JP2004184624A - 光固定減衰器 - Google Patents

Abstract

【課題】入力光がハイパワーであっても光固定減衰器での発熱を効率的に放散でき、光減衰ファイバとフェルールとの固定に使用されている接着剤の劣化等の問題を生ずることのない信頼性の高い光固定減衰器を提供する。
【解決手段】金属ドープ光ファイバ２０の少なくとも一端に通常の光ファイバ２１を融着接続してなる光固定減衰器１ａにおいて、金属ドープ光ファイバを熱良導体材料製キャピラリ部１０と接触するように固定することにより、金属ドープ光ファイバで光エネルギーが熱エネルギーに変換する際に発生する熱を光固定減衰器外へ速やかに逃がすことができる。好適な態様においては、前記熱良導体材料製キャピラリ部が放熱フィン等の放熱手段を備えている。前記光固定減衰器は、一方の端部がピンジャックタイプ、他方の端部がアダプタタイプであってもよく、あるいは両端部がピンジャックタイプ又はアダプタタイプのいずれでもよい。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光センサーシステム等に使用される光固定減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送の送受信間距離の差から発生する光パワーの差や光の反射は、伝送装置に対して悪影響を及ぼす可能性がある。この為、光パワーレベルを調節する必要性があり、光固定減衰器が使用される。
従来、光コネクタのコンタクトあるいは光ファイバの融着時にオフセットをとり（コアをずらして融着した光減衰ファイバ）、接続損失を多くすることで光パワーを減衰させていたが、その許容入力光パワーは１０ｍＷ程度である。しかしながら、近年、ラマン増幅方式の実用化等により、光固定減衰器のハイパワー対応への要望が益々強くなってきている。一般に、入力光パワーが２００ｍＷ程度に大きくなると、Ｃｏ等を添加した金属ドープ光ファイバ内臓フェルールを用いた光固定減衰器が利用されているが、この入力光は今後さらにハイパワーになっていくと予想される。
【０００３】
従来、金属ドープ光ファイバはハイパワーに強い特性を持ち、他の方法に比べて波長依存性が少ないため、使用波長が広帯域に及ぶ高密度波長多重通信（ＤＷＤＭ）システムなどの光固定減衰器に使用されている。金属ドープ光ファイバ内臓フェルールを用いた光固定減衰器では、両端の光ファイバ孔の同心度がよいキャピラリ（フェルール）を用い、その中に金属ドープ光ファイバの両端に通常の光ファイバを融着接続した光減衰ファイバを接着剤で固定し、両端面をＰＣ接続可能なキャピラリ（フェルール）とする構造のものが一般に用いられてきた。しかしながら、金属ドープ光ファイバは、ファイバ内のドーパント（添加物）が光を吸収して熱に変換することで減衰効果を得ているため、金属ドープ光ファイバ内臓フェルールを用いた光固定減衰器においても、数百ｍＷを超えると光吸収による温度上昇が無視できなくなる。
【０００４】
特に、光固定減衰器で使用されている光減衰ファイバとフェルールとの固定には接着剤が用いられているため、接着剤のガラス転移点（Ｔｇ）以上に温度が上昇した場合、信頼性の確保が困難になるという問題点が指摘されている（非特許文献１及び２参照）。例えば、光ファイバを固定している接着剤は耐熱性が無いために、光ファイバの固定、言い換えれば、接続部の位置がずれ、接続損失や減衰率に変化を引き起こすことが指摘されている。
【０００５】
【非特許文献１】
２００２年電子通信情報学会Ｃ−３−１０８、第２４０頁
【非特許文献２】
ＮＥＣ宮城テクニカル、Ｎｏ．５、２００１年、第３４−３５頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記したような従来技術の問題に鑑みなされたものであり、入力光がハイパワーであっても光固定減衰器での発熱を効率的に放散でき、光減衰ファイバとフェルールとの固定に使用されている接着剤の劣化等の問題を生ずることのない信頼性の高い光固定減衰器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の基本的な態様によれば、光減衰ファイバを少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定してなることを特徴とする光固定減衰器が提供される。
より具体的な態様においては、金属ドープ光ファイバの少なくとも一端に通常の光ファイバを融着接続してなる光固定減衰器において、金属ドープ光ファイバを少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定してなることを特徴とする光固定減衰器が提供される。
【０００８】
さらに具体的な態様によれば、金属ドープ光ファイバの両端に通常の光ファイバを融着接続してなる光固定減衰器において、両端部の通常の光ファイバが各フェルール内にそれぞれ固定され、該フェルール間に金属ドープ光ファイバが熱良導体により固定されていることを特徴とする光固定減衰器が提供される。
