の端面における直径よりも小さい。また、
これらの光ファイバは端面においてよりも中央領域にお
いてより接近している。
マトリクス・ガラスの屈折率はクラッド・ガラスよりな
る外側層の屈折率と同一であることが好ましい。例えば
、マトリクス・ガラスはS i 02、B、03および
GeO□よりなりうるもので、他方、クラッド・ガラス
はSiO□よりなりうる。
以下図面を参照して本発明の実施例について説明しよう
第1図に示されているように、マトリクス・ガラスの塊
(boule)  16内に配置された複数の平行なコ
ア12および13を有するカプラ・プリフォーム10が
準備される。プリフォーム1oは炉18(第2図)内で
トラクタ17によって延伸または引伸されて多コア・カ
プラ・ロッド2oが形成される。このロッド20はスラ
イスされて適当な長さの多数のユニット21となされる
。引伸工程時には、プリフォーム10の上端に真空器具
19が装着されうる。
第3図を参照すると、各ユニット21はマトリクス・ガ
ラスのboulel 6 ’内のコア12′および13
′を具備している。ユニット21の中央領域は加熱源2
2によって制御された熱的環境にさらされ、その間に、
引伸されて第3a図に示されているように減寸された直
径を有する細長くなされたあるいは細化された(nec
ked−down)中央領域23が形成される。加熱源
22は、ユニットの狭い軸方向領域に沿って加熱された
ゾーンを生じさせうるものでなければならず、それは炎
、レーザ等でありうる。
細化領域23を形成するためには、ユニット22にそれ
の一端を他端に関して引張ることによって制御されたテ
ンションが加えられた状態で、加熱源22とユニット2
1との間に相対運動が与えられなければならない。これ
らの条件は次のようにして満たされる。ここでの説明の
目的のために、□加熱源22は熱を包囲しかつユニット
21に向けて半径方向内方に送ることのできるリング・
バーナであるとする。そのユニットがリング・バーナに
挿入されて後に、それの端部がステージ27および28
にクランプされる。ステージ27および28は、これら
のステージのねし穴を貫通しているねじ軸29および3
0を回転することによって垂直に移動しうる。軸29お
よび30は、スピードを時間に関してプログラムされた
モータ(図示せず)に連結されている。バーナ22は着
火されそして最初に位置aにおいてリング状の炎をユニ
ット2工に向けて内方に送る。ステージ2Bは一定の速
度で下方(矢印24)に移動し始め、そしてステージ2
7はそれよりも若干高い速度で下方(矢印25)に移動
し始める。ステージ27の移動速度が高いことにより、
ユニット21は、固定したリング・バーナを通って下方
に移動するのにともなって、細長くなされる。バーナ2
2の相対位置がユニット22上の位置aから位置すに移
動するのにともなって、ステージ27の速度は直線的に
上昇する。ステージ27の速度はバーナ22の相対位置
が位置Cに合致するまで一定である。
その後、ステージ27の速度は、バーナの相対位置が位
置dに近づくまで直線的に低下する。この時点で、炎が
消え、そして両方のステージが移動を停止する。以上の
説明は、ユニット21にテンションを加えながら加熱源
とユニット21との間に相対移動を与えるための種々の
方法のうちの1つを示すものである。
第3図および第3a図の方法によって形成された装置は
、コアが互いに接近させられておりかつ減寸された直径
を有している細化N域23において1つのコア内を伝播
している光が他のコアに結合するので、光導波路カプラ
として機能することができる。細化領域23から離れた
ところでは、コアが結合距離よりも大きい距離だけ離間
しているので、光は1つのコアから他のコアに結合しな
い。
細化されていない領域におけるファイバの直径は、それ
に接続されるべきファイバの寸法によって決定される。
効果的な結合を得るためには、コアはある最少銀の程度
だけ直径を減寸されなければならない。しかしながら、
結合領域におけるコアが小さくなるにつれて、その中を
伝播するエネルギは、光をコアから放射させる原因とな
る欠陥と曲げをより受けやすくなる。低損失多モード・
カプラ、すなわち損失が1dBよりも少ないカプラは直
径比を1/10程度に小さくなされており、また放物線
状の輪郭を有するカプラは直径比を1/8程度に小さく
なされている。低損失の単一モード・カプラは直径比を
1/3.5程度に低くなされている。細化領域における
コア直径と細化されていない領域におけるコア直径の比
は、過剰な損失を回避するために約1/20よりも小さ
