(57)【要約】マルチファイバ光学コリメータが、光信号を伝送する複数の光ファイバ（３０２、３０４）、第１レンズ（３２０）及びビームエキスパンダ（３４０）を有する。第１レンズ（３２０）は、第１及び第２面及び第１焦点距離を有する。該レンズの該第１面は、該光ファイバの第１端から該第１焦点距離にほぼ等しい位置にある。ビームエキスパンダ（３４０）は第１及び第２面を有し、該ビームエキスパンダの該第１面は第１レンズ（３２０）の該第２面と向かい合うように位置決めされる。ビームエキスパンダ（３４０）の該第２面は、該光ファイバによって伝送される該光信号に関連するコリメートビームを供給する。
2005524097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する複数の光ファイバと、
第１及び第２面及び第１焦点距離を有し、前記第１面が前記光ファイバの第１端からほぼ前記第１焦点距離に位置する第１レンズと、
第１及び第２面を有するビームエキスパンダであり、その前記第１面が前記第１レンズの前記第２面に向かい合う位置にあり、前記ビームエキスパンダの前記第２面が前記光ファイバによって伝送される前記光信号に関連するコリメートビームを供給するビームエキスパンダと、
からなることを特徴とするマルチファイバ光学コリメータ。
【請求項２】
前記ビームエキスパンダが、
第１及び第２面及び第２焦点距離を有し、前記第１面が前記第１レンズの前記第２面と向かい合う位置にある第２レンズと、
第１及び第２面及び第３焦点距離を有し、前記第１面が前記第２レンズの前記第２面からほぼ前記第２及び第３焦点距離の和にほぼ等しい距離に位置する第３レンズと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のコリメータ。
【請求項３】
前記第２焦点距離が約１．８８ｍｍであり、前記第３焦点距離が約１２．８ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のコリメータ。
【請求項４】
コリメータの作動距離が約１００ｍｍであり、前記コリメータの射出瞳ビーム胴体半径が約１．２５ｍｍであり、射出瞳ビーム分離が約０．５４度であることを特徴とする請求項３に記載のコリメータ。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３レンズが、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ及びマンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項２に記載のコリメータ。
【請求項６】
前記第２レンズの前記第１面が前記第１レンズの前記第２面から前記第１焦点距離にほぼ等しい位置に位置することを特徴とする請求項２に記載のコリメータ。
【請求項７】
前記ビームエキスパンダは単一集積レンズであり、前記集積レンズは第１半径を有する第１面と第２半径を有する第２面を有することを特徴とする請求項１に記載のコリメータ。
【請求項８】
傾斜した第１切子面を有する第１光ファイバ及び傾斜した第２切子面を有する第２光ファイバであって、光信号を伝送するようになっている第１及び第２光ファイバと、
前記第１光ファイバを収容し保持する第１集積ファイバ孔を有する第１Ｄ字型フェルールと、
前記第２光ファイバを収容し保持する第２集積ファイバ孔を有する第１Ｄ字型フェルールと、
第１及び第２面及び第１焦点距離を有し、前記第１面が前記光ファイバの第１端からほぼ第１焦点距離の位置にある第１レンズと、
前記第１及び前記第２Ｄ字型フェルール及び前記第１レンズを収容し保持するように形作られたハウジングと、
からなることを特徴とする２重ファイバ光コリメータ。
【請求項９】
前記傾斜した第２切子面が前記第１切子面に対向していることを特徴とする請求項８に記載のコリメータ。
【請求項１０】
前記第１レンズが、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ、及び、マンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項８に記載のコリメータ。
【請求項１１】
傾斜した第１切子面を有する第１光ファイバ及び傾斜した第２切子面を有する第２光ファイバを供給するステップと、
前記第２光ファイバを収容し保持する第２集積ファイバ孔を有する第２Ｄ字型フェルールを供給するステップと、
第１及び第１面及び第１焦点距離を有し、前記第１面が前記光ファイバの第１端から前記第１焦点距離とほぼ等しい位置にある第１レンズを供給するステップと、
前記第１及び前記第２Ｄ字型フェルール及び前記第１レンズを収容し保持するハウジングを供給するステップと、
からなることを特徴とする二重ファイバ光学コリメータの製造方法。
【請求項１２】
