JP2018146770A - 光ファイバ側方入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テープ心線の側方入出力を行う際に、所望の入出力効率と曲げ損失を得るためのテープ心線へ印加する押圧力の調整が容易である光ファイバ側方入出力装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光ファイバ側方入出力装置は、屈折率整合材料が光ファイバ心線と凹曲面との間にあり、押圧力が印可された時に屈折率整合材料が変形して光ファイバ心線と凹曲面との空隙を埋めることができる。このため、光ファイバ心線と凹曲面との空隙を解消する大きな押圧力が不要となり、側圧による曲げ損失も低減することができる。【選択図】図４

Description

本開示は、光ファイバ心線を曲げ、光ファイバの側方から光を入出力する光ファイバ側方入出力装置に関する。

光ファイバを切断することなく光信号を光ファイバに入出力する技術として、既設の光ファイバ（被入力側光ファイバ）に曲げを与え、この曲げ部位に側面から別の光ファイバ（プローブ光ファイバ）を対向させ、当該プローブ光ファイバの先端部から光信号を入射すると共に、被入力側光ファイバから出射される光信号をプローブ光ファイバの先端部で受光する光ファイバ側方入出力技術が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１５−０４０９１６号公報

特許文献１では単心線を曲げることを記載しているが、４心テープ心線を曲げる場合でも同様の構成が考えられる。図１は４心テープ心線に曲げを与える光ファイバ側方入出力装置を説明する図である。図１（Ａ）は上面図、図１（Ｂ）は上面図のＸ−Ｘ’線での切断面を説明する図である。図１のように４心テープ心線の面を凹曲面１１ａを持つ第１治具１１と凸曲面１２ａを持つ第２部材１２で挟み込み、曲げ２４を形成する。なお、凹曲面１１ａと凸曲面１２ａは図１（Ａ）のようにかみ合う形状である。

光ファイバ側方入出力装置において、光ファイバ心線と凹曲面との間に空隙が生じると入出力効率が著しく低下する。ここで、入力効率とはプローブファイバから曲げた光ファイバ心線へ光を入力する場合の効率、出力効率とは曲げた光ファイバ心線からプローブファイバへ光を出力する場合の効率を表す。

そのため、第２治具を図２のような形状とし、第２治具の先端だけで光ファイバ心線を凹冶具に向かって押圧することで、光ファイバ被覆と凹曲面との間に空隙が生じないようにしている。しかし、図２のような第２治具を用いると押圧力の大きさによっては光ファイバ心線への側圧が大きくなり曲げ損失が大きくなるという課題がある。

特に、図３のようにテープ心線１００の面が平らでない場合、テープ心線を曲げる際に空隙を解消するために大きな押圧力を付与する必要があるが、光ファイバ心線への側圧が大きくなり曲げ損失が大きくなる。逆に、曲げ損失を通信に影響が出ない程度に収めようとすると押圧力を小さくせざるを得ず、空隙が生じてしまい入出力効率が著しく低下する。このように、テープ心線の側方入出力技術には、入出力効率と曲げ損失がトレードオフの関係になっており、テープ心線へ印加する押圧力の調整が困難という課題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、テープ心線の側方入出力を行う際に、所望の入出力効率と曲げ損失を得るためのテープ心線へ印加する押圧力の調整が容易である光ファイバ側方入出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ側方入出力装置は、第１治具の凹曲面にテープ心線の屈折率と第１治具の屈折率を整合させる材料を配置することとした。

具体的には、本発明に係る第１の光ファイバ側方入出力装置は、
複数の光ファイバ心線が並列するテープ心線の面を沿わせる凹曲面、及び前記凹曲面で曲げが与えられた前記テープ心線に対して光を入出力するプローブ光ファイバを保持する保持部を有する第１治具と、
先端形状が前記テープ心線の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面を有し、前記半円筒の側面の半径が前記凹曲面の曲率半径と前記光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みとの差以下である第２治具と、
前記第１治具の前記凹曲面上に配置され、前記第２治具の前記凸曲面で前記テープ心線を前記第１治具の前記凹曲面に押し付けて前記テープ心線に曲げを与えるときに、前記凹曲面と前記テープ心線との間の空隙を埋め、前記第１治具の屈折率と前記テープ心線の屈折率を整合させる屈折率整合材料と、
を備える。

