多モードファイバを含むオプティカルカプラ、およびその製造方法
【課題】少数のモードを伝搬するフューモードファイバー（ＦＭＦ）を中心に有する多モードポンプファイバーのバンドルと、ラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）とを接続した、光カプラを提供する。
【解決手段】中央のＦＭＦ１０と、それを取り囲む複数の多モードファイバー１６，１８をバンドルし、融着領域２０内で融着一体化する。ついでバンドル端は、ラージエリアコア２８および内側のクラッディング３０を有し、外側のポリマークラッディング３２がはぎ取られたＬＡＣＤＣＦ２６の端２５に、アラインされ、スプライスされる。この時、バンドル中央のＦＭＦ１０からラージエリアコア２８まで基本モード送信を保存するために、適切なモードモードフィールド直径の調節によりスプライシングされる。
【解決手段】中央のＦＭＦ１０と、それを取り囲む複数の多モードファイバー１６，１８をバンドルし、融着領域２０内で融着一体化する。ついでバンドル端は、ラージエリアコア２８および内側のクラッディング３０を有し、外側のポリマークラッディング３２がはぎ取られたＬＡＣＤＣＦ２６の端２５に、アラインされ、スプライスされる。この時、バンドル中央のＦＭＦ１０からラージエリアコア２８まで基本モード送信を保存するために、適切なモードモードフィールド直径の調節によりスプライシングされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野
本発明は、一般に光ファイバカプラに関する。
特に本発明は、それらの中心にアフューモードファイバー（ａ ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）を含んでいる多モードファイバーのバンドルを、ラージコアエリアダブルクラッドファイバーにカップリングするための光ファイバカプラに関する。本発明は、さらにそのようなカプラの製造方法を提供する。
【０００２】
本発明の背景
多モード光ファイバは、通信網、センサシステム、アビオニクスおよび航空宇宙産業、医療機器、ファイバーバンドル、およびファイバー増幅器およびレーザのような多くの用途に使用される。これらの用途のほとんどにおける基礎的構成要素のうちの1つは、多モードファイバーカプラであり、それはパワースプリッター、タップカプラ、スターカプラあるいはパワーコンバイナーのようないくつかの異なる形式をとることができる。
これらのコンポーネントはすべて本質的にいくつかの多モードファイバーを使用し、それらを機械的にそれらを保持するか、またはそれらを一緒にねじることによりそれらをともに束ね、入力から出力までファイバー間のカップリングを引き起こすために構造物は融着され、および／またはテーパーにされる。このカップリングの基礎的な記述は、Ｋａｗａｓａｋｉらの米国特許４，２９１，９４０に記載される。それは、2つの多モードファイバーが並んで置かれ、次に熱源を使用して融着される場合、1つのファイバーから別のファイバーに幾分かの光学的力の移動があることを明らかにする。そのような移動は、構造物が引っぱられ、テーパーにされるとともに増加させられることができる。
【０００３】
基礎的な融着−テーパーのコンセプトは、その後の多くの特許、たとえば米国特許４，３９２，７１２および４，３３０，１７０に使用され、この手順が２以上のファイバーに使用することができ、それにより、ＭｘＮ（Ｍはファイバーの入力数で、Ｎはファイバーの出力数である）、の融着−テーパーバンドルができることが明白になった。さらに、融着されテーパーづけられるプロセスはさらに、たとえば米国特許４，４２６，２１５および４，５５０，９７４に記載されるようないくつかのさらなる改良を受けた。ここでは、融着−テーパー多モードファイバーバンドルの中のパワー分布の均一性を改善するためのいくつかの技術が開示された。特には、米国特許４，５５０、９７４は、現在「カットアンドフューズ」プロセスとして知られる技術を開示し、これは融着されテーパーされた多モードファイバーバンドルがカットされ、ついで再度一緒に融着されてより良好なモードスクランブリング効果、すなわちより良好な均一性を与える。このプロセスから、同じ２つのカプラハーフをともに融着させる必要がなく、２つの異なるカプラハーフを使用することができることは早期に明白になり、それによりＭ ｘ Ｎカプラを作る別の方法が作り出された。
【０００４】
多モードファイバーの用途が発展するにつれ、このプロセスの利益を受ける別の用途が生じた。ダブルクラッドファイバー増幅器あるいはレーザはある種のファイバー、ダブルクラッドファイバー（ＤＣＦ）を使用し、これはイッテルビウム、エルビウムあるいはネオジウムのような希土類元素のイオンでドープされたシングルモードコアを有し、はるかに大きな直径のオプティカルクラッディングにより囲まれている。このクラッディングは高度の多モード導波管であり、それはより低い屈折率である別のオプティカルクラッディングより囲まれ、それはポリマークラッディングであることができる。ＤＣＦコアを通して伝播する光学信号を増幅するために、希土類元素のイオンを光学的にポンプする必要がある。ポンプ光パワーは、シングルモードファイバー増幅器と同じ方法によりコア内に注入することができる。しかし、ダブルクラッドの目的は、コアを囲む内側のクラッディング内にポンプパワーを注入することができるということである。クラッディングモードのうちのいくつかがコアを通して移動するので、それらは希土類元素のイオンにエネルギーを供給し、信号の増幅を可能にする。さらに、内側のクラッディングがコアよりはるかに大きいので、多くのポンプレーザー光線を入力し、コア中でポンプレーザーを波長多重または偏光多重するのでなくて、クラッディング中で空間的に多重化することが可能である。したがって、シングルモードファイバー増幅器と比較して、非常に大量のポンプパワーが増幅用のＤＣＦにおいて利用可能である。
【０００５】
いくつかのＤＣＦ増幅器あるいはレーザでは、カップリングは、ダブルクラッディング内へレンズとミラーを通してポンプパワーをカップリングする、バルクオプティクスによって達成される。米国特許５、８６４、６４４は、「カットアンドフューズ」技術と同様なアプローチを使用して、多モードテーパーバンドルを行う方法を開示する。ここでは、第２のカプラハーフがＤＣＦと置き換えられる。この特許は、シングルモードファイバーのバンドル内に含まれ、ＤＣＦのシングルモードコアに接続され、信号をカプラを通して伝達し、増幅または減衰され、カプラが反対のポンプ配置（すなわち、ポンプパワーおよび信号は反対方向に入る）で使用される場合に、増幅器を出てゆく信号のロスを最小にする方法を開示する。この構造の修正は米国特許６，４３４，３０２に示される。そこでは、よりよい性能のために、テーパーにされたバンドルおよびＤＣＦ構造は、高められた利得効率用モード分布を改善するために、ＤＣＦの直径よりさらにテーパーにしなければならないと述べられている。
【０００６】
高パワーアンプおよびレーザにおいて、ポンプに利用可能な力がより大きくなるにつれて、増幅器またはレーザの出力も、ドープしたガラス中の光の強度が十分に大きくなりガラスを破損するか、またはラマンまたはブリュアン散乱のような不適当な非線形の影響を生ずるまで大きくなる。したがって、ＤＣＦファイバーの新しい世代が、これらの高パワー状況に対処するために開発された。これらのファイバーは大きなコア領域を有し、その結果、パワーが大きくても、コア中の強度は適切なままである。コア導波管のインデックスステップを減少させても、大きなコアは必ずしもレーザ波長のシングルモードではない。ファイバーコアはアフューモードである。そのモードで増幅されるコア基本モードを注意深く励起しなければならず、それが最良の出力ビームを生じさせる。米国特許５，８６４、６４４および６，４３４，３０２は、シングルモード接続のみを取り扱い、この問題を取り扱っていない。シングルモード接続は単純である。なぜなら、テーパーにされたファイバーバンドルとＤＣＦの間のスプライスが悪くても、接続中の基本モード以外に何も励起することができないからである。アフューモードの場合では、この接続は増幅器を適切に機能させるために重大である。
【０００７】
したがって、それらの中心にアフューモード信号ファイバーを有する多モードポンプファイバーのバンドルと、ラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）との接続を提供するカプラへの必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ＬＡＣＤＣＦに接続されるべき、それらの中心にアフューモードファイバーを有する多モードファイバーの融着されたファイバーバンドルのオプティカルカプラを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、そのようなカプラ中のアフューモードコアのモーダルコンテント（ｍｏｄａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）を保存する、インプットエンドフューズドファイバー表面あるいはファイバーバンドル横断面ジオメトリーを提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、ＬＡＣＤＣＦへのファイバーバンドルのアラインメントおよびスプライシングを含む、上記の言及された特性を有するカプラの製造方法を提供することである。他の目的および発明の利点は以下の記述から明白になるだろう。
【００１１】
