特開 2024-115430 ファイバ接続体、モードフィールドアダプタ、及びモードフィールドアダプタの製造方法

(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】P2024115430

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】ファイバ接続体、モードフィールドアダプタ、及びモードフィールドアダプタの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/32 20060101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

G02B6/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021125

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 究

【テーマコード（参考）】

2H137

【Ｆターム（参考）】

2H137AA17

2H137BA03

2H137BA04

2H137BA12

2H137BA13

2H137BC04

2H137CC11

2H137FA06

2H137HA00

(57)【要約】

【課題】２本の光ファイバの結合効率を更に向上させる技術を実現する。
【解決手段】ファイバ接続体（１）は、第１光ファイバ（１１）、第２光ファイバ（１２）、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ（１０１）、及び第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ（１０２）を備える。第２光ファイバ（１２）のモードフィールド径に対する第１光ファイバ（１１）のモードフィールド径の比をｒとして、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ（１０２）の屈折率分布定数は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ（１０１）の屈折率分布定数のｒ倍に一致、又は、略一致する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続された第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続された第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、
前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に誤差１０％精度で一致し、
ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致し、
ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致する、
ことを特徴とするファイバ接続体。

【請求項2】

前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に一致する、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバ接続体。

【請求項3】

前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に一致し、
前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に一致する、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバ接続体。

【請求項4】

一方の端面が前記第２光ファイバの前記一方の端面において前記第２光ファイバのクラッドに接続された第３光ファイバを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載にファイバ接続体。

【請求項5】

第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、の接続を媒介するためのモードフィールドアダプタであって、
一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続される第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続される第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、
前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、誤差１０％精度で前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に誤差１０％精度で一致し、
ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致し、
ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致する、
モードフィールドアダプタ。

【請求項6】

第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、との接続を媒介するためのモードフィールドアダプタの製造方法であって、
前記モードフィールドアダプタは、一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続される第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続される第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、
前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数の狙い値を、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に設定して、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバを作成する工程と、
ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さの狙い値を、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に設定して、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバを切断する第１切断工程と、
ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さの狙い値を、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に設定して、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバを切断する第２切断工程と、を含んでいる、
モードフィールドアダプタの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モードフィールド径が異なる２本の光ファイバを、モードフィールドアダプタを介して接続することにより構成されるファイバ接続体に関する。また、本発明は、そのようなモードフィールドアダプタ、及び、そのようなモードフィールドアダプタの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モードフィールド径の異なる２本の光ファイバを接続するためには、これら２本の光ファイバの間に、モードフィールド径を変換するためのモードフィールドアダプタを介在させる必要がある。一方の光ファイバから出射される光のモードフィールド径を他方の光ファイバのモードフィールド径に整合させないと、接続損失が著しく上昇し、その結果、結合効率が著しく低下するためである。例えば、シングルモードファイバとマルチモードファイバとを接続するためには、このようなモードフィールドアダプタが必要になる。特許文献１には、モードフィールドアダプタとしてＧＲＩＮレンズを用いて、モードフィールド径の異なる２本の光ファイバを接続する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６４４２４３２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術には、結合効率を更に向上させる余地が残されていることを、本願発明者らは見出した。本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＧＲＩＮレンズ型ファイバを介して２本の光ファイバを接続する際に、これら２本の光ファイバの結合効率を更に向上させる技術を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

態様１に係るファイバ接続体は、第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続された第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続された第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に誤差１０％精度で一致し、ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致し、ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致する。

【0006】

上記の構成によれば、第１ＧＲＩＮレンズと第２ＧＲＩＮレンズとのうち、一方の屈折率分布定数の設定に自由度を有する。このため、この自由度を、第１光ファイバと第２光ファイバの結合効率を最大化するための自由度として利用することができる。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとを、従来よりも高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【0007】

本発明の態様２に係るファイバ接続体においては、態様１の構成に加えて、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に一致する、という構成が採用されている。

【0008】

上記の構成によれば、第１光ファイバと第２光ファイバとを、更に高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【0009】

本発明の態様２に係るファイバ接続体においては、態様１又は２の構成に加えて、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に一致し、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に一致する、という構成が採用されている。

【0010】

上記の構成によれば、第１光ファイバと第２光ファイバとを、更に高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【0011】

本発明の態様２に係るファイバ接続体においては、態様１～３の何れかの構成に加えて、一方の端面が前記第２光ファイバの前記一方の端面において前記第２光ファイバのクラッドに接続された第３光ファイバを更に備えている、という構成が採用されている。

