JP3253955B2 - 光ファイバ結合器 - Google Patents
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- 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
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- 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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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバ結合器に関する。
高性能の光学ネットワークの出現により、低損失の結
合アレイへの必要性が徐々に重要になってきている。１
×ＮおよびＭ×Ｎの両装置は重要であり、基本的な１×
２または２×２結合器の連結によって随意に大きく形成
されることができるネットワーク構造に依存している。
これらのような結合器は例えばプレーナ技術または融着
ファイバ技術を使用する多数の異なる方法によって製造
されることができる。これらの両方法は制限を有してい
る。プレーナ装置は寸法が非常に小さいが、標準的なシ
ステムファイバ上にピグテール接続されたとき反射およ
び比較的高い損失を被る可能性が高い。融着されたファ
イバ装置はシステムファイバから直接的に製造されるこ
とが可能であり、したがって反射および結合損失の問題
を克服するが、しかし大きいアレイを形成するためにこ
れらの装置を連結することは最新の遠隔通信ネットワー
クにおいて貴重である著しい空間を必要とする。
合アレイへの必要性が徐々に重要になってきている。１
×ＮおよびＭ×Ｎの両装置は重要であり、基本的な１×
２または２×２結合器の連結によって随意に大きく形成
されることができるネットワーク構造に依存している。
これらのような結合器は例えばプレーナ技術または融着
ファイバ技術を使用する多数の異なる方法によって製造
されることができる。これらの両方法は制限を有してい
る。プレーナ装置は寸法が非常に小さいが、標準的なシ
ステムファイバ上にピグテール接続されたとき反射およ
び比較的高い損失を被る可能性が高い。融着されたファ
イバ装置はシステムファイバから直接的に製造されるこ
とが可能であり、したがって反射および結合損失の問題
を克服するが、しかし大きいアレイを形成するためにこ
れらの装置を連結することは最新の遠隔通信ネットワー
クにおいて貴重である著しい空間を必要とする。
融着されたファイバ技術の使用は、３×３、４×４お
よび１×７結合器のような多数の入力／出力ポートを備
えたモノリシック装置の発達により最新の遠隔通信ネッ
トワークにおいて近年魅力のあるものにされている。例
えば、Mortimore D.B氏による文献（“Monolithic 4×4
single−mode fused coupler",Electronics Letters 2
5,10,682乃至683頁,1989年）およびMortimore D.B氏お
よびArkwrite J.W氏による文献（“Monolithic wavelen
gth flattened 1×7 single−mode fused coupler",Ele
ctronics Letters 25,9,606乃至607頁,1989年）を参照
されたい。これらの装置は少数のポートしか持たない基
本的な結合器から形成されたアレイ上の空間における著
しい節約を行わせる。
よび１×７結合器のような多数の入力／出力ポートを備
えたモノリシック装置の発達により最新の遠隔通信ネッ
トワークにおいて近年魅力のあるものにされている。例
えば、Mortimore D.B氏による文献（“Monolithic 4×4
single−mode fused coupler",Electronics Letters 2
5,10,682乃至683頁,1989年）およびMortimore D.B氏お
よびArkwrite J.W氏による文献（“Monolithic wavelen
gth flattened 1×7 single−mode fused coupler",Ele
ctronics Letters 25,9,606乃至607頁,1989年）を参照
されたい。これらの装置は少数のポートしか持たない基
本的な結合器から形成されたアレイ上の空間における著
しい節約を行わせる。
本発明の第１の観点によると、光ファイバ結合器を形
成する方法は、中心ファイバおよび６本の外側ファイバ
を有する緊密にパックされた六角形アレイに７本の光フ
ァイバのファイバ束を形成し、 ７本の各ファイバにおいて光パワー出力を供給するた
めに外側ファイバの１つに光源を結合し、 ファイバ束から融着されたテーパーを持つ結合器を形
成し、７本のファイバからの光パワー出力の最も小さい
ものが最初に最大化されたときテーパー形成が停止され
るステップを含む。
成する方法は、中心ファイバおよび６本の外側ファイバ
を有する緊密にパックされた六角形アレイに７本の光フ
ァイバのファイバ束を形成し、 ７本の各ファイバにおいて光パワー出力を供給するた
めに外側ファイバの１つに光源を結合し、 ファイバ束から融着されたテーパーを持つ結合器を形
成し、７本のファイバからの光パワー出力の最も小さい
ものが最初に最大化されたときテーパー形成が停止され
るステップを含む。
本発明者は、そのようにしてテーパーを有するファイ
バスター結合器に形成された場合にこのようなファイバ
束は入力外側ファイバと７本のファイバとの間の挿入損
失の直線的な分布が装置に対してほぼ最小であり、有効
な低い挿入損失を提供する結合器を提供し、６×７スタ
ー結合器が通常の融着ファイバ装置の特徴、すなわち低
いスプライス損失、製造の容易さ、良好な温度安定性お
よび堅牢さを有していることを認めている。
バスター結合器に形成された場合にこのようなファイバ
束は入力外側ファイバと７本のファイバとの間の挿入損
失の直線的な分布が装置に対してほぼ最小であり、有効
な低い挿入損失を提供する結合器を提供し、６×７スタ
ー結合器が通常の融着ファイバ装置の特徴、すなわち低
いスプライス損失、製造の容易さ、良好な温度安定性お
