JPH0212207A - 光学的接触結合器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、広くは光学的結合器（光カブラ）に関（７、
更に詳しくは、室温において向上された性能を有すると
ともに大きな熱的作動範囲を有する光学的結合器、およ
び、その作製方法に関する。

〔従来技術、発明が解決しようとする課題〕光学的結合
器（光カブラ）は周知であり、また、そのようなカブラ
を製造し組み立てる種々の方法が提案されている。

偏波面保存形カプラは単一モードカブラの特定の形態の
ものであり、一般に、偏波面保存形または単一偏波面形
光ファイバから作られる。

偏光応答性の単一モードファイバは主として２つの形轢
を有し、１つは、伝搬のための好ましい軸が作られるよ
うにクラッドの内側にほぼ長円形とされたコアを有する
ファイバであり、もう１つは、高速軸および低速軸が作
られてファイバが偏波面保存形となるような複屈折性を
生じさせる応力分布が作られるようにクラッドに対して
異なる膨張係数を存する応力部材を構造体内に具備した
ファイバである。

後者の複屈折性ファイバの方が優勢であり、以下の開示
はこのタイプのものを参照しているが、全てのファイバ
が複屈折性を生じさせてファイバの偏光応答性に影響を
与える機械的および熱的応力の影響を受けるので、後者
の複屈折性ファイバに限られることはない。

有用な偏波面保存形カブラを作るためには、カプラ半割
体や光学的に接触するように組み立てられたカブラを作
る製造および組立プロセスを制御するに際し、ファイバ
内に最初から存在する応力またはプロセスによって誘発
され得る応力に特に注意を払う必要がある。外形も応力
に影響を与える注意すべきファクタである。

ファイバは、応力部材が研磨表面の平面に対して対称に
配置されるように、注意深く応力部材の向きを定めた後
に基板内に埋設される。クラッドおよび応力部材の材料
を除去すると、ファイバの残余部内の内部応力の大きさ
が変化するが、通常は研磨表面に対（７て平行および直
角である応力および複屈折の軸の方向を変化させること
はない。

これはファイバ自体が対称形であることに基づいており
、この特性のためのフフイハ品質の制御は製造プロセス
中におけるカブラの収率の点で重要である。

カブラ半割体は組み立てられたときに、平行な複屈折軸
を有することとなり、高速軸から低速軸へとクロスカッ
プリングがなされることなく、高速軸から高速軸および
低速軸から低速軸への結合がなされることとなる。カブ
ラは光学的接触状態にある２つの半割体からなる研磨フ
ァイバを有し、また、接触状態を作るための幾らかの外
部圧力が基板上に必要とされるので、ファイバに作用す
る外力が存在し、この外部応力は、ファイバ構造によっ
て内的に発生し存在している内部応力に加わる。外部応
力が内部応力と同一方向にある場合、偏光特性は維持さ
れる。外部応力が内部応力と同一方向ではない場合、ク
ロスカップリングによって偏波面保存性が低下される。

半割体を固定すると外部応力が維持されまたは増大され
る傾向となる。

本発明者の米国特許Ｎｏ、４．６８８，８８２における
「基板の固定」の限定の範囲内において、エポキシ樹脂
による一般的な固定方法を除去することや、ファイバに
悪影響を与えることなく、ガラスを端縁の箇所で溶解さ
せることにより基板を固定することはａ益である。この
固定方法によれば、カプラの構成部品が１つ少なくなり
、熱的および機械的耐衝撃性が増大する。溶解を行うた
めには、基板材料が、局部加熱と、非常に低い膨張係数
の場合に現れる大きな熱勾配とに対する高い耐性を有す
ることか必要になる。１つの従来例においては、基板は
溶解のためのスカート端縁を有するように構成され得る
。基板の全体的な質量に対するこのスカート端縁の僅か
な質量およびスカート部の低伝導性により、直角な端縁
よりも大きな熱勾配を生じさせ得る。

溶解は、上記端縁に近接配置したフィラメントからの赤
外線放射による局部加熱またはｌ００６μｍのＣＯ２レ
ーザ放射により行うことができるが、レーザ放射の場合
、薄い表面層における特有の強い吸収がビーム形状およ
び強度の制御によって緩和されねばならない。ファイバ
溶解装置において一般的な電気的アークおよびマイクロ
酸水素火炎を使用することもできる。

