JPH07301722A - ファイバオプティックカプラ - Google Patents
ファイバオプティックカプラInfo
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- JPH07301722A JPH07301722A JP7131199A JP13119995A JPH07301722A JP H07301722 A JPH07301722 A JP H07301722A JP 7131199 A JP7131199 A JP 7131199A JP 13119995 A JP13119995 A JP 13119995A JP H07301722 A JPH07301722 A JP H07301722A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—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
- G02B6/2821—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
- G02B6/2835—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 formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 過剰損失の小さいファイバオプティックカプ
ラを提供すること。 【構成】 このカプラは複数のシングルモ−ド光ファイ
バよりなり、それらの光ファイバのそれぞれが小径部分
を形成するようにテ−パをつけられ、そしてたのファイ
バの小径部分と連続した関係で延長して結合領域を形成
している。それらのファイバのそれぞれはコアと、この
コアの屈折率より低い屈折率を有していてそのコアを包
囲したクラッドを有している。ファイバのうちの少なく
とも１本が前記コアとクラッドの間に屈折率niの屈折率
ペデスタルを有しており、n1およびn2がそれぞれコアお
よびクラッドの屈折率であるとして、n1>ni>n2となされ
ている。
ラを提供すること。 【構成】 このカプラは複数のシングルモ−ド光ファイ
バよりなり、それらの光ファイバのそれぞれが小径部分
を形成するようにテ−パをつけられ、そしてたのファイ
バの小径部分と連続した関係で延長して結合領域を形成
している。それらのファイバのそれぞれはコアと、この
コアの屈折率より低い屈折率を有していてそのコアを包
囲したクラッドを有している。ファイバのうちの少なく
とも１本が前記コアとクラッドの間に屈折率niの屈折率
ペデスタルを有しており、n1およびn2がそれぞれコアお
よびクラッドの屈折率であるとして、n1>ni>n2となされ
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はファイバオプティックカ
プラ（fiber optic couplers）に関し、さらに詳細には
低い値の非断熱テ−パ誘起過剰損失（nonadiabatic-tap
er-induced excess loss）を呈示するカプラに関する。
本発明は機能または物理的構成に関係なくファイバオプ
ティックカプラに関する。
プラ（fiber optic couplers）に関し、さらに詳細には
低い値の非断熱テ−パ誘起過剰損失（nonadiabatic-tap
er-induced excess loss）を呈示するカプラに関する。
本発明は機能または物理的構成に関係なくファイバオプ
ティックカプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明が適用される種々のカプラ機能と
しては、色消し（achromatic）、波長分割多重化、信号
タッピング（signal tapping）、スイッチング等があ
る。種々のの構成の例としては、（ａ）複数の同一長の
光ファイバを加熱しかつ延伸してそれらの不光ファイバ
を融着させかつそれらにテ−パを付けることによって作
成された融着双円錐テ−パカプラ、（ｂ）複数の光ファ
イバをチュ−ブに挿入し、そのチュ−ブをファイバに対
してコラプス（collapse）させ、その後でチュ−ブの中
間領域を延伸することによって作成されたオ−バ−クラ
ッドカプラ、（ｃ）複数の光ファイバの加熱しそして延
伸してそれらの光ファイバにテ−パを付け、その後でフ
ァイバの延伸された領域を互いに隣接して配置して、必
要に応じてクラッドの部分がエッチング、研磨等によっ
て除去された結合領域を形成することによって作成され
た同一長のファイバカプラがある。これら種々のカプラ
では、結合領域はカプラファイバクラッドの屈折率より
低い屈折率n3を有する媒体で包囲されている。この媒体
は空気、ガラス、プラスチック等よりなるものでありう
る。
しては、色消し（achromatic）、波長分割多重化、信号
タッピング（signal tapping）、スイッチング等があ
る。種々のの構成の例としては、（ａ）複数の同一長の
光ファイバを加熱しかつ延伸してそれらの不光ファイバ
を融着させかつそれらにテ−パを付けることによって作
成された融着双円錐テ−パカプラ、（ｂ）複数の光ファ
イバをチュ−ブに挿入し、そのチュ−ブをファイバに対
してコラプス（collapse）させ、その後でチュ−ブの中
間領域を延伸することによって作成されたオ−バ−クラ
ッドカプラ、（ｃ）複数の光ファイバの加熱しそして延
伸してそれらの光ファイバにテ−パを付け、その後でフ
ァイバの延伸された領域を互いに隣接して配置して、必
要に応じてクラッドの部分がエッチング、研磨等によっ
て除去された結合領域を形成することによって作成され
た同一長のファイバカプラがある。これら種々のカプラ
では、結合領域はカプラファイバクラッドの屈折率より
低い屈折率n3を有する媒体で包囲されている。この媒体
