(57)【要約】光ファイバと接合光学部品との間で高出力光信号を結合する方法であって、ここで前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有し、前記方法は、（ａ）ファイバ（５０２）に光結合されたコリメータ（５０３）を用いて前記高出力光信号を前記ファイバ内での前記第１の直径と第２の直径との間で変換する工程であって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きい工程と、（ｂ）前記高出力光信号が前記第２の直径である間に、レンズ（５０３）と前記接合光学部品との間で前記高出力光信号を光結合する工程とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと接合光学部品との間で高出力光信号を結合する方法であって、前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有し、前記方法は、
前記ファイバに光結合されたコリメータを用いて前記高出力光信号を前記ファイバ内での前記第１の直径と第２の直径との間で変換する工程であって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きい工程と、
前記高出力光信号が前記第２の直径である間に、前記レンズと前記接合光学部品との間で前記高出力光信号を光結合する工程とを有する方法。
【請求項２】
前記第１の直径から前記第２の直径へと前記高出力光信号を変換する工程が前記高出力光信号のパワー密度を約６分の１〜約９１分の１に低下させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パワー密度を約４０分の１に低下させる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記高出力光信号の電力が５０ｍＷより大きい請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高出力光信号の電力が約５０ｍＷ〜約３Ｗまでである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コリメータがレンズである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記レンズが前記ファイバの前記端に融着されている請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記レンズが前記ファイバと実質的に同一の直径を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記レンズがＧＲＩＮレンズである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記波長範囲がｘ〜ｙまでであり、前記レンズ長が約１／４ｘ＋１／２ｎｘ以上、１／４ｙ＋１／２ｎｙ以下であり、ｎ＝０、１、２、３…１００である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長範囲がｘ〜ｙまでであり、前記レンズ長が約１／４（ｘ＋ｙ）／２＋１／２ｎ（ｘ＋ｙ）／２であり、ｎ＝０、１、２、３…１００である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コリメータが前記ファイバの熱で拡大されたコアである請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記高出力光信号が、約１３００ｎｍ〜約１６００ｎｍまでの波長と、約９．２・香` 約１０．４・高ワ での第１の直径と、約２６μｍ〜約１００μｍまでの第２の直径とを
有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記高出力光信号が、約１５５０ｎｍの波長と、約１０．４μｍの第１の直径と、約７５μｍの第２の直径とを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の直径対前記第２の直径の比が約１：２．５〜約１：１０までである請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の直径対前記第２の直径の比が約１：６．４である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記レンズと前記接合光学部品の結合面との間で物理的接触を確立する工程を更に有す
る請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記レンズと前記接合光学部品の前記結合面との間の界面での挿入損失が０．５ｄＢ未満である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記レンズと前記接合光学部品の前記結合面との間の界面での後方反射が−５０ｄＢ未満である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
フェルールがＡＰＣ形状に研磨され、前記レンズと前記接合光学部品の前記結合面との間の界面での後方反射が−６５ｄＢ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記接合部品が第２のファイバであり、前記処理が、前記第２のファイバに光結合された第２のコリメータを用いて前記高出力光信号を前記第２のファイバ内の前記第１の直径と前記第２の直径との間で変換する工程を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のコリメータ及び第２のコリメータが物理的に接触している請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記変換する工程で、前記高出力光信号が前記第１の直径から前記第２の直径へと拡大される請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記変換する工程で、前記高出力光信号が前記第２の直径から前記第１の直径へと集束される請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記接合光学部品が能動素子である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
