CN104422988B - 光连接元件及其制造方法以及光连接元件制造用模具容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使多芯光纤与单模光纤高效地光耦合的光连接元件及其制造方法以及光连接元件制造用模具容器。一种光连接元件，其用于将N个在低折射率的包层中具有一个高折射率的芯的单模光纤以该单模光纤的芯与多芯光纤的芯光耦合的方式连接于在低折射率的包层中具有N个(其中，N为3～14的整数)高折射率的芯的上述多芯光纤，其中，该光连接元件包括：柱状的石英玻璃构件，其具有与上述多芯光纤接触的第1端面和与上述单模光纤接触的第2端面；以及N个玻璃光纤，其在该石英玻璃构件中以从上述第1端面延伸至上述第2端面的方式进行配置，并由高折射率的外径恒定的圆形杆和包围该圆形杆的外周的厚度恒定的低折射率材料构成。

Description

光连接元件及其制造方法以及光连接元件制造用模具容器
技术领域
本发明涉及使具有多个芯的多芯光纤与多条单模光纤光耦合的光连接元件及其制造方法以及光连接元件制造用模具容器。
背景技术
以往，光纤使用了在低折射率的包层内的中心具有一个折射率较高的芯的结构。可是，最近，在包层内具有多个折射率较高的芯的、所谓多芯光纤由于能够期待大容量的信息传输、高速传输而受到关注。另外，多芯光纤的结构自身并不是新的。
如图34和图35所示，多芯光纤50是在包层51内配置有多个高折射率的芯52(芯径：10μm左右)而构成的。多芯光纤50在其中所具有的芯数越多，越能够一次性传输大容量的信息。但是，多芯光纤50的外径最大也只有300μm左右，若考虑到芯52的直径、以及用于防止芯52之间的干扰所需的芯间隔等，则配置在包层51内的芯数为4个～7个，多则19个左右。
多芯光纤50内的芯彼此的间隔设定为在芯内传输的光信号不相互干扰的程度的40μm～50μm，与此相对应地多芯光纤50的外径设定为120μm～180μm(在图34和图35中，示出芯52的外径为120μm和160μm、芯52的间隔为40μm的例子。)。为了使用这样的多芯光纤50进行信息传输，在上述多芯光纤50内的多个芯52上分别连接单模光纤53。而且，必须利用受光器经由单模光纤53接收在多芯光纤50的各个芯52内传输来的光信息，或者将来自多个光发送器的各个光信号经由单模光纤53送入多芯光纤50的各个芯52内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-286548号公报
专利文献2：日本特开2010-286661号公报
专利文献3：日本特开2010-286718号公报
发明内容
发明要解决的问题
单模光纤53的外径通常为125μm，芯54的直径为10μm。因此，若为了使上述单模光纤53的芯54光耦合于位于上述多芯光纤50的截面内的各个芯52的方式使单模光纤53配置于多芯光纤50的端面，则上述单模光纤53大部分超出该端面，在多芯光纤50的各个芯52与单模光纤53之间难以获得良好的光耦合。
因此，提出了一种将通过蚀刻切削单模光纤53的顶端而变细为40μm～50μm左右的极细径的光纤连接于多芯光纤50的各个芯52的方法。但是，在上述方法中，由于单模光纤53的顶端为极其细径，因此存在处理较难、机械性较脆、用于光耦合的位置对准较难这样的很多问题。
本发明要解决的问题在于提供能够解决上述以往的问题的多芯光纤与单模光纤之间的光连接元件及其制造方法以及光连接元件制造用模具容器。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而做成的本发明的光连接元件，用于将N个在低折射率的包层中具有一个高折射率的芯的单模光纤以该单模光纤的芯与多芯光纤的芯光耦合的方式连接于在低折射率的包层中具有N个(其中，N为3～14的整数)高折射率的芯的上述多芯光纤，其特征在于，该光连接元件包括：
柱状的石英玻璃构件，其具有与上述多芯光纤接触的第1端面和与上述单模光纤接触的第2端面；以及
玻璃光纤，其为N个，其在该石英玻璃构件中以从上述第1端面延伸至上述第2端面的方式进行配置，由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成，
以上述第1端面上的上述玻璃光纤的间隔与上述多芯光纤的芯间隔相等、且上述第2端面上的上述玻璃光纤的间隔与将上述N个单模光纤集束时相邻的单模光纤的芯的间隔相等的方式，在上述石英玻璃构件中配置有上述玻璃光纤。
另外，优选的是，上述圆形杆的外径在玻璃光纤的整个长度上恒定，优选的是，上述低折射率材料的厚度在玻璃光纤的整个长度上恒定。
若石英玻璃构件的外形形状、即光连接元件的外形设为圆形或四边形、八边形等多边形，则制造较容易。另外，处理也变容易，多芯光纤和单模光纤之间的连接也变容易。另外，光连接元件的外形既可以是从长度方向的一端部到另一端部为相同的大小，也可以是在长度方向两端部设置台阶而使顶端变细、或者形成为锥形状。根据这种结构，能够与多芯光纤、单模光纤的结构相对应地自由改变光连接元件的结构，也能够将连接损耗抑制得较低。
另外，优选的是，与多芯光纤接触这一侧的端面即石英玻璃构件第1端面的外径与该多芯光纤的外径相等，与将N个单模光纤集束而成的光纤束接触这一侧的端面即石英玻璃构件的第2端面的外径与将N个单模光纤集束而成的光纤束的整体的外径相等。
而且，石英玻璃构件若在第1端面上具有供多芯光纤插入的多芯光纤插入孔，则能够可靠地连接光连接元件与多芯光纤，而且，也能够长期维持稳定的连接。
进而，石英玻璃构件若在第2端面上具有供上述N个单模光纤插入的单模光纤插入孔，则能够可靠地连接光连接元件与N个单模光纤，而且，也能够长期维持稳定的连接。
多芯光纤插入孔与多芯光纤之间的连接部分、或者单模光纤插入孔与单模光纤之间的连接部分均能够利用粘接剂或熔接来牢固地加强。
优选的是，本发明的光连接元件的玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差同利用该光连接元件光耦合的多芯光纤和单模光纤的各自的芯与包层之间的相对折射率差大致相等。特别优选的是，在各条光纤的芯与包层的相对折射率差不同的情况下，玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差是多芯光纤的相对折射率差与单模光纤的相对折射率差之间的值。
另外，若上述玻璃光纤的圆形杆的外径及其外周的低折射率材料的厚度在该玻璃光纤(光连接元件)的整个长度上恒定，则不会打乱光连接元件内的光信号的光传输，因此能够低放射损耗、低反射损耗地进行传输，而且，不用改变传输条件就能够从单模光纤向多芯光纤或者相反地从多芯光纤向单模光纤传播光信号，因此更优选。
另外，在石英玻璃构件的外周面上设置表示上述玻璃光纤的配置的标记为佳。通过设置标记，对于光连接元件与多芯光纤及单模光纤，能够一边观察标记一边进行光连接构件的玻璃光纤与多芯光纤及单模光纤的轴对准，因此连接操作变容易。另外，如果也在多芯光纤和单模光纤上设置标记，则通过对准这些标记与光连接元件的标记，能够更容易地进行轴对准。
本发明的光连接元件能够通过对石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来形成。在如此形成的情况下，光连接元件的外径通常从石英玻璃化连接元件用母材的外径的1/8缩小到1/15。因而，考虑外径的缩小部分来选择石英玻璃化连接元件用母材的外径尺寸为佳。
本发明的光连接元件的长度由利用该光连接元件连接的多芯光纤和单模光纤的芯间隔确定为佳。即，优选的是，多芯光纤的芯间隔与单模光纤的芯间隔之差越大，光连接元件的长度就变得越长。如果增长光连接元件，则能够使玻璃光纤的倾斜度变缓，因此与多芯光纤及单模光纤之间的连接端面(石英玻璃构件的第1端面和第2端面)上的两光纤的芯与玻璃光纤之间的连接角度变小，能够减少连接损耗。
