(57)【要約】【課題】ＬＭＡファイバで形成されるファイバシステムに内在する高次モード信号を除去する方法を提供する。【解決手段】マルチモード光ファイバ部分に沿う高次モードの伝播を除去するモードフィルタが、好ましくは１／４ピッチ長さのグレーデッド屈折率（ＧＲＩＮ）レンズ、およびコアの小さなファイバ形態のピンホール要素からなる。この構成が光ファイバに沿って伝播する高次モードを除去し、光信号の基底モードを取り込むフーリエ空間フィルタ組立品を生成する。ＧＲＩＮファイバ部分は、実質的に光信号の軸上の基底モードのみを集めるためにＧＲＩＮファイバレンズの出力部に配されるコアの小さなファイバを有するレンズとして好適に使用される。高次モードはＧＲＩＮファイバレンズにより元の位置からずらされるので、基底モード信号だけがコアの小さなファイバによって取り込まれる。【選択図】図２
2010256905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基底モード、および少なくとも一つの高次モードを含むマルチモード入力信号で使用される光空間モードフィルタであって、モードフィルタが、
マルチモード入力信号を受け、光軸に沿って伝播する光信号の基底モードから少なくともひとつの高次モードを空間的に分離する半径方向の屈折率プロファイルを示すグレーデッド屈折率（ＧＲＩＮ）光レンズと、
前記ＧＲＩＮ光レンズに結合されたピンホール要素とを含み、前記ピンホール要素は、光軸と一直線に並ぶように配され、かつ、光軸に沿うマルチモード入力信号の実質的に基底モードだけをさらに伝播させるような寸法の開口を含む、光空間モードフィルタ。
【請求項２】
前記ＧＲＩＮ光レンズは、Ｌ＝π／（２ｇ）として定義される１／４ピッチ長さＬからなり、ｇはＧＲＩＮ光レンズの焦点パラメータである、請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項３】
前記フィルタは、前記ピンホール要素を出る伝播する基底モードの光信号のモード断面積を増大させる、前記ピンホール要素の出力部に結合された第二のＧＲＩＮ光レンズをさらに含む、請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項４】
ピンホール要素は第一のモード半径ｗ１である基底モードを支持するように構成され、入力マルチモード信号が第二のモード半径ｗ２である基底モードを含み、第一および第二のモード半径が以下の表現によって関係付けられ、
【数１】
2010256905.tif 000005
ここで、λは伝播する光信号の波長であり、ｎはＧＲＩＮ光レンズの屈折率であり、ｇはＧＲＩＮ光レンズの焦点パラメータである、請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項５】
焦点パラメータｇが以下のように前記ＧＲＩＮ光レンズの屈折率ｎの半径方向の分布と関連付けられ、
【数２】
2010256905.tif 000006
ここでｎ０は中心部光軸に沿う屈折率と関連付けられ、ｒは光要素部分の半径座標と関連付けられる、請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項６】
前記ＧＲＩＮ光レンズは、非ガウス基底モードを光信号を伝播するガウス出力基底モードに変換する屈折率プロファイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項７】
前記ピンホール要素がコアの小さなファイバからなる、請求項１に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項８】
コアの小さなシングルモードファイバが（ｗ１／ｗ２）２Ｌ２  に等しい最大長さＬ１を有し、Ｌ２はＧＲＩＮファイバレンズの入力部に結合された入力マルチモードファイバの長さであり、ｗ１はＧＲＩＮファイバレンズの入力部におけるマルチモード信号のビームのくびれであり、かつ、ｗ２はＧＲＩＮファイバレンズの出力部における光信号の基底モードのビームのくびれである、請求項７に記載の光空間モードフィルタ。
【請求項９】
大モード断面積光ファイバに沿って伝播する光信号から高次モードを除去する方法であって、前記方法が、