光ファイバ内で伝搬する光信号を接合光学部品に結合する方法であって、前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有し、前記方法は、
前記光信号を前記第１の直径から第２の直径へと拡大する工程であって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きい工程と、
前記光信号が前記第２の直径へと拡大されている間に、結合の挿入損失が０．３ｄＢ未満で、かつ結合時の後方反射が−５０ｄＢ未満であるように、前記光信号を前記接合光学部品に結合する工程とを有する方法。
【請求項２７】
光ファイバ内で伝搬する光信号を接合光学部品に結合するケーブルアセンブリであって、前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有し、前記コネクタアセンブリは、
ファイバと、
前記ファイバに融着されたコリメータとを有し、前記コリメータは前記光信号を前記ファイバ内の前記第１の直径と第２の直径との間で変換し、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きく、前記信号が前記第２の直径である間に前記コリメータはまた前記接合部品の第２の結合面との光結合の為の第１の結合面を有するケーブルアセンブリ。
【請求項２８】
前記ケーブルアセンブリが、ブラインドメイティングバックプレーンコネクタを有する請求項２７に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項２９】
前記ファイバと前記コリメータとを収容するフェルールを更に有し、前記フェルールが前記第１の結合面を呈する接合面を有する請求項２７に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項３０】
前記ファイバと前記コリメータとが本質的に同一の直径を有する請求項２７に記載のケ
ーブルアセンブリ。
【請求項３１】
前記結合面が前記接合面と同一平面であり、前記接合面と前記結合面とが前記接合光学部品の前記結合部分との物理的接触のために研磨される請求項３０のケーブルアセンブリ。
【請求項３２】
前記コリメータ部分が前記ファイバに光結合されたレンズを含み、前記結合面が前記レンズの端面を含む請求項３０のケーブルアセンブリ。
【請求項３３】
前記コネクタが、内部を通る少なくとも１つのボアホールを有するフェルールを更に有し、前記ボアホールはその内部に装着される前記ファイバと前記レンズとを収容する請求項３２のケーブルアセンブリ。
【請求項３４】
前記ファイバがリボンケーブルの複数のファイバのうちの１本であり、前記フェルールが前記フェルールを通る一連のボアホールを有し、前記ボアホールは前記リボンファイバにおける前記ファイバのピッチに対応するピッチを有する請求項３３のケーブルアセンブリ。
【請求項３５】
前記フェルールがＭＴ型フェルールである請求項３４のケーブルアセンブリ。
【請求項３６】
前記コリメータがレンズである請求項２７に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項３７】
前記レンズが前記ファイバの前記端に融着される請求項３６のケーブルアセンブリ。
【請求項３８】
前記レンズが前記ファイバと実質的に同一の直径を有する請求項３７のケーブルアセンブリ。
【請求項３９】
前記レンズがＧＲＩＮレンズである請求項３８のケーブルアセンブリ。
【請求項４０】
前記ファイバがコアを有し、前記コアは該コアの中心が前記コリメータの中心から偏倚されるように前記コリメータに融着され、前記アセンブリは前記ファイバとコリメータとの半径方向の位置に関連するキーを有するハウジングを更に含み、前記偏倚は前記キーに直交している請求項２７に記載のケーブルアセンブリ。
【請求項４１】
ケーブルアセンブリを製造する方法であって、前記方法は、
コリメータをファイバの端に融着する工程であって、前記コリメータは前記ファイバと本質的に同一の直径を有する工程と、
前記コリメータの端面が前記フェルールの端面とほぼ平面になるように、前記ファイバを前記ファイバに融着された前記レンズと共にフェルールのボアホールへと挿入する工程と、
所望の端面形状および仕上がりが達成されるまで前記フェルールおよび前記コリメータを研磨する工程とを有する方法。
【請求項４２】
前記コリメータが前記コリメータの端面に所望の曲率半径を達成するように研磨される請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記コリメータが前記コリメータの端面に傾斜した湾曲を有する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記コリメータがＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズは、前記ファイバの端か
ら前記フェルール表面までの前記ＧＲＩＮレンズの長さが、約１／４ピッチ＋１／２ｎピッチであるように研磨され、前記式中、ｎ＝０、１、２、３…１００であり、前記ピッチは、前記ケーブルアセンブリが動作するように意図されている中央波長である請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記ＧＲＩＮレンズを前記ファイバに融着する工程が本質的にアクティブアライメントを必要としない請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記ＧＲＩＮレンズを前記ファイバに融着する工程がアクティブアライメントを用いて行われる請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は２００１年７月２４日提出の仮出願６０／３０７，６８４号及び２００２年３月１９日提出の仮出願６０／３６５，６４６号について優先権を主張する。上記両出願は、両出願の添付物および両出願が参照により援用する参考文献全てを含め、参照により本願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