若考虑到普通的多芯光纤的芯间隔和单模光纤的芯间隔，则优选的是，光连接元件的长度长于1000mm，能够容许至15000mm左右。
考虑利用本发明的光连接元件连接例如芯间隔为40μm的多芯光纤(芯径10μm)与芯间隔为125μm的单模光纤(芯径10μm)时的光连接元件用母材中的玻璃光纤在最差的情况下以轴倾斜的状态进行连接，其倾斜角度的最差值在光连接元件用母材的长度为30mm的情况下，玻璃光纤的倾斜度为约1.6度，在光连接元件用母材的长度为50mm的情况下，玻璃光纤的倾斜度为约0.97度，能够减小由倾斜造成的连接损耗。
与此相对，本发明的光连接元件由于是对光连接元件用母材进行加热、拉伸(拉伸到例如100倍的长度)，因此在为上述光连接元件用母材的长度的情况下，光连接元件的长度成为3000mm、5000mm，此时的玻璃光纤的轴的倾斜度分别减小到0.16度、0.1度。这样，在玻璃光纤的轴的倾斜度较小的情况下，光连接元件与多芯光纤及单模光纤之间的连接损耗在理论上满足每1部位＜0.01dB、＜0.005dB，变得非常小。
因而，该母材的长度为30mm～50mm左右为佳。想要进一步减少连接损耗的情况下，将母材的长度设为约150mm、并将通过拉伸获得的光连接元件的长度设为约15000mm为佳。
据此，优选的是，光连接元件的长度至少为1000mm～15000mm的长度。
另外，本发明的光连接元件在石英玻璃构件的第1端面和第2端面上利用粘接剂连接有或者熔接连接有多芯光纤和单模光纤，从而能够使多芯光纤与单模光纤光耦合。由此，能够实现长期稳定的可靠性较高的连接。
本发明的光连接元件的制造方法的特征在于，在金属制的模具容器内配置有N个杆的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述杆脱离、干燥并脱脂而获得具有N个空穴的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后向该多孔质玻璃连接元件用母材内的各个空穴内插入由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤并进行烧结而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造光连接元件。
配置在模具容器内的杆可以是金属制、塑料制、玻璃制中的任一种。另外，也可以使用由与向多孔质玻璃连接元件用母材的空穴内插入的玻璃光纤相同的材料构成的杆。
本发明的另一技术方案的光连接元件的制造方法的特征在于，在金属制的模具容器内配置有N个由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述模具容器脱离、干燥并脱脂而获得具有N个上述玻璃光纤的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后对该多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造光连接元件。
另外，在上述制造方法中，也可以在作为杆配置于模具容器内的玻璃光纤的外周或者向多孔质玻璃连接元件用母材的空穴内插入的玻璃光纤的外周设有塑料的包覆材料。通过设置包覆材料，从而玻璃光纤的表面变光滑，因此在使SiO2玻璃原料溶液固化之后使玻璃光纤脱离的操作、向空穴内插入玻璃光纤的操作变容易。由于塑料制的包覆材料在对多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结的阶段蒸发、气化并消失，因此在作为最终产品的光连接元件中未含有塑料制的包覆材料。在此，上述包覆材料能够由聚酰亚胺、尼龙等形成，其厚度优选为5μm～100μm左右。这是因为，若比该厚度厚，则玻璃光纤彼此有可能接触。
在上述制造方法中，优选的是，以上述石英玻璃化连接元件用母材的与单模光纤接触的端面侧的圆形杆的直径、该圆形杆的间隔成为上述单模光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小、并且与多芯光纤接触的端面侧的圆形杆的直径、该圆形杆的间隔成为上述多芯光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小的方式选择杆的外径、硬化性树脂的种类以及硬化剂的种类。
另外，优选的是，上述玻璃光纤的圆形杆的外径(即，玻璃光纤的芯径)从多芯光纤的芯的外径的8倍～15倍的大小或单模光纤的芯的外径的8倍～15倍的大小中选择。
而且，优选的是，上述石英玻璃化连接元件用母材的、相当于光连接元件的与单模光纤接触的端面这一侧的外径从将N个该单模光纤集束而成的光纤束的的最大径的8倍～15倍的大小中选择，优选的是，相当于光连接元件的与多芯光纤接触的端面这一侧的外径从该多芯光纤的外径的8倍～15倍的大小中选择。
另外，优选的是，上述多孔质玻璃连接元件用母材考虑到由烧结引起的收缩而将其大小设为上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的1.2倍～1.25倍的大小。
本发明的另一技术方案是一种模具容器，其使用在上述光连接元件的制造方法中，其特征在于，该模具容器包括两个对开型容器和堵塞该对开型容器的两端的开口的第1盖与第2盖，上述第1盖与第2盖具有供杆或玻璃光纤通过的直线状的孔。
在上述光连接元件制造用模具容器中，优选的是，将两个对开型容器对合而成的形状为圆筒形或者方筒形，但是该形状能够与光连接元件的截面形状相对应地适当地进行选择。
另外，本发明的另一其他技术方案的光连接元件的制造方法是统一制造多个光连接元件的方法。即，是如下方法：当将在上述制造方法中获得的多孔质玻璃连接元件用母材的一个端面设为A、将另一个端面设为B时，重复将另一个母材的B端面串联连结于该连接元件用母材的B端面、接着进一步将另一个母材的A端面串联连结于该母材的A端面这样的工序而串联连结多个多孔质玻璃连接元件用母材，在向该连结后的多个多孔质玻璃连接元件用母材内的空穴内插入了玻璃光纤之后，进行烧结而获得石英玻璃化连接元件用母材，对该石英玻璃化连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造多个光连接元件。
另外，本发明的另一其他技术方案的光连接元件的制造方法是如下方法：当将多孔质玻璃连接元件用母材的一个端面设为A、将另一个端面设为B时，重复将另一个母材的B端面串联连结于该连接元件用母材的B端面、接着进一步将另一个母材的A端面串联连结于该母材的A端面这样的工序而串联连结多个多孔质玻璃连接元件用母材，在对该连结后的多个多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化连接元件用母材之后，向该石英玻璃化连接元件用母材的空穴内插入玻璃光纤，之后沿长度方向进行加热、拉伸来制造多个光连接元件。
根据上述制造方法，能够大量制造多个光连接元件。另外，所连结的光连接元件的数量为5个以上，能够达到50个左右。在该情况下，只要在多孔质玻璃连接元件用母材的端面侧形成有成为标记的槽、刻纹，则便于切分成多个光连接元件。
作为许多个连接元件用母材制造用模具，是如下设置的许多个连接元件用母材制造用模具：在模具容器内的一个端面侧设置多芯光纤连接用结构的金属配件，随着其延长，隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件、进一步随着其延长，隔开间隔地设置两张多芯光纤连接用的开有孔的较薄的塑料制的隔离件，接着随着其延长，再隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件，依次不断重复上述内容，然后在金属配件的相反端面侧设置多芯光纤连接用结构的金属配件。通过使用该模具，能够制造许多个光连接元件用母材。
