(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】
(24)【登録日】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】ダブル非対称光ファイバカプラ
(51)【国際特許分類】
G02B 6/26 20060101AFI20240730BHJP
G02B 6/28 20060101ALI20240730BHJP
G02B 6/287 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
G02B6/26
G02B6/28 W
G02B6/287
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2021536393
(86)(22)【出願日】2019-12-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-24
(86)【国際出願番号】 CA2019051872
(87)【国際公開番号】W WO2020124254
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-11-14
(31)【優先権主張番号】62/782,383
(32)【優先日】2018-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521271059
【氏名又は名称】カスター オプティクス インク
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ゴッドボウ ニコラス
(72)【発明者】
【氏名】マジェアウ ルーカス
【審査官】堀部 修平
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１９６５３７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭６２－１６１１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５１３２６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３１８５９１９（ＣＮ，Ａ）
【文献】GRIFFIN, R. et al.，Asymmetric multimode couplers，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，1991年，Vol. 9, No. 11，pp.1508-1517，DOI: 10.1109/50.97639
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／２６ － ６／２９３
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域と、前記第１の光ファイバの第１の位置と第２の位置との間で長手方向に延びる第１のテーパ部分とを有し、前記第１のテーパ部分が第１のテーパ方向に沿って前記第１の位置から前記第２の位置へ漸進的に減少する寸法を有する、第１の光ファイバと、第２の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域と、前記第２の光ファイバの第３の位置と第４の位置との間で長手方向に延びる第２のテーパ部分とを有し、前記第２のテーパ部分が第２のテーパ方向に沿って前記第３の位置から前記第４の位置へ漸進的に減少する寸法を有する、第２の光ファイバと、
前記第１のテーパ部分の少なくとも一部分が前記第２のテーパ部分の少なくとも一部分に光学的に結合され、前記第１のテーパ方向が前記第２のテーパ方向と反対である結合領域と、を備え、
前記結合領域は、前記第２の光ファイバの前記第３の位置から前記第１の光ファイバの前記第１の位置に延びる第１の結合方向と、前記第１の光ファイバの前記第１の位置から前記第２の光ファイバの前記第３の位置に延びる第２の結合方向と、を定義し、
前記結合領域は、前記第１の結合方向と前記第２の結合方向の両方に沿って実質的に維持されている光エテンデュを備える断面を有し、前記光エテンデュは、次の式、
Ｇ ｉ ＝πＳ ｉ （ＮＡ ｉ ） ２
と同等の式で定義され、ここでＧ ｉ は前記第１の結合方向と前記第２の結合方向のそれぞれに沿った長手方向の位置ｉでの前記結合領域の前記光エテンデュを示し、Ｓ ｉ は前記長手方向の位置ｉでの前記結合領域の断面積を示し、ＮＡ ｉ は前記長手方向の位置ｉでの前記結合領域の開口数を示す、光ファイバカプラ。
【請求項2】
前記第１の光ファイバは少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバであり、前記第１の光ファイバの前記少なくとも１つの内側クラッドは前記第１の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項１に記載の光ファイバカプラ。
【請求項3】
前記第２の光ファイバは少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバであり、前記第２の光ファイバの前記少なくとも１つの内側クラッドは前記第２の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項２に記載の光ファイバカプラ。
【請求項4】
前記第２の光ファイバはマルチモードコアを中心に有するマルチモード光ファイバであり、前記第２の光ファイバの前記マルチモードコアは前記第２の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項２に記載の光ファイバカプラ。
【請求項5】
前記第１の光ファイバはマルチモードコアを中心に有するマルチモード光ファイバであり、前記第１の光ファイバの前記マルチモードコアは前記第１の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項１に記載の光ファイバカプラ。
【請求項6】
前記第２の光ファイバは少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバであり、前記第２の光ファイバの前記少なくとも１つの内側クラッドは前記第２の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項５に記載の光ファイバカプラ。
【請求項7】
前記第２の光ファイバはマルチモードコアを中心に有するマルチモード光ファイバであり、前記第２の光ファイバの前記マルチモードコアは前記第２の光ファイバの前記長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能する、請求項５に記載の光ファイバカプラ。
【請求項8】
前記第１のテーパ部分の前記少なくとも一部分は前記第２のテーパ部分の前記少なくとも一部分に熱的に融着される、請求項１に記載の光ファイバカプラ。
【請求項9】
前記結合領域は実質的に完全に満たされたラウンチ条件を有するマルチモード信号の伝搬を、前記第１の光ファイバの前記マルチモードコアに結合される前記第２の光ファイバから伝搬されるマルチモード信号の比率により与えられる第１のマルチモード率で前記第１の結合方向に沿って、及び、
前記第２の光ファイバに結合される前記第１の光ファイバの前記マルチモードコアから伝搬されるマルチモード信号の比率により与えられる第２のマルチモード率で前記第２の結合方向に沿って、可能にするように構成される、請求項５に記載の光ファイバカプラ。
【請求項10】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の合計は、１００％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項11】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の合計は、１１０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項12】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の合計は、１２０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項13】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の合計は、１５０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項14】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の両方は、５０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項15】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の両方は、６０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【請求項16】
