JP2004361846A - ガラスファイバの融着接続方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラスファイバ径が異なるガラスファイバを、接続ロスが少ない状態で確実に接続することができるガラスファイバの融着接続方法を提供する。
【解決手段】細いガラスファイバ２１と、ガラスファイバの外径が、細いガラスファイバ２１の外径の１．１倍以上大きい太いガラスファイバ２０とを放電により直接融着接続する。放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、細いガラスファイバ２１同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【選択図】 図２
【解決手段】細いガラスファイバ２１と、ガラスファイバの外径が、細いガラスファイバ２１の外径の１．１倍以上大きい太いガラスファイバ２０とを放電により直接融着接続する。放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、細いガラスファイバ２１同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスファイバの融着接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モードフィールド径が異なるガラスファイバの融着接続方法として、２本のガラスファイバを一度融着した後、加熱位置をモードフィールド径が小さいガラスファイバ側にずらして再加熱してモードフィールド径の整合を図るようにした融着接続方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、両端面に貫通した挿入孔を有する融着チューブに、溶解温度が異なる２本のガラスファイバを挿入して融着接続させた後、追加放電によってモードフィールド径の整合を図るようにした融着接続方法もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９８１７１号公報（第３−６頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１７４６６２号公報（第４−８頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラスファイバによって長距離大容量伝送を行う場合、伝送容量を制限する要因の一つに非線形効果がある。非線形効果を抑制するには、ガラスファイバの光学特性の一つである実効断面積（Ａｅｆｆ）を大きくする必要がある。しかし、一般に実効断面積とマイクロベンドロスとの間にはトレードオフの関係があり、実効断面積を大きくするとマイクロベンドロスが増加するという不具合が発生する。この問題を解決する手段の一つとして、ガラスファイバ径を太くしてガラスファイバの剛性を向上させることにより、マイクロベンドロスを低減させる方法が考えられる。例えば、一例として、ガラスファイバ径を１７０μｍまで太くすることによって実効断面積を２００μｍ２まで大きくすると、ガラスファイバがボビンに巻かれた状態においてはマイクロベンドロスの殆どない波形を得られることが確認されている。しかしながら、中継器等に使用されているガラスファイバのガラスファイバ径は、通常、１２５μｍとされている。よって、この場合、太いガラスファイバ（例えば、外径１７０μｍ）を細いガラスファイバ（例えば、外径１２５μｍ）に接続する必要が生じる。
【０００６】
一般に、ガラスファイバ径が大きく異なるガラスファイバを融着接続する場合、体積が大きく異なることから、それぞれのガラスファイバに加わるエネルギ密度が異なることとなり、ガラスファイバの溶け具合が異なってくる。すなわち、太いガラスファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量で融着接続すると、細いガラスファイバが溶けすぎてコアのドーパントが拡散しすぎると言う現象が生じ、接続部の強度が不十分となったり、接続ロスが増大するなどの不具合が生じる。一方、細いガラスファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量で融着接続すると、太いガラスファイバが溶けきらないなどして、接続強度が不十分なものとなり、また、コアの接続も上手くいかず、結果として接続ロスが大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスファイバ径が異なるガラスファイバを、接続ロスが少ない状態で確実に接続することができるガラスファイバの融着接続方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【０００９】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、ガラスファイバの外径が前記細いファイバと前記太いファイバの中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバ又は太いファイバと略等しいか、その中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１０】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、ガラスファイバの外径が前記細いファイバ又は前記太いファイバと略等しいか、その中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバと前記太いファイバの中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１１】
好ましくは、前記細いファイバ又は前記太いファイバのいずれかは、ガラスファイバの外径が１２５μｍであり、前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が１２５μｍである。
【００１２】
また好ましくは、前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が細い端部と太い端部とを有し、前記細いファイバと前記接続用ファイバの細い端部、前記太いファイバと前記接続用ファイバの太い端部とをそれぞれ接続する。
【００１３】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、前記太いファイバと同種のファイバと前記細いファイバと同種のファイバとが放電により融着接続されてなる接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１４】
また好ましくは、ガラスファイバの外径が異なるファイバ同士の前記融着接続時において、前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【００１５】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記融着接続後、追加放電を繰返し行い、ガラスファイバの外径が太いファイバの外径を変化させる。
【００１６】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記複数回の放電が５回以上である。
【００１７】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記複数回の放電の１回当たりの放電時間が２秒以下である。
【００１８】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、放電の中心位置は、融着接続が可能な位置であり、前記太いファイバがより多く加熱される位置にずらしてある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、ガラスファイバを融着接続する融着接続装置の概要を説明する。図１は、融着接続装置の縦断面概略図である。図１に示すように、融着接続される２本のガラスファイバ２０，２１は、融着接続装置１に配設された一対のガラスファイバ固定台２にガラスファイバ２０，２１の被覆部（図示せず）が固定され、端面２０ａ，２１ａ同士が当接するように配置されている。端面２０ａ，２１ａの接続部に対向する位置には、ガラスファイバ２０，２１の軸と略直交して一対の放電電極棒３，４が配置されている。一対の放電電極棒３，４には、放電量制御装置１２が電気的に接続されており、放電量制御装置１２は、電圧や電圧印加時間等を制御して一対の放電電極棒３，４に印加する放電量を任意に制御できるように構成されている。本発明において、放電量とは、一対の放電電極棒３，４に与えられる放電パワーと放電時間との積を意味する。
