(57)【要約】  全ファイバー製の位相の制御された遅延干渉計デバイス、およびその製造方法が開示される。このデバイスは特に光学ＤＰＳＫ復調用途にふさわしい。このデバイスは２つの光ファイバーカップラを含み、それぞれは２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有し、等しくない長さの２つのブランチをカップラ間に有する。該カップラはデバイスの作動波長領域において５０％近くの分割比率を有する。カップラの間の２つのブランチは２つのブランチ間に１ビットの遅れを提供するような形状に賦形され、またコンパクトなデバイスを提供するように賦形される。また２つのブランチはデバイス中の複屈折を最小にするように成形される。さらに長い方のブランチを加熱するようにファイバーヒーターが提供され、干渉形の位相制御を得る。そのようなデバイスの製造方法も提供される。
2008532078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ＤＰＳＫ復調システムでの使用に好適な全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイスであって、
（ａ）各々、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する２つの光ファイバーカップラであって、該カップラは一連に連結され、２−ブランチ干渉計を形成し、かつデバイスの作動波長領域において５０％近くの分割比率を有するカップラ；
（ｂ）等しくない長さのカップラ間の２つのブランチであり、干渉計の入力パルスが二等分に分割される場合、２つのブランチ間に１ビットの遅れを提供するような所定の形状に賦形され、それにより１つのハーフパルスが１ビット遅れ、第２のブランチから来る次のビットのハーフパルスと出口カップラ内で干渉するようにされるブランチ；
（ｃ）最小の複屈折を有する干渉計測定の構造を形成する手段であり、２つのハーフパルスによる光学の遅れがそれらの偏光の状態に関わりなく同じであることを保証する手段；および
（ｄ）干渉計の位相制御を得るためにカップラ間のブランチの少なくとも１つを熱するためのファイバーヒーター；を含む、全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項２】
２つのカップラが波長非感受性カップラであり、少なくとも３５ｎｍの波長帯域について３ｄＢ近くで維持される、請求項１記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項３】
カップラ間の２つのブランチはＵ字形を有している、請求項１または２記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項４】
コンパクトなデバイスを形成するために、Ｕ字形の丸い部分は１２ｍｍから１５ｍｍの間の直径を有している、請求項３記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項５】
干渉計に使用されるファイバーは低複屈折ファイバーである、請求項１から４のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項６】
２つのブランチのファイバーは応力の解放された状態にあり、複屈折を最小限にされる、請求項１から４のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項７】
ファイバーヒーターは２つのブランチのより長いものの上に提供される、請求項１から６のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項８】
ブランチへの金属フィルムの均一なコーティングによってファイバーヒーターが形成される、請求項１から７のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項９】
ファイバーヒーターは、発熱体としてブランチのファイバー上にマイクロワイヤーを提供することにより形成される、請求項１から７のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１０】
単一の基体上に結合されている、請求項１から８のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１１】
カップラは基体に固い結合点で結合され、ブランチは柔らかい結合点により結合される、請求項１０記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１２】
結合点の形状は引き起こされる複屈折を最小限にするように制御され、結合点の間隔は所定の限界以下で共鳴するファイバー振動を防ぐように調節される、請求項１１記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１３】
２つの出力ファイバーが本質的に等しい長さを有している、請求項１から１２のいずれか１項記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１４】
２つの出力ファイバー間の長さの差が、信号がその内部を伝わる飛行時間の差を生成させ、この差が干渉計遅延の２％未満である、請求項１３記載の全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイス。
