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特許5782104マルチコアファイバへの低損失でモードフィールドが整合された結合のための方法、および装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5782104
(24)【登録日】2015年7月24日
(45)【発行日】2015年9月24日
(54)【発明の名称】マルチコアファイバへの低損失でモードフィールドが整合された結合のための方法、および装置
(51)【国際特許分類】
G02B 6/04 20060101AFI20150907BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20150907BHJP
G02B 6/036 20060101ALI20150907BHJP
G02B 6/255 20060101ALI20150907BHJP
【ＦＩ】
G02B6/04 B
G02B6/02 421
G02B6/036
G02B6/255
G02B6/02 461
【請求項の数】12
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2013-500185(P2013-500185)
(86)(22)【出願日】2011年3月16日
(65)【公表番号】特表2013-522677(P2013-522677A)
(43)【公表日】2013年6月13日
(86)【国際出願番号】US2011028692
(87)【国際公開番号】WO2011116109
(87)【国際公開日】20110922
【審査請求日】2013年1月28日
(31)【優先権主張番号】61/314,182
(32)【優先日】2010年3月16日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】509094034
【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100128657
【弁理士】
【氏名又は名称】三山 勝巳
(74)【代理人】
【識別番号】100160967
【弁理士】
【氏名又は名称】▲濱▼口 岳久
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(74)【代理人】
【識別番号】100170601
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 孝
(72)【発明者】
【氏名】フィニ，ジョン，マイケル
(72)【発明者】
【氏名】タウネイ，シーリー，フランク
(72)【発明者】
【氏名】ヤン，マン，エフ．
(72)【発明者】
【氏名】ヅー，ベンユアン
【審査官】
吉田 英一
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−１４５８８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／０４５０８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特表２００８−５１１８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００６／０２５７０８３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開昭６２−０４７６０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ６／０２−６／０８
Ｇ０２Ｂ ６／２４−６／２５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のシングルコア光ファイバの終端部のそれぞれを、シングルコアファイバの外径に実質的に等しい外径を有するマルチコアファイバの対応する別個のコアに接続する方法であって、
（ａ）前記複数のシングルコア光ファイバに、末端とリード端とをそれぞれが有する複数のシングルコアファイバを接続するステップであって、前記複数のシングルコアファイバの前記末端のそれぞれが、前記複数のシングルコア光ファイバの前記終端部のそれぞれに対応しており、前記複数のシングルコアファイバのそれぞれは、所与の先細率において実質的に一定のモードフィールド直径を保持するように構成されている、ステップと、
（ｂ）前記複数のシングルコアファイバの前記リード端を、後端部、前端部、およびそれらの間に延びる複数の孔を備えた胴体を含むマルチホールファイバカプラの前記複数の孔に前記後端部側からそれぞれ挿入し、前記複数のシングルコアファイバを組立体に組み立てるステップと、
（ｃ）前記マルチコアファイバの外径に相当する外径を有する前端面を形成するように、前記複数のシングルコアファイバを挿入した前記胴体の前記前端部を先細にするステップであって、前記複数のシングルコアファイバのコアは、前記マルチコアファイバのコアの構成に整合する構成に配列されている、ステップとを含み、
それによって、前記マルチコアファイバの前記コアと前記シングルコアファイバの前記コアとの間を搬送される光のモードフィールド直径を保持しつつ、前記マルチコアファイバを前記組立体の前記前端面に接続可能にする、方法。
（ａ）前記複数のシングルコア光ファイバに、末端とリード端とをそれぞれが有する複数のシングルコアファイバを接続するステップであって、前記複数のシングルコアファイバの前記末端のそれぞれが、前記複数のシングルコア光ファイバの前記終端部のそれぞれに対応しており、前記複数のシングルコアファイバのそれぞれは、所与の先細率において実質的に一定のモードフィールド直径を保持するように構成されている、ステップと、
（ｂ）前記複数のシングルコアファイバの前記リード端を、後端部、前端部、およびそれらの間に延びる複数の孔を備えた胴体を含むマルチホールファイバカプラの前記複数の孔に前記後端部側からそれぞれ挿入し、前記複数のシングルコアファイバを組立体に組み立てるステップと、