は空気、ガラス、プラスチック等よりなるものでありう
る。
【０００３】ファイバオプティックカプラの光学的性能
についての要求が厳しくなるにつれて、過剰損失源を除
去する必要性がますます重要になる。このような損失源
の１つが非断熱的テ−パ誘起過剰損失であり、これがあ
る種のカプラでは主たる損失源となりうる。
についての要求が厳しくなるにつれて、過剰損失源を除
去する必要性がますます重要になる。このような損失源
の１つが非断熱的テ−パ誘起過剰損失であり、これがあ
る種のカプラでは主たる損失源となりうる。
【０００４】ファイバオプティックカプラのテ−パ領域
では、基本モ−ドは変化する局部的屈折率プロファイル
に適合するように連続的に変化する形状である。幾何学
形状の変化率が大きすぎると、基本モ−ドがカプラ屈折
率構造のより高次のモ−ドに結合するおそれがある。こ
の機構は非断熱モ−ド結合（nonadiabatic mode coupli
ng）と呼ばれる。カプラが「シングルモ−ド」カプラと
呼ばれる場合には、それは実際には入力および出力ファ
イバが基本LP01モ−ドの低損失伝播を支持するにすぎな
いことを意味する。カプラは典型的には幾つかの束縛さ
れた伝播モ−ドを支持することができる。しかし、これ
らのモ−ドのうちの幾つがテ−パ時のある時点でカット
オフして、潜在的なカプラ出力として失われる放射モ−
ドにそれらの光パワ−を結合して、過剰損失を生ずるこ
とになりうる。カットオフしない他の高次モ−ドが出力
ファイバの高次モ−ドにそれらのパワ−を出力するであ
ろう。これらのモ−ドは大きい損失を受け、そしてこの
場合にも、最終的な影響として、カプラ出力にパワ−が
失われ、そして過剰損失が増大することになる。典型的
には、これらの非断熱的モ−ド結合効果は波長に依存す
るものであり、そして過剰損失は波長の関数として変化
する。
では、基本モ−ドは変化する局部的屈折率プロファイル
に適合するように連続的に変化する形状である。幾何学
形状の変化率が大きすぎると、基本モ−ドがカプラ屈折
率構造のより高次のモ−ドに結合するおそれがある。こ
の機構は非断熱モ−ド結合（nonadiabatic mode coupli
ng）と呼ばれる。カプラが「シングルモ−ド」カプラと
呼ばれる場合には、それは実際には入力および出力ファ
イバが基本LP01モ−ドの低損失伝播を支持するにすぎな
いことを意味する。カプラは典型的には幾つかの束縛さ
れた伝播モ−ドを支持することができる。しかし、これ
らのモ−ドのうちの幾つがテ−パ時のある時点でカット
オフして、潜在的なカプラ出力として失われる放射モ−
ドにそれらの光パワ−を結合して、過剰損失を生ずるこ
とになりうる。カットオフしない他の高次モ−ドが出力
ファイバの高次モ−ドにそれらのパワ−を出力するであ
ろう。これらのモ−ドは大きい損失を受け、そしてこの
場合にも、最終的な影響として、カプラ出力にパワ−が
失われ、そして過剰損失が増大することになる。典型的
には、これらの非断熱的モ−ド結合効果は波長に依存す
るものであり、そして過剰損失は波長の関数として変化
する。
【０００５】先行技術および／または本発明の特徴を特
徴づけるために下記の記号が用いられる。Δ1-2は(n1 2
- n2 2)/2n1 2として定義される。ただし、n1およびn2は
それぞれファイバコアおよびクラッドの屈折率である。
βCRはカプラの結合領域中のカプラファイバにおける基
本モ−ドの伝播定数を意味するものとして用いられてい
る。Δpedestalは(ni 2 - n2 2)/ni 2に等しい。ただし、n
iはファイバのコアのすぐ外側の部分の屈折率である
（図２の屈折率ディップ１０および図８の屈折率ペデス
タル２７を参照されたい）。
徴づけるために下記の記号が用いられる。Δ1-2は(n1 2
- n2 2)/2n1 2として定義される。ただし、n1およびn2は
それぞれファイバコアおよびクラッドの屈折率である。
βCRはカプラの結合領域中のカプラファイバにおける基
本モ−ドの伝播定数を意味するものとして用いられてい
る。Δpedestalは(ni 2 - n2 2)/ni 2に等しい。ただし、n
iはファイバのコアのすぐ外側の部分の屈折率である
（図２の屈折率ディップ１０および図８の屈折率ペデス
タル２７を参照されたい）。
【０００６】図に示された屈折率プロファイルでは、屈
折率および半径を一定の比例に応じておよび／または正
確な相対的大きさで表わすことはなされていない。
折率および半径を一定の比例に応じておよび／または正
確な相対的大きさで表わすことはなされていない。
【０００７】信号（波長λSの）とポンプパワ−（波長
λPの）をファイバ増幅器の利得ファイバに結合させる
ために用いられる特定のタイプの波長分割多重（ＷＤ
Ｍ）カプラ（この明細書ではタイプＡのカプラを呼ぶ）
で顕著な非断熱モ−ド結合が観察された。このようなカ
プラの１つが米国特許第５１７９６０３号に開示されて
おり、それはＷＤＭとモ−ドフィ−ルドの両方のコンバ
−タとして機能する。第１のカプラファイバは標準の通
信用ファイバ（Δesi＝0.36％、dc esi＝8.3μm、モ−ド
フィ−ルド直径＝10.5μm（1550nm）および5.7μm（100
0nm））に整合したコアを有している。第２のカプラフ
ァイバは、大きいコア・クラッド△1-2（約1％）、3.5
μmのdc esi、およびエルビウムをド−プした利得ファイ
バに実質的に整合するのに十分なだけ小さい（1550nmに
おいて6.4μmそして1000nmにおいて3.7μm）モ−ドフィ
−ルド直径を有する。Δesiはファイバの等価ステップ
インデックス・デルタであり、dc esiは等価ステップイ
ンデックス・コア直径である。これら２本のカプラファ
イバは、第２のファイバのクラッドが第１のファイバの
クラッドにおける塩素の量より多い量の塩素を与えられ
