JP2003315598A - 放電による一括融着接続方法および一括融着接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 融着接続のためのアーク放電加熱またはＴＥ
Ｃ処理の追加加熱で、アーク放電路を磁界作用により所
定の曲率半径に湾曲させ、多心の全光ファイバに均一に
熱エネルギーを加えるようにした放電による一括融着接
続方法および一括融着接続装置を提供する。 【解決手段】 端部被覆を除去した複数本の光ファイバ
２を、Ｖ溝基板５で平面状に一列に配列して接続端４を
突き合わせ、光ファイバ２の配列方向にアーク放電によ
る熱エネルギーを与えて融着接続する一括融着接続方法
であって、放電電極７間のアーク放電路８を水平磁界Ｈ
ｍの作用により最外側に位置する光ファイバ間の距離に
相当する曲率半径で湾曲させ、配列の内側に位置する光
ファイバがアーク放電路８に近く、配列の外側に位置す
る光ファイバがアーク放電路８から遠くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多心の光ファイバ
をアーク放電により一括融着接続する方法と装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバテープ心線のような多
心のテープ状光ファイバを接続する場合、複数本の光フ
ァイバを一括して融着接続することが行なわれている。
この一括融着接続には、通常、１対の放電電極間で生じ
るアーク放電による熱エネルギーで融着接続する双方の
光ファイバの接続端を同時に溶融し、突き合せ接続する
方法が用いられている。さらに、近年は、波長多重伝送
用光ファイバやラマン増幅用光ファイバ等の高機能光フ
ァイバを、通常のシングルモード光ファイバと組み合わ
せたハイブリッド光ファイバの開発が進められている。
この光ファイバの開発では、光ファイバ自身の特性向上
のみならず光ファイバ同士の接続技術が重要な要素とな
っている。

【０００３】図６は、この放電による一括融着接続方法
の概要を示し、図６（Ａ）は斜視図、図６（Ｂ）は放電
状態を示す部分図、図６（Ｃ）各光ファイバに加えられ
る熱エネルギー量の状態を示す。図中、１は光ファイバ
テープ心線、２は光ファイバ、４は融着接続部、５はＶ
溝基板、６は押え部材、７は放電電極、８はアーク放電
路を示す。融着接続に際して、先ず、双方の光ファイバ
テープ心線１の先端部分の被覆を除去して、ガラスの光
ファイバ２を露出させる。露出された複数本の光ファイ
バ２は、Ｖ溝基板５と押え部材６で位置決めされ、双方
の接続端面を所定の間隔で対向するように調整される。
この後、複数本の光ファイバ２の配列面からオフセット
配置した１対の放電電極７間に、アーク放電路８を生じ
させて光ファイバ２の接続端を溶融し、双方もしくは片
方の光ファイバ２を相手方に押込むことにより一括融着
接続される。

【０００４】しかしながら、図６（Ｂ）に示すように複
数本の光ファイバ２が、同一平面に配列されていると、
放電電極７に近いほど放電エネルギーが高いことから、
外側に配列される光ファイバ２ａと内側に配列される光
ファイバ２ｂとでは、受ける熱エネルギーに差が生じ
る。また、外側の光ファイバ２ａが内側の光ファイバ２
ｂを遮ることによっても、受ける熱エネルギーに差が生
じる。図６（Ｃ）は、複数本の光ファイバ２に加えられ
た熱エネルギーの分布を示すもので、外側の光ファイバ
２ａに加えられた熱エネルギーは、内側の光ファイバ２
ｂに加えられた熱エネルギーより多い。このため、融着
接続状態にムラが生じる。

【０００５】また、モードフィールド径が異なる高機能
光ファイバと、通常のシングルモード光ファイバとの接
続では、アーク放電による融着接続のみでは実用的な接
続損失が得るのが難しい。このため、融着接続部４およ
びその近傍を追加加熱処理して、接続部のモードフィー
ルド径を一致させるようにコア径をテーパー状に拡大し
て滑らかな形状にする方法（Thermally-diffused Expan
ded Core、以下、ＴＥＣという）等が知られている（例
えば、特許２６１８５００号公報参照）。

【０００６】図７は、上述の融着接続後に追加加熱処理
を行なう一例を示す図である。図７（Ａ）は、モードフ
ィールド径の異なる光ファイバを融着接続のため対向配
置させた状態を示す図、図７（Ｂ）はアーク放電で融着
接続させた状態を示す図、図７（Ｃ）は追加の加熱でＴ
ＥＣ処理を行なった状態を示す図である。図中、３ａ，
３ｂはコア部を示し、他の符号は図６に用いた符号と同
じものを用い詳細説明を省略する。

