JP2009031559A

JP2009031559A - 光ファイバの接続方法

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Publication number: JP2009031559A
Application number: JP2007195844A
Authority: JP
Inventors: Masaki Wake; 正樹和氣; Toshio Kurashima; 利雄倉嶋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを自己形成光導波路技術により接続する場合において、光硬化性樹脂の硬化前後の屈折率の微細な調整や硬化用の光の複雑な制御を必要とすることなく、径が均一で直線状の自己形成光導波路を形成する。
【解決手段】ＳＭＦ１，２を、各ＳＭＦ１，２の一端同士の間に光硬化性樹脂４を充填し、当該光硬化性樹脂４の硬化開始波長に対応する波長の光をＳＭＦ１の一端から該光硬化性樹脂４中に入射して各ＳＭＦ１，２の一端同士の間に光導波路７を形成することにより接続する際、前記硬化開始波長光を発生する光源５とＳＭＦ１の他端との間にＳＳＭＦもしくはＭＦ６を介在させ、光硬化性樹脂４中に入射する光として前記硬化開始波長における高次モード成分を除去した光を用いることにより、均一径の導波路形成を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品との接続方法、特に自己形成光導波路を用いた接続方法に関するものである。

近年、光ファイバ同士もしくは光ファイバと平面光波回路（ＰＬＣ）等の光部品との接続を行う技術として、自己形成光導波路を用いた接続技術が各所で研究されている。これは、従来の融着やＶ溝を用いた接続技術とは異なり、接続しようとする各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間（間隙）に光硬化性樹脂を充填し、当該光硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光を少なくとも一方の光ファイバの一端から該光硬化性樹脂中に入射して前記各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間に自己形成光導波路（コア部）を形成し、必要に応じて硬化後の屈折率がより小さい別の光硬化性樹脂によるクラッド部を形成することによって、低損失な接続を実現する技術である。

ここで、従来の自己形成光導波路を用いた接続技術において、コア部の形成に用いる光の光強度については特段規定されていない、あるいは入射開始から形成終了まで一定とするものであった（特許文献１参照）。
特許第３４４４３５２号公報

しかし、１．３μｍ帯零分散単一モードファイバ（ＳＭＦ）等の細径なコアを有する光ファイバを自己形成光導波路により接続する場合、使用する光硬化性樹脂の硬化前後の屈折率の差の値によって、形成される自己形成光導波路の形状が径の均一な直線状にならないことが知られている。

主な理由として、自己形成光導波路接続を行う場合、コア部形成にＵＶ〜５３０ｎｍ帯付近の短波長域の光を用いるが、この波長域はＳＭＦのカットオフ波長以下であるため、光硬化性樹脂中に入射する光として、基本モード以外の高次モードの光も含まれてしまうことが挙げられる。通常のＳＭＦ（ＩＴＵ−ＴＧ．６５２）において、λ＝４０６ｎｍの短波長光を導波した場合、ＬＰ₀₁〜ＬＰ₅₁までの合計１０個の高次モードが発生する。

これらの高次モードの光は基本モードの光よりもビーム拡がり角が大きいため、そのままでは形成される自己形成光導波路がテーパ状になってしまう。径が均一で直線状の自己形成光導波路を形成するには光硬化性樹脂の硬化前後の屈折率の変化量を大きくして、自己形成光導波路の径の拡大を防ぐ必要があるが、光硬化性樹脂の屈折率の微細な調整は困難であるという問題があった。

このように、形成される自己形成光導波路に変形が発生し、径が均一の直線状にならない場合、接続損失が大きくなり、良好な接続状態を維持することができなくなる。その他、自己形成光導波路のＭＦＤ（ＭｏｄｅＦｉｅｌｄＤｉａｍｅｔｅｒ：モードフィールド径）と光ファイバのＭＦＤとのミスマッチによる結合損失や自己形成光導波路の変形による軸ずれ等に起因する接続損失がそれぞれ発生することになる。