（ｃ）前記マルチコアファイバの外径に相当する外径を有する前端面を形成するように、前記複数のシングルコアファイバを挿入した前記胴体の前記前端部を先細にするステップであって、前記複数のシングルコアファイバのコアは、前記マルチコアファイバのコアの構成に整合する構成に配列されている、ステップとを含み、
それによって、前記マルチコアファイバの前記コアと前記シングルコアファイバの前記コアとの間を搬送される光のモードフィールド直径を保持しつつ、前記マルチコアファイバを前記組立体の前記前端面に接続可能にする、方法。
【請求項2】
前記複数の孔は、前記胴体の前記後端部において前記シングルコアファイバを密接して受け入れる寸法とされ、前記複数の孔は、前記マルチコアファイバの前記コアの構成に整合する構成を有しており、
前記方法は、
前記胴体の前記後端部の前記複数の孔のそれぞれに前記シングルコアファイバの前記リード端を挿入するステップと、
前記組立体を形成するために、挿入された前記シングルコアファイバの周りの前記胴体を縮径するステップと、
前記複数のシングルコアファイバを挿入した前記胴体の前記前端部を先細にし、前記前端面を形成するステップであって、前記複数のシングルコアファイバの前記コアが、前記マルチコアファイバの前記コアの構成に整合する構成に配列される、ステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記方法は、
前記胴体の前記後端部の前記複数の孔のそれぞれに前記シングルコアファイバの前記リード端を挿入するステップと、
前記組立体を形成するために、挿入された前記シングルコアファイバの周りの前記胴体を縮径するステップと、
前記複数のシングルコアファイバを挿入した前記胴体の前記前端部を先細にし、前記前端面を形成するステップであって、前記複数のシングルコアファイバの前記コアが、前記マルチコアファイバの前記コアの構成に整合する構成に配列される、ステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記複数の孔のそれぞれを前記シングルコアファイバの直径よりも小さい直径にまで先細にして、前記シングルコアファイバが前記胴体の前記後端部の前記複数の孔にそれぞれ挿入されるとき、前記複数の孔内への進行が途中で止められるように、前記カプラの前記胴体の前記前端部をあらかじめ先細にするステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記シングルコアファイバは、前記コア、前記コアを取り囲む台座、および前記台座を取り囲むクラッドを含むそれぞれの屈折率によって規定された複数の同心領域を備え、
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路、および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成される屈折率を有し、
前記コア、前記台座、および前記クラッドは、前記前端部および前記後端部において前記モードフィールド直径が実質的に同じになるように構成されている、請求項１に記載の方法。
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路、および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成される屈折率を有し、
前記コア、前記台座、および前記クラッドは、前記前端部および前記後端部において前記モードフィールド直径が実質的に同じになるように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記シングルコアファイバの前記コアは、多重横断光学モードの光信号の搬送をサポートする、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
複数のシングルコア光ファイバの終端部のそれぞれを、シングルコアファイバの外径に実質的に等しい外径を有するマルチコアファイバの対応する別個のコアに接続する結合組立体であって、
末端とリード端とをそれぞれが有する複数のシングルコアファイバを備え、前記複数のシングルコアファイバの前記末端のそれぞれが、前記複数のシングルコア光ファイバの前記終端部のそれぞれに対応しており、前記複数のシングルコアファイバのそれぞれは、所与の先細率において実質的に一定のモードフィールド直径を保持するように構成され、
後端部および前端部を有する胴体を備えるカプラを備え、前記カプラは、前記マルチコアファイバの外径に相当する外径を有する前端面を形成するように先細りにされ、組立体を形成するために前記複数のシングルコアファイバの前記リード端が挿入される複数の孔が設けられたマルチホールファイバカプラであり、前記シングルコアファイバのコアが前記マルチコアファイバの前記コアの構成と整合する構成に配列されており、
それによって、前記マルチコアファイバの前記コアと前記シングルコアファイバの前記コアとの間を搬送される光のモードフィールド直径を保持しつつ、前記マルチコアファイバを前記組立体の前記前端面に接続可能にする、結合組立体。
末端とリード端とをそれぞれが有する複数のシングルコアファイバを備え、前記複数のシングルコアファイバの前記末端のそれぞれが、前記複数のシングルコア光ファイバの前記終端部のそれぞれに対応しており、前記複数のシングルコアファイバのそれぞれは、所与の先細率において実質的に一定のモードフィールド直径を保持するように構成され、
後端部および前端部を有する胴体を備えるカプラを備え、前記カプラは、前記マルチコアファイバの外径に相当する外径を有する前端面を形成するように先細りにされ、組立体を形成するために前記複数のシングルコアファイバの前記リード端が挿入される複数の孔が設けられたマルチホールファイバカプラであり、前記シングルコアファイバのコアが前記マルチコアファイバの前記コアの構成と整合する構成に配列されており、
それによって、前記マルチコアファイバの前記コアと前記シングルコアファイバの前記コアとの間を搬送される光のモードフィールド直径を保持しつつ、前記マルチコアファイバを前記組立体の前記前端面に接続可能にする、結合組立体。