【０００７】互いに融着接続する光ファイバ２は、クラ
ッド部の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのモー
ドフィールド径および比屈折率差が異なる。光ファイバ
２同士は図７（Ａ）に示すように接続端面を対向配置さ
せた後、図７（Ｂ）に示すようにアーク放電により接続
端を溶融して融着させる。単に融着接続しただけでは、
モードフィールド径の違いにより、接続が不連続または
不一致となり接続損失が大きくなる。

【０００８】これを改善するために、図７（Ｃ）に示す
ように、融着接続部４の近傍をアーク放電等で追加加熱
してＴＥＣ処理する。この追加加熱は、光ファイバ２自
身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されている
屈折率を上げるドーパントがクラッド部に拡散する温度
と時間で行なわれる。この追加加熱により、モードフィ
ールド径が小さく比屈折率差の大きい光ファイバのコア
部３ｂのモードフィールド径がテーパー状に拡大され
て、他方の光ファイバのコア部３ａとの不連続または不
一致状態を小さくし、接続損失を低減する。このような
異種光ファイバ間で融着接続を行なう場合は、上述した
ＴＥＣ処理を行なうことで、モードフィールド径の小さ
い光ファイバのモードフィールド径を、他方の光ファイ
バのモードフィールド径に徐々に近づけ、接続損失を低
減できることが明らかになっている。また、このような
加熱によるＴＥＣ処理は、同種の光ファイバ同士の接続
でも、融着接続部分のモードフィールド径を拡大して偏
心等による接続損失を低減することに有効であることが
知られている。

【０００９】しかしながら、図６で説明した形態による
放電加熱方法は、外側の光ファイバ２ａに加えられた熱
エネルギーは、内側の光ファイバ２ｂに加えられた熱エ
ネルギーより強いため、融着状態にムラが生じる。この
融着加熱時にＴＥＣもある程度進行する。さらにＴＥＣ
処理の追加加熱を、融着接続と同様な形態で行なうと、
内側の光ファイバ２ｂのＴＥＣ処理の進みが遅く、完了
する頃には外側の光ファイバ２ａには過剰な熱エネルギ
ーが加えられて、かえって接続損失が増えるという事態
になる。

【００１０】また、放電を用いた多心光ファイバの一括
融着接続で、放電電極間のアーク放電路に磁界を作用さ
せることにより偏向させる技術も知られている（特許２
８５４３６１号公報参照）。この公報技術によれば、ア
ーク放電路を磁界作用により任意に変位させて、均一な
温度分布を作り、多心光ファイバを効率よく融着接続で
きるとされている。しかしながら、どのような温度分布
とするのか具体的な開示がなく、その都度、最適な温度
分布を選択しなければならない。また、モードフィール
ド径の異なる多心光ファイバ間の融着接続についての開
示はなく、ＴＥＣ処理をどのようにして行なうかについ
ては明らかにされていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、融着接続のためのアーク放
電加熱またはＴＥＣ処理の追加加熱で、アーク放電路を
磁界作用により所定の曲率半径に湾曲させ、多心の全光
ファイバに均一に熱エネルギーを加えるようにした放電
による一括融着接続方法および一括融着接続装置の提供
を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の放電による一括
融着接続方法は、端部被覆を除去した複数本の光ファイ
バを、Ｖ溝基板で平面状に一列に配列して接続端を突き
合わせ、光ファイバの配列方向にアーク放電による熱エ
ネルギーを与えて融着接続する放電による一括融着接続
方法であって、放電電極間のアーク放電路を磁界の作用
により最外側に位置する光ファイバ間の距離に相当する
曲率半径で湾曲させ、配列の内側に位置する光ファイバ
がアーク放電路に近く、配列の外側に位置する光ファイ
バがアーク放電路から遠くすることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の放電による一括融着接続装
置は、端部被覆を除去した複数本の光ファイバを、Ｖ溝
基板で平面状に一列に配列して接続端を突き合わせ、光
ファイバの配列方向にアーク放電による熱エネルギーを
与えて融着接続する放電による一括融着接続装置であっ
て、放電電極間のアーク放電路を最外側に位置する光フ
ァイバ間の距離に相当する曲率半径で湾曲させる磁界発
生装置を備え、配列の内側に位置する光ファイバがアー
ク放電路に近く、配列の外側に位置する光ファイバがア
ーク放電路から遠くしたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１および図２により、本発明の
実施の形態を説明する。図１は多心光ファイバの一括融
着接続部の斜視図、図２はアーク放電路を湾曲させた図
である。図中、９は水平磁界Ｈｍ発生用のマグネット、
１０は垂直磁界Ｖｍ発生用のマグネットを示し、その他
の符号は、図６で使用したのと同じ符号を用いることに
より説明を省略する。