膨張係数が非常に小さい基板は後で述べる利点と抵触す
る。この利点は、光学的接触表面に対し直角な方向にお
けるファイバの存効膨張係数に調和する膨張係数を有す
る基板に現れる。この抵触は、後で開示される異なる膨
張係数に対する大きな許容度を可能にする基板形状の構
成によって部分的に解消可能である。

したがって、本発明の目的は、光学的接触領域内のファ
イバ上に外的に誘発される応力が特定形状の基板によっ
て減少されるとともに温度変化に対して低可変性とされ
る、改良形光学的接触結合器およびその製造プロセスを
提供することにある。

本発明の他の目的は、基板が、結合器の中心において光
学的に接触されたファイバ組立体の平均値にできるだけ
近い熱膨係数を大きな温度範囲にわたって有する材料か
らなる、改良形光学的接触結合器およびその製造プロセ
スを提供することにある。

本発明の別の目的は、低偏光応答性を有する単一モード
形低複屈折性ファイバからなる改良形光学的接触結合器
およびその製造プロセスを提供することにある。

〔課項を解決するための手段〕

上記目的のために、本発明の一態様においては、本発明
は、基板内に２つの光学的に接触された光ファイバを備
え、光学的接触領域内でファイバ上に外部から誘発され
る応力が減少される、改良形の光学的接触結合器を提供
する。

本発明の他の態様においては、本発明は、特定形状の基
板と、光学的に接触された一対の光ファイバとを備え、
各ファイバがクラッドとコアとからなり、基板が境むと
ともに、該基板と光ファイバとの膨張係数の差によって
生じる応力を吸収するように形成されている、改良形の
光学的接触結合器を提供する。

本発明の他の目的および利点は添付図面を参照した以下
の説明によって明らかになるであろう。

〔実施例〕

室温において、また、大きな熱的作動範囲にわたって向
上された性能を有する本発明による光学的結合器（光カ
ブラ）は、基板内に支持された２つのファイバの平坦な
研磨表面を光学的に接触させることによって作られる。

これら基板は特有の形状を有しているとともに特有の材
料で作られているので、機械的及び熱的原因による応力
の影響を減少させることができ、また、本発明者による
米国特許出願Ｎｏ、８９８．１．００　（現在は特許Ｎ
ｏ、４．７０７．２０１）に開示されている光学的作用
のための特性を存している。

偏波面保存光ファイバは、光ガイドを形成するに必要な
屈折率の違いを与えるためのドーピングを施したクラッ
ドおよびコアと、クラッドとは異なる膨張係数にして内
部応力を生じさせるためにドーピングされた応力部材と
からなっている。その応力は偏波面保存のための複屈折
性を与える。

基板は、カプラ半割体の研削および研磨を可能にするた
めにファイバクラッドよりも軟質の材料で作られている
ので、研磨されたファイバが少量だけ基板表面の上に配
置されて光学的接触が容易になされるようになる。

熱的安定性の範囲が材料の膨張係数およびカプラの構造
によって影響を受けることは明らかである。本発明の最
も重要な点は、基板の形状が結合領域に可撓性を与える
ように構成可能なことであり、これによって、ファイバ
とは異なる膨張係数を有する基板材料の選択範囲が広が
る。係数を調和させることは熱的作動範囲を更に広げる
点において有益である。

第１図を参照すると、偏波面保存光ファイバ３はクラッ
ド２とコア４を備えている。応力部材６はコアに対し直
径方向に対向配置されているとともに、クラッドよりも
大きな程度まで冷却収縮されており、その結果、矢印５
で示された半径方向の引張りが生じている。その結果、
コアの近傍において、直交軸１２内の応力とは異なる軸
１０の方向に合応力を生じさせることができる。応力の
各軸は対応する複屈折軸を誘発する。

第２図は光学的に接触させられた２つのファイバ３，７
を示しており、両ファイバは平行な軸１Ｏ１２０をそれ
ぞれ有しているので、一方のファイバから他方のファイ
バまでの光結合領域内で偏波面保存が維持されるととも
に、クロスカップリングが防止される。

