CN1399150A - 光纤熔接连结机和熔接连结方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤熔接连结机和光纤熔接连结方法。本发明的光纤熔接连结机具有：获得来自光纤10、20侧面方向的光透过图像的电视摄像头32，由该图像的光纤横断方向的辉度分布演算各光纤的模场直径、同时求出它们的径差的图像处理装置33，通过电弧放电进行放电加热的放电电极41、42，使光纤对接部对放电束位置相对移动的可移动基座57及驱动装置35，和对于在对上述对接部进行熔接用放电加热后、使放电束位置朝着被判定为模场直径小的光纤侧移动并且进行追加放电加热的对驱动装置35及放电用电源装置36进行控制的控制装置34。

Description

光纤熔接连结机和熔接连结方法

技术领域

本发明涉及将模场直径(モ-ドフイ-ルド径)不同的两根光纤，彼此用电弧放电熔接连结的光纤熔接连结机和光纤熔接连结方法。

背景技术

在构筑通讯光缆网和制作使用光纤的机器时，经常发生要把模场直径相互不同的两根光纤彼此熔接连结。此时，若仅使用电弧放电熔接连结机将这两根光纤彼此熔接连结时，则比将模场直径相等的光纤彼此连结时的连结损失大。

因此，历来人们为了以尽可能低的损失将模场直径不同的两根光纤彼此连结想尽办法。例如在特开平2000-098171号公报中，提出了在将模场直径小的一侧的光纤和模场直径大的另一侧的光纤熔接连结时，使各自光纤的端面彼此对接，放电加热该对接部使之熔接连结后，使放电加热位置挪向模场直径小的一侧的光纤侧，进行加热量少的追加放电加热，藉此，使一侧光纤芯的掺杂剂扩散，仅使一侧光纤的模场直径沿长度方向慢慢扩大。

这样，只要使模场直径小的一侧的光纤的模场直径扩大成锥状，就能使连结部中两方光纤的模场直径大致匹配，可以降低连结损失。另外，通过使该锥状体变长，就能在抑制因锥体长度短造成损失增加的情况下进行连结，从而能够进一步低损失化。

此外，在特开平2000-275469号公报中，提出了先像上述那样，再在进行放电加热的熔接连结后，进行追加放电以谋求模场直径的匹配，此时，求得熔接连结后的光纤的透过图像，由其辉度分布曲线推定模场直径的值，利用该推定值再推定进行过上述追加加热的光纤的模场直径的值，藉此观察两根光纤的模场直径的匹配情况，在能够判断为已充分达到该目标的时刻，停止追加加热。

然而，在现有技术的特开平2000-098171号公报的方法中，在将模场直径不同的光纤彼此连结时，必须预先知道哪一根的模场直径小，以进行光纤的设置。为避免因误操作而得到完全相反的结果，在操作时要凭感觉。

另外，在特开平2000-275469号公报中，不过是通过图像观察，对最初加热(熔接用加热)和追加加热后的光纤推定模场直径，因此在将加热位置挪向模场直径小的一侧的光纤侧时，其挪动的距离等必需由操作者手动设定，这不仅使操作繁杂，而且为进行适当的设定必需有充分的经验，不能简单地进行。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的第一个目的在于，提供一种改进的光纤熔接连结机，在彼此连结模场直径不同的光纤时，操作者不必知道哪一根是模场直径小的光纤并进行设置，而是自动地判定已被设置的光纤哪一根模场直径小，在熔接用放电加热后，一边自动地将放电束向该值小的一根光纤侧相对移动，一边进行追加的放电加热。

本发明的第二个目的在于，提供一种改进的光纤熔接连结机，在熔接用加热后，一边将放电束相对移动，一边进行追加的放电加热时，能够自动地将该移动量设为最佳。

本发明的第三个目的在于，提供一种改进的光纤熔接连结机，在熔接用加热后，一边将放电束相对移动，一边进行追加的放电加热时，能够自动地将该加热量设为最佳。

本发明的第四个目的在于，提供一种改进的光纤熔接连结方法，在彼此连结模场直径不同的光纤时，操作者不必知道哪一根是模场直径小的光纤并进行设置，而是自动地判定已被设置的光纤哪一根模场直径相对小，在熔接用放电加热后，一边自动地将放电束向该值小的一根光纤侧相对移动，一边进行追加的放电加热，同时能自动地将该追加放电加热时的移动量和加热量设为最佳。

