(57)【要約】  マルチモード光ファイバ装置、マルチモード光ファイバ及びファイバリンク帯域幅を向上させる関連方法が開示される。モード分散を減少させると共に／或いはなくすことによってリンク帯域幅を向上させるための１つ又は２つ以上の端部構造体がマルチモード光ファイバの光ファイバ端部に設けられるのが良い。モード分散は、光ファイバ中の高次モード又はモード群が受け取った光により励振されることによって引き起こされる場合がある。モード分散は、光ファイバリンクの帯域幅を制限する場合がある。或る特定の実施形態では、光ファイバ内への光の発射角度を減少させてモード分散を減少させるマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、結合非点収差を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、高次モード又は群を光検出器から遠ざかるよう差し向けてモード分散を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。一実施形態では、プリズム構造体がマルチモード光ファイバのソース側端部に設けられる。他の実施形態では、凸状レンズが光ファイバのソース側端部及び検出器側端部に設けられる。
2013506866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯域幅を向上させる光ファイバ装置であって、
光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバと、
前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けられたプリズム構造体とを有する、光ファイバ装置。
【請求項２】
前記プリズム構造体は、結合非点収差を減少させ又はなくすよう構成されている、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項３】
前記プリズム構造体は、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光の拡大度を減少させ又はこれを拡大しないよう構成されている、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項４】
前記プリズム構造体は、レーザ劈開されている、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項５】
前記プリズム構造体は、
前記マルチモード光ファイバの光ファイバ軸線に対して角度をなして設けられた第１の表面と、
前記第１の表面と交差する第２の平らな表面とを有する、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項６】
前記第１の表面は、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光を全反射（ＴＩＲ）するよう構成されている、請求項５記載の光ファイバ装置。
【請求項７】
前記第２の平らな表面は、結合非点収差を減少させ又はなくすよう構成されている、請求項５記載の光ファイバ装置。
【請求項８】
前記第２の平らな表面は、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光の拡大度を減少させ又はなくすよう構成されている、請求項５記載の光ファイバ装置。
【請求項９】
前記第１の表面及び前記第２の平らな表面の少なくとも一方は、レーザ劈開されている、請求項５記載の光ファイバ装置。
【請求項１０】
前記プリズム構造体の少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバのクラッドの少なくとも一部分内に設けられている、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項１１】
前記プリズム構造体の少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバの内部コアの少なくとも一部分内に設けられている、請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項１２】
マルチモード光ファイバの帯域幅を向上させる方法であって、
光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバを用意するステップと、
プリズム構造体を前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けるステップとを有する、方法。
【請求項１３】
前記プリズム構造体が前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に発射された光を受けるようにするステップを更に有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記プリズム構造体が結合非点収差を減少させ又はなくすようにするステップを更に有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記プリズム構造体が前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光の拡大度を減少させ又はこれを拡大しないようにするステップを更に有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記プリズム構造体を設ける前記ステップは、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部の前記プリズム構造体をレーザ劈開するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記プリズム構造体を設けるステップは、
前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部の光ファイバ軸線に対して傾けられた第１の表面を設けるステップと、
前記第１の表面と交差する第２の平らな表面を前記ソース側端部に設けるステップとを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記プリズム構造体を設ける前記ステップは、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けられた前記第１の表面及び前記第２の平らな表面の少なくとも一方をレーザ劈開するステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記マルチモード光ファイバのクラッドの少なくとも一部分内に前記プリズム構造体の少なくとも一部分を設けるステップを更に有する、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記マルチモード光ファイバの内部コアの少なくとも一部分内に前記プリズム構造体の少なくとも一部分を設けるステップを更に有する、請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
帯域幅を向上させる光ファイバ装置であって、
光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバと、
前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けられた凸状レンズとを有する、光ファイバ装置。
【請求項２２】
前記凸状レンズは、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光を視準するよう構成されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２３】
前記凸状レンズは、結合非点収差を減少させ又はなくすよう構成されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２４】
前記凸状レンズは、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に設けられたレンズの倍率を抑制するよう構成されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２５】
前記レンズは、前記マルチモード光ファイバのクラッドにより提供されている、請求項２４記載の光ファイバ装置。
【請求項２６】
前記凸状レンズは、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に一体化されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２７】
