(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバーの被覆部分に対して直接レーザ切除を施して光ファイバーの消散フィールドを露出させ、レーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を提供する。【解決手段】レーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法では、直接光ファイバーの部分的被覆部分に対してレーザ切除を施して、光ファイバー内の消散フィールドを露出させ、レーザ切除により形成された消散フィールドの作用長さは光ファイバーの曲率半径を変改することで制御する。側除後の光ファイバーは互いに寄り合い、その消散フィールドにカップリングを発生させた後、加熱融合又は融合先細化することで、光ファイバー・カップラ、光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒフィルタ及び光ファイバー・フリンジ等の光ファイバー素子を製作する。【選択図】図２
2005346080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ファイバー・コア及び被覆部分を有する少なくとも１つのファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除して消散フィールド露出面を形成すると共に、第２のレーザ・ビームを該消散フィールド露出面に入射するステップと、
（ｃ）前記第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定するステップと、
を具備するレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は更に、
前記第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除すると同時に前記光ファイバーを回転して、該光ファイバー消散フィールド露出面をして該光ファイバーを巻回せしめるステップと、
前記第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除すると同時に該光ファイバーを湾曲し、且つ該光ファイバーの湾曲時の曲率半径により、該第１のレーザ・ビームが該被覆部分を切除する長さを決定するステップと、
前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する前に、少なくとも１つの反射鏡により該第１のレーザ・ビームを反射するステップと、
前記反射鏡を移動又は回動して、前記第１のレーザ・ビームの切除範囲に、前記消散フィールド露出面を含ませるステップと、
を具備する請求項１に記載の製作方法。
【請求項３】
（ａ）それぞれファイバー・コア及び被覆部分を有する両光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで前記光ファイバーの前記被覆部分を切除して消散フィールド露出面を形成させると共に、第２のレーザ・ビームを該消散フィールド露出面に入射するステップと、
（ｃ）前記第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定するステップと、
（ｄ）他の光ファイバーに対してステップ（ｂ）及び（ｃ）を重複するステップと、
（ｅ）両光ファイバーの消散フィールド露出面を貼合せて融合及び引張ることにより、光ファイバー・カップラを形成するステップと、
を具備する光ファイバー・カップラの製作方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）は更に、
前記第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除すると同時に前記ファイバーを回転して、前記光ファイバー消散フィールド露出面をして該光ファイバーを巻回せしめるステップと、
前記第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除すると同時に該光ファイバーを湾曲し、且つ該光ファイバーの湾曲時の曲率半径により該第１のレーザ・ビームが該被覆部分を切除する長さを決定するステップと、
前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する前に、少なくとも１つの反射鏡により第１のレーザ・ビームを反射するステップと、
前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する前に、少なくとも１つのレンズで該第１のレーザ・ビームを集中して該被覆部分を切除するステップと、
を具備する請求項３に記載の製作方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ）は更に前記反射鏡を移動又は回動して、前記第１のレーザ・ビームの切除範囲に前記消散フィールド露出面を含ませるステップを具備する請求項４に記載の製作方法。
【請求項６】
（ａ）ファイバー・コア及び被覆部分を有する少なくとも１つの光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで前記被覆部分を切除すると同時に前記光ファイバーを回転することにより、該光ファイバーを巻回する消散フィールド露出面を形成するステップと、