为了解决上述课题，本发明第一技术方案的光纤熔接连结机，其特征在于，具有以下装置：获得来自模场直径相互不同的两根光纤对接部的侧面方向的透过光造成的光透过图像的摄像装置，由该图像的光纤横断方向的辉度分布演算各自光纤的模场直径的图像处理装置，通过电弧放电对上述对接部进行放电加热的放电加热装置，使该放电束的位置相对于上述对接部沿光纤的轴向相对地移动的移动装置，和在对上述对接部进行熔接用放电加热后、使放电束位置朝着由上述图像处理装置判定为模场直径小的光纤侧移动并且进行追加放电加热以使该小的模场直径扩大的，对上述放电加热装置和移动装置进行控制的控制装置。

由于将来自两根光纤侧面方向的光透过图像经图像处理演算出各自光纤的模场直径，所以能够自动判定哪根光纤模场直径小。因此，操作者在为将模场直径不同的两根光纤连结而把它们设置在熔接连结机上时，不必预先调查哪一根是模场直径小的光纤，即使随机地设置它们，也能自动检出模场直径小的光纤，并且一边使放电束位置朝着该光纤侧相对地移动，一边进行追加放电加热。因此，能够避免归结为操作者的错误、误解等而不能正确设置所产生的不能低损失连结的不适宜的结果，由于操作者不再犯错误，使其紧张心情解放，减轻了操作者的负担。这样，没有操作者操作错误的问题，总是一边使放电束朝着模场直径小的一方的光纤侧相对移动，一边进行追加放电加热，能够使小的模场直径扩大，并减少连结损失。

本发明第二技术方案的光纤熔接连结机，其特征在于，除了上述第一技术方案的结构之外，上述图像处理装置还由各光纤的模场直径求出两者之差，而且上述控制装置基于上述模场直径差控制追加放电加热时上述移动装置造成的移动量。

将来自两根光纤侧面方向的光透过图像经图像处理，自动地同时求出各自的光纤的模场直径和它们的差。在该模场直径差和为扩大小的模场直径最佳情况的追加放电加热时的移动量之间具有相关关系，该相关关系可以由实验预先求出。因此，基于模场直径差可以将追加放电加热时的移动量自动地控制到最佳的情况，能够以最佳情况扩大小的模场直径，从而能够改善连结损失。即使是没有充分经验和知识的操作者，也能简单地进行将模场直径不同的两根光纤低损失地连结。

本发明第三技术方案的光纤熔接连结机，其特征在于，除了上述第一技术方案的结构之外，上述图像处理装置还由各光纤的模场直径求出两者之差，而且上述控制装置基于上述模场直径差控制追加放电加热时上述放电加热装置的加热量。

将来自两根光纤侧面方向的光透过图像经图像处理，自动地同时求出各自的光纤的模场直径和它们的差。在该模场直径差和为扩大小的模场直径最佳情况的追加放电加热时的加热量之间具有相关关系，该相关关系可以由实验预先求出。因此，基于模场直径差可以将追加放电加热时的加热量自动地控制到最佳的情况，能够以最佳情况扩大小的模场直径，从而能够改善连结损失。即使是没有充分经验和知识的操作者，也能简单地进行将模场直径不同的两根光纤低损失地连结。

