JP2015062044A - 光接続部品およびその製造方法並びに光接続部品製造用金型容器 - Google Patents

光接続部品およびその製造方法並びに光接続部品製造用金型容器 Download PDF

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Abstract

【課題】マルチコアファイバとシングルモードファイバを高効率で光結合できる光接続部品を提供する。
【解決手段】低屈折率のクラッドの中にＮ個（ただしＮは３〜１４の整数）の高屈折率のコアを有するマルチコアファイバに、低屈折率のクラッドの中に１個の高屈折率のコアを有するシングルモードファイバをＮ個、該シングルモードファイバのコアが前記マルチコアファイバのコアと光結合するように接続する光接続部品であって、
前記マルチコアファイバに接する第１端面と前記シングルモードファイバに接する第２端面を有する柱状の石英ガラス部材と、該石英ガラス部材の中に前記第１端面から前記第２端面にかけて延びるように配置された、高屈折率の外径が一定の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む厚みが一定の低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個のコアを有するマルチコアファイバと複数本のシングルモードファイバを光結合させる光接続部品及びその製造方法並びに光接続部品製造用金型容器に関する。
従来、光ファイバは低屈折率のクラッド内の中心に屈折率の高いコアを１個有する構造が用いられてきた。ところが、最近になって、クラッド内に屈折率の高いコアを複数個有する、いわゆるマルチコアファイバが大容量情報伝送、高速伝送を期待できることから注目されるようになってきた。なお、マルチコアファイバの構造自体は新規ではない。
図３４および図３５に示すように、マルチコアファイバ５０は、クラッド５１内に高屈折率のコア５２（コア径：１０μｍ程度）が複数個配置されて構成されている。マルチコアファイバ５０は、その中に有するコア数が多いほど大容量の情報を一度に伝送することができる。しかし、マルチコアファイバ５０の外径は最大でも３００μｍ程度であり、コア５２の直径、コア５２間の干渉を防止するために必要なコア間隔などを考慮に入れると、クラッド５１内に配置するコア数は４個から７個、多くて１９個程度である。
マルチコアファイバ５０内のコア同士の間隔は、コア内を伝搬している光信号が互いに干渉しない程度の４０μｍから５０μｍに設定されており、それに合わせてマルチコアファイバ５０の外径は１２０μｍから１８０μｍに設定されている（図３４及び図３５には、コア５２の外径が１２０μｍ及び１６０μｍ、コア５２の間隔が４０μｍの例を示す。）。このようなマルチコアファイバ５０を用いて情報伝送を行うためには、上記マルチコアファイバ５０内の複数個のコア５２のそれぞれにシングルモードファイバ５３を接続する。そして、マルチコアファイバ５０のそれぞれのコア５２内を伝搬してきた光情報をシングルモードファイバ５３を介して受光器で受信したり、あるいは複数個の光送信器からのそれぞれの光信号をシングルモードファイバ５３を介してマルチコアファイバ５０のそれぞれのコア５２内に送り込んだりしなければならない。
特開2010-286548号公報 特開2010-286661号公報 特開2010-286718号公報
シングルモードファイバ５３の外径は、通常、１２５μｍであり、コア５４の直径は１０μｍである。そのため、上記マルチコアファイバ５０の断面内にあるそれぞれのコア５２に上記シングルモードファイバ５３のコア５４が光結合するように、マルチコアファイバ５０の端面にシングルモードファイバ５３を配置させると、上記シングルモードファイバ５３のほとんどが該端面からはみ出してしまい、マルチコアファイバ５０のそれぞれのコア５２とシングルモードファイバ５３との間で良好な光結合を得ることが困難となってしまう。
そこで、シングルモードファイバ５３の先端をエッチングによって削り、４０μｍから５０μｍ程度に細くした極細径の光ファイバを、マルチコアファイバ５０の各コア５２に接続する方法が提案されている。しかし、上記方法では、シングルモードファイバ５３の先端があまりにも極細径であるために、取り扱いが難しい、機械的にもろい、光結合のための位置合わせが難しい、という多くの課題があった。
本発明が解決しようとする課題は、前記した従来の課題を解決することができるマルチコアファイバとシングルモードファイバとの光接続部品およびその製造方法並びに光接続部品製造用金型容器を提供するものである。
上記課題を解決するために成された本発明に係る光接続部品は、低屈折率のクラッドの中にＮ個（ただしＮは３〜１４の整数）の高屈折率のコアを有するマルチコアファイバに、低屈折率のクラッドの中に１個の高屈折率のコアを有するシングルモードファイバをＮ個、該シングルモードファイバのコアが前記マルチコアファイバのコアと光結合するように接続する光接続部品であって、
前記マルチコアファイバに接する第１端面と前記シングルモードファイバに接する第２端面を有する柱状の石英ガラス部材と、
該石英ガラス部材の中に前記第１端面から前記第２端面にかけて延びるように配置された、高屈折率の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバと
を備え、
前記第１端面における前記ガラスファイバの間隔が前記マルチコアファイバの間隔と等しく、前記第２端面における前記ガラスファイバの間隔が前記Ｎ個のシングルモードファイバを束ねたときに隣接するシングルモードファイバのコアの間隔と等しくなるように、前記石英ガラス部材の中に前記ガラスファイバが配置されていることを特徴とする。
なお、前記円形ロッドは、ガラスファイバの全長にわたって外径が一定であることが好ましく、前記低屈折率材料は、ガラスファイバの全長にわたって厚みが一定であることが好ましい。
石英ガラス部材の外形形状、すなわち光接続部品の外形状は、円形あるいは四角形、八角形などの多角形にすると、製造が容易である。また、取り扱いも容易となり、マルチコアファイバ及びシングルモードファイバとの接続も用意となる。また、光接続部品の外形状は長手方向の一端部から他端部まで同じ大きさでも良く、長手方向両端部に段差を設けて先端を細くしたり、テーパ形状にしたりしても良い。このような構成によれば、マルチコアファイバやシングルモードファイバの構造に合わせて光接続部品の構造を自由に変更でき、接続損失も低く抑えることができる。
また、マルチコアファイバと接する側の端面である石英ガラス部材の第１端面の外径は該マルチコアファイバの外径と等しく、Ｎ個のシングルモードファイバを束ねたものと接する側の端面である石英ガラス部材の第２端面の外径は、Ｎ個のシングルモードファイバを束ねたもの全体の外径と等しいことが好ましい。
さらに、石英ガラス部材が、第１端面にマルチコアファイバが挿入されるマルチコアファイバ挿入孔を有すると、光接続部品とマルチコアファイバを確実に接続することができ、また、長期的にも安定した接続を維持することができる。
さらにまた、石英ガラス部材が、第２端面に前記Ｎ個のシングルモードファイバが挿入されるシングルモードファイバ挿入孔を有すると、光接続部品とＮ個のシングルモードファイバを確実に接続することができ、また、長期的にも安定した接続を維持することができる。
マルチコアファイバ挿入孔とマルチコアファイバ、あるいは、シングルモードファイバ挿入孔とシングルモードファイバの接続部分は、いずれも接着剤あるいは融着により強固に補強することができる。
本発明に係る光接続部品のガラスファイバの円形ロッドと低屈折率材料の比屈折率差は、該光接続部品によって光結合されるマルチコアファイバとシングルモードファイバそれぞれのコアとクラッドとの比屈折率差と略等しいことが好ましい。特に、各ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差が異なる場合は、ガラスファイバの円形ロッドと低屈折率材料の比屈折率差が、マルチコアファイバの比屈折率差とシングルモードファイバの比屈折率差の間の値であることが好ましい。
なお、上記ガラスファイバの円形ロッドの外径とその外周の低屈折率材料の厚みが該ガラスファイバ（光接続部品）の全長にわたって一定であると、光接続部品内での光信号の光伝搬を乱さないので、低放射損失、低反射損失で伝搬させることができ、また、伝搬条件を変えることなく、シングルモードファイバからマルチコアファイバへ、あるいはその逆にマルチコアファイバからシングルモードファイバへ光信号を伝播させることができるため、より好ましい。
また、石英ガラス部材の外周面に、前記ガラスファイバの配置を示す目印を設けると良い。目印を設けることにより、光接続部品とマルチコアファイバ及びシングルモードファイバを目印をみながら光接続部材のガラスファイバとマルチコアファイバ及びシングルモードファイバの軸合わせをすることができるため、接続作業が容易になる。なお、マルチコアファイバ及びシングルモードファイバにも目印を設けておけば、これらの目印と光接続部品の目印を合わせることによってさらに容易に軸合わせができる。
本発明に係る光接続部品は、石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより形成することができる。このように形成した場合、光接続部品の外径は、通常、石英ガラス化接続部品用母材の外径の１／８から１／１５に縮小する。従って、外径の縮小分を考慮して石英ガラス化接続部品用母材の外径寸法を選択すると良い。