好適な態様においては、前記熱良導体が放熱フィン等の放熱手段を備えている。また、前記光固定減衰器は、両端部がプラグ接合及び／又はアダプタ接合の機能を有するピンジャックタイプ及び／又はアダプタタイプであり、例えば一方の端部がピンジャックタイプ、他方の端部がアダプタタイプであってもよく、あるいは両端部がピンジャックタイプ又はアダプタタイプのいずれでもよい。
【０００９】
なお、以下の説明においては主として金属ドープ光ファイバを用いた光固定減衰器について説明するが、光固定減衰器においては入力される光エネルギーの一部は熱エネルギーに変換されるため、本発明は金属ドープ光ファイバのみでなく、金属蒸着膜や吸収係数の大きな誘電体をファイバ内に介在させた他の吸収型光減衰ファイバや、コアをずらして融着したファイバなどの他の放射型しくは反射型光減衰ファイバにも適用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の光固定減衰器は、光減衰ファイバを少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定し、好ましくは、金属ドープ光ファイバの少なくとも一端に通常の光ファイバを融着接続してなる光固定減衰器において、金属ドープ光ファイバを熱良導体により固定することにより、光減衰ファイバで光エネルギーが熱エネルギーに変換する際に発生する熱を光固定減衰器外へ速やかに逃がすことを特徴としている。
【００１１】
従来、金属ドープ光ファイバ内臓フェルールを用いた光固定減衰器では、前記したように、キャピラリ（フェルール）の中に金属ドープ光ファイバの両端に通常の光ファイバを融着接続した光減衰ファイバを接着剤で固定した構造のものが一般に用いられてきた。従って、光固定減衰器で発生した熱の流れは、熱の発生源である金属ドープ光ファイバから、熱の放出先である外気もしくは減衰器固定基板までを考慮する必要がある。この経路では、接着剤やハウジング等の熱流抵抗体であり耐熱性が低い樹脂材料が介在している。これらの樹脂、特に光ファイバを固定する接着剤は、ＰＣ接続、言い換えれば接続損失を決定する重要な役割を持つため、熱によるダメージを避けなければならない。一方、本発明の光固定減衰器では、金属ドープ光ファイバ等の光減衰ファイバは少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定され、好ましくは接着剤を介することなく光減衰ファイバを直接接触して固定するキャピラリ部が金属等の熱良導体により形成されているため、従来のような接着剤の熱ダメージによる接続損失変動はなくなる。また、熱良導体が外気にさらされており、好ましくは減衰器固定基板まで一体とすることにより、優れた放熱性を達成できる。
【００１２】
より好適な態様においては、熱による変質、劣化を伴う接着剤を使用せず、光減衰ファイバを直接接触して固定するキャピラリ部を金属等の熱良導体により形成するなど、熱伝導性を有する接合方式を採用することにより、あるいはさらに放熱フィン等の放熱手段を設けることにより、ハイパワーの入力光が光減衰ファイバで吸収されることにより発生する熱を、直接、光固定減衰器外部へ放出することができる。
このような本発明の光固定減衰器によれば、ハイパワー光伝送の光減衰がプラグジャックタイプにより容易に可能になり、従来の受光素子などがそのまま利用できる。また、広帯域での減衰量の依存性が低い金属ドープ光ファイバを使用でき、しかも光ファイバの著しい温度上昇を防ぐことができ、信頼性の高い光固定減衰器を提供することができる。
【００１３】
前記熱良導体としては、メッキ（銅、Ｎｉ−Ｐ等）あるいは金属ガラス、アルミ合金、亜鉛合金、はんだ等の各種金属を用いることができ、またそれらを組み合わせたものでもよく、特定の材料に限定されるものではない。
また、光減衰ファイバと熱良導体の接触態様としては、光減衰ファイバの一部を熱良導体で保持する態様、光減衰ファイバをメッキ（銅、Ｎｉ−Ｐ等）、はんだ、接着剤等による接合や、圧着（インジウム、アルミ箔、アルミ粉末、はんだ等を介して圧接接合）などにより熱良導体で保持する態様、熱良導体を精密鋳造、加工等して光減衰ファイバを直接保持するキャピラリ部を形成する態様など、各種態様とすることができる。また、熱良導体が放熱フィンなど放熱手段を兼ね備えたハウジングと一体化した構造とすることもできる。本発明の光固定減衰器は、ピンジャックタイプ、アダプタタイプ、インラインタイプのいずれの形態の光固定減衰器とすることもできる。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面に示す実施態様について説明しつつ、本発明についてさらに具体的に説明する。