【請求項１５】
光学ＤＰＳＫ復調システムでの使用に好適な全ファイバー製位相制御された遅延干渉計デバイスの製造方法であって、  
（ａ）各々、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する２つの光ファイバーカップラであって、デバイスの作動波長領域において５０％近くの分割比率を有するカップラを製造すること；
（ｂ）２つのカップラを一連に連結し、２つのブランチが等しくない長さである、２つのブランチ干渉計を形成し、光路間の遅れを提供すること；
（ｃ）２つのブランチを機械的ストレスを取り除くように処理し、最小の複屈折を持った干渉計測定の構造を生成すること；および
（ｄ）ブランチの１つを加熱して干渉計の位相制御を得るためにファイバーヒーターを提供すること；を含む方法。
【請求項１６】
同じ製作ステーション上で２つのカップラを作る、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
２つのカップラの２番めを、製作中に干渉計構造のコントラストをモニターしながら作る、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
カップラは干渉計の作動範囲を増加させるために、波長非依存性のカップラとして作られる、請求項１５から１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
カップラ間の２つのブランチを、所定の形状に曲げることにより賦形することを含む、請求項１５から１８のいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
Ｕ字形へそれらを曲げることによりブランチが賦形される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
賦形されたブランチがアニーリングにより、それらが曲げられた位置のままでファイバーの内部応力を解放し、ファイバー中の複屈折を減じる、請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２２】
曲がっているファイバーの直径を減じることにより、賦形されたブランチの応力が減少される、請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２３】
ファイバーへのエッチングにより、直径が減じられる、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
ファイバーを熱することにより干渉計の天然の温度依存性を補償するために、干渉計の２つのブランチのより長いものの上にファイバーヒーターが配置される、請求項１５記載の方法。
【請求項２５】
多層金属フィルムで均一にファイバーをコーティングすることにより、ファイバーヒーターが生産される、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ファイバー上にマイクロワイヤーの発熱体を結合することにより、またはファイバーの周囲にマイクロワイヤーの発熱体を巻くことにより、ファイバーヒーターが生成される、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
干渉計は単一の基体上に結合される、請求項１５から２６のいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
ボンディングにより複屈折を引き起こさないように、カップラは固い結合点を使用して単一の基体上に結合され、ブランチには柔軟な結合点を使用して基体に結合される、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
柔軟な結合点は間隔をおかれ、所定のポイント以下で共鳴してファイバーが振動することを防ぐ、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
固い結合点はファイバーに対する応力を最小限にするために、毛管作用を使用して成形または賦形される、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
固い結合点は、該結合点内に保持された両方のファイバーの応力が対称であることを保証するために、毛管作用を使用して、成形されるか賦形される、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
加熱されない２つのブランチの中での短いブランチが、対流または放射による加熱を減じるために、柔軟な結合物質で完全にシールされる、請求項２８記載の方法。
【請求項３３】
出力ファイバーはクリービングにより等しい長さに調節され、長さの均等化を確認するために白色光干渉計を使用する、請求項１５から３２のいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
クリービングされたファイバーはコネクターにマウントされ、クリービング長さの均等性を保持しつつ研磨される、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野
本発明は光通信信号復調の分野に関し、より詳細には光ファイバー遅延干渉計の分野に関する。より具体的には、本発明は、全ファイバー製の低損失および低い複屈折の位相の制御された遅延干渉計デバイスを提供することに関し、特に光学ＤＰＳＫ復調用途にふさわしいデバイスに関する。それらはコンパクトな形状に作られることができる。
