JPH02163708A - モード・フィールド変更器および光学装置 - 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） この発明は、光フアイバ用コネクタに関し、さらに詳し
くは、損失が非常に小さく、かつ横方向の誤整列に対し
てほとんど感応しない状態で、光ファイバをソース（源
）または他の光ファイバへ接続することができるコネク
タに関する。

（従来の技術） 本発明は、ソースからの光を光ファイバへつなぐことに
有用性を見出しているが、コネクタの整列の問題に関す
る本件の議論は、ファイバ対ファイバ用コネクタに限定
することにする。２本の光ファイバの端部間の当接接続
は、ファイバの種々な誤整列のパラメータにより発生さ
れる挿入損失を招く結果となる。該誤整列のパラメータ
の例は、（ａ）２本のファイバの軸心間の横方向誤整列
、（ｂ）２本のファイバの端面間の長手方向分離、およ
び（ｃ）２本のファイバの軸心間の角度方向誤整列であ
る。２本のファイバの端面が互いに隣接する当接ファイ
バ構造は、特に横方向変位に感応するので、このタイプ
のコネクタは、フィールドの用途において使用するのが
困難である。

レンズまたはテーパー付きファイバを採用しているビー
ム拡張器が、単一モード用ファイバのための直列形コネ
クタ内に採用されてきており、該直列式コネクタは、そ
のコア直径が小さいために、横方向の誤整列に対して極
めて感応しやすいものである。そのようなビーム拡張器
は、横方向の変位に対する感度を減少させるけれども、
角度方向の誤整列に対しては、より高感度になっている
。

２つのコネクタ半割部を互いに整列させる技術は充分に
進歩しているので、角度方向の誤整列に対するそのよう
な感度の増大は、許容することが可能である。それゆえ
、拡張されるビーム用コネクタは、かなりの程度の注意
を受けている。しかし、レンズ式のビーム拡張用コネク
タの価格は非常に高いので、広くは使用されてきていな
い。

先細りテーパー・タイプのビーム拡張用テーパー付きコ
ネクタの基礎原理が、Ｋ、　Ｐ。

Ｊｅｄｒｚｅｊｅｖｓｋｌ等による刊行物である’Ｔａ
ｐｅｒｅｄ−Ｂｅａｍ　Ｅｘｐａｎｄｅｒ　ｆｏｒ　Ｓ
ｌｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　０ｐｔｉｃａｌ−ＦｉｂｅｒＧ
ａｐ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　　、Ｅ！ｅｃｔｒｏｎｌｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ　、１ｆｉｔｈＪａｎｕａｒｙ　１９
８６．　Ｖｏ１、２２．　Ｎ（Ｌ２．　ｐｐ、　１０５
〜１０Ｂに記載されている。その刊行物が教示している
タイプのコネクタにおいては、コア屈折率ｎ＋と、クラ
ッド屈折率ｎ２とを有する単一モード用ファイバが、ガ
ラス製の毛細管へ挿通され、この毛細管は、ｎ２よりも
僅かに小さい屈折率ｎ３を有している。

該毛細管は、前記ファイバの周囲に潰れるように、均一
に加熱される。つぎに、該組合わされたファイバと毛細
管の中央領域が、４０μｍの最小の首直径までテーパー
を付けられ、この最小直径は、ファイバの取扱および粘
着にとって、適切なものである。４：１のテーパー比率
が、挿入損失を最小にするのに適していると言われてい
る。前記フィールドは、最初に、前記単一モード用ファ
イバのコアにより案内されるとともに、実質的にそのコ
アに拘束される。エネルギが、テーパーを通って、該テ
ーパーの小直径端部の方へ伝播するに従い、前記フィー
ルドは、拡散するとともに、事実上前記コアによっては
最早案内されないが、前記クラッドおよび前記毛細管か
らなる波ガイドにより有効に案内される。前記Ｊｅｄｒ
ｚｅｊｅｖｓｋｌ等による刊行物は、前記テーパーが断
熱的であるべきと教示している。なぜなら、そのような
テーパーは、モード連結に回る無視可能な損失に苦しむ
ことになるからであると教示し、その刊行物に、断熱的
にとどまるべきテーパーの条件を定義するための等式を
記載している。前記テーパーが断熱的となるべき要件は
、今まで広く受は入れられてきている。

なぜなら、基礎モード以外の他のモードへ連結されるパ
ワーの全てが失われることになり、それゆえ、許容でき
ないコネクタの損失が生じると考えられてきたからであ
る。Ｊｅｄｒｚｅｊｅｖｓｋｌ等により開示されたよう
な断熱的テーパー付き構造においては、両方のコネクタ
半割部の総合したカプラー長さが２ｃ＋ｎ（はぼ最小の
断熱長さ）であり、はぼ４倍の最大ビーム拡張を達成す
ることができるものである。そのような断熱的コネクタ
のために必要な長さは、ビーム拡張の増大にともなって
、はぼ二乗の割合で増加する。

また、先太りテーパー・タイプのテーパー付きビーム拡
張器は、断熱的なテーパーを付されるべきであると考え
られてきている。そのような先太リテーバー付きビーム
拡張器は、Ｎ、　Ａ＊Ｉｔａｙ等による刊行物である’
０ｐｔｉｃａｌＦ１ｂｅｒ　Ｔａｐｅｒｓ　−Ａ　Ｎｏ
ｖｅｌ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　５ｅｌｆ’　−Ａｌ
ｌｇｎｅｄ　　Ｂｅａｍ　　Ｅｘｐａｎｓｌｏｎ　　ａ
ｎｄ　　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅｌｌａｒｄｖａｒｅ　
　、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｒ　Ｌｌｇｈｔｖａｖｅ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。

Ｖｏ１、　ＬＴ−５，Ｔｈ１、　Ｊａｎｕａｒｙ　１９
８７．　ｐｐ、１０〜１Ｂと、Ｄ、　Ｍａｒｃｕｓｅの
刊行物である’Ｍｏｄｅ　Ｃｏｎｖｅｒ−ｓｌｏｎ　Ｉ
ｎ　０ｐｔｌｅａｌ　Ｆ１ｔ＋ｅｒｓ　ｖｌｔｈ　Ｍｏ
ｒｔｏｔｏｎｉｃａｌｌｙＩｎｃｒｅａｓｊｎｇ　Ｃｏ
ｒｅ　Ｒａｄｌｕｓ　　、　　Ｊｏｕｒｒ＋ａｉ　ｏｆ
’Ｌ１ｇｈｔｖａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　Ｖｏ
１、ＬＴ−５，Ｎａ１．　Ｊａｎｕａｒｙ１９８７、ｐ
ｐ、１２５〜１３３と、Ｈ，Ｍ、　Ｐｒｅｓｂｙ等によ
る刊行物である“０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｌｂｅｒ　Ｔａｐ
ｅｒｓ　ａｔ　ＩＪμｍｆ’ｏｒ　５ｅｌｌ’−ＡＩ！
ｇｎｅｄ　Ｂｅａｉ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓ
ｌｎｇｌｅ　−Ｍｏｄｅ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　　、　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ’　Ｌｌｇｈｔｖａｖｅ　Ｔｅｃｈ
−ｎｏ＋ｏｇｙ、　Ｖｏ１、ＬＴ−５，ｋ８　、　Ａｕ
ｇｕｓｔ　１９８７．　ｐＩ）、１１２３〜１１２８に
記載されている。前記Ａｍ１ｔａｙ等と前記Ｍａｒｃｕ
ｓｅの刊行物が述べていることは、拡大端部において多
モード伝播を支持することができるテーパーにより、基
礎モードを高位モードまたは放射に変換することは、も
し、非常に小さな余分の損失が維持されてしまうならば
、無視すべきであると言うことである。

前記Ｐｒｅｓｂｙ等の刊行物が主張していることは、１
ｃｍでの長さを有するテーパーには、ＩＤＢを越える損
失が生じることと、より長い長さ、すなわちさらに漸進
的なテーパーに対しては、損失が減少すると言うことで
ある。また、ｐｒｅｓｂｙ等は、ファイバからテーパー
への比較的漸進的で滑らかな移行は、約６備の長さに亘
って生じることと、そのテーパー内では問題になる量の
モード変更が生じないこととを述べている。そのような
断熱的テーパー長さは、コネクタを法外に長くする結果
になることがある。

また、ソースからの光を光ファイバへ有効につなぐこと
も、光伝達システムにおいては重要な要件である。局所
領域ネットワークまたは加入者ループの構成は、利用可
能な光パワーに厳密に依存する。光が前記システムを通
って伝播する際には、損失が生じるとともに、光パワー
のレベルは、事実上、低くなり過ぎて、信頼性のある検
知をなされることができなくなる。レーザ・ダイオード
またはＬＥＤのようなソースからの光を、単一モード用
ファイバ内へつなぐ効率を増大させることにより、シス
テムの性能は大幅に強化されると言える。そのような改
良から、種々な利点が生じ得る。例えば、低価格のＬＥ
Ｄが、高価なレーザ・ダイオードの代わりに使用される
ことも可能となる。