【請求項7】
前記複数のシングルコアファイバは、前記カプラの前記後端部と前記前端部との間に延びる前記複数の孔に結合され、前記複数の孔は、前記マルチコアファイバの前記コアの構成に整合する構成を有し、
前記カプラおよびその中に結合された前記複数のシングルコアファイバは、先細にされており、前記複数のシングルコアファイバの前記コアと前記マルチコアファイバの前記コアとが一直線をなす端面で終端されている、請求項６に記載の結合組立体。
前記カプラおよびその中に結合された前記複数のシングルコアファイバは、先細にされており、前記複数のシングルコアファイバの前記コアと前記マルチコアファイバの前記コアとが一直線をなす端面で終端されている、請求項６に記載の結合組立体。
【請求項8】
前記シングルコアファイバは、前記コア、前記コアを取り囲む台座、および前記台座を取り囲むクラッドを含む複数の同心領域からなり、
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成された屈折率を有し、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに実質的に一定のモードフィールド直径が保持されるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されている、請求項６に記載の結合組立体。
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成された屈折率を有し、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに実質的に一定のモードフィールド直径が保持されるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されている、請求項６に記載の結合組立体。
【請求項9】
前記シングルコアファイバは、前記コア、前記コアを取り囲む台座、および前記台座を取り囲むクラッドを含む複数の同心領域からなり、
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成された屈折率を有し、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに、前記マルチコアファイバのモードフィールド直径と実質的に整合するモードフィールド直径となるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されている、請求項８に記載の結合組立体。
前記コア、前記台座、および前記クラッドのそれぞれが、前記コアと前記台座との間の内側導波路および前記台座と前記クラッドの間の外側導波路を生成するように構成された屈折率を有し、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに、前記マルチコアファイバのモードフィールド直径と実質的に整合するモードフィールド直径となるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されている、請求項８に記載の結合組立体。
【請求項10】
前記シングルコアファイバの前記クラッドは、内側クラッド領域および外側クラッド領域を備え、
前記シングルコアファイバの前記コア間のクロストークを防止するために、前記外側クラッド領域が前記内側クラッド領域の屈折率よりも低い屈折率を備えるように構成されている、請求項９に記載の結合組立体。
前記シングルコアファイバの前記コア間のクロストークを防止するために、前記外側クラッド領域が前記内側クラッド領域の屈折率よりも低い屈折率を備えるように構成されている、請求項９に記載の結合組立体。
【請求項11】
カプラであって、
後端部、前端部、およびそれらの間に延びる複数の孔を備える胴体を備え、前記複数の孔が対応するシングルコアファイバを密接して受け入れる寸法とされ、前記複数の孔は、ファイバの中心に位置する第１のコアと、前記第１のコアを取り囲む六角形として配置された６つのコアとを有する７コアマルチコアファイバの個々のコアの構成に相似的に整合する構成を有し、
前記カプラの前記胴体の前記前端部は、あらかじめ先細にされ、前記複数の孔は、前記シングルコアファイバの直径よりも小さい直径にまで先細にされており、前記シングルコアファイバが前記カプラの前記胴体の前記後端部にある前記複数の孔に挿入されたとき、前記複数の孔を通るその進行が途中で止められるように構成されている、カプラ。
後端部、前端部、およびそれらの間に延びる複数の孔を備える胴体を備え、前記複数の孔が対応するシングルコアファイバを密接して受け入れる寸法とされ、前記複数の孔は、ファイバの中心に位置する第１のコアと、前記第１のコアを取り囲む六角形として配置された６つのコアとを有する７コアマルチコアファイバの個々のコアの構成に相似的に整合する構成を有し、
前記カプラの前記胴体の前記前端部は、あらかじめ先細にされ、前記複数の孔は、前記シングルコアファイバの直径よりも小さい直径にまで先細にされており、前記シングルコアファイバが前記カプラの前記胴体の前記後端部にある前記複数の孔に挿入されたとき、前記複数の孔を通るその進行が途中で止められるように構成されている、カプラ。
【請求項12】
シングルコアファイバであって、
コア、前記コアを取り囲む台座、前記台座を取り囲む内側クラッド領域、および前記内側クラッド領域を取り囲む外側クラッドを含む、それぞれの屈折率を有する複数の同心領域を備え、
前記複数の同心領域は、前記コアと前記台座との間の第一の導波路、および前記台座と前記内側クラッドの間の第二の導波路を生成するように構成され、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに実質的に一定のモードフィールド直径が保持されるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されており、
クロストークが複数の同様のファイバを備える先細にされた組立体の中で低減されるように、前記外側のクラッドが落ち込んだ屈折率を有する、シングルコアファイバ。