ており、それによって第２のファイバのクラッドの屈折
率が第１のファイバのクラッドの屈折率より大きいこと
を除き、実質的に異なる値のβCRを有していたであろ
う。カプラファイバクラッド間の屈折率の不等性のため
に、それらのβCR値は波長λsの光パワ−の95％以上が
第１および第２のカプラファイバ間で結合するのに十分
なだけ整合するようになされる。第２のファイバが作成
される態様によって、それの塩素プロファイル（理想化
された）は図１に示されているようになり、そしてそれ
の全体の屈折率プロファイル（理想化された）は図２に
示されているようになる。これらのカプラファイバの屈
折率プロファイルは塩素とゲルマニアの両方のド−ピン
グによって決定されるものであり、小さい半径（＜2μ
m）における大きいゲルマニアド−ピングレベルが図２
に示されている内側の屈折率ピ−クを形成することがわ
かる。２つの塩素レベル間の遷移の半径がrt、コア半径
がrcであり、そしてroはファイバの外側半径である。
λPの）をファイバ増幅器の利得ファイバに結合させる
ために用いられる特定のタイプの波長分割多重（ＷＤ
Ｍ）カプラ（この明細書ではタイプＡのカプラを呼ぶ）
で顕著な非断熱モ−ド結合が観察された。このようなカ
プラの１つが米国特許第５１７９６０３号に開示されて
おり、それはＷＤＭとモ−ドフィ−ルドの両方のコンバ
−タとして機能する。第１のカプラファイバは標準の通
信用ファイバ（Δesi＝0.36％、dc esi＝8.3μm、モ−ド
フィ−ルド直径＝10.5μm（1550nm）および5.7μm（100
0nm））に整合したコアを有している。第２のカプラフ
ァイバは、大きいコア・クラッド△1-2（約1％）、3.5
μmのdc esi、およびエルビウムをド−プした利得ファイ
バに実質的に整合するのに十分なだけ小さい（1550nmに
おいて6.4μmそして1000nmにおいて3.7μm）モ−ドフィ
−ルド直径を有する。Δesiはファイバの等価ステップ
インデックス・デルタであり、dc esiは等価ステップイ
ンデックス・コア直径である。これら２本のカプラファ
イバは、第２のファイバのクラッドが第１のファイバの
クラッドにおける塩素の量より多い量の塩素を与えられ
ており、それによって第２のファイバのクラッドの屈折
率が第１のファイバのクラッドの屈折率より大きいこと
を除き、実質的に異なる値のβCRを有していたであろ
う。カプラファイバクラッド間の屈折率の不等性のため
に、それらのβCR値は波長λsの光パワ−の95％以上が
第１および第２のカプラファイバ間で結合するのに十分
なだけ整合するようになされる。第２のファイバが作成
される態様によって、それの塩素プロファイル（理想化
された）は図１に示されているようになり、そしてそれ
の全体の屈折率プロファイル（理想化された）は図２に
示されているようになる。これらのカプラファイバの屈
折率プロファイルは塩素とゲルマニアの両方のド−ピン
グによって決定されるものであり、小さい半径（＜2μ
m）における大きいゲルマニアド−ピングレベルが図２
に示されている内側の屈折率ピ−クを形成することがわ
かる。２つの塩素レベル間の遷移の半径がrt、コア半径
がrcであり、そしてroはファイバの外側半径である。
【０００８】標準の通信用ファイバの屈折率プロフィア
ル（理想化された）が図３に示されている。
ル（理想化された）が図３に示されている。
【０００９】この損失機構は、図１および２によって特
徴づけられるタイプの２本の同一の小さいモ−ドフィ−
ルド直径ファイバでもって作成されたＷＤＭカプラ（こ
こではタイプＢのカプラと呼ばれる）でより大きくなる
ことが観察された。図４はタイプＡおよびＢのカプラの
場合の過剰損失と波長の関係を示す。両方の場合におい
て、波長に対する損失の変化は可能な非断熱損失機構を
示している。
徴づけられるタイプの２本の同一の小さいモ−ドフィ−
ルド直径ファイバでもって作成されたＷＤＭカプラ（こ
こではタイプＢのカプラと呼ばれる）でより大きくなる
ことが観察された。図４はタイプＡおよびＢのカプラの
場合の過剰損失と波長の関係を示す。両方の場合におい
て、波長に対する損失の変化は可能な非断熱損失機構を
示している。
【００１０】図５の曲線２０によって表わされた塩素ド
−ピング・プロフィ−ルを有する小さいモ−ドフィ−ル
ド直径のファイバでもって作成されたタイプＡのカプラ
は、図５の曲線２１によって表わされているような塩素
ド−ピング・プロファイルを有する小さいモ−ドフィ−
ルド直径のファイバでもって作成されたものよりも0.3d
Bだけ大きい過剰損失を有することが認められた。クラ
ッド塩素レベルを除き、これらの小モ−ドフィ−ルド直
径ファイバは他のすべての点で実質的に同一である。こ
のようにして、塩素プロファイルにおけるより大きいデ
ィップがより大きいカプラ過剰損失の原因となることが
明らかとなった。
−ピング・プロフィ−ルを有する小さいモ−ドフィ−ル
ド直径のファイバでもって作成されたタイプＡのカプラ
は、図５の曲線２１によって表わされているような塩素
ド−ピング・プロファイルを有する小さいモ−ドフィ−
ルド直径のファイバでもって作成されたものよりも0.3d
Bだけ大きい過剰損失を有することが認められた。クラ
ッド塩素レベルを除き、これらの小モ−ドフィ−ルド直
径ファイバは他のすべての点で実質的に同一である。こ
のようにして、塩素プロファイルにおけるより大きいデ
ィップがより大きいカプラ過剰損失の原因となることが
明らかとなった。
【００１１】
【本発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
の１つの目的は低いレベルの過剰損失を呈示するファイ
バオプティックカプラを提供することである。
の１つの目的は低いレベルの過剰損失を呈示するファイ
バオプティックカプラを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】簡単に述べると、本発明