而且，本发明第四技术方案的光纤熔接连结方法，其特征在于，具有以下工序：获得来自模场直径相互不同的两根光纤对接部的侧面方向的透过光造成的光透过图像、由该图像中的光纤横断方向的辉度分布演算各自光纤的模场直径、同时求出它们的径差的图像处理工序，通过电弧放电对上述对接部进行放电加热使两根光纤熔接连结的工序，和在对上述对接部进行熔接用放电加热后、使该放电束位置相对于上述对接部沿着光纤的轴向、朝着由上述图像处理装置判定为模场直径小的光纤侧相对移动并且一边基于上述模场直径差确定该移动量和放电加热量、一边进行追加放电加热、以使该模场直径小的一根光纤的模场直径扩大的模场直径扩大工序。

由于将来自两根光纤侧面方向的光透过模场直径图像经图像处理演算出各自光纤的模场直径，所以能够自动判定哪根光纤模场直径小。因此，操作者在为将模场直径不同的两根光纤连结而把它们设置在熔接连结机上时，不必预先调查哪一根是模场直径小的光纤，即使随机地设置它们，也能自动检出模场直径小的光纤，并且一边使放电束位置朝着该光纤侧相对地移动，一边进行追加放电加热。而且，由于能基于上述模场直径差自动地确定追加的放电加热时的移动量和放电加热量，所以能适当地扩大模场直径小的光纤的模场直径，从而减低连结损失，而且与操作者的经验和能力无关，能容易地实现。

另外，本发明第五技术方案的光纤熔接连结机，其特征在于，除了上述第一方案的结构之外，上述控制装置预先储存对具有预定的模场直径的光纤的组合求出的、追加放电加热时上述移动装置造成的移动量和上述放电加热装置的加热量，而且按照由上述图像处理装置得到的信息选择上述移动量和上述加热量。

由于光纤的模场直径是按照包括光纤的规格预先确定的，所以按照包括各种光纤的组合预先求出移动量和放电加热量，并保存在控制装置中，可以按照由图像处理装置得到的信息选择移动量和加热量。这样做就不必对光纤的各组合都使用一个个函数按其场合演算移动量和加热量，因此是实用的。

另外，本发明第六技术方案的光纤熔接连结机，其特征在于，除了上述第一方案的结构之外，上述放电加热装置随着上述放电束的位置由上述对接部的中心相对地离开，使上述放电加热时的放电加热量降低。

为了慢慢减小模场直径的扩大量，使模场直径成为锥状，因此希望追加放电时的加热量随着放电束的位置由对接中心离开而使其降低。因此，也可以做成或是随着放电束的位置慢慢离开减小放电电流值，或是随着离开加快移动速度。因此，其结构应使得控制装置基于由图像处理装置送来的光纤的模场直径差进行上述控制，藉此能够按照位置将模场直径小的光纤芯部的掺杂剂的扩散度控制到最佳，以实现理想的锥状扩散。

附图说明

图1是概念地表示本发明的实施方式的模式图。

图2是表示V型槽座及其保持机构的具体例的侧视图。

图3是表示熔接用加热情况的侧视图。

图4是表示追加加热情况的侧视图。

图5是表示熔接用加热时各光纤的芯·包层的状态的侧视图。

图6是表示追加加热时各光纤的芯·包层的状态的侧视图。

图7是表示表现来自光纤侧面的光透过像中的光纤横断方向的辉度分布倾向的曲线图。

图8是表示来自光纤侧面的光透过像中的光纤横断方向的、更复杂的实际辉度分布曲线的多个例子图。

图9是表示(H/W)和模场直径之间相关关系的曲线图。

图10是用于说明模场直径的曲线图。

图11是表示模场直径之差和追加放电时的移动量之间关系的曲线图。

图12是表示模场直径之差和追加放电时的加热量之间关系的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是概念地表示与本发明实施方式有关的光纤熔接连结机的模式图。在该图1中，V型槽座52、52用于分别设置要连结的两根光纤10、20并放置在移动座51、51上。这些移动座51、51能够沿X、Y、Z三个轴的方向移动。而在这里，将光纤10、20的轴向(水平方向)作为Z轴，将与光纤10、20的轴成直角的水平方向作为X轴，将与光纤10、20的轴成直角的铅直方向取为Y轴。这些移动座51、51，载置在可移动基座57上，通过可移动基座57沿Z轴移动，使移动座51、51和V型槽座52、52能够直接整体地沿Z轴方向移动，这些移动由驱动装置35进行。

