JP2013117664A - マルチコア光ファイバ接続構造体およびマルチコア光ファイバ接続構造体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１および第２のマルチコア光ファイバそれぞれの端面が互いに接続されてなり接続部での反射低減を図ることができるマルチコア光ファイバ接続構造体を提供する。
【解決手段】マルチコア光ファイバ接続構造体１は、マルチコア光ファイバ１０，２０、フェルール３０，４０およびスリーブ５０を備える。マルチコア光ファイバ１０，２０の端面１４，２４はファイバ軸に垂直な面に対して傾斜している。マルチコア光ファイバ１０とマルチコア光ファイバ２０とは、各々のファイバ軸が互いに平行であって各々の端面が対向するように配置されている。マルチコア光ファイバ１０のコアとマルチコア光ファイバ２０のコアとは１対１に対応して相互の間で光学的に結合している。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチコア光ファイバ接続構造体およびマルチコア光ファイバ接続構造体製造方法に関するものである。

通常の単一コア光ファイバ同士を光学的に端面接続する方法としてＰＣ（PhysicalContact）結合が知られている。ＰＣ結合により接続部での反射低減を図るには、一方の単一コア光ファイバのコアの端面と他方の単一コア光ファイバのコアの端面とを互いに接触させる必要がある。単一コア光ファイバの場合に、端面において中心に唯一つのコアが存在するので、各々の光ファイバの端面において中心部が頂点となるように端面を凸状に研磨して、各々の光ファイバの端面を対向接触させればよい。

しかし、ファイバ軸に沿って延在する複数のコアを共通のクラッド中に有するマルチコア光ファイバの場合、端面において中心以外の位置にもコアが存在するので、複数のコアそれぞれについて上記のＰＣ結合を適用することは困難である。マルチコア光ファイバ同士の光学的接続について接続部での反射に配慮したものは今まで見られなかった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、第１および第２のマルチコア光ファイバそれぞれの端面が互いに接続されてなる接続部での反射低減を図ることができるマルチコア光ファイバ接続構造体を提供することを目的とする。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は、各々ファイバ軸に沿って延在する複数のコアを共通のクラッド中に有する第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバを備え、第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面がファイバ軸に垂直な面に対して傾斜しており、第１マルチコア光ファイバと第２マルチコア光ファイバとが、各々のファイバ軸が互いに平行であって各々の端面が対向するように配置され、第１マルチコア光ファイバのコアと第２マルチコア光ファイバのコアとが１対１に対応して相互の間で光学的に結合していることを特徴とする。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は、第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面がファイバ軸に垂直な面に対して５度〜１１度の範囲で傾斜しているのが好適である。第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバそれぞれがコア配列方位の識別のためのマーカを有し、第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面の傾斜の方位とマーカの位置との関係が互いに逆であるのが好適である。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は、第１マルチコア光ファイバの端部を含む一定範囲が挿入されて固定される第１フェルールと、第２マルチコア光ファイバの端部を含む一定範囲が挿入されて固定される第２フェルールと、第１フェルールおよび第２フェルールを位置決めするスリーブと、を更に備えるのが好適である。或いは、本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は、第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバを位置決めする溝部材を更に備えるのも好適である。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は、第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面における光の反射減衰量が３０ｄＢ以上であるのが好適である。第１マルチコア光ファイバのコアと第２マルチコア光ファイバのコアとの位置ずれ量が１.６μｍ以下であるのが好適である。また、第１マルチコア光ファイバのコアと第２マルチコア光ファイバのコアとの光学的結合における損失が０.４ｄＢ以下であるのが好適である。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体製造方法は、上記の本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体を製造する方法であって、第１マルチコア光ファイバの端面と第２マルチコア光ファイバの端面との接触面積を大きくするように、第１マルチコア光ファイバの端面と第２マルチコア光ファイバの端面とを接続することで、光学的に結合されるべき第１マルチコア光ファイバのコア位置と第２マルチコア光ファイバのコア位置とを互いに一致させることを特徴とする。

本発明のマルチコア光ファイバ接続構造体は接続部での反射低減を図ることができる。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体１で用いられるマルチコア光ファイバ１０の構成を示す図である。 第１実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体１の構成を示す図である。 第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２で用いられるマルチコア光ファイバ１０の構成を示す図である。 第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２で用いられるマルチコア光ファイバ２０の構成を示す図である。 第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）

図１は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体１で用いられるマルチコア光ファイバ１０の構成を示す図である。同図（ａ）は、ファイバ軸方向にマルチコア光ファイバ１０を見た図である。同図（ｂ）および同図（ｃ）は、ファイバ軸方向に垂直であって互いに直交する２方向にマルチコア光ファイバ１０を見た図である。