第３図はカプラ２１の斜視図であり、このカプラは２つ
の基板２２．２３からなっており、これら基板の背面に
は深くて幅広の溝２４．２５がそれぞれ形成されている
。谷溝２４．２５の深さはカプラ２１の中間に向かって
増加しており、これにより、光カプラ内に厚みの減少し
た領域が形成され、その領域内に脆弱構造が形成されて
いる。

また、谷溝２４，２５の深さはカプラ２１の端に向かっ
て減少しており、これにより、ファイバおよびプラスチ
ックジャケット保護層を支持する溝２６のための材料厚
みが確保されている。基板２２．２３は、ファイバと基
板との高さの違いや基板表面の何らかの小さな凸状部に
よって形成された小さな隙間内のエポキシ樹脂２８の薄
層によって端縁に沿って固着されている。第３図の組立
ては、各カプラ半割体を支持するとともに、所望の結合
比率のための位置決めを可能にする組立装置内で、接触
圧による基板の僅かな曲げよって発生する小さな応力の
下で行われる。硬化処理中のエポキシ樹脂の収縮もまた
更なる応力を生じさせる。

第４図は、第３図に示すファイバ支持溝の微小形状を、
外部応力分布のファクタとして誇張して示したものであ
る。エポキシ内に埋設されたファイバ３０．３２は、点
３４．３６の箇所で溝に接触している。これら接触点３
４．３６は各ファイバ３０．３２の複屈折光軸からオフ
セットしており、表面の反作用は光軸１８，２０に対し
て平行にはならない。したがって、外部応力または組立
応力の合応力はファイバ内の内部応力と整列せず、ファ
イバ応力分布の歪みによってクロスカップリングが生じ
る。この全体的効果による外部応力を生じさせる機械的
形状ファクタは、それら応力の減少と共に、全て除去す
ることが望ましい。幾つかの機械的位置決め装置に使用
されているＶ型ブロックは、図示されている全体的湾曲
形状に対する代替的形状であるが、製造時の心ずれの不
利益が生じ得る。

それ故、このような形状の基板は光学的結合領域内でフ
ァイバに及ぼす応力の影響を効果的に減少させる。光学
的結合領域内でファイバを取り巻く脆弱構造を可能にす
る形状を有することにより、応力の影響は著しく減少さ
れる。

第５図および第６図を参照して熱的変化を検討する。第
５図は明確な歪みのない組立温度におけるカブラ２１の
断面を示している。第６図はファイバ３８が基板４０よ
りも大きな総合膨張係数を有する上昇温度時の同一断面
の誇張図である。大きな後部溝２４によって作られた脆
弱部は、基板が脆弱領域で撓むことを可能にするととも
に、ファイバに作用する力が顕著に減少して外部応力が
非常に小さくなることを可能にす。したがって、作動温
度範囲が増大するとともに、室温時の装置性能が向上す
る。

基板は、光学的接触表面に直角な方向においてできるだ
けファイバに近い膨張係数を有するとともに、光学的作
用のために必要とされる特性を有する材料で作られる。

コストと硬度と膨張係数との点で最良のものは、膨張係
数が３５Ｘ１０−’であるパイレックス（商標）ガラス
である。参照として、シリカは０．６ＸｌＯ−’である
。膨張係数が２０Ｘ１ｇ−ｓの範囲内の石灰アルミナ珪
酸塩ガラスのような他の種類のガラスが使用されてきた
が、調和した膨張係数を選択するために現在入手可能な
材料が非常に少ない。大部分のファイバは、シリカクラ
ッドと、シリカよりも大きな総合膨張係数を有する、様
々にドーピングされた種々の寸法のコアおよび応力部材
とを備えている。この膨張係数は人手可能なファイバの
製造および形式毎に変化する。

逆の結晶構造変化を受ける材料は温度の関数としての挙
動が複雑であるので、膨張係数が温度と共に徐々に変化
したり、非連続的に変化したりするような変化が生じる
。ファイバ自体は温度関数として内部的に応力変化を受
けるので、ファイバ構造は温度の大きなダイナミックレ
ンジにわたり制限されるようである。ここに開示されて
いる発明は、製造方法に悪影響を及ぼさない形状によっ
て、ファイバを支持している基板内で応力の解放を可能
にするとともに、パイレックス（商標）のような普通の
ガラスの継続的使用を可能にするという重要な利点を有
する。

