JP2007272053A - 空孔付光ファイバの端部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＡＣＦ等の空孔付光ファイバに、同径または異径の光ファイバを融着接続することにより、空孔を封止する空孔付光ファイバの端部構造を提供する。
【解決手段】 ＡＣＦ２０ａの先端とＡＣＦ２０ｂの先端とを融着して接続する。これにより、加熱された先端部分のエアクラッド２３ａ、２３ｂの空孔が溶融により潰される。最後に、一体化されているＡＣＦ２０ａの封止部２４ａとＡＣＦ２０ｂの封止部２４ｂとを切断して、ＡＣＦ２０ａとＡＣＦ２０ｂの端部が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コアとコアを取り囲むクラッドとを有し、クラッドに、軸心方向に伸びた複数の空孔を有する空孔付光ファイバの端部構造に関する。特に、エアクラッドファイバの端部構造に関する。

近年、フォトニック結晶構造をクラッドに設けたフォトニック結晶ファイバが、従来の光ファイバでは実現し得ない全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。このフォトニック結晶ファイバの一種であるエアクラッドファイバ（ＡＣＦ）は、空孔によって形成されたリング状のクラッド（以下、エアクラッドと呼ぶ）がコアを囲み、コアとエアクラッドの間に大きな屈折率の変化をもたらす構造になっている。

図５は、ＡＣＦの一例を示す図であり、図５（ａ）は、軸心方向に平行な縦断面図を示し、図５（ｂ）は、軸心方向に垂直な横断面図を示す。図５に示すように、ＡＣＦ５０は、シングルモードコア（ＳＭコア）５１をマルチモードコア（ＭＭコア）５２が囲み、更に、軸心方向へ延びた空孔から構成されるエアクラッド５３が、ＭＭコア５２を囲む構造になっている。

上述したようなＡＣＦは、大容量伝送を可能にするＷＤＭ伝送システムにおいて、例えば、光信号の増幅装置への利用が検討されている。図６は、ＡＣＦ５０を利用した光信号の増幅装置の一例である。図６に示すように、光信号の増幅装置６０は、光ファイバ６１より入力された光信号Ｓを、光ファイバ６２より入力された励起光Ｐと、ＷＤＭフィルタモジュール６３により合波され、光ファイバ６４から出力させる。この光ファイバ６４としてＡＣＦが利用される。このとき、ＳＭコア５１は光信号Ｓの導波路として、ＭＭコア５２は励起光Ｐの導波路として機能する。

また、フォトニック結晶ファイバの一種であるホーリーファイバでは、光ファイバの端部において、空孔を封止する方法が提案されている。特許文献１では、ガラス粉末を空孔に挿入した後、光ファイバの端部を過熱して、挿入したガラス粉末を溶融させることによって、ホーリーファイバの空孔を封止する方法が提案されている。また、特許文献２では、ホーリーファイバにシングルモード光ファイバを接続することにより、コネクタ端面で空孔が露出することのない光ファイバ用コネクタが提案されている。
特開２００５−２４８４２号公報 特開２００５−２４８４７号公報

上述したように、ホーリーファイバの端部において、空孔を封止する方法が提案されているが、ＡＣＦの端部において、空孔を封止する方法は提案されていない。従って、ＡＣＦにおいて、ＡＣＦの先端面を未処理のままにしておいたとき、エアクラッドの空孔に、異物、水分等が浸入することにより、ＡＣＦの光損失が増大するという問題点があった。

また、ＡＣＦを様々な光学部品に使用するとき、ＡＣＦの先端の研磨等の加工処理が必要であるが、この加工処理においても、エアクラッドの空孔に、異物等が浸入してしまうという問題点があった。また、空孔を露出した状態で加工処理すると、ＡＣＦを破損してしまう可能性が増大するという問題点もあった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、ＡＣＦ等の空孔付光ファイバに、同径または異径の光ファイバを融着接続することにより、空孔を封止する空孔付光ファイバの端部構造を提供することを目的とする。

上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。

本発明の第１の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、コアと前記コアを取り囲むクラッドとを有し、当該クラッドに、軸心方向に伸びた複数の空孔を有する空孔付光ファイバの端部構造であって、前記空孔付光ファイバの端面部には、前記空孔を塞ぐ封止部を有し、前記封止部は、前記空孔付光ファイバの先端に、当該空孔付光ファイバの外径と同径または異径の光ファイバを融着接続して前記空孔を溶融封止させた部分を切断することによって形成されることを特徴とする。