【００２０】
略十字形に配置された２本のガラスファイバ２０，２１及び一対の放電電極棒３，４は、内部空間５を連通させて十字形に形成された管状部６ａ、６ｂを有する容器６内に収容されている。容器６は、例えばセラミックやガラス等から製作されており、管状部６ａで軸方向に２分割可能とされ、管状部６ａを開いて融着接続される２本のガラスファイバ２０，２１を内部に配置できるようになっている。管状部６ａには、例えば、不活性ガス供給口８と不活性ガス排出口９とが設けられている。
【００２１】
これにより、不活性ガス供給口８から、窒素、ヘリウム、アルゴン、等の不活性ガスを供給し、不活性ガス排出口９から排出させることによって、容器６の内部が不活性ガス雰囲気下とされる。
【００２２】
そして、放電量制御装置１２から一対の放電電極棒３，４に所定の放電量を与えてアーク放電させ、２本のガラスファイバ２０，２１の端面２０ａ，２１ａを溶融することにより、２本のガラスファイバ２０，２１の端面２０ａ，２１ａが互いに融着接続される。
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係るガラスファイバの融着接続方法について説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図２（Ａ）の模式図に示すように、上述した融着接続装置１によって外径が異なる２本のガラスファイバ２０，２１を融着接続する第１実施形態について説明する。太いガラスファイバ２０の外径は細いガラスファイバ２１の外径の１．１倍以上とされており（後述する実施形態にても同様）、例えば、太いガラスファイバ２０は外径が１７０μｍであり、細いガラスファイバ２１は外径が１２５μｍとされている。一対のガラスファイバ固定台２で太いガラスファイバ２０及び細いガラスファイバ２１を把持して、それぞれの端面２０ａと端面２１ａとが当接するように配置する。
【００２５】
ガラスファイバ２０，２１の軸と直交して配置されている一対の放電電極棒３，４に放電量制御装置１２から所定放電量の放電を与え、端面２０ａと端面２１ａとを溶融させて直接融着接続する。ここで、放電量制御装置１２から一対の放電電極棒３，４に供給される放電量は、細いガラスファイバ２１同士を融着接続するのに必要とされる放電量（以下、必要放電量と言う）の９０％以下である。また、一般的に接続ファイバ同士のＭＦＤが除々に整合することによって、低ロスな接続ロスが可能である。さらに熱を加えることによってドーパントが拡散をおこすが、ドーパントの濃度が濃い方から薄い方へ拡散を起こす。放電時間が長いとドーパント量の多いコアにかかるエネルギーが大きくなる為、一気にドーパント濃度が濃いコアにてコア構造の整合が行われるが、これよりも、短時間の放電により、ガラスの外側の部分から除々に整合を行う方が、最終的に接続したときに、きれいに整合が行われる。これによって低ロスの接続が可能となる。また、短時間の放電を繰り返すことは、冷却期間での余熱効果によるゆっくりとした拡散効果により精密な整合が図られることから低接続ロス性に優れている。以上の理由から、１回当たりの放電時間は例えば２秒以下とされるのが好ましく、１．５秒以下とされるのがさらに好ましい（後述する実施形態にても同様）。本発明において、必要放電量とは、ガラスファイバの端面同士が、端面に起因する境界が残ることなく融着接続するのに必要とされる放電量の最低値をいうものとする。図２（Ｂ）の模式図に示すように、初期の放電によって、ガラスファイバ２０，２１は溶けきらずに、低い温度で融着接続するが、融着接続部２２の表面は滑らかでなく、そのテーパー角度も大きい。
【００２６】
その後、必要放電量の９０％以下の放電量で複数回、放電を繰り返し行うことにより（追加放電）、図２（Ｃ）の模式図に示すように、太いガラスファイバ２０の外径を変化させて、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１の融着接続部２２は、滑らかなテーパー状に整えられる。これにより、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）接続できる。また、外形が滑らかなテーパー状になることによって、加えられた放電エネルギはコアに均一に伝達されるようになる。更に、同様の放電を繰り返し行うことによって、コア中の不純物の拡散がおこる。不純物の拡散速度は、不純物の密度が高い方が速い。一般的に、モードフィールド径が小さいガラスファイバは、コアの比屈折率差が高く、不純物の密度が高いので、主としてモードフィールド径の小さいガラスファイバから不純物が拡散してモードフィールド径の整合が行われ、接続ロスの少ない融着接続が行われる。
【００２７】
前記放電は５回以上行うのが好ましい（後述する実施形態にても同様）。これにより、前記融着接続部２２を、より確実に、図２（Ｃ）に示すような滑らかなテーパー状にすることができ、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）融着接続できる。また、放電を５回以上繰り返すことによって、ガラスファイバ２０，２１のようにモードフィールド径が異なる場合であっても、モードフィールド径の整合を確実に実施でき、接続ロスの少ない融着接続を確実に（高強度で）行うことができる。
【００２８】
細いガラスファイバ２１同士の融着接続における必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回実施する際のガラスファイバの組み合わせとしては、ガラスファイバ同士の外径比を１．１倍以上とした組み合わせにおいて高強度および低接続ロスの効果が発現する。好ましくはガラスファイバの外径比が１．２倍以上、より好ましくはガラスファイバの外径比が１．３倍以上のときに高強度および低接続ロスの効果が顕著に表れる。また、必要放電量の８０％以下の放電量の放電を複数回実施すると、さらに高強度、低接続ロスの効果が現れ、好ましい。また、ガラスファイバ同士の外径比は、被覆径（被覆が設けれらた状態でのガラスファイバの外径）の整合性の面から通常、２．０倍以下とされるのが好ましい（以上、後述する実施形態においても同様）。１回の放電量が大きすぎる場合は、細いガラスファイバが必要以上に溶けすぎて、コアの曲がり等が起きて接続ロスが増大する。また、放電量が小さい場合は、最終的に融着接続できるものの放電の回数が多くなりすぎるので、細いガラスファイバ２１同士の融着接続における必要放電量の５０％以上とされるのが好ましい。また、１回の放電量が前記規定した範囲にあっても放電の回数が１回であると、接続の強度が不充分となって、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）融着接続できない。
【００２９】
次に、上述した融着接続方法によって、外径及びモードフィールド径の異なるガラスファイバ同士を融着接続した試験について説明する。
試験に供した太いガラスファイバ２０は、外径１７０μｍ，モードフィールド径１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）である。細いガラスファイバ２１は、外径１２５μｍ，モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。ここで、細いガラスファイバ２１のモードフィールド径は、通常用いられている外径１２５μｍのガラスファイバのモードフィールド径（１０．５μｍ（１５５０ｎｍ））と比較して、大きくなっている。このように細いガラスファイバ２１のモードフィールド径を大きくして、太いガラスファイバ２０のモードフィールド径との差を少なくすることは、接続ロスの少ない状態で融着接続するのに有効である。
