JP2006323027A - 光ファイバの接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コア径のみならず開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができる光ファイバの接続方法を提供する。
【解決手段】 光ファイバ１０、１１同士を接続する際に、両接続面１０ａ、１１ａを突き合わせて加熱融着するが、このとき、開口数ＮＡが大きい方の光ファイバ１０のコア１２のドーパントをクラッド１３に拡散させるように加熱する。このため、両光ファイバ１０，１１の開口数ＮＡを近づけることができるので、開口数ＮＡが異なる光ファイバ１０、１１同士を低接続損失で接続することができることになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ファイバの接続方法に係り、例えば開口数（ＮＡ；Numerical Aperture）やコアの外径が互いに異なる光ファイバ同士を接続することができる光ファイバの接続方法に関するものである。

従来より、光ファイバ同士を接続する接続方法として光ファイバの融着接続方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、この光ファイバの融着接続方法では、第１の光ファイバ１０１の接続端面側と第２の光ファイバ１０２の接続端面側とを対向配置し、両光ファイバ１０１、１０２の接続端面側に対の放電電極１０３、１０３から発生する高電圧を加えて、高電圧によって両接続端面側を加熱溶融して接続する。両光ファイバ１０１、１０２のモードフィールド径が互いに異なる場合には、図６（Ａ）に示すように、放電電極１０３の電極先端１０３ａ間を結ぶ直線Ｂと、第１の光ファイバ１０１と第２の光ファイバ１０２の接続端面軸心間を結ぶ直線Ａとの成す角度を直交させて融着接続した後、図６（Ｂ）に示すように、直線Ｂと直線Ａとの成す角度θを直角とは異なる角度になるようにして、直線Ａと直線Ｂとを斜めに交差させ、光ファイバの加熱領域を広げて加熱して光ファイバのコアのドーパント拡散を行う。
特開平１１−３０５０６５号公報（図２）

ところで、近年、曲げに強い光ファイバの要求に伴って、光の閉じ込めを強くした光ファイバの試みがあり、コア／クラッドの比屈折率差Δｎを大きくした（すなわち開口数を大きくした）光ファイバが登場している。これら高開口数の光ファイバと通常の汎用光ファイバとを接続する場合、コア径が一致している場合であってもＮＡが不一致のため、０．５ｄＢ〜１ｄＢもの過剰な接続損失が発生してしまう。
従って、マルチモード光ファイバ同士を接続する場合には、コア径のみならず、開口数を一致させないとモードミスマッチを生じて低損失な接続が得られないという不都合があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コア径のみならず開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができる光ファイバの接続方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、光ファイバ同士を接続する光ファイバの接続方法であって、開口数の異なる前記光ファイバの接続面を突き合わせて加熱し、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続することを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、光ファイバ同士を接続する際に、両接続面を突き合わせて加熱融着するが、このとき、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントをクラッドに拡散させるように加熱して開口数を小さくする。これにより、両光ファイバの開口数を近づけることができるので、開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができることになる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法であって、前記両光ファイバの開口数を接続面において一致させることを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、開口数が異なる光ファイバ同士を接続する際に、接続面における両開口数が一致するようにしたので、開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができることになる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法であって、前記両光ファイバのコア径が互いに異なることを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、開口数のみならずコア径が互いに異なる光ファイバ同士を、低接続損失で接続することができることになる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法であって、前記コア径が小さい方の光ファイバの開口数が、コア径が大きい方の光ファイバの開口数よりも大きいことを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、コア径が細い方を加熱処理することにより、コア径を拡径化して太い方のコア径に近づけることができると同時にドーパントをクラッドに拡散させて開口数を低下させ太い方の開口数に近づけることができる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法であって、前記両光ファイバのコア径が同じことを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、コア径は同じだが開口数が異なる光ファイバ同士を、低接続損失で接続することができることになる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法により接続された光ファイバを、接続部で切断し、それぞれに光コネクタを装着して接続することを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、光コネクタにより接続する接続面において開口数が近いかもしくは同じ光ファイバ同士を接続することになるので、低接続損失で接続することができる。また、切り離すのも容易になる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続方法は、前述したように、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続する接続方法であって、前記両光ファイバは、マルチモード光ファイバであることを特徴としている。

このように構成された光ファイバの接続方法においては、種々のコア径を有するマルチモード光ファイバ同士を、低接続損失で接続することができる。

本発明によれば、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させるように加熱して融着させることにより、両光ファイバの開口数を近づけることができるので、開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができることになるという効果が得られる。