これにより、空孔付光ファイバの端部から空孔内部に異物、水分等が入ることを防止することが可能である。従って、空孔内部への異物、水分等の侵入による、光ファイバの光損失を低減することが可能である。また、光ファイバの端面を加工するときに、空孔内部に異物、水分等が入ることを防止するともに、光ファイバの破損を防止することが可能である。

本発明の第２の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第１の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記光ファイバは、当該空孔付光ファイバを構成するガラスと同一成分のガラスによって構成されていることを特徴とする。

これにより、同一成分のガラスによって構成される光ファイバ同士を融着接続するので、溶融された封止部は歪が生じにくく、信頼性の優れたものとなる。

本発明の第３の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第1または第２の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記光ファイバは、コアを持たないコアレスファイバ、または前記空孔付光ファイバであることを特徴とする。

これにより、例えば、同じ種類の空孔付光ファイバを使用することにより、１回の融着・切断作業工程により、２本の光ファイバの端部の空孔封止作業を行うことから、空孔封止作業工程を削減することが可能である。

本発明の第４の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第３の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記コアレスファイバは、ビーム径拡大用のコアレスファイバであり、前記コアレスファイバの屈折率が、当該空孔付光ファイバの前記コアの屈折率と同じであることを特徴とする。

これにより、空孔付光ファイバに融着接続されたコアレスファイバの先端面におけるビーム径は、コアレスファイバと空孔付光ファイバとの界面におけるビーム径に比較して拡大される。従って、コアレスファイバの先端面における光パワー密度を低減させることが可能である。従って、光を平行化及び集光化させるためのハイパワー光伝送用のビーム変換装置に使用することが可能である。

本発明の第５の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第４の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記コアレスファイバが、ガラスロッドまたは石英ロッドであることを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第４または５の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記コアレスファイバの光の伝送方向の長さは、入力光の光パワーに基づいた所定の長さに斜め研磨または切断されており、端面に反射防止のためのＡＲコートを施していることを特徴とする。

これにより、空孔付光ファイバに入射される光パワーの大きい光であっても、コアレスファイバの先端面における光パワー密度を低減させることが可能である。

本発明の第７の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第１の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする。

本発明の第８の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第１の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記光ファイバは、エアクラッドファイバであることを特徴とする。

本発明の第９の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第１から８のいずれか１つの態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記空孔付光ファイバと前記光ファイバとの融着接続は、アーク放電、または、レーザ照射を利用して接続することを特徴とする。

これにより、融着接続による空孔付光ファイバ及び光ファイバの加熱長および加熱時間が短くなる。従って、融着される空孔付光ファイバ及び光ファイバのクラッド径の変化を防止することが出来る。

本発明の第１０の態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造は、本発明の第１から９のいずれか１つの態様にかかる空孔付光ファイバの端部構造において、前記空孔付光ファイバは、エアクラッドファイバであることを特徴する。

本発明によれば、空孔付光ファイバの端部から空孔内部に異物、水分等が入ることを防止することが可能である。従って、空孔内部への異物、水分等の侵入による、光ファイバの光損失を低減することが可能である。また、光ファイバの端面を加工するときに、空孔内部に異物、水分等が入ることを防止するともに、光ファイバの破損を防止することが可能である。

また、同一成分のガラスによって構成される光ファイバ同士を融着接続するので、溶融された封止部は歪が生じにくく、信頼性の優れたものとなる。また、例えば、同じ種類の空孔付光ファイバを使用することにより、１回の融着・切断作業工程により、２本の光ファイバの端部の空孔封止作業を行うことから、空孔封止作業工程を削減することが可能である。

また、空孔付光ファイバに融着接続されたコアレスファイバの先端面におけるビーム径は、コアレスファイバと空孔付光ファイバとの界面におけるビーム径に比較して拡大される。従って、コアレスファイバの先端面における光パワー密度を低減させることが可能である。従って、光を平行化及び集光化させるためのハイパワー光伝送用のビーム変換装置に使用することが可能である。

また、融着接続による空孔付光ファイバ及び光ファイバの加熱長および加熱時間が短くなる。従って、融着される空孔付光ファイバ及び光ファイバのクラッド径の変化を防止することが出来る。

この発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。

図１は、本発明に係る空孔付光ファイバの端部構造の一例を示す、軸心方向に平行な縦断面図である。以下、空孔付光ファイバとしてＡＣＦを例にあげて説明する。

図１に示すように、ＡＣＦ１０は、ＳＭコア１１をＭＭコア１２が囲み、更に、軸心方向へ延びた空孔から構成されるエアクラッド１３が、ＭＭコア１２を囲む構造になっている。また、ＡＣＦ１０の端部構造において、エアクラッド１３の先端部分の空孔が、封止部１４により封止されている。

