JP2010039064A

JP2010039064A - 光ファイバ端面処理装置及び方法

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Publication number: JP2010039064A
Application number: JP2008199815A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Aozasa; 真一青笹; Masaki Wake; 正樹和氣; Yoshitaka Enomoto; 圭高榎本; Yuji Azuma; 裕司東
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: JP4959647B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、空孔付き光ファイバの、光ファイバとフェルールの接合、研磨面形成、空孔封止を同時且つ高精度に行う光ファイバ端面処理装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、レーザ光源もしくは熱源１を用い、溶融により光ファイバ３の端面処理を行う光ファイバ端面処理装置において、レンズもしくは遮蔽板もしくは反射板２を用いて、光ファイバ３の処理断面に複数のピークをもつ温度分布を形成することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源もしくは熱源を用い、溶融により光ファイバの端面処理を行う光ファイバ端面処理装置及び方法に関するものである。

光ファイバは光ファイバ伝送システムを支える基幹部品であり、コネクタを介して様々な光部品と接続される。しかしながら、コネクタ化には、接続損失や反射損失を抑制するため、複雑な端末処理が必須である。特にファイバをフェルール内に入れ接着剤にて固定する工程やコネクタを組み立て後に行うＰＣ（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔａｃｔ）研磨の工程は製造負荷が大きい（研磨機を使用すると共に、高い頻度で研磨紙の交換が必要）。

また、光ファイバとして空孔を有するファイバ（ホーリファイバ、ホールアシステッドファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ）を用いる場合、塵や水分等が空孔内へ浸入するのを防ぐため、空孔の封止工程が必要であり、更に工程が複雑化する。

また、ＭＴコネクタ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙＴｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅＳｐｌｉｃｉｎｇＣｏｎｎｅｃｔｏｒ）では、屈折率整合剤を使用して接続し反射損失を抑制するが、屈折率整合剤は比較的高い温度依存性があり、温度によっては大きく反射損失が増加する。

この様な状況を受け、コネクタ化処理の簡易化を目指して様々な検討がなされている。

光ファイバのフェルールへの固定については、フェルールへ挿入後に端面を加熱（レーザ、アーク放電等）することで光ファイバとフェルールを接合させることが考えられる（以下類推技術という）。
また端面の研磨については、炭酸ガスレーザをコア部付近のみに照射し溶融させることが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
また空孔の封止に関しては、端面をアーク放電にて溶融し融着する方法や接着剤を空孔内へ注入し封止する方法やレーザ照射にて端面を溶融し融着する方法等が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記類推技術、特許文献１，２では屈折率整合剤を用いないため、温度依存性が小さく広範囲の温度変化に対して低反射を期待できる。従って、温度が比較的安定している室内に限らず屋外でも使用可能である。

しかしながら、上記類推技術、特許文献１，２を用いて３工程の光ファイバの端面処理（光ファイバとフェルールの接合、空孔の封止、ＰＣ研磨面の形成（ＰＣ研磨処理の不要））を一連の処理の中で行う場合、以下の課題がある。

上記類推技術ではＰＣ研磨処理を必要とする点の課題がある。
また、特許文献１の課題として、充実光ファイバのみ対象であり、空孔光ファイバへの対応は不明確であり、またコア中心部のみヘのレーザ照射であるので、光ファイバとフェルールとの接合は出来ない（充実光ファイバ対象）。
また、特許文献２の課題として、空孔の封止のみでＰＣ研磨面の形成および光ファイバとフェルールの接合は出来ない（空孔光ファイバ対象）。