ａ）光軸に沿って伝播する基底モードから高次モードを空間的に分離するために、ＧＲＩＮ光レンズへの入力としてマルチモード光信号を加え、そして、
ｂ）ＧＲＩＮ光レンズの出力部において開口を光軸と一直線に合わせることを含み、前記開口は、光信号の実質的に基底モードだけをさらに開口を伝播することを可能にする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチモードファイバに沿って伝播する高次モード信号を除去するためのモードフィルタ、より具体的には高次モードの更なる伝播を阻止するためにピンホール要素部品と組み合わせたグレーデッド屈折率（ＧＲＩＮ）レンズのフーリエ変換特性の利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
大モード断面積（ＬＭＡ）ファイバは高出力レーザ、および増幅器などの光ファイバベースの要素部品の製造に広範に使用されている。一般的なファイバに関してはモード断面積の増加は、（非線形性に関連する）信号劣化の低減、増幅器における利得媒体との励起信号の重畳の増加、およびエネルギー蓄積容量の増加など、いくつかの利点をもたらす。しかし、これらのファイバのモード断面積の増加はファイバを「マルチモード」とする結果になり、その場合、ファイバの長さ方向に沿って不連続な、あるいは分布した散乱現象によって多重空間モードが励起される。これらの多重空間モードは基底信号モードと干渉し、ビームの質量中心位置を変化させ、合焦スポットの最小寸法（Ｍ２）を増加させる。したがって、ＬＭＡファイバで形成されるファイバシステムに内在する高次空間モードを除去することが望ましい。
【０００３】
高出力ファイバに関する今日の研究の多くは、基底モードだけを効果的にサポートするように複雑なＬＭＡファイバ構成を作り出すことに向けられている。ＬＭＡファイバの屈折率プロファイルおよび／あるいはドーパントのプロファイルは、ファイバが基底モードに対して特異な利得を、あるいは逆に高次モードに対して特異な損失を示すように設計される。以前にはコイル巻き、および／あるいは先細にしたＬＭＡファイバが高次モードを除去するために使用されていた。しかし、ＬＭＡファイバのきつい曲げはモードをファイバの軸からずらし、モード断面積を減少させ、一方、非線形性を増加させる。また、曲げは信号とファイバのドープしたコア領域との間の重なりの程度に影響を与え、したがって利得を減少させる。ファイバの先細部の長さは比較的長く（例えば、数センチメートル）、小さなモード断面積中を伝播することに起因する非線形性が増加する結果となり、かつ先細にしたファイバ部分は壊れやすく、特別な容器を要する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって本発明が解決しようとする課題は、ＬＭＡファイバで形成されるファイバシステムに内在する高次モード信号を除去する方法を提供することにより従来技術の不都合を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来技術に残る必要性が本発明により対処され、それは例えば「大モード断面積」−ＬＭＡ−ファイバなどのマルチモードファイバに沿って伝播する高次モード信号を除去するためのモードフィルタ、より具体的には高次モードの更なる伝播を阻止するためにピンホール要素部品と組み合わせたＧＲＩＮレンズのフーリエ変換特性の利用に関する。
【０００６】
ＧＲＩＮレンズはファイバベースの、あるいはバルクの光構成要素であってよい。ピンホール要素は光軸に沿って伝播する光信号部分だけを集めるために、ＧＲＩＮレンズの出力部に結合されたコアの小さなファイバからなることが好ましい。ＧＲＩＮレンズは高次モードを光軸から遠ざけるので、光信号の基底モードだけがコアの小さなファイバに結合される。本発明の空間モードフィルタの好ましい実施例においては、ファイバベースのＧＲＩＮレンズがコアの小さなファイバと組み合わせて使用され、マルチモード（ＬＭＡ）ファイバの終端に融着接合される「ファイバ内」モードフィルタを形成する。これは好ましい実施例であるが、同様のモード除去結果を得るためにバルクのＧＲＩＮレンズを用いるバルクの光構成が使われてもよい。
【０００７】
一実施例において、本発明のモードフィルタは、増幅された信号から不要な高次モードを除去するためにファイバ増幅器の利得媒体として使われるＬＭＡファイバの出力部に配される。
