CN114641715B - 光连接器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及减少SCF和MCF之间的连接损耗的光连接器件。该光连接器件具有多个中继光纤和毛细管，所述毛细管具有第三和第四端面。各中继光纤包括Δ1的第一芯部、Δ2的第二芯部以及Δ3的包层。毛细管包括第四端面相对于第三端面的外径比R为0.2以下的锥部。各中继光纤以式(V2‑V1)/R的值处于156％μm2以上且177％μm2以下的范围的方式构成，V1(％μm2)使用第四端面中的第一芯部的半径r1b(μm)通过(π·r1b 2)×(Δ1‑Δ2)来得出，V2(％μm2)使用第四端面中的第二芯部的半径r2b(μm)通过(π·r2b 2)×(Δ1‑Δ2)来得出。
Description
技术领域
本发明涉及光连接器件。
本申请要求2019年12月3日提交的日本专利申请第2019-219055号的优先权，基于其内容并参考其全文而加入本说明书。
背景技术
作为将多芯光纤(以下记作“MCF：Multi-Core Fiber”)所包含的多个芯部分别与多个单芯光纤(以下记作“SCF：Single-Core Fiber”)以一一对应的状态光学连接的光连接器件的一个例子，已知有FIFO(Fan-in/Fan-out，扇入/扇出)器件。通常，在将多个SCF扎成束的情况下，由于芯部间距的不同，所以难以将MCF的多个芯部和多个SCF直接连接。因此，在将多个SCF与MCF的多个芯部一一对应地光学连接时，利用FIFO器件来进行间距转换。另外，作为上述FIFO器件，在专利文献1和专利文献2中公开了熔融拉伸型FIFO器件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-16472号公报；
专利文献2：日本特开2015-1673号公报。
发明内容
本发明的一个实施方式的光连接器件包括FIFO器件，上述FIFO器件具有用于能够将MCF所包含的多个芯部分别与SCF光学连接的结构。要经由该FIFO器件光学连接的MCF的各芯部的MFD处于8.6μm以上且9.2μm以下的范围，此外，SCF的MFD也处于8.6μm以上且9.2μm以下的范围。为了解决上述问题，该FIFO器件具有多个中继光纤和毛细管。多个中继光纤设置成与MCF的多个芯部一一对应。此外，各中继光纤包括第一芯部、设置成包围该第一芯部的外周的第二芯部、以及设置成包围该第二芯部的外周的包层，并且具有第一端面和在第一端面的相反侧的第二端面。第一芯部具有相对折射率差Δ1(％)，第二芯部具有比相对折射率差Δ1低的相对折射率差Δ2(％)，包层具有比相对折射率差Δ2低的相对折射率差Δ3(％)。毛细管具有彼此相向配置的第三端面(SCF侧端面)和第四端面(MCF侧端面)，并将各个从该第三端面向该第四端面延伸的多个中继光纤保持为一体。包含多个中继光纤的第一端面的顶端部从第三端面凸出。第四端面是与MCF的端面相对的面，配置有多个中继光纤的第二端面(第四端面与多个中继光纤的另一个端面一致)。此外，毛细管包括设置在第三端面和第四端面之间的锥部。锥部具有用第四端面的外径ODMIN相对于第三端面的外径ODMAX的比：ODMIN/ODMAX规定的0.2以下的外径比R。多个中继光纤分别以用式：(V2-V1)/R规定的值处于156％μm2以上且177％μm2以下的范围的方式构成。在此，V1(％μm2)是通过用第四端面中的第一芯部的半径r1b(μm)规定的截面面积与第一和第二相对折射率差之间的差(Δ1-Δ2)的积((π·r1b 2)×(Δ1-Δ2))而得出的折射率体积(profile volume，体积分布)，V2(％μm2)是通过用第四端面中的第二芯部的半径r2b(μm)规定的截面面积与第二和第三相对折射率差之间的差(Δ2-Δ3)的积((π·r2b 2)×(Δ2-Δ3))而得出的折射率体积。
附图说明
图1是用于说明作为本发明一个实施方式的光连接器件的一个例子的熔融拉伸型FIFO器件的制造工序的例子的图。
图2是示出经过图1的制造工序得到的FIFO器件的结构的图。
图3是在图2例示出的FIFO器件的各部分中的中继光纤的截面结构和折射率分布。
图4是用于说明在图2例示出的FIFO器件的各部分中的芯部间距的变化的概念图。
图5是用于说明FIFO器件和MCF之间的电场强度分布的重叠积分与连接损耗的关系的概念图。
