JP2017021190A

JP2017021190A - マルチコア光ファイバの接続方法

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Publication number: JP2017021190A
Application number: JP2015138560A
Authority: JP
Inventors: 田中　正俊; Masatoshi Tanaka; 正俊田中; 八若　正義; Masayoshi Hachiwaka; 正義八若
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: JP6636273B2

Abstract

【課題】軸回転調整を容易に行うことができるマルチコア光ファイバの接続方法を提供する。【解決手段】各々、複数のコアと複数のコアを覆うクラッドとを有する第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１、１１を、それらの軸が一致するように接続端面同士を対向させ、第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射してクラッドを伝搬させると共に、第２のマルチコア光ファイバから検出される試験光に基づいて、第１及び第２のマルチコア光ファイバの複数のコアの軸回転ずれを縮小させるように、第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸回転調整を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、マルチコア光ファイバの接続方法に関する。

汎用のシングルモード光ファイバのデータ伝送容量の限界を打破すべく、１本の光ファイバに複数のコアを設けたマルチコア光ファイバの実用化が検討されている。このマルチコア光ファイバでは、通常、横断面における中心にコアが１個設けられていると共に、それを囲うように複数のコアが配設されている。そのため、マルチコア光ファイバ同士を接続する場合、或いは、マルチコア光ファイバと光部品とを接続する場合、中心のコアの軸ずれを縮小させるように軸合わせをした上、更に、外周のコアの軸回転ずれを縮小させるための軸回転調整を行う必要がある。

特許文献１には、軸が一致するように一対のマルチコア光ファイバの接続端面同士を対向させ、一方のマルチコア光ファイバの端から全てのコアに試験光を入射すると共に、他方のマルチコア光ファイバの曲げを与えた部分から漏洩するコアを伝搬した試験光を検出し、その光強度が最大になるように軸回転調整を行うことが開示されている。

特許文献２には、マルチコア光ファイバを光部品の光ファイバ接続部に対面させると共に、マルチコア光ファイバを軸回転させ、モニタ用コアが光ファイバ接続部における反射部からの反射光を検出し、その光強度が最大となるように軸回転調整を行うことが開示されている。

非特許文献１には、入射側の第１のマルチコア光ファイバの曲げを与えた部分の側方から試験光を入射してコアに結合させて伝搬させると共に、出射側の第２のマルチコア光ファイバの曲げを与えた部分の側方から漏洩するコアを伝搬した試験光を検出し、その光強度が最大になるように軸回転調整を行うことが開示されている。

特開２０１５−４７６２号公報特開２０１５−６４５１４号公報

田中，八若，藤巻，谷口"側方入出射を利用したマルチコア光ファイバ接続の軸回転調整，"電子情報通信学会信学技報, vol. 113, no. 306, OFT2013-43, pp. 37-42, 2013年11月

非特許文献１に開示されたマルチコア光ファイバの軸回転調整方法では、入射側の第１のマルチコア光ファイバに側方から試験光を入射してコアに結合させるが、このとき、試験光源等の光学系の僅かなずれにより試験光のコアとの結合効率が低下しまうこととなる。

本発明の課題は、軸回転調整を容易に行うことができるマルチコア光ファイバの接続方法を提供することである。

本発明のマルチコア光ファイバの接続方法は、各々、複数のコアと前記複数のコアを覆うクラッドとを有する第１及び第２のマルチコア光ファイバを、それらの軸が一致するように接続端面同士を対向させ、前記第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射して前記クラッドを伝搬させると共に、前記第２のマルチコア光ファイバから検出される試験光に基づいて、前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの前記複数のコアの軸回転ずれを縮小させるように、前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸回転調整を行う。

本発明によれば、第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射してクラッドを伝搬させるので、光学系のずれにより試験光のクラッドとの結合効率に生じる差は比較的小さく、そのため軸回転調整を容易に行うことができる。