【０００８】
本発明の他の実施例は、マルチモードファイバに沿って伝播する光信号の周期的な「クリーニング」のためにマルチモード伝送ファイバに沿って直列に配される複数のモードフィルタを含む。マルチモードファイバベースの通信システムに沿う多数の空間モードフィルタの配置は一本のマルチモードファイバに沿う信号伝播の間に生成される不要な高次モード信号を周期的に除去するように機能する。
【０００９】
本発明によるファイバ内実施例の一つの利点は基底モードの損失レベルが低いことである。本発明の好ましい実施例においては、ＧＲＩＮレンズはマルチモード信号ファイバ（例えば、ＬＭＡファイバ）の出力部に直接的に融着接合される。ファイバ増幅器と組み合わせて使用されるとき、（例えば、反射器、モード変換器、および類似のものなど）他のいろいろな増幅器要素もファイバベースで、本発明のモードフィルタに直接的に結合されてもよく、光システム内の挿入損失のレベルをさらに低減する。
【００１０】
本発明の他の更なる観点、および実施例が以下の一連の議論、および付属する図面の参照によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】フーリエ空間モードフィルタリングの基本的な概念を示す図解である。
【図２】本発明により形成されるモードフィルタの例を示す。
【図３】ＧＲＩＮ光レンズのフーリエ変換特性を説明する電場強度のシミュレーションであって、図３（ａ）は基底ＬＰ０１モードに対応し、図３（ｂ）−（ｄ）は高次ＬＰ０ｘモードに対応する。
【図４】基底モードＬＰ０１および高次モードＬＰ０２の場の強度の変化の説明であって、ＧＲＩＮ光レンズの入力部（図４（ａ））、およびＧＲＩＮ光レンズの出力部（図４（ｂ））における強度プロファイルを示す。
【図５】基底モード、および多くの高次モードに対する半径座標の関数として所与の半径内に含まれるモードエネルギー部分のプロットである。
【図６】ＬＭＡファイバのいろいろなモードとコアの小さなコアのシングルモードファイバとの間の結合損失（ｄＢ）の計算値を示す。
【図７】本発明の他の実施例を示し、この場合、ビームのくびれをコアの小さなシングルモードファイバからＬＭＡファイバの第二の部分に対応するより大きなくびれへと再変換するために空間モードフィルタの出力部でＧＲＩＮモード変換器を利用する。
【図８】本発明による空間モードフィルタリングを用いる例示的な光ファイバ通信システムであって、通信ファイバに沿ってスペースを空けた構成で配される一連の四つの分離された空間モードフィルタを示す。
【図９】空間モードフィルタの出力部に配される波長選択型の反射要素を組み合わせたファイバベースの増幅器、あるいはレーザ構成での使用によく適合する本発明の他の実施例を図解する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
グレーデッド屈折率（ＧＲＩＮ）光要素のレンズ特性は当業者にはよく知られている。一般的にいえば、ＧＲＩＮ光要素は以下の関係により定義される半径方向の屈折率分布を有している。
【数１】
2010256905.tif 000003
ここで、ｎ０は光要素の中心軸に沿う屈折率として定義され、ｇは合焦パラメータとして定義され、かつｒは光要素の寸法を規定する半径座標である。ＧＲＩＮ光要素の（「１／４ピッチ」長さとして定義される）長さＬ＝π／（２ｇ）に渡る伝播についてＧＲＩＮ媒体の固有モードがフーリエ変換されることが示されている。こうしてＧＲＩＮ光要素に入射するいずれの電場も要素を経て１／４ピッチ長さＬを伝播するときにフーリエ変換される。
【００１３】
（ＧＲＩＮ要素の固有モードではない）くびれｗ１のガウスビームは１／４ピッチ長さのＧＲＩＮ要素を経て伝播する時にくびれｗ２の他のガウスビームにフーリエ変換される。第二の１／４ピッチＧＲＩＮ要素を経る伝播がビームのくびれをｗ１に変換しなおす。これらの周期的に発生するビームは以下の表現により関係付けられる。
【数２】
2010256905.tif 000004
過去においては、ＧＲＩＮ要素のこの特性が異なるモード断面積を有するファイバの間でのモードが適合した結合を達成するために使われていた。例えば、高出力ＬＭＡファイバレーザシステムという状況下では、ＧＲＩＮレンズはコアの小さなシングルモードファイバからの光をその後の増幅のためにＬＭＡファイバの基底モードに選択的に結合するために使われていた。