コア、前記コアを取り囲む台座、前記台座を取り囲む内側クラッド領域、および前記内側クラッド領域を取り囲む外側クラッドを含む、それぞれの屈折率を有する複数の同心領域を備え、
前記複数の同心領域は、前記コアと前記台座との間の第一の導波路、および前記台座と前記内側クラッドの間の第二の導波路を生成するように構成され、
前記シングルコアファイバが先細にされて前記内側導波路および前記外側導波路の直径のそれぞれが変化したときに実質的に一定のモードフィールド直径が保持されるように前記コア、前記台座、および前記クラッドが構成されており、
クロストークが複数の同様のファイバを備える先細にされた組立体の中で低減されるように、前記外側のクラッドが落ち込んだ屈折率を有する、シングルコアファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基本的にマルチコアファイバへの低損失でモードフィールドが整合された結合のための方法、および装置に関する。本出願は以下の米国仮出願特許の優先権の利益を請求し、その仮出願特許は本発明の出願の譲受人によって保有され、かつそのすべてが参照のためにここに引用される。
２０１０年３月１６日に出願され、”低損失で、モードフィールドが整合されたマルチコアファイバカプラー”と題される米国仮出願特許番号Ｎｏ．６１／３１４，１８２．
【背景技術】
【0002】
大容量の光ネットワークに対して拡大し続ける要求のために、ネットワークの容量を拡大するための方法として、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）を採用するシステムの設計、および構築に対する関心が高まっている。さらに、低コストで、ファイバ数の多い、高密度ケーブルが実用的な光加入者基線を建設するために必要である。同様に、ケーブルの直径、および／あるいは長さによってもたらされる制約を克服するための方法としてＭＣＦが調査されつつある。
【0003】
性能、および最終的にＭＣＦベースのシステムの実用性に重大な影響を与えると思われるひとつの問題は、ＭＣＦコアの中を伝播する個々の信号を多重化し、分波するためのこれらのシステムの能力である。いくつかの方式が提案されてきているが、これらの方式は複雑で、かつ多数の構成要素を必要とする。
【0004】
さらに、一般的に言えば、通常ほぼ１２５μｍ程度の外径を備える従来型のシングルコア（ｓｉｎｇｌｅ−ｃｏｒｅ）ファイバの外径と同程度の外径を備えることがＭＣＦに対して好都合である。一般的なＭＣＦにおいては、適当な外径を達成するために、コアとコアとの間隔はほぼ４０μｍ程度である。複数のシングルコアファイバを同程度の外径を備える単一のＭＣＦのコアに結合し、適切なコアの整列を達成するためにはシングルコアファイバのリード端部の外径の低減を必要とする。低減の技術は、例えば、機械的な方法（例えば研磨すること）、および化学的な方法（例えばエッチング）を含んでよい。
【0005】
一組のシングルコアファイバをツインコア（ｔｗｉｎ−ｃｏｒｅ）ＭＣＦに結合するための技術が提案されている。ツインコアＭＣＦのコア間隔に整合するように先細にされる組立体を形成するために、二本のシングルコアファイバが二穴の毛細管に挿入される。しかし、ＭＣＦの潜在能力を全面的に利用するためには多数のコア、例えば７本、あるいはそれ以上を備えるＭＣＦの利用を必要とする。コアはシングルモードであるかもしれない、あるいはいくつか、あるいは多数のモードを有するかもしれない。必要とされる先細率、および大容量信号搬送に重要である光クロストークなどの光学的な特性が考慮されていなかったために、上に述べられた方法はこのようなＭＣＦの利用に適していない。ある設計形態においては、ステップインデックス（ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ）ファイバを先細にすることはモードフィールド径を増加させ、それは結合損失の増加をもたらすことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許５，８６４，６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
米国特許第５，８６４，６４４号明細書に示されるような先細にしたファイバ束（ＴＦＢ）は、ポンプ光を結合するためだけでなく、増幅段間におけるＬＰ０１信号モードへの遷移を提供するために使用されている。この技術は、複数の信号コアをＭＣＦへ結合することに対しては満足できるほどに拡張されてはいない。一つの理由は、束を先細にする際の表面張力によって、束の外側表面がほぼ円形になるように滑らかになる傾向があることである。そのため、先細にされたコアのモードフィールド径を対応するＭＦＣコアのモードフィールド径に整合させることはできるが、表面張力の影響によって束の外側のコアに顕著な変形がもたらされる。これらの変形が、コア及びモードフィールド形状を変化させ、その結果、過度の結合損失をもたらし、また、隣接するコアの間のクロストーク源となることがあった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の態様は、複数の終端部のそれぞれをマルチコアファイバの対応する個々のコアに接続するための装置、および方法に関する。複数の終端部のそれぞれに対応する長さのシングルコアファイバが与えられ、その場合において、シングルコアファイバが先細にされるときに、許容範囲内で一定のモードフィールド径、およびモードコンテント（ｍｏｄａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）などのモード特性を保持するようにシングルコアファイバが構成される。さらに、後端、前端、およびその間に延びる複数の孔のある胴体を備えるカプラが与えられ、その場合において、対応する孔はカプラ胴体の後端部で対応する長さのシングルコアファイバを密接して受ける寸法とされ、かつその場合において、複数の孔はマルチコアファイバのコアの構成に整合する構成を備える。所定長さのシングルコアファイバのそれぞれのリード端部がカプラ胴体の後端の対応する孔に挿入され、組立体を形成するために、挿入された所定長さのシングルコアファイバの周囲にカプラ胴体が縮径される。組立体の前端が先細にされ、シングルコアファイバのコアが、マルチコアファイバのコアの構成と整合する構成に配列されるように前端面が形成される。所定長さのシングルコアファイバのそれぞれの末端が対応する終端部に接続され、シングルコアファイバの対応するコアがマルチコアファイバの個々のコアと一直線になるように、組立体の前端面がマルチコアファイバの端面に接続される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図2】結合状況の図であって、寸法通りには描かれていないが、本発明のいろいろな態様の説明のための骨組みとして与えられる。
