JP2004258124A

JP2004258124A - 光ファイバの接続方法

Info

Publication number: JP2004258124A
Application number: JP2003046230A
Authority: JP
Inventors: Naoki Amatatsu; 直樹天辰; Hiroaki Onuma; 広明大沼; Wataru Komatsu; 亘小松
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP4115295B2

Abstract

【課題】光損失が大幅に低減し、外径変動や曲がり変形も起こらない光ファイバの接続方法を提供する。
【解決手段】２本の光ファイバ１，２の互いの端面を融着接続し、ついで、形成された融着接続部３に加熱処理を施してその融着接続部３における２本の光ファイバのモードフィールド径を合致させる光ファイバの接続方法において、
融着接続部３の軸方向に７８．４ｍＮ以下の張力を印加しながら例えばバーナ４で加熱処理を施す光ファイバの接続方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバの接続方法に関し、更に詳しくは、モードフィールド径（ｍｏｄｅｆｉｅｌｄｄｉａｍｅｔｅｒ：ＭＦＤ）が互いに異なる２本の光ファイバ、またはＭＦＤが小さい２本の光ファイバを端面接続する際に、これら２本の光ファイバを低損失で接続する光ファイバの接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムにおいては、波長分割多重（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）伝送方式の発展により伝送容量は急激に増大している。このような伝送容量が大きいシステムに配線される光ファイバ線路に対しては、非線形効果の低減、波長分散の低減、波長分散スロープの縮小などの性能が強く求められている。
【０００３】
この要求に応えるために、次のような分散マネジメント線路の検討が進められている。その分散マネジメント線路は、例えば単一モード光ファイバ（ＳｉｍｐｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒ：ＳＭＦ、例えば１３００ｎｍ零分散光ファイバ）の端面と、このＳＭＦの分散および分散スロープを補償する分散補償光ファイバ（例えば、ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇＦｉｂｅｒ：ＤＣＦ、ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳｌｏｐｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇＦｉｂｅｒ：ＤＳＣＦ、ＲｅｖｅｒｓｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＦｉｂｅｒ：ＲＤＦなど）との端面を融着接続したものであり、そして例えば１５５０ｎｍ帯域の光を用いて高速通信に使用されようとしている。
【０００４】
ところで、上に例示した単一モード光ファイバである１３００ｎｍ零分散光ファイバの場合、コアは例えばＧｅＯ_２がドーピングされたシリカから成り、クラッドは純シリカで形成されていて、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤは９〜１１μｍである。そして、ＭＦＤ拡大型の単一モード光ファイバでは、そのＭＦＤは１１μｍ以上となっている。
【０００５】
一方、負の高分散特性を備えた分散補償光ファイバの場合は、比屈折率差を２％前後と高くすることが必要である。そのため、コアは高濃度の例えばＧｅＯ_２をドーピングしたシリカ、クラッドはフッ素をドーピングしたシリカで形成する。そして、そのコア径は２〜３μｍ程度であり、単一モード光ファイバのコア径に比べると極端に小さくなっている。そして、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤは５μｍ程度の値になっている。すなわち、分散補償光ファイバは、単一モード光ファイバに比べて、そのコア径、ＭＦＤのいずれもが小さくなっている。