また、上記類推技術と特許文献１を組み合わせることで３工程の処理が可能かどうかについて検討すると、上記類推技術では光ファイバの先端全体を加熱するため、光ファイバ長手方向に対しても広範囲に溶融し、このままでは光ファイバ先端付近で導波構造が崩れるため、研磨等により崩壊した部分を削り落とさない限り、低接続損失、低反射は得られない。したがって、この後に特許文献１の処理を行い、ＰＣ研磨面を形成したとしても、低損失の接続が困難である。また、特許文献１は充実型ファイバを対象とした処理であるためＰＣ研磨面の形成が難しい点、過剰に溶融されることでさらに導波構造が崩壊し、逆に損失や反射の劣化が発生する点等が懸念される。特許文献２（レーザ照射、アーク放電の場合）については上記類推技術に包含されるものなので、この処理を追加しても課題解決には至らない。

特開平７−３１８７５６号公報特開２００２−３２３６２５号公報ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＳｔｕｄｙＧｒｏｕｐ１５，ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＳｅｃｔｏｒＴＤ３１０Ｒｅｖｌ（ＰＬＥＮ／１５），ＴｅｍｐｏｒａｒｙＤｏｃｕｍｅｎｔ"ＤｒａｆｔＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＧ．６５７（ｅｘ−Ｇ．ｓｍｘ）ｖｅｒｓｉｏｎ１．０（ｆｏｒｃｏｎｓｅｎｔ）"Ｇｅｎｅｖａ，３０Ｏｃｔｏｒｂｅｒ−１０Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００６

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、光ファイバの、光ファイバとフェルールの接合、研磨面形成、空孔封止（空孔光ファイバ使用時）を少なくとも１つ以上実現可能な温度分布の形成を高精度に行う光ファイバ端面処理装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光ファイバ端面処理装置及び方法は、レーザ光源もしくは熱源を用い、溶融により光ファイバの端面処理を行う光ファイバ端面処理装置において、レンズもしくは遮蔽板もしくは反射板を用いて、光ファイバの処理断面に複数のピークをもつ温度分布を形成することを特徴とするものである。

また本発明は、前記光ファイバ端面処理装置及び方法おいて、少なくとも１つ以上の円環状の高温領域が処理端面上に形成されることを特徴とするものである。
また本発明は、前記光ファイバ端面処理装置及び方法おいて、光ファイバとフェルールの界面の接合、ＰＣ研磨面の形成、空孔の封止（空孔光ファイバ使用時）を少なくとも１つ以上実現可能な温度分布を形成することを特徴とするものである。

本発明の光ファイバ端面処理装置及び方法は、空孔の封止（空孔光ファイバのみ）、光ファイバとフェルールの接合、ＰＣ研磨面形成を簡易かつ同時に行うことが可能となる。この結果、従来よりも大幅に工程が簡素化され、作製時間の短縮に伴う生産性の向上が期待できる。また空孔封止、光ファイバの固定、研磨面形成が一体化されることで歩留まりが改善され端末処理の経済化に大きく寄与する。

さらに、ＰＣ研磨の工程が不要となるため、研磨機や研磨紙（高い頻度で交換）が不要である。また端面を１度の溶融のみで処理を行うことも可能であるため、ガラスの機械的な熱履歴等への改善も予想され信頼性の面においても改善が期待される。

また、屈折率整合剤を用いないため、温度依存性が小さく広範囲の温度変化に対して低反射を期待できる。従って、温度が比較的安定している室内に限らず屋外でも使用可能である。また、光ファイバ端面処理装置も全工程ともに共通の部品を用いるため、低価格の装置の提供が可能となる。さらに高精度な処理のため、コネクタ特性の向上にも寄与する。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置を示す構成説明図である。図１において、１は光源もしくは熱源、２はレンズもしくは遮蔽板もしくは反射板、３は光ファイバ、４は反射側モニタ（反射側検出器）、５は光ファイバを通過後の透過光をモニタする透過側モニタ（透過光パワ一検出器）である。反射側モニタ４としては、光パワーをモニタする検出器、温度分布をモニタするサーモビューワー等がある。

