JP2011191413A - 光ファイバ端面の封止方法および光ファイバの接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止剤による空孔の封止距離を制御して、光ファイバの伝送特性を一定に保ち、光ファィバの接続に際しては、接続特性の劣化を抑える。
【解決手段】長手方向に空孔を有する光ファイバにおいて、端面の空孔を封止する光ファイバ端面の封止方法であって、前記光ファイバの前記端面から空孔に、封止剤を注入し、硬化させる第１ステップと、前記空孔に前記封止剤が注入されている部位を切断面として、前記光ファイバを切断する第２ステップとを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、光ファイバ端面の封止方法および光ファイバの接続方法に関し、より詳細には、長手方向に空孔を有する光ファイバの端面の空孔を封止する方法、封止した端面を突き合わせて光ファイバを接続する方法に関する。

従来、光ファイバの長手方向に空孔を有するホーリーファイバ（ＨＦ：Holey Fiber）、フォトニツク結晶ファイバ（ＰＣＦ：Photonic Crystal Fiber）が知られている。典型的なホーリーファイバは、光ファイバの断面において、光を伝播するコア部を取り囲むように、複数の空孔が形成され、光パワーを強力に閉じ込めることができる。ホーリーファイバは、コア、クラッドからなる通常の光ファイバと比較して、伝送帯域が広く、曲げ損失特性に優れる等の多くの利点を有しており、新しい光伝送媒体として注目されている。一方、ホーリーファイバは、接続部の端面から空孔に、水分、油分等の液体、埃等の異物が入り込み、伝送特性、長期信頼性、接続特性、機械特性等の劣化を引き起こすという問題があった。

このような空孔への異物侵入を防止するために、ホーリーファイバの接続部端面の空孔を塞ぐ、埋める等の処理を行った後、ファイバを接続する必要がある。例えば、特許文献１には、（１）光ファイバの端面を加熱して軟化させ、空孔を潰す方法、（２）空孔内部に硬化性物質を挿入する方法、（３）端面の空孔に蓋を取り付ける方法が記載されている。また、特許文献２には、（４）接続する２本の光ファイバを、紫外線硬化型接着剤の溜りに挿入し、紫外線照射により硬化させて接続する方法が記載されている。特許文献３には、（５）端面から空孔内にガラス粉を入れ、ガラス粉を溶解させて、空孔を封止する方法が記載されている。

さらに、特許文献４には、（６）ホーリーファイバとシングルモードファイバ（ＳＭＦ）とを融着することにより、空孔を封止する方法が記載されている。特許文献５には、（７）硬化時の気泡の発生を防止する信頼性の高い硬化性物質を用いて、空孔を封止する方法が記載されている。特許文献６には、（８）固形の粘着性接続部材を使用して、２本の光ファイバを接続する方法が記載されている。特許文献７には、（９）クラッド部より屈折率の引低い屈折率整合剤により、空孔を封止して接続する方法が記載されている。

特開２００２−３２３６２５号公報 特開２００４−１３３２７６号公報 特開２００５−０２４８４２号公報 特開２００５−０２４８４７号公報 特開２００６−１２６７２０号公報 特開２００６−２２１０３１号公報 特開２００７−０５７６９７号公報

しかしながら、上述した（１）の方法では、空孔が潰れる長手方向の長さを制御することができない。空孔が潰れる距離が長くなると、モードフィールドの乱れ等、伝送特性の劣化が生じる。また、空孔が潰れる距離がまちまちであると、光ファイバの伝送特性、ファイバ接続時の接続特性を一定にすることができないという問題があった。同様に、（２）、（７）及び（９）の方法でも、空孔内に硬化性物質が挿入される距離を制御することが難しいという欠点がある。（４）の方法では、紫外線照射前に、紫外線硬化型接着剤が空孔内に侵入する上、侵入距離の制御が困難なため、光ファイバの伝送特性、ファイバ接続時の接続特性を一定にすることができない。

また、（５）の方法では、空孔に入る大きさの微小なガラス粉を別途用意する必要がある上に、ガラス粉の量、封止距離を制御することが非常に困難である。加えて、ガラス粉を溶解させるために加熱した箇所から、ガラス粉がさらに奥に入り込み、溶解せずに残留する可能性がある。さらに、ガラス粉により空孔内壁に傷が発生し、機械特性が低下する場合もある。さらに、低融点ガラスなど、光ファイバを構成するガラスと異なる成分のガラス粉を使用すると、ガラス材料の温度係数の差により歪みが生じるため、長期信頼性の点で問題が発生する場合もある。