前記傾斜した第２切子面が前記傾斜した第１切子面と対向していることを特徴とする請求項１１に記載のコリメータ。
【請求項１３】
前記第１、前記第２及び前記第３レンズが、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ及びマンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項１１に記載のコリメータ。
【請求項１４】
少なくとも１つの入力光ファイバ、出力ファイバ及び共通の光ファイバを有し、それぞれの前記入力光ファイバが光信号を伝送するのに適する複数のサーキュレータと、
伸縮コリメータであって、
前記共通光ファイバの１つと互いに結合する複数のコリメータ入力光ファイバと、
第１及び第２面及び第１焦点距離を有し、前記第１面が前記コリメータ入力ファイバの第１端から前記第１焦点距離にほぼ等しい位置に位置する第１レンズと、
第１及び第２面を有し、前記第１面が前記第２面と向かい合う位置にあり、前記第２面が前記入力光ファイバによって伝送される前記光信号に関連するコリメートビームを供給するビームエキスパンダと、
を有する伸縮コリメータと、
前期コリメートビームを受信し、互いに実質的に直角である偏光ビームレット対に前期コリメートビームを分離する偏光ビーム分離器と、
前期偏光ビーム分離器によって供給される偏光ビームレット対の１つの偏光を回転する偏光回転子と、
伝送方向がビームレット波長に依存する複数のビームレットのセットを供給する分散素子と、
複数のビームレットのセットを受信し方向付ける集束レンズと、
集束レンズによって個々の画素に焦点を合わせられた前記ビームレットの少なくとも一部を反射する反射空間光変調器（ＳＬＭ）と、
からなることを特徴とするダイナミックスペクトルイコライザ（ＤＳＥ）。
【請求項１５】
前記ビームエキスパンダが、
第１及び第２面及び第２焦点距離を有し、第１面が前記第１レンズ前記第２面と向かい合う位置にある第２レンズと、
第１及び第２面及び第３焦点距離を有し、前記第１面が前記第２レンズの前記第２面からほぼ前記第２及び第３焦点距離の和の距離に位置する第３レンズと、
を有することを特徴とする請求項１４に記載のＤＳＥ。
【請求項１６】
前記第２焦点距離が、約１．８８ｍｍで、前記第３焦点距離が約１２．８ｍｍであることを特徴とする請求項１５に記載のＤＳＥ。
【請求項１７】
前記コリメータの作動距離が約１００ｍｍで、前記コリメータの射出瞳ビーム胴体半径が約１．２５ｍｍであり、射出瞳ビーム分離が約０．５４度であることを特徴とする請求項１６に記載のＤＳＥ。
【請求項１８】
前記第１、第２及び第３レンズが球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ及びマンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項１５に記載のＤＳＥ。
【請求項１９】
前記第２レンズの前記第１面が前記第１レンズの前記第２面からほぼ前記第１焦点距離に位置することを特徴とする請求項１５に記載のＤＳＥ。
【請求項２０】
前記ビームエキスパンダは第１半径を有する第１面及び第２半径を有する第２面を有する単一集積レンズユニットであることを特徴とする請求項１４に記載のＤＳＥ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年４月２３日に出願された米国特許仮出願第６０／３７４，９４２号の利益を請求し、かつ当該仮出願の開示内容の全てを組み入れている。
【０００２】
本発明は、コリメータに関し、特に伸縮コリメータ及び伸縮コリメータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光学システムを組み立てるとき、構成コストを最小にするために同じ主要光学プラットホームに結合された多重入出力を使用することはしばしば有利である。多くの応用技術では、これは二重又はマルチファイバコリメータを信号入出力素子として使用することによって達成され得る。図１を参照すると、マルチビームコリメータ１００が多重ファイバ１０２、１０４及び１０６からなり、それぞれの切子面１０２Ａ、１０４Ａ及び１０６Ａが、コリメートレンズ１０８からほぼ１つの焦点距離「ｆ」の位置にある。
【０００４】
コリメータ１００において、射出瞳１１０即ちコリメートビームが共通又はほぼ共通の物理的開口部を共有する位置がコリメートレンズ１０８からほぼ１つの焦点距離の位置にある。多くのタイプの光学システムにおいて、コリメータ１００の射出瞳１１０が信号カップリングを最大にする関連した光学システムの射出瞳と共に位置することが望まれる。このようなマルチビームコリメータの作動距離（ＷＤ）が、コリメートレンズから射出瞳までの距離として定義され得る。従来のマルチビームコリメータの主な不利な点は、該ＷＤが該コリメータが作り出すビームの大きさと強く相関することである。従って、長いＷＤを伴う従来のマルチビームコリメータが大きいビームを供給し、信号カップリングが悪影響を及ぼし得るという事実の故に、多くの光学システムが次善の設計に帰結する。
