JP2001512244A - 格子利用型カプラデバイス - Google Patents

格子利用型カプラデバイス

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JP2001512244A
JP2001512244A JP2000505537A JP2000505537A JP2001512244A JP 2001512244 A JP2001512244 A JP 2001512244A JP 2000505537 A JP2000505537 A JP 2000505537A JP 2000505537 A JP2000505537 A JP 2000505537A JP 2001512244 A JP2001512244 A JP 2001512244A
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ジョージ・ラクルジック
シャオリン・トン
フィル・エイ・ウィレムズ
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アロヨ・オプティクス・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 光波エネルギー用のアド／ドロップフィルタ（１０）は、延伸された光ファイバ（３０、３１、３４、３５）の合体した長手により規定される非常に細い胴部領域（１２）にブラッグ格子（２７）を含んでいる。光は、断熱的テーパファイバ（２０、２１、２４、２５）を経由して胴部領域を伝播し、胴部の空気−ガラス導波路内において、２つの長手方向に隣接するファイバから２つの直交モードに変化し、一方のファイバからもう一方へ反射される。胴部領域（１２）の断面によって、反射されたドロップ波長は、偏光非依存であり、それは対象波長幅に損失ピークを持たない。後方反射は、対象波長幅の外側にシフトしている。高性能の格子は、ファイバの胴部領域を光感応性化して書き込まれる。狭いスペクトル帯域幅の格子は、書き込むビームのａ．ｃ．及びｄ．ｃ．両変化によってアポダイズされる。カプラデバイスには温度補償用の補助構造が正確にアレンジされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 （技術分野） 本発明は、光波伝播システム及び電気光学装置を利用したデバイス、詳述すれ
ば、フィルタリング、結合及びその他の機能を行う格子利用型デバイス(grating
-assited devices)に関する。
【０００２】 （背景技術） 本出願は、発明の名称を「波長選択型光カプラ」として、１９９５年８月２９
日に出願をなした米国特許出願第08/703,357号の一部継続出願、及び、発明の名
称を「波長型光デバイス」として、１９９５年１０月２７日に出願をなした米国
特許出願第08/738,068号の一部継続出願であり、発明の名称を「波長分割マルチ
プレクシング用のアド／ドロップフィルタの製作」として、１９９７年８月４日
に出願をなした米国仮特許出願第60/055,157号の国内優先権を主張してなすもの
であって、これらの出願全てを本願明細書の一部を構成するものとしてここに挙
げておく。
【０００３】 現在の通信システムは、光導波路（光ファイバ）をますます利用しているが、
光導波路の高速性、低減衰性及び広帯域幅特性を利用してデータ、ビデオ信号、
オーディオ信号を同時に伝送することができる。これら通信システムの重要な延
長線上に、一本の設置線で多重送受信ができるように一定の波長帯域を個々の波
長に分割する波長分割マルチプレクシングの利用がある。この用途では、バンド
を、別々ではあるが、互いに近接する複数の波長（例えば４，８，又は１６本の
異なる波長）に分割できるマルチプレクサ及びデマルチプレクサが必要である。
個々の波長を広域バンド信号に付加し、多重波長信号から一定波長を抽出するた
めには波長選択カプラが必要であり、そのために多くのアド／ドロップフィルタ
(add/drop filter)（この型のデバイスに現在用いられている共通の専門用語で ある）が発展している。
【０００４】 波長選択性はブラッグ格子に本来備わっているものであるから、当業者は多重
波長信号に関して一定波長を付加又は抽出する、格子を利用したデバイスを工夫
している。典型的な光ファイバは、中心コアと該中心コアを囲繞する低屈折率の
クラッド部による光閉込め特性と導光特性とを利用して、光波を伝播させている
。波動エネルギーは主としてコアを伝播していくが、密に隣接又は接触している
一対の平行なファイバの一つのコア領域にブラッグ格子を用いた多くのアド／ド
ロップフィルタ又はカプラが開発されている。結合領域は、一方のファイバを伝
播する信号が構造の本質的な機能として他方のファイバへ結合されることから、
通常、「消退領域(evanescent)」と呼ばれている。波長選択性は、選択された格
子特性に応じて選択された波長を順方向又は逆方向へ伝送する埋め込まれた格子
によってもたらされる。しかし、現代の通信システムにおいては、このアプロー
チは、多くの機能上及び動作上の制限があり、スペクトル選択性、Ｓ／Ｎ比、格
子の耐久力、温度安定性及び偏光感応性などの要因が関係している。
【０００５】 前述した用途は、新規な理論的概念及び実際の実施に基づくものである。２つ
の融着した異なるファイバの狭い胴部は、各端で結合している一対のテーパ結合
部分の間に形成されている。胴部では、合体したファイバは、一般の市販サイズ
の光ファイバ前駆体を延伸することにより形成され、また、直径があまりに小さ
いため中心コアが事実上消失している。波動エネルギーは、２つの空間的に重な
っている直交モードで合体しているファイバ領域を通って伝達される。モード重
複のエネルギーが伝播しているので、前記結合は、回折格子の如くの結合メカニ
ズムに直面して潜在的には非消退性である。例えば、胴部に書きこまれた反射格
子によって入力ポートでの入力信号の選択された波長のみがドロップポートへと
転送され、その一方、それ以外の全ての波長は、スループットポートに反射され
ることなく胴部を通って伝播する。この反射格子は、消退しない形で２つの光モ
ードの間で光を結合する。このアイデアと構成とから多くの有利な点が導かれる
が、全ての可能性の実現はその他の開発上の要因に依存している。
【０００６】 例えば、現在の用途では、この概念に基づくアド／ドロップフィルタが、特定
波長に選択的かつ正確に設定できるか、または、調節でき、しかも、帯域幅が限
られている強力な格子を備えて、発送チャンネルにおいて非常に有効であること
、また、温度非感応性にして、コンパクト、低コストであり、選択された波長幅
におけるみせかけの反射又はノイズ左右されないことが必要である。ドロップ効
率が高く、偏光依存性が小さいことも特に重要である。これらの動作上の特性を
充足すると同時に、非常に小さいサイズで高感度の装置を繰り返して生産できる
ようにするにはさらなる革新が必要である。
【０００７】 (発明の開示) 本発明によると、格子を利用した非対称融合型カプラの光学特性と性能とは、
カプラの胴部の物理特性に大きく依存している。例えば延伸の間に形状制御する
ことにより、或いは、格子を暴露後にカプラの胴部に恒久的なねじりを加えるこ
とにより、ドロップ波長の偏光非依存性を満足することができる胴部できる。さ
らに、直径の細い胴部では、カプラの繊細さにより直径が不均一になるが、この
大きさの変化は、レーザによるトリミングによって、又は、屈折率補償型格子を
刻印すること(impressing)によって補償することができるのが判明した。さらに
、格子の性能は、格子の書きこみプロセスの間に光感応性ガスを内部拡散するこ
とによって劇的に増強させることができる。スペクトル特性を向上するには、格
子は、変調された（ａ．ｃ．）強度のＵＶビームと一定（ｄ．ｃ．）強度のＵＶ
ビームとで同時に書き込みを行うことにより、アポダイズ(apolize)すると共に 、漏らさない(unchirped)。胴部領域のサイズ及びその他の特性を選択すること によって、カプラのドロップ波長は、後方反射波長から十分に分離され、その後
の波長は、対象周波数帯の外側に位置するものとなる。
【０００８】 これらの特性とさらに波長の調整可能性を持つ微小なカプラは、格子書きこみ
