JPH03504052A - 光導波体接続 - 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】 光導波体接続 本発明は光ファイバなどの光導波体を接続する方法に関する。

通常の光導波体は材料に沿って進行する光放射が導波体の材料内に保持されて案 内されるようにピークを有する断面屈折率プロファイルを有する誘電体材料を含 む。ピーク領域内の材料はコアとして一般的に知られており、ピーク領域の外側 の材料はクラッドとして一般的に知られている。

通常、この型の光導波体は電気アーク下でその隣接の端部に力を加えて挿着する ことによって一緒に接続されるか或いはスプライスされる。その電気アークは端 部を一緒にされる後に消去される。いくつかの場合のおいて、融着された結合は 機械的強度を改善するために焼き戻される。融着された接続から生じる損失を最 小限にするために存在する主要なスプライス損失機構を考慮に入れることは重要 である。一般に、これらの損失機構は次の３つに分けられることが可能である。

横断コアオフセット：これは導波体と中心を共有しないコアによって生じ、故に だとえ導波体が正確に整列されないとしても、コアも正確に整列されない。

コア変形：これはスプライスおよび／または隣接する導波体の端部が整列されな い前に導波体の不正確な整列によって生じる。

モードフィールド不整合：屈折率プロファイルがげｅレベル間で測定されたよう な導波体に伝播する光学フィールドの断面幅を制御し、「モードスポットサイズ 」によって特徴付けられる。

約８μｍのコア直径を有する典型的なモノモードファイバにおいて、モードスポ ットサイズは９μｍ程度である。モードスポットが２つの導波体において異なる 形状（または寸法）を有するならば、結合に著しい損失が存在する。

２つの導波体は著しく異なるモードスポットサイズを有すると、モード不整合は 主要な損失機構である。種々の提案はこれを処理するために提案された。例えば 、ＥＰ−Ａ−００７６１８６ではクラッドにコア中のドーパントの移動を発生さ せるために８００〜１２００℃の温度で２４〜４８時間の間でファイバの端部を 加熱する方法が記載されている。これは光ファイバの屈折率の変化およびモード スポットサイズの対応する変化を生じさせるためである。この処理の主要な欠点 は長時間の前処理（１〜２日）およびモード寸法を整合するために補正されたス ポットでファイバを分裂することが必要であることである。

屈折率プロファイルに対するクラッドからコアへのフッ素移動の効果は文献（１ ９８８年２月１８日付Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓｖｏｌ、Ｎｏ４ ．２４３乃至２４６頁）に記載されている。この文献では単一のファイバおよび 加熱処理のファイバに対する影響に関係し、１時間程度以上の典型的な加熱時間 が記載されている。

本発明にしたがって、異なる屈折率プロファイルを有する光導波体および高い開 口数（Ｎ　Ａ）を有する少なくとも１つの導波体を接続する方法は、ドーパント が高いＮＡの導波体のコアから移動されるようにコアの整列状態において一緒に 導波体の端部を融着し、導波体間に融着された結合部分を続いて加熱することを 含む。加熱ステップは２つの導波体におけるモードスポットサイズ間の整合を予 め定められたレベルで達成するために十分な時間で実行される。

上述の全提案において、ファイバが加熱処理を受けるとき、低いＮＡファイバに 関しては、損失は急速に増加することが認められた。対照的に、少なくとも１つ の導波体が高いＮＡを有するとき、後融着加熱処理は非常に効果的であることが 認められた。高いＮＡファイバを標準的なファイバにスプライスするとき、２つ のファイバにおける異なる移動割合はモードスポットサイズの急速な均等化を生 じる。−緒に２つの高いＮＡファイバをスプライスするとき、２つのコアは横断 コアオフセットのような物理的不整合を減少させることと共に寸法において急速 に発達する。ドープされた高いＮＡファイバは、モードスポットサイズ整合また は横断コアオフセット減少を達成する短い後スプライス加熱処理に導く加熱中の ドーパントの急速な移動を有する。適当な加熱力を選択することによって比較的 に短い時間内、典型的に３０秒程度で十分なモードスポットサイズ整合を達成す ることが可能であることがわかった。後加熱は、融着または他の加熱処理によっ て達成して使用されるように、同じアークを使用して実行される。前者の場合で は、加熱力はアーク電流を適切に選択することによって定められる。