前記凸状レンズは、レーザ劈開されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２８】
前記凸状レンズは、少なくとも、前記マルチモード光ファイバの光ファイバ軸線に対して第１の角度をなして設けられた第１のファセットと、前記マルチモード光ファイバの前記光ファイバ軸線に対して前記第１の角度とは異なる第２の角度をなして設けられた第２のファセットとで構成されている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項２９】
前記第１のファセット及び前記第２のファセットの少なくとも一方は、レーザ劈開されている、請求項２８記載の光ファイバ装置。
【請求項３０】
前記マルチモード光ファイバの検出器側端部内に設けられた第２の凸状レンズを更に有する、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項３１】
前記第２の凸状レンズは、光を反射させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるよう構成されている、請求項３０記載の光ファイバ装置。
【請求項３２】
前記第２の凸状レンズは、所定の正の角度を超える光を反射させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるよう構成されている、請求項３０記載の光ファイバ装置。
【請求項３３】
前記第２の凸状レンズは、所定の負の角度を超える光をずらして前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるよう構成されている、請求項３０記載の光ファイバ装置。
【請求項３４】
前記第２の凸状レンズは、光を屈折させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるよう構成されている、請求項３０記載の光ファイバ装置。
【請求項３５】
前記凸状レンズの少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバのクラッドの少なくとも一部分内に設けられている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項３６】
前記凸状レンズの少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバの内部コアの少なくとも一部分内に設けられている、請求項２１記載の光ファイバ装置。
【請求項３７】
マルチモード光ファイバの帯域幅を向上させる方法であって、
光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバを用意するステップと、
凸状レンズを前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けるステップとを有する、方法。
【請求項３８】
前記凸状レンズが前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光を視準するようにするステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記凸状レンズが前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に発射された光を受けるようにするステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けられた前記凸状レンズをレーザ劈開するステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項４１】
前記凸状レンズが結合非点収差を減少させ又はなくすようにするステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項４２】
前記凸状レンズが前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に設けられたレンズの倍率を抑制するようにするステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項４３】
前記レンズは、前記マルチモード光ファイバのクラッドによって提供されている、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記凸状レンズを設ける前記ステップは、前記凸状レンズを前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部内に一体的に設けるステップを含む、請求項３７記載の方法。
【請求項４５】
前記凸状レンズを設ける前記ステップは、
前記マルチモード光ファイバのソース側端部で前記マルチモード光ファイバの光ファイバ軸線に対して第１の角度をなして第１のファセットを設けるステップと、
前記マルチモード光ファイバのソース側端部で前記マルチモード光ファイバの光ファイバ軸線に対して前記第１の角度とは異なる前記第２の角度をなして第２のファセットを設けるステップとを含む、請求項３７記載の方法。
【請求項４６】
前記第１のファセット及び前記第２のファセットの少なくとも一方をレーザ劈開するステップを更に有する、請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
第２の凸状レンズを前記マルチモード光ファイバの検出器側端部内に設けるステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項４８】
前記第２の凸状レンズが光を反射させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるようにするステップを更に有する、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記第２の凸状レンズが所定の正の角度を超える光を反射させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるようにするステップを更に有する、請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の凸状レンズが所定の負の角度を超える光を反射させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるようにするステップを更に有する、請求項４７記載の方法。
【請求項５１】
前記第２の凸状レンズが光を屈折させて前記検出器側端部の焦点スポットから遠ざけるようにするステップを更に有する、請求項４７記載の方法。
【請求項５２】
前記凸状レンズの少なくとも一部分を前記マルチモード光ファイバの前記クラッドの少なくとも一部分内に設けるステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【請求項５３】
前記凸状レンズの少なくとも一部分を前記マルチモード光ファイバの内部コアの少なくとも一部分内に設けるステップを更に有する、請求項３７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術は、マルチモード光ファイバリンク及びマルチモード光ファイバリンクの帯域幅に関する。
【０００２】
光ファイバは、種々の用途において光を伝送し又は処理するために使用される。例えば、光を基板上に形成された一体形光学コンポーネント又は光学装置に送り又は光をこれから受けること、情報チャネルを波長分割多重光通信装置及びシステムで送ること、光ファイバスイッチマトリックス装置又はファイバアレイ‐アレイコネクタ（fiber array to array connector）を形成すること及び光増幅又はレーザ発信のための光学利得を生じさせることが挙げられる。光ファイバは、本質的に、光をファイバ境界部内に閉じ込め、光を１つの箇所から別の箇所に送る「光パイプ（ライトパイプ）」として働く。
【０００３】