電気通信システムおよびデータ通信システムで使用される光増幅器の数を低減し、上記システムのサイズを大きくすることが引き続き必要とされている。上記の要望は光ファイバで伝送される光信号強度の増大により最も良好に対処される。しかし、従来の光コネクタは伝送可能な信号強度を制限されている。特に、従来のコネクタ、特にシングルモードの用途に使用されるコネクタは、約１〜３ワットのレベルの送電には対応できない。上記のレベルでは、ファイバコアの界面での表面の異常や汚染が直ぐにファイバコアの融着や破局的な破壊という形の故障を引き起こす。従って、事実上不可避である表面の異常やファイバコアの界面における異物によるこれらの故障モードを回避しながら、高出力電送に適応させることが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、発光ファイバ（ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ）と受光ファイバ（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ）との間のビーム拡大を介して信号伝送のパワー密度を低下させることによって前述の故障モードを回避する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様は、ビームを拡大することで高出力の用途に適した光結合システムを提供する。ビームを拡大することで、光学部品の界面でのパワー密度が低下する。例えば、ビームを約１０．４マイクロメートルのコアサイズから約６６マイクロメートルの拡大されたビームサイズへと拡大することで、パワー密度は４０（即ち、（６６／１０．４）２）分の１に低下する。
【０００５】
好適な実施の形態では、本発明は、光ファイバと接合光学部品との間で高出力光信号を結合する方法を提供する。前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有する。前記方法は、（ａ）前記ファイバに光結合されたコリメータを用いて前記高出力光信号を前記ファイバ内での前記第１の直径と第２の直径との間で変換する工程であって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きい工程と、（ｂ）前記高出力光信号が前記第２の直径である間に、前記レンズと前記接合光学部品との間で前記高出力光信号を光結合する工程とを有する。
【０００６】
本発明の別の態様は、ビームを拡大することで高められた性能を有する光結合システムを提供するものである。本発明のコネクタは、従来の拡大ビームコネクタを利用してこれまでは達成できなかったレベルの低損失かつ低後方反射の性能を有することが分かっている。ティコ  エレクトロニクス（Ｔｙｃｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）  ＩＦＥコネクタなどの従来の拡大ビームコネクタでは、理論上最小の損失は少なくとも０．４０ｄＢである。これはフレネル損失（反射）にのみ起因し、機械的なミスアライメント（不整合）が引き起こす損失寄与は全て無視している。加えて、屈折率の段階を有する多くの界面は電気通信に適用するには容認できない後方反射レベルをもたらす。しかしながら、ビームエリアを拡大することで、横方向の偏倚に対するより低い損失感度と、角度方向の偏倚に対する高い損失感度との間でのトレードオフが導入される。
【０００７】
好適な実施の形態では、本発明は、光ファイバ内で伝搬する光信号を接合光学部品に結合する方法を提供する。前記光信号は前記ファイバ内のモードフィールドで伝搬している間は第１の直径を有する。前記方法は、（ａ）前記光信号を前記第１の直径から第２の直径へと拡大する工程であって、前記第２の直径は前記第１の直径よりも非常に大きい工程と、（ｂ）前記光信号が前記第２の直径へと拡大されている間に、平坦で対称的な接触領域を備えた端面形状について結合の挿入損失が０．３ｄＢ未満で、かつ結合時の後方反射が−５０ｄＢ未満であるように、前記光信号を前記接合光学部品に結合する工程とを有する。傾斜した非対称の接触領域は、幾つかの用途で要求される＜−６５ｄＢの後方反射をもたらすであろう。
【０００８】
本発明の更なる別の態様は、物理的接触を利用して拡大ビームを結合するコネクタシステムである。先行技術では、システムの多数の空気／ガラスやガラス／空気の界面での異なる屈折率に起因するフレネル損失及び反射を低下させる為に多くの拡大ビームコネクタが反射防止コーティングを必要としている。類似した屈折率を有するガラス表面同士間の物理的接触は、反射防止コーティングを必要とせずにフレネル損失及び反射を低下させる。上記目的の為に、好適な実施の形態では、レンズはファイバに融着され、物理的接触のために所望の端面形状に研磨される。このように、標準のファイバ光学拡大ビームシステムに比べて、光学的界面（屈折率の変化）の数はかなり減少する。
【０００９】
好適な実施の形態では、本発明のコネクタは屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを使用している。物体の像を形成又は像に焦点を合わせるＧＲＩＮレンズの能力は、従来のレンズの場合のように厚さに依存しているのではない。むしろ、ＧＲＩＮレンズは、半径の関数として放物線状に変化する屈折率を備えて形成されており、従ってレンズの長さに沿って入射光の周期的正弦曲線経路がもたらされる。よって、この長さにもよるが、同様な一対のＧＲＩＮレンズの表面は、フレネル損失及び反射を引き起こす空気からガラスへの界面を無くすよう物理的に調和可能である。
【００１０】