放电电极(棒)41、42在此沿X方向对向配置，由适宜的机构固定。高压电由放电用电源装置36供给这对放电电极41、42，使得在放电电极41、42之间发生电弧放电。由该电弧放电的热加热光纤10、20的对接部，从而完成它们的熔接连结。

对于该两根光纤10、20的对接部，由光源31投射光。在将该光纤10、20的对接部夹在中间并与光源31相对的位置，配置电视摄像头(摄像装置)32，由该电视摄像头32从两根光纤的侧面方向对光透过像进行摄像。来自电视摄像头32的图像信号输出被送到图像信号处理装置33以完成图像处理。由该图像处理演算出光纤10、20各自的模场直径，同时求出它们的模场直径之差。这样求出的光纤10、20的信息被送到控制装置34，控制装置34基于该信息控制驱动装置35，以控制移动座51、51和可移动基座57的移动，同时控制放电用电源装置36，对放电电流·放电时间等进行调整。

现对V型槽座52、52和它们的保持机构(移动机构)作更具体的说明，在本例中，如图2所示，在移动座51、51上，除了V型槽座52、52之外，还装置着包层卡紧件53、53。该包层卡紧件53、53是用于卡紧并固定光纤10、20的包层(保护膜)的(另在图3、图4中，包层用13、23表示)。移动座51、51，由将马达54、54的回转变换成直线运动的测微器55、55等传动机构，如箭头所示进行移动，使其沿光纤10、20的轴向(Z轴方向)相互接近或远离。另外，移动座51、51也可沿X轴和Y轴移动，但这里省略对其机构的说明(图中也作了省略)。

这些移动座51、51和马达54、54设置在可移动基座57上，该可移动基座57也可以另外通过马达58和测微器59等传动机构在固定的底座56上如箭头所示沿Z轴方向移动。而该图2中的马达54、58相当于图1的驱动装置35。

当要连结两根光纤10、20时，如图3所示将它们的连结端端部的包层13、23剥离，使芯线的光纤10、20的端部对接。为此，将这对光纤(芯线)10、20置于V型槽座52、52上。然后用包层卡紧件53、53将包层13、23的部分固定后，用例如由电视摄像头32得到的图像，进行移动座51、51在X、Y方向的位置调整，使对接的光纤10、20的轴一致。

然后，光纤10、20在已调整中心的状态下对接时，对放电电极42、41施加高电压，产生电弧放电。在该放电电极41、42之间形成放电束43，由其热使两根光纤10、20的对接的端部加热熔融。此时，将两根光纤10、20沿箭头所示方向对压，使两者的端面熔接连结。

在这样结束熔接用加热后，进行追加加热，该追加加热虽然如图4所示是移动放电束43的位置，但仅在移动期间的时间内进行。移动的方向是在光纤10、20内，朝着模场直径小的一方，但哪根的模场直径小，则是在熔接用放电加热之前，由图像处理装置33的图像处理自动判定。这里，若光纤10的一方被判定为模场直径小，则使刚通过熔接用加热熔接连结的两根光纤10、20维持其状态原样、整体地朝右方向移动。在图2所示的具体结构中，使可移动基座57朝右方向移动。

即，在熔接用加热中，如图5所示，放电束43的位置与光纤10、20的对接部的中心一致，藉此使光纤10、20各自的端部均匀地熔融，并使之熔接连结。这样，在仅由熔接用加热使之熔接连结的状态下，如图5所示，两根光纤10、20的芯部(模场部)11、21的直径则成为以台阶状相结合。追加加热时，如图6所示，一边使放电束43的加热中心向比该对接部的位置更靠光纤10一侧移动，一边进行放电加热。在此例中，则是使熔接连结的光纤10、20整体地朝右方向(箭头方向)移动同时放电。其结果，使模场直径小的光纤10的芯部11的掺杂剂扩散到其周围的包层12中，与模场直径大的光纤20的芯部21的直径变得接近。而且模场直径平缓地以锥状扩大，其锥长延长。