くなくなされるべきであると考えられる。細化された結
合領域ではエネルギがコア領域からマトリクス・ガラス
内に転送され、そしてコア直径の変化が大きずぎる場合
には、より少ない量のエネルギがマトリクス・ガラスか
ら1つまたは複数のコアに移転すると理論づげられてい
る。
ある種のカプラの場合には、ユニット21が延伸されて
いる場合にそれの一端部を他端部に関して回転すること
によって結合がさらに改善されることが知られている。
このことは、ステージ28および28のうちの1つに取
付けられた回転チャックにユニット21の一端を挿入す
ることによって達成されうる。結合領域をこのように撚
ると、案内される光が、伝播が開始されたコアからクラ
ッド内にさらに入り込むことになる。
第1図のプリフォーム10は複数の公知の方法のうちの
1つによって形成されうる。第4図に示されているよう
に、複数の光ファイバ・プリフォームが、接触面を炎で
加熱するというような手段によって互いに並置された関
係で一体的に固着される。プリフォーム31が、光ファ
イバを線引きする従来の寸法を有するものである場合に
は、より小さい所望の直径となるまでそれらのプリフォ
ームを延伸する必要がありうる。そのファイバ・プリフ
ォームの複合体が旋盤に装着され、回転運動とバーナ3
2に関する長手方向の直径往復運動をする。この場合、
バーナ32がそのファイバ・プリフォーム上にクラッド
・スートの被覆33を沈積する。被覆33は焼結されて
第1図に示された型式のプリフォームを形成しうる。フ
ァイバ・プリフォーム31間の開孔34は、第2図に示
された延伸工程時に真空をかけることによって除去され
うる。その開孔34は、光ファイバ・プリフォーム31
の複合体を加熱しかつ延伸させているあいだにそれに真
空をかげることにより、被覆33の添着前に、除去され
てもよい。
第1図のプリフォームは、純粋なクラッドガラスの塊ま
たは光ファイバ・プリフォームにコア・ドリルにより穴
を形成し、それらの穴にコアガラスのロッドを挿入し、
そしてそれによって得られたガラス体を加熱してコア・
ロッドをクラッドガラスに封着させることによっても形
成されうる。
この封着工程は第2図の加熱および延伸工程よりなるも
のであってもよい。
第5図に示された実施例において、コア部分44とマト
リクス・ガラスのクラッド部分46からなるプリフォー
ムは任意の公知方法によって作成されうる。平坦な端面
43を形成するために、プリフォーム42から一端部が
切り取られることが好ましい。コア・ドリル、超音波ド
リル等の適当な方法によって、コア44の両側において
マトリクス・ガラスに2個の穴48が形成される。これ
らの穴48は第5図に示されているようにプリフォーム
42の一端の少し手前で終端していてもよく、あるいは
そのプリフォームを完全に貫通していてもよい。穴48
はそれの壁から欠陥を除去するために処理されることが
好ましい。例えば、壁形成表面はダイヤモンド砥石また
は研削粉末によって平滑化されかつ/またはフッ化水素
酸で工・ノチングされうる。しかしながら、好ましい方
法では、穴48の壁はプリフォームを炉内に吊り下げ、
そしてそれの温度を、そのプリフォームが細長くなされ
る温度より少し低いレヘルまで上昇させる。
SiO含有量の多い素材(ブランク)の場合には、この
温度は1850〜1900℃の範囲内である。
穴48にはガラスロッド50が挿入される。ロッド50
は全体にわたって均一な組成を有しうるが、マトリクス
・ガラス46の屈折率に等しいかあるいはそれよりも大
きい屈折率を有するクラッドガラスの層54によって包
囲されたコア領域52を具備した複合ロッドを用いるの
が有利でありうる。コア52を形成するガラスは比較的
軟かいので、延伸工程時にコアの形成を保持するために
、コアガラスを硬質ガラスのクラッドで被うことが有利
でありうる。このような硬質ガラスのクラソドがない場
合には、延伸工程時に軟かいコアガラスが溶融し、そし
て圧力上昇により、コアロッドの真の寸法および形状に
歪みが与えられることになりうる。
コアロッドが溶融して下方に移動し前記穴に流入するの
を防止するためには次の方法を用いてもよい。すなわち
、それらのロッドの上端部55が拡大され、ロッドが穴
48に挿入されると、その拡大された端部が端面43に
固着しかつプリフォームから突出するようになされる。
その拡大された端部は、端部を炎で加熱しそしてその端
部を1つの表面に圧接して膨出させることによって形成
されうる。ロッドの拡大された端部は、ロッドの穴の隣
接壁との間の空間の脱気を阻害しない。
