(57)【要約】本発明は複合光導波路ファイバーに関する。複合光導波路ファイバーは第１光導波路ファイバーを含む。第１光導波路ファイバーは第１直径及び第１熱膨張率を有する第１最外層を含む。複合光導波路ファイバーは、さらに第１光導波路ファイバーと接合した第２光導波路ファイバーを含む。第２光導波路ファイバーは第２直径及び第２最外層を含み、第２最外層は第２熱膨張率を有する。第１熱膨張率は第２熱膨張率よりも大きい。第１直径は第２直径よりも大きい。
2005504352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱膨張率；
第１直径；及び
第１端部を有する円筒型ガラス体と、
第２熱膨張率；
第２直径；及び
前記第１端部と溶融接合した第２端部を有する光導波路ファイバーとを有する光ファイバーデバイスであって、
前記第１直径は前記第２直径よりも大きく、
前記第１熱膨張率は前記第２熱膨張率よりも大きく、
前記円筒型ガラス体は前記光導波路ファイバーの少なくとも縦方向に伸びる端部と実質的に同軸である前記デバイス。
【請求項２】
第１直径及び第１熱膨張率を有する第１最外層を有する第１光導波路ファイバーと、
前記第１光導波路ファイバーと接合した第２光導波路ファイバーとを有する複合光導波路ファイバーであって、前記第２光導波路ファイバーは第２直径及び第２最外層を有し、前記第２最外層は第２熱膨張率を有し、
前記第１熱膨張率は前記第２熱膨張率よりも大きく、
前記第１直径は前記第２直径よりも大きい前記複合光導波路ファイバー。
【請求項３】
前記第２直径と前記第１直径との比が約0.95未満である、請求項２記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項４】
前記第２直径と前記第１直径との比が約0.90未満である、請求項２記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項５】
前記第２直径と前記第１直径との比が約0.80未満である、請求項２記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項６】
前記第２最外層がSiO2の層を有する、請求項２記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項７】
前記第１最外層が透明ガラスセラミックスの層を有する、請求項６記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項８】
第１最外層がアルカライドシリケート、ケイ酸アンチモン、ゲルマニウム酸アンチモン、酸化ビスマスベースガラス、ボロシリケート、アルミン酸カルシウム、フルオロジルカネート、フルオロアルミネート、フルオロガレート及びフルオロインデートを含むフッ化物ガラス、リンドープシリケート、ガリウムベース硫化物ガラス、ヒ素ベース硫化物ガラス及び酸化ゲルマニウムベース硫化物ガラスを含む硫化物ガラス、及びテルライトを含むガラスの群から選らばれるガラスの層を有する、請求項６記載の複合光導波路ファイバー。
【請求項１０】
第１熱膨張率を有する第１最外層；
第１直径；
第１光導波路コア領域；及び
第１端部を有する第１光導波路ファイバーと、
第２熱膨張率を有する第２最外層；
第２直径；
第２光導波路コア領域；及び
前記第１端部と溶融接合した第２端部を有する第２光導波路ファイバーとを有する低応力光導波路ファイバー結合体であって、
前記第１直径は前記第２直径よりも大きく、
前記第１熱膨張率は前記第２熱膨張率よりも大きく、
前記第１光導波路コア領域及び前記第２光導波路コア領域は互いに実質的に一直線に並んでいる前記低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１１】
前記第１熱膨張率が60×10-7/℃よりも大きい、請求項１０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１２】
前記第２熱膨張率が10×10-7/℃未満である、請求項１１記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１３】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との比が約6よりも大きい、請求項１０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１４】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との比が約30未満である、請求項１３記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１５】
前記第１直径と前記第２直径との比が約0.60よりも大きい、請求項１０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１６】
前記第１直径と前記第２直径との比が約0.99未満である、請求項１５記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１７】
前記第１直径と前記第２直径との比が約0.90未満である、請求項１５記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１８】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による溶融接合における残留応力が約118MPa未満である、請求項１０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項１９】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による融着における残留応力が約110MPa未満である、請求項１８記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項２０】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による融着における残留応力が約100MPa未満である、請求項１９記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項２１】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による融着における残留応力が約90MPa未満である、請求項２０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項２２】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による融着における残留応力が約80MPa未満である、請求項２１記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項２３】
