(57)【要約】      （修正有）【課題】標準の光学伝送ファイバへ容易に結合されることができる充填されたコア光ファイバ、およびそのような充填されたコア光ファイバを作る方法を提供する。【解決手段】光ファイバが、その後、活性光学材料20が中空コア領域内へ導入される対向端部で潰される充填された、コア光ファイバおよび方法である。潰すことは、ファイバ構造内に活性材料20（液体または固体であることができる）を“ピンチ・オフ”することと、活性材料20の両側で、コアを囲むクラッド層リング12を中実コア領域に潰すことにも機能する。充填されたコア・ファイバは、次にシールされ、かつ従来のスプライシング・プロセスを用いて標準のファイバに結合されることができる。【選択図】図２
2004220035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填されたコア光ファイバであって、
光学活性材料で充填されたコア領域と、前記コア領域を囲む高い屈折率のクラッド・リングとを含む中央セクションを備え、前記中央セクションは、第１の端部終端および第２の対向する端部終端を有するものとして規定され、充填されたコア光ファイバはさらに、
前記高い屈折率のクラッド・リングの潰されたセクションを備えるコア領域を含み、前記中央セクションの第１の端部終端に結合された第１の結合領域と、
前記高い屈折率のクラッド・リングの潰されたセクションを備えるコア領域を含み、前記中央セクションの第２の対向する端部終端に結合された第２の結合領域とを備える充填されたコア光ファイバ。
【請求項２】
前記光学活性材料が、液体材料を含む請求項１に記載の充填されたコア光ファイバ。
【請求項３】
前記光学活性材料が、固体材料を含む請求項１に記載の充填されたコア光ファイバ。
【請求項４】
ファイバがさらに、
第１の結合領域の高い屈折率のコア領域を、前記高い屈折率のクラッド・リングに結合する外側のテーパを含む、前記第１の結合領域と前記中央領域との間に配置された第１の遷移領域と、
前記高い屈折率のクラッド・リングを、第２の結合領域の高い屈折率のコア領域に結合する内側のテーパを含む、前記中央領域と前記第２の結合領域との間に配置された第２の遷移領域とを備える請求項１に記載の充填されたコア光ファイバ。
【請求項５】
前記内側および外側のテーパが、各遷移領域を横切る本質的に低損失モード展開を維持するように断熱的テーパを備える請求項４に記載の充填されたコア光ファイバ。
【請求項６】
充填されたコア光ファイバを作る方法であって、
第１の端部終端および第２の対向する端部終端を有し、かつ中空コア領域を囲む高い屈折率のクラッド・リングを含むものとして規定される中空コア・ファイバのセクションを提供する工程と、
前記中空コア領域の一部に、光学活性材料を充填する工程と、
前記光学活性材料を封入し、かつ各端部終端で前記クラッド・リングを高い屈折率の中実コア領域内に潰すように、前記中空コア・ファイバの前記第１および第２の端部終端を潰す工程とを含む方法。
【請求項７】
前記潰す工程を実行するさいに、前記充填されたコア光ファイバは、前記第１の端部終端での前記中実コア領域と前記クラッド層との間に第１の遷移領域と、前記クラッド層と前記第２の端部終端での前記中実コア領域との間に第２の遷移領域とを形成するために潰される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の遷移領域が、断熱的遷移領域を含む請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充填されたコア光ファイバ構造に関し、より詳細には、標準な光伝送ファイバに容易に結合されることができるように、光学的に活性な材料で充填された中空コア・ファイバ、およびそのようなファイバを作る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空コア光ファイバは、それらに関する様々な用途が開発された近年においてより普及した。例えば、中空コア光ファイバは、液晶材料で充填されることができ、次に、電気制御可能な長周期ファイバ格子として使用される。例えば、Ｙ．Ｊｅｏｎｇ他、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．５、２０００年５月、ｐｐ．５１９以下参照。そのようなファイバは、所望の活性材料を含むように充填されたコア領域を除き、普通の伝送ファイバと同一の不可欠な構造を有する。Ｙ．Ｊｅｏｎｇ他によって記載された構成において、液晶コア・ファイバは、毛管作用を用いて、中空コア・ファイバをネマチック液晶材料で充填することによって形成される。シリカ・コア伝送ファイバと液晶充填ファイバとの間の屈折率整合は、これらの２つの間に低い屈折率のネマチック液晶材料を使用することによって達成される。