は、それぞれが双円錐状テ−パ部分を有する複数のシン
グルモ−ド光ファイバよりなるファイバオプティックカ
プラに関する。これらのファイバのテ−パ部分は連続し
た関係で延長して結合領域を形成する。これらのファイ
バのそれぞれはコアと、このコアより低い屈折率を有し
ていてコアを包囲したクラッドを有する。これらのファ
イバのうちの少なくとも１本がそれのコアとクラッドの
間に屈折率niの屈折率ペデスタルを有しており、この場
合、n1>n i>n2であり、かつn1およびn2はそれぞれ前記少
なくとも１本のファイバのコアおよびクラッドの屈折率
である。
は、それぞれが双円錐状テ−パ部分を有する複数のシン
グルモ−ド光ファイバよりなるファイバオプティックカ
プラに関する。これらのファイバのテ−パ部分は連続し
た関係で延長して結合領域を形成する。これらのファイ
バのそれぞれはコアと、このコアより低い屈折率を有し
ていてコアを包囲したクラッドを有する。これらのファ
イバのうちの少なくとも１本がそれのコアとクラッドの
間に屈折率niの屈折率ペデスタルを有しており、この場
合、n1>n i>n2であり、かつn1およびn2はそれぞれ前記少
なくとも１本のファイバのコアおよびクラッドの屈折率
である。
【００１３】
【実施例】この明細書では、それぞれ２本の同一の高Δ
1-2低モ−ドフィ−ルド直径ファイバで作成されたタイ
プＢのカプラを含む実験の結果について論述する。カプ
ラはそれらのクラッドの内部部分（10μm以下の半径に
おける）に含まれる塩素の量が異なっていた。
1-2低モ−ドフィ−ルド直径ファイバで作成されたタイ
プＢのカプラを含む実験の結果について論述する。カプ
ラはそれらのクラッドの内部部分（10μm以下の半径に
おける）に含まれる塩素の量が異なっていた。
【００１４】カプラファイバは米国特許第５２９５２１
１号に開示された方法で作成された。コア領域とクラッ
ドガラスの薄い層よりなる多孔質のコアプリフォ−ムが
円柱状のマンドレル上に形成された。そのマンドレルが
除去され、そしてその結果得られた管状のプリフォ−ム
がコンソリデ−ション炉マッフル内に徐々に挿入され
る。この場合、高シリカ含有ガラスでは、その炉マッフ
ルの最高温度は1200℃と1700℃の間であり、好ましくは
約1490℃である。乾燥を行うためのプリフォ−ム・コン
ソリデ−ション工程時に通常存在する塩素は、ヘリウム
と塩素よりなる乾燥ガスをプリフォ−ムの孔に流入させ
ることによってプリフォ−ムに供給されうる。プリフォ
−ムの微細孔を通じてガスを流動させるためにプリフォ
−ムの孔の一端部が栓をされた。マッフルには同時にヘ
リウム・フラッシング・ガスが流される。
１号に開示された方法で作成された。コア領域とクラッ
ドガラスの薄い層よりなる多孔質のコアプリフォ−ムが
円柱状のマンドレル上に形成された。そのマンドレルが
除去され、そしてその結果得られた管状のプリフォ−ム
がコンソリデ−ション炉マッフル内に徐々に挿入され
る。この場合、高シリカ含有ガラスでは、その炉マッフ
ルの最高温度は1200℃と1700℃の間であり、好ましくは
約1490℃である。乾燥を行うためのプリフォ−ム・コン
ソリデ−ション工程時に通常存在する塩素は、ヘリウム
と塩素よりなる乾燥ガスをプリフォ−ムの孔に流入させ
ることによってプリフォ−ムに供給されうる。プリフォ
−ムの微細孔を通じてガスを流動させるためにプリフォ
−ムの孔の一端部が栓をされた。マッフルには同時にヘ
リウム・フラッシング・ガスが流される。
【００１５】このようにして得られた管状のガラス物品
は、それの孔に真空を印加された状態で、標準的な延伸
用炉内で加熱されて延伸され、その孔が閉塞された「コ
ア・ロッド」となされた。このロッドの適当な長さの部
分が旋盤に装着され、そのロッド上にシリカの粒子が沈
積される。このようにして得られた最終的な多孔質プリ
フォ−ムがコンソリデ−ション炉に挿入され、そこで、
ヘリウムと塩素の混合物が炉内を上方に流動されている
状態で、そのプリフォ−ムがコンソリデ−ト（consolid
ate）される。このようにして得られたガラスプリフォ
−ムが延伸されてシングルモ−ド光ファイバが形成され
る。最初に形成されたコア・プリフォ−ムに添着された
クラッドガラスの量が塩素ペデスタルまたはディップの
半径を決定する。第１および第２の乾燥／コンソリデ−
ション工程においてプリフォ−ムの多孔質の部分が受け
る塩素の量がΔpedestalの値を決定する。このようにし
て得られたファイバでは、ゲルマニアをド−プされたコ
アの半径はほぼ2μmであり、かつコア・クラッドΔ1-2
は約1.0％であった。
は、それの孔に真空を印加された状態で、標準的な延伸
用炉内で加熱されて延伸され、その孔が閉塞された「コ
ア・ロッド」となされた。このロッドの適当な長さの部
分が旋盤に装着され、そのロッド上にシリカの粒子が沈
積される。このようにして得られた最終的な多孔質プリ
フォ−ムがコンソリデ−ション炉に挿入され、そこで、
ヘリウムと塩素の混合物が炉内を上方に流動されている
状態で、そのプリフォ−ムがコンソリデ−ト（consolid
ate）される。このようにして得られたガラスプリフォ
−ムが延伸されてシングルモ−ド光ファイバが形成され
る。最初に形成されたコア・プリフォ−ムに添着された
クラッドガラスの量が塩素ペデスタルまたはディップの
半径を決定する。第１および第２の乾燥／コンソリデ−
ション工程においてプリフォ−ムの多孔質の部分が受け
る塩素の量がΔpedestalの値を決定する。このようにし
て得られたファイバでは、ゲルマニアをド−プされたコ
アの半径はほぼ2μmであり、かつコア・クラッドΔ1-2
は約1.0％であった。
【００１６】米国特許第５０１１２５１号および第５２
９５２１１号に従ってカプラが作成された。１本のファ
