JPS62253105A - 単一モ−ド光フアイバ−結合器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、２月２３日提出のアライドコーボレイショ
ンの特許間（１）「多モード光ファイバー結合器及びそ
の製造方法」に開示された発明に関連するものであり、
その開示は特に参照によってここに組み入れられる。

〔発明の背景〕

この発明は、単一モード光ファイバー結合器及びその製
造方法に関する。

更に詳しく述べるならば、本発明は、結合器と、走査設
備（ｓｃａｎｎｉｎｇ　５ｙｓｔｅｅｉ）と共にレーザ
ー加熱源を使用して２本の単一モードファイバーを一緒
に融着させ、その結果として非常に小さい損失で働く単
一モード結合器が得られる製造方法とに関する。

単一モード導波路及びそれ用の結合デバイスにはまっ□
すぐな光路が得られるので、それらを使用するのは望ま
しいことである。以下の記載においては、「導波路」及
び「ファイバー」なる用語は互いに交換可能なものとし
て用いるものとし、そのタラッディングにより取囲まれ
たファイバーのコアに関連している。単一モート導波路
とは、単一モードの光のみを導く、又は導くことができ
る導波路であると理解される。典型的には、これらの導
波路は直径が非常に小さなグラスファイバーである。こ
れらのファイバーのコアの大きさは、典型的には５〜１
０μｍあるいはそれ以下のオーダーである。これは、多
重モードファイバーの、代表的には少なくとも約５０μ
ｍのオーダーであり、典型的には約５０〜２００μｍで
ある比較的大きなコア寸法と対照される。それゆえに、
ファイバーの寸法が比較的小さいため導波路もしくはコ
アが比較的破壊されやすく、及び／又はそれに悪影響を
及ぼして伝送損失が増加しやすく、その結果は単一モー
ドファイバーに関しては非常に望ましくないものなので
、単一モードファイバー用の結合器を製造することは困
難な仕事である。

２本の単一モードファイバーの光ファイバー結合要素を
製造する従来技術の１つの方法が、ブラウン（Ｂｒｏｗ
ｎ）に対する米国特許第３９０２７８６号明細書に開示
される。ブラウンの教示によれば、結合すべき部分にお
いて単一モードファイバーのタラッディングが取除かれ
る、すなわちエツチング法である。その次に、ファイバ
ーの露出したコアを互いに接触させ、そ□してその露出
したコアをタラッディング材料の屈折率と等しい屈折率
の物質で被覆するために、ファイバーを適当な位置に置
く。

この方法は概して複雑な方法であり、また、単一モード
ファイバーが比較的小さくて露出したファイバーのコア
は取扱いが面倒なので作業及び結果の両方に関して多数
の不利な点を包含する。

単一モード結合器を製造するもう一つの方法が、パーツ
スキー（Ｂａｒｎｏｓｋｙ）らに対する米国特許第４０
５４３６６号明細書に開示される。これに開示された方
法は、ファイバーがレーザーによって融着される領域で
ファイバーのタラッディングを局部的に加熱することを
提案する。タラッディング、軟化温度、及び融解温度に
関する特別な必要条件は、パーツスキーらの方法が有効
に働くために本質的なものであって、従ってこれもまた
単一モード結合器の製造を複雑にする。更に詳しく述べ
るならば、タラッディング及びコアの材料は、コア路に
影響を及ぼさずにタラッディングのみを融解させるよう
に選択される。

従来技術に対する改良として、ジョヶム（Ｊｏｃｈｅｍ
）らに対する米国特許第４４９０１６３号明細書は、２
本の単一モードファイバーのタラソディングがお互いに
部分的に接触するようにそれらのファイバーの位置を定
めて行なう方法を提供する。前と同じように、融着する
際にガラスのコアが融解しないように、ガラスのタラソ
ディングの軟化温度はガラスのコアの軟化温度よりも低
いということが本質的なことである。ファイバーをそれ
らが互いに接触している所で加熱してコアは軟化させず
にガラスクラツディングを軟化させ、その後お互いの方
に向けて押しつけ、ファイバーがお互いに接触している
部分のコアとコアとの間隔を減少させて２本のファイバ
ーを一緒に融着させる。上で検討したパーツスキーらの
場合のように、この方法もファイバーの種類について特
別な要件が必要であるという点で比較的複雑であり、更
に、最終結果は、２本のファイバーのコアを一緒に単に
押しつけることによっては、結果として生ずる損失とむ
らとのため効果的な結合はなお達成されないということ
である。

