JP2007025513A - 光ファイバ及びその接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続時における光の伝送モード形状のズレによる損失の発生が抑制される光ファイバを提供する。
【解決手段】 光ファイバ１０は、相対的に高屈折率なコア１１とコア１１を被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッド１２とを有し、クラッド１２に、各々、コア１１に沿って延びるように形成された複数の細孔１３がコア１１を囲うように配設されている。少なくとも一方のファイバ端部において、クラッド１２の複数の細孔１３のそれぞれは、閉塞材１４が充填されて閉塞されている。閉塞材１４は、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つクラッド１２の屈折率以下である材料で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対的に高屈折率なコアとそれを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドとを有し、クラッドに、各々、コアに沿って延びるように形成された複数の細孔がコアを囲うように配設された光ファイバ及びその接続方法に関する。

近年、ファイバ長さ方向に沿って細孔が形成された光ファイバが開発されている。

例えば、特許文献１には、中空コア部と、この中空コア部を取り囲むクラッド部とからなり、中空コア部の屈折率がクラッド部の屈折率よりも低くなっている光ファイバであって、中空コア部が両端面部において塞がれて封止部が形成されたものが開示されている。

特許文献２には、コア部とクラッド部とからなる通常一般の光ファイバと、中空コア部とクラッド部とからなり、クラッド部に軸方向に延びる複数の屈折率変化部が形成された光ファイバとを接続する場合、まず、後者の光ファイバの中空コア部における接続側端部に、クラッド部を形成する材質よりも高い屈折率を有する屈折率整合用物質のマッチングオイルを注入し、前者の光ファイバの一端側と後者の光ファイバにおけるマッチングオイルの注入側とをガラスパイプに挿入して接続することが開示されている。

特許文献３には、コアと、コアより屈折率が低くコアを覆うクラッドと、クラッドのコアの近傍にコア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形成された４つ以上の偶数本の空孔とを備えた光ファイバにおいて、空孔の内径が３μｍ以上１０μｍ以下の範囲内になるようにしたものが開示されている。
特開２００２−３２３６２５号公報 特開２００２−２３６２３４号公報 特開２００４−２２６５３９号公報

上記特許文献３に開示されている光ファイバは、クラッドに、各々、コアに沿って延びるように形成された複数の細孔がコアを囲うように一層配設されたものであり、このものは、コアを囲う細孔によりコアへの光の閉じ込め効果が高められ、従って、曲げ損失が極めて小さいという特性を有する。

ところが、このようなタイプの光ファイバでは、ファイバ横断面における光の伝送モード形状が円形にならない。例えば、ファイバ横断面において、コアを囲う６つの細孔が正六角形の頂点位置に配設された光ファイバでは、光の伝送モード形状が六角形となる。そのため、同種の光ファイバをコネクタやメカニカルスプライス等を用いて接続する場合、六角形の形状同士を完全に重ねることは困難であり、通常、図４に示すようにズレが生じてしまい損失が発生する。また、細孔を有する光ファイバと細孔を有さない光ファイバとを接続する場合においても、後者の光の伝送モード形状は円形であるので損失が発生することがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接続時における光の伝送モード形状のズレによる損失の発生が抑制される光ファイバ及びその接続方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明は、相対的に高屈折率なコアと、該コアを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドと、を有し、該クラッドに、各々、該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔が該コアを囲うように配設された光ファイバであって、
少なくとも一方のファイバ端部において、上記クラッドの複数の細孔のそれぞれは、閉塞材が充填されて閉塞されており、
上記閉塞材は、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つ上記クラッドの屈折率以下である材料で形成されている、或いは、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における上記クラッドの屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成されていることを特徴とする。

ここで、屈折率は、ＪＩＳ Ｋ ００６２にも記載されているアッベ屈折計により計測されるものをいう。また、閉塞材の屈折率のクラッドの屈折率に対する比は、同一条件で計測された屈折率の比である。

そして、接続側のファイバ端部の光の伝送モード形状が円形である光ファイバと接続するときには、接続前に、接続側のファイバ端部において、クラッドの複数の細孔のそれぞれに閉塞材を充填して閉塞して上記の光ファイバを構成すればよい。