图6是对于8个FIFO样品(样品1至样品8)，分别示出构成MCF-SCF间连接损耗的测量系统的MCF、SCF、以及该FIFO样品的各结构参数的图表。
图7A是绘制出具有图6所示的结构参数的8个FIFO样品中样品1至样品4的连接损耗的计算结果的曲线图。
图7B是绘制出具有图6所示的结构参数的8个FIFO样品中样品5至样品8的连接损耗的计算结果的曲线图。
图8是分别示出具有图6所示的结构参数的8个FIFO样品的最优范围的图表。
图9是本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品各自的SCF侧端面的折射率分布的例子。
图10A是对于本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品分别示出MFD相对于传输距离的变化的曲线图。
图10B是对于本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品分别示出在各传输距离的与MCF之间的电场强度分布的重叠积分导致的损耗α(dB)的变化的曲线图。
具体实施方式
[发明要解决的问题]
发明人研究了上述现有技术，结果发现了以下问题。即，在熔融拉伸型FIFO器件的制造时，准备与要连接的MCF的芯部数量相同数量的中继光纤和设有与该MCF的芯部数量相同数量的贯通孔的毛细管。在熔融前，毛细管的两个端面(将与SCF相对的面记作“SCF侧端面”，并且将与MCF相对的面记作“MCF侧端面”)的各尺寸(面积或者最大直径)比MCF的端面的尺寸(面积或者最大直径)大。因此，在中继光纤分别插入了贯通孔的状态下，一边加热毛细管一边拉伸，直至MCF侧端面的芯部间距与MCF的端面的芯部间距大概一致的程度。通过该拉伸，在毛细管中形成锥部，芯部间距从多个SCF侧向MCF侧缩小。
如上所述在熔融拉伸型FIFO器件中，不仅是毛细管，与该毛细管一体化的多个中继光纤也被一边加热一边拉伸。因此，各中继光纤的折射率分布和电场强度分布在该毛细管的SCF侧端面与MCF侧端面之间较大地变化。另外，经由FIFO器件被光学连接的多个SCF和MCF之间的连接损耗(FIFO器件的插入损耗)主要通过该光连接器件所包含的多个中继光纤各自的传输损耗与该多个中继光纤和MCF的多个芯部之间产生的耦合损耗的和来得到。
在现有的FIFO器件中，为了减少与传输损耗相比对连接损耗影响更大的耦合损耗，调节各中继光纤的折射率分布使得毛细管的MCF侧端面中的各中继光纤的模场直径(以下记作“MFD：Mode Field Diameter”)和MCF侧对应的芯部的MFD大概一致。然而，在上述现有技术中，完全没有考虑作为增大耦合损耗的原因的各中继光纤和MCF侧对应的芯部之间的电场强度分布的不匹配，难以充分地减少连接损耗。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种具有用于有效减少一个以上的SCF与MCF之间的连接损耗的结构的光连接器件。
[发明效果]
根据本发明的光连接器件，能够有效地减少一个以上的SCF与MCF之间的连接损耗。
[本发明的实施方式的说明]
构成FIFO器件的一部分的各中继光纤具有由第一芯部、具有比该第一芯部的折射率低的折射率的第二芯部、以及具有比该第二芯部的折射率低的折射率的包层构成的双重芯部结构。在熔融拉伸型FIFO中，为了使MCF侧端面中的芯部间距与MCF的端面中的芯部间距一致，MCF侧端面的面积比SCF侧端面的面积小(形成锥部)。根据这样的结构上的特征，各中继光纤的第一芯部的外径从SCF侧端面向MCF侧端面变小。关于在各中继光纤内传播的光的封闭，在靠近SCF侧端面的区间中也主要是第一芯部发挥作用(第一芯部作为光波导区域发挥作用)。另一方面，由于在靠近MCF侧端面的区间中第一芯部的外径本身变小，所以逐渐地主要由第二芯部发挥封闭光的作用(第二芯部实质上作为波导区域发挥作用)。但是，当SCF侧端面中的第一芯部的半径为某个值A以上时，即使在MCF侧端面中第一芯部也能够对封闭光作出贡献，因此如图5的上部分所示，即使MCF侧端面中的各中继光纤的MFD与MCF的各芯部的MFD一致，也会受到第一芯部封闭光的影响而使电场强度分布的重叠积分变小。也就是说，由于图5的上部分中的斜线部分的面积变大，结果由FIFO器件插入引起的耦合损耗变大。
