JP2014163946A - 光ファイバ接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】横断面が非円形の光ファイバ同士を短時間で簡単にコアの位置合わせを行って接続できる接続方法を提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバ接続方法は、ファイバの横断面が略正ｎ角形（ｎは５以上の整数）である光ファイバ１００同士を接続する方法であって、光ファイバをｎによって定まる所定の開き角度であるＶ溝４１に載置する載置工程と、載置工程の後で、下面が平らな面である押さえ部材４５を上方から光ファイバに接触させて、当該光ファイバに対して下方へ圧力をかけて光ファイバ側面とＶ溝の表面とを面接触させて光ファイバをＶ溝に固定する固定工程と、別々に固定された光ファイバを２本、互いの端面同士を向かい合わせて突き合わせ、光ファイバ同士を接続する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ接続方法に関し、特にファイバの横断面が非円形である光ファイバ接続方法に関するものである。

近年有線のデータ通信においては、光ファイバがその通信経路として一般的に用いられている。データ通信用の光ファイバは、光を通すコアと、コアを囲繞して光をコアに閉じ込めるクラッドとを有している。当初は１本の光ファイバにコアが１本だけのシングルコアファイバが用いられていたが、近頃は大量のデータを１本の光ファイバで送受信できるマルチコアファイバを使用することが検討されている。マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドに囲繞されて１本の光ファイバを構成している光ファイバである。このようなマルチコアファイバでは、ファイバの外観によってコアの配列・位置情報が判別できるように、クラッドを非円形（例えば横断面がＤ形のいわゆるＤシェイプ構造）とする場合がある。

また、希土類元素を添加した光ファイバによって信号光を増幅もしくはレーザ発振させるファイバ増幅器やファイバレーザでは、高出力化の要求が高まっており、その方策のひとつとして、増幅媒体である希土類添加光ファイバの導波構造を、いわゆるダブルクラッド構造やトリプルクラッド構造のような、同心円状に複数の導波構造を持つマルチクラッド構造とする方策がある。

マルチクラッド構造を有する希土類添加ファイバ（以下、希土類添加コアマルチクラッドファイバと記す。）を増幅媒体として用いる増幅やレーザ発振において、その増幅（発振）効率の制限要因の一つとして、内側クラッドを伝播する励起光のスキューモードがある（例えば、特許文献２）。スキューモードがあると、本来、コアに添加された希土類イオンに吸収されて信号光の増幅に使われるべき励起光が、コアを通過しない導波モードで内側クラッド中を伝播し、そのままファイバを通過してしまう。そのため、必要な利得を得るためには、ファイバ長を長くしなければならなくなったり、増幅効率が低下するなどの問題がある。さらに、スキューモードでは外乱（曲がりやねじれなど）の影響が大きいため、スキューモードが大きいと出力が安定しない問題もある。このスキューモード対策に関して種々の方法が提案されている。例えば、コアとクラッドの中心軸をずらしてスキューモードの影響を低減する方法（偏心コア構造、特許文献１参照）、内側クラッドの外周の一部（Ｄシェイプ構造、特許文献３参照）や全体（多角形構造、特許文献２及び非特許文献１参照）を非円形状とし、スキューモード自体を低減する方法などが提案されている。これらの方法の中では、多角形クラッド構造が製造性の観点からもっとも良く用いられる構造であり、効果的な手法である。

上述の光ファイバの使用に際して、光ファイバ同士を接続する場合がある。シングルコアファイバ同士を接続する場合は、コアが１つであるのでコア同士を接続するのが比較的簡単であるが、マルチコアファイバの場合は２つのファイバの全てのコア同士の位置合わせをしてから接続を行わないと接続部における損失が大きくなってしまうが、このような位置合わせは困難な作業である。また、クラッド横断面が多角形やＤ形などの非円形の場合も、２本のファイバの外形を合わせて接続を行うことは、同様に非常に困難である。

従来では非特許文献１に、マルチコアファイバの低損失融着接続の技術としてファイバ端面を観察する装置を用いる技術が開示されている。

特開平１−２６０４０５号公報 特表平１０−５０３８８５号公報 特表平１０−５１０１０４号公報

荒川ら、電子情報通信学会総合大会講演論文集２（２０１１）Ｂ−１０−２５、ｐ３４８

しかしながら、ファイバ端面を観察する装置は大型で且つ高価であるという問題があった。そして非特許文献１に記載された装置を用いてファイバ端面を観察して、それからファイバの接続を行うと、非常に手間がかかりファイバ接続コストが増大してしまう。

