JPH0536768B2 - - Google Patents

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JPH0536768B2
JPH0536768B2 JP57158723A JP15872382A JPH0536768B2 JP H0536768 B2 JPH0536768 B2 JP H0536768B2 JP 57158723 A JP57158723 A JP 57158723A JP 15872382 A JP15872382 A JP 15872382A JP H0536768 B2 JPH0536768 B2 JP H0536768B2
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fiber
coupler
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fibers
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Jon Sho Haabaato
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Leland Stanford Junior University
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Publication date
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Publication of JPH0536768B2 publication Critical patent/JPH0536768B2/ja
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    • G02B6/2826—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals using mechanical machining means for shaping of the couplers, e.g. grinding or polishing
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般的には光フアイバ用方向性結
合器に関し、より特定的には、エバネセントフイ
ールド（evanescent field）結合を利用する光フ
アイバ用方向性結合器に関する。
光フアイバ用方向性結合器は、２本の光フアイ
バまたは光フアイバ材料からなるストランドの間
で光出力を伝送する。エバネセントフイールド結
合では、光出力が伝送されるように、２本のスト
ランドの案内されたモードが、それぞれのエバネ
セントフイールドを介して相互作用する。典型的
には、エバネセントフイールド結合は、フアイバ
からクラツド部を除去し、かつ各コアが他のコア
のエバネセントフイールド内にあり、それによつ
て上述のモード相互作用が生じるように、各フア
イバを密接するように位置決めすることにより達
成される。
エバネセントフイールド結合器の一例は、「単
一モードの光フアイバパワーデバイダ（Snigle
Mode Fibr Optical Power Divider）、カプセル
化されたエツチング技術」の題される1979年１月
に発行されたオプテイクス・レターズ（Optics
Letters）中の論文に記載されている。「ボトル結
合器」として参照されるこの結合器は、相互にね
じられた２本の光フアイバを備える。ねじられた
フアイバは、硝子のボトル中に挿入されており、
この硝子ボトルはクラツド部を除去するためのエ
ツチング溶液で満たされている。次に、エツチン
グ溶液が排出され、屈折率整合オイルにより置換
えられる。しかしながら、この論文の最後のパラ
グラフで述べられているように、この装置は、約
2dBのスループツト損失を有する。さらに、この
結合器は、機械的にも不安定でありかつ壊れやす
い。
エバネセントフイールド結合器の他の例は、平
面形状のサブストレート内に組立てられた波長ガ
イドを備える一体形の光結合器を含む。しかしな
がら、これらの結合器は、内部損失、比較的大き
な入出力結合損失および光フアイバ系で用いられ
るときの内部損失を有しており、かつ伝達される
光の分極に敏感であるという傾向がある。このよ
うな結合器は、Applied Opticsが1978年３月１
日に発行した「可変スペースを有する光フアイバ
用方向性結合器（Optical Directional Couplers
with Variable Spacing）」と題される論文に開
示されている。
この発明の結合器は、光フアイバ材料からなる
各ストランドを取付けるための弧状の各溝を有す
る１対のベースすなわちブロツクを備える。所望
の量の光フアイバが除去されるまで、材料はブロ
ツクおよびストランドから同時に除去される。次
に、このストランドは相互に密接するように位置
決めされ、フアイバの切断部分が対向関係にされ
る。これらの切断部分の各表面は、この明細書中
で「対向表面」として参照される。
適切なエバネセントフイールド結合を確保する
ためには、ストランドのコア部分間のスペースが
予め決定した「クリテイカルゾーン
（criticalzone）」内にあるように、フアイバから
除去された材料の量を注意深く制御しなければな
らないことがわかつた。これにより、各ストラン
ドが他のストランドからのエバネセントフイール
ドエネルギの大部分を受入れることができ、かつ
結合が大きなエネルギ損失を発生することなく達
成される。
この発明の結合器の重要な効果は、結合される
出力を、スループツト損失に実質的に影響するこ
となく、所望の値まで予め決定した範囲で調整す
ることが可能であることにある。この明細書中で
「結合器のチユーニング（tuning the coupler）」
として参照されるこの結合器の調整は、フアイバ
の各対向表面が他のフアイバに対して摺動してず
れるように、各フアイバを移動することにより達
成される。さらに、時間変化信号に応じてこのよ
うなずれを可変することにより、この発明の結合
器はモジユレータとして機能する。
この発明の他の特徴は、結合器が小さなスルー
プツト損失を達成し得ることにある。実験結果
は、通常は0.5dBである、スループツト損失が
0.2dBにし得ることを示す。さらに、この結合器
は高度の方向性を有しており、実質的にすべての
結合される出力が結合器の出力側に与えられる。
実験は、直接的に伝えられた出力が従来の直接的
に伝えられた出力が従来の直接的に伝えられた出
力よりも60dB大きいことを示した。この結合器
は、100％の光パワーの方向性結合を果たし得る。
また、この結合器は、すべての分極が生じた光
をほとんど等しく通過させるであろうという、優
れた分極応答性をも有する。このように、この結
合器の特性は、分極から実質的に独立である。
この発明は、特に、シングルモードのフアイバ
について有利に用いられる。周知のように、この
ようなフアイバは、極めて小さく、華奢であり、
かつ壊れやすいものであり、したがつて容易に破
壊され易く、また小さな曲げによつて引起こされ
るモードの摂動に極めて影響されやすい。これら
の問題は、上述したように、ブロツクの弧状溝に
フアイバを永久的に取付けることにより実質的に
解消し得る。このブロツクは、結合器のための起
伏のある頑丈な構造を与えるのみならず、光フア
イバ材料がそこから除去される間、これらの華奢
なフアイバを強く保持するための手段としても働
く。さらに、このブロツクにより、上述したよう
に、結合器をチユーニングするためのフアイバの
相対的な位置決めの調整も可能となる。
また、この発明は、シングルモードフアイバに
