JP2911932B2 - 光導波体接続 - Google Patents

光導波体接続

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JP2911932B2 JP1505581A JP50558189A JP2911932B2 JP 2911932 B2 JP2911932 B2 JP 2911932B2 JP 1505581 A JP1505581 A JP 1505581A JP 50558189 A JP50558189 A JP 50558189A JP 2911932 B2 JP2911932 B2 JP 2911932B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバなどの光導波体を接続する方法に
関する。
通常の光導波体は材料に沿って進行する光放射が導波
体の材料内に保持されて案内されるようにピークを有す
る断面屈折率プロファイルを有する誘電体材料を含む。
ピーク領域内の材料はコアとして一般的に知られてお
り、ピーク領域の外側の材料はクラッドとして一般的に
知られている。
通常、この型の光導波体は電気アーク下でその隣接の
端部に力を加えて押着することによって一緒に接続され
るか或いはスプライスされる。その電気アークは端部を
一緒にされる後に消去される。いくつかの場合のおい
て、融着された結合は機械的強度を改善するために焼き
戻される。融着された接続から生じる損失を最小限にす
るために存在する主要なスプライス損失機構を考慮に入
れることは重要である。一般に、これらの損失機構は次
の３つに分けられることが可能である。
横断コアオフセット：これは導波体と中心を共有しな
いコアによって生じ、故にたとえ導波体が正確に整列さ
れないとしても、コアも正確に整列されない。
コア変形：これはスプライスおよび／または隣接する
導波体の端部が整列されない前に導波体の不正確な整列
によって生じる。
モードフィールド不整合：屈折率プロファイルがl/e
レベル間で測定されたような導波体に伝播する光学フィ
ールドの断面幅を制御し、「モードスポットサイズ」に
よって特徴付けられる。
約８μｍのコア直径を有する典型的なモノモードファ
イバにおいて、モードスポットサイズは９μｍ程度であ
る。モードスポットが２つの導波体において異なる形状
（または寸法）を有するならば、結合に著しい損失が存
在する。
２つの導波体は著しく異なるモードスポットサイズを
有すると、モード不整合は主要な損失機構である。種々
の提案はこれを処理するために提案された。例えば、EP
−Ａ−0076186ではクラッドにコア中のドーパントの移
動を発生させるために800〜1200℃の温度で24〜48時間
の間でファイバの端部を加熱する方法が記載されてい
る。これは光ファイバの屈折率の変化およびモードスポ
ットサイズの対応する変化を生じさせるためである。こ
の処理の主要な欠点は長時間の前処理（１〜２日）およ
びモード寸法を整合するために補正されたスポットでフ
ァイバを分裂することが必要であることである。
屈折率プロファイルに対するクラッドからコアへのフ
ッ素移動の効果は文献（1988年２月18日付Electronics
Letters vol.No4.243乃至246頁）に記載されている。こ
の文献では単一のファイバおよび加熱処理のファイバに
対する影響に関係し、１時間程度以上の典型的な加熱時
間が記載されている。
本発明にしたがって、異なる屈折率プロファイルを有
する光導波体および高い開口数（NA）を有する少なくと
も１つの導波体を接続する方法は、ドーパントが高いNA
の導波体のコアから移動されるようにコアの整列状態に
おいて一緒に導波体の端部を融着し、導波体間に融着さ
れた結合部分を続いて加熱することを含む。加熱ステッ
プは２つの導波体におけるモードスポットサイズ間の整
合を予め定められたレベルで達成するために十分な時間
で実行される。
上述の全提案において、ファイバが加熱処理を受ける
とき、低いNAファイバに関しては、損失は急速に増加す
ることが認められた。対照的に、少なくとも１つの導波
体が高いNAを有するとき、後融着加熱処理は非常に効果
的であることが認められた。高いNAファイバを標準的な
ファイバにスプライスするとき、２つのファイバにおけ
る異なる移動割合はモードスポットサイズの急速な均等
化を生じる。一緒に２つの高いNAファイバをスプライス
するとき、２つのコアは横断コアオフセットのような物
理的不整合を減少させることと共に寸法において急速に
発達する。ドープされた高いNAファイバは、モードスポ
ットサイズ整合または横断コアオフセット減少を達成す
る短い後スプライス加熱処理に導く加熱中のドーパント
の急速な移動を有する。適当な加熱力を選択することに
