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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023129061
(43)【公開日】2023-09-14
(54)【発明の名称】ファンイン／ファンアウトデバイス
(51)【国際特許分類】
G02B 6/32 20060101AFI20230907BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20230907BHJP
【ＦＩ】
G02B6/32
G02B6/02 461
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022033826
(22)【出願日】2022-03-04
(71)【出願人】
【識別番号】392017004
【氏名又は名称】湖北工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000213
【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 勝博
(72)【発明者】
【氏名】桐山 智晶
【テーマコード（参考）】
2H137
2H250
【Ｆターム（参考）】
2H137BA15
2H137BA18
2H137BA20
2H137BC03
2H137BC04
2H137BC08
2H137BC12
2H137DB09
2H137HA11
2H250AB03
2H250AC64
2H250AC93
2H250AC94
2H250AC95
2H250AC96
(57)【要約】
【課題】 ビームウェスト径が変化したりビームウェスト径にばらつきが生じたりする場合であっても光結合損失の増大を抑制する。
【解決手段】 ＦＩＦＯデバイス１０は、ＭＣＦ２０と、ＭＣＦの中心軸線と平行な第１光軸を有する第１レンズ３０と、第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ４１乃至４４を複数有する第２レンズ群４０と、シングルコア光ファイバ５１乃至５４を第２レンズと同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群５０とを備える。第１レンズと各第２レンズとの間のレンズ間距離がビームウェスト距離和と等しい場合のビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値と規定すると、レンズ間距離を距離和最大値に設定した場合、ビームウェスト距離和が距離和最大値の９１．５％以上となるようにＭＣＦ２０、第１レンズ３０、第２レンズ群４０及びシングルコア光ファイバ群５０が配置されている。
【選択図】 図１１Ｃ
【解決手段】 ＦＩＦＯデバイス１０は、ＭＣＦ２０と、ＭＣＦの中心軸線と平行な第１光軸を有する第１レンズ３０と、第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ４１乃至４４を複数有する第２レンズ群４０と、シングルコア光ファイバ５１乃至５４を第２レンズと同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群５０とを備える。第１レンズと各第２レンズとの間のレンズ間距離がビームウェスト距離和と等しい場合のビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値と規定すると、レンズ間距離を距離和最大値に設定した場合、ビームウェスト距離和が距離和最大値の９１．５％以上となるようにＭＣＦ２０、第１レンズ３０、第２レンズ群４０及びシングルコア光ファイバ群５０が配置されている。
【選択図】 図１１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されたファンイン／ファンアウトデバイス（１０）において、
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値の９１．５％以上となるように前記マルチコア光ファイバ（２０）、前記第１レンズ（３０）、前記第２レンズ群（４０）、及び、前記シングルコア光ファイバ群（５０）が配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
前記マルチコア光ファイバ（２０）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されたファンイン／ファンアウトデバイス（１０）において、
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値の９１．５％以上となるように前記マルチコア光ファイバ（２０）、前記第１レンズ（３０）、前記第２レンズ群（４０）、及び、前記シングルコア光ファイバ群（５０）が配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
【請求項2】
請求項１に記載のファンイン／ファンアウトデバイスにおいて、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の主光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）に対応するｎ通りの前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）は、何れも前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）の９１．５％以上である、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の主光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）に対応するｎ通りの前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）は、何れも前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）の９１．５％以上である、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
【請求項3】
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０ｐ）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されたファンイン／ファンアウトデバイス（１０）において、
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、前記各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、前記光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
前記光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にはｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
更に、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）であるときの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）を距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）と規定し、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径の最大値及び最小値をそれぞれビームウェスト最大径（２Ωmax）及びビームウェスト最小径（２Ωmin）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）よりも大きく、且つ、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記距離最大時ビームウェスト径よりも小さくなるような位置に配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されたファンイン／ファンアウトデバイス（１０）において、
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、前記各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、前記光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
前記光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にはｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
更に、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）であるときの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）を距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）と規定し、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径の最大値及び最小値をそれぞれビームウェスト最大径（２Ωmax）及びビームウェスト最小径（２Ωmin）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）よりも大きく、且つ、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記距離最大時ビームウェスト径よりも小さくなるような位置に配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
【請求項4】
請求項３に記載のファンイン／ファンアウトデバイスにおいて、
前記レンズ間距離（Ｚ）は、前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しい、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
前記レンズ間距離（Ｚ）は、前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しい、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
【請求項5】
請求項３に記載のファンイン／ファンアウトデバイスにおいて、
前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）と光結合損失との関係を規定した曲線は、前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）未満の場合、前記光結合損失がゼロとなる２つの極小点と、前記２つの極小点の間に位置する１つの極大点と、を有しており、
前記２つの極小点の前記第１及び前記第２ビームウェスト径を大きいほうから順に極小点第１ビームウェスト径（２Ωmin1）、及び、極小点第２ビームウェスト径（２Ωmin2）と規定すると、前記極小点第１ビームウェスト径と前記極小点第２ビームウェスト径との差分は、前記レンズ間距離（Ｚ）が減少するにつれて増加し、
ｎ＝２である場合、
前記レンズ間距離（Ｚ）は、前記差分が、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）と前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）との分離量に実質的に等しくなるように設定されており、且つ、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記極小点第１ビームウェスト径（２Ωmin1）と略一致し、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記極小点第２ビームウェスト径（２Ωmin2）と略一致するような位置に配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）と光結合損失との関係を規定した曲線は、前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）未満の場合、前記光結合損失がゼロとなる２つの極小点と、前記２つの極小点の間に位置する１つの極大点と、を有しており、