【００３０】
本試験における放電条件は、放電量が、細いガラスファイバ２１、すなわち、直径１２５μｍ、モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）のガラスファイバを融着接続するための必要放電量の７８％となっている（前記必要放電量は放電時間が１．５秒であり、本試験における放電条件においては、放電パワーを、必要放電量の放電パワーの７８％に設定する）。放電時間は、１．５秒であり、放電間隔（放電休止時間）を１０秒以上として複数回の放電がなされる。なお、一対の放電電極棒３，４は、放電を行う毎に劣化するので、融着の最適条件も変化する。従って、外径１２５μｍの１．３μｍ帯零分散波長のガラスファイバ同士を接続する際、ガラスの溶け具合を観察して、放電パワーを設定し、そのパワーに応じた放電時間の設定を行う。このときのガラスファイバ２０，２１の端面に起因する境界を消失条件させることのできる放電量の最低量を必要放電量とする。
【００３１】
図３に上記放電条件で融着接続する際における放電回数と、融着接続されたガラスファイバの接続ロスとの関係を示す。図３から分かるように、１回の放電で融着接続したガラスファイバの接続ロスは、０．５ｄＢと大きいが、放電を多数回実施するのに伴って次第に減少し、２０回の放電によって０．１８ｄＢまで低下している。従って、ガラスファイバ径及びモードフィールド径が異なるガラスファイバ同士の融着接続においても、小さな接続ロスで接続できることを確認できる。
【００３２】
本試験において融着接続に用いた細いガラスファイバ２１は、モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）であり、通常用いられている外径１２５μｍのガラスファイバのモードフィールド径（１０．５μｍ（１５５０ｎｍ））と比較して大きい。細いガラスファイバ２１と、モードフィールド径１０．５μｍ（１５５０ｎｍ（外径１２５μｍ））のガラスファイバ同士の接続ロスは、０．１ｄＢ程度であることから、モードフィールド径１０．５μｍ（１５５０ｎｍ）の通常の細いガラスファイバと、太いガラスファイバ２０とを融着接続したときの接続ロスを、０．３ｄＢ以下とすることができ、接続ロスを確実に低減できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第２実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、既に説明した部材等においては、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
図４は放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図４に示すように、太いガラスファイバ２０は、例えば外径Ｄ１＝１７０μｍ、モードフィールド径ｄ１＝１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）であり、細いガラスファイバ２１は、例えば外径Ｄ２＝１２５μｍ、モードフィールド径ｄ２＝１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。
【００３４】
接続用ガラスファイバとしては、「ガラスファイバの外径が細いガラスファイバ２１と太いガラスファイバ２０の中間であり、ＭＦＤｄ３が細いガラスファイバ２１又は太いガラスファイバ２０と略等しいか、その中間である接続用ガラスファイバ（１）」あるいは「ガラスファイバの外径が細いガラスファイバ２１又は太いガラスファイバ２０と略等しいか、その中間であり、ＭＦＤが細いガラスファイバ２１と太いガラスファイバ２０の中間である接続用ガラスファイバ（２）」を使用することができる。ここで、前記接続用ガラスファイバ（１）の具体例であり、かつ、前記接続用ガラスファイバ（２）の具体例であるものとして、接続用ガラスファイバ２５の外径Ｄ３は、太いガラスファイバ２０の外径Ｄ１より小さく、かつ、細いガラスファイバ２１の外径Ｄ２より大きく設定されている。また、接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３は、太いガラスファイバ２０のモードフィールド径ｄ１より小さく、かつ細いガラスファイバ２１のモードフィールド径ｄ２より大きく設定されている。
【００３５】
融着接続は、先ず、太いガラスファイバ２０の端面２０ａと接続用ガラスファイバ２５の端面２５ａとを対向させて配置し、一対の放電電極棒３，４によって接続用ガラスファイバ２５同士を融着接続するのに必要とされる必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回、行い、端面２０ａと端面２５ａとを融着接続する。次いで、接続用ガラスファイバ２５のもう一方の端面２５ａと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとを対向させて配置し、一対の放電電極棒３，４を移動させ、細いガラスファイバ２１同士を融着するのに必要とされる必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回、行い、端面２１ａと端面２５ａとを融着接続する。
【００３６】
外径の異なる２本のガラスファイバ２０，２１の間に、接続用ガラスファイバ２５を介在させて融着接続することにより、融着接続位置において、ガラスファイバ２０，２１のモードフィールド径の差をより低減できるので、モードフィールド径の整合を行いやすく、接続ロスの少ない融着接続を確実に実施できる。なお、複数回の放電による融着接続の経緯は、図２及び図３で既に説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【００３７】
また、本実施形態の接続に供される太いガラスファイバ２０のモードフィールド径ｄ１と接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３との比（ｄ１／ｄ３）、及び、接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３と細いガラスファイバ２１のモードフィールド径ｄ２との比（ｄ３／ｄ２）の好適な範囲としては、１．１〜１．５を挙げることができる。
【００３８】
なお、細いガラスファイバ又は太いガラスファイバのいずれかが、広範に使用されている外径が１２５μｍのファイバである場合には、前記接続用ガラスファイバ（２）として外径が１２５μｍのものを使用しても良く、この場合、接続用ガラスファイバの一端部における融着に関しては、外径１２５μｍの端面同士の融着とすることができ、接続を容易に実施できる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、放電量を一方に偏らせて外径が異なる２本のガラスファイバを直接融着接続する第３実施形態について説明する。図５は放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図５に示すように、太いガラスファイバ２０は、例えば外径Ｄ１＝１７０μｍ、モードフィールド径ｄ１＝１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）であり、細いガラスファイバ２１は、例えば外径Ｄ２＝１２５μｍ、モードフィールド径ｄ２＝１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。
【００４０】
放電量を一方に偏らせて放電させる方法としては、例えば太いガラスファイバ２０の端面２０ａと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとの接合面から、一対の放電電極棒３，４を所定の距離Ｃだけ太いガラスファイバ２０側に移動させることによって容易に達成できる。このようにして、多くの放電量を太いガラスファイバ２０に作用させ、また少ない放電量を細いガラスファイバ２１に作用させることにより、両方のガラスファイバ２０，２１のエネルギ密度が均一となるようにしてガラスファイバ２０，２１を同程度に溶融させることができる。これによって、太いガラスファイバ２０の外径を変化させて、外径が異なるガラスファイバ２０，２１同士を、接続ロスを低減しつつ、均一に融着接続することができ、確実に（高強度に）融着接続できる。本実施形態の融着接続方法が好適に適用できる太いガラスファイバの外径Ｄ１と、細いガラスファイバの外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）の範囲としては、１．１〜２．０を挙げることができる。