发明的效果
根据本发明的光连接元件，在石英玻璃构件的第1端面上，N个玻璃光纤隔开与多芯光纤的芯相同的间隔设置，在第2端面上，N个玻璃光纤隔开与将N个单模光纤集束时相邻的单模光纤的芯相同的间隔设置，因此通过多芯光纤的端面与该石英玻璃构件的第1端面连接，集束为一体的N个单模光纤的端面与石英玻璃构件的第2端面连接，能够容易地使两光纤光耦合。
而且，只要使上述玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差，同上述多芯光纤的芯与包层的相对折射率差、以及上述单模光纤的芯与包层的相对折射率差大致相等，就能够几乎不产生连接损耗地连接光连接元件与多芯光纤、以及光连接元件与单模光纤，而且也不会产生来自连接端面的反射光。另外，只要预先使上述玻璃光纤、多芯光纤、单模光纤的各自的芯径相等，就能够以极低的损耗来进行连接。而且光连接元件中的玻璃光纤的芯径、低折射率材料的厚度在拉伸后也保持恒定，因此能够不改变光信号的传输条件地进行传输。
另外，为了抑制来自连接端面的反射损耗，期望多芯光纤的芯与包层的相对折射率差、以及单模光纤的芯与包层的相对折射率差同玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差相等，但是只要各个芯径相等，就能够通过在连接端面上涂敷折射率匹配用的匹配油来减少上述反射损耗。
而且，只要使光连接元件的石英玻璃构件的第1端面上的外径与多芯光纤的外径相等，使第2端面上的外径与集束成一体的N个单模光纤整体的外径相等，就能够更容易地进行光连接元件与多芯光纤及N个单模光纤之间的连接。另外，当在光连接元件与多芯光纤及单模光纤之间的连接完成之后利用塑料管或金属管包覆与两光纤之间连接的连接部进行保护时，若如上所述外径相同，则能够容易地并且以稳定的结构来进行保护。另外，上述连接部分能够利用粘接剂或通过熔接来牢固地进行加强。
另外，在本发明的光连接元件的制造方法中，在金属制的模具容器内以配置有N个杆的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述杆脱离、干燥并脱脂而获得具有N个空穴的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后向该多孔质玻璃连接元件用母材内的各个空穴内插入由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤并进行烧结而获得石英玻璃化后的连接元件用母材，对该石英玻璃化连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造光连接元件，因此即使多芯光纤的N个芯的间隔与N个集束起来的单模光纤的芯的间隔相差较大，也能够通过对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热拉伸来容易且再现性较好地制造能够使两光纤耦合的光连接元件。另外，由于石英玻璃化连接元件用母材的加热、拉伸所花费的时间充其量为1分钟左右，因此能够在短时间内大量地进行制造。
另外，若将石英玻璃化连接元件用母材的拉伸时的拉伸率设为P，则通过该母材拉伸而获得的光连接元件的玻璃光纤的外径成为缩小到该母材中的玻璃光纤的外径的1/P的大小。因而，通过将拉伸时的缩小率P设定为适当的值，能够使多芯光纤的芯、单模光纤的芯与光连接元件的玻璃光纤的尺寸偏差极小，能够实现连接损耗较低的光连接元件。向石英玻璃化连接元件用母材的空穴内插入的玻璃光纤的长度可以是任意的，也可以自该母材的两端伸出。若玻璃光纤如此自两端伸出，则便于一边牵拉该玻璃光纤的两端一边使石英玻璃化连接元件用母材拉伸。另外，自两端伸出的玻璃光纤在拉伸后被切断，将多芯光纤、单模光纤连接于光连接元件。
而且，在本发明的另一技术方案的光连接元件的制造方法中，在金属制的模具容器内配置有N个由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述模具容器脱离、干燥并脱脂而获得具有N个上述玻璃光纤的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后对该多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造光连接元件，因此能够以更简单的工序来完成光连接元件。另外，由于在该制造方法中没有在模具容器内配置玻璃光纤、并向空穴内插入玻璃光纤的工序，因此光纤的表面被汚染或划伤的情况较少。而且，由于不用担心玻璃光纤与石英玻璃构件之间的界面变粗糙，因此能够提供低散射损耗的连接元件。另外，在对多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结时，在玻璃光纤自该母材的两端伸出的情况下，利用保护构件预先进行保护以使得该玻璃光纤不会因热量而变形，或者预先切断自两端伸出的玻璃光纤为佳。另外，在该方法中，自石英玻璃化连接元件用母材的两端伸出的玻璃光纤的长度也可以是任意的，而且，自两端伸出的玻璃光纤能够在加热、拉伸时进行利用。另外，石英玻璃构件的空穴内的石英玻璃光纤在烧结时熔接，并粘着于石英玻璃构件。
在上述制造方法中，若以使石英玻璃化连接元件用母材的与单模光纤接触的端面侧的空穴直径、空穴间隔成为上述单模光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小、并且使与多芯光纤接触的端面侧的空穴直径、空穴间隔成为上述多芯光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小的方式选择杆的外径、硬化性树脂的种类以及硬化剂的种类，则作为向多孔质玻璃连接元件用母材的N个空穴内插入的玻璃光纤，能够使用芯径为80μm～150μm的市场上销售的石英光纤，处理变容易。另外，期望的是，该石英光纤的相对折射率差与多芯光纤的相对折射率差相等，具体地在该芯材料中使用添加了GeO2的SiO2材料、在包层中使用SiO2或添加了F的SiO2为佳。而且如上所述，也可以设有包覆材料。另外，作为上述石英光纤，也可以在芯中使用SiO2材料、在包层中使用添加了F的SiO2。在该情况下，上述石英光纤的相对折射率差稍微小于多芯光纤的相对折射率差，但是即使这样也是能够容许的。而且，该石英光纤使用极化面保持光纤(例如，熊猫保偏光纤(日文：パンダファイバ))的大口径的光纤(芯径50μm左右、包层的外径800μm～1000μm左右、在包层内具有直径100μm左右的应力施加部的光纤。)，只要作为对其进行加热、拉伸而通常缩小后的、极化面保持光纤(芯径5μm、包层的外径80μm～100μm左右、包层内的应力施加部外径10μm左右)进行使用，就能够提供更耐极化波动的光连接元件。
在上述制造方法中，若将玻璃光纤的芯径设为多芯光纤的芯的外径的8倍～15倍的大小、或单模光纤的芯的外径的8倍～15倍的大小，则能够使用芯径为80μm～150μm的市场上销售的石英光纤作为玻璃光纤。
另外，若将石英玻璃化连接元件用母材的、相当于光连接元件的与单模光纤接触的端面这一侧的外径设为将N个该单模光纤集束而成的光纤束的最大径的8倍～15倍的大小、将相当于光连接元件的与多芯光纤接触的端面这一侧的外径设为该多芯光纤的外径的8倍～15倍的大小，则石英玻璃化连接元件用母材的处理变容易，易于进行加工。