よび堅牢さを有していることを認めている。
ファイバ束は毛細管内に貫通され、融着されたテーパ
ーを有する結合器を形成する前にねじられていることが
好ましく、ねじれは結合器形成の堅牢性を増加する傾向
がある。
ーを有する結合器を形成する前にねじられていることが
好ましく、ねじれは結合器形成の堅牢性を増加する傾向
がある。
ファイバから出力された最も小さい光パワーは、７本
の各ファイバからのパワー出力を監視することによって
決定されることが好ましい。しかしながら、結合器を形
成するために使用されたファイバ形成技術および装置が
十分に反復可能にされた場合、少数の出力パワーを監視
することでテーパー形成が停止する時を決定するのに十
分な情報を提供する。例えば、光源に結合された外側フ
ァイバに関して対称的に配置された任意の光ファイバの
１つだけが最小の出力パワーが最大にされる時を決定す
るために監視される必要があることが認められる。
の各ファイバからのパワー出力を監視することによって
決定されることが好ましい。しかしながら、結合器を形
成するために使用されたファイバ形成技術および装置が
十分に反復可能にされた場合、少数の出力パワーを監視
することでテーパー形成が停止する時を決定するのに十
分な情報を提供する。例えば、光源に結合された外側フ
ァイバに関して対称的に配置された任意の光ファイバの
１つだけが最小の出力パワーが最大にされる時を決定す
るために監視される必要があることが認められる。
一般に、本発明による方法によって形成される結合器
はまた満足できる１×７結合器ではない。すなわち、中
心ファイバに結合された光源から結合器の７本のファイ
バまでの光パワーの等しい分割は存在しない。結果とし
て、それは一般的に満足できる７×７スター結合器では
ない。このような７本のファイバのアレイに対して、中
心ファイバから７本のファイバまでの等しい結合の点
は、例えばテーパーが６×７結合器を得る前に生じる。
はまた満足できる１×７結合器ではない。すなわち、中
心ファイバに結合された光源から結合器の７本のファイ
バまでの光パワーの等しい分割は存在しない。結果とし
て、それは一般的に満足できる７×７スター結合器では
ない。このような７本のファイバのアレイに対して、中
心ファイバから７本のファイバまでの等しい結合の点
は、例えばテーパーが６×７結合器を得る前に生じる。
以下詳細に説明されるように、融着の程度は本発明に
よる結合器の結合特性に影響を与える。１×７結合器を
形成するために必要とされるテーパーの程度は融着の程
度を増加することによって高められる。６×７結合器の
挿入損失の分布は悪いかも知れないが、これは満足でき
る６×７結合器を得るために必要なテーパーの程度に向
かって１×７結合器を得るために必要なテーパーの程度
を移動する。
よる結合器の結合特性に影響を与える。１×７結合器を
形成するために必要とされるテーパーの程度は融着の程
度を増加することによって高められる。６×７結合器の
挿入損失の分布は悪いかも知れないが、これは満足でき
る６×７結合器を得るために必要なテーパーの程度に向
かって１×７結合器を得るために必要なテーパーの程度
を移動する。
したがって、第１の観点による結合器は、任意の入力
と任意の出力との間の装置を通る最も大きい挿入損失が
最小化されるように十分に融着される。
と任意の出力との間の装置を通る最も大きい挿入損失が
最小化されるように十分に融着される。
融着の程度を制御するための好ましい方法は、融着さ
れたテーパーを有する結合器の形成中にファイバに与え
られた予め定められた張力プロフィールを得るように融
着の温度を制御することによる。
れたテーパーを有する結合器の形成中にファイバに与え
られた予め定められた張力プロフィールを得るように融
着の温度を制御することによる。
本発明による光結合器を形成する方法およびこのよう
な結合器の動作の理論は添付された図面を参照して例示
により説明する。
な結合器の動作の理論は添付された図面を参照して例示
により説明する。
図１は本発明による結合器の理論上の解析のためのモ
デルとして機能する７本のファイバの六角形の緊密にパ
ックされたアレイの概略図であり、 図２は軸を外れたファイバ照明の場合に対して７本の
ファイバアレイを通って伝播する理論的パワーのグラフ
であり、 図３は本発明による結合器の形成前のファイバ束の概
略的な断面図であり、 図４は本発明の方法による結合器の形成中の包囲する
毛細管との相互作用による外側ファイバの歪みの概略図
であり、 図５および図６は２つの異なる程度の融着のための軸
を外れた照明の場合に対する７本のファイバアレイを通
って伝播する理論的パワーのグラフであり、 図７は中心ファイバ照明の場合に対する７本のファイ
バアレイを通って伝播する理論的パワーのグラフであ
り、 図8aおよび図8bは中心ファイバ照明および軸を外れた
照明のそれぞれに対して1300nmで最適化された装置に対
する理論的波長応答特性のグラフであり、 図9aおよび図9bは中心ファイバ照明および軸を外れた
照明のそれぞれに対して1530nmで最適化された装置に対
する理論的波長応答特性のグラフであり、 図10aおよび図10bは中心ファイバ照明および軸を外れ
た照明のそれぞれに対して1300nmで動作するように製造
された装置の波長応答特性のグラフであり、 図11は本発明による結合器を形成するのに適切な融着
装置の概略図である。
デルとして機能する７本のファイバの六角形の緊密にパ
ックされたアレイの概略図であり、 図２は軸を外れたファイバ照明の場合に対して７本の
ファイバアレイを通って伝播する理論的パワーのグラフ
であり、 図３は本発明による結合器の形成前のファイバ束の概
略的な断面図であり、 図４は本発明の方法による結合器の形成中の包囲する
毛細管との相互作用による外側ファイバの歪みの概略図
であり、 図５および図６は２つの異なる程度の融着のための軸
を外れた照明の場合に対する７本のファイバアレイを通
って伝播する理論的パワーのグラフであり、 図７は中心ファイバ照明の場合に対する７本のファイ
バアレイを通って伝播する理論的パワーのグラフであ
り、 図8aおよび図8bは中心ファイバ照明および軸を外れた
照明のそれぞれに対して1300nmで最適化された装置に対
する理論的波長応答特性のグラフであり、 図9aおよび図9bは中心ファイバ照明および軸を外れた