【図3】本発明の態様によるマルチホール（ｍｕｌｔｉ−ｈｏｌｅ）ファイバカプラの第一の例の断面を示す。
【図4】本発明の態様によるマルチホール（ｍｕｌｔｉ−ｈｏｌｅ）ファイバカプラの第二の例の断面を示す。
【図5】本発明のさらに別の態様によるマルチホールファイバカプラの等角投影図を示す。
【図10】複数の終端部のそれぞれをマルチコアファイバの対応する個々のコアに結合するために本発明の実行による一般的な方法２００のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の態様は、複数のシングルコアファイバ（ＳＣＦ）をマルチコアファイバ（ＭＣＦ）に結合するための構造、および方法に関し、その場合においてそれぞれのＳＣＦコアは対応する別個のＭＣＦコアに結合される。
【0011】
本発明の例示的な実行例が、２０１０年３月１６日に出願され、本発明の出願の譲受人に保有され、参照のためにそのすべてがここに引用される、米国仮特許出願第６１／３１４，１８４号明細書に記載される形式の７コアＭＣＦ設計の個々のコアへの結合を提供することに関連して以下に述べられる。しかしながら、記載される方法は、異なる数のコア、異なるコア、およびクラッド構造、異なるコア構成、および類似のものを備える他の形式のマルチコアファイバである他の状況において適用できるということが評価されるであろう。
【0012】
図１Ａ、および１Ｂは、共通のクラッド領域２４内の７つのコア領域２２ａ−ｇの配列からなる、米国仮特許出願第６１／３１４，１８４号明細書に記載される形式の例示的な７コアＭＣＦ２０の断面、および等角投影図をそれぞれ示す。第一のコア領域２２ａはファイバの中心部に配される。６つのコア領域２２ｂ−ｇは中心部のコア２２ａを取り囲む六角形２６として配置される。７つのコア領域２２ａ−ｇは、それらの長軸２８に沿って所定の長さのＭＣＦ２０の下流にそれぞれの光通信を搬送するように構成される。
【0013】
図２は、結合状況４０の図であって、寸法通りには描かれていないが、本発明のいろいろな態様の説明のための骨組みとして与えられる。状況４０において、結合は、四角Ｔ１−Ｔ７、および７コアのマルチコアファイバＭＣＦ１の対応する個々のコアによって表される７つの終端部のそれぞれの間に与えられるべきものである。目下の議論の目的のために、用語「終端部（ｔｅｒｍｉｎａｌ）」は光信号を搬送する何らかの装置の接続点を意味し、例えば、ファイバ、および非ファイバ装置はもちろん、表面実装光放射ダイオード、あるいは類似のもののようなファイバベースの装置を含むことができる。
【0014】
目下の議論のために、ＭＣＦ１の個々のコアは、挿入図５１ａに示されるように、識別文字Ａ−Ｇが任意に割り当てられ、対応する終端部Ｔ１−Ｔ７に接続される。シングルコアファイバＳＣＦ１−ＳＣＦ７は、断面に示されるように、ピッグテールコネクタとして与えられる。ピッグテールファイバＳＣＦ１−ＳＣＦ７のそれぞれは終端部Ｔ１−Ｔ７に接続するための末端、およびマルチコアファイバＭＣＦ１への接続のためのリード端を備える。現在の例において、シングルコアファイバＳＣＦ１−ＳＣＦ７とマルチコアファイバＭＣＦ１は実質的に等しい外径を備えると仮定される。しかし、一つ以上のシングルコアファイバがマルチコアファイバの外径よりも異なる外径を備える用途において、必要に応じて適宜修正されて本発明の態様を実行することも可能であろう。さらに、シングルコアファイバＳＣＦ１−ＳＣＦ７の対応する長さがゼロ、あるいはほぼゼロである用途において、必要に応じて適宜修正されて本発明の態様を実行することが可能であろう。（したがって、ここで使われるように、用語シングルコアファイバの「対応する長さ」はシングルコアファイバの長さがゼロ、あるいはほぼゼロを含む。）
【0015】
例示の目的で、さらに図２はそれぞれのなされるべき接続を点線で示して、シングルコアファイバの端面４１−４７、およびマルチコアファイバの端面５１の図を与える。以下に述べられるように、本発明の態様はそれぞれのＳＣＦコア１−７を個々のＭＣＦコアＡ−Ｇに接続するための構造、および方法を提供する。
【0016】
目下の例において、ＭＣＦの個々のコアは同じ特性を備えるということが注目されるべきである。しかし、記述されている構造、および方法は、一つ以上の個々のコアが他のコアの特性と異なる特性を備えるＭＣＦを用いて、必要に応じて適宜修正されて実行されてもよいことが評価されるであろう。そのような場合には、異なる特性を備える個々のコアと適切な整合を提供するために対応するＳＣＦを修正することが必要かもしれない。
【0017】
許容範囲内の低い接合損失、および信号がカプラを通過するときに（必要に応じて）誘起されるクロストークがほとんど、あるいは全くないこと、あるいはそれぞれのＳＣＦコアを対応するＭＣＦコアへ接続する上ででモードコンテント（ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｅｎｔ）の変化がほとんど、あるいは全くないことなど、乱れのないモード特性を達成するために、以下の基準：モードフィールドの整合、個々のコアの正確な配列、および正確に構成されたコアの幾何学的形状を満たすことが最も重要である。以下に述べられるように、これらの基準、およびその他のものが本発明の態様によって対処され、それは（１）マルチホールファイバカプラ（ＭＨＦＣ）としてここに参照される結合装置；（２）所与の先細率で許容範囲内において、選択されたモード特性を保持するように設計されているＳＣＦ；および（３）記述されたＭＨＦＣとモードフィールド保持ファイバを用いる結合方法を含む。