本発明の更なる別の態様は、一般的なフェルール口径に配置できるようレンズ及びファイバが同様な大きさに形成されている拡大ビームコネクタシステムである。好適な実施の形態では、レンズは円筒形であり、ファイバ外径と同一の外径を有する。同一の直径を有するレンズとファイバとを融着することにより、そのコンパクトなアセンブリは、標準１２５μｍの孔を有するあらゆる種類のファイバキャビティ、例えば、単一ファイバフェルール又は２５０μｍまでの中心線距離を備えるマルチファイバアレイなどに適合することが可能である。
【００１１】
好適な実施の形態では、レンズはＧＲＩＮレンズである。ＧＲＩＮレンズを用いることにより、直線の構成や、平らな構成や、湾曲した構成や、傾斜した構成などの、従来の端面形状をもたらす従来の方法でフェルールが研磨可能になる。換言すれば、ＧＲＩＮレンズは、光ビームの集束／拡大にこれまでのレンズのように湾曲した界面を用いるのではなく、段階的な屈折率を用いるので、長さが１／４ピッチ＋１／２ｎピッチを保ち、ｎ＝０、１、２、３、…であり、前記ピッチは、任意の周波数におけるレンズ材料中の光信号の１つの正弦曲線サイクルの長さに等しい場合には、ＧＲＩＮレンズの集束／拡大特性を低下させることなく、ＧＲＩＮレンズを研磨する（即ち、上部を切る）ことが可能である。
【００１２】
好適な実施の形態では、ＧＲＩＮレンズはファイバの直径と同等の直径を有し軸線方向の延長部分としてファイバに融着される。小規模のビーム拡大については、該処理は機械的な直径に沿ったアライメントのみを利用する。角度方向のアライメントへの損失感度が優勢な大規模のビーム拡大については、満足な性能を得る為には光学アライメントを利用することが必要である。
【００１３】
ファイバと同等な大きさに形成されたレンズを用いる場合にレンズをファイバに組み込むか又は融着することにより、標準フェルールを使用でき、従って標準コネクタパッケージ（例えば、ＦＣ、ＳＣ、ＳＴ、ＬＣ、ＭＵ、Ｌｉｇｈｔｒａｙ  ＭＰＸ相互接続システム、ＭＰＯなど）が使用できる。
【００１４】
標準コネクタパッケージに適していることの他に、同等な大きさに形成されたレンズをファイバに融着することにより、レンズの為の余計な側方の空間が不要となり、従ってマルチファイバケーブルの中心同士間の距離が乱されることはない。従って、上記の実施の形態は光学接続用のリボンケーブルを作成する場合に特に好ましい。
【００１５】
本発明の別の態様は、レンズとファイバとが同一の直径であることにより、レンズとファイバとを整合させる必要をなくす拡大ビームコネクタシステムを製造する方法である。
好適な実施の形態では、ケーブルアセンブリを製造する方法であって、前記方法は、（ａ）ＧＲＩＮレンズをファイバの端に融着する工程であって、前記ＧＲＩＮレンズは所与の波長伝送に対して特定のピッチを有し、前記ＧＲＩＮレンズは前記ファイバと本質的に同一の直径を有する工程と、（ｂ）アクティブアライメントを用いずに前記レンズを前記ファイバに融着する工程と、（ｃ）前記ＧＲＩＮレンズの端面が前記フェルールの端面とほぼ平面になるように前記ファイバを前記ファイバに融着された前記レンズと共にフェルールボアホールへと挿入する工程と、（ｄ）所望の端面形状および仕上がりが達成されるまで前記フェルールおよび前記ＧＲＩＮレンズを研磨する工程とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、コネクタの少なくとも１本のファイバと接合光学構造の少なくとも１つの光学経路との間の光結合を信頼でき且つ再現可能に保証する拡大ビームコネクタシステムを提供する。本願で用いられている用語「光学経路（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈｗａｙ）」は光信号を伝導する媒体全てを表す。光学経路としては、ファイバまたは導波管、基板中のシリカベース又はポリマーの構造体、シリカベース又はポリマーの光学部品などがある。用語「接合部品（ｍａｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、光学経路を含むか又は光学経路から成る光パッケージを表す。例えば、接合部品は別のコネクタ、すなわち本願では「接合コネクタ（ｍａｔｉｎｇ  ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）」であってもよく、また接合部品は光学経路が一体型部品である光デバイスであってもよい。光デバイスの例には、アッド／ドロップフィルタ、アレイ導波路格子（ＡＷＧｓ）、スプリッタ／カプラ、および減衰器などの受動素子と、光増幅器、送信機、受信機、および送受信機などの能動素子がある。
【００１７】
図１ａ及び図１ｂを参照すると、本発明のコネクタシステム１００の好適な実施の形態が示されている。図１ａは、接合部品１００ｂとの光結合の為のケーブルアセンブリ１００ａを示し、上記接合部品はこの場合にはもう１つのケーブルアセンブリ１００ｂである。ケーブルアセンブリは、図示のように、同一であり、従って、本願の考察はコネクタ部品１００ａに限定される。コネクタ部品１００ａはフェルール１０１を備え、上記フェルール１０１は、ファイバ１０２と、ファイバ１０２に光結合されたコリメータ１０３とを有する。図１ｂは光アセンブリ１００ａと光アセンブリ１００ｂとを接合した状態で示す。この目的のために、上記特定の実施の形態では拡大ビームの適切な軸線方向のアライメントを維持するべくスリーブ１０５が用いられているが、例えばＭＴ型フェルールで使用されるようなアライメントピンなどを含む任意の既知のアライメント法が本発明と共に使用可能であることが理解されるべきである。接合された状態では、コリメータの結合面１０３ａは接合部品１００ｂの対応する結合面１０６に光結合されている。
【００１８】
ファイバ１０２はシングルモードでもマルチモードファイバでもよいが、本発明のコネクタシステムが使用されそうな高出力高性能の用途には、シングルモードファイバが望ましいことが予期される。周知の通り、ファイバは本願で「第１の直径（ｆｉｒｓｔ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）」と呼ばれる直径を有するモードフィールドで光信号を伝達する。例えば、約１３１０ｎｍの波長の第１の直径は約９．２μｍであり、約１５５０μｍの波長の第１の直径は約１０．４μｍである。