実施形態に係るマルチコア光ファイバの接続方法で用いる光ファイバ心線の斜視図である。ステップインデックス型の屈折率分布を示す図である。トレンチ型の屈折率分布を示す図である。実施形態に係るマルチコア光ファイバの接続方法で用いる融着接続装置を示す図である。マルチコア光ファイバへの試験光の入射方法を示す説明図である。実施例の試験方法を示す説明図である。軸回転ずれと検出した試験光の光電力の変化量との関係を示すグラフである。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、図１に示すようなマルチコア光ファイバ心線１０を一対用いる。これらの一対のマルチコア光ファイバ心線１０は同一構成であることが好ましい。

マルチコア光ファイバ心線１０は、マルチコア光ファイバ１１とそれを被覆する被覆層１２とを有する。マルチコア光ファイバ心線１０の外径は例えば２００〜７００μｍである。

マルチコア光ファイバ１１は、複数のコア１１ａ（図１では７個）とそれらを覆うクラッド１１ｂとを有する。マルチコア光ファイバ１１は、図２Ａに示すように、各コア１１ａ内の屈折率分布が一様であるステップインデックス（ＳＩ）型の屈折率分布を有してもよい。また、マルチコア光ファイバ１１は、図２Ｂに示すように、クラッド１１ｂに、各コア１１ａを囲う低屈折率層が設けられたトレンチ型の屈折率分布を有していてもよい。マルチコア光ファイバ１１の外径は例えば１００〜５００μｍである。

図１に例示するマルチコア光ファイバ１１の７個のコア１１ａは、横断面における中心に設けられた１個のコア１１ａと、それを囲うように配設された６個のコア１１ａとを含む。外周の６個のコア１１ａは、横断面において、中心のコア１１ａを基準として、それを中心とする正六角形を形成するように、周方向に等間隔に配設されており、隣接するコア１１ａ間の中心間距離及びそれぞれの中心のコア１１ａとの間の中心間距離が等しい。従って、７個のコア１１ａは、横断面において全体として正三角形格子を構成するように配設されている。なお、コア１１ａの数は７個に限定されず、例えば２〜５０個であり、１９個や３７個であってもよい。また、コア１１ａの配設形態は、正三角格子に限定されず、正方格子であってもよく、また、回転対称或いは線対称であってもよい。

複数のコア１１ａは、クラッド１１ｂとの関係で相対的に屈折率が高く、例えば石英で形成されている。コア１１ａを形成する石英は、純粋石英であってもよく、また、石英の屈折率を高めるゲルマニウム等のドーパントがドープされていてもよい。複数のコア１１ａの直径は、全てが等しいことが好ましく、例えば８〜１１μｍである。隣接するコア間の中心間距離は例えば２０〜８０μｍである。コア１１ａは、信号光の波長に対してシングルモード動作するものであることが好ましいが、モード多重伝送用としてマルチモード動作するものであってもよい。また、シングルモード動作の場合、波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径は例えば９〜１５μｍである。

クラッド１１ｂは、コア１１ａとの関係で相対的に屈折率が低く、例えば石英やアクリル樹脂等で形成されている。クラッド１１ｂを形成する石英は、純粋石英であってもよく、また、石英の屈折率を低めるフッ素等のドーパントがドープされていてもよい。

被覆層１２は、例えば紫外線硬化型のウレタンアクリル系樹脂で形成されており、後述の試験光の入射及び／又は出射を被覆層１２を介して行う観点から、光透過性を有することが好ましい。この「光透過性」とは、試験光の波長において、被覆層１２の厚さを透過させた後の透過率（（出射光の光強度／入射光の光強度）×１００）が１％以上であることをいう。従って、被覆層１２は、この透過率が１％以上あれば、仮に着色されていても光透過性を有する。被覆層１２の厚さは例えば３０〜２００μｍである。

以上のマルチコア光ファイバ心線１０は、公知の方法で製造することができる。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、一対のマルチコア光ファイバ心線１０について、それぞれの接続端部の被覆層１２を所定長剥離してマルチコア光ファイバ１１を露出させる。

露出させたマルチコア光ファイバ１１の露出長さは例えば２〜２０ｍｍである。露出させたマルチコア光ファイバ１１の接続端面は、軸に対して垂直であることが好ましい。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、接続端部の被覆層１２を剥離した一対のマルチコア光ファイバ心線１０を図３に示す融着接続装置２０にセットする。