在本发明的实施方式中，为了减少FIFO器件的MCF侧端面中的第一芯部封闭光的影响，调节SCF侧端面中的第一芯部的半径和MCF端面相对于SCF端面的外径比。进而，调节第二芯部的半径和中继光纤的折射率分布使得在MCF侧端面中主要由该第二芯部来封闭光。此外，在本实施方式中，在能够任意控制MFD的状态下进行设计。在该情况下，通过在锥部附近使MFD变化来局部地增大中继光纤的MFD，本发明的实施方式中，通过将FIFO器件的外径比调节得小，在靠近MCF侧端面的区间中使MFD恢复至期望的直径。
以下分别单独列述并说明本发明的实施方式的内容。
(1)本发明的一个实施方式的光连接器件包括FIFO器件，该FIFO器件具有用于能够将MCF(多芯光纤)所包含的多个芯部分别与SCF(单芯光纤)光学连接的结构。具体而言，作为该FIFO器件的一个方式，具有多个中继光纤和毛细管。多个中继光纤设置成与MCF的多个芯部一一对应。此外，各中继光纤具有第一芯部、设置成包围该第一芯部的外周的第二芯部、以及设置成包围该第二芯部的外周的包层。第一芯部具有相对折射率差(第一相对折射率差)Δ1(％)，第二芯部具有比相对折射率差Δ1低的相对折射率差(第二相对折射率差)Δ2(％)，包层具有比相对折射率差Δ2低的相对折射率差(第三相对折射率差)Δ3(％)。另外，第一芯部、第二芯部以及包层的相对折射率差Δ1、Δ2、Δ3均是以纯二氧化硅(SiO2)为基准规定的在波长589nm的相对折射率差。毛细管具有彼此相向配置的第三端面(SCF侧端面)和第四端面(MCF侧端面)，并将各个从该第三端面向该第四端面延伸的多个中继光纤保持为一体。包含多个中继光纤的第一端面的顶端部从第三端面凸出。第四端面是与MCF的端面相对的面，配置有多个中继光纤的第二端面(第四端面与多个中继光纤的第二端面一致)。毛细管包括设置在第三端面和第四端面之间的锥部。此外，该FIFO器件满足下面的条件1至条件3。
条件1规定：“锥部具有用第四端面的外径ODMIN相对于第三端面的外径ODMAX的比：ODMIN/ODMAX规定的0.2以下的外径比R”。条件2规定：“要经由该FIFO器件光学连接的SCF和MCF的各MFD的范围为8.6μm以上且9.2μm以下”。条件3规定：“多个中继光纤分别构成为用下式(1)规定的值处于156％μm2以上且177％μm2以下的范围”，
(V2-V1)/R…(1)。
在此，
V1：通过用第四端面中的第一芯部的半径r1b(μm)规定的截面面积与第一和第二相对折射率差之间的差(Δ1-Δ2)的积((π·r1b 2)×(Δ1-Δ2))得出的折射率体积(％μm2)；
V2：通过用第四端面中的第二芯部的半径r2b(μm)规定的截面面积与第二和第三相对折射率差之间的差(Δ2-Δ3)的积((π·r2b 2)×(Δ2-Δ3))得出的折射率体积(％μm2)。
(2)作为本发明的一个方式，优选在多个中继光纤中每个中继光纤的第一芯部或者第二芯部由纯二氧化硅构成。通过在有利于光传播的部分采用不含有Ge、F等折射率调节剂的纯二氧化硅，能够在由一个毛细管保持的多个中继光纤之间减少折射率分布沿半径方向的形状的偏差(折射率分布的形状稳定性)。
(3)作为本发明的一个方式，优选该FIFO器件满足下面的条件4。条件4规定：“在第三端面上规定的第二芯部的半径r2a相对于第一芯部的半径r1a的比：r2a/r1a大于5.0”。像这样，通过使第一芯部比第二芯部小，在MCF侧端面中，光实质上不被引导至第一芯部。由此，能够增大MCF和FIFO的电场强度分布的重叠积分，降低连接损耗。
(4)作为本发明的一个方式，优选毛细管除了上述锥部以外还包括第一恒定部和第二恒定部。第一恒定部以包含第三端面的状态设置在该第三端面和锥部之间。第二恒定部以包含第四端面的状态设置在该第四端面和锥部之间。第一恒定部的与从第三端面向第四端面的基准方向交叉的截面的最小外径从第三端面向第四端面保持为相同直径。第二恒定部的与从第三端面向第四端面的基准方向交叉的截面的最小外径从第三端面向第四端面保持为相同直径。
(5)作为本发明的一个方式，当将沿基准方向规定的第一恒定部的长度设为Lw、将沿基准方向规定的锥部的长度设为Lt、将沿基准方向的上述第二恒定部的长度设为Ln时，优选该光连接器件满足下面的条件5。条件5规定：“第一恒定部的长度Lw相对于锥部的长度Lt和第二恒定部的长度Ln的和：Lt+Ln的比，即下式(2)规定的比处于0.5以上且30以下的范围”，
