JP2019086625A - 光ファイバ接続構造および接続用光ファイバモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】多芯の光ファイバ同士を、予め対応付けされた形態で相互に接続する作業を、簡単、かつ効率良く行える光ファイバ接続構造を提供すること。
【解決手段】光ファイバ接続構造は、多芯の第１光ファイバ３に光結合される第１マルチモード光ファイバ２１、多芯の第２光ファイバ５に光結合される第２マルチモード光ファイバ３１、第１マルチモード光ファイバに融着接続により光結合された第１シングルモード光ファイバ２２、および、第２マルチモード光ファイバに融着接続により光結合された第２シングルモード光ファイバ３２を有している。第１、第２マルチモード光ファイバの長さは、それぞれ、入射光がシングルモード光ファイバとの間の融着接合面に焦点を結ぶように設定されている。第１、第２シングルモード光ファイバ２２、３２同士は、光ファイバコネクタ１５を介して、着脱可能に相互に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、布設された多芯の伝送用の光ファイバ同士を接続する光ファイバ接続構造、および、当該光ファイバ接続構造に用いる接続用光ファイバモジュールに関する。

光通信においては多量の光信号を伝送するために、例えば、光信号の送受が行われる一方の光通信機器と他方の光通信機器との間が、多芯の光ファイバによって接続される。一方の機器の光ファイバ用接続端子のそれぞれに、予め対応付けされている他方の機器の光ファイバ用接続端子のそれぞれが接続されるように、双方の機器の間に伝送用の光ファイバが接続される。特許文献１には、一方の機器の側がマルチモード光ファイバにより光通信を行い、他方の機器がシングルモード光ファイバにより光通信を行う場合において、それらの間を接続する接続部材を備えた光通信システムが記載されている。

また、光ファイバ同士の結合には、例えば、光ファイバを基板に形成した各Ｖ溝に位置決めして接着固定した構造の光ファイバアレイが用いられる。光ファイバアレイは、例えば、特許文献２に記載されている。ここに記載の光ファイバアレイでは、Ｖ溝内においてモードフィルド径の異なる光ファイバと通常のシングルモード光ファイバとが融着接続されている。特許文献３には、マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバとの間を融着結合する接続構造が記載されている。

特開２０００−１１５０８２号公報 特開２００３−２４１０２０号公報 特開平０６−１４８４５１号公報

光通信機器の間で、光ファイバ同士を接続する場合には、相互に対応付けされている光ファイバ同士を誤りなく接続する必要がある。特に、伝送用の多芯の光ファイバ同士を接続する場合には、予め設定されている向き（状態)で相互に接続する必要がある。伝送用の多芯の光ファイバ同士を接続する作業を効率良く行うには、接続の向きなどを気にすることなく、単芯の光ファイバを接続する場合と同様に接続できることが望ましい。

本発明の目的は、このような点に鑑みて、多芯の光ファイバ同士を、予め対応付けされた形態で相互に接続する作業を、簡単かつ効率良く行うことのできる光ファイバ接続構造、および当該光ファイバ接続構造に用いる接続用光ファイバモジュールを提供することにある。

本発明において、伝送用の多芯の第１光ファイバと、前記第１光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれに対応付けされた形態で各光ファイバ芯線が布設された伝送用の多芯の第２光ファイバとの間を接続する光ファイバ接続構造は、多芯の第１光ファイバに融着接続あるいは光ファイバアレイにより光結合される後端面を備えた第１マルチモード光ファイバ、多芯の第２光ファイバに融着接続あるいは光ファイバアレイにより光結合される後端面を備えた第２マルチモード光ファイバ、および、第１マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により一端が光結合され、第２マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により他端が光結合されているシングルモード光ファイバを有している。第１マルチモード光ファイバは、多芯の第１光ファイバの各芯線のそれぞれからの入射光が、シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されている。同様に、第２マルチモード光ファイバは、多芯の第２光ファイバの各芯線のそれぞれからの入射光が、シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されている。

多芯の第１、第２光ファイバを、第１、第２マルチモード光ファイバに光結合するために用いる光ファイバアレイとして、ピッチ変換用光ファイバアレイを用いることができる。シングルモード光ファイバである多芯の第１あるいは第２光ファイバの先端部分に、ピッチ変換型光ファイバアレイを取り付け、各光ファイバ芯線を小ピッチの配列状態にして、第１あるいは第２マルチモード光ファイバの後端面に、接着剤によって接続して、光結合状態を形成する。