【００４１】
（第４実施形態）
ガラスファイバの外径が太い端部と細い端部とを有する接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第４実施形態について説明する。図６は、放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図６に示すように、接続用ガラスファイバ２６は、外形が例えばテーパー状に形成されることにより、ガラスファイバの外径が太い端部２６ａと細い端部２６ｂとを有している。ガラスファイバの外径が太い端部２６ａの外径Ｄ１は、太いガラスファイバ２０の外径と同一寸法、例えば１７０μｍであり、また、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が細い端部２６ｂの外径Ｄ２は、細いガラスファイバ２１の外径と同一寸法、例えば１２５μｍとなっている。なお、外径だけでなく、モードフィールド径もテーパー状として、それらの端部の外径を太いガラスファイバ２０及び細いガラスファイバ２１のモードフィールド径と同一寸法とするのが望ましい。
【００４２】
そして、太いガラスファイバ２０と接続用ガラスファイバ２６との融着接続は、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が太い端部２６ａと太いガラスファイバ２０の端面２０ａとを当接させ、一対の放電電極棒３，４によって太いガラスファイバ２０同士を融着接続するのに必要とされる放電量（必要放電量）の放電を１回実施することによって行うことができる。また、細いガラスファイバ２１と接続用ガラスファイバ２６との融着接続は、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が細い端部２６ｂと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとを当接させ、一対の放電電極棒３，４を移動させて、細いガラスファイバ２１同士を融着接続するのに必要とされる放電量の放電を１回実施することによって行うことができる。このように、融着接続位置において、ガラスファイバ２０，２１と接続用ガラスファイバ２６の外径を略同一寸法にできるので、同じ寸法同士のガラスファイバを融着接続する従来の接続と全く同様にして接続することができる。従って、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを、接続用ガラスファイバ２６を介して、接続ロスを低減しつつ確実に（高強度に）融着接続することができる。また、各接続は、１回で融着接続できるので効率的に接続することができる。
【００４３】
（第５実施形態）
ガラスファイバの外径が太い端部と細い端部とを有する別の接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第５実施形態について図７を用いて説明する。
図７（ａ）に示すように、太いガラスファイバ２０と同種のファイバ２０’と細いガラスファイバ２１と同種のファイバ２１’とを用意する。次いで、ファイバ２０’の一端面２０’ａとファイバ２１の’の一端面２１’ａとを当接させ、前記した一対の放電電極棒３，４から所定放電量の放電を与え、端面２０’ａと端面２１’ａとを溶融させて融着接続する（図７（ｂ）参照）。ここで放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が細いファイバ同士（ここでは、ファイバ２１’）を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下であるのが、ガラスファイバの外径が細い端部と太い端部とが高強度で接続されるとともに、接続ロスの少ない接続用ガラスファイバとすることができるので好ましい。
【００４４】
以上のようにして得られる接続用ガラスファイバ２７は、ガラスファイバの外径が太い端部２７ａが、太いガラスファイバ２０と同種（ガラスファイバ外径、モードフィールド径が同じ）であり、また、ガラスファイバの外径が細い端部２７ｂが、細いガラスファイバ２１と同種（ガラスファイバ外径、モードフィールド径が同じ）である。よって、このような接続用ガラスファイバ２７を予め用意することにより、通常の融着技術にて、太いガラスファイバ２０の端面２０ａと、接続用ガラスファイバ２７の外径が太い端部２７ａとを接続できるとともに、細いガラスファイバ２１の端面２１ａと接続用ガラスファイバ２７の外径が細い端部２７ｂとを接続できる。これにより、ガラスファイバの接続現場等にて、特別な技術を持ち込むことなく、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを、接続用ガラスファイバ２７を介して、接続ロスを低減しつつ確実に（高強度に）融着接続することができる。また、各接続は、１回で融着接続できるので効率的に接続することができる。
【００４５】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のガラスファイバの融着接続方法によれば、ガラスファイバ径が異なるガラスファイバを、接続ロスが少ない状態で確実に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】融着接続装置の縦断面概略図である。
【図２】外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図３】放電回数と接続ロスとの関係を示すグラフである。
【図４】接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図５】放電を太いガラスファイバ側に偏らせて行い、外径の異なるガラスファイバを融着接続する状態を示す模式図である。
【図６】接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図７】別の接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【符号の説明】
２０ 太いガラスファイバ（太いファイバ）
２０ａ，２１ａ 端面（端部）
２１ 細いガラスファイバ（細いファイバ）
２５，２６，２７ 接続用ガラスファイバ
２６ａ，２７ａ ガラスファイバの外径が太い端部
２６ｂ，２７ｂ ガラスファイバの外径が細い端部
Ｄ１ 太いガラスファイバの外径
Ｄ２ 細いガラスファイバの外径
Ｄ３ 接続用ガラスファイバの外径
ｄ１ 太いガラスファイバのモードフィールド径
ｄ２ 細いガラスファイバのモードフィールド径
ｄ３ 接続用ガラスファイバのモードフィールド径