【０００６】
したがって、上記した２本の光ファイバの互いの端面を、単純に、融着接続しただけでは、仮に両者の光軸を一致させたとしても、その接続部ではＭＦＤの差に基づく光漏れが起こって光損失が発生する。例えば、ＭＦＤが１０μｍである単一モード光ファイバと、ＭＦＤが５μｍである分散補償光ファイバとを光軸を一致させて融着接続しただけでは、その融着接続部における光損失は１．９４ｄＢ程度になる。
【０００７】
このような融着接続部における光損失の発生に対しては、通常、ＴＥＣ法（ＴｈｅｒｍａｌｌｙＤｅｆｕｓｅｄＥｘｐａｎｄｅｄＣｏｒｅｍｅｔｈｏｄ）を適用して光損失を低減させている（特許文献１を参照）。
このＴＥＣ法は、融着接続部に加熱処理を施して、コア内のドーパントをクラッドへ拡散させてコアおよびＭＦＤを実質的に拡径する。
【０００８】
例えば、単一モード光ファイバと分散補償光ファイバの融着接続部へＴＥＣ法を適用した場合、分散補償光ファイバのクラッド（フッ素ドープ）の軟化温度は、単一モード光ファイバのクラッド（純シリカ）の軟化温度より低いので、両光ファイバのコア内のドーパント（ＧｅＯ_２）がそれぞれのクラッドに拡散する速度は、分散補償光ファイバの方が単一モード光ファイバの場合よりも速い。したがって、加熱処理の過程では、分散補償光ファイバのコアのドーパントが選好的に拡散し、融着接続部では実質的なコア径の拡大が進行して、分散補償光ファイバのコア径は単一モード光ファイバのコア径に合致するようになる。すなわち、ＭＦＤが合致して、両光ファイバ間の光損失の低減が実現する。
【０００９】
このようにして、融着接続部における光損失を低減させている。
また、光ファイバの接続に関しては、上記したように、コア径やＭＦＤが異なる異種光ファイバの接続だけではなく、光線路全体の長さ調整や特性調整のために、同種の光ファイバを相互に接続することも必要になる。
例えば、ＭＦＤが極めて小さく、したがってコア径も極めて小さい同種の分散補償光ファイバを接続することがある。この場合も、２本の光ファイバの相互端面を例えば融着接続機を用いて融着接続する。
【００１０】
しかしながら、この場合は、コア径が非常に小さいので、互いのコアがわずかでも軸ずれを起こしていたとしても、融着接続部における光損失は大きくなってしまうという問題がある。そしてまた、融着接続時に例えば放電融着接続機を用いた場合、その放電融着接続機の放電条件を最適化しても、最近の細線コアの接続時においては、充分な光損失の低減が実現されていない。
【００１１】
そのため、このような接続の場合も、形成した融着接続部に対してＴＥＣ法を適用してコア内のドーパントを拡散させて融着接続部におけるＭＦＤを拡大させ、前記した軸ずれに伴う光損失の発生を解決している。
【００１２】
【特許文献１】
特許第２８０４３５５号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば前記した分散マネージメント線路は、それが光海底ケーブルなどに使用される場合は、その融着接続部が低損失であると同時に高強度であることも必要とされる。
融着接続部の高強度化に関しては、従来から、次のような処置が採られている。すなわち、融着接続を行うに先立ち、ファイバカッタ、光ファイバが配置される融着接続機のＶ溝や光ファイバを固定するファイバクランプへの接触など、光ファイバの強度を劣化させる要因の影響を軽減したり除去するために、当該光ファイバの表面は樹脂保護層で被覆される。
【００１４】
しかしながら、上記した樹脂保護層を形成すると、その表面には少なからずタック性が残る。そのため、融着接続時に光ファイバの直進性が損なわれて蛇行したり、または互いに前進すべきタイミングで前進しないことがあり、その結果、コアのずれ量が樹脂保護層を形成しない場合に比べて非常に大きくなり、融着接続部における光損失は大きくなってしまう。
【００１５】
とくに、ＭＦＤが小さい光ファイバを高強度に融着接続しようとして、光ファイバに上記した樹脂保護層を形成して融着接続をする場合には、光損失を低減させるために、コアのわずかな軸ズレでも生じないように融着接続しなければならないが、実際問題としてそれは非常に困難な作業になる。