而且，若考虑到由烧结引起的收缩而将多孔质玻璃连接元件用母材的大小设为上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的1.2倍～1.25倍的大小，则能够将通过多孔质玻璃连接元件用母材的烧结而获得的石英玻璃化连接元件用母材设为适当的大小。另外，为了将多孔质玻璃连接元件用母材的烧结时的收缩率抑制为18％((100－82)％)左右，以及为了抑制烧结时的裂纹、裂缝产生，使用如下玻璃原料溶液为佳：该玻璃原料溶液含有将粒径为2μm以下(优选为1μm以下)的二氧化硅粉末加入到分散剂(四甲基氢氧化铵溶液)与蒸馏水的混合液中而得到的液体和硬化性树脂。硬化性树脂能够使用被称作Denacol EX512的液体树脂。作为玻璃原料溶液的硬化剂，优选三亚乙基四胺。为了获得上述收缩率而特别优选的上述材料的调配量(重量％)为二氧化硅粉末87％、蒸馏水21.2％、分散剂2.7％、硬化性树脂10.1％。这样，通过压倒性地增多二氧化硅粉末的调配量，能够降低收缩率，能够消除裂纹、裂缝。而且，能够减少CH基、OH基等杂质的量，能够获得低损耗的连接元件。
另外，由于本发明的光连接元件制造用模具容器由两个对开型容器构成，因此能够以高尺寸精度制造各种形状、结构的连接元件。另外，若在对开型容器的第1盖和第2盖上设置供杆或玻璃光纤通过的直线状的孔，则能够减少光连接元件与多芯光纤的芯及单模光纤的芯之间的连接部处的轴断裂，能够容易地以低损耗将它们连接。在该情况下，上述直线状的孔的长度优选为5mm以上、30mm左右。
作为许多个光连接元件用母材制造用模具，是如下设置的许多个连接元件用母材制造用模具：在模具容器内的一个端面侧设置多芯光纤连接用结构的金属配件，随着其延长，隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件，进一步随着其延长，隔开间隔地设置两张多芯光纤连接用的开有孔的较薄的塑料制的隔离件，接着随着其延长，再隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件，依次不断重复上述内容，然后在金属配件的相反端面侧设置多芯光纤连接用结构的金属配件。通过使用该模具，能够制造许多个光连接元件用母材，能够实现光连接元件的低成本化。
附图说明
图1是本发明的光连接元件的制造方法的流程图。
图2是表示在制造本发明的第1实施例的光连接元件时使用的模具容器的图。
图3是表示使用图2的模具容器获得的多孔质玻璃连接元件用母材的图。
图4是表示向空穴内插入有玻璃光纤的多孔质玻璃连接元件用母材的图。
图5是表示玻璃光纤的结构的图。
图6是以高温对图4所示的多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结并透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材的图。
图7是对图6的石英玻璃连接元件用母材进行加热、拉伸而获得的、外径缩小到1/10后的光连接元件的图。
图8是表示在光连接元件上连接了多芯光纤与单模光纤后的状态的图。
图9是表示本发明的第2实施例的光连接元件制造用模具容器的图。
图10是表示多孔质玻璃连接元件用母材的图。
图11是表示本发明的第3实施例的光连接元件制造用模具容器的图。
图12是表示本发明的第4实施例的多孔质玻璃连接元件用母材的图。
图13是表示以高温对图12的多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结并透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材的图。
图14是表示对图13的石英玻璃连接元件用母材进行加热、拉伸而获得的光连接元件的图。
图15是表示本发明的第5实施例的石英玻璃连接元件用母材的图。
图16是表示向空穴内插入有石英光纤的石英玻璃连接元件用母材的图。
图17是对石英玻璃连接元件用母材进行加热、拉伸而获得的光连接元件的图。
图18是表示在光连接元件上连接有光纤的例子的图。
图19是表示本发明的第6实施例的光连接元件的图。
图20是表示在光连接元件上连接有多芯光纤和单模光纤的状态的图。
图21是表示本发明的第7实施例的石英玻璃连接元件用母材的图。
图22是表示外形为四边形的石英玻璃连接元件用母材的图。
图23是表示外形为八边形的石英玻璃连接元件用母材的图。
图24是表示在石英玻璃连接元件用母材的上表面与下表面附加有刻纹部的例子的图。
图25是表示对刻纹部加上了识别用的颜色的例子的图。
图26是表示在石英玻璃连接元件用母材的外周面的6个部位设置了刻纹部的例子的图。
图27是用于利用热源使透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材拉伸·缩小的小型车床装置的图。
图28是使用图27的装置获得的实验结果。
图29是用于通过电弧放电对透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材进行加热而使其拉伸·缩小的另一装置的图。
图30是表示本发明的第8实施例的多孔质玻璃连接元件用母材的图。
图31是表示本发明的第9实施例的石英玻璃连接元件用母材的图。
图32是表示使石英玻璃连接元件用母材拉伸的样子的图。
图33是一起表示本发明的变形例的多孔质玻璃连接元件用母材与模具的图。
图34是用于说明现有技术的图，是多芯光纤与单模光纤的主视图(a)、(c)以及剖视图(b)、(d)。
图35是用于说明现有技术的图，是另一多芯光纤与单模光纤的主视图(a)、(c)以及剖视图(b)、(d)。
具体实施方式
本发明的光连接用元件是用于使N个单模光纤的芯光耦合于具有N个芯的多芯光纤的光连接元件。在图1中示出了本发明的光连接元件的制造顺序的一例。
在图1所示的顺序中，最初，在对开型的带盖的金属容器内隔开预定间隔地设置大口径的石英玻璃光纤、或者与其相当的金属或塑料的杆的一部分。之后，在另一个对开型的带盖的金属容器内隔开预定间隔地设置剩余的大口径的石英玻璃光纤、或者与其相当的金属或塑料的杆。然后，将一个金属容器覆盖在另一个金属容器上而形成为圆筒状金属容器。由此，成为在圆筒状金属容器的内部以预定间隔配置有上述大口径石英玻璃光纤、或者与其相当的杆的状态。
接下来，向圆筒状金属容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液并通过硬化性树脂与硬化剂的反应而产生自硬化反应来使其固化。
接着，使上述金属容器、或者金属容器和石英光纤、或者金属或塑料的杆脱离之后，使其干燥、脱脂而获得多孔质的玻璃连接元件用母材。
之后，利用高温电炉对多孔质的玻璃连接元件用母材、或者在多个空穴内插入有大口径玻璃光纤的玻璃连接元件用母材进行烧结，形成为石英玻璃化而成的连接元件用母材。
之后，对上述石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热拉伸而获得用于连接多芯光纤与单模光纤的连接元件。
以下，说明本发明的具体的实施例。
【实施例1】
参照图2～图9说明本发明的第1实施例的光连接元件。
图2表示在制造本实施例1的光连接元件时使用的模具容器。金属容器1由组合了半圆筒状的两个对开容器1－1与对开容器1－2而成的、圆筒状的容器构成。金属容器1的两端成为被上盖4与下盖5密闭的结构。上盖4与下盖5构成为比金属容器1的侧壁厚的板厚F，在该上盖4与下盖5中形成有用于以期望间隔配置石英玻璃光纤用金属杆的直线状的多个孔。该板厚F的长度优选为1cm～5cm的长度。长度越长，越能够减小容器内的杆的倾斜角度，如后所述，能够实现低损耗的连接元件。
在如上所述的金属容器1内配置多个金属杆3，例如设想连接具有7个芯且芯间隔40μm的多芯光纤而配置7个金属杆3。在该实施例中，考虑到后述的烧结时的收缩率T：18％而使用了外径为134μm的金属杆3。另外，对于金属杆3的配置，在金属容器1的一侧(图2的(b)侧)设为设想了多芯光纤的芯和芯间隔的配置，在另一侧(该图的(c)侧)设为设想了将7条单模光纤集束后的状态的配置。另外，为了能够维持这种配置，金属杆3的两端固定于设置在金属容器1的后方的固定部(未图示。)。