よって比較的に短い時間内、典型的に30秒程度で十分な
モードスポットサイズ整合を達成することが可能である
ことがわかった。後加熱は、融着または他の加熱処理に
よって達成して使用されるように、同じアークを使用し
て実行される。前者の場合では、加熱力はアーク電流を
適切に選択することによって定められる。
実際に後加熱処理中に達する温度は、従来例えば既知
の焼戻し処理およびEP−Ａ−0076186を達成した温度よ
りも高い。典型的に、1400〜1600℃程度の温度が利用さ
れる。
１例では、後加熱処理が停止される時期を決定するた
めに、伝播損失の変化が融着中および後加熱処理中に監
視されることが可能である。代りに、この監視処理は適
当な加熱時間を定め、次に続く接続のために予備的なス
テップで実行されることが可能である。後加熱処理は監
視が必要である実時間なしで予め定められた時間にわた
って適用される。
恐らく、加熱ステップは伝播損失が最小に達するまで
実行される。代りに或いは付加的に、導波体が突合わせ
接触されるか融着されない状態のときの損失よりも伝播
損失が少なくとも１デジベルずつ減少されるまで熱処理
が行なわれる。
高いNA導波体の開口数は一般的に少なくとも0.15典型
的には0.15〜0.3の範囲にある。
本発明は特に高いNAファイバに対する通常のモノモー
ド光ファイバの接続に適用できる。そのような高いNAフ
ァイバはレーザからの光パワーを結合するためにファイ
バレーザに使用される。本発明はまた１つの高いNAファ
イバの接続に適用できる。
本発明の方法を実行するための装置は通常の値からア
ーク時間およびアーク電流を特別に変えるために適切に
調節された通常の光ファイバスプライス装置である。
以下本発明による方法の実施例を添付図面を参照にし
て説明する。
第１図は、スプライス前および後の高いNAの光ファイ
バの屈折率プロファイルを示す。
第２図は、通常のモノモード光ファイバの第１図と類
似した図である。
第３図は伝播損失の時間的変化を示す。
第４図は低いNAの通信ファイバにスプライスされ半導
体レーザに結合される高いNAファイバの概略図である。
前述のように、本発明は高いNA光ファイバをスプライ
スして使用するのに特に適切である。このスプライスに
は高いNAファイバを標準ファイバに接続するか、或いは
２つの高いNAファイバを接続することが含まれる。この
例においては、高いNAファイバと標準ファイバに接続に
ついて記載する。
光ファイバの開口数（NA）は下記の等式により与えら
れる。
（nCO 2−nC1 2）1/2＝（2xnC1×δｎ）1/2 nCOはコアの屈折率であり、nC1はクラッドの屈折率で
あり、δｎ＝nCO−nC1である。
高いNAファイバは0.24〜0.15の範囲のNAに対応する0.
02〜0.008の範囲の典型的に大きいδｎを有する。ゲル
マニアをドープされたシリカファイバの場合では、これ
はコア領域が大きいゲルマニア濃度を有することによっ
て達成される。第１図ではそのような高いNAファイバの
屈折率プロファイルをライン１で示す。このファイバは
約２ミクロンのコア半径および約２ミクロンのモード半
径を有する。
高いNAファイバがスプライスされるべき通常のモノモ
ードファイバの屈折率プロファイルはライン２によって
第２図に示されている。この場合では、δｎは約0.004
であり、ａは約４ミクロンであり、モード半径は約５ミ
クロンである。したがって、２つのファイバ間のモード
スポットサイズの大きな差が存在することが認識され
る。
ファイバ端部をできるだけ平面状にするために通常の
方法で処理した後、ファイバは通常のスプライス装置に
取付けられ、アークがファイバ間の隙間を通って貫通さ
れるように小さな距離だけ後方に戻される。ファイバは
ファイバを融着させるアークの存在下にある速度で一緒
に接触するように移動される。通常のスプライスと対照
して、アークは全体で25〜30秒間維持される。
融着後のこの付加的な加熱効果は高いNAファイバのコ
アのドーパントをそのファイバのクラッドに移動させ
る。この移動はコアとクラッドの屈折率に変化を生じさ
せ、そのファイバに対してδｎの値を実効的に減少させ
る。この移動はコアのドーパントの高い濃度によって標
準のファイバよりも高いNAファイバにおいて非常に速く
行われる。この高い濃度はコアの「軟化（softenin
g）」温度を低下させる（クラッドまたは低いドープの
ファイバのコアと比較して）。故に、ゲルマニウム原子
の移動度は所定の温度で著しく増加する。
光ファイバのモード幅はδｎの値およびコア半径に非
常に依存するので、ａは、特にａが小さいときコアドー
パントの拡散によって生じられたδｎとａの小さい変化
によってモード幅に大きな変化を生成させることが可能
である。
第１図に示されているように、約25秒間加熱した後、