このように、接続対象の光ファイバの表面に樹脂保護層を形成することは、融着接続部の高強度化にとっては有効な手段であるといえるが、他方では、樹脂保護層を形成しない場合と対比して融着接続部における光損失のより一層の増加を招くことになる。
【００１６】
また、融着接続後に行う加熱処理としては、通常、放電、水素／酸素バーナ火炎やプロパン／酸素バーナ火炎による加熱処理が採用されている。
しかしながら、放電加熱の場合、融着接続部に対しては非常に局所的な加熱が実現するだけであり、またその加熱温度が高く、比較的短時間で処理されたのち急冷されることになる。そのため、コア内のドーパントの拡散状態は不安定になりやすく、また融着接続部のガラスには歪みが蓄積されるという問題が生ずる。
【００１７】
しかも、放電加熱は、その放電条件の最適化を実現することがかなり困難であり、適正な加熱温度への制御や加熱箇所の適正化などを実現することが困難である。そのため、放電加熱を複数回反復すると、融着接続部では外径変動（いわゆるくびれ）が起こって細径化し、同時に強度も低下するという問題が生ずる。
一方、バーナ火炎による加熱の場合、放電加熱に比べると、適正な温度制御が行いやすく、また加熱箇所を適切に絞り込むことは容易である。しかし、他方では、光ファイバは横向きに配置されており、かつ軟化している融着接続部にバーナ火炎が吹き付けられているため、火炎の圧力と光ファイバの自重で当該融着接続部に曲がり変形が生じて光損失は大きくなることがある。
【００１８】
このような問題に対しては、融着接続部に軸方向の張力を印加しながら当該融着接続部に加熱処理を施すという方法が提案されている。しかしながら、印加する張力の大きさによっては、軟化した融着接続部が延伸し、反復する放電加熱の場合と同じように、融着接続部にくびれが発生するとともに、融着接続部の強度低下が引き起こされ、また強度のばらつきが大きくなる。
【００１９】
このような状態にある光ファイバは、その融着接続部を曲げたときに、そこに応力が集中して破断事故を起こすことがある。
本発明は、光ファイバの融着接続部に張力を印加しながら当該融着接続部に加熱処理を施す際に、その印加張力を最適化することにより、光損失が低減すると同時に、当該融着接続部の高強度化と強度ばらつきの極小化を実現することができ、ＭＦＤが異なる異種光ファイバの接続、およびＭＦＤが極めて小さい同種の光ファイバ接続に適用して好適な光ファイバの接続方法の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
２本の光ファイバを互いの端面で融着接続して融着接続部を形成し、ついで、前記融着接続部に加熱処理を施して前記融着接続部に位置する前記２本の光ファイバのモードフィールド径を合致させる光ファイバの接続方法において、
前記融着接続部の軸方向に、７８．４ｍＮ以下の張力を印加しながら、前記融着接続部に加熱処理を施すことを特徴とする光ファイバの接続方法が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、まず、接続対象の２本の光ファイバの端面を融着接続して融着接続部が形成される。融着接続に関しては、従来と同様に、例えば放電融着接続機を用いて行えばよい。この時点で融着接続部では、ほとんどの場合、２本の光ファイバのＭＦＤは合致していない。
【００２２】
ついで、この融着接続部に対しては、後述する加熱処理を実施して２本の光ファイバのＭＦＤの合致作業が行われる。その手順を、図１に基づいて以下に説明する。
手順１：まず、光ファイバ１と光ファイバ２の融着接続部３を加熱手段４の位置に配置し、一方の光ファイバ（図１では光ファイバ２）を張力計５で把持・固定する。
【００２３】
このとき、張力計５による光ファイバ２に対する把持力は、後述する印加張力よりも大きい値に設定される。
手順２：ついで、融着接続部３の軸方向に所定の大きさの張力を印加する。例えば、図１で示したように、光ファイバ１側に、自由回転する一対のローラ６Ａ，６Ｂを配置し、このローラ間で光ファイバ１に所定重量の重錘７を懸垂させる。
【００２４】
