JP2005031252A

JP2005031252A - 光ファイバ及び光ファイバコネクタ

Info

Publication number: JP2005031252A
Application number: JP2003194476A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Osono; 和正大薗; Yoshinori Kurosawa; 芳宣黒沢; Masao Tachikura; 正男立蔵; Toshio Kurashima; 利雄倉嶋; Eiji Araki; 栄次荒木; Katsumi Hiramatsu; 克美平松
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP3858007B2

Abstract

【課題】研磨加工時に発生する研磨粉や研磨剤がファイバ端面の空孔に残留することなく、低損失に接続ができ、かつ、長期信頼性にも優れた光ファイバ及び光ファイバコネクタを提供する。
【解決手段】ホーリーファイバ１０のファイバ軸心方向に伸びる空孔１５・・・の先端部分を、石英微粒子と紫外線硬化型の光学接着剤とから構成される封止部２１により封止する。石英微粒子と紫外線硬化型の光学接着剤の屈折率は共に、クラッド１３と同じかそれよりも小さいものとしている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さいクラッドを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバ及びその光ファイバコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フォトニック結晶構造（屈折率の周期構造）をクラッドに設けたフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：ＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＦｉｂｅｒ）が、従来の光ファイバでは実現し得ないまったく新しい機能を備えた光デバイスを実現しうるものとして注目を集めている。このＰＣＦの一種であるホーリーファイバ（ＨＦ：ＨｏｌｅｙＦｉｂｅｒ）は、従来の光ファイバのコア近傍のクラッド部に空孔を存在させることによりクラッドの実効的な屈折率を下げて、コア／クラッド間の比屈折率差を拡大させることで、従来の光ファイバと比較して曲げ損失特性を大幅に向上させることができる（非特許文献１、２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
姚兵ほか「ホーリーファイバの実用化に関する一検討」、信学技報（社）電子情報通信学会、Ｖｏｌ．１０２，Ｎｏ．５８１，ｐ４７〜５０
【非特許文献２】
長谷川健美「フォトニック結晶ファイバおよびホーリーファイバの開発動向」、月刊誌「オプトロニクス」、オプトロニクス（株）発行、Ｎｏ．７，ｐ２０３〜２０８（２００１）
【０００４】
しかしながら、前記ホーリーファイバにおいて、曲げ損失特性は従来のシングルモード光ファイバに比べ格段に改善されるが、このホーリーファイバにコネクタ加工を施す際に、そのまま端面を研磨加工すると、研磨粉や研磨剤が、ファイバの空孔に侵入しコネクタ加工作業終了後にも残留してしまう。残留した研磨粉や研磨剤は、コネクタの脱着を繰り返すと空孔から脱離し、ファイバ研磨面に付着することがある。ファイバ研磨面に研磨粉や研磨剤が付着した状態でコネクタ接続を行うと、コネクタ端面同士の密着が妨げられ損失増加の要因となるばかりではなく、最悪の場合、研磨面を傷つけ端面のクリーニングをしても損失増加が戻らないという問題があった。また、ホーリーファイバ端面に空孔が存在すると、その空孔を介して大気、特に水分を含んだ大気が拡散・流入する恐れがあった。ホーリーファイバの空孔に水分を含んだ大気が流入すると、ホーリーファイバが０℃以下の低温雰囲気下に置かれた時に、混入大気中の水分が結露や凝固し、ファイバの損失を増加させる要因となる。また、水分がホーリーファイバの空孔に直接付着すると空孔表面のマイクロクラックの成長を促進させ、ホーリーファイバの長期信頼性（破断等）を劣化させる原因にもなる。そこで、ホーリーファイバの端面は封止し大気を遮断することが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、前記ホーリーファイバの加工端面部の空孔に研磨粉や研磨剤が進入しないように、あらかしめ光硬化接着剤を充填させてから、加工作業行うことも考えられるが、接着剤はその性質上硬化する際に体積収縮を伴うので、接着剤の硬化部内に気泡を発生させる。気泡内は空間のためその屈折率は約１であり、接着剤中の硬化部と気泡部との屈折率差が非常に大きくなる。