第１光ファイバからの各光信号は、第１マルチモード光ファイバに入射し、当該第１マルチモード光ファイバを介して伝送され、第１マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶ。反対側の第２光ファイバからの各光信号は、第２マルチモード光ファイバに入射し、当該第２マルチモード光ファイバを介して伝送され、第２マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶ。したがって、第１マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ、および第２マルチモード光ファイバから構成される光導波路を介して、相互に対応付けされている第１光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれと第２光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれとの間で各光信号が伝送される。

ここで、シングルモード光ファイバは、第１シングルモード光ファイバ、第２シングルモード光ファイバ、および、これら第１、第２シングルモード光ファイバの先端面同士を着脱可能に光結合するために、第１、第２シングルモード光ファイバの一方に取り付けた雄側光ファイバコネクタおよび他方に取り付けた雌側光ファイバコネクタから構成することができる。

多芯の第１光ファイバと多芯の第２光ファイバとの間の接続は、第１光ファイバの側に接続した第１マルチモード光ファイバに融着接続した第１シングルモード光ファイバと、第２光ファイバの側に接続した第２マルチモード光ファイバに融着接続した第２シングルモード光ファイバとを、単に、接続するだけでよい。また、複数種類の光信号が１本のシングルモード光ファイバを介して伝送される。よって、接続作業が容易で、接続本数も少なくて済む光ファイバ接続構造を実現できる。

本発明を適用した光ファイバ接続構造を備えた光通信システムの一例を示す説明図である。 図１の光ファイバ接続構造に用いる接続用光ファイバモジュールの一例を示す説明図である。 接続用光ファイバモジュールの別の例を示す説明図である。 ピッチ変換型光ファイバアレイの一例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態を説明する。図１、図２を参照して説明すると、本実施の形態に係る光ファイバ接続構造を備えた光通信システム１は、一方の第１光通信機器２の側の多芯のシングルモード光ファイバである第１光ファイバ３と、他方の第２光通信機器４の側の多芯のシングルモード光ファイバである第２光ファイバ５との間を繋ぐ光ファイバ接続構造を備えている。多芯の第１光ファイバ３は、例えば、光ファイバアレイ５０を介して、複数本の単芯のシングルモード光ファイバ５１、５２、５３に分かれている。他方の多芯の第２光ファイバ５も、例えば、光ファイバアレイ６０を介して、複数本の単芯のシングルモード光ファイバ６１、６２、６３に分かれている。図１、図２においては、説明を簡単にするために、１本の第１光ファイバ３と１本の第２光ファイバ５とを表示してある。

第１光ファイバ３は、例えば、３芯の第１光ファイバである。また、例えば、図２に示すように、一列に配列された３本の光ファイバ芯線３ａが被覆層３ｂで覆われた円形断面の構造となっている。各光ファイバ芯線３ａは、コア３ｃをクラッド３ｄが取り囲む円形断面のシングルモード光ファイバ芯線である。他方の第２光ファイバ５も、同様に、３芯の第２光ファイバであり、一列に配列された３本の光ファイバ芯線が被覆層で覆われた円形断面の構造となっている。本例では、光ファイバ芯線３ａのクラッド径は約２５μｍ、コア径は約１０μｍである。

光ファイバ接続構造は、２組の第１、第２接続用光ファイバモジュール１３、１４を備えている。第１、第２接続用光ファイバモジュール１３、１４は基本的に同一構成である。第１接続用光ファイバモジュール１３は、融着接続による融着接合面１１を介して、第１光ファイバ３に光結合されている。第１接続用光ファイバモジュール１３を、第１光ファイバ３の先端部分に取り付けた後述のピッチ変換型光ファイバアレイの先端面に接着接合することで、第１光ファイバ３に光結合させることもできる。第２接続用光ファイバモジュール１４は、融着接続された融着接合面１２を介して、第２光ファイバ５に光結合されている。この場合にも、ピッチ変換型光ファイバアレイを用いることができる。第１、第２接続用光ファイバモジュール１３、１４の間は、例えば、光ファイバコネクタ１５を介して、着脱可能に接続されている。

本例では、第１接続用光ファイバモジュール１３は、第１マルチモード光ファイバ２１、第１シングルモード光ファイバ２２、および、光ファイバコネクタ１５の一方を構成する雄側光ファイバコネクタ２３から構成される。第１マルチモード光ファイバ２１の後端面２１ａは、融着接合面１１を介して、３芯の第１光ファイバ３の先端面３ｅに接続されている。