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスファイバの融着接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モードフィールド径が異なるガラスファイバの融着接続方法として、２本のガラスファイバを一度融着した後、加熱位置をモードフィールド径が小さいガラスファイバ側にずらして再加熱してモードフィールド径の整合を図るようにした融着接続方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、両端面に貫通した挿入孔を有する融着チューブに、溶解温度が異なる２本のガラスファイバを挿入して融着接続させた後、追加放電によってモードフィールド径の整合を図るようにした融着接続方法もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９８１７１号公報（第３−６頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１７４６６２号公報（第４−８頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラスファイバによって長距離大容量伝送を行う場合、伝送容量を制限する要因の一つに非線形効果がある。非線形効果を抑制するには、ガラスファイバの光学特性の一つである実効断面積（Ａｅｆｆ）を大きくする必要がある。しかし、一般に実効断面積とマイクロベンドロスとの間にはトレードオフの関係があり、実効断面積を大きくするとマイクロベンドロスが増加するという不具合が発生する。この問題を解決する手段の一つとして、ガラスファイバ径を太くしてガラスファイバの剛性を向上させることにより、マイクロベンドロスを低減させる方法が考えられる。例えば、一例として、ガラスファイバ径を１７０μｍまで太くすることによって実効断面積を２００μｍ２まで大きくすると、ガラスファイバがボビンに巻かれた状態においてはマイクロベンドロスの殆どない波形を得られることが確認されている。しかしながら、中継器等に使用されているガラスファイバのガラスファイバ径は、通常、１２５μｍとされている。よって、この場合、太いガラスファイバ（例えば、外径１７０μｍ）を細いガラスファイバ（例えば、外径１２５μｍ）に接続する必要が生じる。
【０００６】
一般に、ガラスファイバ径が大きく異なるガラスファイバを融着接続する場合、体積が大きく異なることから、それぞれのガラスファイバに加わるエネルギ密度が異なることとなり、ガラスファイバの溶け具合が異なってくる。すなわち、太いガラスファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量で融着接続すると、細いガラスファイバが溶けすぎてコアのドーパントが拡散しすぎると言う現象が生じ、接続部の強度が不十分となったり、接続ロスが増大するなどの不具合が生じる。一方、細いガラスファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量で融着接続すると、太いガラスファイバが溶けきらないなどして、接続強度が不十分なものとなり、また、コアの接続も上手くいかず、結果として接続ロスが大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスファイバ径が異なるガラスファイバを、接続ロスが少ない状態で確実に接続することができるガラスファイバの融着接続方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【０００９】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、ガラスファイバの外径が前記細いファイバと前記太いファイバの中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバ又は太いファイバと略等しいか、その中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１０】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、ガラスファイバの外径が前記細いファイバ又は前記太いファイバと略等しいか、その中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバと前記太いファイバの中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１１】
好ましくは、前記細いファイバ又は前記太いファイバのいずれかは、ガラスファイバの外径が１２５μｍであり、前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が１２５μｍである。
【００１２】
また好ましくは、前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が細い端部と太い端部とを有し、前記細いファイバと前記接続用ファイバの細い端部、前記太いファイバと前記接続用ファイバの太い端部とをそれぞれ接続する。
【００１３】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、前記太いファイバと同種のファイバと前記細いファイバと同種のファイバとが放電により融着接続されてなる接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続する。
【００１４】
また好ましくは、ガラスファイバの外径が異なるファイバ同士の前記融着接続時において、前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である。
【００１５】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記融着接続後、追加放電を繰返し行い、ガラスファイバの外径が太いファイバの外径を変化させる。
【００１６】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記複数回の放電が５回以上である。
【００１７】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法において、好ましくは、前記複数回の放電の１回当たりの放電時間が２秒以下である。
【００１８】
また、本発明に係るガラスファイバの融着接続方法は、細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、放電の中心位置は、融着接続が可能な位置であり、前記太いファイバがより多く加熱される位置にずらしてある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、ガラスファイバを融着接続する融着接続装置の概要を説明する。図１は、融着接続装置の縦断面概略図である。図１に示すように、融着接続される２本のガラスファイバ２０，２１は、融着接続装置１に配設された一対のガラスファイバ固定台２にガラスファイバ２０，２１の被覆部（図示せず）が固定され、端面２０ａ，２１ａ同士が当接するように配置されている。端面２０ａ，２１ａの接続部に対向する位置には、ガラスファイバ２０，２１の軸と略直交して一対の放電電極棒３，４が配置されている。一対の放電電極棒３，４には、放電量制御装置１２が電気的に接続されており、放電量制御装置１２は、電圧や電圧印加時間等を制御して一対の放電電極棒３，４に印加する放電量を任意に制御できるように構成されている。本発明において、放電量とは、一対の放電電極棒３，４に与えられる放電パワーと放電時間との積を意味する。
【００２０】
略十字形に配置された２本のガラスファイバ２０，２１及び一対の放電電極棒３，４は、内部空間５を連通させて十字形に形成された管状部６ａ、６ｂを有する容器６内に収容されている。容器６は、例えばセラミックやガラス等から製作されており、管状部６ａで軸方向に２分割可能とされ、管状部６ａを開いて融着接続される２本のガラスファイバ２０，２１を内部に配置できるようになっている。管状部６ａには、例えば、不活性ガス供給口８と不活性ガス排出口９とが設けられている。
【００２１】
これにより、不活性ガス供給口８から、窒素、ヘリウム、アルゴン、等の不活性ガスを供給し、不活性ガス排出口９から排出させることによって、容器６の内部が不活性ガス雰囲気下とされる。
【００２２】
そして、放電量制御装置１２から一対の放電電極棒３，４に所定の放電量を与えてアーク放電させ、２本のガラスファイバ２０，２１の端面２０ａ，２１ａを溶融することにより、２本のガラスファイバ２０，２１の端面２０ａ，２１ａが互いに融着接続される。
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係るガラスファイバの融着接続方法について説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図２（Ａ）の模式図に示すように、上述した融着接続装置１によって外径が異なる２本のガラスファイバ２０，２１を融着接続する第１実施形態について説明する。太いガラスファイバ２０の外径は細いガラスファイバ２１の外径の１．１倍以上とされており（後述する実施形態にても同様）、例えば、太いガラスファイバ２０は外径が１７０μｍであり、細いガラスファイバ２１は外径が１２５μｍとされている。一対のガラスファイバ固定台２で太いガラスファイバ２０及び細いガラスファイバ２１を把持して、それぞれの端面２０ａと端面２１ａとが当接するように配置する。