前述のように、従来はこれらを低減させるため、光硬化性樹脂の硬化前後における屈折率を調整する等の、自己形成光導波路がテーパ状にならないようにするための樹脂配合を行い、硬化収縮が急激に発生しないように自己形成光導波路の形成を行ってきた。しかし、これらの方法では樹脂配合に手間と費用が余分に掛かり、硬化用の光の制御も複雑となり、自己形成光導波路の形成に関しても時間を要していた。

本発明の目的は、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを自己形成光導波路技術により接続しようとする場合において、光硬化性樹脂の硬化前後の屈折率の微細な調整や硬化用の光の複雑な制御を必要とすることなく、径が均一で直線状の自己形成光導波路を形成できる接続方法を提供することにある。

本発明では前述した課題を解決するために、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを自己形成光導波路技術により接続する際、光硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光を発生する光源と接続しようとする光ファイバの他端との間に高次モード除去手段を介在させ、光硬化性樹脂中に入射する光として前記硬化開始波長における高次モード成分を除去した光を用いることを特徴とする。

ここで、高次モード除去手段としては、実効カットオフ波長が前記硬化開始波長よりも低い短波長単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）、もしくは前記硬化開始波長における高次モードを除去するモードフィルタ（ＭＦ）を用いることができる。

本発明によれば、光硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光をＳＳＭＦもしくはＭＦに導波させた後、光硬化性樹脂中に入射することで、従来に比べて長さ方向に均一な径を有する導波路を容易に作成することが可能となる。

その理由として、高次モードを含む光は、高次モードの影響によりＭＦＤに歪みが生じ、かつＭＦＤも大きくなるが、このような光を図１（ａ）に示すように光硬化性樹脂の硬化しきい値を超える光強度で光硬化性樹脂中に入射すると、高次モードを含んだＭＦＤにより、図１（ｂ）に示すようなテーパ状の自己形成光導波路（コア部）が形成される。

この際、テーパ化の度合いは入射光の光強度に依存する。ＳＭＦにλ＝４０６ｎｍの短波長光を導波して光導波路（コア部）を形成した場合の、出射端付近及び導波路長１００μｍ付近における導波路径の光強度に対する変化の測定結果を図２に示す。図２より、入射光強度を大きくすればするほど、出射端付近及び導波路長１００μｍ付近における導波路径の差、即ちテーパ度が増していることが分かる。

一方、基本モードのみを含む光を、図３（ａ）に示すように光硬化性樹脂の硬化しきい値を超える光強度で光硬化性樹脂中に入射すると、図３（ｂ）に示すような基本モードのＭＦＤに応じた直径２ｄで長手方向に均一な自己形成光導波路（コア部）が形成される。λ＝４０６ｎｍの短波長光をＳＳＭＦに導波させた後、ＳＭＦに導波して光導波路（コア部）を形成した場合の、出射端付近及び導波路長１００μｍ付近における導波路径の光強度に対する変化の測定結果を図４に示す。図４より、入射光強度を大きくしても、テーパ化を抑えたまま導波路径を拡大できることが分かる。

以上により、光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを自己形成光導波路技術により接続しようとする場合において、ＳＳＭＦもしくはＭＦを用いることで、光硬化性樹脂の硬化前後の屈折率の微細な調整や硬化用の光の複雑な制御を必要とすることなく、径が均一で直線状の自己形成光導波路を形成でき、従来よりも容易に低損失な接続を行うことが可能となる。

＜実施の形態１＞
図５は本発明の光ファイバの接続方法の実施の形態１、ここでは光ファイバ同士を接続する場合の例を示すもので、図中、１，２，３は光ファイバ、４は光硬化性樹脂、５は光源、６は高次モード除去手段である。

光ファイバ１，２は互いに接続しようとしている光ファイバ、光ファイバ３は光源５と高次モード除去手段６とを接続するための光ファイバであり、ここではいずれもシングルモードファイバ（ＳＭＦ）である。

光硬化性樹脂４は、自己形成光導波路を形成するための光硬化性樹脂（を含む溶液）である。光源５は、光硬化性樹脂２が硬化反応を開始する波長の光、ここではＵＶ〜５３０ｎｍ帯付近の短波長域の光を発生する。