第１の光ファイバ側方入出力装置は、屈折率整合材料が光ファイバ心線と凹曲面との間にあり、押圧力が印可された時に屈折率整合材料が変形して光ファイバ心線と凹曲面との空隙を埋めることができる。このため、光ファイバ心線と凹曲面との空隙を解消する大きな押圧力が不要となり、側圧による曲げ損失も低減することができる。

従って、本発明は、テープ心線の側方入出力を行う際に、所望の入出力効率と曲げ損失を得るためのテープ心線へ印加する押圧力の調整が容易である光ファイバ側方入出力装置を提供することができる。

本発明に係る第１の光ファイバ側方入出力装置の前記屈折率整合材料は、紫外線硬化樹脂、屈折率整合シートまたはフィルムであることが好ましい。

本発明に係る第１の光ファイバ側方入出力装置の前記屈折率整合材料は、Ａ４０〜Ａ６０（ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ６２５３）の硬度であることが好ましい。

また、本発明に係る第２の光ファイバ側方入出力装置は、
テープ心線の各光ファイバ心線が並列可能な幅と、両端に比べて中央部が深くなるような凹曲面の底を持つ溝、及び前記凹局面で曲げが与えられた前記テープ心線に対して光を入出力するプローブ光ファイバを保持する保持部を有する第１治具と、
先端形状が前記テープ心線の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面を有し、前記半円筒の側面の半径が前記凹曲面の曲率半径と前記光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みとの差以下である第２治具と、
前記第１治具の前記溝に溜められており、前記第２治具を前記第１治具の前記溝に挿入し、前記凸曲面で前記テープ心線を前記第１治具の前記凹曲面に押し付けて前記テープ心線に曲げを与えるときに、前記凹曲面と前記テープ心線との間の空隙を埋め、前記第１治具の屈折率と前記テープ心線の屈折率を整合させる液体状の屈折率整合材料と、
を備える。

第２の光ファイバ側方入出力装置は、液体の屈折率整合材料が底が凹曲面である第１治具の溝に溜められており、押圧力が印可された時に屈折率整合材料が光ファイバ心線と凹曲面との空隙に回り込み、空隙による入出力効率の低下を防ぐことができる。このため、光ファイバ心線と凹曲面との空隙を解消する大きな押圧力が不要となり、側圧による曲げ損失も低減することができる。

従って、本発明は、テープ心線の側方入出力を行う際に、所望の入出力効率と曲げ損失を得るためのテープ心線へ印加する押圧力の調整が容易である光ファイバ側方入出力装置を提供することができる。

本発明に係る第１及び第２の光ファイバ側方入出力装置の前記屈折率整合材料は、前記光ファイバ心線を伝搬する光の波長帯域で透過率が９０％以上であることが好ましい。

本発明に係る第１及び第２の光ファイバ側方入出力装置の前記屈折率整合材料の屈折率は、前記光ファイバ心線または前記テープ心線の最外被覆の屈折率以上、特に１．５〜１．６であることが好ましい。

本発明は、テープ心線の側方入出力を行う際に、所望の入出力効率と曲げ損失を得るためのテープ心線へ印加する押圧力の調整が容易である光ファイバ側方入出力装置を提供することができる。

本発明に関連する光ファイバ側方入出力装置を説明する図である。 本発明に関連する光ファイバ側方入出力装置を説明する図である。 本発明の課題を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ側方入出力装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の第２治具を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の効果を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ側方入出力装置を説明する図である。 テープ心線の定義を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図８は、テープ心線の形状について説明する図である。図８（Ａ）はテープ心線１００を上から（長手方向と幅方向の平面に対して垂直な方向から）みた図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＹ−Ｙ’線で切断した断面図である。“ｄ”はテープ心線１００の厚みである。なお、本明細書では光ファイバ側方入出力装置がテープ心線１００を曲げる例で説明するが、単体の光ファイバ心線を曲げても同様の効果が得られる。単体の光ファイバ心線の場合、“ｄ”は光ファイバ心線の直径である。