【０００２】
本発明の背景
ほとんどの光通信システムは今日２進法のオンオフ変調（ＯＯＫ）を使用するが、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）は、長距離光通信用のＯＯＫの非常に魅力的な代替えとして実験的に実証された。長距離光通信システムでは、与えられたビット−エラー比率（ＢＥＲ）については、より長距離の到達を可能とするために、２進法のＤＰＳＫはＯＯＫに比較してほぼ３ｄＢ低い光信号−雑音比率（ＯＳＮＲ）を要求する。差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）では、スペクトル効率を増大させる多レベルエンコーディング、色分散（ＣＤ）および分極モード分散（ＰＭＤ）に対する改善された許容範囲、およびＯＯＫに対してパワー低下を招かずに、成分周波数帯域要件を緩めるという全ての効果が得られる。
【０００３】
通信システムでは、オンオフ変調（ＯＯＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）および位相偏移変調（ＰＳＫ）の３つの基本的な変調フォーマットがある。オン・オフ変調（ＯＯＫ）は搬送波レーザーの振幅を変調する信号を使用するが、周波数偏移変調（ＦＳＫ）または位相偏移変調（ＰＳＫ）は、ＯＯＫスキームでのように振幅を変調する代わりに、周波数または位相のどちらかを変調する信号を使用する。ＦＳＫおよびＰＳＫシステムはどちらも、高度に周波数安定化された搬送波レーザーと、搬送波レーザーと周波数、相および偏光が一致された局部発振器レーザーに依存して情報を得る。
【０００４】
ＤＰＳＫシステムはわずかに改良されたＰＳＫシステムである。「差動」の用語は、情報が絶対位相数値へではなく、ビット対ビットの相変化にコード化されることをいう。これはＦＳＫまたはＰＳＫのシステムに固有の不明瞭な周波数または位相を回避し、非常に安定した局部発振器レーザーおよび搬送波レーザーの両方を回避する。直接検波のレシーバーの中の絶対位相対照の欠如により、前のビットの位相が相対的な位相対照として復調に使用される。
【０００５】
しかしながら、ＤＰＳＫとＤＱＰＳＫの変調フォーマットは、レシーバーで復調するための遅延干渉計を要求する。このデバイスは、位相コード化された情報を、隣接したビット間の位相差に依存して検知できる強度の情報に変換する。遅延干渉計の実現は典型的には一体化された平面の導波管およびファイバーに基づいた干渉計を含んでいる。遅延干渉計の経路の長さの違いは一体化された熱ヒーターまたは圧電変換器のいずれかを使用して、位相制御のために微調整することができる。ファイバー中の複屈折はさらに非常に小さくなければならない。なぜなら、複屈折の存在下では、干渉計の完全なセンタリングは両方の偏光に対して同時に達成することができず、システムペナルティーを生ずるからである。
【０００６】
マッハ・ツェンダー干渉計のような遅延干渉計は、結合器と接続された１つのスプリッターを含み、スプリッターと結合器の間の２つの光路は異なる長さであり、これは２つの信号に対してビット信号の持続時間に対応する、明確に定義された遅れを提供する。遅延干渉計の出力側で、受信されたコード化されたＤＰＳＫ光信号から情報を抽出するために、バランスがとられたレシーバーによって２つの信号が検知される。２つの光学信号についての遅れが、２つの光学の信号の偏光の状態から独立したものであることは非常に重要である。
【０００７】
米国特許６，２７１，９５９では、ペイロードおよびオーバーヘッド信号の両方を運ぶ光チャンネルからオーバーヘッド信号を抽出するための光周波数復調技術が示される。この技術は、オーバーヘッド信号の情報を抽出するために、光周波数復調機における非対称のマッハ・ツェンダー干渉計使用法（ＡＭＺＩ）を使用する。光周波数復調機は、周波数弁別によってオーバーヘッド信号を抽出するための調整された非対称のマッハ・ツェンダー干渉計、オーバーヘッド信号を電気信号に変換するためのバランスがとられたレシーバー対、および受信されたオーバーヘッド信号の情報から高周波成分を除去するための低域フィルタからなる。しかしながら、ＤＰＳＫ信号を復調するために同様の技術が使用できることはこの特許の中に開示されていない。
【０００８】
ヨーロッパ特許出願番号ＥＰ１  ３３５  ５１０  Ａｌでは、シングルモードファイバーに基づいた遅延−ライン干渉計が示される。両方の光路中の等しい偏光を保証するために、デバイスは２つのビームスプリッターから構成され、２つのスプリッターの間の十分に調整された光路の等しい合計の曲がり角度を有する。
【０００９】
光ファイバーの曲がりは、弾性−光学効果のためにファイバーに複屈折を導入するだろう。２つのスプリッター間の両方の光路について合計の曲げ角度を等しくしておくのは難しい。特にデバイスのサイズを減じようとする場合に困難である。ＥＰ１  ３３５  ５１０  Ａｌの遅延−ライン干渉計における他の問題は、曲げられた光ファイバーの信頼性と、環境温度の変化が生じる場合にレーザー周波数の光チャンネル中心を合わせる能力である。
【００１０】