【００１９】
コリメータ１０３は、光信号がファイバ１０２から出る際の第１の直径から第２の直径まで光信号を拡大する機能、またはファイバとの結合の為に第２の直径から第１の直径へと光信号を集束させる機能を果たす。第２の直径は第１の直径より相当に大きい。好適な実施の形態では、第１の直径対第２の直径の比は、約１：２．５から約１：１０までであり、より望ましくは約１：５から約１：１０までであり、更に一層望ましくは約１：６．４である。好適な実施の形態では、平行ビームの第２の直径は約２０μｍより大きく、より望ましくは約３０μｍから約１００μｍまでであり、更に一層望ましくは約４５μｍから約７０μｍまでである。
【００２０】
コリメータは光を拡大／集束する任意の既知のデバイスでよく、上記デバイスには、例えば、レンズや、ファイバの拡大されたコア、特に熱で拡大されたコアなどがある。望ましくは、コリメータはレンズであり、より望ましくはＧＲＩＮレンズである。また好適な実施の形態では、フレネル損失すなわち反射損失を最小にする為にファイバ１０２はコリメータ１０３に融着される。
【００２１】
所望の第２の直径を達成する為には、ＧＲＩＮレンズの長さはコネクタシステムの動作が意図される位置での光信号のピッチ（即ち波長）に合わせられる必要がある。特に、レンズの長さは以下の式で規定される。
【００２２】
長さ＝１／４ピッチ＋１／２ｎピッチ
式中、ｎ＝０、１、２、３…であり、ピッチはシステムが使用される中央波長（ｍｅｄｉａｎ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）である。例えば、動作波長が１６００ｎｍの場合には、所望のＧＲＩＮレンズ長は４００ｎｍ（ｎ＝０）、１２００ｎｍ（ｎ＝１）、２０００ｎｍ（ｎ＝２）、２８００ｎｍ（ｎ＝３）などである。多くの場合にコネクタシステムは、１３００ｎｍから１６００ｎｍなどの動作周波数の範囲にわたって動作に適している必要がある。上記の場合は、レンズを中央の周波数または平均周波数に基づいた大きさにすることが望ましい。例えば、コネクタがｘ〜ｙの波長の範囲で動作するよう意図されている場合、レンズの長さは以下の式に支配される。
【００２３】
長さ＝１／４（ｘ＋ｙ）／２＋１／２ｎ（ｘ＋ｙ）／２
望ましくは、ＳＦＦ（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ）コネクタ設計への組み込みに十分な程度まで縮小され、しかも取り扱いが容易な程度の長さを有するＧＲＩＮレンズを供給するためには、ｎは３〜１００である。以下に述べるように、適正なＧＲＩＮレンズ長は、レンズをファイバに融着させた後にレンズが所望の長さになるまでＧＲＩＮレンズを研削または研磨することで確立される。所望の性能の基準と大きさとを備えたＧＲＩＮレンズがライトパス  インコーポレテッド（ＬｉｇｈｔＰａｔｈ  Ｉｎｃ．）から販売されている。
【００２４】
図１ａ及び図１ｂに示されるコネクタシステム１００は、光ファイバ１０２と接合部品との間で光信号を結合する役目を果たし、上記接合部品はこの場合には接合ケーブルアセンブリ１００ｂである。この目的のために、コリメータ１０３はファイバの第１の直径と第２の直径との間で光信号を変換し、光信号が第２の直径である間に、光信号はコリメータ１０３と接合部品１００ｂとの間で光結合される。光結合部品は、光信号が拡大されると、性能を改善し異物やミスアライメントの公差を広げることが分かっている。このように性能及び公差が改善されるのは、パワー密度が低下し、ビーム直径が拡大する為と考えられる。
【００２５】
本発明のコネクタシステムの主要な機能はケーブルアセンブリ及び接合部品の界面でパワー密度を低下させることである。例えば、光を約１０．４マイクロメートルのコアサイズから約６６マイクロメートルの拡大ビームサイズへと拡大することで、電力は４０（即ち、（６６／１０．４）２）分の１に低下する。以下の表１はビーム拡大とパワー密度との相互関係を示す。特に、１８．５マイクロメートル、４７マイクロメートル、および６６マイクロメートルの異なる拡大ビームサイズが様々な電力と関係付けて示され、許容送電をワット表記で示す。
【００２６】
【表１】
2004537065.tif 000003
パワー密度を低下させることにより、光学部品の界面での高電力レベルの損傷の危険は最小になり、伝送性能が向上する。本願で使用される場合、用語「高出力（ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ）」は、一般に５０ｍＷ未満の連続波またはパルスを出す電気通信で使用される伝送のエネルギーレベルより高いエネルギーレベルを備えた光信号を表す。本発明の接続システムが特に好適なのは高出力伝送であり、また望ましくは５０ｍＷ〜約３Ｗの伝送である。高出力光信号に特に好適ではあるが、本システムは１００μＷ〜３＋Ｗまでの範囲のＣＷの信号など広範囲の伝送電力に亘ってもなお動作可能である。
【００２７】
本発明のコネクタシステムの向上した性能は、挿入損失および後方反射（ｂａｃｋ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が低いことで明らかである。好適な実施の形態では、コリメータ１０３と接合部品の結合面との間の界面での挿入損失は約０．５ｄＢ未満、より望ましくは約０．３ｄＢ未満であり、一方、該界面での後方反射は望ましくは−５０ｄＢ未満であり、より望ましくは、角度の付いた物理的接触（ＡＰＣ）形状が用いられた場合には、−６５ｄＢ未満である。
【００２８】
図１〜３に示される実施の形態は物理的接触（ＰＣ）を介して光結合を行うコネクタ部品を図示する。物理的接触を行う為に、レンズに接触荷重が（一般にばねを介して）印加され、レンズは前方へ（接合コネクタの方へ）圧迫され、接合コネクタとの接点でレンズ材料を変形させて、拡大ビームサイズのスポットサイズより大きいスポットサイズがもたらされる。空間を伴うコネクタに対する物理的接触コネクタの有利な点は当該分野で周知であり本願では詳細に考察しない。従って、高出力電送に適応する能力に加えて、更に本発明のコネクタには優れた性能がある。例えば、好適な実施の形態では、上述したように、本光学部品は０．５ｄｂ未満の挿入損失と−５０ｄｂ以下の後方反射とを提供する。