【0012】

上記の構成によれば、第１光ファイバと第２光ファイバのコアとを光学結合すると共に、第３光ファイバと第２光ファイバのクラッドとを光学結合することができる。したがって、光コンバイナとして機能するファイバ接続体を実現することができる。

【0013】

本発明の態様５に係るモードフィールドアダプタは、第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、の接続を媒介するためのモードフィールドアダプタであって、一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続される第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続される第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数は、誤差１０％精度で前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に誤差１０％精度で一致し、ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致し、ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さは、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致する。

【0014】

上記の構成によれば、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数を、第１光ファイバと第２光ファイバの結合効率を最大化するための自由度として利用することができる。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとを、従来よりも高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【0015】

本発明の態様１に係るモードフィールドアダプタの製造方法は、第１光ファイバと、モードフィールド径が前記第１光ファイバよりも大きい第２光ファイバと、との接続を媒介するためのモードフィールドアダプタの製造方法であって、前記モードフィールドアダプタは、一方の端面が前記第１光ファイバの一方の端面に接続される第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、屈折率分布定数が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバよりも小さく、一方の端面が前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの他方の端面に接続され、他方の端面が前記第２光ファイバの一方の端面に接続される第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバと、を備え、前記第２光ファイバのモードフィールド径に対する前記第１光ファイバのモードフィールド径の比をｒとして、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数の狙い値を、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数のｒ倍に設定して、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバを作成する工程と、ｎを任意の自然数として、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さの狙い値を、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｎ／２＋１／４倍に設定して、前記第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバを切断する第１切断工程と、ｍを任意の自然数として、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバの長さの狙い値を、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバのピッチ長のｍ／２＋１／４倍に設定して、前記第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバを切断する第２切断工程と、を含んでいる。

【0016】

上記の構成によれば、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数を、第１光ファイバと第２光ファイバの結合効率を最大化するための自由度として利用することができる。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとを、従来よりも高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、２本の光ファイバを従来よりも高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係るファイバ接続体の構成を示す断面図である。

【図2】（ａ）は、実施例に係るファイバ接続体に対して波動光学的シミュレーションを実施することにより得られた、基本モードに関する光ファイバの結合効率のグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示すグラフの９８．５％以上９９．５％以下のレンジを拡大した拡大グラフである。

【図3】実施例に係るファイバ接続体に対して波動光学的シミュレーションを実施することにより得られた、基本モードの波面を示すグラフである。

【図4】比較例に係るファイバ接続体に対して波動光学的シミュレーションを実施することにより得られた、基本モードに関する光ファイバの結合効率のグラフである。

【図5】比較例に係るファイバ接続体に対して波動光学的シミュレーションを実施することにより得られた、基本モードの波面を示すグラフである。

【図6】図１に示すファイバ接続体の変形例を示す断面図である。

【図7】図１に示すファイバ接続体に含まれるモードフィールドアダプタの製造方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（ファイバ接続体の構成）
本発明の一実施形態に係るファイバ接続体１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバ接続体１の構成を示す断面図である。

【0020】

ファイバ接続体１は、図１に示すように、モードフィールドアダプタ１０と、第１光ファイバ１１と、第２光ファイバ１２と、を備えている。

【0021】

第１光ファイバ１１は、柱状（例えば、円柱状）のコア１１ａと、コア１１ａを取り囲む、屈折率がコア１１ａよりも低い筒状（例えば、円筒状）のクラッド１１ｂと、を備えている。第１光ファイバ１１は、例えば、シングルモードファイバである。

【0022】

第２光ファイバ１２は、柱状（例えば、円柱状）のコア１２ａと、コア１２ａを取り囲む、屈折率がコア１２ａよりも低い筒状（例えば、円筒状）のクラッド１２ｂと、を備えている。第２光ファイバ１２のモードフィールド径ｄ２は、第１光ファイバ１１のモードフィールド径ｄ１よりも大きい。第２光ファイバ１２は、例えば、マルチモードファイバである。

【0023】

モードフィールドアダプタ１０は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１と、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２と、を備えている。第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１は、一方の端面１０１ａが第１光ファイバ１１の一方の端面１１ｃに接続（例えば、融着接続）され、他方の端面１０１ｂが第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の一方の端面１０２ａに接続（例えば、融着接続）される。第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２は、一方の端面１０２ａが第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の他方の端面１０１ｂに接続（例えば、融着接続）され、他方の端面１０２ｂが第２光ファイバ１２の一方の端面１２ｃに接続（例えば、融着接続）される。