別の先行技術の米国特許６，５６３，９７１では、小さな曲がりを有する光ファイバーマッハ・ツェンダー干渉計が示される。光ファイバーマッハ・ツェンダー干渉計のサイズを減じるために、このデバイスは２つのカップラから作られ、これらの間を小さく曲がるテーパーの光路を有する。このテーパーの小さな曲がりに伴う大きな課題は大きな複屈折であり、そのためＤＰＳＫ復調用途においてこの遅延干渉計を使用できなかった。この技術に関する別の問題は、引き起こされる高い損失のためにテーパーの屈曲領域において金属フィルムでファイバーをコーティングできないことである。
【００１１】
したがって、低損失と小さい複屈折、速い位相同調能力、広いスペクトルレンジで作動可能で、高度の信頼性を有し、好ましくは小さいサイズの光学遅延干渉計についての必要がある。
【００１２】
本発明の要約
公知であるマッハ・ツェンダー構造に基づくが、本発明はデバイスの改善された性能を可能にするいくつかの機能の新規な組み合わせから成る。マッハ・ツェンダー構造は、各々２つの入力ポートと２つの出力ポートを有する２つの光ファイバカップラから構成される。カップラは連結され、２−ブランチ干渉計を形成する。２つのブランチの長さは等しくなく、それにより、光路間に遅れを提供する。干渉計の入力のパルスは二つに等分に分割される。１つのハーフパルスは１ビット遅らせられ、他のブランチから来る次のビットのハーフパルスと出力カップラ内で干渉するようにされる。干渉において大きなコントラストを得るために、２つのカップラはデバイスの動作範囲波長にわたりほぼ５０％の分割比率を有することが必要である。第二には、最小の複屈折を有する干渉計構造を形成することにより、２つのハーフパルスに生じる光学的な遅れは、その偏光状態に拘わらずに同一であることが必要である。本発明は、低損失および低い複屈折の、位相制御された遅延干渉計を提供し、特に光学ＤＰＳＫ復調用途にふさわしいものを提供し、それらはコンパクトな形状に作られることができる。
【００１３】
異なる繊維長のために、干渉計の内部のファイバーは曲がっていなければならない。コンパクトなサイズを提供するために、本発明の１つの実施態様はＵの形をしている２つの干渉計ファイバーブランチの形状を提案し、それにより２つのカップラを並列にするものである。好ましくは、Ｕ字型のファイバーは機械的なジグ内に置かれ、２つのＵ字型のブランチの間の距離の調節により、正確に光路差を画定する。さらに、低い複屈折のファイバーが、曲がっているファイバー中の複屈折を最小限にするために選択される。
【００１４】
本発明の別の態様においては、製作工程およびボンディング工程の間に光学的の構造を動かさないように、同じ製作ステーション上で２つのカップラが好ましくは作り上げられる。さらに、２つのカップラによって画定された面に関して角度を有して保持されたマイクロトーチを使用し、他方を熱せずに１つのカップラを熱することを可能とすることが好ましい。その角度は好ましくは４５度よりも大きい。
【００１５】
本発明のさらなる実施態様では、干渉計構造上に第２のカップラを直接作り、製作中に実際のコントラストをモニターすることにより、干渉計のコントラストが調整される。
【００１６】
本発明の別の態様では、波長非依存性のカップラが提供され、干渉計の作動範囲波長範囲を増加させる。
【００１７】
更に、本発明の別の態様では、それらを曲がっている形状に維持しつつ、それらの内部応力をアニールすることにより、光ファイバーを曲がっている位置に熱により賦形する。これは、曲変形が応力集中部を生ずる場合がある、ファイバーの屈曲部から生ずる複屈折、および結合箇所からファイバーら発生する複屈折を減じる。あるいは、応力を減じるために曲がっているファイバーの直径を減じることができる。そのような低減はファイバーをエッチングすることにより達成される。さらに異なる態様または上記の手順への追加として、曲げ応力を減じるために通常の直径よりも小さな、低複屈折のファイバーを選択することができる。減じられた直径のファイバーもファイバー形状の曲げ半径を減じるために使用されてもよい。この発明のさらなる態様では、カップラ間のブランチの少なくとも１つにファイバーヒーターを提供することにより、干渉計の位相の制御を提供する。
【００１８】
ファイバーを熱することによる干渉計の天然の温度依存性を補償するために、そのようなファイバーヒーターは干渉計の最長のアーム上に置かれることができる。そのようなファイバーヒーターは、ファイバーを金属フィルムで均一にコーティングすることにより作ることができ、これは電流の流れに対して名目的な抵抗を示し、効率的な、低い複屈折のヒーターとして作用する。
【００１９】
ファイバーヒーターへの電気接続部は、低応力半田付けプロセスによって、またはミクロワイヤーの半田付けによって、あるいはファイバーヒーターへのワイヤボンディングにより作られることができる。ファイバーヒーターは、ブランチのうちの１つにミクロワイヤーの発熱体を結合することにより、あるいは、干渉計のアームの１つのファイバーにミクロワイヤーの発熱体を巻くことにより形成されることができる。さらに、ファイバーヒーターはファイバーに近い基体に組み入れられることができる。
【００２０】