【０００３】
中空コア・ファイバの他の用途において、２フォトン・ポンプ・レーザが、レーザまたはスーパーラジアンス作用を引き起こす特定の染料材料で充填された中空コア・ファイバを使用することによって形成される。例えば、Ｇ．Ｓ．Ｈｅ他、「Ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ−ｐｕｍｐｅｄ  ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｄｙｅ−ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｆｉｌｌｅｄ  ｈｏｌｌｏｗ−ｆｉｂｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２３、１９９５年１２月１日、ｐｐ２３９３以下参照。Ｈｅ他によって議論された特定のレーザ構造において、中空ファイバの内径は、１００μｍであり、ファイバの２つの開放端部は、それぞれファイバのコアに使用された同じ染料溶液で充填された、２つの同一の液体結合セルに浸される。各結合セルは、液体充填ファイバ外への結合およびシステムの残り内への結合を提供するために、光学ウインドウをさらに含む。
【０００４】
１９８０年５月６日にＧｅｄｄｅｓ他に発行された米国特許第４２０１４４６号に開示されるように、液体コア光学ファイバは、温度を測定するためにも使用された。Ｇｅｄｄｅｓ他の構成において、液体コアの屈折率が温度とともに変化する液体コア・ファイバが開示されている。したがって、液体コア光学ファイバが通過する物質の温度は、ファイバの端部から伝送された光出力の最大角度から測定されることができる。Ｇｅｄｄｅｓ他の液体コア・ファイバは、その後、温度感受性液体で充填される透明毛細管を備える。その毛細管は、次に、従来のマルチモード・ファイバに直列に接続される。毛細管の使用が、毛細管とマルチモード・ファイバとの間の境界での反射を引き起こすことが知られている、この方法で達成されることができる光学結合の角度に関しては、Ｇｅｄｄｅｓ他には何ら議論されていない。
【０００５】
光学活性材料（すなわち、材料の光学特定が、強い光ビームの通過および外部電界の印加を含む様々な手段によって変更されることができる）を中空コア・ファイバへ組み込む能力は、多くの可能性のある利点がある。例えば、高い光学非線形性を有する材料は、より小型でより低い電力の光学デバイスを可能にするために使用されることができる。コア充填されたファイバを充填しかつ密封するための様々な従来技術の方法は、ほとんどの光学システム適用に関しては実際的ではないことが断言される。特に、活性コア材料は、ファイバ内部で密封されず、密封は、市販デバイス適用のために実際に必要である。さらに、コア充填された光ファイバ内への光結合、およびコア充填された光ファイバ外への光結合の低損失方法は知られていない。
【非特許文献１】Ｙ．Ｊｅｏｎｇ他、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．５、２０００年５月、ｐｐ．５１９
【非特許文献２】Ｇ．Ｓ．Ｈｅ他、「Ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ−ｐｕｍｐｅｄ  ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｄｙｅ−ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｆｉｌｌｅｄ  ｈｏｌｌｏｗ−ｆｉｂｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２３、１９９５年１２月１日、ｐｐ２３９３
【特許文献１】米国特許第４２０１４４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術において残っているこれらの問題および他の問題は、充填されたコア光ファイバ構造に関し、より詳細には、標準の光学伝送ファイバへ容易に結合されることができるそのような構造を作る方法に関する本発明によって対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、活性コア材料は、中空コア・ファイバのセクションにまず導入され、ファイバは、中空コアを囲む高い屈折率のクラッド・リングを備えるように形成される。活性コア材料は、通過する信号の光学特性を変更する機能をする液体であることができるが、それに限定されない。コアが、所望の量の活性材料で充填されると、ファイバの端部分（活性材料を含まない）は、高い屈折率クラッド・リングが、コア充填されたファイバ・セクションのどちらかの側に高い屈折率コアを形成するために圧縮され、所望のファイバのセクション内で活性材料を本質的に“はさみ”および密封してシーリングするように潰される。