のためにカプラ胴部に光学的アクセスが可能なプリパッケージ構造内に納められ
ている。異なる熱膨張係数を有する物質からなる延伸された構造によってドロッ
プ波長の温度依存性が決められる。さらに、その構造を微調整することによって
ドロップ波長が精密に調整され、続いて、要求される温度範囲にわたって維持さ
れる。
【０００９】 本発明による光ファイバ式波長ルータは、アド／ドロップフィルタとしてここ
で通常呼称する波長選択型フィルタである。異なる波長で多重チャンネルを利用
するそのようなデバイスによって、選択された波長チャンネルが低損失かつ高効
率で第１光ファイバに指向される一方、同時に波長チャンネルの残りを第２光フ
ァイバに伝送される。例えば、スイッチ、多重チャンネル・ルータ、交差接続器
などの他の用途に上記概念が用いることができるが、アド／ドロッププフィルタ
に適用すれば、波長分離多重送信（ＷＤＭ）システムにおけるマルチプレクサ及
びデマルチプレクサとして最大利益が直接もたらされるであろう。
【００１０】 図１は、この装置の物理的構造を示している。融着型カプラは第１ファイバ３
１、３５と第２ファイバ３０、４０とからなり、両者の結合領域１２は互いに異
質であると共に、屈折率格子２７が刻印されている。２つのファイバは、融着領
域の周辺において局所的にその一方を２０％だけ先細にすることで異質なものと
してもよい。上部ファイバ３１の単モードコアから始められた光は、胴部で公称
伝播ベクトルβ1を伴うＬＰ11モードで断熱的に放出され、出力ファイバ３５の 単モードコアから断熱的に返ってくる。下部ファイバ３０の単モードコアから始
められた光は、胴部でわずかばかりの伝播ベクトルβ2を伴うＬＰ01モードで断 熱的に放出され、出力ファイバ３４の単モードコアから断熱的に返ってくる。屈
折率格子２７がカプラの胴部に刻印される場合や、λiの特定波長で格子周期値 Λgからの反射について下記のブラッグ則を満足するβ1とβ2の波長が選択され る場合には、
【数１】
【００１１】 第１ファイバ３１の単モードコアにおける波長λiでの光エネルギーは、第２フ ァイバ３０の単モードコアにおける格子により継続的に反射(reflected non-eva
nescently)される。この反射及びモード変更結合プロセスのスペクトル応答性や
効率は、格子との光モードの継続的な結合強さにより決定される。入力モードの
波長が
【数２】 となるようにλjに離調された場合では、もはやブラッグ則を満足せず、第１フ ァイバ３１における入力モードは、カプラの胴部を通って伝わり、第２ファイバ
３４への漏れが最小の状態で第１ファイバの出力モードとして再現される。これ
らの波長についてカプラは透明、即ち、結合が生じず、２つの融着されたファイ
バは光学的には独立なままとなる。そのため、結合領域１２において格子周期に
よって定まる特定波長λiにおいてのみ第１ファイバ３１、３５の外で結合され る。
【００１２】 隣接するファイバへの光の後方結合に加えて、典型的には格子により式２｜β 1 （λ2）｜＝ｋgと２｜β2（λ3）｜＝ｋgから得られる別の波長ではいくらかの
光を元のファイバに後方反射している。λ2とλ3とを対象動作範囲の波長外とす
るために、β1とβ2との間の差異は十分に大きくなる。導波路が強く合体するか
、又は融着されたカプラの胴部の寸法が小さくなるにつれて、その差は増加する
。このような一般的な傾向を図３に示すが、これによって導波路の固有モードに
ついての隣接する特性曲線間の垂直軸の分離は、直径がより小さくなる（Ｖより
も小さい）と一般に増加する。この差は、空気−ガラスの光導波路についてのＬ
Ｐ01とＬＰ11モードに実質的に対応するβ1とβ2であるカプラの小さい胴部で最
大値をとる。図３に示しているように、ＬＰ01モードは、ＨＥ11 e、ＨＥ11 oモー
ドと共通する表現であり、ＬＰ11モードは、ＨＥ21 e、ＨＥ21 oとＥＨ01 oモード と共通の表現である。これらは、カプラの胴部の如くの周期的な対称性を示さな
い導波路構造におけるこれらのＬＰモードに関する点で技術的に共通する。
【００１３】 さらに、横に非対称な格子の傾角を選択して、ＬＰ01モードのＬＰ01モードへ
、及びＬＰ11モードのＬＰ11モードへの後方反射での結合強さを減じることがで
きる。傾角の選択におけるその他の考察としては、ＬＰ01モードからＬＰ11モー
ドへ、またＬＰ11モードからＬＰ01モードへのモード変換の効率を最大にするこ
とである。後方反射の結合を最小にする典型的な角度は、３〜５°であるが、カ
プラの胴部の直径が減少するとその角度は増加する。この角度はドロップ効率を
最大にする角度とわずかに異なっている。
【００１４】 この光ファイバカプラを構成するには、２つの部分的に異なるファイバを典型
的には直径１〜５０μｍの狭い胴部が形成されるように融着して、当該融着領域
に複合導波路の少なくとも２つのスーパーモード又は固有モードに対応する導波
路を形成する。複合導波路構造により支持されるスーパーモードの数は、構造の
屈折率プロファイルと寸法により決定される。この導波路構造において直径が劇
的に減少する場合には、光案内特性は空気−ガラス導波路のそれに似てくる。こ
の簡易化されたステップ指数(step index)型の導波路におけるモード伝播の様子
はＶ数で部分的に表され、それは導波路コアの半径が減少すると減少し、波長λ 0 、コア指数ｎcoreとクラッド指数ｎcladに依存する。即ち、
【数３】
【００１５】 空気−ガラス導波路については、ｎcore＝１．４５、ｎclad＝１．０である。
楕円断面の導波路の場合、第１次または低次モードは名目上ＬＰ01であり、第２
モードは名目上ＬＰ11である。典型的には、そのような導波路により支持される
モードの総数が
【数４】 であって、１５５０ｎｍで直径４μｍの胴部においてＮは８〜９である時に、よ
り高い次元のモードがカプラの胴部に存在する。しかし、２つの最低次元モード
は、アド／ドロップ動作において本質的に重要である。一般に損失ピークは２以
上のどの高次元モードにおいても現われる。２つの導波路が十分に異なっており
、テーパ遷移領域が十分に長いことから、オリジナルのファイバの単モードコア
に沿って伝わる入力の光モードは、結合領域のスーパーモードに断熱的に放出さ
れる。結合領域を励起すると、導波路によって２つのオリジナルのファイバに分
離されるため、スーパーモードは、オリジナルの光モードに戻って断熱的に放出
される。そこで、光エネルギーは妨害されることなく入力から出力へと通過する
。典型的な非対称のファイバでは、（｜β1｜−｜β2｜）／（｜β1｜＋｜β2｜
）＝０．００５であり、０．０１ラジアンのテーパ角によって一つのファイバか
ら他のファイバへの望ましくない光エネルギーの漏れを１％未満にする。非対称
性とするために、同一のファイバの一対は、その一方のファイバを中央領域でい
っぱいに伸ばして（断熱的に予備テーパして）おくことにより異なるものとして
おくことができる。その２本のファイバは、合体するか、又は一つの導波路と結
合領域で接続されるが、２つのファイバは、それらが光学的に独立であるかのよ
うにふるまう。次いで、一方のファイバから他方のファイバへ特定波長の光を転
送するために結合領域に格子が刻まれる。例えば、直径１２５μｍのファイバを
２５％だけ先細にして、その後延伸させて、他の直径１２５μｍのファイバと融
着して、テーパ部の長さが２ｃｍであって、直径４．５μｍ、長さ２ｃｍの胴部
を形成する。得られるテーパ角は、低損失、断熱的テーパ(adiabatic taper)を もたらすのに充分である。ＵＶで書き込んだ格子の周期が０．５４０μｍであれ
ば、一例の装置におけるドロップチャンネルの波長は１５５０ｎｍレンジである
。
【００１６】 カプラを構成する適当な出発材としてのファイバは、標準の単モードコアファ
イバの光を導く特性（すなわち、Ｎ．Ａ．）を維持しながら、光感応性物質を少
なくとも部分的にクラッド領域に拡散することによる従来公知の製法を用いて製
造しうる光感応性クラッドによりある程度特徴付けられることが望ましい。本発
明で用いる堆積処理の目的は、重要なクラッドの体積比までドープすることであ
る。添加不純物（例えば、Ｇｅ）がファイバの半径方向に沿って広がれば広がる
ほど、その結果としてカプラの胴部は融着及び引き伸ばし段階のあとに光感応性
