JP2918585B2

JP2918585B2 - 光ファイバカップラ製造装置

Info

Publication number: JP2918585B2
Application number: JP1299831A
Authority: JP
Inventors: 善明竹内; 守平山; 寿一野田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1999-07-12
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JPH03160404A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、高度情報ネットワークシステムや光LAN
（構内情報通信網）等の光通信システム、光計測器、光
センサ等において、複数本の光ファイバ同士の融着・延
伸により作製されて光信号の分岐や合分波に用いられる
光ファイバカップラの製造装置に関する。

＜従来の技術＞従来の光ファイバカップラ製造装置を、その模式図を
表わす第３図に基づいて説明する。

固定台1a,1bには光ファイバ2a,2bが緊張した状態で互
いに平行に密着した状態で固定されている。光ファイバ
2a,2b同士の対向部側部には移動装置3a,3bを介して先端
内径0.5mmの酸水素バーナー4a,4bが対向して設けられ、
酸水素バーナー4a,4bは移動装置3a,3bによって光ファイ
バ2a,2bの長手方向に移動自在となっている。尚、図中
５は伝送損失を検査するための光源、6a,6bはその光検
出器、７は移動装置3a,3b及び酸水素バーナー4a,4bの作
動を制御すると共に伝送損失の検査制御を行なう制御装
置である。

上記構成の光ファイバカップラ製造装置の作用を説明
する。

先ず融着工程を説明する。固定台1a,1bに光ファイバ2
a,2bを固定した状態で、酸水素バーナー4a,4bとそれら
の移動装置3a,3bを用い、制御装置７で設定した適正の
ガス流量、バーナー位置、加熱時間により光ファイバ2
a,2b同士を互いに融着して融着部８とする。

次に融着部８を延伸する延伸工程を説明する。延伸
は、延伸用ステージにより固定台1a,1bを光ファイバ2a,
2bの長さ方向で融着部８を中心として両外側に移動させ
ることにより、加熱中の融着部８に張力を与えて行な
う。延伸工程では、光ファイバ2a,2bが軟化する程度に
加熱し、しかも損失増の原因となる局所的な延伸を防止
するためには長い領域を均一に加熱する必要がある。従
って、融着部の広い範囲を極力均一に延伸するためにバ
ーナー加熱条件を融着とは変更し、更にバーナー4a,4b
を光ファイバ2a,2bの長手方向に振動させながら融着部
８を加熱する。

バーナー4a,4bを用いて光ファイバ2a,2bを融着・延伸
した場合、特性上は問題にならないような形状のばらつ
きを抑えることが困難であり、延伸量で光ファイバカッ
プラの結合特性を決定することは困難である。従って、
光ファイバカップラ作製時の結合特性のモニターは必要
不可欠である。光出力検出は、融着・延伸時の過剰損失
のモニターのためにも必要不可欠であり、これはバーナ
ー加熱による特性及び形状のばらつきを充分に抑えきれ
ないことがその要因となっている。

結合特性のモニターの作用を説明する。融着・延伸中
は、一本の光ファイバ2aの一端に設けた光源５から光を
入力し、その光の出力強度を二本の光ファイバ2a,2bの
他端に設けた光検出器6a,6bでモニターし、過剰損失は
融着以前の光強度と比較することで、光結合度は二つの
光出力を比較することにより算出される。結合の調整工
程ではこの光結合度の値を参照しながら自動または手動
で徐々に延伸を行ない所望の結合状態で延伸を停止す
る。

以上のように、、融着及び結合特性のモニターを行な
いながらの延伸を行なって光ファイバカップラを製造す
る。

＜発明が解決しようする課題＞従来の光ファイバカップラ製造装置では、光ファイバ
2a,2b同士の融着をバーナー4a,4bによる加熱によって行
なっているので、局所的に温度が上昇し易くこれが原因
となって光ファイバ2a,2bに曲がりが生じ、光ファイバ
カップラの過剰損失増加の原因となり易いという欠点を
有していた。溶融時の光ファイバ2a,2bは温度分布と炎
の勢いとに左右されて曲がりが生じ易いため、これらを
精密に制御する必要があった。更に、バーナー4a,4bを
用いている限り炎のゆれを完全に抑えることは困難でこ
れが再現性低下の原因となっていた。融着工程での損失
増加が小さい場合には次工程で融着部８の整形により伝
送損失を回復させるといた手段があるが、その整形によ
っても損失が回復しない場合は光ファイバカップラの製
造を中止せざるを得なかった。