前記第１のマルチモード率と前記第２のマルチモード率の両方は、７０％を超える、請求項９に記載の光ファイバカプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
改善点は、一般に光ファイバカプラに関連し、特にマルチモード光信号の取り出し及び／又は入射のための光ファイバカプラに関連する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバカプラは、多くの種類の画像化及び／又は検知システムで使用される。そのようなカプラは、一般に、第１の光ファイバの一部分を第２の光ファイバの一部分に熱的に融着し、及び／又はテーパ化することによって製造され、その結果、それぞれのガイド領域にガイドされる光は相互作用し、これにより４つの異なるポートから出る。
【0003】
Ｂｏｕｄｏｕｘらによる特許文献１には、２つのダブルクラッド光ファイバが一緒に融着されてテーパ化された対称光ファイバカプラの一例が記載される。この光ファイバカプラは、干渉照明信号が入射され得る第１のポートと、第２のポートとを含み、第２のポートは、そこから干渉照明信号が出力され、更に干渉シングルモード成分と分散マルチモード成分とを含む出力光信号を収集する。第１及び第２の光ファイバは、同じ寸法及び／又は構造を有し、したがって光ファイバカプラは対称であると言われる。このような対称光ファイバカプラには、理論上の等分配限界があり、第２のポートから第３のポートへ取り出され、又は第３のポートから第２のポートに入射され得るマルチモード成分の量を、着信マルチモード信号の５０％に制限することが周知である。実際、４３％近く、又はそれ以上を達成することさえ課題であることが判明した。
【0004】
Ｇｏｄｂｏｕｔらによる特許文献２には、非対称光ファイバカプラの一例が記載され、それはそのようなマルチモード信号取り出し及び／又は入射率を強化することを目的とする。特に、この光ファイバカプラは、第１のダブルクラッド光ファイバが異なる寸法及び／又は構造の第２の光ファイバと、Ｂｏｕｄｏｕｘらを参照して議論された理論上の等分配限界がもはや適用されない方法で融着される。このようにして、５０％をはるかに超えるマルチモード取り出し及び／又は入射率を有する光ファイバカプラを得ることができた。
【0005】
既存の光ファイバカプラはある程度満足できるものであることが判明したが、改善の余地が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】米国特許第８，７９２，７５７号明細書
【文献】米国特許第９，７５３，２２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
光エテンデュは、光ファイバの断面積とその開口数の２乗（又は同等に立体角）との積として定義される。光エテンデュの保存は、線形光システムに適用される物理的原理であり、光エテンデュは、線形光システムを伝搬するときに光信号に光損失を生じることなく減少し得ないことが述べられる。上記の光ファイバカプラは線形光システムであるため、光エテンデュの保存の対象となる。
【0008】
Ｂｏｕｄｏｕｘらによって記載される光ファイバカプラに関して、第２のポートから第３のポートに伝搬されるマルチモード光信号は、第１及び第２の光ファイバが互いに融着される領域に沿って一定の光エテンデュを受け得る。特に、第１の光ファイバ上の融着領域の入口位置における光エテンデュは、第２の光ファイバ上の融着領域の出口位置における光エテンデュと同様であり、これは第１及び第２の光ファイバの両方が、同じ寸法及び／又は構造を有するためである。したがって、上記の理論上の等分配限界によって制限されるが、マルチモード取り出し及び／又は入射は、そのような光ファイバカプラを用いて、無視できる光損失で生じ得ることが見出された。
【0009】
より大きなマルチモード取り出し及び／又は透過率は、Ｇｏｄｂｏｕｔらによって記載される光ファイバカプラを使用して実現され得るが、そのような光ファイバカプラによって供給される光エテンデュの保存は、十分なものではなかった可能性がある。例えば、第１の光ファイバ上の融着領域の入口位置における光エテンデュが、第２の光ファイバ上の融着領域の出口位置における光エテンデュよりも大きい場合があり、それは第１及び第２の光ファイバが実際に異なる寸法及び／又は構造を有するためである。このような状況では、光損失が大きくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、理論上の等分配限界よりも大きいマルチモード取り出し及び／又は入射率を達成しながら、依然として満足のいく光損失を達成するのに役立ち得る光ファイバカプラを提供する方法を発見した。
【0011】
一態様では、光ファイバカプラが記載され、光ファイバカプラは、第１のテーパ部分が第１のテーパ方向に沿って漸進的に減少する寸法を備える第１の光ファイバと、第２のテーパ部分が第２のテーパ方向に沿って漸進的に減少する寸法を備える第２の光ファイバと、第１の光ファイバの第１のテーパ部分の少なくとも一部分が第２の光ファイバの第２のテーパ部分に光学的に結合される結合領域とを有する。第１のテーパ方向と第２のテーパ方向が互いに反対である場合、第１及び第２の光ファイバと、及び第１及び第２のテーパ部分との、所与のパラメータの下で、全体的なフォームファクタが結合領域に沿っていくらか保存されることが想定でき、これは次に光エテンデュの保存に寄与できる。しかしながら、本開示に記載された実施形態から理解されるように、フォームファクタは、所与の結合方向に沿って保存される必要がないが、それでも光エテンデュの保存に寄与する。
【0012】
本開示の第１の態様によると、光ファイバカプラが提供され、光ファイバカプラは、第１の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域、及び第１の光ファイバの第１の位置と第２の位置との間で長手方向に延びる第１のテーパ部分を有し、第１のテーパ部分が第１のテーパ方向に沿って第１の位置から第２の位置へ漸進的に減少する寸法を有する第１の光ファイバと、第２の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域、及び第２の光ファイバの第３の位置と第４の位置との間で長手方向に延びる第２のテーパ部分を有し、第２のテーパ部分が第２のテーパ方向に沿って第３の位置から第４の位置へ漸進的に減少する寸法を有する第２の光ファイバと、第１のテーパ部分の少なくとも一部分が第２のテーパ部分の少なくとも一部分に光学的に結合され、第１のテーパ方向が第２のテーパ方向と反対である結合領域とを含む。
【0013】
更に、本開示の第１の態様によると、第１の光ファイバは、例えば、少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバであり得て、その場合、第１の光ファイバの少なくとも１つの内側クラッドは、例えば、第１の光ファイバの長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能し得る。
【0014】
更に、本開示の第１の態様によると、第２の光ファイバは、例えば、少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバであり得て、その場合、第２の光ファイバの少なくとも１つの内側クラッドは、例えば、第２の光ファイバの長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能し得る。
【0015】
更に、本開示の第１の態様によると、第２の光ファイバは、例えば、マルチモードコアを有するマルチモード光ファイバであり得て、その場合、第２の光ファイバのマルチモードコアは、例えば、第２の光ファイバの長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能し得る。
【0016】
更に、本開示の第１の態様によると、第１の光ファイバは、例えば、マルチモードコアを有するマルチモード光ファイバであり得て、その場合、第１の光ファイバのマルチモードコアは、例えば、第１の光ファイバの長手方向に延びるマルチモードガイド領域として機能し得る。