Lw/(Lt+Ln)…(2)。
以上，在该[本发明的实施方式的说明]栏中列举出的各方式，都能够分别适用于其余的所有方式、或者这些其余的方式的所有组合。
[本发明的实施方式的详细内容]
接下来，一边参考以下所附的附图一边详细地说明本发明的光连接器件的具体例。另外，本发明并不限于这些示例，而是由权利要求的范围所表示，并且意在包含与权利要求的范围等同的含义和范围内的全部变更。此外，在附图的说明中，对相同的要素附加相同的标记，省略重复的说明。
图1是用于说明作为本发明一个实施方式的光连接器件的一个例子的熔融拉伸型FIFO器件的制造工序的例子的图。图2是示出经过图1的制造工序而得到的FIFO器件的结构的图。此外，图3是在图2例示出的FIFO器件的各部分中的中继光纤的截面结构和折射率分布。
首先，为了得到熔融拉伸型FIFO器件(一个实施方式的光连接器件)，在图1示出的步骤S1中，准备具有与要连接的MCF300所包含的芯部301相同数量的贯通孔151的毛细管150A和与该贯通孔151相同数量的中继光纤200。
中继光纤200由沿光轴AX延伸的裸光纤210和设置在该裸光纤210的外周的树脂被覆220构成。但是，插入毛细管150A的贯通孔151的部分(裸光纤210)除去了树脂被覆220。毛细管150A具有贯通孔151两侧开口所位于的SCF侧端面150a和MCF侧端面150b，MCF侧端面150b上的贯通孔151的配置与要连接的MCF300的芯部301的配置相对应。
接下来，在图1示出的步骤S2中，通过在中继光纤200中除去了树脂被覆220的部分(裸光纤210)分别插入了贯通孔151的状态下加热毛细管150A，得到一体化毛细管150B。在一体化后，成为如下的状态：被树脂被覆220覆盖的中继光纤200的第一端部从一体化毛细管150B的SCF侧端面150a凸出，另一方面，中继光纤200的第一端部的相反侧的第二端部从一体化毛细管150B的MCF侧端面150b凸出。
在图1示出的步骤S3中，一边加热一边拉伸在上述步骤S2得到的一体化毛细管150B的中间部。在该拉伸操作之后，切断一体化毛细管150B的包含MCF侧端面150b的端部的顶端，得到设置有锥部120的FIFO器件100。
拉伸后的毛细管(实质上为FIFO器件100的主体)具有分别相当于一体化毛细管150B的SCF侧端面150a和MCF侧端面150b的SCF侧端面100a和MCF侧端面100b。中继光纤200的被树脂被覆220覆盖的部分从SCF侧端面100a凸出。MCF侧端面100b与各个中继光纤200的被切断的端面一致。此外，该FIFO器件100除了具有上述锥部120以外，还具有设置在SCF侧端面100a和锥部120之间的第一恒定部110、以及设置在MCF侧端面100b和锥部120之间的第二恒定部130。第一恒定部110和第二恒定部130两者都是沿着该FIFO器件100的长度方向(从SCF侧端面100a向MCF侧端面100b的基准方向)实质上保持截面外径(与该长度方向交叉的截面的外径)为固定的部分，典型的是第一恒定部的外径变化相对于中值为5％以下，第二恒定部的外径变化相对于中值为10％以下。在设置了锥部120的FIFO器件100中，SCF侧端面100a的最大外径ODMAX比MCF侧端面100b的最大外径ODMIN大。
如图2所示，如上制造的FIFO器件100将多个SCF250和MCF300的芯部301以一一对应的状态光学连接。具体而言，SCF250的一个端面分别以熔接或者连接器化的状态连接于从SCF侧端面100a露出的中继光纤200的第一端部。另外，每个SCF250具有裸光纤260和树脂被覆270，上述裸光纤260由沿光轴AX延伸的芯部261和设置在该芯部261的外周的包层262构成，上述树脂被覆270设置在该裸光纤260的外周。另一方面，MCF300具有裸光纤310和树脂被覆320，上述裸光纤310由多个芯部301和包围该多个芯部301的共同包层302构成，上述树脂被覆320设置在该裸光纤310的外周。MCF侧端面100b与MCF300的端面300a熔接，或者以连接器化或光纤阵列化的状态连接。