【０００８】
好ましい実施形態において、潰すプロセスが実行され、最終的なファイバ構造は、高い屈折率リング材料が高い屈折率コア領域を形成する反対側端部を含み、高い屈折率リングが、中央のコア充填されたファイバ・セクションに対して断熱的に外側にテーパ形成される遷移領域が続く。断熱的な遷移は、高い屈折率コア領域から高い屈折率リングへの、低損失モードの展開を可能にする。
【０００９】
高い屈折率コア領域を含む潰されたファイバ・セクションは、次に、標準の伝送ファイバへ容易に結合される（溶融スプライシングなどの通常の従来技術）ことができ、したがって、コア充填されたファイバへの結合およびコア充填されたファイバ外への結合のための低損失構成を形成することは、本発明の一態様である。さらに、潰された終了点は、密封シールを提供し、コア材料（ほとんどの場合において液体）が、コア充填されるファイバ・セクション内に配置されたままであることを確実にする。
【００１０】
本発明の他またはさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の記載の間で明らかになろう。
【００１１】
同様の符号がいくつかの図面で同様な部品を示す図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明により、活性コア材料で充填されかつその後シールされるように処理されることができる、中空コア・ファイバ１０の例示的な断面を示す。示されるように、中空コア・ファイバ１０は、中空コア１４を囲む高い屈折率クラッド・リング１２を含み、外側クラッド層１６が、高い屈折率クラッド・リング１２を封入するために形成される。外側クラッド層１６は、クラッド・リング１２の屈折率より低い屈折率を有する。例えば、中空コア１４の一般的な径は５μｍであり、高い屈折率クラッド・リング１２の一般的な幅は４μｍであり、高い屈折率クラッド・リング１２と外側クラッド層１６との間の一般的な屈折率差は、ほぼ０．００５である。ゲルマニウムでドープされたシリカまたはシリカなどの様々な従来の材料は、それぞれ高い屈折率クラッド・リング１２および外側クラッド層１６を形成するために使用されることができる。例示的な中空コア・ファイバは、他の類似する幾何形状を含むことができ、特に追加のクラッドおよび外側保護層を含むことができる。本発明の目的のために、中空コア１４および高い屈折率クラッド・リング１２を含むことは、不可欠であると考えられる。
【００１３】
図２は、図１のファイバ１０の切断側面図を含み、コア１４に、ファイバの光学パラメータを修正するために使用される活性材料２０、例えば液体が充填される。材料２０は、吸い込み圧力または毛管作用を用いて、または圧縮空気または不活性ガスを用いる中空コア内へ材料を強制することなどによって、任意な適切なプロセスを使用してファイバ１０へ導入されることができる。他の適切なプロセスは、中空コア１４を固体材料で充填するために使用される。材料２０の特定の組成は、本発明の製造プロセスには関連がない。材料２０が導入されると、本発明により、ファイバ１０は、ファイバ１０内に材料２０を捕らえ、かつ固体コア領域を形成するように高い屈折率のクラッド・リング１２の外側部分を低減するために潰される。
【００１４】
図３は、この潰す操作が実行された後のファイバ１０を示す。加熱プロセスが、この機能を実行するために、使用され、かつファイバ１０の端部セクション２２および２４に加えられることができる。例示的なプロセスにおいて、ファイバ１０が、両側でテーパ形成されかつ潰されるように、タングステン・フィラメントなどの熱源が、端部セクション２２および２４に沿って可変電力で動かされる。例として、熱源は、２０．５Ｗの最大電力で７ｍｍの距離にわたって動かされる。示されるように、潰すプロセスは、高い屈折率のクラッド・リング１２が、第１の高い屈折率のコア領域２８を形成するために潰される第１の端部結合セクション２６を結果として形成する。同様に、高い屈折率のクラッド・リング１２が、第２の高い屈折率のコア領域３２を形成するために潰される第２の端部結合セクション３０が成される。本発明の好ましい実施形態において、潰すプロセスが、第１の結合セクション２６とファイバ１０の中央領域３６との間に断熱的にテーパ形成されたセクション３４を形成し、かつ第２の結合セクション３０と中央領域３６との間に同様の断熱的にテーパ形成されたセクション３８を形成するように実施される。これらの断熱的にテーパ形成された遷移領域３４および３８は、活性材料２０で部分的に充填されることができ、したがって、潰すプロセスの間にファイバ内に存在する任意のガスの気泡を含むこともある。しかしながら、断熱的な遷移を形成するために潰すプロセスを制御することによって、第１の高い屈折率のコア２８内を伝播する光のモード・フィールドは、信号が、領域２６および３４を通り中央領域３６へ伝播するときに低い損失で展開する。同様に、中央領域３６と第２の高い屈折率のコア３２との間の領域３８における断熱的なテーパの存在は、光信号が活性材料２０を出ると、低損失モード展開を有効に導く。