が更に高まる。熱的ストレスを最小にし、またドープされたクラッド層中での物
質のミスマッチを最小にしてファイバがドープされることもまた重要である。
【００１７】 ＷＤＭシステムにより多重ワイドバンド信号を一つの光ファイバ上に伝達させ
ることができるが、但し、そのためには個々の波長が所定値に正確に合わされて
いると共に、高Ｓ／Ｎ比の狭いバンド幅を有していなければならない。これらの
特性は、アド／ドロップフィルタにより得られるはずであり、上述の出願におい
て開示又は請求範囲に記載された発明は、これらの事項において特に有利である
。しかしながら、技術的な要求はこのあと詳述するように限界に達しており、各
段階で機器を揃えたり、試験をし、焼き付けるようなことをしないで、低コスト
で多量にユニットを生産するには大変な問題が存在している。
【００１８】 前掲の出願に記載され、また、図１に示したように、カプラ１０と称されてい
るアド／ドロップフィルタは、光ファイバ前駆体からの延在部で形成される狭い
胴部１２を有している。胴部１２は、２〜３ｃｍの長さであり、長手方向に合体
した２つの部分的に異なるファイバ１４，１５からなり、典型的には断面寸法が
１０μｍ未満の合体領域を形成している。この例においては特に、胴部１２は、
ダンベル−楕円の複合形状の断面をしており、長軸方向の寸法（Ａ）は１０μｍ
以下であり、短軸方向の寸法（Ｂ）は、長軸と短軸との比が０．８２となる程度
である。ダンベル−楕円の複合形状（図２）は、ダンベル形状と楕円形状とが互
いにクロスした断面形状に似ている。また、この形状は、「ピーナッツ」や「西
洋なし」形状として最も特徴のある側方非対称形を有している。その非対称性は
、初期のプリテーパによりもたらされる。胴部１２における細ファイバ１５は、
相対的な寸法は１０−３０％以上変えることができるが、延伸及び合体の前に引
っ張って伸ばされており、それにより約２０％細くなっている（本例において）
。ファイバ１４、１５の対峙部分の側面を融着し、合体すると、その側面が不規
則になって楕円状になり、オリジナルのファイバの非対称性を温存する。胴部領
域１２は、ここでは調和していてただ痕跡としてのオリジナルのコア中心を規定
している基準面の損失を防止するために、ねじれなく延伸されることが望ましい
。露出前にプリパッケージ内にこの基準面を維持することは、格子上に好ましい
傾き非対称をもたらす上で重要なことである。
【００１９】 胴部１２のどの端でも、ファイバは、分離したテーパ結合枝２０、２１と２４
、２５とに沿って２、３ｃｍの長さにわたり外側へ拡散テーパ状に延在している
。このテーパは、細い直径の胴部１２から直径約９０−１２５μｍの太い単モー
ド光ファイバ（図示せず）への断熱部分であり、転移部分である。これらのファ
イバは、プリパッケージにカプラをはんだ付けするために、また最終包装後にカ
プラの張りを正確かつ安定して維持するために、外表面を金属化（図示せず）し
ていることが望ましい。胴部１２内には、選択されたドロップ(drop)波長に適し
た所定の周期性を有するブラッグ格子２７が記録され、また、胴部１２の横寸法
のうち大きな方に関して格子面は傾けられ（通常、３°〜５°）ている。第１テ
ーパ結合枝２１の如くの一つの枝に沿って伝播して胴部１２に入力する多重波長
は、ブラッグ格子２７により選択的にフィルタされて、ドロップ波長のみが第２
テーパ結合枝２０に、そして他のファイバ３０に結合する。
【００２０】 本発明によれば、カプラの形態上の関係や、寸法、特性などは、選択され、改
変すれば多くの有利な特性が同時に得られる。図２を参照すると、前駆体ファイ
バから得られた径小胴部１４、１５は、細い高屈折率コアを取り囲んでいるオリ
ジナルのクラッド領域を光感応性（８モル％ゲルマニウムが望ましい。）とする
ようドープされ、延伸後はわずかに微細な痕跡としてのコアがあるのみである。
そして、空気−ガラス導波路と呼ばれるものにエネルギーは制限され、伝播され
、ここで「空気」という語は、実際のファイバのまわりを取り囲んでいる、空気
又はなにかその他の媒体を意味している。その空気−ガラス導波路のいくつかの
特性には、多数のアパーチャと多重モードの導波路特性を含んでいる。ファイバ
外への電磁場の半径方向の広がりは点線１７で示す。
【００２１】 空気−ガラス導波路領域の胴部において（図２)、光がファイバ３１か３０の どちらに源を発するかにかかわらず、直交する光モードは隣接するファイバ１４
、１５の内部を占め、重なりあっている。この完全モード重複のために、格子が
胴部に刻まれた場合には、モードによって格子を完全に重複しているので、結合
は「継続的」(non-evanescent)である。特定のファイバと初めに結合している光
モードは、カプラ胴部にある最初のファイバ領域内に局在してはいない。胴部に
おけるモードによって、ただオリジナルのファイバ材の中においてのみ波を導く
ものではない。
【００２２】 カプラの胴部の空気−ガラス導波路特性は、特有の光特性をもたらす。まず、
全ての損失クラッドモードが除かれる。導波路として利用できる空気界面をクラ
ッドしている異なる前駆体光ファイバにより、カプラの胴部は新たな均質なクラ
ッド（空気）を有するが、それは第２の導波路を支持するものではない。胴部は
多重光モードを支持するが、直径が減るのでそれらの数も減る。しかし、非常に
細い直径の胴部によってこの装置の短波長伝達を下げる多数の高次元モードは減
少する。これらのモードは胴部に導かれたものであり、さらに、それらはファイ
バからテーパ部分の断熱遷移領域へと流出し、ただ特定波長において背景損失を
与えるのみである。加えて、格子の適した傾き非対称性により、これらの高次元
モードへの結合強さは劇的に減少させることができるか、又は完全に抑えること
ができる。
【００２３】 図３は、楕円形で円筒状のカプラの胴部についてのモードダイアグラムを解析
して明らかになった特性を示している。どの曲線も一つの導波路に支持される一
つの特定モードを表わしている。図３は、文献（Lewis, J.E. and G. Deshpande
, 「Modes on elliptical cross-section dielectric tube waveguides」, Micr
owaves, Optics, and Acoustics, Vol.3, 1979, pp.147-155）からのものであり
、カプラの楕円率０．９（すなわち、本カプラの例である０．８２より大きい）
である胴部のモードについて標準化された伝播定数を示している。図３（Ａ）は
、奇数モードを示しており、図３（Ｂ）は偶数モードを示している。横軸は、導
波路のＶ数に対応し、縦軸は、導波路における個々の光モードの屈折率に形式上
相当するβ／β0＝ｎeffに対応する。
【００２４】 導波路特性は、違ったモード表現によって表わすこともできる。例えば、ＬＰ 01 （線形偏光）モードは、偶数及び奇数のＨＥ11モードの線形結合に相当し、Ｌ
Ｐ11モードは偶数および奇数のＥＨ01モードとＨＥ21モードの線形結合に相当す
る。ＬＰモードの記述は、偏光の振る舞いを解析するときに役立つ。楕円形導波
路のモード発生特性は、ＬＰモードの記述によりなじみやすい。
【００２５】 これらの特性曲線の傾斜は、直径の変化量に対する有効モード指数の一定の感
度である。感度が大きくなればなるほど、与えられた直径が不均一なためにブラ
ッグ格子の漏れと広がりは大きくなる。より小さい直径（より小さいＶ数）のカ
プラによって勾配は増し、直径による感度も増す。さらに小さい直径のカプラの
さらに挑戦的な均一直径の要件により狭いスペクトル幅の格子を実現させる。加
えて、ＬＰ01モードとＬＰ11モードの有効指数との間の隔たりが増え、これはド
ロップ波長と後方反射波長（以下に言及するように重要なもの）との間のさらに
大きな波長の隔たりに対応する。これらのモードと別の全高次元モードとの間の
隔たりもまた増加しており、それによって高次元モードとの結合に連動している
損失ピークが関心のあるスペクトル領域（例えば、１５３０−１５６０エルビウ
ム・ドープのファイバ・アンプ（ＥＤＦＡ）のウインドウ）の外へ出ることを確
実にする。
【００２６】 ファイバ格子とは違って、格子利用型(grating assisted mode)カプラに損失 を与えるクラッドモードがないが、それは、カプラ材を実際に被覆するもの（典
