JP2014013354A - マルチコアインタフェース及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端面研磨を施す際に細径光ファイバの光軸がズレたり、端面が傷付いたりすることのないマルチコアインタフェース及びその製造方法を提供する。
【解決手段】マルチコアファイバ３０の複数のコア３１に対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェース１０において、複数のコア３１と光学的に接続される複数本のガラス光ファイバ１１と、複数本のガラス光ファイバ１１よりも融点が低く、複数のコア３１と対応する位置に複数の穴１２が形成された低融点多穴ガラスキャピラリ１３と、を備え、複数本のガラス光ファイバ１１は、低融点多穴ガラスキャピラリ１３の複数の穴１２に挿入されると共に加熱一体化されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェース及びその製造方法に関するものである。

近年の伝送容量の増大に伴い、空間分割多重方式（Space Division Multiplexing；ＳＤＭ）やモード分割多重方式（Mode Division Multiplexing；ＭＤＭ）を用いた光通信の研究開発が進められており、従来用いられている波長分割多重方式（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭ）等と組み合わせることにより、光通信の伝送容量を飛躍的に向上させる試みがなされてきている。

空間分割多重方式では、光信号の伝送経路を複数用意する必要がある。この空間分割多重方式に用いる光ケーブルとしては、共通のクラッドに複数のコアを形成したマルチコアファイバ（Multi-Core Fiber；ＭＣＦ）が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

マルチコアファイバを用いて空間分割多重方式を実現し、更に各コアを伝搬する光信号に波長分割多重方式等を適用することで、伝送容量の更なる向上を図ることが可能となる。

ところで、マルチコアファイバを用いたマルチコア伝送システムでは、送信器からマルチコアファイバへ、またマルチコアファイバから受信器へのファンアウト機能を有する光機能部品が必要になってくる。

つまり、マルチコアファイバを用いて空間分割多重方式を実現しようとすると、マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるための光機能部品、即ちマルチコアインタフェース（Multi-Core Interface；ＭＣＩ）が必要になってくる。

特に、長距離伝送用の光ケーブルにマルチコアファイバを用いる場合、伝送路の途中に光増幅器（中継器）を挿入する必要があるが、複数のコアを伝搬する光信号を一括して増幅する光増幅器を実現することは困難であり、実現したとしても非常に高価なものとなってしまう。

よって、マルチコアファイバの複数のコアを伝搬する光信号を取り出して個別にＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）等の光増幅器に入力し、各光増幅器で増幅された光信号を再び複数のコアに個別に入射するマルチコアインタフェースが必要となる。

しかし、現在の光ファイバカプラなどでは、マルチコアファイバに対応することはできず、マルチコアインタフェースとして用いることができない。

そこで、クラッドの外径がマルチコアファイバのコア間隔と等しく形成された複数本の細径光ファイバを使用し、これら細径光ファイバを束ねてガラスキャピラリに形成された一つの穴に挿入した構造のマルチコアインタフェースが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

このマルチコアインタフェースは、複数本の細径光ファイバを束ねてガラスキャピラリに形成された一つの穴に挿入した後、ガラスキャピラリより突き出させた端末を接着剤に浸漬し、毛細管現象により接着剤を吸い上げ、接着剤の表面張力により細径光ファイバを最密構造に凝集密着させ、しかる後、細径光ファイバにガラスキャピラリごと端面研磨を施したものである。

特開平５−３４１１４７号公報 特開２０１０−５５０２８号公報 特開昭５７−９７５０３号公報

斉藤恒聡、外３名、「マルチコアファイバ用ファイババンドルタイプファンアウト」、通信講演論文集２、電子情報通信学会、２０１２年、ｐ．３４９

しかしながら、図７に示すように、非特許文献１に記載されたマルチコアインタフェース７０では、複数本の細径光ファイバ７１の間、及び複数本の細径光ファイバ７１とガラスキャピラリ７２との間に接着剤７３が介在しているため、端面研磨、特にフィジカルコンタクト（Physical Contact；ＰＣ）研磨を施すときに細径光ファイバ７１よりも柔らかい接着剤７３が先に削れることとなる。

そうすると、接着剤７３による拘束力を失った細径光ファイバ７１の先端部が動いて光軸がズレたり、削られた接着剤７３が細径光ファイバ７１の端面を傷付けたりして、マルチコアインタフェース７０を用いた接続部で伝送損失が増加してしまう。