光学システムは、光信号伝送のために光を光ファイバに送ったり光を光ファイバから受け取ったりする光学素子を含む場合がある。このようなシステムでは、光ファイバに対する光学素子の位置合わせは、光学素子と光ファイバとの間の光信号伝送状態を最適化する。多くのフォトニック用途では、光を出し又は受ける光学素子への光ファイバの正確な位置合わせを提供することが望ましい場合がある。このような光学素子の例としては、例えばレーザ源、検出器、レンズ、フィルタ、アイソレータ又は他の光ファイバのような光学コンポーネント又は部品が挙げられるが、これらには限定されない。この点に関し、光ファイバの端は、基板上に設けられた光学素子上に位置決めされると共に位置合わせされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位置合わせは、能動的又は受動的である場合がある。能動的位置合わせでは、典型的には、適正な位置合わせを支援し又は確認するために光信号を発生させてこれをモニタする高価な機器が採用される。受動的位置合わせでは、光学素子を機械的手段によって位置合わせし、光学素子を定位置に固定する。能動的位置合わせが用いられるか受動的位置合わせが用いられるかとは無関係に、マルチモード光ファイバは、光学コンポーネントと光ファイバコアとの間の位置合わせ公差を甘くすることができる。マルチモード光ファイバによりサポートされる各光モードは、光ファイバ軸線に対して特定の発射角度をなして光ファイバコアに沿って伝搬する。大きな発射角度と関連したモードは、一般に、長い光路長（パスレングス）を有し、小さな発射角と関連したモードよりもゆっくりと光ファイバに沿って伝搬する。しかしながら、波形、例えばパルスがマルチモード光ファイバ中に発射されると、光は、１組のモードに分散する。互いに異なるモードは一般に、互いに異なる速度で伝搬するので、パルスは、モード分散に起因してゆがんだ状態になる。多くのパルスが次々に発射された場合、隣り合うパルスは、光リンク（オプティカルリンク）が長い場合又はパルスが高い動作周波数で生じ、短く且つ密に間隔を置いて位置している場合、最終的に互いに混じり合う場合がある。マルチモード光ファイバにおけるモード分散を軽減するため、マルチモード光ファイバ中に発射される波形のクロック周波数を減少させる必要のある場合がある。しかしながら、波形のクロック周波数を減少させると、リンクによるデータの伝送速度が減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
詳細な説明中に開示される実施形態は、マルチモード光ファイバ装置、マルチモード光ファイバ及びファイバリンク帯域幅を向上させる関連方法を含む。モード分散を減少させると共に／或いはなくすことによってリンク帯域幅を向上させるための１つ又は２つ以上の端部構造体がマルチモード光ファイバの光ファイバ端部に設けられるのが良い。モード分散は、光ファイバ中の高次モード又はモード群が受け取った光により励振されることによって引き起こされる場合がある。モード分散は、光ファイバリンクの帯域幅を制限する場合がある。或る特定の実施形態では、光ファイバ内への光の発射角度範囲を減少させてモード分散を減少させるマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、結合非点収差を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、高次モード又は群を光検出器から遠ざかるよう差し向けてモード分散を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。
【０００６】
一実施形態では、光ファイバ装置が開示され、この光ファイバ装置は、光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバを有する。プリズム構造体がマルチモード光ファイバのソース側端部に設けられている。プリズム構造体は、この実施形態では、モード分散を減少させ又はなくすために結合非点収差を減少させ又はなくすよう設計されている。別の実施形態では、光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバを有する光ファイバ装置が開示される。凸状レンズがソース側端部か検出器側端部かマルチモード光ファイバのソース側端部と検出器側端部の両方かのいずれかに設けられる。凸状レンズは、発射角度を減少させるために光ファイバ中への受け取った光ファイバの拡大を抑制し、高次モード又はモード群を減少させ又はなくすよう設計されている。また、高次モード又はモード群を光検出器から遠ざかるよう差し向けてモード分散を減少させ又はなくすために凸状レンズがマルチモード光ファイバの検出器側端部にも設けられるのが良い。本明細書において開示する凸状レンズは、一例として光ファイバの光ファイバ端部に多くの角度つきファセットを設けることによって提供されるのが良い。レーザ劈開プロセスを用いて凸状及び／又は角度つきファセットを設けて光ファイバ端部内に凸の形状を形成するのが良い。
【０００７】
追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部は、このような説明から当業者には容易に明らかであり、或いは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲並びに添付の図面を含む明細書において開示する実施形態を実施することによって認識されよう。
【０００８】
上述の概要説明と以下の詳細な説明の両方は、種々の実施形態に関しており、特許請求の範囲に記載された発明の性質及び性格を理解するための概観又は枠組を提供するようになっていることは理解されるべきである。添付の図面は、種々の実施形態の一層の理解を提供するために添付されており、本明細書に組み込まれてその一部をなす。図面は、本明細書において説明する種々の実施形態を示しており、詳細な説明と一緒になって、特許請求の範囲に記載された本発明の原理及び作用を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光ファイバのソース側端部内に光を発射する光学光源と光ファイバの検出器側端部で発射された光を検出する光検出器との間に設けられた光ファイバで構成される例示のマルチモード光ファイバリンクを示す図である。
【図２Ａ】図１のマルチモード光ファイバのソース側端部の側面図である。
【図２Ｂ】図１のマルチモード光ファイバの平面図である。
【図３】図１のマルチモード光ファイバの拡大側面図である。
【図４Ａ】光ファイバリンク帯域幅を向上させるよう光ファイバの光ファイバ端部に設けられたプリズム構造体を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの光ファイバの正面図である。
【図５】光を光ファイバ中に発射する光学光源に隣接して位置する光ファイバ端部内に設けられた凸状端部を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図６】図５のマルチモード光ファイバの別の側面図である。
【図７】光検出器に隣接して配置された光ファイバ端部内に設けられている凸状端部を有する図５のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図８】高次モード光反射させて光検出器から遠ざけるよう設計された光ファイバ端部内に設けられている凸状端部を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図９】これ又高次モード光を反射させると共に屈折させて光検出器から遠ざけるよう設計された光ファイバ端部内に設けられている凸状端部を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図１０】高次モード光を屈折させて光検出器から遠ざけるよう設計された光ファイバ端部内に設けられている凸状端部を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図１１】光ファイバ端部に設けられた多数のファセットを有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図１２】光ファイバ端部に設けられたファセット付き端部及び光ファイバ端部に設けられた光ファイバの底面に形成されたレンズ構造体を有する例示のマルチモード光ファイバの側面図である。
【図１３Ａ】光ファイバの端部上に形成されていて、光学光源からの光を受ける視準レンズを有する例示のマルチモード光ファイバの内部コアの平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの例示のマルチモード光ファイバの別の平面図であり、光ファイバのクラッド及び内部コアを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、実施形態を詳細に参照するが、このような実施形態の実施例が添付の図面に示されており、図中、全てではなく、幾つかの実施形態が示されている。確かに、本発明の技術的思想は、多くの種々の形態で具体化でき、本発明を限定するものと解されてはならず、これら実施形態は、本明細書における開示が該当する法上の要件を満たすように提供されている。可能な限り、同一の参照符号は、同一のコンポーネント又は部分を示すために用いられる。
【００１１】