本発明に係る光接続部品の長さは、当該光接続部品で接続するマルチコアファイバ及びシングルモードファイバのコア間隔によって決めると良い。すなわち、マルチコアファイバのコア間隔とシングルモードファイバのコア間隔の差が大きいほど、光接続部品の長さを長くすることが好ましい。光接続部品を長くすれば、ガラスファイバの傾きを緩やかにすることができるため、マルチコアファイバ及びシングルモードファイバとの接続端面（石英ガラス部材の第１端面及び第２端面）における両ファイバのコアとガラスファイバとの接続角度が小さくなり、接続損失を低減することができる。
一般的なマルチコアファイバのコア間隔及びシングルモードファイバのコア間隔を考慮すると、光接続部品の長さは１０００ｍｍよりも長くすることが好ましく、１５０００ｍｍ程度まで許容することができる。
例えばコア間隔が４０μｍのマルチコアファイバ（コア径１０μｍ）と、コア間隔が１２５μｍのシングルモードファイバ（コア径１０μｍ）を本発明の光接続部品で接続することを考えた場合の光接続部品用母材の中のガラスファイバは最悪の場合に軸の傾いた状態で接続され、その傾き角度の最悪値は光接続部品用母材の長さが３０ｍｍの場合は、ガラスファイバの傾きは約１．６度になり、５０ｍｍの場合は約０．９７度になり、傾きによる接続損失を小さくすることができる。
これに対して、本発明の光接続部品は、光接続部品用母材を加熱、延伸（例えば１００倍の長さに延伸）するので、上記光接続部品用母材の長さの場合には、光接続部品の長さが３０００ｍｍ、５０００ｍｍとなり、その場合のガラスファイバの軸の傾きは、それぞれ０．１６度、０．１度に小さくなる。このようにガラスファイバの軸の傾きが小さい場合、光接続部品とマルチコアファイバ及びシングルモードファイバの接続損失は、理論的に１箇所当り＜０．０１ｄＢ、＜０．００５ｄＢとなり、非常に小さくなる。
したがって、該母材の長さは３０ｍｍから５０ｍｍ程度で良い。さらに接続損失を下げたい場合には、母材の長さを約１５０ｍｍとし、延伸により得られる光接続部品の長さを約１５０００ｍｍにすると良い。
このことから、光接続部品の長さは少なくとも１０００ｍｍから１５０００ｍｍの長さであることが好ましい。
また、本発明の光接続部品は、石英ガラス部材の第１端面及び第２端面に、マルチコアファイバ及びシングルモードファイバを接着剤により接続したり、あるいは融着接続したりすることにより、マルチコアファイバとシングルモードファイバを光結合することができる。これにより、長期的に安定した信頼性の高い接続を実現することができる。
本発明に係る光接続部品の製造方法は、金属製の金型容器内にロッドをＮ本配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記ロッドを脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の空孔を有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後に、該多孔質ガラス接続部品用母材内の各空孔に、高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを挿入して焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造することを特徴とする。
金型容器内に配置するロッドは、金属製、プラスチック製、ガラス製のいずれでも良い。また、多孔質ガラス接続部品用母材の空孔に挿入するガラスファイバと同じ材料から成るロッドを用いても良い。
本発明の別の態様の光接続部品の製造方法は、金属製の金型容器内に、高屈折率の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバを配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記金型容器を脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の前記ガラスファイバを有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後、該多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造することを特徴とする。
なお、上記した製造方法において金型容器内にロッドとして配置するガラスファイバの外周、あるいは多孔質ガラス接続部品用母材の空孔に挿入するガラスファイバの外周にはプラスチックの被覆材が設けられていてもよい。被覆材を設けることによりガラスファイバの表面が滑らかになるため、ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化した後でガラスファイバを脱着する作業や、空孔にガラスファイバを挿入する作業が容易になる。プラスチック製の被覆材は、多孔質ガラス接続部品用母材を焼結する段階で蒸発、気化してなくなるため、最終製品である光接続部品にはプラスチック製の被覆材は含まれない。ここで、上記被覆材はポリイミド、ナイロンなどから形成することができ、その厚みは５μｍから１００μｍ程度が好ましい。これよりも厚くすると、ガラスファイバ同士が接触する可能性があるからである。
上記した製造方法においては、 前記石英ガラス化接続部品用母材のシングルモードファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔は、前記シングルモードファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、且つ、マルチコアファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔は前記マルチコアファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、ロッドの外径、硬化性樹脂及び硬化剤の種類が選ばれることが好ましい。
また、前記ガラスファイバの円形ロッドの外径（すなわち、ガラスファイバのコア径）はマルチコアファイバのコアの外径の８倍から１５倍の大きさ、あるいはシングルモードファイバのコアの外径の８倍から１５倍の大きさから選ぶことが好ましい。
さらに、前記石英ガラス化接続部品用母材の、シングルモードファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径はＮ個の該シングルモードファイバを束ねたものの最大径の８倍から１５倍の大きさから選ばれることが好ましく、マルチコアファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径は該マルチコアファイバの外径の８倍から１５倍の大きさから選ばれることが好ましい。
また、前記多孔質ガラス接続部品用母材は、焼結による収縮を考慮して、前記石英ガラス化した接続部品用母材の１．２倍から１．２５倍の大きさにすることが好ましい。
本発明の別の態様は上記の光接続部品の製造方法に用いられる金型容器であって、２つの半割型容器と、該半割型容器の両端の開口を塞ぐ第１蓋及び第２蓋とを備え、前記第１蓋及び第２蓋は、ロッド、あるいはガラスファイバを通す直線状の穴を有していることを特徴とする。
上記の光接続部品製造用金型容器においては、２つの半割型容器を合わせた形状は円筒形か、角筒形であることが好ましいが、この形状は、光接続部品の断面形状に合わせて適宜選択することができる。
また、本発明のさらに別の態様の光接続部品の製造方法は、複数個の光接続部品をまとめて製造する方法である。すなわち、上記した製造方法において得られる多孔質ガラス接続部品用母材の一方の端面をＡとし、他方の端面をＢとしたとき、該接続部品用母材のＢ端面に、別の母材のＢ端面を直列につなぎ、次いで該母材のＡ端面にさらに別の母材のＡ端面を直列につなぐ、ということを繰り返して複数の多孔質ガラス接続部品用母材を直列につなぎ、該つながった複数の多孔質ガラス接続部品用母材内の空孔内にガラスファイバを挿入した後、焼結して石英ガラス化接続部品用母材を得、この石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸して複数の光接続部品を製造する方法である。
また、多孔質ガラス接続部品用母材の一方の端面をＡとし、他方の端面をＢとしたとき、該接続部品用母材のＢ端面に、別の母材のＢ端面を直列につなぎ、次いで該母材のＡ端面にさらに別の母材のＡ端面を直列につなぐ、ということを繰り返して複数の多孔質ガラス接続部品用母材を直列につなぎ、該つながった複数の多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化接続部品用母材を得た後、この石英ガラス化接続部品用母材の空孔にガラスファイバを挿入した後に長手方向に加熱、延伸して複数の光接続部品を製造する方法である。
上記の製造方法によれば、複数本の光接続部品を大量に製造することができる。なお、連結させる光接続部品の数は５個以上、５０個程度まで可能である。この場合、多孔質ガラス接続部品用母材の端面側に目印となる溝や刻みを入れておけば複数の光接続部品に切り分けるときに好都合である。