図１に示すように、光源もしくは熱源１からの光および熱（輻射熱も含む）がレンズもしくは遮蔽板もしくは反射板２の集光もしくは集熱作用により、光ファイバの処理断面に、短峰形状もしくはガウシアン形状と異なる形状の温度分布、例えば複数のピークをもつ温度分布を形成し、溶融により光ファイバの端面処理を行う。この場合、少なくとも１つ以上の円環状の高温領域が光ファイバの処理断面に形成されるようにしてもよい。

また、反射側モニタ４もしくは透過側モニタ５により所望とする光ファイバの端面状態が形成されているかどうかを確認する。光ファイバ端面からの反射光をモニタする反射側モニタ４として光パワーをモニタする場合は、光の入射角度や反射角度およびパワーから表面の状態を観察する。特に複数の検出器を用いる場合は、そのパワー分布から端面の状態を詳細に把握することが可能である。サーモビューワーを使用時は温度分布を詳細に把握することは可能であるが、端面の構造を直接モニタするものではないので、光検出と比較してその精度は若干劣る。その他、光ファイバの処理端面の温度分布をモニタする温度分布モニタを用いてもよい。

尚、光源として、光ファイバの処理端面を溶融させるレーザ光源を用いることができ、この場合、レーザの光軸が光ファイバのコアの軸線と一致するようにする。また、レンズとして、光ファイバの処理端面の断面内におけるレーザ照射による光パワー分布が単峰形状もしくはガウシアン形状と異なる形状が得られる偏光作用、例えば２ピーク以上得られる偏光作用を有したレンズを用いることができる。この場合、光ファイバの処理端面の断面内におけるレーザ照射による光パワー分布が円環状の高温域となる偏光作用を有したレンズを用いることができる。

また、熱源として、光ファイバの処理端面を溶融させる熱源を用いることができ、この場合、熱源の放射方向が光ファイバのコアの軸線と一致するようにする。また、遮蔽板および反射板として、光ファイバの処理端面の断面内における熱源による温度分布が単峰形状もしくはガウシアン形状と異なる形状が得られる偏熱作用、例えば熱源からの輻射熱が光ファイバの処理端面上で２ピーク以上の温度分布が得られる偏熱作用を有した遮蔽板および反射板の少なくともいずれか１つを用いることができる。この場合、光ファイバの処理端面の断面内における熱源による熱パワー分布が円環状の高温域となる偏熱作用を有した遮蔽板および反射板の少なくともいずれか１つを用いることができる。

したがって、本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置は、空孔光ファイバ（ホーリファイバ、ホールアシステッドファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ）の空孔を封止する端面処理を可能にする温度分布を処理端面上に形成することができ、この場合、空孔付近の温度が他の部分よりも高温となる。また、光ファイバのフェルールへの固定のため、光ファイバとフェルールの界面を溶融して接合することが可能な温度分布を処理端面上に形成することができる。さらに、ＰＣ（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔａｃｔ）研磨面を形成可能な温度分布を処理端面上に形成することができる。このような、フェルールと光ファイバの界面の接合、ＰＣ研磨面の形成、空孔の封止（空孔光ファイバのみ）は同時にもしくはいずれかの順に実現可能な温度分布を形成する。

図２〜図４は本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の具体例を示す説明図である。図２〜図４の具体的な実施例｛１｝〜｛９｝は種々の光源・熱源、レンズ・遮蔽板・反射板、光ファイバを用いた場合を示す。

・実施例｛１｝
実施例｛１｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザ（色素レーザ、自由電子レーザ等の赤外光レーザも使用可）を用い、集光デバイスとしてフレネルレンズ１１，１２（側面図、尚、正面図は円環状）を２枚用い、光ファイバ１３としてホールアシステッドファイバ（非特許文献１のＧ．６５７Ｂ準拠）を用いた。フレネルレンズ１１，１２は１枚目のレンズ１１で平行ビームに変換後、２枚目のレンズ１２で円環状（正面図）の高パワー領域が得られ、光ファイバ１３の空孔１５の位置に重なるように設計されている。