高次モード除去手段６は、硬化開始波長における高次モード成分を除去するためのもので、例えば実効カットオフ波長が光硬化性樹脂４の硬化開始波長よりも低い短波長単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）、もしくは前記硬化開始波長における高次モードを除去するモードフィルタ（ＭＦ）である。

以下、本実施の形態における光ファイバ同士の接続工程を説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、各ＳＭＦ１，２を、それぞれの接続すべき一端が所定の間隙を隔てて略対向するように配置するとともに、ＳＭＦ１，２の少なくとも一方、ここではＳＭＦ１の他端に光源５を、当該光源５との間にＳＳＭＦもしくはＭＦ６を介在させて（本例ではＳＳＭＦもしくはＭＦ６と光源５との間にＳＭＦ３を介して）接続する。

なお、各ＳＭＦ１，２は図示しない保持手段、例えばＶ溝を有する支持台とこの台にファイバを固定する押さえ板からなる保持手段により保持され、前述した配置関係は接続作業の終了時まで維持されるものとする。また、前述した各ファイバ間の中心軸の関係は、接続すべき一端付近において保たれていれば良く、各ファイバの全長の全てにおいてそのような関係にあることを必要とするものでないことは言うまでもない。

次に、ＳＭＦ１，２の一端同士の端面間に光硬化性樹脂４を充填し、光源５を動作させると、該光源５で発生し、ＳＳＭＦもしくはＭＦ６で高次モード成分が除去された光がＳＭＦ１の他端に入射され、さらにＳＭＦ１を伝搬してその一端から光硬化性樹脂４中に入射され、これによって光硬化性樹脂４が反応して硬化し、図５（ｂ）に示すように、ＳＭＦ１，２の端面間に光導波路（コア部）７が形成される。この時、光源５の光強度を調節することで、所望の導波路径を実現することができる。

なお、各ＳＭＦ１，２の端面間に光硬化性樹脂４を充填する具体的な方法としては、例えば、前述した保持手段を構成する支持台のＳＭＦ１，２の一端同士が対向する位置に液溜め用の陥没部を設けておき、該陥没部に光硬化性樹脂４を滴下すれば良い。

また、クラッド部の形成が必要な場合は、光硬化性樹脂４に、該光硬化性樹脂４とは硬化開始波長もしくは硬化に要する時間が異なり、かつ硬化後の屈折率が該光硬化性樹脂４の硬化後の屈折率より低い別の光硬化性樹脂を混合しておき、ＳＭＦ１，２の端面間にコア部７が確実に形成されていることを確認した後、ＳＭＦ１，２の一端同士の間の、既に形成された導波路部分にクラッド部形成用の別の光源からの光を照射し、硬化させれば良い。

このように、コア形成時にＳＳＭＦもしくはＭＦを用いて硬化開始波長光から高次モードを除去することによって均一径の導波路形成を行い、光ファイバ間においてテーパ化を抑えた均一径の導波路で接続することができる。

＜実施の形態２＞
図６は本発明の光ファイバの接続方法の実施の形態２、ここでは光ファイバと光部品とを接続する場合の例を示すもので、図中、実施の形態１と同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、１，３はＳＭＦ、４は光硬化性樹脂、５は光源、６はＳＳＭＦもしくはＭＦ、８は光部品である。

光部品８は、ＳＭＦ１と接続しようとしている光部品、例えば石英系平面光波回路（ＰＬＣ）である。

以下、本実施の形態における光ファイバと光部品との接続工程を説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ＳＭＦ１及び光部品８を、ＳＭＦ１の一端と光部品８の接続すべき一端とが所定の間隙を隔てて略対向するように配置するとともに、ＳＭＦ１の他端に光源５を、当該光源５との間にＳＳＭＦもしくはＭＦ６を介在させて（本例ではＳＳＭＦもしくはＭＦ６と光源５との間にＳＭＦ３を介して）接続する。

なお、ＳＭＦ１及び光部品８は図示しない保持手段、例えばＶ溝及び光部品に適合した溝を有する支持台とこの台にファイバ及び光部品を固定する押さえ板からなる保持手段により保持され、前述した配置関係は接続作業の終了時まで維持されるものとする。また、前述した光ファイバ及び光部品間の中心軸の関係は、接続すべき一端付近において保たれていれば良く、光ファイバの全長の全てにおいてそのような関係にあることを必要とするものでないことは言うまでもない。

