JP2004118105A

JP2004118105A - 光ファイバカプラとその製造方法及びこれを用いた光ファイバ回路

Info

Publication number: JP2004118105A
Application number: JP2002284368A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Sakurai; 櫻井　弘樹; Michitaka Okuda; 奥田　通孝
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】実装長さを短く、かつ信頼性上問題のない光ファイバカプラの実装構造を提供する。
【解決手段】複数数の光ファイバを融着延伸して、入射光を分岐または合分波する光ファイバカプラにおいて、融着延伸部を曲面状の支持体に固定実装し、入出力用ファイバを支持体上で巻回して固定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム内で、伝送光を合分岐、合分波するのに使用する円形実装型の光ファイバカプラ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システム、光伝送技術の進展に伴い、作製方法が容易であり、信頼性の高い融着延伸型光ファイバカプラあるいは融着延伸型合分波器等がさまざまな光通信システム、光計測システム等で利用されている。ここで、光ファイバカプラとは単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合するものであり、また光合分波器とは複数波長の光を合波あるいは分波させるものであるが、以下本発明では両者を総称して光ファイバカプラという。
【０００３】
この従来の技術による光ファイバカプラを図５に示す。図５（ａ）は従来技術による光ファイバカプラの実装形態を示す図で、（ｂ）は内部の融着延伸部の実装部分を示す図である。
【０００４】
この光ファイバカプラは融着延伸部２を固定用接着剤６により固定した支持体を実装ケース内に収納し、実装ケースの両端部をシール材のシリコンゴム７にて入出射用の光ファイバ３と共に封じている。このとき入射側からは１本の光ファイバ３、出射側からは２本の光ファイバ３がそれぞれ正反対の向きに導出される構造である。
【０００５】
各入出射用ファイバ３は、曲率半径Ｒで丸めてファイバ予長処理され、光回路内で実装される。ここで、ファイバ予長処理部を含めた部品占有領域８の大きさは、カプラの実装ケース幅が予長処理径に比較して小さい為省略すると、２Ｒ×（Ｌ＋２Ｒ）となる。
【０００６】
図５（ｂ）は、実装ケース内に収納している融着延伸部２を支持体上に固定した部分を示したものである。２本のシングルモード光ファイバ３の保護被覆を剥がし、クラッド４を露出し、これらを所定距離平行に密着させ、該密着させた部分の中央部を局部的に加熱、その位置で両ファイバを融着し、さらに該密着部分を加熱延伸させてテーパ状に細径化、エバネセント結合部を構成、入射側を１本のシングルモード光ファイバ３のみとなるよう他のシングルモード光ファイバを所定距離だけ残してカットしており、これによって両者間で相互に光信号が漏洩、入射伝送光を合分岐するように構成、平面状の支持体に実装したものである（特許文献１参照）。
【０００７】
この種の光ファイバカプラは、光ファイバ３同士の結合が容易で、低損失な構成ができ、複数本のカプラを融着接続することにより容易に光回路部を構成することができる為、光ファイバを使用する各種の装置に利用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−２９４８０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の光ファイバカプラにおいて、同一のクラッド径を有する光ファイバ３同士を用いて熱により融着延伸して、エバネセント結合部を形成、光ファイバカプラを作製し、実装ケース内に融着延伸部２を支持体上に固定、収納しているが、融着延伸部２が長く、長さＬの実装ケースに収納せねばならず、更にその入射側、出射側に径２Ｒの余長処理光ファイバ３があるため、部品専有領域８の面積が大きくなり、光回路実装用基板に複数の光ファイバカプラ同士をスプライス接続して固定する際、実装用基板が非常に大きくなってしまうという構造上の問題点があり、光回路の小形・高密度実装が困難であった。
【００１０】