使光纤10、20移动的距离d和追加加热时的放电加热量，是为使模场直径小的光纤10的芯部11的掺杂剂最佳地扩散、从而使其与模场直径大的光纤20的芯部21的直径接近、而且该扩散是为了形成平缓的圆锥状且其锥长延长的重要因素，但这些都是在熔接用放电之前，以图像处理装置33得到的信息为基础，由控制装置34自动进行设定。

如上所述，熔接用放电加热之前的、来自对接状态的两根光纤10、20的对接部侧面方向的光透过像由电视摄像头32获得。在来自光纤侧面方向的光透过像中，在求出光纤横断方向的辉度分布时，其大的倾向如图7的曲线所示。具体的则更为复杂，成为如图8A、图8B、图8C那样。

在这些辉度分布曲线中，若将中心峰值与其两肋谷底的差(高度)设为H、中心峰值两肋谷底的间隔设为W，则如图9所示，(H/W)与光纤的模场直径(MFD)具有强的相关关系。即可以表示为MFD＝F(H/W)(图9的60)。

由于在由电视摄像头32摄像的图像中，包含对两根光纤10、20的光透过像，所以可以在将光纤10、20分别横切的线上求出辉度分布曲线，再由F(H/W)求出各个光纤10、20的模场直径MFD。另外，由于该函数F由光源31的波长和电视摄像头32中使用的镜头特性等观察系统所决定，因此可预先求出。这样的演算在图像处理装置33中进行。而且图像处理装置33还求出两根光纤10、20的模场直径之差。

另外，在此对模场直径进行描述，该模场直径是单·模(シングル·モ一ト)光纤的结构参数之一，如图10所示，径向的光强度分布如曲线那样时，相对于其最大值(通常相当于芯部的中心)模场直径是光强度衰减到1/e²(e是自然对数的底：2.71828)处的直径(图10的61)。

这样，由于通过图像处理装置33求出了各个光纤10、20的模场直径，所以能自动判定哪根的模场直径小，与此相应控制装置34能够自动决定追加加热时移动的方向。

而且，由于基于两根光纤10、20之间的模场直径差确定追加加热时的移动距离d和加热量，所以能得到上述那样理想的锥状扩散。在采用模场直径不同的光纤组合进行多次熔接连结、以进行求出最佳移动量d的实验时，可得到数组MFD差和最佳移动量d的数据组。如图11所示的，以横轴为MFD差、纵轴为移动量将它们以曲线图进行图示时，可看出它们二者之间有近似于直线的关系(图11的62)。因此能够通过实验求出它们近似的函数F。将该函数F预先赋与控制装置34，控制装置34由图像处理装置33送来的MFD差、按照移动量d＝F(MFD差)的演算，求出移动量以控制驱动装置35。而且此时由于是近似于直线的关系，所以函数F的参数被称为系数和偏置量。

另外，在采用模场直径不同的光纤组合进行多次熔接连结、以进行求出最佳加热量的实验时，可得到数组MFD差和最佳加热量的数据组。如图12所示那样，以横轴为MFD差，纵轴为加热量将它们以曲线图进行表示时，可看出它们二者之间有近似图12的曲线63那样的相关关系。预先由实验求出该近似函数f，并赋与控制装置34，因此，控制装置34由图像处理装置33送来的MFD差、按照加热量＝f(MFD差)的演算，求出加热量以控制放电用电源装置36。放电加热量由放电电流值和放电时间确定，但由于放电时间大多不能自由决定，所以主要控制放电电流。

另外，也可以做成如下结构，即：由于光纤的模场直径是按照包括光纤的规格预先确定的，所以按照包括各种光纤的组合预先求出移动量和放电加热量，并保存在控制装置34中，可以按照图像处理装置33得到的信息选择移动量和加热量。这样做就不必用一个个函数演算移动量和加热量，因此是实用的。