照明のそれぞれに対して1530nmで最適化された装置に対
する理論的波長応答特性のグラフであり、 図10aおよび図10bは中心ファイバ照明および軸を外れ
た照明のそれぞれに対して1300nmで動作するように製造
された装置の波長応答特性のグラフであり、 図11は本発明による結合器を形成するのに適切な融着
装置の概略図である。
Ｎ個の平行な弱く結合された光ファイバの任意のアレ
イ間のモード結合はSnyder,A.W.氏およびLove,J.D.氏の
文献（“Optical Waveguide Theory"Chapman and Hall,
1983年,542頁）による１組の良く知られている結合され
た微分方程式によって表されることができる。
イ間のモード結合はSnyder,A.W.氏およびLove,J.D.氏の
文献（“Optical Waveguide Theory"Chapman and Hall,
1983年,542頁）による１組の良く知られている結合され
た微分方程式によって表されることができる。
ここで、anはファイバｎ中のｚ依存性のモダール振幅
であり、βｎはファイバｎ中のモードの伝播定数であ
り、Cmnはファイバｍとｎとの間の結合係数である。
であり、βｎはファイバｎ中のモードの伝播定数であ
り、Cmnはファイバｍとｎとの間の結合係数である。
αｑ＝Aqe−ｉβｚ （２） を置換することによって電磁界の速い振動は除去される
ことができる。さらに別の置換： Aq＝Bqe−ｉλｚ （３） はβｎの形態： の１組の結合された方程式を与えるｚ依存性を除去す
る。
ことができる。さらに別の置換： Aq＝Bqe−ｉλｚ （３） はβｎの形態： の１組の結合された方程式を与えるｚ依存性を除去す
る。
これらの方程式に対する重要な解を発見するために、
得られた特性の方程式は解かれた、固有値λ、したがっ
てベクトルBnを提供する。
得られた特性の方程式は解かれた、固有値λ、したがっ
てベクトルBnを提供する。
一度固有値およびベクトルが発見されると、アレイを
通って伝播するモダールフィールドAnは固有ベクトルの
直線的な組合せから計算されることができる： ここにおいて、定数ｋはアレイに対する入力状態によ
って与えられる。
通って伝播するモダールフィールドAnは固有ベクトルの
直線的な組合せから計算されることができる： ここにおいて、定数ｋはアレイに対する入力状態によ
って与えられる。
アレイにおける各ファイバ中を伝播するパワーは関係
式： Pn（ｚ）＝|An（ｚ）|2 （６） から発見されることができる。
式： Pn（ｚ）＝|An（ｚ）|2 （６） から発見されることができる。
図１を参照すると、ファイバf0はファイバの六角形の
緊密にパックされたアレイ中のファイバf1乃至f6によっ
て包囲され、ここで外側リングβｒ中のファイバの伝播
定数は中心ファイバβ０のものと異なっている。最も近
い隣接した結合だけを考慮し、中心および各外側ファイ
バ間、並びに外側リング中の隣接したファイバ間の結合
を示した係数が等しいと仮定すると、このようなアレイ
に対する式（１）は簡単化される。特定の入力状態を考
慮することによって、方程式はさらに簡単化されること
ができる。この解析のために、ファイバアレイの特性は
２つの入力状態：中心ファイバf0の単位照明のものおよ
び単一の軸を外れたファイバ、例えばファイバf1の単位
照明のものを考慮することによって完全に定められるこ
とができる。
緊密にパックされたアレイ中のファイバf1乃至f6によっ
て包囲され、ここで外側リングβｒ中のファイバの伝播
定数は中心ファイバβ０のものと異なっている。最も近
い隣接した結合だけを考慮し、中心および各外側ファイ
バ間、並びに外側リング中の隣接したファイバ間の結合
を示した係数が等しいと仮定すると、このようなアレイ
に対する式（１）は簡単化される。特定の入力状態を考
慮することによって、方程式はさらに簡単化されること
ができる。この解析のために、ファイバアレイの特性は
２つの入力状態：中心ファイバf0の単位照明のものおよ
び単一の軸を外れたファイバ、例えばファイバf1の単位
照明のものを考慮することによって完全に定められるこ
とができる。
中心ファイバf0の照明に対して、全ての外側ファイバ
（全体的にfrで示され、ここでｒ＝１乃至６である）は
同一の結合特性を有し、方程式（１）は： に簡単化される。
（全体的にfrで示され、ここでｒ＝１乃至６である）は
同一の結合特性を有し、方程式（１）は： に簡単化される。
ここで符号ｒは構造の外側リング中のファイバを示
し、Ｃは特性結合定数である。
し、Ｃは特性結合定数である。
式（７）への式（２）および（３）の置換は： の形態で特性式を提供するB0およびBrで２つの結合され
た式を提供する。
た式を提供する。
展開された２次方程式を解くことは２つの固有値： λ±＝Ｃ±Ｋ （９） を提供し、ここで、 であり、対応した固有ベクトルは、 と書かれることができる。
式（５）からファイバアレイを通ってｚ方向に伝播す
るフィールドは： によって与えられ、式（６）から中心および外側ファイ
バ中のパワーは： によって与えられる。
るフィールドは： によって与えられ、式（６）から中心および外側ファイ
バ中のパワーは： によって与えられる。
軸を外れた照明に対して、方程式（７）はa2＝a6およ
びa3＝a5を設定することによってアレイの対称性のため
に簡単化されることが可能であり、ここで下付け符号は
図１に示されたアレイの対応したファイバfiを示す。以
下、上記に詳細に示されたような同じステップは の形態の特性方程式になる。ここから固有値およびベク
トル、モーダル振幅および各ファイバ中を伝播するパワ
ーが計算されることができる。
びa3＝a5を設定することによってアレイの対称性のため
に簡単化されることが可能であり、ここで下付け符号は
図１に示されたアレイの対応したファイバfiを示す。以
下、上記に詳細に示されたような同じステップは の形態の特性方程式になる。ここから固有値およびベク
トル、モーダル振幅および各ファイバ中を伝播するパワ
ーが計算されることができる。
中心および外側ファイバの伝播定数が等しい場合、例
えば同じファイバのアレイを考慮する。ファイバf1の軸
を外れた照明のためのアレイを通って伝播するパワーは