前記第１熱膨張率と前記第２熱膨張率との差による融着における残留応力が約70MPa未満である、請求項２２記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【請求項２４】
前記第１熱膨張率が約70×10-7/℃であり、
前記第２熱膨張率が約6.4×10-7/℃であり、
前記第２直径と前記第１直径との比が約0.90未満である、請求項１０記載の低応力光導波路ファイバー結合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般には複合光導波路ファイバーに関し、特に異なる熱膨張率を有する円筒型ガラス体の融合接合（fusion splicing）に関する。
【０００２】
技術背景
光通信システムの技術的利点は、例えば光信号の増幅、分散補正及び利得平滑化等の多くの信号処理機構を提供できる特別な光導波路ファイバーの開発によってもたらされた。光通信システムに組み込むために、これらの特別のファイバーは、ファイバーピッグテールと、又は直接光導波路伝送ファイバーと接合されなければならない。これらの特別のファイバーは、例えばシリカ光導波路ファイバー（例えば、コーニング（ニューヨーク、米国）のコーニングインコーポレイテッド社から入手できるSMF-28（登録商標）シングルモード光導波路ファイバー）及びピッグテールファイバーとして使用される光導波路ファイバー等、しばしば伝送ファイバーの熱膨張特性と全く異なる熱膨張特性を生じる化学組成を有する。
【０００３】
しばしば、光通信システムにおけるこれらの特別のファイバーの配置は、特別のファイバーを伝送ファイバーと接合することを要求する。光導波路ファイバーを互いに接合することは、アーク溶融接合装置（electric arc fusion splicer）を用いてファイバーの端部を一緒に溶融接合することによって有利に達成される。社会通念は、ファイバーが同じ外径を有する場合、最も効果的な溶融接合が生じると考えた。特別のファイバーと伝送ファイバーとの熱膨張特性の相違は、2つのファイバーが同じ直径を有する場合、高残留応力のために弱い接合を生じ、従って、高い熱膨張の特別のファイバーと低い熱膨張の伝送ファイバーとの間の低残留応力接合が要求される。
【０００４】
発明の要約
本発明の一の局面は、第１熱膨張率、第１直径、及び第１端部を有する第１円筒型ガラス体を含む光ファイバーデバイスである。前記光ファイバーデバイスは、また光導波路ファイバーを含む。前記光導波路ファイバーは、第２熱膨張率、第２直径、及び前記第１端部と溶融接合した第２端部を有する。第１直径は第２直径よりも大きく、第１熱膨張率は第２熱膨張率よりも大きい。円筒型ガラス体は光導波路ファイバーの少なくとも縦方向に伸びる端部と実質的に同軸である。
【０００５】
別の実施態様において、本発明は複合光導波路ファイバーを含む。前記複合光導波路ファイバーは、第１直径及び第１熱膨張率を有する第１最外層を有する第１光導波路ファイバーを含む。前記複合光導波路ファイバーは、さらに第１光導波路ファイバーと接合した第２光導波路ファイバーを含む。第２光導波路ファイバーは第２直径及び第２最外層を有し、第２最外層は第２熱膨張率を有する。第１熱膨張率は第２熱膨張率よりも大きく、第１直径は第２直径よりも大きい。
【０００６】
別の実施態様において、本発明は低応力光導波路ファイバー結合体を含む。低応力光導波路ファイバー結合体は、第１最外層、第１直径、第１光導波路コア領域及び第１端部を有する第１光導波路ファイバーを含む。第１最外層は第１熱膨張率を有する。低応力光導波路ファイバー結合体は、さらに第２最外層、第２直径、第２光導波路コア領域及び第１端部と溶融接合した第２端部を有する第２光導波路ファイバーを含む。第２最外層は第２熱膨張率を有する。第１直径は前記第２直径よりも大きく、第１熱膨張率は第２熱膨張率よりも大きい。第１光導波路コア領域及び第２光導波路コア領域は互いに実質的に一直線に並んでいる。
【０００７】
本発明の1つの利点は、それが溶融接合した光導波路ファイバーの熱膨張率のミスマッチから生じる残留応力を低減することである。
【０００８】
本発明の別の特徴及び利点は以下の詳細な説明に記載され、一つには、その記載から当業者にとって明らかであり、又は以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面等の本件出願に記載される本発明を実施することによって理解される。
【０００９】
当然のことながら、前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は本発明の単なる実施態様であり、請求される本発明の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを与えることを目的とする。添付図面は本発明のさらなる理解を提供することを目的とし、この明細書に組み込まれ、この明細書の一部を構成する。図面は本発明の種々の実施態様を説明し、詳細な説明とともに本発明の原理及び作用を説明するのに役立つ。
【００１０】
好ましい実施態様の詳細な説明
本明細書において、参照は本発明の好ましい実施態様を詳細にし、その実施例は添付の図面に示される。可能ならいつでも、同じ参照番号は、図面全体を通して、同一又は同様の部分を参照するために使用される。本発明の光デバイスの実施態様は図１に示され、参照番号１０によって全体にわたって一般に表される。
【００１１】