【０００５】
比較的長い作動距離を提供しつつ、光学システムの部品の信号カップリングを最大にすべく設計されるマルチファイバ光学コリメータが必要である。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の１つの実施例は、光信号を伝送する複数の光ファイバ、第１レンズ及びビームエキスパンダを有するマルチファイバ光学コリメータである。該第１レンズは第１及び第２面及び第１焦点距離を有する。該第１レンズの第１面が該光ファイバの第１端から該第１焦点距離の位置にある。該ビームエキスパンダは第１及び第２面を有し、該ビームエキスパンダの第１面は第１レンズの第２面と向かい合う位置にある。該ビームエキスパンダの第２面は光ファイバによって伝送される該光信号と関連したコリメートビームを供給する。
【０００７】
発明の更なる特徴や発明の利点が以下の詳細な説明で明らかにされる。かかる特徴や利点は、明細書本文から当業者にとって明らかであり、特許請求の範囲及び添付図面を伴う明細書に記載される本発明を実施することによって認識される。
【０００８】
前記記載が単なる本発明の例示であって、特許請求の範囲によって定義される如く発明の特性の理解の概観を提供するように意図されていることが理解されるはずである。添付図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を形成する。当該図面は本発明の様々な特徴及び実施例を説明し、それらの記載と共に、発明の主要部及び動作を説明する役目を担う。
【実施例】
【０００９】
小さい適度なビーム胴体部と長い作動距離（ＷＤ）でマルチコリメートビームを引き起こすコリメータが多くのタイプのデバイスのために入力部品として大いに所望される。伸縮コリメータは特に入出力素子としてテレセントリック光学設計を利用するシステムに有用である。図２は、レンズ２０２の前で１つの焦点距離「ｆ」の位置にあるテレセントリックストップ２０４及びレンズ２０２の後ろで１つの焦点距離「ｆ」の位置に形成される像面２０６を有するコリメートレンズ２０２を含む典型的なテレセントリック光学システム２００の全体図を示す。テレセントリック光学システムは焦点面の像高が実効焦点距離（ＥＦＬ）×集束レンズでの入射角と実質的に等価であり、集束主要光線が互いに平行であるという基本的な特性を有する。伸縮コリメータがテレセントリック光学システムで使用されるとき、光が像面２０６から独立にそれぞれの入力ファイバへ高い結合効率で逆反射され得る。すなわち、伸縮コリメータのそれぞれのファイバが独立光経路の入出力として振る舞う。この光学構成は広範囲の用途で有用である。伸縮コリメータが非テレセントリック光学システムで使用され得ることも理解されるべきである。このようなシステムにおいて、ファイバが対でお互いに結合する如く光学機器を設計することは、しばしば有利である。この構成において、それぞれの入力ファイバは、光学的に結合されその出力ファイバとして振る舞うファイバを有する。
【００１０】
伸縮コリメータが所望の構成要素である特別のデバイスには、例えば、一体化したダイナミックスペクラムイコライザ（ＤＳＥ）、一体化した波長選択スイッチ（ＷＳＳ）、一体化したダイナミック利得平坦化フィルタ（ＤＧＦＦ）、マルチポート波長選択スイッチ（ＭＷＳＳ）及び波長選択クロスコネクト（ＷＳＸＣ）が含まれる。一般に、ここに記載される「伸縮コリメータ」は、従来のコリメータよりもより柔軟に制御される作動距離（ＷＤ）及びビームサイズを可能にする。
【００１１】
多くの光学システムにおいて、ダイナミックスペクトラムイコライザ（ＤＳＥ）は、別々の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）を使用せずに光ファイバで伝送される個々の波長にアクセスして変調する能力を提供することによって光学ネットワーク装置に貴重な機能性を提供する。１つ以上のＤＳＥが単一ノードにおいてしばしば使用され、ＤＳＥ内部構成部品が相当なコストを有するので、それらが多くの内部光学構成部品を共有することができる方法で多数のＤＳＥを一体化することが可能であることは重大な価値がある。本発明の実施例によれば、多重経路ＤＳＥが、本発明によって組み立てられる伸縮コリメータを実現する。
【００１２】
図３は、伸縮コリメータ３００の例を示しており、これは複数の光ファイバ３０２、３０４及び３０６並びに焦点距離ｆ0を有する第１レンズ３１０を含み、前記第１レンズ３１０は光ファイバ３０２乃至３０６の切子面からほぼ１焦点距離に位置する。焦点距離ｆ1を有する第２レンズ３２０が第１レンズ３１０からほぼｆ0の距離に位置し、焦点距離ｆ2を有する第３レンズ３３０が第２レンズ３２０からほぼ（ｆ1＋ｆ2）の距離に位置する。コリメータ３００は図３で図示される如く、３つの光ファイバ３０２乃至３０６を有するものの、これより多いか又は少ない光ファイバが、本発明によって組み立てられる伸縮コリメータにおいて用いられ得ることは理解されるべきである。