第１マルチモード光ファイバ２１のクラッド２１ｃの径は約１２５μｍであり、そのコア２１ｄの径は約６０μｍである。第１マルチモード光ファイバ２１の先端面２１ｂは、融着接続により、第１シングルモード光ファイバ２２の後端面２２ａに光結合されている。第１マルチモード光ファイバ２１の全長(光路長)Ｌ１は、第１光ファイバ３の各光ファイバ芯線３ａから後端面２１ａへの入射光が、第１シングルモード光ファイバ２２との間の融着接合面２５において焦点を結ぶように、設定されている。例えば、２．８６４ｍｍの整数倍に設定されている。

第１シングルモード光ファイバ２２は、例えば、クラッド２２ｃの径が約１２５μｍ、コア２２ｄの径が約１０μｍである。図２に示すように、第１シングルモード光ファイバ２２の後端部においては、その後端面２２ａに露出しているコア端面の径が、第１マルチモード光ファイバ２１のコア径６０μｍとほぼ同一とされ、先端側に向かって徐々に減少して１０μｍ径となっている。本例では、例えば、後端面２２ａから０．７１６ｍｍの長さＬ２に亘って、コア径が漸減している。

第１シングルモード光ファイバ２２の先端には、他方の第２接続用光ファイバモジュール１４に着脱可能に接続するための光ファイバコネクタ１５の一方の雄側光ファイバコネクタ２３が取り付けられている。雄側光ファイバコネクタ２３の先端面には、第１シングルモード光ファイバ２２の先端面が露出している。なお、図２においては、第１マルチモード光ファイバ２１、第１シングルモード光ファイバ２２のそれぞれについて、被覆層を省略して、コアおよびクラッドからなる光ファイバ芯線のみを示してある。

他方の第２接続用光ファイバモジュール１４も、同様に、第２マルチモード光ファイバ３１、第２シングルモード光ファイバ３２、および、光ファイバコネクタ１５の他方を構成する雌側光ファイバコネクタ３３を備えている。第２マルチモード光ファイバ３１のクラッド径は約１２５μｍであり、そのコア径は約６０μｍである。第２マルチモード光ファイバ３１の先端面は、融着接続により、第２シングルモード光ファイバ３２の後端面に光結合されている。第２マルチモード光ファイバ３１の全長(光路長)は、第２光ファイバ５から後端面への入射光が、第２シングルモード光ファイバ３２との間の融着接合面３５において焦点を結ぶように、設定されている。例えば、２．８６４ｍｍの整数倍に設定されている。

また、第２シングルモード光ファイバ３２は、クラッド径が約１２５μｍ、コア径が約１０μｍである。第２シングルモード光ファイバ３２の後端部においては、その後端面に露出しているコア端面の径が、第２マルチモード光ファイバ３１のコア径６０μｍとほぼ同一とされ、先端側に向かって徐々に減少して１０μｍ径となっている。

光ファイバ接続構造において、第１光通信機器２と第２光通信機器４との間を接続する場合には、一方の第１接続用光ファイバモジュール１３の側の雄側光ファイバコネクタ２３と、他方の第２接続用光ファイバモジュール１４の側の雌側光ファイバコネクタ３３とを相互に接続すればよい。単芯の第１、第２シングルモード光ファイバ２２、３２同士を接続すればよいので、多芯の光ファイバ同士の接続の場合とは異なり、単に、雄側光ファイバコネクタ２３と雌側光ファイバコネクタ３３を連結するだけでよい。接続作業を、簡単かつ、効率良く行うことができる。また、第１、第２マルチモード光ファイバ２１、３１は短くて良く、第１、第２シングルモード光ファイバ２２、３２の長さを必要とされる距離だけ長くすればよい。第１、第２マルチモード光ファイバ２１、３１を用いて長い距離の間を光結合する場合に比べて光損失を抑制できる。

なお、第１、第２接続用光ファイバモジュール１３、１４の代わりに、図３に示すように、１組の接続用光ファイバモジュールを用いることも可能である。図３に示す接続用光ファイバモジュール４０は、第１光ファイバ３の各光ファイバ芯線３ａに、融着接続により光結合される後端面４１ａを備えた第１マルチモード光ファイバ４１と、第２光ファイバ５の各光ファイバ芯線に、融着接続により光結合される後端面４２ａを備えた第２マルチモード光ファイバ４２と、第１マルチモード光ファイバ４１の先端面４１ｂに融着接続により一端が光結合され、第２マルチモード光ファイバ４２の先端面４２ｂに融着接続により他端が光結合されている１本のシングルモード光ファイバ４３とから構成されている。