このときの重錘７としては、その荷重が７８．４ｍＮ以下となるものが使用される。７８．４ｍＮより大きい荷重になる重錘を用いると、後述する加熱処理時に融着接続部３が延伸して細径化し、また、融着接続部の光損失が急激に大きくなってしまう。
このようにして、融着接続部３の軸方向には、常時、重錘７の重量に相当する張力が印加される。このとき、張力計５の把持力は重錘７による張力よりも大きい値になっているので、光ファイバ２が張力計５から抜けることはない。
【００２５】
手順３：ついで、光ファイバ１と光ファイバ２を例えばクランプのような固定治具８Ａ，８Ｂで把持して、固定する。このときの把持状態は、光ファイバ１と光ファイバ２がこれら固定治具８Ａ，８Ｂを遊動できる程度のルース状態にする。
手順４：そして最後に、加熱手段４を作動して融着接続部３を加熱し、２本の光ファイバのＭＦＤを合致させる。
【００２６】
このときに用いる加熱手段４としては、バーナ火炎であることが好ましい。前記したように、加熱温度の制御が容量であり、また比較的正確に目標とする箇所のみを選択的に加熱することができるからである。
この加熱処理により、融着接続部３においては、光ファイバ１と光ファイバ２のＭＦＤのうち、小さいＭＦＤはラッパ状に拡径して大きいＭＦＤと合致する。その結果、光損失の低減が実現する。
【００２７】
その場合、仮に加熱温度が一定であるとすれば、加熱時間が経過するにつれて、ドーパントの拡散が進んで小さいＭＦＤの拡径は進行し、それに対応して融着接続部における光損失も低減していく。そして２個のＭＦＤの大きさが完全に一致した時点で光損失は最小になる。
この状態をモニタするために、本発明においては、次のようなシステムの下で接続作業を行うことが好ましい。
【００２８】
図２で示したように、図１における光ファイバ２の他端に、例えば融着接続したダミーファイバ９を介してＯＴＤＲ１０を接続する。また、加熱手段（例えばバーナ）４を、加熱状態のオン・オフ、温度制御、時間制御などを行う加熱手段制御部１１に接続する。
そして、ＯＴＤＲ１０と加熱手段制御部１１を、それぞれ、信号比較部１２Ａと、目標とする光損失の設定値が記憶されているメモリ部１２Ｂとから成るフィードバック制御部１２に接続する。
【００２９】
図２のシステムでは、ＯＴＤＲ１０からの検査光がダミーファイバ９、光ファイバ２に入射し、光ファイバ２から融着接続部３を経由して光ファイバ１に入射し、そして、ダミーファイバ９、光ファイバ２、融着接続部３、光ファイバ１の戻り光がこの順序でＯＴＤＲ９へ帰還する。
ＯＴＤＲ１０はそれらの戻り光を検出し、それぞれを電気信号に変換する。そして、融着接続部３の光強度、すなわち光損失の度合を時々刻々モニタし、そのモニタ信号をフィードバック制御部１２に入力する。
【００３０】
フィードバック制御部１２では、信号比較部１２Ａにおいて、メモリ部１２Ｂに記憶されている光損失の目標設定値とＯＴＤＲ１０からのモニタ信号を比較する。
そして、モニタ信号で表示される融着接続部３における光損失が目標設定値より大きい場合には、加熱手段制御部１１に加熱継続の動作信号を発信し、また目標設定値と同じであるか、またはそれより低くなった場合には、加熱手段制御部１１に加熱終了の信号を発信して加熱手段４による加熱動作を終了させる。
【００３１】
このシステムによれば、加熱処理の過不足を防止して、２個のＭＦＤを確実に合致させ、融着接続部３における光損失が目標設定値となるように処理時間を制御することができる。
なお、融着接続部３の外径変動（細径化）や強度低下の問題を考慮にいれると、手順２における印加張力を０〜７８．４ｍＮの範囲内に設定することが好ましい。印加張力を上記範囲内に設定すると、融着接続部の光損失が、例えば０．１ｄＢ以下に低減した状態で、外径変動や強度低下の発生を確実に抑制することができるからである。
【００３２】
【実施例】
実施例１
図１、図２で示した態様で以下の接続作業を行った。
外径１２５μｍ、ＭＦＤ１１．４μｍ、コアドーパントがＧｅＯ_２である光ファイバ（単一モード光ファイバ）１と、外径１２５μｍ、ＭＦＤ５．７μｍ、コアドーパントＧｅＯ_２である光ファイバ（分散補償光ファイバ）２を用意した。
【００３３】
これらの光ファイバを放電融着接続機にセットし、アーク放電電圧１ｋＶ、放電電流１７．９ｍＡ、放電時間２．３秒、押し込み量１１μｍの条件で互いの端面を融着接続して融着接続部３を形成した。