図２に示されている。パワーは結合係数Ｃに関する相互
作用長の依存性を取除くためにK.zに対して示されてい
る。P0は中心ファイバを通って伝播するパワーであり、
P1,P2,P3およびP4は外側ファイバを通って伝播するパワ
ーであり、ここにおいてP5＝P3,P6＝P2である。
えば同じファイバのアレイを考慮する。ファイバf1の軸
を外れた照明のためのアレイを通って伝播するパワーは
図２に示されている。パワーは結合係数Ｃに関する相互
作用長の依存性を取除くためにK.zに対して示されてい
る。P0は中心ファイバを通って伝播するパワーであり、
P1,P2,P3およびP4は外側ファイバを通って伝播するパワ
ーであり、ここにおいてP5＝P3,P6＝P2である。
本発明の第１の観点による結合器を形成する方法は、
７本の出力ファイバ中の光パワーの最も小さいものが形
成中の特定の融着の程度に対して最初に最大にされるま
で結合器を引伸すことである。この融着量は特定の融着
の程度がテーパー後に得られる実際の挿入損失に影響を
与えるが、ある程度随意である。このような６×７結合
器の軸を外れた照明に対して、γ＝０に対して5.9％の
理論的最小分布が、またこの結合器に対してK.z＝2.2が
発生する。
７本の出力ファイバ中の光パワーの最も小さいものが形
成中の特定の融着の程度に対して最初に最大にされるま
で結合器を引伸すことである。この融着量は特定の融着
の程度がテーパー後に得られる実際の挿入損失に影響を
与えるが、ある程度随意である。このような６×７結合
器の軸を外れた照明に対して、γ＝０に対して5.9％の
理論的最小分布が、またこの結合器に対してK.z＝2.2が
発生する。
効果的な相互作用における拡張は、構造の融着の程度
を変化することによって純粋のシリカに関して少し低く
された屈折率を有するガラスの毛細管中に挿入された７
本のファイバからなる装置に対して達成することが示さ
れている。（Mortimore,D.B.氏およびArkwrite,J.W.氏
による“Performance tuning of wavelength−flattene
d 1×7 fused couplers",OFC 1990年） 構造が製造プロセス中に融着すると、毛細管の効果は
倍加される。最初に、管の接近が外側ファイバの伝播定
数において小さい増加を発生させ、次にアレイとの毛細
管の相互作用が外側ファイバを円形から歪ませる。これ
は、図４に示されているように外側ファイバ24が隣接し
たファイバ（示されていない）との相互作用のために部
分26,28および30で平坦にされた断面および歪められた
毛細管に隣接した部分を有している。これは外側ファイ
バの伝播定数を減少する傾向がある。組合せられた効果
は、製造中に得られた構造の融着の程度に応じて中心お
よび外側ファイバの伝播定数の間に不整合が生成される
ことを可能にする。外側ファイバの伝播定数が中心ファ
イバに関して変化すると、中心ファイバから結合された
最大パワーが変化する。構造の融着の程度を数量化する
ために、ディメンションのないパラメータγ＝B0−Br/2
Cが導入され、ここでγ＝０は等しい伝播定数の場合に
対応し、γ＝１は中心ファイバ照明の場合に対して中心
および外側ファイバ間に合計パワー伝送を与えるのに必
要とされる融着の程度に対応する。
を変化することによって純粋のシリカに関して少し低く
された屈折率を有するガラスの毛細管中に挿入された７
本のファイバからなる装置に対して達成することが示さ
れている。（Mortimore,D.B.氏およびArkwrite,J.W.氏
による“Performance tuning of wavelength−flattene
d 1×7 fused couplers",OFC 1990年） 構造が製造プロセス中に融着すると、毛細管の効果は
倍加される。最初に、管の接近が外側ファイバの伝播定
数において小さい増加を発生させ、次にアレイとの毛細
管の相互作用が外側ファイバを円形から歪ませる。これ
は、図４に示されているように外側ファイバ24が隣接し
たファイバ（示されていない）との相互作用のために部
分26,28および30で平坦にされた断面および歪められた
毛細管に隣接した部分を有している。これは外側ファイ
バの伝播定数を減少する傾向がある。組合せられた効果
は、製造中に得られた構造の融着の程度に応じて中心お
よび外側ファイバの伝播定数の間に不整合が生成される
ことを可能にする。外側ファイバの伝播定数が中心ファ
イバに関して変化すると、中心ファイバから結合された
最大パワーが変化する。構造の融着の程度を数量化する
ために、ディメンションのないパラメータγ＝B0−Br/2
Cが導入され、ここでγ＝０は等しい伝播定数の場合に
対応し、γ＝１は中心ファイバ照明の場合に対して中心
および外側ファイバ間に合計パワー伝送を与えるのに必
要とされる融着の程度に対応する。
装置の融着の程度を変化することはまた軸を外れた照
明のために結合されたパワーの分布に影響を与える。既
に参照された図２は、γ＝０に対するK.zの関数として
上記のモデルから計算された結合パワーを示す。図５お
よび図６は、それぞれγ＝0.44および１に対して計算さ
れた結合パワーを示す。
明のために結合されたパワーの分布に影響を与える。既
に参照された図２は、γ＝０に対するK.zの関数として
上記のモデルから計算された結合パワーを示す。図５お
よび図６は、それぞれγ＝0.44および１に対して計算さ
れた結合パワーを示す。
図７を参照すると、図１のファイバアレイの中心ファ
イバ照明に対して中心ファイバf0を通って伝播するパワ
ーP0および単一の外側ファイバを通って伝播するパワー
Prが示されている。実線はγ＝０に対応し、破線はγ＝
１に対応する。点Ａはγ＝１の値に対して相互作用長に
おける効果的な拡張を示す。
イバ照明に対して中心ファイバf0を通って伝播するパワ
ーP0および単一の外側ファイバを通って伝播するパワー
Prが示されている。実線はγ＝０に対応し、破線はγ＝
１に対応する。点Ａはγ＝１の値に対して相互作用長に
おける効果的な拡張を示す。
したがって、γ＞０に対して等しい結合は各サイクル
ごとに２つの異なる点で発生することができる。第２の
等しい結合点で動作するように選択することによって、
１×７装置に対する効果的な相互作用長は図７の破線の