型的には空気）が別の光モードを支持する第２の導波路構造を有していないため
である。ただドープされたシリカ製カプラの胴部によってのみ光伝播を支持する
。
【００２７】 格子利用型カプラによって特定波長であるファイバからいくつかのファイバ内
へ光を反射（後方反射）し、また異なる波長であるファイバからその他のファイ
バへ光を反射（アド／ドロップ）する。アド／ドロップ応答によって一つのファ
イバから他のファイバへと光を送るために必要な波長を導くが、その一方、後方
反射の応答は、普通、望ましくないものである。そこで、後方反射によって生じ
る波長は、アド／ドロップフィルタの作動波長領域の外にあるべきである。例え
ば、深いＷＤＭ用途の１５３０−１５６５波長範囲では、後方反射波長は１５３
０ｎｍ未満であるか又は１５６５ｎｍを越えるべきであり、又は活動波長チャン
ネル間の波長にあるべきである。後方反射／ドロップの波長分離能は１８ｎｍ以
上であるべきである。
【００２８】 この波長分離作用は、アド／ドロップカプラの胴部を十分に狭く（７μｍ未満
）することで容易に達成でき、それによって後方反射の波長はドロップの波長か
ら離れる。小さい胴部をもつ融着カプラを製作することにより、ＬＰ01モードと
ＬＰ11モードの形式的な伝播定数の間の差異は増加する。それゆえ、ドロップと
後方反射の波長分離能もまた増加する。この波長分離能は、オリジナルのファイ
バに特殊なドープを行なった主軸が約３．５μｍで断面が楕円形の胴部のものに
ついて１５ｎｍを越える。さらに、カプラの胴部の直径を減らすことにより波長
分離能を一層増加させることができる。胴部の直径と波長分離能との間の正確な
関係は、カプラの胴部における実際の形状と正確な屈折率プロファイルとに強く
依存している。一般に、胴部の直径は、５μｍ未満とするのがよいであろう。し
かし、要求されるカプラにおける胴部の直径についての均一性は、胴部の直径が
小さくなるにつれてますますきびしくなっている。それゆえ、胴部の直径が普通
に選択されるものの場合には後方反射／ドロップの波長分離能はわずかに１５ｎ
ｍより大きくなる。与えられたアド／ドロップフィルタによってドロップピーク
の側に短波長側（プリテーパファイバの入力による）又は長波長側（非プリテー
パファイバの入力による）のいずれかに後方反射のピークを持つ。
【００２９】 マルチプレクサ／デマルチプレクサの如くのアド／ドロップにおける多数の遠
隔通信用途のために、このドロップ／後方反射の波長分離能の要求は、実質的に
ＷＤＭのチャンネル間隔（例えば、０．８ｎｍ又は１．６ｎｍ）と似通った分解
能に緩和されている。そのため、波長をファイバからシーケンシャルな方法（例
えば、短波長側から長波長側へ）でデマルチプレクスする場合には大きな分解能
は必要とされない。たとえ長波長側の装置が短波長の後方反射を有している場合
でも、これらの波長でそれらのチャンネルは、すでにファイバから先のアド／ド
ロップフィルタにより引き出されている。そこで、これらのユニットのために、
この胴部の直径は、大きくてもよく、その結果、カプラの直径均一性の許容誤差
は小さくなる。
【００３０】 大抵の遠隔通信用途にあっては、カプラの偏光特性は重要である。光の場はベ
クトルとして実在する。それは方向を持っている。この方向は、光の場の偏光状
態により定量化される。光信号の偏光は、線形偏光、円偏光、楕円偏光又は非偏
光であってもよい。２つの線形的に偏光された光信号は、電場ベクトルが互いに
垂直である場合、直交偏光される。例えば、ＬＰ01モードとＬＰ11モードは、実
質的にｘ軸、ｙ軸に沿って偏光されていると考えてもよく、ここで、ｘとｙとは
楕円の長軸と短軸である。
【００３１】 格子利用型カプラによって、入力ファイバからドロップフィルタへ結合してい
る光の波長に依存する偏光をすぐに表わすことができる。この偏光依存はブラッ
グ格子の領域にあるカプラの胴部の複屈折形成によるものである。一般に、融着
されたカプラの胴部の形式的な伝播定数βは、２つの直交偏光状態にある光のた
めに同一ではない。図４を参照すると、２つの点線で示したピークによってこれ
らの条件下で２つの直交偏光モードの間に波長分離が存在することがわかる。し
かし、確かに胴部の断面形状や屈折率プロファイルについて、偏光依存は消失し
ている（すなわち、｜βＬＰ01,x｜＋｜βＬＰ11,x｜＝｜βＬＰ01,y｜＋｜βＬ
Ｐ11,y｜）。個々には｜βＬＰ01,x｜が｜βＬＰ01,y｜と等しくなく、｜βＬＰ 11,x ｜が｜βＬＰ11,y｜と等しくないにもかかわらず、この式の左辺と右辺とは
等しいことに注意されたし。実際上、直観に反して、カプラの円形断面である胴
部のドロップ波長に関する偏光依存は消失せず、これはＬＰ11モードの偏光縮退
が円形導波路については消失しない（それは、｜βＬＰ11,x｜≠｜βＬＰ11,y｜
）ためであり、その一方、ＬＰ01モードの偏光依存は消失する（｜βＬＰ01,x｜
＝｜βＬＰ01,y｜）。
【００３２】 偏光分解能がドロップ・チャンネルで消失する胴部の一つの断面形状は、短軸
／長軸比が０．８の複合ダンベル−楕円形状である。別の表現としては「洋ナシ
」又は「ピーナッツ」形状が挙げられる。その胴部断面は、所望の断面にするた
めに温度と露出時間について可変であって、高度に制御され繰り返し加熱できる
加熱源のもとで偏光特性が消えるまで行なわれる加熱により融着されたカプラを
張力下で延伸して得られる。加熱源の例としては、周知の加熱源で、またＣＯ2 （炭酸）ガスレーザ、ガス火炎や抵抗ヒータが望ましい。また、別の胴部の断面
は、複合ダンベル−楕円形状がすぐに製作された以外は、偏光依存を除くために
提案されているものである。胴部についてかなり精密な形状非対称性、望ましく
は楕円形状を有するカプラの生産によって偏光依存を＜＜０．１ｎｍに減らせる
ことを証明した。現在のアド／ドロップフィルタは、アド／ドロップ波長の偏光
分離能が０．０５ｎｍ未満となることを確実にする方法により製造された。その
装置の動作は、偏光分離能の数倍、又は約０．２ｎｍのＦＷＨＭバンド幅を有す
る格子のために実質的に偏光非感応性である。そこで、伝播光スペクトルは、入
力信号の偏光について独立である。図５に示されるように、その条件下で直交偏
光モードは、単一ドロップ波長と合体する。
【００３３】 別の場合として、融着されたカプラの偏光依存が残存する場合には、図４に示
すように、格子を含む領域の融着されたカプラの胴部をねじることによって劇的
に減少できる。その他の場合としては、ＵＶ格子の望ましい書き込み条件（例え
ば、偏光や強度）において、偏光依存をＵＶ露光によって取り除くことができる
。ＵＶ露光処理によりガラス中に複屈折物質を生成し、その複屈折物質によりカ
プラの胴部の複屈折性形成を補償することができる。
【００３４】 胴部の直径が不均一であると、カプラの胴部にある反射格子の応答性がしばし
ば望ましくない「漏れ(chirp)」を起こす、又は、スペクトルからしてゆがみが あり、その理由は局所的な伝播定数やドロップ波長が直径の変化するところで変
わることによる。そのため、不均一な胴部にある格子の周期は、均一な胴部にあ
る格子よりも広がったスペクトル幅を持つであろう。１オングストロームのスペ
クトル幅を持つ格子によって、格子を含む胴部の領域を覆い５μｍの断面を持つ
カプラの胴部において直径の変化が０．０１μｍ未満であることが必要となる。
同様に、カプラ形状によって、漏れや偏光依存が加わることを阻止するために格
子を含む領域を一定に覆っているべきである。レシプロ型ＣＯ2レーザや火炎の 如くの高度に均一な加熱源により高度に均一なカプラの胴部を得ることができる
。別の方法として、カプラの胴部の直径における微小な変化による格子の応答上
の漏れは、局所的なＣＯ2レーザ加熱をして直径変動を矯正することによるか、 カプラ胴部に刻まれた格子周期を局所的に変化させて一定のブラッグ波長を維持
することによるか、又は、格子に沿ったバックグラウンドのｄ．ｃ．屈折率をレ
ーザ・トリミングすることによる等の本発明によって実質的に減らすことができ
るか、又は有効に消せる。図６に示したように、これらの技術によって、カプラ
の胴部に沿った格子の局所的ブラッグ波長における空間変動を有効に減らせる。
これによって、格子利用型カプラを基礎とした１００及び５０ＧＨｚのＷＤＭ用