【0018】
目下の議論は以下のように構成されている。１．マルチホールファイバカプラ
２．モードフィールド保持ファイバ
３．結合方法
４．結論
【0019】
１．マルチホールファイバカプラ本発明の態様は、記述される結合方法において、コア対コアの配列はもちろん、モード内容、モード形状、およびモードフィールド径の整合を提供するモード保持、先細マルチホールファイバカプラ（ＭＨＦＣ）に関する。
【0020】
図３は、本発明の態様によるＭＨＦＣ６０の第一の例の断面を示す。ＭＨＦＣ６０は、複数の孔６４ａ−ｇを備える大径のファイバ６２、あるいは類似の物体、からなる。ファイバ６２、および孔６４ａ−ｇの寸法、および構成は、ＳＣＦ、およびＭＣＦの寸法、個々のＭＣＦコアの構成、および終端部の構成を含む数多くの要因によって決定される。
【0021】
以下に記述されるように、ピッグテールＳＣＦのリード端部がＭＨＦＣ６０の後端面の孔６４ａ−ｇの中にそれらを挿入することによってＭＨＦＣ６０の中に装着される。したがって、孔６４ピッグテールＳＣＦの直径よりもわずかに大きい直径を備える寸法とされる。目下の例においては、ＳＣＦそれぞれは直径１２５μｍであり、対応する孔は直径１５０μｍである。特定の用途によっては、異なる直径を備えるひとつ以上のファイバを用いることも可能であるということが注目されるべきである。それに応じて対応する孔の直径は修正されるであろう。さらに、コアの間の間隔は相対的に一定であり、規則的であり得るが、あるいは変わることが出来る。例えば、コア間のクロストークを制御するために孔間隔が可変であってよいが、当然ながらＭＣＦのコアの幾何学的形状が整合していなければならない。
【0022】
以下にさらに議論されるように、ＭＨＦＣ胴体は、組立体を形成するために孔６４に挿入されたＳＣＦの周りに縮径され、それから先細にされ、マルチコアファイバに接合される。それに応じてＭＨＦＣを作るために使われる材料が選択される。目下の例においては、ＭＨＦＣはドープされていないシリカ（ＳｉＯ２）から作られ、それは以下に記述されるＳＣＦのクラッド領域を作るするために使われる同じ材料である。さらに、所与の状況によってＭＨＦＣを作るために使われる材料を修正する、あるいは異なる材料、あるいは材料の組み合わせを用いることも可能であろう。そのような他の材料は、例えば、カルコゲナイドガラスのような無酸素ガラス；ドープされた、およびドープされないシリカファイバ；および類似のものを含む。
【0023】
孔６４ａ−ｇの構成は、ＳＣＦが結合されるべきＭＣＦの個々のコアの構成によって決定される。特に、孔の構成はＭＣＦコアの構成に相似であるように選択される。したがって、ＳＣＦ−ＭＨＦＣ組立体がＭＣＦへの接合のために先細にされ、割られるときに、組立体の前端面のＳＣＦコアの幾何学的配置がＭＣＦのそれと整合する。
【0025】
図４は、本発明のさらなる態様によるＭＨＦＣ８０の第二の例の断面を示す。ＭＨＦＣ８０は長方形状に配置された孔８４を含む大径ファイバ８２からなる。図４は、記述される方法の一つの特別な長所が、例えば正方形、長方形、およびその他、幾何学的形状、および孔のパターンに対する柔軟性であることを示している。ＭＣＦの外側の形状は円形でなくてもよい。このことがいくつかの利点を生み出す：（ａ）非円形のファイバは曲げに対して好ましい方向性を備え、コア中に導かれるモード有効屈折率（ｍｏｄａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）の曲げに起因する歪みのような任意の曲げに起因する影響を制御することが出来る；（ｂ）例えば、ファイバの非円形の外側形状は表面実装装置に直接的に結合するために、より容易に位置合わせが出来る；（ｃ）非円形の外側幾何学的形状は、個々のコアの同一性を識別するためのマーカーとしての役目を果たす外側の特性によって、回転の方向付けを容易にすることが出来る。
【0026】
図５は、ＭＨＦＣ６０（図３）の等角投影図を示し、本発明のさらなる態様を図解する。図５に示されるように、ＭＨＦＣは後端部７２、および前端部７４を備える胴体７０からなる。孔７６がＭＨＦＣ胴体の後端部７２と前端部７４との間に延びる。
【0027】
図５に示される本発明の態様により、ＭＨＦＣの前端部７４はピッグテールＳＣＦとの組立体に先立ち、”あらかじめ先細にされる”。特に、ＭＨＦＣ６０の前端部７４は、孔７６の直径がピッグテールＳＣＦの直径よりもわずかに小さいようにより細く先細に（ｄｏｗｎ−ｔａｐｅｒｅｄ）されている。したがって、ピッグテールＳＣＦがその対応する孔に差し込まれるときに、孔の長さ方向へのそのピッグテールの進行は途中で止められる。
【0028】
ＭＨＦＣをあらかじめ先細にすることには多くの理由がある。あらかじめ先細にすることは、ＭＨＦＣの中のＳＭＴファイバの正確な屈折率の設定（ｉｎｄｅｘｉｎｇ）を可能にする。加えて、ＭＨＦＣ内のすべてのファイバの良好な同心性を保持することを助ける。
【0029】
図５に示される例において、ＭＨＦＣは直径７５０μｍを備えるファイバから作られ、ＭＨＦＣの前端部は直径５７５μｍまであらかじめ先細にされる。孔７６は後部の直径１５０μｍ、および前部の直径１１５μｍを備える。
【0030】
２．ＭＦＤ保持ファイバ装置の第二の要素は、許容範囲内で大きな先細比のすべてにわたって少なくとも先細、および先細でない端部で同じモードフィールド径（ＭＦＤ）を実質的に保持可能であり、かつほとんど、あるいはまったく誘起されたクロストークを見せない、特別に設計されたシングルコアファイバからなる。
【0031】
図６Ａは、本発明によるＭＦＤ保持シングルモードファイバ１００の断面を示し、図６Ｂは以下に記述されるようにＭＨＦＣと溶着され、４：１の比率まで先細にされた後のファイバ１００’の断面を示す。図７Ａ、および７Ｂは、図６Ａ、および６Ｂに示される非先細、および先細ファイバそれぞれの屈折率プロファイル１２０／１２０’、およびＬＰ０１パワー分布関数１４０／１４０’を示す。