曲線上の点Ａに向かって延在されることができる。
ごとに２つの異なる点で発生することができる。第２の
等しい結合点で動作するように選択することによって、
１×７装置に対する効果的な相互作用長は図７の破線の
曲線上の点Ａに向かって延在されることができる。
図２および図７の比較から、この場合軸を外れた照明
のために外側ファイバに対して最も大きい挿入損失を最
小にするために必要な相互作用長は、γ＝０ならば中心
ファイバと外側ファイバとの間の等しい結合に必要なも
のより大きいことが認められる。完全な７×７構造が満
足できるように使用可能な装置を生成するために、６×
７結合器が軸を外れた照明に最適な分割を与えるために
必要な融着の程度から結合器の形成中の融着の程度を増
加することによって最適化される長さに向かって中心フ
ァイバ照明に外側ファイバに等しい結合を与えるために
必要とされる相互作用長を延在することが必要である。
上記の装置に対して、γ＝0.44は７×７装置に低い“最
悪の場合”の挿入損失を与える。この融着の程度におい
て、最も小さい挿入損失の点で各ファイバ上で伝送され
るパワーは： P1＝21.0％ P2＝P4＝P6＝13.0％ P3＝P5＝13.4％ P0＝13.2％ これは図５に示されている。
のために外側ファイバに対して最も大きい挿入損失を最
小にするために必要な相互作用長は、γ＝０ならば中心
ファイバと外側ファイバとの間の等しい結合に必要なも
のより大きいことが認められる。完全な７×７構造が満
足できるように使用可能な装置を生成するために、６×
７結合器が軸を外れた照明に最適な分割を与えるために
必要な融着の程度から結合器の形成中の融着の程度を増
加することによって最適化される長さに向かって中心フ
ァイバ照明に外側ファイバに等しい結合を与えるために
必要とされる相互作用長を延在することが必要である。
上記の装置に対して、γ＝0.44は７×７装置に低い“最
悪の場合”の挿入損失を与える。この融着の程度におい
て、最も小さい挿入損失の点で各ファイバ上で伝送され
るパワーは： P1＝21.0％ P2＝P4＝P6＝13.0％ P3＝P5＝13.4％ P0＝13.2％ これは図５に示されている。
したがって、軸を外れた照明用の装置を通る最悪の場
合の挿入損失は8.86dBの値を有するファイバf2,f4およ
びf6上のパワーによって与えられる。装置のレシプロ的
性質のために、同じ条件の下で中心ファイバを照明する
ことは結果的に全ての外側ファイバが13.2％伝送し、中
心入力ファイバがパワーの残りの21.0％を伝送するほぼ
同じ結果を生じることが認められることができる。した
がって、全ての入力状態に対して全体的に最適な結果は
γのこの値で達成されることが可能であり、ここにおい
て最適とは最小の最も大きい挿入損失を意味する。
合の挿入損失は8.86dBの値を有するファイバf2,f4およ
びf6上のパワーによって与えられる。装置のレシプロ的
性質のために、同じ条件の下で中心ファイバを照明する
ことは結果的に全ての外側ファイバが13.2％伝送し、中
心入力ファイバがパワーの残りの21.0％を伝送するほぼ
同じ結果を生じることが認められることができる。した
がって、全ての入力状態に対して全体的に最適な結果は
γのこの値で達成されることが可能であり、ここにおい
て最適とは最小の最も大きい挿入損失を意味する。
最適な７×７結合器を生成するのに最適な融着の程度
は、選択された特定の材料および装置製造に対する試行
およびエラーによって決定されることができる。一度決
定された結合器は挿入損失の最も大きいものが最小に達
する点で停止して形成される。しかしながら、広い観点
における本発明は形成中適切である融着の程度に対して
６×７結合器として最適化された結合器を提供する。
は、選択された特定の材料および装置製造に対する試行
およびエラーによって決定されることができる。一度決
定された結合器は挿入損失の最も大きいものが最小に達
する点で停止して形成される。しかしながら、広い観点
における本発明は形成中適切である融着の程度に対して
６×７結合器として最適化された結合器を提供する。
波長に関する結合係数の直線的な依存性を仮定するこ
とによって、装置の理論的な波長応答特性は方程式
（６）から認められることができる。相互作用長定数を
保持し、結合係数を変化することによって、1200nm乃至
1600nmの範囲にわたる装置の応答特性が認められる。図
8aおよび図8bは、それぞれ中心および軸を外れた照明に
対して1300nmで最適化される７×７結合器に対する理論
的な波長応答特性を示す。図9aおよび図9bは中心ファイ
バ照明および軸を外れた照明に対して1530nmで最適化さ
れた装置に対する理論上の波長応答特性を示す。
とによって、装置の理論的な波長応答特性は方程式
（６）から認められることができる。相互作用長定数を
保持し、結合係数を変化することによって、1200nm乃至
1600nmの範囲にわたる装置の応答特性が認められる。図
8aおよび図8bは、それぞれ中心および軸を外れた照明に
対して1300nmで最適化される７×７結合器に対する理論
的な波長応答特性を示す。図9aおよび図9bは中心ファイ
バ照明および軸を外れた照明に対して1530nmで最適化さ
れた装置に対する理論上の波長応答特性を示す。
図３を参照すると、７本の標準的な単一モードの124.
7μｍの外側直径のファイバ20,21が洗浄され、純粋なシ
リカより少し小さい屈折率を有する緊密に適合したシリ
カベースガラス毛細管22中に挿入することによって六角
形の緊密にパックされたアレイ中に制限されたそれらの
１次被覆が剥がされた本発明による結合器の形成中にフ
ァイバf1乃至f6を保持する例示的な構造が示されてい
る。中心ファイバは21として示されている。使用される
特定の毛細管は、380乃至384μｍの公称的な内径を有す
るように引き出されたコーニングガラス社から得られる
ことができる“Vycor"ガラスの管から形成された。ファ
イバクラッドと同じ屈折率の管はまた成功的に機能する
と期待される。“Vycor"管材料は、屈折率が管材料中へ
の光学フィールドの漏洩が最小にされるようにシリカフ
ァイバクラッドより低いので選択された。別の適切な材
料の毛細管が使用されてもよい。ファイバおよび管の別
の寸法が使用されてもよいが、好ましくは楕円率が約1.