【００１３】
図３に図示されるように、本発明によるコリメータの基本設計は、従来のマルチビームコリメータ３１２と２つのレンズ望遠鏡すなわちビームエキスパンダ３４０を有する。微小角近似を使用して、射出瞳３５０でのコリメートビームのビーム胴体（Ｗc）は、Ｗc＝Ｍ×Ｗ0＝（ｆ2／ｆ1）×Ｗ0によって与えられる。ここで、Ｗ0は第１レンズ３１０のビーム胴体、Ｍはレンズ３２０及び３３０による拡大率、×印はかけ算演算子である。作動距離ＺpはＺp＝（ｆ2＋ｆ1）×Ｍによって与えられる。ここで、第２レンズ３２０（焦点距離がｆ1である）が第１レンズ３１０の前の焦点面にある、即ち、第１レンズ３１０と第２レンズ３２０との間の距離がｆ0である。第１レンズ３１０からｆ0以外の距離に第２レンズ３２０を配置する設計は、作動距離Ｚpを求めるために異なる等式を必要とすることが理解されるべきである。射出瞳でのビームの角度分離θcがθc＝Δｙ／（Ｍ×ｆ0）によって与えられる。実際上、ビーム胴体半径１８４μｍ及びΔｙ＝１２５μｍを有するマルチビームコリメータが入手可能であり、約１．２５ｍｍのＷcを有する約１００ｍｍの作動距離が広範囲の光学デバイスに有用な入力ビーム特性を提供する。これらの制約の下で、焦点距離ｆ1が１．８８ｍｍである第２レンズ３２０及び焦点距離ｆ2が１２．８ｍｍである第３レンズ３３０がθcが０．５４度の所望の出力ビーム特性を可能にする。これは、魅力的な特性及び長い作動距離を有する出力ビームを提供する比較的小さいコリメータをもたらす。
【００１４】
これらの基準を使用すると、広範囲の用途に適合したカスタムコリメータ設計の開発が可能である。第１レンズ３１０の出力ビームが高い精度でコリメートされることがこの基本設計の必要条件ではないことは理解されるべきである。また、第１レンズからほぼｆ0の距離に第２レンズ３２０を配置することがこの基本設計の必要条件ではないことは同じく理解されるべきである。さらに、多様な集束素子が、第１レンズ３１０、第２レンズ３２０及び第３レンズ３３０の機能をなし得る。このような集束素子として、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（Ｇｒａｄｉｕｍ）レンズ及び（Ｍａｎｇａｎ）ミラー等が挙げられる。この設計すなわち装置は、多様な用途のために性能を最適化するために、柔軟でありかつ多くの自由度を有する。二重ファイバの伸縮コリメータがこの手法を使用して製造される一方で、この設計は３以上の入力ビームを必要とする用途に特に有用である。微小角近似が不適当であるとき、上記した等式の変更を必要とすることは理解されるべきである。
【００１５】
図３で示される装置で使用される同じ基本原理は、より少ない部品を有する伸縮コリメータを設計するために使用され得る。このような実施例は、図４に示される。図４に示される２素子伸縮コリメータ４００は、従来のマルチビームコリメータ４６０及び半径ｒ1を有する第１表面４５２及び半径ｒ2を有する第２表面４５４を有する単レンズ素子４５０を有する。第１表面４５２は、従来のマルチビームコリメータ４６０のほぼ射出瞳４３０に位置する。コリメータ４６０からのコリメートビームは単レンズ素子４５０内で中間焦点を通る。図３の実施例で記載される同じ原理を使用すると、当業者が広範囲の用途に合う伸縮コリメータを設計し得る。いくつかの用途においては、この実施例は、図３の実施例によって提供されるものより優れた結果を提供し得る。
【００１６】
図５は他の２素子伸縮コリメータ５００の概略図を示す。示されるように、コリメータ５００は第１レンズ５２０としてＧＲＩＮレンズ、第２レンズ５３０としてモールドされた非球面レンズを使用している。１対の光ファイバ５０２及び５０４が、フェルール５５０内に、維持される。フェルール５５０は、第１ハウジング５６０内にレンズ５２０に対して位置決めされている。第２レンズ５２０と第１ハウジング５６０との関係は、ハウジング５４０内で固定されている。他のタイプの集束素子、例えば、グラディウムレンズ、球面レンズ及び球面鏡もこの実施例で使用され得ることは理解されるべきである。この設計、図３の実施例の一般原理及びゼマックス（Ｚｅｍａｘ）又はコードＶ（ＣｏｄｅＶ）の如き標準光学設計ソフトウェアを使用して、当業者が広範囲の用途に合う伸縮コリメータを設計し得る。図４に示される設計すなわち装置と比較してこの装置の利点は、構成部品の単純化である。
【００１７】