イバの中間部分からおよび他の１本のファイバの端部か
ら保護被覆が除去された。これら２本のファイバがガラ
スチュ−ブの穴に挿入され、それらのファイバの裸にさ
れた部分がチュ−ブの中間領域を通って延長するように
なされる。チュ−ブの穴が脱気され、そしてチュ−ブの
中間領域をファイバに対してコラプスさせるために加熱
される。チュ−ブが再度加熱され、そしてコラプスされ
た中間領域の中央部分が延伸されてカプラが形成され
た。
９５２１１号に従ってカプラが作成された。１本のファ
イバの中間部分からおよび他の１本のファイバの端部か
ら保護被覆が除去された。これら２本のファイバがガラ
スチュ−ブの穴に挿入され、それらのファイバの裸にさ
れた部分がチュ−ブの中間領域を通って延長するように
なされる。チュ−ブの穴が脱気され、そしてチュ−ブの
中間領域をファイバに対してコラプスさせるために加熱
される。チュ−ブが再度加熱され、そしてコラプスされ
た中間領域の中央部分が延伸されてカプラが形成され
た。
【００１７】このようにして得られたカプラが図６に概
略的に示されているが、このカプラでは、光ファイバＦ
1およびＦ2がガラスオ−バ−クラッドチュ−ブＯ内を延
長している。そのチュ−ブから延長したファイバの部分
は保護被覆材料を有していることが好ましい（この図示
された実施例には示されていない）。少なくともチュ−
ブの中間領域内のファイバの部分は被覆を有していな
い。チュ−ブの最初の直径はd1である。延伸された中間
領域の中央部分は直径d2のネックダウン領域Ｎを構成し
て、このネックダウン領域では、ファイバコアはそれら
の間に所望の結合を生じさせるのに十分なだけ長い距離
ｚにわたって十分に近接して離間されている。領域Ｎ
は、そのには若干のテ−パが存在していて、その領域Ｎ
の長手方向の中心部の直径が最小となるようになされて
いるのであるが、図では一定の直径を有するもののよう
に図示されている。延伸比Ｒはd1/d2に等しい。テ−パ
した領域Ｔがネックダウン領域をチュ−ブＯの延伸され
ていない端部領域に連結する。
略的に示されているが、このカプラでは、光ファイバＦ
1およびＦ2がガラスオ−バ−クラッドチュ−ブＯ内を延
長している。そのチュ−ブから延長したファイバの部分
は保護被覆材料を有していることが好ましい（この図示
された実施例には示されていない）。少なくともチュ−
ブの中間領域内のファイバの部分は被覆を有していな
い。チュ−ブの最初の直径はd1である。延伸された中間
領域の中央部分は直径d2のネックダウン領域Ｎを構成し
て、このネックダウン領域では、ファイバコアはそれら
の間に所望の結合を生じさせるのに十分なだけ長い距離
ｚにわたって十分に近接して離間されている。領域Ｎ
は、そのには若干のテ−パが存在していて、その領域Ｎ
の長手方向の中心部の直径が最小となるようになされて
いるのであるが、図では一定の直径を有するもののよう
に図示されている。延伸比Ｒはd1/d2に等しい。テ−パ
した領域Ｔがネックダウン領域をチュ−ブＯの延伸され
ていない端部領域に連結する。
【００１８】異なる塩素プロファイル・ディップを有す
る小モ−ドフィ−ルド直径ファイバを用いたＷＤＭカプ
ラについて分析した結果、塩素プロファイル・ディップ
が大きいほど、過剰損失の大きいカプラが得られること
が明らかとなった。このメカニズムをさらに確認するた
めに、４本の異なる小モ−ドフィ−ルド直径ファイバで
もってＢタイプのＷＤＭカプラが作成された。各カプラ
は、上述した方法で作成された２本の同一の小モ−ドフ
ィ−ルド直径ファイバで作成された。これらのカプラの
それぞれは、異なる塩素濃度を有しており、約10μmま
での半径のファイバを使用した。約10μm以上の半径で
は、塩素濃度は実質的に同一であった。約10μmまでの
半径では、各タイプのファイバは外側の塩素レベル（デ
ィップ）より低い塩素レベルまたは外側の塩素レベルよ
り高い塩素レベルを有していた。塩素レベルの大きいデ
ィップを有するファイバ（図５の曲線２０で示されてい
るような）と、図５の曲線２２で示されているもののよ
うなペデスタルを有するファイバとが含まれていた。図
７には、1200〜1600nmの波長範囲における最大過剰損失
が、小さい半径（約10μm）における塩素レベルのディ
ップの大きさの関数として示されている。ディップの負
の値はペデスタルに相当する。そのデ−タはディップが
小さいと損失がそれだけ小さくなり、ペデスタルでは損
失がそれよりさらに良くなる明らかな傾向を示してい
る。したがって、本発明の１つの特徴は、コアとクラッ
ドの間にペデスタルを有する光ファイバをファイバオプ
ティックカプラに使用することである。図８に示されて
いるように、ペデスタル２７はコア２６の最大屈折率n1
とクラッド２８の屈折率n2の中間の値である最大屈折率
niを有している。簡単のために、コア２６とペデスタル
２７はファイバの一定屈折率領域であるとして示されて
いる。あるいは、コア２６とペデスタル２７はグラジエ
ントプロファイル、複数のステップよりなるプロファイ
ル等のような変化する屈折率プロファイルを有していて
もよい。
る小モ−ドフィ−ルド直径ファイバを用いたＷＤＭカプ
ラについて分析した結果、塩素プロファイル・ディップ
が大きいほど、過剰損失の大きいカプラが得られること
が明らかとなった。このメカニズムをさらに確認するた
めに、４本の異なる小モ−ドフィ−ルド直径ファイバで
もってＢタイプのＷＤＭカプラが作成された。各カプラ
は、上述した方法で作成された２本の同一の小モ−ドフ
ィ−ルド直径ファイバで作成された。これらのカプラの
それぞれは、異なる塩素濃度を有しており、約10μmま
での半径のファイバを使用した。約10μm以上の半径で
は、塩素濃度は実質的に同一であった。約10μmまでの
半径では、各タイプのファイバは外側の塩素レベル（デ
ィップ）より低い塩素レベルまたは外側の塩素レベルよ