マルチコア光ファイバ１０は、ファイバ軸に沿って延在する複数のコア１１を共通のクラッド１２中に有する。各コア１１は、クラッド１２の屈折率より高い屈折率を有し、光を導波することができる。同図に示される例では、マルチコア光ファイバ１０のファイバ軸に垂直な円形断面において、中心位置に１個のコア１１が存在し、これを中心とする円の周上に等間隔で６個のコア１１が存在する。すなわち、７個のコア１１は三角格子の各格子点に配置されている。

マルチコア光ファイバ１０の端面１４の側の一定範囲はフェルール３０に挿入されて固定されている。マルチコア光ファイバ１０の端面１４およびフェルール３０の端面は、共通の平面上にあって、ファイバ軸に垂直な面に対して傾斜している。その傾斜角は例えば８度である。

このようなマルチコア光ファイバ１０およびフェルール３０は以下のようにして作製される。マルチコア光ファイバ１０の一端側の一定範囲の被覆層が除去されてクラッド１２が露出され、これがフェルール３０に挿入される。マルチコア光ファイバ１０の一端側が僅かにフェルール３０から突出した状態でフェルール３０内に接着剤が注入されて、両者が互いに固定される。そして、マルチコア光ファイバ１０およびフェルール３０の端面が研磨されて、ファイバ軸に垂直な面に対して傾斜した端面１４が形成される。

図２は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体１の構成を示す図である。マルチコア光ファイバ接続構造体１は、上述したマルチコア光ファイバ１０およびフェルール３０を備える他、これらと同一構成を有するマルチコア光ファイバ２０およびフェルール４０を備え、また、スリーブ５０をも備える。スリーブ５０の内径は、フェルール３０，４０の外径より僅かに大きい。

マルチコア光ファイバ１０およびフェルール３０は、傾斜した端面１４の側がスリーブ５０に挿入されている。マルチコア光ファイバ２０およびフェルール４０は、傾斜した端面２４の側がスリーブ５０に挿入されている。スリーブ５０内において、マルチコア光ファイバ１０とマルチコア光ファイバ２０とは、各々のファイバ軸が互いに平行であって各々の端面１４，２４が対向するように配置されている。マルチコア光ファイバ１０のコアとマルチコア光ファイバ２０のコアとは、１対１に対応して相互の間で光学的に結合している。

このようなマルチコア光ファイバ接続構造体１は以下のようにして製造される。スリーブ５０内において、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４との接触面積が大きくなるようにマルチコア光ファイバ１０，２０の双方または何れか一方が回転され（同図（ａ）→（ｂ））、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４とが接続される。これにより、光学的に結合されるべきマルチコア光ファイバ１０のコア位置とマルチコア光ファイバ２０のコア位置とが互いに一致する。

仮に、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４との接触面積が最大となっておらず、端面１４と端面２４との間に僅かな隙間が生じていたとしても、ファイバ軸に垂直な面に対して端面が８度の傾斜を有していれば、マルチコア光ファイバのコアと隙間の空気との屈折率差により生じるフレネル反射光は、その大半がコアに戻ることはなく、典型的には３０ｄＢ以上の反射減衰量が確保可能となる。

これまで、マルチコア光ファイバ接続構造体１は、マルチコア光ファイバ１０，２０、フェルール３０，４０およびスリーブ５０を備えるものとして説明した。これらを適切なハウジング内に収納することにより、実用的で、反射戻り光量が少なく（つまり、反射減衰量が大きく）、複数のコアが低損失で結合可能なマルチコア光ファイバ用コネクタとすることができる。

また、これまで、マルチコア光ファイバの端面の傾斜角度は、ファイバ軸に垂直な面に対して８度とした。この端面の傾斜角度を大きくすることにより、反射減衰量を更に大きくすることができ、或いは、斜め端面の断面積増大に伴い端面接触面積を大きくするように調整することによるコア位置合わせの精度を向上させることができる。その一方で、傾斜角度が大きい端面を形成するための研磨量が増大し、或いは、突合せ時に斜め端面の先端部が破損する可能性が増す等、実用上の課題も増大する。これらのことから、反射減衰量等の特性と実用性とを両立させる観点から、斜め端面の角度としては８±３度程度が望ましい。

（第２実施形態）

図３は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２で用いられるマルチコア光ファイバ１０の構成を示す図である。同図（ｂ）は、ファイバ軸方向にマルチコア光ファイバ１０を見た図である。同図（ａ）は、ファイバ軸方向に垂直な方向にマルチコア光ファイバ１０を見た図である。