此外，在FIFO器件100中，第一恒定部110具有长度Lw，锥部120具有长度Lt，第二恒定部130具有长度Ln。此时，考虑到容易制造、容易安装，该FIFO器件100设计成满足上述条件5。即，第一恒定部110的长度Lw相对于锥部120的长度Lt和第二恒定部130的长度Ln的和的比、即上述式(2)规定的比处于0.5以上且30以下的范围。除此以外，为了有效地抑制FIFO器件100和MCF300的耦合损耗，该FIFO器件100还设计成满足上述条件1。即，用MCF侧端面100b的最大外径ODMIN相对于SCF侧端面100a的最大外径ODMAX的比：ODMIN/ODMAX规定的外径比R设定为0.2以下。
FIFO器件100在第一和第二恒定部110、130之间设置有锥部120。因此，如图3所示，在构成该FIFO器件100的一部分的中继光纤200的截面结构中，截面结构和折射率分布不同。即，中继光纤200所包含的裸光纤210具有：包含光轴AX并且具有相对折射率差Δ1的第一芯部211、包围第一芯部211并且具有相对折射率差Δ2的第二芯部212、以及包围第二芯部212并且具有相对折射率差Δ3的包层213。第一芯部211在SCF侧端面100a中具有半径r1a，另一方面，在MCF侧端面100b中具有半径r1b。第二芯部212在SCF侧端面100a中具有半径r2a，另一方面，在MCF侧端面100b中具有半径r2b。
在MCF侧端面100b中，第一芯部211的半径r1b和第二芯部212的半径r2b满足上述条件3。具体而言，在多个中继光纤200中，每个中继光纤用上述式(1)：(V2-V1)/R规定的值处于156％μm2以上且177％μm2以下的范围。在此，折射率体积V1(％μm2)通过用MCF侧端面100b中的第一芯部211的半径r1b(μm)规定的截面面积与相对折射率差Δ1减去相对折射率差Δ2得到的第一值(Δ1-Δ2)的积((π·r1b 2)×(Δ1-Δ2))来得出。折射率体积V2(％μm2)通过用MCF侧端面100b中的第二芯部的半径r2b(μm)规定的截面面积与相对折射率差Δ2减去相对折射率差Δ3得到的第二值(Δ2-Δ3)的积((π·r2b 2)×(Δ2-Δ3))来得出。另外，外径比R是MCF侧端面100b相对于SCF侧端面100a的外径比。此外，为了能够任意控制电场强度分布，第一芯部211的外径2r1a和第二芯部212的外径2r2a设计成满足上述条件4。即，第二芯部212的半径r2a相对于第一芯部211的半径r1a的比：r2a/r1a(与第一芯部211和第二芯部212的外形比含义相同)大于5.0。此时，SCF侧端面100a和MCF侧端面100b中的各中继光纤200的折射率分布设计成满足上述条件2。即，本发明的光连接器件设想用于具有8.6μm以上且9.2μm以下的范围的MFD的SCF和MCF。另外，在本说明书中，当将纯二氧化硅的折射率设为n0，将各部分的折射率设为n时，相对折射率差Δ通过下式(3)来得到：
(n-n0)/n0…(3)。
另一方面，在MCF侧端面100b中，第一芯部211的半径r1b小到不能够引导光。因此，MCF侧端面100b中的封闭光的主体为第二芯部212。MCF侧端面100b中的各中继光纤200的折射率分布虽然满足上述条件2，但与SCF侧端面100a中的第一芯部211的半径r1a和第二芯部212的半径r2a相比，MCF侧端面100b中的第一芯部211的半径r1b和第二芯部212的半径r2b明显缩小。
图4是用于说明在图2例示出的光连接器件的各部分中的芯部间距的变化的概念图。此外，图5是用于说明光连接器件和MCF之间的电场强度分布的重叠积分与连接损耗的关系的概念图。
如图4所示，在SCF侧端面100a中，关于传播光的封闭，主要由第一芯部211来进行封闭。这样的具有光功率的光在各中继光纤200的相当于第一恒定部110的区间中传播后，向锥部120传播。从锥部120向MCF侧端面100b传播的光在中继光纤200中在相当于第二恒定部130的区间中传播。在该区间中，各中继光纤200的折射率分布具有在半径方向被压缩了的形状，主要由第二芯部212来封闭光。
另外，如上所述，当SCF侧端面100a中的第一芯部211的半径r1a为某个值A以上时，即使在MCF侧端面100b中第一芯部211也能够对封闭光作出贡献，因此如图5的上部分所示，即使MCF侧端面100b中的各中继光纤200的MFD与MCF300的各芯部301的MFD一致，电场强度分布的重叠积分也会受到第一芯部211封闭光的影响而变小。即，由各中继光纤200的电场强度分布100E1和MCF300的各芯部301的电场强度分布300E夹着的斜线部分的面积变大。另一方面，根据本实施方式的FIFO器件100，在MCF侧端面100b中，第一芯部211几乎不能够对光传播作出贡献。因此，如图5的下部分所示，由各中继光纤200的电场强度分布100E2和MCF300的各芯部301的电场强度分布300E夹着的斜线部分的面积与上部分的例子相比明显变小(降低连接损耗)。