（ｃ）第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定するステップと、
（ｄ）各光ファイバーに対してステップ（ｂ）及び（ｃ）を重複するステップと、
（ｅ）全ての光ファイバーの消散フィールド露出面を貼合せて融合及び引張ることにより、光ファイバー・カップラを形成するステップと、
を具備する光ファイバー・カップラの製作方法。
【請求項７】
（ａ）それぞれファイバー・コア及び被覆部分を備えた両光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで前記光ファイバーの前記被覆部分を切除して消散フィールド露出面を形成すると共に、第２のレーザ・ビームを前記消散フィールド露出面に入射するステップと、
（ｃ）前記第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定するステップと、
（ｄ）他の光ファイバーに対してステップ（ｂ）及び（ｃ）を重複するステップと、
（ｅ）両光ファイバーの消散フィールド露出面を貼合せて融合するステップと、
（ｆ）光ファイバー・フリンジを両ファイバー・コアに書き込むステップと、
（ｇ）両光ファイバーを引張って光学性質を調整することにより、光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサを構成するステップと、
を具備する光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの製作方法。
【請求項８】
直列した複数の、請求項７の光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサにより構成される、マルチチャネル光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの製作方法。
【請求項９】
（ａ）それぞれファイバー・コア及び被覆部分を有する両光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで前記光ファイバーの前記被覆部分を切除して消散フィールド露出面を形成すると共に、前記第２のレーザ・ビームを該消散フィールド露出面に入射するステップと、
（ｃ）前記第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定するステップと、
（ｄ）他の光ファイバーに対してステップ（ｂ）及び（ｃ）を重複すると共に、該被覆部分の切除された部分の深さをより深くさせるステップと、
（ｅ）両光ファイバーの消散フィールド露出面を貼合せて融合し、その内両光ファイバーの深さが異なる部分に空隙を形成させるステップと、
（ｆ）光学色散物質を前記空隙に詰め込んで、調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサを構成するステップと、
を具備する調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの製作方法。
【請求項１０】
前記光学色散物質は高分子重合体であり、及び／又は、
前記光学色散物質の屈折率は温度に応じて変化する請求項９に記載の製作方法。
【請求項１１】
（ａ）ファイバー・コア及び被覆部分を有する少なくとも１つの光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）第１のレーザ・ビームで間隔的に前記被覆部分を切除して複数の消散フィールド露出面を形成すると共に、第２のレーザ・ビームを該消散フィールド露出面に入射するステップと、
（ｃ）前記第２のレーザ・ビームにより反射して得られた干渉縞間隔で、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを決定して、光ファイバー・フリンジを構成するステップと、
を具備する光ファイバー・フリンジの製作方法。
【請求項１２】
ステップ（ｂ）はステップ（ｃ）により、前記第１のレーザ・ビームが前記被覆部分を切除する深さを徐々に変化させて、前記光ファイバー・フリンジを鐘形化する、請求項１１に記載の製作方法。
【請求項１３】
（ａ）２本の、請求項１２の光ファイバー・フリンジを有する光ファイバーを提供するステップと、
（ｂ）両光ファイバーを貼合せて融合し、両光ファイバー・フリンジ間の複数の消散フィールド露出面に複数の空隙を形成させるステップと、
（ｃ）光学色散物質を前記複数の空隙に詰め込んで、調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサを構成するステップと、
を具備する調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの製作方法。
【請求項１４】
前記光学色散物質は高分子重合体であり、及び／又は、
該光学色散物質の屈折率は温度に応じて変化する、
請求項１３に記載の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子及びその製作方法に関し、特に、レーザ切除方法で微加工処理を行って製作する全光ファイバー型素子の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）側摩式光ファイバー・カップラはアメリカのスタンフォード大学のＰｒｏｆ．Ｓｈａｗ実験室より最初に提出されたものである。図１（ａ）では光ファイバー１１を石英基板１２に埋込んで、その被覆部分に対してファイバー・コアと約数マイクロ・メータ離れた所まで研摩した後、図１（ｂ）に示すように、この側摩光ファイバー素子を重なり合せて光ファイバー・カップラ１３を形成する。そのロスは非常に低く（＜０．５ｄＢ）、且つ分光比を調整できる利点がある。（例えば、非特許文献１又は３参照）
