(57)【要約】直径がDcであり、屈折率がncであるコアと、このコアを同心状に取り囲み、外径がdpcであり、このコアの屈折率ncよりも小さな屈折率npcを有する第１クラッドと、この第１クラッドを同心状に取り囲み、外径がdscであり、第１クラッドの屈折率npcよりも小さな屈折率nscを有する第２クラッドと、を有する光ファイバーである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径がDcであり、屈折率がncであるコアと、
前記コアを同心状に取り囲み、外径がdpcであり、前記コアの屈折率ncよりも小さな屈折率npcを有する第１クラッドと、
前記第１クラッドを同心状に取り囲み、外径がdscであり、前記第１クラッドの屈折率npcよりも小さな屈折率nscを有する第２クラッドとからなり、
前記第１クラッドの外径dpcが、前記第２クラッドの外径dscの一部に相当する長さを有し、
前記第１クラッドの屈折率npcと前記第２クラッドの屈折率nscの相違が、ある定数以上であり、かつ前記コアの屈折率ncから前記ある定数を減じた値以下である光ファイバー。
【請求項２】
前記第１クラッドがアップドープされている請求項１記載の光ファイバー。
【請求項３】
前記第２クラッドがダウンドープされている請求項１記載の光ファイバー。
【請求項４】
前記前記第１クラッドの外径dscの前記第２クラッドの外径dpcに対する比が0〜0.75の範囲にある請求項１記載の光ファイバー。
【請求項５】
前記前記第１クラッドの外径dscの前記第２クラッドの外径dpcに対する比が0.1〜0.5の範囲にある請求項４記載の光ファイバー。
【請求項６】
前記前記第１クラッドの外径dscの前記第２クラッドの外径dpcに対する比が約0.2である請求項４記載の光ファイバー。
【請求項７】
前記定数が約0.0002である請求項１記載の光ファイバー。
【請求項８】
前記コアが、当該コアを放射に曝すことによって当該コア内に屈折率の変調が生成されるように、前記コアに感光性がもたらされる材料からなる請求項１記載の光ファイバー。
【請求項９】
前記第１クラッド及び前記第２クラッドの少なくとも一方が、少なくとも一方のクラッドを放射に曝すことによって、そのクラッド内に屈折率の変調が生成されるように、感光性を生じる材料からさらになる請求項１記載の光ファイバー。
【請求項１０】
前記第２クラッドが、実質上125μmの環状の厚みを有する請求項１記載の光ファイバー。
【請求項１１】
前記第２クラッドが、実質上80μmの環状の厚みを有する請求項１記載の光ファイバー。
【請求項１２】
一対の光ファイバーを結合する方法であって、
一対の光ファイバーを設けるステップと、この一対のファイバーのそれぞれが長手方向の領域を有し、この一対のファイバーの少なくとも一方が、(1)直径がDcであり、屈折率がncであるコアと、(2)前記コアを同心状に取り囲み、外径がdpcであり、前記コアの屈折率ncよりも小さな屈折率npcを有する第１クラッドと、(3)前記第１クラッドを同心状に取り囲み、外径がdscであり、前記第１クラッドの屈折率npcよりも小さな屈折率nscを有する第２クラッドとからなり、前記第１クラッドの外径dpcが、前記第２クラッドの外径dscの一部に相当する長さを有し、前記第１クラッドの屈折率npcと前記第２クラッドの屈折率nscの相違が、ある定数以上であり、かつ前記コアの屈折率ncから前記ある定数を減じた値以下であり、
前記長手方向の領域の一部分に沿って前記ファイバーを融解し、前記一対のファイバーを結合するステップとからなる方法。
【請求項１３】
前記第１クラッドが融解される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第１クラッドが融解されないが、前記第２クラッドが前記第１クラッドに隣接して融解される請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、2001年7月17日に出願された米国仮特許出願番号60/305,916により優先権を主張し、その利益を受ける。米国仮特許出願番号60/305,916を参照することによって、そこに記載されている内容を全て本願に取り入れる。