接下来，准备了多个样品来研究本实施方式的FIFO器件100的结构条件。图6是对于8个FIFO样品(样品1至样品8)，分别示出构成MCF-SCF间连接损耗的测量系统的MCF、SCF、以及该FIFO样品的各结构参数的图表。在准备的8个FIFO样品当中，在样品1、样品2、样品5以及样品6的SCF侧端面100a配置了具有9.2μm的MFD的SCF250，在样品3、样品4、样品7以及样品8的SCF侧端面100a配置了具有8.6μm的MFD的SCF250。此外，在样品1至样品4的MCF侧端面100b配置了具有9.2μm的MFD的MCF300，在样品5至样品8的MCF侧端面100b配置了具有8.6μm的MFD的MCF300。
进而，样品1至样品8各自的外径比R设定为0.16或者2.0。关于在波长589nm的差Δ1-Δ2，样品1至样品8各自设定的范围是0.30％以上且0.4％以下的范围，或者是0.35％以上且0.45％以下的范围。在各个样品1至样品8中，为了与SCF250低损耗地连接，每个中继光纤200的SCF侧端面100a中的第一芯部211的半径r1a为4.25±0.25μm(4.0μm以上且4.5μm以下)。此外，在各个样品1至样品8中，每个中继光纤200的MCF侧端面100b中的第一芯部211的半径r1b为0.68μm和0.85μm。
对于具有以上结构的FIFO样品的样品1至样品8，在图7A和图7B中示出MCF-SCF间的连接损耗的计算结果。另外，在图7A和图7B所示出的样品1至样品8的计算结果中，纵轴表示差Δ2-Δ3，横轴表示MCF侧端面100b中的第二芯部212的半径r2b。此外，在图7A和图7B的各计算结果中，G710表示连接损耗大于0dB且为0.02dB以下的范围、G720表示连接损耗大于0.02dB且为0.04dB以下的范围、G730表示连接损耗大于0.04dB且为0.06dB以下的范围、G740表示连接损耗大于0.06dB且为0.08dB以下的范围、G750表示连接损耗大于0.08dB且为0.10dB以下的范围、G760表示连接损耗大于0.10dB且为0.12dB以下的范围。其余的线也以0.02dB间隔表示。此外，以虚线围出的区域AR表示样品1至样品8的各测量结果的最优范围。
图8示出的结构参数是在图7A和图7B示出的线中用线G710表示的、连接损耗处于大于0dB且为0.02dB以下(表示最优范围的区域AR)的范围的样品的结构参数。即，关于各个样品1至样品8，为了使连接损耗处于大于0dB且为0.02dB以下的范围，需要使在波长589nm的差：Δ2-Δ3的最优范围为0.35％以上且0.45％以下、或者0.40％以上且0.50％以下。需要使MCF侧端面100b中的第二芯部212的半径r2b的最优范围为4.75μm以上且5.25μm以下、5.25μm以上且5.75μm以下、4.50μm以上且5.0μm以下、5.0μm以上且5.50μm以下中的任一种。图8中的“r2a(μm)”是根据上述半径r2b和图6示出的各样品的外径比R计算的值。折射率体积V1(％μm2)、折射率体积V2(％μm2)以及用上述式(1)：(V2-V1)/R规定的值也可以利用上述半径r2b来计算(参考式(1))。另外，在图8中，也示出了每个样品在SCF侧端面100a的第二芯部212的半径r2a相对于第一芯部211的半径r1a的比：r2a/r1a。因此，利用图6的条件范围和图8的最优范围的值计算的用上述式(1)：(V2-V1)/R规定的值的共同范围为156％μm2以上且177％μm2以下。