り高い塩素レベルを有していた。塩素レベルの大きいデ
ィップを有するファイバ（図５の曲線２０で示されてい
るような）と、図５の曲線２２で示されているもののよ
うなペデスタルを有するファイバとが含まれていた。図
７には、1200〜1600nmの波長範囲における最大過剰損失
が、小さい半径（約10μm）における塩素レベルのディ
ップの大きさの関数として示されている。ディップの負
の値はペデスタルに相当する。そのデ−タはディップが
小さいと損失がそれだけ小さくなり、ペデスタルでは損
失がそれよりさらに良くなる明らかな傾向を示してい
る。したがって、本発明の１つの特徴は、コアとクラッ
ドの間にペデスタルを有する光ファイバをファイバオプ
ティックカプラに使用することである。図８に示されて
いるように、ペデスタル２７はコア２６の最大屈折率n1
とクラッド２８の屈折率n2の中間の値である最大屈折率
niを有している。簡単のために、コア２６とペデスタル
２７はファイバの一定屈折率領域であるとして示されて
いる。あるいは、コア２６とペデスタル２７はグラジエ
ントプロファイル、複数のステップよりなるプロファイ
ル等のような変化する屈折率プロファイルを有していて
もよい。
【００１９】本発明の最適設計の幾つかの曲面を決定す
るために数値モデル化がなされた。使用されたモデル化
ツ−ルが米国特許第４８７７３００号に記載されている
ようなものであり、その特許では、種々の幾何学形状
（テ−パに沿った寸法の変化）についてLP01およびLP11
伝播定数差が計算されている。
るために数値モデル化がなされた。使用されたモデル化
ツ−ルが米国特許第４８７７３００号に記載されている
ようなものであり、その特許では、種々の幾何学形状
（テ−パに沿った寸法の変化）についてLP01およびLP11
伝播定数差が計算されている。
【００２０】図９はΔpedestalの種々の値におけるδβ
の理論的変化を示している。δβは最低のLP01モ−ドと
次に高いLP11モ−ドの伝播定数間の差を表わしており、
（β LP01 - βLP11）に等しい。δβの最小値が大きけ
れば、過剰損失性能がそれだけ良くなる。図９はΔ
pedestalの値が大きくなれば、それだけ大きな過剰損失
改善が得られることを示している。図９の曲線は表１に
示された屈折率プロファイル（ペデスタルまたはディッ
プ）に対応している。
の理論的変化を示している。δβは最低のLP01モ−ドと
次に高いLP11モ−ドの伝播定数間の差を表わしており、
（β LP01 - βLP11）に等しい。δβの最小値が大きけ
れば、過剰損失性能がそれだけ良くなる。図９はΔ
pedestalの値が大きくなれば、それだけ大きな過剰損失
改善が得られることを示している。図９の曲線は表１に
示された屈折率プロファイル（ペデスタルまたはディッ
プ）に対応している。
【００２１】 表 １ 曲線 プロファイル ３６ 0.16％Δpedペデスタル ３５ 0.08％Δpedペデスタル ３４ 0.04％Δpedペデスタル ３３ 0.02％Δpedペデスタル ３２ フラット（ペデスタルもディップもない） ３１ 0.02％Δpedディップ
【００２２】塩素濃度差間の概略的な関係およびそれら
の差によって生ずる屈折率Δは Δ＝Cl差（重量％）/10 である。さらに、曲線３１〜３３は図７に示されている
ように、実験的に測定された塩素差のスパンを概略的に
表わしている。
の差によって生ずる屈折率Δは Δ＝Cl差（重量％）/10 である。さらに、曲線３１〜３３は図７に示されている
ように、実験的に測定された塩素差のスパンを概略的に
表わしている。
【００２３】図１０は0.03％のΔpedestal値の場合にお
けるペデスタル半径にともなうδβの変化を示してい
る。図１０の曲線は表２に示されたペデスタル半径に対
応する。20〜25μmの半径は最大効率のための最適値で
ある。Δpedestalの他の値の場合にもペデスタル半径の
同様の値が得られた。
けるペデスタル半径にともなうδβの変化を示してい
る。図１０の曲線は表２に示されたペデスタル半径に対
応する。20〜25μmの半径は最大効率のための最適値で
ある。Δpedestalの他の値の場合にもペデスタル半径の
同様の値が得られた。
【００２４】表 ２ 曲線 ペデスタル（ディップ）半径 ４１ 10μm ４２ 20μm ４３ 30μm ４４ 40μm
【００２５】上記のΔpedestalおよびペデスタル半径の
最適値はモ−ドフィ−ルド直径やカットオフ波長のよう
な要因を考慮しないで得られた。しかし、ファイバの屈
折率プロファイルにペデスタルが存在することにより、
ペデスタルが存在しない場合にファイバが呈示するもの
とは異なるモ−ドフィ−ルド直径およびカットオフ波長
となる。
最適値はモ−ドフィ−ルド直径やカットオフ波長のよう
な要因を考慮しないで得られた。しかし、ファイバの屈
折率プロファイルにペデスタルが存在することにより、
ペデスタルが存在しない場合にファイバが呈示するもの
とは異なるモ−ドフィ−ルド直径およびカットオフ波長
となる。
【００２６】これらの他のファイバ特性は、例えば、第
１のカプラファイバが標準の通信用ファイバと整合され
たタイプＡのファイバ・エルビウム増幅器ＷＤＭカプラ
を設計する際に重要となるであろう。第２のカプラファ
イバの第１の端部がポンプ光源に接続されかつ980nmの
波長の光を伝播させなければならないとし、そして第２
のファイバの第２の端部が利得ファイバに接続されると
しよう。第２のカプラファイバは、それのカットオッフ
波長がある特定の波長、例えば98nm以下とならないよう
に設計されなければならない。さらに、該当するファイ
バのモ−ドフィ−ルド直径が実質的に利得ファイバのそ
れと整合しなければならない。
１のカプラファイバが標準の通信用ファイバと整合され
たタイプＡのファイバ・エルビウム増幅器ＷＤＭカプラ
を設計する際に重要となるであろう。第２のカプラファ