光ファイバ１３の空孔１５に強度の強い光パワーが照射されることで、光ファイバ１３の空孔１５の位置が高温部１７となる温度分布（正面図）となり、空孔１５の封止処理が可能となる。また空孔１５以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため端面が平滑され、条件によってはＰＣ研磨面（欧州の規格ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．３ｄＢ、反射損失：４５ｄＢであった。光ファイバ１３の端面形状（正面図）において、１４はクラッド、１６はコアである。

・実施例｛２｝
実施例｛２｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザを用い、集光デバイスとして小型の凹レンズ２１（（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図）を６枚用い、光ファイバ２２としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。

６枚のレンズ２１は、ホールアシステッドファイバ２２の６個の空孔２４と位置が合うように配置されており、光ファイバ２２の空孔２４付近のみに高強度の光パワーが照射されることで、光ファイバ２２の空孔２４の位置が高温部２６となる温度分布（正面図）となり、空孔２４の高精度の封止処理が可能となる。しかしながら、実施例｛１｝では必要としなかった回転軸方向の位置あわせが必要となる。

また、光ファイバ２２の空孔２４以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため端面が平滑され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．４ｄＢ、反射損失：４２ｄＢであった。光ファイバ１３の端面形状（正面図）において、２３はクラッド、２５はコアである。

・実施例｛３｝
実施例｛３｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザを用い、集光デバイスとしてフレネルレンズ３１（側面図、尚、正面図は円環状）と回折レンズ３２（側面図、尚、正面図は円環状）をそれぞれ１枚用い、光ファイバ３３としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。１枚目のフレネルレンズ３１で平行ビームに変換後、２枚目の回折レンズ３２で円環状の高パワー領域が得られ、光ファイバ３３の空孔３５の位置に重なるように設計されている。

光ファイバ３３の空孔３５に強度の強い光パワーが照射されることで、光ファイバ３３の空孔３５の位置が高温部３７となる温度分布（正面図）となり、空孔３５の封止処理が可能となる。

また、光ファイバ３３の空孔３５以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため端面が平滑され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．３ｄＢ、反射損失：４５ｄＢであった。光ファイバ１３の端面形状（正面図）において、３４はクラッド、３６はコアである。

・実施例｛４｝
実施例｛４｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザを用い、集光デバイスとしてフレネルレンズ４１（側面図、尚、正面図は円環状）を１枚用い、光ファイバ４２としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。

フレネルレンズ４１は、円環状の高パワー領域が得られ、光ファイバ４２の空孔４４の位置に重なるように設計されている。光ファイバ４２の空孔４４に強度の強い光パワーが照射されることで、光ファイバ４２の空孔４４の位置が高温部４６となる温度分布（正面図）となり、空孔４４の封止処理が可能となる。実施例｛１｝と比較し、１枚のレンズ４１で円環状の高パワー領域を実現できる特徴はあるが、設計が難しい面もある。

また、光ファイバ４２の空孔４４以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため端面が平滑され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．４ｄＢ、反射損失：４２ｄＢであった。光ファイバ４２の端面形状（正面図）において、４３はクラッド、４５はコアである。

・実施例｛５｝
実施例｛５｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザを用い、集光デバイスとしてフレネルレンズ５１（側面図、尚、正面図は円環状）と回折レンズ５２（側面図、尚、正面図は円環状）をそれぞれ１枚用い、光ファイバ５３としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。

１枚目のフレネルレンズ５１で平行ビームに変換後、２枚目の回折レンズ５２で円環状の高パワー領域と中パワー領域がそれぞれ１つ得られ、高パワー域は光ファイバ５３の空孔５５の位置に、低パワー域は光ファイバ５３の外縁部に重なるように設計されている。