知られているように、シングルモードファイバーは通常９ミクロン以内のモードフィールド直径を持っている。アフューモードファイバーは通常３０−５０ミクロンのモードフィールド直径を持ち、多モードファイバーは一般に５０ミクロン以上のコアモードフィールド直径を持つ。さらに、ＬＡＣＤＣＦでは、コアは、アフューモードファイバーのコアの直径に類似するモードフィールド直径を持っている。
【００１２】
シングルモード接続では、テーパーにするプロセスでは、モードフィールド直径は減少ではなく増加するので、同じモードフィールド直径を有する２つのコアを取り扱う。
米国特許６，４３４，３０２に開示されているように、シングルモードファイバーを含んでいるファイバーのバンドルをテーパーすることによって、ＤＣＦシングルモードコアのモードに、テーパーされたバンドルのシングルモードコアのモードフィールドを一致させることができる。しかしながら、２つのファイバーコアがシングルモードになるポイントまでバンドルをテーパーにしなければ、これをアフューモードファイバーで達成することは可能ではない。したがって、アフューモードファイバーのバンドルにＬＡＣＤＣＦを接続することにおける基本的な相違は、信号を伝搬するアフューモードファイバーは、（シングルモードファイバーの場合のように）単純にテーパーにするだけで接続を達成することができず、ＬＡＣＤＣＦのモモーダルコンテントと一致するように作られなければならないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によって、本質的に、次のものを含むオプティカルカプラが提供される：
（ａ） 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーは、それを通って光学信号が送信されるシグナルファイバーである；
（ｂ） 内側のクラッディングおよびより低い屈折率を有する外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、該外側のクラッディングはポリマーで作られることができ、外側のクラッディングがポリマーで作られている場合に該ＬＡＣＤＣＦの末端では外側のクラッディングが取り除かれ、該末端はインプットエンドで終了し、その内側クラッディングはあらかじめ決定された外周長さを有し、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンド内に送信される光学信号が入力される、
（ｃ） ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの周囲内にフィットする、周囲長さを有するアウトプットエンドを有する融着エンド部分を有するバンドル；および
（ｄ） アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦまで基本モード送信を保存するような方法で、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
【００１４】
バンドルの多モードファイバーの末端部分も、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの周囲内にフィットするために、融着される前にテーパーされることができる。
【００１５】
本発明の方法は本質的に次のものを含む：
（ａ） 中央のアフューモードファイバーと、複数の取り囲む多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりにほぼ対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること；
（ｂ） ラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、外側のポリマークラッディングを有する場合には、該外側ポリマークラッディングをそのエンド部分から除去し、該エンド部分は所定の周囲長さの内側クラッディングを有するＬＡＣＤＣＦインプットエンドで終了するエンド部分を有するものを提供すること；
（ｃ） バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること；および
（ｄ） アフューモードファイバーのコアがＬＡＣＤＣＦのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、バンドルの融着されたアウトプットエンドをＬＡＣＤＣＦのインプットエンドにスプライスすること。
【００１６】
バンドルのアウトプットエンドでの多モードファイバーも、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側のクラッディングの周囲内にフィットするために、融着されるに先立ってテーパーされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明は、図面を参照して説明される：
【図１】図１は、２本の多モードファイバー、および中心にある１本のアフューモードファイバーを含む３本のファイバーのバンドルが、ＬＡＣＤＣＦに接続されている、本発明にのカプラ配置の概要の側面図である；
【図２】図２は、Ａ−Ａ行目に沿った図１のスプライシング領域の断面図である；
【図３】図３は、図１に示されたカプラの透視図である；
【図４】図４は、２本より多い多モードファイバー、および中心にある１本のアフューモードファイバーを含むバンドルが、ＬＡＣＤＣＦに接続されている、本発明のカプラ配置の概要の側面図である；
【図５】図５は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする前に、シングルモードファイバーのコアが拡張され、アフューモードファイバーのコアに接続される、本発明の実施態様の概要の側面図である；
【図６】図６は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする直前に、シングルモードファイバーのコアがアフューモードファイバーのレベルまで拡張される、本発明の異なる実施態様の概要の側面図である；
【図７】図７は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする前に、アフューモードファイバーのコアがバンドリングの前に拡張され、その後バンドル融着領域内で、適当なモードサイズに融着され、テーパーされる、本発明の実施態様の概要の側面図である；
【図８】図８Ａ−８Ｋは、本発明の範囲内として使用することができる異なるフアイバーバンドル配置の概要の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の詳細な説明
本発明の好ましい実施態様が、図面を参照しつつ説明されるが、同一部品は同じ参照番号によって示される。図１の中で示される実施態様では、アフューモードファイバー１０が提供され、これは５０ミクロンの直径のコア１２および１２５ミクロンの直径のクラッディング１４を有する。このアフューモードファイバー１０は２つの多モードファイバー１６および１８とバンドルされ、該バンドルは融着領域２０内で融着される。多モードファイバー１６、１８は各々、１０５ミクロンの直径のコア２２および１２５ミクロンの直径のクラッディング２４を有する。３つのファイバーは融着の前に３７５ミクロンの長さ方向での周囲長さを有し、融着の後に３５０ミクロンになる。この構造の融着された端はついでぴったりと合わされ、５０ミクロンの直径のラージエリアコア２８および３５０ミクロンの直径の内側のクラッディング３０を有するＬＡＣＤＣＦ２６の端２５に、アラインされ、スプライスされた。第２の外側のポリマークラッディング３２は、スプライシング領域３４でスプライシングのに先立って、ＬＡＣＤＣＦのエンド部分２７からはぎ取られた。ポリマーがスプライシング中に燃えないように、ポリマークラッディングがはぎ取られる。しかしながら、ポリマーではない外側のクラッディングが使用される場合、スプライシング領域の近くの内側のクラッディングからそれを剥ぐ必要はない。一旦カプラがこのように作られれば、それは、適切な基板に結合されてパッケージにされ、コンポーネントのアラインメントを保存する。
【００１９】
図２は、図１のカプラ配置のＡ−Ａ線、すなわち本質的にスプライシング位置に沿った図１の横断面図である。多モードファイバー１６および１８とバンドルされ、融着された、コア１２を有するアフューモードファイバー１０は、そのモーダルコンテントがコア１２に対応するラージエリアコア２８（図１中に示される）を有するＬＡＣＤＣＦ２６と整列され、スプライシングされる。ファイバー１０、１６および１８の融着されたバンドルのとＬＡＣＤＣＦファイバー２６をスプライシングする際、バンドルの周囲はＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング３０の周囲内にフィットするように適応され、必要な場合、そのようなサイズを達成するためにテーパーされるべきである。この周囲は、ＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング３０のエンド２５の全表面をカバーする必要はない。しかし、重要なことは、バンドルおよびアフューモードファイバーがＬＡＣＤＣＦと、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信が保持されるようにアラインされることである。本質的に、これは、コア１２がラージエリアコア２８と正確にモード的にアラインされるべきであることを意味する。これは、アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置、たとえば適切なレンズを通してファイバーのエンドフェイスを映し出すカメラで、ＬＡＣＤＣＦの入力でモーダルコンテントをモニタすることにより行うことができる。その後、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルとＬＡＣＤＣＦをアラインさせる。その後、スプライシングされ、モーダルフィールドは再びチェックされ、モーダルコンテントが変わらないことを確認する。モーダルコンテントがスプライスのために変わっているか損失のある場合には、これはスプライスのストレスによることがある。その後、モーダルコンテントを最適化するためにスプライスを再加熱し再加工する必要がある。モードをモニタする場合、ＬＡＣＤＣＦファイバーは、測定に影響を与えるモードカップリングを防ぐために、まっすぐ、あるいは若干の張力を加えた状態にあることが好ましい。そのような測定も、最良の結果を生むために、オペレーションの波長で、あるいは非常にそれに近い波長で行われるのがよい。