さらにはマルチコアファイバの接続は、工事現場で一般的に行われるものであり狭い場所で接続を行う必要があるため、ファイバ側面観察を行って接続を行う現状の小型の融着装置を使用することが望まれている。希土類添加コアマルチクラッドファイバに関しても、非特許文献１の装置を用いて光ファイバ同士を接続するとコストが増大するので、既存の融着装置を使用することが望まれている。既存の融着装置では光ファイバをＶ溝に載置してから光ファイバの接続を行うのであるが、ファイバ横断面が多角形等の非円形であると中心軸周りの回転角をＶ溝によって一定にして固定することができないため、融着においてコア位置のずれが生じてしまう。

本発明は、かかる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、横断面が非円形の光ファイバ同士を短時間で簡単にコアの位置合わせを行って接続できる接続方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の光ファイバ接続方法は、ファイバの横断面が略正ｎ角形（ｎは５以上の整数）である光ファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、前記光ファイバを前記ｎによって定まる所定の開き角度であるＶ溝に載置する載置工程と、前記載置工程の後で、下面が平らな面である押さえ部材を上方から前記光ファイバに接触させて、当該光ファイバに対して下方へ圧力をかけて光ファイバ側面と前記Ｖ溝の表面とを面接触させて前記光ファイバを前記Ｖ溝に固定する固定工程と、別々に固定された前記光ファイバを２本、互いの端面同士を向かい合わせて突き合わせ、前記光ファイバ同士を接続する工程とを含む構成を有している。略正ｎ角形というのは、数学的に厳密な意味での正ｎ角形ではなく、辺の長さや角度等に数％程度の誤差があってもよいし、角の部分が丸みを帯びていてもよいことを意味している。

ある好適な実施形態において、前記ｎ及び所定の開き角度は、ｎ＝６と６０度、ｎ＝７と１２８．５７度、及び、ｎ＝８と９０度のいずれか一組から選ばれたものである。

ある好適な実施形態において、前記固定工程の前に、前記光ファイバをファイバ中心軸に直交する２つの方向から観察して、前記ファイバの前記略正ｎ角形の最も上側に位置する頂点をなす２つの辺のそれぞれと、前記押さえ部材の下面とがなす２つの角が異なるように、ファイバ中心軸周りに前記光ファイバを回転させる粗調整工程をさらに備えている。

本発明の第２の光ファイバ接続方法は、ファイバの横断面が円の一部を切り欠いたＤ形である光ファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、前記光ファイバを、円の一部を切り欠いた部分を上方に向けて、３０度以上１５０度以下の開き角度であるＶ溝に載置する載置工程と、前記載置工程の後で、下面が平らな面である押さえ部材上方からを前記光ファイバに接触させて、当該光ファイバに対して下方へ圧力をかけて前記光ファイバを前記Ｖ溝に固定する固定工程と、別々に固定された前記光ファイバを２本、互いの端面同士を向かい合わせて突き合わせ、前記光ファイバ同士を接続する工程とを含む構成を有している。

本発明の光ファイバ接続方法は、横断面が略正ｎ角形又はＤ形の光ファイバをＶ溝に載置して押さえ部材を面接触させて光ファイバをＶ溝に押さえつけて固定するので、光ファイバの中心軸周りの角度調整を容易に行うことができる。

実施形態に係る光ファイバ接続装置の模式的な斜視図である。 実施形態１に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す模式的な図である。 実施形態１に係る光ファイバがＶ溝と面接触している状態を示す模式的な図である。 比較形態に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す模式的な図である。 実施形態１に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す別の模式的な図である。 実施形態２に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す模式的な図である。 実施形態３に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す模式的な図である。 実施形態４に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す模式的な図である。 実施形態４に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す別の模式的な図である。 実施形態４に係る光ファイバとＶ溝との関係を示す他の模式的な図である。 実施形態に係る光ファイバの模式的な端面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
図１に示す実施形態１に係る接続装置は、２本の光ファイバ１００，１００を接続する装置である。本実施形態の光ファイバ１００，１００は、図１１に示すようにファイバ横断面が正六角形であって中心軸に１つ中心軸の周りに正六角形配置で６つ、計７つのコア１０，１０，をクラッド２０内に備えている。

本実施形態の接続装置は、光ファイバ１００，１００を挟み込むクランプ３０，３０と、Ｖ溝４１が形成されたガイド部材４０，４０と、押さえ部材４５，４５と、放電電極３５，３５とを備えている。Ｖ溝４１は６０度の開き角である。なお、光ファイバ１００，１００の位置・回転角調節を行うためのＣＣＤカメラも備えているが、図が煩雑になるため省略している。ＣＣＤカメラの配置については、図５，８，９，１０に示しており、後ほど説明を行う。