さらに、光ファイバカプラの両端からの余長処理光ファイバがあるため、作業上手間がかかり、スプライスする際多大な時間をかけて行なっていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、複数の光ファイバを融着延伸して、入射光を分岐または合分波する光ファイバカプラにおいて、融着延伸部を曲面状の支持体上に並列して固定し、実装したことを特徴とする。
【００１２】
また、上記支持体を円筒状または円柱状とし、その側面に融着延伸部を実装したことを特徴とする。
【００１３】
さらに、入射側、出射側の両方の光ファイバを同一方向に集約したことを特徴とする。
【００１４】
また、入射側、出射側の光ファイバを支持体の側面に巻回したことを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記融着延伸部または光ファイバを、支持体上に２箇所以上で接着固定したことを特徴とする。
【００１６】
また、複数の光ファイバの被覆を除去し、各光ファイバのクラッド同士を所定距離だけ平行密着させ、中央部を加熱延伸して融着延伸部を形成した後、円筒状または円柱状の支持体側面に上記該融着延伸部を当接させ、接着剤にて固定した後、入射側、出射側の光ファイバを同一方向に集約する工程から光ファイバカプラを製造するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記光ファイバカプラを光回路用基板上に複数積層固定し、光回路を接続構成したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００１９】
図１（ａ）は、本発明の第一実施形態を示す光ファイバカプラの断面図である。
【００２０】
光ファイバカプラは、円筒状または円柱状をした支持体１の曲面状の側面に融着延伸部２を並列して当接させ、接着剤６により両端を固定、更に光ファイバを支持体１の側面に巻回し、接着剤６により固定実装している。そして入射側の光ファイバと出射側の光ファイバを同一方向に集約する。　このとき入射側から１本の光ファイバ３、出射側からは２本の光ファイバ３となる構造である。
【００２１】
次に図１（ｂ）は、曲面状（円形）を有している実装用の支持体１に固定されている融着延伸部２であるが、２本のシングルモード光ファイバ３の被覆を剥がし、クラッド４のみとし、これらを所定距離だけ平行に密着し、さらに該密着部分を加熱源により加熱延伸させて外観がテーパ状又はＥＸＰ状に細径化、エバネセント結合部を構成したものである。尚、図に示したように入射側を１本のシングルモード光ファイバ３のみとなるよう、もう一方のシングルモード光ファイバを所定距離だけ残してカットしてあるが、そのまま残しても問題はない。融着延伸部２に構成されたエバネセント結合部内で両ファイバ間で相互に光信号が漏洩、入射伝送光を合分岐するように構成したものである。
【００２２】
各ポートからの出力は大方入射する光の波長に依存し、入射波長に対しｓｉｎ^２又はｃｏｓ^２の関数で表され、結合長が長い程波長周期が短くなる。そこまでは、通常のファイバカプラ型部品の製法と変わらない。
【００２３】
その後、融着延伸部２を支持体１の曲面状の側面に融着延伸部２と共に複数の巻回された光ファイバ３が並列に密着するように置き、支持体１の有する曲率半径Ｒに沿って巻いたものである。その後、その後図１（ａ）に示したように固定用の接着剤６にて複数箇所固定する。
【００２４】
又、入出力用の光ファイバ３は、同一方向に集約され、シール材としてシリコンゴム７を用いた固定部にて共に固定され、固定部を含めた実装長はおおよそ３Ｒになる。
【００２５】
支持体１上の接着剤６による固定箇所は、エバネセント結合部を固定するのに２カ所、その他、複数の並列ファイバを曲面状の支持体１と密着させる為、他図１（ａ）図示の３カ所で固定している。
【００２６】
支持体１の材料としてはファイバと同じ材料の石英系の材料がよい。即ち、温度変化による膨張・収縮が同じ為、融着延伸部に付加される応力が緩和されるからである。
【００２７】
図１（ｂ）に示したように融着延伸部を支持体の曲率Ｒに沿わせて曲げるが、基本的に融着延伸部２は、細径化されたコアからクラッド部に光がしみだしており、支持体１の側面の曲率半径Ｒを１５〜２０ｍｍの範囲とすれば曲げによる放射モードによる影響は殆どなく、損失なくエバネセント結合を行うことができる。又、曲面状の融着延伸部２を更に補強し、光学特性を保持するには、エバネセント結合部のクラッド部からの光の漏れを防ぐ為、クラッドよりも屈折率の低い良好な透光性を有する補強部材で融着延伸部２の周囲をコーテイングして固定する。