接下来，利用各种样品，对在FIFO器件的内部传播的光的MFD、以及在各传输距离的根据电场分布和MCF300的电场分布的重叠积分计算的损耗(以下记作损耗α(dB))的变化进行验证。另外，图9是本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品各自的SCF侧端面100a中的折射率分布的例子。图10A是对于本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品分别示出MFD相对于传输距离的变化的曲线图。此外，图10B是对于本发明的一个实施方式的FIFO样品和比较例的FIFO样品分别示出在各传输距离的根据电场分布和MCF300的电场分布的重叠积分计算的损耗(损耗α)的变化的曲线图。此外，该验证是针对将在波长1310nm具有8.6μm的MFD的MCF300的芯部301与在波长1310nm具有9.2μm的MFD的SCF250光学连接的情况进行的。
在图9中，G910表示比较例1的FIFO样品的折射率分布，G920表示比较例2的FIFO样品的折射率分布，G930表示本发明的一个实施方式的FIFO样品(以下记作“本实施方式的FIFO样品”)的折射率分布。比较例1、比较例2以及本实施方式中的所有FIFO样品在SCF侧端面中的第一芯部的半径r1a均为4.28μm。此外，在比较例1的FIFO样品中，在SCF侧端面上规定的第二芯部的外径2r2a相对于第一芯部的外径2r1a的比：r2a/r1a的范围设定在3以上且5以下。在比较例2和本实施方式的FIFO样品中，所有的比：r2a/r1a均大于5，以能够任意控制MFD的状态进行设计。但是，比较例1和比较例2的FIFO样品的外径比R均设定成1/3.4，即0.294，与之相对，本实施方式的FIFO样品的外径比R设定成1/6.4，即0.156。即比较例1和比较例2的FIFO样品的外径比R均设定成大于0.2，本实施方式的FIFO样品的外径比R设定成0.2以下。另外，准备的本实施方式的FIFO样品、比较例1的FIFO样品以及比较例2的FIFO样品的差：Δ1-Δ2的值与差：Δ2-Δ3的值都为相同程度。这些FIFO样品之间，除了上述外径比R以外，第二芯部212的半径不同。
具有上述结构的光学特性在图10A和图10B中示出。另外，在图10A中，曲线图G1010A表示比较例1的FIFO样品中的MFD的变化，曲线图G1020A表示比较例2的FIFO样品中的MFD的变化，曲线图G1030A表示本发明的一个实施方式的FIFO样品中的MFD的变化。此外，在图10B中，曲线图G1010B表示比较例1的FIFO样品中的损耗α的变化，曲线图G1020B表示比较例2的FIFO样品中的损耗α的变化，曲线图G1030B表示本发明的一个实施方式的FIFO样品中的损耗α的变化。
从图10A可以得知，在比较例1的FIFO样品的情况下，锥部120(长度Lt的区间)中的MFD的变化小。另一方面，在比较例2和本实施方式的各FIFO样品的情况下，在锥部120中MFD的变化大。但是，在比较例2的FIFO样品的情况下，即使在从锥部120向MCF侧端面100b的区间(第二恒定部130)中，MFD也依然扩大。与此相对，在本实施方式的FIFO样品的情况下，在锥部120扩大的MFD在从锥部120向MCF侧端面100b的区间(第二恒定部130)中，缩小到原本的直径。这是因为外径比R如上所述被设定为小的1/6.4。即，在具有这样小的外径比R的FIFO样品中，从锥部120向MCF侧端面100b的区间(第二恒定部130)中的第一芯部211小到不能够引导光，另一方面，由第二芯部212封闭光的影响占据优势地位。这是因为，在这样的状况下，MFD已经缩小到基于第二芯部212的直径。
为了确认所准备的各FIFO器件的低损耗化，图10B示出了已考虑了渗漏损耗的FIFO样品侧的电场强度分布和MCF300侧的电场强度分布的重叠积分导致的耦合损耗(损耗α)的计算结果。根据该图10B可以得知，在比较例1的FIFO样品的情况下，随着MFD的变化量被抑制，该FIFO样品和MCF300的电场强度分布的重叠积分的变化量也变小。最终的耦合损耗为约0.022dB。在比较例2的FIFO样品的情况下，由于MFD在锥部120内扩大，电场强度分布的重叠积分的变化量也变大。其结果是，最终的耦合损耗为约0.175dB。在本实施方式的FIFO样品的情况下，由于锥部120中的MFD的变化量大，所以电场强度分布的重叠积分的变化量也暂时变大。然而，在从锥部120向MCF侧端面100b的区间(第二恒定部130)中，由于MFD缩小成任意直径，所以也抑制了重叠积分引起的耦合损耗(损耗α)。能够确认最终的耦合损耗为约0.007dB，即使与比较例1相比也有显著的改善。