光ファイバ１００，１００のうち、クランプ３０，３０に挟まれる部分には被覆１０１が施されて保護されている。なお、光ファイバ１００，１００の接続を行う端部とは反対側にクランプ３０，３０から延びているファイバ外面には被覆１０１が施されている。

以下に２本の光ファイバ１００，１００を接続する実施形態１に係る接続方法について説明を行う。

まず先端部分の被覆１０１を除去した２本の光ファイバ１００，１００を用意する。

それから、２本の光ファイバ１００，１００の先端の被覆１０１が除去された部分をガイド部材４０，４０のＶ溝４１，４１に載せて、接続されるファイバの最先端の部分をＶ溝４１，４１から突き出した状態とする（載置工程）。この時点では、光ファイバ１００，１００とＶ溝４１とは面接触しておらず、横断面においてＶ溝４１の壁面と光ファイバ１００，１００の角とが点接触している状態であることがほとんどである。２本の光ファイバ１００，１００の向かい合っている先端の横には融着接続のための放電電極３５，３５が置かれている。

次に、押さえ部材４５，４５をＶ溝４１，４１に向かって上方から下ろしていく。押さえ部材４５，４５の下面は平らであって水平に置かれており、光ファイバ１００，１００に接触すると光ファイバ１００，１００を中心軸周りに回転させて（図２）光ファイバ１００，１００の側壁とＶ溝４１，４１壁面とが面接触するようになる（図３）。このとき押さえ部材４５の下面は光ファイバ１００の上方に存する側面と面接触している。両者が面接触し、押さえ部材４５，４５が下方に光ファイバ１００，１００を押さえることによって光ファイバ１００，１００がＶ溝４１，４１に固定される（固定工程）。それから、２本の光ファイバ１００，１００の被覆１０１が存している部分をクランプ３０，３０で挟み込んで固定をする。２つのクランプ３０，３０は挟み込んだファイバの中心軸方向同士がほぼ一致するように設置されているため、２本の光ファイバ１００，１００をクランプで固定した時点で２本の光ファイバ１００，１００の中心軸の方向がほぼ一致することになる。そして接続される互いの端面が向かい合って固定される。

次に、１本の光ファイバ１００に対して２台のＣＣＤカメラで観察を行って、光ファイバ１００の中心軸に対して直交する面内での位置を調節する。ＣＣＤカメラについて具体的に説明すると、図５に示すようにガイド部材４０の放電電極側の端面に沿って２台のＣＣＤカメラ５１，５２が置かれており、Ｖ溝４１に置かれた光ファイバ１００をその側方から観察している。２台のＣＣＤカメラ５１，５２は、ファイバ中心軸に対して直交する方向を観察方向としており、その観察方向は互いに９０度の角をなしている。なお、２台のＣＣＤカメラ５１，５２の観察方向がなす角は９０度に限定されない。

光ファイバ１００の中心軸に直交する面内での位置の具体的な調節方法は、２本の光ファイバ１００，１００のそれぞれの前記面内での位置をそれぞれのＣＣＤカメラ５１，５２での観察から算出して、それらの位置が一致するように図１で示したＸ方向Ｙ方向にクランプ３０，３０とガイド部材４０，４０とを移動させるという方法である。

２本の光ファイバ１００，１００の中心軸に直交する面内での位置を調節できたら、２本の光ファイバ１００，１００の端面同士を突き合わせて、放電電極３５，３５により融着接続を行う。２つのＶ溝４１，４１の底角の２等分線を平行にしておけば、固定工程において中心軸周りの回転角も２本の光ファイバ１００，１００において一致するので、２本の光ファイバ１００，１００を、互いの７本のコア１０，１０，…同士をずれなく当接させて接続することができる。

本実施形態において重要なのは、Ｖ溝４１の角度である。図４に示す比較形態のように、Ｖ溝４１ａの角度が１２０度であっても横断面が略正六角形である光ファイバ１００の側面がＶ溝４１ａの壁面に面接触することは可能である。しかしながら図４に示すように、押さえ部材４５によって光ファイバ１００の最上部の角が下方に押さえられることにより光ファイバ１００が回転する方向Ｒ３（回転モーメントが与えられる方向）は、面接触するようになるために必要な回転方向Ｒ４とは反対の回転方向となる。そのため、光ファイバ１００とＶ溝４１ａとは面接触することがなく、光ファイバ１００の中心軸周りの回転角は、Ｖ溝４１ａに光ファイバ１００を毎回置いて押さえ部材４５が押さえるたびに変わってしまう。