次に、図１に示したＡＣＦの端部構造を実現するための端部作製方法について説明する。図２は、図１に示したＡＣＦの端部作製方法を説明するための図である。図２に示すように、構成するガラスが同一成分である２本のＡＣＦ２０ａ、２０ｂを用意して、ＡＣＦ２０ａの先端とＡＣＦ２０ｂの先端とを融着して接続する（図２（ａ）参照）。

融着接続は、アーク放電またはレーザ照射を利用した融着方法により行われる。例えば、アーク放電による融着方法は、ＡＣＦ２０ａとＡＣＦ２０ｂとの間隔をあけて設置し、アーク放電が開始されるとともに、ＡＣＦ２０ａとＡＣＦ２０ｂとを押し込み、アーク放電によりＡＣＦ２０ａ、２０ｂの先端を溶かして融着する方法である。アーク放電またはレーザ照射を利用した融着方法は、加熱長および加熱時間が短いため、融着される光ファイバのクラッド径の変化を防止することが出来る。

ＡＣＦ２０ａの先端とＡＣＦ２０ｂの先端とを融着することにより、加熱された先端部分のエアクラッド２３ａ、２３ｂの空孔が溶融により潰される（図２（ｂ）参照）。この潰された部分が、ＡＣＦ２０ａ、２０ｂの封止部２４ａ、２４ｂである。尚、ここでは、ＡＣＦ２０ａとＡＣＦ２０ｂとは接続されており、ＡＣＦ２０ａの封止部２４ａとＡＣＦ２０ｂの封止部２４ｂは一体化されている。

最後に、一体化されているＡＣＦ２０ａの封止部２４ａとＡＣＦ２０ｂの封止部２４ｂとを切断して、ＡＣＦ２０ａとＡＣＦ２０ｂの端部が形成される（図２（ｃ）参照）。

図３は、本発明に係る、光を平行化及び集光化させるためのハイパワー光伝送用のビーム変換装置に使用可能な空孔付光ファイバの端部構造の一例を示す軸心方向に平行な縦断面図である。図３に示すように、ＡＣＦ３０は、ＳＭコア３１をＭＭコア３２が囲み、更に、軸心方向へ延びた空孔から構成されるエアクラッド３３が、ＭＭコア３２を囲む構造になっている。

また、ＡＣＦ３０の端部構造において、エアクラッド３３の先端部分の空孔が、封止部３４により封止されている。また、ＡＣＦ３０の端面３０ａに、ビーム径拡大用のコアを持たないコアレスファイバ３５が融着にて接続されている。また、コアレスファイバ３５は、ＡＣＦ３０のコアＳＭコア３１と同じまたはそれに近い屈折率であるガラスロッドまたは石英ロッドである。

次に、図３に示したＡＣＦの端部構造を実現するための端部作製方法を説明する。図４は、図３に示したＡＣＦの端部作製方法を説明するための図である。図３に示したＡＣＦの端部作製方法は、図２に示した図１のＡＣＦの端部構造を実現するための端部作製方法と、概ね同じである。

図４に示すように、ＡＣＦ３０と、ビーム径拡大用のコアを持たないコアレスファイバ３５と、を用意して、ＡＣＦ３０の先端とコアレスファイバ３５の先端とを融着して接続する（図４（ａ）参照）。

ＡＣＦ３０の先端とコアレスファイバ３５の先端とを融着することにより、加熱された先端部分のエアクラッド３３の空孔が溶融により潰される（図４（ｂ）参照）。この潰された部分が、ＡＣＦ３０の封止部３４となる。また、この場合はコアレスファイバ３５も封止部として機能する。

次に、ＡＣＦ３０に融着接続されたコアレスファイバ３５の光の伝送方向の長さＬが、ＡＣＦ３０のビーム径及び光パワー密度に基づいて、ＡＣＦ３０に融着接続されたコアレスファイバ３５の先端面３６における光パワー密度が所定の範囲の値となるように、研磨または切断される（図４（ｃ）参照）。

最後に、ＡＣＦ３０に融着接続されたコアレスファイバ３５の先端面３６は、反射低減のために、所定の範囲の角度（例えば、８度）に、斜め研磨または切断され、更にＡＲコート等の反射防止用コーティング処理が施されることによって、光を平行化及び集光化させるためのハイパワー光伝送用のビーム変換装置に使用可能なＡＣＦ３０の端部構造が形成される（図４（ｄ）参照）。