この融着接続装置２０は、クランプ２１、ガイド部材２２、及び放電電極２３を、それぞれ一対ずつ有する。

一対のクランプ２１は、間隔をおいて配設されており、それぞれマルチコア光ファイバ心線１０を、被覆層１２が剥がされてマルチコア光ファイバ１１が露出した部分を内側に突出させて保持するように構成されている。各クランプ２１は、保持したマルチコア光ファイバ心線１０をクランプ２１の配設方向（以下、「長さ方向」という。）に移動させることができるように構成されている。また、各クランプ２１は、保持したマルチコア光ファイバ心線１０を軸回転させることができるようにも構成されている。

一対のガイド部材２２は、一対のクランプ２１の内側に間隔をおいて配設されており、それぞれの上面に長さ方向に延びるＶ溝２４が形成されている。各ガイド部材２２は、対応するクランプ２１から突出した被覆層１２が剥がされて露出したマルチコア光ファイバ１１を、ガイド部材２２から更に内側に突出させてＶ溝２４で支持するように構成されている。

一対の放電電極２３は、一対のガイド部材２２間の中央における左右両側に間隔をおいて配設されている。

なお、融着接続装置２０における一対のクランプ２１間には、マルチコア光ファイバ１１の位置を確認するための図示しないＣＣＤカメラが設けられている。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、一対のクランプ２１の一方で、一対のマルチコア光ファイバ心線１０の一方を保持し、また、クランプ２１から内側に突出した部分における被覆層１２が剥がされて露出した第１のマルチコア光ファイバ１１を対応するガイド部材２２のＶ溝２４で支持する。同様に、一対のクランプ２１の他方で、一対のマルチコア光ファイバ心線１０の他方を保持し、また、クランプ２１から内側に突出した部分における被覆層１２が剥がされて露出した第２のマルチコア光ファイバ１１を対応するガイド部材２２のＶ溝２４で支持する。そして、クランプ２１によって第１及び第２の一対のマルチコア光ファイバ１１を長さ方向に移動させることによりガイド部材２２から突出させ、それらの接続端面同士を対向させる。このとき、第１及び第２の一対のマルチコア光ファイバ１１は、それぞれがガイド部材２２のＶ溝２４で支持されるため、軸が一致した状態で接続端面同士が対向することとなる。これらの対向位置は、一対の放電電極２３間とすることが好ましい。対向した第１及び第２の一対のマルチコア光ファイバ１１の接続端面間の間隔は例えば５〜５０μｍである。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、第１のマルチコア光ファイバ１１を入射側とし、その側方から試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させる。

第１のマルチコア光ファイバ１１への試験光の入射は、強度を有することから操作が容易であるという観点から、図４に示すように、被覆層１２を介して行うことが好ましい。この場合、試験光を効率的にマルチコア光ファイバ１１に入射させる観点からは、試験光源３１を被覆層１２に接触させて行うことが好ましい。また、被覆層１２による試験光の吸収を抑制する観点からは、被覆層１２の端から試験光源３１の試験光の出射中心までの距離Ｌが１００ｍｍ以内であることが好ましい。

第１のマルチコア光ファイバ１１への試験光の入射は、直線状に設けた第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から行ってもよく、また、第１のマルチコア光ファイバ１１に曲げを与え、その部分の側方から行ってもよい。マルチコア光ファイバ１１の曲げを与えた部分における軸位置での曲率半径は、例えば５〜５０ｍｍである。

試験光としては、特に限定されるものではなく、例えば白色光を用いてもよいが、後述のように出射側の第２のマルチコア光ファイバ１１を曲げて試験光を漏洩させるような場合、曲げ損失が高く、漏洩させやすいという観点から、近赤外光（波長８００〜２５００ｎｍ）を用いることが好ましい。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、出射側の第２のマルチコア光ファイバ１１から検出される試験光に基づいて、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の複数のコア１１ａの軸回転ずれを縮小させるように、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転調整を行う。