光ファイバ５３の空孔５５に強度の強い光パワーが照射されることで、光ファイバ５３の空孔５５の位置、例えばコア５６を中心に６〜２３μｍの円環位置が例えば１８００℃の高温部５７となる温度分布（正面図）となり、空孔５５の封止処理が可能となる。光ファイバ５３の外縁部に中程度の強度の光パワーを照射することで、光ファイバ５３の外縁部、例えばコア５６を中心に半径５５μｍより大きい円環部が例えば１７００〜１８００℃の中温部５９となる温度分布（正面図）となり、ＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成を容易にする。

また、光ファイバ５３の空孔５５以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため、例えば１６００〜１７００℃の低温部５８となる温度分布（正面図）となり、端面が平滑される。処理後の端面特性については接続損失：０．２ｄＢ、反射損失：４８ｄＢであった。光ファイバ５３の端面形状（正面図）において、５４はクラッドである。

・実施例｛６｝
実施例｛６｝では、光源として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザを用い、集光デバイスとしてフレネルレンズ６１（側面図、尚、正面図は円環状）と回折レンズ６２（側面図、尚、正面図は円環状）をそれぞれ１枚用い、光ファイバ６３としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。光ファイバ６３はフェルール６７内に挿入された状態である。フェルール６７としてはジルコニア、プラスチック、結晶化ガラス、石英ガラス等があるが、温度的親和性のためには石英ガラス系のフェルールが望ましい。

１枚目のフレネルレンズ６１で平行ビームに変換後、２枚目の回折レンズ６２で円環状の高パワー領域が２つ得られ、光ファイバ６３の空孔６５の位置および光ファイバ６３とフェルール６７の界面に重なるように設計されている。光ファイバ６３の空孔６５に強度の強い光パワーが照射されることで、光ファイバ６３の空孔６５の位置が高温部６８となる温度分布（正面図）となり、空孔６５の封止処理が可能となる。光ファイバ６３とフェルール６７の界面に高強度の光パワーを照射することで、光ファイバ６３とフェルール６７の界面位置が高温部６８となる温度分布（正面図）となり、光ファイバ６３とフェルール６７の融着接合が可能となる。

また、光ファイバ６３の空孔６５以外の部分にも比較的弱い光パワーが照射されるため、低温部６９となる温度分布（正面図）となり、端面が平滑され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．２ｄＢ、反射損失：４８ｄＢであった。光ファイバ５３の端面形状（正面図）において、６４はクラッド、６６はコアである。

・実施例｛７｝
実施例｛７｝では熱源としてニクロム線ヒータ（モリブテン、タングステン、カーボンヒータ等も使用可）を用い、集熱デバイスとして熱遮蔽板７１（側面図、尚、正面図は円環状）を用い、光ファイバ７２としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）を用いた。熱遮蔽板７１は、円環状に穴部が開いており（中央の遮蔽板の固定のため細いブリッジ等を設置）指向性を高くするため長尺の導入部を備えている。

熱遮蔽板７１の円環状の穴部は光ファイバ７２の空孔７４部と一致するように設計されており、光ファイバ７２の空孔７４に強度の強い熱パワーが照射されることで、光ファイバ７２の空孔７４の位置が高温部７６となる温度分布（正面図）となり、空孔７４付近が高温溶融されることで、空孔７４の封止処理が可能となる。

また、光ファイバ７２の空孔７４以外の部分にも比較的低い温度分布（正面図）が形成されるため微小に端面が溶融されて平滑化され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．３ｄＢ、反射損失：４３ｄＢであった。光ファイバ７２の端面形状（正面図）において、７３はクラッド、７５はコアである。

・実施例｛８｝
実施例｛８｝では熱源としてカーボンヒータを用い、集熱デバイスとして熱遮蔽板８１（（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図）を用い、光ファイバ８３としてホーリファイバを用いた。熱遮蔽板８１は、光ファイバ８３の空孔８４部と一致するように、円環状に複数の穴部８２が設置されており、各穴部８２は指向性を高くするため長尺の導入部を備えている。