【００１５】図１に示す一括融着接続部は、上述の特許
２８５４３６１号公報で開示された構成と同様のもの
で、光ファイバ２の軸方向に平行でアーク放電路８に直
交する水平磁界Ｈｍを発生するマグネット９と、光ファ
イバ２に直交しアーク放電路８とも直交するする垂直磁
界Ｖｍを発生するマグネット１０を備えている。マグネ
ット９、１０による磁界は、励磁コイル（図示せず）に
より励磁電流を流すことにより発生され、励磁電流の大
きさを調整することにより発生磁界の強さが変えられ
る。これらの磁界は、アーク放電路８に作用させて、水
平磁界Ｈｍはアーク放電路８を上下方向に偏向させ、垂
直磁界Ｖｍはアーク放電路８を水平方向に偏向する。

【００１６】融着接続に際しては、図６で説明したのと
同様に、先ず、双方の多心光ファイバテープ心線１の先
端部分の被覆を除去して、ガラスの光ファイバ２を露出
させる。露出された複数本の光ファイバ２は、Ｖ溝基板
５と押え部材（図示せず）で位置決めされ、双方の接続
端面が所定の間隔で対向するように調整される。この
後、複数本の光ファイバ２の配列面からオフセット配置
した１対の放電電極７間にアーク放電路８に生じさせる
とともに、水平磁界Ｈｍを作用させてアーク放電路８を
光ファイバ側に湾曲偏向させる。このアーク放電路８の
偏向により、配列の内側に位置する光ファイバはアーク
放電路に近く、配列の外側に位置する光ファイバがアー
ク放電路から遠くなる。

【００１７】図２は、アーク放電路８を湾曲させた状態
を示す図で、アーク放電路８の中心８’を曲率半径Ｒで
湾曲させる。曲率半径Ｒは、多心光ファイバの最外側光
ファイバの間隔Ｐにほぼ等しい値とする。湾曲されたア
ーク放電路８の曲率半径Ｒとし、その曲率中心Ｄとして
アーク放電路の角度θを１２０°とすると、放電電極７
間の間隔は幾何学的に１．７３２Ｒとなる。しかし、こ
れらの寸法は厳密なものではなく、アーク放電路８が、
多心光ファイバの最外側光ファイバの間隔Ｐにほぼ等し
い距離の曲率半径Ｒで湾曲されていればよい。例えば、
８心の多心光ファイバの最外側光ファイバ間の距離Ｐが
１．７５ｍｍであるとすると、曲率半径Ｒも１．７５ｍ
ｍとなるようにアーク放電路を湾曲させる。このとき、
放電電極間隔は３．０３ｍｍとなる。なお、所定のアー
ク放電路を所定の曲率半径Ｒで湾曲させるには、アーク
電流の大きさと水平磁界Ｈｍの強さを調整、選定すれば
よい。

【００１８】上記の形態でアーク放電を発生させ、光フ
ァイバ２の接続端を溶融し、双方もしくは片方の光ファ
イバ２を相手方に押込むことにより一括融着接続する。
この融着接続方法を用いることにより、内側光ファイバ
２ｂと外側光ファイバ２ａとは、ほぼ均一な熱エネルギ
ーを受けて、均一に加熱溶融されて融着接続され、全光
ファイバ間での接続損失のバラツキを少なくすることが
できる。

【００１９】融着接続される多心光ファイバが互いにモ
ードフィールド径が異なる場合、融着接続部を追加加熱
してＴＥＣ処理を行ない、モードフィールド径の違いを
整合させる必要がある。このＴＥＣ処理は、融着接続に
引き続いて放電電極７により、アーク放電を発生させて
行なうことができる。この場合のアーク放電による追加
加熱は、光ファイバ２自身は溶融しないが、コア部に添
加されている屈折率を上げるドーパント剤がクラッド部
に拡散する温度と時間で行なう。

【００２０】ＴＥＣ処理の追加加熱は、図７で示したよ
うに、融着接続部のモードフィールド径をテーパー状に
拡大して整合させるため、融着接続部およびその両側近
傍も加熱する必要がある。従来は、このためバーナ等の
広がりのある加熱源を用いて、所定領域を追加加熱して
いた。本発明では、アーク放電路８を磁界作用により偏
向させることにより、融着接続で使用した放電電極７を
用い、また、融着接続部４との相対位置を変えることな
く、所定領域を均一に追加加熱するものである。