以上、本発明の好ましい実施例を開示したが、本発明は
それに限定されないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は応力誘発式複層折形偏波面保存光ファイバの断
面図、 第２図は光学的結合器内の一対の光ファイバの断面図、 第３図は本発明による結合器の斜視図、第４図は第３図
のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、第５図はファイバの方
向における第３図の結合器の中間の断面図、 第６図は上昇温度下で光ファイバの膨張が基板の膨張よ
りも大きい状態を示す図。 図において、２はクラッド、３．７は偏波面保存ファイ
バ、４はコア、６は応力部材、１０．１２．１８．２０
は軸、２１はカブラ（結合器）、２４．２５．２６は溝
、２８はエポキシ樹脂、３０．３２はファイバ、３４．
３６は接触点、４゜は基板をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板内に２つの光学的に接触された光ファイバを備
   え、光学的接触領域内でファイバ上に外部から誘発され
   る応力が減少される、光学的接触結合器。 ２、応力が特定形状の基板の使用によって減少される、
   請求項１に記載の光学的接触結合器。 ３、応力が特定の膨張係数を有する基板材料の選択によ
   って減少される、請求項１に記載の光学的接触結合器。 ４、熱膨張係数は、光学的接触結合器の中心において光
   学的に接触されたファイバ組立体の平均値にできるだけ
   近い、請求項３に記載の光学的接触結合器。 ５、前記ファイバは、低偏光応答性の単一モード形低複
   屈折性ファイバである、請求項１に記載の光学的接触結
   合器。 ６、前記光ファイバがクラッドとコアと１つまたはそれ
   以上の応力部材とからなる、請求項１に記載の光学的接
   触結合器。 ７、前記基板が前記クラッドよりも軟質の材料からなる
   、請求項６に記載の光学的接触結合器。 ８、特定形状の基板と、光学的に接触した一対の光ファ
   イバとを備え、前記基板は、撓むとともに、基板および
   光ファイバの膨張係数の差によって生じる応力を吸収す
   るように形成されている、光学的接触結合器。 ９、前記光ファイバがクラッドとコアと１つまたはそれ
   以上の応力部材とからなる、請求項８に記載の光学的接
   触結合器。 １０、前記ファイバは、低偏光応答性の単一モード形低
   複屈折性ファイバである、請求項８に記載の光学的接触
   結合器。 １１、前記基板が矩形ブロックであり、その上面に長手
   方向の溝を備えるとともに底面にその溝と対応する長手
   方向溝を備えており、両溝間の基板の厚みは、前記溝の
   各端における最大値から前記ファイバ間の光学的接触点
   における最小値まで減少している、請求項８に記載の結
   合器。 １２、前記基板がガラスからなる、請求項１１に記載の
   結合器。 １３、各ファイバが平坦な研磨表面を有し、その表面は
   他のファイバの平坦な研磨表面と光学的に接触されてい
   る、請求項８に記載の結合器。 １４、基板の形状はファイバの光学的接触領域内でファ
   イバ上に外的に誘発される応力を減少させるように選択
   されることにより、ファイバとは異なる膨張係数を有す
   る基板材料の範囲が選択され得る、請求項８に記載の結
   合器。 １５、一対の特定形状の基板と、光学的に接触された一
   対の光ファイバとを備え、各基板はその背面に、深く幅
   広の溝を有し、各溝の深さは、光学的結合領域が減少し
   た厚みおよび脆弱構造を有するように結合器の中間部に
   向かって増加しており、光学的接触状態の各ファイバは
   平坦化および研磨されており、前記一対の基板はそれら
   の端縁に沿って固着されている、請求項１４に記載の光
   学的結合器。 １６、前記基板がエポキシ樹脂によって互いにされてい
   る、請求項１５に記載の結合器。１７、基板は、できる
   だけ光ファイバの膨張係数に近い膨張係数を有する材料
   で作られている、請求項１４に記載の結合器。 １８、前記基板がガラスで作られている、請求項１４に
   記載の結合器。