之后，向上述金属容器1内注入含有硬化性树脂的石英玻璃溶液与硬化剂的混合液2，在通过自硬化反应而固化之后使该金属容器1与金属杆3脱离。之后使该固化体干燥，从而获得图3所示的多孔质的玻璃连接元件用母材8。在本实施例中，作为石英玻璃溶液，使用了将粒径为2μm以下(优选为1μm以下)的二氧化硅粉末加入到分散剂(四甲基氢氧化铵溶液)与蒸馏水的混合液中而得到的溶液。硬化性树脂使用了作为液体树脂的Denacol EX512(Nagase ChemteX株式会社)。另外，作为硬化剂使用了三亚乙基四胺。而且为了获得上述收缩率T：18％，将石英玻璃溶液与硬化剂的材料的调配量(重量％)设为了二氧化硅粉末87％、蒸馏水21.2％、分散剂2.7％、硬化性树脂10.1％。通过使用上述石英玻璃溶液，能够获得SiO2系的多孔质玻璃连接元件用母材8。
在此，金属容器1内的长度L较长时，能够以舒缓的倾斜配置金属杆3，故而优选，但是若过长，则玻璃连接元件变长，因此优选为10mm～150mm的范围。若将上述长度L设为例如10mm，则配置在容器1内的金属杆3的倾斜角度θ成为约5.9度，能够在容器1内带有些许倾斜地配置金属杆3。另外，若将上述长度L设为30mm，则配置在容器1内的金属杆3的倾斜角度θ成为约1.98度，能够在容器1内带有极其少许的倾斜地配置金属杆3。
而且，通过将金属容器1的上盖和下盖的厚度F设为5mm以上、50mm左右，能够减少轴的倾斜地连接多芯光纤和单模光纤。
接着，使用图3说明使用上述金属容器1而获得的多孔质的玻璃连接元件用母材8的结构。图3的(a)表示多孔质的玻璃连接元件用母材8的俯视图，(b)表示(a)的A－A端面图，(c)表示B－B端面图。在SiO2系的多孔质玻璃连接元件用母材8的内部设有7个空穴9。此时，在左侧的端面6上，以将芯为7个的多芯光纤放大到10倍时设想的芯间隔设置有空穴9。另一方面，在右侧的端面7上，以将7条外径为125μm的单模光纤集束而成的光纤束放大到10倍时设想的芯间隔设置有空穴9。
另外，上述多孔质玻璃连接元件用母材8设计为设想了通过烧结而收缩为烧结前的约82％(收缩率为18％)的情况下的尺寸。另外，上述多孔质玻璃连接元件用母材8的长度是考虑到以与该母材8的截面一致地缩小到1/10的方式拉伸的情况而设计的。
若将多孔质玻璃连接元件用母材8的烧结时的收缩率设为T，将后述的拉伸时的缩小率设为1/P，则该母材8的端面的外径成为多芯光纤的外径或将多条单模光纤集束时的外径的P/(1－T)倍。另外，在将多孔质玻璃连接元件用母材8的长度设为30mm～150mm并拉伸到100倍的情况下，所制造的连接元件的长度处于3000mm～15000mm的范围内。
另外，在连接将7条外径为125μm的单模光纤集束而成为外径为375μm的光纤束的情况下，多孔质玻璃连接元件用母材8的端面7的外径尺寸成为375μm的10/0.82倍的约4573μm。左侧的端面6的外径也以相同的方法进行设定。另外，将多孔质玻璃连接元件用母材8的其他部分的尺寸表示在图3中。
如图4所示，向图3所示的多孔质玻璃连接元件用母材8的空穴9内插入直径110μm的石英光纤10。如图5所示，该石英光纤10由中心的芯11(外径：80μm～100μm)和覆盖其外周的薄膜(包层)12构成。芯11的材料使用SiO2、或者在SiO2中添加了至少一种用于提高折射率的添加物(例如，GeO2、P2O5、TiO2等)而成的材料。另外，薄膜12使用添加有F的SiO2(厚度：10μm～30μm)。
另外，也可以是，使用在SiO2中添加了至少一种用于提高折射率的添加物(例如，GeO2、P2O5、TiO2等)而成的材料作为芯11(外径：100μm～110μm)，其外周的薄膜12使用未添加F的SiO2。也可以在石英光纤的外周设有塑料的包覆材料。另外，石英光纤10也可以自连接元件用母材8的一个端面或两个端较长地伸出。自连接元件用母材8的两端伸出的石英光纤10能够用于在对该母材8加热、拉伸时牵拉石英光纤10。自连接元件用母材8的两端伸出的石英光纤10在拉伸后被切断。
在空穴9内插入有石英光纤10的多孔质玻璃连接元件用母材8在高温下进行烧结并透明玻璃化，从而成为图6所示的石英玻璃连接元件用母材13。石英玻璃连接元件用母材13的尺寸通过多孔质玻璃连接元件用母材8的高温烧结而成为该母材8收缩到高温烧结前的约82％(收缩率为18％)。另外，通过高温烧结，石英光纤10熔接于透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材13的空穴内。另外，通过高温烧结而收缩的结果是，石英玻璃连接元件用母材13的左侧的端面6上的石英光纤10的间隔成为400μm，右侧的端面7上的石英光纤10的间隔成为1250μm。另外，石英玻璃连接元件用母材13的外径成为3750μm。即使在石英玻璃连接元件用母材13中，也可以自其两端较长地伸出有石英光纤10。伸出的石英光纤10能够用于在对母材13加热、拉伸时牵拉两端的石英光纤10。拉伸后切断自石英玻璃连接元件用母材13的两端伸出的石英光纤10。
图7中示出了对图6所示的石英玻璃连接元件用母材13进行加热、拉伸而获得的光连接元件15。如上所述，使石英玻璃连接元件用母材13拉伸后的结果是，光连接元件15的外径、芯间隔成为石英玻璃连接元件用母材13的外径、芯间隔的1/10的尺寸。另外，在石英玻璃连接元件用母材13的长度为30mm时，若对该母材13进行加热、拉伸而将外径缩小到1/10，则光连接元件15的长度成为300mm。在此，石英玻璃光纤14的芯径、包覆材料的厚度被加热、拉伸而成为1/10，在光连接元件的长度方向上缩小为恒定的值，但是由于该芯径、包覆材料的厚度是恒定的，因此能够维持光信号的传输条件(在单模的传输条件下几乎没有模式变化、光放射的状态)。像以往那样，在通过化学蚀刻使单模光纤的外径变细至40μm左右的情况下，包层的厚度朝向顶端呈锥形状变薄且光信号的传输条件发生变化，但是在本发明中却没有这种情况。
图8中示出了在图7所示的光连接元件15上连接了多芯光纤和单模光纤后的状态。在图8中，在光连接元件15的左侧的端面上连接有7个芯的多芯光纤16，在右侧的端面上以将7条单模光纤集束了的状态连接有单模光纤。这样，通过使用本实施例的光连接元件15，以高耦合效率分别向多芯光纤中的7个芯连接单模光纤的芯。即，在多芯光纤的各个芯中，能够使来自各个单模光纤的芯的光信号在芯径、包覆材料的厚度均匀的石英玻璃光纤14内传输，之后能够高效地向多芯光纤的芯内传输。在此，只要上述石英玻璃光纤14使用极化面保存光纤，就能够实现极化保持，因此能够进一步提供一种即使相对于极化状态的波动也为低损耗的光连接元件。
【实施例2】
图9和图10表示本发明的第2实施例。该实施例不同于第1实施例的点在于，在取代多条金属杆3而将石英光纤10配置在金属容器1内的预定的位置而制造出多孔质玻璃连接元件用母材。
图10表示以高温对使用图9所示的金属容器1而获得的多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材13。图10的(a)表示石英玻璃连接元件用母材13的俯视图，该图的(b)表示(a)的A－A端面图，(c)表示B－B端面图。另外，虽然省略了详细的说明，但是在该实施例中，石英玻璃连接元件用母材13以在拉伸后所获得的光连接元件的外径与多芯光纤的外径相等的方式设定了A－A端面上的外径、石英光纤10的直径、间隔。另外，石英玻璃连接元件用母材13的B－B端面上的外径、石英光纤10的直径、间隔设定为与将7条单模光纤集束时的外径、芯径、芯间隔相等。
【实施例3】