図６は、単レンズ６２０及びフェルール６４０内で維持される複数の入力ファイバ６０２及び６０４を含む伸縮コリメータ６００の概略図である。これらは、順に円筒状のハウジング６５０内に維持される。図４及び５に示される設計の如く、この実施例は図３に示される実施例よりもより少ない設計自由度を有するが、二重ファイバ伸縮コリメータのための魅力的な解決策を提供する。図は非球面レンズを示すが、この手法において、他の収束素子、例えば、球面レンズ、球面鏡、非球面鏡及びグリン（ＧＲＩＮ）レンズも使用され得る。
【００１８】
図３の実施例に記載される同じ基本原理を使用すると、出力コリメートビームのビーム胴体は光ファイバ６０２及び６０４のモードフィールド半径とレンズ６２０の焦点距離の関数である。出力ビームの相対的な角度はファイバ６０２及び６０４の間隔及びレンズ６２０の焦点距離の関数であり、作動距離（ＷＤ）はファイバ６０２及び６０４の切子面角度、レンズ６２０の焦点距離及びファイバ６０２及び６０４の間隔の関数である。１つの実施例において、ファイバ６０２及び６０４の切子面角度は同じ大きさで互いに非平行になされている（図７参照）。
【００１９】
図６に示される実施例は、約１２．５ｍｍの実効焦点距離（ＥＦＬ）を有する非球面レンズ（例えば、米国カリフォルニア、サンノゼ、メトロドライブ１０１の保谷コーポレーションＵＳＡ社から入手可能な部品番号Ａ１３５）及び２００μｍ間隔で８度の切子面角度で研磨されて１列に並べられた２つの光ファイバを用いて実施され得る。
【００２０】
本発明の他の実施例によって、二重ファイバ伸縮コリメータの製造方法が開示される。この製造方法においては素子規格によって基本的パラメータのほとんどを調整して多くの構成部品が調整なしに組み立てられることを可能にし、複雑な調整を１つの自由度、即ち、ファイバ対のｚ軸調整に減らすのである。
【００２１】
図７及び８は二重ファイバ伸縮コリメータとその内部の光ファイバの向きを示す図である。このコリメータの製造の際に、次のパラメータが制御される。
【００２２】
Ｚ：レンズからの光ファイバ対の光軸に沿う距離
ΔＺ：光軸方向に沿う２つのファイバの相対距離。これはほぼ０にまで最小化されるべきである。
【００２３】
ΔＹ：光軸に対して直角な平面内のファイバ間の相対距離
θ1、θ2：ファイバの切子面角度
α、β：光軸に対して直角な平面に対する名目上のファイバ平面の角度
Ｘ0、Ｙ0：光軸に対する光ファイバ対の中央点の位置
γ：光ファイバ対の切子面間の相対角度
本発明の実施例によれば、Ｚを除く上記したパラメータの全ては、構成部品の製造許容誤差によって維持される。
【００２４】
図８が２つのＤ字型フェルール６４０を含む組立の概略図を示す。光ファイバ６０２及び６０４がフェルール６４０として組み合わされる。ファイバとフェルールは、所望の切子面角度θ1及びθ2に研磨される。これらの角度は、フェルール６４０の平らな端面に対して制御される。組立の際に、２つのフェルールの平坦端面が互いに整合されて、ΔＹがフェルール６４０の製造許容誤差を通じて制御され、γが研磨処理の際に維持される該許容誤差によって最小にされかつ制限される。この整合は、直接の接触によって、制御されたボンド厚、スペーサ又は他の整合手段であり得る。根本的には、フェルール対６４０及びレンズ６２０は、円筒形のハウジング６５０内に組み立てられ、Ｘ0、Ｙ0、α及びβがファイバフェルール６４０の外径φ3及びφ1及びフェルール６４０内のファイバ６０２及び６０４の位置によって制御される（図６参照）。更に、２つのＤ字型フェルール６４０の相対位置が、（例えば、ボンディングを通じて）固定されると、ΔＺは平面に向かう整合によって、あるいはその代わりに高い倍率の顕微鏡で共焦点の中に両方のファイバを持ってくることによって、確立され得る。この整合はハウジング６５０の中にフェルール６４０の挿入の前若しくは後に行われ得ることが認識される。
【００２５】
上記したステップを通じて、二重ファイバ伸縮コリメータの「Ｚ」を除く、基本的調整パラメータの全てが、製造許容誤差を通じて制御可能であり、アセンブリがフィードバックを必要としない工程によって達成され得る。しかしながら、ある特定の条件下で、パラメータ「Ｚ」を確立するためのフェルール対の位置決めは、光学フィードバックによる調整によって達成される。およその寸法も、間隔ΔＹで細管内に固定されるファイバを伴うモノリシック円筒二重ファイバフェルールにある切子面角度θ1及びθ2の研削及び研磨によって得られることは認識されるべきである。
【００２６】
図９が、（２つのフェルール６４０を含む）フェルール対９０４の最終調整のためのフィードバックシステム９００の光学的構成を示す。この実施例において、ファイバ６０２が光源６２０に接続し、ファイバ６０４が光検出器９２２に接続している。フェルール対９０４は、検出器９２２に入射するパワーが最大になるまでコリメータハウジング６５０に対して出し入れされる。この点で「Ｚ」が最適化され、レンズ６２０に対するフェルール対９０４の位置がここに固定される。これは、例えば、ハウジング６５０にフェルール対９０４をボンディング、溶接又は機械的締結によって、達成され得る。