（２）火炎を利用して融合式光ファイバー・カップラを製作するのはＫａｗａｓａｋｉにより真っ先に提出されたものであり、製作方法が簡単且つ快速であることから、今では既に光ファイバー・カップラの主流製造技術となっている。火炎を利用して融合する製造方法は非常に簡単であり、各種異なった光ファイバー素子、例えば光ファイバー成極器、成極分波器、波長マルチプレクス／デマルチプレクサ、及びフィルタ等を製作することも出来る。（例えば、非特許文献２、４、５又は８参照）
（３）側摩式と融合式はそれぞれそれ自体の利点及び欠点を有しているので、Ｃ．Ｖ．Ｃｒｙａｎ達は側摩光ファイバー素子を融合して側摩光ファイバー・カップラの安定度が増加するようにした。（例えば、非特許文献６又は７参照）
（４）特許文献１（微型光ファイバー・カップラ及びその製造方法、発明人曽孝明、陳南光）は同時に上記側摩及び融合の技術を利用して、二つの側摩した光ファイバーを融合して一つに合わせ、更に微調整引張動作を加えて二つの特徴モードの位相関係を調整し、これにより所要の分光比を得た。
【０００３】
（５）特許文献２（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ）は、準分子レーザを使用して光ファイバーの部分的な被覆部分をファイバーコアに片寄る所まで切除してから停止し、一筋のノッチを形成することを提出した。そして別の信号レーザ光が斜め方向にこの光ファイバー・ノッチに入射することで停止点が決定されると同時に、光検出器で光ファイバー端末において、進入した信号光エネルギーの大きさを計量し、一旦エネルギーがしきい値を超過すると、レーザ光の切除動作を停止するよう通知する。この構造は同時に光ファイバー・カップラの製作に使用される。
【特許文献１】台湾特許公告第４９３０９０号公報
【特許文献２】米国特許第５１０１０９０号明細書
【非特許文献１】Ｒ．Ａ．  Ｂｕｒｇｈ，  Ｇ．  Ｋｏｔｌｅｒ，  ａｎｄ  Ｈ．Ｊ．  Ｓｈａｗ，  Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｒｅ  ｏｐｔｉｃ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．１６，  ｐｐ．２６０−２６１，  １９８０．
【非特許文献２】Ｂ．Ｓ．  Ｋａｗａｓａｋｉ，  Ｋ．Ｏ．  Ｈｉｌｌ，  ａｎｄ  Ｒ．Ｇ．  Ｌａｍｏｎｔ，  Ｂｉｃｏｎｉｃａｌ−ｔａｐｅｒ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒ，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．６，  ｐｐ．３２７−３２８，  １９８１．
【非特許文献３】Ｍｉｃｈｅｌ  Ｄｉｇｏｎｎｅｔ，  ａｎｄ Ｈ．Ｊ．  Ｓｈａｗ，  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｉｎ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ，  Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ｖｏｌ．２２，  ｐｐ．４８４−４９１，  １９８３．
【非特許文献４】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｅｉｓｅｎｍａｎｎ，  ａｎｄ  Ｅｄｇａｒ  ｗｅｉｄｅｌ，  Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｆｕｓｅｄ  ｂｉｃｏｎｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ｆｏｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｐａｃｉｎｇ  ｂｅｔｗｅｅｎ  １００  ａｎｄ  ３００ｎｍ，  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ｖｏｌ．６，  ｐｐ．１１３−１１９，  １９８８．
【非特許文献５】Ｋａｔｓｕｍｉ  Ｍｏｒｉｓｈｉｔａ，  ａｎｄ  Ｋａｔｓｕｙｏｓｈｉ  Ｔａｋａｓｈｉｎａ，  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｆｕｓｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ  ａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒｓ，  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ｖｏｌ．９，  ｐｐ．１５０３−１５０７，  １９９１．
【非特許文献６】Ｃ．Ｖ．  Ｃｒｙａｎ，  ａｎｄ  Ｃ．Ｄ．  Ｈｕｓｓｅｙ，  Ｆｕｓｅｄ−ｐｏｌｉｓｈｅｄ  ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ  ｆｉｂｒｅ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．２８，  ｐｐ．２０４−２０５，  １９９２．