【００２１】図３は、ＴＥＣ処理を行なうときの本発明
による放電方法を示す図で、図３（Ａ）は上面図、図３
（Ｂ）は側面図である。多心の光ファイバ２の一括融着
接続は、図１，２で示したように、アーク放電路８が融
着接続部４の真下の位置にある状態で行なわれる。この
融着接続が行なわれた後、アーク放電路８を中央の加熱
位置ａから、加熱位置ｂまたは加熱位置ｃで示すように
左右に偏向させる。この偏向は、光ファイバの配列面と
直交する方向に配した垂直磁界発生用のマグネット１０
による磁界を作用させることにより行なうことができ
る。

【００２２】ＴＥＣ処理時のアーク放電は、図２に示す
ように水平磁界Ｈｍにより垂直方向に曲率半径Ｒで湾曲
させると同時に、垂直磁界Ｖｍにより水平方向に偏向さ
せ、中央の加熱位置ａから右側の加熱位置ｂまたは左側
の加熱位置ｃに変位させる。アーク放電路８は、水平磁
界Ｈｍと垂直磁界Ｖｍの合成磁界により、湾曲状態を保
持した状態で放電電極７を軸に任意の偏向角度γで、加
熱位置を変えることが可能である。この偏向角度γは、
水平磁界Ｈｍと垂直磁界Ｖｍの強さを制御することによ
り行なうことができ、アーク放電路８が加熱位置ｂ−ｃ
の間を往復移動するように設定することができる。な
お、モードフィールド径が小さい側の光ファイバを多く
加熱することにより、モードフィールド径の大きい光フ
ァイバに一致させる。したがって、アーク放電路を主と
してモードフィールド径が小さい側の光ファイバを加熱
するように垂直磁界を作用させるようにしてもよい。

【００２３】上記の追加加熱は、湾曲されたアーク放電
路８により、一列に配列された多心光ファイバの外側と
内側の光ファイバ２ａ，２ｂを、一括融着接続の場合と
同様にほぼ均一に加熱することができる。この結果、図
４に示すように、融着接続部およびその近傍に均一な熱
エネルギーを加えることができ、接続損失のバラツキを
少なくすることができる。

【００２４】図５は、多心一括融着接続における融着部
の温度分布（図の上方の分布）を示す図である。融着接
続に必要な温度範囲は、光ファイバの種類によって異な
るが、大体１５００℃〜１６００℃位が適切である。こ
の図は、横軸にＶ溝基板上に複数本の光ファイバを配列
し、一方の端の光ファイバから他方の端の光ファイバに
順に番号を付与し、縦軸に融着部における各光ファイバ
の温度をプロットしたものである。細線は従来（図６）
の光ファイバを平面状に配列して、放電エネルギーを付
与した場合の温度分布を示す。太線が本発明によるアー
ク放電路を湾曲状にして、放電エネルギーを付与した場
合の温度分布を示す。

【００２５】この図５から明らかなように、光ファイバ
を平面状に一列に配列して直線状に放電エネルギーを付
与した場合は、外側に位置する光ファイバ（１番および
８番）の温度が高く、内側に位置する光ファイバ（４番
および５番）の温度が低く温度差が大きい。これに対
し、本発明のようにアーク放電路を湾曲状にして放電エ
ネルギーを付与した場合は、外側に位置する光ファイバ
（１番および８番）と内側に位置する光ファイバ（４番
および５番）との温度差が小さすることができ、均一と
いえる範囲内に収めることができ、接続損失のバラツキ
を少なくすることができる。

【００２６】また、本発明による一括融着接続方法は、
モードフィールド径の異なる光ファイバの接続にも適用
することができる。このためのＴＥＣ処理を実施する場
合、放電エネルギーは融着接続時よりは低い加熱で実施
されるが、融着接続時と同様に、外側に配列する光ファ
イバ２ａと内側に配列する光ファイバ２ｂとでは、受け
る熱エネルギーに差が生じる。このため、内側の光ファ
イバ２ｂと外側の光ファイバ２ａでは、ＴＥＣ状態に差
が生じ、内側の光ファイバ２ｂのＴＥＣ処理が完了する
頃には、外側の光ファイバ２ａには過剰なエネルギーの
ため損失が増加することとなる。したがって、上述した
本発明のアーク放電路を湾曲状にして放電する方法を用
いることにより、ＴＥＣ実施時の放電加熱でも全光ファ
イバ２に加える熱エネルギーを均一にすることができ
る。