屈折率プロファイルはライン３によって示された形に著
しく変化した。しかし、第２図に示されているように、
通常または標準のファイバの屈折率はライン４によって
示されているようにほとんど変化しない。しかし、これ
らの図の比較は屈折率プロファイル３、４が非常に類似
していることを示す。
後加熱処理中のアーク電流はファイバの温度が典型的
に1400〜1600℃程度の軟化点まで上昇するように選択さ
れる。
処理中の伝播損失の効果は第３図により理解できる。
初めに、２つのファイバは期間５中に一緒に突合わせ接
触される。ファイバは戻され、それによって損失は必然
的に増加され、一方アークは期間６中に生成される。ア
ークはファイバに維持され、ファイバは一緒に結合され
融着される。標準のスプライス技術では、アークは２、
３秒後のファイバが一緒に結合された期間７の終りで消
滅される。しかし本発明では、加熱はアークを維持する
ことによって続けられ、ファイバがアークの存在下に一
緒に結合された後損失が25秒で約0.2デジベルの最小値
に達するまで徐々に減少し続けることがわかる。第３図
は1.3ミクロン（ライン８）および1.5ミクロン（ライン
９）における損失の効果を示し、これらは非常に類似し
ていることがわかる。
本発明は高濃度にドープされたコアと関連して述べら
れたが、それはまたクラッドまたはクラッドとコアの組
合わせの屈折率を減少させるために高くドープされたク
ラッド（例えばフッ素またはホウ素ドーパントで）を有
するファイバに適用できる。
第４図では、光は半導体レーザ42から結合するために
位置され、上述の本発明の方法によって低いNAの通信フ
ァイバ42にスプライスされた高いNAファイバ40が示され
ている。この結合はレーザ42と通信ファイバ44の間の低
損失の結合を提供する。この組合わせはパッケージとし
て供給されることが可能であり、第１のファイバ44は光
通信システムの類似のファイバ（示されていない）に通
常の手段によりスプライスするためのピッグテイルであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォレスター、デイビッド・スチュワー ト イギリス国、アイピー１・３ジェイピ ー、サフォーク、アイプスウイッチ、フ ォンヌロウ・ロード 22エー (56)参考文献 特開 昭61−117508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−24906（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】モノモード光ファイバからなる光導波体
    と、0.15以上の開口数を有し、モノモード光ファイバと
    異なった屈折率プロファイルを有する光導波体とを接続
    する方法において、 前記２つの光導波体のコアを整列させてそれら光導波体
    の端部を融着し、それに続いてドーパントを前記0.15以
    上の開口数を有する光導波体のコアから移動させるため
    に光導波体間の融着された結合部分を加熱し、この融着
    に続く加熱ステップは融着された接合の領域において２
    つの光導波体におけるモードスポットサイズ間の整合が
    ほぼ達成されるのに十分な時間にわたって行われること
    を特徴とする光導波体の接続方法。
  2. 【請求項２】前記加熱ステップは30秒以下の時間にわた
    って行われる請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】融着された結合部分を前記加熱ステップ中
    少なくとも1400℃で加熱する請求項１または２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】前記加熱ステップは伝搬損失が最小に達す
    るまで行われる請求項１乃至３のいずれか１記載の方
    法。
  5. 【請求項５】前記加熱ステップは、光導波体が突き合わ
    せ接触してまだ融着されないときに生じる伝搬損失より
    も伝搬損失が１デシベル以上減少されるまで行われる請
    求項１乃至４のいずれか１記載の方法。
  6. 【請求項６】さらに前記加熱ステップ中伝搬損失を監視
    する請求項１乃至５のいずれか１記載の方法。
  7. 【請求項７】前記加熱ステップが10秒以上の時間にわた
    って行われる請求項１乃至６のいずれか１記載の方法。
  8. 【請求項８】前記0.15以上の開口数を有する光導波体の
    開口数は0.15乃至0.3の範囲にある請求項１乃至７のい
    ずれか１記載の方法。
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