特に有利な製造方法をも含む。シングルモードフ
アイバのエバネセントフイールドは、典型的には
クラツド部内に深く埋め込まれているため、スト
ランドのコア部分が「クリテイカルゾーン」内に
存在することを確保するために除去されねばなら
ない正確な量の材料を決定することは極めて難し
い。したがつて、結合器の製造方法は、ストラン
ドから除去される材料の量を越える相対的に正確
な制御を与える。さらに、この発明は、有利な結
合の再現性をも与える。このような再現性は、任
意の特性を有する結合器の量産を可能とするだけ
でなく、非対称性がフアイバの伝搬特性を変化さ
せ、より弱い結合をもたらすのに対し、この結合
器の半分が対称に構成されることを可能とする。
第１図ないし第４図に示すように、この発明の
結合器１０は、直方体のベースすなわちブロツク
１６Ａ，１６Ｂの光学的に平坦な対向表面１４
Ａ，１４Ｂ内に形成された長手方向に延びる弧状
溝１３Ａ，１３Ｂ内に設けられたシングルモード
の光フアイバ材料からなる２本のストランド１２
Ａ，１２Ｂを含む。溝１３Ａ内に設けられたスト
ランド１２Ａを有するブロツク１６Ａが、結合器
の一方の半体１０Ａとして参照され、かつ溝１３
Ｂ内に設けられたストランド１２Ｂを有するブロ
ツク１６Ｂがこの結合器の他方の半体１０Ｂとし
て参照される。
各ストランド１２Ａ，１２Ｂは、商業的に入手
可能な石英硝子からなるフアイバであり、このフ
アイバは中心のコア部および外側のクラツド部を
有するようにドープされている。この発明は、マ
ルチモードフアイバのような他の形式のフアイバ
にも用いられ得るが、典型的にはコア部の径が10
ミクロンあるいは10ミクロン以下の大きさであ
り、クラツド部の径が125ミクロンの大きさにあ
るシングルモードのフアイバに有利に用いられる
ことが以下の詳細な説明により理解されるであろ
う。開示される実施例においては、説明を容易と
するために、シングルモードのフアイバが用いら
れており、かつこのストランド１２の径および各
コア部が誇張されている。さらに、この明細書中
で述べられる実験結果は、シングルモードのフア
イバを用いた結合器についてのものである。
弧状の溝１３Ａ，１３Ｂは、フアイバ１２の径
に比べて極めて大きな曲率半径を有しており、か
つその内部に取付けられたとき、フアイバ１２が
溝１３の底部壁により規定された径路に沿うこと
を可能とするためのフアイバ径よりもかなり広い
幅を有している。溝１３Ａ，１３Ｂの深さは、そ
れぞれ、ブロツク１６Ａ，１６Ｂの中心での最小
の深さから、ブロツク１６Ａ，１６Ｂの端縁での
最大深さまで変化する。これによつて、溝１３
Ａ，１３Ｂ内に取付けられたとき、光フアイバス
トランド１２Ａ，１２Ｂが、それぞれ、中心方向
に次第に集まることおよびブロツク１６Ａ，１６
Ｂの端縁の方に分散することを可能とし、それに
よつてモードの摂動によつてパワー損失を引起こ
すフアイバの方向における何らかの鋭い曲がりあ
るいは急な変化を除去することが可能となる。示
した実施例では、溝１３は、横断面が長方形であ
るように表わされているが、Ｕ字状断面あるいは
Ｖ字状断面のような他の適切な断面形状を有する
フアイバ１２を用いてもよいことが理解されるで
あろう。溝１３を形成するためおよびフアイバ１
２を固定するための技術については、以下におい
て議論される。
示されるこの実施例では、ブロツク１６の中心
において、ストランド１２を取付ける溝１３の深
さがストランド１２の径よりも小さくされてお
り、他方ブロツク１６の端縁では、溝１３の深さ
は好ましくはストランド１２の径と少なくとも同
等にされている。光フアイバ材料は、各楕円形状
の平面状表面１８Ａ，１８Ｂを形成するために各
ストランド１２Ａ，１２Ｂから除去され、この楕
円形状の平面状表面１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ
対向表面１４Ａ，１４Ｂと共通の平面にされてい
る。これらの表面１８Ａ，１８Ｂは、この明細書
中では、「対向表面」と参照される。このように、
除去された光フアイバ材料の量は、ブロツク１６
の端縁に向つて０から、ブロツク１６の中心方向
で最大となるまで次第に増加する。この光フアイ
バ材料の傾斜された除去は、フアイバが次第に集
中および分散することを可能とし、これは逆方向
の反射および過剰の光エネルギ損失を避けるのに
都合が良い。
説明した実施例では、結合器の半分の部分１０
Ａ，１０Ｂは、同一であり、かつブロツク１６
Ａ，１６Ｂの対向表面１４Ａ，１４Ｂを配置する
ことにより設けられ、そのためストランド１２
Ａ，１２Ｂの対向表面１８Ａ，１８Ｂは向い合つ
た関係にされている。
屈折率整合オイルのような、屈折率整合物質
（図示せず）が、対向表面１４間に設けられる。
この物質は、クラツド部の屈折率とほぼ等しい屈
折率を有しており、かつ光学的に平坦な表面１４
が相互に永久に固定されることを可能とする機能
を有する。このオイルは、毛細管現象により、ブ
ロツク１６間から導入される。
相互作用領域３２は、ストランド１２の接合部
分において形成されており、この相互作用領域３
２の内部で光がエバネセントフイールド結合によ
りストランド間を伝送される。適切なエバネセン
トフイールド結合を確保するためには、ストラン
ド１２のコア部分間のスペースが予め定められた
「クリテイカルゾーン」内にあるように、フアイ
バ１２から除去される材料の量を注意深く制御し
なければならないことがわかつた。エバネセント
フイールドは、クラツド部内に延び、かつ各コア
部の外側の距離に応じて急速に減少する。したが
つて、他方のエバネセントフイールド内に各コア
部が実質的に位置決めされ得るように、十分な量
の材料が除去されねばならない。除去される材料
が少なすぎるならば、エバネセントフイールドが
ガイドモードの所望の相互作用を引起こすことが
可能とするのに充分に閉じられず、したがつて不
充分な結合が生じる。逆に、除去される材料の量
が過剰であるならば、フアイバの伝搬特性は、変
化し、モードの摂動に基づく光エネルギの損失を
もたらす。しかしながら、ストランド１２のコア
部間のスペースがクリテイカルゾーン内にあると
きには、各ストランドは他のストランドからのエ
バネセントフイールドエネルギの大部分を受取
り、最適の結合が大きなエネルギ損失を発生する
ことなく達成される、クリテイカルゾーンは、第
５図において参照番号３３により略図的に示され
ており、この第５図では、フアイバ１２Ａ，１２
Ｂの参照番号３４Ａ，３４Ｂで示されたエバネセ
ントフイールドが、結合を与えるような充分な強
度を有するようにオーバラツプされており、すな
わち各コアは他方のコアのエバネセントフイール
ド内に存在する。しかしなから、先に示したよう
に、コアが相互にあまりにも密接に配置されてい
る場合には、モードの摂動が領域３３内で発生す
る。たとえば、シングルモードフアイバにおける
HE11モードあるいはマルチモードフアイバにお
ける高次のモードのような弱いガイドされたモー
ドについては、充分な材料がフアイバ１２から除
去され、各コア部を露出させるときには、このよ
うなモードの摂動が生じる。したがつて、クリテ
イカルゾーンは、パワー損失が引起こされる実質
的なモードの摂動を生じることなく結合し得る充
分な強度でエバネセントフイールド３４が重なる
領域として定義される。
特定の結合器についてのクリテイカルゾーンの
拡張は、フアイバ自身のパラメータおよび結合器
の幾何学的形状のような相互関係的なフアクタの
数に依存する。さらに、シングルモードのフアイ
バはステツプ−インデツクス特性を有するため、
クリテイカル領域は極めて狭くし得る。たとえ
ば、第１図ないし第４図に示した形式のシングル
モードフアイバの結合器においては、結合器の中
心におけるストランド１２間の要求される中心−
中心間スペースは、典型的には、コア部の径の数