本発明によれば、細孔に閉塞材が充填されたファイバ端部では、所定の使用条件下（所定温度及び所定信号光波長）において、クラッドと閉塞材との屈折率差が小さく、光の伝送モード形状に与える細孔の影響が縮小されて円形に近くなるので、同種の光ファイバを接続する場合でも、また、細孔を有さない光ファイバとを接続する場合でも、接続時における光の伝送モード形状のズレによる損失の発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び２は、本発明の実施形態に係る光ファイバ１０を示す。

この光ファイバ１０は、ファイバ中心をなす相対的に高屈折率なコア１１と、そのコア１１を被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッド１２とを有する。光ファイバ１０は、例えば、石英やアクリル樹脂等のプラスチックで形成されている。光ファイバ１０は、例えば、ファイバ径が８０〜２５０μｍで、典型的には１２５μｍであり、また、コア径が８〜２０μｍであり、さらに、例えば石英製の場合、コア１１の屈折率（計算値）が１．４４〜１．４６で、クラッド１２の屈折率が１．４３〜１．４５である。

光ファイバ１０は、コア１１が屈折率を高めるドーパントがドープされた材料で形成されている一方、クラッド１２がノンドープの材料で形成されていることにより、両者の屈折率差が構成されている。かかる屈折率を高めるドーパントとしては、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）を挙げるとことができる。コア１１には、その他に、例えば、すず（Ｓｎ）やアルミニウム（Ａｌ）がドープされていてもよい。なお、光ファイバ１０は、コア１１がノンドープの材料で形成されている一方、クラッド１２が屈折率を低めるドーパントがドープされた材料で形成されていることにより、両者の屈折率差が構成されているものであってもよい。かかる屈折率を低めるドーパントとしては、例えば、フッ素（Ｆ）を挙げるとことができる。

光ファイバ１０は、クラッド１２に、各々、コア１１に沿って延びるように形成された複数の細孔１３がコア１１を囲うように且つ対称となるように配設されている。細孔１３は、例えば、個数が、図１に示すように６個の他、４個、５個、７個、或いはそれ以上であってもよく、また、層数が、図１に示すように１層の他、２層、或いはそれ以上であってもよい。各細孔１３は、例えば、孔径が１〜２０μｍ、好ましくは、１１〜２０μｍである。この光ファイバ１０では、このように、クラッド１２に複数の細孔１３がコア１１を囲うように配設されているので、コア１１への光の閉じ込め効果が高められ、そのために曲げ損失が極めて小さい。

そして、光ファイバ１０の両ファイバ端部のそれぞれにおいて、クラッド１２の複数の細孔１３のそれぞれは、閉塞材１４が充填されて閉塞されている。

閉塞材１４は、紫外線硬化型樹脂などの光硬化型樹脂材料やエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの熱硬化型樹脂材料等で形成されている。もちろん、その他の熱可塑性樹脂材料で形成されていてもよい。閉塞材１４を形成する材料は、屈折率が温度依存性及び波長依存性を有するが、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つクラッド１２の屈折率以下である。なお、例えば、純粋石英のクラッド１２は、その屈折率が１．４５である。

但し、実用性からは、閉塞材１４を形成する材料は、−１０〜＋４０℃の温度域での波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つ上記クラッド１２の屈折率以下であることが好ましい。

或いは、閉塞材１４は、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度におけるクラッド１２の屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成されていてもよい。ここで、屈折率は、光の波長が５８９ｎｍ（ナトリウムスペクトルのＤ線）のものであっても、１３１０ｎｍのものであっても、１５５０ｎｍのものであっても、１６５０ｎｍのものであっても、その他の波長のものであってもよい。なお、光の波長が５８９ｎｍであれば、ＪＩＳ Ｋ ００６２に従って計測される屈折率である。

但し、実用性からは、閉塞材１４を形成する材料は、−１０〜＋４０℃の温度域でのクラッド１２の屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００であることが好ましい。

閉塞材１４は、充填長が長すぎると細孔１３による光の閉じ込め効果が損なわれるので、充填長が１０ｍｍ以下であることが好ましい。

このような光ファイバ１０は、例えば、外周に紫外線硬化型樹脂層の単層、或いは、シリコン樹脂層及びナイロン樹脂層の複層からなる被覆層が設けられ、それに高強度繊維が添えられて押出成形により外周にシースが成形されて光ファイバコードに構成される。