前記２つの極小点の前記第１及び前記第２ビームウェスト径を大きいほうから順に極小点第１ビームウェスト径（２Ωmin1）、及び、極小点第２ビームウェスト径（２Ωmin2）と規定すると、前記極小点第１ビームウェスト径と前記極小点第２ビームウェスト径との差分は、前記レンズ間距離（Ｚ）が減少するにつれて増加し、
ｎ＝２である場合、
前記レンズ間距離（Ｚ）は、前記差分が、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）と前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）との分離量に実質的に等しくなるように設定されており、且つ、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記極小点第１ビームウェスト径（２Ωmin1）と略一致し、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記極小点第２ビームウェスト径（２Ωmin2）と略一致するような位置に配置されている、
ファンイン／ファンアウトデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ファンイン／ファンアウトデバイスに関する。特に、マルチコア光ファイバと複数のシングルコア光ファイバとを備え、両者を光学的に結合する空間結合型のファンイン／ファンアウトデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
インターネットによる通信トラフィック需要は年々増加しており、光通信の更なる高速大容量化が望まれている。従来から、その需要に応えるために、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術及びデジタルコヒーレント技術等により伝送容量の増大が進められてきた。
【0003】
近年、新たな多重化技術として、マルチコア光ファイバを用いた空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）技術が注目されている。ＳＤＭ技術によれば、更に高速大容量化できるとされている。ＳＤＭ技術の研究開発の進展に伴い、ファンイン／ファンアウト（Fan-in/Fan-out。以下、「ＦＩＦＯ」とも称する。）デバイスの需要が高まっている。ＦＩＦＯデバイスは、マルチコア光ファイバと複数のシングルコア光ファイバとを備え、両者を光学的に結合する光学デバイスである。
【0004】
ＦＩＦＯデバイスとして、例えば、空間結合型、ファイババンドル型、及び、溶融延伸型のデバイスが挙げられる。空間結合型のＦＩＦＯデバイスは、レンズ（ガラスブロック等を含む）を用いてマルチコア光ファイバとシングルコア光ファイバとを光学的に結合することを特徴としている（特許文献１参照）。以下では、空間結合型のＦＩＦＯデバイスを、単に「ＦＩＦＯデバイス」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６５５４８９１号
【発明の概要】
【0006】
ＦＩＦＯデバイスは、マルチコア光ファイバ側に設けられた第１レンズと、複数のシングルコア光ファイバ側に設けられた複数の第２レンズと、を備える。ＦＩＦＯデバイスでは、マルチコア光ファイバとシングルコア光ファイバのうちの一方から出射された光線が、第１レンズ及び第２レンズを経由して、マルチコア光ファイバとシングルコア光ファイバのうちの他方に入射する。光結合損失は、他方の光ファイバの端面における光線のビーム径である入射端面ビーム径が、当該光ファイバのモードフィールド径に一致する場合にゼロとなる。
【0007】
ここで、マルチコア光ファイバと第１レンズとの間の第１距離、又は、シングルコア光ファイバと対応する第２レンズとの間の第２距離に誤差が生じると、光線のビームウェスト径（及びビームウェスト位置）が変化するため、入射端面ビーム径がモードフィールド径に一致しなくなり、光結合損失の増大を引き起こす。このため、ＦＩＦＯデバイスを製造する際は、第１距離及び第２距離に極力誤差が生じないようにすることが望ましい。
【0008】
しかしながら、製造過程において第１距離及び第２距離に微小な誤差が生じてしまうことは避け難いため、これらの誤差によりビームウェスト径が変化しても光結合損失の増大を抑制できる（光結合損失が増大し難い）ＦＩＦＯデバイスの開発が求められている。
【0009】
また、ＦＩＦＯデバイスでは、反射戻り光を低減するためにマルチコア光ファイバの端面を斜研磨する場合がある。この場合、マルチコア光ファイバのコア数又はコア配置等に応じて第１距離にばらつき（バリエーション）が生じるため、結果として、ビームウェスト径にばらつきが生じる。例えば、マルチコア光ファイバの端面の斜研磨により第１距離に２通りのバリエーションが生じる場合、ビームウェスト径は２通りの値をとることになり、ばらつきが生じる。ビームウェスト径のばらつきは、光結合損失の増大につながる。このため、製造上の誤差によりビームウェスト径が変化するときだけでなく、マルチコア光ファイバの端面の斜研磨によりビームウェスト径にばらつきが生じる場合においても光結合損失の増大を抑制できることが望ましい。
【0010】
本発明は、上述した問題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ビームウェスト径が変化したりビームウェスト径にばらつきが生じたりする場合であっても光結合損失の増大を抑制することが可能な技術を提供することにある。
【0011】
本発明によるファンイン／ファンアウトデバイス（１０）は、
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されている。
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値の９１．５％以上となるように前記マルチコア光ファイバ（２０）、前記第１レンズ（３０）、前記第２レンズ群（４０）、及び、前記シングルコア光ファイバ群（５０）が配置されている。
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されている。
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記レンズ間距離（Ｚ）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）に実質的に等しく、且つ、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値の９１．５％以上となるように前記マルチコア光ファイバ（２０）、前記第１レンズ（３０）、前記第２レンズ群（４０）、及び、前記シングルコア光ファイバ群（５０）が配置されている。
【0012】
また、本発明による別のファンイン／ファンアウトデバイスは、
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０ｐ）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されている。
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にはｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
更に、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）であるときの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）を距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）と規定し、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径の最大値及び最小値をそれぞれビームウェスト最大径（２Ωmax）及びビームウェスト最小径（２Ωmin）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）よりも大きく、且つ、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記距離最大時ビームウェスト径よりも小さくなるような位置に配置されている。
柱状であり、軸線方向に沿って延在している複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と、前記複数の第１コアを取り囲む共通のクラッド（ＣＬ）と、を備えるマルチコア光ファイバ（２０ｐ）と、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の中心軸線と平行な第１光軸を有し、前記マルチコア光ファイバに対応して設けられる第１レンズ（３０）と、
前記第１光軸と平行な第２光軸を有する第２レンズ（４１乃至４４）を複数有する第２レンズ群（４０）と、
柱状であり、前記第２光軸と平行な中心軸線に沿って延在している１つの第２コア（Ｃ）と、前記第２コア（Ｃ）を取り囲むクラッド（ＣＬｓ）と、を有するシングルコア光ファイバ（５１乃至５４）を前記第２レンズ（４１乃至４４）と同数だけ備えるシングルコア光ファイバ群（５０）と、
を備え、前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）から出射され、前記第１レンズ（３０）及び各前記第１コアに対応する前記第２レンズ（４１乃至４４）を経由して前記第２レンズに対応する前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）の前記第２コア（Ｃ）上で収束する光線の進行方向である第１進行方向と、各前記第２コアから出射され、対応する前記第２レンズ及び前記第１レンズを経由して前記第２レンズに対応する各前記第１コア上で収束する光線の進行方向である第２進行方向と、の何れか一方の方向に光線が伝播するように構成されている。
光線が前記第１進行方向に伝播すると仮定した場合において前記第１レンズ（３０）から出射された各光線のビームウェスト径を第１ビームウェスト径（２Ω１）と規定し、当該各光線の主光線の進行方向における前記第１レンズからビームウェスト位置までの距離を第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と規定し、
光線が前記第２進行方向に伝播すると仮定した場合において各前記第２レンズ（４１乃至４４）から出射された光線のビームウェスト径を第２ビームウェスト径（２Ω２）と規定し、当該光線の主光線の進行方向における前記第２レンズからビームウェスト位置までの距離を第２ビームウェスト距離（Ｄ２）と規定し、
光線の主光線の進行方向における前記第１レンズ（３０）と各前記第２レンズ（４１乃至４４）との間の距離であるレンズ間距離（Ｚ）が、前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と前記第２ビームウェスト径（２Ω２）とが一致するときの前記第１ビームウェスト距離（Ｄ１）と前記第２ビームウェスト距離（Ｄ２）との和であるビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）と等しい場合における前記ビームウェスト距離和の最大値を距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）の端面（２０ａｐ）は、その中心軸線と直交する面に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度だけ傾斜するように斜研磨され、これにより、光線の進行方向における各前記第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）と前記第１レンズ（３０）との間の距離（ｄ１（１）乃至ｄ１（４））にｎ通りのバリエーションが生じるとともに各前記第１コアからの光線の前記第１ビームウェスト径（２Ω１）にはｎ通りのバリエーションが生じ、