そこで、本発明の目的は、端面研磨を施す際に細径光ファイバの光軸がズレたり、端面が傷付いたりすることのないマルチコアインタフェース及びその製造方法を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェースにおいて、前記複数のコアと光学的に接続される複数本のガラス光ファイバと、前記複数本のガラス光ファイバよりも融点が低く、前記複数のコアと対応する位置に複数の穴が形成された低融点多穴ガラスキャピラリと、を備え、前記複数本のガラス光ファイバは、前記低融点多穴ガラスキャピラリの前記複数の穴に挿入されると共に加熱一体化されているマルチコアインタフェースである。

前記複数本のガラス光ファイバの外径は、前記複数のコアの間隔よりも小さく形成されると良い。

また、本発明は、マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェースの製造方法において、前記複数のコアと光学的に接続される複数本のガラス光ファイバを用意し、前記複数本のガラス光ファイバよりも融点が低く、前記複数のコアと対応する位置に複数の穴が形成された低融点多穴ガラスキャピラリを用意し、前記複数本のガラス光ファイバを、前記低融点多穴ガラスキャピラリの前記複数の穴に挿入すると共に加熱一体化するマルチコアインタフェースの製造方法である。

前記複数本のガラス光ファイバの外径は、前記複数のコアの間隔よりも小さく形成すると良い。

前記低融点多穴ガラスキャピラリは、前記複数の穴となる複数の貫通孔を予め形成しておいた低融点ガラス母材を所望の外径となるように、且つ、前記複数の穴の内径が前記ガラス光ファイバの外径よりも大きくなるように調整しながら線引して形成すると良い。

本発明によれば、端面研磨を施す際に細径光ファイバの光軸がズレたり、端面が傷付いたりすることのないマルチコアインタフェース及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るマルチコアインタフェースを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るマルチコアインタフェースを示す端面図である。 マルチコアファイバを示す端面図である。 本発明の一実施の形態に係るマルチコアインタフェースの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施の形態に係るマルチコアインタフェースの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施の形態に係るマルチコアインタフェースとマルチコアファイバとの接続を説明する図である。 従来技術に係るマルチコアインタフェースを示す端面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１及び２に示すように、本実施の形態に係るマルチコアインタフェース１０は、後述するマルチコアファイバ３０の複数のコア３１に対して光信号を入出射させるものであり、複数のコア３１と光学的に接続される複数本のガラス光ファイバ１１と、複数本のガラス光ファイバ１１よりも融点が低く、複数のコア３１と対応する位置に複数の穴１２が形成された低融点多穴ガラスキャピラリ１３と、を備え、複数本のガラス光ファイバ１１は、低融点多穴ガラスキャピラリ１３の複数の穴１２に挿入されると共に加熱一体化されていることを特徴とする。

図３に示すように、マルチコアファイバ３０は、複数のコア３１と、複数のコア３１の周囲を覆う共通のクラッド３２と、を備えており、複数のコア３１の間隔（コア間隔）Ｐが等間隔となるように配置されたものである。

本実施の形態では、クラッド３２の中心に一つのコア３１が配置され、そのコア３１の中心を軸とした同軸円上に中心が位置するように六つのコア３１が等間隔に配置されたマルチコアファイバ３０を用いる。これら七つのコア３１は、隣り合うコア３１の間隔Ｐが全て等しくなるように配置される。

再び図１及び２を参照し、マルチコアインタフェース１０は、マルチコアファイバ３０の七つのコア３１に対応した七本のガラス光ファイバ１１と、これらガラス光ファイバ１１を挿入するための七つの穴１２が形成された低融点多穴ガラスキャピラリ１３と、を備える。

本実施の形態では、マルチコアファイバ３０の七つのコア３１に対応して七本のガラス光ファイバ１１を用いるが、ガラス光ファイバ１１の本数は、マルチコアファイバ３０のコア３１の数と同じ本数とする。

複数本のガラス光ファイバ１１は、コア１４と、コア１４の周囲を覆うクラッド１５と、を備えており、例えば、細径光ファイバ又は先端部が細径化された光ファイバからなる。これら細径光ファイバ又は光ファイバの先端部の外径は、例えば、４０μｍである。

また、複数本のガラス光ファイバ１１の外径は、複数のコア３１の間隔よりも小さく形成されると良い。そうすると、複数本のガラス光ファイバ１１が低融点多穴ガラスキャピラリ１３の複数の穴１２に挿入されたときに、全てのガラス光ファイバ１１の周囲が低融点多穴ガラスキャピラリ１３を構成する低融点ガラスにより囲繞される。