【0017】
更に、本開示の第１の態様によると、光ファイバカプラは、例えば、第１及び第２の光ファイバのいずれか一方から第１及び第２の光ファイバの他方に、結合領域を横切って延びる結合方向を有し得て、ここで結合領域は、少なくとも結合方向に沿って維持されている光エテンデュを備える断面を有し、光エテンデュは、次の式、Ｇｉ＝πＳｉ（ＮＡｉ）２と同等の式で定義され、ここで、Ｇｉは、結合方向に沿った長手方向の位置ｉでの結合領域の光エテンデュを示し、Ｓｉは、長手方向の位置ｉでの結合領域の断面積を示し、ＮＡｉは、長手方向の位置ｉでの結合領域の開口数を示す。
【0018】
更に、本開示の第１の態様によると、光エテンデュは、例えば、結合方向に沿って増加し得る。
【0019】
更に、本開示の第１の態様によると、第１のテーパ部分の少なくとも一部分は、例えば、第２のテーパ部分の少なくとも一部分に熱的に融着され得る。
【0020】
更に、本開示の第１の態様によると、結合領域は、例えば、第２の光ファイバの第３の位置から第１の光ファイバの第１の位置まで延びるマルチモード入射方向、及び第１の光ファイバの第１の位置から第２の光ファイバの第３の位置まで延びるマルチモード取り出し方向を定義し得て、ここで結合領域は、実質的に完全に満たされたラウンチ条件を有するマルチモード信号の伝搬を、所与のマルチモード入射率でマルチモード入射方向に沿って、また所与のマルチモード取り出し率でマルチモード取り出し方向に沿っての両方で可能にするように構成される。
【0021】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１００％を超えることができる。
【0022】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１１０％を超えることができる。
【0023】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１２０％を超えることができる。
【0024】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１５０％を超えることができる。
【0025】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、５０％を超えることができる。
【0026】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、６０％を超えることができる。
【0027】
更に、本開示の第１の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、７０％を超えることができる。
【0028】
更に、本開示の第１の態様によると、結合領域は、例えば、所与のマルチモード入射率を妨げ、所与のマルチモード取り出し率の利益に帰するように構成され得る。
【0029】
本開示の第２の態様によると、光ファイバカプラが提供され、光ファイバカプラは、第１の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域、及び第１の光ファイバの第１の位置と第２の位置との間で長手方向に延びる第１のファイバ部分を有する第１の光ファイバと、第２の光ファイバであって、長手方向に延びるマルチモードガイド領域、及び第２の光ファイバの第３の位置と第４の位置との間で長手方向に延びる第２のファイバ部分を有する第２の光ファイバと、第１のファイバ部分の少なくとも一部分が第２のファイバ部分の少なくとも一部分に光学的に結合され、それによって第２の光ファイバの第３の位置から第１の光ファイバの第１の位置まで延びるマルチモード入射方向、及び第１の光ファイバの第１の位置から第２の光ファイバの第３の位置まで延びるマルチモード取り出し方向を定義する結合領域と、を含み、ここで、結合領域は、実質的に完全に満たされたラウンチ条件を有するマルチモード信号の伝搬を、所与のマルチモード入射率でマルチモード入射方向に沿って、また所与のマルチモード取り出し率でマルチモード取り出し方向に沿っての両方で可能にするように構成される。
【0030】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１００％を超えることができる。
【0031】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１１０％を超えることができる。
【0032】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１２０％を超えることができる。
【0033】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の合計は、例えば、１５０％を超えることができる。
【0034】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、５０％を超えることができる。
【0035】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、６０％を超えることができる。
【0036】
更に、本開示の第２の態様によると、所与のマルチモード入射率と所与のマルチモード取り出し率の両方は、例えば、７０％を超えることができる。
【0037】
更に、本開示の第２の態様によると、結合領域は、例えば、所与のマルチモード入射率を妨げ、所与のマルチモード取り出し率の利益に帰するように構成され得る。
【0038】
「テーパ部分」という表現は、光ファイバの所与の方向に沿って寸法が漸進的に減少する光ファイバの任意の部分を含むように広く解釈されることが意図される。減少する寸法の例には、光ファイバの断面、光ファイバの幅、光ファイバの厚さなどが含まれ得るが、これらに限定されない。したがって、本開示では、各テーパ部分は、寸法が漸進的に減少する方向であると定義される方向を有する。
【0039】
「ダウンテーパ部分」及び「アップテーパ部分」という表現を導入して、本開示のいくつかの特定のテーパ部分を指すことが便利であることが分かった。しかしながら、理解し得るように、ある視点からダウンテーパ部分と呼ばれるものは、別の視点からアップテーパ部分と呼ばれることもあり得る。しかしながら、本開示において、テーパ部分は、テーパ部分の寸法が左から右に延びる方向に減少するか増加するかに応じて、ダウンテーパ部分又はアップテーパ部分のいずれかで指定され得る。例えば、左から右に寸法が減少するテーパ部分は、ダウンテーパ部分と呼ばれ、左から右に寸法が増加するテーパ部分は、アップテーパ部分と呼ばれる。もちろん、そのような用語は、それが使用される文脈に応じて広く解釈されるべきである。
【0040】
本発明の改善に関する多くの更なる特徴及びそれらの組み合わせは、本開示の読後に、当業者には見えてくるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】１つ以上の実施形態による、光ファイバカプラの一例である。
【図2A】１つ以上の実施形態による、互いに平行である第１のマルチモード光ファイバと第２のマルチモード光ファイバの概略図であり、第１のマルチモード光ファイバのアップテーパ部分が第２のマルチモード光ファイバのダウンテーパ部分と長手方向に整列している。
【図2B】１つ以上の実施形態による、図２Ａの第１及び第２のマルチモード光ファイバを有する光ファイバカプラの一例の概略図であり、第１のマルチモード光ファイバのアップテーパ部分は、第２のマルチモード光ファイバのダウンテーパに光学的に結合している。
【図3A】１つ以上の実施形態による、互いに平行であるダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバの概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分がマルチモード光ファイバのダウンテーパ部分と長手方向に整列している。
【図3B】１つ以上の実施形態による、図３Ａのダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバを有する光ファイバカプラの一例の概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分は、マルチモード光ファイバのダウンテーパ部分に光学的に結合している。