各前記シングルコア光ファイバ（５１乃至５４）は、対応する各前記第２レンズ（４１乃至４４）に対して、各前記シングルコア光ファイバに対応する光線の前記第２ビームウェスト径（２Ω２）が、対応する前記第１ビームウェスト径（２Ω１）と一致するような位置に配置されており、
更に、前記ビームウェスト距離和（Ｄ１＋Ｄ２）が前記距離和最大値（Ｄ１＋Ｄ２_max）であるときの前記第１及び前記第２ビームウェスト径（２Ω１＝２Ω２）を距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）と規定し、ｎ通りの前記第１及び前記第２ビームウェスト径の最大値及び最小値をそれぞれビームウェスト最大径（２Ωmax）及びビームウェスト最小径（２Ωmin）と規定すると、
前記マルチコア光ファイバ（２０ｐ）は、前記第１レンズ（３０）に対して、前記ビームウェスト最大径（２Ωmax）が前記距離最大時ビームウェスト径（Ω_Dmax）よりも大きく、且つ、前記ビームウェスト最小径（２Ωmin）が前記距離最大時ビームウェスト径よりも小さくなるような位置に配置されている。
【0013】
本発明によれば、ビームウェスト径が変化したりビームウェスト径にばらつきが生じたりする場合であっても光結合損失の増大を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第１実施形態に係るＦＩＦＯデバイスを示す斜視図である。
【図2】ＦＩＦＯデバイスの側面図である。
【図3】ＦＩＦＯデバイスが備えるマルチコア光ファイバの端面を示す図である。
【図4】マルチコア光ファイバの或るコアからの出射光の主光線が対応する第２レンズを透過する様子を示す図である。
【図5】ＦＩＦＯデバイスが備えるシングルコア光ファイバの端面を示す図である。
【図6】第１ビームウェスト径２Ω１及び第１ビームウェスト距離Ｄ１について説明するための図である。
【図7】第２ビームウェスト径２Ω２及び第２ビームウェスト距離Ｄ２について説明するための図である。
【図8A】シングルコア光ファイバから対応する第２レンズまでの距離ｄ２と、第２ビームウェスト距離Ｄ２と、の関係を規定したグラフである。
【図8B】距離ｄ２と第２ビームウェスト半径Ω２との関係を規定したグラフである。
【図9】ＦＩＦＯデバイスの結合損失がゼロの場合の構成要素の位置関係を示す図である。
【図10】２Ω１＝２Ω２が成立しているときのビームウェスト半径Ω１＝Ω２と、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２との関係を規定したグラフである。
【図11A】レンズ間距離Ｚ＝６０ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフである。
【図11B】Ｚ＝７０ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフである。
【図11C】Ｚ＝８０．８９ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフである。
【図13】結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制し得るビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を検討するために規格化されたグラフである。
【図14】本発明の変形例に係るＦＩＦＯデバイスのうち斜研磨されたマルチコア光ファイバ及び第１レンズのみを示す側面図である。
【図15】マルチコア光ファイバの中心から第１レンズまでの距離ｄ１とΩ１との関係をコアからの光線毎に規定したグラフである。
【図16】２通りのバリエーションを有するΩ１同士の関係を規定したグラフである。
【図17】結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制し得るビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２について説明するためのグラフである。
【図18】本発明の第２実施形態に係るＦＩＦＯデバイスについて、２通りのバリエーションを有するΩ１の組み合わせが満たす条件を説明するためのグラフである。
【図19】２通りのバリエーションを有するΩ１同士の関係を規定したグラフである。
【図20】本発明の第３実施形態に係るＦＩＦＯデバイスの比較例のグラフである。
【図21A】Ｚ＝８０ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフであり、２通りのバリエーションを有するΩ１の組み合わせが満たす条件を説明するためのグラフである。
【図21B】Ｚ＝７９ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフである。
【図21C】Ｚ＝７８ｍｍのときの結合損失について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るＦＩＦＯデバイス１０について図面を参照して説明する。以下では、「ＦＩＦＯデバイス」を単に「デバイス」とも称する。
本発明の第１実施形態に係るＦＩＦＯデバイス１０について図面を参照して説明する。以下では、「ＦＩＦＯデバイス」を単に「デバイス」とも称する。
【0016】
図１は、デバイス１０の斜視図であり、図２は、デバイス１０の側面図である。図１及び図２に示すように、デバイス１０は、マルチコア光ファイバ２０と、第１レンズ３０と、第２レンズ群４０と、シングルコア光ファイバ群５０と、を備える。これらの部材は、軸線Ａ１に沿って上記の順に配置されている。デバイス１０には、直交座標系が設定されている。ｚ軸は、マルチコア光ファイバ２０から第１レンズ３０に向かう方向が正方向となるように軸線Ａ１と平行に延びている。ｙ軸は、ｚ軸と直交しており、紙面上方向が正方向となるように延びている。ｘ軸は、ｚ軸及びｙ軸と直交している。以下、マルチコア光ファイバ及びシングルコア光ファイバをそれぞれ「ＭＣＦ」及び「ＳＣＦ」とも称する。なお、本明細書では、図を見易くするために、特定の部材（例えば、ＭＣＦ２０及びＳＣＦ群５０）の寸法及び光線の角度等を変更して図示している。
【0017】
ＭＣＦ２０は円柱状であり、少なくともその＋ｚ軸方向の端部における中心軸線は、軸線Ａ１と一致している。ＭＣＦ２０の端面２０ａ（図２参照）は、軸線Ａ１と直交する面（ｘｙ平面）と平行である。図３は、ＭＣＦ２０の中心軸線に沿って端面２０ａを見たときの図である。図３に示すように、ＭＣＦ２０は、４つのコアＣ１乃至Ｃ４と、これらのコアＣ１乃至Ｃ４を取り囲む共通のクラッドＣＬと、を備える。コアＣ１乃至Ｃ４は、端面２０ａの中心を中心とした正方形の頂点に位置しており、軸線方向に沿って延在している。隣接するコア間の距離（コアピッチｐ１）は５０μｍである。コアＣ１乃至Ｃ４並びにクラッドＣＬは、何れも石英を主成分とするガラスにより形成されている。コアＣ１乃至Ｃ４の屈折率は、クラッドＣＬの屈折率よりも大きい。ＭＣＦ２０は、シングルモードの光線が伝播する光ファイバである。なお、コアＣ１乃至Ｃ４並びにクラッドＣＬの材質は石英を主成分とするガラスに限られず、他の材料により形成されてもよい。また、本明細書において、円柱には、軸線が湾曲しているものも含まれる。
【0018】
図１及び図２に示すように、ＭＣＦ２０の＋ｚ軸方向の端部は、円筒状のフェルール２２に挿通されて保持されている。フェルール２２の端面２２ａは、ＭＣＦ２０の端面２０ａと同一平面上に位置している。これは、ＭＣＦ２０の端面２０ａは、フェルール２２に挿通された状態でその端面２２ａとともに一括して研磨されるためである。図２では、フェルール２２内のＭＣＦ２０を破線で示しているが、コアＣ１乃至Ｃ４の図示は省略している。
【0019】
ＭＣＦ２０の各コアＣ１乃至Ｃ４を伝播してきた光線は、端面２０ａから第１レンズ３０に向けて出射される。即ち、ＭＣＦ２０は出射部材として機能する。図１では、各コアＣ１乃至Ｃ４（図３参照）から出射される光線の主光線Ｂ１乃至Ｂ４のみをそれぞれ図示しており、図２では、コアＣ２及びＣ３から出射される光線の主光線Ｂ２及びＢ３のみを図示している。各コアＣ１乃至Ｃ４からの出射光の主光線は互いに平行であるが、各出射光は進行するにつれて発散する発散光である（後述）。本実施形態では１．５５μｍの波長を有する光線が用いられるが、波長の値はこれに限られない。
【0020】
第１レンズ３０は、焦点距離ｄｆ１が１．３ｍｍのコリメートレンズであり、より詳細には、回転対称な曲面を有する非球面レンズである。第１レンズ３０は、各コアＣ１乃至Ｃ４から出射されて発散する光線をコリメート（平行化）する。第１レンズ３０の光軸は、ＭＣＦ２０の中心軸線上（即ち、軸線Ａ１上）に位置している。第１レンズ３０は、各コアＣ１乃至Ｃ４から出射される、主光線Ｂ１乃至Ｂ４が互いに平行である光線を偏向して出射する。別言すれば、第１レンズ３０は、各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線を焦点ｆ１にて集光する。即ち、第１レンズ３０は、マルチコア光ファイバに対応して設けられたレンズである。なお、第１レンズ３０の曲面は、各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線を偏向するように出射可能であれば、非回転対称であってもよい。また、第１レンズ３０は、球面レンズ又はＧＲＩＮレンズであってもよいし、片面が平坦なレンズであってもよい。
【0021】
第２レンズ群４０は、ＭＣＦ２０のコア数（本例では、４つ）と同数の第２レンズ４１乃至４４を有する（図１参照）。第２レンズ４１乃至４４は、何れも焦点距離ｄｆ２が２．５ｍｍのコリメートレンズであり、より詳細には、回転対称な曲面を有する非球面レンズである。以下では、第２レンズ４１乃至４４を、単に「レンズ４１乃至４４」と称する。各レンズ４１乃至４４の光軸は、第１レンズ３０の光軸と平行である。また、レンズ４１乃至４４の主点は同一平面上に位置しており、当該平面は軸線Ａ１と直交している。図２では、レンズ４１乃至４４のうち、主光線Ｂ２及びＢ３が入射するレンズ４２及び４３のみを図示している。
【0022】
図４は、コアＣ３からの出射光の主光線Ｂ３が対応するレンズ４３を透過する様子を示す図である。図１、図２及び図４に示すように、第１レンズ３０から出射されるＭＣＦ２０のコアＣ３からの光線は、焦点ｆ１を通過する。焦点ｆ１を通過した光線の主光線Ｂ３は、直進してレンズ４３の焦点ｆ２（図４参照）を通過し、レンズ４３の位置Ｐｓ３に所定の入射角度（本例では、約１．６°）で入射する。位置Ｐｓ３に入射した主光線Ｂ３は、レンズ４３の光軸Ａｓ３（図４参照）と平行な光線としてレンズ４３から出射する。
【0023】
同様に、図１に示すように、焦点ｆ１を通過した光線の主光線Ｂ１、Ｂ２及びＢ４は、直進してレンズ４１、４２及び４４の焦点ｆ２（図示省略）をそれぞれ通過し、レンズ４１、４２及び４４の位置Ｐｓ１、Ｐｓ２及びＰｓ４に所定の入射角度（本例では、約１．６°）で入射する。位置Ｐｓ１、Ｐｓ２及びＰｓ４に入射した主光線Ｂ１、Ｂ２及びＢ４は、レンズ４１、４２及び４４の光軸と平行な光線としてレンズ４１、４２及び４４からそれぞれ出射する。
【0024】
図１及び図２に示すように、第２レンズ群４０は、第１レンズ３０から出射された各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線を、対応するレンズ４１乃至４４によりそれぞれ収束する（図１及び図２では主光線のみ図示）。なお、各レンズ４１乃至４４の曲面は、対応する各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線を偏向するように出射可能であれば、非回転対称であってもよい。また、各レンズ４１乃至４４は、球面レンズ又はＧＲＩＮレンズであってもよいし、片面が平坦なレンズであってもよい。
【0025】
ＳＣＦ群５０は、レンズ４１乃至４４と同数（本例では、４つ）のＳＣＦ５１乃至５４を有する（図１参照）。ＳＣＦ５１乃至５４は、何れもシングルモードの光線が伝播する光ファイバである。ＳＣＦ５１乃至５４は、互いに同一の構成を有するため、以下ではＳＣＦ５３の構成を説明する。ＳＣＦ５３は円柱状であり、少なくともその－ｚ軸方向の端部における中心軸線は、対応するレンズ４３の光軸Ａｓ３（図４参照）と平行である。また、ＳＣＦ５３は、第１レンズ３０の光軸から離間した位置に位置している。ＳＣＦ５３の端面５３ａは、ｘｙ平面と平行である。図５は、ＳＣＦ５３の中心軸線に沿って端面５３ａを見たときの図である。図５に示すように、ＳＣＦ５３は、その中心軸線に沿って延在している１つのコアＣと、当該コアＣを取り囲むクラッドＣＬｓと、を備える。ＳＣＦ５１乃至５４の各コアＣは、軸線Ａ１を中心とした正方形の頂点に位置している。本実施形態では、隣接するコア間のピッチｐ２は約３．１ｍｍとなるようにデバイス１０が設計されている。コアＣ及びクラッドＣＬｓは、何れも石英を主成分とするガラスにより形成されている。コアＣの屈折率は、クラッドＣＬｓの屈折率よりも大きい。なお、コアＣ及びクラッドＣＬｓの材質は石英を主成分とするガラスに限られず、他の材料により形成されてもよい。