图11表示在制造本发明的实施例的连接元件用母材时使用的金属容器1。在该实施例中，金属容器1的上盖4和下盖5的形状不同于第1实施例的上盖4和下盖5的形状。即，在金属容器1的上盖4和下盖5的内表面上形成有台阶部4－1和台阶部5－1，内径尺寸小于金属容器1的其他部分的内径尺寸。因此，使用上述金属容器1而获得的多孔质玻璃连接元件用母材的两端部的外径尺寸小于其他部分的外径尺寸。因此，在拉伸对多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而获得的石英玻璃连接元件用母材时，易于抓住其两端，拉伸变容易。另外，金属容器1的上盖4和下盖5的内表面的形状能够设为圆形状、矩形状、多边形状、锥形状等各种形状。
【实施例4】
图12表示本发明的第4实施例的多孔质玻璃连接元件用母材。该多孔质玻璃连接元件用母材8的左端部的外径尺寸与右端部的外径尺寸不同。即，多孔质玻璃连接元件用母材8的左端部为了连接具有7个芯的外径为160μm的多芯光纤而构成为小径的圆形结构8－1，右端部为了连接将7条外径为125μm的单模光纤集束而成的光纤束而构成为大径的圆形结构8－3。而且，连结左端部的圆形结构8－1与右端部的圆形结构8－3的中间部分构成为锥形状的圆形结构8－2。
图13中示出了向图12所示的多孔质玻璃连接元件用母材8的空穴9内插入石英光纤10、并以高温进行烧结而透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材13的结构。
图14中示出了对图13所示的石英玻璃连接元件用母材13进行加热、拉伸而获得的光连接元件15的结构。该光连接元件15的外径、石英光纤10的直径、石英光纤10的间隔缩小为石英玻璃连接元件用母材13的这些尺寸的1/10。光连接元件的长度能够从1000mm～15000mm的范围中选择。
【实施例5】
图15中示出了本发明的第5实施例的石英玻璃连接元件用母材13的结构。在该实施例中，以在使石英玻璃连接元件用母材13拉伸时A－A端面的外径与多芯光纤的外径相等、而且石英光纤10的直径、间隔与多芯光纤的芯径、芯间隔相等的方式制造。另外，设计成B－B端面的外径与将7条125μm的单模光纤集束而成的光纤束的外径、各条单模光纤的芯径(10μm)、芯间隔(125μm)相等。而且，在B－B端面上形成有用于插入单模光纤的7个孔。利用这种结构，能够使7条单模光纤与光连接元件高精度地光耦合。
图16中示出了向空穴9内插入有直径110μm的石英光纤10而成的石英玻璃连接元件用母材13。将对该石英玻璃连接元件用母材13进行加热、拉伸而获得的光连接元件15表示在图17中。
该光连接元件15的外径缩小为上述石英玻璃连接元件用母材13的外径的1/10。如图18所示，在光连接元件15的左侧的端面6上连接有7个芯的多芯光纤。另外，在光连接元件15的右侧的端面7上形成有7个孔，在这些孔内插入有外径为125μm的7条单模光纤。由此，在光连接元件15的右侧的端面7上以高耦合效率连接有7条集束后的状态的单模光纤。
【实施例6】
图19和图20表示本发明的第6实施例的光连接元件15的结构。该光连接元件15是与上述第1～5实施例相同地通过对透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材进行加热、拉伸而获得的。该光连接元件15从左侧的端面6到右侧的端面7具有相同的外径尺寸。在左侧的端面6上设有用于插入7个芯的多芯光纤16(相同的芯径、相同的芯间隔)的孔20，通过将多芯光纤16插入该孔内，能够以高耦合效率将多芯光纤16与光连接元件15连接。另外，在右侧的端面7上设有用于将外径为125μm的单模光纤17以7条集束的状态进行插入的孔19，通过将7条进行了集束的单模光纤插入该孔19内，能够以高耦合效率连接单模光纤17与光连接元件15。
【实施例7】
图21表示本发明的第7实施例的石英玻璃连接元件用母材的结构。
该石英玻璃连接元件用母材13是为了制造用于将芯数为9个的多芯光纤与9条单模光纤光连接的光连接元件而使用的母材。在石英玻璃连接元件用母材13的内部形成有9个空穴9，在各个空穴9内插入有石英光纤10。
另外，在图21所示的石英玻璃连接元件用母材13中，在左侧的端面6上连接有多芯光纤，在右侧的端面7上连接有9条单模光纤。因此，石英玻璃连接元件用母材13的左端部成为小径部13a，该小径部13a的外径与多芯光纤的外径大致相同、且小于其他部分的外径。
〔变形例〕
另外，在上述实施例中，说明了截面外形为圆形状的连接用元件的母材，但是本发明也能够应用于如图22所示的截面外形为四边形的石英玻璃连接元件用母材13、如图23所示的截面外形为八边形的石英玻璃连接元件用母材13。
图24所示的石英玻璃连接元件用母材13的截面外形呈圆形，但在其上表面与下表面上设有刻纹部23。该刻纹部23成为连接多芯光纤和单模光纤时的连接用元件的上下方向的标记。
刻纹部23可以仅是对石英玻璃连接元件用母材13的外周面进行切削，但是在进行切削后，如图25所示，只要涂敷识别用的颜色，就成为连接多芯光纤和单模光纤时的更清楚的标记。另外，刻纹部23也可以设置于截面外形为矩形状、八边形状的连接元件用母材。
图26表示在截面外形为圆形的石英玻璃连接元件用母材13的圆周部的6个部位设置了刻纹部23的例子。各个刻纹部23设置在与插入到母材13内的石英光纤10对应的位置。这样，与石英光纤10一对一地设置的刻纹部23成为连接多芯光纤和单模光纤时的更清楚的标记。
另外，在拉伸在圆周部具有刻纹部23的石英玻璃连接元件用母材13而获得的连接用元件中，在该圆周部的6个部位设有与该刻纹部23对应的刻纹部。这些刻纹部成为连接多芯光纤和单模光纤时的更清楚的标记。
图27表示用于使透明玻璃化而成的石英玻璃连接元件用母材13拉伸的小型车床装置。使用该装置制造光连接元件的顺序如下所述。首先，利用配置于车床两侧的卡盘27－1与卡盘27－2抓住连接元件用母材13的两端，自右端依次利用热源(乙炔气体燃烧器)26对该连接元件用母材13进行加热，同时使卡盘27－2沿箭头29所示的方向以恒定的拉伸速度Vi进行移动。而且，与此同时使热源26沿箭头28所示的方向以恒定的速度Va(1mm/sec)进行移动。由此，石英玻璃连接元件用母材13被拉伸，获得光连接元件15。
另外，在上述装置中，将热源26和卡盘27－1、27－2排列配置在横向(水平方向)上，但是也可以配置在纵向上。另外，也可以使用利用了电弧放电、高频放电的热源，而且，也可以同时使用多种热源。另外，在石英玻璃光纤自连接元件用母材的两端伸出时，也可以一边牵拉该石英玻璃光纤一边使其拉伸。
图28是表示使用图27的装置而使石英玻璃连接元件用母材13沿径向(在图27中为箭头30所示的方向)以30rpm进行旋转、同时进行加热·拉伸时的拉伸速度与拉伸比的关系的图表。图28的图表的横轴表示连接元件用母材13的拉伸速度Vi，纵轴表示连接元件用母材的拉伸比。另外，黑圆点标记是母材13的直径为2.5mm且使用乙炔气体燃烧器26的顶端部的内径为0.5mm的装置得到的结果，四边形标记是母材13的直径为5mm且使用乙炔气体燃烧器26的顶端部的内径为1mm的装置得到的结果。
可知任意情况均能够以通过提高拉伸速度而使母材13的拉伸比成为期望的0.1、即1/10的方式拉伸。另外，图28的图表是在加热、拉伸时使母材13沿径向以30rpm进行旋转的，但是即使以20rpm旋转也能够获得良好的结果。另一方面，若以50rpm进行旋转，则在拉伸后获得的光连接元件的形状产生紊乱。
图29表示对石英玻璃连接元件用母材进行加热·拉伸的另一装置。该装置是用于利用电弧放电31对母材进行加热拉伸的装置。
【实施例8】