〔発明の概要〕

本発明は、一つの態様において、少なくとも２本の単一
モードファイバーから作られた光ファイバー結合器であ
って、それらのファイバーを一緒に融着させて結合領域
とした光ファイバー結合器における改良を行なうもので
ある。この改良は、前記結合領域が、その結合領域のお
のおのの端から始まる第１の部分であって、ファイバー
が一緒に融着され、次にテーパーを付けて細くされて、
予め決められた長さを有する、単位の均一寸法の結合区
域となる第１の部分を含んでなる、という点に帰する。

好ましい態様においては、単位の予め決められた長さの
均一な寸法の結合区域の横断面は実質的に円形であり、
そしてこの横断面には予め決められた長さについて互い
に近接してその中を通る２本のファイバーのコアがある
。

もう一つの面において、本発明は少なくとも２本の単一
モードファイバーから作られた光ファイバー結合器を製
造する方法を指向する。本発明による方法は、少なくと
も２本の単一モードファイバーの予め決められた部分を
それらのタラソディングが接触するようにして一緒に適
所な位置に置く工程を含む。セラミック部材をレーザー
光源で加熱して、２本のファイバーの予め決められた部
分を間接的に加熱する。ファイバーの予め決められたこ
の部分は、加熱されたセラミック部材に接近させ、この
部分を一緒に融着させるのに十分な速度でもって往復方
向に移動させる。その後、この往復運動と加熱とを続け
ながら融着領域に軸方向の張力を適用して、上記融着領
域をテーパーを付けて細くし、個々のファイバーから、
それらのファイバｉが融着して単位の領域となった予め
決められた長さの、直径を小さくした融着領域を作る。

この単位の融着領域は、先に検討したように好ましくは
実質的に円形の横断面を有する。

更に特別な態様においては、光がファイバーと光結合器
とを通して最適の光結合が得られる点まで透過するのを
監視しながら軸方向の張力の適用と往復移動とを続ける
。その後この操作を終了し、ファイバーを冷却させて単
一モード結合器にする。

本発明を簡単に説明したところで、次に添付図面を参照
して以下において述べる詳細な説明から本発明の特徴及
び他の利点を更に分りやすく明らかにしよう。

〔発明の詳細な検討〕

本発明による単一モード結合器を、第１図で一般的に説
明する。これで分るように、結合器１は、２本の単一モ
ードファイバー３ａ　、３ｂを含んでなるファイバ一対
からなる。これらのファイバー３ａ　、３ｂは、商業的
に入手可能な種類の単一モ−ドファイバーである。典型
的には、これらのファイバーは、相対的に屈折率の小さ
いガラスクラツディングで取り巻かれた、屈折率が予め
定められ且つ相対的に大きいガラスコアからなる単一モ
ードファイバーを含む集成品（ａｓｓｅｍｂｌｙ）とし
て入手可能である。この集成品は、更に緩衝層又は保護
層、例えばアクリレート又はシリコーンの層で取り巻か
れたファイバーを包含する。このことについてはこの明
細書において先に注意したように、「ファイバー」及び
「導波路」なる用語は交換可能なものとして使用し、フ
ァイバーを構成するコア及びタラッディングを指示する
。コア及びタラッディングは、両方とも典型的にはガラ
ス、例えば融解石英で作られ、単に屈折率を異にするだ
けである。

