JP2003021745A - 光ファイバの融着接続方法および融着接続機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続すべき２本の光ファイバのうち一方側が
加熱に弱いものである場合に、接続損失の少ない良好な
融着接続を行う。 【解決手段】 接続すべき光ファイバ１０、２０のうち
一方の光ファイバ１０が加熱に弱い場合に、それぞれの
端面同士を突き合わせて放電ビーム４３により加熱する
加熱溶融工程を、突き合わせ部の位置Ｂを放電ビーム４
３の中心位置Ａよりも光ファイバ１０側にずらし、光フ
ァイバ２０の先端が、放電ビーム４３の中心Ａよりも深
く放電ビーム４３の中に入り込み、光ファイバ１０の先
端は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる状態
で、行い、つぎに、光ファイバ１０は固定したまま光フ
ァイバ２０のみを光ファイバ１０側へと移動させて加熱
押し込み工程を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、接続すべき２本
の光ファイバの各々の端面同士を突き合わせ該突き合わ
せ部をアーク放電により加熱して両者を融着することに
よって両光ファイバを接続する光ファイバの融着接続方
法および融着接続機に関し、とくに一方側の光ファイバ
が分散補償光ファイバである場合などに好適な光ファイ
バの融着接続方法および融着接続機に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ融着接続方法は、接続すべき
２本の光ファイバの各々の端面同士を突き合わせた後、
この突き合わせ部をアーク放電により加熱して、両光フ
ァイバの端部を溶融させ、溶融したときに両者を押し込
み、端面を融着して、両光ファイバ同士を接続するもの
である。光ファイバ融着接続機は、この接続方法を行う
ための装置であって、２本の放電電極間で放電ビームを
発生させ、この放電ビーム中に光ファイバが置かれてい
る場合にその光ファイバを加熱する放電加熱手段と、接
続すべき２本の光ファイバの両先端が放電ビーム中に位
置するように、両光ファイバを保持する光ファイバ保持
手段とを備える。

【０００３】通常、このような光ファイバの融着接続方
法および融着接続機において、放電ビームの中心が両光
ファイバの突き合わせ部に位置するようにして、２本の
光ファイバの両方の端部を均等に加熱するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように接続すべき２本の光ファイバを均等に加熱する場
合には、その一方が分散補償光ファイバなどであると、
低接続損失で接続できないとか、機械的な接続自体良好
に行えないなどの問題がある。

【０００５】すなわち、コアにエルビウム等をドープし
た光ファイバでは、そのドーパントの拡散速度が速いた
め、これと通常の光ファイバとを融着接続する場合に両
光ファイバを均等に加熱すると、このドーパントの拡散
速度が速い光ファイバのモードフィールド径が他方の光
ファイバに比較して拡大してしまい、接続損失が増加し
てしまう。また、クラッド径が細い光ファイバでは、も
ともと熱容量が小さいため、このようなクラッド径の細
い光ファイバと通常の光ファイバとを融着接続するとき
に両者を均等加熱すると、熱容量の小さい光ファイバの
端部が溶融しきってしまって、機械的な接続自体が困難
になる。

【０００６】この発明は、上記に鑑み、ドーパントの拡
散速度が速いなどの理由で加熱により屈折率プロファイ
ルが崩れやすい光ファイバやクラッド径の細い光ファイ
バなど、熱に弱い光ファイバが一方側の光ファイバであ
る場合に、低接続損失で良好に融着接続できるように改
善した、光ファイバの融着接続方法および融着接続機を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明によると、接続すべき２本の光
ファイバを、それぞれ端面同士が突き合うようにセット
し、放電ビームを２本の放電電極間で発生させて該放電
ビームで上記の突き合わせ部を加熱して両光ファイバ先
端を溶融する加熱溶融工程と、両光ファイバ先端が溶融
したときに放電ビームで加熱しながら両光ファイバ先端
が衝突する方向に押し込んで両端面を融着する加熱押し
込み工程とを有する光ファイバの融着接続方法におい
て、上記の加熱溶融工程を、一方側の光ファイバ先端が
放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込み、他方側の
光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く入り込んでい
る程度に、放電ビーム中心が上記突き合わせ部に対して
光ファイバ長さ方向にずれた状態で行うとともに、上記
の加熱押し込み工程を、上記の他方側の光ファイバを固
定し、この固定の光ファイバの方向に、上記の一方側の
光ファイバを移動させることによって行うことが特徴と
なっている。