【0032】
図６Ａ、および７Ａに示されるように、ファイバは以下の領域を備える修正されたステップインデックスプロファイルを備える：中心部コア領域１０２／１２２、台座領域１０４／１２４、内側クラッド領域１０６／１２６、および落ち込んだ（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ）外側クラッド領域１０８／１２８。特別の用途によっては、落ち込んだ外側クラッド領域１０８／１２８無しに本発明の態様を実行することが可能であってよいことが注目されるべきである。以下に記述されるように、コア、台座、および内側クラッドは所与の先細率のすべてにわたって実質的に一定のままであるモードフィールド径を生成するように結合する。落ち込んだ外側のクラッド領域１０８／１２８は光学的なモードフィールド分布の半径方向の広がりを抑制することによってクロストークを低減するために与えられる。
【0033】
図７Ａの屈折率プロファイル１２０は非先細領域に対してそれぞれの半径、および屈折率を示す。目下の議論の目的のために、領域の屈折率はそれぞれのファイバ領域に対する屈折率の差Δｎ、つまりファイバ領域の屈折率マイナス内側クラッドの屈折率として表される。
【0034】
図６Ａ、および７Ａから、約８μｍの半径を備える第一の導波路１０３／１２３はコア１０２／１２２と台座１０４／１２４との間の境界によって作られるということが見られよう。約３２μｍの半径を備える第二の導波路１０５／１２５は台座１０４／１２４と内側クラッド１０６／１２６との間の境界によって作られる。非先細ファイバにおいては、１３１０ｎｍ／１５５０ｎｍの範囲の波長におけるＬＰ０１モードは、導波路からいくらかの光の漏れを伴って第一の導波路によって閉じ込められる。ベストフィッテングガウス型アプローチ（ｂｅｓｔ−ｆｉｔｔｉｎｇ Ｇａｕｓｓｉａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ）を用いて、モードフィールド直径が約１０．２５μｍであると決定される。したがって、非先細ファイバにおいて、直径が３２μｍである第二の導波路はモードフィールド径に重大な影響を及ぼさないということが理解されよう。
【0035】
以下に記述されるように、シングルコアファイバはＭＨＦＣの中に挿入され、それから組立体を形成するためにＭＨＦＣはシングルコアファイバの周囲に縮径される。それから組立体はマルチコアファイバの端面の直径に整合するように先細にされる。したがって、図６Ｂの断面、および図７Ｂの屈折率プロファイルは、ＭＨＦＣの胴体１１０’／１３０’の一部により取り囲まれる先細にされたファイバ領域１０２’／１３０’、１０４’／１２４’、１０６’／１２６’、１０８’／１２８’を示す。
【0036】
台座領域１０４、ファイバが先細にされるときにファイバのモードフィールド直径を保持する。第一の導波路１０３／１２３が８μｍより小さい直径に先細にされるとき、信号は第一の導波路１０３／１２３によってあまり強くなく導かれ、そのためにモードフィールド直径を増加させる傾向になる。しかし、第二の導波路１０５／１２５も減少する。最初に、第二の導波路１０５／１２５の直径は約３２μｍであり、したがってモードフィールド直径に著しい影響を与えるにはあまりにも大きい。外側の導波路が先細にされて直径が８μｍに近づくにしたがい、ますますモードフィールド特性に影響を及ぼす。正味の結果は、ファイバのモードフィールドは選択された先細率全体にわたって、前端部と後端部との間で許容される範囲内で実質的に同一なままである。したがって、４：１の比率に先細にされたファイバのモードフィールド直径は約９．８４μｍである。
【0037】
図８は、ファイバ１００に対するモードフィールド直径と先細率との間の関係を示すグラフ１６０である。プロット１６２に表されるように、モードフィールド直径は、０．６から４．２の範囲の先細率全体にわたって約１１．２５μｍの最大値から約９．４０μｍの最小値まで変化する。したがって、ファイバが先細にされるときに、そのモードフィールド直径は、許容範囲内で実質的に一定である。この例において、変化は十分に小さく、モードフィールド直径の不整合に起因する結合損失は小さい（すなわち、０．５ｄＢよりも小さい）ということが注目されるべきである。［０．０２は達成が困難であろう］
【0038】
もし特定の用途がより小さい許容範囲を必要とするのであれば、それにしたがってファイバの構成が修正されてもよい。例えば、第二の台座が加えられてもよい。
【0039】
本発明の更なる態様はクロストークの問題に関する。いくつかの設計において、ＭＣＦのクロストークは性能を引き下げる潜在的要因のひとつである。そのために、これらの設計は、ＭＨＦＣを先細にする間にひとつのコアからその隣への任意の漏れを最小にする必要がある。したがって、フッ素がドープされたドープシリカのような低屈折率材料で作られる外側のクラッド領域１０８／１２８が与えられる。図９のグラフ１８０に示されるように、ダウンドープされた（ｄｏｗｎ−ｄｏｐｅｄ外側クラッド領域１０８／１２８の外側のＬＰ０１パワーの部分は本質的にゼロに等しい。
【0040】
他の方法、および材料がダウンドープされた外側クラッド領域１０８／１２８を構成するために使われてもよい。例えば、それは環状の空孔、あるいは気泡、あるいは他の適当な低屈折率構造によって同程度の結果を達成することが可能である。孔、あるいはくぼみを含む領域は、台座を越えてたまたま侵入する任意の光を散乱させ、さらにクロストークを低減するという付加的な利点を提供する。
【0041】
ＭＣＦのコアは多数のモードをサポートすることができるので、シングルコアファイバ、およびＭＨＦＣのコアもまた多数のモードをサポートするべきである。それぞれのモードが異なる光信号を搬送する場合には、シングルコア、およびマルチコアファイバのモードコンテンツはまったく同じはずである。いくつかの場合においては、所与のコア内でのモードに共通するクロストークは最小になるべきであるが、他の場合には、このことは重要ではないかもしれない。先細化の前後で同程度のモードコンテンツを達成するために、”モードコンテンツ”を整合させるよく知られた方法が使われてもよく、その場合、モードの容量は屈折率とコア導波路の直径の積の計量である。台座という概念を用いることにより、モードフィールド直径が、ファイバの直径の物理的な先細化にもかかわらずほぼ一定に保持されることとまったく同じように、モードコンテンツもそのように保持が可能である。