イバの第１の端部がポンプ光源に接続されかつ980nmの
波長の光を伝播させなければならないとし、そして第２
のファイバの第２の端部が利得ファイバに接続されると
しよう。第２のカプラファイバは、それのカットオッフ
波長がある特定の波長、例えば98nm以下とならないよう
に設計されなければならない。さらに、該当するファイ
バのモ−ドフィ−ルド直径が実質的に利得ファイバのそ
れと整合しなければならない。
【００２７】したがって、損失に対する最適パラメ−タ
を検討することに加えて、カットオフ波長およびモ−ド
フィ−ルド直径による制限も考慮された。
を検討することに加えて、カットオフ波長およびモ−ド
フィ−ルド直径による制限も考慮された。
【００２８】第２のカプラファイバの場合のモ−ドフィ
−ルド直径限界（ライン５０）およびカットオフ波長限
界（ライン５１）に関して得られた限界の要約が図１１
に示されており、この図にはこれらの限界の両方が示さ
れている。ファイバのペデスタル特性は斜線の領域内に
入らなければならない。塩素ド−ピングを行なった場合
に得られるペデスタル値は約0.02％までであり（ライン
５２）、約10μmのペデスタル半径に相当する。しか
し、塩素ド−ピングでもって0.01％より小さいΔ p
edestalの値を正確に発生することは困難である。δβ
値についての結果がここでの対抗する傾向を与える。大
きいΔpedestalの値の方がより効果的であり、最適結果
を斜線領域の左上方部分に押しやるが、先に得られた最
適半径はその領域の右側端部の方への値を示すであろ
う。事実、図１２に示されているように、Δ pedestalが
大きく、半径が小さい端部の方が損失の観点から性能的
に良好である。
−ルド直径限界（ライン５０）およびカットオフ波長限
界（ライン５１）に関して得られた限界の要約が図１１
に示されており、この図にはこれらの限界の両方が示さ
れている。ファイバのペデスタル特性は斜線の領域内に
入らなければならない。塩素ド−ピングを行なった場合
に得られるペデスタル値は約0.02％までであり（ライン
５２）、約10μmのペデスタル半径に相当する。しか
し、塩素ド−ピングでもって0.01％より小さいΔ p
edestalの値を正確に発生することは困難である。δβ
値についての結果がここでの対抗する傾向を与える。大
きいΔpedestalの値の方がより効果的であり、最適結果
を斜線領域の左上方部分に押しやるが、先に得られた最
適半径はその領域の右側端部の方への値を示すであろ
う。事実、図１２に示されているように、Δ pedestalが
大きく、半径が小さい端部の方が損失の観点から性能的
に良好である。
【００２９】ここで見られた変化からの過剰損失の相対
的な改善は正確には定量化することはできないが、上述
したＢタイプのカプラについての実験（図７）で見られ
た過剰損失の改善は、δβの約0.0004μm-1の増加の結
果であり、図１２に示された変化に類似している。
的な改善は正確には定量化することはできないが、上述
したＢタイプのカプラについての実験（図７）で見られ
た過剰損失の改善は、δβの約0.0004μm-1の増加の結
果であり、図１２に示された変化に類似している。
【００３０】0.02％以下のΔped値では塩素が好ましい
ド−パントである。なぜなら、塩素は多孔質のコアプリ
フォ−ムを乾燥するためのコンソリデ−ション時に存在
しない。それの濃度はペデスタルを形成するために外側
クラッドのコンソリデ−ション時に用いられるものより
も大きいレベルまで増加されるにすぎない。しかし、約
0.02％より大きいΔped値を得るためには、他のド−ピ
ング技術を用いなければならない。
ド−パントである。なぜなら、塩素は多孔質のコアプリ
フォ−ムを乾燥するためのコンソリデ−ション時に存在
しない。それの濃度はペデスタルを形成するために外側
クラッドのコンソリデ−ション時に用いられるものより
も大きいレベルまで増加されるにすぎない。しかし、約
0.02％より大きいΔped値を得るためには、他のド−ピ
ング技術を用いなければならない。
【００３１】屈折率プロファイルにペデスタル２７（図
８）を有するファイバを作成するためには塩素以外のド
−パントを用いることができる。コア２６を形成するた
めに用いられるド−パントはペデスタルを形成するため
にも用いられ得る。光ファイバのコアのためのド−パン
トとして一般に用いられるゲルマニアは、コア２６およ
びペデスタル２７の両方を形成するために用いられ得
る。さらに、コアおよび／またはペデスタル２７を形成
するために用いられ得る他の多くの屈折率増加ド−パン
トが存在する。ペデスタル２７はシリカで形成されても
よく、クラッド２８はフッ素またはホウ素のような屈折
率増加ド−パントをド−プしたシリカで形成される。
８）を有するファイバを作成するためには塩素以外のド
−パントを用いることができる。コア２６を形成するた
めに用いられるド−パントはペデスタルを形成するため
にも用いられ得る。光ファイバのコアのためのド−パン
トとして一般に用いられるゲルマニアは、コア２６およ
びペデスタル２７の両方を形成するために用いられ得
る。さらに、コアおよび／またはペデスタル２７を形成
するために用いられ得る他の多くの屈折率増加ド−パン
トが存在する。ペデスタル２７はシリカで形成されても
よく、クラッド２８はフッ素またはホウ素のような屈折
率増加ド−パントをド−プしたシリカで形成される。
【００３２】本明細書では、すべてのファイバが屈折率
ペデスタルを有するカプラおよびファイバが同一の屈折
率ペデスタルを有するカプラについて述べた。本発明は
１本以上のカプラファイバが屈折率ペデスタルを有し、
すべてのペデスタルが同一であるわけではないカプラに
対しても適用できる。
ペデスタルを有するカプラおよびファイバが同一の屈折
率ペデスタルを有するカプラについて述べた。本発明は