【図4A】１つ以上の実施形態による、互いに平行であるダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバの概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分がマルチモード光ファイバのダウンテーパ部分と長手方向に整列しており、マルチモード光ファイバは、ダブルクラッド光ファイバのテーパ比よりも大きいテーパ比を有している。
【図4B】１つ以上の実施形態による、図４Ａのダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバを有する光ファイバカプラの一例の概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分は、マルチモード光ファイバのダウンテーパ部分に光学的に結合している。
【図5A】互いに平行であるダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバの概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分がマルチモード光ファイバのダウンテーパ部分と長手方向に整列しており、マルチモード光ファイバは、ダブルクラッド光ファイバの内側クラッドの寸法よりも大きい寸法を有するマルチモードコアを有している。
【図5B】１つ以上の実施形態による、図５Ａのダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバを有する光ファイバカプラの一例の概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分は、マルチモード光ファイバのダウンテーパ部分に光学的に結合している。
【図6A】１つ以上の実施形態による、互いに平行であるダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバの概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分がマルチモード光ファイバのダウンテーパ部分と長手方向に整列しており、それよりも長い。
【図6B】１つ以上の実施形態による、図６Ａのダブルクラッド光ファイバとマルチモード光ファイバを有する光ファイバカプラの一例の概略図であり、ダブルクラッド光ファイバのアップテーパ部分は、マルチモード光ファイバのダウンテーパ部分に光学的に結合している。
【図7A】１つ以上の実施形態による、互いに平行である第１のマルチモード光ファイバと第２のマルチモード光ファイバの概略図であり、第１及び第２のマルチモード光ファイバの外側クラッドが除去されたストリップ領域を示している。
【発明を実施するための形態】
【0042】
図１は、第１のポート１０２ａと第２のポート１０２ｂとの間に延びる第１の光ファイバ１０２、第３のポート１０４ａと第４のポート１０４ｂとの間に延びる第２の光ファイバ１０４、及び第１の光ファイバ１０２の少なくとも一部分が第２の光ファイバ１０４の少なくとも一部分に光学的に結合される結合領域１０６を有する光ファイバカプラ１００の一例を示す。
【0043】
特に、第１の光ファイバ１０２は、第１の光ファイバ１０２の第１の位置１０８ａと第２の位置１０８ｂとの間に長手方向に延びる第１のテーパ部分１０８を有する。第１のテーパ部分１０８は、第１の位置１０８ａから第２の位置１０８ｂまで、第１のテーパ方向１１２に沿って漸進的に減少する寸法１１０を有する。
【0044】
第２の光ファイバ１０４は、第２の光ファイバ１０４の第３の位置１１４ａと第４の位置１１４ｂとの間に長手方向に延びる第２のテーパ部分１１４を有する。第２のテーパ部分１１４は、第３の位置１１４ａから第４の位置１１４ｂまで、第２のテーパ方向１１８に沿って漸進的に減少する寸法１１６を有する。
【0045】
図を参照して以下に説明するように、結合領域１０６は、第１のテーパ部分１０８の少なくとも一部分が第２のテーパ部分１１４の少なくとも一部分に光学的に結合され、第１のテーパ方向１１２が第２のテーパ方向１１８と反対であるようにされる。
【0046】
この例では、第１の光ファイバ１０２の第１のテーパ部分１０８はアップテーパ部分であり、第２の光ファイバ１０４の第２のテーパ部分１１４はダウンテーパ部分であり、以下の段落では、アップテーパ１０８とダウンテーパ１１４と呼ぶ。
【0047】
しかしながら、理解されるように、いくつかの別の実施形態では、第１のテーパ部分１０８はダウンテーパ部分であり得て、一方、第２のテーパ部分１１４はアップテーパ部分であり得る。
【0048】
したがって、光ファイバカプラ１００の結合領域１０６は、第１の光ファイバ１０２と第２の光ファイバ１０４のいずれか一方に属するダウンテーパの少なくとも一部分を有し、その部分は第１の光ファイバ１０２と第２の光ファイバ１０４のうちの他方に属するアップテーパ部分の少なくとも一部分に光学的に結合されている。
【0049】
理解され得るように、実施形態に応じて、結合領域１０６は長さ１２０を有し得て、その長さは、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の長さよりも長い、等しい、又は短い。
【0050】
例えば、いくつかの実施形態では、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の一部のみが互いに光学的に結合され、したがって、結合領域１０６を、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の長さよりも短い長さにする。
【0051】
代替の実施形態では、結合領域１０６は、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の一方又は両方の端部を超え、これは結合領域１０６の長さを、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の長さよりも長くする。
【0052】
理解され得るように、実施形態に応じて、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４は、互いにより長く、等しく、又はより短くされ得る。
【0053】
また、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の初期直径と、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の最終直径は、実施形態に応じて互いにより大きく、等しく、又は小さくし得る。
【0054】
当業者はまた、アップ及びダウンテーパ部分１０８及び１１４の位置が、アップテーパの一部分のみがダウンテーパの一部分又は全体に接触するように、またその逆であるようにオフセットされ得ることを理解するであろう。
【0055】
いくつかの実施形態では、アップ及び／又はダウンテーパ部分はそれぞれ、１つ以上の平坦域、及び／又は山と谷を備える領域を有するテーパ部分をもたらす一連のテーパを有し得る。
【0056】
この例では、光結合１０６は、第１の光ファイバ１０２のアップテーパ部分１０８と第２の光ファイバ１０４のダウンテーパ部分１１４との間の密接な接触を含む。しかしながら、別のいくつかの実施形態では、光結合１０６は、第１の光ファイバ１０２のアップテーパ部分１０８を第２の光ファイバ１０４のダウンテーパ部分１１４に熱的に融着及び／又はテーパ化することによって得られる。
【0057】
第１及び第２の光ファイバ１０２及び１０４の両方は、少なくともマルチモード光信号を伝搬するように構成され、それらの間のマルチモード移行を可能にすることに留意されたい。したがって、第１及び第２の光ファイバ１０２及び１０４の両方は、外側クラッド１４２によって囲まれたそれぞれの長手方向に延びるマルチモードガイド領域１３２を有する。いくつかの実施形態では、外側クラッド１４２は、第１及び第２の光ファイバ１０２及び１０４の一方又は両方から部分的又は全体的に除去され得る。そのような外側クラッドの除去は、実施形態に応じて、テーパ化の前、又は後に実行され得る。
【0058】
例えば、いくつかの実施形態では、第１の光ファイバ１０２は、少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバである。これらの実施形態では、第１の光ファイバ１０２の内側クラッドは、第１の光ファイバ１０２の長手方向に延びるマルチモードガイド領域１３２として機能する。いくつかの別の実施形態では、第１の光ファイバ１０２は、マルチモードコアを有するマルチモード光ファイバである。これらの後者の実施形態では、第１の光ファイバ１０２のマルチモードコアは、第１の光ファイバ１０２の長手方向に延びるマルチモードガイド領域１３２として機能する。
【0059】