倍以下（たとえば２倍ないし３倍以下）である。
好ましくは、ストランド１２Ａ，１２Ｂは、(1)
相互に同一であり、(2)相互作用領域３２において
同一の曲率半径を有しており、かつ各対向表面１
８Ａ，１８Ｂを形成するために等量の光フアイバ
材料が除去されている。したがつて、フアイバ１
２は、相互作用領域３２を介して対向表面１８を
含む平面内で対称であり、そのため対向表面１８
は重ねられたときに同一の拡がりを有する。この
ことは、２個のフアイバ１２Ａ，１２Ｂが相互作
用領域３２において同一の伝搬特性を有すること
を確保し、それによつて伝搬特性が類似していな
い場合に関連する結合の減衰を避けることが可能
となる。
ブロツクすなわちベース１２は、いずれかの適
切な剛性材料により作られ得る。現実に好ましい
ある実施例では、ベース１２は、溶融石英硝子か
ら約2.54cm（１インチ）の長さ、2.54cm（１イン
チ）の幅および1.16cm（0.4インチ）の厚みの全
体が直方体のブロツクを備える。この実施例で
は、光フアイバストランド１２は、エポキシ接着
剤のような適切な接着剤３８によりスロツト１３
内に固定される。溶融石英ブロツク１６の１つの
利点は、硝子フアイバの熱膨張係数と類似した熱
膨張係数を有することにあり、この利点は、ブロ
ツク１６およびフアイバ１２が製造工程中に熱処
理にさらされた場合、特に重要である。ブロツク
１６のための他の適切な材料はシリコンであり、
シリコンもまたこの用途において優れた熱的性質
を有する。
結合器１０は、第１図においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
で印された４個のポートを含む。第１図の斜め方
向から観察するとき、ストランド１２Ａ，１２Ｂ
にそれぞれ対応するポートＡ，Ｃは、結合器１０
の左手の側に存在し、他方ストランド１２Ａ，１
２Ｂにそれぞれ対応するポートＢ，Ｄは結合器１
０の右手の側に存在する。議論のために、適切な
波長（たとえば1.15ミクロン）の入射光がポート
Ａに与えられると仮定する。この光は結合器を通
過し、かつストランド１２間に結合される出力の
量に依存して、ポートＢおよび／またはポートＤ
に出力される。この点に関し、用語「正常化され
た結合力」は、結合力の総出力に対する比率を表
わすものとして定義される。上述の実施例では、
正常化された結合力は、ポートＤにおける力のポ
ートＢおよびポートＤにおける出力の合計に対す
る比率に等しい。この比率は、「結合効率」とし
ても参照され、このようにして用いられるときに
は、典型的にはバーセントで表示される。したが
つて、用語「正常化された結合力」がこの明細書
中で用いられるとき、対応の結合効率は正常化さ
れた結合力時間１００に等しいことが理解される
べきである。この点に関し、実験は、結合器１０
が100％までの結合効率を有することを示した。
しかしながら、結合効率を０および最大値の間の
所望の値まで調整するように、結合器１０が「チ
ユーニング」されることも明らかである。
さらに、結合器１０が高度の方向性を有してい
るので、結合器の一方の側に加えられた出力のほ
とんど全てが結合器の他方の側に分散される。結
合器の方向性は、ポートＤにおける出力のポート
Ｃにおける出力に対する比として定義され、入力
はポートＡに与えられる。実験は、方向性を有す
る（ポートＤにおける）結合力が、（ポートＣに
おける）反対方向の結合力よりも60dB大きいこ
とを示した。さらに、結合器の方向性は対称であ
る。すなわち、結合器は、そのいずれの側が入力
側および出力側であるかに関係なく同一の特性で
動作する。さらに、結合器１０は、極めて小さな
スループツト損失を維持しつつこの結果を達成す
る。スループツト損失は、１から減算された（ポ
ートＢおよびポートＤにおける）総出力の（ポー
トＡにおける）入力に対する比率として定義され
る。（すなわち、１（PB＋PD）／PA）。実験結果
は、一般には損失は0.5dBであるが、0.2dBのス
ループツト損失が得られたことを示した。さら
に、これらの実験は、加えられた入射光の分極か
ら実質的に独立に結合器１０が動作することをも
示した。
結合器１０は、エバネセントフイールド結合原
理で動作し、このエバネセントフイールド結合原
理では、光がストランド１２間で伝搬するよう
に、ストランド１２の案内されたモードが各エバ
ネセントフイールドを介して相互作用する。先に
示したように、この光の移動は、相互作用領域３
２で生じる。移動された光の量は、相互作用領域
３２の有効長のみならず、コア部の近接摂動およ
び配向に依存する。他方、相互作用領域３２の有
効長はコアスペースから実質的に独立であるけれ
ども、相互作用領域３２の長さは、フアイバ１２
の曲率半径およびある限度まではコアスペースに
依存する。１つの好ましい実施例では、約1.4ミ
クロンの端縁−端縁コアスペースを用いて、曲率
半径が25cmの大きさであり、かつ有効相互作用領
域は633nmの信号波長のようにほぼ１ミリメート
ルの長さを有する。これらの大きさで、光が相互
作用領域３２を通過するにつれて、光がストラン
ド１２間を通過する。しかしながら、相互作用領
域３２の長さが増大するならば、あるいはコアス
ペースが減少するならば、この明細書中で「オー
バカツプリング」として参照される現象が生じ、
そこでは光はそれ発せられたところからストラン
ドに戻る。相互作用領域がさらに増加するにつ
れ、および／またはコアスペースがさらに減少す
るにつれて、光は他方のストランドに戻る。した
がつて、光は領域３２を通過するにつれて、前後
に多数回移動し、その移動の数は相互作用領域３
２およびコアスペースの長さに依存する。
前述の説明は、第１図の結合器１０の略図的表
現を示す第６図を参照して完全に理解されるであ
ろう。フアイバ１２Ａ，１２Ｂのコア部は、結合
器の中心においてＨが標識された最小のスペース
に次第に集中するものとしておよび結合器の端縁
の方向に分散するものとして示されている。有効
な相互作用長はＬで示されており、かつストラン
ド１２Ａ，１２Ｂの曲率半径はＲで示されてい
る。上述したように、有効相互作用長Ｌで曲率半
径Ｒの関数であるのに対して、フアイバ１２間の
最小のスペースから実質的に独立であることがわ
かつた。この独立性は相対的に大きなコアスペー
スおよび短い波長についてのみ正しい値である
が、多くの応用においても良い近似を与え、した
がつて、第７図に示すように、スペースＨによ
り、相互作用領域の長さＬだけ分離された２個の
平行な波長ガイドを備える等価結合器のように、
第６図に示された結合器が分析されることを有利
にし得る。
第７図において示した「等価」結合器の有効相
互作用長ＬまたはフアイバのスペースＨのいずれ
かを変化させる効果は、第８図および第９図を参
照することにより理解されるであろう。第８図
は、任意のフアイバスペースH1に対する相互作
用長Ｌの関数として、結合力PCが曲がりくねつ
て変化することを示す曲線４０を表わす。このフ
アイバスペースにおいて、相互作用長がL1に等
しいとき結合力がほぼ50％であり、相互作用長が
L2まで増加するとき100％まで増加することが理
解されるであろう。さらに相互作用長が増加する
ならば、「オーバカツプリング」が生じ、ここに
おいては光はそれが発せられたストランドに戻す
ように移動され、結合力PCが０まで減少し始め
る。次に、結合力が０からたとえばL3において
50％まで増加する。したがつて、結合量は、相互
作用領域の有効長を変化させることにより変化さ
せ得ることが理解されるであろう。
フアイバ間のスペースＨを減少させる効果は、
結合の強度を増加させることであり、したがつて
第８図の曲線を第９図の曲線４２と比べることに
より示されるように、任意の相互作用長Ｌを越え
て移動される光の量を増加させる。たとえば、フ
アイバスペースが（第８図の）H1から（第９図