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。
図１は本発明の光ファイバの接続方法に係る実施形態を示す断面図、図２は開口数の説明図、図３は本発明に係る光ファイバの接続方法を実行する接続装置の概略構成図、図４（Ａ）はコア径が互いに異なる光ファイバ同士の接続を示す断面図、図４（Ｂ）は（Ａ）により接続した接続部を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態である光ファイバの接続方法は、光ファイバ１０、１１の接続面１０ａ、１１ａを突き合わせて加熱し、開口数ＮＡ１、ＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）が大きい方の光ファイバ１０のコア１２のドーパントをクラッド１３に拡散させて、両光ファイバ１０、１１の開口数ＮＡ１、ＮＡ２を近づけるように接続するものである。なお、このとき、両光ファイバ１０，１１の開口数ＮＡ１、ＮＡ２を接続面１０ａ、１１ａにおいて一致させるようにするのが望ましい。
なお、図１中、光ファイバ１０、１１は、コア１２の周囲にクラッド１３を設けたものである。また、光ファイバ１０、１１としては、マルチモードの光ファイバを用いるのが望ましい。

開口数（ＮＡ；Numerical Aperture）とは、光ファイバの光を集める能力を示すものであり、図２に示すように、一般に、開口数ＮＡは、ＮＡ＝ｓiｎθであらわされる。ここで、θは受入角２θの半分の角度である。
図２（Ａ）は低い開口数を有する光ファイバ１０に対する受入角θおよび光の反射の状態を示す断面図で、図２（Ｂ）は高い開口数を有する光ファイバ１１に対する受入角θおよび光の反射の状態を示す断面図である。

図３は、本発明に係る光ファイバの接続方法を実行する装置の概略構成図である。
図に示すように、両光ファイバ１０、１１の接続面１０ａ、１１ａを加熱するための、例えば電磁誘導加熱炉１４が設けられており、この電磁誘導加熱炉１４を制御する制御部１５を有している。両接続面１０ａ、１１ａは電磁誘導加熱炉１４の位置に位置決めされる。

図４（Ａ）には、コア１２の径が異なる光ファイバ１０、１１の接続面１０ａ、１１ａを合わせた状態が示してある。また、図４（Ｂ）には、細いコア１２径を有する光ファイバ１０のコア１２を予め熱拡散で拡径して拡径部１２ａを作成しておき、太い方のコア１２径を有する光ファイバ１１と接続面１０ａ、１１ａを突き合わせた状態が示してある。このとき、同時に開口数ＮＡについても同様に調整して、接続面１０ａ、１１ａにおいて近づけるか一致させるようにするのが望ましい。

すなわち、コア１２への熱付与によってコア１２径を拡大することができること、および開口数ＮＡが大きな光ファイバについては、加熱によりコア１２の屈折率自体がドーパント拡散によってそのピーク値を下げることができることは実験的に確認されている。
従って、コア１２径が細い方の光ファイバとして開口数ＮＡが大きいものを用いることにより、熱付与によって、コア１２の径拡大と同時にコア１２の屈折率を下げる（すなわち開口数ＮＡを下げる）ことができるので、接続前の処理が容易になる。なお、加熱融着の際の熱拡散によるコア１２の拡径および開口数ＮＡの低下により、両光ファイバ１０、１１の接続面におけるコア１２径および開口数ＮＡが一致するように、コア径および開口数ＮＡの初期値を設計しておけばよい。

拡径部１２ａの拡径の勾配およびドーパントの拡散による開口数ＮＡの調整等は、例えば電磁誘導炉１４を制御して温度勾配を設定して行うことができる。
なお、図４においては、コア１２径が異なる光ファイバ１０、１１について接続する場合を示してあるが、コア１２径が同じ場合にも同様に適用できる。この場合には、前述した拡径部１２を設ける必要はないが、開口数ＮＡの調整は行うのが望ましい。

図５は、ＴＥＣによるコア径３０μｍの光ファイバのコアにおける屈折率分布の変化を示すグラフである。縦軸は比屈折率差Δｎ、横軸は光ファイバの中心からの距離（すなわち半径）であり、加熱開始からの時間（０→２００秒）における比屈折率差の分布を２０秒ごとに示してある。
図５からわかるように、まず初期の屈折率分布として、Ｒ＝１５μｍのところでステップ状に矩形の分布を出発点（ｔ＝０）としたが、加熱時間の経過とともに、矩形分布からガウシアン分布に近づいていることがわかる。比屈折率差Δｎは、半径位置０（すなわち光ファイバの中心軸）のところの屈折率が減少していることから、ドーパントの熱拡散とともに減少する傾向があることがわかる。一方、時間の経過とともに、Ｒ＝１５μｍの外側にも屈折率が上昇する部分が広がっており、モードフィールド径の拡大傾向が読み取れる。