【００２８】
次に、図２のように、高さＴの実装ケース５内に融着延伸部２を実装固定した曲面状の支持体１を設置し、曲面状のカバーにより封止し、入出力用の光ファイバ３固定部をシリコンゴム７等の材料で封止、固定する。
【００２９】
なお、支持体１や実装ケース５の形状は図２（ａ）のような円形に限らず、図２（ｂ）のようなは楕円状（Ａ＞Ｒ）とすることもでき、その他に小判形状とすることもできる。
【００３０】
このように曲面形状として、円形又はそれと類似形状に実装することにより、入出力用の光ファイバ３を同一方向で１箇所にまとめ予長処理することができる。又実装ケース５も短くすることができ、光回路上に実装する際のスペースが削減できる。部品占有領域８の面積としては、２Ｒ×４Ｒ＝８Ｒ^２である。
【００３１】
従来の部品占有領域８の面積は２Ｒ×（Ｌ＋２Ｒ）＝１０Ｒ^２（Ｌ＝３Ｒ程度）であるため、本発明の光ファイバカプラでは、ファイバ予長処理（半径Ｒ）が片側だけで済む為、２Ｒ^２少なくて済むことがわかる。
【００３２】
又、図３に示したように、実装ケース５が従来例のように筒状ではなく平面ケースであり中に取付用の通過穴があるため、複数の光ファイバカプラを立体的に積層し、ファイバ予長処理を片方にまとめスプライス接続して光回路を構成することができる為、まとめて光回路用基板上に積層して実装、固定することができる。
【００３３】
本発明の光ファイバカプラにおける融着延伸部の強度に関しては、図４に示したように支持体上に設置した融着延伸部２を固定する２カ所の固定用接着剤６により固定したもので、（ａ）は従来の場合、（ｂ）は本発明の場合の実施例である。従来の場合、固定用接着剤６の固着時の収縮によりＰという引っ張り付加力が発生した場合、融着延伸部内では軸方向にＰという力が付加される。
【００３４】
しかし、図４（ｂ）の本発明の場合は、実装支持体が円形の為、引っ張り付加力Ｐは、接線方向Ｐｃｏｓθと円中心方向のＰｓｉｎθに分割される。π／２＞θ＞０であるため、明らかに　Ｐ＞Ｐｃｏｓθとなり、円中心方向分力Ｐｓｉｎθは、延伸部２全体が、曲面状の支持体１に保持される構造の為、付加力が融着延伸部２全体に分散でき、破断につながる応力集中が生じにくい構造であり、強度的な問題はない。
【００３５】
なお、実装ケース５の材質については、有機系のプラスチックス、硬性の高いゴムもしくは金属系のコバール、ステンレス等が使用できる。有機系の場合、金属系に比較し形状を変形させることが容易で、プラスチックス、ゴムでは１００℃前後の熱で形状を簡単にかえることができ、好ましい。
【００３６】
本発明は、光ファイバにシングルモードファイバを使用しているが、分散シフトファイバ、カーボンコートファイバ、偏波面保存ファイバ、希土類添加ファイバ等の各種光ファイバにも適応が出来る。又光ファイバの基板への固定用の接着剤６としては、紫外線や可視光線等エネルギー線にて硬化するアクリル系、もしくはエポキシ系等の接着樹脂に、応力緩衝材としてＳｉＯ_２系または弾性球状樹脂を添加したものでも良い。
【００３７】
本発明は、融着延伸部２の接着剤６の固定部が２箇所であるが、３箇所以上あっても、何ら差し支えない。
【００３８】
本発明における円形実装型の光ファイバカプラは、同様な構成をもつ耐圧カプラ、スターカプラ、他の光部品にも適応できる。
【００３９】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。
【００４０】
ファイバコアの直径８μｍ、クラッドの直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ３を用いて、該シングルモード光ファイバ３の被覆部をストリッパーにて被覆除去し、露出されたクラッド部４をアルコール等で洗浄後、コア、クラッドを所定距離だけ密着固定させ中央部分を加熱しながら延伸させ、融着延伸部２を形成させる。
【００４１】
次にあらかじめ、側面の曲率半径Ｒが１５ｍｍの石英ガラスからなる支持体１の側面に、上記融着延伸部２を仮固定させ、融着延伸開始部２箇所を可視光線エネルギーにて硬化するエポキシ系の接着剤６にて接着固定する。次に入出力用の各ファイバを支持体上で１周巻き、それを含め接着剤６で固定する。その後実装ケース５に設置固定、入出力ファイバを１カ所にまとめ、シリコンゴム７にて気密封止した。