この場合においても、第１マルチモード光ファイバ４１は、第１光ファイバ３の光ファイバ芯線３ａのそれぞれからの入射光が、シングルモード光ファイバ４３との間の融着接合面４６において焦点を結ぶように、その長さが設定されている。同様に、第２マルチモード光ファイバ４２は、第２光ファイバ５の光ファイバ芯線のそれぞれからの入射光が、シングルモード光ファイバ４３との間の融着接合面４７において焦点を結ぶように、その長さが設定されている。

（ピッチ変換型光ファイバアレイの例）
上記の各例では、多芯の第１光ファイバ３と第１マルチモード光ファイバ２１との間、および、第２光ファイバ５と第２マルチモード光ファイバ３１との間を、それぞれ、融着機を用いて、融着接続により光結合している。融着接続の代わりに、ピッチ変換型光ファイバアレイを用いることができる。なお、光ファイバアレイ５０、６０も、ピッチ変換型光ファイバアレイとすることができる。

図４はピッチ変換型光ファイバアレイの一例を示す概略縦断面図である。ピッチ変換型光ファイバアレイ１００は、1本の多芯のシングルモード光ファイバの各光ファイバ芯線を1本のマルチモード光ファイバに結合するために用いる。また、複数本のシングルモード光ファイバの配列ピッチを狭くして、多芯の１本のシングルモード光ファイバの各光ファイバ芯線に結合するために用いる。例えば、クラッド径が約２５μｍ、コア径が約１０μｍの多数本の光ファイバ芯線３ａを備えた１本のシングルモードの第１光ファイバ３を、クラッド径が約１２５μｍ、コア径が約６０μｍの１本の第１マルチモード光ファイバ２１に結合するために用いる。

ピッチ変換型光ファイバアレイ１００は、第１光ファイバ３の先端部に取り付けたガラス製の光ファイバ配列具１３０を備えている。第１光ファイバ３の先端面１０１からは、各光ファイバ芯線３ａが、被覆層３ｂが除去された状態で引き出されている。引き出されている光ファイバ芯線の部分１０２の先端側の部分には、クラッド径が２５μｍよりも小径の小径光ファイバ芯線部分１０３が形成されている。

小径光ファイバ芯線部分１０３は、先端面１０１から引き出されている光ファイバ芯線３ａの部分１０２において、その先端側の部分のクラッド層を所定厚さ分だけ、エッチングにより除去することで形成された部分である。通常は、化学エッチング、例えば、フッ素系のエッチング液を用いたウエットエッチングによって、クラッド層を所定厚さ分だけ外周側から中心側にエッチ除去して、所望の径のクラッド層を備えた小径光ファイバ芯線部分１０３を製作する。研磨工具を用いた機械的なエッチングによっても小径光ファイバ芯線部分１０３を製作可能である。融着接続を行うことなく、各光ファイバ芯線３ａの先端には、小径光ファイバ芯線部分１０３が一体形成されている。すなわち、コア３ｃが連続して延びている。

光ファイバ配列具１３０は、石英ガラスなどからなるＶ溝基板１３１と、このＶ溝基板１３１の前側表面部分に積層接着した同じく石英ガラスなどからなる押さえ基板１３２とを備えている。押さえ基板１３２が接着固定されているＶ溝基板１３１の前側表面部分には、所定のピッチで複数条のＶ溝１３３が形成されている。Ｖ溝１３３と、これを覆う押さえ基板１３２の表面との間がファイバ配列部であり、小径光ファイバ芯線部分１０３のファイバ先端面１０４から所定の長さの部分が、各Ｖ溝１３３に収容されて接着固定されている。

小径光ファイバ芯線部分１０３のファイバ先端面１０４は、同一平面上において小ピッチで配列された状態で、光ファイバ配列具１３０の光結合用端面１３４に露出している。光結合用端面１３４には、接着剤によって、第１マルチモード光ファイバ２１の先端面が光結合される。なお、光ファイバ配列具１３０のＶ溝基板１３１の後端部分は押さえ基板１３２の後端よりも後方に延びている。この後端部分の表面には光ファイバ芯線接着固定部１３５と、光ファイバ接着固定部１３６が形成されている。