【0026】
図１及び図２に示すように、ＳＣＦ５３の－ｚ軸方向の端部は、円筒状のフェルール６３に挿通されて保持されている。ＳＣＦ５３の端面５３ａは、フェルール６３に挿通された状態でその端面６３ａとともに一括して研磨されている。これにより、ＳＣＦ５３の端面５３ａとフェルール６３の端面６３ａは、同一平面（ｘｙ平面）上に位置している。図２では、フェルール６３内のＳＣＦ５３を破線で示している。
【0027】
ＳＣＦ５３の端面５３ａは、レンズ４３から出射されたコアＣ３からの光線が、コアＣ上（より厳密には、コアＣの中心上）で収束する位置に配置されている。即ち、ＳＣＦ５３は、主光線Ｂ３がコアＣの中心に入射するように配置されている。こ
【0028】
同様に、ＳＣＦ５１、５２及び５４は、第１レンズ３０の光軸から離間した位置に位置しており、それらの端面５１ａ、５２ａ及び５４ａ（図１参照）は、レンズ４１、４２及び４４から出射されたコアＣ１、Ｃ２及びＣ４からの光線が、コアＣ上（より厳密には、コアＣの中心上）でそれぞれ収束する位置に配置されている。即ち、ＳＣＦ５１、５２及び５４は、主光線Ｂ１、Ｂ２及びＢ４がコアＣの中心にそれぞれ入射するように配置されている。これにより、コアＣ１、Ｃ２及びＣ４からの出射光は、ＳＣＦ５１、５２及び５４のコアＣに低損失で入射する。
【0029】
このように、第１レンズ３０及び第２レンズ群４０は、ＭＣＦ２０とＳＣＦ群５０とを光学的に結合している。以下では、上述した光線の進行方向を「第１進行方向」とも称する。光線が第１進行方向に進行する場合、デバイス１０は「ファンアウト（ＦＯ）デバイス」として機能する。ここで、光の進路は可逆的であるため、デバイス１０では、光線は第１進行方向とは反対方向に伝播し得る。即ち、デバイス１０は、光線が、ＳＣＦ５１乃至５４の各コアＣから出射され、レンズ４１乃至４４及び第１レンズ３０を経由してＭＣＦ２０のコアＣ１乃至Ｃ４上で収束するような進行方向に伝播するように構成することもできる。以下では、この進行方向（第１進行方向とは反対方向）を「第２進行方向」とも称する。光線が第２進行方向に進行する場合、デバイス１０は「ファンイン（ＦＩ）デバイス」として機能する。
【0030】
続いて、デバイス１０が備える各部材２０、３０、４０及び５０の位置関係と、光線の光結合損失との関係について説明する。本明細書では、光線の伝播はガウシアンビームモデルに従うものとする。ガウシアンビームとは、光線の進行方向（伝播方向）と直交する断面における光強度分布がガウス関数に従う光線である。なお、光結合損失は挿入損失と同義であり、以下では、単に「結合損失」と称する場合もある。
【0031】
図６は、ＭＣＦ２０のコアＣ２から出射され、第１レンズ３０により偏向された光線（即ち、第１進行方向に進む光線）のみを抜粋して示す図である。Ｂ２は当該光線の主光線を表す。上述したように、コアＣ２から出射された光線は第１レンズ３０によりコリメートされるが、厳密には、第１レンズ３０から所定の距離だけ離間した位置である第１ビームウェスト位置において収束し、第１ビームウェスト位置からレンズ４２に向かって発散している。光線の径（以下、「ビーム径」とも称する。）は第１ビームウェスト位置において最小となる。第１ビームウェスト位置におけるビーム径及びビーム半径は、それぞれ「第１ビームウェスト径２Ω１」及び「第１ビームウェスト半径Ω１」と称される。
【0032】
主光線Ｂ２の進行方向における、第１レンズ３０から第１ビームウェスト位置までの距離（別言すれば、第１レンズ３０から第１ビームウェスト位置までの主光線Ｂ２の長さ）は、「第１ビームウェスト距離Ｄ１」と称される。
第１レンズ３０の光軸の延在方向を「光軸方向」と規定すると、第１ビームウェスト距離Ｄ１、及び、第１ビームウェスト径２Ω１は、ＭＣＦ２０の端面２０ａにおけるビーム径２ω１と、第１レンズ３０の焦点距離ｄｆ１（＝１．３ｍｍ）と、光軸方向におけるＭＣＦ２０の端面２０ａと第１レンズ３０との間の距離ｄ１と、に依存する。ＭＣＦ２０及び第１レンズ３０を変更しない場合、第１ビームウェスト距離Ｄ１及び第１ビームウェスト径２Ω１は、実質的には距離ｄ１に依存する（後述）。なお、ビーム径２ω１は、ＭＣＦ２０のモードフィールド径に等しく、本実施形態では８μｍとされている。上記の説明は、コアＣ１、Ｃ３及びＣ４から出射される光線についても該当する。
第１レンズ３０の光軸の延在方向を「光軸方向」と規定すると、第１ビームウェスト距離Ｄ１、及び、第１ビームウェスト径２Ω１は、ＭＣＦ２０の端面２０ａにおけるビーム径２ω１と、第１レンズ３０の焦点距離ｄｆ１（＝１．３ｍｍ）と、光軸方向におけるＭＣＦ２０の端面２０ａと第１レンズ３０との間の距離ｄ１と、に依存する。ＭＣＦ２０及び第１レンズ３０を変更しない場合、第１ビームウェスト距離Ｄ１及び第１ビームウェスト径２Ω１は、実質的には距離ｄ１に依存する（後述）。なお、ビーム径２ω１は、ＭＣＦ２０のモードフィールド径に等しく、本実施形態では８μｍとされている。上記の説明は、コアＣ１、Ｃ３及びＣ４から出射される光線についても該当する。
【0033】
図７は、ＳＣＦ５２のコアＣから出射され、レンズ４２により偏向された光線（即ち、第２進行方向に進む光線）を示す図である。図７のＳＣＦ５２は、デバイス１０に用いられたＳＣＦ５２と同一部材であるが、光線が第２進行方向に進むケースを説明するためにｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のそれぞれに沿って反転して図示されている。コアＣから出射された光線はレンズ４２によりコリメートされるが、厳密には、レンズ４２から所定の距離だけ離間した位置である第２ビームウェスト位置において収束し、第２ビームウェスト位置から第１レンズ３０に向かって発散している。光線のビーム径は第２ビームウェスト位置において最小となる。第２ビームウェスト位置におけるビーム径及びビーム半径は、それぞれ「第２ビームウェスト径２Ω２」及び「第２ビームウェスト半径Ω２」と称される。
【0034】
レンズ４２から出射された光線の主光線の進行方向における、レンズ４２から第２ビームウェスト位置までの距離（別言すれば、レンズ４２から第２ビームウェスト位置までの当該主光線の長さ）は、「第２ビームウェスト距離Ｄ２」と称される。
第２ビームウェスト距離Ｄ２、及び、第２ビームウェスト径２Ω２は、ＳＣＦ５２の端面５２ａにおけるビーム径２ω２と、レンズ４２の焦点距離ｄｆ２（＝２．５ｍｍ）と、光軸方向におけるＳＣＦ５２の端面５２ａとレンズ４２との間の距離ｄ２と、に依存する。ＳＣＦ５２及びレンズ４２を変更しない場合、第２ビームウェスト距離Ｄ２及び第２ビームウェスト径２Ω２は、実質的には距離ｄ２に依存する。なお、ビーム径２ω２は、ＳＣＦ５２のモードフィールド径に等しく、本実施形態では１０．４μｍとされている。上記の説明は、ＳＣＦ５１、５３及び５４から出射される光線についても該当する。
第２ビームウェスト距離Ｄ２、及び、第２ビームウェスト径２Ω２は、ＳＣＦ５２の端面５２ａにおけるビーム径２ω２と、レンズ４２の焦点距離ｄｆ２（＝２．５ｍｍ）と、光軸方向におけるＳＣＦ５２の端面５２ａとレンズ４２との間の距離ｄ２と、に依存する。ＳＣＦ５２及びレンズ４２を変更しない場合、第２ビームウェスト距離Ｄ２及び第２ビームウェスト径２Ω２は、実質的には距離ｄ２に依存する。なお、ビーム径２ω２は、ＳＣＦ５２のモードフィールド径に等しく、本実施形態では１０．４μｍとされている。上記の説明は、ＳＣＦ５１、５３及び５４から出射される光線についても該当する。
【0035】
図８Ａは、図７の構成における距離ｄ２と第２ビームウェスト距離Ｄ２との関係を規定したグラフであり、図８Ｂは、図７の構成における距離ｄ２と第２ビームウェスト半径Ω２との関係を規定したグラフである。図８Ａによれば、第２ビームウェスト距離Ｄ２は、距離ｄ２がレンズ４２の焦点距離ｄｆ２（＝２．５ｍｍ）に等しいときは２．５ｍｍとなり、距離ｄ２が焦点距離ｄｆ２より僅かに大きいときに最大となる。図８Ｂによれば、第２ビームウェスト半径Ω２は、距離ｄ２が焦点距離ｄｆ２に等しいときに最大となり、距離ｄ２が増加するにつれて小さくなる。上記傾向は、図６の構成における距離ｄ１と、第１ビームウェスト距離Ｄ１及び第１ビームウェスト半径Ω１との関係についても該当する。本実施形態では、距離ｄ１がｄ１＞ｄｆ１を満たすようにＭＣＦ２０が第１レンズ３０に対して配置され、距離ｄ２がｄ２＞ｄｆ２を満たすようにＳＣＦ群５０が第２レンズ群４０に対して配置される。
【0036】
なお、図７では、ＳＣＦ５２のコアＣから出射された光線がレンズ４２を経由して第２進行方向に進む例を示したが、上述したように、光の進路は可逆的である。このため、ＭＣＦ２０のコアＣ２から出射された光線が第１レンズ３０及びレンズ４２を経由してＳＣＦ５２のコアＣに向かって第１進行方向に進む場合の光線の進路は、図７に示す進路と一致する。従って、各パラメータ２Ω２（Ω２）、Ｄ２、２ω２及びｄ２は、光線が第１進行方向に進む場合においても使用することができる。
【0037】
図９は、デバイス１０の結合損失がゼロである場合の各部材２０、３０、４０及び５０の位置関係を示す図である。図９では、ＭＣＦ２０のコアＣ２から出射される光線と、これに対応するレンズ４２及びＳＣＦ５２のみを抜粋して示している。図９に示すように、理論上の結合損失は、以下の２つの条件が成立する場合にゼロとなる。
（条件１）第１ビームウェスト径２Ω１と第２ビームウェスト径２Ω２が等しい（２Ω１＝２Ω２）。
（条件２）第１レンズ３０から出射される光線の主光線の進行方向における、第１レンズ３０と、対応する各レンズ４１乃至４４と、の距離であるレンズ間距離Ｚが、第１ビームウェスト距離Ｄ１と第２ビームウェスト距離Ｄ２との和に等しい（Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２）。
（条件１）第１ビームウェスト径２Ω１と第２ビームウェスト径２Ω２が等しい（２Ω１＝２Ω２）。
（条件２）第１レンズ３０から出射される光線の主光線の進行方向における、第１レンズ３０と、対応する各レンズ４１乃至４４と、の距離であるレンズ間距離Ｚが、第１ビームウェスト距離Ｄ１と第２ビームウェスト距離Ｄ２との和に等しい（Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２）。
【0038】
別言すれば、ＳＣＦ５１乃至５４の端面５１ａ乃至５４ａにおける入射光線のビーム径２ω２がＳＣＦ５１乃至５４のモードフィールド径と一致する場合は結合損失がゼロとなり、ビーム径２ω２が当該モードフィールド径と一致しない場合は結合損失が発生する。例えば、図９の例においてレンズ４２を＋ｚ軸方向にシフトすると、ビーム径２ω２がＳＣＦ５１乃至５４のモードフィールド径と一致しなくなるため、結合損失が発生する。以下では、条件１が成立している場合、第１ビームウェスト径２Ω１（又は半径Ω１）及び第２ビームウェスト径２Ω２（又は半径Ω２）を、「ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２」又は「ビームウェスト半径Ω１＝Ω２」と称する。また、条件１が成立しているときの第１ビームウェスト距離Ｄ１と第２ビームウェスト距離Ｄ２との和を「ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２」とも称する。
【0039】
図１０は、条件１が成立しているときのビームウェスト半径Ω１＝Ω２と、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２との関係を規定したグラフである。曲線Ｌ１によれば、Ｄ１＋Ｄ２は、Ω１＝Ω２が増加するにつれて増加していき、最大値を経由して減少に転じている。図１０によれば、レンズ間距離Ｚを曲線Ｌ１上のビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２に一致させることにより、結合損失をゼロにできることが分かる。
【0040】