（実施形態１）
図４は、本実施形態の光ファイバ側方入出力装置３０１の概要を説明する図である。光ファイバ側方入出力装置３０１は、
複数の光ファイバ心線が並列するテープ心線１００の面を沿わせる凹曲面１１ａ、及び凹曲面１１ａで曲げが与えられたテープ心線１００に対して光を入出力するプローブ光ファイバ５０を保持する保持部５１を有する第１治具１１と、
先端形状がテープ心線１００の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面１２ａを有し、半円筒１２ａの側面の半径ｒが凹曲面１１ａの曲率半径Ｒと光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みｄとの差以下である第２治具１２と、
第１治具１１の凹曲面１１ａ上に配置され、第２治具１２の凸曲面１２ａでテープ心線１００を第１治具１１の凹曲面１１ａに押し付けてテープ心線１００に曲げを与えるときに、凹曲面１１ａとテープ心線１００との間の空隙を埋め、第１治具１１の屈折率とテープ心線１００の屈折率を整合させる屈折率整合材料１３と、
を備える。

図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は上面図のＸ−Ｘ’線における断面図である。光ファイバ側方入出力装置３０１は、図２の光ファイバ側方入出力装置３００に屈折率整合材料１３をさらに備える。本実施形態の屈折率整合材料１３は、紫外線硬化樹脂である。例えば、第１治具１１の凹曲面１１ａ上に屈折率整合材料１３を塗布し、紫外線を照射して固化することで屈折率整合材料１３を凹曲面１１ａ上に保持することができる。

本実施形態の屈折率整合材料１３は、Ａ４０〜Ａ６０（ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ６２５３）の硬度である。屈折率整合材料１３は、上記程度の硬度で柔軟性を持っており、図４（Ｂ）のように押圧力でテープ心線１００を押し付けたときに変形してテープ心線１００と第１治具１１の凹曲面１１ａとの間に空隙ができることを防止する。このため、押圧力が小さくても屈折率整合材料３３により空隙の発生を防いで入出力効率の低下を防ぐことができ、押圧力を小さくすることができるので曲げ損失を低減することができる。従って、光ファイバ側方入出力装置３０１は、テープ心線の側方入出力技術に存在した入出力効率と曲げ損失のトレードオフの関係を解消することができる。

本実施形態の屈折率整合材料１３は、前記光ファイバ心線を伝搬する光の波長帯域で透過率が９０％以上である。プローブファイバ５０は、曲げ部から漏洩した光ファイバ心線を伝搬する光を受光、又は曲げ部へ光ファイバ心線を伝搬する光を入射するので、損失を低減するために屈折率整合材料１３は当該光の波長において透明であることが望ましい。

本実施形態の屈折率整合材料１３の屈折率は、前記光ファイバ心線またはテープ心線１００の最外被覆の屈折率以上である。例えば、屈折率整合材料１３の屈折率は、１．５〜１．６である。光ファイバ心線からの漏洩光が屈折率整合材料１３で反射することを防止でき損失を低減できる。

図５は、本実施形態の第２治具１２の形状を説明する図である。図５（Ａ）は上面図、図５（Ｂ）は側面図、図５（Ｃ）は斜視図である。第２冶具１２の凸曲面１２ａの曲率半径ｒは、以下の式を満たす必要がある。
（式） ｒ≦Ｒ−ｄ
ここで、ｄは光ファイバ心線の直径またはテープ心線１００の厚みであり、Ｒは第１冶具１１の曲げ部（凹曲面１１）の曲率半径である。

（実施例１）
光ファイバ側方入出力装置３０１と図２の光ファイバ側方入出力装置３００との比較実験を行った。光ファイバ側方入出力装置３０１は、光ファイバ側方入出力装置３００の凹曲面１２ａ表面に紫外線硬化樹脂を一定の厚さで塗布し、紫外線を照射して硬化させた屈折率整合材料１３が配置されている。この紫外線硬化樹脂は、紫外線で硬化した後にも柔軟性を有する。