0％以下でなければならない。
7μｍの外側直径のファイバ20,21が洗浄され、純粋なシ
リカより少し小さい屈折率を有する緊密に適合したシリ
カベースガラス毛細管22中に挿入することによって六角
形の緊密にパックされたアレイ中に制限されたそれらの
１次被覆が剥がされた本発明による結合器の形成中にフ
ァイバf1乃至f6を保持する例示的な構造が示されてい
る。中心ファイバは21として示されている。使用される
特定の毛細管は、380乃至384μｍの公称的な内径を有す
るように引き出されたコーニングガラス社から得られる
ことができる“Vycor"ガラスの管から形成された。ファ
イバクラッドと同じ屈折率の管はまた成功的に機能する
と期待される。“Vycor"管材料は、屈折率が管材料中へ
の光学フィールドの漏洩が最小にされるようにシリカフ
ァイバクラッドより低いので選択された。別の適切な材
料の毛細管が使用されてもよい。ファイバおよび管の別
の寸法が使用されてもよいが、好ましくは楕円率が約1.
0％以下でなければならない。
図11に示されたような標準方式の融着された結合器製
造装置はテーパーを持つ結合器を形成するために使用さ
れ、ファイバ束は加熱され通常の方法で引出された。
造装置はテーパーを持つ結合器を形成するために使用さ
れ、ファイバ束は加熱され通常の方法で引出された。
結合器は以下のように形成された：約１メータの長さ
の７本は標準方式の屈折率整合クラッドファイバの７本
の長さはそれぞれ一端から約20cmのクラッドを除去され
た。これらは約30mm長のVycor毛細管22中に貫通され
た。非常に清潔な状態および清潔な環境において、例え
ばエタノールのような溶媒をしみ込ませられた布でファ
イバを反復的に拭きながらこれを実行することが重要で
あることが認められている。
の７本は標準方式の屈折率整合クラッドファイバの７本
の長さはそれぞれ一端から約20cmのクラッドを除去され
た。これらは約30mm長のVycor毛細管22中に貫通され
た。非常に清潔な状態および清潔な環境において、例え
ばエタノールのような溶媒をしみ込ませられた布でファ
イバを反復的に拭きながらこれを実行することが重要で
あることが認められている。
ファイバ20,21は順次各ファイバを通して光を照射す
ることにより、またレンズによるファイバの可視的な検
査から識別された。各ファイバ端部はアレイにおけるそ
の位置に応じてタグを付けられた。その後、ファイバ端
部は毛細管から約36mmの通常のクラッドファイバにスプ
ライスされ、その距離は使用されている特定の装置に依
存する。
ることにより、またレンズによるファイバの可視的な検
査から識別された。各ファイバ端部はアレイにおけるそ
の位置に応じてタグを付けられた。その後、ファイバ端
部は毛細管から約36mmの通常のクラッドファイバにスプ
ライスされ、その距離は使用されている特定の装置に依
存する。
ファイバ束39および毛細管はマウント40および42にテ
ープでとめられ、張力融着装置のモータ駆動スライド44
上の前者はファイバ保持クランプ46および48によって約
75mm離されている。１つのスライドマウントはファイバ
の束をねじるように回転された。スライドマウント間の
各25mmに対して約１回転が必要である。本発明者はこの
ねじれが結合器形成の堅牢性を大幅に改良することを発
見している。
ープでとめられ、張力融着装置のモータ駆動スライド44
上の前者はファイバ保持クランプ46および48によって約
75mm離されている。１つのスライドマウントはファイバ
の束をねじるように回転された。スライドマウント間の
各25mmに対して約１回転が必要である。本発明者はこの
ねじれが結合器形成の堅牢性を大幅に改良することを発
見している。
結合器は毛細管を加熱しながらセラミックのるつぼ50
においてファイバ束を引張ることによって形成された。
1300nmで動作する半導体レーザは装置の外側ファイバ上
にスプライスされ、全ての出力は引出しプロセス中個々
に監視された。引張りプロセスは全ての出力挿入損失の
最も大きいものが最初に最小値に達したときに停止さ
れ、装置はるつぼに入れられた。
においてファイバ束を引張ることによって形成された。
1300nmで動作する半導体レーザは装置の外側ファイバ上
にスプライスされ、全ての出力は引出しプロセス中個々
に監視された。引張りプロセスは全ての出力挿入損失の
最も大きいものが最初に最小値に達したときに停止さ
れ、装置はるつぼに入れられた。
融着中の結合器の引き延し速度は、結合器形成の進行
を監視するのに十分に遅い１秒当り200μｍの範囲に設
定される。調整は所望の張力のための温度を維持するた
めにゾーンを加熱する融着装置のヒータに対して張力セ
ンサ52からのフィードバックにより結合器の引張り中に
与えられた張力を介して制御される。張力が高くなる
と、それだけ温度は低くなり、したがって低い張力が予
め設定された場合にはファイバの融着は少くなる。
を監視するのに十分に遅い１秒当り200μｍの範囲に設
定される。調整は所望の張力のための温度を維持するた
めにゾーンを加熱する融着装置のヒータに対して張力セ
ンサ52からのフィードバックにより結合器の引張り中に
与えられた張力を介して制御される。張力が高くなる
と、それだけ温度は低くなり、したがって低い張力が予
め設定された場合にはファイバの融着は少くなる。
この適用に示されたような十分に融着された結合器
は、10mmの延長に対して0.3gmに直線的に減少し、停止
点に到達するまで維持される1gmの張力を有する。軽く
融着された結合器は3gmの張力を有し、2gmまで直線的に
減少し、停止点が到達されるまで維持される。これらの
張力は結果としてファイバの軟化温度の近くの融着温
度、この場合1600℃を生じさせる。
は、10mmの延長に対して0.3gmに直線的に減少し、停止
点に到達するまで維持される1gmの張力を有する。軽く
融着された結合器は3gmの張力を有し、2gmまで直線的に
減少し、停止点が到達されるまで維持される。これらの
張力は結果としてファイバの軟化温度の近くの融着温
度、この場合1600℃を生じさせる。
これらの値は異なる寸法のファイバに対して変化され
る必要がある。それらはまた特定の融着装置のるつぼ寸
法等により変化するが、しかし試行およびエラーによっ
て容易に決定される。装置はパッケージする準備ができ
ている。
る必要がある。それらはまた特定の融着装置のるつぼ寸
法等により変化するが、しかし試行およびエラーによっ
て容易に決定される。装置はパッケージする準備ができ
ている。
別の毛細管、例えば所望の内径の毛細管に引き伸ばさ
れた低い屈折率の被覆の内張りを有するシリカ管、或は
ファイバのクラッドと同じまたは少し低い屈折率を有す
るように引出された場合には通常のシリカが本発明によ
る結合器の製造に対して適切である。
れた低い屈折率の被覆の内張りを有するシリカ管、或は
ファイバのクラッドと同じまたは少し低い屈折率を有す
るように引出された場合には通常のシリカが本発明によ
る結合器の製造に対して適切である。
各入力から全ての出力への挿入損失が測定され、中心
および１つの外側入力の両者から全ての出力への装置の
波長応答特性が測定された。
および１つの外側入力の両者から全ての出力への装置の
波長応答特性が測定された。
装置を通る全ての可能な通路の1300nmにおける挿入損
失は測定されることが可能であり、挿入損失のこれらの
値は１つの融着スプライスを含み、測定された値に≦0.