１本以上のカプラファイバが屈折率ペデスタルを有し、
すべてのペデスタルが同一であるわけではないカプラに
対しても適用できる。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によれば、ファイバオプティックカプラの過剰損失を
低いレベルに抑えることができる。
明によれば、ファイバオプティックカプラの過剰損失を
低いレベルに抑えることができる。
【図１】公知のＷＤＭカプラファイバの塩素プロファイ
ルのグラフである。
ルのグラフである。
【図２】公知のＷＤＭカプラファイバの屈折率プロファ
イルである。
イルである。
【図３】標準の通信用ファイバの屈折率プロファイルで
ある。
ある。
【図４】２つの異なるカプラのスペクトル過剰損失曲線
を示している。
を示している。
【図５】３本の異なるカプラファイバの塩素プロファイ
ルを示している。
ルを示している。
【図６】オ−バ−クラッドファイバオプティックカプラ
の断面図である。
の断面図である。
【図７】異なる値の塩素ディップまたはペデスタルを有
するカプラの最大過剰損失（1200nmから1600nmまでの）
のグラフである。
するカプラの最大過剰損失（1200nmから1600nmまでの）
のグラフである。
【図８】本発明に従って設計されたカプラファイバの屈
折率プロファイルである。
折率プロファイルである。
【図９】δβの理論的変化が延伸比の関数としてプロッ
トされたグラフであり、パラメ−タはΔpedestalであ
る。
トされたグラフであり、パラメ−タはΔpedestalであ
る。
【図１０】δβの理論的変化が延伸比の関数としてプロ
ットされたグラフであり、パラメ−タはペデスタル半径
である。
ットされたグラフであり、パラメ−タはペデスタル半径
である。
【図１１】Δpedestalの理論的変化がペデスタル半径の
関数としてプロットされたグラフであり、モ−ドフィ−
ルド直径およびカットオフリミットが示されている。
関数としてプロットされたグラフであり、モ−ドフィ−
ルド直径およびカットオフリミットが示されている。
【図１２】最小Δβの理論的変化が、カットオフ限界に
よって決定される所定の値のapedestalに対するΔ
pedestalの最大値であるΔpedestal＝(0.115μm)/a
pedestal)2によって決定されるΔpedestal値に対するペ
デスタル半径apedestalの関数としてプロットされたグ
ラフである。
よって決定される所定の値のapedestalに対するΔ
pedestalの最大値であるΔpedestal＝(0.115μm)/a
pedestal)2によって決定されるΔpedestal値に対するペ
デスタル半径apedestalの関数としてプロットされたグ
ラフである。
２６ コア ２７ ペデスタル ２８ クラッド
Claims (10)
- 【請求項１】 それぞれ双円錐状テ−パ部分を有する複
数のシングルモ−ド光ファイバよりなり、前記光ファイ
バのテ−パ部分が連続した関係で延長して結合領域を形
成し、前記光ファイバのそれぞれがコアと、このコアの
屈折率より低い屈折率を有していてコアを包囲したクラ
ッドを具備しており、前記光ファイバのうちの少なくと
も１本が前記コアとクラッドの間に最大屈折率niを有
し、n1が前記少なくとも１本の光ファイバのコアの屈折
率であり、そしてn2が前記少なくとも１本の光ファイバ
のクラッドの屈折率であるとして、n1＞ni＞n2であるよ
うになされたファイバオプティックカプラ。 - 【請求項２】 ペデスタルの最大半径が25μmであり、
ペデスタルの半径が20μmと25μmの間にある請求項１の
ファイバオプティックカプラ。 - 【請求項３】 前記少なくとも１本の光ファイバが塩素
を含んでおり、前記少なくとも１本の光ファイバのペデ
スタル中の塩素の量がその光ファイバのクラッド中の塩
素の量より多くなされた請求項１または２のファイバオ
プティックカプラ。 - 【請求項４】 前記少なくとも１本の光ファイバのコア
がシリカと屈折率増加ド−パントを含んでおり、前記コ
アおよび前記ペデスタルがシリカと屈折率増加ド−パン
トを含んでいる請求項１、２または３のファイバオプテ
ィックカプラ。 - 【請求項５】 前記コアと前記ペデスタルが同じ屈折率
増加ド−パントを含んでおり、前記コアと前記ペデスタ
ルが異なる屈折率増加ド−パントを含んでいる請求項４
のファイバオプティックカプラ。 - 【請求項６】 前記少なくとも１本の光ファイバのクラ
ッドがそれの屈折率をniより低い値まで低下させるのに
十分な量の屈折率増加ド−パントを含んでいる請求項１
のファイバオプティックカプラ。 - 【請求項７】 前記複数の光ファイバが同一であり、あ
るいは前記少なくとも１本の光ファイバが前記複数の光
ファイバの残りとは異なるものである請求項１のファイ
バオプティックカプラ。 - 【請求項８】 前記複数の光ファイバのそれぞれが前記
コアとクラッドの間に屈折率ペデスタルを有しており、
そのペデスタルの屈折率はファイバのクラッドの屈折率
より大きくかつファイバのコアの屈折率より小さい請求
項１のファイバオプティックカプラ。 - 【請求項９】 前記カプラの結合領域が２つの端部領域
と中間領域を有する細長いマトリクスガラス体によって
包囲されており、前記光ファイバが前記体内を長手方向
に延長しかつ前記体の中間領域と一緒に互いに融着さ
れ、前記中間領域の中央部分の直径が前記端部領域の直
径より小さく、前記中間領域の前記中央部分が前記結合
領域を形成している請求項１のファイバオプティックカ
プラ。 - 【請求項１０】 Δpedestalが0.15％より小さく、Δ
pedestalが(ni 2 - n2 2)/ni 2に等しい請求項１のファイ
バオプティックカプラ。
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