【0024】

第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１は、屈折率分布ｎ₁（ｒ）の二乗がｎ₁ ²ｓｅｃｈ²（ｇ₁ｒ）により近似される柱状（例えば、円柱状）の構造体である。ここで、ｎ₁は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の中心軸上の屈折率であり、ｒは、その中心軸からの距離である。ｇ₁は、定数であり、屈折率分布定数と呼ばれる。第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１のピッチ長Ｐ₁は、２π／ｇ₁により定義され、２πＲ₁／（２Δ₁）^1/2により近似される。ここで、Ｒ₁は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１のコア半径であり、Δ₁は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１のコアΔである。図１に示すように、クラッドを持たない（空気をクラッドとする）構成では、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の直径をＲ₁と見做し、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１（全体がコアとして機能）の最外周の屈折率に対する屈折率ｎ₁の比屈折率差を、Δ₁と見做す。

【0025】

第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の長さＬ₁は、（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁に略一致するように、より好ましくは、一致するように設定されている。ここで、ｎは、任意の自然数（０を含む）である。したがって、端面１０１ａを介して、ビーム径最小かつビーム発散角最大の状態（又は、その状態に近い状態）で第１光ファイバ１１から第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１に入射した光は、端面１０１ｂを介して、ビーム径最大かつビーム発散角最小の状態（又は、その状態に近い状態）で第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１から第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２に入射する。なお、図１においては、ｎ＝０である場合、すなわち、Ｌ₁＝（１／４）×Ｐ₁である場合を例示している。

【0026】

なお、前段落において「略一致する」とは、例えば、（１）誤差１０％精度で一致すること、（２）誤差５％以内で一致すること、又は、（３）誤差１％以内で一致することを指す。したがって、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の長さＬ₁は、例えば、（１）（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×０．９≦Ｌ₁≦（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×１．１、（２）（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×０．９５≦Ｌ₁≦（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×１．０５、又は、（３）（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×０．９９≦Ｌ₁≦（ｎ／２＋１／４）×Ｐ₁×１．０１を満たす。

【0027】

第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２は、屈折率分布ｎ₂（ｒ）の二乗がｎ₂ ²ｓｅｃｈ²（ｇ₂ｒ）により近似される柱状（例えば、円柱状）の構造体である。ここで、ｎ₂は、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の中心軸上の屈折率であり、ｒは、その中心軸からの距離である。ｇ₂は、定数であり、屈折率分布定数と呼ばれる。第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２のピッチ長Ｐ₂は、２π／ｇ₂により定義され、２πＲ₂／（２Δ₂）^1/2により近似される。ここで、Ｒ₂は、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２のコア半径であり、Δ₂は、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２のコアΔである。図１に示すように、クラッドを持たない（空気をクラッドとする）構成では、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の直径をＲ₂と見做し、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２（全体がコアとして機能）の最外周の屈折率に対する屈折率ｎ₂の比屈折率差を、Δ₂と見做す。

【0028】

第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の長さＬ₂は、（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂に略一致するように、より好ましくは、一致するように設定されている。ここで、ｍは、任意の自然数（０を含む）である。したがって、一方の端面１０２ａを介して、ビーム径最大かつビーム発散角最小の状態（又は、その状態に近い状態）で第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１から第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２に入射した光は、他方の端面１０２ｂを介して、ビーム径最小かつビーム発散角最大の状態（又は、その状態に近い状態）で第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２から第２光ファイバ１２に入射する。なお、図１においては、ｍ＝０である場合、すなわち、Ｌ₂＝（１／４）×Ｐ₂である場合を例示している。

【0029】

なお、前段落において「略一致する」とは、例えば、（１）誤差１０％精度で一致すること、（２）誤差５％以内で一致すること、又は、（３）誤差１％以内で一致することを指す。したがって、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の長さＬ₂は、例えば、（１）（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×０．９≦Ｌ₂≦（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×１．１、（２）（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×０．９５≦Ｌ₂≦（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×１．０５、又は、（３）（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×０．９９≦Ｌ₂≦（ｍ／２＋１／４）×Ｐ₂×１．０１を満たす。