【技術分野】
【０００２】
本願は、概して光ファイバーに関し、より詳細には屈折率の分布が制御されている光ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、光通信システムにおいて、ビームスプリッタ及びビームコンバイナが広く利用されている。光スプリッタは単一の光ビームを複数の光ビームに分割する。反対にコンバイナは、複数の光ビームを受け入れ、それらを少数（例えば8つを1つに）のビームに結合する。概して、コンバイナ及びスプリッタは、全システムの効率に対して、「挿入損失」及び「過剰損失」の2つの損失を導入する。挿入損失は、伝送路内の損失であり、伝送路内に構成要素を挿入（すなわち導入）することによって結果生じる（例えば伝送路に挿入されている3dB、2×2カプラーは、伝送路に50％又は3dBの損失を導入する）。過剰損失は、特定の構成要素それ自体に起因する内部損失である。
【０００４】
例えば、過剰損失は、ファイバー融着及び/又はファイバーが先細となることによって発生し、概して構成要素内に形成されているファイバーの分割又は結合の数に関係している。（融着は2つ又はそれ以上の数のファイバーを局部的に熱して、軟化させ、それらを互いに接着することに関し、先細になるとは、例えば融着又は研磨の結果などにより、ファイバーの幾何学的な寸法が減少することに関する）。例えば8×1ポートスプリッタは、同じ動作周波数に対して設計された同じファイバーからなる4×1ポートスプリッタと比較して、概してより大きな過剰損失を有する。ファイバーは、クラッド融着カプラー及びクラッド研磨カプラーによって接合することができる。
【０００５】
図１を参照すると、この図は、クラッド研磨カプラー又はクラッド融着カプラーのどちらかを生成するのに利用される典型的な単一モードの光ファイバー100がコア110及びクラッド120を含むことを示している。図２に示すクラッド融着カプラーでは、2つの単一モードのファイバー100a、100bのクラッドが互いに融解され、それによってコア110a、110bが接合領域で互いに近接して固定される。コア110a、110b間のクロストークは、結果として、コアの一方を介して、他方のコアへ信号伝搬の一部を転送する。クラッド研磨カプラーでは、各ファイバーのコア110が、平坦に研磨され、他方のコア110と機械的に位置を調節され、したがってコア間のクロストークが誘発される。
【０００６】
コア内で伝搬する信号の一部分が、結合する位置でクラッド120に伝達されるために、クラッド融着カプラー及びクラッド研磨カプラーのどちらの結合係数も小さくなり、したがって結合ファイバーを含む装置の過剰損失は大きくなる。
【０００７】
したがって、結合によって結果生じる過剰損失を低減し、最小化する光ファイバーに対する要求が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、クラッド融着カプラー及びクラッド研磨カプラーのどちらもの結合係数を改善し、それによって過剰損失を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、直径がdcであり、屈折率がncであるコアと、このコアを同心状に取り囲み、外径がdpcであり、このコアの屈折率ncよりも小さな屈折率npcを有する第１クラッドと、この第１クラッドを同心状に取り囲む第２クラッドを有する光ファイバーに関する。第２クラッドは、外径がdscであり、第１クラッドの屈折率npcよりも小さな屈折率nscを有する。第１クラッドの外径dpcは、第２クラッドの外径dscの一部に相当する長さを有する。第１クラッドの屈折率npcと第２クラッドの屈折率nscの間の相違は、ある定数よりも大きいか又はその定数と等しく、かつコアの屈折率ncからその定数を減じた値よりも小さいか又は等しい。
【００１０】
他の形態では、第１クラッドがアップドープされ、第２クラッドがダウンドープされている。第１クラッドの外径は、第２クラッドの外径の一部に相当する長さを有する。その部分の割合は、0％〜75％の範囲とすることができ、好ましくは10％〜50％、より好適には約20％である。第１クラッド及び第２クラッドの屈折率に関する上述した定数は、好ましくは0.0002と等しく、又は0.0002よりも大きい。