一方、図２に示すように本実施形態では、押さえ部材４５が光ファイバ１００を押さえることによって光ファイバ１００が回転する方向Ｒ１（回転モーメントが与えられる方向）と面接触するようになるために必要な回転方向Ｒ２とが一致しているので、押さえ部材４５に押さえられることにより、光ファイバ１００はＶ溝４１と面接触するようになる。

光ファイバ１００の最上部の角に押さえ部材４５の下面が当たると、当該角と押さえ部材４５下面とのなす２つの角のうち、大きい角度である方の角がさらに角度が大きくなるように回転モーメントがかかる。本実施形態ではＶ溝４１の角度が６０度であるためこの回転モーメント方向が面接触になる方向と一致するが、比較形態では両方向が逆方向になってしまう。

なお、図５に示すように、光ファイバ１００の最上部の角と押さえ部材４５の下面とがなす２つの角θ１，θ２が同じ角度になる場合がまれに生じることがある。この場合は押さえ部材４５が下方に光ファイバ１００を押しても光ファイバ１００は中心軸周りに回転しない。このようなことを回避して、確実に光ファイバ１００がＶ溝４１に面接触するようにするため、押さえ部材４５で押さえる前に光ファイバ１００の中心軸周りの回転角を調整しておく粗調整工程を行ってもよい。具体的には、載置工程を終えた後に光ファイバ１００の外径をＣＣＤカメラ５１，５２で観察・計測して、その２つの外径（幅）が異なるように光ファイバ１００を中心軸周りに回転させればよい。このように粗調整工程を行うと、常に確実に光ファイバ１００がＶ溝４１に面接触するようにできるとともに、固定工程も短時間で行うことができる。

本実施形態では、光ファイバ１００をＶ溝４１に置いて押さえ部材４５によって下方に押さえるという簡単な構成・方法によって、光ファイバ１００の中心軸周りの回転角を容易にかつ短時間で所定の角度に固定することができ、そのため横断面が略正六角形であるマルチコアの光ファイバ１００の、各コア同士まで一致した接続を簡単に短時間で行うことができる。また、その装置も簡単な構造であり、安価に作製することが可能である。

（実施形態２）
実施形態２は、図６に示すように光ファイバ１１０が横断面略正八角形であって、Ｖ溝４２の開き角度が９０度である２つの点が実施形態１とは異なっており、その他の点は実施形態１と同じである。

光ファイバ１１０の横断面が略正八角形であって、Ｖ溝４２の開き角度が９０度であるため、正八角形の任意の辺を挟んだ２辺がＶ溝４２の壁にぴったりと接することができ、従って光ファイバ１１０の２つの側面がＶ溝４２の壁に面接触することができる。また、Ｖ溝４２に対して光ファイバ１１０が面接触しない状態で置かれても、実施形態１と同様に押さえ部材４５により光ファイバ１１０が下方に押されると、両者が面接触する方向に回転モーメントが与えられて光ファイバ１１０が中心軸周りに回転し、光ファイバ１１０とＶ溝４２とが面接触するようになる。このとき押さえ部材４５の下面と光ファイバ１１０の上側に存する側面とが面接触している状態となる。

実施形態２においても、実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３は、図７に示すように光ファイバ１２０が横断面略正七角形であって、Ｖ溝４３の開き角度が１２８．５７度（正七角形の一つの角と同じ角度）である２つの点が実施形態１とは異なっており、その他の点は実施形態１と同じである。

光ファイバ１２０の横断面が略正七角形であって、Ｖ溝４３の開き角度が１２８．５７度であるため、正七角形の任意の隣り合う２辺がＶ溝４３の壁にぴったりと接することができ、従って光ファイバ１２０の２つの側面がＶ溝４３の壁に面接触することができる。また、Ｖ溝４３に対して光ファイバ１２０が面接触しない状態で置かれても、実施形態１と同様に押さえ部材４５により光ファイバ１２０が下方に押されると、両者が面接触する方向に回転モーメントが与えられて光ファイバ１２０が中心軸周りに回転し、光ファイバ１２０とＶ溝４３とが面接触するようになる。このとき押さえ部材４５の下面と光ファイバ１２０の上側に存する側面とが面接触している状態となる。

実施形態３においても、実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態４）
実施形態４は、図８，９，１０に示すように、光ファイバ１３０が、横断面が円の一部を切り欠いたＤ形である点が実施形態１とは異なっている。本実施形態に係る光ファイバ接続方法は実施形態１とおおむね同じであるが一部異なる点があり、その点について以下に説明をする。なお、図ではＶ溝４４は開き角が６０度である。この開き角は、３０度以上１５０度以下の範囲内であることが好ましい。