【０００８】他方側の光ファイバの先端は、加熱溶融工
程はもちろんのこと加熱押し込み工程においても、すな
わち加熱の全工程において、放電ビームの端部に浅く入
り込んでいるだけなので、加熱されるのはその先端に限
られるし、放電ビームの端部であるから加熱強度も弱
い。そのため、この光ファイバの先端は、加熱の全工程
において融着接続するのに必要以上には加熱されない。
したがって、こちらの側の光ファイバとして熱に弱い光
ファイバをセットすれば、接続損失の少ない良好な融着
接続が可能となる。つまり、この光ファイバがドーパン
トの拡散速度の速い光ファイバである場合でも、そのド
ーパントの拡散を防ぎ、屈折率分布のプロファイルをよ
り保つことができるので、低接続損失で融着接続するこ
とができる。また、クラッド径の細い光ファイバで熱容
量が小さいものの場合、加熱量を少なくできるため、溶
融しきってしまって機械的な意味での融着接続自体がで
きないという不都合も生じない。

【０００９】請求項２の発明による光ファイバ融着接続
機では、２本の放電電極間で放電ビームを発生させ該放
電ビーム中に光ファイバが置かれているときに該光ファ
イバを加熱する放電加熱手段と、接続すべき２本の光フ
ァイバを保持し、一方側の光ファイバ先端が発生される
べき放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込み、他方
側の光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く入り込む
よう、発生されるべき放電ビームに対して光ファイバ長
さ方向にずれた状態で、それぞれの端面同士を突き合わ
せ、つぎに両光ファイバ先端が放電ビームの加熱により
溶融したときに上記の放電ビームにより深く入っている
一方側の光ファイバのみを、他方側の光ファイバ方向に
移動させて押し込む、光ファイバ保持手段とが備えられ
ることが特徴となっている。

【００１０】この光ファイバ融着接続機によると、一方
側の光ファイバ先端は十分に加熱されるが、他方側の光
ファイバの先端は弱く加熱されるだけであり、しかも加
熱領域も先端だけに限られる。そして、このような加熱
の偏りは、加熱溶融工程および加熱押し込み工程の全工
程において維持される。そのため、他方側の光ファイバ
として熱に弱い光ファイバをセットすれば、接続損失の
少ない良好な融着接続が可能となる。光ファイバ保持手
段のみで、整突き合わせ位置を放電ビーム位置に対して
ずらすことができ、および押し込みを一方側の光ファイ
バのみ移動させて行うことができるため、構造が簡単で
あり、既存の装置にも容易に適用できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明にかかる光ファイバ融着接続方法の実施形態を概
念的に示す模式図である。まず、この図１の（ａ）に示
すように光ファイバ突き合せ部の加熱溶融工程を行う。
このとき、接続すべき２本の光ファイバ１０、２０が、
それらの先端においてシース（保護膜）１３、２３を剥
離した状態で突き合わされるが、その突き合せ部（の中
心）位置Ｂが、放電電極（棒）４１、４２間で形成され
るべき放電ビーム４３の中心Ａから光ファイバ１０、２
０の長さ方向にずれるようにされる。

【００１２】接続すべき２本の光ファイバ１０、２０の
うち、光ファイバ１０（図の左側）が、ドーパントの拡
散速度が速いなどの理由で加熱により屈折率プロファイ
ルが崩れやすい光ファイバやクラッド径の細い光ファイ
バなど、熱に弱い光ファイバであるとする。他方の光フ
ァイバ２０は、とくに熱の弱い光ファイバではなく、通
常のシングルモード光ファイバのような通常の光ファイ
バであるとする。この場合、光ファイバ２０の先端が、
発生されるべき放電ビーム４３の中心Ａよりも深く放電
ビーム４３の中に入り込み、光ファイバ１０の先端は放
電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる状態となるよ
うに、両光ファイバ１０、２０が突き合わされる。

【００１３】このようにして接続すべき２本の光ファイ
バ１０、２０を突き合わせた後、放電電極４１、４２の
間に放電ビーム４３を形成し、突き合わせ部を加熱す
る。この放電ビーム４３による加熱によって突き合わせ
部の両光ファイバ１０、２０の先端は溶融するが、熱に
弱い光ファイバ１０は、放電ビーム４３の端部に浅く入
り込んでいるだけなので、加熱されるのはその先端に限
られるし、放電ビーム４３の端部であるから加熱強度も
弱い。これに対して、他方の光ファイバ２０の先端は放
電ビーム４３に深く入り込んでいるため十分に加熱され
る。