本明細書で具体化され、図１に記載されるように、光デバイス１０は光導波路ファイバー１２、例えばコーニング（ニューヨーク、米国）のコーニングインコーポレイテッド社から入手できるSMF-28（登録商標）シグナルモード光導波路ファイバー等、及び円筒型ガラス体１４を含む。光導波路ファイバーは、円筒型ガラス体１４の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有する。光導波路ファイバー１２は端部１６を含む。端部１６は円筒型ガラス体１４の端部１８との溶融接合のために準備され、ガラス体のアーク溶融接合という当業者の知識の範囲内である従来の技術を使用する。同様に、円筒型ガラス体１４の端部１８は光導波路ファイバー１２の端部１６との溶融接合のために準備される。円筒型ガラス体１４の直径は光導波路ファイバー１２の直径よりも大きい。光導波路ファイバー１２の端部１６は、市販のアーク溶融接合装置、例えばエリクソンネットワークテクノロジーズＡＢ及びフルカワデンキ製の装置等を用いて円筒型ガラス体１４の端部１８と溶融接合される。
【００１２】
本発明の複合光導波路の実施態様は図２に示され、参照番号２０によって全体にわたって一般に表される。本明細書で具体化され、図２に記載されるように、複合光導波路ファイバー２０は第１光導波路ファイバー２２を含む。第１光導波路ファイバー２２はガラスから作られ、最外ガラス層２６に囲まれた第１光導波路コア領域２４を含む。第１光導波路ファイバー２２は、また第１端部２８を含む。最外ガラス層２６は第１熱膨張率を有する。第１光導波路ファイバー２２は、例えばアルカライドシリケート（alkalide silicates）、ケイ酸アンチモン（antimony silicates）、ゲルマニウム酸アンチモン（antimony germanates）、酸化ビスマスベースガラス、ホウケイ酸ガラス（borosilicates）、アルミン酸カルシウム、フルオロジルカネート（fluorozircanates）、フルオロアルミネート（fluoroaluminates）、フルオロガレート（fluorogallates）及びフルオロインデート（fluoroindates）を含むフッ化物ガラス、リンドープシリケート、ガリウムベース硫化物ガラス、ヒ素ベース硫化物ガラス及び酸化ゲルマニウムベース硫化物ガラスを含む硫化物ガラス、及びテルライトを含むガラスの群から選らばれる最外ガラス層２６を有する光導波路ファイバーであってもよい。あるいは、第１光ファイバー２２の最外層は透明ガラスセラミックス材料であってもよい。
【００１３】
ケイ酸アンチモンガラスの例としては、77％SiO2、2％Al2F6、及び21％Sb2O3のモル％の化学組成及び約66×10-7/℃の熱膨張率を有するものが挙げられる。アルミン酸カルシウムガラスの例としては、40％Al2O3、及び60％CaOのモル％の化学組成及び約90×10-7/℃の熱膨張率を有するものが挙げられる。テルライトガラスの例としては、75％TeO2、20％ZnO、及び5％NaOのモル％の化学組成及び約180×10-7/℃の熱膨張率を有するものが挙げられる。
【００１４】
複合光導波路ファイバー２０は、また第２光導波路ファイバー３０を含む。第２光導波路ファイバー３０はガラスから作られ、第２最外ガラス層３４で囲まれた第２光導波路コア領域３２を含む。第２光導波路ファイバー３０は、また第２端部３６を含む。第２光導波路ファイバー３０は第２熱膨張率を有する。第２熱膨張率は第１熱膨張率よりも小さい。第２光導波路ファイバー３０の最外層は、例えばシリカ（SiO2）ガラスの層であってもよい。
【００１５】
第１及び第２端部２８、３６は、例えば任意の保護被覆をはがすこと及び裂くこと等の従来の接合準備手順に従って準備される。光信号が第１及び第２光導波路コア領域２４、３２の界面３８を越えて伝播できるように第１及び第２光導波路コア領域２４、３２が互いに一直線に並ぶように、第１及び第２光導波路ファイバー２２、３０は互いに一直線に並ぶ。
【００１６】
第１及び第２光導波路ファイバー２２、３０は、例えばブレントウッド（テネシー、米国）のAmherst FiberOptics社製Ericsson FSU 995等のアーク溶融接合装置を用いて互いに溶融接合される。接合装置のセッティングは第１及び第２光導波路ファイバー２２、３０の直径及び組成に依存し、光ファイバーのアーク溶融接合の当業者によって容易に確かめられる。
【００１７】
図３は、45.6MPaのヤング率、0.182のポアソン比及び70×10-7/℃の熱膨張率を有する特別のファイバーと72.59MPaのヤング率、0.158のポアソン比及び6.4×10-7/℃の熱膨張率を有するシリカファイバーとの接合におけるファイバー直径の比とピーク応力との間の関係を示すグラフである。本発明に従って、特別のファイバーは、例えばシリカファイバーが125μmの直径を有し、特別のファイバーが178.6μmの直径を有する場合、0.7の直径比で大きな直径を有する。
【００１８】
本発明の意図及び範囲から離れることなしに本発明に種々の変更及び変化を加えてもよいことは当業者にとって明らかであろう。従って、本発明の変更及び変化が特許請求の範囲及びその均等の範囲内にある限り、本発明はそれらをカバーすることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施態様の側面図である。
【図２】本発明の別の実施態様の側面図である。
【図３】シリカファイバーと特別のファイバーとのファイバー直径比の関数としてピーク応力を示すグラフである。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2005504352.tif 000005
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2005504352.tif 000014
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2005504352.tif 000016
2005504352.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005504352.tif 000018
【国際調査報告】
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