而且，为了慢慢减小模场直径的扩大量，将模场直径做成锥状因此希望追加放电时的加热量随着放电束43的位置由对接中心离开而使其减小。总之，或是随着放电束43的位置慢慢离开减少放电电流值，或是一边离开一边加快移动速度。这样的控制也可由控制装置34进行。基于由图像处理装置33送来的光纤10、20的模场直径差，控制装置34进行上述控制，采用这样的结构，能够按位置最佳地控制模场直径小的10芯部11的掺杂剂的扩散度，从而可达到理想的锥状扩散。

另外，上述结构是使光纤10、20侧相对于放电电极41、42和放电束43移动，但也可与此相反，使放电电极41、42相对于光纤10、20侧移动。也可以放电电极41、42不动，用偏向电极使放电束42偏向，仅使放电束43移动。

关于固定光纤10、20的V型槽座52、52和它们的保持机构(移动机构)的具体结构等，不言而喻也可以采取上述以外的种种结构。此外在不脱离本发明要旨的范围内，可以作其它变更。

如以上所说明的那样，使用本发明的光纤熔接连结机和光纤熔接连结方法，不必预先调查哪根模场直径小，而可以任意进行设置，并以低损失将模场直径不同的两根光纤彼此熔接连结。另外，由于经图像处理可求出进行熔接连结的两根光纤各自的模场直径，同时求出其径差，所以能够按照该径差的最佳的情况自动设定追加加热时的移动量和加热量，可简单地进行低损失的熔接连结。而且用于获得光纤的光透过像的摄像装置，可以沿用调心用观察系统，因此需附加的结构少，能够简便廉价地实现。

Claims (6)

1.一种光纤熔接连结机，其特征在于，具有以下装置：

获得来自模场直径相互不同的两根光纤对接部的侧面方向的透过光造成的光透过图像的摄像装置，

由该图像的光纤横断方向的辉度分布演算各自光纤的模场直径的图像处理装置，

通过电弧放电对上述对接部进行放电加热的放电加热装置，

使该放电束的位置相对于上述对接部沿光纤的轴向相对移动的移动装置，和

在对上述对接部进行熔接用放电加热后、使放电束位置朝着由上述图像处理装置判定为模场直径小的光纤侧移动、并且进行追加放电加热以使该小的模场直径扩大的，对上述放电加热装置和上述移动装置进行控制的控制装置。

2.根据权利要求1所述的光纤熔接连结机，其特征在于，上述图像处理装置还由各光纤的模场直径求出两者之差，而且上述控制装置基于上述模场直径差控制追加放电加热时上述移动装置造成的移动量。

3.根据权利要求1所述的光纤熔接连结机，其特征在于，上述图像处理装置还由各光纤的模场直径求出两者之差，而且上述控制装置基于上述模场直径差控制追加放电加热时上述放电加热装置的加热量。

4.一种光纤熔接连结方法，其特征在于，具有以下工序：

获得来自模场直径相互不同的两根光纤对接部的侧面方向的透过光造成的光透过图像、由该图像中的光纤横断方向的辉度分布演算各自光纤的模场直径、同时求出它们的径差的图像处理工序，

通过电弧放电对上述对接部进行放电加热使两根光纤熔接连结的工序，和

在对上述对接部进行熔接用放电加热后、使该放电束位置对上述对接部沿着光纤的轴向、朝着由上述图像处理装置判定为模场直径小的光纤侧相对移动、并且一边基于上述模场直径差确定该移动量和放电加热量、一边进行追加放电加热、以使该模场直径小的一根光纤的模场直径扩大的模场直径扩大工序。

5.根据权利要求1所述的光纤熔接连结机，其特征在于，上述控制装置预先储存对具有预定的模场直径的光纤组合求出的追加放电加热时上述移动装置造成的移动量和上述放电加热装置的加热量，而且按照由上述图像处理装置得到的信息选择上述移动量和上述加热量。

6.根据权利要求1所述的光纤熔接连结机，其特征在于，上述放电加热装置随着上述放电束的位置由上述对接部的中心离开，使上述放电加热时的放电加热量降低。

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