【００１４】こうして両光ファイバ１０、２０の先端が
溶融してきたとき、加熱押し込み工程に入り、図１の
（ａ）の矢印のように、光ファイバ２０のみを他方の光
ファイバ１０の側に移動させる。他方の光ファイバ１０
は固定されているため、図２の（ｂ）に示すように、光
ファイバ２０の端面が光ファイバ１０の端面に衝突し、
押し込まれ、このとき両端面は溶融しているため、端面
同士が接着して接合されることになる。

【００１５】この加熱押し込み工程においても、光ファ
イバ１０は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる
状態に固定されているので、放電ビーム４３の端部にお
いて弱い加熱パワーにより加熱されるだけである。

【００１６】したがって、熱に弱い光ファイバ１０は、
加熱溶融工程はもちろんのこと加熱押し込み工程におい
ても、すなわち加熱の全工程において融着接続するのに
必要以上には加熱されない。そのため、光ファイバ１０
がドーパントの拡散速度の速い光ファイバである場合で
も、そのドーパントの拡散を防ぎ、屈折率分布のプロフ
ァイルをより保つことができるので、低接続損失で融着
接続することができる。また、クラッド径の細い光ファ
イバで熱容量が小さいものの場合、加熱量を少なくでき
るため、溶融しきってしまって機械的な意味での融着接
続自体ができないという不都合も生じない。また接続時
間が増加することもない。

【００１７】つぎに上記の加熱溶融工程および加熱押し
込み工程を行って光ファイバの融着接続を行う光ファイ
バ融着接続機の実施形態について図２以下を参照しなが
ら説明する。図２は、この発明の実施形態にかかる光フ
ァイバ融着接続機を概念的に示す模式図である。この図
２において、Ｖ溝ブロック５２、５２は、接続しようと
する２本の光ファイバ１０、２０を保持する保持手段の
一部を構成するもので、光ファイバ１０、２０がＶ溝ブ
ロック５２、５２のＶ溝内に納められることにより位置
決めされる。Ｖ溝ブロック５２、５２は移動ブロック５
１、５１上に搭載されている。ここで、光ファイバ１
０、２０の軸方向（水平方向）をＺ軸、光ファイバ１
０、２０の軸に直角な水平方向をＸ軸、光ファイバ１
０、２０の軸に直角な鉛直方向をＹ軸としている。移動
ブロック５１、５１は、ベース５６上に載置されてい
て、モーター５４、５４等により駆動されベース５６上
でＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させられる。

【００１８】放電電極（棒）４１、４２がここではＸ方
向に対向配置され、図では省略した適宜な機構によって
固定されている。これらの放電電極４１、４２には、放
電用電源装置３４から高電圧が供給されて、放電電極４
１、４２の間にアーク放電が発生させられる。このアー
ク放電の熱で光ファイバ１０、２０の突き合わせ部が加
熱されてこれらの融着接続がなされるようになってい
る。

【００１９】ＴＶカメラ（撮像装置）３１は、両光ファ
イバ１０、２０の突き合わせ部の画像を撮像するように
配置される。ＴＶカメラ３１からの映像信号出力は画像
処理装置３２に送られて画像処理がなされる。画像処理
によって得られる情報は制御装置３３に送られ、モータ
ー５４などが制御されるとともに、放電用電源装置３４
が制御される。

【００２０】図３はより具体的な構成を示すものであ
る。この図３に示すように、Ｖ溝ブロック５２、５２は
移動ブロック５１、５１上に搭載されているが、この移
動ブロック５１、５１にはこれらに加えてシースクラン
プ５３、５３が搭載される。このシースクランプ５３、
５３は、光ファイバ１０、２０のシース（保護膜）をク
ランプして固定するためのものである。移動ブロック５
１、５１は、モーター５４、５４の回転を直線運動に変
換するマイクロメータ５５、５５などの運動伝達機構に
より矢印で示すように、光ファイバ１０、２０の軸方向
（Ｚ軸方向）に相互に近づきまたは離れるように移動さ
せられる。なお、移動ブロック５１、５１は、Ｘ軸およ
びＹ軸にも移動させられるようになっているが、ここで
はその機構の説明は省略する（図でも省略されてい
る）。

