JP2005024685A

JP2005024685A - 光ファイバカプラ

Info

Publication number: JP2005024685A
Application number: JP2003187648A
Authority: JP
Inventors: Seishi Takagi; 清史高木; Toshiki Sakamoto; 俊貴坂本; Luxon Lee; リー、ラクソン
Original assignee: Okano Electric Wire Co Ltd
Current assignee: Okano Electric Wire Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】光分岐結合の性能が安定した小型の光ファイバカプラを提供する。
【解決手段】長手方向の途中部の被覆を除去した第１と第２の光ファイバ１，２を並設して、これら第１と第２の光ファイバ１，２の被覆除去領域を挟む両側をそれぞれファイバ固定手段６，７に固定する。ファイバ固定手段６，７に挟まれた領域内に、互いに長手方向に間隔を介して３箇所以上の撚り部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を第１と第２の光ファイバ１，２に形成し、該撚り部５の少なくとも２箇所は被覆除去領域に形成する。該被覆除去領域の２箇所の撚り部５ｂ，５ｃと撚り部５ｂ，５ｃに挟まれた領域を溶融延伸して、該溶融延伸部１２を、第１と第２の光ファイバ１，２を伝搬する光の分岐と結合の少なくとも一方を行う光分岐結合部と成す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信ネットワークにおける光線路の分岐や光アンプ用に用いられるファイバ溶融型の光ファイバカプラに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光通信分野、光センサーおよび計測分野において、ファイバ溶融型光ファイバカプラ等の光ファイバカプラが用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
光ファイバカプラは、例えば光ファイバに入力される光信号を複数の光ファイバに分岐することや、光ファイバ内のパワーをモニタして適切に制御するために光パワーの一部を取り出す、いわゆるタップすることに用いられている。
【０００４】
また、光ファイバカプラは、光信号の受発信のためのモジュールにも適用されている。例えば、上り下りの光信号の波長が異なる波長多重システムにおいて発信のために用いられる１．３１μｍ帯のレーザダイオード（ＬＤ）や、１．５５μｍ帯の光信号を受信するための受光素子（ＰＤ）が一体化された受発光モジュール等の機能モジュールが用いられており、このモジュールにおいて、光ファイバカプラがＬＤやＰＤの前段に設けられる。そして、このモジュールにおいて、光ファイバカプラは、ＬＤ、ＰＤにそれぞれ対応する波長をＬＤ、ＰＤに割り当てる等の重要な役割を持っている。
【０００５】
また、光線路の中を伝送する光信号を増幅するため、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバアンプ）やラマンアンプ等の光アンプが開発されており、このようなアンプにおいて、励起光と信号光とを合波するための光ファイバカプラや、励起光の量をモニタするための光ファイバカプラが適用されている。
【０００６】
光ファイバカプラは、例えば図５に示すようにして形成されている。つまり、図５（ａ）に示すように、第１の光ファイバ１と第２の光ファイバ２の途中部の被覆９を（例えば２０〜２５ｍｍ）除去し、裸光ファイバ３，４を露出させた状態で第１と第２の光ファイバ１，２を平行に並設する。そして、光ファイバをＶ溝等の位置決め手段に正確に載置するために前記Ｖ溝等に吸着穴を設けた、いわゆる真空チャックが設けられたファイバ固定手段６，７に、前記裸光ファイバ３，４を挟む両側の第１と第２の光ファイバ１，２をそれぞれ固定する。
【０００７】
次に、図５（ｂ）に示すように、ファイバ固定手段６，７に挟まれた領域の第１と第２の光ファイバ１，２に、互いに間隔を介して２箇所の撚り部５（５ａ，５ｂ）を形成する。撚り部５（５ａ，５ｂ）の形成は、ファイバ固定手段６，７のうち一方を固定して他方を３６０度回転させる、あるいは、ファイバ固定手段６，７の両方をそれぞれ反対側に１８０度回転させることにより形成される。この際、２本の光ファイバ１，２は、撚り部５（５ａ，５ｂ）以外を互いに平行にし、撚り部５（５ａ，５ｂ）において、それぞれが物理的に強固に接触するようにする。
