JP2006506686A

JP2006506686A - 低光損失スプライスを形成するための方法および装置

Info

Publication number: JP2006506686A
Application number: JP2004553916A
Authority: JP
Inventors: ミーズ，エリク; ヴェンカタラマン，ラサ
Original assignee: ヴァイトランコーポレーション
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2006-02-23
Also published as: EP1563329A2; AU2003291085A8; WO2004046778A3; AU2003291085A1; US20040163419A1; WO2004046778A2

Abstract

本発明は、光ファイバの端部を加熱することによって、光ファイバのモード・フィールド径を断熱的に拡大するための方法を対象とする。ファイバの端部は、熱源、好ましくは有機液体を燃料とする火炎によって加熱される。有機液体燃料は、アルコール、より好ましくは６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を有するアルコール、最適にはメタノールであることが好ましい。

Description

本発明は、低光損失で光ファイバをスプライシングする方法に関し、具体的には、伝送ファイバを特殊なファイバにスプライシングするための方法に関する。

光ファイバは、現代の遠隔通信システムにおいて重要な要素である。光ファイバは、光信号を長距離にわたって非常に低損失で伝送することが可能なガラスの細い繊維である。その最も単純な形態では、光ファイバは、第２の（より低い）屈折率を有するシリカ・クラッドによって取り囲まれた第１の屈折率を有する小さい径のシリカ・コアを含む円筒状の導波管である。クラッドを取り囲む重合体の被覆がファイバを保護する。一般に、光ファイバは、屈折率を制御するための低濃度のドーパントを有する高純度の石英ガラスで構成される。

光ファイバの種類は、伝送ファイバおよびさまざまな特殊なファイバを含む。標準的な伝送ファイバは、長距離にわたって光信号パルスを単に伝送するだけである。分散補償ファイバ（ＤＣＦファイバ）、エルビウム・ドープ・ファイバ、ブラッグ格子を含むファイバ、および長周期格子ファイバなどの特殊なファイバは、特化された、補助的な機能を果たす。分散補償ファイバは、伝送時に発生する波長分散を補償する。希土類ドープ・ファイバは、光パルスを増幅するが、これは長い距離の伝送ファイバを通過した後で特に必要である。さまざまな種類のファイバのそれぞれは、その意図された機能を果たすために、さまざまな幾何形状またはさまざまなドーパント分布で形成される。

ファイバ・ネットワークの形成および再構成では、さまざまな種類の光ファイバをお互いにスプライシングすることが多くの場合必要である。この接続は、低い接続損失またはスプライス損失を示すべきである。ファイバのモード・フィールド径およびモード・フィールド形態が精密に整合すればするほど、スプライス損失は低下する。モード・フィールド径は、スプライシング前にまたはその後に整合することができる。モードは、光ファイバにおける安定した伝搬状態である。モード・フィールド径は、モードの有効な大きさを指す。ほとんどの光ファイバでは、モード・フィールド径はコア径より僅かに大きい。しかし、残念ながら、特殊なファイバおよびそれにスプライシングされるファイバまたは装置は、通常、著しく不適切に整合されたモード・フィールド径を有しており、その結果容認できないスプライス損失をもたらす。

光ファイバのモード・フィールド径を整合する一般的な方法は、熱誘導拡散法である。熱誘導拡散法は、一般に融着スプライシング法（すなわち、光ファイバの端部をお互いに溶融する）と一緒に使用される。融着スプライシング法は、一般に２つのファイバ端部の機械的な位置合わせ、およびたとえばアーク溶接機を介して、約１から１０秒間、それらを高熱でいっしょに溶融する工程を必要とする。光ファイバは、最初にアーク溶接機を使用して高温で融着スプライシングされる。次いで、接続後、接続領域を加熱することによって、モード・フィールドを整合するための熱誘導拡散が実施される。たとえば、米国特許第６２７５６２７号（２００１年８月１４日発行）Ｈ．Ｙ．Ｔａｍ，ＳｉｍｐｌｅＦｕｓｉｏｎＳｐｌｉｃｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＦｏｒＲｅｄｕｃｉｎｇＳｐｌｉｃｉｎｇＬｏｓｓＢｅｔｗｅｅｎＳｔａｎｄａｒｄＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｒｅｓＡｎｄＥｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｒｅ，２７ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＬＥＴＴＥＲＳ１５９７（１９９１）内の解説を参照されたい。