【００２０】
図３は本発明のカプラの透視図を表わす。図３はアフューモードファイバー１０が多モードファイバー１６および１８の間の中間に位置し、ＬＡＣＤＣＦファイバー２６と、スプライシングエンド２５で融着され、スプライスされることを示す。スプライシングエンド２５の近く、すなわち、エンド部分２７で、ポリマーの外側クラッディング３２は取り除かれている。その結果、スプライシングは、ＬＡＣＤＣＦ２６の内側のクラッディングの周囲内で行われている。ポリマーではない外側クラッディングが使用されても、スプライシングは、ＬＡＣＤＣＦ２６の内側クラッディングの周囲内で行われる場合がある。しかし、エンド部分２７からそのような外側クラッディングを取り除く必要はない。
【００２１】
さらに、多モードファイバー１６、１８．．Ｎの任意の適切な数の、アフューモードファイバー１０のまわりでバンドルされた多モードファイバーを使用することが可能である。したがって、例えば、さらに、１２５ミクロンの直径を持っているアフューモードファイバー１０のまわりに、１２５ミクロンの直径を持っている６つの多モードファイバーを配置することができる。これらのファイバーは、融着領域２０内で融着され、ＬＡＣＤＣＦの内側クラッディング３０の周囲内にフィットするようにされ、アフューモードファイバー１０からＬＡＣＤＣＦ２６まで基本モード送信を保存しつつ、ＬＡＣＤＣＦファイバー２６へ、エンド２５でスプライシング領域３４内でスプライスされた。既に記述されたとおり、これは、コア１２および２８の適切なモードのアラインメントにより達成される。
【００２２】
図４に示された異なる実施態様においては、例えば、１２５ミクロンのアフューモードファイバー１０のまわりにバンドルされた、２２０ミクロンの直径を持っている７つの多モードファイバー１７Ｎを使用することができる。ファイバー１７Ｎは、融着領域２０でそれらを融着させる前に１２５ミクロンの直径にテーパーされる。その後、それらは、フィード−トラフのモーダルコンテントを保存するようにアラインされた後に、ＬＡＣＤＣＦのエンド２５に、スプライシング領域３４でＬＡＣＤＣＦファイバー２６にスプライスされる。
【００２３】
一般に、外側の多モードファイバーをテーパーする場合、以下の比率以上にそれらをテーパーするべきでない：
Ｒ＝ρ０／ρｉ＝ＮＡＭＭ／ＮＡＤＣＦ
Ｒは最大のテーパー比である。
ρ０は多モードファイバーの最終直径である。
ρｉは多モードファイバーの最初の直径である。
ＮＡＭＭは多モードファイバーの開口数である。
ＮＡＤＣＦはＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング導波管の開口数である。
【００２４】
外側の多モードファイバーをテーパーする場合、上記のテーパー比が維持されることを条件に、任意の適当な数のそのようなファイバーをバンドルし、ついでアフューモードファイバーのまわりで融着することができる。いくつかのそのようなバンドル配置は図８Ａから８Ｌに示され、以下で議論される。
【００２５】
本発明のさらなる実施態様は図５、６および７に示される。これはダブルクラッドファイバーのラージエリアコアへの信号ファイバーのモードフィールド直径の調節に関する。
【００２６】
すなわち、図５では、本発明は、５０ミクロンのコア２８を有するＬＡＣＤＣＦファイバー２６への、６ミクロンのコア１３を有するシングルモードファイバーである信号ファイバー１１のモードフィールド直径の調節を提供する。これは、１５で示されるようなコアのサイズを増加させるためのモードコンバーターを提供し、所定の長さのアフューモードファイバーに２１でスプライスし、融着領域２０内に提供されるアフューモードファイバーの５０ミクロンのコア１２とそれを接続することにより行われる。その後、アフューモードファイバーは多モードファイバー１６，１８と、融着領域２０で融着され、既に記載されたようにしてスプライシング領域３４でＬＡＣＤＣＦ２６とスプライスされた。その結果、コア１２および２８は、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存して連結される。
【００２７】
図６に示された別の実施態様では、モードコンバーターを使用して拡張し、シングルモードファイバーを所定の長さのアフューモードファイバーにスプライスするのではなく、１９で単一モードファイバー１１のコア１３を広げ、コア１３がスプライシング表面２５の近くの融着領域２０内で広げられ、それによってファイバー１１がスプライシング領域３４に通じる数センチメートルにわたりアフューモードになるようにし、スプライシング領域においてＬＡＣＤＣＦ２６とアラインされスプライスされるために、モードコンバーターを提供することができる。この配置は、バンドルの中で提供される過渡的なアフューモードファイバーがないこと以外は、図５の中で示されるものに類似している。
【００２８】
図７に示される実施態様は、図４に示されたような周囲のファイバー１７Ｎをテーパーにするにつれて、細くされたアフューモードファイバー１０のコア１２の拡張を提供する。融着されたバンドルの直径がＬＡＣＤＣＦの内部クラッディングの直径より大きいため、または上記の比率Ｒについて表わされる開口数の関係のために、これ以上外側の多モードファイバーをテーパーにすることができない場合のような、アフューモードファイバーをテーパーにしなければならないバンドルの特別のデザインのために、このような構成が採られることがある。そのような場合には、たとえば融着領域２０内の位置２３で、前述されたモードコンバーターを使用して、アフューモードファイバー１０のコア１２を拡張し、スプライシング領域３４に導くことができる。スプライシング表面２５でのアフューモードファイバーのコアが、ＬＡＣＤＣＦ２６のコア２８と一致し、フィード−スルーの必要なモーダルコンテントを生成するように、この拡張は行われる。追加のテーパーリングが行われる場合、ポンプファイバーの合計のテーパリングは、前述されたＲ比率を超えるべきでないことに留意することは重要である。その比率より過剰のすべてのテーパリングは、余分なロスを引き起こすだろう。
【００２９】
図５、６および７に関して前述されたモードコンバーターは、ファイバーコア中のドーパントとして存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズ、すなわちモードを増大させるように、ファイバーを高温に加熱することにより通常作られる。そのような拡散過程の１つのポイントで、拡張したコアのモードフィールド直径は、ＤＣＦのラージエリアコアのそれと等しくなる。このポイントで、加熱は停止され、モードコンバージョンは完了する。
【００３０】
様々なバンドル、特にはテーパーにされたバンドルでは、できるだけアフューモードファイバーの周囲の対称性を尊重し、融着プロセスは非対称的なアフューモードファイバーのコアの変形を起こさないことが重要である。そうでないと、良好なスプライスを与えることを困難にする。しかしながら、ファイバーの数がたとえば１９を越えるように多い場合、信号ファイバーがファイバーバンドルの中心に本質的に保持される限り、構造の対称を保存することにあまりに注意深くなる必要がない。高い融着と外側の多モードファイバーのテーパリングをしても、コアの変形は無視できるだろう。
【００３１】
図８Ａから８Ｌは、ＬＡＣＤＣＦとカップリングされるバンドル内の、本発明に従って使用することができる異なるファイバー配置を例証する。これらの配置が制限的ではないことは留意されるべきである。
【００３２】
すなわち、図８Ａは、３×１または（２＋１）×ｌの配置を示し、たとえば既に図１、２および３において示されたように、３つのファイバーが１つのＬＡＣＤＣＦとカップリングされる。この場合、中央の信号ファイバーＦＭＦはアフューモードファイバーであり、２つの外側のポンプファイバＭＭＦは多モードファイバーである。
図８Ｂは、４×ｌまたは（３＋１）×l配置を示し、ＦＭＦは中央にあり、３つのＭＭＦはそれを対称的に囲む。
図８Ｃおよび８Ｄは、本発明に従って使用することができる、５×１あるいは（４＋１）×ｌバンドルの２つの対称な配置を例示する。ＦＭＦは中央に位置し、ＭＭＦファイバーに対称的に囲まれる。
図８Ｅおよび８Ｆは６×１あるいは（５＋１）×ｌの２つの配置を示す。図８Ｅでは、ＦＭＦは同じ直径の５つのＭＭＦファイバーに囲まれる。また、図８Ｆでは、中央のＦＭＦは５つのより大きなＭＭＦポンプファイバーに囲まれる。
図８Ｇは、中央のＦＭＦが、同じサイズの６つのＭＭＦポンプファイバーにより囲まれる、７×１または（６＋１）×ｌ配置を示す。
図８Ｈは、中央のＦＭＦが９つの周囲のＭＭＦポンプファイバーより著しく大きい、（９＋１）×ｌ配置を例示する。
図８Ｉは、中央のＦＭＦが１８の周囲のＭＭＦポンプファイバーより大きい、（１８＋１）×１配置を示す。この場合、２、３の周囲のファイバーのみがＭＭＦファイバーとして示されたが、それらのすべてはＭＭＦファイバーであることができる。すべてのポートが必要ではない場合には、それらのいくつかはダミーのファイバー、すなわちコアのない純粋なシリカファイバーで置き換えることができる。