（３）の方法では、蓋に使用する材料によっては、光の導波に影響を与えるため、ファイバ接続時の接続損失、反射減衰量等が増大し、最適な伝送特性を得ることができない。（６）の方法では、ＨＦとＳＭＦとを融着するため、接続点が１ケ所増え、接続損失が増大する。また、ＨＦとＳＭＦとでは、モードフィールド径が異なるため、光を入射する方向によっては、損失が増大する場合もある。（８）の方法では、光ファィバ端面と固形の粘着性接続部材とが剥離する可能性があり、粘着性接続部材が空孔内に侵入することによる伝送特性の劣化も考えられる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、封止剤による空孔の封止距離を制御して、光ファイバの伝送特性を一定に保ち、光ファィバの接続に際しては、接続特性の劣化を抑えることができる光ファイバ端面の封止方法および光ファイバの接続方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、長手方向に空孔を有する光ファイバにおいて、端面の空孔を封止する光ファイバ端面の封止方法であって、前記光ファイバの前記端面から空孔に、封止剤を注入し、硬化させる第１ステップと、前記空孔に前記封止剤が注入されている部位を切断面として、前記光ファイバを切断する第２ステップとを備えることを特徴とする。

また、長手方向に空孔を有する光ファイバを接続する光ファイバの接続方法において、接続する２本の光ファイバの各々の端面から空孔に、封止剤を注入し、硬化させる第１ステップと、前記空孔に前記封止剤が注入されている部位を切断面として、各々の光ファイバを切断する第２ステップと、各々の光ファイバの前記切断面を突き合わせて、光ファイバを接続する第３ステップとを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、光ファイバの端面から空孔に封止剤を注入し、硬化させ、空孔に封止剤が注入されている部位を切断面として、光ファイバを切断するので、封止剤による空孔の封止距離を制御して、光ファイバの伝送特性を一定に保つことが可能となる。

また、各々の光ファイバの切断面を突き合わせて、光ファイバを接続することにより、接続特性の劣化を抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態にかかるホーリーファイバ（ＨＦ）の断面の構造を示す図である。 本発明の一実施形態にかかるホーリーファイバ（ＨＦ）の長手方向の構造を示す図である。 ホーリーファイバ（ＨＦ）の空孔に紫外線硬化型接着剤を注入した様子を示す図である。 接着剤による空孔の封止距離を制御するための治具の構造を示す図である。 空孔内部の接着剤の位置を移動させた様子を示す図である。 ＨＦの一部を切断し、空孔が塞がれた新たな端面を形成した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態においては、ホーリーファイバ（以下、ＨＦという）の接続部端面の空孔部に、空孔の封止剤として紫外線硬化型接着剤を注入し、硬化させた後、接着剤が注入されたＨＦの一部を切断する。このようにして、接続部端面の空孔を塞ぐことにより、端面から異物が混入するのを防ぐことができる。また、接着剤による空孔の封止距離を制御することができるので、光ファイバの伝送特性を一定に保つことができる。さらに、ＨＦの接続に際しては、接続損失の増大を防ぎ、接続特性の劣化を抑えることができる。

図１に、本発明の一実施形態にかかるホーリーファイバ（ＨＦ）の断面の構造を示し、図２に、長手方向の構造を示す。ＨＦは、光を伝播するコア部２と、コア部２を内挿するクラッド部１と、コア部２を取り囲むように長手方向に形成された複数の空孔３とを有している。本実施形態においては、一例として、コア部２の外径９μｍ、クラッド部１の外径１２５μｍ、空孔３の外径１２μｍ、空孔３の数６本の石英系のＨＦを用いる。２本のＨＦを接続するためには、各々のＨＦを光ファイバカッタ等で切断し、光軸に対して垂直な端面を形成する。次に、端面に露出した空孔３を封止するために、紫外線硬化型接着剤を空孔３に注入して、硬化させる。