【００４２】
次に一方に集めた余長処理光ファイバ３を支持体１の側面に巻き、実装ケースに隣接して設置、６０×３０ｍｍの基板上に設置した。それらを各３０個作製した。
【００４３】
なお、本発明の光ファイバカプラと従来型光ファイバカプラの特性は波長１．５５μｍで、分岐比５０±２％、接続損失０．５ｄＢ以下、反射減衰量５０ｄＢ以上である。又従来型のケース長Ｌは５０ｍｍ、予長処理の曲率半径Ｒ＝２０ｍｍで、予長処理を含めた基板サイズは、９０×４５ｍｍであった。
【００４４】
これらの各３０個のサンプルを用いて、６０℃、９０℃ＲＨ、１４日間の恒温恒湿試験後、１０００ｇの引っ張り荷重をかけて、その後で接続損失、反射減衰量の光学特性を測定した。
【００４５】
各サンプルのデータを表１に示す。表１に示す値は、各３０個サンプルの１０００ｇ引っ張り荷重後の接続損失、反射減衰量の平均値、最大値、最小値である。
【００４６】
【表１】

【００４７】
以上より、従来の図４に示す従来の光ファイバカプラの接続損失は、平均値で０．４３ｄＢ、最大値０．７０ｄＢ、最小値０．２０ｄＢ、反射減衰量は、平均値で４９．５ｄＢ、最大値５６．０ｄＢ、最小値４４．０ｄＢになり、これに対し本発明の図１に示す円形実装型の光ファイバカプラの接続損失は、平均値で０．１８ｄＢ、最大値０．３０ｄＢ、最小値０．１０ｄＢ、反射減衰量は、平均値で５６．１ｄＢ、最大値５９．０ｄＢ、最小値５３．０ｄＢと光学特性が向上することができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光ファイバカプラにおける複数の光ファイバを融着延伸した融着延伸部を曲面状の支持体に固定して、入射側、出射側からでる光ファイバを同一方向にすすることにより、光ファイバ余長処理を片側だけに集約でき、予長処理を含めた実装長を短くできる。それにより、光回路部の部品占有面積を削減することができ、ファイバ予長処理が片側のみで済む為、作業が手間取らず容易になり、更に信頼性、光学特性的にも向上した光ファイバカプラを実現することができる。
【００４９】
又光回路部を立体的に積層して実装構成できる為、光回路部の占有面積を増大させずに構成することができる。それにより光回路部の小形化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の光ファイバカプラを示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の光ファイバカプラを示す図である。
【図３】本発明の光ファイバカプラを示す図である。
【図４】（ａ）は従来の融着延伸部への付加力を示す図、（ｂ）は本発明の融着延伸部への付加力を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来の光ファイバカプラの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　　支持体
２　　　融着延伸部
３　　　光ファイバ
４　　　クラッド
５　　　実装ケース
６　　　固定用接着剤
７　　　シリコンゴム
８　　　部品占有領域

Claims

複数の光ファイバを融着延伸して、入射光を分岐または合分波する光ファイバカプラにおいて、融着延伸部を曲面状の支持体上に並列して固定し、実装したことを特徴とする光ファイバカプラ。
上記支持体を円筒状または円柱状とし、その側面に融着延伸部を実装したことを特徴とする請求項１記載の光ファイバカプラ。
入射側、出射側の両方の光ファイバを同一方向に集約したことを特徴とする請求項２記載の光ファイバカプラ。
入射側、出射側の光ファイバを支持体の側面に巻回したことを特徴とする請求項２または３記載の光ファイバカプラ。
前記融着延伸部または光ファイバを、支持体上に２箇所以上で接着固定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバカプラ。
複数の光ファイバの被覆を除去し、各光ファイバのクラッド同士を所定距離だけ平行密着させ、中央部を加熱延伸して融着延伸部を形成した後、円筒状または円柱状の支持体側面に上記該融着延伸部を当接させ、接着剤にて固定した後、入射側、出射側の光ファイバを同一方向に集約する工程からなる光ファイバカプラの製造方法。
請求項１〜５記載の光ファイバカプラを光回路用基板上に複数積層固定し、光回路を接続構成したことを特徴とする光ファイバ回路。