現在、ソースからの光をファイバ内へつなぐために、種
々な方法が使用されており、該方法には、当接連結と、
球形および非球形のレンズと、屈折率勾配レンズと、断
熱的テーパー付きファイバとが含まれている。これらの
方法は、ファイバの整列要件を変えることができるが、
モード容量の保存が原因で、連結効率を大幅に改良する
ことはできないものである。

（発明が解決しようとする課題） したがって、本発明の目的は、テーパー付きビーム拡張
器を提供することであって、その長さが従来のテーパー
付きファイバ内ビーム拡張器よりも短くなるテーパー付
きビーム拡張器を提供することにある。他の目的は、比
較的短い距離内で比較的大きなビーム拡張を行ない得る
テーパー付きビーム拡張器を提供することにある。さら
に池の目的は、連結効率が増大する光信号コネクタを提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 簡単に説明すると、本発明は、モード・フィールド変更
器に関し、このモード・フィールド変更器は、伝達用光
ファイバを光源へ連結するためのものであり、光源は、
例えば、他のモード・フィールド変更器、または、レー
ザもしくはＬＥＤのような光発生手段である。２つのそ
のようなモード・フィールド変更器は、それらの軸心が
ほぼ整列する状態で、端部対端部で接続されることがで
き、それにより、該モード・フィールド変更器へ接続さ
れた複数のファイバ間に、低損失の接続を施すことがで
きる。また、本発明のモード・フィールド変更器は、光
ファイバを光源または検知器へ接続するためにも有用で
ある。該変更器は、屈折率ｎ１を有する変更器コアを備
え、この変更器コアは、ｎｌよりも小さい屈折率を有す
るクラッド手段により包囲されている。該モード・フィ
ールド変更器の複数の端部の中間には、テーパー付き領
域があり、このテーパー付き領域が特徴とするところは
、それが非断熱的テーパーを有することであり、それに
より、そのテーパー内で大幅な量のモード連結が生じる
。該モード・フィールド変更器は、充分な長さの断熱領
域を備えるのが好ましく、その結果、該断熱領域および
前記非断熱領域間の接合部における各モードの相対的位
相は、前記ソースからのエネルギの最大に可能な量を前
記伝達用光ファイバへ充分につなぐために必要な関係を
有することになる。前記断熱領域の長さは、次のような
要因に依存することになる。すなわち、前記テーパー付
き領域の長さおよびテーパー角度、ならびに前記コアお
よびクラッド手段の屈折率のような要因である。

一実施例において、前記小直径領域が前記ソースの近く
に配置され、該小直径端部における前記変更器の部分は
、前記断熱領域を構成している。

さらに、前記クラッド手段は、前記変更器コアを包囲す
る屈折率が０２の第１クラッド層と、この第１クラッド
層の表面上の屈折率がｎ３の第２クラッド層とからなり
、ｎ２はｎ３よりも大きくなっている。前記大直径端部
における少なくとも前記コアおよび第１クラッド層の直
径は、前記小直径端部における対応する各直径よりも大
きく、それにより、前記変更器の一端部内を伝播してい
る光信号のモード・フィールドは、それが前記テーパー
付き領域を通るに従い変更される。前記小直径端部にお
ける前記コアおよび第１クラッド層の直径は、充分に小
さいので、前記変更器の大直径端部内でそれの小直径端
部の方へ伝播している信号のフィールドは、拡散すると
ともに、前記第１および第２クラッド層からなる波ガイ
ドにより有効に案内される。

他の実施例において、前記大直径端部は、前記ソースの
近（に配置され、該大直径端部における前記変更器の部
分が、前記断熱領域を構成する。

（作用および効果） 所定のビーム拡張に対して、本発明のカプラー（コネク
タ）の非断熱的テーパー付き領域の軸方向長さは、従来
のモード・フィールド変更器の断熱的テーパー付き領域
よりも、かなり短くすることができる。本発明のコネク
タは、大きなビーム拡張を達成することができるので、
小さいコア直径を有している単一モード用光ファイバへ
光源を接続するのに特に有用である。

（好ましい実施例の説明） 第１図は、先細り形で、モード・フィールド直径が変化
するタイプである直列形ファイバ対ファイバ用コネクタ
を示している。２つのコネクタ半割部、もしくはモード
・フィールド変更器１２および１４が、スリーブ１６に
より、互いに軸方向内で整列するように互いに固定され
る。互いに接続されるべき伝送用光ファイバ１γおよび
１９が、短いファイバもしくは「豚尾（ピグテール）」
１８および２゜に対して、溶融によりまたは機械的に接
続され、これらの短いファイバもしくはピグテール１８
および２０は、それぞれモード・フィールド変更器１２
および１４のうちの直径の大きい端部から突出している
。ファイバ１７からファイバ１９へ光信号が連結される
べきであるとき、変更器１２は、入力用変更器と呼ばれ
る。ファイバ１７および１８内を伝播する光信号は、入
力用モード・フィールド変更器１２のコアへ連結される
。この信号が変更器１２のうちの直径の小さい端部の方
へ伝播するに従い、前記モード・フィールド直径は拡張
され、該拡張されたビームは、モード・フィールド変更
器１４のうちの直径の小さい端部内へつながる。前記直
径の小さい各端部におけるビームの寸法は大きいので、
該拡張されたビーム用コネクタは、横方向の誤整列に対
しては感度が低くなる。前記信号が出力用モード・フィ
ールド変更器１４を通って伝播するに従い、該モード・
フィールドは収縮する。なぜなら、そのエネルギが、そ
の変更器の先太りテーパーを横切るからである。

本発明のファイバ対ファイバ用コネクタの最も簡単な実
施例が、第２および３図でさらに詳細に示され、また該
コネクタのうちの直径の大きい端部の屈折率のグラフが
第４図に示されている。モード・フィールド変更器４０
が、屈折率ｎｌのコア４２を備え、このコア４２は同心
的なりラッド層４４および４Ｂにより包囲され、クラッ
ド層４４および４６は、それぞれ屈折率ｎ２およびｎ３
を有し、ここではｎｌ　＞ｎ２　＞ｎ３である。コア４
ｇおよびクラッド層４４は、光フアイバ製ピグテールを
（豚尾）４８を構成し、このピグテール４８は、第２ク
ラッド層４Ｇの端面５０から突出している。モード・フ
ィールド変更器θＯが、同様にコア５Ｂと、第１クラッ
ド層５８と、第２クラッド層６２とから形成され、コア
５６およびクラッド層５８は、端面５２から突出するフ
ァイバ製ピグテール５４を構成している。コア５Ｇと、
クラッド層５８および６２の各屈折率は、それぞれｎｌ
。

ｎ２およびｎ３であるのが望ましい。モード・フィール
ド変更器４０および６０の各々は、テーパー付き領域Ｎ
により結合された大直径領域Ｗと、小直径領域Ａとを備
えるものとして図示されている。

前記２つの領域Ａは、断熱領域であって、該領域内では
実質的にモードの連結が生じない。第２図に示されてい
る実施例において、各領域Ａの直径は、製造技術に従い
、はぼ一定であるか、あるいは微々たる量のテーパーを
含んでいてもよいものである。図示の実施例のこれらの
変更例のいずれにとっても、前記テーパーの量は、ある
としても、微々たる量のビームの拡張以上の拡張を行な
うには不充分なものである。代替実施例では、領域へに
おける断熱用デーバーの量が、幾らかの測定可能な量の
ビーム拡張を行なわせるのに充分となり得るものであり
、この測定可能な量のビーム拡張は、非断熱領域Ｎによ
り発生されるビーム拡張に付加される。一方の領域Ａの
端面は、他方の領域Ａの対応する端面の近くに位置され
て、境界面６４を形成している。各領域Ｗの軸方向長さ
は厳密なものではなく、これらの領域の長さは、機器（
変更器）の作用が関係する限り、零であってもよいもの
である。実際問題として、有限長さの領域Ｗを有するモ
ード・フィールド変更器を構成することがより容易であ
ろう。両方の領域Ａの組合わせ長さは、Ｌ、に等しく、
かつ後述されるように、厳密なものである。変更器４０
および６０の断熱領域への長さは、ｌ／２Ｌ、であるの
が好ましいけれども、これらの長さは、合計でり、とな
るならば、互いに等しくなくてもよい。