第5図に示された構体が従来の線引き用炉内に挿入され
かつ第2図に示されているように延伸される。ガラスロ
ッド56は延伸工程を開始するためにプリフォーム42
の端部に融着されうる。この延伸工程時に、ロッド50
は軟化しそして穴48の壁に接着する。このようにして
、格子、間隙、泡等を実質的に含まない一体的なプリフ
ォームが形成される。
この延伸工程時には、プリフォーム42の上端に真空コ
ネクタが固着されることが好ましい。これにより、ロッ
ド50と穴48の壁との間の間隙内に存在するガスおよ
び水蒸気の量が最少限に抑えられる。真空コネクタを装
着するための好ましい方法は次の通りである。すなわち
、穴48にロッド50を挿入する前に、シリカのような
高温ガラスのチューブ58が表面43に融着される。チ
ューブ58の外径はプリフォーム42の外径と同二であ
ることが好ましい。プリフォーム42にチューブ58が
溶着される前にロッド50が挿入されたとすると、その
ロッド50内のより軟いガラスが流動して、ロッドとプ
リフォームとの間の間隙を充満することになりうる。従
って、プリフォームの端部43に真空が印加された場合
、その真空は穴48の下端部と連通され得ない。
プリフォームとは反対側のチューブ58の端部は内方に
テーパされうる。このようなテーパはチユーブを炎加工
することによって形成されうる。
チューブのテーパ端部の直径は、それにチューブ50を
挿入できるのに十分なだけ大きくなければならない。ロ
ッド50が穴48に挿入されて後に、チューブ58にガ
ラス取付具60が溶着される。
ガラス取付具60の端部には研磨されたガラ各・ジヨイ
ント62が設けられ、このジヨイントに真空コネクタ6
4が装着されうる。
最初に形成されたプリフォームが全体にわたって均一な
組成を有している場合、すなわち最初からコア部分を有
していない場合には、そのプリフォームに予め定められ
た数の穴を設け、それぞれの穴にコアガラスのロッドを
挿入することができる。
第6図は光ファイバをカプラに接続するために用いられ
うる2つの異なる方法を示している。カプラ66は2つ
のコア67および68を具備している。カプラ66の一
端にはファイバ69および70が接着剤71によって固
着される。ファイバをこのような方法で接続する場合に
は、ファイバはカプラのコアに心合されそして接着剤が
硬化するまでその心合状態に保持されなければならない
から、この接続法は厄介でかつ時間がかかる。
カプラ66の他の端部にはキャップ73が固着されてお
り、このキャップ73はカプラ・コア67および68に
心合された2つの開孔74を有している。ファイバ75
および76は穴74に挿入される場合、コア67および
68にそれぞれ心合される。
ファイバが延長しているカプラを提供するための改良さ
れた方法が第7〜9図に示されている。
第5図に示された形式のものであるが中央のコア44を
含んでいない均質なコアガラス塊に2つの穴をコア・ド
リルによってカプラ・プリフォームが形成されうる。塊
46は、ファイバ50の材料よりも所定の溶剤に溶解し
やすい、あるいはファイバ50のクラッド54よりも溶
解しやすい材料で形成されている。例えば、ファイバ5
0はケイ酸ゲルマニアコア52およびシリカ・クラッド
54よりなる。これらのガラス、特にシリカ・クラソド
は、フッ化水素酸でのエツチングに対して耐性を有して
いる。塊46はシリカよりもフッ化水素酸に溶解しやす
いボロ・ゲルマニア・シリケート°ガラス(boro 
germania 5ilicate glass)で
形成されうる。塊46内のB2O3およびG e O2
の量は塊46の屈折率がシリカ・クラッドの屈折率と実
質的に同じかあるいはそれよりも小さくなるように、調
節されることが好ましい。
上述したプリフォームが延伸されかつ切断されて複数の
ユニットとなされ(第2図)そして中央部を細化されて
後に(第3図および第3a図)、そのようにして得られ
たユニット81の端部が第7図に示されているように酸
浴80に懸下される。
この酸がマトリクス・ガラス84をエツチングまたは溶
解させ、それによって第8図に示されているようにファ
イバ端部82および83を端面85から突出した状態に
する。ユニット81の長さは、突出するファイバ82お
よび83の所望の長さを与えるのに十分でなければなら
ない。酸に浸漬されるユニット81の長さはそれの半径
よりもはるかに大きいから、エツチングによってファイ
バ82および83が相当に短くなる前に、酸がそれらの
ファイバからクラッド材料をエツチングして半径内方に
溶解させる。
ユニット81の他端部は、その中のファイバ82および