【非特許文献７】Ｃ．Ｖ．  Ｃｒｙａｎ，  Ｊ．Ｍ．  Ｌｏｎｅｒｇａｎ，  ａｎｄ  Ｃ．Ｄ．  Ｈｕｓｓｅｙ，  Ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｓｔｒｅｓｓ  ｗｈｅｎ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｆｕｓｅｄ  ｐｏｌｉｓｈｅｄ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．２９，  ｐｐ．１２４３−１２４４，  １９９３．
【非特許文献８】Ｔ．Ｌ．  Ｗｕ，  ａｎｄ  Ｈ．Ｃ．  Ｃｈａｎｇ，  Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｆｏｒｍ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｏｆ  ｆｕｓｅｄ  ｆｉｂｒｅ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．３０，  ｐｐ．９９８−９９９，  １９９４．
【非特許文献９】Ｇ．  Ｋａｋａｒａｎｔｚａｓ，  Ｔ．Ｅ．  Ｄｉｍｍｉｃｋ，  Ｔ．Ａ．  Ｂｉｒｋｓ，  Ｒ．  Ｌｅ  Ｒｏｕｘ，  ａｎｄ  Ｐ．  Ｓｔ．  Ｒｅｓｓｅｌｌ，  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃ０２  ｌａｓｅｒ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ  ｏｆ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｆｉｂｅｒｓ，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．２６，  ｐｐ．１１３７−１１３９，  ２００１．
【非特許文献１０】Ｎａｎ−Ｋｕａｎｇ  Ｃｈｅｎ，  Ｓｉｅｎ  Ｃｈｉ，  ａｎｄ  Ｓｈｉａｏ−Ｍｉｎ  Ｔｓｅｎｇ，  Ｆｕｓｅｄ−ｐｏｌｉｓｈｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｕｐｌｅｒｓ，  ｔｏ  ｂｅ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｏｐｔｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００３(ＯＥＣＣ‘２００３)．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）非特許文献１又は３等の側摩式光ファイバー・カップラでは、研摩の長さが短いので、屈折率を使用して液体にマッチングする必要がある外、製作コストが高いという欠点があり、このためにこのタイプの光ファイバー・カップラは環境に対する安定性が低く、商用価値を具備しない。目前、全世界では僅に数軒の会社がなおこのタイプの光ファイバー・カップラを生産しているが、いずれも成極化光ファイバー等の種類の調整可能式光ファイバー・カップラを使用している。
【０００５】
（２）非特許文献２、４、５又は８等の方法は致命的な欠点が存在しているので、より高級な光ファイバーを製作することができない。これは、２本の光ファイバーは融合の引張時に光ファイバー・カップラの断面が唖ベル形の非対称構造を来して相違する成極モードの光が異なったカップリング係数を有することとなり、一旦融合の引張距離が長くなると、相違する成極態の位相差が大幅に差を生じ、相違する成極光が永遠に同時にある特定長さに達し得ない状態を招く。こうなると、光ファイバーのチャネル隔離度（ｃｈａｎｎｅｌ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が非常に悪くなる。しかしながら、チャネル間隔はまたカップラの作用長さの長短いかんによって決るので、この方法を利用して狭いチャネル間隔と高チャネル隔離度とを兼備する光ファイバー・カップラを製作することは極めて容易でない。この外、火炎の燃焼は大量の水蒸気を生じ、この水蒸気は光ファイバーの引張りの機会により光ファイバーに滲入して、１．３８μｍ波長付近に光学損耗を発生させ、このためにこの方法は疎密度分波マルチプレクス（ＣＷＤＭ）光ファイバー素子の生産に適合しない。
【０００６】
（３）非特許文献６又は７等のＣ．Ｖ．Ｃｒｙａｎ達により発展された光ファイバー研摩技術は研削砥石を利用して光ファイバーに対して研摩するものであり、光ファイバーを融合する時またソル−ゲル法により一層の薄液態二酸化珪素を添加して光ファイバー研摩界面を填補しなければならない。このような方法は側摩光ファイバーの安定度を改善したけれども、製作方式がよくなく、且つ彼等は光ファイバー・テーパー化の製作方法を提出していないので、分光比と波長選択特性との調整ができず、実用性が高くない。
【０００７】
（４）特許文献１のような種のカップラの製作過程において、この光ファイバーの引張動作の目的は単に光ファイバー・カップリング区の２特徴モードの位相差を微調整するために過ぎないので、出力光が同じ端子で出力される。したがって、光ファイバーが有するファイバー・コアは引張過程中において破壊されていない。つまり光ファイバー・カップラの内部にはなお第１及び第２のファイバー・コア構造が存在しており、且つ光信号の伝導は基本的にはファイバー・コアを利用してガイディング・エフェクトを進行している。しかしながら、光ファイバー側摩素子の製作過程は時間が長過ぎ、且つ大量の研摩材及び極めて精確なシリコン・チップ・スリットを使用する必要があるので、産業上の利用価値が高くない。