ところで、デバイス１０の製造工程では、距離ｄ１及び距離ｄ２等に誤差が生じる場合がある。距離ｄ１に誤差が生じると第１ビームウェスト径２Ω１及び第１ビームウェスト距離Ｄ１が変化する。距離ｄ２に誤差が生じると第２ビームウェスト径２Ω２及び第２ビームウェスト距離Ｄ２が変化する。この場合、条件１及び条件２が成立しなくなり、結合損失が増大してしまう可能性がある。このため、距離ｄ１及び／又は距離ｄ２に製造上の誤差（ばらつき）が生じても結合損失が増大し難いデバイス（別言すれば、第１及び第２ビームウェスト径２Ω１及び２Ω２が変化しても結合損失が変動し難いデバイス）の開発が望まれている。
【0041】
この点について検討するため、本願発明者らは、シミュレーションによりレンズ間距離Ｚを変更して結合損失の挙動を調べた。図１１Ａ乃至図１１Ｃは、何れも、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２とビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２との関係（曲線Ｌ１参照）、及び、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２と結合損失との関係（曲線Ｌ２、Ｌ３及びＬ４参照）を規定したグラフである。図１１Ａではレンズ間距離Ｚは６０ｍｍに設定されており、図１１Ｂではレンズ間距離Ｚは７０ｍｍに設定されており、図１１Ｃではレンズ間距離Ｚは８０．８９ｍｍに設定されている。
【0042】
図１１Ａの例では、条件２を満たすビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２は６０ｍｍであり、このときのビームウェスト半径Ω１＝Ω２は７６μｍであった。図１１Ｂの例では、条件２を満たすビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２は７０ｍｍであり、このときのビームウェスト半径Ω１＝Ω２は９４μｍであった。図１１Ｃの例では、条件２を満たすビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２は８０．８９ｍｍであり、このときのビームウェスト半径Ω１＝Ω２は１３３μｍであった。図１１Ａ乃至図１１Ｃによれば、レンズ間距離Ｚが増加するにつれて、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２が変化しても結合損失が変動し難くなることが分かる。従って、デバイス１０を製造する際は、レンズ間距離Ｚがビームウェスト距離和の最大値に実質的に等しくなるようにＺを制御することが望ましい。以下では、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２を満たすＤ１＋Ｄ２の最大値を「距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_max」とも称する。本実施形態では、距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxは８０．８９ｍｍである。
【0043】
レンズ間距離Ｚを距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに設定することにより、距離ｄ１及び／又は距離ｄ２に製造上の誤差が生じても結合損失が増大し難いデバイスを実現できる。ここで、現状のＦＩＦＯデバイス（厳密には、ＦＩデバイス又はＦＯデバイス）の結合損失の最小値は０．１５ｄＢである。このため、本願発明者らは、結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制し得るビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２の範囲についてシミュレーションに基づいて検討した。なお、ここでいう結合損失とは、各コアＣ１乃至Ｃ４（即ち、対応する各ＳＣＦ５１乃至５４のコアＣ）についての結合損失（挿入損失）を意味している。このため、各コアＣ１乃至Ｃ４についての結合損失の最大値を０．１５ｄＢ以下に抑制するべく検討を行った。
【0044】
図１２Ａは、レンズ４１乃至４４を、焦点距離ｄｆ２＝１．８ｍｍのレンズに変更した場合の図１１Ｃ（ｄｆ２＝２．５ｍｍ）に対応するグラフである。曲線Ｌ５はΩ１＝Ω２とＤ１＋Ｄ２との関係を示しており、曲線Ｌ６はレンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合におけるΩ１＝Ω２と結合損失との関係を示している。図１２Ｂは、レンズ４１乃至４４を、焦点距離ｄｆ２＝３．５ｍｍのレンズに変更した場合の図１１Ｃに対応するグラフである。曲線Ｌ７はΩ１＝Ω２とＤ１＋Ｄ２との関係を示しており、曲線Ｌ８はレンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合におけるΩ１＝Ω２と結合損失との関係を示している。図１２Ａ、図１１Ｃ及び図１２Ｂによれば、距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxは、焦点距離ｄｆ２が増加するにつれて大きくなっている。一方、焦点距離ｄｆ２が減少するにつれて、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２が変化しても結合損失が変動し難くなっている。
【0045】
図１３は、規格化ビームウェスト半径Ω１＝Ω２_normと規格化ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２_normとの関係、及び、規格化ビームウェスト半径Ω１＝Ω２_normと結合損失との関係をそれぞれ規定したグラフである。曲線Ｌｎ５、Ｌｎ１及びＬｎ７は、それぞれ、曲線Ｌ５（図１２Ａ参照）、曲線Ｌ１（図１１Ｃ参照）及び曲線Ｌ７（図１２Ｂ参照）を規格化した曲線に相当する。曲線Ｌｎ６、Ｌｎ４及びＬｎ８は、それぞれ、曲線Ｌ６（図１２Ａ参照）、曲線Ｌ４（図１１Ｃ参照）及び曲線Ｌ８（図１２Ｂ参照）を規格化した曲線に相当する。点Ｐ６、Ｐ４及びＰ８は、それぞれ、結合損失＝０．１５ｄＢを示す直線と曲線Ｌｎ６、Ｌｎ４及びＬｎ８との交点である。なお、交点はもう１つずつ存在するが、これらの交点は検討に影響しないため考慮していない。
【0046】
規格化ビームウェスト半径Ω１＝Ω２_normの値は、点Ｐ６において０．７５２であり、点Ｐ４において０．７５９であり、点Ｐ８において０．７９２であった。Ω１＝Ω２_norm＝０．７５２のときの曲線Ｌｎ５のＤ１＋Ｄ２_normは０．９０６であり、Ω１＝Ω２_norm＝０．７５９のときの曲線Ｌｎ１のＤ１＋Ｄ２_normは０．９０５であり、Ω１＝Ω２_norm＝０．７９２のときの曲線Ｌｎ７のＤ１＋Ｄ２_normは０．９１３であった。これは、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに設定されている場合において第２レンズ群４０に焦点距離ｄｆ２が３．５ｍｍ以下のレンズを用いるときは、Ｄ１＋Ｄ２_normが０．９１３以上であれば結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制できることを意味している。このシミュレーションに基づいて、本願発明者らは、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しい場合は、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となるようにデバイス１０の各部材２０、３０、４０及び５０を配置すれば、結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制できるという知見を得た。
【0047】
デバイス１０は、このようにして得られた知見に基づき設計されている。この構成によれば、Ｚ≒Ｄ１＋Ｄ２_maxが成立している場合において距離ｄ１及び／又は距離ｄ２に製造上の誤差が生じても、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上であれば、結合損失を０．１５ｄＢ以下に抑制できる。
加えて、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２が変化したときの結合損失の挙動は、Ｚが増加するにつれて緩やかになる（図１１Ａ乃至図１１Ｃ参照）ため、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ＺがＤ１＋Ｄ２_maxよりも大幅に短い構成（図１１Ａ及び図１１Ｂ参照）と比較して、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイス１０を実現できる。
加えて、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２が変化したときの結合損失の挙動は、Ｚが増加するにつれて緩やかになる（図１１Ａ乃至図１１Ｃ参照）ため、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ＺがＤ１＋Ｄ２_maxよりも大幅に短い構成（図１１Ａ及び図１１Ｂ参照）と比較して、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイス１０を実現できる。
【0048】
特に、本実施形態では、焦点距離ｄｆ２＝２．５ｍｍの場合、レンズ間距離Ｚが８０．８９ｍｍとなりＳＣＦ５１乃至５４のピッチｐ２（図１参照）が約３．１ｍｍとなった。ピッチｐ２は、デバイス１０の外形を決定する主要なパラメータであり、ピッチｐ２を小さくすることによりデバイス１０を小型化することが望まれている。その一方で、ピッチｐ２を小さくし過ぎるとフェルール６１乃至６４（又はレンズ４１乃至４４）が干渉する等の問題がある。このため、一般に、ピッチｐ２の目標最小値は３ｍｍ程度とされている。ピッチｐ２は、焦点距離ｄｆ１、ｄｆ２及びレンズ間距離Ｚに依存する。本実施形態によれば、ｄｆ１＝１．３ｍｍ、ｄｆ２＝２．５ｍｍ、Ｚ＝８０．８９ｍｍのときのピッチｐ２が目標最小値と略等しい値となったため、製造上の誤差に起因して結合損失が変動し難いという効果に加えて、デバイス１０を（径方向に）小型化できるという効果も奏することができる。
【0049】
なお、ＭＣＦのコアの数は４個に限られず、例えば、５個又は７個であってもよい。ＭＣＦのコアの数が５個の場合、コアは、正方形の頂点及び中心にそれぞれ配置され得る。ＭＣＦのコアの数が７個の場合、コアは、正六角形の頂点及び中心にそれぞれ配置され得る。これは、後述する変形例、第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。
【0050】
（変形例）
次に、本発明の変形例に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。図１４は、ＦＩＦＯデバイスのうちＭＣＦ２０ｐ及び第１レンズ３０のみを示す図である。このＦＩＦＯデバイスは、ＭＣＦ２０がＭＣＦ２０ｐに置き換えられている点でデバイス１０と相違している。図１４に示すように、ＭＣＦ２０ｐは、端面２０ａｐがその中心軸線と直交する面（ｘｙ平面）に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度α（本例では、８°）だけ傾斜するように斜研磨されている。より具体的には、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨方向は＋ｙ軸方向である。ここで、斜研磨方向とは、斜研磨により楕円形状を呈する端面２０ａｐの長軸の両端のうち、第１レンズ３０からより離間している一端（遠位端）からより近接している他端（近位端）に向かう方向をＭＣＦ２０ｐの中心軸線に沿って見たときの方向である。
次に、本発明の変形例に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。図１４は、ＦＩＦＯデバイスのうちＭＣＦ２０ｐ及び第１レンズ３０のみを示す図である。このＦＩＦＯデバイスは、ＭＣＦ２０がＭＣＦ２０ｐに置き換えられている点でデバイス１０と相違している。図１４に示すように、ＭＣＦ２０ｐは、端面２０ａｐがその中心軸線と直交する面（ｘｙ平面）に対して所定の傾斜方向に所定の研磨角度α（本例では、８°）だけ傾斜するように斜研磨されている。より具体的には、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨方向は＋ｙ軸方向である。ここで、斜研磨方向とは、斜研磨により楕円形状を呈する端面２０ａｐの長軸の両端のうち、第１レンズ３０からより離間している一端（遠位端）からより近接している他端（近位端）に向かう方向をＭＣＦ２０ｐの中心軸線に沿って見たときの方向である。