カーボンヒータから熱遮蔽板８１の穴部８２を通して光ファイバ８３の空孔８４部に強度の強い熱パワーが照射されることで、光ファイバ８３の空孔８４の位置が高温部８５となる温度分布（正面図）となり、空孔８４付近が高温溶融されることで、空孔８４の高精度の封止処理が可能となる。しかしながら、実施例｛７｝では必要としなかった回転軸方向の位置あわせが必要となる。

また、光ファイバ８３の空孔８４以外の部分にも比較的低い温度分布（正面図）が形成されるため微小に端面が溶融されて平滑化され、条件によってはＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成が可能となる。処理後の端面特性については接続損失：０．４ｄＢ、反射損失：４３ｄＢであった。光ファイバ８３の端面形状は正面図を表す。

・実施例｛９｝
実施例｛９｝では熱源としてカーボンヒータを用い、集熱デバイスとして輻射熱反射板９１（側面図、尚、正面図は円環状）を用い、光ファイバ９２としてホーリファイバを用いた。輻射熱反射板９１は、円環状に２重に穴部が開いており（輻射熱反射板９１の固定のため細いブリッジ等を設置）指向性と反射効率を高くするため長尺かつテーパ状の導入部を備えている。

輻射熱反射板９１の内側の円環部は、光ファイバ９２の空孔９３部と一致するように、円環状に穴部が設置されており、カーボンヒータから輻射熱反射板９１を介して光ファイバ９２の空孔９３部に強度の強い熱パワーが照射されることで、光ファイバ９２の空孔９３の位置が高温部９４となる温度分布（正面図）となり、空孔９４付近が高温溶融されることで、空孔９４の高精度の封止処理が可能となる。輻射熱反射板９１の外側の円環状穴部は、光ファイバ９２の外縁部と一致しており、カーボンヒータから輻射熱反射板９１を介して光ファイバ９２の外縁部に中程度の熱パワーが照射されることで、光ファイバ９２の外縁部の位置が中温部９６となる温度分布（正面図）となり、光ファイバ９２の外縁部を中程度の温度に加熱することでＰＣ研磨面（ＩＥＣ１３００−３−１６に準拠）の形成を容易にする。

また、光ファイバ９２の空孔９４以外の部分にも比較的弱い熱パワーが照射されるため、低温部９５となる温度分布（正面図）となり、端面が平滑される。処理後の端面特性については接続損失：０．２５ｄＢ、反射損失：４６ｄＢであった。光ファイバ５３の端面形状は正面図を表す。

実施例｛１｝〜｛９｝のいずれにおいても、接続損失：０．４ｄＢ以下、反射損失：４０ｄＢ以上の優れた接続特性を実現しており、本発明の有効性を実証した。
尚、実施例｛１｝〜｛９｝では、空孔ファイバの空孔数が６穴であったがその他の空孔数であっても同様の結果が得られることは言うまでもない。さらに空孔ファイバでない充実型光ファイバであっても同様の特性が得られる。

また、実施例｛１｝〜｛９｝で接続特性が微小に異なるが、光ファイバの種類や接続条件により微小に変化するので、それぞれ構成の優位性を示すものではない。しかしながら、接続損失：０．４ｄＢ以下、反射損失：４０ｄＢ以上は確保される。

さらに、温度分布は、高温部、中温部、低温部に分けられているが、必ずしもその境界部分において明確な温度差があるわけではない。殆どの場合、滑らかに温度が変化しており、ある温度での区切りが高温部（もしくは中温部もしくは低温部）と分けているに過ぎない。また、高温部、中温部、低温部のいずれであっても、ガラスが溶融する温度であり、温度の違いが溶融量の違いに影響するということを表している（基本的には高温の方が溶融量が多くなる）。

また、レーザの波長に関しては短波長の方がスポットサイズを小さくすることが可能であるので、ＣＯ_２レーザに変えて、３μｍのＨＦレーザ、５〜７μｍのＣＯレーザ、２〜５μｍのＩｎＡｓＳｂ系半導体レーザ、５〜９μｍのＰｂＳＳｅ系半導体レーザ等を用いることで微細な加工が可能である。しかしながら、短波長過ぎるとガラスの透過性が高くなり光パワーに対する熱変換効率が低下するので、それらを加味して総合的に判断する必要がある。本実施例ではＣＯ_２レーザを用いたが，無論これらのレーザを本実施例に適用可能であることは言うまでもない。

