JP2009271312A - 光学接続構造および光学接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルスプライスを用いて現場に合わせた接続を使い分けできる光学接続構造および光学接続方法を提供する。
【解決手段】光伝送媒体がメカニカルスプライスの両端からそれぞれ挿入され、光伝送媒体同士が互いに光学的に接続されている光学接続構造であって、それぞれの端部が近接するように光伝送媒体が配設され、この光伝送媒体の端部間が屈折率整合体により封止されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光伝送媒体同士を接続するための光学接続構造および光学接続方法に関するものである。

従来より、光ファイバ等の光伝送媒体同士を接続する方法としては、光伝送媒体同士を付き合わせたり、光伝送媒体を挿入したフェルール同士を付き合わせることによって、物理的に接続する方法が一般的に採用されてきた。

光伝送媒体の接続が永久的に行われ変更がない場合は、融着接続の他、対向する光伝送媒体同士を挟持して固定するメカニカルスプライスが用いられ（例えば、特許文献１または２参照）、接続が頻繁に着脱される場合は、光伝送媒体端部をフェルールで保護した上で光コネクタ接続を行っている。これらの場合において、対向する光伝送媒体は、端部が物理的に接触することで接続されている。

特開２０００−２４１６６０号公報 特開２００２−２２９９７号公報

しかしながら、上記の接続は、それぞれ用いる工具も部材も全く異なる。したがって、現場の状況に合わせた接続をするにはそれぞれの工具や部材を全て持ち歩かなければならず、負担となっていた。

本発明は、以上のような問題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、メカニカルスプライスを用いて現場に合わせた接続を使い分けできる光学接続構造および光学接続方法を提供することにある。

本発明の光学接続構造は、光伝送媒体がメカニカルスプライスの両端からそれぞれ挿入され上記光伝送媒体同士が互いに光学的に接続されている光学接続構造であって、上記光伝送媒体は、それぞれの端部が近接して配設され、上記光伝送媒体の端部間は、屈折率整合体により封止されていることを特徴としている。

また、本発明の光学接続構造の製造方法は、光伝送媒体をメカニカルスプライスの両端からそれぞれ挿入して上記光伝送媒体同士を互いに光学的に接続する光学的接続方法であって、上記光伝送媒体を、それぞれの端部が近接するように、上記メカニカルスプライスの両端から挿入し、上記光伝送媒体の端部間を屈折率整合体により封止することを特徴としている。

本発明の光学接続構造および光学接続方法によれば、メカニカルスプライスを用いて現場に合わせた接続を使い分けることが可能となる。

以下、図面を用いて本発明の光学接続構造の実施形態について具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の光学接続構造を模式的に示した斜視図である。メカニカルスプライス１は、押さえ基板１１と、Ｖ溝基板１２とを接合することによってなり、その外周部に断面コ字状のクランプスプリング１４を取り付けて、両基板を固定する。Ｖ溝基板１２には、光伝送媒体２１を挿入する断面Ｖ字状の溝１３が切ってあり、この溝１３によって光伝送媒体２１がガイドされる。また、押さえ基板１１によって、光伝送媒体２１は、溝１３内に固定される。また、符号２２は、光伝送媒体２１の被覆部であり、必要に応じて光伝送媒体２１から除去される。また、Ｖ溝基板１２およびクランプスプリング１４は、上面に溝１３へ連通する注入孔１５を有している。注入孔１５の形状は特に限定されないが、円柱状またはスリット状が好ましい。

図２は、メカニカルスプライス構造を用いた本発明の光学接続構造の一実施形態を作製する工程を模式的に示した断面図である。図２（ａ）に示すように、本発明では、端部に粘着性接続部材を設けることなく、光伝送媒体２１をメカニカルスプライス１の溝１３の両端に挿入する。そして、光伝送媒体２１の端部同士を、近接するものの当接はせずに、僅かな隙間が開くように配設する。具体的には、注入孔１５にフィルム等を挿入し、該フィルムを介して光伝送媒体を突き合わせ、光伝送媒体を固定してフィルムを抜き取るなどの方法による。隙間は１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは５μｍ以下である。