1dBの損失を付加する。挿入損失の平均値は8.26dBであ
り、0.52dBの標準偏差を有し、最悪の場合の挿入損失は
9.63dBである。各入力ファイバからの1300nmにおける過
剰な損失の平均値は、0.06dBの標準偏差を有する0.14dB
である。送信されたパワーのパーセンテージとして出力
ファイバに結合されたパワーの拡散は中心ファイバ照明
の場合に対して4.3％および最も良い軸を外れた照明に
対して4.5％の最小値を有する。軸を外れた照明に対す
るパワーの拡散は5.9％の理論上の最小値に良好に一致
し、完全な７×７装置に対して予測された８％の予測最
小値より良好である。これは高い融着の程度に対して弱
い結合破壊の考えを示唆する。
失は測定されることが可能であり、挿入損失のこれらの
値は１つの融着スプライスを含み、測定された値に≦0.
1dBの損失を付加する。挿入損失の平均値は8.26dBであ
り、0.52dBの標準偏差を有し、最悪の場合の挿入損失は
9.63dBである。各入力ファイバからの1300nmにおける過
剰な損失の平均値は、0.06dBの標準偏差を有する0.14dB
である。送信されたパワーのパーセンテージとして出力
ファイバに結合されたパワーの拡散は中心ファイバ照明
の場合に対して4.3％および最も良い軸を外れた照明に
対して4.5％の最小値を有する。軸を外れた照明に対す
るパワーの拡散は5.9％の理論上の最小値に良好に一致
し、完全な７×７装置に対して予測された８％の予測最
小値より良好である。これは高い融着の程度に対して弱
い結合破壊の考えを示唆する。
中央入力ファイバから得られた波長応答特性は対称性
から考えられるように外側の出力ファイバの全てに類似
した応答特性を示し、パワーに対する高められた応答特
性は中心ファイバ上に残っている。図10aにおいて、等
しい結合点は1300nmの近くに中心を有する。単一の軸を
外れた入力ファイバからの波長応答特性は再度1300nmの
近くに中心を有し、全てのファイバ上において低い波長
感度を示し、図10bにおいて≦10dBの挿入損失が達成さ
れる約120nmの許容可能な動作領域を与える。実験的に
得られた応答特性は式６から計算されたものと十分に一
致するように見える。図8aはファイバP1中に残っている
光パワーの部分および1300nmにおける軸を外れた入射に
対する残りのファイバ（Pi,i≠１）を示す。図8bは1300
nmにおける軸を外れた入射に対する中心ファイバ（P1）
に残っている光パワーの部分および外側ファイバ（Pr）
に結合された部分を示す。図9aおよび図9bはそれぞれ図
8aおよび図8bと同じ入射条件に対する、しかし1520nmで
の応答特性を示す。
から考えられるように外側の出力ファイバの全てに類似
した応答特性を示し、パワーに対する高められた応答特
性は中心ファイバ上に残っている。図10aにおいて、等
しい結合点は1300nmの近くに中心を有する。単一の軸を
外れた入力ファイバからの波長応答特性は再度1300nmの
近くに中心を有し、全てのファイバ上において低い波長
感度を示し、図10bにおいて≦10dBの挿入損失が達成さ
れる約120nmの許容可能な動作領域を与える。実験的に
得られた応答特性は式６から計算されたものと十分に一
致するように見える。図8aはファイバP1中に残っている
光パワーの部分および1300nmにおける軸を外れた入射に
対する残りのファイバ（Pi,i≠１）を示す。図8bは1300
nmにおける軸を外れた入射に対する中心ファイバ（P1）
に残っている光パワーの部分および外側ファイバ（Pr）
に結合された部分を示す。図9aおよび図9bはそれぞれ図
8aおよび図8bと同じ入射条件に対する、しかし1520nmで
の応答特性を示す。
示された装置は1300nmで最適な結果を提供するように
製造されているが、しかしながら図10aおよび図10bから
中心ファイバ照明に対する波長応答特性が動作波長に関
して明らかに非対称的であることが認められることがで
きる。図10aおよび図10bに示された傾向は、減少してい
る波長に対して中心および外側ファイバに結合されるパ
ワーが集束し、一方長い波長に対して中心ファイバ上の
パワーが外側ファイバ上で伝送されたものから急峻に発
散し始めることを示す。したがって、長い波長、例えば
1550nmで動作するように選択することによって、中心フ
ァイバ照明に対する波長応答特性は低い波長で平坦にさ
れた波長である有効な特性を有している。このような装
置は窓1280nm乃至1550nmにわたる、したがって標準方式
の通信用波長をカバーする中心ファイバ照明に対して減
少された波長応答特性を有している。
製造されているが、しかしながら図10aおよび図10bから
中心ファイバ照明に対する波長応答特性が動作波長に関
して明らかに非対称的であることが認められることがで
きる。図10aおよび図10bに示された傾向は、減少してい
る波長に対して中心および外側ファイバに結合されるパ
ワーが集束し、一方長い波長に対して中心ファイバ上の
パワーが外側ファイバ上で伝送されたものから急峻に発
散し始めることを示す。したがって、長い波長、例えば
1550nmで動作するように選択することによって、中心フ
ァイバ照明に対する波長応答特性は低い波長で平坦にさ
れた波長である有効な特性を有している。このような装
置は窓1280nm乃至1550nmにわたる、したがって標準方式
の通信用波長をカバーする中心ファイバ照明に対して減
少された波長応答特性を有している。
この明細書において、“光学的”という用語は光ファ
イバのような誘電性の光導波体によって伝送されること
ができる可視領域の各端部の赤外線および紫外線領域の
それらの部分を持つ可視領域として一般に知られている
電磁スペクトルの部分を示すように意図されている。
イバのような誘電性の光導波体によって伝送されること
ができる可視領域の各端部の赤外線および紫外線領域の
それらの部分を持つ可視領域として一般に知られている
電磁スペクトルの部分を示すように意図されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アークライト、ジョン・ウイリアム イギリス国、アイピー１・２エルビー、 サフォーク、イプスウイッチ、サーダ ー・ロード 63 (72)発明者 モーティモアー、デイビッド・ブライア ン イギリス国、アイピー10・０ワイエヌ、 サフォーク、イプスウイッチ、トリムレ イ・セント・メアリー、ドウソン・ドラ イブ 21 (56)参考文献 特開 昭59−164522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−290411（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/28
Claims (8)
- 【請求項１】中心の光ファイバおよび６本の外側光ファ
イバを有する緊密にパックされた六角形アレイの７本の
光ファイバのファイバ束を形成し、 ７本の光ファイバのそれぞれにおいて光パワー出力を供
給するように外側光ファイバの１つに光源を結合し、 ファイバ束から融着されたテーパーを有する結合器を形
成するためにファイバ束の一部を加熱し張力を加えて融
着テーパー部分形成処理を行ない、７本の光ファイバの
中で光パワー出力の最小であったものが最初に最大にさ
れたときにそのテーパー部分形成処理を停止させること