出射側の第２のマルチコア光ファイバ１１における試験光の検出は、他方のマルチコア光ファイバ心線１０の端において行ってもよく、また、出射側の第２のマルチコア光ファイバ１１の曲げを与えた部分の側方から漏洩させて行ってもよい。後者の場合、第１のマルチコア光ファイバ１１への試験光の入射及び第２のマルチコア光ファイバ１１からの試験光の検出を、融着接続装置２０を設けた位置で行えるので、それらの接続作業性が良好となる。マルチコア光ファイバ１１の曲げを与えた部分における軸位置での曲率半径は、例えば２．５〜２０ｍｍである。また、この場合、被覆層１２で被覆されたマルチコア光ファイバ心線１０を曲げることが好ましい。

出射側の第２のマルチコア光ファイバ１１から検出する試験光は、コア１１ａをシングルモードで伝搬した試験光であってもよく、クラッド１１ｂをマルチモードで伝搬した試験光であってもよく、更には、それらの両方であってもよい。

第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転調整は、コア１１ａを伝搬した試験光を検出する場合には、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１のコア１１ａとクラッド１１ｂの重複が小さくなって光強度が小さくなるように、好ましくは重複が最小となって光強度が最小になるように行う。また、クラッド１１ｂを伝搬した試験光を検出する場合には、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１のクラッド１１ｂの重複が大きくなって光強度が大きくなるように、好ましくは重複が最大となって光強度が最大となるように行う。

第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転はクランプ２１によって行うが、軸回転調整では、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の一方を固定して他方を軸回転させてもよく、また、両方を軸回転させてもよい。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法では、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転調整の後、クランプ２１によって第１及び／又は第２の一対のマルチコア光ファイバ１１を長さ方向に移動させることにより、それらの接続端面同士を突き合わせ、放電電極２３から放電をさせることによりそれらを融着接続する。

ところで、非特許文献１に開示されているように第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射してコアを伝搬させる場合、例えば試験光源等の光学系の僅かなずれにより試験光のコアとの結合効率が低下しまうこととなる。これに対し、上記実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法によれば、第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させるので、試験光源３１等の光学系のずれにより試験光のクラッド１１ｂとの結合効率に生じる差は比較的小さく、そのため軸回転調整を容易に行うことができる。

また、非特許文献１に開示されているように第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射してコアを伝搬させる場合、第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸ずれにより、コア相互間で伝搬する試験光の光強度に差が生じ、また、それが変化することにより軸回転ずれに対する光強度の変化に差が生じることとなる。これに対し、上記実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法によれば、第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させるので、そのような光強度の差は生じない。

更に、非特許文献１に開示されているように第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射してコアを伝搬させる場合、第１のマルチコア光ファイバの曲げを与えた部分の側方から試験光を入射する必要がある。これに対し、上記実施形態に係るマルチコア光ファイバ接続方法によれば、第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させるので、必ずしもそのような曲げを与える必要はない。

（試験方法）
図５は実施例での試験方法を示す。なお、上記実施形態と同一名称の部分は、上記実施形態と同一符号で示す。

接続側の第１のマルチコア光ファイバ心線１０と、被接続側の第１のマルチコア光ファイバ心線１０（長さ３ｍ）とについて、上記実施形態と同様の操作により、第１及び第２のマルチコア光ファイバ心線１０にそれぞれ含まれる第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転調整を行った。

＜実施例１＞
第１及び第２のマルチコア光ファイバ心線１０として、図１に示すのと同様の構成であって、外径が３１０μｍ、マルチコア光ファイバ１１の外径が１８０μｍ、コア１１ａの直径が９．３μｍ、隣接するコア１１ａ間の中心間距離が４５μｍ、及び波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径が１０．４μｍであり、且つ第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１が図２Ａに示すようなステップインデックス（ＳＩ）型の屈折率分布を有するものを用いた。試験光源３１として白色光を発するＬＥＤを用い、それを、直線状に設けた第１のマルチコア光ファイバ心線１０における被覆層１２の端から試験光の出射中心までの距離Ｌが１０ｍｍとなるように試験光源３１を被覆層１２の外周面に接触させて取り付けた。第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から被覆層１２を介して試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させ、第２のマルチコア光ファイバ１１からの試験光の検出を、第２のマルチコア光ファイバ心線１０の端に設けたパワーメータ３２で、コア１１ａを伝搬した試験光の光強度を光電力として測定することにより行った。