【００２１】２本の光ファイバ１０、２０を接続しよう
とするとき、まず、これらの端部のシースを剥離して心
線の状態とした光ファイバ１０、２０をＶ溝ブロック５
２、５２にセットしシースクランプ５３、５３でシース
１３、２３の部分を固定する。ＴＶカメラ３１からは、
光ファイバ１０、２０の両方の端部の画像が得られるの
で、この画像信号を画像処理装置３２で処理することに
より、両光ファイバ１０、２０の軸心が一致するよう、
制御装置３３を介してモーター５４などを制御し、移動
ブロック５１、５１のＸ、Ｙ方向での位置調整を行う。

【００２２】つぎに画像処理装置３２での処理によって
両光ファイバ１０、２０の先端位置を確認しながら、移
動ブロック５１、５１がＺ方向に移動するようモーター
５４、５４を駆動し、図１の（ａ）で示すように、突き
合せ部（の中心）位置Ｂが、放電電極４１、４２間で形
成されるべき放電ビーム４３の中心Ａからずれるように
して、両光ファイバ１０、２０を突き合わせる。このと
き、放電電極４１、４２間には放電ビーム４３は未だ形
成されていないが、そこに形成される放電ビーム４３の
形状は予め分かっているため、その情報が制御装置３３
（あるいは画像処理装置３２）に保持され、光ファイバ
２０の先端が、発生されるべき放電ビーム４３の中心Ａ
よりも深く放電ビーム４３の中に入り込み、光ファイバ
１０の先端は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでい
る状態となるように、両光ファイバ１０、２０を突き合
わせることができる。

【００２３】これらのＸ、Ｙ方向での位置調整およびＺ
方向での突き合わせ位置調整は、画像処理装置３２と制
御装置３３とにより自動的に行うことができる。そし
て、これらの位置調整が完了したとき、制御装置３３に
よって放電用電源装置３４が制御され、放電用電源装置
３４からの高電圧供給が開始されて、放電電極４１、４
２の間に放電ビーム４３が形成されて、その熱で光ファ
イバ１０、２０の突き合わせ部が加熱される。

【００２４】突き合わせ部における光ファイバ１０、２
０の先端の溶融がＴＶカメラ３１、画像処理装置３２に
よって確認されたとき、あるいは予め設定した加熱時間
が経過して両先端の溶融が推定できるようになったと
き、制御装置３３により光ファイバ２０側のモーター５
４のみが駆動されて、光ファイバ２０だけがＺ方向に光
ファイバ１０側へと移動させられ、光ファイバ２０の端
面の、光ファイバ１０の端面への押し込みが行われる。
こうして、両端面同士の融着接続がなされる。

【００２５】このように光ファイバ１０、２０を保持す
る機構だけで突き合わせ位置の調整と一方側光ファイバ
のみの押し込みができるため、構成が簡単になる。突き
合わせ位置を放電ビーム４３の中心に対してずらすこと
については、放電電極４１、４２の位置を動かすことも
考えられるが、放電電極４１、４２を移動させる機構や
モーターなどが別途必要になって構造が複雑化する。上
記のように光ファイバ１０、２０を移動させるだけな
ら、通常の光ファイバ融着接続機に備わった光ファイバ
保持装置で対応可能であるから、通常の光ファイバ融着
接続機を少し手直しすれば済む。そのため、既存の光フ
ァイバ融着接続機に適用することも容易であり、コスト
もかからない。また接続時間が増加することもない。

【００２６】ここで、光ファイバ１０、２０の突き合わ
せ部（の中心）の位置Ｂの、放電ビーム４３の中心位置
Ａに対する関係と、融着接続後の接続損失との関係を実
際に調べてみた。光ファイバ１０として加熱に非常に弱
い分散補償光ファイバを用い、光ファイバ２０としては
通常のシングルモード光ファイバを用いた。その結果得
られたデータは図４に示すとおりである。この図４で、
横軸の突き合わせ部の位置というのは（Ｂ−Ａ）であ
り、「０」が位置Ｂと位置Ａとが一致した状態を表し、
プラスはＢがＡよりも右側となったとき、マイナスはＢ
がＡよりも左側となったときで、数字は（Ｂ−Ａ）の距
離をμｍで表す。

