JP3875452B2 - モード変換器及び方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は一般的には光回路網、より具体的には光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法に係る。
【0002】
本発明の背景
データ通信及びその他の同様の用途に用いられる光回路網は既存の電気的回路網技術に比べ顕著な利点をもたらす。これらの利点の中で主なものは、電気的な同等の回路網よりはるかに速い速度である。この利点と、帯域といった他の利点により、広域回路網用途とともに、光回路網はオフィスビル、家庭及び他の部所中のローカルエリアネットワーク(LAN)用に、ますます取りつけられている。
【0003】
ローカルエリアネットワークに関しては、しばしばそのような環境で用いられる光ファイバは、マルチモード光ファイバで、発光ダイオード(LED)が生じるデータが伝送される。そのような回路網によって同等の電気回路網よりはるかに速いデータ通信ができるが、発光ダイオードのデータ速度制限特性により、それらは一般にデータ速度が限られている。
【0004】
それに対し、レーザは発光ダイオードよりはるかに速いデータ速度をもち、既存の光ローカルエリアネットワークで発光ダイオードと置きかえることが提案されてきた。しかし、既存のマルチモード光ファイバ回路網とともにレーザを用いることには問題がある。具体的には、マルチモード光ファイバを通して伝送する時、レーザはマルチモード光ファイバ中のすべてのモードを励起する訳ではないことである。このことは、マルチモード光回路網中で分枝又は分配するために受動スターカプラ又は同様のデバイスが用いられる時許容されない。スターカプラに出会った時、レーザ放射はしばしばスターカプラの様々な分枝に均一に分配されず、それによってある分枝では信号が損なわれる可能性がある。具体的には、シングルモード放射はマルチモードファイバ内で同じ相対モードのままでいる傾向があるため、光ファイバが傾斜屈折率マルチモードである時そのことがあてはまる。
【0005】
本発明の要約
本発明により、光回路網中でモード変換するためのシステム及び方法が実現する。簡単に言うと、アーキテクチャ内で、システムはシングルモード導波路の出力面からマルチモードの入力面まで延びる光伝搬路を含む。第1の球レンズ及び第2の球レンズが光路中に配置され、第1及び第2の球レンズ間に配置された光リンク間隙を有する。
【0006】
本発明は光回路網中でモード変換するための方法を実現すると見ることができる。この点に関して、本方法は以下の工程によりおおよそ要約できる。シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面に延びる光路に沿ってレーザビームを伝送する工程、マルチモード光導波路中にマルチモードを励起するため、間に光リンク間隙を有する光路中に配置された第1の球レンズ及び第2の球レンズを用いて、レーザビームを操作する工程である。
【0007】
本発明はそのようなシステム中の動作速度を増すため、既存のマルチモード光回路網とともに、高速レーザを用いてもよいという顕著な利点を含む。本発明の更に別の利点は、モード変換器の実施例を、既存の製作操作台を用いて操作してよいことである。本発明の様々な実施例の他の利点は、それが設計が単純で、使用しやすく、堅固で、信頼性があり、動作効率がよく、大量生産が容易に行えることである。
【0008】
以下の図面及び詳細な記述を調べれば、当業者には本発明の他の特徴及び利点が明らかになるであろう。そのようなつけ加えるべき特徴及び利点は、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【0009】
本発明の詳細な記述
図1を参照すると、本発明の実施例に従う光回路網(100)が示されている。光回路網(100)はシングルモード光ファイバ(113)を通してモード変換器(110)に光学的に結合されたレーザ源(103)を含む。レーザ源(103)は例えば1300ナノメータあるいは同様のデバイスで実現される他の動作範囲の名目上の動作波長をもってよい。シングルモード光ファイバ(113)中にいくつかのループが形成され、それによってマンドレル(116)が形成され、それはクラッド中の好ましくない光伝搬を除去し、シングルモード光ファイバ(113)のコア中の好ましくないモードを制限する働きをする。
【0010】
モード変換器(110)はシングルモード導波路(126)を通してシングルモードコネクタ(123)に光学的に結合されたモード変換器基体(119)を含む。モード変換器(110)はまた、マルチモード導波路(133)を通してモード変換器基体(119)に光学的に結合されたマルチモードコネクタ(129)を含む。マルチモードコネクタ(129)はマルチモード光ファイバ(139)を通して、スターカプラ(136)に光学的に結合されている。スターカプラ(136)はマルチモード光ファイバ(139)を通して伝送された光信号を、2つの光ファイバだけが図示されているが、2つ又はそれ以上のマルチモード光ファイバ(143)に分割する働きをする。
【0011】
マルチモード光ファイバ(143)の両方が、光検出器(146)で終端する。第2のマンドレル(149)を形成するマルチモード光ファイバ(139)中に含まれたいくつかのループがあることに注意されたい。