次いで、図２（ｂ）に示すように、注入孔１５から液状屈折率整合体３２を注入し、光伝送媒体２１の端部間を液状屈折率整合体３２により封止する。本発明の光学接続構造においては、注入孔１５の存在により近接させた光伝送媒体の端部間に液状屈折率整合体を容易に注入することができる。したがって、永久的な接続を行いたい場合には強粘着の液状屈折率整合体を用い、着脱自在な接続を行いたい場合には弱粘着の液状屈折率整合体を用いることで、メカニカルスプライスの部品のみで（融着接続や光コネクタ接続の部品を持ち歩かずに）現場に合わせた接続を使い分けることが可能となる。なお、予め液状屈折率整合体を適量注入してから光伝送媒体２１を挿入することもできる。その後、この液状屈折率整合体３２を加熱等により硬化させ、光伝送媒体の接続が完成する。なお、硬化の方法に限定はなく、ＵＶ硬化、脱水縮合反応による硬化等でもよい。また、供給手段３１としては任意のものを用いることができる。

（実施形態２）
図３を用いて実施形態２について説明する。図３は、実施形態２の光学接続構造を模式的に示した斜視図である。実施形態２においては、Ｖ溝基板１２は側面に注入孔１５を有する構成である。その他の構成は実施形態１と同様であるので詳細な説明を省略する。図３に示すように、実施形態２の光学接続構造は、メカニカルスプライス１の側面に注入孔１５を有している。メカニカルスプライス１を回転させて注入孔１５を上面に向けることで、液状屈折率整合体を注入することができる。実施形態２の構成によれば、クランプスプリング１４に注入孔１５を設ける必要はなくなり、事前の加工を簡略化することができる。なお、Ｖ溝基板１２は射出成型等により作製することができる。

本発明における光伝送媒体２１は、単心の光ファイバに限られず、光ファイバを複数本テープ化したテープ心線等でもよく、一度に接続される光伝送媒体の数量に制限はない。なお、光伝送媒体２１としてテープ心線等を用いる場合には、テープ心線等を収容し得るメカニカルスプライスが必要となる。

また、光伝送媒体２１としては、石英ファイバ等を好適に用いることができるが、これは、簡単に加工できる光ファイバの一例であり、その材料は限定されない。また、光伝送媒体として、光導波路を用いることができ、その形状および材質は、適宜選択して使用することができる。さらに、光伝送媒体における屈折率分布は、ステップ分布やグレーテッド分布等、使用目的により適宜選択することができる。

本発明における屈折率整合体は、光接続すべき光伝送媒体の屈折率と同等又は近似した屈折率を有し、この屈折率整合体を介して光伝送媒体と光伝送媒体又は光学部品とを光接続することにより、接続損失を低減することができるものである。本発明における屈折率整合体の屈折率は、光伝送媒体の屈折率に近いものであれば特に限定されないが、フレネル反射の回避による伝送損失の面からそれらの屈折率の差が、±０．１以内であることが好ましく、±０．０５以内であるものが特に好ましく使用される。なお、光伝送媒体同士の屈折率の差が大きい場合には、これらの屈折率の平均値と屈折率整合体の屈折率が上記の範囲内であることが好ましい。

本発明における屈折率整合体としては、光伝送媒体の端部間に注入する際には液状であり、その後、加熱等により硬化するものであることが好ましい。このような屈折率整合体の材料としては、具体的には、高分子材料（例えばアクリル系、エポキシ系、ビニル系、シリコーン系、ゴム系、ウレタン系、メタクリル系、ナイロン系、ビスフェノール系、ジオール系、ポリイミド系、フッ素化エポキシ系、フッ素化アクリル系等の各種粘着材料）の使用が好ましい。中でも、耐環境性及び接着性の面から、シリコーン系、アクリル系及び エポキシ系が特に好ましい。また、架橋剤、硬化剤、軟化剤、粘着調整剤等の添加剤により適宜に接着力、濡れ性を調節してもよく、また、耐水性や耐湿性、耐熱性を付加してもよい。