詳細な説明中に開示される実施形態は、マルチモード光ファイバ装置、マルチモード光ファイバ及びファイバリンク帯域幅を向上させる関連方法を含む。モード分散を減少させると共に／或いはなくすことによってリンク帯域幅を向上させるための１つ又は２つ以上の端部構造体がマルチモード光ファイバの光ファイバ端部に設けられるのが良い。モード分散は、光ファイバ中の高次モード又はモード群が受け取った光により励振されることによって引き起こされる場合がある。モード分散は、光ファイバリンクの帯域幅を制限する場合がある。或る特定の実施形態では、光ファイバ内への光の発射角度範囲を減少させてモード分散を減少させるマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、結合非点収差を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。他の実施形態では、高次モード又は群を光検出器から遠ざかるよう差し向けてモード分散を減少させ又はなくすマルチモード光ファイバ用端部構造体が開示される。
【００１２】
図１は、例示のマルチモード光ファイバリンク１０を示している。マルチモード光ファイバリンク１０は、内部コア１４を備えたマルチモード光ファイバ１２で構成されている。光ファイバ１２は、この実施形態では、マルチモードであり、このことは、内部コア１４内に、内部コア１４に設けられたフェース１５中に発射された光に起因して発射角度によって定められた多数の伝搬経路が存在することを意味している。図１には内部コア１４だけが示されているが、光が光ファイバ１２に沿って伝搬しているときに光を全体として内部コア１４内に閉じこめるために内部コア１４を包囲するクラッド（図示せず）が光ファイバ１２内設けられるのが良いことは言うまでもない。
【００１３】
この実施形態では、光１７を第１のゾーン（Ｉ）で光ファイバ１２中に発射するために光学光源１６が光ファイバ１２のソース側端部１８に設けられている。光１７は、全反射（ＴＩＲ）を用いて光学光源１６から光ファイバ１２中に結合される。この点に関し、光ファイバ１２のソース側端部１８は、光１７を光ファイバ１２の内部コア１４中に全反射させるためにレーザにより角度をなして劈開されている（即ち、レーザ劈開されている）（以下、劈開ファイバ端２０又は角度劈開ファイバ端２０又はレーザ劈開ファイバ端２０と呼ぶ）。光学光源１６は、一例として垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）又は他の光学光源であって良い。光１７は、第２のゾーン（ＩＩ）において光ファイバ１２の内部コア１４に沿って伝搬し、ついには、ソース側端部１８と反対側の光ファイバ１２の検出器側端部２２に達する。図１には、光ファイバ１２に沿って伝搬する光１７は、ステップインデックス内部コアのインデックス分布が用いられる場合と同様、内部コア１４に沿って一連の真っ直ぐな線を辿るものとして示されている。これらの線は又、一般に直線ではない経路を表すようになっており、次に、光は、グレーデッドインデックス（勾配屈折率）内部コアインデックス分布状態にある。光ファイバ１２に沿って伝搬している光１７を検出するために光検出器２４が光ファイバ１２の検出器側端部２２に設けられている。また、検出のために第３のゾーン（ＩＩＩ）において光１７を光検出器２４に下方に変向するために角度劈開ファイバ端部が光ファイバ１２の検出器側端部２２に設けられている。
【００１４】
劈開のために公知の方法によるレーザ処理を用いてレーザ劈開光ファイバ端又はファセットを光ファイバ端部に形成するのが良い。例えば、可変ビームエキスパンダ（ビーム拡大器）及び２５ミリメートル（ｍｍ）焦点距離集束レンズを備えた二酸化炭素（ＣＯ2）レーザから成るレーザ劈開ステーションを用いるのが良い。レーザを用いて光ファイバを劈開した場合、光ファイバ又は光ファイバの端をレーザ劈開ファイバ又はレーザ劈開端とも言う場合がある。レーザプロセスを用いると、単一の光ファイバ又は１次元（１‐Ｄ）又は２次元（２‐Ｄ）アレイの状態に配列された一群の光ファイバに傾斜面を形成することができる。角度を持つレーザ劈開端を備えた光ファイバを多くの目的に用いることができる。例えば、光検出器、例えばＶＳＣＥＬは、光ビームを垂直方向に、垂直に即ち９０°で放出するので、或る特定の用途に関し、コンパクトさを考慮せず方向転換が必要な場合が多い。角度を持つレーザ劈開端を備えた光ファイバを用いると、図１の上方に示されているように光検出器２４からの光の必要な直角の方向転換を達成することができる。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂは、光ファイバ１２の角度劈開ファイバ端２０に関する詳細を提供するために図１の光ファイバ１２のソース側端部１８の側面図及び平面図をそれぞれ示している。この実施形態では、光ファイバ１２は、光ファイバ１２の光ファイバ軸線Ａ1に垂直に発射された光１７を受けるよう構成されている。光ファイバ１２は、角度劈開ファイバ端２０が光学光源１６からの光１７を受けるよう光学光源１６と位置合わせされるよう位置決めされている。角度劈開ファイバ端２０の角度Θ1は、光学光源１６から発射された光１７Ｌを角度劈開ファイバ端２０で全反射により反射されて光１７Ｒとして光ファイバ１２の内部コア１４に沿って変向されるよう設けられるのが良い。一実施形態では、角度劈開ファイバ端２０の角度は、向上した光学性能（例えば、後方反射の減少、マルチモードファイバにおける帯域幅の増大等）を提供するよう光ファイバ１２の光軸Ａ1に対して約４５°であるのが良く又は他の角度であっても良い。光１７Ｒは、一般に、これが光ファイバ１２に沿って伝搬しているときに内部コア１４内に留まる。
【００１６】
図３は、図１の光ファイバ１２のソース側端部１８の拡大図であり、光ファイバ１２の内部コア１４を包囲しているクラッド２８を更に示している。光学光源１６は、この実施形態では基板３０上に配置されている。光ファイバ１２は、光学光源１６から光ファイバ１２への効率的な光信号伝送を達成するために光学光源１６と位置合わせされているのが良い。図３に示されているように、光１７Ｌは、光ファイバ軸線Ａ1に垂直に光学光源１６から光ファイバ１２中に導入され、次に、光ファイバ１２の角度劈開ファイバ端２０のところのＴＩＲ反射を用いて内部コア１４内で光ファイバ軸線Ａ1に沿って変向される。光学光源１６からの光１７Ｌは、発散しているので、光１７Ｌは、所与の角度範囲にわたって内部コア１４内に発射される。光１７Ｌは、大きな発射角度の光１７Ｒとして角度劈開ファイバ端２０から発射される。この結果、光ファイバ１２の多くのモード又はモード群の励振が生じる場合があり、それによりモード分散が入り込む。モード群は、内部コア１４に沿って同一の伝搬経路を有する一系統群の光線であり、従って、これら光線は、検出器側端部２２に同時に到達して群を形成する。モード分散は、光ファイバリンク１０の帯域幅を制限する場合がある。さらに、モード分散は、光ファイバ１２の長さが増大するにつれて増大する場合がある。
【００１７】
光１７Ｌが角度劈開ファイバ端２０に達する前に、光学光源１６からの光１７Ｌは、まず最初に、図３に示されているようにクラッド２８の湾曲した円筒形底面３２に当たる。湾曲底面３２は、凸レンズのように働き、光学光源１６と底面３２との間の距離、クラッド２８の曲率半径及びクラッド２８の屈折率に応じて光１７Ｌの発散角度を変化させる。光１７Ｌの何割かは内方に屈折される。光ファイバ１２中に結合された光１７Ｌは、分散し、その結果、角度劈開ファイバ端２０から大きな角度をなして光１７Ｒとして発射し、光ファイバ１２内の異なる組をなすファイバモードを励振する傾向がある。２つの発射平面によって光ファイバ１２内で励振されるモード及びモード群の発散度の違いの結果として、更に、高い帯域幅性能を制限する場合のある追加のパルス拡がりが生じる。これは、構成されており、結合非点収差は、モード分散の原因となる場合があり、光ファイバ１２の帯域幅が制限される。結合非点収差は、２つ又は３つ以上の互いに異なる平面内に互いに異なる拡大度を提供する。拡大の結果として、高い光ビーム発散度が生じる場合があり、その結果、光ファイバ１２の大きな組をなすモード又はモード分中への光の発射が生じ、モード分散が引き起こされる。また、発散度が高い状態でモードに関する伝搬ロスが大きいと、その結果として、非対称出力ビーム形状が生じ、これは、光検出器２４の形状に良好にマッチしているとは言い難い。
【００１８】
この点に関し、本明細書において開示する実施形態は、光ファイバリンク帯域幅を向上させるよう光ファイバの端部に形成された光学構造体を提供する。或る特定の実施形態では、光ファイバリンク帯域幅は、光リンクパワーを運んでいるモード又はモード群を制限することによって向上し又は制限されることがない。光リンクパワーを運んでいるモード又はモード群を制御すると共に制限することによって、結合非点収差を減少させ又はなくすことができる。非点収差を減少させ又はなくすことにより、モード分散を減少させることができ、それによりファイバリンク帯域幅を効果的に増大させることができる。
【００１９】