の）H2まで減少されるとき、結合力は第８図に
おける同一の相互作用長L1に対する50％に比べ
て、第９図における相互作用長L1では100％であ
る。次に、曲線４２がオーバカツプリングを表わ
し始め、結合力が相互作用長L2において50％ま
で減少する。相互作用長L3では、曲線４２は、
結合力が再び100％であることを示す。このよう
に、（たとえばL1，L2、あるいはL3のような）
任意の相互作用長について、結合力の量がフアイ
バコア部のスペースを変化させることにより調整
され得る。
任意の相互作用長Ｌに対する最小のフアイバス
ペースＨおよび結合力PC間の関係（すなわち曲
率半径）が、曲線４４により第１０図に示され
る。この図に示すように、正常化された結合力
は、増加する周波数あるいはコアスペースＨが減
少するにつれて、０と１との間で振動する。曲線
Ｈ上の参照点ａ，ｂおよびｃは、それぞれ標準化
された結合力0.5，1.0および0.25を示すように幾
分独断的に選ばれる。ａ点では結合力の50％が相
互に結合されていることが理解されるであろう。
ｂ点では、全結合が達成されており、光出力の
100％がストランド間で転送される。他方、点ｃ
は、結合力が全結合から25％減少したオーバカツ
プリング状態を表わす。
前述した概念は、結合器１０のチユーニング可
能性を理解するのに有益である。この明細書中で
用いられているように、用語「チユーニング」
は、フアイバ１２間の結合力を調整するためにフ
アイバ１２を相互に相対的に移動するものとして
定義される。このようなフアイバ１２の移動は、
相互に相対的な平面状対向表面１８を摺動するこ
とにより達成され、その結果対向表面は重なり合
うよりもむしろずれることになる。すなわち、フ
アイバ１２は、平面状の対向表面を含む表面内で
相互に変移される。他の観点から眺めれば、この
ような移動は、各フアイバの設けられている各表
面が相互に相対的に変移するときに生じる。
フアイバの移動の１つの好ましい方法では、対
向表面１８は側方にずらされる。この明細書中で
用いられているように、用語「側方へのオフセツ
ト」は、フアイバのコア部間のスペースを増大さ
せるために対向表面１８を重ね合つた状態から側
方に摺動させ、他方フアイバ１２間の実質的に平
行な関係を維持することを意味する。対向表面１
８のこのようなずれを、第１１図において略図的
に示す。もちろん、このような側方へのオフセツ
トによる効果は、フアイバ１２のコア部間のスペ
ースを変化させることにある。
第１２図の曲線４６は、（第１０図の）ａに等
しい最小の端縁−端縁コア部のスペースＨを有す
る結合器のためのフアイバの対向表面１８を側方
にオフセツトすることによる効果をグラフで示す
ものである。フアイバの対向表面１８が重ね合わ
されたとき（すなわちオフセツトが全く生じてい
ないとき）、標準化された結合力は第１０図の曲
線４４により求められているように、0.5に等し
いであろう。しかしながら、フアイバ１２の対向
表面１８がコア部間のペースを増大させるいずれ
かの方向に側方にオフセツトされている際に、結
合力が次第に０まで減少する。
第１３図の曲線４８を参照して、（第１０図の）
ｂに等しい端縁−端縁コア部分のスペースを有す
る結合器のための標準化された結合力への側方へ
のオフセツトによる効果が示される。オフセツト
が全く生じず対向表面１８が重ね合わされている
ときには、標準化された結合力は第１０図の曲線
４４により求められるように1.0であるが、フア
イバ１２の対向表面１８がいずれかの方向に側方
にオフセツトするにつれて、結合力が次第に減少
する。
第１４図の曲線５０は、（第１０図の）ｃに等
しいコア部のスペースについての相対的なフアイ
バのオフセツトの関数としての結合力を示し、こ
れは想起され得るように、オーバカツプリングの
状態を示す。この曲線５０から、フアイバ１２の
対向表面１８が重ね合わされたときには標準化さ
れた結合力が0.25であることが理解されるであろ
う。コアのスペースが対向表面１８の摺動により
増加しその結果側方にオフセツトするにつれて、
標準化された結合力が当初は1.0まで増加し、次
にコアのスペースがさらに増加するとき０まで減
少する。
第１２図、第１３図および第１４図により表わ
される前述された実施例の全ての場合において、
オフセツトが０の状態でのフアイバのずれを除い
ては、各図面の物理的態様が同一であると仮定す
れば、結合力は実質的に同一の側方へのオフセツ
トが生じている場合には０まで減少する。第１２
図、第１３図および第１４図の曲線４６，４８お
よび５０を比較することにより、これらの曲線の
各傾斜が、コアのスペースが減少するにつれて増
加する傾向にあることが理解されるであろう。こ
のように、コアのスペースが減少するにつれて、
結合器の側方へのオフセツトに対する感度は増大
する。たとえば、第１４図に示すように、オーバ
カツプリングを示すように作られた結合器は、第
１２図または第１３図のいずれかに示される特性
を有する結合器よりも側方へのオフセツトに対し
てより高い感度を示す。この発明のこの特徴は、
極めて大きな効果につながる。なぜならば、ある
種の結合器の用途においては、オフセツトに対す
る感度が高いことは、極めて有利であり、他方他
の用途においては不利益ともなるからである。た
とえば、発明者がミツチヤルJ.F.デイゴネツト
（Michel J.F.Digonnet）およびハーバート ジ
ヨン シヨー（Herbert John Shaw）でありこ
の出願の譲受人に譲渡された、この出願と同日に
出願された「光フアイバ結合器トランスデユー
サ」（Fiber Optic Coupler Transducer）と題
される同時係属中の米国特許出願（第300954号／
1981および第300956号／1981）が、ここにおいて
参考文献として合体され、かつ微小な変移の正確
な測定のためのトランスデユーサとして用いられ
る光フアイバ結合器を開示している。この結合器
はこのような変移の測定のために高感度を与える
ように、かなりオーバカツプリングの状態となる
ように作られている。さらに、この結合器のオー
バカツプリングの特性は、感度を変化させるとい
ういくつかのダイナミツクレンジを与えるように
利用される。上述の参照された変移の示された用
途においては、側方へのオフセツトへの高感度は
有利であつたが、信号処理および回転センサの用
途のような他の用途では、低感度および高感度が
それぞれ望ましい。このように、第１２図および
第１３図の特性（すなわちオーバカツプリングさ
れていない状態）に類似する特性を有する結合器
が、これらの用途においてはより好ましい。それ
ゆえに、この発明の結合器は、目的とする用途に
合致するオフセツトに対する感度を与える最小の
コア部スペースを有するように作ることが可能で
ある。
実験結果は、コア部の側方へのオフセツトが比
較的大きいときを除いて、結合器１０のスループ
ツト損失が実質的に一定であることを示した。１
つの例示的な結合器についての実験は、スループ
ツト損失がいずれの方向においても10ミクロンま
での側方へのオフセツトに対して最小損失が
0.2dB以内であつたことを示した。この結合器
は、コアの屈折率が1.460、クラツド部の屈折率
が1.4559およびコア部の径が４ミクロンであるシ
ングルモードのフアイバを用いていた。フアイバ
の曲率半径は、25センチメートルであり、端縁−
端縁コア部のスペースはほぼ0.9ミクロンであり、
用いた光の波長は632.8nmであつた。この例の結
合器について、第１５図は参照番号６０により示
されたスループツト損失についてのグラフおよび
参照番号６２で示される標準化された結合力のグ
ラフを示し、これらの双方は対向表面１８の側方
へのオフセツトの関数として示されている。第１
４図の中心を通つて描かれている２本の水平方向
の破線は、0.2dBの結合力の損失帯の上限および