83の端部を露呈させるために、酸に浸漬される。この
ようにして第9図に示されているようなカプラ87が形
成される。カプラから突出したファイバは他のファイバ
に融着されるかあるいはコネクタ構体に嵌入されうる。
第5図のプリフォームで用いられるファイバの最初の直
径および第2図の延伸工程で生ずる寸法の減少は、カプ
ラから突出したファイバがそれに接続されるべきファイ
バと同じ直径を有するように選定される。
エツチング工程の間じゅう、ユニット81が酸内の同じ
レベルにある場合には、端面85は比較的平坦になるで
あろう。ファイバはその平坦な端面において容易に破断
される。従って、好ましい方法では、エツチング工程の
全期間のあいだに、ユニット81を酸浴から徐々に部分
的に引き上げ3す ることが行なわれる。第8図に示されているようにテー
パを有する端面を形成するためには、ユニットはエツチ
ング工程のあいだに数センチメートルだけ引き上げられ
ればよい。マトリクス・ガラスをファイバから徐々にテ
ーパされることによって、より強じんなカプラが得られ
る。
ファイバ82および83に光ファイバを結合するのを容
易にするためには、それらのファイバ82および83が
端面85から少なくとも1.01だけ突出しているべき
であると考えられる。上述したエツチング法によって、
0.5mもファイバが突出したカプラが形成された。
マトリクス・ガラス46はファイバ50の材料よりも溶
解しやすい任意の材料よりなりうる。利用されうる材料
が米国特許第4.112170号に記載されている。そ
の米国特許に記載されているB a OB2O3S i
 02ガラスは、それと−緒に用いられるケイ酸鉛ガラ
スよりも硝酸内でより容易に浸出しうる。他の方法とし
ては、コーニング・グラス・ワークスからr Phof
o−CeramJという商品名で市販されている感光性
ガラスでエツチング可能な材料を構成する方法がある。
このガラスは、エツチングされるべき部分を紫外線に選
択的に露光させることによって処理される。次に、この
材料は約592℃で約30分間、熱処理される。そのよ
うに露光されたガラスは、フン化水素酸の12%水溶液
によって、露光されていないガラスよりもはるかに速い
エツチング速度で浸食される。
結合距離はわずかに約1〜10cm程度でありうるとと
もに結合されたファイバのクラッド間の距離は10μm
であることが好ましいので、カプラが構成される光減衰
特性は、長さの大きいファイバが作成されるガラスの特
性はど重要ではないことがわかる。
以上においては単一のカプラ・ユニットのエツチングに
ついて説明されたが、より経済的に製造するためには、
同じ浴で複数のユニットが同時にエッチソゲされうる。
本発明の方法は単一モードまたは多モードのカブラを作
成するために用いられうろことが理解されるべきである
。カプラ内のコアの屈折率分布は、そのカプラに接続さ
れるべきファイバの屈折率分布と同じでありうる。はと
んどの多モード・ファイバが、帯域幅を最適にするため
に、約2.0のα値を有している。多モード・カプラの
α値は、結合を改善しかつ添接損失を最小限に抑えるた
めに、約3〜10との間でありうる。ステップインデッ
クス(α=oo)カプラは結合をさらに改善するが、カ
プラ・ピッグテール(coupler pigtail
)とα値が約2の従来の多モード・ファイバとの添接部
分における損失がより大きい。
第1図のマトリクス・ガラス16は溶融のような任意の
適当な方法によって形成されうるが、化学気相沈積(C
VD)によって作成されれば、それによって得られるガ
ラスは超高純度であり、従ってカプラは極めて低い損失
で動作しろるので、好ましい。第4図のマトリクス・ガ
ラス33は炭酸化バーナによって沈積されるものとして
示されている。第5図の塊42はCVD法によって容易
に作成されうる。CVD法によれば非常に純粋なガラス
が沈積されうるが、それによって得られる塊またはプリ
フォームは多数の同心状の層からなる。各層間には若干
の屈折率変化が存在するから、このような積層ガラスで
形成されたカプラでは、各層の厚さがそのカプラを通じ
て伝播されるべき光の波長よりも小さくなければ、散乱
損失が生じうる。CVD法で作成されたカプラの場合に
は、延伸比、すなわち、多コア型カプラ・ロッド20(
第2図)の長さとカプラ・プリフォーム10(第1図)
の長さの比は、線条の存在により生ず暮屈折率の最大値
がタララドガラスの屈折率より大きければ、沈積された
ガラス層の厚さを光の波長よりも小さくなるように減少
させるのに十分でなければならない。