【００２５】
ガラスファイバ２０，２１の軸と直交して配置されている一対の放電電極棒３，４に放電量制御装置１２から所定放電量の放電を与え、端面２０ａと端面２１ａとを溶融させて直接融着接続する。ここで、放電量制御装置１２から一対の放電電極棒３，４に供給される放電量は、細いガラスファイバ２１同士を融着接続するのに必要とされる放電量（以下、必要放電量と言う）の９０％以下である。また、一般的に接続ファイバ同士のＭＦＤが除々に整合することによって、低ロスな接続ロスが可能である。さらに熱を加えることによってドーパントが拡散をおこすが、ドーパントの濃度が濃い方から薄い方へ拡散を起こす。放電時間が長いとドーパント量の多いコアにかかるエネルギーが大きくなる為、一気にドーパント濃度が濃いコアにてコア構造の整合が行われるが、これよりも、短時間の放電により、ガラスの外側の部分から除々に整合を行う方が、最終的に接続したときに、きれいに整合が行われる。これによって低ロスの接続が可能となる。また、短時間の放電を繰り返すことは、冷却期間での余熱効果によるゆっくりとした拡散効果により精密な整合が図られることから低接続ロス性に優れている。以上の理由から、１回当たりの放電時間は例えば２秒以下とされるのが好ましく、１．５秒以下とされるのがさらに好ましい（後述する実施形態にても同様）。本発明において、必要放電量とは、ガラスファイバの端面同士が、端面に起因する境界が残ることなく融着接続するのに必要とされる放電量の最低値をいうものとする。図２（Ｂ）の模式図に示すように、初期の放電によって、ガラスファイバ２０，２１は溶けきらずに、低い温度で融着接続するが、融着接続部２２の表面は滑らかでなく、そのテーパー角度も大きい。
【００２６】
その後、必要放電量の９０％以下の放電量で複数回、放電を繰り返し行うことにより（追加放電）、図２（Ｃ）の模式図に示すように、太いガラスファイバ２０の外径を変化させて、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１の融着接続部２２は、滑らかなテーパー状に整えられる。これにより、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）接続できる。また、外形が滑らかなテーパー状になることによって、加えられた放電エネルギはコアに均一に伝達されるようになる。更に、同様の放電を繰り返し行うことによって、コア中の不純物の拡散がおこる。不純物の拡散速度は、不純物の密度が高い方が速い。一般的に、モードフィールド径が小さいガラスファイバは、コアの比屈折率差が高く、不純物の密度が高いので、主としてモードフィールド径の小さいガラスファイバから不純物が拡散してモードフィールド径の整合が行われ、接続ロスの少ない融着接続が行われる。
【００２７】
前記放電は５回以上行うのが好ましい（後述する実施形態にても同様）。これにより、前記融着接続部２２を、より確実に、図２（Ｃ）に示すような滑らかなテーパー状にすることができ、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）融着接続できる。また、放電を５回以上繰り返すことによって、ガラスファイバ２０，２１のようにモードフィールド径が異なる場合であっても、モードフィールド径の整合を確実に実施でき、接続ロスの少ない融着接続を確実に（高強度で）行うことができる。
【００２８】
細いガラスファイバ２１同士の融着接続における必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回実施する際のガラスファイバの組み合わせとしては、ガラスファイバ同士の外径比を１．１倍以上とした組み合わせにおいて高強度および低接続ロスの効果が発現する。好ましくはガラスファイバの外径比が１．２倍以上、より好ましくはガラスファイバの外径比が１．３倍以上のときに高強度および低接続ロスの効果が顕著に表れる。また、必要放電量の８０％以下の放電量の放電を複数回実施すると、さらに高強度、低接続ロスの効果が現れ、好ましい。また、ガラスファイバ同士の外径比は、被覆径（被覆が設けれらた状態でのガラスファイバの外径）の整合性の面から通常、２．０倍以下とされるのが好ましい（以上、後述する実施形態においても同様）。１回の放電量が大きすぎる場合は、細いガラスファイバが必要以上に溶けすぎて、コアの曲がり等が起きて接続ロスが増大する。また、放電量が小さい場合は、最終的に融着接続できるものの放電の回数が多くなりすぎるので、細いガラスファイバ２１同士の融着接続における必要放電量の５０％以上とされるのが好ましい。また、１回の放電量が前記規定した範囲にあっても放電の回数が１回であると、接続の強度が不充分となって、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを確実に（高強度に）融着接続できない。
【００２９】
次に、上述した融着接続方法によって、外径及びモードフィールド径の異なるガラスファイバ同士を融着接続した試験について説明する。
試験に供した太いガラスファイバ２０は、外径１７０μｍ，モードフィールド径１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）である。細いガラスファイバ２１は、外径１２５μｍ，モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。ここで、細いガラスファイバ２１のモードフィールド径は、通常用いられている外径１２５μｍのガラスファイバのモードフィールド径（１０．５μｍ（１５５０ｎｍ））と比較して、大きくなっている。このように細いガラスファイバ２１のモードフィールド径を大きくして、太いガラスファイバ２０のモードフィールド径との差を少なくすることは、接続ロスの少ない状態で融着接続するのに有効である。
【００３０】
本試験における放電条件は、放電量が、細いガラスファイバ２１、すなわち、直径１２５μｍ、モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）のガラスファイバを融着接続するための必要放電量の７８％となっている（前記必要放電量は放電時間が１．５秒であり、本試験における放電条件においては、放電パワーを、必要放電量の放電パワーの７８％に設定する）。放電時間は、１．５秒であり、放電間隔（放電休止時間）を１０秒以上として複数回の放電がなされる。なお、一対の放電電極棒３，４は、放電を行う毎に劣化するので、融着の最適条件も変化する。従って、外径１２５μｍの１．３μｍ帯零分散波長のガラスファイバ同士を接続する際、ガラスの溶け具合を観察して、放電パワーを設定し、そのパワーに応じた放電時間の設定を行う。このときのガラスファイバ２０，２１の端面に起因する境界を消失条件させることのできる放電量の最低量を必要放電量とする。
【００３１】
図３に上記放電条件で融着接続する際における放電回数と、融着接続されたガラスファイバの接続ロスとの関係を示す。図３から分かるように、１回の放電で融着接続したガラスファイバの接続ロスは、０．５ｄＢと大きいが、放電を多数回実施するのに伴って次第に減少し、２０回の放電によって０．１８ｄＢまで低下している。従って、ガラスファイバ径及びモードフィールド径が異なるガラスファイバ同士の融着接続においても、小さな接続ロスで接続できることを確認できる。
【００３２】
本試験において融着接続に用いた細いガラスファイバ２１は、モードフィールド径１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）であり、通常用いられている外径１２５μｍのガラスファイバのモードフィールド径（１０．５μｍ（１５５０ｎｍ））と比較して大きい。細いガラスファイバ２１と、モードフィールド径１０．５μｍ（１５５０ｎｍ（外径１２５μｍ））のガラスファイバ同士の接続ロスは、０．１ｄＢ程度であることから、モードフィールド径１０．５μｍ（１５５０ｎｍ）の通常の細いガラスファイバと、太いガラスファイバ２０とを融着接続したときの接続ロスを、０．３ｄＢ以下とすることができ、接続ロスを確実に低減できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第２実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、既に説明した部材等においては、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