以上、前述した光ファイバの接続方法によれば、光ファイバ１０、１１同士を接続する際に、両接続面１０ａ、１１ａを突き合わせて加熱融着するが、このとき、開口数ＮＡが大きい方の光ファイバ１０のコア１２のドーパントを拡散させるように加熱することにより両光ファイバ１０、１１の開口数ＮＡを近づけることができるので、開口数ＮＡが異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができることになる。
（実施例）

具体例として、図４に示すように、通常の汎用光ファイバ１１と、この汎用光ファイバ１１に比べてコア１２径が小さいと同時に開口数ＮＡが大きい光ファイバ１０との接続を行う場合について説明する。このような細径な光ファイバ１０とは、曲げに強い光ファイバであり、小さな配線領域に小径で曲げて布設できるメリットがある。この光ファイバ１０を汎用光ファイバ１１と接続する場所で、光ファイバ１０の接続部を予め熱拡散でコア１２径および開口数ＮＡを局所的に整合させておくことにより、低損失で汎用光ファイバ１１と接続することができる。汎用光ファイバ１１は、コア径５０μｍ、比屈折率差が１．０％であるが、細径な光ファイバ１０としては、コア径３０μｍ、比屈折率差を１．５％程度のものを用いるとちょうどよい。
このように、細径な光ファイバ１０として開口数ＮＡが大きな光ファイバを用いることにより、加熱により拡径させるとともに開口数ＮＡを低下することができるので、太径で開口数ＮＡが小さな汎用の光ファイバ１１と小さい接続損失で接続することができる。

なお、本発明の光ファイバの接続方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、開口数ＮＡが互いに異なる光ファイバ１０、１１同士を直接接続した場合について説明したが、さらに、前述した光ファイバの接続方法により接続された光ファイバを接続部で切断し、それぞれに光コネクタを装着して、光コネクタにより接続するようにすることもできる。このようにしても、接続面において開口数ＮＡが近いかもしくは同じ光ファイバ同士を接続することになるので、低接続損失で接続することができるとともに、容易に切り離すこともできる。

以上のように、本発明に係る光ファイバの接続方法は、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させるように加熱して融着させることにより、両光ファイバの開口数を近づけることができるので、開口数が異なる光ファイバ同士を低接続損失で接続することができるという効果を有し、開口数やコアの外径が互いに異なる光ファイバ同士を接続することができる光ファイバの接続方法等として有用である。

本発明の光ファイバの接続方法に係る実施形態を示す断面図である。 （Ａ）は開口数が小さな光ファイバを示す断面図である。 （Ｂ）は開口数が大きな光ファイバを示す断面図である。 本発明に係る光ファイバの接続方法を実行する接続装置の概略構成図である。 （Ａ）はコア径が互いに異なる光ファイバ同士の接続前の状態を示す断面図である。 （Ｂ）は（Ａ）により接続した接続部を示す断面図である。 ＴＥＣによる光ファイバのコアにおける屈折率分布の変化を示すグラフである。 従来の光ファイバの接続方法を示す断面図である。

符号の説明

１０、１１ 光ファイバ
１０ａ、１１ａ 接続面
１２ コア
ＮＡ 開口数

Claims (7)

1. 光ファイバ同士を接続する光ファイバの接続方法であって、
   開口数が異なる前記光ファイバの接続面を突き合わせて加熱し、開口数が大きい方の光ファイバのコアのドーパントを拡散させて、両光ファイバの開口数を近づけるように接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。
2. 前記両光ファイバの開口数を接続面において一致させることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
3. 前記両光ファイバのコア径が互いに異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバの接続方法。
4. 前記コア径が小さい方の光ファイバの開口数が、コア径が大きい方の光ファイバの開口数よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバの接続方法。
5. 前記両光ファイバのコア径が同じことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバの接続方法。
6. 前述した光ファイバの接続方法により接続された光ファイバを、接続部で切断し、それぞれに光コネクタを装着して接続することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバの接続方法。
7. 前記両光ファイバは、マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバの接続方法。

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