第10図は本発明の方法によって作成された反射型スタ
ー・カプラ88を示している。それの一端部から光ファ
イバ89が突出している。反対側の端面ば研磨されて、
カプラの長手方向の軸線に実質的に直交した表面となさ
れている。銀の層のような反射面90が研磨された端面
上に沈積されている。
本発明は、例えば米国特許第4415230号、第44
78489号および第4493530号に記載されてい
る型式のファイバ間にエネルギを結合させるのに有効な
偏波面保存型カブラを製造するのに容易に適合しうる。
第11図に示されているように、カプラ・プリフォーム
10′は、偏波面保存型単一モード・ファイバ・プリフ
ォーム92および93が存在するマトリクス・ガラスの
塊16′よりなりうる。ファイバ・プリフォーム92お
よび93はそれぞれ、長方形の内側クラッド層によって
包囲されたコアを具備している。円形の外表面を有する
応力タララドガラスの外側層が内側クラッド層を包囲し
ている。応力クラッドガラスの熱膨張係数(TCE)は
内側クラッドガラスのそれとは異なっている。
応力タララドガラスの外側は純粋なシリカよりなり、エ
ツチング液での溶解に対して耐性を有したものでありう
る。プリフォーム10′の両側面は、接続されるべき単
一偏波面の単一モード・ファイバと一緒にカプラを配向
させるのを容易にするために、鋸をかけられるかあるい
は研磨されて平坦な面となされうる。
カプラ・プリフォーム10′は第5図に関連して説明さ
れた方法で作成されうる。エツチング可能なガラスの塊
に平行な穴が形成される。両側面は平坦に研磨される。
第11図に示されている型式の偏波面保存型単一モード
・プリフォームが各穴に挿入され、この場合、それらの
プリフォームを適切に配向させるように注意が払われる
。このようにして得られたプリフォームは第2図、第3
゜図および第7図に示された処理工程にかけられる。
応力タララドガラスの各側層は純粋なシリカで構成され
、従ってエツチング液による溶解に対して耐性を有する
ものでありうる。
第12図のカプラ・プリフォーム10“は、偏波面保存
型単一モード・ファイバ・プリフォーム96および97
が配置されるマトリクス・ガラスの塊16“よりなる。
ファイバ・プリフォーム96および97はそれぞれ、純
粋なシリカよりなり、従ってエツチング液による溶解に
対して耐性を有しうるクラッドガラスの層によって包囲
されたコアを具備している。コアの両側には、クラッド
ガラスとは異なる熱膨張係数を有する2本の応力ガラス
・ロッドが直径方向に配置されている。カプラ・プリフ
ォーム16“は第11図に関連して説明されたのと同様
の方法で形成されうる。
エツチング法によってカプラを形成するための好ましい
方法が米国特許出願第765655号に記載されている
。その方法によれば、マンドレルがガラス・スート沈積
用バーナに関して回転運動と直線往復運動をさせられた
。そのマンドレル上に、B2031x重量%、GeO2
0,1重量%およびSiO□82.9重量%よりなるス
ート・プリフォームが沈積された。そのマンドレルが除
去され、そしてプリフォームが焼結されて、軸方向の開
孔を有する塊が形成された。
米国特許第4486212号に開示されているスート沈
積技術によって単一モード型光ファイバ・プリフォーム
が作成された。その場合、コアは880210重量%お
よびSiO□90重量%で形成された。クラッドは純粋
なSiO□で形成された。このようにして得られたブラ
ンクは52韮の直径を有していたが、延伸されて直径7
1mのロッドとなされた。このロッドの一部分が回転運
動と直線往復運動をさせられ、その間に、上記塊を形成
するために用いられたポロ・ゲルマニア・シリケートス
ートと同じ組成の被覆がそれに添着された。このように
して得られたプリフォームは焼結されそして熱いままで
再延伸炉に移され、そこで延伸されて直径1.5Nのロ
ッドとなされた。このロッドは約22c+nの長さの片
に切断された。そのロッドは、それの被覆と残部との間
の膨張不整合に基因する亀裂(fracture)を防
止するためにトーチを用いて切断された。
2本のロッドが両端を融着され、そして一端にノブが形
成された。それらのロッドは塊の開孔に挿入され、そし
て上記ノブによってその塊の頂部から懸下された。その
塊の頂部に真空コネクタが固着され、開孔が脱気された
。この場合、その開孔の底は閉塞されている。このよう
にして得られたカプラ・プリフォームが約1950℃に
加熱され、そして延伸されて直径3Hの多コア型カプラ
・ロッドとなされた。そのロッドが長さ15艶のユニッ
トに切断された。