図８Ｊは、中央のＦＭＦが、同じサイズの１８のＭＭＦファイバーにより囲まれる、１９×１または（１８＋１）×ｌ配置を示す。再び、ＭＭＦポートのうちのいくつかが必要でない場合、それらはダミーのファイバーと取り替えることができ、これはすべての配置に当てはまる。
図８Ｋは、大きな直径のＦＭＦが１８のＭＭＦポンプファイバーにより取り囲まれる、１９×１または（１８＋１）×１配置を示す。
最後に、図８Ｌは、中央のＦＭＦが、同じサイズの３６のＭＭＦポンプファイバーにより囲まれる、３７×１または（３６＋１）×ｌ配置を示す。
【００３３】
例として、ポンプファイバーを半分に減らすために、ポンプファイバーの直径を１２５ミクロンから６５ミクロンに減らすと、図８Ｈに示されるように、１２５ミクロンの信号ファイバーのまわりに９つのファイバーを置くことができる。さらに図８Ｉに示されるようなに、１つの信号ファイバーのまわりの１８のポンプファイバーの配置を形成するために、ポンプファイバーの別の層を加えることができる。図８Ｋに示されるように、信号ファイバーを囲む２７のポンプファイバーを生成するためにポンプファイバーの追加の層をさらに加えることができる。２７のポンプファイバーで、配置は４００ミクロンの直径のＬＡＣＤＣＦの内にフィットする。
【００３４】
さらなる例において、ポンプファイバーが０．２２の開口数で直径が２２０ミクロンである場合、それらを１２５ミクロンの直径にし、１２５ミクロンの中央の信号ファイバーのまわりにそれらをバンドルすることができる。図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｇ、８Ｊおよび８Ｌに例示されるように、ファイバーがすべて等しいサイズである配置を生成することができる。図８Ｇで示される７×１、図８Ｊで示される１９×１、および図８Ｌで示される３７×１の配置は最密配置であり、スペースがファイバー間に本質的に残されていないことを意味している。
【００３５】
本発明の範囲は上記の具体的な実施態様に限定されないことは留意されるべきである。当該技術分野における当業者にとって自明な種種の改良を、本発明の技術的範囲および特許請求の範囲の記載から離れて行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野
本発明は、一般に光ファイバカプラに関する。
特に本発明は、それらの中心にアフューモードファイバー（ａ ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）を含んでいる多モードファイバーのバンドルを、ラージコアエリアダブルクラッドファイバーにカップリングするための光ファイバカプラに関する。本発明は、さらにそのようなカプラの製造方法を提供する。
【０００２】
本発明の背景
多モード光ファイバは、通信網、センサシステム、アビオニクスおよび航空宇宙産業、医療機器、ファイバーバンドル、およびファイバー増幅器およびレーザのような多くの用途に使用される。これらの用途のほとんどにおける基礎的構成要素のうちの1つは、多モードファイバーカプラであり、それはパワースプリッター、タップカプラ、スターカプラあるいはパワーコンバイナーのようないくつかの異なる形式をとることができる。
これらのコンポーネントはすべて本質的にいくつかの多モードファイバーを使用し、それらを機械的にそれらを保持するか、またはそれらを一緒にねじることによりそれらをともに束ね、入力から出力までファイバー間のカップリングを引き起こすために構造物は融着され、および／またはテーパーにされる。このカップリングの基礎的な記述は、Ｋａｗａｓａｋｉらの米国特許４，２９１，９４０に記載される。それは、2つの多モードファイバーが並んで置かれ、次に熱源を使用して融着される場合、1つのファイバーから別のファイバーに幾分かの光学的力の移動があることを明らかにする。そのような移動は、構造物が引っぱられ、テーパーにされるとともに増加させられることができる。
【０００３】
基礎的な融着−テーパーのコンセプトは、その後の多くの特許、たとえば米国特許４，３９２，７１２および４，３３０，１７０に使用され、この手順が２以上のファイバーに使用することができ、それにより、ＭｘＮ（Ｍはファイバーの入力数で、Ｎはファイバーの出力数である）、の融着−テーパーバンドルができることが明白になった。さらに、融着されテーパーづけられるプロセスはさらに、たとえば米国特許４，４２６，２１５および４，５５０，９７４に記載されるようないくつかのさらなる改良を受けた。ここでは、融着−テーパー多モードファイバーバンドルの中のパワー分布の均一性を改善するためのいくつかの技術が開示された。特には、米国特許４，５５０、９７４は、現在「カットアンドフューズ」プロセスとして知られる技術を開示し、これは融着されテーパーされた多モードファイバーバンドルがカットされ、ついで再度一緒に融着されてより良好なモードスクランブリング効果、すなわちより良好な均一性を与える。このプロセスから、同じ２つのカプラハーフをともに融着させる必要がなく、２つの異なるカプラハーフを使用することができることは早期に明白になり、それによりＭ ｘ Ｎカプラを作る別の方法が作り出された。
【０００４】
多モードファイバーの用途が発展するにつれ、このプロセスの利益を受ける別の用途が生じた。ダブルクラッドファイバー増幅器あるいはレーザはある種のファイバー、ダブルクラッドファイバー（ＤＣＦ）を使用し、これはイッテルビウム、エルビウムあるいはネオジウムのような希土類元素のイオンでドープされたシングルモードコアを有し、はるかに大きな直径のオプティカルクラッディングにより囲まれている。このクラッディングは高度の多モード導波管であり、それはより低い屈折率である別のオプティカルクラッディングより囲まれ、それはポリマークラッディングであることができる。ＤＣＦコアを通して伝播する光学信号を増幅するために、希土類元素のイオンを光学的にポンプする必要がある。ポンプ光パワーは、シングルモードファイバー増幅器と同じ方法によりコア内に注入することができる。しかし、ダブルクラッドの目的は、コアを囲む内側のクラッディング内にポンプパワーを注入することができるということである。クラッディングモードのうちのいくつかがコアを通して移動するので、それらは希土類元素のイオンにエネルギーを供給し、信号の増幅を可能にする。さらに、内側のクラッディングがコアよりはるかに大きいので、多くのポンプレーザー光線を入力し、コア中でポンプレーザーを波長多重または偏光多重するのでなくて、クラッディング中で空間的に多重化することが可能である。したがって、シングルモードファイバー増幅器と比較して、非常に大量のポンプパワーが増幅用のＤＣＦにおいて利用可能である。
【０００５】
いくつかのＤＣＦ増幅器あるいはレーザでは、カップリングは、ダブルクラッディング内へレンズとミラーを通してポンプパワーをカップリングする、バルクオプティクスによって達成される。米国特許５、８６４、６４４は、「カットアンドフューズ」技術と同様なアプローチを使用して、多モードテーパーバンドルを行う方法を開示する。ここでは、第２のカプラハーフがＤＣＦと置き換えられる。この特許は、シングルモードファイバーのバンドル内に含まれ、ＤＣＦのシングルモードコアに接続され、信号をカプラを通して伝達し、増幅または減衰され、カプラが反対のポンプ配置（すなわち、ポンプパワーおよび信号は反対方向に入る）で使用される場合に、増幅器を出てゆく信号のロスを最小にする方法を開示する。この構造の修正は米国特許６，４３４，３０２に示される。そこでは、よりよい性能のために、テーパーにされたバンドルおよびＤＣＦ構造は、高められた利得効率用モード分布を改善するために、ＤＣＦの直径よりさらにテーパーにしなければならないと述べられている。
【０００６】
高パワーアンプおよびレーザにおいて、ポンプに利用可能な力がより大きくなるにつれて、増幅器またはレーザの出力も、ドープしたガラス中の光の強度が十分に大きくなりガラスを破損するか、またはラマンまたはブリュアン散乱のような不適当な非線形の影響を生ずるまで大きくなる。したがって、ＤＣＦファイバーの新しい世代が、これらの高パワー状況に対処するために開発された。これらのファイバーは大きなコア領域を有し、その結果、パワーが大きくても、コア中の強度は適切なままである。コア導波管のインデックスステップを減少させても、大きなコアは必ずしもレーザ波長のシングルモードではない。ファイバーコアはアフューモードである。そのモードで増幅されるコア基本モードを注意深く励起しなければならず、それが最良の出力ビームを生じさせる。米国特許５，８６４、６４４および６，４３４，３０２は、シングルモード接続のみを取り扱い、この問題を取り扱っていない。シングルモード接続は単純である。なぜなら、テーパーにされたファイバーバンドルとＤＣＦの間のスプライスが悪くても、接続中の基本モード以外に何も励起することができないからである。アフューモードの場合では、この接続は増幅器を適切に機能させるために重大である。
【０００７】
したがって、それらの中心にアフューモード信号ファイバーを有する多モードポンプファイバーのバンドルと、ラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）との接続を提供するカプラへの必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ＬＡＣＤＣＦに接続されるべき、それらの中心にアフューモードファイバーを有する多モードファイバーの融着されたファイバーバンドルのオプティカルカプラを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、そのようなカプラ中のアフューモードコアのモーダルコンテント（ｍｏｄａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）を保存する、インプットエンドフューズドファイバー表面あるいはファイバーバンドル横断面ジオメトリーを提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、ＬＡＣＤＣＦへのファイバーバンドルのアラインメントおよびスプライシングを含む、上記の言及された特性を有するカプラの製造方法を提供することである。他の目的および発明の利点は以下の記述から明白になるだろう。