実際に後加熱処理中に達する温度は、従来例えば既知の焼戻し処理およびＥＰ− Ａ−００７８１８６を達成した温度よりも高い。典型的に、１４００〜１６００ ℃程度の温度が利用される。

１例では、後加熱処理が停止される時期を決定するために、伝播損失の変化が融 着中および後加熱処理中に監視されることが可能である。代りに、この監視処理 は適当な加熱時間を定め、次に続く接続のために予備的なステップで実行される ことが可能である。後加熱処理は監視゛が必要である実時間なしで予め定められ た時間にわたって適用される。

恐らく、加熱ステップは伝播損失が最小に達するまで実行される。代りに或いは 付加的に、導波体が突合わせ接触されるか融着されない状態のときの損失よりも 伝播損失が少なくとも１デシベルずつ減少されるまで熱処理が行なわれる。

高いＮＡ導波体の開口数は一般的に少なくとも０，１５典型的には０．１５〜０ ．３の範囲にある。

本発明は特に高いＮＡファイバに対する通常のモノモード光ファイバの接続に適 用できる。そのような高いＮＡファイバはレーザからの光パワーを結合するため にファイバレーザに使用される。本発明はまた２つの高いＮＡファイバの接続に 適用できる。

本発明の方法を実行するための装置は通常の値からアーク時間およびアーク電流 を特別に変えるために適切に調節された通常の光フアイバスプライス装置である 。

以下本発明による方法の実施例を添付図面を参照にして説明する。

第１Ｆは、スプライス前および後の高いＮＡの光ファイバの屈折率プロファイル を示す。

第２図は、通常のモノモード光ファイバの第１図と類似した図である。

第３図は伝播損失の時間的変化を示す。

第４図は低いＮＡの通信ファイバにスプライスされ半導体レーザに結合される高 いＮＡファイバの概略図である。

前述のように、本発明は高いＮＡ先ファイバをスプライスして使用するのに特に 適切である。このスプライスには高いＮＡファイバを標準ファイバに接続するか 、或いは２つの高いＮＡファイバを接続することが含まれる。この例においては 、高いＮＡファイバと標準ファイバに接続について記載する。

光ファイバの開口数（ＮＡ）は下記の等式により与えられる。

（ｎ　ｃｏ２ｎ（＋２）　””　−（２Ｘ　ｎ　ｃｌ×δｎ）１／２ｎｅｏはコ アの屈折率であり、ｎ（＋はクラッドの屈折率であり、δｎ　”　ｎ　ｃｏ　　 ｎ　Ｃ＋である。

高いＮＡファイバは０．２４〜０．１５の範囲のＮＡに対応する０゜０２〜０． ００８の範囲の典型的に大きいδｎを有する。ゲルマニアをドープされたシリカ ファイバの場合では、これはコア領域が大きいゲルマニア濃度を有することによ って達成される。

第１図ではそのような高いＮＡファイバの屈折率プロファイルをライン１で示す 。このファイバは約２ミクロンのコア半径および約２ミクロンのモード半径を有 する。

高いＮＡファイバがスプライスされるべき通常のモノモードファイバの屈折率プ ロファイルはライン２によって第２図に示されている。この場合では、δｎは約 ０．００４であり、ａは約４ミクロンであり、モード半径は約５ミクロンである 。

したがって、２つのファイバ間のモードスポットサイズの大きな差が存在するこ とが認識される。

ファイバ端部をできるだけ平面状にするために通常の方法で処理した後、ファイ バは通常のスプライス装置に取付けられ、アークがファイバ間の隙間を通って貫 通されるように小さな距離だけ後方に戻される。ファイバはファイバを融着させ るアークの存在下にある速度で一緒に接触するように移動される。通常のスプラ イスと対照して、アークは全体で２５〜３０秒間維持される。

融着後のこの付加的な加熱効果は高いＮＡファイバのコアのドーパントをそのフ ァイバのクラッドに移動させる。この移動はコアとクラッドの屈折率に変化を生 じさせ、そのファイバに対してδｎの値を実効的に減少させる。この移動はコア のドーパントの高い濃度によって標準のファイバよりも高いＮＡファイバにおい て非常に速く行われる。この高い濃度はコアの「軟化（ｓｏｆ’ｔｅｎｉｎｇ　 ）　Ｊ温度を低下させる（クラッドまたは低いドープのファイバのコアと比較し て）。故に、ゲルマニウム原子の移動度は所定の温度で著しく増加する。