［実施形態２］
図５は本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の使用例を示す構成説明図である。図５において、１０１は光ファイバ端面処理装置、１０２は光源もしくは熱源、１０３はレンズもしくは熱遮蔽板もしくは反射板、１０４はレンズ、１０５は光ファイバ、１０６はフェルール、１０７は空孔、１０８はコア、１０９は高温部、１１０は高温部、１１１は外縁部に行くに従い高温となる温度分布部である。

本発明の実施形態２では、光ファイバの空孔の封止処理、光ファイバとフェルールの接合、ＰＣ研磨面の形成の３つの工程（空孔ファイバでない場合には、光ファイバとフェルールの接合、ＰＣ研磨面の形成の２工程のみ）に分けて行う光ファイバ端面処理について説明する。ここでは、光源１０２として波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザ、光ファイバ１０５としてホールアシステッドファイバ（Ｇ．６５７Ｂ準拠）、レンズ１０３としてフレネルレンズ、フェルール１０６として石英ガラスのフェルールを用いた。本工程では、光ファイバ端面処理装置１０１と光ファイバ１０５の端面までの距離と光ファイバ端面処理装置１０１内に内蔵されているレンズ１０４の位置を調整し、光ファイバ１０５の端面上における温度分布を制御することで実現される。

工程［１］では、光ファイバ端面処理装置１０１は光ファイバ１０５の端面より比較的遠い位置にあり、光ファイバ１０５の空孔１０７部分に円環の高温部１０９が一致するようにレンズ１０４と共に位置調整を行った後、光源１０２からレーザの照射を行い、光ファイバ１０５の空孔１０７を封止する。

工程［２］では、光ファイバ端面処理装置１０１と内蔵するレンズ１０４を光ファイバ１０５の端面の方へ移動させ、光ファイバ１０５とフェルール１０６の界面に円環の高温部１１０が一致するようにする。その後、光源１０２からレーザを照射し、光ファイバ１０５とフェルール１０６の界面の接合を行う。

工程［３］では、光ファイバ端面処理装置１０１を更に光ファイバ１０５の端面側に近づけ、一方内蔵のレンズ１０４は光ファイバ１０５の端面から遠い方へ移動させることで、フェルール１０６の外縁部が高温部で光ファイバ１０５の中心に行くに従い、温度が徐々に低くなる温度分布部１１１を実現する。その後、光源１０２からレーザを照射し、ＰＣ研磨面が実現される。

本工程［１］〜［３］の処理後、コネクタ化を行い端面特性の評価をした結果、接続損失：０．１ｄＢ以下（波長１．３μｍおよび１．５５μｍ）、反射損失：５０ｄＢ以上の優れた接続特性が得られた。

本実施形態２では、工程［１］の後に工程［２］を行ったがその逆でも同等の結果が得られる。また光ファイバとして充実型のファイバの場合は工程［２］と工程［３］により簡易な光ファイバ端面処理が可能となる。

さらに、本実施形態２の効果について述べると、工程は３段階であるが、光ファイバ端面処理装置や内蔵レンズを移動させるのみ（本実施形態２ではいずれも１つの軸線上）で全工程を行うことが出来るため、製造負荷を大幅に抑えることが可能となることに加え、装置の部品点数を大幅に抑えることが可能である。

尚、光ファイバの処理端面の状況を観察する手段として、実施形態１において説明した反射側モニタや透過側モニタを適用できることは言うまでもない。

以上のように本発明の実施形態に係る光ファイバの端面処理装置は、光ファイバの処理端面上における温度分布の形状を詳細に制御することで、（１）フェルール内へ光ファイバを固定する工程、（２）ＰＣ研磨レスのＰＣ研磨面形成、（３）空孔を有する光ファイバの空孔の封止工程、の少なくとも１つ以上の工程を一連の温度分布形成過程により同時かつ高精度に行うことを特徴としている。