複数本のガラス光ファイバ１１と低融点多穴ガラスキャピラリ１３とを、低融点多穴ガラスキャピラリ１３は融けるが、ガラス光ファイバ１１は融けないような温度で加熱一体化させる。これにより、複数の穴１２が均等に縮径していき、全てのガラス光ファイバ１１が穴１２の中心に調芯されるようにして一体化され、複数本のガラス光ファイバ１１のコア１４がマルチコアファイバ３０の複数のコア３１の光軸と精度良く一致することとなる。

本実施の形態では、マルチコアファイバ３０の七つのコア３１を全て同じ外径とし、七本のガラス光ファイバ１１のコア１４も全て同じ外径とするが、マルチコアファイバ３０の複数のコア３１を異なる外径とする場合には、それらコア３１の外径と同径となるように、複数本のガラス光ファイバ１１のコア１４の外径を設定すると良い。

低融点多穴ガラスキャピラリ１３の穴１２は、断面円状であり、その内径がガラス光ファイバ１１の外径よりも若干（例えば、１μｍだけ）大きく形成されると共に、その中心がマルチコアファイバ３０のコア３１の中心と一致するように形成される。また、低融点多穴ガラスキャピラリ１３は、低融点ガラスからなる。

次に、本実施の形態に係るマルチコアインタフェース１０の製造方法を説明する。

図４に示すように、マルチコアインタフェース１０を製造する際には、先ずマルチコアファイバ３０の複数のコア３１と光学的に接続される複数本のガラス光ファイバ１１を用意する。

ガラス光ファイバ１１としては、例えば、細径光ファイバ又は先端部が細径化された光ファイバを用いる。光ファイバの先端部を細径化する方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、光ファイバの先端部をフッ酸を用いたエッチングにより細径化する方法が挙げられる。

次いで、複数本のガラス光ファイバ１１よりも融点が低く、マルチコアファイバ３０の複数のコア３１と対応する位置に複数の穴１２が形成された低融点多穴ガラスキャピラリ１３を用意する。

低融点多穴ガラスキャピラリ１３は、複数の穴１２となる貫通孔を予め形成しておいた低融点ガラス母材を所望の外径（例えば、マルチコアファイバ３０の外径と同径）となるように、且つ、複数の穴１２の内径がガラス光ファイバ１１の外径よりも大きくなるように調整しながら線引して形成する。

その後、複数本のガラス光ファイバ１１を、低融点多穴ガラスキャピラリ１３の複数の穴１２に挿入すると共に加熱一体化する。このとき、低融点多穴ガラスキャピラリ１３に超音波振動を加えながら、全てのガラス光ファイバ１１を穴１２に挿入すると良い。

これにより、複数本のガラス光ファイバ１１を複数の穴１２に挿入するのが容易になり、マルチコアインタフェース１０を大量生産する際の手間を省くことが可能となる。

図５に示すように、複数本のガラス光ファイバ１１と低融点多穴ガラスキャピラリ１３との加熱一体化は、例えば、加熱ヒータ５１や放電機構を用いてガラス光ファイバ１１が変形しないように、且つ、低融点多穴ガラスキャピラリ１３だけを溶融させるように加熱して行う。

低融点多穴ガラスキャピラリ１３を加熱する際には、低融点多穴ガラスキャピラリ１３の周囲から均一に加熱することで、穴１２の内径をその中心に向けて均一に縮径することができ、穴１２に挿入されたガラス光ファイバ１１が穴１２の中心に調芯されながら一体化することとなる。

これにより、複数本のガラス光ファイバ１１のコア１４は、マルチコアファイバ３０の複数のコア３１と対応する位置にて一体化される。

以上の工程により、図１及び２に示したマルチコアインタフェース１０が得られる。

図６に示すように、マルチコアインタフェース１０とマルチコアファイバ３０とを接続する際には、先ず接続部における伝送損失を低減すべく、マルチコアインタフェース１０の端面とマルチコアファイバ用フェルール４１の端面にＰＣ研磨を施す。

このとき、マルチコアインタフェース１０では、ガラス光ファイバ１１と低融点多穴ガラスキャピラリ１３とが一体化されており、複数本のガラス光ファイバ１１の間、及び複数本のガラス光ファイバ１１と低融点多穴ガラスキャピラリ１３との間には、全て低融点多穴ガラスキャピラリ１３を構成する低融点ガラスが介在される。つまり、マルチコアインタフェース１０の端面において、全ての部材が同様の材質であるガラスによって形成されており、その硬度も略等しくなっている。