第１図に示すように、ファイバーは、以下において検討
するように、テーパ一部７においてファイバーを初期融
着領域５から単位の予め決められた長さの融着区域９へ
とテーパーを付けて細くするような方法でもって一緒に
融着させる。ここでの断面は、第２ａ〜２ｂ図に示すよ
うに、個別のファイバー３ａ　、３ｂをもはや見分ける
ことができないような断面である。その代りに、第２ｃ
図に示すように、単位の融着区域９は予め決められた長
さで実質的に円形断面の個別的なものであるように見え
る。結合はこの領域９の範囲内で起こるが、このことは
、主として２本のファイバー間に予め決められたエネル
ギー分布をもたらすエバネッセント波結合によって信じ
られる。この点は、本明細書において後はど検討する。

２本のファイバーのコアは、直径が小さくなった区域９
を貫通する。

結合器を製造するための装置を第３図と第４ａ。

４ｂ図とに一般的に示す。第４ａ　、４ｂ図は、結合器
の製造法に含まれる工程をも一般的に示す。

第３図に示すように、結合器を製造するための装置は、
一般的にレーザー源１５を含んでおり、このレーザー源
１５はレーザービーム１７を好ましくは鏡１９に向かわ
せ、この鏡１９はそれをファイバ一対３に向は直す。鏡
を使用する理由は、レーザー源を水平面に保つことが望
ましいためである。しかしながら、これは本質的なこと
ではない。同様に、当業者には容易に明らかなように、
レーザー導波路、レンズ、及び鏡を含む方式のような他
のビーム放出方式を用いることができよう。

ビームは、ファイバーを組にしたものよりも直径が実質
的に太き（、ファイバ一対３とセラミック部材１３とに
同時に突き当り、それぞれによって同時に吸収される。

ファイバ一対３は、セラミック部材１３から予め定めら
れた距離ａ、すなわち０．１〜２ｍ、好ましくは０．１
〜０．５ｆｌ、最も好ましくは０．５　Ｍだけ離れてい
る。ファイバーとセラミック部材１３の加熱が行なわれ
る。セラミック部材１３はまた、それ自体がファイバ一
対３を間接的に加熱して融着を引き起こす。第３図には
、装置を構成する要素の全てが必ずしも示されているの
ではなく、いくつかのものは説明を平明にするために省
略されている。

第４ａ　、４ｂ図に示すように、最初にビーム１７をフ
ァイバ一対３の上へ投射して、ファイバ一対３と、支持
体１１に支持されたセラミック部材１３とを加熱する。

個々にモーターで駆動されるスライド部材２１ａ、２１
ｂにグリッパ２３ａ、２３ｂを取付け、結合器のファイ
バー３ａ　、３ｂを組にしたものを前もって決められた
長さ以上、すなわち代表的には約０．５〜３ｃｍ、好ま
しくは約２ａｌｌ接触させておく。ファイバ一対をセラ
ミック部材１３の上で後方及び前方に動かして往復させ
、ファイバ一対３を前もって決められた長さの分易上に
合体もしくは融着させる。第４ｂ図に示すように、ファ
イバ一対の融着が一度起これば、融着したファイバ一対
に軸方向の張力を外方向に適用してファイバーを引き伸
ばし、そして第１図及び第４ｂ図に示したように、前も
って長さの決められた直径が小さい領域９の方へ突き出
たテーパー付きの領域を生じさせ、結果として結合器を
生じさせる。前もって長さの決められたこの領域９は、
３０ｍはどの長さであり、典型的には約０．７５〜２０
ｆｉ、好ましくは約４〜１５ｆｉ、より好ましくは約１
０ｍｍである。結合器を製作している間に光の透過量を
測定する。ファイバー間のエネルギー分布が所望の状態
に達したところで処理を終了し、結合器を冷却させて取
付具から取出す。

好ましい態様においては、予め決められた長さの単位区
域の直径は、約４０〜８０μｍ、好ましくは約６０μｍ
である。単位区域９の範囲内におけるコアの離隔は、好
ましくは約１５〜３０μｍ、より好ましくは約２０μｍ
である。更に、張力をかげることの結果として、区域９
を通って伸びるコアの直径は、約２〜６μｍ、好ましく
は約４μｍとなる。