この融着接続部の光損失は約１．７ｄＢであった。
それから、光ファイバ２を張力計５で把持・固定した。このときの把持力は約２９４ｍＮに設定した。
【００３４】
ついで、光ファイバ１に重錘７を懸垂させて融着接続部３に張力を印加した。このとき、各種の重錘を用いて印加張力を変化させた。
ついで、バーナ４を作動して融着接続部３を加熱した。そして、光損失の値が目標設定値になったときに、再びバーナ４を作動して加熱を中止した。
加熱後の融着接続部３における光損失を測定し、その結果を印加張力との関係として図３に示した。
【００３５】
図３から明らかなように、手順３における印加張力を７８．４ｍＮより大きくすると、光損失は急激に増大してしまう。
また、張力を印加しないで単に固定した場合（図３で印加張力が０の場合）であっても、光損失は小さく、０．１ｄＢ程度になっている。これは、一般に、ガラスは加熱処理時に０．１％程度の弾性変形を起こすので、加熱処理時に、光ファイバ１，２はそれぞれの固定治具の方へわずかではあれ収縮して、融着接続部３には自動的に張力印加の状態が現出するからではないかと考えられる。
【００３６】
実施例２
外径１２５μｍ、ＭＦＤ１２μｍ、コアドーパントがＧｅＯ_２であるＭＦＤ拡大型の単一モード光ファイバ１と、外径１２５μｍ、ＭＦＤ４．９μｍ、コアはＧｅＯ_２の高濃度ドーピングのシリカ、クラッドはフッ素ドーピングのシリカから成る分散補償光ファイバ２を用意した。
【００３７】
各光ファイバの端面を、実施例１と同様の条件で放電融着接続して融着接続部を形成した。
ついで、実施例１と同様の手順で、融着接続部に表１で示した各種の印加張力を付与したのち光ファイバ１，２を固定し、それぞれの場合につき融着接続部をバーナ加熱した。
【００３８】
そして、図２で示したシステムにおいて、波長１５００ｎｍのレーザ光で融着接続部の光損失をモニタし、光損失が最小になった時点で加熱処理を停止した。
そして、レーザ外径測定器を用いて融着接続部の外径と曲がり変形量を測定した。以下の結果を一括して表１に示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１から次のことが明らかである。
融着接続部への印加張力が７８ｍＮまでは、融着接続部の光損失は小さく、また、融着接続部のファイバ外径変動量も少なく、強度の低下は認められない。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、ＭＦＤが異なる異種光ファイバやＭＦＤが非常に小さい同種の光ファイバを低損失で接続することができる。これは、融着接続部を加熱して光ファイバのＭＦＤを合致させる際に、融着接続部の軸方向に７８．４ｍＮ以下の張力を印加しながら加熱処理を施すことによって得られる効果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続方法の１例を示す概略図である。
【図２】本発明の接続方法において、接続状態をモニタするシステム例を示す概略図である。
【図３】実施例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２接続対象の光ファイバ
３融着接続部
４加熱手段（バーナ）
５張力計
６Ａ，６Ｂローラ
７重錘
８Ａ，８Ｂ固定治具（クランプ）
９ダミーファイバ
１０ＯＴＤＲ
１１加熱手段制御部
１２フィードバック制御部
１２Ａ信号比較部
１２Ｂメモリ部

Claims

２本の光ファイバを互いの端面で融着接続して融着接続部を形成し、ついで、前記融着接続部に加熱処理を施して前記融着接続部に位置する前記２本の光ファイバのモードフィールド径を合致させる光ファイバの接続方法において、
前記融着接続部の軸方向に、７８．４ｍＮ以下の張力を印加しながら、前記融着接続部に加熱処理を施すことを特徴とする光ファイバの接続方法。
前記加熱処理時に用いる加熱手段がバーナ手段である請求項１の光ファイバの接続方法。
前記融着接続部に前記加熱処理を施しながら、一方の光ファイバの端部から光を導入し、導入した光が前記融着接続部を通過するときの光強度の変化をモニタする請求項１または２の光ファイバの接続方法。