この点に関し、図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、ファイバリンク帯域幅を向上させるために結合非点収差を減少させ又はなくす一手法としてのマルチモード光ファイバ４０の一実施形態の側面図及び正面図（又は光ファイバ軸方向図）である。マルチモード光ファイバ４０は、この実施形態では、光ファイバ４０の光ファイバ端部４４に設けられたプリズム状光ファイバ端部構造体４２を有している。光ファイバ４０は、クラッド４８によって包囲された内部コア４６を有している。内部コア４６とクラッド４８の両方は、湾曲した外面を有する。プリズム状光ファイバ端部構造体４２は、光学光源５０により光ファイバ４０中に発射された光のビームに入り込む非点収差の量を制限することによって光ファイバリンク帯域幅を向上させる。光学光源５０は、上述したように光５１Ｌを光ファイバ４０中に発射させることができるＶＣＳＥＬ又は他の光学光源であるのが良い。
【００２０】
この実施形態では、プリズム構造体５２が光ファイバ４０の光ファイバ端部４４上に形成されている。プリズム構造体５２は、２つの平面を光ファイバ端部４４に設けることにより形成される。第１の平らな表面５４が光ファイバ端部４４内の光ファイバ４０の光軸Ａ2に対して角度Θ2をなして設けられ、それにより光ファイバ端部４４の一部分が形成されている。これにより、上述したように光ファイバ４０の内部コア４６内に発射された光５１ＬのＴＩＲ反射が生じる。さらに、この実施形態では、第２の平らな表面５６がプリズム構造体５２を形成するよう第１の平らな表面５４と交差した状態でクラッド４８を介して光ファイバ端部４４の底側部５８に設けられている。第２の平らな表面５６は、光ファイバ軸線Ａ2と平行な平面内に配置され、第１の平らな表面５４のように光ファイバ軸線Ａ2に対して角度をなしているわけではない。第１の平らな表面５４と第２の平らな表面５６は、プリズム構造体５２を形成している。プリズム構造体５２は、この実施形態では、光ファイバ４０上に形成され、従って、新たな光学コンポーネントが必要とはされず、コストが減少している。第２の平らな表面５６は、平坦であり、その結果として第２の平らな表面５６が例えば図３のクラッド２８により提供されている湾曲した又は円筒形の表面であった場合よりも拡大度が小さい。このように、光５１Ｌがクラッド４８を通過した結果として生じる拡大度が減少し又はなくなり、それにより光５１Ｒが光ファイバ４０に沿って伝搬しているときの光５１Ｒの結合非点収差及びモード分散が減少する。上述したように、拡大度が小さいと、その結果として、光発散度が小さい。光発散度を制限すると、その結果として、発射の際に光ファイバ４０のモード又はモード群の数が制限される。
【００２１】
第１の平らな表面５４及び／又は第２の平らな表面５６は、上述したように一例としてレーザ劈開法により光ファイバ端部４４に形成されるのが良い。例えば、第１の平らな表面５４及び第２の平らな表面５６は、上述したようにＣＯ2レーザを用いて一対のレーザ劈開切れ目を作ることにより形成されるのが良い。プリズム構造体５２を形成する第１の平らな表面５４及び第２の平らな表面５６は、別々の切断プロセスで得られる２つの切れ目として形成されても良い。変形例として、プリズム構造体５２は、単一のプロセスにより形成されても良く、この場合、第１の平らな表面５４及び第２の平らな表面５６は、同時に光ファイバ端部４４に作られる。さらに、第２の平らな表面５６の切れ目の深さＤ1は、図４Ｂに示されているように、任意所望の深さであって良い。深さＤ1は、第２の平らな表面５６が図４Ａ及び図４Ｂに示されているようにクラッド４８にのみ設けられるように設定可能である。変形例として、第２の平らな表面５６は、内部コア４６の一部分に設けられても良い。光ファイバリンク帯域幅最適化のために必要なプリズム構造体５２及び光ファイバ端部形状の設計は、製造時点で行われるのが良く、それにより、プリズム構造体５２の形状を変更してこれが所望に応じて所与の範囲の光学光源及び光検出器に役立つようにすることができる。
【００２２】
図５は、光ファイバリンク帯域幅を向上させるために光ファイバ６０の光ファイバ端部６０に設けられた凸状部６２を有する別の例示のマルチモード光ファイバ６０の側面図である。この実施形態では、反射面又はレンズに達する前に光を減少させ又は調節するのではなく、反射面に達する前に光が湾曲面を通過することにより生じる拡大を補償し又はこれに合わせて調節を行うよう凸状部６２が光ファイバ端部６４に設けられている。この実施形態では、光ファイバ６０、より具体的に言えばクラッド７４の底面７２が凸状部６２と一緒に、非点収差の影響を最小限に抑えるよう関連して用いられるのが良い。この実施形態では、凸状部６２は、光学光源６８から発射された光６６Ｌを発散光６６Ｌが光ファイバ６０の内部コア７０内に差し向けられる視準光６６Ｒの状態に視準されるような仕方でＴＩＲ反射させることができる凸状レンズ６５を提供している。光ファイバ６０は、基板６９上に設けられた光学光源６８上に位置合わせされている。このように、視準光６６Ｒの低い発散度により、光ファイバ６０の低次のモードが励振され、モード分散が制限されると共に光ファイバ６０の光ファイバリンク帯域幅が増大する。これは、図６に更に詳細に示されている。
【００２３】
図６に示されているように、光ファイバ６０のクラッド７４の底面７２は、この実施形態では、円柱レンズとして作用する。円柱レンズ６５の凸状部は、図６に示されているように半径Ｒ1をなして光ファイバ端部６４に設けられている。凸状レンズ６５は、凸状部６２を光ファイバ端部６４に設け又は切断形成することにより光ファイバ端部６４に形成されるのが良い。例えば、凸状部６２は、上述したようにレーザ加工を用いて光ファイバ端部６４に設けられ又はこれに切断形成されるのが良い。一例として、Ｚoptのところの光学光源６８とクラッド７４の外面７５との間の距離が図６において１２５マイクロメートル（μｍ）であると仮定すると、光学光源６８は、内部コア７０の端面７６の焦点領域内に位置し。Ｒ1は、焦点領域の長さの２倍として計算され、Ｒ1は、約４９０μｍである。また、凸状レンズ６５が２次元の状態に形作られている場合、レンズとして作用する底面７２による拡大を補償するために追加の補正を行うことが可能である。凸状部６２の半径Ｒ1を減少させるとリンク帯域幅と結合効率の側方位置合わせ不良の影響を最小限に抑えることができる。
【００２４】
同一の凸状部は又、光検出器への光６６Ｌの結合具合を向上させるために光ファイバの検出器側端部にも設けられるのが良い。これは、図７に示されている。図７に示された光ファイバ６０は、この実施形態では、図６に示された光ファイバと同一である。しかしながら、光ファイバ６０の検出器側端部８０が示されている。また、凸状部８２が図６に示された凸状レンズ６５とほぼ同じ凸状レンズ８４を形成するよう検出器側端部８０に設けられている。凸状レンズ６５を光ファイバ６０に設けるために採用したのと同一の端レンズ付形技術を用いると、凸状レンズ８４を図６の光ファイバ６０に設けることができる。ＴＩＲ反射光６６Ｒは、凸状レンズ８４に達し、そして内部コア７０から収束光６６Ｃとして光検出器８０上に合焦される。凸状レンズ８４の曲率半径Ｒ2は、内部コア７０内を種々の低次モードで伝搬している光６６Ｒが光検出器８６に向かって下方に差し向けられるよう選択されるのが良い。曲率半径Ｒ2は又、光検出器８６が光検出器８６よりも大きなスポットによって照明されるよう変更されても良い。この技術により、光検出器８６に対する基板８８上の光ファイバ６０の側方位置合わせ不良を許容することができる。
【００２５】
光学光源発射構成について上述した非点収差補正をこの実施形態にも利用することができる。また、光検出器８６のところの照明スポット８９の形状を凸状レンズ８４によって変更して楕円形照明領域を形成し、それにより楕円形又はほぼ楕円形の形をした光検出器８６にマッチさせて向上した光ファイバリンク帯域幅を得ることができる。ファイバと検出器の相互結合の組み立ての際、光ファイバ軸線Ａ3に平行な方向における側方位置合わせ不良公差は、光ファイバ軸線Ａ3に垂直な方向における側方位置合わせ不良公差とは異なる場合がある。例えば、光ファイバ軸線Ａ3に平行な方向における側方位置合わせ不良は、アレイ状に配列されたファイバを考慮したときに光ファイバ長さに沿うレーザ角度劈開作業の位置のばらつきによって定められる場合がある。光ファイバ軸線Ａ3に垂直な方向における側方位置合わせ不良は、光ファイバ位置合わせＶ字形溝及び光ファイバコアの偏心率並びにクラッド楕円率の公差によって定められる場合がある。この場合、光検出器８６に関する楕円形照明領域が通常の組み立ての際に光ファイバ軸線Ａ3に平行な方向及びこれに垂直な方向に生じる互いに異なる側方位置合わせ不良のための非対称補償を可能にする上で望ましい場合がある。
【００２６】