そして、粘着剤の組成や添加剤等によって強粘着と弱粘着の液状屈折率整合体を作り分けることができる。弱粘着の液状屈折率整合体は、接着力が１ｇｆ／２５ｍｍ以上１００ｇｆ／２５ｍｍ未満であることが好ましく、より好ましくは５ｇｆ／２５ｍｍ以上５０ｇｆ／２５ｍｍ未満、特に好ましくは１０ｇｆ／２５ｍｍ以上３０ｇｆ／２５ｍｍ未満である。接着力が１ｇｆ／２５ｍｍ未満だと接続が安定せず、１００ｇｆ／２５ｍｍ以上だと着脱が難しくなる。強粘着の液状屈折率整合体は、接着力が１００ｇｆ／２５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５００ｇｆ／２５ｍｍ以上、特に好ましくは１０００ｇｆ／２５ｍｍ以上である。なお、上記の粘着力はＪＩＳ Ｚ ０２３７の１８０度引きはがし粘着力に準拠して測定した値である。

さらに、本発明における屈折率整合体は、単一の層から構成されている。これは、複数層のもののように異種材料が接する界面が内部に存在しないという意味であり、光の波長オーダで均一に混ざり合った系を排除するものではない。すなわち、屈折率整合体は、粘着性を持つ単一の層からなる極めて単純な構成を有しており、このような単層構造の部材を用いることで、光反射が起きることなく光伝送媒体等を接続でき、低損失な接続を行うことが可能となる。

また、本発明におけるメカニカルスプライスの押さえ基板やＶ溝基板に用いられる材料は、接続される光伝送媒体の材料や、要求される強度や位置合わせ精度により適宜選択されるが、特に熱的寸法変化が小さいプラスチック、セラミック、金属等で作製されたものが好ましく使用される。プラスチック材料としては、ガラス混入エポキシ材料、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の結晶性高分子が好ましく使用される。

本発明のＶ溝基板１２に形成されている溝１３は、押さえ基板と共に光伝送媒体を固定するものであればＶ字状に限定されず、Ｕ字状、半円や矩形であってもよく、これらの溝は、接続される光伝送媒体と同数形成されており、それぞれに仲介光伝送媒体が収納される。

次に、本発明の光学接続構造について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
まず、市販のメカニカルスプライス（単心メカニカルスプライス「Ｈ」、型式：ＨＯＴ−ＨＭＳ−１−１２５、日立電線社製）を分解して屈折率整合オイルを除去した。そして、切削工具（商品名：小型卓上フライス盤ＦＶ−１０Ｍ、東洋アソシエイツ社製）を用いて、図１に示すように、Ｖ溝基板およびクランプスプリングの上面にスリット状の注入孔（２．１ｍｍ×６０μｍ）を穿設した。次いで、組み立て治具を用いてメカニカルスプライスを組み立て、注入孔に厚さ１０μｍのフィルムを挿入した。

次に、一端にＦＣコネクタを有する石英系シングルモードの光ファイバＦ２（外径：０．２５ｍｍ、２０℃での屈折率：１．４５２、長さ：３．５ｍ、住友電工社製）を２本用意した。そして、当該光ファイバＦ２のＦＣコネクタのない端面について、周囲の被覆部を除去して光ファイバカッタ（商品名：Ｓ３２５Ａ、古河電工社製）により鏡面カットした。次いで、メカニカルスプライスのＶ溝基板と押さえ基板の間に接続工具（単心メカニカルスプライス接続工具「Ｈ」（組）、日立電線社製）を用いてくさびを挿入し、メカニカルスプライスの両端から、それぞれ光ファイバＦ２の鏡面カットした端面を挿入し、フィルムに当接させた。