この発明のさらなる態様は、一つの基板上に完全な干渉計構造を結合することである。カップリング比率の悪化に結びつくことがあるクリープを最小限にするために、基板にカップラを固定するために硬い結合点を使用することは望ましい。それらのエリアを制限するか、接着剤の自然な毛細管現象を使用して、それらの形を制御しつつそれらを成形することにより、カップラ接合点を形作ることができ、それによって応力の低減、および両方のファイバーでの残留応力の平等化により、引き起こされる複屈折を低減することができる。不必要な応力により引き起こされる複屈折を起こさないために、柔軟な接合点は干渉計ブランチあるいはアームを保持するのに望ましい。更に、前もって定義した限界以下で共鳴するよう、干渉計のつるされたアームを支持する柔軟な接合点の間隔を、ファイバー振動を防ぐ距離にあけるべきである。他方では、ヒーター効率を低下しないようにファイバーヒーター部分上での接合点を最小限にするべきである。さらに、対流または放射による加熱を低減するために、加熱されないファイバーは、柔軟な接合物質中で完全にシーリングされることができる。本発明の別の態様では、サイズをもっと縮小するためもしくは他の設計の目的のために、特には長い遅延干渉計のために、Ｕ字形以外の光路形状が提供される。
【００２１】
本発明の別の態様では、干渉計の出力カップラから光学受信器まで信号を搬送する出力ファイバーの均等化が提供され、それにより出力での復調されたビットはバランスのとられた検知器で同期させられる。これらのファイバーの末端は、分けられた末端または連結された末端の形式をとることができる。しかし、干渉計出力から受信器までの分離の飛行時間が、干渉計自体によって提供される遅れよりも本質的に小さく（＜２％）されるべきである。
【００２２】
本発明によれば、このようにＤＱＰＳＫ復調のために干渉計構造を得るか、あるいはマルチレイトＤＰＳＫ復調のための構造を得ることができる。
【００２３】
本質的には、したがって、本発明は光学的ＤＰＳＫ復調システムで使用するにふさわしい、以下を含む、全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイスを提供する：
（ａ）２つの光ファイバーカップラであって、各々が２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有し、該カップラは連なって接続され、２−ブランチ干渉計を形成し、かつデバイスの作動波長範囲にわたり、ほぼ５０％のスプリット比率を有する；
（ｂ）カップラ間の前記の２つのブランチは等しくない長さを有し、所定の形状に賦形され、干渉計の入力パルスが二等分に分割された場合、ブランチ間で１ビットの遅れを提供し、それにより１つのハーフパルスは１ビット遅れ、第２のブランチから来る次のハーフパルスと出力カップラ内で干渉するようにされる；  
（ｃ）最小の複屈折を持った干渉計構造を生成することにより、偏光に関係なく２つのハーフパルスの間に遅れを作るための手段；および
（ｄ）干渉計の位相制御を得るために、カップラ間のブランチの少なくとも１つを熱するためのファイバーヒーター。
【００２４】
本発明は、さらに光学的ＤＰＳＫ復調システムで使用するにふさわしい、以下を含む、全ファイバー製の位相制御された遅延干渉計デバイスの製造方法を提供する：  
（ａ）２つの光ファイバーカップラであって、各々が２の入力ポートおよび２つの出力ポートを有し、該カップラはデバイスの作動波長範囲にわたり、ほぼ５０％のスプリット比率を有する光ファイバーカップラを製造すること；  
（ｂ）２つのカップラを連結し、２つのブランチが等しくない長さを有し、２つの光路の間に遅れを提供する２−ブランチ干渉計を形成すること；
（ｃ）  最小の複屈折を持った干渉計の構造を生成するように２つのブランチを形成すること；および
（ｄ）干渉計の位相制御を得るためにブランチの少なくとも１つを熱するためのファイバーヒーターを提供すること。
【００２５】
本発明のさらなる態様および特徴は、添付図面と発明の特定の実施例についての以下の記載を読むことにより当該技術分野における通常の知識を有するものにとって明らかになるであろう。
【００２６】
好ましい具体例の説明
本発明の実施例は、添付された図面および実施態様に関して以下により詳しく記述される。記述された実施態様は例示の目的のみで示され、特定の物理的な構成に本発明の概念が制限されるものではないことは銘記されるべきである。図面では、同じ参照番号は同じ要素を指定するために使用される。
【００２７】
本発明の全ファイバー製のコンパクトで位相が制御された遅延干渉計の構造は図１に示される。それは本出願と同じ譲受人に属する米国特許６，８３６，５９９の図４Ａの中で既に例証されたものと同様のＵ字型の配置を使用する。全ファイバー製の位相が制御された遅延干渉計１１は、２つの３ｄＢの波長非感受性のカップラ１２Ａおよび１２Ｂを含んでいる。これらは熱により曲がられたか、または酸でエッチングされた、２つの等しくない長さのＵ字型の光ファイバー１４および１６により連結され、１ビットの遅延を提供するように適合される。２つの等しくない長さのＵ字型の光ファイバーの１つは金属の薄いフィルム１８でコーティングされ、位相制御能力を提供する。
【００２８】
遅延干渉計のサイズを縮小する１つの方法はＵ字形へ干渉アームを曲げることである。しかしながら、光ファイバーの曲げ加工は、損失、複屈折および減少したファイバー信頼度のようないくつかの問題を導くだろう。ＳＭＦ  ２８のようなシングルモードファイバーでは、屈曲ロスは、曲げ半径、およびファイバーのコアとクラッドとの間の屈折率差に強く依存する。シングルモードファイバーの所定の屈折率差については、顕著なロスを導くことなくＵ字形へ干渉アームを曲げるために使用することができる曲げ半径についての限界がある。光ファイバーの曲げ加工に関連した別の問題は複屈折である。シングルモードファイバー中の複屈折は、理想的な直線の円筒からのコアの幾何学形状の変位、あるいは機械的ストレスからの弾性−光学効果のいずれかに起因することが知られている。曲げにより引き起こされた複屈折は本質的にストレスによる効果である。それは大きな変形をする曲げられたファイバー中に蓄積される横方向の圧縮応力に起因する。光ファイバーの曲げ加工はさらに信頼度の問題を引き起こす。光ファイバーの最小曲げ半径は、典型的には、ファイバーを経時的に破壊させる静的疲労ストレスコロージョンによって制限される。本発明のコンパクトなデバイスでは、干渉計のＵ字型のアームを、１５ｍｍ以下の半径、典型的には１２ｍｍから１５ｍｍの間の半径で曲げることができることが見いだされた。