上述したように、図６の光ファイバ６０は、光ファイバ内に発射された光を視準して低次モード群（例えば、光ファイバ軸線にほぼ平行な伝搬状態にある）を励振するよう光ファイバ端部に形成された凸状レンズを開示している。これらモード群から高次モード群（即ち、よりゆっくりと伝搬する）への結合量が短い光ファイバリンクの場合に無視できるとの仮定に基づいて、光ファイバリンクのソース側端部に到達する光の大部分は、一般に、光ファイバ軸線にほぼ平行に低次モード群の状態で伝搬する。光ファイバリンク長さが長く作られていると、一般に、より多くのエネルギーが種々の速度の多数のモード群に配分される。受光器のところのモード分散効果を最小限に抑える一手法は、極めて高速及び／又は低速で伝搬する或る特定のモード又はモード群で伝搬する光を濾波することである。
【００２７】
この点に関し、図８は、光ファイバ９０の検出器側端部９４に設けられていて、凸状レンズ９６を形成する凸状部９２を有する別の例示のマルチモード光ファイバ９０の側面図である。マルチモード光ファイバ９０は、図７に示されているマルチモード光ファイバ８０と同一であるのが良く、この場合、凸状部９２は、図７に示されている凸状部８２と同一である。凸状レンズ９６は、光ファイバリンク帯域幅を向上させるために高次モード光９８Ｃを反射させて光検出器１００から遠ざけるものとして図８に示されている。凸状レンズ９６の半径Ｒ3は、光ファイバ軸線Ａ4に対して大きな正の角度をなして伝搬する光９８Ｒを光検出器１００から側方にずらされて離されているスポット１０２に合焦させる。このずれは、高次モードの光９８Ｒを濾波し、これが光検出器１００に到達しないようにするのに役立つ。その結果、モード分散が減少し、それにより光ファイバリンク帯域幅が向上する。以下に説明する図９のマルチモード光ファイバに示されているように光ファイバ軸線Ａ4に対して大きな負の角度をなして伝搬する光９８Ｒを濾波すると同様な結果を得ることができる。
【００２８】
図９は、光ファイバ１１０の検出器側端部１１４に設けられていて、光ファイバリンク帯域幅を向上させるために凸状レンズ１１６を形成している凸状部１１２を有する別の例示のマルチモード光ファイバ１１０の側面図である。この場合も又、マルチモード光ファイバ１１０は、図７に示されているマルチモード光ファイバ８０と同一であるのが良く、この場合、凸状部１１２は、図７に示されている凸状部８２と同一である。凸状レンズ９６は、光ファイバリンク帯域幅を向上させるために高次モード光１１８Ｃを反射させて光検出器１００から遠ざけるものとして図９に示されている。凸状レンズ１１６の半径Ｒ4は、光ファイバ軸線Ａ5に対して大きな負の角度をなして伝搬する光１１８Ｒを光検出器１２０から側方にずらされて離されているスポット１２２に合焦させる。このずれは、高次モードの光１１８Ｒを濾波し、これが光検出器１００に到達しないようにするのに役立ち、それによりモード分散が減少し、光ファイバリンク帯域幅が増大する。
【００２９】
反射光が光検出器に到達する前に光ファイバ中の高次モードの少なくとも幾つかを濾波する別の実施形態が図１０に示されている。図１０は、これ又光ファイバ１３０の検出器側端部１３４に設けられていて、凸状レンズ１３６を形成する凸状部１３２を有する例示のマルチモード光ファイバ１３０の側面図である。光ファイバ１３０の光ファイバ軸線Ａ6に対する凸状レンズ１３６の角度Θ3は、光ファイバ軸線Ａ6に対し、上述の凸状部よりも急角度に設定されている。図１０に示された半径Ｒ5も又大きい。このように、光ファイバ軸線Ａ5に対して大きな正の角度をなして光ファイバ１３０の内部コア１４０内を伝搬する光１３８Ｒの高次モードは、凸状レンズ１３６に当たって、ＴＩＲ反射しないで、屈折光１３８Ｃとして光検出器１４４に向かって下方に屈折する。図１０には示されていないが、凸状部１３２は、光１３８Ｒの低次モード又はモード群を光検出器１４４（例えば図７参照）に向かって反射するよう設計されていることは言うまでもない。反射光１３８Ｃは、引き続き前方に伝搬し、その結果、これはこの実施形態では光検出器１４４を完全にはずすようになる。光１３８Ｒの他の高次モードは、凸状レンズ１３６によりＴＩＲ反射される場合であっても、高次モードパワー（即ち、反射光１３８Ｃ）の少なくとも一部分をなくすことにより、光ファイバ１３０の光ファイバリンク帯域幅を向上させることができる。上述の或る特定の実施形態は、光ファイバのソース側端部に設けられていて、受け取った光を視準するよう光ファイバ内に凸状端レンズを提供する凸状部を有する。このように、この視準光の発散度が小さいことにより、励振される光ファイバのモードの数が少なく、モード分散が制限されると共に光ファイバリンク帯域幅が増大する。同様に、上述の実施形態は又、光ファイバの検出器側端部に設けられていて、光検出器への反射光の結合具合を向上させるために光ファイバ内に凸状レンズを提供する凸状部を有する。また、光検出器が光ファイバに沿って伝搬した光の高次モードを受けるのを阻止するためのフィルタとして凸状レンズを検出器側端部内に設けるのが良い。これらの変形例の各々において、凸状部は、光ファイバのソース側端部か検出器側端部かのいずれかに設けられる。しかしながら、凸状端レンズを形成するために光ファイバ端部の凸状部を正確に設けるプロセスを提供することが望ましい訳ではない。凸状端レンズを光ファイバ端部内に設ける別の一手法では、２つ又は３つ以上の角度劈開部を光ファイバ端面に設けることによりレンズ形状に近づける。これは、例えば、以下に説明する図１１の光ファイバ１５０に示されている。
【００３０】
図１１は、２つの角度をなした又は斜めのファセット１５２Ｕ，１５２Ｌを備えた例示の実施形態としての光ファイバ１５０の断面側面図である。傾斜ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、光ファイバ１５０を角度劈開することによって形成されるのが良い。光ファイバ１５０は、基板１５８に設けられた光学光源１５６上で位置合わせされた内部コア１５４を有している。光ファイバ１５０は、この実施形態では、光ファイバ１５０のソース側端部１６０が劈開されていて、光ファイバ１５０は、上方角度劈開ファセット１５２Ｕ及び下方角度劈開ファセット１５２Ｌを有している。光ファイバ１５０のソース側端部１６０に設けられた上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、光ファイバ１５０内で伝搬して受け取った光を視準する凸状レンズの近似物を形成している。上述したように、視準光の低い発散度により、光ファイバ１５０の低次のモードが励振され、モード分散が制限されると共に光ファイバリンク帯域幅が増大する。
【００３１】
一実施形態では、上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、上述したようにＣＯ2レーザを用いて光ファイバ１５０の検出器側端部１６０上の一点に一対のレーザ劈開切れ目を入れることにより形成される。この実施形態では、第１の角度劈開切れ目は、上方角度劈開ファセット１５２Ｕを形成するよう光ファイバ１５０の光ファイバ軸線Ａ7に対して第１の角度Θ4をなしているのが良い。この場合、第２のレーザ劈開切れ目は、下方角度劈開ファセット１５２Ｌを形成するよう第２の角度Θ5をなして作られる。理解されるべきこととして、切れ目の形成順序は重要ではなく、第１のレーザ劈開切れ目は、下方角度劈開ファセット１５２Ｌを形成するよう光ファイバ軸線Ａ7に対して所与の角度をなしていても良いことは理解されるべきである。
【００３２】
図１１の実施形態では、下方角度劈開ファセット１５２Ｌの角度Θ5は、光ファイバ軸線Ａ7に対して比較的急（例えば、４５°以上）であるのが良い。上方角度劈開ファセット１５２Ｕの角度Θ4は、この実施形態では、角度Θ5よりも小さい。更に、上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌを形成する他の方法を用いても良い。角度劈開プロセスの終わりに、図１１に示されているようにこの実施形態の光ファイバ１５０は、上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌを有し、一点１６２の下に位置する光ファイバ１５０の端は、光ファイバ軸線Ａ7に対して角度Θ5をなしており、一点１６２の上方に位置した光ファイバ１５０の端は、光ファイバ軸線Ａ7に対して角度Θ4をなしている。
【００３３】