に必要とされている、狭いバンド幅のアド／ドロップ装置の生産において鍵とな
る問題に直面する。製造プロセスにスケールアップできる方法で直径の不均一性
を決定するために、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡によるか、複素反射率プ
ロファイルから指数プロファイルを復元することによるか、誘導された局所ＵＶ
蛍光線量を測定することによるか、反射率の位置と波長への依存性を検討するこ
とによるか、又は、カプラの胴部を横断的に散乱される光のスペクトル及び空間
特性を分析することによって直接測定することができる。
【００３５】 融着されたカプラ内に均一な格子を形成することに加えて、格子のサイドロー
ブ(sidelobes)を減らすため及び隣接するチャンネルのクロストークを消すため には、精密にアポダイズされた格子が必要である。アポダイズされた格子は、Ｗ
ＤＭシステムの要求する性能との一致に重要である。アポダイゼーションは、速
度可変の走査法、位相マスクやアポダイズされた位相マスクのディザリングを含
む様々な方法によってできることが知られている。
【００３６】 アポダイズされた格子は、格子に沿って長手方向における変調の振幅又は屈折
率のａ．ｃ．成分を空間的に変動させることにより書き込まれる。しかし、同時
に、格子の望まれない漏れや広がりを避けるために、ｄ．ｃ．屈折率又はバック
グラウンドの屈折率は、非常に均一（０．０００１未満の変動）なままにしなけ
ればならない。高くした(raised)コサイン（ｃｏｓ2（ｚ））、ｓｉｎｃ2（ｚ）
、及びガウシアン（ｅｘｐ−ｚ2／２σ2）のアポダイゼーション関数は、全て格
子のサイドローブを−３０ｄＢ以下に減らすのに有効である。
【００３７】 アポダイズされた格子は、導波路に沿って均一な周期パターンだけでなく、屈
折率の変調振幅の長手方向への変動を示す。格子は、光の伝播方向に沿って徐々
に（格子周期＞１０００を超えて）ついたり(turn on)、消えたり(turn off)す る。このなめらかな変動の窓(window)関数によって、形状として矩形窓関数を持
つ格子からの結果としてスペクトルのリンギング(ringing)やサイドバンド(side
bands)を減少させる。一般に、フィルタの周波数スペクトルは、フィルタの空間
窓関数のフーリエ変換である。アポダイゼーションを達成する優れた方法は、露
光の走査を用いることであり、全入射強度がコントラストであると同時に格子が
記録されたように光干渉パターンのコントラストは変動する。これを達成するた
めに、胴部領域は、干渉パターンが刻まれている一方、逆方向に伝播しているｄ
．ｃ．ビームと変調されたａ．ｃ．ビームとに同時にさらされている。干渉パタ
ーンと均一なビームの強度の和は一定に保たれ、その結果、屈折率のバックグラ
ウンドにおける変動から生じる望ましくない漏れを消している。図７を見ると、
ｃｏｓ2のアポダイズされた格子について屈折率関数は、格子長さＬの全体にわ たる中心線と、下記で得られるものの両極の形式で変動しているアポダイズされ
た周期的波動である。
【数５】
【００３８】 ａ．ｃ．ビームの強度は、
【数６】
【００３９】 さらに、ｄ．ｃ．ビームの強度は、下記式となる。
【数７】
【００４０】 また、本発明の重要な有利な点は、これから参照して説明する図７ないし図１
０の実施の形態に含まれる特徴に帰する。アド／ドロップカプラ装置５０は、ス
テンレス鋼製チューブの円筒状ハウジング５２からなり、それは外径（ＯＤ）０
．２７０”で長さ３．６７”であり、ハウジング５２の内部を「プリパッケージ
」又は支持構造５４と呼んでもよい。プリパッケージ構造５４は、ハウジング５
２の内側の後から入れる組立部材であるが、光ファイバカプラ５３を、格子が記
録され、調節される処理ステップの間じゅう正確に保持する予備の保持器として
用いる。プリパッケージ構造５４は、ハウジング５２の長手方向に沿って、その
内部に延びており、中央支持部材と光ファイバカプラ５３の保持器は、ほぼ中心
軸に沿って位置している。
【００４１】 最初の組立て部品として、光ファイバカプラ５０の反対側の端は、ハウジング
５２の長手の大部分に沿って延びている一対の平行なインバー製ロッド６２、６
３の上に間隔を空けて離した黄銅製の端ハブ５８、５９に固定されている。はん
だ付けと不純物からの解放のためには、ハブ５８，５９とロッド６２、６３は、
ニッケルめっきされたもの、望ましくは非電着性金属析出のプロセスによって行
なわれたものであり、それらはハウジング５２内の別の要素でもある。
【００４２】 プリパッケージ構造は、間隔を空けて離した一対のベースハブ６６、６７の端
ハブ５８、５９の間に置いた介在物を備えており、その一つは端ハブ５９に最も
近く、第１インバー製ロッド６２にはんだ付けか又は溶接されている。もう一つ
のベースハブ６６は、第２ロッド６３にあり、第１端ハブ５８側方上及び第２ロ
ッド上の参照ハブ６９に隣接している。
【００４３】 プリパッケージの組立品及び位相調整においては、互いに連動して長手方向に
スライドできる部品のロッドやハブがある。部品の一つは、第１インバー製ロッ
ド６２、第１端ハブ５８と第２ベースハブ６７とからなり、いずれのハブもロッ
ド６２上の位置に固定されている。別の組立て品は、第２インバー製ロッド６３
、参照ハブ６９、第１ベースハブ６６と第２端ハブ５９とからなる。このように
かみ合わせて、全組立て品は、ブラッグ格子を書き込むために側方に置かれた光
システムに開放されている光カプラ５３の胴部領域を納めたジグ(jig)又はトレ イ（図示せず）に置いてもよい。
【００４４】 カプラ５３内の光ファイバは、胴部領域から標準の大きさの金属化された光フ
ァイバに接合されている融着部である各端で分岐している。全体の光カプラ５３
は、ハウジング５２の中心軸の近くに沿って延びており、それによってハブ５８
、５９、６６、６７及び６９のいずれも備えている半径方向のスロット７０を貫
いている。プリパッケージ構造５４が適所に置かれたトレイに固定して保持され
ている場合に、カプラ５３は、端領域において間隔を空けて離した端ハブ５８、
５９の中央領域とはんだ付けできる。胴部領域は、光感応性と格子書きこみステ
ップのために安定して構成されている。
【００４５】 選択した周期性を持つ胴部領域に格子が書きこまれる場合、そのドロップ波長
は、サブ・ナノメータの精度で調整しなければならず、通常の動作をさせる温度
範囲の実質的に−３５℃から８５℃の間にわたってドロップ波長を一定とすべき
である。インバー合金は、非常に小さい温度係数しか持たないが、それだけでは
非熱依存性（athermal)を満足できない。プリパッケージに必要なことは、温度 の上昇につれて端ハブ５８、５９の間の間隔を減らすことである。これによって
張力を減らし、その結果、温度Ｔの上昇を伴うカプラ胴部における歪みεは下記
式を満足する。
【数８】
【００４６】 Ｇｅドープのシリカガラスにおいて、温度依存性の主要な寄与は、上記式の右
辺第１項に現れている。それは、有効屈折率ｎeffの温度依存性である。右辺の 第２項は、格子周期の変化への熱膨張の寄与であり、典型的には第１項よりも次
数が小さい。
【００４７】 ベースハブ６６，６７が、それぞれその周辺には長手方向に整列した溝７２、
７３を含んでいること、及び、調整ネジ７５が、参照ハブ６９と第１ベースハブ
６６とを貫いて延びていることが示されている。従って、格子を合わせるために
最初に端ハブ５８、５９を調整した後、ステンレス鋼製ロッドをベースハブ６６
，６７にある溝７２、７３にはんだ付けすることによって波長が固定される。こ
のプリパッケージ内の内部構造によって内部の長さを確定し、このプリパッケー
ジは、内部のステンレス鋼製接続部を通る場合を除き空間的に別に確定されてい
ないが、各端において設置されているインバー製ロッド６２、６３と異なる熱膨
張係数を有する。ベースハブ６６、６７はいずれも、それぞれ異なるインバー製
ロッド６２、６３に結合されているが、格子の周期性を決定する端ハブ５８、５
９から各ロッドに沿って異なる間隔を有している。
【００４８】 適所に置いたステンレス鋼製ロッド８０により、ユニットは温度制御されたチ
ャンバ内に挿入され、光スペクトル分析手段によりドロップ波長を読み取る間、
要求される温度範囲を通じてサイクルされる。ドロップ波長の調整を２５℃でも