【００２７】
ある用途においては、製造許容誤差が十分低いΔＺ値を保証するには不十分であり得る。これは、テレセントリック光学システムにおいて使用される二重ファイバ伸縮コリメータについてしばしば起こる。この場合、それぞれのファイバ６０２及び６０４のＺ位置はコリメータハウジング６５０の中で組立の後に調整され得る。この場合、フェルール対９０４がファイバ６０２と６０４との間の最大カップリングが達成されるまで動かされる。次いで、鏡９１０が、ファイバ６０２の最大カップリングが達成されるまで、傾けられる。次いでファイバ６０２が、そのカップリングが最大になるまで、ファイバ６０４とは独立に動かされる。次いで、鏡９１０がファイバ６０４について最大カップリングが達成されるまで傾けられる。次いで、ファイバ６０４が最大カップリングが得られるまでファイバ６０２とは独立に動かされる。鏡９１０が、ファイバ６０２と６０４との間の高カップリングがすでに達成されていることを実証べく名目上の位置に戻される。これは、テレセントリック光学システムにおける使用のための二重ファイバ伸縮コリメータにとってほぼ最適な調整をもたらす。鏡９１０ではなく、ハウジング６５０を傾けて、同じ効果を達成することが考えられる。また、１回以上の繰り返しが理想の調整を達成するために必要とされ得ることが考えられる。
【００２８】
図１０は、本発明の実施例によって組み立てられる伸縮コリメータを含むＤＳＥ１０００の１つの実施例の概略を示す。明快さのために、この図は二重ＤＳＥを示している。しかしながら、任意数のＤＳＥが、この設計を使用して一体化され得ることは理解されるべきである。例えば、４つのＤＳＥを一体化するために、上記した設計は４つのビーム伸縮コリメータと４つのサーキュレータ、伸縮コリメータをそれぞれのファイバ毎に使用することが出来る。
【００２９】
ＤＳＥ１０００は、複数のサーキュレータ１００２及び１００４と、複数の入力ファイバ１０１０及び１０１２と、出力ファイバ１０２０及び１０２２と、（サーキュレータ１００２及び１００４と関連する）共通のファイバ１０３０及び１０４０と、スプライス結合又は別の方法で光学的に結合する複数のサーキュレータ共通ファイバ１０３０及び１０４０に対応する複数の入出力ファイバを有する伸縮コリメータ１０５０とを含む。また、ＤＳＥ１０００は更に偏光ビームスプリッタと、遅延又は偏光ロータ１０６２と、波長分散素子１０６４と，レンズ１０６６及び反射空間光変調器（ＳＬＭ）１０６８と、を含む。複数の入力ファイバ１０１０及び１０１２からの入力信号はそれぞれ複数のサーキュレータ１００２及び１００４の中を通る。サーキュレータ１００２及び１００４は、出力ファイバの中への実質的な漏れなしに、それぞれ、共通ファイバ１０３０及び１０４０に光信号を伝送する。共通ファイバ１０３０及び１０４０上の光信号は、コリメータ１０５０によって十分にコリメートされ、偏光ビームスプリッタ１０６０はこれらのコリメートビームを互いに実質的に直交する極性を有する偏光ビームレット対に分離する。
【００３０】
遅延又は偏光ロータ１０６２が１組のビームレットの経路に配置されて、それらの偏光を変換して、当該偏光が第２組のビームレットの偏光と実質的に同一になる。ビームレットの組が分散素子１０６４に入射し、分散素子１０６４の出力が複数組のビームレットを供給し、当該ビームレットの伝送方向は、波長に依存する。レンズ１０６６がこれらのビームレットを集光して、当該ビームレットはＳＬＭ１０６８において空間的に分離され、それらの焦点がＳＬＭ１０６８の反射表面で実質的に一致する。これらのビームレットの空間分離は、ＳＬＭ１０６８上の複数のピクセル列が伸縮コリメータ１０５０の入出力ファイバと１対１の対応を有するようにすると、これらの列の中の個々のピクセルが波長チャンネルを定義するために使用され得る。ＳＬＭ１０６８がそれぞれのビームレットを変調すると、出力ファイバで集束後その比例パワーが所望の値になる。反射光はレンズ１０６６を通り抜け、再び分散素子１０６４の方へ向かう。分散素子１０６４は２つの出力ビームレットの中に２系列のビームレットを再結合する。それらには、入力ビームレットからの信号が含まれる。該ビームレットの１つは、遅延又は偏光ロータ１０６２を通り抜け、その偏光を変換すると、実質的に他のビームレットに直交する。偏光ビームスプリッタ１０６０が２つのビームを再結合し、コリメータ１０５０が再結合したビームを共通ファイバ１０３０及び１０４０の中に焦点を合わせる。それから、サーキュレータ１００２及び１００４は入力ファイバ１０１０と１０１２の中への実質的な漏洩なく出力ファイバ１０２０及び１０２２に集束ビームを伝送する。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ１０６０は、１対のビーム偏光ビームスプリッタとして示されているが、複屈折板、偏光プリズム及び偏光ビーム分離平板等の偏光ビームセパレータが使用され得る。偏光が分散素子の分散面と同じ平面内又は分散素子の分散面に直角の平面内で分離され得ることは理解されるべきである。遅延又は偏光ロータ１０６２が、例えば、遅延板、結晶ロータ又は液晶であり得る。このデバイスで使用され得る反射ＳＬＭが、反射ＬＣＤ、画素複屈折結晶アレイ、微小電気機械（ＭＥＭ）デバイス及び様々なフィルタのアレイ等を含み得る。分散素子１０６４は、回折格子、プリズム又はグリズム等であり得る。