【０００８】
（５）特許文献２の製作方法では、レーザ光が光ファイバーを切除して一筋のノッチを形成した後、被覆部分の厚さが突然変化したために、光モールド・フィールドの大きさが突然変改して高級モードのカップリング現象を起し、厳重な光損耗を来たす。更には、レーザ切除の深さは信号レーザ光の入射のエネルギーの大きさのみにより決定されるので、真に残余の被覆部分の厚さを了解することができない。且つ、この構造が光ファイバー・カップラとして使用された場合、信号レーザ光の伝達定数とファイバー・コアの伝導光の伝達定数とが吻合しないために、光ファイバー・カップラのカップリング効率が高くない状態を来たす。本引例において準分子レーザが切除に用いられた被覆部分は高分子重合体材であり、一般に見られる石英ガラス・ファイバーの被覆部分と異なり、且つ準分子レーザはファイバー・コアに対して感光現象を回避するために、感光性ファイバーに使用してはいけない。
【０００９】
したがって、本発明人は上記先行技術の欠点に鑑み、鋭意に試験と研究とを重ねた結果、ついに本発明の「レーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法」を案出した。
【００１０】
本発明の主たる目的は、直接光ファイバーの被覆部分に対してレーザ切除を施して光ファイバーの消散フィールドを露出させ、被覆部分の切除の深さは別のレーザ光干渉縞間隔で計算される、レーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法では、直接光ファイバーの被覆部分に対してレーザ切除を施して光ファイバーの消散フィールドを露出させ、被覆部分の切除の深さは別のレーザ光干渉縞間隔で計算される。レーザ切除時、光ファイバーは、被覆部分を切除する深さが徐々に変化でき、光学損耗の発生を回避させ得るように湾曲の状態に維持しなければならない。光ファイバーの切除の長さは光ファイバーの曲率半径を変改することにより制御され得る。この外に、もしレーザ光が湾曲していない光ファイバーに対して切除を行う場合、光ビームの移動ルートをプログラム化して、光学損耗を回避できるように切除後の被覆部分を弧度が徐々に変化する形状に形成させる。このような消散フィールド型側除光ファイバー素子を利用して、消散フィールド型光ファイバー・カップラ、光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ、光ファイバー・フィルタ、光成極器、光増幅器及びレーザ及び光ファイバー・フリンジ等の光ファイバー主受動素子を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は添付図面を参照しながら詳細に説明することにより、一層深く了解できる。
【００１３】
本発明により提供されるレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法は多種異なった方法があり、以下に列挙して説明する。
【００１４】
（１）図２は本発明の好適な実施形態の微加工処理による、全光ファイバー型素子が製作できる光ファイバー・カップラの構造図である。図２の光ファイバー・カップラ２０の構造を参照して、本発明の好適な実施形態により採用された製作方法は以下の通りである。
【００１５】
先ず、光ファイバー２１及び光ファイバー２２を準備する。その内光ファイバー２１はファイバー・コア２１１及び被覆部分２１２により構成され、そして光ファイバー２２はファイバー・コア２２１及び被覆部分２２２により構成される。次に、レーザを利用してそれぞれ被覆部分２１２及び２２２を切除して二つの消散フィールド露出面を形成し、光ファイバー２１及び２２の光消散フィールドで被覆部分２１２及び２２２を露出させ、それに対してアンニーリングを行った後、更に二つの消散フィールド露出面を固定して一緒に重ね合せ、貼付区域２３を形成する。
【００１６】
次に貼付区域２３の周囲のすみずみまでに浄化ガスを分布させ、更に温度が１５００℃よりも高い電孤を利用して貼付区域２３を融合することにより、光ファイバー２１及び２２にカップリングを発生させ、カップリングの過程においてステップ・モータを利用して漸進式の張力で光ファイバー２１及び２２を引張り、カップリング区域２４の長さを調整すると同時に、ファイバー・コア２１１及び２２１を引張りの過程において徐々にテーパー化させ、１つのファイバー・コア２４１にカップリングさせる。この時のファイバー・コア２４１は既にガイディング・エフェクト作用を失い、つまり、被覆部分２１２及び２２２の、カップリング区域２４中に位置する部分的被覆部分２４２でファイバー・コア２１１及び２２２に取って代り、ガイディング・エフェクト作用を進行する。
【００１７】
所要の分光比を得た後、すぐカップリング区域２４の長さの調整動作を停止する。最後、シーリング層（図示せず）を利用してカップリング区域２４に対してシーリングを行い、光ファイバー・カップラ２０を形成する。その内シーリング層の製作材料は金属、やきもの、ガラス、高分子材料、又は温度補償作用を有する材料が選ばれる。
【００１８】
当然、本発明の製作方法は２本の光ファイバーの状況に限らず、図３（ａ）に示す４×４の光ファイバー・カップラ３０の外に、３本の光ファイバーを使用して６×６の光ファイバー・カップラ３１（図３（ｂ）参照）を形成してもよく、又はより多い本数の光ファイバーを利用して製作してもよい。