【００１４】
本発明により、ＧＲＩＮレンズのフーリエ変換特性がマルチモードファイバに沿って伝播する信号の所望の基底モードから高次モードを分離するフーリエ空間フィルタリングを行なうために目下使用される。例えば、本発明の空間モードフィルタは高次モードの更なる増幅を阻止するためにＬＭＡファイバ増幅器の終端面に結合されてもよく、あるいは伝播する通信信号に現れる高次モードを除去するために本発明によるいくつかのフィルタがマルチモード伝送ファイバに沿って周期的に配されてもよい。
【００１５】
図１は伝播する信号から高次モードを除去するためにフーリエ空間フィルタリングを用いることの基本的概念を図解している。いろいろな角度の波ベクトルでレンズ１に入射する光線がレンズ１の焦点面Ｆの特定の点に合焦され、これらの点はレンズ１の光軸ＯＡに関して対応する波ベクトルの角度に関連している。図示されるように、図１の波ベクトルＡのように光軸に平行な波ベクトルを有する光線は焦点面Ｆの光軸ＯＡ上の点に合焦する。図１の波ベクトルＢのように光軸ＯＡに平行でない波ベクトル成分を有する光線は焦点面Ｆの光軸ＯＡから離れて合焦する。焦点面の光軸からのずれは波ベクトルの大きな横方向成分を有する波についてより大きい。焦点面ＦにピンホールＰを置くことにより、所望の波ベクトルが伝送するように選択される。例えば、光軸ＯＡ上にピンホールＰを置くことにより、光軸ＯＡに平行に伝播する波ベクトルＡは（波ベクトルＢのような）他のすべての波ベクトルを篩い落として伝達される。
【００１６】
ファイバを伝播する光信号の基底モードはもっとも小さな横方向波ベクトル成分を示し、それに対して高次モードはより大きな横方向波ベクトル成分を有することが知られている。したがって、マルチモードファイバからのモードがレンズによって合焦されるとき、基底モードは焦点面の光軸上のほぼ中心部の小さな面積内に位置し、それに対して高次モードは光軸からずっと離れて合焦される。したがって、焦点面の光軸上に置かれるピンホールは基底モードのみを通し、伝送されるビームの高次モードを除去する。
【００１７】
図２は本発明の実施例により形成される例示的な空間モードフィルタ１０を図解している。この実施例において、モードフィルタ１０はコアの小さなファイバ１４部分に結合されたＧＲＩＮファイバ１２部分からなる。ＧＲＩＮファイバ１２はレンズとして機能し、必要なフーリエフィルタリングを行い、コアの小さなファイバ１４は空間的に分離された高次モードを阻止して基底モードの伝送のみを可能にするために必要とされるピンホール開口を備える。モードフィルタ１０はマルチモードファイバ部分１６と組み合わせて使用され、好ましくはマルチモードファイバ１６の終端面１７に直接融着接合される。マルチモードファイバ１６は標準のマルチモードファイバ、あるいは代わりに大モード断面積（ＬＭＡ）ファイバからなってよい。便宜上、これ以降ファイバ１６は、この記述が「マルチモードファイバ」も含むという理解のもとに「ＬＭＡファイバ」として参照される。上に議論された理由により、高次モードの連続した伝播が好ましくない用途が多くある。本発明により、モードフィルタ１０は図１の図解に要点を述べられたようなフーリエ空間フィルタリングを用いる信号経路から高次モードを遠ざけるように機能する。
【００１８】
図２において、ＬＭＡファイバ１６はくびれｗ１のガウスビームにより近似される基底モードを有し、それに対してコアの小さなファイバ１４はｗ２のガウスくびれを有する。上記で概略が述べられた式により、ＧＲＩＮファイバレンズ１２の長さは合焦パラメータｇがｗ１からｗ２へのビームくびれのモード変換を満足するように選択される。このことが基底モードをコアの小さなファイバ１４に結合するための損失が最小化されることを確実なものにする。図２に図解的に示されるように、ＬＭＡファイバ１６から出射された光が１／４ピッチ長さのＧＲＩＮファイバ１２を経て伝播する間にフーリエ変換される。図２に描かれる実施例は「１／４ピッチ」長ＧＲＩＮファイバを有する空間モードフィルタについて述べているが、本発明の範囲は、所望のフーリエ変換特性に依存するいろいろな長さのＧＲＩＮファイバを利用する空間モードフィルタを包含するということを普通の技術を持つ人は認識するであろう。一般に、フーリエ変換要素はいずれか適切な光構成部品−例えば、「バルク」（不連続）の光構成部品、あるいはファイバベースの構成部品の形を取ってよい。多くの実施例においては、結合損失のレベルが低いためにファイバベースの構成部品が好ましい。