【０００８】
そして、第１と第２の光ファイバ１，２をファイバ固定手段６，７に真空チャックで固定し、それぞれのファイバの固定位置を正確に保持する。この状態で、直径が６ｍｍから１０ｍｍ程度の小型トーチランプあるいは電気ヒータ等の加熱手段２０を光ファイバ１，２の長手方向に移動させて撚り部５（５ａ，５ｂ）および撚り部５（５ａ，５ｂ）に挟まれた領域を加熱溶融しながら、図の矢印Ｂの方向に光ファイバ１，２を引っ張って加熱部を延伸し、図５（ｃ）に示すように、溶融延伸部１２を形成する。溶融延伸部１２において、第１と第２の光ファイバ１，２は融着して溶融一体化する。なお、上記溶融延伸工程に用いる加熱手段２０の例として例えば水素トーチランプがある。
【０００９】
図６（ａ）には、溶融延伸部１２の拡大図が模式的に示されている。溶融延伸部１２では裸光ファイバ３，４のコア１０とクラッド１１が共に、長手方向に沿って、その中央部に向かうに連れて徐々に細くなるテーパ状に形成され、溶融延伸部１２の中央部は裸光ファイバ３，４の径が最も細くなって、細径部２２が形成されている。
【００１０】
また、図６（ｂ）には、溶融延伸部１２の中央部に形成された細径部２２の断面（Ａ−Ａ断面）図が示され、図６（ｃ）には図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図が示されている。溶融延伸部１２は、上記のように、コア１０が細くなっているので、一方の光ファイバを伝搬した光は、溶融してテーパ状となった領域でコアからクラッド部へと拡散し、コア１０を通る光が徐々にクラッド１１側に漏れ、光は、例えば一方の裸光ファイバ３のコア１０から他方の裸光ファイバ４のコア１０に結合していく。
【００１１】
例えば第１の光ファイバ１の入射側１３から光が伝搬してきた光が溶融延伸部１２に入射し、光の一部が細径部２２で第２の光ファイバ２側に結合すると、第１の光ファイバ１からの伝搬光の一部が第２の光ファイバ２の出射側１６から出射し、残りが第１の光ファイバ１の出射側１５から出射することから、光の分岐が行われる。
【００１２】
その逆に、第１の光ファイバ１の出射側１５と第２の光ファイバ２の出射側１６から光を伝搬させた場合、これらの光が溶融延伸部１２の細径部２２で結合し、第１の光ファイバ１の入射側１３から出射することから、光の結合が行われる。
【００１３】
つまり、溶融延伸部１２は第１と第２の光ファイバ１，２を伝搬する光の分岐と結合の少なくとも一方を行う光分岐結合部となるものであり、また、その分岐や結合の割合を分岐結合比という。上記溶融延伸部１２の形成によって、１×２カプラまたは２×２カプラが形成されるものであり、現在、主に、分岐結合比が１：９９〜５０：５０の範囲内（分岐比率が約１％から５０％）の光カプラカプラが広範囲に用いられている。
【００１４】
第１、第２の光ファイバ１，２を溶融延伸する際は、２本の光ファイバ１，２の出力端部の光量をモニタしながら行い、光の分岐結合比が必要な分岐結合比となる位置で延伸を停止する。したがって、光ファイバの引っ張り長さ、すなわち、延伸させたテーパ状の部分および細径部２２の裸光ファイバ３，４の長さにより光ファイバカプラの全体長が決められる。
【００１５】
【非特許文献１】
「光ファイバとファイバ型デバイス」培風館アドバンスエレクトロニクスシリーズ１９９６年
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光ファイバカプラは、光分岐結合部（溶融延伸部１２）において、第１の光ファイバ１を伝搬する光と第２の光ファイバ２を伝搬する光との光結合が的確に行われないことがあり、挿入損失が大きく分岐結合比が安定しないことがあるといった問題があった。
【００１７】
また、従来、上記光アンプや受発光モジュール等に用いられている光ファイバカプラは、通常、その長さが４５〜５５ｍｍであるが、光アンプの使用用途が長距離幹線系に及ぶ等といった背景から、光ファイバカプラの小型化要求が高まり、例えば長さ（全長）を３５ｍｍ以下にすることが求められてきており、より小型の光ファイバカプラの開発も求められている。