各ユニットは第3図および第3a図に示された型式の装
置で細くなされた。そのユニットはまずリング・バーナ
に挿通され、そしてそれの端部が下方ステージ27と上
方ステージ28にクランプされた。バーナが点火されそ
して最初にリング状の炎がユニットの位置a (第3a
図参照)に向けて内方に放出された。ステージ28は0
.035cm/秒の一定の速度で下方に移動しはじめ、
ステージ60は0.075 Cl11/秒の速度で下方
に移動しはじめた。ステージ60の移動速度が速いこと
により、ユニット21は固定したリング・バーナ内を下
方に移動するにともなって細長くなされた。ステージ2
7の速度は、バーナ58の相対位置がユニット53上の
位置aから位置すまで移動するあいだに0.075■/
秒から0.5CIII/秒まで直線的に増大した。ステ
ージ27の速度は、バーナ58の相対位置が位置Cに合
致するまで、0.5cm/秒にとどまっていた。その後
、ステージ60の速度は、バーナの相対位置が位置dに
達して0.05■/秒の速度となるまで、直線的に低下
した。その時点で、炎が消滅し、両方のステージが移動
を停止した。
延伸されたユニットは長さが18cmで、両方のテーパ
領域におけるテーパ角度θは約3″であった。コアがユ
ニットの中心に非常に近い位置にあったので、コアのテ
ーパ角度は約0.03’であると推定された。細くされ
た領域の直径は約0.75’amであった。各テーパ領
域の長さは約1cmであり、かつ結合領域の長さは約5
印であった。
ユニットの一端部は、マトリクス・ガラスがファイバか
ら溶解されたのが観察されるまで、50%HF中に6c
+nの深さまで約2z時間のあいだ浸漬された。エツチ
ング液程のあいだに、ユニットは数センチメートルだけ
引き上げられ、テーパ付き端面が形成された。その後で
、ユニットの反対側の端部においてエツチング工程が繰
り返えされた。そのようにした得られたカプラは長さが
180であり、かつ各端部から長さ6an、直径125
μmのファイバが突出していた。結合領域においてファ
イバを分離しているエツチング可能なガラスの厚さは約
2μmであったと推定される。
上述の方法は1550nmで使用するための3dB単一
モード型カプラを構成するために用いられた。このよう
なカプラは損失が1dB以下であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法で利用されうるガラス・プリフォ
ームを示す図、第2図はロッドを形成するためにプリフ
ォームを延伸する状態を示す概略図、第3図および第3
a図は切断されたユニットを、それの中央領域に内方の
テーパをつけるために、加熱しかつ延伸する状態を概略
的に示す図、第4図および第5図は第1図のプリフォー
ムを作成する方法を示す図、第6図はカプラに光ファイ
バを接続するための種々の方法を示す図、第7図はマト
リクス・ガラスの一部分を除去してその中のファイバの
端部を露呈させるためのエツチング方法を示す図、第8
図はエツチング処理後のカプラ・ユニットを示す図、第
9図は本発明に従って形成された透過型のカプラの斜視
図、第10図は本発明に従って形成された反射型カプラ
の斜視図、第11図および第12図は単一偏波面型単一
モード・カプラを形成するために用いられうるカプラ・
プリフォームの断面図である。 図面において、10はカプラ・プリフォーム、12.1
3はコア、21はユニット、22はバーナ、23は中央
領域、31はプリフォーム、32はバーナ、33はクラ
ッド・スートの被覆、42はプリフォーム、44はコア
部分、46はクラッド部分、48は穴、50はガラス・
ロッド、54はタララドガラスの層、66はカプラ、6
7.68はコア、69.70はファイバをそれぞれ示す

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の溶剤に比較的容易に溶解するマトリクス・ガ
    ラスよりなり2つの端面を有する細長い塊と、 前記塊内で長手方向に延長しかつ少なくとも1つの端面
    から突出しており、コアと、前記マトリクス・ガラスよ
    りも前記溶剤に溶解しにくいクラッドガラスの外側層を
    有する複数の光ファイバとを具備しており、 前記塊の中央領域とこの中央領域における前記光ファイ
    バの直径が前記塊の端面における直径よりも小さくなさ
    れており、かつ前記光ファイバが前記端面におけるより
    も前記中央領域においてより接近しているようになされ
    たことを特徴とする低損失ファイバオプティク・カプラ