本実施形態においては、光ファイバ１３０をＶ溝４４に載せる際に図８に示すように、目視（顕微鏡観察を含む）により光ファイバ１３０の弦部１３１（切り欠いた部分）が上方を向くようにする。この場合、弦部１３１が水平に近いくらい（水平面とのなす角が３０度未満）にしてもよいが、そのために手間がかかる場合は、弦部１３１と水平面とのなす角が鋭角になる程度であってもよい。このように鋭角になる程度にする場合はこの後に、光ファイバ１３０の外径・外形をＣＣＤカメラ５１，５２で観察・計測して、弦部１３１がより水平に近くなるように光ファイバ１３０を中心軸周りに回転させる。具体的には図９に示すように、弦部１３１と水平面のなす角が３０度未満になるようにする。このようにすることにより、押さえ部材４５を下ろして光ファイバ１３０に接触させたときに、押さえ部材４５が弦部１３１の端部に当たり、弦部１３１を水平にしようとする回転モーメントが働くようになる。

さらに押さえ部材４５を下ろしていくと、図１０に示すように弦部１３１が水平になって押さえ部材４５と面接触するようになり、この状態で光ファイバ１３０はＶ溝４４に押しつけられて固定される。こうして光ファイバ１３０の中心軸周りの回転角が常に同じになるようにＶ溝４４に固定されるようになる。この後の工程は実施形態１と同じである。本実施形態においても実施形態１と同じ効果を奏する。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。

光ファイバの横断面の形状は上記の実施形態の形状以外に、略正五角形や略正九角形、略正十角形などでもよい。奇数角形の場合は、Ｖ溝の開き角が奇数角形の一つの角と同じ角度となる。偶数角形（ｎ角形）の場合は、Ｖ溝の開き角が（１８０−７２０／ｎ）度となる。

光ファイバはマルチコアであってもよいし、シングルコアであってもよい。ファイバの材質、被覆の種類、外径等は特に限定されない。Ｖ溝の内壁は平面であってもよいし、曲面であってもよい。光ファイバを中心軸周りに回転させるのにＶ溝を超音波等で振動させることによって行ってもよい。

以上説明したように、本発明に係る光ファイバ接続方法は、中心軸周りの回転角を容易に調整・固定できるので、横断面が多角形の希土類ドープコアダブルクラッドファイバ同士の接続やＤ形のマルチコアファイバ同士の接続方法等として有用である。

４１、４２，４３，４４ Ｖ溝
４５ 押さえ部材
１００，１１０ 光ファイバ
１２０，１３０ 光ファイバ

Claims (4)

1. ファイバの横断面が略正ｎ角形（ｎは５以上の整数）である光ファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、
   前記光ファイバを前記ｎによって定まる所定の開き角度であるＶ溝に載置する載置工程と、
   前記載置工程の後で、下面が平らな面である押さえ部材を上方から前記光ファイバに接触させて、当該光ファイバに対して下方へ圧力をかけて光ファイバ側面と前記Ｖ溝の表面とを面接触させて前記光ファイバを前記Ｖ溝に固定する固定工程と、
   別々に固定された前記光ファイバを２本、互いの端面同士を向かい合わせて突き合わせ、前記光ファイバ同士を接続する工程と
   を含む、光ファイバ接続方法。
2. 前記ｎ及び所定の開き角度は、ｎ＝６と６０度、ｎ＝７と１２８．５７度、及び、ｎ＝８と９０度のいずれか一組から選ばれたものである、請求項１に記載されている光ファイバ接続方法。
3. 前記固定工程の前に、前記光ファイバをファイバ中心軸に直交する２つの方向から観察して、前記ファイバの前記略正ｎ角形の最も上側に位置する頂点をなす２つの辺のそれぞれと、前記押さえ部材の下面とがなす２つの角が異なるように、ファイバ中心軸周りに前記光ファイバを回転させる粗調整工程をさらに備えている、請求項１又は２に記載されている光ファイバ接続方法。
4. ファイバの横断面が円の一部を切り欠いたＤ形である光ファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、
   前記光ファイバを、円の一部を切り欠いた部分を上方に向けて、３０度以上１５０度以下の開き角度であるＶ溝に載置する載置工程と、
   前記載置工程の後で、下面が平らな面である押さえ部材上方からを前記光ファイバに接触させて、当該光ファイバに対して下方へ圧力をかけて前記光ファイバを前記Ｖ溝に固定する固定工程と、
   別々に固定された前記光ファイバを２本、互いの端面同士を向かい合わせて突き合わせ、前記光ファイバ同士を接続する工程と
   を含む、光ファイバ接続方法。

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