マルチコア光ファイバ１０は、ファイバ軸に沿って延在する複数のコア１１を共通のクラッド１２中に有する。各コア１１は、クラッド１２の屈折率より高い屈折率を有し、光を導波することができる。同図に示される例では、マルチコア光ファイバ１０のファイバ軸に垂直な円形断面において、中心位置に１個のコア１１が存在し、これを中心とする円の周上に等間隔で６個のコア１１が存在する。すなわち、７個のコア１１は三角格子の各格子点に配置されている。

マルチコア光ファイバ１０は、コア配列方位の識別のためのマーカ１３を有している。マーカ１３はファイバ軸に沿って延在する。同図に示される例では、マルチコア光ファイバ１０のファイバ軸に垂直な円形断面において、マーカ１３は、６個のコア１１が周上に存在する円より外側であって、６個のコア１１のうちの隣り合う２個のコアから等距離の位置に配置されている。マルチコア光ファイバ１０の端面１４は、ファイバ軸に垂直な面に対して傾斜している。その傾斜角は例えば８度である。

このようなマルチコア光ファイバ１０は以下のようにして作製される。マルチコア光ファイバ１０の一端側の一定範囲の被覆層が除去されてクラッド１２が露出され、マーカ１３が存在する側において端面１４が突出するようにマルチコア光ファイバ１０の端面が斜めカットされる。斜めカットの方法としては、マルチコア光ファイバに捻りを加えた状態でカットの起点となる部分に微小キズを与える方法や、照射方向およびスキャン方向を制御したレーザー光を使用する方法が挙げられる。

図４は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２で用いられるマルチコア光ファイバ２０の構成を示す図である。同図（ｂ）は、ファイバ軸方向にマルチコア光ファイバ２０を見た図である。同図（ａ）は、ファイバ軸方向に垂直な方向にマルチコア光ファイバ２０を見た図である。マルチコア光ファイバ２０は、マルチコア光ファイバ１０と略同じ構成を有しており、ファイバ軸に沿って延在する複数のコア２１およびマーカ２３を共通のクラッド２２中に有し、ファイバ軸に垂直な面に対して傾斜している端面２４を有する。

図３と図４とを対比して判るように、マルチコア光ファイバ１０およびマルチコア光ファイバ２０それぞれの端面の傾斜の方位とマーカの位置との関係は互いに逆である。マルチコア光ファイバ１０ではマーカ１３が存在する側において端面１４が突出しているのに対して、マルチコア光ファイバ２０ではマーカ２３が存在する側と反対の側において端面２４が突出している。

図５は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ接続構造体２の構成を示す図である。同図（ａ）はファイバ軸に垂直な断面を示し、同図（ｂ）はファイバ軸を含む断面を示す。マルチコア光ファイバ接続構造体２は、上述したマルチコア光ファイバ１０およびマルチコア光ファイバ２０を備える他、溝部材６０および蓋部材７０を備える。

溝部材６０は、マルチコア光ファイバ１０およびマルチコア光ファイバ２０を位置決めするＶ溝を有する。蓋部材７０は、溝部材６０のＶ溝により位置決めされたマルチコア光ファイバ１０およびマルチコア光ファイバ２０の上に被せられて、これらがＶ溝から外れないようにする。

このような状態で、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４との接触面積が大きくなるようにマルチコア光ファイバ１０，２０の双方または何れか一方が回転され、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４とが接続される。これにより、光学的に結合されるべきマルチコア光ファイバ１０のコア位置とマルチコア光ファイバ２０のコア位置とが互いに一致し、また、マーカ１３の位置とマーカ２３の位置とが互いに一致する。

マルチコア光ファイバ１０、マルチコア光ファイバ２０、溝部材６０のＶ溝および蓋部材７０の隙間に接着剤が注入され、この接着剤が硬化することで、これらが固定される。このようにしてマルチコア光ファイバ接続構造体２が製造される。このマルチコア光ファイバ接続構造体２は、マルチコア光ファイバ１０とマルチコア光ファイバ２０とをメカニカルスプライスにより光学的に接続するものである。

本実施形態でも、仮に、マルチコア光ファイバ１０の端面１４とマルチコア光ファイバ２０の端面２４との接触面積が最大となっておらず、端面１４と端面２４との間に僅かな隙間が生じていたとしても、ファイバ軸に垂直な面に対して端面が８度の傾斜を有していれば、マルチコア光ファイバのコアと隙間の空気との屈折率差により生じるフレネル反射光は、その大半がコアに戻ることはなく、典型的には３０ｄＢ以上の反射減衰量が確保可能となる。