多数個の接続部品用母材製造用金型として、金型容器内の一方端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金具を設け、その延長にシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設け、さらにその延長にマルチコアファイバ接続用の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設け、次にその延長にまたシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設けることを順次繰り返し続け、そして金具の反対端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金型を設けた多数個の接続部品用母材製造用金型である。これを用いる事により、多数個の光接続部品用母材を製造することができる。
本発明に係る光接続部品によれば、石英ガラス部材の第１端面ではマルチコアファイバのコアと同じ間隔でＮ個のガラスファイバが位置し、第２端面ではＮ個のシングルモードファイバに束ねたときに隣接するシングルモードファイバのコアと同じ間隔でＮ個のガラスファイバが位置するため、該石英ガラス部材の第１端面にマルチコアファイバの端面を接続し、石英ガラス部材の第２端面に一つに束ねたＮ個のシングルモードファイバの端面を接続することにより、両ファイバを容易に光結合することができる。
そして、前記ガラスファイバの円形ロッドと低屈折率材料の比屈折率差を、前記マルチコアファイバのコアとクラッドとの比屈折率差、及び前記シングルモードファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と略等しくすれば、光接続部品とマルチコアファイバ、及び光接続部品とシングルモードファイバをほとんど接続損失を生じることなく接続でき、また接続端面からの反射光も生じない。また、前記ガラスファイバ、マルチコアファイバ、シングルモードファイバのそれぞれのコア径を等しくしておけば、極めて低損失で接続することができる。さらに光接続部品の中でのガラスファイバのコア径、低屈折率材料の厚み延伸後も一定に保たれているので、光信号の伝搬条件を変化させずに伝搬させることができる。
なお、マルチコアファイバのコアとクラッドとの比屈折率差、及びシングルモードファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と、ガラスファイバの円形ロッドと低屈折率材料の比屈折率差は等しいことが接続端面からの反射損失を抑える上で望ましいが、それぞれのコア径が等しければ接続端面に、屈折率整合用のマッチングオイルを塗ることで上記反射損失は低減できる。
さらに、光接続部品の石英ガラス部材の第１端面における外径をマルチコアファイバの外径と等しくし、第２端面における外径を一つに束ねたＮ個のシングルモードファイバ全体の外径と等しくすれば、光接続部品とマルチコアファイバ及びＮ個のシングルモードファイバとの接続を一層容易に行うことができる。また、光接続部品とマルチコアファイバ及びシングルモードファイバの接続が完了した後で両ファイバとの接続部をプラスチックチューブ、あるいは金属チューブで覆って保護する場合、上記のように外径が同じであると、容易に、かつ安定した構造で保護することができる。なお、上記接続部分は接着剤で、あるいは融着により強固に補強することができる。
また、本発明の光接続部品の製造方法では、金属製の金型容器内にロッドをＮ本配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記ロッドを脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の空孔を有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後に、該多孔質ガラス接続部品用母材内の各空孔に、高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを挿入して焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸して光接続部品を製造するため、マルチコアファイバのＮ個のコアの間隔とＮ個の束ねたシングルモードファイバのコアの間隔が大きく違っていても、該石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱延伸することにより両ファイバを整合させることができる光接続部品を容易に、且つ再現性よく製造することができる。また、石英ガラス化接続部品用母材の加熱、延伸にかかる時間はせいぜい１分程度であるので、短時間で大量に製造することができる。
また、石英ガラス化接続部品用母材の延伸時の延伸率をＰとすると、該母材延伸することにより得られる光接続部品のガラスファイバの外径は、該母材におけるガラスファイバの外径の１／Ｐに縮小した大きさとなる。従って、延伸時の縮小率Ｐを適宜の値に設定することにより、マルチコアファイバのコアやシングルモードファイバのコアと、光接続部品のガラスファイバの寸法ずれを極めて小さくすることができ、接続損失の低い光接続部品を実現することができる。石英ガラス化接続部品用母材の空孔内に挿入されているガラスファイバの長さは任意で良く、該母材の両端から出ていても良い。このように両端からガラスファイバが出ていると、このガラスファイバの両端を引っ張りながら石英ガラス化接続部品用母材を延伸するのに好都合である。なお、両端から出ているガラスファイバは延伸後に切断し、マルチコアファイバ、シングルモードファイバを光接続部品に接続する。
さらに、本発明の別の形態に係る光接続部品の製造方法では、金属製の金型容器内に、高屈折率の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバを配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記金型容器を脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の前記ガラスファイバを有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後、該多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造するので、より簡易な工程で光接続部品を完成させることができる。また、この製造方法では金型容器内にガラスファイバを配置しており、空孔内にガラスファイバを挿入する工程がないため、ファイバの表面が汚染されたり、傷ついたりすることが少ない。またガラスファイバと石英ガラス部材の界面が荒れる心配が無いので、低散乱損失な接続部品を提供することができる。なお、多孔質ガラス接続部品用母材を焼結する際に、該母材の両端からガラスファイバが出ている場合は、このガラスファイバが熱で変形しないように保護部材で保護しておくか、両端から出ているガラスファイバをカットしておくと良い。また、この方法でも、石英ガラス化接続部品用母材の両端から出ているガラスファイバの長さは任意でよく、また、両端から出ているガラスファイバは加熱、延伸時に利用することができる。なお、石英ガラス部材の空孔内の石英ガラスファイバは焼結時に融着され、石英ガラス部材に固着される。
上記の製造方法において、石英ガラス化接続部品用母材のシングルモードファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔を、前記シングルモードファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、且つ、マルチコアファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔を前記マルチコアファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、ロッドの外径、硬化性樹脂及び硬化剤の種類を選ぶようにすると、多孔質ガラス接続部品用母材のＮ個の空孔内に挿入するガラスファイバとして、コア径が８０μｍから１５０μｍの市販の石英ファイバを使うことができ、取り扱いが容易になる。なお、この石英ファイバの比屈折率差はマルチコアファイバのそれと等しいことが望ましく、そのコア材料には具体的にはＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２材料を用い、クラッドにはＦを添加したＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２を用いると良い。また先に述べたように、被覆材が設けてあってもよい。また、上記石英ファイバとして、コアにＳｉＯ２材料を用い、クラッドにはＦを添加したＳｉＯ２を用いてもよい。この場合には比屈折率差はマルチコアファイバの比屈折率差よりもわずかに小さくなるが、それでも許容できる。さらに、この石英ファイバに偏波面保持ファイバ（たとえば、パンダファイバ）の大口径のもの（コア径５０μｍ程度、外径８００μｍから１０００μｍ程度、クラッド内に直径１００μｍ程度の応力付与部をもたせたもの。）を用い、それを加熱、延伸して通常の縮小した、偏波面保持ファイバ（コア径５μｍ、クラッドの外径８０μｍから１００μｍ程度、クラッド内の応力付与部外径１０μｍ程度）として用いれば、さらに偏波変動に強い光接続部品を提供することができる。