少なくとも前記コアと第１クラッド層の直径は、介在端
面５０および５２と、変更器４０およびＢＯのための境
界面Ｂ４とをモード・フィールド変更器として機能する
ように変化させねばならないことは、知られている。上
記したように、各領域Ｎは、今まで、断熱的にテーパー
を付けられてきている。なぜなら、そうしないと、基礎
モード以外のモードへつながれるパワーの全てが、失わ
れると考えられていたからである。前記したＪｅｄｒｚ
ｅｊｅｖｓｋｌ等による刊行物において指摘されている
ように、テーパー付き単一モード用ファイバのための最
大断熱的テーパーは、次式により与えられる。

ここで、ａはそのテーパーに沿う所定位置における前記
コアの半径であり、またビート（うなり）の長さ２．は
、次式により与えられる。

ｚ、−２π／（βｌ−β２）（２） ここで、β１は前記基礎モード（ＨＥ＋＋またはＬ　Ｐ
　ｏ　１モードとして示されている）の伝播係数であり
、β２は、前記基礎モードへ連結可能な第１高位モード
（通常はＨＥ、□またはＬＰｏ、モード）の伝播係数で
ある。前記用語２は、前記コネクタの軸心に沿う距離で
ある。

本発明によると、低損失コネクタには、非断熱的にテー
パーを付された領域Ｎが形成される。すなわち、それら
は次の関係により定義されるテーパー角を有し、 それゆえ、該領域内で、かなりの量のモードの連結が生
じる。本発明による変更の結果として、前記テーパー付
き領域の長さし、は、同一のビーム拡張を行なうことが
できる断熱的テーパーの長さよりもかなり短くなる。も
し、本発明に従って構成されるコネクタの長さが、断熱
的機器（変更器）の長さにほぼ等しいとすると、本発明
により達成されるビームの拡張は、その断熱的機器のそ
れよりもかなり大きくなることが可能である。

上記したコネクタは、前記Ｊｅｄｒｚｅｊｅｖｓｋｌ等
の刊行物に記載された技術によって製造されることが可
能である。単一モード用ファイバの長さは、ピグテール
の所望長さを用意するように選択される。

そのファイバの中央部分からコーティングが剥離された
後、それは、ガラス製毛細管へ捻じ込まれ、そしてその
ファイバのうちの剥離された部分が、その毛細管の中央
に位置される。該毛細管は、前記ファイバ・クラツド材
よりも、低い軟化点温度を有するとともに、小さい屈折
率を有している。

該毛細管は、該毛細管をその軟化点まで加熱することに
より、前記ファイバ上へ潰される。１９８８年８月１５
日に出願された米国特許出願連続番号簿７８５．８５２
号（これは参考としてここに併合される）に記載されて
いる方法および装置が、前記潰された毛細管の中央部分
を伸長させるために採用されることが可能であり、それ
により、テーパー付き領域Ｎと、小直径領域Ａとを形成
することができ、小直径領域Ａの長さはり、よりも長い
。結果として得られる二重テーパー付き変更器は、２つ
の半割部に分割され、そして各領域Ａの長さは、下記で
説明される要領で所望の値に調節される。

挿入損失を小さくすることは、非断熱的にテーパーを付
けられたコネクタにおいて、次の各位を最適にすること
により達成し得ることが見出されている。すなわち、　
（ａ）屈折率の全体態様、（ｂ）テーパーの形態、およ
び（Ｃ）長さし、であり、この長さし、は、モード・フ
ィールド変更器４０および６０の各断熱領域Ａの総合長
さである。テーパー付き領域Ｎと断熱領域Ａの形は、成
る範囲まで製造工程により決定される。それらの形を適
切な方法で制御することにより、それらは、追加の構成
要因として使用されることも可能となる。

前記屈折率の全体態様（プロファイル）およびテーパー
の比率は、所望量のビームの拡張と、許容し得る損失の
公差と、実際の製造要件とにより決定され、実際の製造
要件は、例えば、ガラスの膨張の誤整合を最小にする能
力と、前記屈折率の全体態様およびテーパーの形態を制
御する能力等である。前記モード・フィールド変換器が
従来の技術により形成されるとき、その場合、直径ＤＩ
が領域Ｗの外径（ＯＤ）に比例し、直径Ｄ２が領域Ａの
外径ＯＤに比例し、またテーパー比率が、領域Ａの外径
ＯＤに対する領域Ｗの外径ＯＤの比率に等しくなる。前
記テーパーのプロファイルすなわち全体態様（長さ、形
、およびそれのテーパー比率）、ならびに前記屈折率の
全体態様は、中間モード連結の量と、高位モードのカッ
トオフとを制御する。長さり、は、複数のパワー搬送モ
ード間の位相の差異を設定し、この差異は、ファイバ対
ファイバ用コネクタにとって必須パラメータであって、
これは、パワーの殆どが前記出力用モード・フィールド
変更器の先太りテーパー内の基礎モード内へ戻されかつ
該基礎モードへ連結されるように保証するものである。

コンピュータによるモデル作りによると、入力用ファイ
バの基礎モードが、断熱領域Ａ内を伝播する２、３また
は４つのモードへ変換されるよう、単一モードのファイ
バ対ファイバ用コネクタを構成し得ることが示されてい
る。領域Ａ内で４つ以上のモードで伝播させることにな
る構成も可能である。適切な長さし、は、出力用モード
変更器内で基礎モードに対する最大の変換を得るために
、モードの適切な位相調整を行なう結果となるように、
計算されることが可能である。本発明の原理は、２モー
ド用フアイバのような、数モード伝達用ファイバにも適
用可能である。２本のｎモード用ファイバを相互に接続
させるために、同様の分析を行なうことができ、それに
より、テーパー付き領域の形状および長さを決定して、
領域Ａ内に少なくとも（ｎ　＋　１）個のパワー搬送モ
ードを発生させることができるとともに、適切な長さし
。

を決定して、出力用モード・フィールド変更器内での減
少変換モードの最大組合わせを達成することができる。

前記２つのモード・フィールド変更器間の角度方向変位
を制御すると言う前記コネクタ・パッケージングの能力
は、採用し得るビームの拡張の最大量を制限する。なぜ
なら、角度方向変位に対する前記コネクタの感度は、ビ
ームの拡張の増大に伴って増大するからである。「パッ
ケージング」が意味することは、支持／整列機構（第１
図のスリーブ１６により概略的に代表されている）であ
り、これの機能は、前記モード・フィールド変更器同士
の軸方向および横方向整列を制御することである。この
非断熱的構成によると、コネクタを大幅に短くすること
ができるので、全体の最大長さ（端面５０および５２間
の長さ）は、適切なビームの拡張のための要件によるの
ではなく、主として、適切な角度方向整列を行なわせる
のに必要なパッケージングの考察により、決定されるこ
とになる。

コネクタを構成するときには、接続されるべきファイバ
のタイプを考慮に入れねばならない。前記テーパ一部の
小直径端部で伝播するモードの数と、これらのモードの
位相関係とは、任意の所定のテーパ一部に対して理論的
に決定することができる。前記入力用ファイバ内のエネ
ルギのモード配分と、前記テーパー付き領域のモード変
換およびモード伝播特性とが知られると、つぎに、２つ
の断熱領域Ａの合計長さし、が、関係する波長の損失を
確実に小さくするように決定される。標準の連結用局所
モード理論を使用することができる。

この理論はよく知られているので、ここでは単に簡単に
それを概説する。

連結モード理論において、正の２が先任播の方向である
場合のスカラー波動方程式ψ（ｘ、　　ｙ。

２）の解は、前記波ガイドの局所モードψ、（Ｘ。

ｙ；ｚ）に関連して拡張されることができ、この後者の
式では２は、前記波ガイドがテーパーを付されるに従い
通常モードが変化するのを可能にするパラメータとなっ
ている。この拡張は、次のように記載されることが可能
である。

ここで、Ｃ５は拡張係数であり、β）は伝播定数である
。前記連結される局所モードの等式は、次のようになる
。

この場合、連結マトリックスは、 であり、正規化は次式のようになる。

前記コネクタの任意点における局所モードは、有限要素
分析法を使用して得ることができ、この手法は該分野に
おけるもう１つの標準的技術であり、あるいは、屈折率
が段形プロファイルを有している場合には、局所モード
用の等式を正確に書き下ろすことが可能である。これら
の解を使用することにより、最大伝達のための正しい長
さが見出されるまで、種々な長さのために、前記機器（
変更器）への所望の入力にとって適切な初期条件に加え
て、上記連結モードの等式である等式（５）を数値的に
統合（積分）することができる。