以上の構成の光ファイバ１０によれば、細孔１３に閉塞材１４が充填されたファイバ端部では、所定の使用条件下（所定温度及び所定信号光波長）において、クラッド１２と閉塞材１４との屈折率差が小さく、光の伝送モード形状に与える細孔１３の影響が縮小されて円形に近くなるので、同種の光ファイバを接続する場合でも、また、細孔を有さない光ファイバとを接続する場合でも、接続時における光の伝送モード形状のズレによる損失の発生を抑制することができる。

ここで、閉塞材１４を形成する材料の−２０〜＋６０℃のいずれの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率も１．３４よりも小さく、又は、クラッド１２の屈折率よりも大きく、且つ、−２０〜＋６０℃のいずれの温度におけるクラッド１２の屈折率に対する屈折率の比も０．９２よりも小さく、又は、１．００よりも大きいと、クラッド１２と閉塞材１４との屈折率差が小さい状態を得ることができない。

従って、相対的に高屈折率なコア１１とコア１１を被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッド１２とを有し、クラッド１２に、各々、コア１１に沿って延びるように形成された複数の細孔１３がコア１１を囲うように配設された第１の光ファイバ１０と、接続側のファイバ端部の光の伝送モード形状が円形である第２の光ファイバとを接続する場合、接続前に、第１の光ファイバ１０の接続側のファイバ端部のクラッド１２の複数の細孔１３のそれぞれに、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つクラッド１２の屈折率以下である材料で形成された閉塞材１４、或いは、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度におけるクラッド１２の屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成された閉塞材１４を充填して閉塞し、それによって上記のように細孔１３が閉塞された光ファイバ１０を構成すればよい。

なお、これらの光ファイバの接続には、コネクタやメカニカルスプライスを用いればよい。

（試験評価１）
＜試験評価用光ファイバ＞
コアにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされ、クラッドにコアを囲う６つの細孔が配設されたファイバ径１２５μｍの石英製の光ファイバであって、両方のファイバ端部のそれぞれにおいて、細孔に屈折率１．３８の紫外線硬化型樹脂の閉塞材が充填されて閉塞され、その充填長が１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ及び１０ｍｍであるものを発明例としてそれぞれ準備した。ここで、屈折率は、ＪＩＳ Ｋ ００６２に従って計測されたものである。

＜試験評価方法＞
発明例の各光ファイバについて、一端を接続端として、コアにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた細孔のない石英製のシングルモード光ファイバをコネクタを用いて接続し、波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの信号光を細孔のない光ファイバに入射して細孔のある光ファイバから出射させ、入射光の強度と出射光の強度とから損失を計算した。また、各光ファイバの他端を接続端として、同様に損失を計算した。

＜試験評価結果＞
図３は、閉塞材の充填長と損失との関係を示す。なお、損失は、光ファイバの一端及び他端のそれぞれを接続端としたときの平均値である。

図３によれば、発明例は損失が極めて小さいということが分かる。これは、発明例では、細孔に閉塞材が充填されたファイバ端部で、クラッドと閉塞材との屈折率差が小さく、光の伝送モード形状に与える細孔の影響が縮小されて円形に近くなるためであると考えられる。

また、波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍのいずれの信号光の場合も、閉塞材の充填長が１０ｍｍまでの範囲であれば、損失に大差がないことが分かる。これより、閉塞材の未充填部分と充填部分との間でモード変換が起こって損失を生じるものの、損失は、モード変換後の距離、つまり、閉塞材の充填長には影響されないものと考えられる。但し、閉塞材の充填長が長すぎると、細孔によるコアへの光の閉じ込め効果が損なわれることとなるので、本試験評価の結果から判断すれば、充填長を１０ｍｍ以下とする限りは問題がないと考えられる。

（試験評価２）
＜試験評価光ファイバ＞
コアにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされ、クラッドにコアを囲う６つの細孔が配設されたファイバ径１２５μｍの石英製の光ファイバであって、両方のファイバ端部のそれぞれにおいて、細孔に屈折率１．３８（クラッドの屈折率に対する比０．９５）の紫外線硬化型樹脂の閉塞材が充填されて閉塞され、その充填長が３ｍｍであるものを発明例として９本準備した。

また、コアにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされ、クラッドにコアを囲う６つの細孔が配設されたファイバ径１２５μｍの石英製の光ファイバを比較例として２本準備した。

さらに、コアにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英製のシングルモード光ファイバを参考例として２本準備した。