【００１９】
したがって、基底ＬＰ０１モードはコアの小さなファイバ１４に低損失で結合されるが、高次モードのエネルギーは光軸から遠ざけられ、結果として高い結合損失を受ける。コアの小さなファイバ１４は「ピンホール」型の波ベクトルフィルタとして機能し、最も低い空間周波数だけを伝える。
【００２０】
本発明の空間フィルタに使用されるようなＧＲＩＮレンズのフーリエ変換特性を確認するシミュレーションが実施されている。関連するコアの小さなシングルモードファイバの基底モードとＧＲＩＮレンズの出力部で電場強度との既知の重なりと、これらの結果とを組み合わせることにより、モードフィルタリングの特性、および結合損失が計算される。
【００２１】
図３は本発明の空間フィルタ構成のＧＲＩＮレンズの出力面（つまり、「焦点面」）におけるいろいろなＬＰ０ｍモード（ｍ＝１、２、３、４）の電場強度の分布を図解している。上に議論されたように、これらのモードはＧＲＩＮレンズを経る伝播においてフーリエ変換される。期待されたように、図３（ａ）に示される基底ＬＰ０１モードは光軸の中心に置かれたガウス分布を保持している。それに対して、高次モードの電場強度は分布的になり、それぞれのモードのエネルギーの大部分は光軸を取り巻くリング内に見られる−そのリングの寸法はモードの次数の増加と共に増加する。図３（ｂ）はＬＰ０２モードの強度分布、図３（ｃ）はＬＰ０３モード、図３（ｄ）はＬＰ０４モードの強度分布を示す。
【００２２】
図４は例示的な１／４ピッチＧＲＩＮレンズの入力部、および出力部の両方における基底ＬＰ０１モード、および次に高いＬＰ０２モードの正規化された電場強度を示す。図４（ａ）のグラフはＧＲＩＮレンズへの入力部における電場強度のプロットであって、信号がＬＭＡファイバに沿って伝播するときに見られるモードエネルギーの重なりを示す。ＧＲＩＮレンズのフーリエ変換特性は図４（ｂ）のプロットにはっきり見えていて、基本的に基底モードに関わるエネルギーのすべてはＧＲＩＮレンズの中心部の光軸領域内に集中している。ＬＰ０２モードのフーリエ変換は光軸から空間的に離れた位置に（図４（ｂ）に「Ａ」として示される）ピークを形成する結果となり、このモードのエネルギーの大部分はこのピークの範囲内に存在する。この分布が同じくＬＰ０２モードに関わる図３（ｂ）の図形でも確認できる。
【００２３】
図５にプロットされたデータでさらに図３に描かれる電場強度の結果を確認でき、ここで図５は半径座標の関数として所与の半径内に含まれるモードエネルギー部分のプロットである。図示されるように、フーリエ変換された高次モードはコアの小さなシングルモードファイバのコア領域とは非常に少ない重なりを示す。図６はＬＭＡファイバのいろいろなモードとコアの小さなシングルモードファイバの基底モードとの間の計算された結合損失（ｄＢ）を示す。図示されるように、ＬＭＡファイバの基底ＬＰ０１モードは非常に少ない損失（約０．１５ｄＢ）でコアの小さいシングルモードファイバに結合され、それに対してすべての高次モードＬＰ０ｍは１５ｄＢを超える損失を受ける。（ＬＰ１２のようなＬＰｎｍモードは、ここでｎはゼロでない、対称という考えの故に軸対称形状での基底モードへの結合がゼロであることに注目のこと）。
【００２４】
信号の非線形歪みを抑制するためにＬＭＡファイバの使用を必要とする多くの用途がある。従来技術においては、コアの小さなファイバに沿って伝播するシングルモード信号を断熱的なモード保持方式で大面積ファイバに結合するためにＧＲＩＮファイバレンズが使用されているが、本発明のデバイスはＬＭＡファイバに沿って伝播するマルチモード信号を扱うために使用される。ピンホール要素はＧＲＩＮファイバレンズと組み合わせて所望の空間モードフィルタリングを備えるように機能する。ピンホール要素として使われるコアの小さなファイバの信号の非線形歪みを予防するために、可能なかぎりその長さを限定することが望ましい。実際に、このファイバの最大長さＬ１は以下の式より短い、あるいは等しい長さに限定されるべきである。
（ｗ１／ｗ２）２Ｌ２