図１は、光ファイバ通信における光固定減衰器と光信号入出力部の構成を示す概略説明図であり、光固定減衰器１の一端部はレセプタクル部（コネクタ結合部）２に、他端部はプラグ部（コネクタ・プラグ）３に形成されている。図１において、符号４はアダプタ、５は光コネクタプラグをそれぞれ示している。なお、光固定減衰器１の入出力部のコネクタ形式は、使用目的、特に実装法に応じて適宜選択されるものであり、上記の例のほか、入出力（両端）ともレセプタクル部（コネクタ結合部）又はプラグ部（コネクタ・プラグ）に形成してあるものもあり、これらの例については後述する。
【００１５】
図２乃至図１５は、本発明の光固定減衰器の幾つかのインライン型の実施例の概略構成を示している。
図２に示す光固定減衰器１ａは、そのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図３のように、金属ドープ光ファイバ２０の両端に通常の光ファイバ２１を融着接続してなる光固定減衰器であって、ブロック状の熱良導体材料製キャピラリ部（放熱ハウジング）１０の内部に金属ドープ光ファイバ２０を固定し、両端部に光ファイバ孔の同心度がよい通常のジルコニア、ステンレス鋼等から作製されたフェルール２２を配し、その中に通常の光ファイバ２１を固定し、両端面をＰＣ接続可能な構造としたものである。
一方、図４に示す実施例では、ハウジング一体型の光固定減衰器１ｂであって、熱良導体材料製キャピラリ部（放熱ハウジング）１０の両端部内部にフェルール２２が一体的に埋設・結合されている以外は、前記図２及び図３に示す実施例と同様である。
【００１６】
図５乃至図８は、熱良導体材料製キャピラリ部（放熱ハウジング）１０の内部への金属ドープ光ファイバ２０の各種固定態様を示している。
図５に示す構造の場合、ファイバ鋳ぐるみ又は貫通孔への挿入・固着方式のいずれでも可能である。例えば、銅合金、アルミ合金、亜鉛合金、グラファイト等の熱良導体により直接ファイバを被覆するように金属製キャピラリ部１０を鋳造（精密ダイカスト）したり、あるいは、予め貫通孔が形成された熱良導体材料製キャピラリ部１０の貫通孔にインジウム、はんだ、アルミ箔、導電性のグリースや接着剤を介してファイバを挿入・固着する。
【００１７】
一方、図６に示す構造の場合、キャピラリ部が２分割されたものであり、一方の熱良導体材料製キャピラリ部１０ｂの溝孔に銅合金、アルミ合金、亜鉛合金、グラファイト等の熱良導体や、インジウム、はんだ、アルミ箔やアルミ粉末等の金属箔や金属粉末、導電性のグリースや接着剤を被覆した金属ドープ光ファイバ２０を配置し、他方の熱良導体材料製キャピラリ部１０ａを重ね合わせ、固定する。固定方式としては、ネジ止め、接着、加締め、はんだ止め等を用いることができる。
【００１８】
また、図７に示す実施態様は、上記図６に示す実施態様の変形例であり、４分割されたキャピラリ部を用いている。この場合、各分割キャピラリ部を全て熱良導体から作製する場合以外に、図示のように対向する分割キャピラリ部１０ｃ、１０ｅを熱良導体から作製し、他の分割キャピラリ部１０ｄ、１０ｆをセラミックス、ステンレス鋼等の他の材料から作製することもでき、あるいは光固定減衰器の発熱量によっては一つの分割キャピラリ部のみを熱良導体から作製することもできる。
【００１９】
さらに、図８は別の実施態様を示しており、この場合、熱良導体材料製キャピラリ部１０ｇに軸線方向に溝穴１１を形成し、この中に金属ドープ光ファイバ２０が位置するように配置する。その後、溝穴１１に埋め込み部材（図示せず）を埋め込み固定する。埋め込み部材の材料としては特に限定されないが、前記したような熱良導体、好ましくは熱良導体材料製キャピラリ部１０ｇと同一材料を用いることが好ましい。
【００２０】
図９及び図１０は、フェルールの他の実施形態を示している。図９の場合、熱良導体材料製キャピラリ部の取り付け部２３が、そのａ−ａ線断面を示す（Ｂ）のように断面半円形状に形成され、両端部のフェルール２２と一体的に作製されており、一方、図１０の場合、熱良導体材料製キャピラリ部の取り付け部２３ａが、そのｂ−ｂ線断面を示す（Ｂ）のように、上記図９の取り付け部２３の半径よりも小さな断面半円形状に形成されている。いずれの場合も、前記図３又は図４に示すように、あるいは後述する図１１に示すように、熱良導体材料製キャピラリ部が取り付けられる。
【００２１】
図１１に示す光固定減衰器１ｃは、そのＸＩＩ−ＸＩＩ線断面を示す図１２のように、全体的に同一径の円筒状のインラインタイプの光固定減衰器であって、熱良導体材料製キャピラリ部（フェルール）１２の両端部に通常のジルコニア、ステンレス鋼等から作製されたフェルール２２を一体的に接合し、熱良導体材料製キャピラリ部１２の内部に金属ドープ光ファイバ２０を固定し、両端部のフェルール２２の中に通常の光ファイバを固定し、両端面をＰＣ接続可能な構造としたものである。
【００２２】