そのため、ＰＣ研磨を施すときに、ガラス光ファイバ１１の周囲の低融点多穴ガラスキャピラリ１３が先に削れて、ガラス光ファイバ１１の先端部が動いてその光軸がズレたり、ＰＣ研磨により生じた切削粉がガラス光ファイバ１１の端面を傷付けたりすることが無い。

そして、マルチコアファイバ３０の端部にマルチコアファイバ用フェルール４１を設け、そのマルチコアファイバ用フェルール４１の端面とマルチコアインタフェース１０の低融点多穴ガラスキャピラリ１３の端面とを突き合わせて、マルチコアファイバ３０の複数のコア３１と複数本のガラス光ファイバ１１のコア１４とを光学的に接続する。

このとき、マルチコアインタフェース１０の端面が適切にＰＣ研磨されているため、マルチコアインタフェース１０を用いた接続部で伝送損失が増加することを抑制できる。

また、マルチコアインタフェース１０では、低融点多穴ガラスキャピラリ１３の穴１２に挿入されたガラス光ファイバ１１が穴１２の中心に調芯されながら一体化されるため、ガラス光ファイバ１１のコア１４がマルチコアファイバ３０のコア３１の位置と良く一致する。

よって、マルチコアインタフェース１０を用いた接続部で伝送損失が増加することを更に抑制できる。

なお、従来のマルチコアインタフェース７０では、接着剤７３の表面張力により細径光ファイバ７１を最密構造に凝集密着させているため、細径光ファイバ７１のコアとマルチコアファイバ３０のコア３１の配置を一致させることはできる。

しかし、複数本の細径光ファイバ７１がガラスキャピラリ７２に形成された一つの穴に挿入されていることから、その穴内では複数本の細径光ファイバ７１の全体的な位置が偏芯することとなる。

そうすると、伝送損失を低減させるために、細径光ファイバ７１とマルチコアファイバ３０のコアに光信号を通しながら、出射パワーが最大となるようにアクティブ調芯する必要が生じる。

アクティブ調芯はパッシブ調芯に比べて時間とコストが掛かるため、長距離のマルチコア伝送システムにおいてアクティブ調芯を用いて調芯を行うのは事実上不可能であり、従来のマルチコアインタフェース７０は長距離のマルチコア伝送システムに用いることができない。

これに対し、本実施の形態に係るマルチコアインタフェース１０では、パッシブ調芯により調芯が行えるため、長距離のマルチコア伝送システムにおいてもマルチコアインタフェース１０を使用することが可能となる。

従って、長距離のマルチコア伝送システムにおいては、マルチコアインタフェース１０による恩恵は特に大きなものとなる。

１０ マルチコアインタフェース
１１ ガラス光ファイバ
１２ 穴
１３ 低融点多穴ガラスキャピラリ
１４ コア
１５ クラッド

Claims (5)

1. マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェースにおいて、
   前記複数のコアと光学的に接続される複数本のガラス光ファイバと、
   前記複数本のガラス光ファイバよりも融点が低く、前記複数のコアと対応する位置に複数の穴が形成された低融点多穴ガラスキャピラリと、
   を備え、
   前記複数本のガラス光ファイバは、前記低融点多穴ガラスキャピラリの前記複数の穴に挿入されると共に加熱一体化されていることを特徴とするマルチコアインタフェース。
2. 前記複数本のガラス光ファイバの外径は、前記複数のコアの間隔よりも小さく形成される請求項１に記載のマルチコアインタフェース。
3. マルチコアファイバの複数のコアに対して光信号を入出射させるマルチコアインタフェースの製造方法において、
   前記複数のコアと光学的に接続される複数本のガラス光ファイバを用意し、
   前記複数本のガラス光ファイバよりも融点が低く、前記複数のコアと対応する位置に複数の穴が形成された低融点多穴ガラスキャピラリを用意し、
   前記複数本のガラス光ファイバを、前記低融点多穴ガラスキャピラリの前記複数の穴に挿入すると共に加熱一体化することを特徴とするマルチコアインタフェースの製造方法。
4. 前記複数本のガラス光ファイバの外径は、前記複数のコアの間隔よりも小さく形成する請求項３に記載のマルチコアインタフェースの製造方法。
5. 前記低融点多穴ガラスキャピラリは、前記複数の穴となる複数の貫通孔を予め形成しておいた低融点ガラス母材を所望の外径となるように、且つ、前記複数の穴の内径が前記ガラス光ファイバの外径よりも大きくなるように調整しながら線引して形成する請求項３又は４に記載のマルチコアインタフェースの製造方法。