続いて、くさびを抜いて光ファイバを固定し、フィルムを抜き取った。そして、ディスペンサ（商品名：ＭＬ６０６ＧＸ、武蔵エンジニアリング社製）により注入孔に液状屈折率整合体を注入し、光ファイバを封止した。なお、該液状屈折率整合体には弱粘着のアクリル系粘着材料として、ｎ−ブチルアクリレート／メチルアクリレート／アクリル酸／２−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体（配合重量比＝８２／１５／２．７／０．３）の３０％酢酸エチル溶液１００重量部に、トリメチロールプロパンのトリレンジイソシアネートアダクト（商品名：コロネートＬ、日本ポリウレタン工業社製）１．０重量部を配合して混合して調製した、屈折率：１．４６、溶液の粘度：０．１Ｐａ・ｓ程度、１００℃で９０秒加熱した際の接着力：２０ｇｆ／２５ｍｍの溶液を用いた。

次に、光ファイバ加熱補強器（商品名：Ｓ５３２、古河電工社製）を用いてメカニカルスプライスを１００℃で９０秒加熱した。以上により実施例１の光学接続構造を作製した。

＜実施例２＞
液状屈折率整合体には、強粘着のエポキシ系粘着材料として、硬化剤入りエポキシ樹脂（商品名：ＥＰＯ−ＴＥＫ３６０、EpoxyTechnology社製、屈折率：１．４６、溶液の粘度：０．５Ｐａ・ｓ程度、１５０℃で９０秒加熱した際の接着力：２０００ｇｆ／２５ｍｍ）を用いた。そして、光ファイバ加熱補強器（商品名：Ｓ５３２、古河電工社製）を用いてメカニカルスプライスを１５０℃で９０秒加熱した。それ以外は実施例１と同様にして実施例２の光学接続構造を作製した。

＜比較例１＞
比較例１では市販のメカニカルスプライスをそのまま用いた。すなわち、市販のメカニカルスプライス（単心メカニカルスプライス「Ｈ」、型式：ＨＯＴ−ＨＭＳ−１−１２５）を用意した。そして、前記メカニカルスプライスのＶ溝基板と押さえ基板の問に接続工具（単心メカニカルスプライス接続工具「Ｈ」（組）、日立電線社製）を用いてくさびを挿入し、メカニカルスプライスの両端からそれぞれ光ファイバＦ２の鏡面カットした端面を挿入し、内部に備えられている屈折率整合オイルに当接させた。

次に、くさびを抜いて光ファイバを固定した。以上により比較例１の光学接続構造を作製した。なお、後の実験のために実施例および比較例の光学接続構造は５つずつ作製した。実施例および比較例の主な条件を表１に示す。

＜接続損失＞
まず、実施例および比較例の光学接続構造について接続損失の評価を行った。
［基準実験］
初めに、接続箇所がない状態で接続損失０の標準状態を示すために基準実験を行った。図４は基準実験の回路図である。１００は光パワーメータ（商品名：OPTICAL MULTI POWER METER Q8221、ADVANTEST社製）、ＣはＦＣコネクタ、Ｆ１は両端にＦＣコネクタを有する石英系シングルモードの光ファイバ（住友電工社製、ＦＣコネクタ付光ファイバ２５０μｍ心線、長さ１ｍ）である。なお、光パワーメータ１００は、センサーユニットとして商品名：Ｑ８２２０８、１．５５μｍＬＤユニットとして商品名：Ｑ８１２１２を用いた。

光ファイバＦ１の両端のＦＣコネクタを、それぞれ光パワーメータ１００の入射用端子および出射用端子に接続した。この回路を５つ作製し、波長１５５０ｎｍの光を入射用端子から入射させ、出射用端子から出射された光パワーを測定した。そして、５つの回路の平均値を基準値とした。

［実施例の評価］
次に、実施例および比較例の光学接続構造について接続損失を評価した。図５は実施例および比較例の回路図である。Ｆ２は一端にＦＣコネクタを有する石英系シングルモードの光ファイバである。まず、実施例１の光学接続構造について、２つのＦＣコネクタをそれぞれ光パワーメータ１００の入射用端子および出射用端子に接続した。この回路を５つ作製し、波長１５５０ｎｍの光を入射用端子から入射させ、出射用端子から出射された光パワーを測定し、５つの回路の平均値と基準値との差異を実施例１の接続損失とした。