光ファイバのモード幅はδｎの値およびコア半径に非常に依存するので、ａは、 特にａが小さいときコアドーパン！・の拡散によって生じられたδｎとａの小さ い変化によってモード幅に大きな変化を生成させることが可能である。

第１図に示されているように、約２５秒間加熱した後、屈折率プロファイルはラ イン３によって示されｔ：形に著しく変化した。しかし、第２図に示されている ように、通常または標準のファイバの屈折率はライン４によって示されているよ うにほとんど変化しない。しかし、これらの図の比較は屈折率プロファイル３． ４が非常に類似していることを示す。

後加熱処理中のアーク電流はファイバの温度が典型的に１４００〜１６００℃程 度の軟化点まで上昇するように選択される。

処理中の伝播損失の効果は第３図により理解できる。初めに、２つのファイバは 期間５中に一緒に突合わせ接触される。

ファイバは戻され、それによって損失は必然的に増加され、一方アークは期間６ 中に生成される。アークはファイバに維持され、ファイバは一緒に結合され融着 される。標準のスプ　・ライス技術では、アークは２．３秒後のファイバが一緒 に結合された期間７の終りで消滅される。しかし本発明では、加熱はアークを維 持することによって続けられ、ファイバがアークの存在下に一緒に結合された後 損失が２５秒で約０．２デシベルの最小値に達するまで徐々に減少し続けること がわかる。

第３図は１．３　ミクロン（ライン８）および１，５　ミクロン（ライン９）に おける損失の効果を示し、これらは非常に類似していることがわかる。

本発明は高濃度にドープされたコアと関連して述べられたが、それはまたクラッ ドまたはクラッドとコアの組合わせの屈折率を減少させるために高くドープされ たクラッド（例えばフッ素またはホウ素ドーパントで）を有するファイバに適用 できる。

第４図では、光を半導体レーザ４２から結合するために位置され、上述の本発明 の方法によって低いＮＡの通信ファイバ４２にスプライスされた高いＮＡファイ バ４０が示されている。

この結合はレーザ４２と通信ファイバ４４の間の低損失の結合を提供する。この 組合わせはパッケージとして供給されることが可能であり、第１のファイバ４４ は光通信システムの類似のファイバ（示されていない）に通常の手段によりスプ ライスするためのピッグティルである。

屈折率差 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）ｔルツ亡　ど１≧にｌ之ノ 平成２年１０刀２９−

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つの導波体は高い閉口数（ＮＡ）を有する異なる屈折率プロフ ァイルを有する光導波体を接続する方法において、 整列したコアを有する導波体の端部を融着し、それに続いてドーパントを高いＮ Ａ導波体のコアから移動させるために導波体間の融着された結合を加熱し、その 加熱ステップは２つの導波体におけるモードスポットサイズ間の整合が予め定め られたレベルに達するのに十分な時間にわたって実行されること光導波体の接続 方法。
2. ２．加熱ステップは３０秒以下の時間で実行される請求項１記載の方法。
3. ３．融着された結合は加熱ステップ中少なくとも１４００℃で加熱される請求項 １または２記載の方法。
4. ４．加熱ステップは伝播損失が最小に達するまで実行される請求項１乃至３のい ずれか１項記載の方法。
5. ５．加熱ステップは伝播損失が導波体が突合わせ接触されたが融着されないとき 、発生される損失より少なくとも１デジベル減少されるまで実行される請求項１ 乃至４のいずれか１項記載の方法。
6. ６．さらに加熱ステップ中伝播損失を監視する請求項１乃至５のいずれか１項記 載の方法。
7. ７．高いＮＡ導波体の開口数が０．１５以上である請求項１乃至６のいずれか１ 項記載の方法。
8. ８．高いＮＡ導波体の開口数は０．１５乃至０．３の範囲にある請求項７記載の 方法。
9. ９．導波体は光ファイバを具備する請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法。
10. １０．添付図面と共に実質上前述されたような光導波体の接続方法。
11. １１．端部と端部とで別の光ファイバと融着された高いＮＡ光ファイバ。
12. １２．別の光ファイバは高い開口数を有していない請求項１１記載の組合わせ。
13. １３．高いＮＡファイバは光学的に光源に結合されている請求項１２記載の組合 わせ。
14. １４．光源は半導体レーザである請求項１３記載の組合わせ。