残念ながら、分散補償ファイバは、複雑な屈折率プロフィールおよび導波特性を有するため、熱誘導拡散は難しく、モード・フィールドの歪みおよびねじれをもたらすことが多い。

したがって、断熱的に分散補償ファイバを拡大して、モード・フィールドをより大きいコアの光ファイバに整合させ、その結果、ファイバを低光損失でスプライシングすることができるための便利で有効な方法が必要である。
米国特許第６２７５６２７号米国特許第４９５８９０５号

ある実施形態では、本発明は、光ファイバの端部、特に分散補償ファイバの端部を加熱することによって、光ファイバのモード・フィールド径を、断熱的に拡大するための方法を対象とする。本発明の方法は、最初に光ファイバの内部を加熱し、次に熱処理された部分におけるファイバを劈開する工程を含む従来技術の方法全体を改善する。

本発明のある実施形態では、ファイバの端部は、熱源、好ましくは有機液体を燃料とする火炎によって加熱される。好ましくは、有機液体燃料は、アルコール、より好ましくは６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を有するアルコール、および最適にはメタノールである。本発明の好ましい態様では、有機燃料は、点火されたときに火炎をもたらす芯を介して供給される。

他の実施形態では、本発明は、不適切に整合されたモード・フィールドを有する光ファイバを低光損失でスプライシングする際に有効である。この実施形態では、より小さいモード・フィールドのファイバの端部を最初に加熱することによって、より小さいモード・フィールド径のファイバのモード・フィールドが、より大きいモード・フィールド径のファイバのモード・フィールドに整合するように断熱的に拡大される。一度モード・フィールド径が整合されると、拡大されたモード・フィールドのファイバおよび大きいモード・フィールドのファイバは、標準的な接続方法によって、たとえば熱誘導融着または機械的接続方法によってスプライシングされる。

より小さいモード・フィールド径の光ファイバの端部は、有機液体を燃料とする火炎内で加熱されることが好ましい。好ましい一実施形態では、有機液体は、アルコール、より好ましくは６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を有するアルコール、最適にはメタノールを含む。有利には、０．５デシベル未満、一般に約０．０５デシベルから約０．３デシベルまで、好ましくは約０．０５デシベルから約０．２デシベルまで、より好ましくは約０．０５から約０．１デシベルまでのスプライス損失が実現される。

有機液体、特にアルコール、より詳細には６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を有するアルコール、最適にはメタノールは、特殊なファイバの断熱モード・フィールド拡大用の、特に分散補償ファイバの断熱拡大用の理想的な温度プロフィールを有する火炎をもたらすことが知られている。かかる火炎は、典型的な酸素／水素または酸素／炭化水素ガス燃料の火炎より低い温度プロフィールをもたらし、したがって、他の熱源で得ることができるものより緩やかな断熱拡大をもたらす。さらに、液体燃料が使用されるため、ガスを処理しかつ混合する不便さが回避される。

本発明の方法によれば、内部ではなくスプライシングされる光ファイバの端部が加熱されるため、ファイバの精密な位置合わせ、ファイバの正確な張力の保持に関連する問題、およびモード・フィールド歪みの問題が排除される。さらに、本発明の方法は高価な装置を必要せず、便利であり、しかも低スプライス損失を提供する。

本発明のこれらおよび他の機能、態様、利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および以下の添付図面を考慮すると、より十分に理解されるだろう。