    。 2、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    マトリクス・ガラスの屈折率が前記光ファイバの外側ク
    ラッドガラスの屈折率に実質的に等しいかあるいはそれ
    よりも小さい前記カプラ。 3、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    塊の両端から複数の光ファイバが延長している前記カプ
    ラ。 4、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    塊の一端からだけ複数の光ファイバが延長しており、前
    記塊の他の端部は反射性の端面を有している前記カプラ
    。 5、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    ファイバが突出している端面がテーパしていて、前記ユ
    ニットが前記端面の周囲で最も短く、かつ前記ファイバ
    の近傍において軸線方向により細長くなされている前記
    カプラ。 6、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    塊の中央領域における前記コアの直径が前記塊の端面に
    おける直径の1/20よりも小さくないようになされた
    前記カプラ。 7、特許請求の範囲第1項記載のカプラにおいて、前記
    端面から前記光ファイバが少なくとも1cmだけ突出し
    ている前記カプラ。 8、コアガラスよりも屈折率の低いガラスのマトリクス
    中を長手方向に延長しかつ互いに離間された複数のガラ
    スコアを有するカプラ・プリフォームを形成し、 前記プリフォームを加熱しかつ延伸して、ガラスロッド
    を形成し、 前記ロッドを切断して、前記コアが端面と同一面関係に
    ある複数のユニットを形成し、 前記ユニットのそれぞれの中央領域に熱を加え、前記加
    熱された中央領域を細長くしかつ内方にテーパをつける
    ように前記ユニットのそれぞれの一端部を他端部に関し
    て引張り、それによって前記ユニットのコアを、そのユ
    ニットの端部においてよりも前記中央領域においてより
    接近させるとともにそのコアの直径をより小さくするこ
    とを特徴とする、光ファイバ用カプラの製造方法。 9、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記熱
    を加える工程と前記引張る工程が、加熱されたゾーンを
    設け、その加熱されたゾーンと前記ユニットとの間に相
    対運動を与え、そして前記加熱されたゾーンに対する前
    記ユニットの相対位置に大きさが依存する引張り力を前
    記ユニットに加える工程よりなる前記方法。 10、特許請求の範囲第9項記載の方法において、前記
    熱を加える工程および引張る工程のあいだ、前記加熱さ
    れたゾーンを固定しており、かつ前記方法は、前記ユニ
    ットの一端部を前記加熱されたゾーンから離れる方向に
    移動させ、かつ前記ユニットの他の端部を前記一端部と
    同じ方向ではあるがより低い瞬時速度で移動させること
    を含む前記方法。 11、特許請求の範囲第10項記載の方法において、前
    記ユニットの前記他の端部の移動速度が一定である前記
    方法。 12、特許請求の範囲第10項記載の方法において、前
    記ユニットの前記一端部の移動速度が、遷移領域の形成
    時に徐々に上昇し、そして第2の遷移領域の形成時に徐
    々に低下する前記方法。 12、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記
    引張る工程が、前記ユニットの端部における前記コアの
    直径の約1/20より小さくない値まで前記コアの直径
    を減寸させるのに十分な程度だけ引張ることよりなる前
    記方法。 14、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記
    カプラ・プリフォームを形成する工程が、化学気相沈積
    によって生成されたガラスのマトリクス中を延長してい
    て互いに離間した複数のガラスコアを有するプリフォー
    ムを形成することよりなり、それにより、前記カプラが
    伝播する光の波長λより大きい厚さを有する屈折率線条
    を形成させ、さらに前記加熱しかつ延伸する工程が、前