同じことが第２の光ファイバ１０４についても言える。同様に、いくつかの実施形態では、第２の光ファイバ１０４は、少なくとも１つの内側クラッドによって囲まれたコアを有するマルチクラッド光ファイバである。これらの実施形態では、第２の光ファイバ１０４の内側クラッドは、第２の光ファイバ１０４の長手方向に延びるマルチモードガイド領域１３２として機能する。いくつかの他の実施形態では、第２の光ファイバ１０４は、マルチモードコアを有するマルチモード光ファイバである。これらの後者の実施形態では、第２の光ファイバ１０４のマルチモードコアは、第２の光ファイバ１０４の長手方向に延びるマルチモードガイド領域１３２として機能する。
【0060】
マルチモード移行比は、第１のポート１０２ａから第４のポート１０４ｂに（又はその逆に）、あるいは第２のポート１０２ｂから第３のポート１０４ａに（又はその逆に）、マルチモード信号の初期強度を超えて伝送されるマルチモード信号の強度の比として定義され得ることに留意されたい。マルチモード移行は、一般に、マルチモード信号が第２のポート１０２ｂから第３のポート１０４ａに取り出し方向１２２に沿って（又は同等に、第１の位置１０８ａから第３の位置１１４ａに）取り出されるマルチモード取り出し、及びマルチモード信号が、第３のポート１０４ａから第２のポート１０２ｂに入射方向１２４に沿って（又は同等に、第３の位置１１４ａから第１の位置１０８ａに）入射されるマルチモード入射を包含する。
【0061】
この例では、取り出し及び入射方向１２２及び１２４などの結合方向は、第１及び第２の光ファイバ１０２及び１０４のいずれか一方から第１及び第２の光ファイバ１０２及び１０４の他方へ、結合領域１０６をわたって延びるように定義され得る。したがって、光ファイバカプラ１００は、結合領域１０６が、少なくとも１つ以上の可能な結合方向に沿って維持される光エテンデュを備える断面を有するように設計されることが簡便であると見出された。
【0062】
光エテンデュは、以下の式と同等の式によって定義される。
【0063】
Ｇｉ＝πＳｉ（ＮＡｉ）２
【0064】
ここで、Ｇｉは、結合方向に沿った長手方向の位置ｉでの結合領域１０６の光エテンデュを示し、Ｓｉは、長手方向の位置ｉでの結合領域１０６の断面積を示し、ＮＡｉは、長手方向の位置ｉでの結合領域１０６の開口数を示す。
【0065】
例えば、特定の実施形態では、取り出し方向１２２方向に沿った第１の長手方向の位置での結合領域１０６の光エテンデュＧ１は、取り出し方向１２２に沿った第１の長手方向の位置から長手方向に離間される第２の長手方向の位置での結合領域１０６の光エテンデュＧ２と同様である。
【0066】
このようにして、上記のように、第１の光ファイバ１０２から第２の光ファイバ１０４への取り出し方向１２２に沿って伝搬するマルチモード光信号が経験し得る光損失は、既存の光ファイバカプラで経験し得る同様のマルチモード光信号と比較して満足のいくレベルに保持され得る。
【0067】
いくつかの実施形態では、以下に詳述するように、光エテンデュは維持されるのみでなく、取り出し方向１２２又は入射方向１２４のいずれかに沿って増加される。
【0068】
光エテンデュが、取り出し及び入射方向１２２及び１２４の一方又は両方に沿って、保存されるか、又は最小の影響であるため、光ファイバカプラ１００は、第１及び第２のマルチモード光ファイバ１０２及び１０４の開口数の比よりも低いテーパ化比によって制限されず、これはＧｏｎｔｈｉｅｒらによって米国特許出願公開第２０１０／０１８３２６１号で以前に推論された。
【0069】
このような制限は、光エテンデュ方程式と保存則を用いて実証され得る。システムの光エテンデュとシステム内で光を伝搬する光エテンデュを区別することが、便宜上、第１である。システムの光エテンデュは、構造によって支持される最大の光エテンデュとして定義される。光ファイバについて、光エテンデュは開口数（ＮＡ）に関連し、開口数はその光ファイバの屈折率に基づき計算され得る。一方、光の伝搬について、光エテンデュは、本明細書でＬＮＡと呼ばれるラウンチされた（又はそうでなければ励起された）開口数に関連する。したがって、表面積Ｓの光ファイバ内では、ＬＮＡ≦ＮＡであることが理解される。ＬＮＡ＝ＮＡのラウンチ条件では、構造は完全に満たされていると言われる。更に可変の光エテンデュを有する構造を想起することもでき、それは増加し、その後、元の値に減少し得て、ＬＮＡが維持されている限り、損失はない。
【0070】
非テーパ化領域に光エテンデュＧ１と、テーパ化領域に光エテンデュＧ１Ｔを有する第１のテーパ化光ファイバの場合、保存則では、Ｇ１はＧ１Ｔ以下でなければならないことが記述される。したがって、本明細書でＬＮＡ１Ｔと呼ばれるテーパ化領域のＬＮＡは、テーパ比ＩＴＲに比例して増加し得て、以下の式によって示される。
【0071】
【数1】
【0072】
Ｇ１＝πＳ１（ＮＡ１）２とＧ１Ｔ＝πＳ１Ｔ（ＬＮＡ１Ｔ）２を用いて、式（１）は次のようになり得る。
【0073】
【数2】
【0074】
テーパ化比定義、
を用いて、式（２）は次のようになり得る。
【数3】
【0075】
【数4】
【0076】
第１の光ファイバからの光を第２の光ファイバへ損失なしに伝送するために、第２の光ファイバは、第１の光ファイバのすべてのモードの伝搬を可能にする必要がある。特に、結合領域の開口数に直接関連する光ファイバによって支持されるモードでは、第１の光ファイバの開口数は、好ましくは、第２のファイバの開口数以下である必要がある。したがって、第１のファイバがテーパ化光ファイバである場合、テーパ化領域のラウンチされた開口数ＬＮＡ１ｔは、好ましくは第２のファイバの開口数ＮＡ２以下である必要がある。この制限に従って、本発明者らは、テーパ化比ＩＴＲ１→１Ｔが、好ましくは、第１の開口数ＮＡ１の、第２のファイバの開口数ＮＡ２に対する比率以上であるべきことを示し、以下に示す。
【0077】
【数5】
【0078】
したがって、既存の光ファイバカプラを用いて得られる比率を超えるマルチモード取り出し及び／又は入射比を達成することが可能である。以下に提示される実施例１は、第１及び第２のマルチモード光ファイバの開口数の比率よりも低いテーパ化比によって制限されない光ファイバカプラの一実施形態を示す。
【0079】
実施例１
図２Ａは、それぞれ対応するダウンテーパ部分及びアップテーパ部分を有する第１のマルチモード光ファイバ２０２及び第２のマルチモード光ファイバ２０４を示す。示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４は、光結合の前に配置されることが想定されるように示され、この場合では熱融着を含んでいる。
図２Ａは、それぞれ対応するダウンテーパ部分及びアップテーパ部分を有する第１のマルチモード光ファイバ２０２及び第２のマルチモード光ファイバ２０４を示す。示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４は、光結合の前に配置されることが想定されるように示され、この場合では熱融着を含んでいる。
【0080】
特に、この実施形態に示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４は、互いに平行であり、第１のマルチモード光ファイバ２０２のアップテーパ部分２０８は、第２のマルチモード光ファイバ２０４のダウンテーパ部分２１４と長手方向に位置合わせされている。
【0081】
この特定の実施形態では、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４は、１２５μｍの全直径及び１０５μｍのマルチモードコア直径を有し、ＮＡは０．２２である。第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４のそれぞれのダウン及びアップテーパ部分は、それらの初期直径ｄ１及びｄ２の３０％でテーパ化される。
【0082】
図２Ｂは、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４を有する光ファイバカプラ２００の一例を示す。示されるように、光ファイバカプラ２００は、結合領域２０６を有し、そこでは第１のマルチモード光ファイバ２０２のアップテーパ部分２０８が第２のマルチモード光ファイバ２０４のダウンテーパ２１４に熱的に融着される。融着に続いて、図示しないが、結合領域２０６の追加のテーパ化を用いて、一方のマルチモード光ファイバから他方のマルチモード光ファイバへのモード移行を促進してもよい。
【0083】
この実施形態に示されるように、結合領域２０６は、第１のマルチモード光ファイバ２０２のアップテーパ部分２０８と第２のマルチモード光ファイバ２０４のダウンテーパ部分２１４との長さにわたって延びる。
【0084】