下記の理論の例は、非断熱的にテーパーを付されたコネ
クタの構成を示すために表現されており、第２図が参照
される。商業的に入手可能な単一モード用光ファイバで
あって、以下において３Ｍタイプ単一モード用ファイバ
と呼ばれるファイバが、前記コネクタの製造の際に使用
するために選択された。それゆえ、結果として得られる
コネクタは、２本の同様の単一モード用ファイバを相互
接続させるのに良く適している。１３００ｎｍの動作波
長が想定されている。該選択されたファイバは、ＧｅＯ
２を添加されたＳｉＯ２製のコア（ＨＯＯｎｉでｎ　＋
−１，４５１，２７８）と、５ｉ０２製クラツド材（ｎ
　２−１．４４６９１８）とを有し、このファイバのΔ
１２は０．３％である。この記号Δは、相対的な屈折率
の差異であり、例えばΔ１２−（ｎ＋　−ｒｚ　）／２
ｎＩである。前記コアの半径「１は４．０μｍで、前記
クラツド材の半径ｒ２は６２．５μｍである。それゆえ
、直径ＤＩは１２５μｍである。

区域Ｗの長さは、処理条件により、または、おそらく前
記コネクタ・パッケージ内での機械的取付は条件により
設定されると想定され、かつその長さは、前記コネクタ
の最大の全体長さを特定する際に使用されると想定され
ている。クラッド上クラッドのΔ２．を特定する必要が
ある。Δ２．の値が小さいとモードが拡張され、そのモ
ード拡張は、最大拡張に近いテーパーの比率のより弱い
作用である（それゆえモード拡張は、プロセスの変化に
対して感度が低い）。しかし、前記コネクタを伸長させ
て形成するプロセスは、Δ２．の非常に小さい値にとっ
ては、より困難となる。なぜなら、前記クラッド上クラ
ッドの軟化点は、前記クラッドの軟化点に非常に接近し
ており、ファイバの歪みが前記テーパー領域内で発生す
るからである。しかも、該ファイバは、Δ２．の値が小
さいと、さらに曲げ損失を生じやすくなる。ここに記載
したタイプのガラスに対しては、Δ２．の値が０．１％
および０．３％の間にあるときに、前記プロセスが最も
良く働くことが見出されており、この実施例の目的のた
めに、Δ２．は０．１５％に選ばれることになる。

珪素に関してそのようなデルタの値を用意するために、
前記外側クラツド材として、ホウ素・珪素管を採用する
ことができる。

このΔ２．の値が与えられると、所望のビーム拡張、お
よび対応するテーパー比率のために必要とされる前記ク
ラッド上クラッドの半径を計算することができる。前記
ビーム拡張は、屈折率のプロファイルに従い、はぼ４：
１のテーパー比率の近くで極大に達することが知られて
おり、この拡張の最大点に近いテーパー比率が、この実
施例のために選択される。該実施例のステップ・インデ
ックス・プロファイル（屈折率の階段状の全体態様）の
場合、この計算は正確に行なうことができる（例えば、
Ｍ、　Ｊ、＾ｄａｍｓ、＾ｎ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏ
ｎ　ｔ。

本実施例のため、ここでは「２は６２．５μｍで、５：
１のテーパー比率が特定されることになる。

テーパー比率のこの値は、最適拡張のために選択される
のではなく、むしろ結果を簡単にするために選択される
。なぜなら、「２およびテーパー比率がこれらの値であ
ると、僅かに２つのモードのみが前記断熱領域Ａ内で伝
播し、その結果は、より多数のモードに対して得られる
結果よりも簡単になるからである。前記所定のテーパー
比率のため、Ｄ２は２５μｍである。

最後に、前記非断熱的テーパー領域のために、長さおよ
び形状が設定されねばならない。下記において論じるよ
うに、最適性能のために必要とされる断熱領域り、の長
さが、該断熱領域内のモードの異なる伝播係数により決
定される。この理由のため、および前記長さり、が前記
非断熱テーパーの形状と長さに従っても変化することに
なるため、設計手順を反復することが必要である。開始
点として、Ｌ、に対する見積を、前記断熱領域Ａにおけ
る２つの最低位のモードのうなりの長さを決定すること
により得ることができる。これらのモードのうなりは、
出力用基礎モード内への伝達の挙動の優位を占めること
になり、それゆえ、Ｌ、は、最初にほぼこの長さである
と見積もられることが可能である。最大の許容可能なコ
ネクタの長さ（Ｌ、＋２Ｌａ）は、パッケージングの考
察により設定される。前記形状は、製造方法により設定
されることになる。この実施例の目的のため、Ｌ、−８
００μｍの値が選択されることになる。

なぜなら、そのような短いテーパーは、顕著な非断熱効
果を呈する。該非断熱的テーパーのために、簡単なコサ
イン形状が選択されることになる。すなわち、 ここで、Ｒはテーパー比率（Ｒ＝Ｄ＋　／Ｄ２−５．０
）であり、２は、前記非断熱的テーパーの開始点から軸
心に沿う距離である。前記断熱領域は、一定の半径を有
するものと想定されている。

上記パラメータを使用すると、連結されるモードの等式
（５）は、前記変更器を通って前記出力用ファイバの基
礎モード内へ入り、かつ関連する波長（１３００ｎｍ）
にとって最適となる伝達の長さが見出されるまで、種々
な長さし、のために、前記コネクタに沿って数値的に積
分される。この手法の結果、第５図のグラフが得られた
。この図に示されているように、このコネクタの出力は
、出力用ファイバ５４内を伝播している基礎モードのパ
ワーにより測定されるように、劇的に変化し、断熱領域
の長さし、の範囲内で変化している。該サイン曲線的変
化は、９３０μｍの周期を有し、この周期は、前記断熱
領域内を伝播する前記２つのモードのうなりの長さであ
る。該モデルが明かすところによると、前記パワーの約
３０％が、前記断熱領域の開始点において、前記基礎モ
ードの外へ伝達されていた。最大伝達点における小さい
損失は、前記入力用モード・フィールド変更器の先細り
テーパー内でカット・オフされる高位のモードとしてパ
ワーが失われた結果である。

ここでモデル化されたケースのため、Ｌ、５ｗ３８０μ
ｍの長さがあり、この長さに亘る伝達は９６％以上であ
る。９０％以上の伝達を維持するために必要な長さの公
差は、　　０．１ｍ謹程度であり、これは製造を困難に
する程のものではない。第５図の曲線は、Ｌ、が増大す
るに従い繰り返され、それゆえ、その曲線は、約１３工
０μｍ１約２２４０μｍ等のし、の値において、追加の
極大値を示すことに留意すべきである。

より大きい値のΔ２．および／またはより大きい値の「
２を有する装置（変更器）は、前記断熱領域において、
ただ２つの伝播モードよりも多数の伝播モードを有する
ことができる。そのような場合、同一の設計手順を続け
ることができるが、伝達曲線はさらに複雑な構造を有す
ることになり、この構造は、互いに対してうなりとなる
モードの数を特徴とする。

上記でモデルにされた屈折率のプロファイルのために、
最大のビーム拡張は、３．３１９のテーパー比率に対し
て発生する。′Ｍ６図は、この装置のための出力用ファ
イバの基礎モード内への伝達を示している。それの挙動
は、先の実施例におけるものよりも幾分複雑である。な
ぜなら、前記断熱領域Ａ内には３つの伝播しているモー
ドがあるからである。また、断熱長さり、−４４８０μ
ｍであり、これにより、非常に高率の伝達（９９％以上
）が可能である。

これらの効果を経験的に実証するために、単一モード用
ファイバの長さを用いて装置が製造され、この場合、コ
ア直径ｒ１が４．０μｍ１クラツド直径ｒ２が１５０μ
ｍ、コア屈折率ｎｌが１．４８１で、Δ１２は０．３％
であった。その第２クラッド層は、ホウ素・珪素製管で
、２　、８　ａｍの外径と、３５０μｍの内径と、Δ２
．が０．１５％となるような屈折率とを有していた。護
管は、潰され、そして二重テーパー付きの装置が形成さ
れ、最終のテーパー比率は５．５（最適ビーム拡張に対
するものよりも大きい）であった。実際のテーパーの形
は複雑なものであったが、非断熱テーパー長さり、−３
，１鰭を有する上記のコサイン形状を用いることにより
、かなり良く近似させることができる。

結果として得られた二重テーパー付き装置のテストは、
該装置スルーブツトを、波長の関数として、前記出力用
ファイバの基礎モードに適応させることによって行なわ
れた。前記断熱領域の長さは、はぼｌａｍｍであった。

単色光分光器からの光は、上記した５Ｍタイプの単一モ
ード用ファイバの２−まで発射された。このファイバの
出力は、前記非断熱装置のピグテール内への入力となり
、この装置の出力は、もう１つの２ｋｍの長さの３Ｍタ
イプ単一モード用ファイバ内への入力となった。これら
の発射および収集用ファイバの長い長さが使用された理
由は、前記装置の基礎モードからの光のみが、該装置へ
の入力内で励起され、かつ該装置の出力に適合されるよ
うにするためである。