【００２９】
上述したように、ＧＲＩＮレンズを含むフェルールは従来の技術を用いて研磨可能である。図４を参照すると、異なる端面構成が示されている。特に、図４ａはファイバ４０２と、ファイバ４０２に融着されたＧＲＩＮレンズ４０１とを含むフェルール４００ａを示す。フェルール４００ａの端面４０３ａは本質的に平らである。図４ｂ及び図４ｃは、丸みの付いた端面４０３ｂ，４０３ｃをそれぞれ備える代替のフェルールの実施の形態４００ｂ，４００ｃを示す。特に、端面４０３ｂは半径Ｒｂを有する半球形に研磨されファイバ４０２の光軸に本質的に直交している（即ち、ＰＣ研磨）。一方、端面４０３ｃは半径Ｒｃを有する半球形に研磨され、端面４０３ｃは後方反射を最小にするべくファイバ４０２の光軸に対してある角度を成している（即ち、ＡＰＣ研磨）。フェルール４００ｂ，４００ｃの端面構成は周知であり、例えば、Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ  ＧＲ‐３２６‐Ｃｏｒｅ規格などで特定されている。
【００３０】
本発明のコネクタの光学部品同士間では物理的接触の方が好ましいが、コネクタ部品同士間の空間を用いて本発明の拡大ビーム概念が使用される応用例もあり得る。例えば、振動が過大であり、光学部品同士間の物理的接触が最終的に危険に晒される場合には、物理的接触を避けて、代わりに、空隙を越えて光結合することが望ましい。環境に極端な量の異物があり、ＧＲＩＮレンズの界面の汚染が実際上は不可避という、別の状況もあり得る。上記の用途では、本発明の拡大ビームコネクタを用いることで、望ましくは伝送される光信号に影響する異物が簡単に最小になる。
【００３１】
図５を参照すると、コネクタ５００がフェルール５０１とＧＲＩＮレンズ５０３とを備えた状態で示され、上記コネクタ５００は空隙５０５を越えて同様のコネクタと光結合する。本実施の形態では、ＧＲＩＮレンズ５０３はファイバ５０２よりかなり大きい外径を有した状態で示されているが、レンズがファイバと同様な大きさにされている図１に示された実施の形態が代わりに使用されてもよいことが理解されるべきである。空隙を備えるように構成されたコネクタシステムの場合は、結合面５０３ａが反射防止コーティングで覆われていることが望ましい。上記膜は当該分野では周知である。
【００３２】
好適な実施の形態では、レンズはＧＲＩＮレンズであり、上記ＧＲＩＮレンズはファイバに融着され、一般に約１２５μｍであるファイバの外径と実質的に同一の外径を有する。やはり、必要な大きさの適切なＧＲＩＮレンズがライトパス  インコーポレテッドから販売されている。
【００３３】
ＧＲＩＮレンズがファイバの直径と類似した直径を備えている構成には、多くの重要な利点がある。第一に、上記のような設計はフェルール／ＧＲＩＮレンズアセンブリを既存のコネクタハウジングに組み込むことを容易にする。即ち、ＧＲＩＮレンズは標準の光ファイバを受け入れるように大きさが適合された一般的なフェルールへと挿入可能である。フェルール／ＧＲＩＮレンズアセンブリが一般的なフェルールへと挿入されるので、フェルールの大きさ及び外部構成は元のままであり、この結果、フェルールは任意の従来のコネクタハウジング又はより最近開発されたコネクタハウジングに組み込み可能になる。
【００３４】
例えば、図６には、本発明のファイバ／ＧＲＩＮレンズアセンブリを備えたＬＣ型コネクタ６００が示されている。特に、ＬＣ型コネクタ６００は、ファイバ６０３に融着されたＧＲＩＮレンズ６０２を有するフェルール６０１を備える。図が示すように、ＧＲＩＮレンズはファイバと同一の直径であり、ファイバが挿入されると同時にフェルールのボアホールに挿入される。図７及び図８には、本発明の拡大ビームコネクタ７００，８００が各々ＦＣ型及びＳＣ型で示されている。やはり、本実施の形態では、超小型コリメータＧＲＩＮレンズ７０１，８０１が各々シングルモードファイバ７０２，８０２に融着されている。ＧＲＩＮレンズ及びフェルールはその後でＰＣ形状（コネクタ７００）又はＡＰＣ形状（コネクタ８００）に研磨される。
【００３５】
既存のコネクタフェルールやハウジングへの実装を容易にすることに加えて、ＧＲＩＮレンズ／ファイバアセンブリの一般的な直径により上記アセンブリを高密度のファイバアレイに組み込むことが容易になり、上記組み込みは今日の発展途上市場では特に重要である。電気通信の分野で小型化が引き続き必要である為、ホストシステムのバックプレーンをできる限り高密度に実装する必要が生じ、従ってコネクタ及びモジュール用の「ＳＦＦ（ｓｍａｌｌ  ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）」設計の開発の必要が生じる。ＳＦＦ設計への要求の複雑化は、単一光コネクタに与えられるファイバの本数の増加に対して競合する要求である。当該産業は、単一ファイバフェルールから、リボンに適応するべくｘ、ｙアレイに配列されている２本以上のファイバを含むマルチファイバフェルールへと発展しつつある。従って、マルチファイバアレイの要求と組み合わされたＳＦＦ設計の要求は高密度のファイバアレイインターフェースへとつながる。本願で使用される場合、用語「ファイバピッチ（ｆｉｂｅｒ  ｐｉｔｃｈ）」は平行なファイバの中心線同士間の距離を表す。高密度のファイバアレイのピッチは一般に約２５０μｍから約１ｍｍまでである。一般に使われる例である高密度のアレイインターフェースは、２本以上のファイバの単一の列を備えるＭＴ‐ＲＪ型のコネクタと、１本以上のファイバを１列以上備えるコネクタのＬｉｇｈｔｒａｙ  ＭＰＸ（商標）の線とを含む。
【００３６】
ＧＲＩＮレンズ／ファイバアセンブリの直径の大きさは標準光ファイバ以下なので、上記アセンブリはファイバが詰められているのと同程度に高密度で実装可能である。このことにより、本発明は、リボンケーブルを終端させる為に使用されるインターフェースなどの高密度のファイバアレイインターフェースに特に有用である。１つの実施の形態では、本発明のコネクタはファイバアレイを呈し、上記ファイバアレイは約２．５ｍｍ以下のピッチ、望ましくは約１ｍｍ以下のピッチを有する。