【００１１】
他の形態では、クラッド及び/又はコアが、光電感度を誘導する材料を含み、それによって放射作用に曝されることにより、クラッド及び/又はコア内に屈折率の変調を生成することができる。
【００１２】
他の態様では、本発明は一対の光ファイバーを結合する方法に関する。この方法は、ファイバー対をもたらすステップ、それらの長手方向の範囲の部分に沿ってそれらのファイバーを融着し、結合するステップからなる。
【００１３】
第１クラッドは、融解されても、融解されなくてもよい。したがって、ある実施形態では、第１クラッドは融解されるが、一方他の実施形態では、第１クラッドは融解されないが、第２クラッドは、第１クラッドに隣接して融解する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、特に添付の特許請求の範囲の記載に示されている。本発明の利点は、添付の図面に関連する以下の記載を参照することによって、一層理解を深めることができる。
【００１５】
図３には本発明の一実施態様を示す。参照番号200で示す本発明による光ファイバーは、直径がdcであり、屈折率がncであるコア210と、このコア210を同心状に取り囲み、外径がdpcであり、この環状部分の厚みが（dpc-dc）/2と実質上等しいtpcであり、屈折率がnpcである第１クラッド220と、この第１クラッド220を同心状に取り囲み、外径がdscであり、この環状部分の厚みが（dsc-dpc）/2と実質上等しいtscであり、屈折率がnscである第２クラッド230と、を含む。上述した屈折率間の関係は、nc＞npc＞nscである。厚みtpc及びtscは、tpc≦tscという関係を有する。一実施形態では、環状部分の厚みtscが、実質上125μmである。他の実施形態では、環状部分の厚みtscは、実質上80μmである。
【００１６】
第１クラッド220及び第２クラッド230はどちらも、典型的にシリカを基材としたガラス材料よりなる。第１クラッド220は、屈折率npcがわずかに上昇するように選択され又は処理されている。例えば、第１クラッド又は第２クラッドの一方が純粋なシリカであり、他方は、第１クラッド220がわずかに高い屈折率を示すようにドープされ（すなわち、第１クラッド220が純粋なシリカであれば、第２クラッドはその屈折率が低下するように「ダウンドープ」され、又は第２クラッド230が純粋なシリカであれば、第１クラッド220はその屈折率が上昇するように「アップドープ」され）、あるいは第１クラッド及び第２クラッドはどちらもドープされ、このとき第１クラッド220に所望の屈折率の上昇がもたらされるように適切にドープされる。本願において、「ダウンドープ」という用語は、屈折率を低下させる1つ又はそれ以上のドーパントを付加すること、あるいは隣接する層に対して、その隣接層よりも低い屈折率が達成されるドーパントの濃度や組み合わせを（例えば、低濃度の屈折率上昇ドーパント又は高濃度の屈折率低下ドーパントを使用することによって）利用することを意味し、同様に、「アップドープ」という用語は、屈折率を上昇させる1つ又はそれ以上のドーパントを付加すること、あるいは隣接する層に対して、その隣接層よりも高い屈折率が達成されるドーパントの濃度や組み合わせを利用することを意味している。典型的な屈折率上昇ドーパントとしては、例えばゲルマニウム、リン、チタニウム、アルミニウムを挙げることができ、一方フッ素、硼素は屈折率を低下させるドーパントである。例えば内付け化学蒸着法（MCVD）又は、限定しないが、外付け法（OVD）、気相軸付け法（VAD）、プラズマ蒸着法（PVD）のような他の工程による製造工程の間に、ドーパントは付加される。
【００１７】