    記カプラ・プリフォームを、それの直径を減少させるの
    に十分な程度だけ、延伸させ、それにより、前記線条の
    それぞれの半径をλより大きくないようにすることより
    なる前記方法。 15、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記
    カプラ・コアのそれぞれと心合した状態で前記カプラの
    端面の少なくとも1つから延長している複数の光ファイ
    バを設ける工程をさらに含んでいる前記方法。 16、特許請求の範囲第15項記載の方法において、前
    記カプラ・コアのそれぞれが前記端面で終端しており、
    前記複数の光ファイバを設ける工程が、前記光ファイバ
    のうちの1つを、1つのカプラ・コアが1つの端面で終
    端する位置に接着することを含む前記方法。 17、特許請求の範囲第15項記載の方法において、前
    記カプラのコアがカプラの端面で終端しており、前記複
    数の光ファイバを設ける工程が、複数の穴を有しており
    かつそれらの穴のうちの1つが端面で終端したカプラ・
    コアの1つと心合している終端キャップを前記カプラの
    少なくとも1つの端部に固着させ、かつ前記終端キャッ
    プの穴のそれぞれに前記光ファイバの1つを挿入するこ
    とよりなる前記方法。 18、特許請求の範囲第15項記載の方法において、前
    記マトリクス・ガラスが所定の溶剤に容易に溶解され、
    前記カプラ・コアのそれぞれが、前記溶剤での溶解に対
    して比較的耐性のクラッドガラスの層によって包囲され
    ており、かつ前記複数の光ファイバを設ける工程が、前
    記ユニットの少なくとも1つの端部を前記溶剤の浴に浸
    漬してそのユニットの端部から前記マトリクス・ガラス
    の浸漬された領域を溶解することを含み、それによって
    、前記ユニット・コアの端部と前記溶剤に対して耐性を
    有するクラッドガラスの包囲層を露呈させ、前記ユニッ
    トの端部における溶解されなかったマトリクス・ガラス
    が1つの端面を形成し、前記コアのそれぞれと溶解され
    なかったクラッドガラスの包囲層が前記端面から突出し
    たファイバを形成するようにした前記方法。 19、特許請求の範囲第18項記載の方法において、前
    記浸漬させる工程が、前記ユニットの前記端部のうちの
    少なくとも1つを前記浴内に所定の深さだけ浸漬させ、
    そして前記マトリクス・ガラスが溶解しているあいだに
    前記ユニットを前記浴から部分的に引き上げることより
    なり、テーパ付き端面を形成するとともに、前記突出し
    たファイバを補強する前記方法。 20、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記
    マトリクス・ガラスが所定の溶剤に比較的容易に溶解さ
    れ、かつ前記カプラ・コアのそれぞれが、前記溶剤での
    溶解に対して比較的耐性のクラッドガラスの層によって
    包囲されるようになし、さらに前記方法は、前記ユニッ
    トの一端部を前記溶剤の浴に浸漬してマトリクス・ガラ
    スの浸漬された領域を溶解させ、それによって前記ユニ
    ット・コアの端部と前記溶剤に対して耐性を有するガラ
    スの包囲層を露呈させ、かつ前記ユニットの他端部に光
    反射性被覆を適用する工程を含む前記方法。 21、特許請求の範囲第8項記載の方法において、前記
    カプラ・プリフォームを形成する工程が、所定の溶剤に
    容易に溶解するマトリクス・ガラスの細長い塊を設け、
    この塊に長手方向に延長した穴を形成し、前記溶剤での
    溶解に対して比較的耐性のクラッドガラスの層によって
    包囲された前記コアガラスの軸方向領域を具備した複数
    のファイバ・プリフォームを設け、そして前記穴のそれ
    ぞれに前記ファイバ・プリフォームのうちの1つを挿入
    することよりなされ、前記方法はさらに、前記引張り工
    程の後で、前記ユニットの一端部を前記溶剤の浴に浸漬
    してマトリクス・ガラスの浸漬された領域、ユニット・
    コア、および溶剤に対して耐性を有するクラッドガラス
    の包囲層を溶解する工程を含み、それによってマトリク
    スガラスの残部から延長するようにした前記方法。
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