【００１９】
ここで注意すべき所は、上記のレーザ切除方法により２本以上の光ファイバーに対してより平滑に切除を行えば図３（ｃ）に示すような光ファイバー・カップラ３２，３３を形成することができ、前記の光ファイバー・カップラ３１に比べて機能的に、光ファイバー・カップラ３２又は３３が互いに貼合された少くとも一切除面にフリンジ・エフェクトが発生することである。すなわち、この種の製作方法は光ファイバー・フリンジを有する光ファイバー・カップラを製作することができる。
【００２０】
本発明の好適な実施形態により解決される問題は目前の融合引張式光ファイバー・カップラに存在している厳重な非等方性成極及び狭チャネル合／分波に応用される時チャネル隔離度がよくない問題である。先ず、目前の商用製品の中、一番多くても１４８０／１５５０約７０ｎｍのチャネル空間しか達成できない外、この時のチャネル隔離は既に１２乃至１５ｄＢ左右に降下している。本発明の好適な実施形態の１３１０／１５５０のカップラのチャネル隔離は３０ｄＢまで高く達することが出来る。次に、狭チャネル合／分波に応用される時、先行技術においてチャネル隔離がよくない原因は、カップラ自体の断面が高度に非対称の唖ベル形構造であるからであり、このために、相違する成極光のカップリング係数の不同一を来してしまい、このような状況下において狭チャネル合／分波に応用されるために光ファイバー作用の長さを大幅に長くしなければならないので、両成極光により厳重な位相差を発生させ、チャネル隔離がこれにつれて劣化する。本発明の好適な実施形態のカップラは丁度この欠点を解決している。
【００２１】
この他に、本発明の好適な実施形態は、伝統の側摩式光ファイバー・カップラの安定性がよくなく、且つ効果的作用長さが短い問題を解決した。Ｃ．Ｖ．Ｃｒｙａｎ達は紀元１９９２年に既に融合側摩式光ファイバー・カップラの観念を提出しているが、惜しいのは彼等の光ファイバー研摩方法が研削砥石の研摩を利用したために、効果的作用長さが長くできず、且つ融合時一層の液態二酸化珪素を加えて両光ファイバーが融合しにくい問題を補償しなければならない。この他に、彼等も融合側摩式光ファイバー・カップラに対して引張りの動作を行うことにより、効果的作用長さを大幅に長くしてガイディング・エフェクト作用を被覆部分にカップリングさせ、狭チャネル光ファイバー合波器を製作することについて論じていない。これに対し、本発明の好適な実施形態の光ファイバー・カップラは円形で対称的であると言ってもよいので、それを融合引張った後、光ファイバーの断面はなお円形で対称的であり、伝統の唖ベル形のような構造を形成しない。したがって、カップリング係数対成極光が等方性でない問題を引起こさないので、光ファイバーを非常に長く引張ってもチャネル隔離は依然として劣質化せず、これに加えて光ファイバーの断面はどんなに長く加熱して引張っても、依然として円形の形状を維持している。したがって、本発明の好適な実施形態によれば、狭チャネル且つ低共鳴の光ファイバー・カップラを製作することが出来、高密度の光通信系統の使用に極めて適用され、目前の全光ファイバー型カップラの関連製造技術では到底達成できない技術を有する。
【００２２】
（２）この他、もし平滑にレーザで切除したレーザ切除光ファイバーの断面上に光増益媒質、光非線形物質、光色散物質、光双屈折物質、液晶、又は光子結晶等の材料を設置した後、更にそれに対してシーリングを行えば、またその他各様式の光ファイバー型素子を製作することができる。
【００２３】
（３）図４（ａ）は本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の他種製作方法の見取図である。図４（ａ）において使用された素子は、被覆部分４１１及びファイバー・コア４１２を有する光ファイバー４１、第１のレーザ４２、反射鏡４３、凸レンズ４４、第２のレーザ４５、凸レンズ４６、スクリーン４７、第３のレーザ４８及び光検出器４９である。
【００２４】
図４（ａ）において、先ず第１のレーザ４２を利用して被覆部分４１１を４１３の部分切除し、切除の過程中、反射鏡４３の移動又は回動により引起された反射及び凸レンズ４３の集中により、全体の消散フィールド露出面４１４を含む範囲４１３が切除される。
【００２５】
次に凸レンズ４６を介して第２のレーザ４５を消散フィールド露出面４１４に入射し、スクリーン４７において得られた干渉縞の間隔により、第１のレーザ４２で被覆部分４１１を切除する深さが決定される。この外、切除する前に、光ファイバー４１を曲率半径４１５を有する形態に曲げた場合、再度切除を行えば、曲率半径４１５を制御することにより第１のレーザ４２で被覆部分４１１を切除する長さが決定される。
【００２６】
（４）図４（ｂ）は本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の他種製作方法の見取図である。同一の素子は同一符号を採用しているが、図４（ａ）と唯一異なる所は、第１のレーザ４２を利用して光ファイバー４１を切除する場合、光ファイバー４１を回転して光ファイバー４１上に巻回形態の消散フィールド露出面４１４を出現させる点にある。図５（ａ）は前記方法を使用して製作された光ファイバー切除断面の写真を示す図であり、図５（ｂ）はレーザ切除の中心区域の写真を示す図、そして図５（ｃ）はレーザ切除のエッジ区域の写真を示す図である。
【００２７】