これらの図面は、本発明の概念を説明するためのものであり、原寸に比例しないことを理解されたい。

本発明のある実施形態によれば、異なるモード・フィールド径の光ファイバは、以下のような低光損失のスプライスで接続される。最初に、より小さいモード・フィールド径を有する光ファイバを、周知の方法に従って、剥ぎ取り、劈開する。次の工程は、劈開端部を、約１分から約４０分の間、より好ましくは、約１０分から約３０分まで、熱源にさらすことである。好ましくは、熱源は、光ファイバ端部が配置される領域で、約５００℃から約２０００℃までの、より好ましくは約１０００℃から約１５００℃までの、さらにより好ましくは約１１００℃から約１２００℃までの、最適には約１１５０℃の温度プロフィールを提供する。

熱源は、任意の熱源、たとえば電気炉、またはアルコールなどの有機的な固体もしくは液体を燃焼させることによって生じる火炎とすることができる。本発明のある実施形態では、熱源は、有機液体を燃料とする火炎である。有機液体中に挿入される芯が火炎をもたらすことが好ましい。火炎は、アルコール、より好ましくは６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を有するアルコール、最適にはメタノールを燃料とすることが好ましい。有機液体燃料の火炎の効果は、ファイバ・コア内でドーパントを拡散させ、それによって、モード・フィールド径をより大きいモード・フィールドのファイバのモード・フィールド径に整合させることである。有機液体燃料の火炎は、分散補償ファイバ内のドーパントを拡散させるためのほぼ理想的な温度プロフィールを提供する。それにより、ドーパントが火炎内でファイバの長手方向に沿って徐々に拡散し、その結果、約１ｍｍから約６ｍｍ、より好ましくは約２ｍｍから約４ｍｍの長さにわたってモード・フィールド径の比較的長い緩やかな拡大がもたらされる。緩やかなモード・フィールド径の拡大により、熱処理されたファイバを接続した後のスプライス損失が最小になる。有機液体は、添加剤および焼損の除去を必要としない。好ましい有機液体（６個以下の炭素原子および１個のみの水酸基を含むアルコール、より好ましくはメタノール）は、主に水蒸気および二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成する。したがって、火炎はファイバ上に有機残留物を残さない。

図１から３は、本発明の方法による光ファイバのモード・フィールドを拡大するのに便利な装置を示している。この装置は、剥ぎ取られた端部３０を有するファイバ２０を保持するための保持ブロック１０を備える。ブロック１０は、ファイバ２０の剥ぎ取られた端部３０に有機液体燃料の火炎５０をもたらすための火炎拡散装置４０（図２）上に配置されている。

好ましい一実施形態では、有機液体５５は、保護管８５内に芯８０（図３）を有する装置４０内のリザーバ６０内に含まれている。好ましい芯材料は、好ましくは、約１／１６インチの径を有する円筒状の長さのファイバグラスである。芯８０の端部は、火炎５０を提供するために点火されている。好ましくは、装置４０は、リザーバ６０内の有機液体５５の液面を一定の液面に保つためのポンプ１００などの機構を備える。次いで、好ましくは約１１００℃から約１２００℃までの適切な温度プロフィールをもたらす火炎５０のある領域内に、光ファイバ２０の端部３０を配置する。適切な温度プロフィールを持つ火炎の領域は、熱電対１１０を用いるなど周知の方法によって、決定することができる。有機液体は、一般に空気内で燃焼して、内被または外被を有する火炎を提供する。メタノール燃料の火炎を使用したとき、適切な温度プロフィールを有する領域は、火炎の内被と外被の間に位置する火炎の内側の先端の端部の真上にある。

分散補償ファイバなどより小さいモード・フィールド径の光ファイバのモード・フィールドを、標準的な伝送ファイバなどより大きいモード・フィールド径のファイバに整合するためには、そのモード・フィールドがより大きいファイバのモード・フィールドに整合するまで、より小さいモード・フィールドの光ファイバの端部を火炎内で加熱する。一般に、加熱時間は、約１分から約４０分、より好ましくは約１０から約３０分である。一般に、分散補償ファイバのモード・フィールド（標準的な伝送ファイバにスプライシングするための）は、約５ミクロンから約１０から１２ミクロンまで拡大される。モード・フィールド径は、遠視野パターン法など当技術分野で周知の方法によって測定される。