下限の境界を示す。結合力損失曲線６０は、いず
れの方向においても約12ミクロンまでの側方への
オフセツトに対してこの帯域内にあることが理解
されるであろう。さらに、側方へのオフセツトが
12ミクロンでは、標準化された結合力がほぼ0.1
であることが理解され得る。したがつて、0.1と
１との間の結合力に対しては、結合力損失が最小
の結合力損失の約0.2dB内である。結合力損失帯
が、0.5dBまで拡張されるならば、結合力損失帯
は、15ミクロンまでのフアイバのずれに対して
0.5dB帯内にあり、これは0.05（すなわち５％）以
下の結合力に相当する。したがつて、この結合器
は、実質的に一定のスループツト損失を示し、す
なわちこの装置の実質的に全操作範囲を通じて、
比較的狭い結合損失帯幅内にあることを示す。さ
らに、多数の光フアイバ回転センサおよび光フア
イバ信号処理装置がこの範囲内の結合効率を有す
る結合器を用いるので、スループツト損失は10％
および100％間の結合力に対して極めて小さくか
つ相対的に一定であることが重要である。
実験結果は、上述した実施例のように、一般的
にはスループツト損失が0.5dBであるのに対し
て、0.2dBと同じくらいに低いスループツト損失
が得られたことを示す。
結合損失は、結合効率の実質的に全範囲にわた
り対向表面１８の側方へのオフセツトに相対的に
感度を有しないため、このような側方へのオフセ
ツトは所望の量の結合力を与えるための結合器１
０をチユーニングするための特定的に有利な方法
の１つである。しかしながら、結合器の特性が対
向表面を長手方向にオフセツトすることにより変
化され得ることを注意すべきである。この意味に
おいて用いられる「長手方向のオフセツト」とい
う用語は、第１６図において略図的に示すよう
に、対向表面１８を重ね合わされた状態からフア
イバ１２に平行な方向にオフセツトした状態まで
移動することを意味する。実際には、このような
長手方向のオフセツトはフアイバ１２の最小のコ
アスペースを増大させる。たとえば、第１０図に
戻り、対向表面１８が重ね合わされたときフアイ
バのスペースＨがａに等しいと仮定すれば、対向
表面１８の長手方向へのオフセツトは、この点ａ
を曲線４４に沿つてａで印された点まで移動する
であろう。同様に、この長手方向のオフセツト
は、点ｂを曲線４４に沿つてｂまで移動し、点ｃ
をｃで印された地点まで曲線４４に沿つて移動さ
せる。もちろん、これは、オフセツトのない状態
での標準化された結合力を減少することにより第
１２図、第１３図および第１４図のオフセツト曲
線における相当の変化を生み出すであろう。
実験は、比較的小さな側方へのオフセツトによ
り達成される変化に等しい変化を生み出すために
はすなり大きな長手方向のオフセツトを必要とす
ることを示した。このように、結合器は長手方向
のオフセツトに対しては比較的感度が鈍い。さら
に、スループツト損失が長手方向のオフセツトに
よつてはそんなにも影響されないことがわかつ
た。それゆえに、長手方向のオフセツトについて
は、対向表面１８の整合はあまり問題とはならな
い。
結合器１０の結合特性もまた、対向表面１８を
相対的に相互に回転することにより、これが相互
作用領域の有効長を減少させるにつれて、影響さ
れ得る。用語「回転オフセツト」が、第１７図に
略図的に示すように、たとえば軸６６のような共
通軸のまわりに対向表面１８を回転させることに
よりフアイバを移動させることとして用いられ
る。このような回転オフセツトの効果は、対向表
面を長手方向にオフセツトさせた場合の上述した
効果に類似するものである。すなわち、結合器１
０は、スループツト損失と同様に、結合力が変化
する条件において、小さな回転オフセツトに対し
て比較的感度が低い。
したがつて、現実にはこれらの技術の組合せが
用いられ得るが、結合力に対する小さな調整が対
向表面の回転オフセツトまたは長手方向のオフセ
ツトにより与えられるのに対して、結合力の主調
整は典型的には対向表面１８の側方へのオフセツ
トによりなされる。
結合器１０は、第１８図に示したチユーニング
装置７０による前述の概念に従つて機械的にチユ
ーニングされてもよい。この装置７０は、段階的
にＵ字状に形成されたチヤンネル７２を有するマ
イクロメータキヤリツジ７１を備える。チヤンネ
ル７２の下方部分７４は、上方部分７６よりも狭
くされており、結合器のブロツク１６Ｂを強固に
取付けるような大きさにされており、ブロツク１
６Ｂの底部がチヤンネル７２の底部上に載置され
ている。上方部分７６と下方部分７４との間の階
段状棚部７９は、ブロツクの対向表面１４の下方
にあり、そのため上方ブロツク１６Ａは上部チヤ
ンネル部分７６を形成する側壁間でチヤンネル７
２に垂直な方向で移動され得る。このような移動
が対向表面１８を側方にずらすことを可能にする
ように、ストランド１２がチヤンネル７２に平行
な方向となるように、結合器１０が配向される。
円筒状に形成された１対の保持体７８が、チヤ
ンネル７２の上方部分７６の側壁から突出するよ
うに摺動可能に取付けられている。これらの保持
体７８は、ブロツク１６Ａの一方側に体して耐え
るようにばね加重されている。差動マイクロメー
タ８０が、チヤンネルの上方部分７６の反対側の
側壁上に取付けられている。マイクロメータ８０
は、ブロツク１６Ａの反対側の側壁を支えてお
り、そのためブロツク１６Ａはマイクロメータ８
０とばねで偏奇された保持体７８との間に保持さ
れている。
マイクロメータ８０を回転することにより、ブ
ロツク１６Ａの位置が、対向表面１８を重ねるよ
うにブロツク１６Ｂに対して相対的に調整され得
る。ブロツク１６が透明な石英から構成されてい
るので、対向表面１８の相対的な位置がマイクロ
スコープを用いて観察され得る。表面１８は、所
望ならば、マイクロメータ８０を回転することに
より結合器１０が所望の結合効率となるようにチ
ユーニングするために、その重ね合わされた位置
から側方にずらされ得る。結合器１０がひと度チ
ユーニングされたならば、ブロツク１６は、永久
的にあるいは半永久的に固定された結合効率を有
する結合器を与えるために、所望ならばクランプ
され、固定されあるいは溶融結合され得る。
また、この装置７０は、ブロツク１６を撓ませ
るための一方のマイクロメータ８０を回転させる
ことにより対向表面１８を相互に相対的に回転す
るのにも用いられる。対向表面１８の長手方向の
オフセツトは、結合器が長手方向の調整に対して
比較的に感度が鈍いため、ブロツクを手動により
移動することにより達成してもよい。
第１９図に示すように、ブロツク１６は或る値
から他の値へと結合力（あるいは結合効率）を切
替えるための電気信号に応じて相互に相対的に移
動されてもよい。示した実施例では、結合器１０
の下方ブロツク１６Ａがベース８６の水平方向に
Ｕ字状に形成されたチヤンネル８４内に強固に取
付けられている。チヤンネル８４の側壁は、ブロ
ツク１６の対向表面１４よりも下方にあり、その
ためチヤンネル８４の側壁はブロツク１６の相対
的な運動を妨げない。説明した実施例では、ブロ
ツク１６は、フアイバ１２がチヤンネル８４に対
して垂直となるように配向されている。
ベース８６に一体の垂直壁８８が、チヤンネル
８４の一方端部に設けられている。この垂直壁８
８は、１対の圧電結晶９０がブロツク１６Ａの各
端縁においてその間にたとえば接着剤などにより
固定され得るように、ブロツク１６Ａを形成する
ために配置されている。垂直壁８８およびブロツ
ク１６Ａに当接する結晶９０の側壁は、電気信号
源（図示せず）に対してリード線９４，９６によ
り接続されている。電圧がリード線９４，９６間
に印加されるとき、これに応じて結晶９０が同時
に矢印９１で示される方向に下方のブロツク１６
Ｂに対して上方のブロツク１６Ａを摺動させるた
めに同時に移動する。図示された向きにおけるフ
アイバ１２とともに、PZT結晶９０のこの運動