上記の製造方法において、ガラスファイバのコア径をマルチコアファイバのコアの外径の８倍から１５倍の大きさ、あるいはシングルモードファイバのコアの外径の８倍から１５倍の大きさにすると、コア径が８０μｍから１５０μｍの市販の石英ファイバをガラスファイバとして使うことができる。
また、石英ガラス化接続部品用母材の、シングルモードファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径をＮ個の該シングルモードファイバを束ねたものの最大径の８倍から１５倍の大きさとし、マルチコアファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径を該マルチコアファイバの外径の８倍から１５倍の大きさとすると、石英ガラス化接続部品用母材の取り扱いが容易になり、加工しやすい。
さらに、多孔質ガラス接続部品用母材を、焼結による収縮を考慮して、前記石英ガラス化した接続部品用母材の１．２倍から１．２５倍の大きさにすると、多孔質ガラス接続部品用母材の焼結により得られる石英ガラス化接続部品用母材を適切な大きさにすることができる。なお、多孔質ガラス接続部品用母材の焼結時の収縮率を８２％程度に抑えるため及び焼結時の割れやクラックの発生を抑えるためには、粒径が２μｍ以下（好ましくは１μｍ以下）のシリカ粉末を、分散剤（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液）と蒸留水の混合液に入れたものと硬化性樹脂を含むガラス原料溶液を用いると良い。硬化性樹脂にはデナコールＥＸ５１２と呼ばれる液体樹脂を用いることができる。ガラス原料溶液の硬化剤としてはトリエチレンテトラミンが好ましい。上記の収縮率を得るために特に好ましい上記材料の調合量（重量％）は、シリカ粉末８７％、蒸留水２１．２％、分散剤２．７％、硬化性樹脂１０．１％である。このように、シリカ粉末の調合量を圧倒的に多くすることにより、収縮率を高くすることができ、割れやクラックをなくすことができる。そしてＣＨ基やＯＨ基などの不純物の量を低減することができ、低損失な接続部品を得ることができる。
また、本発明の光接続部品製造用金型容器は、２つの半割型容器から成るため、種々の形状、構造の接続部品を高寸法精度で製造することができる。また、半割型容器の第１及び第２蓋に、ロッド、あるいはガラスファイバを通す直線状の穴を設けると、光接続部品とマルチコアファイバのコア及びシングルモードファイバのコアとの接続部における軸折れを少なくすることができ、これらを容易に低損失で接続できる。この場合、前記直線状の穴の長さは５ｍｍ以上、３０ｍｍ程度が好ましい。
多数個の光接続部品用母材製造用金型として、金型容器内の一方端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金具を設け、その延長にシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設け、さらにその延長にマルチコアファイバ接続用の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設け、次にその延長にまたシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを間隔を設けて２枚設けることを順次繰り返し続け、そして金具の反対端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金型を設けた多数個の接続部品用母材製造用金型である。これを用いる事により、多数個の光接続部品用母材を製造することができるようになり、光接続部品の低コスト化を実現することができる。
本発明に係る光接続部品の製造方法のフローチャート。 本発明の第１実施例に係る光接続部品の製造に用いる金型容器を示す図。 図２の金型容器を用いて得られる多孔質ガラス接続部品用母材を示す図。 空孔にガラスファイバを挿入した多孔質ガラス接続部品用母材を示す図。 ガラスファイバの構造を示す図。 図４に示す多孔質ガラス接続部品用母材を高温で焼結して透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材の図。 図６の石英ガラス接続部品用母材を加熱、延伸して得られた、外径が１／１０に縮小された光接続部品の図。 光接続部品にマルチコアファイバとシングルモードファイバを接続した状態を示す図。 本発明の第２実施例に係る光接続部品製造用金型容器を示す図。 多孔質ガラス接続部品用母材を示す図。 本発明の第３実施例に係る光接続部品製造用金型容器を示す図。 本発明の第４実施例に係る多孔質ガラス接続部品用母材を示す図。 図１２の多孔質ガラス接続部品用母材を高温で焼結して透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材を示す図。 図１３の石英ガラス接続部品用母材を加熱、延伸して得られる光接続部品を示す図。 本発明の第５実施例に係る石英ガラス接続部品用母材を示す図。 空孔内に石英ファイバを挿入した石英ガラス接続部品用母材を示す図。 石英ガラス接続部品用母材を加熱、延伸して得られた光接続部品の図。 光接続部品にファイバを接続した例を示す図。 本発明の第６実施例に係る光接続部品を示す図。 光接続部品にマルチコアファイバ及びシングルモードファイバを接続した状態を示す図。 本発明の第７実施例に係る石英ガラス接続部品用母材を示す図。 外形が四角形の石英ガラス接続部品用母材を示す図。 外形が八角形の石英ガラス接続部品用母材を示す図。 石英ガラス接続部品用母材の上面と下面に刻み部を付けた例を示す図。 刻み部に識別用の色をつけた例を示す図。 石英ガラス接続部品用母材の外周面の６箇所に刻み部を設けた例を示す図。 透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材を熱源で延伸・縮小するための小型旋盤装置の図。 図２７の装置を用いて得た実験結果。 透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材をアーク放電で加熱して延伸・縮小するための別の装置の図。 本発明の第８実施例に係る多孔質ガラス接続部品用母材を示す図。 本発明の第９実施例に係る石英ガラス接続部品用母材を示す図。 石英ガラス接続部品用母材を延伸する様子を示す図。 本発明の変形例に係る多孔質ガラス接続部品用母材を金型と共に示す図。 従来技術を説明するための図であり、マルチコアファイバとシングルモードファイバの正面図（ａ）、（ｃ）及び断面図（ｂ）、（ｄ）。 従来技術を説明するための図であり、別のマルチコアファイバとシングルモードファイバの正面図（ａ）、（ｃ）及び断面図（ｂ）、（ｄ）。
本発明の光接続用部品は、Ｎ個のコアを有するマルチコアファイバにＮ個のシングルモードファイバのコアを光結合するための光接続部品である。図１に本発明の光接続部品の製造手順の一例を示す。
図１に示す手順では、最初に、半割型である蓋付きの金属容器内に大口径の石英ガラスファイバ、あるいはそれに相当する金属又はプラスチックのロッドの一部を所定間隔を置いて設置する。その後で、もう一つの半割型である蓋付き金属容器内に残りの大口径石英ガラスファイバ、あるいはそれに相当する金属またはプラスチックのロッドを所定間隔を置いて設置する。そして、一方の金属容器を他方の金属容器に覆いかぶせて円筒状金属容器とする。これにより、円筒状金属容器の内部に、上記大口径石英ガラスファイバ、あるいはそれに相当するロッドが所定間隔で配置された状態となる。
続いて、円筒状金属容器内に硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入して硬化性樹脂と硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて固化させる。
ついで、上記金属容器、あるいは金属容器と石英ファイバ、あるいは金属またはプラスチックのロッドを脱離した後、乾燥、脱脂させて多孔質のガラス接続部品用母材を得る。
その後、多孔質のガラス接続部品用母材、あるいは複数の空孔内に大口径ガラスファイバが挿入されたガラス接続部品用母材を高温電気炉で焼結し、石英ガラス化した接続部品用母材とする。
その後、上記石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱延伸してマルチコアファイバとシングルモードファイバとを接続する接続部品を得る。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
本発明の第１実施例に係る光接続部品について図２〜図９を参照して説明する。
図２は本実施例１に係る光接続部品の製造に用いる金型容器を示す。金属容器１は半円筒状の二つの半割容器１−１と半割容器１−２を組み合わせた、円筒状の容器から成る。金属容器１の両端は上蓋４と下蓋５で密閉される構造になっている。上蓋４と下蓋５は、金属容器１の側壁よりも厚い板厚Ｆに構成されており、これら上蓋４と下蓋５の中に石英ガラスファイバ用金属ロッドを所望間隔で配置させるための直線状の複数の孔が形成されている。この板厚Ｆの長さは１ｃｍから５ｃｍの長さが好ましい。長くなるほど、容器内のロッドの傾斜角を小さくでき、後述するように、低損失な接続部品を実現できる。