図３に、ＨＦの空孔に紫外線硬化型接着剤を注入した様子を示す。各々のＨＦの端面を、紫外線硬化型接着剤の溜りに挿入し、空孔３を封止する。このとき、毛細管現象により、接着剤が空孔３の内部に侵入し、一定の封止距離を有する空孔封止部４を形成する。本実施形態では、直径１２μｍの空孔３に対して、粘度１２０ｃＰの紫外線硬化型接着剤を使用した。ＨＦの端面を、紫外線硬化型接着剤の溜りに３０秒間漬けておくことにより、空孔封止部４の封止距離は、およそ４ｍｍとなる。

一方、表面張力により、ＨＦの端面には、紫外線硬化型接着剤の溜まり部５が形成される。ＨＦの端面の溜まり部５は、ＨＦの端面を突き合わせて接続する際に、接続損失の増大を招き、伝送特性を劣化させる。

そこで、空孔３に接着剤が注入されている部位を切断面として、すなわちＨＦの端面から一定の距離おいて切断し、空孔３が塞がれた新たな端面を形成することが考えられる。しかしながら、光ファイバカッタによる切断は、その機構上の制約から、光ファイバの先端から切断面まで、ある程度の距離を必要とする。一般的には、光ファイバの先端から切断面まで１０ｍｍ程度必要である。従って、毛細管現象により接着剤を侵入させただけでは、ＨＦの端面からの封止距離が、この距離に満たないので、光ファイバカッタによって空孔が封止された新たな端面を形成することができない。

図４に、接着剤による空孔の封止距離を制御するための治具の構造を示す。治具６は、光ファイバの挿入口９と、挿入された光ファイバを固定部に導くテーパ部７と、光ファイバを固定する固定部１０と、挿入口９に対向して設けられた内壁を貫通する加圧・減圧口８とを有している。治具６は、
ＨＦを挿入口９から挿入して固定部１０に固定すると、ＨＦの端面と、挿入口９に対向して設けられた内壁と、側壁とにより密閉される。図示しないが、所与の密閉空間が確保されるように、固定部１０には、ＨＦの挿入位置を確定するストッパーが形成されている。治具６は、透明の樹脂で成形されており、ＨＦの空孔３内部の紫外線硬化型接着剤を目視することができる。さらに、治具６の表面には、ストッパーによって止まるＨＦの端面の位置を基準に目盛が付されている。

図５に、空孔内部の接着剤の位置を移動させた様子を示す。図３に示した紫外線硬化型接着剤を注入したＨＦの端面を、挿入口９から治具６に挿入し、固定部１０に固定する。加圧・減圧口８に加圧ポンプを接続し、上述の密閉された空間に、空気圧を加える。本実施形態の加圧ポンプは、現場作業での取扱を考慮して、注射器型の手動ポンプを加圧・減圧口８に接続する。

注射器型ポンプのピストンを押すことにより、空孔３内部の紫外線硬化型接着剤を、端面から内部に移動させる。移動は、目視によって行い、本実施形態では、長さ４ｍｍの空孔封止部４を、ＨＦの端面から８ｍｍ移動させる。これにより、空孔封止部４の中央が、ＨＦの端面から１０ｍｍの位置にくるので、光ファイバカッタの切断面１１とすることができる。ＨＦを治具６に固定したまま、紫外線を照射することにより、紫外線硬化型接着剤を硬化させる。

なお、図４、５においては、ＨＦの接続端面を治具６に挿入した。ＨＦの接続端面とは反対のＨＦの端面を治具６に挿入し、加圧・減圧口８に減圧ポンプを接続し、空孔３内部の空気を吸引することにより、紫外線硬化型接着剤を端面から内部に移動させるようにしてもよい。

図６に、ＨＦの一部を切断し、空孔が塞がれた新たな端面を形成した様子を示す。空孔３内部の紫外線硬化型接着剤の位置は、メカニカル・スプライス、組み立て式の光コネクタ等の接続形態、光ファイバカッタの構造に応じて、封止距離が決められるので、目視によって目的の位置に移動させる。図５に示した切断面１１を光ファイバカッタにより切断することにより、空孔が封止された新たな端面を形成することができる。この例によれば、空孔封止部４の封止距離は、ＨＦの端面から２ｍｍとなり、同じ要領で加工することにより、空孔の封止距離が制御された光ファイバの端面を作製することができる。