【００２９】
本発明の範囲内の具実施態様として提案された次の操作が、光ファイバーを曲げることに付随する複屈折と信頼度の問題を解決する：
１．  低い複屈折の光ファイバーを選択する；
２．  曲げる部分を露出しつつ、ファイバーを２の溝の中に保持する固定具中でファイバーを曲げることにより、ファイバーをＵ字形に成形する；
３．  光ファイバーの内部のストレスを解放するためにフレームトーチまたは炭酸ガスレーザーで、Ｕ字形光ファイバーをアニールする。
【００３０】
図２は、Ｕ字形に曲げられた光ファイバー中のストレスを解放するために、フレームトーチを使用して光ファイバーを曲げる方法を示す。低い複屈折の光ファイバー１４あるいは１６は、最初にプラスチックの保護ジャケットがはがされる。その後、前もって決められた半径のＵ字形を生じさせる、Ｖ字型の溝が彫られた固定具２０内に入れられる。フレームトーチ２２は矢印２４により示される方向に動かされ、光ファイバーの曲がっている領域をその歪点温度まで温め、曲がっている領域の内部のストレスを解放する。異なる方法では、ストレスを解放するために熱源として炭酸ガスレーザーを使用する。
【００３１】
ストレスを解放し、複屈折を減じる別の方法は、ファイバーを酸エッチングし、曲がっている部分の寸法を局所的に減じることである。
【００３２】
ＤＰＳＫまたはＤＱＰＳＫシステムの直接の検出の適切な操作のためには、光源と遅延干渉計の間の周波数のオフセットを最小限にすることが必要である。なぜなら、任意のそのようなオフセットは遅延干渉計内の不完全な干渉をもたらし、従ってレシーバー性能の劣化に帰着するからである。ＤＰＳＫ伝送システムでは、周波数オフセットは光源の波長ドリフト又は信号の偏光回転により導かれることができる。遅延干渉計が幾分かの偏光依存性の光路差を示す場合には、その透過スペクトルの偏光依存性シフトをもたらす。したがって、アクティブなコントロールループが、連続的に遅延−ライン干渉計の位相を調節するために通常要求される。
【００３３】
遅延干渉計１１中の位相調整は、干渉計の１つのアームの表面に置かれた薄膜マイクロヒーター１８により、熱−光学効果を使用して有効な光路差を変更することにより達成される。光ファイバーがＵ字型に成型され、熱または酸エッチングによって脱−応力化された後、図１に示されるように金属薄膜１８がＵ字型のファイバーの曲がっている領域の表面上にコーティングされ、遅延干渉計に対して位相制御適応性を提供する。
【００３４】
金属フィルムは薄く、均一で、好ましいプロセスパラメータ（低い堆積速度、低温など）下において堆積され、そのような金属薄膜自体によって引き起こされ、遅延干渉計中の複屈折を増加させるであろう応力を回避する。典型的に、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕの３層フィルムが使用される。また、金は、エッチング除去されて白金を現わし、それによりファイバーヒーターを形成する。いくつかの領域では、金は残され、半田付け可能な、ワイヤボンディング可能な接触を形成する。
【００３５】
Ｅｒドープしたアンプの３５ｎｍの周波数帯域幅を完全に利用するために、遅延干渉計は３５ｎｍの帯域幅内で機能しなければならない。この性能を達成するために、遅延干渉計１１中の両方のカップラ１２Ａおよび１２Ｂは、少なくとも３５ｎｍの帯域幅については３ｄＢで維持されなければならない。これは２つのカップラが波長に非感受性でなければならないことを意味する。波長に非感受性なカップラにするために、２つのＵ字型の光ファイバー１４および１６のうちの１つは、２つのカップラを作る前に、Ｕ字形領域の両側でエッチングされるかまたはテーパーにされなければならない。図３は、本発明のコンパクトな遅延干渉計中で使用される、典型的な３ｄＢの波長に非感受性のカップラについての、挿入損失対波長を示す。
【００３６】
波長非感受性のカップラ１２Ａおよび１２Ｂを作る前に、カップラ１４を製造するために使用される部分においてあらかじめテーパーにされた、コーティングされた曲がっているファイバー１８およびコーティングされていない曲がっているファイバーの両方が、ジグ中におかれ、１ビットの遅れに相当する光路差を調節する。その後、カップラ１２Ａ側の両方のファイバーは並べられて接触され、形状を制御した接着結合を作ることにより、曲げられたファイバー領域の側のムービングプラットホームに接着され、カップラを形成する。カップラが作られた後、第２の形状が制御された接着結合が、カップラ１２Ａの反対側に形成される。このプロセスはカップラ１２Ｂについて繰り返される。曲線状のファイバーの横側の接着結合は、クランプが困難な、非共線の曲線状のファイバーをしっかりと取り付けるという困難な課題を回避するために、この生産工程の間に必要である。それらをよく制御された形状に成型する手段が提供され、遅延干渉計中の複屈折を制御する。
【００３７】