図１２乃至図１５は、熱良導体材料製キャピラリ部（フェルール）１２の内部への金属ドープ光ファイバ２０の各種固定態様を示しており、前記図５乃至図８に示す態様にそれぞれ対応している。すなわち、図１２の場合、ファイバ鋳ぐるみ又は貫通孔への挿入・固着方式により熱良導体材料製キャピラリ部１２の貫通孔に金属ドープ光ファイバ２０が固定されている。一方、図１３の場合には２分割された熱良導体材料製キャピラリ部１２ａ、１２ｂが用いられ、図１４の場合には扇形状（図示の例では角度約９０°）のキャピラリ部片と残りの角度のキャピラリ部片に２分割されたＶ型の熱良導体材料製キャピラリ部１２ｃ、１２ｄが用いられている。さらに図１５の場合には、熱良導体材料製キャピラリ部１２ｅに軸線方向に溝穴１３を形成し、この中に金属ドープ光ファイバ２０が位置するように配置する。その後、溝穴１３に埋め込み部材（図示せず）を埋め込み、固定する。
【００２３】
図１６及び図１７は、強制冷却手段を有する本発明の光固定減衰器の他の実施例の概略構成を示している。
図１６に示す光固定減衰器１ｄは、放熱を担う熱良導体材料製キャピラリ部１０の上下両側面に放熱フィン１４が一体的に突設された構造を有し、一方、図１７に示す光固定減衰器１ｅは、熱良導体材料製キャピラリ部１０に他の冷却部１５（冷却源：冷却水、冷却ガス、ペルチェ素子等）が熱接触するように取り付けられた構造を有する。なお、図１６及び図１７では、プラグタイプに対応した図を用いて説明してあるが、勿論、図１１に示すようなインラインタイプにも適用される。
【００２４】
図１８乃至図２０は、本発明の光固定減衰器の別の実施例の概略構成を示している。
図１８に示す光固定減衰器１ｆはプラグタイプの光固定減衰器であり、熱良導体材料製ハウジング（キャピラリ部）１６の両端部に通常のジルコニア、ステンレス鋼等から作製されたフェルール２２を一体的に埋設・接合し、熱良導体材料製ハウジング１６の内部に金属ドープ光ファイバ２０を固定し、両端部のフェルール２２の中に通常の光ファイバ２１を固定し、両端面をＰＣ接続可能な構造としたものである。そして、熱良導体材料製ハウジング１６の一端部はレセプタクル部２に、他端部はプラグ部３に形成されている。従って、プラグ部３と同様な構造の他の光コネクタのプラグをレセプタクル部２に押し込むことにより、プラグフレームがレセプタクル部２の係合片１７にスナップ嵌め式に係合され、光ファイバ同士が整合して接続される。同様に、光固定減衰器１ｆのプラグ部３を、同様な構造の他の光コネクタのレセプタクル部に押し込むことにより、プラグフレーム１８が他の光コネクタのレセプタクル部の係合片にスナップ嵌め式に係合される。
【００２５】
一方、図１９及び図２０示す光固定減衰器１ｇ、１ｈは、熱良導体材料製ハウジング（キャピラリ部）１６の両端部に通常のジルコニア、ステンレス鋼等から作製されたフェルール２２を一体的に埋設・接合し、熱良導体材料製ハウジング１６ａ、１６ｂの内部に金属ドープ光ファイバ２０を固定し、両端部のフェルール２２の中に通常の光ファイバ２１を固定し、両端面をＰＣ接続可能な構造とした点は前記図１８に示す実施例と同様であるが、図１９に示す光固定減衰器１ｇの場合には熱良導体材料製ハウジング１６ａの両端部がレセプタクル部２に形成されているアダプタタイプ、図１９に示す光固定減衰器１ｈの場合には熱良導体材料製ハウジング１６ｂの両端部がプラグ部３に形成されているコネクタタイプの光固定減衰器である。
【００２６】
なお、前記図１８乃至図２０に示される光固定減衰器１ｆ、１ｇ、１ｈでは、熱良導体材料製ハウジング１６、１６ａ、１６ｂと両端部のフェルール２２が別体であるが、熱良導体材料製ハウジングと一方のフェルール又は両方のフェルールを熱良導体から一体に成形することもできる。
また、本発明は前記した実施例に限定されるものでなく、本発明の特徴を備えている限り各種設計変更が可能である。例えば、前記図２乃至図１７に示す実施例において、熱良導体材料製キャピラリ部とフェルール、あるいはさらに放熱部材を同一の熱良導体から作製することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光固定減衰器は、光減衰ファイバを直接熱良導体に接触するように固定したものであるため、金属ドープ光ファイバ等の光減衰ファイバで発生した熱を直接、光固定減衰器外部へ放熱することができ、従来のように光減衰ファイバとフェルールとの固定に使用されている接着剤の劣化等の問題を生ずることがなく、信頼性の高い光固定減衰器を提供することができる。従って、本発明の光固定減衰器は、ラマン増幅方式などのハイパワーにも対応できる。また、プラグジャックタイプなどのコネクタ部分にも適用でき、従来の受光素子などがそのまま使用できる。つまり、新たな設備を投資することなく従来の光通信設備を使用することができることから、経済的な効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ通信における光固定減衰器と光信号入出力部の構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の光固定減衰器の一例の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の光固定減衰器の他の例の概略構成を示す断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図であり、熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の一例を示す概略断面図である。