＜比較例１＞
第１のマルチコア光ファイバ心線１０に曲げを与え、その部分の側方から被覆層１２を介して第１のマルチコア光ファイバ１１に試験光源３１のＬＥＤからの試験光を入射してコア１１ａを伝搬させ、第２のマルチコア光ファイバ１１からの試験光の検出を、第２のマルチコア光ファイバ心線１０の端に設けたパワーメータ３２で、コア１１ａを伝搬した試験光の光強度を光電力として測定することにより行った。

＜実施例２＞
第１及び第２のマルチコア光ファイバ心線１０として、外径が３１０μｍ、マルチコア光ファイバ１１の外径が１８０μｍ、コア１１ａの直径が８．２μｍ、隣接するコア１１ａ間の中心間距離が４５μｍ、及び波長１５５０ｎｍの光に対するモードフィールド径が１０．３μｍであり、且つ第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１が図２Ｂに示すようなトレンチ型の屈折率分布を有するものを用いたことを除いて実施例１と同一の操作を行った。

＜比較例２＞
実施例２で用いたトレンチ型の屈折率分布を有する第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１を用いたことを除いて比較例２と同一の操作を行った。

（試験結果）
図６は、実施例１について、軸回転ずれと検出した試験光の光電力の最大値を基準とした変化量との関係を示す。これによれば、光電力の最小値との差が３ｄＢ以下となる軸回転ずれ角度幅（±Ｘ°）は±１．３°であった。比較例１について、光電力の最大値との差が３ｄＢ以下となる軸回転ずれ角度幅は±６．０°であった。

実施例２について、光電力の最小値との差が３ｄＢ以下となる軸回転ずれ角度幅は±２．４°であった。比較例２について、光電力の最大値との差が３ｄＢ以下となる軸回転ずれ角度幅は±５．９°であった。

以上の結果を表１に示す。

この表１によれば、第１のマルチコア光ファイバ１１の側方から試験光を入射してクラッド１１ｂを伝搬させた実施例１及び２は、それぞれ比較例１及び２と比較すると、軸回転ずれ角度幅が狭いことが分かる。従って、実施例１及び２では、比較例１及び２に比べて、軸回転ずれが小さくなったときにおける光電力の変化量が大きくなるため、第１及び第２のマルチコア光ファイバ１１の軸回転調整をより容易に行うことができる。

本発明は、マルチコア光ファイバの接続方法の技術分野について有用である。

１０マルチコア光ファイバ心線
１１マルチコア光ファイバ
１１ａコア
１１ｂクラッド
１２被覆層
２０融着接続装置
２１クランプ
２２ガイド部材
２３放電電極
２４Ｖ溝
３１試験光源
３２パワーメータ

Claims

各々、複数のコアと前記複数のコアを覆うクラッドとを有する第１及び第２のマルチコア光ファイバを、それらの軸が一致するように接続端面同士を対向させ、前記第１のマルチコア光ファイバの側方から試験光を入射して前記クラッドを伝搬させると共に、前記第２のマルチコア光ファイバから検出される試験光に基づいて、前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの前記複数のコアの軸回転ずれを縮小させるように、前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸回転調整を行うマルチコア光ファイバの接続方法。
請求項１に記載されたマルチコア光ファイバの接続方法において、
前記第２のマルチコア光ファイバの前記複数のコアを伝搬する試験光を検出し、その光強度が小さくなるように前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸回転調整を行うマルチコア光ファイバの接続方法。
請求項１に記載されたマルチコア光ファイバの接続方法において、
前記第２のマルチコア光ファイバの前記クラッドを伝搬する試験光を検出し、その光強度が大きくなるように前記第１及び第２のマルチコア光ファイバの軸回転調整を行うマルチコア光ファイバの接続方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載されたマルチコア光ファイバの接続方法において、
前記第１のマルチコア光ファイバは、前記第１のマルチコア光ファイバを被覆する光透過性の被覆層を有し、
前記第１のマルチコア光ファイバへの側方からの試験光の入射を、前記被覆層を介して行うマルチコア光ファイバの接続方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載されたマルチコア光ファイバの接続方法において、
前記第２のマルチコア光ファイバにおける試験光の検出を、前記第２のマルチコア光ファイバの曲げを与えた部分の側方から試験光を漏洩させて行うマルチコア光ファイバの接続方法。