光ファイバ１５０のソース側端部１６０の上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、光学光源１５６から発射された光１６４Ｌに対して互いに異なる角度に差し向けられている。光１６４Ｌは、一実施形態では光の発散ビームであるのが良い。これら上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、これらが出会って光ファイバ１５０の中心Ｃに位置合わせされた線を形成するよう差し向けられるのが良い。上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌは、ファセットに当たった光１６４Ｌの全てがこの実施形態では光ファイバ１５２中にＴＩＲ反射されるよう角度が付けられているのが良い。光ファイバ１５０中に結合される光１６４Ｒの全角度的発散度は、この例では角度劈開ファセットが１つだけ設けられている場合よりも小さい。この構成は、モード又はモード群の数を減らすことにより光ファイバ１５０によって提供される光ファイバリンク帯域幅を向上させることができる。
【００３４】
上方及び下方角度劈開ファセット１５２Ｕ，１５２Ｌの特定の角度は、図１１に示されているように光学光源１５６によって放出された光１６４Ｌの全角度的発散度Φを調べることによって決定できる。この光１６４Ｌを次のように２つの組をなす光線に分割することができる。−Φ／２〜０の角度をなす左側の組をなす光線１６４Ｌ′は、下方角度劈開ファセット１５２Ｌに当たり、そして図１１に示されているように光１６４Ｒ′として反射される。０〜Φ／２の角度をなす右側の組をなす光線１６４Ｌ″は、上方角度劈開ファセット１５２Ｕに当たり、そして図１１に示されているように光１６４Ｒ″として反射される。図１１に示されているΘAが下方角度劈開ファセット角度Θ5と上方角度劈開ファセット角度Θ4の平均値として定められる場合、Θ5は、ΘA＋Φ／４に設定され、Θ4は、ΘA−Φ／４に設定されるのが良い。このやり方により、内部コア１５４に沿って案内される光線１６４Ｒ′，１６４Ｒ″の角度的発散度は、Φ／２であり、即ち、光１６４Ｌの元の全角度的発散度Φの半分になるようになる。
【００３５】
平均ファセット角度ΘAをＴＩＲ条件が両方の角度劈開ファセットで維持される限り、４５°又は他の何らかの角度に設定可能である。ＴＩＲ条件は、スネルの法則によって定められる。スネルの法則によれば、入射角の正弦と屈折角の正弦の比は、媒体で決まる定数である。具体的に言えば、Φ1が入射角であり、Φ2が屈折角であり、ｎ1がファイバ内部の屈折率であり、ｎ2が角度劈開ファセットのすぐ外部の屈折率である場合、ｎ1ｓｉｎ（Φ1）＝ｎ2ｓｉｎ（Φ2）である。全反射Φ2＝９０°の場合、臨界角ΦCは、（ｎ2／ｎ1）の逆正接によって与えられる。光は、光がファセットによって全反射されるようにするためにはΦC以上の角度で角度劈開ファセットに入射しなければならない。したがって、上方角度劈開ファセット１５２Ｕは、ΦC以上の角度Θ4をなして形成され、下方角度劈開ファセット１５２Ｌは、ΦC＋Φ／２の値以上の角度Θ5をなして形成される。また、ΘAは、ΦC＋Φ／４の値以上でなければならない。一例を挙げると、ｎ1＝１．４５５、ｎ2＝１．０、Φ＝２０°の場合、ΦC＝４３．４°であり、Θ4は、この例では、４３．４°以上でなければならず、Θ5は、この例では５３．５°以上でなければならない（常にΘ5＝Θ4＋Φ／２のままである）。
【００３６】
図１１の実施形態では、個々の光ファイバ１５０が示されている。しかしながら、レーザ角度劈開ファイバ端は、個々のファイバ又はアレイ状に配列されたファイバに設けられ又は形成されるのが良い。他の実施形態では、個々の光ファイバに加えて、１つ又は多数のファセットがアレイ状に配列された光ファイバの端に設けられ又は形成されるのが良い。さらに、３つ以上のファセットを光ファイバ１５０の光ファイバ端に設けることができる。任意の数のファセットを凸形状部の近似物が所望の角度がどのようなものであれこれに近似させた視準レンズを提供するよう光ファイバの端に設けられるよう選択された角度で形成できる。僅かな数のファセットを用いた理想的な視準レンズの近似に見合う或る特定の数を超えたファセットが形成される場合、帯域幅向上の観点において収穫マージン逓減状態が生じる場合がある。（diminishing margin of return）この手法は又、光検出器が十分に解像された極めて非一様なニアフィールド（near field）構造を有している場合にも助けになる場合がある。この場合、Ｎ個の強力な近接スポットの中心を備えたＮ個のファセットの各々を心出しした状態で、非一様場について向上した結合効率を達成することができると同時に高い視準速度に起因して光ファイバリンク帯域幅を向上させることができる。リング状光ファイバ光検出器放射線ニアフィールド構造の特定の場合、図１１に示されている光ファイバ１５０は、円錐形劈開端面に合わせて一般化できる。この場合、円錐の中心は、コアの中心と一致する。円錐角は、光検出器放射線の角度的発散度で定められる。
【００３７】
光ファイバの光ファイバ端に設けられた凸形状又は多ファセット付き面に代えて又はこれに加えて、レンズ構造体を光ファイバの底面上に形成して光検出器から発射された光を視準してこの光がＴＩＲ反射される前に発散度を最小限に抑え又は減少させることも又可能である。レンズ構造体を光ファイバの底面に設けることは、結合非点収差を減少させるために光ファイバの反射面上に形成されたレンズ構造体によって提供される拡大と関連して働くよう設計上実施されるのが良く、それによりモード分散が減少する。この点に関し、図１２は、レーザ劈開端及び光ファイバ１７０の底面１７４上に形成されたレンズ構造体１７２を有する例示のマルチモード光ファイバ１７０の側面図である。レンズ構造体１７２のレンズ面１７６は、単一の表面付形作業により又は多数のファセットを光ファイバ１７０の底面１７４上に形成することによって形成できる。内部コア１８０を包囲したクラッド１７８が光ファイバ１７０内に設けられている。光ファイバ１７０は、基板１８２に取り付けられている。光学光源１８４も又、基板１８２上に設けられている。光１８６Ｌは、図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバ１２とほぼ同じ光ファイバ１７０の角度劈開端１８８でのＴＩＲ反射を用いて光学光源１８４から光ファイバ１７０内に導入される。しかしながら、光１８６Ｌがこの実施形態における角度劈開端１８８に達する前に、光１８６Ｌは、図１２に示されているようにレンズ構造体１７２によって視準される。このように、視準光１８６Ｒの低い発散度により、光ファイバ１７０の低次のモードが励振され、モード分散が制限されると共に光ファイバ１７０の光ファイバリンク帯域幅が増大する。
【００３８】
上述したように、ロスの小さい結合を得るためにレンズが光学光源と光ファイバとの間に用いられるのが良い。これらレンズは、上述したように光ファイバの端部上に形成される制御された形状部を設けることによって光ファイバの一体部分として設けられるのが良い。レンズは、光学光源から大きな角度で発散する光を集め、そしてこの光を光ファイバの内部コア中に変向する。光学光源からの発散光を視準するレンズ構造体は、光ファイバ内で励振されるモードの数を減少させることができる。上述したように、励振されるモードの数を減少させることによりモード分散が減少し、それにより光ファイバリンクの帯域幅性能が向上する。上述の実施形態により提供されるレンズ構造体は、光が光ファイバの光軸に垂直な光学光源から光ファイバ中に発射される構成例で提供されている。しかしながら、レンズ構造体は、他の構成でも提供でき、このような構成としては、光学光源及び光検出器が光ファイバの光軸に沿って光を発射したり検出したりする構成が挙げられる。
【００３９】
この点に関し、図１３Ａ及び図１３Ｂは、光ファイバ２００のソース側端部２０４上に一体に形成されていて、光学光源２０６からの光を受ける視準レンズ２０２を備えた例示のマルチモード光ファイバ２００の平面図である。図１３Ａは、光ファイバ２００の内部コア２０７だけを示し、図１３Ｂは、光を光ファイバ２００に放出する光学光源２０６が省かれた状態でクラッド２０９により包囲された内部コア２０７を示している。図１３Ａに示されているように、光学光源２０６は、一例としてナノテーパ型プレーナ光波回路（ＰＬＣ）導波路であっても良く、或いは、任意他の形式の光学光源であって良い。視準レンズ２０２は、光学光源２０６から発射された光２０８Ｌの発散度を減少させるために光学光源２０６と光ファイバ２００、特に内部コア２０７との間に位置決めされている。内部コア２０７は、図１３Ｂに示されているようにクラッド２０９によって包囲されている。光２０８Ｌは、視準レンズ２０２によって視準されて視準光２０８Ｃになる。このように、視準光２０８Ｃは、光ファイバ２００の低次モード又はモード群中に結合し、モード分散を減少させ、その結果光ファイバリンク帯域幅が向上する。視準レンズ２０２は又、光ファイバ２００中に結合される光の量を増大させるために使用でき、これは、ロスの低い結合を得る上においても望ましい場合がある。この実施形態では、視準レンズ２０２は、内部コア２０７及びクラッド２０９の一部分の光路内に配置されている。しかしながら、視準レンズ２０２は、もっぱら、内部コア２０７又は内部コア２０７全体及びクラッド２０９の光路内に配置されても良い。
【００４０】