比較実験の条件は次の通りである。
・テープ心線１００は４心のテープ心線
・曲げ形状は、曲げ径２ｍｍ且つ曲げ角度２０度
・第１冶具１１は、透過率約９０％且つ屈折率１．５５の光学プラスチック
・屈折率整合材料１３は、硬化後の硬度（柔軟性）がＡ４５（ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ６２５３）
・屈折率整合材料１３は、硬化後の透過率が９０％であり、屈折率は１．５
・屈折率整合材料１３の厚みは０．２ｍｍ

図６は、比較実験の結果を説明する図である。図６（Ａ）は各心線の曲げ損失の結果である。光ファイバ側方入出力装置３００に比べ、光ファイバ側方入出力装置３０１の方が、各心線の曲げ損失が低減され，さらに心線ごとの曲げ損失のばらつきも低減できている。図６（Ｂ）は各心線からプローブファイバへの結合効率の結果である。光ファイバ側方入出力装置３００はテープ心線１００と凹曲面１１ａとの間の空隙で心線によって結合効率の劣化がみられるが、光ファイバ側方入出力装置３０１は屈折率整合材料１３により空隙がなくなり4心すべてで同等の結合効率が得られた。

（実施形態２）
実施形態１の光ファイバ側方入出力装置３０１の屈折率整合材料１３が紫外線硬化樹脂であることに対し、本実施形態の光ファイバ側方入出力装置３０１の屈折率整合材料１３は屈折率整合シートまたはフィルムである。つまり、本実施形態では、図４の光ファイバ側方入出力装置３０１において、屈折率整合材料１３として凹曲面１１ａの表面に屈折率整合シートまたはフィルムを貼り付ける。

屈折率整合シートまたはフィルムの条件は次の通りである。
・硬度（柔軟性）は、例えばＡ４０〜６０程度（ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ６２５３）
・透過率は９０％程度であり、屈折率は１．５〜１．６程度
・厚みは数百μｍ
本実施形態の光ファイバ側方入出力装置は、実施形態１の光ファイバ側方入出力装置と比較して屈折率整合材料１３の厚みが一定となり製造が容易である。

（実施形態３）
図７は、本実施形態の光ファイバ側方入出力装置３０２の概要を説明する図である。光ファイバ側方入出力装置３０２は、
テープ心線１００の各光ファイバ心線が並列可能な幅と、両端に比べて中央部が深くなるような凹曲面１１ａの底を持つ溝３２、及び凹局面１１ａで曲げが与えられたテープ心線に対して光を入出力するプローブ光ファイバ５０を保持する保持部５１を有する第１治具３１と、
先端形状がテープ心線１００の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面１２ａを有し、半円筒１２ａの側面の半径ｒが凹曲面１１ａの曲率半径Ｒと光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みｄとの差以下である第２治具１２と、
第１治具３１の溝３２に溜められており、第２治具１２を第１治具３１の溝３２に挿入し、凸曲面１２ａでテープ心線１００を第１治具３１の凹曲面１１ａに押し付けてテープ心線１００に曲げを与えるときに、凹曲面１１ａとテープ心線１００との間の空隙を埋め、第１治具３１の屈折率とテープ心線１００の屈折率を整合させる液体状の屈折率整合材料３３と、
を備える。

図７（Ａ）は上面図、図７（Ｂ）は上面図のＸ−Ｘ’線における断面図である。光ファイバ側方入出力装置３０２は、図４の光ファイバ側方入出力装置３０１と第１治具の形状が異なる。第１治具３１は、凹曲面１１ａと壁３５からなる溝３２を有しており、溝３２には液体状の屈折率整合材料３３が溜められる構造になっている。

本実施形態の第２治具１２の形状は実施形態１で説明した図５と同じである。

屈折率整合材料３３は、液体なので、図７（Ｂ）のように押圧力でテープ心線１００を押し付けたときにテープ心線１００と第１治具１１の凹曲面１１ａとの間に回り込み、テープ心線１００と第１治具１１の凹曲面１１ａとの間に発生する空隙を満たすことができる。このため、空隙ができたとしても屈折率整合材料３３により入出力効率の低下を防ぐことができ、押圧力を小さくすることができるので曲げ損失を低減することができる。従って、光ファイバ側方入出力装置３０２は、テープ心線の側方入出力技術に存在した入出力効率と曲げ損失のトレードオフの関係を解消することができる。