そのような屈折率変化の大きな部分がコア近傍にあると、光ファイバの導波路構造に影響を与え、大きな損失を発生させる原因となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、研磨加工時に発生する研磨粉や研磨剤がファイバ端面の空孔に残留することなく、低損失に接続ができ、かつ、長期信頼性にも優れた光ファイバ及び光ファイバコネクタを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光ファイバは、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッド内にファイバ軸心方向に延びて複数の空孔が形成された光ファイバにおいて、前記複数の空孔の端部に、屈折率が前記クラッドと同じかそれよりも小さい石英系微粒子と、屈折率が前記クラッドと同じかそれよりも小さい光学接着剤とから構成される封止部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記石英系微粒子は、直径が１μｍ以下の石英微粒子とすることができる。
【０００９】
また、前記石英系微粒子は、石英微粒子に屈折率を下げる添加剤をドープしたものとすることができる。
【００１０】
前記光学接着剤は、紫外線硬化型の光学接着剤とすることができる。
【００１１】
前記光ファイバにフェルールを装着して光ファイバコネクタとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバ及び光ファイバコネクタについて図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本発明の光ファイバ及び光ファイバコネクタに用いられる代表的なホーリーファイバ１０の断面構造を示す。同図において、ホーリーファイバ１０は、屈折率の高いコア１１と、そのコア１１を取り囲んで形成された屈折率の小さいクラッド１３とを有し、クラッド１３のコア１１の近傍にはコア１１の中心軸を対称軸として線対称かつ、等間隔となるように４本の空孔１５・・・が形成されている。
【００１４】
ホーリーファイバ１０としては、通常の１．３μｍ帯シングルモードファイバを用いることができる。また、空孔１５・・・の内径は３μｍ以上１０μｍ以下が望ましく、例えば７μｍとすることができる。各空孔１５・・・の中心は、例えばコア１１の中心から半径１２μｍの円周上に位置するものとできる。空孔１５・・・の中には空気又は不活性ガスが充填されており、その空孔１５・・・の屈折率は１になっている。また、クラッド１３の屈折率は例えば１．４５８であり、コア１１にはクラッド１３より屈折率を高くするためにゲルマニウムが６〜９モル％程度添加されている。
【００１５】
図２は、本発明に係る光ファイバコネクタの一実施態様を示す縦断面図である。
この光ファイバコネクタ２０においては、ホーリーファイバ１０のファイバ軸心方向に伸びる空孔１５・・・の先端部分が封止部２１により封止され、ホーリーファイバ１０の外周にフェルール２３が装着されている。なお、図２ではホーリーファイバ１０の２つの空孔１５・・・が封止部２１により封止されているが、図示されていない他の２つの空孔１５・・・の端部も同様に封止されている。
【００１６】
この封止部２１は、石英微粒子と紫外線硬化型の光学接着剤とから構成されている。この封止部２１を構成する石英微粒子と紫外線硬化型の光学接着剤の屈折率は、共に、クラッド１３の屈折率と同じかそれよりも小さくする必要がある。以下、その理由について説明する。
【００１７】
ホーリーファイバ１０の優れた曲げ特性は、コア１１近傍に空孔１５・・・が存在するためであるが、仮に、クラッド１３よりも高い屈折率を持った光学材料を空孔１５・・・に充填して封止部２１とすると、クラッド１３よりも屈折率の高い部分が、本来のコア１１以外の部分にも生じるので、コア１１が複数存在する伏態になる。そうなるとホーリーファイバ１０のコア１１と空孔１５・・・の間隔が光の波長オーダーで接近している場合、光のカップリング現象が生じ、本来のコア１１を伝播してきた光が空孔１５・・・に乗り移る。乗り移った光は、封止部２１を伝播するが、封止部２１が形成されていない空間部では伝播されなくなるので、大きな損失の原因となってしまう。そこで、ホーリーファイバ１０の空孔１５・・・を封止する封止部２１の屈折率はクラッド１３の屈折率よりも高くないことが望ましい。また、仮に、クラッド１３と同じ屈折率を持った光学材料を空孔１５・・・に充填して封止部２１とした場合は、あたかも空孔１５・・・がない通常の光ファイバと同じ構造となるため、ホーリーファイバ１０の優れた曲げ特性の特徴が損なわれることになる。このため、ホーリーファイバ１０の空孔１５・・・を封止する封止部２１の屈折率は、クラッド１３の屈折率より低くすることがより好ましい。
【００１８】
封止部２１を構成する石英微粒子の粒子径は１μｍ以下、特に１００ｎｍ以下が好ましく、３０〜４０ｎｍ程度が最も好ましい。粒子径が１００ｎｍ以下になると封止部２１中での石英微粒子の体積比を上げることができ、即ち、光学接着剤に対する石英微粒子の混合率を上げることができるので、光学接着剤の硬化時の気泡発生率を抑制することが可能となる。石英微粒子の屈折率は、ホーリーファイバ１０のクラッド１３を構成する石英と同じ（１．４５８）であるが、石英微粒子にフッ素を添加したフッ素添加石英ナノ粒子を用いることにより、屈折率を−０．５〜−０．７％程度下げることが可能である。