【図６】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の他の例を示す概略断面図である。
【図７】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図８】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の別の例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の光固定減衰器に用いるフェルールの他の実施態様を示す概略断面図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はそのａ−ａ線断面図である。
【図１０】本発明の光固定減衰器に用いるフェルールの別の実施態様を示す概略断面図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図である。
【図１１】本発明の光固定減衰器の他の例の概略構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であり、熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の一例を示す概略断面図である。
【図１３】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の他の例を示す概略断面図である。
【図１４】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図１５】熱良導体材料製キャピラリ部への金属ドープ光ファイバの固定態様の別の例を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の強制冷却手段を備えた光固定減衰器の一例の概略構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の強制冷却手段を備えた光固定減衰器の別の例の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明のプラグタイプの光固定減衰器の一例の概略構成を示す断面図である。
【図１９】本発明のアダプタタイプの光固定減衰器の一例の概略構成を示す断面図である。
【図２０】本発明のコネクタタイプの光固定減衰器の一例の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ 光固定減衰器
２ レセプタクル部
３ プラグ部
４ アダプタ
５ 光コネクタプラグ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 熱良導体材料製キャピラリ部
１１，１３ 溝穴
１４ 放熱フィン
１５ 冷却部
１６，１６ａ，１６ｂ 熱良導体材料製ハウジング（キャピラリ部）
２０ 金属ドープ光ファイバ（光減衰ファイバ）
２１ 通常の光ファイバ
２２ フェルール
２３ 取り付け部

Claims (6)

1. 光減衰ファイバを少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定してなることを特徴とする光固定減衰器。
2. 金属ドープ光ファイバの少なくとも一端に通常の光ファイバを融着接続してなる光固定減衰器において、金属ドープ光ファイバを少なくとも部分的に熱良導体に接触するように固定してなることを特徴とする光固定減衰器。
3. 金属ドープ光ファイバの両端に通常の光ファイバを融着接続してなる光固定減衰器において、両端部の通常の光ファイバが各フェルール内にそれぞれ固定され、該フェルール間に金属ドープ光ファイバが熱良導体により固定されていることを特徴とする光固定減衰器。
4. 前記熱良導体が放熱手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光固定減衰器。
5. 前記放熱手段が放熱フィンであることを特徴とする請求項４に記載の光固定減衰器。
6. 両端部がプラグ接合及び／又はアダプタ接合の機能を有するピンジャックタイプ及び／又はアダプタタイプである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光固定減衰器。

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