８５℃での場合と同じようにするために、調整ネジ７５は、参照ハブ６９につい
て内向き又は外向きに貫いている。図１４に示している最適な実施の形態では、
調整ネジは、参照ハブ６９とかみ合っている短いネジ山７６と、第１ベースハブ
６６とかみ合っている端の第２のネジ山７７とを有している。ネジ頭７８をもっ
てネジ７５を回すと、参照ハブ６９とネジのかみ合っている点は長手方向に移動
し、一つのインバー部分の長さが増加又は減少し、それによってステンレス鋼の
部分も増減する。
【００４９】 光カプラ５３を含むプリパッケージ構造５４が調整された場合には、それはホ
ルダやトレイから移動して円筒状ハウジング５２内に挿入される。プリパッケー
ジ５４は、ハウジング５２にひだをつけることによって（図７）、第２端ハブ５
９上にハウジング５２に関する位置に固定される。ファイバのために開放してい
る中心穴を備えたエンド・キャップ８２、８３は、ハウジング５２の開放端に嵌
装され、適所にはんだ付け又は溶接されている。出口点から外向きに延びている
ファイバは、密閉シールするために端ケージ８２、８３ではんだ付けされる。装
置の寿命を長くするためには、ハウジング５２をシールする前に不活性ガスで満
たしておくことが望ましい。外向きに延びているファイバは、好ましい長さの収
縮自在管８７、８８によって、もつれや歪みから保護されている。
【００５０】 包装後におけるカプラ胴部内のクラックの伝播やカプラの破損を減らすために
、カプラは密閉してパッケージしておくべきである。パッケージ内に水が存在す
るとカプラの破損を生じやすい。この問題はカプラに張力をかけてパッケージさ
れる場合に悪化し、それは例えば、温度非依存性の台を備える必要がある場合に
起きる。カプラは、アルゴン、ヘリウム、窒素ガス若しくはこれらの混合ガス、
又は真空からなる群のいずれかでパッケージされていることが望ましい。
【００５１】 同様にパッケージされたデバイスは、能動的調整メカニズムを付加することに
よって調整できる。本出願人は、米国特許出願第08/703,357号において、互いに
結合しているアド及びドロップポートを有する２つのアド／ドロップフィルタを
用いた低損失な全ファイバの光スイッチに関する工夫を開示している。２つのフ
ィルタのドロップ波長が一致する場合には、第１ファイバからの光は、第２ファ
イバに送られるであろう。フィルタの一つのドロップ波長が離調(de-tuned)され
ていることからもはや２つのドロップピークが一致しない場合には、光は第１フ
ァイバに戻ってくる。そこで、光信号を一方のファイバからもう一方のファイバ
へ交換することができる。瞬時にアド／ドロップフィルタを無調整にする一つの
メカニズムとしては、カプラ胴部への高強度交換ビームを照射することである。
前記ビームが十分に高強度である場合には、胴部の屈折率はカー効果によってほ
とんど瞬時（フェムト秒（１０-15秒）の単位）に変化する。交換ビームを変調 することにより、光を急速に一方のファイバからもう一方へ交換できる。この技
術には交換ビームの強度について正確な制御を必要としていない。それはただ、
強度が２つのフィルタを無調整にするのに十分であることを必要としているのみ
である。光ファイバの生産に用いられているシリカガラスは、大きな光学非線形
性を発揮しないため、比較的に高光学的強度が要求される。しかし、特殊なドー
プがされたシリカ、電気的極性を帯びたシリカ、結晶的又はポリマー物質の如く
の他の光学的物質は、この用途に見こみのある候補である。アド／ドロップフィ
ルタを転換させるその他のメカニズムとしては、カプラ胴部をガス、液体、又は
その他の物質で取り囲むことであり、その物の光学特性は、電気的、磁気的、光
学的な制御信号の付加によって変化させることができるものである。一例として
は、液晶であり、その屈折率は電場の印加によって変化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の主要部分、すなわち、光導波路のモードや特性を記述す
るに当って有用な本発明によるカプラのテーパ結合枝と胴部領域を単純化及び理
想化した図。
【図２】 点線で示した導波路に沿って伝播している光波エネルギーの大き
さを表わした、図１におけるカプラの非対称な胴部の拡大断面図。
【図３（Ａ）】 どのように損失のあるクラッドモードが排除されるか、ど
のようにして減少する波長と後方反射の波長との間に適する分離が達成されるか
、及びどのように直径の均一性の許容誤差がカプラの直径と関係しているかを理
解する上で有用なこれらの装置に採用された導波路に関する標準化された伝播定
数とＶ数との間の関係を示したもの（奇数モード）グラフ。
【図３（Ｂ）】 図３（Ａ）と同様の（偶数モード）グラフ。
【図４】 偏光非依存性を伝達する胴部領域においてねじられたカプラの単
純化及び理想化した図。
【図５】 ドロップチャンネルスペクトル特性、すなわち、減少チャンネル
の偏光分離特性上でのねじれ効果を表現している、波長に対する反射力の減少を
示す模式図。
【図６（Ａ）】 補正前の典型的な非均一な直径のカプラに沿った局所ブラ
ッグ波長の変化を示す図。
【図６（Ｂ）】 補正後の局所ブラッグ波長の変化を示す図。
【図７（Ａ）】 コサイン平方関数又はガウシアン・アポダイゼーション関
数の如くのアポダイズされた格子によるカプラにおけるＵＶにより誘導された屈
折率変化を示した図（スケールなし）。
【図７（Ｂ）】 図７（Ａ）と同様の図。
【図８】 円筒状ハウジングと光ファイバ支持構造又はプリパッケージとを
有する本発明の典型的なカプラの切断斜視図。
【図９】 図８のカプラの側断面図。
【図１０】 図８及び図９のカプラにおける波長補償用の微調整機構の部分
側断面図。
【図１１】 カプラのハウジングが密閉的に封じられて、内部のファイバが
保護される方法を示しているカプラの末端部の部分側断面図。
【符号の説明】
１０ アド／ドロップフィルタ １２ 結合領域（胴部領域） １４、１５ 径小胴部（ファイバ） ２０、２１、２４、２５ テーパ結合枝 ２７ ブラッグ格子（屈折率格子） ３１、３５ 第１ファイバ ３０、４０ 第２ファイバ
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月４日（２０００．２．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ジョージ・ラクルジック アメリカ合衆国90402カリフォルニア州サ ンタ・モニカ、ナインティーンス・ストリ ート402番 (72)発明者 シャオリン・トン アメリカ合衆国91106カリフォルニア州パ サディナ、サウス・ウィルソン・アベニュ ー241番、アパートメント101 (72)発明者 フィル・エイ・ウィレムズ アメリカ合衆国91106カリフォルニア州パ サディナ、ノース・ミシガン・ナンバー １、56番 Ｆターム(参考） 2H037 BA31 CA07 CA33 CA35 DA04 DA06 DA12 DA17 DA36 2H047 KA01 KA13 KB06 LA03 LA19 MA01 MA05 PA00 PA22 QA07

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 順方向に伝播する少なくとも一つの光モードが、逆方向に伝
    播する少なくとも一つの光モードと結合しうる特定波長を除き、異なる光モード
    が独立して伝播するように配置された実質的に光学的に独立して合体した光ファ
    イバによって規定される光閉じこめ領域からなる多重モード光伝播素子。 【請求項２】 合体領域において長手方向に隣接し、かつ、対峙する前記光
    ファイバの側部の断面が互いに異なることよりなる請求項１に記載の素子。 【請求項３】 前記光ファイバは、長手方向に沿って合体し、順方向及び逆
    方向に伝播する光モードが直交していることよりなる請求項１に記載の素子。 【請求項４】 前記合体領域の形状は、ＬＰ01モードとＬＰ11モードのモー
    ド複屈折が一致するが反対方向となるように変形されていると共に、ドロップ波
    長は、偏光非感応性であることよりなる請求項３に記載の素子。 【請求項５】 前記素子は、光モードの直交偏光成分についての伝播定数の
    差異が実質的に消失するように、かつ、前記素子の前記特定波長が実質的に偏光