１ 光通信システム
２ 第１光通信機器
３ 第１光ファイバ
３ａ 光ファイバ芯線
３ｂ 被覆層
３ｃ コア
３ｄ クラッド
３ｅ 先端面
４ 第２光通信機器
５ 第２光ファイバ
１１ 融着接合面
１２ 融着接合面
１３ 第１接続用光ファイバモジュール
１４ 第２接続用光ファイバモジュール
１５ 光ファイバコネクタ
２１ 第１マルチモード光ファイバ
２１ａ 後端面
２１ｂ 先端面
２１ｃ クラッド
２１ｄ コア
２２ 第１シングルモード光ファイバ
２２ａ 後端面
２２ｃ クラッド
２２ｄ コア
２３ 雄側光ファイバコネクタ
２５ 融着接合面
３１ 第２マルチモード光ファイバ
３２ 第２シングルモード光ファイバ
３３ 雌側光ファイバコネクタ
３５ 融着接合面
４０ 接続用光ファイバモジュール
４１ 第１マルチモード光ファイバ
４１ａ 後端面
４１ｂ 先端面
４２ 第２マルチモード光ファイバ
４２ａ 後端面
４２ｂ 先端面
４３ シングルモード光ファイバ
４６ 融着接合面
４７ 融着接合面
５０ 光ファイバアレイ
５１ シングルモード光ファイバ
５２ シングルモード光ファイバ
５３ シングルモード光ファイバ
６０ 光ファイバアレイ
６１ シングルモード光ファイバ
６２ シングルモード光ファイバ
６３ シングルモード光ファイバ
１００ ピッチ変換型光ファイバアレイ
１０１ 先端面
１０２ 部分
１０３ 小径光ファイバ芯線部分
１０４ ファイバ先端面
１３０ 光ファイバ配列具
１３１ Ｖ溝基板
１３２ 押さえ基板
１３３ Ｖ溝
１３４ 光結合用端面
１３５ 光ファイバ芯線接着固定部
１３６ 光ファイバ接着固定部

Claims (5)

1. 伝送用の多芯の第１光ファイバと、前記第１光ファイバの各芯線のそれぞれに対応付けされた形態で各芯線が接続される伝送用の多芯の第２光ファイバとの間を接続する光ファイ接続構造であって、
   前記第１光ファイバの各芯線のそれぞれに光結合される後端面を備えた第１マルチモード光ファイバと、
   前記第２光ファイバの各芯線のそれぞれに光結合される後端面を備えた第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により一端が光結合され、前記第２マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により他端が光結合されているシングルモード光ファイバと、
   を有しており、
   前記第１マルチモード光ファイバは、前記第１光ファイバのそれぞれからの入射光が、前記シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されており、
   前記第２マルチモード光ファイバは、前記第２光ファイバのそれぞれからの入射光が、前記シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されている光ファイバ接続構造。
2. 請求項１において、
   前記シングルモード光ファイバは、
   前記第１光ファイバの各光ファイバ芯線に光結合される第１シングルモード光ファイバと、
   前記第２光ファイバの各光ファイバ芯線に光結合される第２シングルモード光ファイバと、
   前記第１、第２シングルモード光ファイバの間を着脱可能に光結合するための光ファイバコネクタと、
   を備えている光ファイバ接続構造。
3. 請求項１または２において、
   前記第１光ファイバと前記第１マルチモード光ファイバとの間は、融着接続あるいはピッチ変換型光ファイバアレイによって、光結合されており、
   前記第２光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとの間は、融着接続あるいはピッチ変換型光ファイバアレイによって、光結合されている光ファイバ接続構造。
4. 請求項１に記載の光ファイバ接続構造に用いる接続用光ファイバモジュールであって、
   前記第１光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれに光結合される後端面を備えた前記第１マルチモード光ファイバと、
   前記第２光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれに光結合される後端面を備えた前記第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により一端が光結合され、前記第２マルチモード光ファイバの先端面に融着接続により他端が光結合されている前記シングルモード光ファイバと、
   を有しており、
   前記第１マルチモード光ファイバは、前記第１光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれからの入射光が、前記シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されており、
   前記第２マルチモード光ファイバは、前記第２光ファイバの各光ファイバ芯線のそれぞれからの入射光が、前記シングルモード光ファイバとの間の融着接合面において焦点を結ぶように、その長さが設定されている接続用光ファイバモジュール。
5. 請求項４において、
   前記シングルモード光ファイバは、
   前記第１光ファイバの各光ファイバ芯線に光結合される第１シングルモード光ファイバと、
   前記第２光ファイバの各光ファイバ芯線に光結合される第２シングルモード光ファイバと、
   前記第１、第２シングルモード光ファイバの間を着脱可能に光結合するための光ファイバコネクタと、
   を備えている接続用光ファイバモジュール。

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