１３００ｎｓでの前記テストされた装置の計算済み伝達
関数は、第７図において長さし、の関数としてプロット
されている。４つのモードが、断熱領域Ａ内で伝播して
いる。種々な波長に対して同様の計算が行なわれ、伝達
率に依存する波長が、長さし、の関数として決定された
。前記経験的データに最も良く適するのは、長さＬｍ　
−１５，８０ｙａｙａに対してであった。これは、上記
したこの長さの近似的な決定の誤差の範囲内にある。第
８図には、伝達率が実際の装置の波長の関数としてプロ
ットされている（実線）とともに、その計算結果の値も
示されている（円）。前記測定された装置において、９
０％よりも大きい伝達率が、１２００ｎｍにおいて得ら
れた。１２０（ｌｎｉを越える波長に対して、経験と理
論量の合理的で良好な一致が示すところに従い、前記装
置は、実際、期待通りの非断熱的効果を示している。１
２００ｎｍ以下では、前記５Ｍタイプの単−モード用フ
ァイバは、マルチモード化される。

それゆえ、前記発射および収集条件は、前記モデルの仮
定条件よりも複雑になり、この領域における偏差が予期
されることになる。

本発明に従って構成される非断熱的テーパー付きコネク
タは、４關よりも短い「コネクタの最小必要長さ（Ｌ、
＋２Ｌ、）Ｊで、４倍のビーム拡張を行なうことができ
る。非断熱的テーパーが用いられるときには、ビーム拡
張量をさらに大きくするためには、長さを僅かに増大さ
せるだけでよい。断熱的テーパーを有するコネクタは、
２ｃ＋ｎの総合長さを必要とすることになり、これは、
４倍のビーム拡張を達成するためのほぼ最小の断熱的長
さであり、またそのタイプのコネクタの必要長さは、ビ
ーム拡張の増大にともなって、はぼ２乗の割合で増大す
る。

非断熱的テーパーを付されたモード・フィールド変更器
も、ソース（源）対ファイバ用コネクタの連結効率を向
上させることができる。第９図に示されているように、
ＬＥＤ７０のような源からの光は、伝達用ファイバ７Ｂ
が接続されているピグテール・ファイバ７４を有する非
断熱的コネクタ７２内へつなげられる。ハウジング７８
が空洞を有し、この空洞は、源７０を変更器７２の小直
径端部８Ｂに適切に整列させる状態に位置決めするため
のものである。モード・フィールド変更器７２は、屈折
率がｎＩのコア８０を有し、このコア８０は、屈折率が
それぞれｎ２およびｎ３の同心的なりラッド層８２およ
び８４により包囲され、クラッド層８２．８４の屈折率
の関係は、第２図に関連して説明した屈折率に類似して
いる。コネクタ７２の屈折率のプロファイルは、第４図
に示されているものに類似している。

コア８０とクラッド層８２はファイバ製ピグテール７４
を構成し、このピグテール７４は、変更器７２の端面８
６から突出している。変更器７２は、長さがり。

のテーパー付き領域Ｎ′と、長さがり、′の断熱領域Ａ
′とを備えている。［７０からの光は、端面８２に衝突
して、伝播している局所モードの全てを励起させる。従
来技術に係る断熱的にテーパーを付されたコネクタの場
合、該コネクタの基礎モード内のパワーのみが、単一モ
ード用ファイバの基礎モード内へつながることになる。

本発明の非断熱的テーパー付きコネクタは、一貫性の移
送体を採用しているので、幾つかのモードからのパワー
は、単一の出力モード内へつなげられることが可能であ
る。したがって、領域Ａ′内を伝播している全モードか
らのパワーの大部分を、前記単一モード用ファイバ７４
内で伝播する基礎モード内へつなげる非断熱的構成を選
択することが可能である。

パワ一連結の強化は、前記源と、連結されるモードの数
とに依存する。

この構成の目的は、出力用単一モードもしくは若干数モ
ード・ファイバ内へ発射されるパワーを最大にすること
である。最後に、ソース対ファイバ用のコネクタの構成
においては、この条件と、公差を相殺するための感度の
ような他の条件との間での交換が可能であるが、これら
の要因は、本実施例では考慮に入れられていない。ソー
ス対ファイバ用コネクタの設計の第１段階は、ソース（
源）と出力用単一モードファイバのパラメータを特定す
ることである。該ソースの出力フィールド・パターンは
、モデル化を行なう目的のために必要である。さらに、
パッケージングとプロセスの要件が、前記装置の全体長
さ、およびクラッド上クラッドのデルタΔ２．を規制す
ることになる。

理想的には、ソースの出力フィールド配分が、単一モー
ド用ファイバの基礎モードのモード・フィールドへ正確
に合致されることになる。もちろん、実際にはこれは当
てはまらず、該フィールドは、前記ソースに従って非常
に異なり得るものである。ファイバ対ファイバ用コネク
タの場合のように、ソース対ファイバ用コネクタは、次
の要領で構成されることが可能であることが見出されて
いる。すなわち、前記複数のフィールドの相互の不完全
な整合のために常に発生し、かつ前記コネクタの高位モ
ード内へ発射されるパワーが、出力において前記基礎モ
ード内へ連結されることができ、その結果、出力パワー
を増大させることになる要領である。同一の拡張を行な
う断熱的コネクタに比較される改良の程度は、前記ソー
スのフィールド配分およびコヒーレント特性に依存する
。前記コネクタの伝播している基礎モード・フィールド
の配分に密接に整合しているフィールド配分を有する高
度にコヒーレントなソースは、応大幅に改善されること
はなく、一方、非常に異なるフィールドを有するソース
は、出力用ファイバへかなり効率的に連結されることが
可能であろつ＠ 断熱的コネクタに比較して、非断熱的コネクタの電位の
改良を示すために、コネクタに対する入力が平面波であ
る実施例を考察するが、そのような入力は、大きな出力
ビームの直径を有するレーザにより、またはソースとコ
ネクタの大幅な分離により、近似的に用意されることが
可能であろう。

ファイバのパラメータｎ１、ｒｌおよびΔ１□は、前記
ＳＭタイプの単一モード用ファイバを採用した先のファ
イバ対ファイバの例におけるものと同一に取られている
。また、クラッド上クラッドのデルタΔ２３は０．１５
％で、波長は１３００ｎｍと想定されている。半径ｒ２
は、再びＢ２，５μｍに取られ、そして５：１の最終的
テーパー比率が選択されている。

長さり、およびり、は、前記ファイバ対ファイバの場合
とは異なる方法で決定されている。その目的は、前記カ
プラー（コネクタ）の入力部で伝播している前記高位モ
ードからの光を、出力部の基礎モード内へつなげること
である。前記−質的連結は、より鋭いテーパーの場合に
、より強くなるので、最大長さし、′があり、これを越
えて、前記の連結はパワーの全部を伝送するために充分
に強くはならない。この最大長さは、種々なテーパー長
さ（および長さり、′）のために、前記連結されるモー
ドの等式の数値的積分により決定されねばならない。よ
り短いテーパーの長さも、成る長さり、／に対して、完
全な連結を行なうことになるが、長さり、Ｌ　は短く設
定されているので、完全な連結のための適切な長さり、
ｔ　は、Ｌ。

の僅かな変化に伴って、極めて急速に変化することにな
る。つぎに、プロセスの公差の考察と、パッケージング
の要件とに鑑みて、選択がなされねばならない。このコ
ネクタ争パラメータの特別な選択に対して、長さり、−
８００μｍが最大の連結を行なう。

断熱領域Ａ′の長さり、′を決定するための理論は、１
つの大幅な変更があるだけで、前記ファイバ対ファイバ
用コネクタにおける場合と、本質的に同一である。前記
ファイバ対ファイバ用コネクタのだめの初期条件は、前
記入力用伝達ファイバ１７（第１図）内のモード・パワ
ーの配分により決定されたが、本実施例のための初期条
件は、入力用端面８６における前記コネクタの通常モー
ドと、光源フィールドとの重なりにより決定される。も
し、ψ、。、１１．が、前記光源のフィールドとすれば
、前記拡張パラメータの初期値は、次式により与えられ
る。

これらの条件を使用して、前記連結された局所モードの
等式（５）が、最適長さり、／・を得るために、上記で
論じたものと同一の方法で積分されることが可能である
。

上記コネクタの出力は、パワーにより出力用ファイバの
基礎モードに適応させられるので、第１０図に示されて
いるように、再び前記長さり、／のサイン曲線関数とな
る。この図において、１、０の伝達率が意味することに
なるのは、両方の入力モード内へ発射されたパワーの全
てが、出力部において前記基礎モード内へ連結されてい
ることであろう。実際の最大伝達率は約０，９Ｂであり
、これは、前記断熱の場合よりも、パワーが７６％増大
することを指摘している。前記コネクタの入力部で伝播
するモードの数をより多くすることにより、さらに大き
いゲインが可能となる。