上記のような金属容器１内に複数本、例えば７個のコアをコア間隔４０μｍを有するマルチコアファイバの接続を想定して、７本の金属ロッド３を配置する。この実施例では、後述する焼結時の収縮率Ｔ：８２％を考慮して、外径が１３４μｍの金属ロッド３を用いた。また、金属ロッド３の配置は、金属容器１の一方側（図２（b）側）においては、マルチコアファイバのコア及びコア間隔を想定した配置とし、他方側（同図（c）側）においては、７本のシングルモードファイバを束ねた状態を想定した配置とした。なお、このような配置を維持できるよう、金属ロッド３の両端は金属容器１の後方に設けた固定部（図示せず。）に固定される。
その後、上記金属容器１内に硬化性樹脂を含んだ石英ガラス溶液と硬化剤の混合液２を注入し、自己硬化反応により固化した後に該金属容器１と金属ロッド３を脱離する。その後に該固化体を乾燥させることにより、図３に示す多孔質のガラス接続部品用母材８を得た。本実施例では、石英ガラス溶液として、粒径が２μｍ以下（好ましくは１μｍ以下）のシリカ粉末を分散剤（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液）と蒸留水の混合液に入れたものを用いた。硬化性樹脂には液体樹脂であるデナコールＥＸ５１２（ナガセケムテックス株式会社）を用いた。また、硬化剤としてトリエチレンテトラミンを用いた。さらに上記の収縮率Ｔ：８２％を得るために、石英ガラス溶液と硬化剤の材料の調合量（重量％）を、シリカ粉末８７％、蒸留水２１．２％、分散剤２．７％、硬化性樹脂１０．１％とした。上記の石英ガラス溶液を用いることにより、ＳｉＯ２系の多孔質ガラス接続部品用母材８が得られた。
ここで、金属容器１内の長さＬは長い方が金属ロッド３を緩やかな傾斜で配置することができるため好ましいが、あまり長くするとガラス接続部品が長くなるので、１０ｍｍから１５０ｍｍの範囲が好ましい。上記長さＬを例えば１０ｍｍにすると、容器１内に配置された金属ロッド３の傾斜角度θは約５．９度となり、容器１内に金属ロッド３をわずかの傾斜を持たせて配置することができる。また上記長さＬを３０ｍｍにすると、容器１内に配置された金属ロッド３の傾斜角度θは約１．９８度となり、容器１内に金属ロッド３を極めてわずかの傾斜を持たせて配置することができる。
さらに、金属容器１の上蓋及び下蓋の厚みＦを５ｍｍ以上、５０ｍｍ程度に大きくすることにより、マルチコアファイバおよびシングルモードファイバを軸の傾きを少なくして接続することができる。
次に、上記金属容器１を用いて得られた多孔質のガラス接続部品用母材８の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は多孔質のガラス接続部品用母材８の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ端面図、（ｃ）はＢ−Ｂ端面図を示したものである。ＳｉＯ２系の多孔質ガラス接続部品用母材８の内部には空孔９が７個設けられている。このとき、左側の端面６では、コアが７個のマルチコアファイバを１０倍に拡大したときに想定されるコア間隔で空孔９が設けられている。一方、右側の端面７では、外径が１２５μｍのシングルモードファイバを７本束ねたものを１０倍に拡大したときに想定されるコア間隔で空孔９が設けられている。
なお、上記多孔質ガラス接続部品用母材８は、焼結することによって約８２％に収縮することを想定した寸法に設計されている。また、上記多孔質ガラス接続部品用母材８の長さは、該母材８の断面が一様に１／１０に縮小するように延伸させることを考慮に入れて設計されている。
多孔質ガラス接続部品用母材８の焼結時の収縮率をＴ、後述する延伸時の縮小率を１／Ｐとすると、該母材８の端面の外径は、マルチコアファイバの外径、又は複数本のシングルモードファイバを束ねたときの外径のＰ／Ｔ倍となる。また、多孔質ガラス接続部品用母材８の長さを３０ｍｍから１５０ｍｍとして１００倍に延伸した場合には、製造した接続部品の長さは３０００ｍｍから１５０００ｍｍの範囲になる。
また、外径が１２５μｍのシングルモードファイバを７本束ねて外径が３７５μｍとなったものを接続する場合、多孔質ガラス接続部品用母材８の端面７の外径寸法は３７５μｍの１０／０．８２倍の約４５７３μｍとなる。左側の端面６の外径も同様の方法で設定される。なお、多孔質ガラス接続部品用母材８のその他の部分の寸法を図３に示す。
図４に示すように、図３に示す多孔質ガラス接続部品用母材８の空孔９内には、直径１１０μｍの石英ファイバ１０が挿入される。この石英ファイバ１０は、図５に示すように、中心のコア１１（外径：８０μｍから１００μｍ）とその外周を覆う薄膜（クラッド）１２から構成される。コア１１の材料にはＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２に屈折率を高める添加物（たとえば、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２など）を少なくとも１種添加したものが用いられる。また、薄膜１２にはＦを添加したＳｉＯ２（厚み：１０μｍから３０μｍ）を用いる。
なお、ＳｉＯ２に屈折率を高める添加物（たとえば、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２など）を少なくとも１種添加したものをコア１１（外径：１００μｍから１１０μｍ）として用い、その外周の薄膜１２にはＦを添加しないＳｉＯ２を用いてもよい。石英ファイバの外周にはプラスチックの被覆材が設けられていてもよい。また、接続部品用母材８の両端から石英ファイバ１０が長く出ていてもかまわない。接続部品用母材８の両端から出る石英ファイバ１０は、該母材８の加熱、延伸の際に石英ファイバ１０を引っ張るのに利用することができる。接続部品用母材８の両端から出る石英ファイバ１０は延伸後、切断する。
空孔９内に石英ファイバ１０が挿入された多孔質ガラス接続部品用母材８は高温で焼結して透明ガラス化することにより、図６に示す石英ガラス接続部品用母材１３となる。石英ガラス接続部品用母材１３は、多孔質ガラス接続部品用母材８の高温焼結により、該母材８が約８２％収縮した寸法になっている。また、高温焼結により、石英ファイバ１０は、透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材１３の空孔内に融着される。また、高温焼結により収縮した結果、石英ガラス接続部品用母材１３の左側の端面６における石英ファイバ１０の間隔は４００μｍとなり、右側の端面７における石英ファイバ１０の間隔は１２５０μｍとなる。また、石英ガラス接続部品用母材１３の外径は３７５０μｍとなる。石英ガラス接続部品用母材１３においてもその両端から石英ファイバ１０が長く出ていてもかまわない。出ていれば母材１３の加熱、延伸の際に両端の石英ファイバ１０を引っ張るのに利用することができる。延伸後は石英ガラス接続部品用母材１３の両端から出る石英ファイバ１０は切断する。
図７に、図６に示す石英ガラス接続部品用母材１３を加熱、延伸して得られる光接続部品１５を示す。上述したように、石英ガラス接続部品用母材１３を延伸した結果、光接続部品１５の外径、コア間隔は、石英ガラス接続部品用母材１３のそれらの１／１０の寸法になっている。また、石英ガラス接続部品用母材１３の長さが３０ｍｍのとき、該母材１３を加熱、延伸して外径を１／１０に縮小すると、光接続部品１５の長さは３００ｍｍとなる。ここで、石英ガラスファイバのコア径、被覆材の厚みは、加熱、延伸されて１/
１０となり、光接続部品の長さ方向に一定の値に縮小されるが、このコア径、被覆材の厚みが一定であるので、光信号の伝搬条件（シングルモードの伝搬条件でモード変化、光放射のほとんど無い状態）を維持できる。従来のように、シングルモードファイバの外径を化学エッチングにより４０μｍ程度まで細くする場合にはクラッドの厚みが先端に向かってテーパ状に薄くなって光信号の伝搬条件が変化してしまうが、本発明ではそれが無い。
図８に、図７に示す光接続部品１５にマルチコアファイバ及びシングルモードファイバを接続した状態を示す。図８では、光接続部品１５の左側の端面にはコアが７個のマルチコアファイバ１６が接続され、右側の端面にはシングルモードファイバを７本束ねた状態で接続されている。このように、本実施例の光接続部品１５を用いることにより、マルチコアファイバの中の７個のコアへそれぞれシングルモードファイバのコアを高結合効率で接続することができる。すなわち、マルチコアファイバのそれぞれのコアにそれぞれのシングルモードファイバのコアからの光信号をコア径、被覆材の厚みの均一な石英ガラスファイバ内に伝搬させ、その後にマルチコアファイバのコア内に効率良く伝搬させることができる。ここで、上記石英ファイバに偏波面保存ファイバを用いれば偏波保持ができるので、さらに偏波状態の変動に対しても低損失な光接続部品を提供することができる。
図９及び図１０は本発明の第２実施例を示す。この実施例は、複数本の金属ロッド３の代わりに石英ファイバ１０を金属容器１内の所定の位置に配置して多孔質ガラス接続部品用母材を製造した点が第１実施例と異なる。
図１０は、図９に示す金属容器１を用いて得られた多孔質ガラス接続部品用母材を高温で焼結して透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材１３を示す。図１０（ａ）は石英ガラス接続部品用母材１３の上面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ端面図、（ｃ）はＢ−Ｂ端面図を示したものである。なお、詳しい説明は省略するが、この実施例では、石英ガラス接続部品用母材１３は、延伸後、得られる光接続部品の外径がマルチコアファイバの外径と等しくなるように、Ａ−Ａ端面における外径や石英ファイバ１０の径、間隔が設定されている。また石英ガラス接続部品用母材１３のＢ−Ｂ端面における外径、石英ファイバ１０の径、間隔は、７本のシングルモードファイバを束ねたときの外径、コア径、コア間隔と等しくなるように設定されている。