＜試験評価方法＞
発明例、比較例及び参考例の各光ファイバについて、波長１３１０ｎｍの信号光を伝送させたときの光の伝送モード形状の長径（最大外径）及び短径（最小外径）を測定し、長径から短径を減じてそれを長径で除した非円率を計算した。また、発明例については、参考例に対する短径比及び長径比を算出した。なお、測定は、発明例については、各光ファイバの両端で、比較例及び参考例については、各光ファイバの一方端で行った。

＜試験評価結果＞
表１は、発明例、比較例及び参考例のそれぞれについての長径、短径及び非円率、発明例については、さらに短径比及び長径比の結果を示す。なお、発明例は、９本の光ファイバのそれぞれの結果とそれらの平均とを示す。

表１によれば、発明例の非円率は、最大のものであっても比較例の非円率に比べて小さい、つまり、円形に近いことが分かる。これは、クラッドと閉塞材との屈折率差が小さく、光の伝送モード形状に与える細孔の影響が縮小されて円形に近くなるためであると考えられる。

本発明は、相対的に高屈折率なコアとそれを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドとを有し、クラッドに、各々、コアに沿って延びるように形成された複数の細孔がコアを囲うように配設された光ファイバ及びその接続方法について有用である。

本発明の実施形態に係る光ファイバの斜視図である。 図１におけるII-II断面図である。 閉塞材の充填長と損失との関係を示すグラフである。 従来の光ファイバ接続時の光の伝送モード形状の重なり状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 光ファイバ
１１ コア
１２ クラッド
１３ 細孔
１４ 閉塞材

Claims (8)

1. 相対的に高屈折率なコアと、該コアを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドと、を有し、該クラッドに、各々、該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔が該コアを囲うように配設された光ファイバであって、
   少なくとも一方のファイバ端部において、上記クラッドの複数の細孔のそれぞれは、閉塞材が充填されて閉塞されており、
   上記閉塞材は、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つ上記クラッドの屈折率以下である材料で形成されていることを特徴とする光ファイバ。
2. 請求項１に記載された光ファイバにおいて、
   上記閉塞材は、−１０〜＋４０℃の温度域での波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つ上記クラッドの屈折率以下である材料で形成されていることを特徴とする光ファイバ。
3. 相対的に高屈折率なコアと、該コアを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドと、を有し、該クラッドに、各々、該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔が該コアを囲うように配設された光ファイバであって、
   少なくとも一方のファイバ端部において、上記クラッドの複数の細孔のそれぞれは、閉塞材が充填されて閉塞されており、
   上記閉塞材は、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における上記クラッドの屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成されていることを特徴とする光ファイバ。
4. 請求項３に記載された光ファイバにおいて、
   上記閉塞材は、−１０〜＋４０℃の温度域での上記クラッドの屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成されていることを特徴とする光ファイバ。
5. 請求項１又は３に記載された光ファイバにおいて、
   上記閉塞材の充填長が１０ｍｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
6. 相対的に高屈折率なコアと、該コアを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドと、を有し、該クラッドに、各々、該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔が該コアを囲うように配設された第１の光ファイバと、接続側のファイバ端部の光の伝送モード形状が円形である第２の光ファイバと、を接続する方法であって、
   接続前に、第１の光ファイバの接続側のファイバ端部において、クラッドの複数の細孔のそれぞれに、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における波長１３１０ｎｍの光に対する屈折率が１．３４以上で且つ上記クラッドの屈折率以下である材料で形成された閉塞材を充填して閉塞することを特徴とする光ファイバ接続方法。
7. 相対的に高屈折率なコアと、該コアを被覆するように設けられた相対的に低屈折率なクラッドと、を有し、該クラッドに、各々、該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔が該コアを囲うように配設された第１の光ファイバ、接続側のファイバ端部の光の伝送モード形状が円形である第２の光ファイバと、を接続する方法であって、
   接続前に、第１の光ファイバの接続側のファイバ端部において、クラッドの複数の細孔のそれぞれに、−２０〜＋６０℃のいずれかの温度における上記クラッドの屈折率に対する屈折率の比が０．９２〜１．００である材料で形成された閉塞材を充填して閉塞することを特徴とする光ファイバ接続方法。
8. 請求項６又は７に記載された光ファイバ接続方法において、
   上記第１の光ファイバと上記第２の光ファイバとをコネクタ接続することを特徴とする光ファイバ接続方法。

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