は、側方へのオフセツトを変化させるために対向
表面１８（第１図を参照されたい）を移動する。
結合力が側方へのオフセツトの関数であるため、
この運動は、第１の値と第２の値の間の結合力を
変化させるであろう。たとえば、これらの第１の
値および第２の値は、それぞれ完全な結合あるい
は全く結合されていない状態を与えるように選択
されてもよく、あるいは中間の結合値の任意の組
合せを与えるように選択されてもよい。したがつ
て、このような方法において、結合器１０は光学
スイツチとしても用いられ得る。さらに時間変化
信号がPZT結晶９０に与えられるならば、この
結晶は振動し、したがつて結合器１０がモジユレ
ータとして機能し得る。
また、この結晶９０は、ブロツク１６を配向さ
せることにより対向表面１８を長手方向にオフセ
ツトするのにも用いることができ、そのためフア
イバ１２はチヤンネル８４に対して横方向よりも
チヤンネル８４に対して平行にある。さらに、こ
の結晶９０は、相互に結晶９０を逆方向に分極す
ることにより、相互に相対的に対向表面１８を回
転するのにも用いられ得る。このことは、リード
線９４，９６上の電気信号に応じて結晶が反対方
向に同時に移動しかつそれによつてブロツク１６
を相互に相対的に回転することを可能とする。
他の形式のトランスデユーサが、ブロツク１６
を移動するための圧電結晶の代わりに用いられる
ことを理解すべきである。
結合器１０の製造における好ましい方法は、ス
トランド１２から除去された材料の量にわたる相
対的に正確な制御を与える。このことは、シング
ルモードフアイバを用いる結合器について特に有
利である。なぜならば、シングルモードのフアイ
バのエバネセントフイールドはクラツド部内に通
常埋められており、したがつて、いつ充分な材料
が所望の結合特性を導くコア部のスペースを与え
るために除去されたかを決定することは極めて困
難である。この製造方法は、この問題を、(1)増分
における材料を除去すること、および(2)このよう
な増分に関連するコア部のスペースについての結
合特性を決定するための各増分の後に単純なテス
トを実施することによつて、解決する。このよう
にして、この方法は任意の特性を有する結合器の
製造を可能とし、かつこれらの特性を有する他の
形式の結合器の量産をも可能とする。さらに、こ
の方法は、双方の結合器の半体１０Ａおよび１０
Ｂが対称であるように結合器１０が作られること
を可能とする。非対称性は結合器の伝搬特性を変
化させ、かつ光エネルギの減衰をもたらし、それ
によつて結合器が100％の結合効率を達成するこ
とを妨げるので、対称性が特に重要であることを
想起されるであろう。
この方法はブロツク１６Ａに関して述べられて
きたが、ブロツク１６Ｂが同様の方法で作られる
ことを理解すべきである。この製造方向は、ブロ
ツク１６Ａの両側が平行でありかつブロツクが直
方体であるように、第１に研磨し次にブロツク１
６Ａのすべての側面を研き上げる工程を備える。
次に、スロツト１３Ａが、第２０図において略
図的に示す切断装置を用いることによつて面１４
Ａ内で切断される。この装置は、軸１０４のまわ
りに回転のために支持ブラケツト１０２上に取付
けられたダイヤモンドの鋸歯１００を備える。こ
の歯１０４は、溝１３Ａの所望の幅に等しい厚み
を有する。この部材１０２は、ベース１０６に強
固に固定されている。部材１０２から離間され
て、第２の支持部材１０８が、ベース１０６上に
取付けられた可動チヤツク１０９に固定的に強固
に取付けられている。部材１０８、軸１１２のま
わりの回転のためにおよび歯１００を含む平面を
通るアーム１１０を取付ける。アーム１１０は、
フアイバ１２Ａの所望の曲率半径の長さに等し
く、かつその軸１１２が軸１０４と同じく水平方
向のベース１０６の上方に同一の高さに存在し、
そのためアーム１１０が水平にされている。クラ
ンプ（図示せず）が、アーム１１０の近接側端部
にブロツク１６Ａを取付けるために設けられてお
り、表面１４Ａが歯１００の切断端縁に対向して
いる。次に、可動チヤツク１０９がマイクロメー
タドライブ機構（図示せず）によつて、鋸歯１０
０の方向にその内部に取付けられたブロツク１６
Ａとともにアーム１１０を移動するのに用いられ
る。このような運動は、アーム１１０を水平方向
に維持しつつ、歯１００がフアイバ１２の径の約
１倍ないし２分の１倍の深さだけブロツク１６Ａ
を切断するまで、連続する。次に、アーム１１０
が、ブロツク１６Ａ内の弧状の溝１３Ａを切断す
るために軸１１２のまわりに手動で回転される。
軸１１２と歯の１００の切断端縁との間の距離は
所望の曲率半径に等しいので、したがつてこの溝
は所望の曲率半径に切断されるであろう。ブロツ
ク１６Ａが、次に、溝１３Ａおよびブロツクの表
面を洗浄するために超音波洗浄器内に配置され
る。
洗浄後、紫外線感応接着剤が溝１３Ａ内に置か
れる。しかしながら、溝１３Ａ内にストランド１
２Ａを取付ける前にブロツク１６Ａの中心に取付
けられるべきフアイバの部分からジヤケツトが取
外され、その結果このジヤケツトはクラツド部の
ラツピングを妨害することはない。より有利に
は、ジヤケツトの小さな部分が、ブロツク１６Ａ
に達する点でのフアイバの強度を与えるために、
ブロツク１６Ａの各端部で溝１３Ａ内に延びる。
フアイバ１２Ａが溝１３Ａ内に置かれたならば、
軽量物がストランドにテンシヨンを与えるためお
よび溝１３Ａの底部壁に対してストランド１２Ａ
をきれいに引張るために、ストランド１２Ａの端
部に取付けられる。全アセンブリが、次に貯蔵の
ために紫外光線に当てられる。紫外光感応性接着
剤を用いることは、有利である。なぜならば、接
着剤が紫外光線に照射されるまで貯蔵工程が始ま
らず、したがつて溝１３内でのフアイバ１２の位
置決めを必要なだけ行ない得るからである。さら
に、接着剤を固化させるのに熱を加える必要はな
い。したがつて接着剤またはブロツク１６の熱膨
張に基づくフアイバの損傷の危険性はもはや存在
しない。
接着剤が固化したならば、過剰の接着剤が微粒
子のサイドペーパによつて研磨により除去され
る。次に、５ミクロンの砂を用いて、表面１４Ａ
がフアイバ１２Ａの中心から予め選んだ距離たと
えば７ミクロン以内となるようにラツピングされ
る。材料が同時にフアイバ１２Ａおよび表面１４
Ａから除去されるので、細長い楕円形状の平面状
表面すなわち対向表面１８Ａがフアイバ上に形成
されるであろう。第２１図を参照して、フアイバ
の半径R′が公知であると仮定すれば、この表面
１８Ａとフアイバ１２Ａの中心との間の距離Ｄ
は、顕微鏡で対向表面１８Ａの幅Ｗを測定しかつ
ピタゴラスの定理を利用することにより容易に計
算され得る。しかしながら、顕微鏡測定法として
この明細書中で参照されるこの測定方法は、対向
表面１８の幅が増加するにつれて正確さを欠く。
したがつて、対向表面１８Ａとフアイバ１２Ａの
中心との間の距離がほぼフアイバの半径の４分の
３に等しい、ブロツク厚み法として参照される第
２の測定方法を用いることが好ましいことがわか
つた。この第２の測定方法は、ブロツク１６Ａの
厚みを測定することを備える。上述の顕微鏡法に
よりなされたフアイバの中心に対する対向表面の
測定が、次に標準値を与えるためのこのような厚
みの測定値から減算される。付加的な材料がフア
イバ１２Ａおよびブロツク表面１４Ａから同時に
除去されるにつれて、付加的なブロツクの厚み測
定が行なわれる。標準値が、対向表面１８Ａおよ
びフアイバの中心部間の距離を示すように、これ
らのブロツクの厚み測定値から減算される。共通
表面をなす表面１４Ａおよび表面１８Ａが、フア
イバの中心部からたとえば７ミクロンのような予
め選択した距離までラツピングされるまで、ラツ
ピング工程が続けられる。
フアイバの中心から所望の距離に達すると、さ
らに次の材料が、剛性のラツプ上に結合された酸
化セリウムからなる研磨剤で、表面１４Ａを研磨