【００２７】図５の下側にＴＥＣ処理時の温度分布を示
す。ＴＥＣ処理の温度範囲は、コア部のドーパントが拡
散する温度から光ファイバが軟化する温度の範囲が適切
で、光ファイバの種別によって異なるが、例えば、日本
電気製のサーモトレーサ「ＴＨ３１０４ＭＲ」による測
定では、大体７００℃〜１０００℃位の範囲が目安とさ
れる。この図から明らかなように、融着接続の場合と同
様に全光ファイバに均一な熱エネルギーが与えられ、良
好なＴＥＣ処理を実施することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多心光ファイバの一括融着接続で、複数本の
光ファイバ２に均一に熱エネルギーを加えることができ
る。この結果、全ての光ファイバ端面を溶融後、双方も
しくは片方の全光ファイバを同時に押込んでも、伝送損
失をバラツキの少な低減したものとすることができる。
また、モードフィールド径が異なる多心光ファイバの融
着接続で、融着接続のセット状態のままで、引続きＴＥ
Ｃ処理を行なうことができ、さらに、均一な熱エネルギ
ーを加えることができる。この結果、ＴＥＣ処理の作業
性を向上させることができ、モードフィールド径の違い
による伝送損失のバラツキも少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる多心光ファイバの一括融着接続
部の斜視図である。

【図２】本発明のアーク放電路を湾曲させた状態を示す
図である。

【図３】本発明の追加加熱時のアーク放電路を示す図で
ある。

【図４】本発明において、光ファイバに加えられる熱エ
ネルギー量の関係を説明する図である。

【図５】多心の光ファイバの一括融着接続における融着
部の温度分布を示す図である。

【図６】従来の多心の光ファイバの一括融着接続を説明
する図である。

【図７】従来のＴＥＣ処理を説明する図である。

【符号の説明】

１…多心光ファイバテープ心線、２…光ファイバ、２ａ
…外側光ファイバ、２ｂ…内側光ファイバ、３ａ，３ｂ
…コア部、４…融着接続部、５…Ｖ溝基板、６…押え部
材、７…放電電極、８…アーク放電路、９…水平磁界Ｈ
ｍ発生用のマグネット、１０…垂直磁界Ｖｍ発生用のマ
グネット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 充章 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H036 JA02 LA03 MA12 MA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部被覆を除去した複数本の光ファイバ
   を、Ｖ溝基板で平面状に一列に配列して接続端を突き合
   わせ、前記光ファイバの配列方向にアーク放電による熱
   エネルギーを与えて融着接続する放電による一括融着接
   続方法であって、放電電極間のアーク放電路を磁界の作
   用により最外側に位置する前記光ファイバ間の距離に相
   当する曲率半径で湾曲させ、配列の内側に位置する前記
   光ファイバが前記アーク放電路に近く、配列の外側に位
   置する前記光ファイバが前記アーク放電路から遠くする
   ことを特徴とする放電による一括融着接続方法。
2. 【請求項２】 一括融着接続される前記光ファイバは、
   モードフィールド径が互いに異なる光ファイバであり、
   アーク放電による一括融着接続した後、前記アーク放電
   路を磁界の作用により前記光ファイバの軸方向に偏向さ
   せて融着接続部およびその近傍を追加加熱し、前記モー
   ドフィールド径を互いに一致させることを特徴とする請
   求項１に記載の放電による一括融着接続方法。
3. 【請求項３】 端部被覆を除去した複数本の光ファイバ
   を、Ｖ溝基板で平面状に一列に配列して接続端を突き合
   わせ、前記光ファイバの配列方向にアーク放電による熱
   エネルギーを与えて融着接続する放電による一括融着接
   続装置であって、放電電極間のアーク放電路を最外側に
   位置する前記光ファイバ間の距離に相当する曲率半径で
   湾曲させる磁界発生装置を備え、配列の内側に位置する
   前記光ファイバが前記アーク放電路に近く、配列の外側
   に位置する前記光ファイバが前記アーク放電路から遠く
   したことを特徴とする放電による一括融着接続装置。
4. 【請求項４】 一括融着接続される前記光ファイバは、
   モードフィールド径が互いに異なる光ファイバであり、
   アーク放電による一括融着接続した後、前記アーク放電
   路を磁界の作用により前記光ファイバの軸方向に偏向さ
   せる磁界発生装置を備え、融着接続部およびその近傍を
   追加加熱し、前記モードフィールド径を互いに一致させ
   るようにしたことを特徴とする請求項３に記載の放電に
   よる一括融着接続装置。