その後、接続工具を用いてくさびを挿入し、光ファイバＦ２をメカニカルスプライスから抜き出し、そのまま光ファイバＦ２をメカニカルスプライスに挿入し、くさびを抜いて光ファイバを再接続させた。この回路も５つ作製し、波長１５５０ｎｍの光を入射用端子から入射させ、出射用端子から出射された光パワーを測定し、５つの回路の平均値と基準値との差異を実施例１の再接続損失とした。

次に、実施例２の光学接続構造について評価した。実施例２の光学接続構造は光ファィバの抜き出しが不可能なので接続損失のみ評価した。次いで、比較例１の光学接続構造について評価した。比較例１の光学接続構造は実施例１と同様に接続損失および再接続損失について評価した。なお、評価基準としては、接続損失が０．２５ｄＢ未満であれば実用上問題がなく、０．１５ｄＢ未満であれば特に優れている。

＜耐衝撃回数＞
そして、実施例および比較例の光学接続構造について耐衝撃回数の評価を行った。実施例２および比較例１の光学接続構造について、０．１ｋｇの分銅を高さ１０ｃｍからメカニカルスプライス上に落下させ、図５に示す回路を用いて接続損失を測定した。以後、落下、測定を繰り返し、接続損失が０．２ｄＢ以上増加したときの落下の回数を耐衝撃回数とした。なお、耐衝撃回数は５回以上であれば実用上問題ないと考えられる。参考までに補強スリーブをつけた融着接続部では４６回であった。結果を表２に示す。

［評価結果］
表２から明らかなように、実施例１の光学接続構造は、接続損失０．１１０ｄＢ、再接続損失０．１５９ｄＢといずれも実用上特に優れており、メカニカルスプライスを用いて着脱可能な光学接続構造を形成できた。また、実施例２の光学接続構造は、接続損失０．１３６ｄＢと優れ、耐衝撃回数も２６回と実用上問題なく、メカニカルスプライスを用いて永久的な光学接続構造を形成できた。特に耐衝撃回数は市販のメカニカルスプライス（比較例１）から飛躍的に向上し、一般的に永久的な光学接続で使用され、最も強固と思われる補強スリーブをつけた融着接続部の１／２に匹敵した。これに対し、比較例１では、接続損失、再接続損失、耐衝撃回数いずれも実用上問題があった。

以上のように、本発明によれば、封止の材料を変えるだけで、メカニカルスプライスを用いて現場に合わせた接続を使い分けできる光学接続構造および光学接続方法を提供できる。

本発明の実施形態１の光学接続構造を模式的に示した斜視図である。 メカニカルスプライス構造を用いた本発明の光学接続構造の一実施形態を作製する工程を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態２の光学接続構造を模式的に示した斜視図である。 基準実験の回路図である。 実施例および比較例の回路図である。

符号の説明

１…メカニカルスプライス、１１…押さえ基板、１２…Ｖ溝基板、１３…溝、
１４…クランプスプリング、１５…スリット部、２１…光伝送媒体、２２…被覆部、
３１…供給手段、３２…液状屈折率整合体、１００…光パワーメータ、
Ｃ…ＦＣコネクタ、Ｆ１，Ｆ２…石英系シングルモードの光ファイバ

Claims (2)

1. 光伝送媒体がメカニカルスプライスの両端からそれぞれ挿入され上記光伝送媒体同士が互いに光学的に接続されている光学接続構造であって、
   上記光伝送媒体は、それぞれの端部が近接して配設され、
   上記光伝送媒体の端部間は、屈折率整合体により封止されていることを特徴とする光学接続構造。
2. 光伝送媒体をメカニカルスプライスの両端からそれぞれ挿入して上記光伝送媒体同士を互いに光学的に接続する光学的接続方法であって、
   上記光伝送媒体を、それぞれの端部が近接するように、上記メカニカルスプライスの両端から挿入し、
   上記光伝送媒体の端部間を屈折率整合体により封止することを特徴とする光学接続方法。

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