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、挿入損失が小さく、かつ、挿入損失のばらつきが少なく分岐結合比が安定した小型の光ファイバカプラを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、長手方向の途中部の被覆を除去した第１と第２の光ファイバが並設されて、これら第１と第２の光ファイバの被覆除去領域を挟む両側がそれぞれファイバ固定手段に固定され、該ファイバ固定手段に挟まれた領域内に互いに長手方向に間隔を介して３箇所以上の撚り部が第１と第２の光ファイバに形成され、該撚り部の少なくとも２箇所は前記被覆除去領域に形成され、該被覆除去領域の２箇所の撚り部と該撚り部に挟まれた領域が溶融延伸部されて、該溶融延伸部が第１と第２の光ファイバを伝搬する光の分岐と結合の少なくとも一方を行う光分岐結合部と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、光ファイバカプラの全長が３５ｍｍ以下である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記光分岐結合部の分岐結合比が１：９９〜５０：５０の範囲内の値と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、光ファイバの被覆を除いた外径を６０μｍ以上１４０μｍ以下とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。図１には、本発明に係る光ファイバカプラの一実施形態例の要部構成図が模式的に示してある。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態例の光ファイバカプラは、長手方向の途中部の被覆９を除去した第１と第２の光ファイバ１，２を並設して成り、これら第１と第２の光ファイバ１，２の被覆除去領域を挟む両側をそれぞれファイバ固定手段６，７に固定している。
【００２５】
本実施形態例の特徴は、ファイバ固定手段６，７に挟まれた領域内の第１、第２の光ファイバ１，２に３箇所の撚り部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を形成し、該撚り部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）の２箇所は前記被覆除去領域に形成し、１箇所は被覆部に形成したことである。撚り部５ａは被覆部に形成し、撚り部５ｂ，５ｃは被覆除去部の裸光ファイバ３，４に形成している。
【００２６】
そして、被覆除去領域の撚り部５ｂ，５ｃとこれら撚り部５ｂ，５ｃに挟まれた領域に、裸光ファイバ３，４を溶融延伸して成る溶融延伸部１２を形成し、該溶融延伸部１２が第１と第２の光ファイバ１，２を伝搬する光の分岐と結合の少なくとも一方を行う光分岐結合部と成している。この光分岐結合部の分岐結合比は１：９９と成している。
【００２７】
また、本実施形態例の光ファイバカプラにおいて、光ファイバカプラの全長（図１のＬの長さ）は３５ｍｍとしており、第１と第２の被覆を除いた外径（溶融延伸していない領域の裸光ファイバ３，４の外径）は１２５μｍとしている。
【００２８】
本実施形態例の光ファイバカプラは、図１に示す構成を、図示されていないパッケージ内に収容して成り、例えばパッケージ内に設けた保護部に溶融延伸部１２を収容することにより、溶融延伸部１２がパッケージ外部の振動等により破損したり傷ついたりすることを抑制している。
【００２９】
図２には、本実施形態例の光ファイバカプラの製造方法が示されており、本実施形態例でも従来例のように、第１、第２の光ファイバ１，２の被覆９の除去、ファイバ固定手段６，７による第１、第２の光ファイバ１，２の保持、撚り部５の形成を行うが、本実施形態例では、図２（ａ）に示すように、ファイバ固定手段６，７によって第１と第２の光ファイバ６，７を保持する際に、ファイバ固定手段６による保持位置を被覆除去端部から離れた位置とする。
【００３０】
そして、図２（ｂ）に示すように、第１、第２の光ファイバ１，２に撚り部５を形成する際に、一方のファイバ固定手段６を固定し、他方のファイバ固定手段７を１８０度×３回転させて固定ホルダ６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２に３箇所の撚り５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を形成する。そして、被覆除去部の撚り部５ｂ，５ｃに挟まれた領域と撚り部５ｂ，５ｃを加熱手段２０で加熱する。この加熱は、加熱手段２０を裸光ファイバ３，４の長手方向に移動させながら行う。
【００３１】
そして、この加熱を行いながら、裸光ファイバ３，４を図の矢印Ｂ方向に延伸し、加熱領域に溶融延伸部１２を形成し、この溶融延伸部１２を光分岐結合部と成して、図１に示した本実施形態例の光ファイバカプラを得る。
【００３２】