【0030】

（ファイバ接続体の特徴及び効果）
ファイバ接続体１において特徴的な点は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁に対する第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂の比ｇ₂／ｇ₁と、第２光ファイバ１２のモードフィールド径ｄ₂に対する第１光ファイバ１１のモードフィールド径ｄ₁の比ｄ₁／ｄ₂とが、略一致すること、より好ましくは、一致することである。換言すれば、第２光ファイバ１２のモードフィールド径ｄ₂に対する第１光ファイバ１１のモードフィールド径ｄ₁の比ｄ₁／ｄ₂をｒとして、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂が、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁のｒ倍と略一致すること、より好ましくは、一致することである。

【0031】

なお、前段落において「略一致する」とは、例えば、（１）誤差１０％精度で一致すること、（２）誤差５％以内で一致すること、又は、（３）誤差１％以内で一致することを指す。したがって、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂は、例えば、（１）ｒ×ｇ₁×０．９≦ｇ₂≦ｒ×ｇ₁×１．１、（２）ｒ×ｇ₁×０．９５≦ｇ₂≦ｒ×ｇ₁×１．０５、又は、（３）ｒ×ｇ₁×０．９９≦ｇ₂≦ｒ×ｇ₁×１．０１を満たす。

【0032】

これにより、第１光ファイバ１１からモードフィールドアダプタ１０にモードフィールド径ｄ₁の光が入射したとき、モードフィールドアダプタ１０から第２光ファイバ１２にモードフィールド径ｄ₂の光を入射させることができる。したがって、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２とを、高い結合効率で光結合させることができる。

【0033】

しかも、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁をどのように選んでも、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂を適宜設定することで、上述した条件（ｇ₂=ｒ×ｇ₁又はｇ₂≒ｒ×ｇ₁）を満たすことができる。すなわち、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁を、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２の結合効率を最大化するための自由度として利用することができる。或いは、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂をどのように選んでも、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁を適宜設定することで、上述した条件（ｇ₂=ｒ×ｇ₁又はｇ₂≒ｒ×ｇ₁）を満たすことができる。すなわち、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂を、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２の結合効率を最大化するための自由度として利用することができる。これにより、第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２とを、従来よりも高い結合効率で光結合させることが可能になる。

【0034】

なお、ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布ｎ（ｒ）は、中心軸上の屈折率ｎ₀、中心軸からの距離ｒ、屈折率分布定数ｇを用いて、ｎ（ｒ）≒ｎ₀｛１－（ｇｒ）²／２｝と近似することができる。したがって、ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数ｇは、（１）屈折率分布ｎ（ｒ）を実測する工程と、（２）最小二乗法を用いてｎ₀｛１－（ｇｒ）²／２｝が実測した屈折率分布ｎ（ｒ）を最も良く近似するｇを算出する工程と、を実施することにより特定することが可能である。上述した条件（ｇ₂=ｒ×ｇ₁又はｇ₂≒ｒ×ｇ₁）は、このようにして特定された屈折率分布定数ｇ₁，ｇ₂が満たすべき条件であると見做すことができる。

【0035】

（実施例）
本実施形態に係るファイバ接続体１の一実施例について、図２及び図３を参照して説明する。

【0036】

本実施例では、第１光ファイバ１１として、コア径φが８．２μｍであり、コアΔが０．３４４％であるシングルモードファイバを用いた。第１光ファイバ１１のモードフィールド径ｄ₁は、１０．６μｍとした。また、第２光ファイバ１２として、コア径φが２０μｍであり、コアΔが０．１１７％であるマルチモードファイバを用いた。第２光ファイバ１２のモードフィールド径ｄ₂は、２１．０μｍとした。したがって、比ｒ＝ｄ₁／ｄ₂は、０．５０５であった。

【0037】

また、本実施例では、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１として、コア径φが１２５μｍであり、長さＬ₁が（１／４）×Ｐ₁であるＧＲＩＮレンズ型ファイバを用いた。屈折率分布定数ｇ₁は、光ファイバ１１，１２の結合効率を最大化するための自由度として、１.５以上７．５以下の範囲で変化させた。また、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２として、コア径φが１２５μｍであり、長さＬ₂が（１／４）×Ｐ₂であるＧＲＩＮレンズ型ファイバを用いた。屈折率分布定数ｇ₂は、ｒ×ｇ₁と一致するように、０．７６以上３．８以下の範囲で変化させた。