本実施形態によれば、ＨＦの端面は、光ファイバカッタによる切断によって鏡面を得ることができる。従って、ＨＦの接続に際しては、特許文献６に示したような特殊な粘着性接続部材を使用することなく、メカニカル・スプライス、組み立て式の光コネクタによる接続が可能となる。また、空孔が塞がれた端面であるので、異物が混入するのを防ぐことができ、長期信頼性を確保することができる。

さらに、空孔の封止距離を制御することができるので、光ファイバの伝送特性を一定に保つことができ、紫外線硬化型接着剤の使用量を減らすこともできる。

本実施形態においては、６本の空孔を有するＨＦを使用したが、空孔の数、空孔の配列はこれに限定せず、ＰＣＦその他の空孔を有する光ファイバに、本発明を適用することができる。本実施形態では、単心光ファイバを用いたが、多心光ファイバであっても、適合する治具を用意することにより、本発明を実施することができる。

また、空孔の封止剤として、紫外線硬化型接着剤を用いたが、室温硬化型の樹脂・接着剤、熱硬化型の樹脂・接着剤を用いても構わない。封止剤の粘度は、光ファイバの材料、空孔の外径等にもよるが、１０以上２００ｃＰ以下が好適である。

１ クラッド部
２ コア部
３ 空孔
４ 空孔封止部
５ 溜まり部
６ 治具
７ テーパ部
８ 加圧・減圧口
９ 挿入口
１０ 固定部
１１ 切断面

Claims (8)

1. 長手方向に空孔を有する光ファイバにおいて、端面の空孔を封止する光ファイバ端面の封止方法であって、
   前記光ファイバの前記端面から空孔に、封止剤を注入し、硬化させる第１ステップと、
   前記空孔に前記封止剤が注入されている部位を切断面として、前記光ファイバを切断する第２ステップと
   を備えることを特徴とする光ファイバ端面の封止方法。
2. 前記第１ステップは、
   前記光ファイバの前記端面から空孔に、毛細管現象により前記封止剤を侵入させるステップと、
   前記光ファイバの前記端面を挿入すると前記端面を密閉する空間を有する治具を用いて、密閉された空間に空気圧を加えることにより、前記封止剤を、前記端面から光ファイバの内部に移動させるステップと、
   前記封止剤を硬化させるステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端面の封止方法。
3. 前記第１ステップは、
   前記光ファイバの第１の端面から空孔に、毛細管現象により前記封止剤を侵入させるステップと、
   前記光ファイバの第１の端面とは反対の第２の端面から、前記空孔内部の空気を吸引することにより、前記封止剤を、前記第１の端面から光ファイバの内部に移動させるステップと、
   前記封止剤を硬化させるステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端面の封止方法。
4. 前記封止剤は、粘度１０以上２００ｃＰ以下であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光ファイバ端面の封止方法。
5. 長手方向に空孔を有する光ファイバを接続する光ファイバの接続方法において、
   接続する２本の光ファイバの各々の端面から空孔に、封止剤を注入し、硬化させる第１ステップと、
   前記空孔に前記封止剤が注入されている部位を切断面として、各々の光ファイバを切断する第２ステップと、
   各々の光ファイバの前記切断面を突き合わせて、光ファイバを接続する第３ステップと
   を備えることを特徴とする光ファイバの接続方法。
6. 前記第１ステップは、
   各々の光ファイバの端面から空孔に、毛細管現象により前記封止剤を侵入させるステップと、
   前記各々の光ファイバの端面を挿入すると該端面を密閉する空間を有する治具を用いて、密閉された空間に空気圧を加えることにより、前記封止剤を、前記端面から光ファイバの内部に移動させるステップと、
   前記封止剤を硬化させるステップと
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバの接続方法。
7. 前記第１ステップは、
   各々の光ファイバの第１の端面から空孔に、毛細管現象により前記封止剤を侵入させるステップと、
   前記各々の光ファイバの第１の端面とは反対の第２の端面から、前記空孔内部の空気を吸引することにより、前記封止剤を、前記第１の端面から光ファイバの内部に移動させるステップと、
   前記封止剤を硬化させるステップと
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバの接続方法。
8. 前記封止剤は、粘度１０以上２００ｃＰ以下であることを特徴とする請求項５、６または７に記載の光ファイバの接続方法。

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