本実施形態の屈折率整合材料３３は、前記光ファイバ心線を伝搬する光の波長帯域で透過率が９０％以上である。プローブファイバ５０は、曲げ部から漏洩した光ファイバ心線を伝搬する光を受光、又は曲げ部へ光ファイバ心線を伝搬する光を入射するので、損失を低減するために屈折率整合材料３３は当該光の波長において透明であることが望ましい。

本実施形態の屈折率整合材料３３の屈折率は、前記光ファイバ心線またはテープ心線１００の最外被覆の屈折率以上である。例えば、屈折率整合材料３３の屈折率は、１．５〜１．６である。光ファイバ心線からの漏洩光が屈折率整合材料３３で反射することを防止でき損失を低減できる。

また、光ファイバ側方入出力装置３０２も実施形態１で説明した比較実験と同様の効果を得ることができる。

（本発明の効果）
本発明に係る光ファイバ側方入出力装置は次のような効果を得ることができる。
（１）光ファイバ心線と第１治具との空隙を除去しつつ側圧による曲げ損失を低減することにより、通信への影響を減らしつつ高効率に側方から光を入出力することができる。
（２）光ファイバ心線や光テープ心線の表面に凹凸があっても空隙を除去でき、高効率に側方から光を入出力することができる。

１１：第１治具
１１ａ：凹曲面
１２：第２治具
１２ａ：凸曲面
２４：曲げ部
３１：第１治具
３２：溝
３３：屈折率整合材料
３５：壁
５０：プローブ光ファイバ
５１：保持部
１００：テープ心線
３００、３０１、３０２：光ファイバ側方入出力装置

Claims (8)

1. 複数の光ファイバ心線が並列するテープ心線の面を沿わせる凹曲面、及び前記凹曲面で曲げが与えられた前記テープ心線に対して光を入出力するプローブ光ファイバを保持する保持部を有する第１治具と、
   先端形状が前記テープ心線の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面を有し、前記半円筒の側面の半径が前記凹曲面の曲率半径と前記光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みとの差以下である第２治具と、
   前記第１治具の前記凹曲面上に配置され、前記第２治具の前記凸曲面で前記テープ心線を前記第１治具の前記凹曲面に押し付けて前記テープ心線に曲げを与えるときに、前記凹曲面と前記テープ心線との間の空隙を埋め、前記第１治具の屈折率と前記テープ心線の屈折率を整合させる屈折率整合材料と、
   を備える光ファイバ側方入出力装置。
2. 前記屈折率整合材料は、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ側方入出力装置。
3. 前記屈折率整合材料は、屈折率整合シートまたはフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ側方入出力装置。
4. 前記屈折率整合材料は、Ａ４０〜Ａ６０（ＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｋ ６２５３）の硬度であることを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載の光ファイバ側方入出力装置。
5. テープ心線の各光ファイバ心線が並列可能な幅と、両端に比べて中央部が深くなるような凹曲面の底を持つ溝、及び前記凹局面で曲げが与えられた前記テープ心線に対して光を入出力するプローブ光ファイバを保持する保持部を有する第１治具と、
   先端形状が前記テープ心線の幅方向を母線とする半円筒である凸曲面を有し、前記半円筒の側面の半径が前記凹曲面の曲率半径と前記光ファイバ心線の直径又は前記テープ心線の厚みとの差以下である第２治具と、
   前記第１治具の前記溝に溜められており、前記第２治具を前記第１治具の前記溝に挿入し、前記凸曲面で前記テープ心線を前記第１治具の前記凹曲面に押し付けて前記テープ心線に曲げを与えるときに、前記凹曲面と前記テープ心線との間の空隙を埋め、前記第１治具の屈折率と前記テープ心線の屈折率を整合させる液体状の屈折率整合材料と、
   を備える光ファイバ側方入出力装置。
6. 前記屈折率整合材料は、前記光ファイバ心線を伝搬する光の波長帯域で透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ側方入出力装置。
7. 前記屈折率整合材料の屈折率は、前記光ファイバ心線または前記テープ心線の最外被覆の屈折率以上であることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の光ファイバ側方入出力装置。
8. 前記屈折率整合材料の屈折率は、１．５〜１．６であることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の光ファイバ側方入出力装置。

Images