【0038】

図２の（ａ）は、本実施例に係るファイバ接続体１に対して波動光学的シミュレーション（ＢＰＭ法）を適用することで得られた、基本モードＬＰ０１に関する光ファイバ１１，１２の結合効率のグラフであり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に示すグラフの９８．５％以上９９．５％以下のレンジを拡大した拡大グラフである。図２に示すグラフによれば、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁を２．３に設定したときに、結合効率が最大値９９．２％に達することが確かめられる。

【0039】

図３は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁を２．３に設定したときに、本実施例に係るファイバ接続体１に対して上述したシミュレーションを適用することにより得られた基本モードＬＰ０１の波面を示すグラフである。図３に示すグラフによれば、第１光ファイバ１１からモードフィールドアダプタ１０にモードフィールド径ｄ₁程度の光が入射したとき、モードフィールドアダプタ１０から第２光ファイバ１２にモードフィールド径ｄ₂程度の光が入射することが確かめられる。

【0040】

（比較例）
本実施形態に係るファイバ接続体１の一比較例について、図４及び図５を参照して説明する。

【0041】

発明者らは、上述した実施例に係るファイバ接続体１において、モードフィールドアダプタ１０を、コア径φが１２５μｍであり、長さがピッチ長の１／４倍である単一のＧＲＩＮレンズ型ファイバに置き換えたファイバ接続体を、比較例として検討した。

【0042】

図４は、本比較例に係るファイバ接続体に対して波動光学的シミュレーション（ＢＰＭ法）を適用することで得られた、基本モードＬＰ０１に関する光ファイバ１１，１２の結合効率のグラフである。図４に示すグラフによれば、ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇを６．５に設定したときに、結合効率が最大値９８．８％に達することが確かめられる。

【0043】

図５は、ＧＲＩＮレンズ型ファイバの屈折率分布定数ｇを６．５に設定したときに、本比較例に係るファイバ接続体に対して上述したシミュレーションを適用することにより得られた基本モードＬＰ０１の波面を示すグラフである。図５に示すグラフによれば、第１光ファイバ１１からＧＲＩＮレンズ型ファイバにモードフィールド径ｄ₁程度の光が入射したとき、ＧＲＩＮレンズ型ファイバから第２光ファイバ１２にモードフィールド径ｄ₂程度の光が入射することが確かめられる。

【0044】

上述した実施例と本比較例とに鑑みると、上述した実施例に係るファイバ接続体１の方が本比較例に係るファイバ接続体よりも結合効率を高くすることが可能であることが結論される。

【0045】

（変形例）
本実施形態に係るファイバ接続体１の一変形例（以下、ファイバ接続体１Ａと記載する）について、図６を参照して説明する。図６は、ファイバ接続体１Ａの構成を示す断面図である。

【0046】

ファイバ接続体１Ａは、ファイバ接続体１に第３光ファイバ１３を追加したものである。第３光ファイバ１３は、一方の端面１３ａが第２光ファイバ１２の一方の端面１２ｃにおいて第２光ファイバ１２のクラッド１２ｂに接続される。なお、第３光ファイバ１３の本数は任意である。図６においては、２本の第３光ファイバ１３を図示しているが、第３光ファイバ１３は、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。

【0047】

ファイバ接続体１Ａによれば、第１光ファイバ１１のコア１１ａと第２光ファイバ１２のコア１２ａとを光結合すると共に、第３光ファイバ１３と第２光ファイバ１２のクラッドとを光結合することができる。つまり、ファイバ接続体１Ａは、光コンバイナとして機能する。

【0048】

ファイバレーザでは、信号光を増幅用光ファイバのコアに導入すると共に、励起光を増幅用光ファイバのクラッドに導入する光コンバイナが利用される。ファイバ接続体１Ａは、このような光コンバイナとして、好適に利用することができる。この場合、信号光を導波する第１光ファイバ１１のコア径を、増幅用光ファイバとして機能する第２光ファイバ１２のコア径よりも小さくすることができる。このため、第１光ファイバ１１を導波される信号光に外乱ノイズが乗る可能性を低減することができる。

【0049】

（モードフィールドアダプタの製造方法）
最後に、モードフィールドアダプタ１０の製造方法Ｓ１について、図７を参照して説明する。図７は、製造方法Ｓの流れを示すフロー図である。

【0050】

製造方法Ｓ１は、図７に示すように、第１測定工程Ｓ１１と、第２測定工程Ｓ１２と、算出工程Ｓ１３と、第１作成工程Ｓ１４と、第２作成工程Ｓ１５と、第１切断工程Ｓ１６と、第２切断工程Ｓ１７と、接続工程Ｓ１８と、を含んでいる。