上述の図１から図４では、ＡＣＦに融着接続される光ファイバの外径は、ＡＣＦと同径の場合を説明したが、ＡＣＦに融着接続される光ファイバの外径と、ＡＣＦの外径とが異なる場合であっても良い。

なお、ＡＣＦの先端に融着するファイバとしては、その先端を封止する機能を有するものとして、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）を用いることもできる。

また、上記実施形態において、ＡＣＦの先端に接続されたファイバを残さないように、すなわち、融着部を残さないように切断または研磨してもよい。たとえば、上記実施形態において、図４（ｂ）の封止部３４で切断することによって、ＡＣＦの先端を封止する機能を与えつつ、接続ロスの原因となる融着部を除去することができ、ＡＣＦの先端部において良好な光学特性を得ることができる。また、図２（ｂ）においては、封止部２４ａで切断しＡＣＦ２０ａ側を用いることによって、融着部を除去することができる。

また、上記の実施形態における封止部（図２（ｃ）のＡＣＦ２０（ａ）、２０（ｂ）の端部および図４の封止部３４）等の長さは、軸心方向におけるＳＭコアとＭＭコアのギャップとなる。その理由は、マルチモードクラッド（ＭＭクラッド）として機能するエアクラッドが溶融で潰されることによって、封止部ではその機能を失っているためである。すなわち、この長さを短くとることによって、ＳＭコアとＭＭコアに入射する光の両方に対して良好な結合特性を得ることができる。より具体的には、封止部の長さは０．２ｍｍ程度以下が望ましく、０．１ｍｍ以下にすれば、実質上ほとんど当該ギャップを考慮する必要がなく、かつ封止部の機能と両立することができる。

本発明に係る空孔付光ファイバの端部構造の一例を示す、軸心方向に平行な縦断面図である。 図１に示したＡＣＦの端部作製方法を説明するための図である。 本発明に係る、光を平行化及び集光化させるためのハイパワー光伝送用のビーム変換装置に使用可能な空孔付光ファイバの端部構造の一例を示す軸心方向に平行な縦断面図である。 図３に示したＡＣＦの端部作製方法を説明するための図である。 ＡＣＦの一例を示す図であり、図５（ａ）は、軸心方向に平行な縦断面図を示し、図５（ｂ）は、軸心方向に垂直な横断面図を示す。 ＡＣＦ５０を利用した光信号の増幅装置の一例である。

符号の説明

１０、２０ａ、２０ｂ、３０、５０ ＡＣＦ
１１、３１、５１ ＳＭコア
１２、３２、５２ ＭＭコア
１３、２３ａ、２３ｂ、３３、５３ エアクラッド
１４、２４ａ、２４ｂ、３４ 封止部
３５ コアレスファイバ
３６ コアレスファイバ３５の先端面
６０ 光信号の増幅装置
６１、６２、６４ 光ファイバ
６３ ＷＤＭフィルタモジュール

Claims (10)

1. コアと前記コアを取り囲むクラッドとを有し、当該クラッドに、軸心方向に伸びた複数の空孔を有する空孔付光ファイバの端部構造であって、
   前記空孔付光ファイバの端面部には、前記空孔を塞ぐ封止部を有し、
   前記封止部は、前記空孔付光ファイバの先端に、当該空孔付光ファイバの外径と同径または異径の光ファイバを融着接続して前記空孔を溶融封止させた部分を切断することによって形成されることを特徴とする空孔付光ファイバの端部構造。
2. 前記光ファイバは、当該空孔付光ファイバを構成するガラスと同一成分のガラスによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
3. 前記光ファイバは、コアを持たないコアレスファイバ、または前記空孔付光ファイバであることを特徴とする請求項1または２に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
4. 前記コアレスファイバは、ビーム径拡大用のコアレスファイバであり、
   前記コアレスファイバの屈折率が、当該空孔付光ファイバの前記コアの屈折率と同じであることを特徴とする請求項３に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
5. 前記コアレスファイバが、ガラスロッドまたは石英ロッドであることを特徴とする請求項４に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
6. 前記コアレスファイバの光の伝送方向の長さは、入力光の光パワーに基づいた所定の長さに斜め研磨または切断されており、端面に反射防止のためのARコートを施していることを特徴とする請求項４または５に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
7. 前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
8. 前記光ファイバは、エアクラッドファイバであることを特徴とする請求項１に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
9. 前記空孔付光ファイバと前記光ファイバとの融着接続は、アーク放電、または、レーザ照射を利用して接続することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
10. 前記空孔付光ファイバは、エアクラッドファイバであることを特徴する請求項１から９のいずれか１項に記載の空孔付光ファイバの端部構造。
    

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