    非依存となる程度、伝播方向を中心として捻られていることよりなる請求項３に
    記載の素子。 【請求項６】 前記合体領域は、ファイバ本体ばかりでなく、ファイバ本体
    を取り囲んでいる周辺部に沿ってエネルギーが伝播するような直径及び屈折率を
    有していることよりなる請求項１に記載の素子。 【請求項７】 前記ファイバは、オリジナルのコアが痕跡的になっており、
    かつ、オリジナルのクラッドが実質的に前記ファイバの大部分を占めている延在
    されたクラッド型光ファイバであることよりなる請求項１に記載の素子。 【請求項８】 前記ファイバの直径が１０μｍ未満であり、かつ、対象動作
    波長の範囲に損失を与える高次元モード数を最小にし得るよう選択されたことよ
    りなる請求項７に記載の素子。 【請求項９】 前記合体したファイバ領域は、一般に短軸／長軸比が略０．
    ８であるダンベル−楕円断面からなる請求項８に記載の素子。 【請求項１０】 前記ファイバにおける少なくとも一つのオリジナルのクラ
    ッドが回折格子を含んでいることよりなる請求項７に記載の素子。 【請求項１１】 前記素子は、合体領域から光ファイバへと断熱的に変移し
    ているテーパ光結合分岐部と、光ファイバ間に選択された波長の伝播エネルギー
    を反射する回折格子とを含んでいる請求項１０に記載の素子。 【請求項１２】 前記素子は、前記ファイバが長手方向で合わせて融着され
    、かつ、伝播方向について垂直な方向について鋭角で前記格子面が傾いている胴
    部領域を含んでいる請求項１１に記載の素子。 【請求項１３】 前記胴部領域において、回折格子の長手方向に沿った伝播
    定数の変位が局所的に補償されている請求項１０に記載の素子。 【請求項１４】 前記補償がレーザにより行われることよりなる請求項１３
    に記載の素子。 【請求項１５】 前記回折格子が、長手方向にアポダイズされていることよ
    りなる請求項１０に記載の素子。 【請求項１６】 前記アポダイゼーション関数は、中央線についての屈折率
    の変数からなり、かつ、ａ．ｃ．成分及びｄ．ｃ．成分を共にふくんでいる請求
    項１５に記載の素子。 【請求項１７】 Ｌが格子長であって、ｚ＝０が格子の長さの中央であると
    した場合に、前記ａ．ｃ．成分のエンベロープ関数は、実質的にΔｎｃｏｓ2（ π／Ｌｚ）（ｓｉｎｋgｚ＋１）に従って変化し、かつ、ｄ．ｃ．成分は、実質 的に−Δｎｃｏｓ2（π／Ｌｚ）に従って変化することよりなる請求項１５に記 載の素子。 【請求項１８】 前記隣接するファイバは、長さ方向に沿ってカプラ素子を
    形成すべく合わせて融着されており、かつ、前記長さに回折格子を含んでいる請
    求項１に記載の素子。 【請求項１９】 前記回折格子は、ドロップ波長と後方反射波長とを共に反
    射し、かつ、前記素子は、前記ドロップ波長間に分離を生じさせる手段を含むこ
    とよりなる請求項１０に記載の素子。 【請求項２０】 前記回折格子の領域にある前記ファイバは、後方反射波長
    が素子の動作波長範囲外にシフトするように断面の大きさが十分小さいことより
    なる請求項１９に記載の素子。 【請求項２１】 選択された空間に光が伝播する前記素子の長手方向におけ
    る端の一方をふさぐように結合している少なくとも一つの剛性ユニットを含む支
    持体を更に備え、該剛性ユニットは、選択された温度範囲にわたって素子の端間
    の隣接する隙間空間を調節する温度補償装置を含んでなる請求項１０に記載の素
    子。 【請求項２２】 前記支持体がファイバの格子領域への光のアクセスができ
    るように配置されている請求項２１に記載の素子。 【請求項２３】 前記支持体と前記光ファイバとを包み込むと共に、周囲か
    らハウジング内部を絶縁する密閉シールを含むハウジング手段が更に設けられて
    おり、前記ハウジング手段のハウジング内部に保護ガスが封入されてなる請求項
    ２１に記載の素子。 【請求項２４】 細長中空ハウジングと、 ハウジング内を該ハウジングに沿って延在する光導波路カプラ素子であって、
    前記カプラ素子は、ハウジングに沿って延在する中央の狭い胴部を含んでおり、
    光ファイバの２対の端がハウジングの反対側にある端の外に延在する光導波路カ
    プラ素子と、 前記ハウジングとの係合領域を少なくとも一つを含んでいる前記カプラ素子用
    の支持素子であって、該支持素子は、前記カプラ素子の反対側の端で前記カプラ
    素子に結合されており、温度範囲にわたって長さと張力が変化していると共に胴
    部領域に光アクセスが可能なように空間的に分離されているカプラ胴部を支持し
    ている支持素子を含む支持素子と、 円筒の両端を閉じる密閉シール手段とからなる請求項１８に記載のカプラ素子
    。 【請求項２５】 前記支持素子は、実質的に円筒軸に沿って延在する温度一
    様な一対のロッドと、所定間隔でロッドに沿って離して配置された一対の端ハブ
    素子とを有するプリパッケージとからなり、 前記プリパッケージが更に、前記一対のロッドとは違った熱膨張係数を持つと
    共に、温度変化について補償するように前記一対のロッドと特異的に結合してい
    る第３のロッドからなる請求項２４に記載のカプラ。 【請求項２６】 前記プリパッケージは、第３ロッドメカニズムの異なる領
    域を所定間隔で前記一対のロッドの異なる他方にかみ合わせている一対の内部ハ
    ブ素子と、温度範囲調整用の前記内部ハブ素子の一つとを含む請求項２５に記載
    のカプラ。 【請求項２７】 前記カプラは、胴部領域の両端における端ハブにはんだ付
    けされている、金属化層を設けた前記カプラ素子からなると共に、ハウジング内
    部に保護雰囲気が封入されている請求項２６に記載のカプラ。 【請求項２８】 前記カプラの前記胴部領域は１０μｍ未満の直径を有し、
    ハウジングは約５ｍｍ未満の直径を有する円筒状であって、前記カプラは、ハウ
    ジングの端部近傍に設けられて、ファイバから延在する端の曲折を制限する手段
    を含んでなる請求項２７に記載のカプラ。 【請求項２９】 前記カプラ素子には、狭い胴部に回折格子を含み、前記端
    ハブは、張力付加の下で前記カプラ素子を支持することを特徴とする請求項２８
    に記載のカプラ。 【請求項３０】 前記張力は、カプラ胴部の伸びを０．１％から０．５％の
    間に維持に適した値であることよりなる請求項２９に記載のカプラ。 【請求項３１】 前記一対のロッドはインバー製であり、第３ロッドは、ス
    テンレス鋼製であって、前記調整可能なメカニズムは、内部ハブの一つと隣接す
    るインバー製ロッドに沿って動く第５ハブと、第５ハブを貫いて通っているねじ
    素子と、隣接する内部ハブとからなる請求項３０に記載のカプラ。 【請求項３２】 前記胴部領域は、約２〜３ｃｍの長さの範囲にあり、光フ
    ァイバの一対の各末端は、約２〜３ｃｍの長さの範囲にあって、前記胴部領域は
    、断面の大きさが３〜６μｍの範囲である融着されたファイバの複合ダンベル−
    楕円断面からなり、一つのファイバは、他のファイバよりも約１５〜２５％細い
    ことよりなる請求項３１に記載のカプラ。 【請求項３３】 前記ハブは、円筒内に位置する円状の周辺部を有し、前記
    ハブを通って延在するインバー製ロッドは、共通する面に置かれており、前記２
    つの内部ハブは、長手方向の周囲の整列溝を有し、ステンレス鋼製ロッドは、か
    み合わせて、周囲の溝で固定されていることよりなる請求項３２に記載のカプラ
    。 【請求項３４】 選択されたアド／ドロップ波長の出力を対象バンド波長内
    の入力信号に応答して出力するブラッグ格子を含む光ファイバカプラであって、 ２つのファイバが合体した胴部領域を有しており、前記ファイバカプラの長手
    軸に沿って延在するブラッグ格子と、胴部領域の各端から実質的に長手軸に沿っ
    て延在する一対の分岐しているアームとを含んでいる光ファイバカプラと、 前記分岐しているアームを支持し、かつ、隔離した端において前記胴部領域に
    張力をもたらすように固定したものにして、選択された温度範囲にわたってブラ