【００３２】
多くの用途に対して、非常に高い（例えば、３５ｄＢ以上）減衰ブロックを達成することができるＤＳＥを有することが所望され、そうすると、光学スペクトルの部分を高程度にブロックすることができる。実際上、偏光変調器がＳＬＭとして使用されるとき、図１０で示された手法のために利用可能な構成部品の品質の制限が非常に高い減衰を達成することをしばしば妨げる。図１１は、ＳＬＭとして偏光変調器を使用する高減衰極低偏光依存ＤＳＥ１１００を示す。この手法は、追加の偏光板１０６７がレンズ１０６６とＳＬＭ１０６８との間に追加されたこと以外、図１０の実施例で記載した手法と同様に機能する。この偏光板は遅延又は偏光ロータ１０６２とＳＬＭ１０６８との間のどの位置でも配置され得ることが認識される。偏光板１０６７はＳＬＭ１０６８への入力ビームの偏光純度を増加し、ＳＬＭ１０６８から出力ビームの偏光フィルタリングを改善するのに有用である。偏光板１０６７は、偏光プリズム、ポリマー線形偏光板、ポーラコア（ＰＯＬＡＲＣＯＲ）（登録商標）線形偏光板又は１以上のブルースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）板等であり得る。反射偏光変調器は、反射ＬＣＤ又は画素複屈折結晶アレイ等であり得る。
【００３３】
図１２は、ＬＣＤ又は他のＳＬＭが物質界面において複屈折反射を有するとき、複数のＤＳＥが一体化されることを可能にし、非常に高い減衰を可能にする伸縮コリメータを実現するＤＳＥ１２００の図である。３５ｄＢより大なる減衰率を必要とする用途において、複屈折反射によって導入される位相効果が十分な減衰が達成されるのを妨げる。偏光板１０６７とＳＬＭ１０６８との間に配置された追加の遅延素子１０６９があること以外、図１２の設計は、図１１の設計と全く同じである。好ましい実施例において、この遅延素子の値は、（１／４波長）−（所望の動作電圧におけるＬＣＤの残余複屈折）である。しかしながら、他の遅延素子の値が使用され得り、増大した減衰の恩恵を受けるであろうことは認識される。
【００３４】
上記した実施例は、複数の入出力及び共通ファイバとしてコーニング社ＳＭＦ−２８、Ｃバンド光学サーキュレータ（例えば、ニューフォーカス（Ｎｅｗ  Ｆｏｃｕｓ）社  部品番号１１１０２ｐ）、ここに記載した伸縮コリメータ、偏光ビームビームスプリッタとして２０００年３月２８日に出願された米国特許出願第０９／５３７，９７８号による偏光ビーム分離平板、波長分散素子として１５５０ｎｍでの動作に最適化されたカスタム複合ゼロオーダー水晶半波長遅延板（例えば、リノスフォトニクス（ＬＩＮＯＳ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）社  部品番号３６  ２７０３  ２５７）、２０００年３月２８日に出願された米国特許出願第０９／５３７，９７７号によるグリズム、リノスフォトニクス（ＬＩＮＯＳ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）社及び他のベンダーから調達されるカスタム光学部品からコーニングＧＧＭで組み立てられるカスタムダブレットレンズ、ポーラコア（ＰＯＬＡＲＣＯＲ）（登録商標）から製造される線形偏光板、リノスフォトニクス（ＬＩＮＯＳ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）社から購入される１５５０ｎｍカスタム１／４．６３波長ゼロオーダー水晶遅延板及び発明の名称が「遠距離通信用途のための高コントラスト反射ＬＣＤ」である２００２年４月１２日に出願された米国特許出願第１０／１２１４５３号に記載されるカスタム反射ＬＣＤが使用されて実施され得る。
【００３５】
ここに記載される本発明のより好ましい実施例の様々な変形が添付する特許請求の範囲によって定義される本発明の精神又は範囲から逸脱することなしに実施され得ることは当業者にとって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】先行技術による従来のマルチビームコリメータの概略図である。
【図２】光学システムの概略図である。
【図３】本発明の実施例による伸縮コリメータの概略図である。
【図４】本発明の他の実施例による伸縮コリメータの概略図である。