波長非感受性のカップラ１２Ａおよび１２Ｂの両方は、遅延干渉計の光学的性能をモニターするために光学スペクトルアナライザーを使用して、公知の溶融バイコニックテーパー技術によって作られる。両方のカップラは、２つのポートの間の最良のコントラストを与えるために３ｄＢにできるだけ近くなければならない。最大のコントラストを達成するために、第２のカップラ調節も、第２のカップラの伸びの間に干渉計のコントラストをモニタリングし最大化するために、狭い線幅のスイープ波長のレーザーを使用して行なわれる。
【００３８】
２つのカップラが作られた後、遅延干渉計構造はカップラ製造ステーションからはずされる。また、結合装置を使用して、カップラは再度引っ張られ、単一の通常のシリカ基体上に固着される。これは、形状が制御された接着結合と基体の間への接着剤の薄膜の適用により行われる。適切な硬化の後に、基体は、それが結合される低膨張性の金属製ケースへ移動される。干渉計のつられたアームは別個の箇所で封じ込められた。また、ファイバーヒーターへの電気的な接続が行なわれた。その後、ケースは不活性雰囲気の中で密閉される。このプロセスは図４の中で示されるようなアセンブリーを与える。これは拡大図として示され、上部が開けられた、パッケージされたＤＰＳＫの内の本発明のコンパクトな遅延干渉計の設置を示す。デバイスの実際の寸法は、約４ｃｍ×約９ｃｍである。このセットアップの中で、非感受性のカップラ１２Ａが、通常はシリカから作られる基体２６に、固着用の結合剤２８Ａおよび２８Ｂで固着され、非感受性のカップラ１２Ｂが基体２６に、固着用の結合剤３０Ａおよび３０Ｂで固着される。固着結合剤は低応力接着剤であり、それは、干渉計のファイバー中の複屈折を最小限にする。Ｕ字型のファイバー１４および１６も、たとえばシリコーンカプセル材料によって、特定の場所にそれらを封じ込めることによって基体２６上で安定させられる。これらの点は、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、３２Ｆおよび３２Ｇとして図４の中で示される。これらはマイクロホンの振動への不感性を提供するために適応された自己封じこめ性の点である。
【００３９】
この配置では、ファイバー１６は例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕコーティングで金属化され、干渉計に位相制御能力を提供する。金はこのコーティングのある長さについてエッチングすることにより除去され、薄膜ファイバーヒーターを作成する。そのようなファイバーヒーターは、非常に小さな電力消費で、０−６５℃の周囲環境でドリフトを補償することができる。ファイバーヒーターへの接続は低応力半田付けされたマイクロワイヤー３１および３３で作られ、基体金属化トラックを介して電気接続ピン３５Ａと３５Ｄにワイヤーボンディングされ、接続を完了する。ピン３５Ｂおよび３５Ｃに接続されたサーミスター３４が、周囲またはケースの温度を測定するために提供される。それはファイバーヒーターを適切に作動させる回路を制御するために必要とされる。出力ファイバー長３７Ａおよび３７Ｂを等しくするために、光学的測定と共にクリービングを使用することができる。これはこれらのファイバーの末端が干渉計遅延の２％以内にあることを保証する。このために、第１のファイバーをクリービングして、次に第２のファイバーを要求されたより長い長さにクリービングし、白色光干渉計を使用して、長さの差を測定する。図１１は、そのような操作の結果を例証する。長さの差はこの測定について記録され、第２のファイバーを再度クリービングし、要求された量だけ短くする。ファイバーが、同じ幾何学的な長さを有していることを保証するジグの中で引っ張られている場合には、あたかもファイバーリボンをクリービングするかのように、同じクリービング工具で両方のファイバーを同時にクリービングすることもできる。クリービングされたファイバーは、コネクターへマウントし、長さの均等を保存しつつ研磨することができる。これを達成するために、ファイバーがフェルールの内部でマウントされ固着されている場合、クリービングされたチップがフェルールから等しい量で出ることを保証するよう注意しなければならない。これは、機械的な比較手段によって容易に達成される。
【００４０】
図５は、グラフの中で直線として示される加えられた電流と、時間の関数としての典型的な規格化された透過曲線を示す。
【００４１】
図６は、図４に記載されたもののような、典型的な全ファイバー製のコンパクトフリー−スペクトルレンジ（ＦＳＲ）１０ＧＨｚの遅延−ライン干渉計の挿入損失を示す。
【００４２】
図７は、同じデバイスの偏光依存性損失を示す。また、図８は、３７ｎｍスペクトル範囲についてのそのようなデバイスの挿入損失を示す。
【００４３】
図９Ａおよび９Ｂの中で例証されるように、マイクロワイヤーヒーター３６のような、ファイバー１６を熱するための他の手段も使用されてもよいことが銘記されるべきである。そのようなケースでは、ヒーターは、図８Ａに示されるような曲線状のファイバー１６に沿ったマイクロワイヤーの提供により、または図８Ｂに示されるようなファイバーにそのようなマイクロワイヤーを巻くことにより外部的に加えられることができる。そのような細いワイヤーは、たとえば、純粋なプラチナまたは金またはチタンで作られることができる。カプセル材料は、安定した熱の接触を保証するためにファイバーにワイヤーを固定するために通常使用される。この操作は、光学構造を製造する前に、または製造した後に行なわれることができる。
【００４４】