製造中に結合器に適用される軸方向の張力について述べ
るならば、この張力は、往復方向に動くブロック２１ａ
、２１ｂを動かすモーターの速度を走査（ｓｃａｎｎ　
ｉｎｇ）が維持されるように、それと同時に前記ブロッ
ク２１ａと２１ｂとの間の相対的な距離が増加していく
ように変えることによって得られる。

速度変化の調節は、当業者には容易に明らかとなば、セ
ラミック部材の上方のファイバーを走査移動させる代り
に、これを反対にしてレーザー源自体を移動させること
も可能である、ということも容易に認められよう。この
レーザーは、例えば、アポロレーザーズカンバニ（Ａｐ
ｏｌｌｏ　ＬａｓｅｒｓＣｏｍｐａｎｙ）よりモデル５
８０（Ｍｏｄｅｌ　５８０）として商業的に入手可能な
種類のＣＯ□レーザーが好ましく、このモデル５８０は
、最大能力８０Ｗ１典型的には３０〜４０Ｗの範囲で働
く。使用するファイバーは、典型的には単一モードファ
イバーであって、例えばコーニングインコーホレイティ
ド（Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｉｎｃ、）よりＳＭＦ光導波路（
ＳＭＦ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）とし
て商業的に入手可能な種類のファイバーであり、このＳ
ＭＦ光導波路は、典型的には外径が約１２５μｍであり
、コアの直径が約８．７μｍである。

本発明の方法自体は、当業者にとっては自明のやり方で
コンピュータ制御することができる。更に詳しく述べる
ならば、セラミック部材の温度を慣用的なシリコン検出
器によって監視することができる。加熱している間、セ
ラミック部材のルミネセンスを表わすこの検出器の出力
電圧を測定する。測定出力に応じてレーザーの能力を調
節し、検出器からの測定出力が前もって定められた範囲
内になるようにする。

次の表は、単一モード結合器を製造するのに使用する本
発明による方法の一つの使用例におけるサイクル及び作
業条件を示す。

以下余白 上記の例において結合器を製造するのに使用したファイ
バー及び特別の装置は、前述の本文に記載したものと同
じであるが、その代りに、商業的に通常入手可能な他の
単一モードファイバー及び装置を取り替えて使用するこ
とができる、ということが容易に認められよう。

第３図及び第４ａ　、４ｂ図の装置ではセラミック部材
１３は平らな小片として示して示されているが、第５ａ
〜５ｄ図は、そのほかの種々の好ましい構成を示す。

更に詳しく述べるならば、第５ａ図は上記の例において
使用したセラミック部材１３の構成を説明する。このセ
ラミック部材１３は、１３ａ、１３ｂの２つの部分から
なる部材であって、ファイバー３ａ、３ｂは、レーザー
ビーム１７がファイバー３ａ、３ｂ及び部材１３ｂに突
き当り、部材１３ｂが部材１３ａと共同してオーブンの
ような均一な加熱効果を生み出すように、部材１３ｂの
上方に間隔をあけて適当な位置に置かれる。これに代る
構成を、２つのレーザービーム１７ａ、１７ｂを使用す
るものを含めて、第５ｂ〜５ｄ図に示す。第５ｄ図は、
セラミック部材１３ａ、１３ｂのみを加熱してファイバ
ー３ａ　、３ｂを間接的に加熱することを企図するもの
である。

製造の過程で、融着及び延伸を行なう間に光に一方のフ
ァイバー中を透過させ、通常の光検出器により出力端で
おのおののファイバーについて出力を監視する。それに
応じて、結合器の製造中におけるファイバーの融着及び
伸びの度合は、ファイバー間に配分されるエネルギーの
要求量しだいである。出力端で測定して所望の配分量に
達したら、この作業を終了する。