【図５】本発明の更に他の実施例による伸縮コリメータの概略図である。
【図６】本発明の更に他の実施例による二重ファイバの伸縮コリメータの概略図である。
【図７】図６の伸縮コリメータの様々な部品の位置を示す概略図である。
【図８】図６の伸縮コリメータのある部品の位置を示す概略図である。
【図９】図６の伸縮コリメータの部品の光学フィードバックシステムの概略図である。
【図１０】本発明によって組み立てられて、伸縮コリメータを含むダイナミックスペクラムイコライザ（ＤＳＥ）の概略図である。
【図１１】本発明によって組み立てられた伸縮コリメータを含む他のＤＳＥの概略図である。
【図１２】本発明によって組み立てられる伸縮コリメータを含む更に他のダイナミックスペクラムイコライザ（ＤＳＥ）の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月14日(2004.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する複数の光ファイバと、
第１及び第２面及び第１焦点距離を有し、前記第１面が前記光ファイバの第１端からほぼ前記第１焦点距離の位置にある第１レンズと、
第１及び第２面を有するビームエキスパンダであり、その前記第１面が前記第１レンズの前記第２面と向かい合う位置にあり、前記ビームエキスパンダの前記第２面が前記光ファイバによって伝送される前記光信号と関連するコリメートビームを供給するビームエキスパンダと、
からなることを特徴とするマルチファイバ光学コリメータ。
【請求項２】
前記ビームエキスパンダは単一の集積レンズであり、前記集積レンズは第１半径を有する第１面及び第２半径を有する第２面を有することを特徴とする請求項１に記載のコリメータ。
【請求項３】
前記ビームエキスパンダが、
第１及び第２面及び第２焦点距離を有し、前記第１面が前記第１レンズの前記第２面と向かい合う位置にある第２レンズと、
第１及び第２面及び第３焦点距離を有し、前記第１面が前記第２レンズの前記第２面から前記第２及び前記第３焦点距離の和にほぼ等しい距離に位置する第３レンズと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のコリメータ。
【請求項４】
前記第２焦点距離が約１．８８ｍｍであり、前記第３焦点距離が約１２．８ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載のコリメータ。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３レンズが、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ及びマンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項３及び４のいずれかに記載のコリメータ。
【請求項６】
前記第２レンズの前記第１面が前記第１レンズの前記第２面から前記第１焦点距離にほぼ等しい位置に位置することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のコリメータ。
【請求項７】
前記コリメータの作動距離が約１００ｍｍであり、前記コリメータの射出瞳胴体半径が約１．２５ｍｍであり、射出瞳ビーム分離が約０．５４度であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコリメータ。
【請求項８】
前記複数のファイバが第１光ファイバ及び第２光ファイバのみからなり、前記第１光ファイバが傾斜した第１切子面を有し、前記第２光ファイバが傾斜した第２切子面を有し、前記第１及び前記第２光ファイバがそれぞれ光信号を伝送するようになっており、
前記第１光ファイバを収容し保持する第１集積ファイバ孔を有する第１Ｄ字型フェルールと、
前記第２光ファイバを収容し保持する第２集積ファイバ孔を有する第２Ｄ字型フェルールと、
前記第１及び前記第２Ｄ字型フェルール及び前記第１レンズを収容し保持するように形作られたハウジングと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載のコリメータ。
【請求項９】
前記傾斜した第２切子面が前記第１切子面と対向していることを特徴とする請求項８に記載のコリメータ。
【請求項１０】
前記第１レンズが、球面単レンズ、非球面単レンズ、多素子レンズ、球面鏡、非球面鏡、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、グラディウム（ＧＲＡＤＩＵＭ）レンズ及びマンガン（Ｍａｎｇａｎ）鏡の１つであることを特徴とする請求項８及び９のいずれかに記載のコリメータ。
【国際調査報告】
2005524097.tif 000015
2005524097.tif 000016
2005524097.tif 000017