加熱は、電源とファイバーヒーターを接続し、ファイバーヒーターとの間を電気的に接続することにより行なわれる。ヒーターが敏感な光ファイバー上にあるので、この目的のためには柔らかい半田が好ましく、たとえば、Ｉｎ／Ｓｎ  ５２／４８および他のインジウムに基づいた半田が好ましい。これは複屈折を増加させるファイバーに対するストレスを生まないそれらの低い弾性限界のためである。電気的な接触も、たとえば、１端がファイバーヒーターに半田付けされ、他の端が基体に埋め込まれている電源に半田付けされた金のワイヤーを使用して達成されることができる。この配置においては、金のワイヤーが機械抵抗またはストレスを生成せず、要求されるはんだの量が非常に低減され、接続により引き起こされたストレスを制限するので、これは特に適当である。
【００４５】
この配置における受動ファイバー１４、すなわち、その曲線状の軌道上の点３２Ａおよび３２Ｂで封じ込められるのではなく、ファイバーヒーターを提供されないファイバーは、その全長に関して、完全に封じ込められることができることはさらに銘記されるべきである。これは、２つのファイバー１４と１６の間のよりよい熱的分離に帰着し、さらにこれらのファイバーと周囲との分離にも帰着し、それにより、効率を改善し、外界温度変化に対するより大きな不感性を提供する。
【００４６】
上述の遅延干渉計はカップラ１２Ａと１２Ｂの間が、Ｕ字型のアームまたはブランチ１４と１６で作られたが、他の形状も使用でき、特に長い遅延干渉計に使用されてもよい。いくつかのそのような形状は図１０Ａから１０Ｈにおいて例証される。そのような干渉計のアームは、Ｕ字型のアームの場合のように、湾曲部分を加熱してファイバーの応力を解放することにより、または湾曲部分においてファイバーを酸でエッチングしてそれらの半径を減少させることによって形成することができる。したがって、ＳＭＦ  ２８ファイバーの１２５μｍ直径は、本発明に従って８０μｍまたは５０μｍさえになることがあり、それにより、ファイバー中のストレスおよび複屈折を最小限にする。エッチングによる直径のこの低下は、さらに減じられた直径でカーブを作り、したがって、非常にコンパクトなデバイスを生産することを可能にする。
【００４７】
ファイバーの賦形は任意の適当な方法で行うことができる。例えば、干渉計の構造の２つの半分を生産し、次に、所望の形状を形成する前に互いにそれらをスプライスすることができる。さらに、半波長板、λ／２をそれぞれのブランチに挿入し、ストレスのポイントにわたり、基体に関して垂直または平行の偏光に信号を連続的に向けることにより複屈折の影響を制限することができる。
【００４８】
さらに、結合接着剤の形状およびタイプの制御により、カップラのための低ストレス結合手段を提供することは重要である。これを行うための１つの方法は、図１２の中で例証される。１対のファイバー３６、３８が成形シリンダー４２の成形表面４０の上に置かれる。該シリンダーは１．２５ｍｍの外側直径（ＯＤ）を有し、内蔵のヒンジの形をしている解放メカニズム４４と共に提供される。成形表面４０は平らに磨かれる。ＵＶ硬化可能な接着剤４６が、接着剤の自然の毛細管現象を使用して、成形表面上およびその上に配置されたファイバー３６、３８上に適用される。さらに、接線および中心にある出現ポイント４８は低い／対称なストレスフィールドを得るように制御される。この手順は、それらの領域を制限しつつ、それらの形状を制御しつつカップラ結合点を成型することを可能にし、それにより、引き起こされる複屈折を減じる。本発明は具体的な記載および実施態様て特に制限されず、本発明の特許請求の範囲から離れることなく、当業者にとって明白な変更を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は本発明の１つの実施例に従う、全ファイバー製のコンパクトな低い複屈折を有し位相が制御された遅延干渉計を示す平面図である。
【図２】図２は、Ｕ字形に曲げられた光ファイバーの応力を解放するためにフレームトーチを使用した光ファイバーの曲げ方を示す図である。
【図３】図３は、３ｄＢの波長非感受性のカップラについての挿入損失対波長を示す。
【図４】図４はパックされた本発明全ファイバー製のコンパクトな低い複屈折を有し位相が制御された遅延干渉計を示す透視図である。
【図５】図５は、規格化された透過率対時間と、位相を制御するために１のファイバーを加熱するために使用された印可電流を示す。
【図６】図６は本発明の全ファイバー製のコンパクトな低い複屈折を有し位相が制御された遅延干渉計の挿入損失を示す。
【図７】図７は本発明の全ファイバー製のコンパクトな低い複屈折を有し位相が制御された遅延干渉計の偏光依存性の損失を示す。
【図８】図８は、３７ｎｍスペクトル範囲についての、本発明の全ファイバーのコンパクトな低い複屈折を有し位相が制御された遅延干渉計の挿入損失を示す。
【図９】図９Ａおよび９Ｂは、直線のワイヤーあるいはファイバーの周囲に巻かれた螺旋状のワイヤーのいずれかのとしての遅延干渉計のアームに結合されたミクロワイヤーで作られたファイバーヒーターを示す。
【図１０】図１０Ａから１０Ｈは、本発明の遅延干渉計の様々な形を示す。
【図１１】図１１は、４０ＧＢ／ｓの遅延干渉計を通って測定された、白色光干渉計高精度反射率測定用の再帰反射対長さのグラフを示す。
【図１２】図１２は、カップラのための制御された接合点の生成のためのセットアップの透視図を示す。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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