次に、ＳＭＦ１と光部品８との端面間に光硬化性樹脂４を充填し、光源５を動作させると、該光源５で発生し、ＳＳＭＦもしくはＭＦ６で高次モード成分が除去された光がＳＭＦ１の他端に入射され、さらにＳＭＦ１を伝搬してその一端から光硬化性樹脂４中に入射され、これによって光硬化性樹脂４が反応して硬化し、図６（ｂ）に示すように、ＳＭＦ１と光部品８との端面間に光導波路（コア部）７が形成される。この時、光源５の光強度を調節することで、所望の導波路径を実現することができる。

なお、ＳＭＦ１と光部品８との端面間に光硬化性樹脂４を充填する具体的な方法としては、例えば、前述した保持手段を構成する支持台のＳＭＦ１及び光部品８の一端同士が対向する位置に液溜め用の陥没部を設けておき、該陥没部に光硬化性樹脂４を滴下すれば良い。

また、クラッド部の形成が必要な場合は、光硬化性樹脂４に、該光硬化性樹脂４とは硬化開始波長もしくは硬化に要する時間が異なり、かつ硬化後の屈折率が該光硬化性樹脂４の硬化後の屈折率より低い別の光硬化性樹脂を混合しておき、ＳＭＦ１と光部品８との端面間にコア部７が確実に形成されていることを確認した後、ＳＭＦ１と光部品８との一端同士の間の、既に形成された導波路部分にクラッド部形成用の別の光源からの光を照射し、硬化させれば良い。

このように、コア形成時にＳＳＭＦもしくはＭＦを用いて硬化開始波長光から高次モードを除去することによって均一径の導波路形成を行い、光ファイバと光部品との間においてテーパ化を抑えた均一径の導波路で接続することができる。

なお、実施の形態１，２において、ＳＭＦ１の長さが一定以上になると、ＳＳＭＦもしくはＭＦ６によって除去された高次モードが再び生じてしまうため、ＳＭＦ１の長さについては通常、数１０ｍ以下が好ましい（ＳＭＦ２，３の長さについては特に制限はない。）。また、光源５とＳＳＭＦもしくはＭＦ６とを直接接続可能であれば、ＳＭＦ３については省略しても良い。

従来技術における硬化光の光強度と形成光導波路の径との関係を示す図従来技術における出射端付近及び導波路長１００μｍ付近における導波路径の光強度に対する変化の測定結果を示す図本発明における硬化光の光強度と形成光導波路の径との関係を示す図本発明における出射端付近及び導波路長１００μｍ付近における導波路径の光強度に対する変化の測定結果を示す図本発明の光ファイバの接続方法の実施の形態１を示す構成図本発明の光ファイバの接続方法の実施の形態２を示す構成図

符号の説明

１，２，３：シングルモードファイバ（ＳＭＦ）、４：光硬化性樹脂、５：光源、６：短波長単一モードファイバ（ＳＳＭＦ）もしくはモードフィルタ（ＭＦ）、７：コア部（光導波路）、８：光部品。

Claims

光ファイバ同士もしくは光ファイバと光部品とを、各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間に光硬化性樹脂を充填し、当該光硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光を少なくとも一方の光ファイバの一端から該光硬化性樹脂中に入射して前記各光ファイバの一端同士の間もしくは光ファイバの一端と光部品との間に自己形成光導波路を形成することにより接続する方法において、
光硬化性樹脂の硬化開始波長に対応する波長の光を発生する光源と前記接続しようとする光ファイバの他端との間に高次モード除去手段を介在させ、前記光硬化性樹脂中に入射する光として前記硬化開始波長における高次モード成分を除去した光を用いる
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
請求項１記載の光ファイバの接続方法において、
前記高次モード除去手段として、実効カットオフ波長が前記硬化開始波長よりも低い短波長単一モードファイバを用いた
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
請求項１記載の光ファイバの接続方法において、
前記高次モード除去手段として、前記硬化開始波長における高次モードを除去するモードフィルタを用いた
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。