一度モード・フィールド径が整合されると、光ファイバは、当技術分野で周知の方法、たとえば参照により本明細書に組み込まれた米国特許第４９５８９０５号（１９９０年９月２５日発行）内に記載され融着スプライシング法を使用してスプライシングされる。０．５デシベル未満の、一般に、約０．０５デシベルから約０．３デシベルまでの、好ましくは約０．０５デシベルから約０．２デシベルまでの、より好ましくは約０．０５から約０．１デシベルまでのスプライス損失が実現される。

簡単に言えば、２つの光ファイバの端部が同軸で位置合わせされ、電気的に加熱された導電性フィラメントが十分な熱を提供して、ファイバをお互いに融着し、同時に、非反応性の不活性ガスがファイバ端部上を流れて、揮発性の物質が除去される。

以下の特定の実施例を考慮することによって、本発明は、直ちにより明確に理解することができる。

１５５０ｎｍにおける−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値、および約５ミクロンのモード・フィールド径を有する分散補償ファイバを劈開する。約１／１６インチの径を有するファイバグラスで構成された芯を、メタノール・リザーバ中に挿入し、芯に点火することによって、メタノール燃料の火炎が得られる。劈開された端部を、火炎の内側の先端部上に（メタノール火炎の中心部の辺りの）２０分間配置し、その中でモード・フィールドを、約３ｍｍの長さにわたって約１２ミクロンに断熱的に拡大させる。

次いで、モード・フィールドが拡大された分散補償ファイバを、周知の方法により、たとえば、Ｖｙｔｒａｎ社製のＦＦＳ−２０００ａスプライシング・ワーク・ステーション（ＶｙｔｒａｎＦＦＳ−２０００ａＳｐｌｉｃｉｎｇＷｏｒｋＳｔａｔｉｏｎ）を使用することによって、１０．５ミクロンのモード・フィールド径を有する標準的なシングル・モード伝送ファイバにスプライシングする。スプライス損失は、１５５０ｎｍで実測０．２０デシベル未満である。モード・フィールド拡大工程を用いない場合は、スプライス損失は、約０．７から０．８デシベルであった。

上に示した発明の開示、図面の簡単な説明、および発明を実施するための最良の形態を考えると、本発明は以下の実施形態を含むことが明白である。

ある実施形態では、本発明は、光ファイバの端部を約５００℃から約２０００℃の温度に加熱する工程を含む、光ファイバのモード・フィールド径を拡大するための方法を含む。光ファイバは分散補償ファイバであることが好ましい。

他の実施形態では、本発明は、より小さいモード・フィールド径を有する第１の光ファイバを、より大きいモード・フィールド径を有する第２の光ファイバにスプライシングする方法であって、
（ａ）より小さいモード・フィールド径を有する第１の光ファイバの端部を、約５００℃から約２０００℃の温度に加熱して、モード・フィールドを拡大する工程と、
（ｂ）拡大されたモード・フィールドのファイバの端部とより大きいモード・フィールド径を有する第２の光ファイバの端部と当接する工程とを含む方法を対象とする。より小さいモード・フィールド径を有する第１の光ファイバは分散補償ファイバであることが好ましい。

他の実施形態では、本発明は、有機液体を含む燃料源によって生成される熱を光ファイバに加えることによって、約５００℃から約２０００℃の温度に光ファイバを加熱する工程を含む、光ファイバのモード・フィールド径を拡大するための方法に関する。光ファイバは分散補償ファイバであることが好ましい。この実施形態のある態様では、有機燃料源によって生成された熱を、光ファイバの内部に加える。第２の工程では、光ファイバを、加熱領域で劈開し、それによって低スプライス損失でスプライシングされるように適合した拡大されたモード・フィールド径を有する端部を持つ光ファイバが得られる。