【００１５】
図４は、伝送ファイバの別個のセクション４０および４２に従来のように結合される、図３の潰されたファイバ・セクション１０を示す。溶融スプライシングは、従来技術で良く知られている例示的なプロセスであり、このプロセスは、両端部で平坦な表面を提供するためにファイバ１０を割った後、ファイバ１０をファイバ・セクション４０および４２に接続するために使用されることができる。本発明の好ましい実施形態において、ファイバ１０が潰されたときに、高い屈折率のコア領域２８および３２の径は、それぞれファイバ４０のコア領域４４およびファイバ４２のコア領域４６を本質的に整合するように、高い屈折率のリング１２の幅が選択される。したがって、この整合は、ファイバ・デバイス１０内への光信号、およびファイバ・デバイス１０外への光信号の比較的有効な低損失結合を提供する。さらに、潰されたファイバ・セクション１０に存在する結果としての対称性は、信号が、第１の結合領域２６から中央領域３６を通って伝播し、かつ第２の結合領域３０を通って出るときに、低い偏光依存性が信号に導入されることを確実にする。
【００１６】
上述の中空コア・ファイバの適用の２つの特定の例が議論された。第１の例において、内部にシールされた高い非線形材料を有する中空コア・ファイバは、小型の光スイッチとして作用することができ、光スイッチは、さらに、比較的低光電力レベルが、スイッチング動作のために使用されることができる。そのような高い非線形材料は、非線形係数ｎ２を有するカルコゲニドを含み、その非線形係数ｎ２は、一般に、シリカの強度より２から３のオーダーで大きい。光学位相シフトは、光が非線形材料を通して伝播するときに、結果として自己位相変調を引き起こす。この位相シフトは、Δφ＝（２πＬ／λ）ｎ２Ｉによって定義され、ここでＬは、非線形材料を含むファイバの長さであり、Ｉは、伝播光の光強度であり、λは波長である。ｎ２は、シリカに関する係数よりカルコゲニドに関する係数の方がかなり大きいので、π位相シフトは、上述の式から分かるように、ファイバのより短い長さとより低い電力レベルとの組み合わせを用いて導かれることができる。光スイッチは、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計またはＳａｇｎａｃ干渉計を含む、多数の構成で非線形材料を含む中空コア・ファイバで構成されることができる。
【００１７】
第２の例は、液晶などの電気的に切り換え可能な材料を含む中空コア・ファイバを含む。そのようなデバイスは、例えば変調器として使用されることができる。ファイバ・コアを横切って印加された電界は、材料の屈折率における変化を生成する。クラッド・リング１２の屈折率の値から、印加された電界が強度変化したときにより低い値に変化する屈折率を有する材料を選択することによって、ファイバを伝播する光学フィールドの分布は、主に充填されたコアからクラッド・リング１２へ変化する。充填材料とクラッド・リング１２との吸収係数が異なるなら、光学フィールドは、印加された電界に応じて異なる程度で減衰される。
【００１８】
本発明の特徴および利点は、前述の記載で示されているが、開示は例示だけであり、添付の特許請求の範囲内に留まる一方、変更は、デバイスおよびデバイスを作る方法の両方になされることができることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明により活性材料で充填されかつシールされることができる、中空コア光ファイバ断面の斜視図の例を含む図である。
【図２】液体または固体などの活性コア材料で充填された、図１の中空コア・ファイバ・セクションの切断側面図を示す図である。
【図３】活性コア材料をシールし、かつ高い屈折率端部コア領域を形成するためにその後に潰される、図２の活性コア充填ファイバ・セクションを示す図である。
【図４】従来の光伝送ファイバの例示的なセクションに取り付けられた、図３の潰されたファイバ・セクションを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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