上記特徴を実現するため、本発明の実施形態では単峰形状もしくはガウシアン形状と異なる形状の温度分布を形成する。これは点光源や点熱源より発せられた光や輻射熱は、光ファイバの処理端面上で単峰形状やガウシアン形状の温度分布を発生し、所望の処理端面を実現するための溶融条件を満たしがたい。特に空孔ファイバの場合には、空孔を封止する程度の温度を単峰形状やガウシアン形状で実現しようとすると、溶融領域が広くなり球状となるため、研磨レスでのＰＣ研磨面の形成が困難である。そこで、本発明の実施形態では、光ファイバの処理端面上の温度分布を細かく制御することで所望の光ファイバ端面の形成を実現する。具体的な例として２ピーク以上の高温域、円環状の高温域等を形成することで実現する。

所望の温度分布の形成は、光源を用いる場合は特殊形状や複数のレンズ、熱源を用いる場合は遮蔽板や反射板等により、光および熱の伝搬に指向性を与えることで実現される。

加熱過程は、フェルールと光ファイバの接合、ＰＣ研磨面生成、空孔封止の３過程あるが、１回の加熱で同時に３つの加熱過程を行う場合、２回もしくは３回に分けて異なる温度プロファイルで行う場合等が考えられる。さらに、光源とレンズを用いる場合、レンズの焦点距離を変化させることで、高温領域を変化させることが可能である。例えば円環状の高温域がある場合、焦点距離の調整で円環の直径や太さを変化させることが可能である。

光ファイバ端面の形成状況のモニタに関しては、光源の場合は端面からの反射光の空間分布を測定することで、表面の状況をモニタすることが可能であり、フィードバック制御を掛けることで端面処理の精度等を向上させることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の具体例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の具体例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の具体例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る光ファイバ端面処理装置の使用例を示す構成説明図である。

符号の説明

１…光源もしくは熱源、２…レンズもしくは遮蔽板もしくは反射板、３…光ファイバ、４…反射側モニタ（反射側検出器）、５…光ファイバを通過後の透過光をモニタする透過側モニタ（透過光パワ一検出器）。

Claims

レーザ光源もしくは熱源を用い、溶融により光ファイバの端面処理を行う光ファイバ端面処理装置において、レンズもしくは遮蔽板もしくは反射板を用いて、光ファイバの処理断面に複数のピークをもつ温度分布を形成することを特徴とする光ファイバ端面処理装置。
請求項１記載の光ファイバ端面処理装置おいて、少なくとも１つ以上の円環状の高温領域が処理端面上に形成されることを特徴とする光ファイバ端面処理装置。
請求項１又は２記載の光ファイバ端面処理装置おいて、光ファイバとフェルールの界面の接合、ＰＣ研磨面の形成、空孔の封止（空孔光ファイバ使用時）を少なくとも１つ以上実現可能な温度分布を形成することを特徴とする光ファイバ端面処理装置。
レーザ光源もしくは熱源を用い、溶融により光ファイバの端面処理を行う光ファイバ端面処理方法において、レンズもしくは遮蔽板もしくは反射板を用いて、光ファイバの処理断面に複数のピークをもつ温度分布を形成することを特徴とする光ファイバ端面処理方法。
請求項４記載の光ファイバ端面処理方法おいて、少なくとも１つ以上の円環状の高温領域が処理端面上に形成されることを特徴とする光ファイバ端面処理方法。
請求項４又は５記載の光ファイバ端面処理方法おいて、光ファイバとフェルールの界面の接合、ＰＣ研磨面の形成、空孔の封止（空孔光ファイバ使用時）を少なくとも１つ以上実現可能な温度分布を形成することを特徴とする光ファイバ端面処理方法。