以上、本発明を、ある好ましい実施形態および変形形態を参照してかなり詳細に説明してきたが、他の変形形態および実施形態が本発明の範囲内で可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書において明白に開示された変形形態および実施形態の説明に限定されるべきでない。

本発明の方法を実行するのに適切な装置に関する図である。本発明の方法を実行するのに適切な装置に関する図である。本発明の方法を実行するのに適切な装置に関する図である。

Claims

光ファイバの端部を約５００℃から約２０００℃の温度に加熱する工程を含む、前記光ファイバのモード・フィールド径を拡大するための方法。
前記光ファイバが分散補償ファイバである、請求項１に記載の方法。
前記ファイバが約１分から約４０分の時間加熱される、請求項１に記載の方法。
前記ファイバが約１０分から約３０分の時間加熱される、請求項１に記載の方法。
前記ファイバが、より大きいモード・フィールド径を有する第２の光ファイバに、約０．０５デシベルから約０．３デシベルまでのスプライス損失で、スプライシングされるように適合された、請求項１に記載の方法。
前記ファイバが約１ｍｍから約６ｍｍまでの断熱テーパを有する、請求項１に記載の方法。
前記光ファイバの前記端部を加熱する工程が、有機液体を含む燃料源によって生成される熱を加える工程を含む、請求項１に記載の方法。
前記有機液体がアルコールを含む、請求項７に記載の方法。
前記有機液体が、６個以下の炭素からなり、しかも１個のみの水酸基を有するアルコールを含む、請求項７に記載の方法。
前記有機液体がメタノールを含む、請求項７に記載の方法。
より小さいモード・フィールド径を有する第１の光ファイバを、より大きいモード・フィールド径を有する第２の光ファイバにスプライシングする方法であって、
（ａ）前記より小さいモード・フィールド径を有する前記第１の光ファイバの端部を、約５００℃から約２０００℃の温度に加熱して、モード・フィールドを拡大する工程と、
（ｂ）前記拡大されたモード・フィールドのファイバの端部と前記より大きいモード・フィールド径を有する前記第２の光ファイバの端部と当接する工程とを含む、方法。
前記より小さいモード・フィールド径を有する前記第１の光ファイバが分散補償ファイバである、請求項１１に記載の方法。
前記ファイバが約１分から約４０分の時間加熱される、請求項１１に記載の方法。
前記ファイバが約１０から約３０分の時間加熱される、請求項１１に記載の方法。
前記ファイバが、より大きいモード・フィールド径を有する第２の光ファイバに、約０．０５デシベルから約０．３デシベルまでのスプライス損失でスプライシングされるように適合された、請求項１１に記載の方法。
前記ファイバが約１ｍｍから約６ｍｍまでの断熱テーパを有する、請求項１１に記載の方法。
前記光ファイバの前記端部を加熱する工程が有機液体を含む燃料源によって生成される熱を加える工程を含む、請求項１１に記載の方法。
前記有機液体がアルコールを含む、請求項１７に記載の方法。
前記有機液体が、６個以下の炭素からなり、しかも１個のみの水酸基を有するアルコールを含む、請求項１７に記載の方法。
前記有機液体がメタノールを含む、請求項１７に記載の方法。
前記光ファイバに有機液体を含む燃料源によって生成される熱を加えることによって、前記光ファイバを約５００℃から約２０００℃の温度に加熱する工程を含む、光ファイバの前記モード・フィールド径を拡大するための方法。
前記光ファイバが分散補償ファイバである、請求項２１に記載の方法。
前記ファイバが約１分から約４０分の時間加熱される、請求項２１に記載の方法。
前記ファイバが約１０分から約３０分の時間加熱される、請求項２１に記載の方法。
前記有機液体がアルコールを含む、請求項２１に記載の方法。
前記有機液体が、６個以下の炭素からなり、しかも１個のみの水酸基を有するアルコールを含む、請求項２１に記載の方法。
前記有機液体がメタノールを含む、請求項２１に記載の方法。