ここでＬ２はＧＲＩＮレンズの前に置かれるＬＭＡファイバの長さ、ｗ１およびｗ２は上に定義されたビームのくびれである。このコアの小さなファイバの長さ制限が、コアの小さなファイバの非線形性はＬＭＡファイバの先行部分のそれよりも大きくないことを確かなものとする。
【００２５】
コアの小さなファイバの信号経路に沿うさらなる伝播が阻止されると、それ以降ＧＲＩＮファイバレンズの端部に存在する高次モード信号はコアの小さなファイバのクラッドモードとして伝播する。したがって、コアの小さなファイバの長さ制限は、これらのクラッドモードを除去し、それらがコアの小さなファイバの端部において現れないようにするために必要とされる最小長さの考慮によっても規定される。明らかに、この長さはそれぞれのシステム構成要素のいろいろなパラメータに依存する。実際、コアの小さなファイバのクラッドモードの除去は特別なファイバ設計、あるいはファイバ表面への高屈折率のゲル、あるいはポリマを塗布することによって強められる。これら、および他の手法がピンホール要素として使われるコアの小さなファイバの長さを低減するために本発明の構成と組み合わせて使われてよい。
【００２６】
さらに、コアの不完全さによりＬＭＡファイバに沿って伝播する基底モードが理想的なガウス形状とは本質的に異なるということが知られている。非ガウスビームを好ましいガウス形状に変換するために、ＧＲＩＮレンズの利用がビームの形を整えるということが従来技術から知られていて、ここでＧＲＩＮレンズのこの特定の形態は非放物線の半径方向屈折率プロファイルを含むより複雑な構成にも生じる。これらのより複雑なＧＲＩＮレンズは、非ガウス信号条件が存在する本発明の実施に用いられてよいということが理解されるべきである。
【００２７】
上に述べられたように、本発明の空間モードフィルタはファイバレーザ、およびＬＭＡファイバを採用する増幅システムでの使用に特によく適合している。本発明の空間モードフィルタを用いることの利点は、さもないと媒体中を伝播し続ける高次モードによって、レーザー媒体中に蓄えられているエネルギーが奪い去られることを防ぐということである。
【００２８】
図７に示される本発明の他の実施例はファイバ増幅システム内で空間モードフィルタを用いる例示的な構成を描いている。ファイバ増幅器部分全体の一部のみが示されているということが理解されるべきである。図７において、ＬＭＡファイバ２０の第一の部分は伝播する光信号Ｏを増幅する。ＬＭＡファイバ２０は伝播する光信号を増幅するために（例えば、エルビウム、あるいはイッテルビウムなどの）希土類ドーパントを含む。図２の空間モードフィルタ１０に類似する空間モードフィルタ３０が第一のＬＭＡファイバ部分２０の端面２２に結合される。モードフィルタ３０は（本発明の空間フィルタでピンホール要素として使用される）コアの小さなファイバ３４が続くＧＲＩＮレンズ３２（この例では光ファイバ部分からなり、これ以降「ＧＲＩＮファイバレンズ３２」として参照される）を含む。上記の実施例のように、ＧＲＩＮファイバレンズ３２は伝播する光信号をフーリエ変換し、伝播する高次モードをこれ以降コアの小さなファイバ３４に入ることを阻止されるように光軸から空間的にずらすように機能する。
【００２９】
増幅され、フィルタをかけられた信号をＬＭＡファイバの接続されている第二の部分２６に伝播するために、第二のＧＲＩＮファイバレンズ２４がコアの小さなファイバ３４の出力部終端面３６に結合され、それによって好ましい全ファイバ構成を保持する。この例において、ＧＲＩＮファイバレンズ２４は、ＬＭＡファイバ２６の第二の部分の基底モードに適合させるために（つまり、ビームのくびれをｗ２から元のモード寸法ｗ１に戻すように変換する）コアの小さなファイバ３４によって基底モード出力部のスポットの寸法を増加させるようにモード変換器として機能する。ＬＭＡファイバ２６の第二の部分は第二のＧＲＩＮファイバレンズ２４の終端面２５に直接的に結合することができる。
【００３０】
さらに本発明の他の実施例において、図７の構成が伝送ファイバシステムなどマルチモードファイバの多くの部分に沿って繰り返されてよく、その場合、モード整合させるために、第二のＧＲＩＮレンズがそれぞれの空間モードフィルタ部分の出力部に付け加えられる。実際、伝播する光信号の不要な高次モードを周期的にフィルタを通して落とすために第一のＧＲＩＮレンズ／コアの小さなファイバ／第二のＧＲＩＮレンズという繰返し構成がマルチモード伝送ファイバに沿う異なった位置に配される。