多くの光フアイバ装置に関して真実であるように、その
ような装置の挙動を予期するための理論は良く定義され
るけれども、実際の装置は、予期した通りに正確には動
作しない。理論的な構成が決１定された後に、任意の与
えられた装置の成る量に亘る経験的調整を行なう必要が
ある。例えば、上記した各実施例の断熱領域の長さは、
計算された長さよりも僅かに長くされることが可能であ
る。

研削および研磨により、僅かな厚さを除去してもよく、
該装置は、その中を伝播する光によりテストされること
ができる。例えば、第５図または第１０図の曲線の極大
伝達ピークの１つにおいて、前記装置が動作していると
思われるときには、さらに処理を施す必要がなくなる。

隣接する極大値となる伝達のパーセンテージはほぼ同一
となるので、前記長さり、またはＬ　＋１′のために、
どの極大値を選択するかは、重要でない。

ビーム拡張をさらに大きくするため、もしくはモード連
結をさらに強くするため、本発明のモード・フィールド
変更器に以下の変更を施すことができる。１つの変更例
において、前記モード・フィールド変更器は、第１１図
に示されているように、さらに複雑な屈折率のプロファ
イルを有している。５ｔｅｖａｒｔ等による刊行物、’
　Ｄｅｓ　ＩｇｎＬｉｆｆｉｌｔａｔｌＯｎ　ｏｎ　Ｔ
ａｐｅｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｕｐｌｅｒｓ　ｉｎ　Ｓｌｎ
ｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｌｂｅｒｓ　　、　Ｐｒｏｃ、　
ｌ０ＰＯＣ，１９８５，第５５９〜５６２頁（第４およ
び５図）が教示していることは、そのような屈折率の体
系が、第４図に関連して上記した体系よりも、さらに大
きい非断熱的効果を有すると言うことである。すなわち
、最大の断熱的テーパーの角度は、第１１図に示されて
いるタイプのＷ形の屈折率のプロファイルにおいて、よ
り小さいと言うことである。ここで論じる用例において
、特に、ソース対ファイバ用コネクタにおいて、モード
の強い連結が望まれている。テーパー角度をどれだけ大
きくすることができるかについては、実際技術（製作）
上の制約があり得ることであり、それゆえ、所定のテー
パーに対して、より強い非断熱的効果を示す屈折率体系
が望ましいことがある。

また、第１１図は、前記屈折率のプロファイルが段状タ
イプのものである必要がないと言う事実も示している。

設計により、または製造過程の結果として、前記プロフ
ァイルの一部または全部が、曲線９０により示されてい
るように、丸みを付けられることが可能である。

第１２ｅＫに示す他の変更例が、前記した米国特許出願
連続番号筒０５２．２８１号に開示されており、これは
参考としてここに併合される。この実施例において、第
２図の構成要素と同様の要素は、ダッシュ付きの参照数
字により指示されている。ファイバ性ピグテール４８′
が、モード中フィールド変更器４０′　の端面５０′か
ら突出している。領域９１の屈折率は、ファイバ・クラ
ッド４４′のそれと同一で、領域４Ｂ’　のそれよりも
大きいことが好ましい。

それゆえ、クラッド４４′および層９１は、第１クラッ
ド層を構成し、また領域４６′　は第２クラッド層を構
成している。第１２図の装置を製作するために、ファイ
バ４８′が、同心的領域９１および４８′からなる管の
開口９２の中へ挿入される。この管は、ファイバ４８′
の周りで均一に潰れるよう、対称的に加熱される。それ
から、該ファイバと管とを組合わせたものが、第２図に
関連して上記したようにテーパーを付けられ、そして小
直径端部が分断されて、モード・フィールド変更器４０
′を形成する。

米国特許出願連続番号筒０５２，２８１号において教示
されているように、ビーム拡張は増大される。なぜなら
、前記モード・フィールド変更器の第１クラッド層の直
径は、該モード・フィールド変更器へ接続される伝達用
ファイバ線のクラッドの直径よりも有効に大きいからで
ある。

前記モード・フィールド変更は、その端面から突出する
ファイバ製ピグテールを有する代わりに、伝達用ファイ
バ線の端部を挿入されることが可能な軸方向の穴を設け
られることもできる。このファイバ位置決め穴を形成す
る方法が、第１３および１４図に示され、これらの図に
は、第９因の有利な特徴も併合される。米国特許出願連
続番号筒０５２．２８１号に開示されているこの実施例
において、モード・フィールド変更器９９は、例えば、
第２図のコア４２および第２クラツド４６に類似する光
学特性を有するコア９３と、第２クラッド層９４とを備
えている。その第１クラッド層は、互いに同心的な複数
の層９５および９６からなり、層９６の屈折率は、層９
５のそれ以下となっている。各層９５および９Ｂの組成
は異なり、層９５のガラスは、所定の溶媒中で、層９６
のそれよりもさらに溶解しやすいものである。

クラッド９７は、所定の溶媒中で溶解されることに抵抗
性を持たねばならない。変更器９９の端部９７が所定の
溶媒中に浸漬されるとき、層９５がより容易に腐食され
、その結果、第１４図の穴９８が形成される。

偏光子、ファラディ・アイソレータ、およびビーム・ス
プリッタのような「間隙」装置を、２つのビーム拡張装
置間に入れてもよいことが知られている。ビーム拡張を
より大きくするためには、所定の損失を見込んで、間隙
をより大きくすることができる。なぜなら、ビームは、
より良く平行にされるからである。そのような間隙装置
は、第２図の２つの断熱的領域Ａ間に置かれてもよいも
のである。ファイバ対ファイバ用コネクタにおいて、複
数のモード・フィールド変更器間の小さい間隙は、本質
的に無視されることが可能である。

しかし、前記断熱領域の長さの計算は、より大きい間隙
の長さを考慮に入れねばならない。

第１５図は、先太りテーパーを有するモード・フィール
ド直径変更器タイプの直列形ファイバ対ファイバ用コネ
クタを示している。２つのコネクタ半割部、もしくは２
つのモード・フィールド変更器［２および１１４は、ス
リーブ１１［１により、軸方向内で整列するように互い
に固定される。互いに対して接続されるべき伝達用光フ
ァイバ１１７および１１９が、前記各モード・フィール
ド変更器から突出しているピグテールへ溶着され、ある
いは機械的に接続される。ファイバ１１７内を伝播して
いる光信号は、入力用モード・フィールド変更器１１２
のコアへつなげられる。この信号は、変更器１１２のう
ちの直径の大きい端部の方へ伝播するので、該モード−
フィールド変更器はビームを拡張し、該拡張されたビー
ムは、モード・フィールド変更器１１４の大直径端部内
へつながる。前記信号は、出力用モード・フィールド変
更器１１４を通って伝播する際、モード・フィールドは
収縮する。

なぜなら、エネルギが、その変更器の先細りテーパーを
横断するからである。

本発明の先太りテーパーを有するファイバ対ファイバ用
コネクタが、第１６図にかなり詳細に示され、またそれ
の屈折率のプロファイルが第１７図に示されている。モ
ード・フィールド変更器１１２は、屈折率がｎｌのコア
１２０を備え、このコア１２０は、屈折率ｎ２を有する
クラッド層１２１により包囲され、ここでｎｌ　＞ｆｉ
２となっている。コア１２０の小直径端部と、クラッド
１２１は、伝達ファイバ１１７への接続のために利用可
能な光フアイバ製ピグテールを構成する。モード・フィ
ールド変更器１１．４は、同様にコア１２５と、クラッ
ド層１２８とで形成され、これの小直径端部は、伝達フ
ァイバ１１９への接続のために利用可能なファイバ製ピ
グテールを構成する。コア１２５とクラッド１２Ｂの屈
折率は、それぞれｎｌおよびｎ２であるのが好ましい。

モード・フィールド変更器１１２および１１４の各々は
、テーパー付き領域Ｎ′により相互結合された大直径領
域Ａ′と、小直径領域Ｓとを備えるものとして示されて
いる。２つの領域Ａ′は、断熱領域であって、これらの
領域内では、実質的にモードの連結が生じない。第１６
図に示されている実施例において、各領域Ａ′の直径は
、製造技術に従って、はぼ一定であるか、あるいは若干
量のテーパーを有していてもよいものである。図示の実
施例のこれらの変更例のいずれにとっても、テーパーの
量は、あるとしても、不充分なもので、ビームを無視し
得る量以上に拡張させるものではない。代替実施例にお
いては、領域Ａ′の断熱的テーパーの量が充分なもので
、非断熱領域Ｎ′により発生されたビーム拡張に、幾ら
かの測定可能な量のビーム拡張を加えるものであっても
よい。