図４は放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図４に示すように、太いガラスファイバ２０は、例えば外径Ｄ１＝１７０μｍ、モードフィールド径ｄ１＝１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）であり、細いガラスファイバ２１は、例えば外径Ｄ２＝１２５μｍ、モードフィールド径ｄ２＝１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。
【００３４】
接続用ガラスファイバとしては、「ガラスファイバの外径が細いガラスファイバ２１と太いガラスファイバ２０の中間であり、ＭＦＤｄ３が細いガラスファイバ２１又は太いガラスファイバ２０と略等しいか、その中間である接続用ガラスファイバ（１）」あるいは「ガラスファイバの外径が細いガラスファイバ２１又は太いガラスファイバ２０と略等しいか、その中間であり、ＭＦＤが細いガラスファイバ２１と太いガラスファイバ２０の中間である接続用ガラスファイバ（２）」を使用することができる。ここで、前記接続用ガラスファイバ（１）の具体例であり、かつ、前記接続用ガラスファイバ（２）の具体例であるものとして、接続用ガラスファイバ２５の外径Ｄ３は、太いガラスファイバ２０の外径Ｄ１より小さく、かつ、細いガラスファイバ２１の外径Ｄ２より大きく設定されている。また、接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３は、太いガラスファイバ２０のモードフィールド径ｄ１より小さく、かつ細いガラスファイバ２１のモードフィールド径ｄ２より大きく設定されている。
【００３５】
融着接続は、先ず、太いガラスファイバ２０の端面２０ａと接続用ガラスファイバ２５の端面２５ａとを対向させて配置し、一対の放電電極棒３，４によって接続用ガラスファイバ２５同士を融着接続するのに必要とされる必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回、行い、端面２０ａと端面２５ａとを融着接続する。次いで、接続用ガラスファイバ２５のもう一方の端面２５ａと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとを対向させて配置し、一対の放電電極棒３，４を移動させ、細いガラスファイバ２１同士を融着するのに必要とされる必要放電量の９０％以下の放電量の放電を複数回、行い、端面２１ａと端面２５ａとを融着接続する。
【００３６】
外径の異なる２本のガラスファイバ２０，２１の間に、接続用ガラスファイバ２５を介在させて融着接続することにより、融着接続位置において、ガラスファイバ２０，２１のモードフィールド径の差をより低減できるので、モードフィールド径の整合を行いやすく、接続ロスの少ない融着接続を確実に実施できる。なお、複数回の放電による融着接続の経緯は、図２及び図３で既に説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【００３７】
また、本実施形態の接続に供される太いガラスファイバ２０のモードフィールド径ｄ１と接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３との比（ｄ１／ｄ３）、及び、接続用ガラスファイバ２５のモードフィールド径ｄ３と細いガラスファイバ２１のモードフィールド径ｄ２との比（ｄ３／ｄ２）の好適な範囲としては、１．１〜１．５を挙げることができる。
【００３８】
なお、細いガラスファイバ又は太いガラスファイバのいずれかが、広範に使用されている外径が１２５μｍのファイバである場合には、前記接続用ガラスファイバ（２）として外径が１２５μｍのものを使用しても良く、この場合、接続用ガラスファイバの一端部における融着に関しては、外径１２５μｍの端面同士の融着とすることができ、接続を容易に実施できる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、放電量を一方に偏らせて外径が異なる２本のガラスファイバを直接融着接続する第３実施形態について説明する。図５は放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図５に示すように、太いガラスファイバ２０は、例えば外径Ｄ１＝１７０μｍ、モードフィールド径ｄ１＝１６．０μｍ（１５５０ｎｍ）であり、細いガラスファイバ２１は、例えば外径Ｄ２＝１２５μｍ、モードフィールド径ｄ２＝１１．６μｍ（１５５０ｎｍ）である。
【００４０】
放電量を一方に偏らせて放電させる方法としては、例えば太いガラスファイバ２０の端面２０ａと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとの接合面から、一対の放電電極棒３，４を所定の距離Ｃだけ太いガラスファイバ２０側に移動させることによって容易に達成できる。このようにして、多くの放電量を太いガラスファイバ２０に作用させ、また少ない放電量を細いガラスファイバ２１に作用させることにより、両方のガラスファイバ２０，２１のエネルギ密度が均一となるようにしてガラスファイバ２０，２１を同程度に溶融させることができる。これによって、太いガラスファイバ２０の外径を変化させて、外径が異なるガラスファイバ２０，２１同士を、接続ロスを低減しつつ、均一に融着接続することができ、確実に（高強度に）融着接続できる。本実施形態の融着接続方法が好適に適用できる太いガラスファイバの外径Ｄ１と、細いガラスファイバの外径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）の範囲としては、１．１〜２．０を挙げることができる。
【００４１】
（第４実施形態）
ガラスファイバの外径が太い端部と細い端部とを有する接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第４実施形態について説明する。図６は、放電電極によって融着接続されるガラスファイバの模式図である。図６に示すように、接続用ガラスファイバ２６は、外形が例えばテーパー状に形成されることにより、ガラスファイバの外径が太い端部２６ａと細い端部２６ｂとを有している。ガラスファイバの外径が太い端部２６ａの外径Ｄ１は、太いガラスファイバ２０の外径と同一寸法、例えば１７０μｍであり、また、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が細い端部２６ｂの外径Ｄ２は、細いガラスファイバ２１の外径と同一寸法、例えば１２５μｍとなっている。なお、外径だけでなく、モードフィールド径もテーパー状として、それらの端部の外径を太いガラスファイバ２０及び細いガラスファイバ２１のモードフィールド径と同一寸法とするのが望ましい。
【００４２】
そして、太いガラスファイバ２０と接続用ガラスファイバ２６との融着接続は、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が太い端部２６ａと太いガラスファイバ２０の端面２０ａとを当接させ、一対の放電電極棒３，４によって太いガラスファイバ２０同士を融着接続するのに必要とされる放電量（必要放電量）の放電を１回実施することによって行うことができる。また、細いガラスファイバ２１と接続用ガラスファイバ２６との融着接続は、接続用ガラスファイバ２６のガラスファイバの外径が細い端部２６ｂと細いガラスファイバ２１の端面２１ａとを当接させ、一対の放電電極棒３，４を移動させて、細いガラスファイバ２１同士を融着接続するのに必要とされる放電量の放電を１回実施することによって行うことができる。このように、融着接続位置において、ガラスファイバ２０，２１と接続用ガラスファイバ２６の外径を略同一寸法にできるので、同じ寸法同士のガラスファイバを融着接続する従来の接続と全く同様にして接続することができる。従って、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを、接続用ガラスファイバ２６を介して、接続ロスを低減しつつ確実に（高強度に）融着接続することができる。また、各接続は、１回で融着接続できるので効率的に接続することができる。