【0051】
ＭＣＦ２０ｐの端面２０ａｐは、フェルール２２ｐの端面２２ａｐとともに一括して斜研磨されている。ＭＣＦ２０ｐを斜研磨することにより、ＭＣＦ２０ｐの端面２０ａｐにおける反射光に起因した反射戻り光を低減している。なお、ＭＣＦ２０ｐのコア数及びコア配置は、ＭＣＦ２０と同様である。
【0052】
ＭＣＦ２０ｐを＋ｙ軸方向に斜研磨すると、その端面２０ａｐから出射される各コアＣ１乃至Ｃ４（図示省略）からの光線の主光線（本変形例では、主光線Ｂ２及びＢ３のみを図示）は、ｙｚ平面内において、軸線に対して所定の角度θだけ傾斜する。主光線の進行方向における各コアＣ１乃至Ｃ４と第１レンズ３０との間の距離ｄｔ（別言すれば、各コアＣ１乃至Ｃ４と第１レンズ３０との間の主光線Ｂ１乃至Ｂ４の長さ）をそれぞれｄ１（１）、ｄ１（２）、ｄ１（３）及びｄ１（４）と規定すると、これらの距離の間には、ｄ１（１）＝ｄ１（２）＜ｄ１（３）＝ｄ１（４）の関係が成立している。即ち、距離ｄｔには２通り（ｄ１（１）＝ｄ１（２）又はｄ１（３）＝ｄ１（４））のバリエーションが生じている。なお、ＭＣＦ２０ｐは、第１レンズ３０の光軸（図示省略）に対して所定の距離だけ－ｙ軸方向にシフトされている。これにより、第１レンズ３０から出射される各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線の主光線Ｂ１乃至Ｂ４の光線角度が互いに等しくなるようにしている。
【0053】
ＭＣＦ２０ｐの端面２０ａｐの中心と第１レンズ３０との間の光軸方向における距離を距離ｄ１と規定する。この場合、主光線の進行方向に沿って端面２０ａｐの中心から第１レンズ３０まで延びている仮想線Ｂ０の長さｄ１（０）は、ｄ１（０）＝ｄ１／ｃｏｓθと表される。また、主光線Ｂ２及びＢ３と、仮想線Ｂ０と、は同一平面上には位置していないものの、これらは何れもｙｚ平面上に存在するため、ＭＣＦ２０ｐの側面視においてはこれらが同一平面上に位置していると見做すことができる。このため、距離ｄ１（１）乃至ｄ１（４）は、以下のように表すことができる。
ｄ１（１）＝ｄ１（２）＝ｄ１（０）－Δｄａ＋Δｄｂ
ｄ１（３）＝ｄ１（４）＝ｄ１（０）＋Δｄａ－Δｄｂ
ここで、Δｄａは、ＭＣＦ２０ｐの側面視において、例えば、「コアＣ３」から「端面２０ａｐの中心から主光線Ｂ３に下ろした垂線の足」までの主光線の進行方向における距離であり、Δｄａ＝p1sin(α+θ)/(2cosα)と表すことができる。Δｄｂは、ＭＣＦ２０ｐの側面視において、例えば、「仮想線Ｂ０と第１レンズ３０との交点」から「主光線Ｂ３と第１レンズ３０との交点から仮想線Ｂ０に下ろした垂線の足」までの主光線の進行方向における距離であり、Δｄｂ＝(p1cos(α+θ)tanθ)/(2cosα)と表すことができる。
ｄ１（１）＝ｄ１（２）＝ｄ１（０）－Δｄａ＋Δｄｂ
ｄ１（３）＝ｄ１（４）＝ｄ１（０）＋Δｄａ－Δｄｂ
ここで、Δｄａは、ＭＣＦ２０ｐの側面視において、例えば、「コアＣ３」から「端面２０ａｐの中心から主光線Ｂ３に下ろした垂線の足」までの主光線の進行方向における距離であり、Δｄａ＝p1sin(α+θ)/(2cosα)と表すことができる。Δｄｂは、ＭＣＦ２０ｐの側面視において、例えば、「仮想線Ｂ０と第１レンズ３０との交点」から「主光線Ｂ３と第１レンズ３０との交点から仮想線Ｂ０に下ろした垂線の足」までの主光線の進行方向における距離であり、Δｄｂ＝(p1cos(α+θ)tanθ)/(2cosα)と表すことができる。
【0054】
図１５は、図１４の構成において距離ｄ１と第１ビームウェスト半径Ω１との関係をコアＣ１乃至Ｃ４からの光線毎に規定したグラフである。曲線Ｌ９は、コアＣ１及びＣ２からの光線の挙動を示し、曲線Ｌ１０は、コアＣ３及びＣ４からの光線の挙動を示す。図１５に示すように、任意の距離ｄ１に対応する第１ビームウェスト半径Ω１の値は、コアＣ１及びＣ２からの光線（曲線Ｌ９）と、コアＣ３及びＣ４からの光線（曲線Ｌ１０）とで相違している。即ち、第１ビームウェスト半径Ω１には、距離ｄｔに２通りのバリエーションが生じることに起因して、２通りのバリエーションが生じる（図示は省略しているが、第１ビームウェスト距離Ｄ１にも２通りのバリエーションが生じる。）。
本変形例では、長さｄ１（０）（＝ｄ１／ｃｏｓθ）がｄ１（０）＞ｄｆ１（＝１．３ｍｍ）を満たすようにＭＣＦ２０ｐが第１レンズ３０に対して配置され、距離ｄ２がｄ２＞ｄｆ２を満たすようにＳＣＦ群５０が第２レンズ群４０に対して配置される（第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。）。このため、図１５のグラフにおいてｄ１≦１．３ｃｏｓθｍｍの領域は考慮していない。図１５によれば、コアＣ１及びＣ２からの光線のΩ１のほうが、コアＣ３及びＣ４からの光線のΩ１よりも大きい。これは、距離ｄ１（１）＝ｄ１（２）のほうが距離ｄ１（３）＝ｄ１（４）より短いためである。
本変形例では、長さｄ１（０）（＝ｄ１／ｃｏｓθ）がｄ１（０）＞ｄｆ１（＝１．３ｍｍ）を満たすようにＭＣＦ２０ｐが第１レンズ３０に対して配置され、距離ｄ２がｄ２＞ｄｆ２を満たすようにＳＣＦ群５０が第２レンズ群４０に対して配置される（第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。）。このため、図１５のグラフにおいてｄ１≦１．３ｃｏｓθｍｍの領域は考慮していない。図１５によれば、コアＣ１及びＣ２からの光線のΩ１のほうが、コアＣ３及びＣ４からの光線のΩ１よりも大きい。これは、距離ｄ１（１）＝ｄ１（２）のほうが距離ｄ１（３）＝ｄ１（４）より短いためである。
【0055】
図１６は、図１５の曲線Ｌ９及びＬ１０に基づいて、コアＣ１及びＣ２からの光線の第１ビームウェスト半径Ω１（以下、「Ω１（Ｃ１，Ｃ２）」とも称する。）と、コアＣ３及びＣ４からの光線の第１ビームウェスト半径Ω１（以下、「Ω１（Ｃ３，Ｃ４）」とも称する。）と、の関係を規定したグラフである。図１６によれば、２通りのバリエーションを有する第１ビームウェスト半径Ω１のうち、一方の半径Ω１が決定されると、他方の半径Ω１が一義的に決定されることが分かる。
【0056】
本変形例では、ＳＣＦ５１乃至５４は、対応するレンズ４１乃至４４に対して、第２ビームウェスト径２Ω２が、対応する第１ビームウェスト径２Ω１と一致するように配置されている（第２実施形態及び第３実施形態についても同様である。）。このため、条件１（第１実施形態参照）が成立している。例えば、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４６μｍ、且つ、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１３３μｍの場合、ＳＣＦ５１及び５２に対応する第２ビームウェスト半径Ω２がΩ２＝１４６μｍとなるようにＳＣＦ５１及び５２とレンズ４１及び４２間の距離ｄ２（図９参照）が調整され、ＳＣＦ５３及び５４に対応する第２ビームウェスト半径Ω２がΩ２＝１３３μｍとなるようにＳＣＦ５３及び５４とレンズ４３及び４４間の距離ｄ２が調整される。即ち、第２ビームウェスト半径Ω２にも、距離ｄｔに２通りのバリエーションが生じることに起因して２通りのバリエーションが生じる。
【0057】
このように、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２に２通りのバリエーションが生じると、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２にも２通りのバリエーションが生じ、その結果、結合損失にも２通りのバリエーションが生じる。低結合損失を実現するためには、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制することが望まれる。本願発明者らは、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しい場合は、２通りのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が何れも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上であれば、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制できるという知見を得た。
【0058】
図１７は、図１１Ｃの結合損失のスケールを変更したグラフ（即ち、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_max＝８０．８９ｍｍ）に、点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１１Ｌ及びＰ１２Ｌをプロットしたものである。点Ｐ１１は、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４６μｍのときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示し、その値は、距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となっている。点Ｐ１１Ｌは、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４６μｍのときの結合損失を示し、その値は、２．７×１０－３ｄＢ（≦０．１５ｄＢ）である。一方、点Ｐ１２は、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１３３μｍのときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示し、その値は、距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに等しい。点Ｐ１２Ｌは、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１３３μｍのときの結合損失を示し、その値はゼロ（≦０．１５ｄＢ）である。
【0059】
図１７の例によれば、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合、２通りのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が何れも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となるように距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制できることが確認された。
以上より、変形例の構成によれば、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨に起因してビームウェスト半径Ω１＝Ω２に２通りのバリエーションが生じても、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しくなるように設定し、Ｄ１＋Ｄ２をＤ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となるように距離ｄ１及び距離ｄ２を調整することにより、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制できる。なお、Ｄ１＋Ｄ２がＤ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上である限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）とΩ１（Ｃ３，Ｃ４）との組み合わせは上記の組み合わせに限られず、図１６に基づいて他の組み合わせが採用され得る。ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイスを実現できる。