【0012】
ここでの議論のため、スターカプラ(136)、マルチモード光ファイバ(143)及び光検出器(146)は、マルチモード光ファイバ回路網中で用いてよい各種要素の例として示されている。他のマルチモード光学要素も同様に用いて良いことが理解される。
【0013】
光回路網(100)の動作は、以下のとおりである。レーザービームはレーザ源(103)中で発生し、シングルモード光ファイバを通して、モード変換器まで伝送される。モード変換器(110)はシングルモードファイバビームをマルチモードファイバビームに変換し、それはマルチモード光ファイバ(139)を通してスターカプラ(136)まで伝送される。スターカプラ(136)はレーザビームを分割し、レーザビームのパワーの約2分の1又は他の適当な割合が、マルチモード光ファイバ(143)のそれぞれを通して、各光検出器(146)に伝送される。モード変換器(110)中でシングルモードファイバビームがマルチモードファイバビームに変換されるため、マルチモードレーザビームのパワーの2つのマルチモード光ファイバ(143)への分割は、ほぼ均一か他の適当な比率になる。このことは、マルチモード光ファイバ(139)のモードの全て又はほとんどが、本質的に満たされるという事実による。
【0014】
次に、図2を参照すると、モード変換器(110)が示されている。図からわかるように、シングルモード導波路(126)はジャケット(153)により囲まれており、出力面(156)においてモード変換器内で終端する。ジャケット(153)の一部は出力面(156)で終端するシングルモード導波路(126)の端部に配置された部分から除去されている。シングルモード導波路(126)はシングルモードコア(159)及びクラッド(163)から成る。シングルモード導波路(126)を伝搬するレーザビームは出力面(156)を通って出る。
【0015】
同様に、マルチモード導波路(133)はジャケット(166)によって囲まれ、入力面(169)においてモード変換器(110)内で終端する。ジャケット(166)の一部は、入力面(169)で終端するマルチモード導波路(133)の端部に配置された部分から除去されている。マルチモード導波路(133)はマルチモードコア(173)及びクラッド(176)から成る。以下で述べるように、入力面(169)はレーザビームを受けるように置かれている。
【0016】
モード変換器(110)はまた、第1の球又は丸型レンズ(179)と第2の球又は丸型レンズ(183)を含む。シングルモード導波路(126)の出力面は第1の球レンズ(179)からの距離f1 である第1の球レンズ(179)の焦点に位置する。同様に、マルチモード導波路(133)の入力面(169)は第2の球レンズ(183)からの距離f2 である第2の球レンズ(183)の焦点に位置する。第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)はそれらの間に、長さLの光リンク間隙を形成するよう配置される。長さLは出力面(156)と入力面(169)の両方が本質的に第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)の焦点に置かれるよう指定される。従って、モード変換器(110)はシングルモード導波路(126)の出力面(156)から第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)を通ってマルチモード導波路(133)の入力面(169)まで延びる光路を形成する。レーザビームはこの光路に沿って、シングルモード導波路(126)の出力面(156)から、第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)を通って、マルチモード光導波路端(156)の入力面(169)中に伝搬する。第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)が、レーザ放射がモード変換器(110)を離れる時、マルチモードがマルチモード導波路(133)中で励起されるような状態にすることが本発明の重要な利点である。
【0017】
光リンク間隙(186)はマルチモード側からモード変換器(110)のシングルモード側を物理的に分離し、それによって外力によりモード変換器(110)に導入される変化が、出力面(156)と入力面(169)間の光結合に悪影響を与えないように働くという利点が得られる。
【0018】
図3Aを参照すると、基板構成(200)が示されており、その上に本発明の実施例に従うモード変換器(110)がマウントされている。基板構成(200)はシリカ、プラスチック又は同様の材料で作られてよい基板(201)を含む。基板(201)上にはシングルモード導波路(126)がマウントされ、それは端部が除去されたジャケット(153)の部分を有するシングルモードファイバ(126)を含む。シングルモード導波路(126)の露出された部分は、第1のシングルモード溝(203)中に固着され、ジャケット(153)を有するシングルモード導波路(126)の部分は、第2のシングルモード溝(206)中に固着されている。第1及び第2のシングルモード溝(203)及び(206)はくさび型で、第2のシングルモード溝(206)はジャケット(153)のより大きな直径に適合するよう、第1のシングルモード溝(203)よりはるかに深い。同様に、マルチモード導波路(133)は第1及び第2のマルチモード溝(209)及び(213)中に固着される。