図１１は本発明の実施例に係る接続部品用母材の製造に用いる金属容器１を示している。この実施例では、金属容器１の上蓋４及び下蓋５の形状が第１実施例と異なる。すなわち、金属容器１の上蓋４及び下蓋５の内面には、段部４−１及び段部５−１が形成されており、内径寸法が金属容器１のその他の部分の内径寸法よりも小さくなっている。このため、上記金属容器１を用いて得られる多孔質ガラス接続部品用母材の両端部の外径寸法は、その他の部分の外径寸法よりも小さくなる。このため、多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して得られる石英ガラス接続部品用母材の延伸の際に、その両端をつかみ易くなり、延伸が容易になる。なお、金属容器１の上蓋４及び下蓋５の内面の形状は円形状、矩形状、多角形状、テーパ形状などいろいろな形状にすることができる。
図１２は本発明の第４実施例に係る多孔質ガラス接続部品用母材を示す。この多孔質ガラス接続部品用母材８は、左端部の外径寸法と右端部の外径寸法が異なっている。すなわち、多孔質ガラス接続部品用母材８の左端部は、７個のコアを有する外径が１６０μｍのマルチコアファイバが接続されるように小径の円形構造８−１に構成されており、右端部は、外径が１２５μｍのシングルモードファイバを７本束ねたものが接続されるように大径の円形構造８−３に構成されている。そして、左端部の円形構造８−１と右端部の円形構造８−３を繋ぐ中間部分はテーパ状の円形構造８−２に構成されている。
図１３に、図１２に示す多孔質ガラス接続部品用母材８の空孔９内に石英ファイバ１０を挿入し、高温で焼結して透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材１３の構成を示す。
図１４に、図１３に示す石英ガラス接続部品用母材１３を加熱、延伸して得られる光接続部品１５の構成を示す。この光接続部品１５は、外径、石英ファイバ１０の径、石英ファイバ１０の間隔が石英ガラス接続部品用母材１３のそれらの１／１０に縮小されている。光接続部品の長さは１０００ｍｍから１５０００ｍｍの範囲から選ばれる。
図１５に本発明の第５実施例に係る石英ガラス接続部品用母材１３の構成を示す。この実施例では、石英ガラス接続部品用母材１３を延伸したときにＡ−Ａ端面の外径がマルチコアファイバの外径に等しくなるように、また石英ファイバ１０の径、間隔がマルチコアファイバのコア径、コア間隔に等しくなるように製造されている。また、Ｂ−Ｂ端面の外径が、１２５μｍのシングルモードファイバを７本束ねたものの外径、各シングルモードファイバのコア径（１０μｍ）、コア間隔（１２５μｍ）に等しくなるように設計されている。さらに、Ｂ−Ｂ端面には、シングルモードファイバを挿入するための７個の孔が形成されている。このような構成により、７本のシングルモードファイバと光接続部品とを高精度に光結合することができる。
図１６に空孔９内に直径１１０μｍの石英ファイバ１０を挿入した石英ガラス接続部品用母材１３を示す。この石英ガラス接続部品用母材１３を加熱、延伸して得られる光接続部品１５を図１７に示す。
この光接続部品１５は、外径が、上記の石英ガラス接続部品用母材１３の外径の１／１０に縮小されている。図１８に示すように、光接続部品１５の左側の端面６にはコアが７個のマルチコアファイバが接続されるようになっている。また、光接続部品１５の右側の端面７には７個の孔が形成されており、これら孔には外径が１２５μｍの７本のシングルモードファイバが挿入される。これにより、光接続部品１５の右側の端面７には７本束ねた状態のシングルモードファイバが高結合効率で接続される。
図１９及び図２０は本発明の第６実施例に係る光接続部品１５の構成を示す。この光接続部品１５は、上記の第１〜５実施例と同様に、透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材を加熱、延伸して得られたものである。この光接続部品１５は左側の端面６から右側の端面７まで同じ外径寸法を有している。左側の端面６にはコアが７個のマルチコアファイバ１６（同じコア径、同じコア間隔）を挿入する孔２０が設けられており、マルチコアファイバ１６をその孔に挿入することにより、マルチコアファイバ１６と光接続部品１５を高結合効率で接続することができる。また、右側の端面７には、外径が１２５μｍのシングルモードファイバ１７を７本束ねた状態で挿入するための孔１９が設けられており、７本の束ねたシングルモードファイバをその孔１９に挿入することにより、シングルモードファイバ１７と光接続部品１５を高効率結合で接続することができる。
図２１は本発明の第７実施例に係る石英ガラス接続部品用母材の構成を示す。
この石英ガラス接続部品用母材１３は、コア数が９個のマルチコアファイバと、９本のシングルモードファイバを光接続する光接続部品を製造するために用いられる母材である。石英ガラス接続部品用母材１３の内部には９個の空孔９が形成されており、各空孔９には石英ファイバ１０が挿入されている。
なお、図２１に示す石英ガラス接続部品用母材１３では、左側の端面６にマルチコアファイバが、右側の端面７に９本のシングルモードファイバが接続されるようになっている。そのため、石英ガラス接続部品用母材１３の左端部は、マルチコアファイバの外径と略同じ外径で且つ、その他の部分よりも外径が小さい径小部となっている。
〔変形例〕
なお、上記の実施例では、断面外形状が円形状の接続用部品の母材について説明したが、図２２に示すような、断面外形状が四角形の石英ガラス接続部品用母材１３、図２３に示すような、断面外形状が八角形の石英ガラス接続部品用母材１３にも本発明は適用可能である。
図２４に示す石英ガラス接続部品用母材１３は、断面外形状が円形であるが、その上面と下面に刻み部２３が設けられている。この刻み部２３は、マルチコアファイバおよびシングルモードファイバを接続する際の接続用部品の上下方向の目印となるものである。
刻み部２３は、石英ガラス接続部品用母材１３の外周面を削っただけでも良いが、削った後、識別用の色をつければ、マルチコアファイバおよびシングルモードファイバを接続する際のより明確な目印となる。なお、刻み部２３は断面外形状が矩形状や八角形状の接続部品用母材に設けても良い。
図２５は、断面外形状が円形の石英ガラス接続部品用母材１３の円周部の６箇所に刻み部２３を設けた例を示す。各刻み部２３は、母材１３内に挿入された石英ファイバ１０と対応する位置に設けられている。このように、石英ファイバ１０と１対１で設けられた刻み部２３は、マルチコアファイバおよびシングルモードファイバを接続する際のより明確な目印となる。
なお、円周部に刻み部２３を有する石英ガラス接続部品用母材１３を延伸して得た接続用部品には、該刻み部２３に対応する刻み部が、その円周部の６箇所に設けられる。それら刻み部はマルチコアファイバおよびシングルモードファイバを接続する際のより明確な目印となる。
図２７は透明ガラス化した石英ガラス接続部品用母材１３を延伸するための小型旋盤装置を示す。この装置を使って光接続部品を製造する手順は次の通りである。まず、旋盤の両側に配置されたチャック２７−１とチャック２７−２で接続部品用母材１３の両端をつかみ、その接続部品用母材１３を右端から順に熱源（アセチレンガスバーナ）２６で加熱しながらチャック２７−２を矢印２９で示す方向に一定の延伸速度Ｖｉで移動させる。また、これと同時に熱源２６を矢印２８で示す方向に一定の速度Ｖａ（１ｍｍ／sec）で移動させる。これにより、石英ガラス接続部品用母材１３が延伸され、光接続部品１５が得られる。
なお、上記の装置では、熱源２６及びチャック２７−１、２７−２を横方向（水平方向）に並べて配置したが、縦方向に配置しても良い。また、アーク放電や高周波放電を利用した熱源を用いても良く、さらに、複数種の熱源を併用しても良い。また、接続部品用母材の両端から石英ガラスファイバが出ているときは、この石英ガラスファイバを引っ張りながら延伸してもよい。
図２８は図２７の装置を用いて石英ガラス接続部品用母材１３を径方向（図２７において矢印３０で示す方向）に３０ｒｐｍで回転させながら加熱・延伸したときの延伸速度と延伸比の関係を示すグラフである。図２８のグラフの横軸は接続部品用母材１３の延伸速度Ｖｉを示し、縦軸は接続部品用母材の延伸比を示している。また、黒丸印は母材１３の径が２．５ｍｍでアセチレンガスバーナ２６の先端部の内径が０．５ｍｍのものを、四角印は母材１３の径が５ｍｍでアセチレンガスバーナ２６の先端部の内径が１ｍｍのものを用いて得た結果である。
いずれの場合も、延伸速度を上げることにより、母材１３の延伸比が所望の０．１、すなわち、１／１０となるように延伸できることが分かる。なお、図２８のグラフは、加熱、延伸の際に母材１３を径方向に３０ｒｐｍで回転させたが、２０ｒｐｍで回転させても良い結果が得られた。一方、５０ｒｐｍで回転させると、延伸後、得られる光接続部品の形状に乱れが生じた。
図２９は、石英ガラス接続部品用母材を加熱・延伸する別の装置を示す。この装置は、アーク放電３１で母材を加熱して延伸するための装置である。