図４は、屈折率の分布を示し、また本発明の実施態様による光ファイバーの各屈折率間の相違を示す。コアの屈折率ncは、最大であり、コアの外径dcにいたるまで、概して一定である。第１クラッド220が、コア210の端部から始まり、したがって屈折率が第１クラッド220の屈折率（すなわちnpc）に移行する。第１クラッドの屈折率npcは、コア210の屈折率よりも小さい。さらに第１クラッドの屈折率npcは、第１クラッドの外径dpcにいたるまで、概して一定である。第２クラッドの屈折率nscは、第１クラッドの屈折率npcよりもわずかに小さく、第２クラッドの外径dscにいたるまで、概して一定に保たれる。第１クラッドの屈折率npcと第２クラッドの屈折率nscとの相違は、図４においてΔncladと表示されている。この量Δncladは、ある定数と、コアの屈折率からこの定数を減じた値との間に概して保たれる（すなわちk≦Δnclad≦nc-k）。一実施態様では、k≧0.0002である。量Δncladは、製造に先立ち決定され、所定の波長の光及びカップリング用途に対して所望の性能をもたらすように選択される。利用に際して、2つのファイバーは、第１クラッドが融解されて結合され、代替的には、第１クラッドがごく接近しているが、第２クラッドのみが融解され、2つのファイバーが結合される。2つのファイバーは、本発明の原理に従って組み立てられ、あるいは本発明のファイバーは、従来の又は他の注文されたファイバーと融着される。加えて、本発明の原理を、スプリッタ、コンバイナ、アッドドロップフィルタ、マルチプレクサのような他の融着装置に組み入れることができる。
【００１８】
概して第１クラッドの外径dpcの寸法は、第２クラッドの外径dscの一部に相当する長さを有する。第１クラッドの外径dpcと第２クラッドの外径dscの比dpc/dscは、0〜0.75の範囲であり、好ましくは0.1〜0.5の範囲であり、より好ましくは約0.2（すなわちdpc≒0.2dsc）である。第１クラッドの外径dpcと第２クラッドの外径dscの寸法もまた、製造に先立ち決定され、所定の波長の光及びカップリング用途に対して所望の性能をもたらすように選択される。
【００１９】
したがって外径の寸法dpc、dsc及び屈折率の相違量Δncladを制御することによって、本発明は改善されたカップリング効率をもたらす。
【００２０】
コア及び/又はクラッドの層が、ブラッググレーティング光ファイバーの製造を容易とするように、感光性をなすことに注意されたい。波長分割多重送信された信号を濾過、反射及び/又は逆多重化するのに使用されるこれらの装置では、コア内に屈折率の変調をもたらすようにファイバーそれ自体が構成されている。ブラッググレーティング光ファイバーは、例えばある種の放射（典型的には紫外線）に対して感光性を示すコアを設け、さらにこのファイバーをその放射に曝し、それによって放射に曝された箇所のコアの屈折率を変更することによって得ることができる。感光性は、例えばシリカコアにゲルマニウム及び/又は硼素をドープすることによって達成される。ブラッググレーティング光ファイバーを特徴付ける屈折率の変動パターンの生成は、ホログラフィーによる方法、フェーズマスクを介してファイバーを放射に曝す方法などを含む種々の技法の何れかを利用して達成される。
【００２１】
本発明ではこの処理を容易に行うことができる。すなわち、屈折率の必要な関係が維持される限りにおいて、感光性は本発明にしたがって製造されるファイバーにもたらされる
以上、好適な実施形態を示したが、当業者は、本願特許請求の範囲に記載の範囲及び精神において種々の変更を行い得ることを理解するであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載される範囲によってのみ制限されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による単一モードの光ファイバーを端部から見た図であり、またこの光ファイバーの屈折率の変化を半径方向に対して示す図である。
【図２】従来技術によるクラッド融着光カプラーを示す平面図である。
【図３】本発明の一実施態様による光ファイバーを端部から見た図である。
【図４】本発明の原理に従った光ファイバーの屈折率の分布を図式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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