【0019】
第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)は、たとえばサファイヤ球レンズであるが、それらは他のレンズ材料で作ってもよい。第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)は第1及び第2の支持空洞(216)及び(219)に固着され、四面体の形をしているが、三角形のピラミッドといった他の形も用いてよい。
【0020】
図3Bを参照すると、基板構成(200)の側面図が示されている。側面図により、3つの横方向溝(223,226)及び(229)が明らかに示されている。シングルモード導波路(126)の出力面及び第1の球レンズ(179)の間に、屈折率整合媒体(233)が配置されている。たとえば、ゲルの形の屈折率整合媒体(233)も第2の球レンズ(183)と入力面(169)の間に配置されている。屈折率整合媒体(233)はレーザビームが出力面(156)から第1の球レンズ(179)へ、また第2の球レンズ(183)から入力面(169)に伝搬する間に、レーザビーム中に好ましくない屈折が起こるのを防止する。
【0021】
図4A及び4Bを参照すると、モード変換器カバー(300)の側面図及び上面図が示されている。モード変換器カバー(300)は基板構成(200)(図3A及び3B)に固着され、部品を保護し、それにより形成された光路の完全性を確保するためマウントされた部品を保護する。モード変換器カバー(300)は相対する第1及び第2のシングルモード溝(203)及び(206)(図3A及び3B)とかみあった第1及び第2のカバー溝(303)及び(306)を含む。同様に、モード変換器カバー(300)も第1及び第2のカバー溝(309)及び(313)を含む。カバー溝(303,306,309)及び(313)はジャケット(153)及び(166)(図3A及び3B)とともに、シングルモード及びマルチモード導波路(126)及び(133)をカバーするよう設計されるが、これらの部品とは必ずしも接触しないことに注意する必要がある。しかし、もし必要なら、そのような接触は作ってもよい。
【0022】
モード変換器カバー(300)も相対する第1及び第2の支持空洞(216)及び(219)(図3A及び3B)とかみあった第1及び第2のカバー支持空洞(316)及び(319)を含む。モード変換器カバー(300)も6個のリブ(323)の形状をもち、横方向溝(223,226)及び(229)(図3A及び3B)中にかみあわされるが、溝は光路のいずれかの側に置かれる。従って、6個のリブ(323)は第1の空洞(326)、第2の空洞(329)及び中央空洞(333)を形成し、それらは横方向溝(223,226)及び(229)中に対向する空間を有し、最終的に光路が作られる空間ができる。次に,中央空洞(333)及びその対向する横方向溝は、第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)(図3A及び3B)間に光リンク間隙を形成することに注意されたい。また、第1及び第2の空洞(326)及び(329)は、それらの中に配置された屈折率整合媒体(233)用の空間を作る。
【0023】
図5を参照すると、共に組立てられた基板構成(200)とモード変換器カバー(300)が示されている。たとえばエポキシのような適当な固着剤が、基板構成(300)及びモード変換器カバー(300)の適当な平坦表面上に供給される。一緒に置かれた時、対向する第1及び第2のカバー溝(203)及び(206)(図3A及び3B)とかみあい、それによってシングルモードポートが形成されることに注意されたい。同様に、第1及び第2のカバー溝(309)及び(313)は第1及び第2のマルチモード溝(209)及び(213)とかみあいマルチモードポートを形成する。
【0024】
戻って図3A及び3Bを参照すると、本発明はまたモード変換器(110)の作製方法とみてもよい。第1の工程において、基板(201)はシリカ又は同様の材料のような基板材料のシートを用いて生成される。シートはいくつかの基板(201)を生成させるために用いられる。いくつかの横方向溝(223,226)及び(229)が、適当な間隔でシート中に刻まれる。その後、第1及び第2のシングルモード溝(203)及び(206)、第1及び第2のマルチモード溝(209)及び(213)、第1及び第2の支持空洞(179)及び(183)が、バルク機械加工法を用いて導入される。別の場合、基板(201)は注入鋳造プロセスを用いて、プラスチック又は同様の材料から作製される。その場合、先に述べた溝及び支持空洞のすべてを有する完成した部分が、使用される鋳型を用いて生成される。
【0025】
その後、シングルモード及びマルチモード導波路(126)及び(133)が、それぞれ第1のシングルモード溝(203)及び第1のマルチモード溝(209)中に置かれる。これは加熱された基板表面とで行われる。エポキシ又は同様の固着剤が、ジャケット(153)及び(166)が切り取られた点に近いシングルモード及びマルチモード導波路(126)及び(133)近くで、第1のシングルモード溝(203)及び第1のマルチモード溝(209)中に注入される。エポキシはシングルモード及びマルチモード導波路(126)及び(133)下で、第1のシングルモード溝(203)及び第1のマルチモード溝(209)に沿って、毛細管現象で流れ、最終的に横方向溝(223)及び(229)中に流れ出る。横方向溝(223)及び(229)は出力面(156)及び入力面(169)をさえぎることなく、外部から固着剤が流れる場所を提供する。次に、エポキシ固着剤は焼きなまされ、シングルモード及びマルチモード導波路(126)及び(133)を、それぞれ第1のシングルモード溝(203)及び第1のマルチモード溝(209)中にしっかり固定する。