图30表示在制造本发明的光连接元件时使用的连接元件用母材的例子。具体地说，该连接元件用母材32是串联连接多个图3所示的多孔质玻璃连接元件用母材8而使长度增加并作为一个母材进行使用的母材。具体地说，连接元件用母材32是通过重复如下操作而形成的：在将多孔质玻璃连接元件用母材8的一个端面(图3中的左端面)设为A、将另一个端面(图3中的右端面)设为B时，在第1个多孔质玻璃连接元件用母材8的端面B上以使多个空穴彼此对齐的方式连结第2个多孔质玻璃连接元件用母材8的端面B，在该第2个多孔质玻璃连接元件用母材8的端面A上以使多个空穴彼此对齐的方式连结第3个多孔质玻璃连接元件用母材8的端面A。
另外，只要串联配置多个多孔质玻璃连接元件用母材并以自两端进行按压的方式预先使它们固定，则在烧结时各个连接元件用母材就相互熔接并连结。另外，也可以利用氢氧燃烧器对预先串联连结连接元件用母材而成的部分进行加热并熔接。或者，也可以向耐热性的中空管(玻璃碳管、氧化铝管、石英玻璃管等)内依次插入多个多孔质玻璃连接元件用母材，并通过将该耐热性中空管放入高温电炉内并进行加热来将中空管内的母材彼此熔接。
在上述连接元件用母材32中，石英光纤10既可以在连结多个多孔质玻璃连接元件用母材之前插入母材的各个空穴内，也可以在连结而形成为连接元件用母材32之后进行插入。在该情况下，若使用外周利用塑料包覆的石英光纤10，则也能够容易地插入到连接元件用母材32的空穴内。
如此形成的连接元件用母材32通过烧结而成为石英玻璃化而成的连接元件用母材。若对其沿长度方向进行加热、拉伸，则能够以多个连接元件相连的状态获得多个连接元件，因此之后通过切断为各个连接元件而能够一次性获得多个连接元件。另外，在加热、拉伸工序之后，只有与光纤的拔丝相同地连续设置在拉伸后的光连接元件的外周包覆塑料材料的工序并制造串联连接的光连接元件，就能够大量地制造利用包覆材料加强了的元件。
【实施例9】
图31表示在制造本发明的光连接元件时使用的石英玻璃连接元件用母材33的实施例。在该实施例中，对实施例8所示的连接元件用母材32进行烧结而形成为石英玻璃化而成的连接元件用母材，在向该空穴内插入了石英玻璃光纤之后沿长度方向进行加热、拉伸，从而能够获得多个连接元件相连的状态的连接元件。在该实施例中，也通过将多个连接元件相连的状态的连接元件切断为各个连接元件而能够一次性获得多个连接元件。
图32表示利用高温电炉(温度1850℃～2000℃的范围)34对实施例7或实施例8所示的石英玻璃连接元件用母材33进行加热拉伸而获得多个连接元件相连的状态的连接元件(用附图标记35表示)的情形。另外，进行加热、拉伸的装置也可以使用图29的玻璃车床装置。或者也可以一边利用立式区熔法局部进行加热、烧结，一边进行拉伸而制造光连接元件。在该情况下，也是在所获得的光连接元件的外周涂敷包覆材料为佳。
另外，本发明并不限定于上述实施例。
在利用模具制造多孔质玻璃连接元件用母材的情况下，在实施例中制造了一个母材，但是也可以以连结的状态制造许多个(4个以上、50个左右)连接元件用母材。即，如图33所示，也可以是，在模具容器36内的一个端面侧设置多芯光纤连接用结构的金属配件37、随着其延长，隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件38－1、进一步随着其延长，隔开间隔地设置两张多芯光纤连接用的开有孔的较薄的塑料制的隔离件38－2、接着随着其延长，再隔开间隔地设置两张将单模光纤集束而成的结构的开有孔的较薄的塑料制的隔离件38－1，依次不断重复上述内容，然后在金属配件37的相反端面侧设置多芯光纤连接用结构的模具39，从而形成许多个连接元件用木材制造用模具。
在此使用开有孔的较薄的塑料制的隔离件，是由于在光连接元件用母材烧结的阶段中上述塑料制的隔离件烧毁并蒸发消失，因此非常便利。该隔离件的厚度只要是即使向孔中插入玻璃光纤也不会变形的程度的厚度即可，而且反之若过厚，则在烧结的阶段烧毁的材料难以蒸发并排出到外部，因此只要为0.5mm～3mm左右即可。
另外，上述隔离件的间隔优选为10mm～50mm的范围。若该间隔较窄，则各个光连接元件的间隔变窄，因此较宽时易于带有富余地切出各个光连接元件。材质可使用能够以高尺寸精度进行加工的丙烯酸制、聚苯乙烯制、聚酯制等的材质。而且，光连接元件的制造方法为：在该模具容器内配置有N个由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤的状态下向该模具内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述模具容器脱离、干燥并脱脂而形成为具有N个上述玻璃光纤的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后对该许多个多孔质玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化后的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化后的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸来制造光连接元件。而且，插入玻璃光纤而制造的许多个光连接元件用母材与光纤的拔丝相同地，通过设置一边以恒定速度插入高温电炉内一边对上述熔融的母材的顶端进行拉伸、并且在拉伸后的光连接元件的外周包覆塑料材料的工序而能够获得许多个光连接元件相连的元件，只要将其切断为各个光连接元件即可。只要如此设置，就能够大量地制造光连接元件。
使用在模具容器内的一个端面侧连结有多芯光纤连接用结构的金属配件的连结型连接元件用母材制造用模具来制造连接元件用母材。然后对利用该方法制造的连接元件用母材进行加热、拉伸，在获得许多光连接元件相连结的光连接元件之后，切分为各个光连接元件。只要如此进行，就能够大量地制造光连接元件。
另外，玻璃光纤既可以在制造连结状态的连接元件用母材时预先进行插入，也可以在固化后进行插入。另外，即使在该制造方法中，也可以在玻璃光纤的外周形成有聚合物材料的包覆材料。在该情况下，上述聚合物包覆材料也在烧结时烧毁并消失。
多芯光纤的芯数、芯径、芯间隔、外径并不限定于上述实施例。即，也可以是，芯数为2个～19个左右，芯径为5μm～20μm的范围，芯间隔为20μm左右～70μm左右，外径为100μm～300μm左右。
作为多芯光纤的结构，存在有在芯与芯之间设置了低折射率层、空穴或空隙的结构，但是在这样的多芯光纤中，也能够应用本发明的光连接元件。
另外，在已知的是模场直径而不是多芯光纤、单模光纤、石英玻璃光纤的芯径、相对折射率差的情况下，也可以以与多芯光纤的模场直径相匹配的方式设定石英玻璃光纤的模场直径。
单模光纤的芯径也可以为3μm～20μm。另外，芯间隔也可以为60μm～125μm。而且，其外径也可以通过化学蚀刻而蚀刻至80μm左右。另外，在取代单模光纤而使用极化面保存光纤的情况下，玻璃光纤只要使用极化面保存光纤即可。
附图标记说明
1…金属容器；2…混合液；3…金属杆；4…上盖；5…下盖；8…多孔质玻璃连接元件用母材；10…石英光纤；11…芯；13…石英玻璃连接元件用母材；15…光连接元件；16…多芯光纤；17…单模光纤；26…热源(乙炔气体燃烧器)。

Claims (17)

1.一种光连接元件，其用于将N个在低折射率的包层中具有一个高折射率的芯的单模光纤以该单模光纤的芯与多芯光纤的芯光耦合的方式连接于在低折射率的包层中具有N个高折射率的芯的上述多芯光纤，其中，N为3～14的整数，其特征在于，该光连接元件包括：
长度1000mm～15000mm的柱状的石英玻璃构件，其具有与上述多芯光纤接触的第1端面和与N个上述单模光纤以彼此平行的姿态接触的第2端面；以及
玻璃光纤，其为N个，其在该石英玻璃构件中以从上述第1端面延伸至上述第2端面的方式进行配置，并由高折射率且外径恒定的圆形杆和包围该圆形杆的外周的厚度恒定的低折射率材料构成；