【００２７】この図４のデータから分かることは、光フ
ァイバ１０、２０の突き合わせ部を放電ビーム４３の中
心よりも左側にずらした方が接続損失が良好になるとい
うことである。ただし、この図４には現れていないが、
突き合わせ部と放電ビーム中心とがあまりにも離れすぎ
れば、光ファイバ１０側に加わる熱が余りにも小さくな
りすぎるため、良好な融着接続はできない。どの程度の
距離をずらした場合が最も接続損失が少なくなるか、は
実際に形成される放電ビーム４３の形状とくに光ファイ
バ１０、２０の軸上でのＺ方向加熱分布と、実際に接続
される光ファイバ１０の種類、どの程度熱に弱いか、な
どのファクターによって決まる。その最適値は実験など
によって求めることが可能であるが、一般には少なくと
も１０μｍ程度は離すことが望ましい。

【００２８】なお、上記の構成は説明の便宜のための一
例に関するものであるから、具体的な構成などは、上記
以外の種々の構成をとり得ることももちろんである。た
とえば、上記ではＴＶカメラ３１、画像処理装置３２、
制御装置３３によりすべて自動で制御するととしたが、
手動も可能である。その他、この発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で変更することは可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光ファ
イバの融着接続方法および融着接続機によれば、接続す
べき２本の光ファイバのうち一方側がドーパントの拡散
速度が速いとかクラッド径が小さいとかで加熱に弱いも
のである場合に、接続損失の少ない良好な融着接続を行
うことができ、接続時間が延長することもない。光ファ
イバ融着接続機としては特別な機構を必要とするわけで
はなく、既存の融着接続機にも容易に適用できるので、
低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる光ファイバの融着接続方法の
実施の形態を概念的に示す模式図。

【図２】この発明にかかる光ファイバの融着接続機の実
施の形態を概念的に示す模式図。

【図３】光ファイバ保持機構の具体例を示す側面図。

【図４】光ファイバ突き合わせ部の放電ビーム中心に対
する位置ずれ量と接続損失との関係をを示すグラフ。

【符号の説明】

１０、２０ 光ファイバ ３１ ＴＶカメラ ３２ 画像処理装置 ３３ 制御装置 ３４ 放電用電源装置 ４１、４２ 放電電極 ４３ 放電ビーム ５１ 移動ブロック ５２ Ｖ溝ブロック ５３ シースクランプ ５４ モーター ５５ マイクロメータ ５６ ベース

フロントページの続き (72)発明者 川西 紀行 千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジク ラ佐倉工場内 (72)発明者 窪 敏喜 千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジク ラ佐倉工場内 Ｆターム(参考） 2H036 MA12 MA13 MA15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続すべき２本の光ファイバを、それぞ
   れ端面同士が突き合うようにセットし、放電ビームを２
   本の放電電極間で発生させて該放電ビームで上記の突き
   合わせ部を加熱して両光ファイバ先端を溶融する加熱溶
   融工程と、両光ファイバ先端が溶融したときに放電ビー
   ムで加熱しながら両光ファイバ先端が衝突する方向に押
   し込んで両端面を融着する加熱押し込み工程とを有する
   光ファイバの融着接続方法において、上記の加熱溶融工
   程を、一方側の光ファイバ先端が放電ビーム中心よりも
   深く他方側に入り込み、他方側の光ファイバの先端が放
   電ビーム端部に浅く入り込んでいる程度に、放電ビーム
   中心が上記突き合わせ部に対して光ファイバ長さ方向に
   ずれた状態で行うとともに、上記の加熱押し込み工程
   を、上記の他方側の光ファイバを固定し、この固定の光
   ファイバの方向に、上記の一方側の光ファイバを移動さ
   せることによって行うことを特徴とする光ファイバの融
   着接続方法。
2. 【請求項２】 ２本の放電電極間で放電ビームを発生さ
   せ該放電ビーム中に光ファイバが置かれているときに該
   光ファイバを加熱する放電加熱手段と、接続すべき２本
   の光ファイバを保持し、一方側の光ファイバ先端が発生
   されるべき放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込
   み、他方側の光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く
   入り込むよう、発生されるべき放電ビームに対して光フ
   ァイバ長さ方向にずれた状態で、それぞれの端面同士を
   突き合わせ、つぎに両光ファイバ先端が放電ビームの加
   熱により溶融したときに上記の放電ビームにより深く入
   っている一方側の光ファイバのみを、他方側の光ファイ
   バ方向に移動させて押し込む、光ファイバ保持手段とを
   有することを特徴とする光ファイバ融着接続機。