【0026】
次に、固着剤が基板(201)の端部において、ジャケット(153)及び(166)の基板に注入される。この固着剤はジャケット(153)及び(166)下で、第2のシングルモード溝(206)及び第2のマルチモード溝(213)中に流れ、そこにジャケット(153)及び(166)を固定する。
【0027】
その後、適当な固着剤が支持空洞(216)及び(219)中に置かれ、第1及び第2の球レンズ(179)及び(183)がその中に置かれる。固着剤は焼きなまされ、屈折率整合媒体(233)がシングルモード導波路(126)の出力面(156)と第1の球レンズ(179)の間及びマルチモード導波路(133)の入力面(169)と第2の球レンズ(183)の間に供給される。
【0028】
再び図4A及び4Bを参照すると、モード変換器カバー(300)が適当なバルク機械加工工程又は注入鋳造法を用いて作製される。最後に、図5を参照すると、適当な固着剤が基板構成(200)又はモード変換器カバー(300)の平坦な表面上に置かれ、それらは適切にかみあわされ、適当な温度で焼きなまされる。
【0029】
本発明の精神及び原理から本質的に離れることなく、本発明の上述の実施例の様々な変形及び修正ができる可能性がある。そのような修正及び変形のすべてが、本発明の視野の中に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
以下の図面を参照すると、本発明がより良く理解できる。図中の要素は比率が実際とは必ずしも一致しない。本発明の原理を明瞭に示すため強調されている。更に、図中で類似の数字はいくつかの図面を通して、対応する部分を示す。
【図1】本発明の実施例に従う光回路網の概略図である。
【図2】図1の光回路網中で用いられるモード変換器の構成図である。
【図3】Aは、図2のモード変換器の基板構成の上面図である。Bは、図2のモード変換器の基板構成の側面図である。
【図4】A、図2のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの側面図である。Bは、図2のモード変換器の基板構成にかみあったカバーの底面図である。
【図5】図4A及び4Bのカバーと図3A及び3Bの基板構成との組合せを示す図である。
【符号の説明】
100 光回路網
103 レーザ源
110 モード変換器
113 シングルモード光ファイバ、光ファイバ
116 マンドレル
119 モード変換基体
123 シングルモードコネクタ
126 シングルモード導波路
129 マルチモードコネクタ
133 マルチモード導波路
136 スターカプラ
139 マルチモード光ファイバ
143 マルチモード光ファイバ
146 光検出器
149 第2のマンドレル
153 ジャケット
156 出力面
159 シングルモードコア
163 クラッド
166 ジャケット
169 入力面
173 マルチモードコア
176 クラッド
179 第1の球レンズ、丸型レンズ
183 第2の球レンズ、丸型レンズ
186 光リンク間隙
200 基板構成
201 基板
203 第1のシングルモード溝
206 第2のシングルモード溝
209 第1のマルチモード溝
213 第2のマルチモード溝
216 第1の支持空洞
219 第2の支持空洞
223,226,229 横方向溝
233 屈折率整合媒体
300 モード変換器カバー
303,306 カバー溝
309 第1のカバー溝
313 第2のカバー溝
316 第1のカバー支持空洞
319 第2のカバー支持空洞
323 リブ
326 第1の空洞
329 第2の空洞
333 中央空洞
Claims (11)
- シングルモードからマルチモードへの変換器であって、
基板と、
該基板に固着されたシングルモード導波路からなり、該シングルモード導波路は出力面を有しており、さらに、
該基板に固着されたマルチモード導波路からなり、該マルチモード導波路は入力面を有し、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されて、そして該出力面から該入力面まで光路が延びており、さらに
該基板に固着され、そして該光路中に配置された第1の球レンズ及び第2の球レンズからなり、該第1の球レンズ及び該第2の球レンズが光リンク間隙により分離され、該第1の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第2の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置し、該第1の球レンズ及び該第2の球レンズはサファイアからなり、そして該第1の球レンズ及び該第2の球レンズがレーザビームを該光路に沿って伝搬させて該マルチモード導波路中で多くのモードを励起させるような条件にするように適合されていることを特徴とする変換器。 - 請求項1に記載の変換器において、該変換器はさらに、該光路に沿って、該シングルモード導波路の該出力面を該第1のレンズに光学的に結合させ、そして該マルチモード導波路の該入力面を該第2のレンズに光学的に結合させる屈折率整合媒体からなることを特徴とする変換器。