以上述第1端面上的上述玻璃光纤的间隔与上述多芯光纤的芯的间隔相等、且上述第2端面上的上述玻璃光纤的间隔与将N个上述单模光纤集束起来时相邻的单模光纤的芯的间隔相等的方式在上述石英玻璃构件中配置有上述玻璃光纤，
该光连接元件是通过对石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸以使其外径缩小至1/8～1/15而形成的，在该连接元件用母材的内部配置有N个玻璃光纤。
2.根据权利要求1所述的光连接元件，其特征在于，
上述石英玻璃构件在上述第1端面上具有供上述多芯光纤插入的多芯光纤插入孔。
3.根据权利要求1所述的光连接元件，其特征在于，
上述石英玻璃构件在上述第2端面上具有供N个上述单模光纤插入的单模光纤插入孔。
4.根据权利要求1所述的光连接元件，其特征在于，
上述玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差同上述多芯光纤的芯与包层之间的相对折射率差、上述单模光纤的芯与包层之间的相对折射率差相等，或者上述玻璃光纤的圆形杆与低折射率材料的相对折射率差是上述多芯光纤的芯与包层之间的相对折射率差和上述单模光纤的芯与包层之间的相对折射率差之间的值。
5.根据权利要求1所述的光连接元件，其特征在于，
在上述石英玻璃构件的外周面上设有表示上述玻璃光纤的配置的标记。
6.一种权利要求1～5中任一项所述的光连接元件的制造方法，其中，
在金属制的模具容器内配置有N个杆的状态下向该金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述杆脱离，进行干燥并脱脂而获得具有N个空穴的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后向该多孔质的玻璃连接元件用母材内的各个空穴内插入由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤并进行烧结，从而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸以使其外径缩小至1/8～1/15来制造光连接元件。
7.一种权利要求1～5中任一项所述的光连接元件的制造方法，其中，
在金属制的模具容器内配置有N个由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤的状态下向该金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述模具容器脱离，进行干燥并脱脂，从而获得具有N个上述玻璃光纤的多孔质的玻璃连接元件用母材，之后对该多孔质的玻璃连接元件用母材进行烧结，从而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸以使其外径缩小至1/8～1/15来制造光连接元件。
8.根据权利要求6或7所述的光连接元件的制造方法，其特征在于，
以使上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的与单模光纤接触的端面侧的上述圆形杆的直径、该圆形杆的间隔成为上述单模光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小、并且以使与多芯光纤接触的端面侧的上述圆形杆的直径、该圆形杆的间隔成为上述多芯光纤的芯径、芯间隔的8倍～15倍的大小的方式选择杆的外径、硬化性树脂的种类以及硬化剂的种类。
9.根据权利要求6或7所述的光连接元件的制造方法，其特征在于，
上述玻璃光纤的外径从多芯光纤的芯的外径的8倍～15倍的大小中选择。
10.根据权利要求6或7所述的光连接元件的制造方法，其特征在于，
上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的、相当于光连接元件的与单模光纤接触的端面这一侧的外径从将N个该单模光纤集束而成的光纤束的最大径的8倍～15倍的大小中选择。
11.根据权利要求6或7所述的光连接元件的制造方法，其特征在于，
上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的、相当于光连接元件的与多芯光纤接触的端面这一侧的外径从该多芯光纤的外径的8倍～15倍的大小中选择。
12.根据权利要求6或7所述的光连接元件的制造方法，其特征在于，
上述多孔质的玻璃连接元件用母材的外径大小是上述石英玻璃化而成的连接元件用母材的外径大小的1.2倍～1.25倍。
13.一种光连接元件，其中，
该光连接元件能够利用权利要求6至12中任一项所述的制造方法来获得。
14.一种光连接元件制造用模具容器，其使用在权利要求6至12中任一项所述的制造方法中，其特征在于，
该光连接元件制造用模具容器包括两个对开型容器和堵塞该对开型容器的两端的开口的第1盖与第2盖，上述第1盖与第2盖具有供杆或玻璃光纤通过的直线状的孔。
15.一种权利要求1～5中任一项所述的光连接元件的制造方法，其中，
在金属制的模具容器内配置有N个杆的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述杆脱离，进行干燥并脱脂而获得具有N个空穴的多孔质的玻璃连接元件用母材，多次进行以上工序，将所获得的多个上述多孔质的玻璃连接元件用母材以依次连结一个端部彼此、另一个端部彼此的方式进行串联连结，之后，向串联连结起来的多个多孔质的玻璃连接元件用母材的空穴内插入由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤，进行烧结而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过在对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸之后切分为多个，从而制造光连接元件。
16.一种权利要求1～5中任一项所述的光连接元件的制造方法，其中，
在金属制的模具容器内配置有N个杆的状态下向金属制的模具容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使上述杆脱离，进行干燥并脱脂而获得具有N个空穴的多孔质的玻璃连接元件用母材，多次进行以上工序，并将所获得的多个上述多孔质的玻璃连接元件用母材以依次连结一个端部彼此、另一个端部彼此的方式进行串联连结，之后，对串联连结起来的多个多孔质的玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化而成的连接元件用母材，通过在向该石英玻璃化而成的连接元件用母材的空穴内插入由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤并进行加热、拉伸之后切分为多个，从而制造光连接元件。
17.一种权利要求1～5中任一项所述的光连接元件的制造方法，其中，
在内部空间被具有N个空穴的塑料制的隔离件分隔为多个室的金属制的模具容器的各个室内，在穿过该隔离件的各个空穴内分别配置有N条由高折射率的圆形杆和包围该圆形杆的外周的低折射率材料构成的玻璃光纤的状态下向该容器内注入含有硬化性树脂和硬化剂的SiO2玻璃原料溶液，在通过上述硬化性树脂与上述硬化剂的反应而产生自硬化反应并使上述SiO2玻璃原料溶液固化之后，使该金属容器脱离，进行干燥并脱脂而获得具有N个玻璃光纤的多个多孔质的玻璃连接元件用母材相连结的母材，对该多孔质的玻璃连接元件用母材进行烧结而获得石英玻璃化而成的多个连接元件用母材相连结的母材，通过在对该石英玻璃化而成的连接元件用母材沿长度方向进行加热、拉伸之后切分为多个，从而制造光连接元件。
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