【0051】

第１測定工程Ｓ１１は、第１光ファイバ１１のモードフィールド径ｄ₁を測定する工程である。モードフィールド径の測定方法は、公知であるため、詳細な説明を割愛する。

【0052】

第２測定工程Ｓ１２は、第２光ファイバ１２のモードフィールド径ｄ₂を測定する工程である。モードフィールド径の測定方法は、公知であるため、詳細な説明を割愛する。

【0053】

算出工程Ｓ１３は、第１測定工程Ｓ１１及び第２測定工程Ｓ１２において得られたモードフィールド径ｄ₁，ｄ₂から比ｒ＝ｄ₁／ｄ₂を算出する工程である。

【0054】

第１作成工程Ｓ１４は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１を作成する工程である。第１作成工程Ｓ１４においては、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁の狙い値を、光ファイバ１１，１２の結合効率を最大化する値として事前に特定された値（上述した実施例においては２．３）に設定する。ＧＲＩＮレンズ型ファイバの製造方法は、公知であるため、これ以上の詳細な説明を割愛する。

【0055】

第２作成工程Ｓ１５は、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２を作成する工程である。第２作成工程Ｓ１５においては、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂の狙い値を、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁のｒ倍に設定する。これにより、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の屈折率分布定数ｇ₂を、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の屈折率分布定数ｇ₁のｒ倍に誤差１０％精度で一致させることができる。ＧＲＩＮレンズ型ファイバの製造方法は、公知であるため、これ以上の詳細な説明を割愛する。

【0056】

第１切断工程Ｓ１６は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１を切断する工程である。第１切断工程Ｓ１６においては、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の長さＬ₁の狙い値を、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１のピッチ長Ｐ₁のｎ／２＋１／４倍に設定する。ここで、ピッチ長Ｐ₁は、屈折率分布定数ｇ₁の狙い値から、２π／ｇ₁に従って算出してもよいし、コア半径Ｒ₁と比屈折率差Δ₁とから、２πＲ₁／（２Δ₁）^1/2に従って算出してもよい。これにより、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の長さＬ₁を、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１のピッチ長Ｐ₁のｎ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致させることができる。

【0057】

第２切断工程Ｓ１７は、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２を切断する工程である。第２切断工程Ｓ１７においては、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の長さＬ₂の狙い値を、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２のピッチ長Ｐ₂のｍ／２＋１／４倍に設定する。ここで、ピッチ長Ｐ₂は、屈折率分布定数ｇ₂の狙い値から、２π／ｇ₂に従って算出してもよいし、コア半径Ｒ₂と比屈折率差Δ₂とから、２πＲ₂／（２Δ₂）^1/2に従って算出してもよい。これにより、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の長さＬ₂を、第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２のピッチ長Ｐ₂のｍ／２＋１／４倍に誤差１０％精度で一致させることができる。

【0058】

接続工程Ｓ１８は、第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の端面１０１ｂと第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の端面１０２ａとを接続（例えば、融着接続）する工程である。

【0059】

以上の工程を実施することによって、モードフィールドアダプタ１０を製造することができる。以上の工程に加えて、第１光ファイバ１１の端面１１ｃを第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０１の端面１０１ａに接続する工程、及び、第２光ファイバ１２の端面１２ｃを第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ１０２の端面１０２ｂに接続する工程を実施すれば、ファイバ接続体１を製造することができる。

【0060】

なお、ここでは、（１）屈折率分布定数ｇ₁の狙い値を、光ファイバ１１，１２の結合効率を最大化する値として事前に特定された値に設定し、（２）屈折率分布定数ｇ₂の狙い値を、屈折率分布定数ｇ₁の狙い値のｒ倍に設定する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、（１）屈折率分布定数ｇ₂の狙い値を、光ファイバ１１，１２の結合効率を最大化する値として事前に特定された値に設定し、（２）屈折率分布定数ｇ₁の狙い値を、屈折率分布定数ｇ₂の狙い値の１／ｒ倍に設定する構成を採用してもよい。

【0061】

（付記事項）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された異なる技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0062】

１ ファイバ接続体
１０ モードフィールドアダプタ
１０１ 第１ＧＲＩＮレンズ型ファイバ
１０２ 第２ＧＲＩＮレンズ型ファイバ
１１ 第１光ファイバ
１２ 第２光ファイバ
１３ 第３光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】