マルチコア光ファイバ接続構造体２において発生し得る最悪ケースとして、ファイバ端面の一方の端（例えば図３（ａ），図４（ａ）において３つのコアが横に並んでいる方向の左端）では対向するマルチコア光ファイバの端面同士が接触し、反対側の端（例えば図３（ａ），図４（ａ）において３つのコアが横に並んでいる方向の右端）では対向するマルチコア光ファイバの端面の間に２０μｍの隙間が生じている場合を考える。この場合、マルチコア光ファイバのクラッド直径が１２５μｍであるとすると、端面間の傾き角度は約９.１度（＝tan^-1(20／125)）となり、端面内での位置ずれは最大で約１.６μｍ（＝125*(1-cos(9.1))）となる。マルチコアモード光ファイバの各コアにおけるモードフィールド径が標準的なシングルモード光ファイバのモードフィールド径と同等であるとすれば、この位置ずれ量は約０.４ｄＢの接続損失に相当する。

（変形例）

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１および第２の実施形態では７個のコアが三角格子状に配置されたが、マルチコア光ファイバのコア数およびコア配置はこれに限定されない。コア数は６以下であってもよいし８以上であってもよい。コア配置は、四角格子状の配置、同一円周上の配置等、種々の形態であってもよい。

第２実施形態では１つのマーカが端面で光学的に認識可能なものであったが、マーカの個数、形態および配置はこれに限定されない。２つ以上のマーカを斜め端面形成が行い易い様に配置する等種々変形例が考えられる。

第１および第２の実施形態では単心のマルチコア光ファイバ同士を接続したものであったが、本発明は複数のマルチコア光ファイバの一括接続にも適用可能である。また、マルチコア光ファイバ相互の接続だけでなく、マルチコア光ファイバと他の光部品との接続に応用することも可能である。この場合にも、マルチコア光ファイバの反射減衰量を大きくする効果が期待される。

１，２…マルチコア光ファイバ接続構造体、１０…第１マルチコア光ファイバ、１１…コア、１２…クラッド、１３…マーカ、１４…端面、２０…第２マルチコア光ファイバ、２１…コア、２２…クラッド、２３…マーカ、２４…端面、３０…第１フェルール、４０…第２フェルール、５０…スリーブ、６０…溝部材、７０…蓋部材。

Claims (9)

1. 各々ファイバ軸に沿って延在する複数のコアを共通のクラッド中に有する第１マルチコア光ファイバおよび第２マルチコア光ファイバを備え、
   前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面がファイバ軸に垂直な面に対して傾斜しており、
   前記第１マルチコア光ファイバと前記第２マルチコア光ファイバとが、各々のファイバ軸が互いに平行であって各々の端面が対向するように配置され、
   前記第１マルチコア光ファイバのコアと前記第２マルチコア光ファイバのコアとが１対１に対応して相互の間で光学的に結合している、
   ことを特徴とするマルチコア光ファイバ接続構造体。
2. 前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面がファイバ軸に垂直な面に対して５度〜１１度の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
3. 前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバそれぞれがコア配列方位の識別のためのマーカを有し、
   前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面の傾斜の方位と前記マーカの位置との関係が互いに逆である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
4. 前記第１マルチコア光ファイバの端部を含む一定範囲が挿入されて固定される第１フェルールと、
   前記第２マルチコア光ファイバの端部を含む一定範囲が挿入されて固定される第２フェルールと、
   前記第１フェルールおよび前記第２フェルールを位置決めするスリーブと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
5. 前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバを位置決めする溝部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
6. 前記第１マルチコア光ファイバおよび前記第２マルチコア光ファイバそれぞれの端面における光の反射減衰量が３０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
7. 前記第１マルチコア光ファイバのコアと前記第２マルチコア光ファイバのコアとの位置ずれ量が１.６μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
8. 前記第１マルチコア光ファイバのコアと前記第２マルチコア光ファイバのコアとの光学的結合における損失が０.４ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のマルチコア光ファイバ接続構造体を製造する方法であって、
   前記第１マルチコア光ファイバの端面と前記第２マルチコア光ファイバの端面との接触面積を大きくするように、前記第１マルチコア光ファイバの端面と前記第２マルチコア光ファイバの端面とを接続することで、光学的に結合されるべき前記第１マルチコア光ファイバのコア位置と前記第２マルチコア光ファイバのコア位置とを互いに一致させる、
   ことを特徴とするマルチコア光ファイバ接続構造体製造方法。
   

Images