【0042】
３．方法図１０は、複数の終端部のそれぞれをマルチコアファイバの対応する個別のコアに結合するための本発明の実行による一般的な方法２００のフローチャートである。方法２００は以下のステップからなる：
ステップ２０１：図３−５に示され、かつ上に述べられているＭＨＦＣのようなマルチホールファイバカプラ（ＭＨＦＣ）を与える。
ステップ２０２：ＭＨＦＣの前端部をあらかじめ先細にする。
ステップ２０３：それぞれのシングルコアファイバのリード端をＭＨＦＣの後部の対応する孔に挿入する。
ステップ２０４：組立体を形成するために、装着されたファイバのまわりにＭＨＦＣを縮径する。
ステップ２０５：マルチコアファイバの端面の直径、およびコア構成に整合する直径、およびコア構成を備える端面を生成するために組立体を先細にする。
ステップ２０６：それぞれのシングルコアファイバの後部端を対応する終端部に接続する；先細にした組立体の端面をマルチコアファイバの端面に接続する。
【0043】
これらのステップのそれぞれの例示的な実施が、寸法どおりではないが、図１１−１７に示され、かつ以下に議論される。
【0044】
図１１に図解されるように、ステップ２０１において、上に議論され、図３−５に示される形式の、寸法どおりではないが、断面で示されるマルチホールファイバカプラ（ＭＨＦＣ）２２０が与えられる。上に議論されたように、ＭＨＦＣは後端部２２４、前端部２２６、およびそれらの間に延びる数多くの孔２２８を備える大直径のファイバ２２２、あるいは類似のもの、からなる。それぞれの孔２２８は、ＭＨＦＣの後端部に挿入されるシングルコアファイバ２３０のリード端を密接して受け入れる寸法とされる。孔２２８は、結合されるマルチコアファイバの個々のコアの構成に整合するように相似形に構成される。
【0045】
図１２に図解されるように、ステップ２０２において、ＭＨＦＣ２２０の前端部２２６は、それぞれの孔の前端部が、対応するシングルコアファイバの直径よりもわずかに小さい直径までより細く先細（ｄｏｗｎ−ｔａｐｅｒｅｄ）にされるように、あらかじめ先細にされる。この先細化の結果として、それぞれのシングルコアファイバがその対応する孔に挿入されるとき、それが孔の内側表面に突き当たりファイバの長さ方向への進行は途中で止められる。
【0046】
記述されたあらかじめの先細化を遂行するひとつの方法は、先細部の前端部を加熱し、所望の先細率までそれを引き伸ばすことによる。さらに、ＭＨＦＣの前端部は所望の全長、および端面直径を達成するために切り取られてもよい。
【0047】
上に言及されたように、ある用途においては、あらかじめ先細にすることなく、記述された方法を実行することが可能であってもよい。
【0048】
図１３に図解されるように、ステップ２０３において、複数のシングルコアファイバ２３０のそれぞれのリード端がＭＨＦＣの後端部の対応する孔に装着される。上に述べられたように、ファイバはそれら対応する孔を通して全経路を通過はせず、ＭＨＦＣのあらかじめ先細にされた部分の内側周辺に突き当たるので、通過する途中で止められる。
【0049】
図１４に図解されるように、ステップ２０４において、ＭＨＦＣは組立体２４０を形成するために、その前端部に始まってシングルコアファイバのまわりに縮径される。
【0050】
図１５に図解されるように、ステップ２０５において、ＭＨＦＣ組立体２４０は、マルチコアファイバの端面に整合する直径の端面を生成するために適している先細率まで先細にされる。これを遂行するひとつの方法は、組立体の端部を加熱し、所望の先細率までそれを引き伸ばすことである。それから、先細にされた組立体の端部は、シングルコアファイバの端面を露出させ、所望の外径を達成するために、破線２４２で割られる。
【0051】
図１６、および１７に図解されるように、ステップ２０６において、溶融され、先細にされたＳＣＦのコアがＭＣＦの個々のコアと一直線にされて、シングルコアファイバの後端が対応する終端部に接続され、かつＭＨＦＣの前端面がＭＣＦの端面に接続される。
【0052】
４．結論上述の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にする詳細を含むものであるが、説明は事実上例示的なものであって、それらの多くの修正、および変形が、これらの教えの利益を得る当業者には明らかであろうことが認識されるべきである。したがって、この点で本発明はここに付属する請求の範囲によってのみ規定され、かつ請求の範囲は優先する技術によって許される限り広く解釈されるものであると意図されている。
【符号の説明】
【0053】
２０、６０、８０ マルチコアファイバ（ＭＣＦ）２２ａ−ｇ コア
２４ クラッド
２６ 六角形
２８ 長軸
４０ 結合状況
４１−４７ シングルコアファイバの端面
５１ マルチコアファイバの端面
６２、８２、２２２ 大径のファイバ
６４ａ−ｇ 複数の孔
８４ 長方形構成の孔
７０ 胴体
７２ ＭＨＦＣの後端部
７４ ＭＨＦＣの前端部
７６、２２８ 孔
１００ ＭＦＤ保持シングルモードファイバ
１００’ ＭＨＦＣと溶着された先細ファイバ
１０２／１２２ 非先細ファイバのコア
１０３／１２３ 非先細ファイバの第一の導波路
１０４／１２４ 非先細ファイバの台座
１０５／１２５ 非先細ファイバの第二の導波路
１０６／１２６ 非先細ファイバの内側クラッド
１０８／１２８ 非先細ファイバの外側クラッド
１１０’、１３０’ ＭＨＦＣの胴体
１２０、１２０’ 非先細、先細ファイバの屈折率プロファイル
１４０ 台座
１０２’／１２２’、１０４’／１２４’、１０６’／１２６’、１０８’／１２８’
先細ファイバのコア、台座、内側クラッド、外側クラッド
２２０ マルチホールファイバカプラ（ＭＨＦＣ）
２２４ 後端部
２２６ 前端部
２３０ シングルコアファイバ
２４０ 組立体
２４２ 破線