光ファイバカプラ２００は、光ファイバカプラ２００の第２のポート２０２ｂから第３のポート２０４ａに延びる取り出し方向２２２において８４％のマルチモード取り出し率と、光ファイバカプラ２００の第３のポート２０４ａから第２のポート２０２ｂに延びる入射方向２２４において８４％のマルチモード入射率を示すことが判明された。光ファイバカプラ２００の過剰損失は、取り出し方向及び入射方向２２２及び２２４の両方において、７％未満であることが見出された。
【0085】
既存の技術に基づいて製造された２つの同一であるが非テーパ化マルチモード光ファイバで作られた光ファイバカプラは、１つの結合方向のみでマルチモード取り出し率の４３％に制限され、非テーパ化マルチモード光ファイバでは１６％の過剰損失があることが判明した。２つの同一のマルチモード光ファイバで作られた光ファイバカプラの場合、マルチモード光ファイバの一方のダウンテーパ部分が、マルチモード光ファイバの他方の非テーパ化部分に光学的に結合され、１つの結合方向のみにおいてマルチモード取り出し率の５９％しか達成されず、３５％の過剰損失を有した。したがって、本発明者らは、そのような結果は、本明細書に記載の光ファイバカプラ２００が、より高いマルチモード取り出し及び／又は入射率を、効率的なマルチモード双方向性を可能にすることに加えて達成し得ることを実証すると考えている。
【0086】
図２Ｂの下部は、第１及び第２のマルチモード光ファイバ２０２及び２０４の断面を、結合領域２０６に沿った複数の長手方向の位置で示す。結合領域２０６の取り出し及び入射方向２２２及び２２４に沿って、光エテンデュが実質的に維持され、したがって、上記のように光損失の低減に寄与することを理解する必要がある。
【0087】
実施例２
図３Ａは、それぞれ対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるように示される。
図３Ａは、それぞれ対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるように示される。
【0088】
特に、この実施形態では、ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４は、互いに平行であり、ダブルクラッド光ファイバ３０２のアップテーパ部分３０８は、マルチモード光ファイバ３０４のダウンテーパ部分３１４と長手方向に位置合わせされている。
【0089】
この特定の例では、ダブルクラッド光ファイバ３０２は、１２５μｍの全直径、１０５μｍの内側クラッド直径、及び９μｍのコア直径を有し、ＮＡは０．１２／０．２である。マルチモード光ファイバ３０４は、１２５μｍの全直径と、１０５μｍのマルチモードコア直径を有し、ＮＡは０．２２である。ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４は両方ともに、それらの初期寸法ｄ１及びｄ２の３５％に事前テーパ化される。
【0090】
図３Ｂは、ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４を有する光ファイバカプラ３００の一例を示し、ダブルクラッド光ファイバ３０２のアップテーパ部分３０８は、マルチモード光ファイバ３０４のダウンテーパ部分３１４に熱的に融着されている。
【0091】
先行の例のように、結合領域３０６は、アップテーパ部分３０８及びダウンテーパ部分３１４の長さにわたって延びる長さを有する。
【0092】
光ファイバカプラ３００は、７７％のマルチモード取り出し率を示すことが判明され、これは、ダブルクラッド光ファイバ３０２の内側クラッド３３０から伝搬されたマルチモード信号の７７％が、マルチモード光ファイバ３０４のマルチモードコア３３２に取り出され、過剰損失が４％であることを意味する。一方、光ファイバカプラ３００は６５％のマルチモード入射率を有し、これは、マルチモード光ファイバ３０４のマルチモードコア３３２から伝搬されたマルチモード信号の６５％が、ダブルクラッド光ファイバ３０２の内側クラッド３３０に入射され、過剰損失が２０％であることを意味する。また、ダブルクラッド光ファイバ３０２のコア３３４に沿って伝搬するシングルモード信号は、光ファイバカプラ３００の第１のポート３０２ａから第２のポート３０２ｂへ、又は第２のポート３０２ｂから第１のポート３０２ａへ、０．５ｄＢの損失のみ経験することが判明された。
【0093】
図３Ｂの下部は、ダブルクラッド光ファイバ３０２及びマルチモード光ファイバ３０４の断面を、結合領域３０６とそれを越えて沿う、複数の長手方向の位置で示す。結合領域３０６の取り出し及び入射方向３２２及び３２４に沿って、光エテンデュが実質的に維持され、したがって、上記のように光損失の低減に寄与することが理解される。
【0094】
実施例３
図４Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
図４Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
【0095】
この例では、ダブルクラッド光ファイバ４０２のアップテーパ部分４０８は、マルチモード光ファイバ４０４のダウンテーパ部分４１４と長手方向に位置合わせされている。
【0096】
特に、ダブルクラッド光ファイバ４０２は、全直径が１２５μｍ、内側クラッド直径が１０５μｍ、及びコア直径が９μｍであり、ＮＡが０．１２／０．２である。マルチモード光ファイバ４０４は、全直径が１２５μｍ、マルチモードコア直径が１０５μｍであり、ＮＡは０．１５である。
【0097】
この例に示されるように、マルチモード光ファイバ４０４は、ダブルクラッド光ファイバ４０２のテーパ化比よりも大きいテーパ化比を有する。したがって、ダブルクラッド光ファイバ４０２は、元の寸法ｄ１の３６．７％までテーパ化され、マルチモード光ファイバ４０４は、元の寸法ｄ２の１７．５％までテーパ化される。
【0098】
図４Ｂは、ダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４を有する光ファイバカプラ４００の一例を示し、ダブルクラッド光ファイバ４０２のアップテーパ部分４０８は、マルチモード光ファイバ４０４のダウンテーパ部分４１４に熱的に融着されている。
【0099】
光ファイバカプラ４００は、６２．６％のマルチモード取り出し率を示すことが判明され、これは、ダブルクラッド光ファイバ４０２の内側クラッド４３０から伝搬されたマルチモード信号の６２．６％が、マルチモード光ファイバ４０４のマルチモードコア４３２に取り出され、過剰損失が２０％であることを意味し、一方、８６％のマルチモード入射率を供給し、これは、マルチモード光ファイバ４０４のマルチモードコア４３２から伝搬されたマルチモード信号の８６％が、ダブルクラッド光ファイバ４０２の内側クラッド４３０に入射され、過剰損失が４％であることを意味する。また、ダブルクラッド光ファイバ４０２のコア４３４に沿って伝搬するシングルモード信号は、光ファイバカプラ４００の第１のポート４０２ａから第２のポート４０２ｂへ、及びその逆へ、０．５ｄＢの損失のみ経験し得ることが判明された。
【0100】
図４Ｂもまた、ダブルクラッド光ファイバ４０２及びマルチモード光ファイバ４０４の断面を、結合領域４０６とそれを越えて沿う複数の長手方向の位置で示す。光エテンデュは取り出し及び入射方向４２２及び４２４のいずれか一方に沿って実質的に維持され、したがって、上記のように光損失の低減に寄与することが理解される。
【0101】
実施例４
図５Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ５０２及びマルチモード光ファイバ５０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ５０２及びマルチモード光ファイバ５０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
図５Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ５０２及びマルチモード光ファイバ５０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ５０２及びマルチモード光ファイバ５０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
【0102】
この例では、ダブルクラッド光ファイバ５０２とマルチモード光ファイバ５０４は互いに平行であり、ダブルクラッド光ファイバ５０２のアップテーパ部分５０８は、マルチモード光ファイバ５０４のダウンテーパ部分５１４と長手方向に位置合わせされている。
【0103】