最後に、本方法は２本のファイバーに関して説明してき
たけれども、３本、４本、そしてそれ以上のファイバー
をも使用して結合器を製造することも可能である。

前述の説明は、本発明による単一モードファイバー結合
器の好ましい形態の詳細を明らかにしている。変形した
もの及びこれに代る形態、並びに、当業者にとっては明
白であるような全ての変更及び修正であって、特許請求
の範囲の中に入るものは、ここに包含されるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による結合器の模式側面図である。 第２ａ〜２０図は、それぞれ第１図の結合器のＡＡ線、
ＢＢ線、ＣＣ線断面図である。 第３図は、本発明による一般的な結合器製造装置の模式
側面図である。 第４ａ　、４ｂ図は、本発明による結合器の製造法に含
まれる一連の工程を一般的に示す説明図である。 第５ａ〜５ｄ図は、本発明の方法において使用するセラ
ミック部材の構造の断面図である。 図中、１は結合器、３はファイバー、５は初期融着領域
、７はテーパ一部、９は融着区域、１３はセラミック部
材、１５はレーザー源である。 以下余白 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、　　１ ａ Ｊｔ） Ｆｉｇ、　　２ａ　　　　Ｆｉｇ、　　２ｂ　　　　Ｆ
ｉｇ、　　２０Ｆｉｇ、　　３ Ｆ＋ｃ、、　４ａ Ｆ３．４ｂ 、Ω　　　　　　　　　　　　　０ り　　　　　　　　　　　　り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２本の単一モードファイバーから、それ
   らを一緒に融着させて結合領域にして作られた光ファイ
   バー結合器において、当該結合領域が、その領域のおの
   おのの端から始まる第１の部分であって、ファイバーが
   一緒に融着され、そして次にテーパーを付けて細くされ
   て、予め決められた長さを有する、均一寸法の単位の結
   合区域となる第１の部分を含んでなる光ファイバー結合
   器。 ２、前記単位の結合区域の外径が約４０〜８０μｍであ
   る、特許請求の範囲第１項記載の結合器。 ３、前記単位の結合区域におけるコアの離隔が約１５〜
   ３０μｍである、特許請求の範囲第１項記載の結合器。 ４、前記単位の結合区域における前記ファイバーのコア
   の直径が約２〜６μｍである、特許請求の範囲第１項記
   載の結合器。 ５、前記単位の結合区域における前記ファイバーのコア
   の直径が約２〜６μｍである、特許請求の範囲第２項記
   載の結合器。 ６、少なくとも２本の単一モードファイバーから作られ
   る光ファイバー結合器を製造する方法であって、 少なくとも２本の単一モードファイバーの予め決められ
   た部分をそれらのクラッディングが接触するように適当
   な位置に置く工程、 レーザー源を使用して前記ファイバー及びそのファイバ
   ーに直ぐ近接したセラミック部材を加熱して、前記少な
   くとも２本のファイバーの前記予め決められた部分の直
   接加熱と間接加熱の両方を引き起こす工程、 前記セラミック部材を横切り且つこれに近接させた前記
   ファイバーの前記予め決められた部分又は前記レーザー
   源を、前記ファイバーの前記予め決められた部分を一緒
   に融着させて融着領域とするのに十分な速度で往復方向
   に動かして移動させる工程、並びに、 前記往復運動と加熱とを続けながら前記融着領域に軸方
   向の張力を適用して、前記融着領域をテーパーを付けて
   細くし、個々のファイバーから、それらのファイバーが
   融着して単位の領域となった予め決められた長さの、直
   径を小さくした融着領域を作る工程、 を含む方法。 ７、前記セラミック部材が２つの部分からなる部材であ
   って、第１の部分は横断面が円形で上部が開いており、
   もう１つの第２の部分は平らで、前記第１の部分の内側
   に位置していて、その中でファイバーの加熱の一部分が
   そのファイバーを取囲む実質的に全ての方向からの熱輻
   射によって行なわれる、特許請求の範囲第６項記載の方
   法。 ８、前記融着領域に適用される軸方向の張力が、ファイ
   バーの単位の領域を破壊せずに延伸させるのに十分であ
   る、特許請求の範囲第６項記載の方法。 ９、前記レーザー源の能力を制御して予め決められた値
   の範囲内にする、特許請求の範囲第６項記載の方法。