【００３７】
高密度のファイバアレイを容易にする本発明のコネクタの能力により、本発明のコネクタは、上述の通り周知のＭＴ型フェルールコネクタに特に良好に適する。図２及び図３を参照すると、ＭＴ型フェルールコネクタが示されている。特に、コネクタシステム２００は、特徴的なＡＰＣ端面２０４を備えた２つの単一ファイバＭＴフェルールを備える。図１の実施の形態と同様に、フェルール２０１は、コリメータ２０３に融着されたファイバ２０２を収容している。図３を参照すると、コネクタシステム３００は、マルチファイバフェルールのＭＴ型フェルールを備える。フェルール３０１は、ファイバ３０２ａ及び３０２ｂのアセンブリを収容し、上記アセンブリはレンズ３０３ａ，３０３ｂに各々融着されている。本発明のコネクタは本願では２本のファイバを有するように図示されているのみであるが、コリメータの大きさはファイバ以下なので、任意の数のファイバをインターフェースアレイに有する任意の既知のＭＴフェルール又はより最近開発されたＭＴフェルールを用いて本発明が実施され得ることが理解されるであろう。
【００３８】
物理的接触を介して光結合を行う際にレンズ及びファイバを一般的なフェルールに保持することが望まれるが、必須ではなく、物理的接触を行う為にＧＲＩＮレンズそのものが用いられてもよい。図９ａ、図９ｂ、および図９ｃを参照すると、ＧＲＩＮレンズを用いて物理的接触を行う様々な実施の形態が示されている。図９ａでは、ＧＲＩＮレンズ９０１がキャピラリ配置でフェルール９０２と共に示されている。図９ｂでは、図９ａと同様の配置が示されているが、ＧＲＩＮレンズ９０１の端面９０３は球面形状（ＰＣ研磨）を有する。物理的接触の間にレンズの表面の変形により形成された面の直径はコリメートされた像の直径より大きい。レンズの端面に球面を形成することにより、コリメートされた像に直交する面に対する端面の変形が促進される。図９ｃに示されるように、接合時には、球面形状は変形をもたらし、従って、改善された物理的接触を提供する。
【００３９】
本発明は本願ではフェルールとの様々な組み合わせで図示されたが、本発明は同様にフェルールの無いコネクタシステムと共に実施されてもよい。適したフェルールの無いシステムには、コバヤシらに付与され、参照により本願に援用される米国特許番号米国特許５，６９４，５０６号や、本願の譲受人に譲渡され、参照により本願に援用されるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／４７６９４号に開示されているシステムがある。コリメータは望ましくはファイバと同一の直径なので、上記引例で使用されているようなむき出しのファイバと本発明のコリメータ／ファイバアセンブリとで大きさの違いはない。従って、コリメータ／ファイバアセンブリは、むき出しのファイバが両引例の教示に従って扱われるのと同じように構成されてよい。
【００４０】
本発明のコネクタは高められた性能と高出力機能とを提供するだけでなく、専用の装置を必要としない比較的単純な製造工程を容易にする。好適な実施の形態では、製造の方法は、（ａ）コリメータをファイバの端に融着する工程であって、前記コリメータは本質的に前記ファイバと同一の直径を有する工程と、（ｂ）前記コリメータの端面がフェルールの端面と実質的に同じ平面になるよう、前記ファイバを前記ファイバに融着された前記レンズと共にフェルールボアホールに挿入する工程と、（ｃ）所望の端面形状と仕上がりとが達成されるまでフェルールとコリメータとを研磨する工程とを有する。ＧＲＩＮレンズがコリメータとして使用される場合は、上述したようにファイバの端からフェルール面までのＧＲＩＮレンズの長さが、約１／４ピッチ＋１／２ｎピッチでありでｎ＝０、１、２、３…、になるよう、ＧＲＩＮレンズが研磨される必要がある。伝送を最適化するにはアクティブアライメントが望ましいが、好適な実施の形態ではコリメータ及びファイバは同一の直径なので、ファイバ及びレンズの許容可能な軸アライメントはパッシブアライメントを用いても達成可能である。
【００４１】
アクティブアライメントを用いても、ファイバのコアの中心線とコリメータの中心線とである程度の軸線方向の不一致が予想され、その結果、コリメータ内で光信号が斜めになる。上記の不一致は本願では「偏倚（ｏｆｆｓｅｔ）」と呼ばれる。一般に、光信号は偏倚からコリメータの中心に向かってある角度をなして斜めになる。図１０に示されるように、コリメータ中心線１００２の同一の側に偏倚１００１ａ，１００１ａを各々備える２つのコネクタ１０００ａ，１０００ｂが接合されている場合、各コネクタの光信号のスキュー角α及び閧ェ 干渉しており、その結果、２つのコネクタの界面にα＋閧フ 角度がもたらされる。上記のような角度は挿入損失の重大な原因になる可能性があるので容認できない。
【００４２】
しかし、出願人は、上記偏倚を半径方向に位置決めすることで偏倚を有するコネクタ同士間の光結合の効率を最適化することが可能であることを発見した。特に、背景として、コネクタは、一般に、別のコネクタに対し特定の半径方向の位置で確実に接合する為に幾つかの「キー（ｋｅｙ）」を備える。用語「キー（ｋｅｙ）」とは、本願で使用される場合は、コネクタ上の任意の構造で、コネクタ同士間又はコネクタと接合構造との間の偏光又は半径方向のアライメントを容易にするものである。例えば、キーはコネクタハウジング上にある突起であり得る。接合構造には対応する「キー溝（ｋｅｙｗａｙ）」がある。例えば、キー溝はアダプタのスロットでもよい。２つのコネクタをつなぐアダプタは、２つの接合コネクタのキーに対応する２つのキー溝を有していてもよい。
【００４３】