【００１１】
知られているように、シングルモードファイバーは通常９ミクロン以内のモードフィールド直径を持っている。アフューモードファイバーは通常３０−５０ミクロンのモードフィールド直径を持ち、多モードファイバーは一般に５０ミクロン以上のコアモードフィールド直径を持つ。さらに、ＬＡＣＤＣＦでは、コアは、アフューモードファイバーのコアの直径に類似するモードフィールド直径を持っている。
【００１２】
シングルモード接続では、テーパーにするプロセスでは、モードフィールド直径は減少ではなく増加するので、同じモードフィールド直径を有する２つのコアを取り扱う。
米国特許６，４３４，３０２に開示されているように、シングルモードファイバーを含んでいるファイバーのバンドルをテーパーすることによって、ＤＣＦシングルモードコアのモードに、テーパーされたバンドルのシングルモードコアのモードフィールドを一致させることができる。しかしながら、２つのファイバーコアがシングルモードになるポイントまでバンドルをテーパーにしなければ、これをアフューモードファイバーで達成することは可能ではない。したがって、アフューモードファイバーのバンドルにＬＡＣＤＣＦを接続することにおける基本的な相違は、信号を伝搬するアフューモードファイバーは、（シングルモードファイバーの場合のように）単純にテーパーにするだけで接続を達成することができず、ＬＡＣＤＣＦのモモーダルコンテントと一致するように作られなければならないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によって、本質的に、次のものを含むオプティカルカプラが提供される：
（ａ） 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーは、それを通って光学信号が送信されるシグナルファイバーである；
（ｂ） 内側のクラッディングおよびより低い屈折率を有する外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、該外側のクラッディングはポリマーで作られることができ、外側のクラッディングがポリマーで作られている場合に該ＬＡＣＤＣＦの末端では外側のクラッディングが取り除かれ、該末端はインプットエンドで終了し、その内側クラッディングはあらかじめ決定された外周長さを有し、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンド内に送信される光学信号が入力される、
（ｃ） ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの周囲内にフィットする、周囲長さを有するアウトプットエンドを有する融着エンド部分を有するバンドル；および
（ｄ） アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦまで基本モード送信を保存するような方法で、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
【００１４】
バンドルの多モードファイバーの末端部分も、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの周囲内にフィットするために、融着される前にテーパーされることができる。
【００１５】
本発明の方法は本質的に次のものを含む：
（ａ） 中央のアフューモードファイバーと、複数の取り囲む多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりにほぼ対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること；
（ｂ） ラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、外側のポリマークラッディングを有する場合には、該外側ポリマークラッディングをそのエンド部分から除去し、該エンド部分は所定の周囲長さの内側クラッディングを有するＬＡＣＤＣＦインプットエンドで終了するエンド部分を有するものを提供すること；
（ｃ） バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること；および
（ｄ） アフューモードファイバーのコアがＬＡＣＤＣＦのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、バンドルの融着されたアウトプットエンドをＬＡＣＤＣＦのインプットエンドにスプライスすること。
【００１６】
バンドルのアウトプットエンドでの多モードファイバーも、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側のクラッディングの周囲内にフィットするために、融着されるに先立ってテーパーされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明は、図面を参照して説明される：
【図１】図１は、２本の多モードファイバー、および中心にある１本のアフューモードファイバーを含む３本のファイバーのバンドルが、ＬＡＣＤＣＦに接続されている、本発明にのカプラ配置の概要の側面図である；
【図２】図２は、Ａ−Ａ行目に沿った図１のスプライシング領域の断面図である；
【図３】図３は、図１に示されたカプラの透視図である；
【図４】図４は、２本より多い多モードファイバー、および中心にある１本のアフューモードファイバーを含むバンドルが、ＬＡＣＤＣＦに接続されている、本発明のカプラ配置の概要の側面図である；
【図５】図５は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする前に、シングルモードファイバーのコアが拡張され、アフューモードファイバーのコアに接続される、本発明の実施態様の概要の側面図である；
【図６】図６は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする直前に、シングルモードファイバーのコアがアフューモードファイバーのレベルまで拡張される、本発明の異なる実施態様の概要の側面図である；
【図７】図７は、ＬＡＣＤＣＦとスプライシングする前に、アフューモードファイバーのコアがバンドリングの前に拡張され、その後バンドル融着領域内で、適当なモードサイズに融着され、テーパーされる、本発明の実施態様の概要の側面図である；
【図８】図８Ａ−８Ｋは、本発明の範囲内として使用することができる異なるフアイバーバンドル配置の概要の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の詳細な説明
本発明の好ましい実施態様が、図面を参照しつつ説明されるが、同一部品は同じ参照番号によって示される。図１の中で示される実施態様では、アフューモードファイバー１０が提供され、これは５０ミクロンの直径のコア１２および１２５ミクロンの直径のクラッディング１４を有する。このアフューモードファイバー１０は２つの多モードファイバー１６および１８とバンドルされ、該バンドルは融着領域２０内で融着される。多モードファイバー１６、１８は各々、１０５ミクロンの直径のコア２２および１２５ミクロンの直径のクラッディング２４を有する。３つのファイバーは融着の前に３７５ミクロンの長さ方向での周囲長さを有し、融着の後に３５０ミクロンになる。この構造の融着された端はついでぴったりと合わされ、５０ミクロンの直径のラージエリアコア２８および３５０ミクロンの直径の内側のクラッディング３０を有するＬＡＣＤＣＦ２６の端２５に、アラインされ、スプライスされた。第２の外側のポリマークラッディング３２は、スプライシング領域３４でスプライシングのに先立って、ＬＡＣＤＣＦのエンド部分２７からはぎ取られた。ポリマーがスプライシング中に燃えないように、ポリマークラッディングがはぎ取られる。しかしながら、ポリマーではない外側のクラッディングが使用される場合、スプライシング領域の近くの内側のクラッディングからそれを剥ぐ必要はない。一旦カプラがこのように作られれば、それは、適切な基板に結合されてパッケージにされ、コンポーネントのアラインメントを保存する。
【００１９】