を特徴とする光ファイバ結合器の形成方法。 - 【請求項２】ファイバ束の一部分は毛細管内に位置して
いる請求項１記載の方法。 - 【請求項３】結合器は、任意の入力ファイバと任意の出
力ファイバとの間における装置を通った最大の挿入損失
が最小にされるまで十分に融着される請求項２記載の光
ファイバ結合器の形成方法。 - 【請求項４】ファイバ束は融着されたテーパーを有する
結合器を形成する前にねじられる請求項１記載の方法。 - 【請求項５】融着の程度は融着されたテーパーを有する
結合器の形成中にファイバに与えられる予め定められた
張力プロフィールを得るために融着の温度を制御するこ
とによって制御される請求項１記載の方法。 - 【請求項６】７本のファイバの全てによって出力された
光パワーは光パワー出力の最小のものが最初に最大にさ
れたときを決定するために監視されている請求項１記載
の方法。 - 【請求項７】光ファイバはシリカベースの光ファイバで
ある請求項１項記載の方法。 - 【請求項８】光源は1500nmより大きい波長で光パワーを
供給する請求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB909015775A GB9015775D0 (en) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Optical fibre coupler |
| GB9015775.1 | 1990-07-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508484A JPH05508484A (ja) | 1993-11-25 |
| JP3253955B2 true JP3253955B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=10679262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51224691A Expired - Lifetime JP3253955B2 (ja) | 1990-07-18 | 1991-07-18 | 光ファイバ結合器 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5373572A (ja) |
| EP (1) | EP0539472B1 (ja) |
| JP (1) | JP3253955B2 (ja) |
| KR (1) | KR100200939B1 (ja) |
| AT (1) | ATE139217T1 (ja) |
| AU (1) | AU646062B2 (ja) |
| CA (1) | CA2087165C (ja) |
| DE (1) | DE69120273T2 (ja) |
| DK (1) | DK0539472T3 (ja) |
| GB (1) | GB9015775D0 (ja) |
| IE (1) | IE75197B1 (ja) |
| WO (1) | WO1992001641A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2697925B1 (fr) * | 1992-11-10 | 1995-01-06 | Gen Electric Cgr | Tête et système d'impression d'informations sur films radiographiques. |
| US5748820A (en) * | 1994-03-24 | 1998-05-05 | France Telecom | Component for connection to a multi-core fiber, and a method of manufacture |
| TW291539B (ja) * | 1994-09-30 | 1996-11-21 | Corning Inc | |
| ES2089981B1 (es) * | 1995-03-28 | 1997-04-16 | Inst Recerca I Tecnologia Agroalimentaries | Nueva cepa de la levadura candida sake (salto and ota) van uden and buckley y su utilizacion como agente de control biologico de las enfermedasdes fungicas de postcosecha en frutas. |
| US5644666A (en) * | 1995-12-22 | 1997-07-01 | Gould Electronics Inc. | Broadband optical fiber coupler and method of making |
| US7050692B2 (en) * | 2002-03-29 | 2006-05-23 | The Spectranetics Corporation | Proximal coupler for optical fibers |
| US7412135B2 (en) * | 2005-01-21 | 2008-08-12 | Nufern | Fiber optic coupler, optical fiber useful with the coupler and/or a pump light source, and methods of coupling light |
| WO2006080801A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Acts Vision Co., Ltd. | Non-paste fabrication method of optical fiber block |
| JP2018190918A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | 株式会社フジクラ | コンバイナ、ファイバレーザ装置、およびコンバイナの製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0171479A1 (en) * | 1984-08-03 | 1986-02-19 | Magnetic Controls Company | Transmissive multiport star coupler assembly and method |
| JPS63217314A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光分岐器の製造方法 |
| DE3713658A1 (de) * | 1987-04-24 | 1988-11-17 | Licentia Gmbh | Faseroptischer sternkoppler |
| GB8906327D0 (en) * | 1989-03-20 | 1989-05-04 | British Telecomm | A method of forming an optical fibre star coupler and a coupler so formed |
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