することにより、フアイバから除去される。この
ラツピング工程の間中、研磨ストロークの数が記
録され、かつ「オイル降下試験」としてこの明細
書中で定義される実験が、定期的に行なわれる。
このオイル降下試験の頻度は、コア部からの実際
の距離と、コア部から望ましい距離との間の差異
に依存する。この差が小さくなるにつれて、一旦
除去された材料が置換えられないため、この試験
は過剰の材料をラツピングすることを避けるため
により頻繁に行なわれるべきである。
このオイル降下試験は、第２２図を参照するこ
とにより最もよく理解さる。フアイバ１２Ａの一
方端部がレーザ源１２０に対して光学的に結合さ
れているのに対して、このフアイバの他方端部は
かなり低密度の光を測定し得るデイテクター１２
２に結合されている。レーザ源１２０が賦活さ
れ、かつ基準値を得るために検出器の読取が記録
される。フアイバのコア部の屈折率よりも若干大
きな屈折率を有する屈折率整合オイル１２４の油
滴が、表面１４Ａの上に配置され、そのためにこ
の油滴が対向表面１８Ａ全体を覆う。これによつ
て光がフアイバ１２から出ることができ、このよ
うな光の量はフアイバのコア部に対する対向表面
１８Ａの近接度に依存する。次に、検出器の読取
がなされ、吸光比が計算される。オイル降下テス
トに開連して用いられたように、吸光比は、屈折
率整合オイルが付着された検出器１２２において
測定された光の密度の屈折率整合オイルを用いず
に検出器で測定された光の密度に対する比率とし
て定義される。任意のオイルの屈折率に対して、
吸光比が対向表面１８のコア部に対する近接度に
比例して変化し、したがつてこの比率はストラン
ド１２Ａから除去された材料の量の表示として機
能する。
結合器の半体１０Ａに対して第１のオイル降下
テストがなされ、かつ拡張比を計算した後に、第
２の結合器の半体１０Ｂについての吸光比が実質
的に第１の結合器の半体１０Ａと同一であること
をオイル降下試験が示すまで、すなわち結合器半
体が所望の対称性を有するまで、第２の結合器の
半体１０Ｂのブロツク１６Ｂが前述した方法によ
りラツピングされる。次に、結合器の半体１０
Ａ，１０Ｂが、対向表面１４Ａ間で屈折率整合オ
イルを用いることにより組立てられる。次に、レ
ーザが一方のストランド１２に結合され、結合器
が最大の結合を得るためにチユーニングされる。
標準化された結合力が測定され記録される。すべ
ての試験が終了した後に標準曲線を得るためにデ
ータが相関するように、この方法は各オイル降下
テストの終了ごとに繰返される。
特に有用であると証明された２本の標準曲線が
曲線１３０，１３２としてそれぞれ第２３図およ
び第２４図において示される。第２３図をまず参
照して、曲線１３０は結合力の関数としての吸光
比を示す。この曲線は上述したデータ収集技術の
すべてを毎回繰返すことなく、所望の特性を有す
る付加的な結合器を製造するのに有利に用いられ
る。たとえば、最大結合効率が50％である結合器
が所望ならば、結合器の半体１０Ａ，１０Ｂは曲
線１３０上の点Ａに相当する吸光比がオイル降下
テストにより測定されるまで、ラツピングされ
る。同様に、結合効率が100％である結合器を所
望するならば、点Ｂに相当する吸光比が測定され
るまで、ブロツク１６Ｂをラツピングする。さら
に、ややオーバカツプリング特性を示す結合器が
所望ならば、点Ｃに相当する吸光比が測定される
まで、ブロツク１６Ｂをラツピングする。このよ
うに、曲線１３０を用いることにより、所望の結
合特性を有する結合器を連続的に比較的容易に作
ることが可能となる。しかしながら、結合器の特
性は、フアイバのパラメータ、曲率半径および用
いた光の波長に依存するため、独立の曲線１３０
が結合器の製造において望ましいこれらのパラメ
ータの各組について拡張されねばならないことを
理解すべきである。
第２４図を参照して、曲線１３２は、研磨工程
の数の関数としての吸光比を示す。この曲線は、
この試験に関連する値から第２３図より選択され
た値まで吸光比を減少するために必要な付加的な
研磨工程の数を評価するための各オイル降下試験
の後に有利に用いられ得る。
したがつて、曲線１３０，１３２を利用するこ
とにより、結合器の半体１０Ａ，１０Ｂが対称で
ある任意の結合器を生産することが可能となる。
量産効果を与えるためには、オイル降下試験が
毎回同一の屈折率のオイルで実施されねばならな
いことを認識することが重要である。屈折率整合
オイルが、温度変化に敏感であるためこれは極め
て難しく、したがつて温度の変動により実験結果
に誤差が生じる。２種のアプローチがこの問題を
解決するために開発された。第１の方法は、第２
５図を参照することにより最もよく理解される。
この第２５図は、対向表面１８とフアイバの中心
部との間の可動距離Ｄについての、対向表面１８
におけるパワー損失とオイルの屈折率との間の関
係を示す。オイルの屈折率１２４がフアイバの中
心部の屈折率と同様であるときパワーの損失は鋭
いピークを示す。さらに、このピークは対向表面
１８とフアイバの中心部との間の距離Ｄに関係な
く同一の屈折率で生じる。したがつて、各試験に
ついて、オイル１２４は同一の屈折率を示し、そ
の屈折率を減少するためにたとえばエアガンによ
りオイル１２４が加熱される。この検出器は同時
にモニタされており、かつ最小値の読取が記録さ
れる。この最小読取値は常にパワー損失が最大の
地点で生じるので、かつパワー損失はオイルの屈
折率がコア部の屈折率に等しいときに最小となる
ので、このような検出器の最小読取値が同一のオ
イルの屈折率において発生するであろう。このよ
うに、吸光比を計算する際にこの最小読取値を利
用することにより、実質的に量産可能で誤差のな
い結果をオイル降下テストのために与えることが
可能となる。
第２の方法に関しては、第２５図のパワー損失
曲線がより大きな屈折率において比較的平坦にな
ることが観察されるであろう。したがつて、これ
らのより大きな屈折率では、パワー損失は屈折率
における若干の変化に対して比較的感度が鈍く、
それゆえにオイルの屈折率における微小な変化に
より引起こされる誤差がこのようなより大きな屈
折率を有するオイルを用いることによつて減少し
得る。しかしながら、オイルの屈折率が大きくな
るにつれて、様々なフアイバのスペースについて
のパワー損失の差（すなわち、曲線間の距離）は
減少する。実際、屈折率が大きくなるにつれて、
曲線は集中する傾向にある。このように、第２の
方法では、オイルの屈折率の温度に対する感度と
パワー損失との間にバランスがとられなければな
らない。すなわち、選択されたオイルの屈折率が
オイルの屈折率の変化に対する比較的低い感度を
与えるように充分高くあるべきであるが、様々な
コア部−対向表面部間の距離における検出器の読
取値が意味をもつように、曲線間の適切なパワー
損失の差を与えるために充分小さくあらねばなら
ない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、各ベースの弧状の溝内に取付けられ
た１対の光フアイバストランドを示す、この発明
の光フアイバ結合器の横断面図である。第２図
は、第１図の線２−２に沿う断面図である。第３
図は、第１図の線３−３に沿う断面図である。第
４図は、ベース上に取付けられた関連するフアイ
バおよびフアイバの楕円形状の対向表面を示すた
めに、他方のベースから分離された第１図の結合
器の下方のベースを示す斜視図である。第５図
は、相互作用領域における１対のフアイバの重な
りのエバネセントフイールドを示す略図である。
第６図は、結合器のパラメータとしての曲率半
径、コアのスペースおよび相互作用領域の長さを
表わす、第１の結合器の図解図である。第７図
は、均等な結合器の図解図である。第８図は、任
意のフアイバのコア部のスペースに対する相互作
用領域の長さの関数としての標準化された結合力