表１には、２本の光ファイバを２回から４回撚りあわせて作成した光ファイバカプラ（ここではタップカプラ）のスルー側（通過する主信号の光）とタップ側（ファイバ中を通過する光量のモニター等）の挿入損失について実験したデータ結果を示す。なお、表１のσは標準偏差である。
【００３３】
【表１】

【００３４】
ここで用いた光ファイバは、コーニング社製ＳＭＦ２８であり、その構成は、クラッド外径が１２５μｍ、光硬化型アクリルウレタン樹脂から成る被覆の外径が２５０μｍのシングルモード光ファイバであった。また、ここで検討したタップカプラは分岐比が９５：５である。
【００３５】
表１に示すように、２回撚りの場合にはスルー側およびタップ側の挿入損失の平均値は大きく、かつ、標準偏差σも大きい。測定結果では、２回撚りの場合は、３〜４回撚りに対して、スルー側の標準偏差は２倍以上大きく、挿入損失値も大きくばらつくことが分かった。これは、光ファイバカプラの撚り数を多くすることにより、図３に示すように、第１の光ファイバ１の裸光ファイバ３と第２の光ファイバ２の裸光ファイバ４との光ファイバ径方向に働く応力が強くなり、２本の光ファイバ間の密着度が向上し、撚り間隔が安定することによる。
【００３６】
表１からも明らかなように、ファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２に２箇所の撚り部５を形成した従来例においては、挿入損失ならびにそのばらつきが大きく、光分岐結合部において第１の光ファイバ１を伝搬する光と第２の光ファイバ２を伝搬する光が結合せずに外に漏れてしまう量が大きいのに比べ、本実施形態例は、ファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２に３箇所の撚り部５を形成することにより、上記挿入損失ならびにそのばらつきを非常に小さくでき、光分岐結合部において良好な光結合を得ることができるので、安定した光分岐結合特性を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態例は、全長が３５ｍｍであるので、従来例の一般的な４５〜５５ｍｍといった光ファイバカプラよりも格段に小型の光ファイバカプラを実現できる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、光ファイバカプラの光分岐結合部の分岐結合比を１：９９にしたが、本発明において、光分岐結合部の分岐結合比は特に限定されるものでなく、１：９９〜５０：５０の範囲内の値であればよい。
【００３９】
また、上記実施形態例では、ファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２の第１、第２の光ファイバ１，２に３箇所形成した撚り部５のうち１箇所の撚り部５ａは第１と第２の光ファイバ１，２の被覆９のある部位に形成したが、図４に示すように、３箇所の撚り部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を全て被覆除去領域（裸光ファイバ３，４）に形成してもよい。なお、図４は、溶融延伸前の状態を示しており、この例においても上記実施形態例と同様に、撚り部５（５ｂ，５ｃ）と撚り部５（５ｂ，５ｃ）の間を加熱手段２０により加熱しながら裸光ファイバ３，４を延伸して溶融延伸部１２を形成する。
【００４０】
また、上記実施形態例では、ファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２に撚り部５を３箇所形成したが、４箇所以上の撚り部５をファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２に形成してもよい。ただし、撚り部５の個数が多くなりすぎると、光ファイバの曲がりによるロスが増加する可能性があるので、撚り部５は、ファイバ固定手段６，７間の長さに対応させて、例えば３箇所以上４箇所以下に形成することが好ましい。
【００４１】
さらに、上記実施形態例では、第１、第２の光ファイバ１，２の被覆を除いた外径を１２５μｍとしたが、第１、第２の光ファイバ１，２の被覆を除いた外径は１２５μｍとするとは限らず、例えば６０μｍ以上１４０μｍ以下とすればよい。
【００４２】
なお、現在、光ファイバアンプ自体を小さくすることが重要となってきており、そのためには、光ファイバの径を小さくし、曲げによる破断歪みを小さくすることが検討されている。現実的には８０μｍの光ファイバが一部で光ファイバアンプ用として用いられており、今後、光ファイバアンプ用として、より径の細い光ファイバの適用が考えられる。
【００４３】