【００１９】
一方、紫外線硬化型の光学接着剤は、屈折率が室温で１．４３０であるエポキシ系紫外線硬化型接着剤（商品名「オプトダイン１１００」（ダイキン工業製））を用いることができる。一般に光学屈折率材料はその屈折率に温度特性を持ち、温度が低くなると屈折率が上昇するため温度の影響を考慮する必要があるが、上記光学接着剤では−３０℃でもその屈折率が１．４５程度であって、クラッド１３の屈折率１．４５８よりも低くすることが可能である。
【００２０】
石英微粒子と光学接着剤との混合割合は、石英微粒子の割合が高いほど光学接着剤硬化後の気泡の発生率は低くなるが、割合が高すぎると硬化前の石英微粒子を含有した光学接着剤の流動性は失われ、ホーリーファイバ１０の空孔１５・・・への充填が難しくなる。本発明者らの実験によると、光学接着剤と石英微粒子の重量比が、１：１〜１０：１の間であれば、実用レベルで、気泡の発生の抑制と空孔１５・・・への充填作業の作業性の両立が図れることが分かった。
【００２１】
石英微粒子の屈折率の温度特性は光学接着剤のそれに比べ無視できるほど小さいので、空孔１５・・・に充填した封止部２１全体の屈折率を安定にクラッド１３を構成する石英レベルよりも低くすることができる。そのため、曲げ特性を含む光学特性を安定化させることができる。
【００２２】
次に、本光ファイバコネクタ２０を実現する方法について説明する。
まず、ホーリーファイバ１０の端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成した後、石英微粒子と紫外線硬化型光学接着剤との混合物をホーリーファイバ１０の端面から空孔１５・・・に押し込み、紫外線を照射して光学接着剤を硬化させ、封止部２１を形成する。次に、フェルール２３をホーリーファイバ１０に装着し、ホーリーファイバ１０の端面がフェルール２３の端面に揃うようにする。必要なら、その後、一般の光ファイバの場合と同様に、フェルール２３の端面を研磨することもできる。
【００２３】
なお、封止部２１の光ファイバコネクタ端面からの形成位置は、空孔１５・・・の端面を塞ぎ、かつ、機械的な強度を備えていれば特に規定しなくても良いが、長期信頼性の観点から１００μｍ以上奥に形成されていることが望ましい。
【００２４】
以上説明したように、この光ファイバコネクタにおいては、
（１）封止部２１により、空孔１５・・・の端部を封止しているので、研磨粉や研磨剤がファイバ端面に残留することもなく、端面が封止された信頼性のある光ファイバコネクタを実現することができる。
（２）封止部２１を紫外線硬化型光学接着剤だけでなく、石英微粒子を添加して構成しているので、光学接着剤が硬化した際の体積収縮を石英微粒子により抑制することができる。このためファイバ端部で硬化した接着剤内の気泡の発生を防ぎ、低損失とすることができる。
（３）屈折率がクラッド１３よりも小さく形成された封止部２１により空孔１５・・・の端部を封止しているので、曲げ特性を含む光学特性を安定化させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバは、複数の空孔の端部に封止部を形成しているので、研磨粉や研磨剤がファイバ端面に残留することもなく、端面が封止された信頼性のある光ファイバコネクタを実現することができる。このため、コネクタ加工後の信頼性を向上させるとともに、光学的特性も良好なホーリーファイバコネクタを提供することができる。また、封止部は、屈折率がクラッドと同じかそれよりも小さい石英系微粒子と、屈折率がクラッドと同じかそれよりも小さい光学接着剤とから構成されるので、ファイバ端部で硬化した接着剤内の気泡の発生を防ぐことができ、低損失とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるホーリーファイバの横断面図である。
【図２】本発明に係る光ファイバコネクタの一実施態様を示す縦断面図である
【符号の説明】
１０ホーリーファイバ
１１コア
１３クラッド
１５空孔
２１封止部
２３フェルール

Claims

屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッド内にファイバ軸心方向に延びて複数の空孔が形成された光ファイバにおいて、前記複数の空孔の端部に、屈折率が前記クラッドと同じかそれよりも小さい石英系微粒子と、屈折率が前記クラッドと同じかそれよりも小さい光学接着剤とから構成される封止部が形成されていることを特徴とする光ファイバ。
前記石英系微粒子が、直径が１μｍ以下の石英微粒子であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記石英系微粒子は、石英微粒子に屈折率を下げる添加剤をドープしてあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記光学接着剤が、紫外線硬化型の光学接着剤であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
請求項１乃至請求項４記載の光ファイバにフェルールを装着した光ファイバコネクタ。