この特定の例では、ダブルクラッド光ファイバ５０２は、全直径が１２５μｍ、内側クラッド直径が１０５μｍ、コア直径が９μｍであり、ＮＡが０．１２／０．２である。マルチモード光ファイバ５０４は、全直径が２２０μｍ、マルチモードコア直径が２００μｍであり、ＮＡは０．２２である。ダブルクラッド光ファイバ５０２とマルチモード光ファイバ５０４の両方は、元の寸法ｄ１とｄ２の３６．７％まで事前テーパ化される。
【0104】
図５Ｂは、ダブルクラッド光ファイバ５０２及びマルチモード光ファイバ５０４を有する光ファイバカプラ５００の一例を示し、ダブルクラッド光ファイバ５０２のアップテーパ部分５０８は、マルチモード光ファイバ５０４のダウンテーパ部分５１４に熱的に融着されている。
【0105】
光ファイバカプラ５００は、８５％のマルチモード取り出し率を示すことが判明され、これは、ダブルクラッド光ファイバ５０２の内側クラッド５３０から伝搬されたマルチモード信号の８５％が、マルチモード光ファイバ５０４のマルチモードコア５３２に取り出され、過剰損失が１％未満であることを意味する。また、光ファイバカプラ５００は、２２％のマルチモード入射率を有し、これは、マルチモード光ファイバ５０４から伝搬されたマルチモード信号の２２％が、ダブルクラッド光ファイバ５０２の内側クラッド５３０に入射され、過剰損失が５０％であることを意味する。また、ダブルクラッド光ファイバ５０２のコア５３４に沿って伝搬するシングルモード信号は、光ファイバカプラ５００の第１のポート５０２ａから第２のポート５０２ｂへ、及びその逆へ、０．５ｄＢの損失のみ経験し得ることが判明された。
【0106】
既存の技術に基づいて製造された類似するが非テーパ化光ファイバで作製された光ファイバカプラは、７２％のマルチモード取り出し率を、６％の過剰損失で実現でき、一方、１４％のマルチモード入射率を、１５％未満の過剰損失で実現できることが判明され、再び、この例の光ファイバカプラの性能が支持される。
【0107】
図５Ｂは、光ファイバ５０２及び５０４の断面を、結合領域５０６とそれを越えて沿う複数の長手方向の位置で示す。この例では、結合領域５０６の光エテンデュが挿入方向５２４に沿って増加し、これにより、光ファイバカプラ５００のマルチモード双方向性が低下する可能性があることが理解される。
【0108】
以下で議論されるように、本明細書に提示される光ファイバカプラは、生物医学的ファイバベースの画像化及び／又は検知システムにおいて特に有用であることが判明された。例えば、光ファイバカプラは、内視鏡検査、光干渉断層法、蛍光画像化、拡散光学分光法、ラマン分光法、共焦点顕微鏡検査、共焦点内視鏡検査、レーザ凝固、レーザ切除、又はそれらの任意の組み合わせで便利に使用され得る。
【0109】
実施例５
図６Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
図６Ａは、それぞれが対応するダウン及びアップテーパ部分を有するダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４を示す。図示のように、ダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４は、それらが光結合の前に配置されることが想定されるよう示される。
【0110】
この例では、ダブルクラッド光ファイバ６０２のアップテーパ部分６０８は、マルチモード光ファイバ６０４のダウンテーパ部分６１４に対して長手方向にオフセットされる。図示のように、アップテーパ部分６０８は、 この例では、ダウンテーパ部分６１４よりも長い。
【0111】
特に、ダブルクラッド光ファイバ６０２は、全直径が１２５μｍ、内側クラッド直径が１０２μｍ、コア直径が４μｍであり、ＮＡが０．１９／０．２４である。マルチモード光ファイバ６０４は、全直径が１２５μｍ、マルチモードコア直径が１０５μｍであり、ＮＡは０．２２である。
【0112】
この例に示すように、マルチモード光ファイバ６０４は、ダブルクラッド光ファイバ６０２のテーパ化比よりも大きいテーパ化比を有する。したがって、ダブルクラッド光ファイバ６０２は、元の寸法ｄ１の４８％までテーパ化されるが、マルチモード光ファイバ６０４は、元の寸法ｄ２の１７．５％にテーパ化される。
【0113】
図６Ｂは、ダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４を有する光ファイバカプラ６００の一例を示し、ダブルクラッド光ファイバ６０２のアップテーパ部分６０８は、マルチモード光ファイバ６０４のダウンテーパ部分６１４に熱的に融着されている。
【0114】
光ファイバカプラ６００は、実施例３を参照して説明した光ファイバカプラ４００の光学的特性と同様のマルチモード光学的特性を示すことが判明された。しかしながら、ダブルクラッド光ファイバ６０２のシングルモード断熱感度のために、ダブルクラッド光ファイバ６０２のアップテーパ部分６０８は、より滑らかである必要が有り、これは長さおよびテーパ化比を増加させることによって達成された。
【0115】
図６Ｂはまた、ダブルクラッド光ファイバ６０２及びマルチモード光ファイバ６０４の断面を、結合領域６０６とそれを越えて沿う複数の長手方向の位置で示す。光エテンデュが取り出し及び入射方向６２２及び６２４のいずれか一方に沿って実質的に維持され、これにより、上記のように光損失の減少に寄与することが理解される。
【0116】
実施例６
図７Ａは、第１のマルチモード光ファイバ７０２及び第２のマルチモード光ファイバ７０４を示し、それぞれ対応するダウン及びアップテーパ部分を有している。示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４はそれぞれストリップ領域７４６を有し、そこではそれらの外側クラッド７４２及び７４４がダウン及びアップテーパ部分の前で除去される。第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４は、光結合の前に配置されることが想定されるように示され、この場合、熱的に融着することを含む。図示のように、第１のマルチモード光ファイバ７０２のダウンテーパ部分は、第２のマルチモード光ファイバ７０４のストリップされた部分に隣接し、一方、第２のマルチモード光ファイバ７０４のアップテーパ部分は、第１のマルチモード光ファイバ７０２のストリップされた部分に隣接する。
図７Ａは、第１のマルチモード光ファイバ７０２及び第２のマルチモード光ファイバ７０４を示し、それぞれ対応するダウン及びアップテーパ部分を有している。示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４はそれぞれストリップ領域７４６を有し、そこではそれらの外側クラッド７４２及び７４４がダウン及びアップテーパ部分の前で除去される。第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４は、光結合の前に配置されることが想定されるように示され、この場合、熱的に融着することを含む。図示のように、第１のマルチモード光ファイバ７０２のダウンテーパ部分は、第２のマルチモード光ファイバ７０４のストリップされた部分に隣接し、一方、第２のマルチモード光ファイバ７０４のアップテーパ部分は、第１のマルチモード光ファイバ７０２のストリップされた部分に隣接する。
【0117】
特に、この実施形態に示されるように、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４は、互いに平行であり、第１のマルチモード光ファイバ７０２のアップテーパ部分７０８が、第２のマルチモード光ファイバ７０４のダウンテーパ部分７１４と長手方向に位置合わせされている。
【0118】
この特定の例では、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４は、全直径が１２５μｍ、及びマルチモードコア直径が１０５μｍであり、ＮＡが０．２２である。外側クラッド７４２及び７４４の部分は、ストリップ領域７４６内で除去されるため、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４は、この領域において１０５μｍの初期直径を有する。第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４のそれぞれのダウン及びアップテーパ部分は、それらの初期直径ｄ１及びｄ２の３０％でテーパ化される。
【0119】