を示すグラフである。第９図は、他のフアイバの
コア部のスペースに対する相互作用領域の長さの
関数としての標準化された結合力を示すグラフで
ある。第１０図は、（重ね合わされた対向表面の）
最小のフアイバのコア部のスペースの関数として
の標準化された結合力を示すグラフである。第１
１図は、対向表面が側方にオフセツトされている
ことを示す、フアイバの楕円形状の対向表面を示
す図である。第１２図は、第１の最小のフアイバ
のコア部のスペースについての側方へのオフセツ
トの関数としての標準化された結合力を示すグラ
フである。第１３図は、第２のフアイバのコア部
のスペースについての側方へのオフセツトの関数
としての標準化された結合力を示すグラフであ
る。第１４図は、第３のフアイバのコア部のスペ
ースについての側方へのオフセツトの関数として
の標準化された結合力を示すグラフである。第１
５図は、側方へのオフセツトの関数としての標準
化された結合力ａと、側方へのオフセツトの関数
としてのスループツト損失ｂを示す。第１６図
は、対向表面が長手方向にオフセツトされている
ことを示す、フアイバの対向表面を示す図解図で
ある。第１７図は、これらの対向表面が回転方向
にオフセツトされていることを示す、フアイバの
対向表面の図解図である。第１８図は、結合器を
所望の結合効率を有するようにチユーニングする
ために対向表面のオフセツトを調整するためのマ
イクロメータを有するチユーニング装置を示す斜
視図である。第１９図は、モジユレータまたはス
イツチとしてこの発明の結合器が用いられ得るよ
うに、信号に応じて対向表面をオフセツトするた
めのトランスデユーサを利用するチユーニング装
置の斜視図である。第２０図は、取付ブロツク内
の弧状の溝を切断するための切断装置についての
図解図である。第２１図は、対向表面の幅を測定
することにより計算されるフアイバのラツピング
の深さを示す、光フアイバの略図的断面図であ
る。第２２図は、第１図の結合器の製造において
用いられる「オイル降下試験」を示す図である。
第２３図は、オイル降下試験の結果から得られた
吸光比の関数としての標準化された結合力のグラ
フを示す。第２４図は、オイル降下試験の結果か
ら得られたラツプストロークの数の関数としての
吸光比を示すグラフである。第２５図は、オイル
降下試験についてのオイルの屈折率の関数として
のパワー損失を示すグラフである。 図において、１０は結合器、１２Ａ，１２Ｂは
ストランド、１３Ａ，１３Ｂは弧状の溝、１４
Ａ，１４Ｂは平坦な対向表面、１６Ａ，１６Ｂは
直方体のベースすなわちブロツク、１８Ａ，１８
Ｂは対向表面、３３クリテイカルゾーン、３４
Ａ，３４Ｂはエバネセントフイールド、３２は相
互作用領域、３８は接着剤、７０はチユーニング
装置を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバの接合方法であつて、 (a) カツプリング効率の範囲から所望のカツプリ
    ング効率を選択するステツプと、 (b) 単一モードフアイバの一端に、前記単一モー
    ドフアイバの他端へ伝達するために光を導入す
    るステツプと、 (c) 前記所望のカツプリング効率に対する前記他
    端部における全光の割合の望ましい値を決定す
    るステツプと、 (d) 前記フアイバの両端部の中間位置において単
    一モードフアイバからクラツド部の一部を除去
    するステツプと、 (e) 前記位置に屈折率整合物質を提供するステツ
    プと、前記屈折率整合物質は、前記フアイバを
    伝達している光の少なくとも一部が前記単一モ
    ードフアイバから漏れることを引起こし、 (f) 前記他端部に対する前記単一モードフアイバ
    内を伝達している前記一端に導入された全光の
    割合を測定するステツプと、 (g) 前記(c)から(f)のステツプを前記他端部の全光
    の量が前記所望の値に等しくなるまで行なうス
    テツプと、 (h) 第２単一モードフアイバについて上記の全ス
    テツプを行なうステツプと、 (i) ステツプ(a)から(h)を完了した後、前記所望の
    カツプリング効率を有するエバネセントカプラ
    を形成するためにそれぞれの予め定められた位
    置で各々のコアが近接した間隔を保つように前
    記単一モード光フアイバを一緒に弓形に位置決
    めするステツプとを含む、方法。 ２ さらに、前記クラツド部分を除去するステツ
    プは、ブロツク内に形成された溝の中に前記単一
    モードフアイバを装着するステツプと、前記フア
    イバおよびブロツクの両方から材料を除去するス
    テツプを含む、特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 ３ さらに、前記クラツド部分の一部を除去する
    ステツプは、前記位置の下部にある前記コアの深
    さを決定するために前記単一モードフアイバの前
    記除去された領域の幅を測定するステツプを含
    み、この測定は、除去されたクラツド部の量のガ
    イドを提供するように、前記クラツドを除去する
    部分の決定に先立つて前記除去ステツプの最初に
    行なわれる、特許請求の範囲第２項に記載の方
    法。 ４ 前記第１および第２のフアイバを一緒に位置
    決めする前記ステツプは、 第２単一モードフアイバの類似の位置に前記位
    置を重ね合わせるステツプと、 前記単一モードフアイバの光カツプリング効率
    を調整するために、前記単一モード光フアイバの
    位置を相互に移動するステツプを含む特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。 ５ カツプリング効率の範囲の中から所望のカツ
    プリング効率を選択するステツプは、前記単一モ
    ードフアイバが過度に結合されたエバネセント相
    互作用領域を通つて光を結合するように、十分な
    クラツド部が除去されたということを決定するス
    テツプを含む、特許請求の範囲第１項に記載の方
    法。 ６ 前記単一モードフアイバを一緒に位置決める
    ステツプは、 同じ値を有する同一のフアイバ位置上に前記位
    置を重ね合わせる結果生じるカツプリング効率を
    決定するステツプと、 所望のカツプリング効率を達成するために前記
    カツプリング効率に応じて前記材料の除去を制御
    するステツプを含む、特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。 ７ 前記屈折率整合物質を提供するステツプは、
    前記物質の屈折率を前記単一モードフアイバのコ
    アの屈折率に整合するよう調整するために、前記
    物質の温度を変えるステツプを含む、特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。 ８ 前記屈折率整合物質を提供するステツプは、
    前記屈折率整合物質の屈折率を変化するステツプ
    を含む、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ９ 前記屈折率整合物質の屈折率は前記フアイバ
    コアの屈折率よりもわずかに高い、特許請求の範
    囲第１項に記載の方法。
JP57158723A 1981-09-10 1982-09-09 光フアイバの接合法 Granted JPS5860722A (ja)

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US300955 1981-09-10

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