（５）図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による光ファイバー型素子の製作方法の応用面の見取図である。前記の切除方法を使用して２本の切除後の光ファイバー６１及び６２を製作し、更に切除部分を互いに貼り合せ、加熱及び融合すれば、カップリング区域６３を形成することができる。この外、カップリング区域６３をやや引張れば光カップリング比例を変えることができる。当然、引張動作を実施しないで直接使用することもできる。
【００２８】
（６）図７は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された２×２光ファイバー・カップラ及び４×４光ファイバー・カップラの見取図である。
【００２９】
２×２光ファイバー・カップラを製作する場合、先ず前記のレーザ切除方法を使用して光ファイバー素子７１を製作し、次に二つの同一構造の光ファイバー素子７１の切除部分を互に貼り合せた後、融合及び引張りを進行することにより、元来のファイバー・コア７１２に作用を失わさせ、２×２の光ファイバー・カップラ７０を構成する。
【００３０】
そして４×４光ファイバー・カップラを製作する場合、先ず２×２光ファイバー・カップラの製作方式で二つの光ファイバー素子を貼り合せた後、それに対してレーザ切除を行い、次に二つの同一構造を互いに重なり合せた後、融合及び引張りを行うことにより、４×４の光ファイバー・カップラ８０を構成する。
【００３１】
（７）図８は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作されたＮ×Ｎ光ファイバー・カップラの見取図（図示は７×７を例に取っている）である。
【００３２】
Ｎ×Ｎ光ファイバー・カップラを製作する場合、先ず前記のリング状レーザ切除方式で光ファイバー素子７１を製作し、次にＮ個の光ファイバー素子７１の切削部分を互いに貼り合せた後融合及び引張りを行うことにより、Ｎ×Ｎ光ファイバー・カップラ８１が構成される。
【００３３】
（８）図９（ａ）は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図である。同様に先ず前記のレーザ切除方式で２つの光ファイバー素子７１を製作し、次に２つの光ファイバー素子７１の切除部分を互いに貼り合せた後、光ファイバー・フリンジ８２をカップリング区域に書き込み、更に融合及び引張りを行うことにより光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ８３が構成される。
【００３４】
図９（ｂ）は本発明のレーザ切除方式で製作された直列式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図である。図示するように、前記の２つの光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサは出力／入力端で互いに接合して構成される。
【００３５】
（９）図１０は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図である。同様に前記のレーザ切除方式で２つの光ファイバー素子７１及び７２を製作しているが、その異なる所は、前記干渉縞の間隔を制御することで光ファイバー７２の切除深さを比較的深くさせる点にある。このように両光ファイバー素子７１及び７２を貼り合せると、深さの差異により空隙が形成され、更に融合した後空隙内に屈折率が温度に応じて変化される光学色散物質９０（例えば高分子重合体等）を詰め込むことにより、調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ８４が構成される。
【００３６】
（１０）図１１（ａ）は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された光ファイバー・フリンジの見取図である。その製作方法は、前記のレーザ方法を使用して第１のレーザで間隔的に光ファイバー７３を切除し、その上に複数の消散フィールド露出面７４を形成させることにより、光ファイバー・フリンジ８５が構成される。この外、もし第１のレーザで間隔的に切除を行う過程において徐々に切除の深さを変化すれば、図１１（ｂ）に示すように、消散フィールド露出面７４が鐘形化された光ファイバー・フリンジ８６を形成することが可能性である。
【００３７】
（１１）図１２は本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された他種調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図である。その製作方法は、２本の図１１（ａ）の光ファイバー・フリンジ８５を互いに貼り合せて融合した後、その内の複数の空隙に、前記屈折率が温度に応じて変化する光学色散物質を詰め込んで調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ８７を構成する。
【００３８】
要するに、本発明は直接光ファイバーの部分的被覆部分に対してレーザ切除を施して、光ファイバー内の消散フィールドを露出させ、切除の深さをレーザ光干渉縞間隔を計量することにより知ることができる、レーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を提供する。レーザ切除により形成された消散フィールドの作用長さは光ファイバーの曲率半径を変改することで制御することができる。側除後の光ファイバーは互いに寄り合い、その光消散フィールドにカップリングを発生させた後、加熱融合又は融合先細化することで、光ファイバー・カップラ、光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒフィルタ及び光ファイバー・フリンジ等の光ファイバー素子を製作することができる。