図２は、図１のカプラ配置のＡ−Ａ線、すなわち本質的にスプライシング位置に沿った図１の横断面図である。多モードファイバー１６および１８とバンドルされ、融着された、コア１２を有するアフューモードファイバー１０は、そのモーダルコンテントがコア１２に対応するラージエリアコア２８（図１中に示される）を有するＬＡＣＤＣＦ２６と整列され、スプライシングされる。ファイバー１０、１６および１８の融着されたバンドルのとＬＡＣＤＣＦファイバー２６をスプライシングする際、バンドルの周囲はＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング３０の周囲内にフィットするように適応され、必要な場合、そのようなサイズを達成するためにテーパーされるべきである。この周囲は、ＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング３０のエンド２５の全表面をカバーする必要はない。しかし、重要なことは、バンドルおよびアフューモードファイバーがＬＡＣＤＣＦと、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信が保持されるようにアラインされることである。本質的に、これは、コア１２がラージエリアコア２８と正確にモード的にアラインされるべきであることを意味する。これは、アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置、たとえば適切なレンズを通してファイバーのエンドフェイスを映し出すカメラで、ＬＡＣＤＣＦの入力でモーダルコンテントをモニタすることにより行うことができる。その後、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルとＬＡＣＤＣＦをアラインさせる。その後、スプライシングされ、モーダルフィールドは再びチェックされ、モーダルコンテントが変わらないことを確認する。モーダルコンテントがスプライスのために変わっているか損失のある場合には、これはスプライスのストレスによることがある。その後、モーダルコンテントを最適化するためにスプライスを再加熱し再加工する必要がある。モードをモニタする場合、ＬＡＣＤＣＦファイバーは、測定に影響を与えるモードカップリングを防ぐために、まっすぐ、あるいは若干の張力を加えた状態にあることが好ましい。そのような測定も、最良の結果を生むために、オペレーションの波長で、あるいは非常にそれに近い波長で行われるのがよい。
【００２０】
図３は本発明のカプラの透視図を表わす。図３はアフューモードファイバー１０が多モードファイバー１６および１８の間の中間に位置し、ＬＡＣＤＣＦファイバー２６と、スプライシングエンド２５で融着され、スプライスされることを示す。スプライシングエンド２５の近く、すなわち、エンド部分２７で、ポリマーの外側クラッディング３２は取り除かれている。その結果、スプライシングは、ＬＡＣＤＣＦ２６の内側のクラッディングの周囲内で行われている。ポリマーではない外側クラッディングが使用されても、スプライシングは、ＬＡＣＤＣＦ２６の内側クラッディングの周囲内で行われる場合がある。しかし、エンド部分２７からそのような外側クラッディングを取り除く必要はない。
【００２１】
さらに、多モードファイバー１６、１８．．Ｎの任意の適切な数の、アフューモードファイバー１０のまわりでバンドルされた多モードファイバーを使用することが可能である。したがって、例えば、さらに、１２５ミクロンの直径を持っているアフューモードファイバー１０のまわりに、１２５ミクロンの直径を持っている６つの多モードファイバーを配置することができる。これらのファイバーは、融着領域２０内で融着され、ＬＡＣＤＣＦの内側クラッディング３０の周囲内にフィットするようにされ、アフューモードファイバー１０からＬＡＣＤＣＦ２６まで基本モード送信を保存しつつ、ＬＡＣＤＣＦファイバー２６へ、エンド２５でスプライシング領域３４内でスプライスされた。既に記述されたとおり、これは、コア１２および２８の適切なモードのアラインメントにより達成される。
【００２２】
図４に示された異なる実施態様においては、例えば、１２５ミクロンのアフューモードファイバー１０のまわりにバンドルされた、２２０ミクロンの直径を持っている７つの多モードファイバー１７Ｎを使用することができる。ファイバー１７Ｎは、融着領域２０でそれらを融着させる前に１２５ミクロンの直径にテーパーされる。その後、それらは、フィード−トラフのモーダルコンテントを保存するようにアラインされた後に、ＬＡＣＤＣＦのエンド２５に、スプライシング領域３４でＬＡＣＤＣＦファイバー２６にスプライスされる。
【００２３】
一般に、外側の多モードファイバーをテーパーする場合、以下の比率以上にそれらをテーパーするべきでない：
Ｒ＝ρ０／ρｉ＝ＮＡＭＭ／ＮＡＤＣＦ
Ｒは最大のテーパー比である。
ρ０は多モードファイバーの最終直径である。
ρｉは多モードファイバーの最初の直径である。
ＮＡＭＭは多モードファイバーの開口数である。
ＮＡＤＣＦはＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング導波管の開口数である。
【００２４】
外側の多モードファイバーをテーパーする場合、上記のテーパー比が維持されることを条件に、任意の適当な数のそのようなファイバーをバンドルし、ついでアフューモードファイバーのまわりで融着することができる。いくつかのそのようなバンドル配置は図８Ａから８Ｌに示され、以下で議論される。
【００２５】
本発明のさらなる実施態様は図５、６および７に示される。これはダブルクラッドファイバーのラージエリアコアへの信号ファイバーのモードフィールド直径の調節に関する。
【００２６】
すなわち、図５では、本発明は、５０ミクロンのコア２８を有するＬＡＣＤＣＦファイバー２６への、６ミクロンのコア１３を有するシングルモードファイバーである信号ファイバー１１のモードフィールド直径の調節を提供する。これは、１５で示されるようなコアのサイズを増加させるためのモードコンバーターを提供し、所定の長さのアフューモードファイバーに２１でスプライスし、融着領域２０内に提供されるアフューモードファイバーの５０ミクロンのコア１２とそれを接続することにより行われる。その後、アフューモードファイバーは多モードファイバー１６，１８と、融着領域２０で融着され、既に記載されたようにしてスプライシング領域３４でＬＡＣＤＣＦ２６とスプライスされた。その結果、コア１２および２８は、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存して連結される。
【００２７】
図６に示された別の実施態様では、モードコンバーターを使用して拡張し、シングルモードファイバーを所定の長さのアフューモードファイバーにスプライスするのではなく、１９で単一モードファイバー１１のコア１３を広げ、コア１３がスプライシング表面２５の近くの融着領域２０内で広げられ、それによってファイバー１１がスプライシング領域３４に通じる数センチメートルにわたりアフューモードになるようにし、スプライシング領域においてＬＡＣＤＣＦ２６とアラインされスプライスされるために、モードコンバーターを提供することができる。この配置は、バンドルの中で提供される過渡的なアフューモードファイバーがないこと以外は、図５の中で示されるものに類似している。
【００２８】
図７に示される実施態様は、図４に示されたような周囲のファイバー１７Ｎをテーパーにするにつれて、細くされたアフューモードファイバー１０のコア１２の拡張を提供する。融着されたバンドルの直径がＬＡＣＤＣＦの内部クラッディングの直径より大きいため、または上記の比率Ｒについて表わされる開口数の関係のために、これ以上外側の多モードファイバーをテーパーにすることができない場合のような、アフューモードファイバーをテーパーにしなければならないバンドルの特別のデザインのために、このような構成が採られることがある。そのような場合には、たとえば融着領域２０内の位置２３で、前述されたモードコンバーターを使用して、アフューモードファイバー１０のコア１２を拡張し、スプライシング領域３４に導くことができる。スプライシング表面２５でのアフューモードファイバーのコアが、ＬＡＣＤＣＦ２６のコア２８と一致し、フィード−スルーの必要なモーダルコンテントを生成するように、この拡張は行われる。追加のテーパーリングが行われる場合、ポンプファイバーの合計のテーパリングは、前述されたＲ比率を超えるべきでないことに留意することは重要である。その比率より過剰のすべてのテーパリングは、余分なロスを引き起こすだろう。
【００２９】
図５、６および７に関して前述されたモードコンバーターは、ファイバーコア中のドーパントとして存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズ、すなわちモードを増大させるように、ファイバーを高温に加熱することにより通常作られる。そのような拡散過程の１つのポイントで、拡張したコアのモードフィールド直径は、ＤＣＦのラージエリアコアのそれと等しくなる。このポイントで、加熱は停止され、モードコンバージョンは完了する。
【００３０】
様々なバンドル、特にはテーパーにされたバンドルでは、できるだけアフューモードファイバーの周囲の対称性を尊重し、融着プロセスは非対称的なアフューモードファイバーのコアの変形を起こさないことが重要である。そうでないと、良好なスプライスを与えることを困難にする。しかしながら、ファイバーの数がたとえば１９を越えるように多い場合、信号ファイバーがファイバーバンドルの中心に本質的に保持される限り、構造の対称を保存することにあまりに注意深くなる必要がない。高い融着と外側の多モードファイバーのテーパリングをしても、コアの変形は無視できるだろう。
【００３１】
図８Ａから８Ｌは、ＬＡＣＤＣＦとカップリングされるバンドル内の、本発明に従って使用することができる異なるファイバー配置を例証する。これらの配置が制限的ではないことは留意されるべきである。
【００３２】
すなわち、図８Ａは、３×１または（２＋１）×ｌの配置を示し、たとえば既に図１、２および３において示されたように、３つのファイバーが１つのＬＡＣＤＣＦとカップリングされる。この場合、中央の信号ファイバーＦＭＦはアフューモードファイバーであり、２つの外側のポンプファイバＭＭＦは多モードファイバーである。
図８Ｂは、４×ｌまたは（３＋１）×l配置を示し、ＦＭＦは中央にあり、３つのＭＭＦはそれを対称的に囲む。
図８Ｃおよび８Ｄは、本発明に従って使用することができる、５×１あるいは（４＋１）×ｌバンドルの２つの対称な配置を例示する。ＦＭＦは中央に位置し、ＭＭＦファイバーに対称的に囲まれる。