- 請求項1に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該シングルモード導波路が中に固定されているシングルモードポートと、
該マルチモード導波路が中に固定されているマルチモードポートとからなることを特徴とする変換器。 - 請求項1に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該第1のレンズが中に固定された、該基板上の第1のレンズ支持空胴と、
該第2のレンズが中に固定された、該基板上の第2のレンズ支持空胴とからなることを特徴とする変換器。 - 請求項3に記載の変換器において、該変換器はさらに、
該シングルモードポート内で該基板に固着されたシングルモード導波路と、
該マルチモードポート内で該基板に固着されたマルチモード導波路からなることを特徴とする変換器。 - ハイブリッドマルチモード/シングルモード光回路網であって、該網は、
モード変換器からなり、該モード変換器は、
基板と、
該基板に固着されたシングルモード導波路からなり、該シングルモード導波路は出力面を有しており、さらに、
該基板に固着されたマルチモード導波路からなり、該マルチモード導波路は入力面を有し、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列され、そして該出力面から該入力面に光路が延びており、さらに、
該基板に固着され、該光路中に配置された第1の球レンズ及び第2の球レンズからなり、該第1の球レンズ及び該第2の球レンズが光リンク間隙により分離され、該第1の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第2の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置し、そして該第1の球レンズ及び該第2の球レンズがレーザビームを該光路に沿って伝搬させて該マルチモード導波路中で多くのモードを励起するような条件にするように適合されており、該網はさらに、
該シングルモード導波路に光学的に結合されたレーザ源と、
該マルチモード導波路に光学的に結合されたマルチモード受信点とからなることを特徴とするハイブリッドマルチモード/シングルモード光回路網。 - 光回路網においてモードを変換する方法であって、該方法は、
シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面まで延びる光路に沿ってレーザビームを伝送させる段階からなり、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されており、該方法はさらに、
該光路中に配置された第1及び第2の球レンズを用いて、該レーザビームが該マルチモード導波路内で多くのモードを励起するような条件にする段階からなり、該第1の球レンズと該第2の球レンズとの間には光リンク間隙が存在し、該光リンク間隙は、該第1の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第2の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置するような大きさであることを特徴とする方法。 - 請求項7に記載の方法において、該方法はさらに、
該シングルモード導波路の該出力面を、屈折率整合媒体で該第1の球レンズに光学的に結合させる段階と、
該マルチモード導波路の該入力面を、屈折率整合媒体で該第2の球レンズに光学的に結合させる段階からなることを特徴とする方法。 - 請求項7に記載の方法において、該方法はさらに、
該シングルモード導波路をシングルモードポート内に固定する段階と、
該マルチモード導波路をマルチモードポート内に固定する段階とからなることを特徴とする方法。 - 請求項7に記載の方法において、該方法はさらに、
第1の球レンズ支持空胴内に該第1の球レンズを支持する段階と、
第2の球レンズ支持空胴内に該第2の球レンズを支持する段階とからなることを特徴とする方法。 - ハイブリッドマルチモード/シングルモード光回路網においてモードを変換する方法であって、該方法は、
レーザでレーザビームを発生する段階と、
シングルモード導波路の出力面からマルチモード導波路の入力面まで延びる光路に沿って該レーザビームを伝送する段階とからなり、該シングルモード導波路と該マルチモード導波路とが共軸状に整列されており、該方法はさらに、
該光路中に配置された第1のサファイア球レンズ及び第2のサファイア球レンズを用いて、該レーザビームがマルチモード導波路中で多くのモードを励起するような条件にする段階からなり、該第1のサファイア球レンズと該第2のサファイア球レンズとの間には光リンク間隙が存在し、該光リンク間隙は、該第1の球レンズの焦点が該出力面に実質的に位置し、該第2の球レンズの焦点が該入力面に実質的に位置するような大きさであり、該方法はさらに、
該マルチモード導波路に光学的に結合された光受信デバイスで該レーザビームを受信する段階からなることを特徴とする方法。
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