【００３９】
上記実施形態は本発明の技術的手段をより具体的に説明するために列挙したもので、当然本発明の技術的思想はこれら実施形態に限定されず、添付クレームの範囲を逸脱しない限り、当業者による単純な設計変更、付加、修飾等はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１（ａ）】従来の側摩式光ファイバー・カップラの製作方法における、光ファイバーの埋込み工程を示す斜視図。
【図１（ｂ）】従来の側摩式光ファイバー・カップラの製作方法における、光ファイバー素子の重ね合せ工程を示す断面図。
【図２】本発明の好適な実施形態による光ファイバー・カップラの構造図。
【図３（ａ）】本発明の好適な実施形態による４×４光ファイバー・カップラの構造図（マルチストリップ光ファイバー）。
【図３（ｂ）】本発明の好適な実施形態による６×６光ファイバー・カップラの構造図（マルチストリップ光ファイバー）。
【図３（ｃ）】本発明の好適な実施形態による、光ファイバー・フリンジ・エフェクトを有する光ファイバー・カップラの構造図。
【図４（ａ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の他種製作方法の見取図。
【図４（ｂ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子のさらなる他種製作方法の見取図。
【図５（ａ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を使用して製作された光ファイバーの切除断面の写真を示す図。
【図５（ｂ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を使用して製作された光ファイバーの切除断面のレーザ切除の中心区域の写真を示す図。
【図５（ｃ）】本発明の好適な実施形態のレーザの微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法を使用して製作された光ファイバー切除断面のレーザ切除のエッジ区域の写真を示す図。
【図６（ａ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法の応用面の、２本の切除後の光ファイバーについての見取図。
【図６（ｂ）】本発明の好適な実施形態のレーザ微加工処理による全光ファイバー型素子の製作方法の応用面の、カップリング区域の形成後についての見取図。
【図７】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された２×２光ファイバー・カップラ及び４×４光ファイバー・カップラの見取図。
【図８】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作されたＮ×Ｎ光ファイバー・カップラの見取図。
【図９（ａ）】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図。
【図９（ｂ）】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された直列式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図。
【図１０】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図。
【図１１（ａ）】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された光ファイバー・フリンジの見取図。
【図１１（ｂ）】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された、消散フィールド露出面が鐘形化された光ファイバー・フリンジの見取図。
【図１２】本発明の好適な実施形態のレーザ切除方法を使用して製作された他種調整可能式光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサの見取図。
【符号の説明】
【００４１】
１１，２１，２２，４１，５２，６１，６２，７３…光ファイバー、１２…石英基板、１３，３０，３１，３２，３３，７０，８０，８１…光ファイバー・カップラ、２１１，２２１，２４１，４１２…ファイバー・コア、２１２，２２２，２４２，４１１…被覆部分、２３，５３…貼付区域、２４，６３…カップリング区域、４１３…切除部分、４１４，７４…消散フィールド露出面、４１５…曲率半径、４２…第１のレーザ、４３…反射鏡、４４，４６…凸レンズ、４５…第２のレーザ、４７…スクリーン、４８…第３のレーザ、４９…光検出器、７１，７２…光ファイバー素子、８３，８４，８７…光ファイバー・アッド−ドロップ・マルチプレクサ、８５…光ファイバー・フリンジ、９０…光学色散物質。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
2005346080.tif 000011
【図５（ｂ）】
2005346080.tif 000012
【図５（ｃ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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