図７Ｂは、第１及び第２のマルチモード光ファイバ７０２及び７０４を有する光ファイバカプラ７００の一例を示す。示されるように、光ファイバカプラ７００は結合領域７０６を有し、そこでは第１のマルチモード光ファイバ７０２のアップテーパ部分７０８が第２のマルチモード光ファイバ７０４のダウンテーパ７１４に熱的に融着される。融着に続いて、結合領域７０６の追加のテーパ化を実行し（図示せず）、一方のマルチモード光ファイバから他方のマルチモード光ファイバへのモード移行を促進してもよい。
【0120】
この実施形態に示されるように、結合領域７０６は、第１のマルチモード光ファイバ７０２のアップテーパ部分７０８及び第２のマルチモード光ファイバ７０４のダウンテーパ部分７１４の長さにわたって延びる。
【0121】
上記の例を考慮して、本発明者らは、そのような光ファイバカプラが、実施形態に応じて良好な性能を示し得ることを見出した。例えば、光ファイバカプラは、いくつかの実施形態において、マルチモード入射率とマルチモード取り出し率の合計が１００％を超える、好ましくは１１０％を超える、より好ましくは１２０％を超える、最も好ましくは１５０％を超え得るように設計され得る。更に、代替の実施形態では、光ファイバカプラは、マルチモード入射率とマルチモード取り出し率の両方が５０％を超える、好ましくは６０％を超える、最も好ましくは７０％を超えるように設計され得る。実施形態又は意図される用途に応じて、結合領域は、マルチモード入射率を妨げ、所与のマルチモード取り出し率の利益となるように、又はその逆に構成され得ることが理解される。
【0122】
以下は、上記の光ファイバカプラの１つ以上を有利に使用することができる例示的な用途を提示する。以下の用途は単なる例であり、本開示による光ファイバカプラは別の用途にも使用できることを意図している。
【0123】
適用例１
図８は、レーザマーキングシステム８５２及び光干渉断層計（ＯＣＴ）監視システム８５４の両方を組み込んだ例示的なシステム８５０を示す。図示されたシステム８５０は、胃内視鏡検査又は結腸内視鏡検査などの腔内内視鏡検査に適した臨床システムであり、生体内での熱効果のリアルタイム監視を可能にする。
図８は、レーザマーキングシステム８５２及び光干渉断層計（ＯＣＴ）監視システム８５４の両方を組み込んだ例示的なシステム８５０を示す。図示されたシステム８５０は、胃内視鏡検査又は結腸内視鏡検査などの腔内内視鏡検査に適した臨床システムであり、生体内での熱効果のリアルタイム監視を可能にする。
【0124】
示されるように、システム８５０は、図４Ｂを参照して説明及び図示された光ファイバカプラ４００に対応する光ファイバカプラを有する。この例では、光ファイバカプラ４００を使用して、マルチモード信号を、マルチモード光ファイバ４０４からダブルクラッド光ファイバ４０２の内側クラッドに効率的に入射する。
【0125】
示すように、ＯＣＴ監視システム８５４は、例えば、波長掃引レーザ、シングルモードファイバーベース干渉計、及び検出モジュールを有し得る。シングルモードサンプルアームファイバ８５６は、光ファイバカプラ４００のポート１に接続（例えば、接合）され、ＯＣＴ信号をサンプル８５８まで伝搬する。光ファイバカプラ４００のポート２は、長手方向の並進ステージ８６２上にセットアップされた光ファイバ回転ジョイント（ＦＯＲＪ）８６０に接続され、光ファイバプローブの螺旋状走査を可能にする。代替的に、マイクロモータが遠位で使用され得る。サンプル８５８からの後方散乱光は、ダブルクラッド光ファイバ４０４のシングルモードコアによって回収され、光ファイバカプラ４００を通って伝搬し、検出のためにＯＣＴ監視システム８５４に戻る。したがって、光ファイバカプラ４００の最小のシングルモード損失は、高感度ＯＣＴ画像化にとって重要である。
【0126】
マーキングレーザが、ダブルクラッド光ファイバ４０４の内側クラッドへ、ロバストで効率的に結合することを可能にするために、光ファイバカプラ４００が使用される。これにより、臨床的に互換性のあるセットアップが可能になり、自由空間光通信を使用する必要がなくなり、自由空間光通信は損失が大きく、煩雑で、少なくとも一部の状況でミスアライメントが生じ易い場合がある。
【0127】
ＯＣＴ監視システム８５４及びレーザマーキングシステム８５２は、トリガ及び信号取得のためにＡ／Ｄボード８６４とインタフェースされる。Ａ／Ｄボード８６４はまた、当業者が理解し得るように、モータ制御を実行できる。
【0128】
適用例２
図９は、一実施形態による、分光法のＯＣＴシステム９５０の一例を示す。図示の光ファイバカプラは、シングルファイバ照明及び分光信号の検出を可能にするために双方向マルチモードカプラとして使用される図３Ｂの光ファイバカプラ３００に対応する。この例に示されるように、分光法のＯＣＴシステム９５０のファイバ出力９５６は、ダブルクラッドファイバカプラ３００のポート１に直接接合される。ポート２は、画像化又は検知光学系とのインタフェースに使用される。このような光学系は、マイクロミラーに取り付けられたプリズム、プリズムとＧＲＩＮレンズアセンブリ、又は用途に応じて別のもので構成され得る。サンプル９５８によって逆反射されたＯＣＴ信号は、ダブルクラッド光ファイバ３０２のファイバコアによって回収され、分光法のＯＣＴシステム９５０の検出モジュール９７０に送信される。
図９は、一実施形態による、分光法のＯＣＴシステム９５０の一例を示す。図示の光ファイバカプラは、シングルファイバ照明及び分光信号の検出を可能にするために双方向マルチモードカプラとして使用される図３Ｂの光ファイバカプラ３００に対応する。この例に示されるように、分光法のＯＣＴシステム９５０のファイバ出力９５６は、ダブルクラッドファイバカプラ３００のポート１に直接接合される。ポート２は、画像化又は検知光学系とのインタフェースに使用される。このような光学系は、マイクロミラーに取り付けられたプリズム、プリズムとＧＲＩＮレンズアセンブリ、又は用途に応じて別のもので構成され得る。サンプル９５８によって逆反射されたＯＣＴ信号は、ダブルクラッド光ファイバ３０２のファイバコアによって回収され、分光法のＯＣＴシステム９５０の検出モジュール９７０に送信される。
【0129】
この例では、広帯域可視光源９７２からの光は、自由空間光通信（例えば、ビームスプリッタ９７４及びレンズ／対物レンズ９７６）を使用してポート３でマルチモード光ファイバ３０４に結合され、光ファイバカプラ３００のダブルクラッド光ファイバ３０２の内側クラッド内に入射される。サンプル９５８によって後方散乱され、内側クラッドによって収集された可視光は、光ファイバカプラ３００を通過し、ポート３に伝送される。ビームスプリッタ９７４を用いて、検出モジュール９７０に信号を反射し、それはこの例では分光計の形で設けられる。
【0130】
理解され得るように、この実施形態は、必要に応じて、ＯＣＴを拡散分光法、白色光分光法又はハイパースペクトル画像化と組み合わせるために使用し得る。
【0131】
適用例３
図１０は、図９に示されているものと同様のシステム１０５０を示すが、照明及び検出信号を結合／分離するために使用される自由空間光通信は、広帯域マルチモードサーキュレータ（ＷＭＣ）１０８０に置換される。ＷＭＣ１０８０は、光源１０７２から光ファイバカプラ３００に光を効率的に透過し、光を光ファイバカプラ３００から検出モジュール１０７０に向けて効率的に伝送する。このセットアップにより、ＯＣＴと分光法を組み合わせたロバストな全ファイバ型ソリューションが可能になる。
図１０は、図９に示されているものと同様のシステム１０５０を示すが、照明及び検出信号を結合／分離するために使用される自由空間光通信は、広帯域マルチモードサーキュレータ（ＷＭＣ）１０８０に置換される。ＷＭＣ１０８０は、光源１０７２から光ファイバカプラ３００に光を効率的に透過し、光を光ファイバカプラ３００から検出モジュール１０７０に向けて効率的に伝送する。このセットアップにより、ＯＣＴと分光法を組み合わせたロバストな全ファイバ型ソリューションが可能になる。
【0132】
理解され得るように、上記で説明され、図示された例は、例示のみを意図する。例えば、図を参照して記載された光ファイバカプラは、互いに結合された２つの光ファイバを有し、その結果、４つの別個の光ポートをもたらすが、本明細書に記載された光ファイバカプラは、１つ以上の別の光ファイバカプラに統合され得て、又は１つ以上の別のマルチモード光ファイバ若しくはマルチクラッド光ファイバに光学的に結合され得て、その結果、４つ以上の別個の光ポートをもたらし得る。したがって、本明細書に記載の光ファイバカプラは、互いに光学的に結合されている２つの光ファイバのみに限定されない。更に、本開示で記載される光ファイバカプラは、光検出及び測距（又はライダー）、シングルモード及びマルチモードベースの電気通信、ガス検知、分光法などの非生物医学分野で使用され得る。範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】