約１．０μｍのモードフィールド直径（ＭＦＤ）を有するナノテーパＰＬＣ導波路に関し、図１３Ａに示されているファーフィールド（far field ）角度ΘFARは、約２０°であるように計算される（λ＝１．３１μｍであると仮定して）。作業距離Ｌにほぼ等しいレンズ焦点距離は、次式によって与えられる。
〔数１〕
Ｌ＝ＤC／２ｔａｎ（ΘFAR）
上式において、ＤCは、内部コアの直径である（図１３Ａ及び図１３Ｂ参照）。
【００４１】
ファイバ端レンズの曲率半径ＲCは、次式によって与えられる。
〔数２〕
ＲC＝ｆ（ｎ1−ｎ0）／ｎ0＝（ｎ1−ｎ0）／２ｎ0ｔａｎ（ΘFAR）
Ｌ及びＲCに関する計算値は、差ＤCの或る状態で２つの例示の光ファイバについて以下に与えられる。
・光ファイバ１：  Ｌ≒６９μｍ      ＲC≒３４μｍ
・光ファイバ２：  Ｌ≒１２．４μｍ  ＲC≒６μｍ
この場合、光ファイバ１についてＤC＝５０μｍであり、光ファイバ２についてＤC＝９μｍであると仮定する。
【００４２】
視準光を光ファイバ内部コアに結合する最適な視準レンズは、用いられる光ファイバの種類で決まる。上述の両方の例示の場合において、視準レンズの曲率半径ＲCは、クラッドの直径Ｄ2（例えば、１２５μｍ）よりも小さいがコア直径ＤCよりも大きい。したがって、光学光源２０６とマルチモード光ファイバ２００のあらゆる組み合わせに関し、最適化された視準レンズ２０２の幾何学的形状を算出してこれを用いると、光ファイバリンクの帯域幅を向上させることができる。これらの計算は、レンズ収差の影響を含んでいないことに注目することが重要であるが、これを考慮に入れることも可能である。
【００４３】
視準レンズ２０２は、種々の技術を用いて形成できる。一例としては、図１３Ｂに示されているレーザ加工によりソース側端部２０４に結合され又はソース側端部２０４上に形成されたガラスレンズを用いることが挙げられる。合焦特性、成形ホログラフィレンズ又は他のレンズ方式を備えたレーザ書き込み構造体を採用することができる。また、光学光源２０６からの非点収差光出力を補償して視準することができる。
【００４４】
組み立ての際、僅かな側方位置合わせ不良が光学光源２０６と光ファイバ２００との間で生じる場合がある。側方位置合わせ不良は、位置合わせ不良の性状に応じて、光を光ファイバ２００中に結合する仕方に変化をもたらす。視準レンズ２０２が図１３Ａ及び図１３Ｂに示されているように光ファイバ端部２１０に取り付けられ又はこれに一体化されている場合、光学光源２０６に対する光ファイバ２００の側方位置合わせ不良は、視準光２０８Ｃを内部コア２０７中に発射する角度を変更する場合がある。側方位置合わせ不良が十分に大きい場合、視準レンズ２０２の視準角度は、光ファイバ２００の開口数（ＮＡ）を超える場合があり、光２０８Ｌは、内部コア２０７中には発射されない場合がある。側方位置合わせ不良が僅かである場合、角度のずれの結果として、光ファイバ２００内の互いに異なるモード及びモード群が励振される場合がある。これら互いに異なるモードの励振によって引き起こされるモード分散の度合いに応じて、リンク帯域幅性能が向上し又は劣化する場合がある。
【００４５】
挿入損失に対する側方位置合わせ不良の影響を最小限に抑えるためには、図１３Ａ及び図１３Ｂに示されているように、マルチモード光ファイバコアの直径Ｄ2よりも小さな視準ビーム直径ＤCを選択することが望ましい場合がある。この手法は、視準光２０８Ｃのクリッピングの恐れを減少させることができる。また、この手法は又、視準光２０８Ｃが角度ずれを生じたときに一定数のモード及びモード群が励振されるようにすることによって帯域幅の変化を最小限に抑えることができる。光２０８Ｌの発散度が一定の所与の小型光学光源２０６の場合、視準光２０８Ｃの直径ＤCを減少させると、曲率半径ＲCが僅かに小さい視準レンズ２０２を用いることができる。この場合、視準レンズ２０２の焦点距離Ｌを減少させることができるので、必要な作業距離は比較的短くて良い。
【００４６】
本明細書において開示した実施形態は、任意特定の幾何学的構造には限定されない。どのような幾何学的形状のプリズムを用いてもプリズム構造体を光ファイバの光ファイバ端部に設けて結合非点収差を減少させることができる。受け取った光を視準してモード分散を減少させるために任意角度又は凸形状を光ファイバ端部に設けることができる。凸形状又は構造体を光ファイバの光ファイバ端部に設けられた多数のファセットによって提供することができる。所望に応じて任意の数のファセットを光ファイバ端部に形成することができる。さらに、追加の湾曲面又は構造体を光ファイバの底面に設けてそれだけで又は設計された輪郭形状の反射面と関連して結合非点収差を減少させることができる。また、光を光ファイバの光ファイバ軸線に沿って発射する光学光源から受け取った光を視準するためのレンズを光ファイバ端部に設けることができる。任意形式の光学光源及び光検出器を採用することができる。
【００４７】
上述したように、本明細書において開示したレーザ劈開ファイバ端は、個々のファイバ又はファイバのアレイに設けられ又は形成できる。単一又は多数のレーザ劈開面は、個々の光ファイバに加えてアレイ状に配列された光ファイバの端に設けることができ又は形成することができる。光ファイバアレイは、各々が外面、内部コア及び本明細書において開示した形式の１つ又は２つ以上のレーザ劈開面を備えた劈開（例えば、レーザ劈開）ファイバ端を有する光ファイバで構成可能である。上述したように、マルチモード光ファイバの光学性能は、例えば帯域幅を増大させると共に／或いは後方反射を減少させることによって向上する。例えば、マルチモード光ファイバの帯域幅を２倍以上に増大させることが達成可能であるべきである。
【００４８】
さらに、本明細書で用いられている「光ファイバケーブル」及び／又は「光ファイバ」は、あらゆる形式のシングルモード及びマルチモード光導波路を含み、このような光導波路としては、１本又は２本以上の裸光ファイバ、ルーブチューブ型光ファイバ、タイトバッファー型光ファイバ、リボン型光ファイバ、曲げ不敏感性光ファイバ又は光信号を伝送する任意他の媒質手段が挙げられる。曲げ不敏感性光ファイバの一例は、コーニング・インコーポレイテッド（Corning Incorporated）により製造されたClearCurve（登録商標）光ファイバである。
【００４９】
本明細書において説明した多くの改造例及び他の実施形態は、上述の実施形態の関連する技術分野において上述の説明及び関連の図面に提供された教示の恩恵を受ける当業者に想到されよう。したがって、上記説明及び特許請求の範囲の記載は、開示した特定の実施形態には限定されず、改造例及び他の実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものであることが理解されるべきである。上述の実施形態は、これら実施形態の改造例及び変形例が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に属することを条件として、これら改造例及び変形例を含むものである。本明細書において特定の用語が用いられているが、これら用語は、一般的な意味で且つ説明の目的上用いられているに過ぎず、本発明を限定する目的では用いられていない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【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】
帯域幅を向上させる光ファイバ装置であって、
光を受けるソース側端部を備えたマルチモード光ファイバと、
該マルチモード光ファイバの前記ソース側端部に設けられたプリズム構造体とを有する、
ことを特徴とする光ファイバ装置。
【請求項２】
前記プリズム構造体は、
前記マルチモード光ファイバの光ファイバ軸線に対して角度をなして設けられた第１の表面と、
前記第１の表面と交差する第２の平らな表面とを有する、
請求項１記載の光ファイバ装置。
【請求項３】
前記第１の表面は、前記マルチモード光ファイバの前記ソース側端部で受け取った光を全反射（ＴＩＲ）するよう構成されている、
請求項１又は２記載の光ファイバ装置。
【請求項４】
前記プリズム構造体の少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバのクラッドの少なくとも一部分内に設けられている、
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ装置。
【請求項５】
前記プリズム構造体の少なくとも一部分は、前記マルチモード光ファイバの内部コアの少なくとも一部分内に設けられている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光ファイバ装置。
【国際調査報告】
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