以上より、変形例の構成によれば、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨に起因してビームウェスト半径Ω１＝Ω２に２通りのバリエーションが生じても、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しくなるように設定し、Ｄ１＋Ｄ２をＤ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となるように距離ｄ１及び距離ｄ２を調整することにより、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制できる。なお、Ｄ１＋Ｄ２がＤ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上である限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）とΩ１（Ｃ３，Ｃ４）との組み合わせは上記の組み合わせに限られず、図１６に基づいて他の組み合わせが採用され得る。ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイスを実現できる。
【0060】
なお、コア数の増加又はコア配置の変更に起因して距離ｄｔにｎ通りのバリエーションが生じる場合についても上記知見を活用できる。即ち、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しい場合は、ｎ通りのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が何れも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上であれば、結合損失を何れも０．１５ｄＢ以下に抑制することができる。
【0061】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。本実施形態のＦＩＦＯデバイスは、変形例のＦＩＦＯデバイスと同一である。但し、２通りのビームウェスト半径Ω１＝Ω２の組み合わせの選択方法が変形例と相違している。以下では、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxであるときのビームウェスト半径を「距離最大時ビームウェスト半径Ω_Dmax」と規定する。
続いて、本発明の第２実施形態に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。本実施形態のＦＩＦＯデバイスは、変形例のＦＩＦＯデバイスと同一である。但し、２通りのビームウェスト半径Ω１＝Ω２の組み合わせの選択方法が変形例と相違している。以下では、ビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２が距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxであるときのビームウェスト半径を「距離最大時ビームウェスト半径Ω_Dmax」と規定する。
【0062】
本実施形態では、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合において、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）及びΩ１（Ｃ３，Ｃ４）がΩ１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）を満たすように距離ｄ１及びｄ２が調整されていることを特徴としている。図１８は、図１７のグラフ（即ち、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_max＝８０．８９ｍｍ）に、点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１１Ｌ及びＰ１２Ｌの代わりに、点Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２１Ｌ及びＰ２２Ｌをプロットしたグラフである。点Ｐ２１は、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１３９μｍ（図１６参照）のときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示す。点Ｐ２１Ｌは、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１３９μｍのときの結合損失を示し、その値は、１．２×１０－４ｄＢである。一方、点Ｐ２２は、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２６μｍ（図１６参照）のときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示す。点Ｐ２２Ｌは、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２６μｍのときの結合損失を示し、その値は、２．０×１０－４ｄＢである。
【0063】
図１８の例によれば、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合、２通りの第１ビームウェスト半径Ω１であるΩ１（Ｃ１，Ｃ２）及びΩ１（Ｃ３，Ｃ４）がΩ１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）を満たすように距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、図１７の例と比較して、結合損失を更に低減できることが確認された。
以上より、第２実施形態の構成によれば、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨に起因してビームウェスト半径Ω１＝Ω２に２通りのバリエーションが生じても、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しくなるように設定し、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）を満たすように距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、結合損失を更に低減できる。なお、本実施形態では、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１３９μｍのときのＤ１＋Ｄ２、及び、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２６μｍのときのＤ１＋Ｄ２は、何れも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となっている。しかしながら、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）が成立している限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）に対応するＤ１＋Ｄ２、及び、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）に対応するＤ１＋Ｄ２は、必ずしも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上である必要はない。また、上記関係式が成立している限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）とΩ１（Ｃ３，Ｃ４）との組み合わせは上記の組み合わせに限られず、図１６に基づいて他の組み合わせが採用され得る。ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイスを実現できる。
以上より、第２実施形態の構成によれば、ＭＣＦ２０ｐの斜研磨に起因してビームウェスト半径Ω１＝Ω２に２通りのバリエーションが生じても、ＺをＤ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しくなるように設定し、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）を満たすように距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、結合損失を更に低減できる。なお、本実施形態では、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１３９μｍのときのＤ１＋Ｄ２、及び、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２６μｍのときのＤ１＋Ｄ２は、何れも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上となっている。しかしながら、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）が成立している限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）に対応するＤ１＋Ｄ２、及び、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）に対応するＤ１＋Ｄ２は、必ずしも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上である必要はない。また、上記関係式が成立している限り、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）とΩ１（Ｃ３，Ｃ４）との組み合わせは上記の組み合わせに限られず、図１６に基づいて他の組み合わせが採用され得る。ＺをＤ１＋Ｄ２_maxと実質的に等しくなるように設定することにより、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイスを実現できる。
【0064】
なお、コア数の増加又はコア配置の変更に起因して距離ｄｔにｎ通りのバリエーションが生じる場合についても上記知見を活用できる。即ち、ｎ通りの第１ビームウェスト半径Ω１の最大値及び最小値を「ビームウェスト最大半径Ωmax」及び「ビームウェスト最小半径Ωmin」と規定すると、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しい場合、Ωmin＜Ω_Dmax＜Ωmaxが成立するように距離ｄ１及びｄ２を調整することにより、ｎ通りの結合損失を何れも抑制することができる。これは、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_maxの場合においてΩmin＜Ω_Dmax＜Ωmaxが成立するときは、Ωmin＜Ω１＜Ωmaxを満たす任意のΩ１における結合損失は、Ωminにおける結合損失及びΩmaxにおける結合損失よりも必ず小さい値となるからである。
【0065】
（第３実施形態）
次いで、本発明の第２実施形態に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。本実施形態では、ＭＣＦ２０ｐの代わりにＭＣＦｐ（図示省略）が用いられる点、及び、バリエーションの数が２つである点で、第２実施形態と相違している。ＭＣＦｐは、正方形の頂点に配置された４つのコアＣ１１乃至Ｃ１４を有しており、コアピッチｐ１は８０μｍとされている。即ち、ＭＣＦｐのコアピッチｐ１は、ＭＣＦ２０ｐのコアピッチｐ１（＝５０μｍ）よりも大きくなっている。
次いで、本発明の第２実施形態に係るＦＩＦＯデバイスについて説明する。本実施形態では、ＭＣＦ２０ｐの代わりにＭＣＦｐ（図示省略）が用いられる点、及び、バリエーションの数が２つである点で、第２実施形態と相違している。ＭＣＦｐは、正方形の頂点に配置された４つのコアＣ１１乃至Ｃ１４を有しており、コアピッチｐ１は８０μｍとされている。即ち、ＭＣＦｐのコアピッチｐ１は、ＭＣＦ２０ｐのコアピッチｐ１（＝５０μｍ）よりも大きくなっている。
【0066】
第１ビームウェスト半径Ω１が２通りのバリエーションを有する場合、それらの分離量は、コアピッチｐ１に依存する。このため、本実施形態における２通りのΩ１の分離量は、第２実施形態の２通りのΩ１の分離量よりも大きい。図１９は、コアＣ１１及びＣ１２からの光線の第１ビームウェスト半径Ω１（Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２））と、コアＣ１３及びＣ１４からの光線の第１ビームウェスト半径Ω１（Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４））と、の関係を規定したグラフである。図１９によれば、Ω１の分離量（ΔΩ１＝１４３－１２２＝２１μｍ）は、図１６のΩ１の分離量（ΔΩ１＝１４６－１３３＝１３μｍ）と比べて大きくなっている。