偏倚がキーの特定の側面に直交しその側面上に調和して配置されると、接合コネクタの偏倚はある程度補償し合うことが分かっている。特に、図１１を参照すると、２つの同一である分割体１１００ａ，１１００ｂを備えるキャピラリ型コネクタシステム１１００が示されている。各分割体は、キー１１０１ａ，１１０１ｂ、及び一定の偏倚１１０２ａ，１１０２ｂをそれぞれ備える。図１１ａおよび図１１ｂの略断面図に示すように、上記実施の形態では、各ファイバ１１０４ａ，１１０４ｂの各コア１１０３ａ，１１０３ｂは中心１１０５から僅かにずれている。しかし両方の場合に、上部にあるキーの透視図から、偏倚は左に保たれ、キーに直交している。この規則により、偏倚を有する任意の２つのコネクタが、コリメータ１１０６ａ，１１０６ｂの光信号のスキュー角α及び閧ェ 互いに平行になるように接合することが可能になる（図１１参照）。このスキュー角の平行な配列により、上記角度は干渉せず相補的になる。相補的な角度は互いに打ち消しあう傾向がある。従って、光信号は光信号の任意の特定の偏倚に対し可能な限り高度に互いに整列させられる。
【００４４】
対照的に、両コネクタの偏倚の配置がキーと整合しているか又はキーと１８０°位相がずれている場合には、スキュー角は干渉する。一方のコネクタがキーと一直線に並んでいる偏倚を有し、同時に他方のコネクタはキーと１８０°位相がずれて並んでいる偏倚を有する場合には、スキュー角が相補的であっても、上記配列は煩雑であり、特定の組み合う対を必要とする。上記問題を克服する為に、偏倚をキーの特定の側面に直交し、且つその側面上に配置する為の代案として、アダプタの反対側のキー溝は１８０°位相をずらして設置され得る。従って、本発明のアプローチは、偏倚のよくない効果を減少させるだけでなく、特定の組み合う対の必要を無くす。
【実施例１】
【００４５】
本発明のコネクタの製造方法は様々である。以下は、本発明の拡大ビームを備えたＦＣ型又はＳＣ型コネクタの望ましい製造方法の例である。本例は単に図示のためのものであり、決して本発明の範囲を限定する為に使用されるべきではないことが理解されなくてはならない。
ステップ１  メーカーのレンズ／ファイバピグテイルの受け入れ
・バッファ９００ｕｍのＳＭＦ−２８ファイバ
長さ：３ｍ
レンズの先端からバッファの始まりまで：１１／１０．５ｍｍ
レンズ長は１／４ピッチに研磨用に１７−２２μｍを加える
ステップ２  アセンブリ
・コネクタサブアセンブリ対
フェルール：ＳＭ−１２６／１２７μｍ口径（ＳＭ−１２５／１２６μｍ口径のフェルールより大きい口径がレンズ／ファイバピグテイルをより容易に受け入れる）
フェルールアセンブリ：ＦＣ又はＳＣ
ばね：標準
リテーナ本体：標準
・エポキシ：３５３ＮＤ、ＳＭの硬化の計画
・「非粘着性（ｎｏｎ‐ｓｔｉｃｋ）」の物理的な止め具によるアライメントおよび硬化固定
・硬化の要件：レンズ先端が−１から＋３μｍの範囲でフェルール先端と同一平面であること
ステップ３  洗浄及び検査
・硬化されたエポキシの残留物がフェルール／レンズ先端にあることがある。残留物は、（１）無傷のレンズを検査し、（２）突出物を評価する、という目的で除去される必要がある
・装置：高倍率のＷｅｓｔｏｖｅｒ顕微鏡
・基準サンプルとＤＯＲＣ干渉計で測定された突出物との比較
・保護キャップの取り付け
ステップ４  装置端の終端
・装置端は試験をし易くする為にＦＣコネクタで終端される（標準研磨）。
ステップ５  研磨
・装置
空気負荷の５５０研磨機
万能研磨プレート
標準ゴムパッド
「微細ダイヤモンド（Ｆｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ）」ＮＮＴフィルム
精密なマイクロメートルゲージ、分解能１μｍ
【００４６】
【表２】
2004537065.tif 000004
ステップ６  試験
・ＩＬ＜０．３５ｄＢ、ＢＲ＜−５０ｄＢであることを検証する為に、１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの双方において、「マスター（Ｍａｓｔｅｒ）」品質の開始先例に対するＩＬ及びＲＬの洗浄、点検、測定
ステップ７  コネクタ選択
・所望の型のＦＣ又はＳＣ外部ハウジングのいずれかに嵌める。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１ａ】接合していない状態の本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図１ｂ】接合している状態の本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図２】コリメータとファイバとが単一ファイバＭＴ型フェルールに内蔵されている本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図３】コリメータとファイバとがマルチファイバＭＴ型フェルールに内蔵されている本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図４ａ】本発明に従ってコリメータとファイバとを内蔵するフェルールの端面形状を示す図。
【図４ｂ】本発明に従ってコリメータとファイバとを内蔵するフェルールの端面形状を示す図。
【図４ｃ】本発明に従ってコリメータとファイバとを内蔵するフェルールの端面形状を示す図。
【図５】ケーブルアセンブリ同士間に空隙を備えた本発明のコネクタシステムの代替の好適な実施の形態を示す図。
【図６】ＬＣ型コネクタハウジングの本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図７】ＦＣ型コネクタハウジングの本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図８】ＳＣ型コネクタハウジングの本発明のコネクタシステムの好適な実施の形態を示す図。
【図９ａ】コリメータがファイバ内蔵フェルールに隣接している本発明のコネクタシステムの代替の好適な実施の形態を示す図。
【図９ｂ】コリメータがファイバ内蔵フェルールに隣接している本発明のコネクタシステムの代替の好適な実施の形態を示す図。
【図９ｃ】コリメータがファイバ内蔵フェルールに隣接している本発明のコネクタシステムの代替の好適な実施の形態を示す図。
【図１０】コリメータの中心線の同一側面にある偏倚に伴う問題を示す図。
【図１１】図１０に図示された問題の解決策を示す図。
【図１１ａ】図１１の略断面図。
【図１１ｂ】図１１の略断面図。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004537065.tif 000073