図８Ｅおよび８Ｆは６×１あるいは（５＋１）×ｌの２つの配置を示す。図８Ｅでは、ＦＭＦは同じ直径の５つのＭＭＦファイバーに囲まれる。また、図８Ｆでは、中央のＦＭＦは５つのより大きなＭＭＦポンプファイバーに囲まれる。
図８Ｇは、中央のＦＭＦが、同じサイズの６つのＭＭＦポンプファイバーにより囲まれる、７×１または（６＋１）×ｌ配置を示す。
図８Ｈは、中央のＦＭＦが９つの周囲のＭＭＦポンプファイバーより著しく大きい、（９＋１）×ｌ配置を例示する。
図８Ｉは、中央のＦＭＦが１８の周囲のＭＭＦポンプファイバーより大きい、（１８＋１）×１配置を示す。この場合、２、３の周囲のファイバーのみがＭＭＦファイバーとして示されたが、それらのすべてはＭＭＦファイバーであることができる。すべてのポートが必要ではない場合には、それらのいくつかはダミーのファイバー、すなわちコアのない純粋なシリカファイバーで置き換えることができる。
図８Ｊは、中央のＦＭＦが、同じサイズの１８のＭＭＦファイバーにより囲まれる、１９×１または（１８＋１）×ｌ配置を示す。再び、ＭＭＦポートのうちのいくつかが必要でない場合、それらはダミーのファイバーと取り替えることができ、これはすべての配置に当てはまる。
図８Ｋは、大きな直径のＦＭＦが１８のＭＭＦポンプファイバーにより取り囲まれる、１９×１または（１８＋１）×１配置を示す。
最後に、図８Ｌは、中央のＦＭＦが、同じサイズの３６のＭＭＦポンプファイバーにより囲まれる、３７×１または（３６＋１）×ｌ配置を示す。
【００３３】
例として、ポンプファイバーを半分に減らすために、ポンプファイバーの直径を１２５ミクロンから６５ミクロンに減らすと、図８Ｈに示されるように、１２５ミクロンの信号ファイバーのまわりに９つのファイバーを置くことができる。さらに図８Ｉに示されるようなに、１つの信号ファイバーのまわりの１８のポンプファイバーの配置を形成するために、ポンプファイバーの別の層を加えることができる。図８Ｋに示されるように、信号ファイバーを囲む２７のポンプファイバーを生成するためにポンプファイバーの追加の層をさらに加えることができる。２７のポンプファイバーで、配置は４００ミクロンの直径のＬＡＣＤＣＦの内にフィットする。
【００３４】
さらなる例において、ポンプファイバーが０．２２の開口数で直径が２２０ミクロンである場合、それらを１２５ミクロンの直径にし、１２５ミクロンの中央の信号ファイバーのまわりにそれらをバンドルすることができる。図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｇ、８Ｊおよび８Ｌに例示されるように、ファイバーがすべて等しいサイズである配置を生成することができる。図８Ｇで示される７×１、図８Ｊで示される１９×１、および図８Ｌで示される３７×１の配置は最密配置であり、スペースがファイバー間に本質的に残されていないことを意味している。
【００３５】
本発明の範囲は上記の具体的な実施態様に限定されないことは留意されるべきである。当該技術分野における当業者にとって自明な種種の改良を、本発明の技術的範囲および特許請求の範囲の記載から離れて行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のものを含むオプティカルカプラ：
（ａ） 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーはそれを通って光学信号が送信される信号ファイバーである；
（ｂ）内側クラッディングおよび、より低い屈折率を有する外側クラッディング、およびインプットエンドで終了するエンド部分を有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、その内側クラッディングは予め決定された外周長さを有し、そのＬＡＣＤＣＦのインプットエンドに光学信号が送られる；
（ｃ）該バンドルはアウトプットエンドと融着されたエンド部分を有し、該アウトプットエンドはＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットする周囲を有する；および
（ｄ）アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
【請求項２】
ＬＡＣＤＣＦの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、該ポリマーの外側のクラッディングがＬＡＣＤＣＦのエンド部分から取り除かれる、請求項１記載のオプティカルカプラ。
【請求項３】
ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットさせるために、アウトプットエンドで融着する前に、多モードファイバーがテーパーにされる、請求項１または２記載のオプティカルカプラ。
【請求項４】
アフューモードファイバーのコア中の基本モード送信に影響しないような方法で、多モードファイバーがテーパーにされ融着される、請求項３記載のオプティカルカプラ。
【請求項５】
バンドル化する前にアフューモードファイバーのコアが拡張されている場合、多モードファイバーのテーパリングがアフューモードファイバーのコアを、バンドルのアウトプットエンドの近くで基本モードサイズに減少させる、請求項３記載のオプティカルカプラ。
【請求項６】
アフューモードファイバーはそのアウトプットエンドで、単一モードファイバーから拡張されたコアを有するファイバーである、請求項１、２または３記載のオプティカルカプラ。
【請求項７】
バンドル内において、複数の多モードファイバーがアフューモードファイバーの周囲に本質的に対称的に配置される、請求項１から６のいずれか１項記載のオプティカルカプラ。
【請求項８】
バンドル中の複数の多モードファイバーの少なくとも１つが、ダミーのファイバーと置き換えられる、請求項１から７のいずれか１項記載のオプティカルカプラ。
【請求項９】
以下を含む、オプティカルカプラを形成する方法：
（ａ） 中央のアフューモードファイバーと、それを取り囲む複数の多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりに本質的に対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること；
（ｂ）内側のクラッディングおよびより低い屈折率の外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、インプットエンドで終了するエンド部分を有し、ＬＡＣＤＣＦの内側クラッディングが所定の外周囲長さを有するものを提供すること；
（ｃ） バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること；および
（ｄ）バンドルの融着されたアウトプットエンドをＬＡＣＤＣＦのインプットエンドに、アフューモードファイバーのコアがＬＡＣＤＣＦのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、スプライスすること。
【請求項１０】
ＬＡＣＤＣＦの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、スプライシングの前に、該ポリマーの外側のクラッディングがＬＡＣＤＣＦのエンド部分から取り除かれる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
融着する前に、多モードファイバーがバンドルのアウトプットエンドでテーパーにされる、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
テーパリングが以下の最大テーパー比により行われる、請求項１１記載の方法：
Ｒ＝ρ０／ρｉ＝ＮＡＭＭ／ＮＡＤＣＦ
Ｒは最大のテーパー比である。
ρｏは多モードファイバーの最終直径である、
ρｉは多モードファイバーの最初の直径である、
ＮＡＭＭは多モードファイバーの開口数である、
ＮＡＤＣＦはＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング導波管の開口数である。
【請求項１３】
多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズに影響を与えないように行われる、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
バンドル化の前にアフューモードファイバーのコアが拡張されていた場合に、多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズを減少させる、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１５】
アフューモードファイバーは、そのバンドルのアウトプットエンドの近くで、初期の単一モードファイバーコアから拡張されたコアを有する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１６】
拡張が、コアのサイズを大きくするために、モードコンバーター手段により行われる、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
拡張が、高温に加熱して、コア中に存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズおよびモードを増大させることにより行われる、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１８】
アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置でＬＡＣＤＣＦのインプットエンドでモーダルコンテントをモニタし、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルのアウトプットエンドとＬＡＣＤＣＦのインプットエンドをアラインさせることにより、アフューモードファイバーのコアとＬＡＣＤＣＦのコアをモード的に正確にアラインさせる、請求項９から１７項のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
ニアフィールド測定装置でモードをモニターする際にＬＡＣＤＣＦが直線上または若干張力のかけられた状態で保持され、測定がオペレーションの波長またはその近傍の波長で行われる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
カプラが適当な基体に結合されることによりパッケージとされ、要素のアラインメントが保存される、請求項１８または１９記載の方法。
【請求項１】
以下のものを含むオプティカルカプラ：
（ａ） 中心にアフューモードファイバーを有する複数の多モードファイバーのバンドルであって、該アフューモードファイバーはそれを通って光学信号が送信される信号ファイバーである；
（ｂ）内側クラッディングおよび、より低い屈折率を有する外側クラッディング、およびインプットエンドで終了するエンド部分を有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、その内側クラッディングは予め決定された外周長さを有し、そのＬＡＣＤＣＦのインプットエンドに光学信号が送られる；
（ｃ）該バンドルはアウトプットエンドと融着されたエンド部分を有し、該アウトプットエンドはＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットする周囲を有する；および
（ｄ）アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドとアラインされスプライスされたバンドルのアウトプットエンド。
【請求項２】
ＬＡＣＤＣＦの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、該ポリマーの外側のクラッディングがＬＡＣＤＣＦのエンド部分から取り除かれる、請求項１記載のオプティカルカプラ。
【請求項３】
ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットさせるために、アウトプットエンドで融着する前に、多モードファイバーがテーパーにされる、請求項１または２記載のオプティカルカプラ。
【請求項４】
アフューモードファイバーのコア中の基本モード送信に影響しないような方法で、多モードファイバーがテーパーにされ融着される、請求項３記載のオプティカルカプラ。
【請求項５】
バンドル化する前にアフューモードファイバーのコアが拡張されている場合、多モードファイバーのテーパリングがアフューモードファイバーのコアを、バンドルのアウトプットエンドの近くで基本モードサイズに減少させる、請求項３記載のオプティカルカプラ。
【請求項６】
アフューモードファイバーはそのアウトプットエンドで、単一モードファイバーから拡張されたコアを有するファイバーである、請求項１、２または３記載のオプティカルカプラ。
【請求項７】
バンドル内において、複数の多モードファイバーがアフューモードファイバーの周囲に本質的に対称的に配置される、請求項１から６のいずれか１項記載のオプティカルカプラ。
【請求項８】
バンドル中の複数の多モードファイバーの少なくとも１つが、ダミーのファイバーと置き換えられる、請求項１から７のいずれか１項記載のオプティカルカプラ。
【請求項９】
以下を含む、オプティカルカプラを形成する方法：
（ａ） 中央のアフューモードファイバーと、それを取り囲む複数の多モードファイバーをバンドルし、取り囲む多モードファイバーが中央のアフューモードファイバーのまわりに本質的に対称的に位置するようにし、それによってアウトプットエンドを有するファイバーのバンドルを形成すること；
（ｂ）内側のクラッディングおよびより低い屈折率の外側のクラッディングを有するラージエリアコアダブルクラッドファイバー（ＬＡＣＤＣＦ）であって、インプットエンドで終了するエンド部分を有し、ＬＡＣＤＣＦの内側クラッディングが所定の外周囲長さを有するものを提供すること；
（ｃ） バンドルのアウトプットエンドを融着し、その周縁が、ＬＡＣＤＣＦのインプットエンドの内側クラッディングの外周囲内にフィットするようにすること；および
（ｄ）バンドルの融着されたアウトプットエンドをＬＡＣＤＣＦのインプットエンドに、アフューモードファイバーのコアがＬＡＣＤＣＦのコアと正確にモード的にアラインされ、アフューモードファイバーからＬＡＣＤＣＦへの基本モード送信を保存するような方法で、スプライスすること。
【請求項１０】
ＬＡＣＤＣＦの外側のクラッディングがポリマークラッディングであり、スプライシングの前に、該ポリマーの外側のクラッディングがＬＡＣＤＣＦのエンド部分から取り除かれる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
融着する前に、多モードファイバーがバンドルのアウトプットエンドでテーパーにされる、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
テーパリングが以下の最大テーパー比により行われる、請求項１１記載の方法：
Ｒ＝ρ０／ρｉ＝ＮＡＭＭ／ＮＡＤＣＦ
Ｒは最大のテーパー比である。
ρｏは多モードファイバーの最終直径である、
ρｉは多モードファイバーの最初の直径である、
ＮＡＭＭは多モードファイバーの開口数である、
ＮＡＤＣＦはＬＡＣＤＣＦの内側のクラッディング導波管の開口数である。
【請求項１３】
多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズに影響を与えないように行われる、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
バンドル化の前にアフューモードファイバーのコアが拡張されていた場合に、多モードファイバーのテーパリングと引き続くバンドルの融着が、アフューモードファイバーのコアのモーダルサイズを減少させる、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１５】
アフューモードファイバーは、そのバンドルのアウトプットエンドの近くで、初期の単一モードファイバーコアから拡張されたコアを有する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１６】
拡張が、コアのサイズを大きくするために、モードコンバーター手段により行われる、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
拡張が、高温に加熱して、コア中に存在するゲルマニウムがクラッディング内へ拡散し、それによりコアのサイズおよびモードを増大させることにより行われる、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１８】
アフューモードファイバーの基本モードを発し、ニアフィールド測定装置でＬＡＣＤＣＦのインプットエンドでモーダルコンテントをモニタし、ガウスモードフィールドが得られるまで、バンドルのアウトプットエンドとＬＡＣＤＣＦのインプットエンドをアラインさせることにより、アフューモードファイバーのコアとＬＡＣＤＣＦのコアをモード的に正確にアラインさせる、請求項９から１７項のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
ニアフィールド測定装置でモードをモニターする際にＬＡＣＤＣＦが直線上または若干張力のかけられた状態で保持され、測定がオペレーションの波長またはその近傍の波長で行われる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
カプラが適当な基体に結合されることによりパッケージとされ、要素のアラインメントが保存される、請求項１８または１９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図８Ｌ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図８Ｌ】
【公開番号】特開２０１２−８８７３３（Ｐ２０１２−８８７３３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７８９０４（Ｐ２０１１−２７８９０４）
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【分割の表示】特願２００６−５２６４９３（Ｐ２００６−５２６４９３）の分割
【原出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（５０６０９３４２９）アイティーエフ テクノロジーズ オプティク インク−アイティーエフ オプティカル テクノロジーズ インク (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【分割の表示】特願２００６−５２６４９３（Ｐ２００６−５２６４９３）の分割
【原出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（５０６０９３４２９）アイティーエフ テクノロジーズ オプティク インク−アイティーエフ オプティカル テクノロジーズ インク (2)
【Ｆターム（参考）】
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