図３０は、本発明に係る光接続部品の製造に用いる接続部品用母材の例を示す。具体的には、この接続部品用母材３２は、図３に示す多孔質ガラス接続部品用母材８を複数個直列につなぎ、長くして一つの母材としたものである。具体的には、接続部品用母材３２は、多孔質ガラス接続部品用母材８の一方の端面（図３における左端面）をＡ、他方の端面（図３における右端面）をＢとしたとき、１番目の多孔質ガラス接続部品用母材８の端面Ｂに２番目の多孔質ガラス接続部品用母材８の端面Ｂを、複数の空孔同士が合わさるようにつなぎ、該２番目の多孔質ガラス接続部品用母材８の端面Ａに３番目の多孔質ガラス接続部品用母材８の端面Ａを、複数の空孔同士が合わさるようにつなぐ、という作業を繰り返すことにより形成される。
なお、多孔質ガラス接続部品用母材を複数個直列に配置させて両端から押すように止めておけば、焼結の際にお互いに個々の接続部品用母材が融着されてつながる。また、予め接続部品用母材を直列につないだ部分を酸水素バーナーで加熱して融着しておいても良い。あるいは、耐熱性の中空管（グラッシーカーボン管、アルミナ管、石英ガラス管等）内に複数の多孔質ガラス接続部品用母材を順次挿入し、その耐熱性中空管を高温電気炉内に入れて加熱することにより中空管内の母材同士を融着しても良い。
上記の接続部品用母材３２では、石英ファイバ１０は、複数個の多孔質ガラス接続部品用母材をつなぐ前に個々の母材の空孔内に挿入しても良く、つないで接続部品用母材３２とした後に挿入しても良い。この場合も、外周をプラスチックで被覆した石英ファイバ１０を用いると、接続部品用母材３２の空孔内に容易に挿入することができる。
このようにして形成された接続部品用母材３２は、焼結されることにより石英ガラス化した接続部品用母材となる。これを長手方向に加熱、延伸すると、複数の接続部品がつながった状態で得られるため、その後に個々の接続部品に切断することにより複数の接続部品を一度に得ることができる。なお、加熱、延伸工程の後に、光ファイバの線引きと同様に、延伸した光接続部品の外周にプラスチック材を被覆する工程を連続的に設けて直列につないだ光接続部品を製造すれば、被覆材で補強された部品を大量に製造することができる。
図３１は、本発明に係る光接続部品の製造に用いる石英ガラス接続部品用母材３３の実施例を示す。この実施例では、実施例８に示した接続部品用母材３２を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材とし、その空孔内に石英ガラスファイバを挿入した後に長手方向に加熱、延伸することにより、複数の接続部品がつながった状態のものを得ている。この実施例においても、複数の接続部品がつながった状態のものを個々の接続部品に切断することにより複数の接続部品を一度に得ることができる。
図３２は実施例７又は実施例８に示す石英ガラス接続部品用母材３３を高温電気炉（温度１８５０℃から２０００℃の範囲）３４で加熱して延伸し、複数の接続部品がつながった状態のもの（符号３５で示す）を得る様子を示す。なお、加熱、延伸する装置には、図２９のガラス旋盤装置を用いてもよい。あるいは縦型のゾーンメルテイング法で部分的に加熱、焼結しながら、延伸して光接続部品を製造するようにしても良い。この場合も得られた光接続部品の外周には被覆材をコーテイングすると良い。
なお、本発明は上記実施例に限定されない。
金型で多孔質ガラス接続部品用母材を製造する場合、実施例では一個の母材を製造するようにしたが、多数個（４個以上、５０個程度）の接続部品用母材が連結した状態で製造するようにしても良い。すなわち、図３３に示すように、金型容器３６内の一方端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金具３７を設け、その延長にシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサ３８−１を間隔を設けて２枚設け、さらにその延長にマルチコアファイバ接続用の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサ３８−２を間隔を設けて２枚設け、次にその延長にまたシングルモードファイバを束ねた構造の孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサ３８−１を間隔を設けて２枚設けることを順次繰り返し続け、そして金具の反対端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金型３５を設けた多数個の接続部品用母材製造用金型としてもよい。
ここで孔の開いた薄いプラスチック製のスペーサを用いるのは、光接続部品用母材の焼結の段階で上記プラスチック製のスペーサは焼損して蒸発してなくなるので、非常に便利である。このスペーサの厚みは孔の中にガラスファイバを挿入しても変形しない程度の厚みがあればよく、また逆にあまり厚いと焼結の段階で焼損した材料が蒸発して外部に出にくくなるので、０．５ｍｍから３ｍｍ程度あればよい。
また上記スペーサの間隔は１０ｍｍから５０ｍｍの範囲が好ましい。この間隔が狭いと個々の光接続部品の間隔が狭くなるので広いほうが個々の光接続部品を余裕を持って切りだしやすくなる。材質は高寸法精度の加工のできるアクリル製、ポリスチレン製、ポリエステル製などの材質を使うことができる。そしてこの金型内に、高屈折率の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバを配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記金型容器を脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の前記ガラスファイバを有する多数個の多孔質のガラス接続部品用母材とした後、該多数個の多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造する方法である。そして、ガラスファイバを挿入して製造した多数個の光接続部品用母材は、ファイバの線引きと同じように、高温電気炉内に一定速度で挿入しながら上記溶融した母材の先端を延伸し、かつ延伸した光接続部品の外周にプラスチック材料を被覆する工程を設けることによって多数個の光接続部品のつながった部品を得ることができ、それを個々の光接続部品に切断すればよい。このようにすれば光接続部品を大量製造することができる。
金型容器内の一方端面側にマルチコアファイバ接続用構造の金具を連結した連結型接続部品用母材製造用金型を用いて接続部品用母材を製造する。そしてこの方法で製造した接続部品用母材を加熱、延伸して、多数の光接続部品が連結されたものを得た後、各光接続部品に切り分ける。このようにすれば光接続部品を大量製造することができる。
なお、ガラスファイバは、連結状態の接続部品用母材を製造する際に予め挿入しても良く、固化後、挿入しても良い。また、この製造方法でも、ガラスファイバの外周にポリマ材料の被覆材が形成されていてもよい。この場合も、焼結時に上記ポリマ被覆材は焼損してなくなる。
マルチコアファイバのコア数、コア径、コア間隔、外径は上記実施例に限定されない。すなわち、コア数は２個から１９個程度、コア径は５μｍから２０μｍの範囲、コア間隔は２０μｍ程度から７０μｍ程度、外径は１００μｍから３００μｍ程度のものでも良い。
マルチコアファイバの構造として、コアとコアの間に低屈折率層や空孔、あるいは空隙を設けた構造があるが、このようなマルチコアファイバにも本発明の光接続部品は適用することができる。
なお、マルチコアファイバ、シングルモードファイバ、石英ガラスファイバのコア径、比屈折率差で表示する以外にモードフィールド径で表示する場合には、マルチコアファイバのモードフィールド径に合わせるように石英ガラスファイバのモードフィールド径を設定しても良い。
シングルモードファイバのコア径も３μｍから２０μｍｍでも良い。またコア間隔も６０μｍから１２５μｍでも良い。そしてその外径は化学エッチングにより、８０μｍ程度までエッチングしたものでも良い。なお、シングルモードファイバの代わりに、偏波面保存ファイバを用いる場合には、ガラスファイバに偏波面保存ファイバを用いればよい。
１…金属容器
２…混合液
３…金属ロッド
４…上蓋
５…下蓋
８…多孔質ガラス接続部品用母材
１０…石英ファイバ
１１…コア
１３…石英ガラス接続部品用母材
１５…光接続部品
１６…
１６…マルチコアファイバ
１７…シングルモードファイバ
２６…熱源（アセチレンガスバーナ）

Claims (21)

  1. 低屈折率のクラッドの中にＮ個（ただしＮは３〜１４の整数）の高屈折率のコアを有するマルチコアファイバに、低屈折率のクラッドの中に１個の高屈折率のコアを有するシングルモードファイバをＮ個、該シングルモードファイバのコアが前記マルチコアファイバのコアと光結合するように接続する光接続部品であって、
    前記マルチコアファイバに接する第１端面と前記シングルモードファイバに接する第２端面を有する柱状の石英ガラス部材と、
    該石英ガラス部材の中に前記第１端面から前記第２端面にかけて延びるように配置された、高屈折率で外径が一定の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む厚みが一定の低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバと
    を備え、
    前記第１端面における前記ガラスファイバの間隔が前記マルチコアファイバのコアの間隔と等しく、前記第２端面における前記ガラスファイバの間隔が前記Ｎ個のシングルモードファイバを束ねたときに隣接するシングルモードファイバのコアの間隔と等しくなるように、前記石英ガラス部材の中に前記ガラスファイバが配置されていることを特徴とする光接続部品。