一方の領域Ａ′の端面は、他方の領域Ａ′の対応する端
面の近くに位置されて、境界面１２９を形成する。各領
域Ｓの軸方向長さは、厳密なものではないが、これらの
領域の長さは、これらへの接続のために、充分な長さを
有するべきである。先細りテーパー付きコネクタに関連
して上記したように、両方の領域Ａ′の組合わせ長さＬ
　ｍ′　は、厳密なものである。装置（変更器）１１２
および１１４の断熱領域Ａ′の長さは、　ｌ／２Ｌ、’
であるのが好ましいけれども、それらの長さは同一でな
くてもよい。

本発明によると、第１６図のコネクタには、非断熱的な
テーパーを付けられた複数の領域Ｎ′が形成されている
。すなわち、各領域Ｎ′は、等式（３）により表現され
た関係により定義されるテーパー角度を有し、それゆえ
、この場合はかなりの量のモード連結が生じる。したが
って、前記テーパー付き領域の長さり、′は、同一のビ
ーム拡張を行ない得る断熱的テーパーのそれよりも、か
なり短くなっている。

非断熱的な先太りテーパー付きコネクタにおいては、非
断熱的な先細りテーパー付きコネクタに関連して上記し
た要領と同様の要領で、挿入損失を小さくすることがで
きる。ｎ１、ｎ２．ＤＩｐ　２　／の値と、前記長さり
、′と、領域Ｎ′の形状が知られた後で、前記長さし、
パを計算することができる。

非断熱的先太りテーパー付きファイバ対ファイバ用コネ
クタの構成は、以下の理論的な例により説明される。該
コネクタは、上記した５Ｍタイプの単一モード用ファイ
バの２本を接続するために使用されるべきであり、この
場合、これらのファイバのコアの半径は４．０μｍで、
ｎｌは１．４５１２７８で、Δは０．３％である。動作
波長は、再び１３００ｎｉである。前記非断熱的テーパ
ー領域Ｎ′は、コサイン形状を有するべきであるととも
に、５００μｍの長さを有するべきである。最終的な引
張り比率Ｄ２’／ＤＩ’　は、０．１５であるべきであ
る。

最適性能のために必要とされる断熱領域り。

の長さは、上記した手順に従って決定される。上記パラ
メータを使用して、前記連結されるモードの等式（５）
が、種々な長さＬのために、前記コネクタに沿って数値
的に積分され、それにより、１３００ｎｍで作動するた
めに、前記装置（コネクタ）を通って前記出力用ファイ
バの基礎モード内に達する伝達率が最適になる長さが最
終的に見出される。この結果は第１８図のグラフで示さ
れ、このグラフにおいて、出力用ファイバ１１９内を伝
播する基礎モードのパワーにより測定される前記コネク
タの出力は、前記断熱領域の長さり、／の変化に伴って
、劇的に変化している。ここでモデル化されたケースの
場合、長さＬ　ａ　　−１０，１１１３＋＋ｎであり、
この長さに亘る伝達率は約９７％である。

第１６図の装置（変更器）１１２および１１４の各々は
、直径Ｄ１′を有する予備内形成品を形成することによ
って製造することができる。コアとクラッドの直径比は
、領域Ｓの単一モード用ピグテールのために必要なもの
と同一である。前記予備内形成品の端部は、加熱され、
そして直径がＤ２’（１２５μｍ）のファイバを形成す
るために引張られる。該千両形成品は、その大直径領域
の長さがり、／　よりも僅かに長くなるように、その軸
心に沿う点で切断されることが可能である。研削および
研磨により少々の厚さを除去してもよ゛く、該装置は、
これが第１８図の伝達率曲線の極大値の１つで作動する
のが明らかになるまで、該装置を通って伝播する光によ
りテストされることができる。

ソース対ファイバ用先太りテーパー付きコネクタが、第
１９図に示され、この図において、ソース１４０からの
光は、非断熱的コネクタ１４２の大直径端部内へ連結さ
れ、非断熱的コネクタ１４２は、伝達ファイバ１４６が
接続されるファイバ製ピグテール１４４を有している。