したがって、本発明の光ファイバカプラに適用する光ファイバの、溶融延伸部を除く裸光ファイバの径を１２５μｍより小さくすることにより、上記のような小型の光ファイバアンプ用として、より適用しやすくできるものであり、本発明の光ファイバカプラは、将来の細径光ファイバアンプ用としても適用できる。
【００４４】
さらに、上記実施形態例では、ファイバ固定手段６，７間の第１、第２の光ファイバ１，２により部５を形成する際に、ファイバ固定手段６を固定してファイバ固定手段７を１８０度×３回、回転させたが、ファイバ固定手段６とファイバ固定手段７を互いに反対方向に回転させて撚り部５の形成を行ってもよい。
【００４５】
さらに、上記実施形態例では、第１と第２の光ファイバ１，２を用いて光ファイバカプラを形成する例を示したが、３本以上の光ファイバを用いた光ファイバカプラにおいても、ファイバ固定手段６，７間に３箇所以上の撚り部５を形成することにより、溶融延伸部１２における光ファイバ同士の結合を良好にし、性能の安定化を図ることができる。
【００４６】
さらに、ファイバ固定手段は、上記実施形態例の説明で示した形態に限定されることはなく、例えば光ファイバの径に合わせた溝を設けた上下の半円柱体を有して光ファイバを上下から挟み込む形態としてもよい。つまり、ファイバ固定手段は、光ファイバが位置決め固定できる様々な形態のものを適用できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１と第２の光ファイバの被覆除去領域を挟む両側をそれぞれファイバ固定手段に固定して、ファイバ固定手段に挟まれた領域内の第１、第２の光ファイバに互いに長手方向の間隔を介して３箇所以上の撚り部を形成し、該撚り部のうち被覆除去領域の２箇所の撚り部と該撚り部に挟まれた領域を溶融延伸し、該溶融延伸部を光分岐結合部としたものであるから、光分岐結合部における第１と第２の光ファイバの伝搬光の結合と分岐を良好にでき、安定した性能の光ファイバカプラを実現できる。
【００４８】
また、本発明において、全長が３５ｍｍ以下である構成においては、上記効果を奏する小型の光ファイバカプラを実現できる。
【００４９】
さらに、本発明において、光分岐結合部の分岐結合比が１：９９〜５０：５０の範囲内の値と成している構成によれば、上記のように安定した性能を有し、光分岐結合部の分岐結合比が１：９９〜５０：５０の範囲内の様々な光ファイバカプラを実現できる。
【００５０】
さらに、本発明において、光ファイバの被覆を除いた外径を６０μｍ以上１４０μｍ以下とした構成によれば、挿入損失とそのばらつきがより小さい光ファイバカプラを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバカプラの一実施形態例の要部構成を模式的に示す要部構成図である。
【図２】上記実施形態例の製造方法例を模式的に示す説明図である。
【図３】光ファイバの撚り部に働く応力の方向を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明に係る光ファイバカプラの他の実施形態例を説明する模式図である。
【図５】従来の光ファイバカプラの製造方法を模式的に示す説明図である。
【図６】光ファイバカプラの溶融延伸部とその周辺構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
１第１の光ファイバ
２第２の光ファイバ
３，４裸光ファイバ
５５ａ，５ｂ，５ｃ撚り部
６，７ファイバ固定手段
１２溶融延伸部

Claims

長手方向の途中部の被覆を除去した第１と第２の光ファイバが並設されて、これら第１と第２の光ファイバの被覆除去領域を挟む両側がそれぞれファイバ固定手段に固定され、該ファイバ固定手段に挟まれた領域内に互いに長手方向に間隔を介して３箇所以上の撚り部が第１と第２の光ファイバに形成され、該撚り部の少なくとも２箇所は前記被覆除去領域に形成され、該被覆除去領域の２箇所の撚り部と該撚り部に挟まれた領域が溶融延伸部されて、該溶融延伸部が第１と第２の光ファイバを伝搬する光の分岐と結合の少なくとも一方を行う光分岐結合部と成していることを特徴する光ファイバカプラ。
全長が３５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバカプラ。
光分岐結合部の分岐結合比が１：９９〜５０：５０の範囲内の値と成していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光ファイバカプラ。
光ファイバの被覆を除いた外径を６０μｍ以上１４０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光ファイバカプラ。