  2. 請求項１に記載の光接続部品において、
    前記石英ガラス部材が、前記第１端面に前記マルチコアファイバが挿入されるマルチコアファイバ挿入孔を有することを特徴とする光接続部品。
  3. 請求項１又は２に記載の光接続部品において、
    前記石英ガラス部材が、前記第２端面に前記Ｎ個のシングルモードファイバが挿入されるシングルモードファイバ挿入孔を有することを特徴とする光接続部品。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光接続部品において、
    前記ガラスファイバの円形ロッドと低屈折率材料の比屈折率差は、前記マルチコアファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と、前記シングルモードファイバのコアとクラッドとの比屈折率差と等しいか、その間の値であることを特徴とする光接続部品。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光接続部品において、
    前記石英ガラス部材の外周面に、前記ガラスファイバの配置を示す目印が設けられていることを特徴とする光接続部品。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光接続部品において、
    石英ガラス化した接続部品用母材を、その外径が１／８から１／１５に縮小するように長手方向に加熱、延伸することにより形成されたものであることを特徴とする接続部品。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光接続部品において、
    前記石英ガラス部材の前記第１端面及び前記第２端面に、マルチコアファイバ及びシングルモードファイバが接着剤により接続されるか、あるいは融着接続されることを特徴とする光接続部品。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光接続部品において、光接続部品の長さは少なくとも１０００ｍｍから１５０００ｍｍの長さであることを特徴とする光接続部品。
  9. 金属製の金型容器内にロッドをＮ本配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記ロッドを脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の空孔を有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後に、該多孔質ガラス接続部品用母材内の各空孔に、高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを挿入して焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造する方法。
  10. 金属製の金型容器内に、高屈折率の円形ロッドと、該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るＮ個のガラスファイバを配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記金型容器を脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の前記ガラスファイバを有する多孔質のガラス接続部品用母材とした後、該多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化した接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸することにより光接続部品を製造する方法。
  11. 請求項９又は１０に記載の製造方法において、
    前記石英ガラス化接続部品用母材のシングルモードファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔は、前記シングルモードファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、且つ、マルチコアファイバと接する端面側の空孔径、空孔間隔は前記マルチコアファイバのコア径、コア間隔の８倍から１５倍の大きさとなるように、ロッドの外径、硬化性樹脂及び硬化剤の種類が選ばれることを特徴とする光接続部品の製造方法。
  12. 請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法において、前記ガラスファイバの外径はマルチコアファイバのコアの８倍から１５倍の大きさから選ばれることを特徴とする光接続部品の製造方法。
  13. 請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法において、前記石英ガラス化した接続部品用母材の、シングルモードファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径はＮ個の該シングルモードファイバを束ねたものの最大径の８倍から１５倍の大きさから選ばれることを特徴とする光接続部品の製造方法。
  14. 請求項９〜１３のいずれかに記載の製造方法において、前記石英ガラス化した接続部品用母材の、マルチコアファイバと接する光接続部品の端面に相当する側の外径は該マルチコアファイバの外径の８倍から１５倍の大きさから選ばれることを特徴とする光接続部品の製造方法。
  15. 請求項９〜１４のいずれかに記載の製造方法において、前記多孔質のガラス接続部品用母材は前記石英ガラス化した接続部品用母材の１．２倍から１．２５倍の大きさであることを特徴とする光接続部品の製造方法。
  16. 請求項９〜１５のいずれかに記載の製造方法により得られる光接続部品。
  17. 請求項９〜１５のいずれかに記載の製造方法に用いられる金型容器であって、２つの半割型容器と、該半割型容器の両端の開口を塞ぐ第１蓋及び第２蓋とを備え、前記第１蓋及び第２蓋は、ロッド、あるいはガラスファイバを通す直線状の穴を有していることを特徴とする光接続部品製造用金型容器。
  18. 請求項１７に記載の光接続部品製造用金型容器において、２つの半割型容器を合わせた形状が円筒形か、角筒形であることを特徴とする光接続部品製造用金型容器。
  19. 金属製の金型容器内にロッドをＮ本配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記ロッドを脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の空孔を有する多孔質のガラス接続部品用母材とする工程を複数回行い、得られた複数の前記多孔質ガラス接続部品用母材を、一方の端部同士、他方の端部同士を順につないで直列に連結し、その後、直列に連結された複数の多孔質ガラス接続部品用母材の空孔に高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを挿入し、焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸した後、複数に切り分けることにより光接続部品を製造する方法。
  20. 金属製の金型容器内にロッドをＮ本配置させた状態で硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、前記ロッドを脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個の空孔を有する多孔質のガラス接続部品用母材とする工程を複数回行い、得られた複数の前記多孔質ガラス接続部品用母材を、一方の端部同士、他方の端部同士を順につないで直列に連結し、その後、直列に連結された複数の多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した接続部品用母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材の空孔に、高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを挿入し、加熱、延伸した後、複数に切り分けることにより光接続部品を製造する方法。
  21. 内部空間がＮ個の空孔を有するプラスチック製のスペーサによって複数の室に仕切られた金属製の金型容器の各室に、高屈折率の円形ロッドと該円形ロッドの外周を取り囲む低屈折率材料とから成るガラスファイバを該スペーサの空孔内を通してＮ本ずつ配置させた状態で該容器内に硬化性樹脂及び硬化剤を含んだＳｉＯ２ガラス原料溶液を注入し、前記硬化性樹脂と前記硬化剤の反応により自己硬化反応を生じさせて前記ＳｉＯ２ガラス原料溶液を固化させた後、該金属容器を脱着し、乾燥、脱脂させてＮ個のガラスファイバを有する複数個の多孔質のガラス接続部品用母材が連結した母材とし、該多孔質ガラス接続部品用母材を焼結して石英ガラス化した複数個の接続部品用母材が連結した母材を得、該石英ガラス化接続部品用母材を長手方向に加熱、延伸した後、複数に切り分けることにより光接続部品を製造する方法。
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