ハウジング１４８が空洞を有し、この空洞は、ソース１
４０を変更器１４２のうちの隣接する端面１５０に適切
に整列させる状態に位置決めするためのものである。モ
ード・フィールド変更器１４２は、第１６図の変更器１
１４と構造が類似している。ソース１４０からの光は、
端面１５０に衝突して、伝播している全ての局所モード
を励起させる。前記非断熱的テーパー付きコネクタは、
−質的パワー伝達体を採用しているので、幾つかのモー
ドからのパワーは、単一の出力モード内へ連結されるこ
とが可能である。それゆえ、前記大直径の断熱領域内を
伝播している全てのモードからのパワーの大部分を、前
記単一モード用ピグテール１４４内で伝播する基礎モー
ド内へ連結させる非断熱的先太リテーバー付き装置を構
成することが可能である。この装置における一質的バヮ
一連結の量は、第１１図に示されたＷ形プロファイルの
ような、屈折率プロファイルの変更例を使用することに
より、増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２つのモード・フィールド変更器を採用して
いる直列形先細りテーパー付きファイバ用コネクタの部
分断面図である。 第２図は、第１図のモード・フィールド変更器の断面図
である。 第３図は、第２図の４−４線に沿って取られた断面図で
ある。 第４図は、第２図のモード・フィールド変更器の大直径
端部の屈折率の線図（プロファイル）である。 第５図は、コネクタの断熱領域の長さし、と、これを通
る光の伝達率との間の計算された関係を示すグラフであ
る。 第６図は、最大ビーム拡張を達成するために、テーパー
比率が最適にされているコネクタ構造のための、計算さ
れた長さし、対光伝達率のプロット図である。 第７図は、テストされた機器（変更器）の計算済み伝達
関数の図である。 第８図は、伝達率が波長の関数としてプロットされてい
るグラフであって、実線は、実際の機器の測定済み値に
関連し、円は計算済み点を指示している。 第９図は、光ファイバと光源とを、先太りテーパー付き
モード・フィールド変更器で接続している状態の断面図
である。 第１０図は、第９図のコネクタの断熱領域の長さと、該
コネクタを通る光の伝達率との間の関係を示すグラフで
ある。 第１１図は、変更されたモード・フィールド変更器の屈
折率のプロファイルを示す線図である。 第１２図は、モード・フィールド変更器の他の実施例の
断面図である。 第１３図および第１４図は、ファイバをモード・フィー
ルド変更器の中に良く接続するために、該モード・フィ
ールド変更器の端面に施す処理工程を示す断面図である
。 第１５図は、２つのモード・フィールド変更器を採用し
ている直列形先太りテーパー付きファイバ用コネクタの
部分断面図である。 第１６図は、先太りテーパー付きモード・フィールド変
更器の断面図である。 第１７図は、第１６図のモード・フィールド変更器の屈
折率のプロファイルを示す線図である。 第１８図は、先太りテーパー付きコネクタの断熱領域の
長さり、／　と、該コネクタを通る光の伝達率との間の
計算された関係を示すグラフである。 第１９図は、光ファイバと光源との間を接続している先
太りテーパー付きモード・フィールド変更器の部分断面
図である。 １２、１４・・・モード・フィールド変更器１７、１９
・・・光ファイバ ４０・・・モード・フィールド変更器 ４２・・・コ　ア　　　　　　　４４．４８・・・クラ
ッド層５Ｂ・・・コ　ア　　　　　　　５８・・・第１
クラッド層６０・・・モード・フィールド変更器 ６２・・・第２クラッド層７２・・・非断熱コネクタ７
Ｂ・・・伝達用ファイバ　　　８０・・・コ　ア８２、
８４・・・クラッド層 Ｌ、（μｍ） Ｌ、　（ｍｍ１ １０ａｍ）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）モード・フィールド変更器であって、これの複数
   の端部のうちの１つの端部の近くに位置されたソースか
   らの光を、該モード・フィールド変更器の反対側の端部
   近くに位置された伝達用光ファイバへつなぐためのモー
   ド・フィールド変更器であり、このモード・フィールド
   変更器は、ｎ＿１の屈折率を有する変更器コアと、この
   変更器コアを包囲するクラッド手段とを具備し、このク
   ラッド手段の屈折率はｎ＿１よりも小さく、また前記モ
   ード・フィールド変更器は、該モード・フィールド変更
   器の複数の端部の中間にテーパー付き領域を具備し、こ
   こで、前記モード・フィールド変更器は、大直径端部と
   小直径端部とを有し、前記モード・フィールド変更器の
   一端部内を伝播している光信号のモード・フィールドは
   、該光信号が前記テーパー付き領域内を伝播する際に変
   更されるようにしたモード・フィールド変更器において
   、前記テーパー付き領域は非断熱的テーパーを有し、そ
   れにより、その非断熱的テーパー内でかなりの量のモー
   ド連結が生じ、また前記モード・フィールド変更器は、
   断熱領域をさらに具備し、この断熱領域は、充分な長さ
   を有することにより、該断熱領域と前記テーパー付き領
   域との間の接合部における各モードの相対的位相は、前
   記ソースからのエネルギの最大に可能な量を、前記伝達
   用光ファイバへ充分につなげるのに必要な関係を有して
   いることを特徴とするモード・フィールド変更器。
2. （２）前記小直径端部が前記ソースの近くに配置され、
   該小直径端部は前記断熱領域を構成し、また前記クラッ
   ド手段は、前記変更器コアを包囲する屈折率がｎ＿２の
   第１クラッド層と、この第１クラッド層の表面上の、屈
   折率がｎ＿３の第２クラッド層とからなり、ｎ＿２＞ｎ
   ＿３の関係があることを特徴とする請求項１記載のモー
   ド・フィールド変更器。
3. （３）前記大直径端部がソースの近くに配置され、該大
   直径端部が前記断熱領域を構成していることを特徴とす
   る請求項１記載のモード・フィールド変更器。
4. （４）前記ソースが、もう１つのモード・フィールド変
   更器であることを特徴とする請求項１記載のモード・フ
   ィールド変更器。
5. （５）前記ソースが、前記モード・フィールド変更器か
   ら間隙を介して分離されたもう１つのモード・フィール
   ド変更器であることを特徴とする請求項１記載のモード
   ・フィールド変更器。
6. （６）前記ソースが、電気信号を光信号に変換するため
   の手段であることを特徴とする請求項１記載のモード・
   フィールド変更器。
7. （７）モード・フィールド変更器であって、該モード・
   フィールド変更器の複数の端部のうちの一方の端部の近
   くに位置されたソースからの光を、該モード・フィール
   ド変更器の反対側の端部近くに位置された伝達用光ファ
   イバへつなぐためのモード・フィールド変更器であり、
   このモード・フィールド変更器は、屈折率ｎ＿１を有す
   る変更器コアと、この変更器コアを包囲する屈折率がｎ
   ＿２の第１クラッド層と、この第１クラッド層の表面上
   の屈折率がｎ＿３の第２クラッド層とを具備し、ｎ＿１
   ＞ｎ＿２＞ｎ＿３の関係があり、また前記モード・フィ
   ールド変更器は、該モード・フィールド変更器の複数の
   端部の中間にテーパー付き領域を具備し、さらに前記モ
   ード・フィールド変更器は、大直径端部と、小直径端部
   とを有し、前記小直径端部が、前記ソースの近くに設置
   されるように構成されているモード・フィールド変更器
   において、前記テーパー付き領域が、非断熱的テーパー
   を有していることを特徴とするモード・フィールド変更
   器。
8. （８）コネクタにおいて使用するためのモード・フィー
   ルド変更器であって、該モード・フィールド変更器へ動
   作可能に接続される第２モード・フィールド変更器を採
   用しており、該モード・フィールド変更器は、屈折率ｎ
   ＿１を有する変更器コアと、この変更器コアを包囲する
   屈折率ｎ＿２の第１クラッド層と、この第１クラッド層
   の表面上の屈折率ｎ＿３の第２クラッド層とを具備し、
   ｎ＿１＞ｎ＿２＞ｎ＿３の関係があり、また該モード・
   フィールド変更器は、該変更器の複数の端部の中間にテ
   ーパー付き領域を具備し、該モード・フィールド変更器
   において、前記テーパー付き領域は、非断熱的テーパー
   を有していることを特徴とするモード・フィールド変更
   器。
9. （９）前記テーパー付き領域が、大直径端部と小直径端
   部とを有し、前記大直径端部にある少なくとも前記コア
   と前記第１クラッド層の直径は、前記小直径端部にある
   対応する各直径よりも大きく、それにより、前記変更器
   の一端部内を伝播している光信号のモード・フィールド
   は、該信号が前記テーパー付き領域を通って伝播するに
   従い変更され、前記小直径端部にある前記コアおよび前
   記第１クラッド層の直径が充分に小さいことにより、前
   記変更器の大直径端部内で、該変更器の小直径端部の方
   へ伝播している入力光信号は、拡散するとともに、前記
   第１および第２クラッド層からなる波ガイドにより有効
   に案内され、前記テーパー付き領域の非断熱特性により
   、前記第２変更器の大直径端部から、該第２変更器の小
   直径端部の方への前記入力光信号の伝播は、モードの変
   更を生じさせ、その結果、該モードは、前記入力信号内
   に存在したモード数よりも少なくとも１つ多いモードを
   有する多モード信号となり、前記モード・フィールド変
   更器の小直径端部は、前記テーパー付き領域の小直径端
   部の近くに断熱領域を備え、該変更器の断熱領域の長さ
   と、前記テーパー付き領域の長さおよびテーパー角度と
   、前記各屈折率ｎ＿１、ｎ＿２およびｎ＿３は、所定の
   ものであることにより、前記モード・フィールド変更器
   の小直径端部が、前記第２変更器の小直径端部の近くに
   、軸方向内で整列する状態に配置されるときであって、
   その結果、前記多モード信号が前記第２モード・フィー
   ルド変更器から前記モード・フィールド変更器まで伝播
   するときに、前記断熱領域および前記テーパー付き領域
   間の接合部で、前記モード・フィールド変更器内を伝播
   している各モードの相対的位相が、所定の関係を有し、
   該所定の関係は、前記多モード信号からのエネルギの最
   大に可能な量を、前記モード・フィールド変更器の大直
   径端部にある前記変更器コアと、前記第１クラッド層と
   からなる光学的波ガイドへ充分につなげるために必要な
   関係であることを特徴とする請求項８記載のモード・フ
   ィールド変更器。
10. （１０）一対の光ファイバを相互に接続させるための光
    学装置であって、該光学装置は、第１および第２モード
    ・フィールド変更器を具備し、該各モード・フィールド
    変更器は、屈折率ｎ＿１を有する変更器コアと、この変
    更器コアを包囲する屈折率がｎ＿２の第１クラッド層と
    、この第１クラッド層の表面上の屈折率がｎ＿３の第２
    クラッド層とを備え、ここでｎ＿１＞ｎ＿２＞ｎ＿３の
    関係があり、また前記光学装置は、前記第１変更器の小
    直径端部を前記第２変更器の小直径端部の近くに位置さ
    せるとともに、該第１および第２変更器の軸心を実質的
    に相互に整列させる手段と、前記各変更器の複数の端部
    の中間にあるテーパー領域とを備えている該光学装置に
    おいて、前記テーパー付き領域が、非断熱的テーパーを
    有していることを特徴とする光学装置。
11. （１１）前記各変更器のテーパー付き領域が、大直径端
    部と小直径端部とを有し、前記大直径端部にある少なく
    とも前記コアおよび前記第１クラッド層の直径は、前記
    小直径端部にある対応する各直径よりも大きく、それに
    より、前記変更器の一端部内を伝播している光信号のモ
    ード・フィールドは、該信号が前記テーパー付き領域を
    通って伝播する際に変更され、前記小直径端部にある前
    記コアと前記第１クラッド層の直径は、充分に小さいこ
    とにより、前記変更器のうちの一方のものの前記大直径
    端部内で、該一方の変更器の前記小直径端部の方へ伝播
    している入力光信号のフィールドは、拡散するとともに
    、前記第１および第２クラッド層からなる波ガイドによ
    り有効に案内され、前記テーパー付き領域の非断熱的特
    性により、前記第２変更器の大直径端部から、該第２変
    更器の小直径端部への前記入力光信号の伝播は、モード
    の変更を生じさせ、その結果、該モードは、前記入力信
    号内に存在したモードよりも少なくとも１つ多いモード
    を有する多モード信号になり、前記各変更器の小直径端
    部は、前記テーパー付き領域の小直径端部に近い断熱領
    域を備え、前記各変更器の断熱領域の組合わせ長さと、
    前記テーパー付き領域の長さおよび角度と、前記屈折率
    ｎ＿１、ｎ＿２およびｎ＿３は所定のものであることに
    より、前記多モード信号が、前記第２モード・フィール
    ド変更器から前記第１モード・フィールド変更器の方へ
    伝播するときに、前記断熱領域および前記テーパー付き
    領域間の接合部で、前記第２モード・フィールド変更器
    内を伝播している各モードの相対的位相は、所定の関係
    を有し、該所定の関係は、前記多モード信号からのエネ
    ルギの最大に可能な量を、前記第２モード・フィールド
    変更器の前記大直径端部にある前記変更器コアと、前記
    第１クラッド層とからなる波ガイドへ充分につなげるた
    めに必要な関係であることを特徴とする請求項１０記載
    の光学装置。