【００３１】
多数の空間モードフィルタを用いる一つの構成が図８に示されている。図示のように、本発明により形成される複数の空間モードフィルタ４０−１、４０−２、４０−３、および４０−４の構成がマルチモードファイバ５０部分の間に配され、それぞれのモードフィルタは第一のＧＲＩＮレンズ４２−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）、およびコアの小さなファイバ４４−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）からなる。モード変換器４６−ｉ（ｉ＝１、２、３、４）、好ましくは第二のＧＲＩＮレンズ、が、コアの小さなシングルモードファイバから出てフィルタを通された出力信号のモードを、それに続くマルチモードファイバ５０のモードに適合させるためにそれぞれの空間モードフィルタと組み合わせて使われる。
【００３２】
図９は、ファイバレーザ／増幅システムでの使用に特によく適合する本発明の空間モードフィルタの他の実施例を示す。この場合、反射要素６０が空間モードフィルタ７０の出力部に結合され、上に述べられたように、空間モードフィルタがＧＲＩＮファイバレンズ７２、およびコアの小さなシングルモードファイバ７４を含む。伝播する光信号を増幅するために希土類ドーパントを添加したＬＭＡファイバ８０部分が空間モードフィルタ７０の入力部に結合される。反射要素６０は、例えば、伝播する増幅された信号の波長を反射させるように選択されるグレーティングの周期で光ファイバ内に書き込まれるグレーティング構造の形をとることが出来る。
【００３３】
反射要素６０に到達すると、基底モードの信号は方向が反転し、再びコアの小さなシングルモードファイバ７４、および（図８の矢印で示される）ＧＲＩＮファイバレンズ７２を経て進み、ＬＭＡファイバ８０に再び入る。ＧＲＩＮレンズファイバ７２のモード変換特性の双方向特性により、反射信号のスポットの寸法は本質的にＬＭＡファイバ８０のモード寸法に適合するように拡大される。反射した大モード断面積信号が図９の点線により示される。
【００３４】
本発明は現時点で好ましい実施例に関して説明されているが、そのような開示は限定されるものとして解釈されるものではないということが理解されるべきである。いろいろな変形、および修正が上記の開示を読んだ後、当業者には疑いもなく明らかになるであろう。したがって、付属する請求の範囲はすべてのそのような変形が本発明の真の精神、および範囲内に入るものであると理解されるとして意図されている。
【符号の説明】
【００３５】
１０、３０、４０、７０        空間モードフィルタ
２０、８０                    ＬＭＡファイバ
２２                          ＬＭＡファイバの終端面
２４                          第二のＧＲＩＮファイバレンズ
２５                          第二のＧＲＩＮファイバレンズの終端面
２６                          ＬＭＡファイバの第二の部分
３２、７２                    ＧＲＩＮレンズ
３４                          コアの小さなファイバ
３６                          コアの小さなファイバの終端面
４２                          第一のＧＲＩＮレンズ
４６                          モード変換器
５０                          マルチモードファイバ
６０                          反射要素
７４                          コアの小さなシングルモードファイバ
【図１】
2010256905.tif 000007
【図２】
2010256905.tif 000008
【図４】
2010256905.tif 000009
【図５】
2010256905.tif 000010
【図６】
2010256905.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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