    ッグ格子の周期性を等しくするために胴部領域上にかかる張力を安定化させる機
    構を備えたカプラキャリア素子と、 前記カプラキャリア素子と前記光ファイバカプラとを囲繞して密閉的にシール
    したハウジングとからなる請求項１８に記載のカプラ素子。 【請求項３５】 前記カプラは１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでの対象波
    長バンド内で２５℃から８５℃の温度範囲で動作するものであり、前記キャリア
    素子は少なくとも二つの異なった熱膨張係数を有する細長素子からなり、該細長
    素子は、光ファイバカプラに作用する張力を調節することで前記カプラの熱変動
    を補償するように配置されていると共に、補償すべき温度範囲を設定する調節装
    置を備えてなることよりなる請求項３４に記載のカプラ。 【請求項３６】 断面の大きさが１０μｍ未満の胴部領域を中央に持つこと
    を特徴とし、ただ痕跡的なコアを有する光感応体からなり、前記光感応体は、波
    長選択性ブラッグ格子を含んでおり、２つの長手方向に融着されたファイバを有
    するカプラ素子であって、前記光感応体は、幾何的断面を持つことからカプラは
    、内部を伝播する光の偏光に非感応的であることよりなる請求項１８に記載のカ
    プラ素子。 【請求項３７】 前記中央の胴部領域は、短軸／長軸比０．８の楕円状の断
    面を有し、かつ、前記格子は長手方向について約３°から５°の範囲で傾いてい
    る請求項３６に記載の胴部領域デバイス。 【請求項３８】 前記胴部領域は、ブラッグ格子により選択される波長のス
    ペクトル幅を誘導するために断面大きさの変化を補償するように局所屈折率にｄ
    ．ｃ．変位を含んでいる請求項３７に記載の胴部領域デバイス。 【請求項３９】 損失クラッドモードと、ブラッグ格子により選択される波
    長と格子からの後方反射波長との間における波長分離の広がりを支持できないほ
    どに、前記ファイバの断面の大きさが十分に小さいことよりなる請求項３８に記
    載の胴部領域デバイス。 【請求項４０】 請求項１８に記載のカプラ素子を製造する方法であって、 互いに隔離した二ヶ所において支持装置にカプラデバイスを支持させるステッ
    プと、 前記二ヶ所の間にある前記カプラデバイスの領域に格子を書きこむステップと
    、 前記格子のドロップ波長が張力に応答しうるレベルまで前記カプラに張力をか
    けるステップと、 所定範囲で温度変化に対して補償を行なうステップと、 温度補償範囲を選択された温度範囲に調整するステップとからなるカプラ素子
    の製造方法。 【請求項４１】 前記カプラデバイスは、前記二ヶ所の間で支持されており
    、前記格子は、前記カプラデバイスの中央胴部領域に書き込まれていることより
    なる請求項４０に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項４２】 前記二ヶ所は、金属基板に光カプラを結合するために金属
    はんだを用いて支持装置に接着されていることよりなる請求項４１に記載のカプ
    ラ素子の製造方法。 【請求項４３】 前記はんだは、前記カプラデバイスの動作期間の間、デバ
    イスのドロップ波長を正確に保存するように大きさの安定性を最大にする金属又
    は金属合金から選択することよりなる請求項４２に記載のカプラ素子の製造方法
    。 【請求項４４】 前記金属はんだは、実質的にインジウム合金からなる請求
    項４２に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項４３】 前記金属はんだに対する接合が達成されるようにカプラの
    ガラス剤に金属被覆層を蒸着することで、光カプラの少なくとも一部分を被覆す
    るステップを含むことよりなる請求項４２に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項４４】 前記書き込みステップに先だってカプラデバイス内にテー
    パ部分に接している狭い断面の胴部を形成するために光ファイバを長手方向に延
    伸するステップを更に含むことよりなる請求項４０に記載のカプラ素子の製造方
    法。 【請求項４５】 前記光ファイバに合体した胴部領域を形成するステップを
    更に含むことよりなる請求項４４に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項４６】 前記ファイバの一つを引っ張ることによって他のファイバ
    の胴部領域より細くするステップを更に備えてなる請求項４５に記載のカプラ素
    子の製造方法。 【請求項４７】 前記一つのファイバが他のファイバより前記胴部領域で１
    ０〜２５％細いことよりなる請求項４６に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項４８】 前記書き込みステップの間、前記カプラ内に光感応性物質
    を拡散させるステップを更に含むことよりなる請求項４０に記載のカプラ素子の
    製造方法。 【請求項４９】 光感応特性を高めるために、水素又は重水素を含む群から
    選ばれるドーパントを前記カプラに拡散させるステップを含むことよりなる請求
    項４８に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５０】 前記延伸するステップの間、前記胴部領域の断面形状を制
    御するステップを更に含むことよりなる請求項４４に記載のカプラ素子の製造方
    法。 【請求項５１】 前記胴部領域の形状は、前記デバイスの前記ドロップ波長
    において偏光非依存性を与えるべく形状制御されていることよりなる請求項５０
    に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５２】 前記カプラは、胴部領域において複合ダンベル−楕円の断
    面形状をしていることよりなる請求項５１に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５３】 前記複合ダンベル−楕円の断面形状は、短軸／長軸比が略
    ０．８であることよりなる請求項５２に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５４】 前記カプラ胴部の断面の大きさに関する変化を測定するス
    テップと補償用に前記胴部領域における屈折率変化を書き込むステップとを更に
    含むことよりなる請求項４４に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５５】 前記屈折率変化は、光導波路のバックグラウンド屈折率に
    ｄ．ｃ．変化として書きこまれることよりなる請求項５４に記載のカプラ素子の
    製造方法。 【請求項５６】 前記延在された光導波路の長さは、損失モードの数を減ら
    せるサイズに断面の大きさを小さくされたものであり、それによって前記格子の
    ドロップ波長から後方反射波長にシフトさせることよりなる請求項４４に記載の
    カプラ素子の製造方法。 【請求項５７】 前記カプラに張力をかけて温度補償を行なう前記ステップ
    は、温度上昇を伴う張力を減らすために異なる物資の選択された長さの微分熱膨
    張を用いることよりなる請求項４０に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５８】 中央に貫通している領域を持つ前記カプラを取り付けるス
    テップを含むことよりなる請求項５７に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項５９】 前記光カプラと支持装置を密閉的に包み込むステップを更
    に含むことよりなる請求項５８に記載のカプラ素子の製造方法。 【請求項６０】 前記密閉空間に保護雰囲気を与えるステップを更に含むこ
    とよりなる請求項５９に記載のカプラ素子の製造方法。
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