另外，在锥部120中的MFD(或者有效截面积Aeff)的变化量大的情况下，不能够维持单模，并且有可能增大耦合损耗。因此，在比较例1中，为了抑制MFD的变化量，SCF侧端面100a中的第二芯部212的外径2r2a相对于第一芯部211的外径2r1a的比：r2a/r1a设定在3以上且5以下的范围。
另一方面，在本实施方式的情况下，即使在锥部120中的MFD(或者有效截面积Aeff)的变化量大的情况下，由于将外径比R设定为小于某个值(条件1)，所以能够缩小中心的芯径、将MFD恢复成任意直径。因此，在本实施方式的FIFO样品中，第一芯部211与第二芯部212的外径比：r2a/r1a的范围实际上没有限制(芯部的外径比大于5)。即，根据本实施方式的FIFO样品，在能够任意控制MFD的状态下，能够一边抑制渗漏损耗一边使光在锥部120传播，因此有效地抑制由传播损耗和耦合损耗的和规定的插入损耗(连接损耗)。
附图标记说明
100…FIFO器件(光连接器件)；100a…SCF侧端面(第三端面)；100b…MCF侧端面(第四端面)；150A、150B…毛细管；200…中继光纤；211…第一芯部；212…第二芯部；213…包层；250…SCF(单芯光纤)；300…MCF(多芯光纤)。
Claims (5)
1.一种光连接器件，其具有用于能够将多芯光纤所包含的多个芯部分别与单芯光纤光学连接的结构，所述多个芯部分别具有8.6μm以上且9.2μm以下的模场直径，所述单芯光纤具有8.6μm以上且9.2μm以下的模场直径，
所述光连接器件具有：
多个中继光纤，其设置成与所述多芯光纤的所述多个芯部一一对应，所述多个中继光纤分别具有第一端面和在所述第一端面的相反侧的第二端面，并且分别包括第一芯部、包围所述第一芯部的外周的第二芯部、以及包围所述第二芯部的外周的包层，所述第一芯部具有以纯二氧化硅为基准的第一相对折射率差Δ1(％)，所述第二芯部具有比所述第一相对折射率差Δ1低的第二相对折射率差Δ2(％)，所述包层具有比所述第二相对折射率差Δ2低的第三相对折射率差Δ3(％)，以及
毛细管，其具有所述第一端面凸出的第三端面和配置了所述第二端面的第四端面，并将各个从所述第三端面向所述第四端面延伸的所述多个中继光纤保持成一体，
所述毛细管包括锥部，所述锥部设置在所述第三端面和所述第四端面之间并具有用所述第四端面的外径相对于所述第三端面的外径的比规定的0.2以下的外径比R，
在所述多个中继光纤中，每个中继光纤的折射率体积V1(％μm2)和折射率体积V2(％μm2)满足以下不等式：
156％μm2≤(V2-V1)/R≤177％μm2，
所述折射率体积V1(％μm2)通过用所述第四端面中的所述第一芯部的半径r1b(μm)规定的截面面积与所述第一相对折射率差和所述第二相对折射率差之间的差(Δ1-Δ2)的积((π·r1b 2)×(Δ1-Δ2))而得出，
所述折射率体积V2(％μm2)通过用所述第四端面中的所述第二芯部的半径r2b(μm)规定的截面面积与所述第二相对折射率差和所述第三相对折射率差之间的差(Δ2-Δ3)的积((π·r2b 2)×(Δ2-Δ3))而得出。
2.根据权利要求1所述的光连接器件，其中，
在所述多个中继光纤中，每个中继光纤的所述第一芯部或者所述第二芯部由纯二氧化硅构成。
3.根据权利要求1或者2所述的光连接器件，其中，
在所述第三端面上规定的所述第二芯部的半径相对于所述第一芯部的半径的比大于5.0。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的光连接器件，其中，
所述毛细管具有：
第一恒定部，其以包含所述第三端面的状态设置在所述第三端面和所述锥部之间，与从所述第三端面向所述第四端面的基准方向交叉的截面的最大外径从所述第三端面向所述第四端面保持为相同直径，以及
第二恒定部，其以包含所述第四端面的状态设置在所述第四端面和所述锥部之间，与所述基准方向交叉的截面的最小外径从所述第三端面向所述第四端面保持为相同直径。
5.根据权利要求4所述的光连接器件，其中，
当沿着所述基准方向规定所述第一恒定部、所述锥部以及所述第二恒定部的各长度时，所述第一恒定部的长度相对于所述锥部的长度和所述第二恒定部的长度的和的比处于0.5以上且30以下的范围。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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