【００４３】
（第５実施形態）
ガラスファイバの外径が太い端部と細い端部とを有する別の接続用ガラスファイバを用いて外径が異なる２本のガラスファイバを融着接続する第５実施形態について図７を用いて説明する。
図７（ａ）に示すように、太いガラスファイバ２０と同種のファイバ２０’と細いガラスファイバ２１と同種のファイバ２１’とを用意する。次いで、ファイバ２０’の一端面２０’ａとファイバ２１の’の一端面２１’ａとを当接させ、前記した一対の放電電極棒３，４から所定放電量の放電を与え、端面２０’ａと端面２１’ａとを溶融させて融着接続する（図７（ｂ）参照）。ここで放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が細いファイバ同士（ここでは、ファイバ２１’）を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下であるのが、ガラスファイバの外径が細い端部と太い端部とが高強度で接続されるとともに、接続ロスの少ない接続用ガラスファイバとすることができるので好ましい。
【００４４】
以上のようにして得られる接続用ガラスファイバ２７は、ガラスファイバの外径が太い端部２７ａが、太いガラスファイバ２０と同種（ガラスファイバ外径、モードフィールド径が同じ）であり、また、ガラスファイバの外径が細い端部２７ｂが、細いガラスファイバ２１と同種（ガラスファイバ外径、モードフィールド径が同じ）である。よって、このような接続用ガラスファイバ２７を予め用意することにより、通常の融着技術にて、太いガラスファイバ２０の端面２０ａと、接続用ガラスファイバ２７の外径が太い端部２７ａとを接続できるとともに、細いガラスファイバ２１の端面２１ａと接続用ガラスファイバ２７の外径が細い端部２７ｂとを接続できる。これにより、ガラスファイバの接続現場等にて、特別な技術を持ち込むことなく、太いガラスファイバ２０と細いガラスファイバ２１とを、接続用ガラスファイバ２７を介して、接続ロスを低減しつつ確実に（高強度に）融着接続することができる。また、各接続は、１回で融着接続できるので効率的に接続することができる。
【００４５】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のガラスファイバの融着接続方法によれば、ガラスファイバ径が異なるガラスファイバを、接続ロスが少ない状態で確実に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】融着接続装置の縦断面概略図である。
【図２】外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図３】放電回数と接続ロスとの関係を示すグラフである。
【図４】接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図５】放電を太いガラスファイバ側に偏らせて行い、外径の異なるガラスファイバを融着接続する状態を示す模式図である。
【図６】接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【図７】別の接続用ガラスファイバを用いて外径の異なるガラスファイバが融着接続される状態を示す模式図である。
【符号の説明】
２０ 太いガラスファイバ（太いファイバ）
２０ａ，２１ａ 端面（端部）
２１ 細いガラスファイバ（細いファイバ）
２５，２６，２７ 接続用ガラスファイバ
２６ａ，２７ａ ガラスファイバの外径が太い端部
２６ｂ，２７ｂ ガラスファイバの外径が細い端部
Ｄ１ 太いガラスファイバの外径
Ｄ２ 細いガラスファイバの外径
Ｄ３ 接続用ガラスファイバの外径
ｄ１ 太いガラスファイバのモードフィールド径
ｄ２ 細いガラスファイバのモードフィールド径
ｄ３ 接続用ガラスファイバのモードフィールド径
Claims (11)
- 細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、
前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下であるガラスファイバの融着接続方法。 - 細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、
ガラスファイバの外径が前記細いファイバと前記太いファイバの中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバ又は太いファイバと略等しいか、その中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続するガラスファイバの融着接続方法。 - 細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、
ガラスファイバの外径が前記細いファイバ又は前記太いファイバと略等しいか、その中間であり、ＭＦＤ（モードフィールド径）が前記細いファイバと前記太いファイバの中間である接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続するガラスファイバの融着接続方法。 - 前記細いファイバ又は前記太いファイバのいずれかは、ガラスファイバの外径が１２５μｍであり、前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が１２５μｍである請求項３に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 前記接続用ファイバは、ガラスファイバの外径が細い端部と太い端部とを有し、前記細いファイバと前記接続用ファイバの細い端部、前記太いファイバと前記接続用ファイバの太い端部とをそれぞれ接続する請求項３に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により融着接続するガラスファイバの融着接続であって、
前記太いファイバと同種のファイバと前記細いファイバと同種のファイバとが放電により融着接続されてなる接続用ファイバを用意し、前記細いファイバと前記接続用ファイバ、前記太いファイバと前記接続用ファイバとをそれぞれ融着接続するガラスファイバの融着接続方法。 - ガラスファイバの外径が異なるファイバ同士の前記融着接続時において、前記放電は、複数回実施され、１回当たりの放電量が、前記細いファイバ同士を融着するのに必要とされる放電量の９０％以下である請求項２または３に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 前記融着接続後、追加放電を繰返し行い、ガラスファイバの外径が太いファイバの外径を変化させる請求項１または７のいずれか１項に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 前記複数回の放電が５回以上である請求項８に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 前記複数回の放電の１回当たりの放電時間が２秒以下である請求項８に記載のガラスファイバの融着接続方法。
- 細いファイバと、ガラスファイバの外径が、前記細いファイバの外径の１．１倍以上大きい太いファイバとを放電により直接融着接続するガラスファイバの融着接続方法であって、
放電の中心位置は、融着接続が可能な位置であり、前記太いファイバがより多く加熱される位置にずらしてあるガラスファイバの融着接続方法。
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2003
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