【0067】
第２実施形態のＦＩＦＯデバイスは、レンズ間距離Ｚが距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxに実質的に等しい場合において、ビームウェスト最大半径Ωmax及びビームウェスト最小半径Ωminが、Ωmin＜Ω_Dmax＜Ωmaxの関係（バリエーションが２通りの場合は、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１，Ｃ２）の関係）を満たすような値となるように距離ｄ１及び距離ｄ２が調整される。この構成は、ΩmaxとΩminの分離量が比較的に小さい場合には有用であるが、当該分離量が増大するにつれてΩmaxにおける結合損失及びΩminにおける結合損失がそれぞれ増大するため、結合損失を適切に抑制できない可能性がある。
【0068】
図２０は、本実施形態のＦＩＦＯデバイス（即ち、ｐ１＝８０μｍ）を用いてΩ１（Ｃ１３，Ｃ１４）＜Ω_Dmax＜Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）の関係が成立するように距離ｄ１及び距離ｄ２を調整した比較例としてのグラフであり、図１８に対応している（即ち、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_max）。点Ｐ３１は、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）＝１４３μｍ（図１９参照）のときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示す。点Ｐ３１Ｌは、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）＝１４３μｍのときの結合損失を示し、その値は、９．３×１０－４ｄＢである。一方、点Ｐ３２は、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）＝１２２μｍ（図１９参照）のときのビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２を示す。点Ｐ３２Ｌは、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）＝１２２μｍのときの結合損失を示し、その値は、１．３×１０－３ｄＢである。図２０によれば、図１８と比較してΩ１の分離量が増大したことにより結合損失が増大している。このため、コアピッチｐ１の増加に起因してΩ１の分離量が増大した場合においても、結合損失を適切に抑制できる技術の開発が望まれている。
【0069】
そこで、本願発明者らは、レンズ間距離Ｚを距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxから意図的に減少させることにより、上記課題を解決できるという知見を得た。図２１Ａ乃至図２１Ｃを参照して具体的に説明する。図２１Ａ乃至図２１Ｃは、何れも、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２とビームウェスト距離和Ｄ１＋Ｄ２との関係（曲線Ｌ１参照）、及び、ビームウェスト半径Ω１＝Ω２と結合損失との関係（曲線Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３参照）を規定したグラフである。図２１Ａではレンズ間距離Ｚは８０ｍｍに設定されており、図２１Ｂではレンズ間距離Ｚは７９ｍｍに設定されており、図２１Ｃではレンズ間距離Ｚは７８ｍｍに設定されている。
【0070】
図２１Ａ乃至図２１Ｃによれば、結合損失の挙動は、レンズ間距離Ｚに依存していることが分かる。より詳細には、Ｚ＜Ｄ１＋Ｄ２_max（＝８０．８９ｍｍ）である場合、曲線Ｌ１１乃至Ｌ１３は、何れも、結合損失がゼロとなる２つの極小点と、これら２つの極小点の間に位置する１つの極大点と、を有している。２つの極小点のビームウェスト半径Ω１＝Ω２を大きいほうから順に「極小点第１ビームウェスト半径Ωmin1」及び「極小点第２ビームウェスト半径Ωmin2」と規定すると、Ωmin1とΩmin2との差分は、Ｚが減少するにつれて増加している。また、極大値は、Ｚが減少するにつれて増加している。
【0071】
上述したように、２通りのバリエーションを有する第１ビームウェスト半径Ω１の分離量ΔΩ１（＝Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）－Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４））は、コアピッチｐ１に依存するため、コアピッチｐ１が不変である場合、分離量ΔΩ１も略一定である。本実施形態では、レンズ間距離Ｚは、Ωmin1とΩmin2との差分が分離量ΔΩ１に実質的に等しくなるように設定されている。加えて、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）及びΩ１（Ｃ１３，Ｃ１４）（別言すれば、バリエーションの数が２つであるときのビームウェスト最大半径Ωmax及びビームウェスト最小半径Ωmin）が、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）≒Ωmin1、且つ、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）≒Ωmin2を満たすように距離ｄ１が調整されている。
【0072】
図２１Ａの例では、Ｚは、Ωmin1とΩmin2との差分が分離量ΔΩ１に等しくなるように設定されている。加えて、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）≒Ωmin1、且つ、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）≒Ωmin2を満たすように距離ｄ１が調整されている。点Ｐ１３１Ｌは、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）＝１４３μｍのときの結合損失を示し、その値は、６．６×１０－５ｄＢである。一方、点Ｐ１３２Ｌは、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）＝１２２μｍのときの結合損失を示し、その値は、３．４×１０－５ｄＢである。
【0073】
図２１Ａの例によれば、上記の通りにＺ及びｄ１を設定（調整）することにより、図２０の例と比較して、結合損失を格段に低減できることが確認された。なお、本実施形態においても、ΔΩ１≒Ωmin1－Ωmin2、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）≒Ωmin1、且つ、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）≒Ωmin2の関係式が成立している限り、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）に対応するＤ１＋Ｄ２、及び、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）に対応するＤ１＋Ｄ２は、必ずしも距離和最大値Ｄ１＋Ｄ２_maxの９１．５％以上である必要はない。
【0074】
これに対し、図２１Ｂの例（Ｚ＝７９ｍｍ）では、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）＝１４３μｍのときの結合損失は２．９×１０－４ｄＢであり（点Ｐ２３１Ｌ参照）、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）＝１２２μｍのときの結合損失は８．２×１０－４ｄＢであった（点Ｐ２３２Ｌ参照）。また、図２１Ｃの例（Ｚ＝７８ｍｍ）では、Ω１（Ｃ１１，Ｃ１２）＝１４３μｍのときの結合損失は１．８×１０－３ｄＢであり（点Ｐ３３１Ｌ参照）、Ω１（Ｃ１３，Ｃ１４）＝１２２μｍのときの結合損失は４．０×１０－３ｄＢであった（点Ｐ３３２Ｌ参照）。このように、結合損失は、Ｚが減少し過ぎると増大していく。
【0075】
以上より、本実施形態によれば、コアピッチｐ１の増加に起因してΩ１の分離量が増大した場合においても、レンズ間距離Ｚを意図的に減少させるとともに距離ｄ１を調整することにより、結合損失を適切に抑制できる。また、極小点付近の結合損失の挙動は、Ｚが増加するにつれて緩やかになる（図１１Ａ乃至図１１Ｃ及び図２１Ａ乃至図２１Ｃ参照）。このため、ビームウェスト径２Ω１＝２Ω２の変化に対して結合損失がロバストなデバイスを実現できる。
【0076】
なお、本願発明者らは、ＭＣＦ２０ｐを備えるＦＩＦＯデバイス（即ち、ｐ１＝５０μｍ）についても同様のシミュレーションを行った。Ω１（Ｃ１，Ｃ２）及びΩ１（Ｃ３，Ｃ４）には、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４１μｍ及びΩ１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２８μｍの組み合わせを採用した。まず、比較例として、Ｚ＝Ｄ１＋Ｄ２_max（＝８０．８９ｍｍ）の場合の結合損失は、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４１μｍのときに３．８×１０－４ｄＢとなり、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２８μｍのときに５．０×１０－５ｄＢとなり、平均値は２．２×１０－４ｄＢとなった。これに対し、Ｚ＝８０．４５ｍｍの場合の結合損失は、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４１μｍのときに６．７×１０－５ｄＢとなり、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２８μｍのときに４．６×１０－５ｄＢとなり、平均値は５．６×１０－５ｄＢとなった。Ｚ＝８０．００ｍｍの場合の結合損失は、Ω１（Ｃ１，Ｃ２）＝１４１μｍのときに１．２×１０－５ｄＢとなり、Ω１（Ｃ３，Ｃ４）＝１２８μｍのときに４．４×１０－４ｄＢとなり、平均値は２．２×１０－４ｄＢとなった。平均値で比較すると、Ｚ＝８０．４５ｍｍのときに結合損失を最も低減できることが分かった。
【0077】
以上、実施形態及び変形例に係るＦＩＦＯデバイスについて説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【0078】
例えば、シングルモードのシングルコア光ファイバ群の代わりに、マルチモードに対応したシングルコア光ファイバを複数備えるシングルコア光ファイバ群が用いられてもよい。０次モードの光線について上記条件１及び条件２が成立するようにＦＩＦＯデバイスが設計されていれば、マルチモードの光線が伝播する場合においても結合損失を低減することができる。
【0079】
また、ＭＣＦのコア配置は対称性を有していなくてもよい。コア配置が非対称であっても、第１レンズ３０から出射される各コアからの光線に対応した位置に第２レンズ群４０を配置することにより、第１レンズ３０及び第２レンズ群４０はＦＩＦＯデバイスとして適切に機能し得る。
【0080】
更に、ＳＣＦ及びＭＣＦは、円柱状に限られず、軸線と直交する断面が任意の形状（例えば、楕円又は多角形）を有する柱状であってもよい。
【0081】
更に、ＳＣＦ５１乃至５４の端面５１ａ乃至５４ａが斜研磨されていてもよい。この場合、光結合損失を低減するためには端面５１ａ乃至５４ａに入射する光線の主光線をレンズ４１乃至４４の光軸に対して所定の角度だけ傾斜させる必要がある。このため、図４とは異なり、レンズ４１乃至４４に入射する光線の主光線は、焦点ｆ２から所定の距離だけシフトした位置を通過するように設計される。
【0082】
更に、上記実施形態及び変形例のＦＩＦＯデバイスは、光線が第２進行方向に伝播するデバイスとしても機能し得る。
【符号の説明】
【0083】
１０：ＦＩＦＯデバイス、２０：マルチコア光ファイバ、２０ａ：端面、３０：第１レンズ、４０：第２レンズ群、４１，４２，４３，４４：第２レンズ、５０：シングルコア光ファイバ群、５１，５２，５３，５４：シングルコア光ファイバ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】