また、従来の光ファイバカップラ製造装置では、融着
部８の延伸をバーナー4a,4bを長さ方向に振ることによ
り広範囲に亘って行なっているため、融着部８全体に曲
率の安定したテーパを再現性良く作製することが困難で
あった。更に、バーナー4a,4bを用いている限り炎のゆ
れを安全に抑えることは困難で、バーナー4a,4bを振る
ことは炎をゆらすことにもつながるため、テーパ形状の
再現性の低下につながり、これを避けることはできなか
った。また、生産性を考えた場合、光ファイバカップラ
の生産量は全工程の中で延伸が最も時間を要し生産性を
低下させる要因となっていた。これは、バーナー4a,4b
はテーパ部全体を同時に加熱延伸することが困難で、バ
ーナー4a,4bによる延伸は局所的な延伸を徐々に繰り返
し行なう必要があるためである。この様なバーナー4a,4
bによる延伸のいくつかの欠点の解決法として、特開昭6
1−113008号にあるように、ガラス管をバーナーで加熱
し間接加熱によってバーナーの炎の乱れの影響を抑える
方法が提案されている。しかしこの方法では、温度を上
げすぎるとガラス管自体が軟化・溶融してしまうため、
充分に温度が上げられず時間も多くかけられない。従っ
て、温度範囲を充分に拡大できない等の欠点を有してい
た。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光ファイ
バカップラを能率的に、高精度に、歩留り良く、しかも
安価に製造することができる光ファイバカップラ製造装
置を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段・作用＞上記目的を達成するための本発明の構成は、複数本の
光ファイバ同士を加熱して該光ファイバ同士を融着・延
伸することで光ファイバカップラを製造する光ファイバ
カップラ製造装置において、前記光ファイバを出し入れ
する割りを側面に有する筒状の光ファイバ加熱用の小型
電気炉と、前記光ファイバが前記小型電気炉の中心に位
置するようにする電気炉昇降用ステージと、前記小型電
気炉の温度と前記小型電気炉の昇降とファイバの延伸量
とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とし、小型
電気炉によって光ファイバの加熱を均一に行ない、融着
・延伸時の光ファイバの変形を無くす。

＜実施例＞以上本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説明
するが、以下に開示する一実施例は本発明の単なる例示
に過ぎず本発明の範囲を何等限定するものではない。

第１図には本発明の一実施例に係る光ファイバカップ
ラ製造装置の基本構成を表わす模式図を示してある。
尚、第３図に示した従来の装置と同一部材には同一符号
を付して重複する説明は省略する。

光ファイバ2a,2bが固定されている固定台1a,1bは延伸
用ステージ11a,11bに支持され、固定台1a,1bは制御装置
７からの指令により接近離反動するようになっている。
光ファイバ2a,2b同士の対向部下部には電気炉昇降用ス
テージ12を介して小型電気炉13が支持され、小型電気炉
13は電気炉昇降用ステージ12の作動によって昇降動する
ようになっている。小型電気炉13は電源14により通電さ
れ、電源14の作動指令及び電気炉昇降用ステージ12の作
動指令は制御装置７から出力される。

小型電気炉13は、内径0.5mm,長さ2.5mmの白金炉によ
って構成されている。ヒータとして白金炉を用いること
により、大気中で光ファイバ加工温度までの昇温が可能
となる。即ち、白金ヒータは薄く均一にセラミック筒上
にスパッタされている（表面に抵抗膜を有する）ため、
ヒータ断面積が小さくなり数cmの長さでも電気抵抗が大
きくなり、光ファイバ加工温度までの昇温が容易とな
る。筒状の小型電気炉13としたことにより、光ファイバ
の均一加熱領域が拡大し、再現性よく且つ効率的な融着
・延伸加工が可能となる。また、抵抗膜を用いたことで
高抵抗化でき、石英系光ファイバ加工温度（1400℃〜17
00℃）までの昇温が可能となる。小型電気炉13の上部に
は光ファイバ2a,2b同士の結合部が挿入できるように割
り込みが形成されている。

本装置による光ファイバカップラ作製手順を波長1.55
μｍでの3dBカップラの作製手順を例として以下に示
す。この場合、モニターの光源５として波長1.55μｍの
LD光源を用いた。二本の光ファイバ2a,2bは融着する部
分を中心に約4cmの長さに被覆が除去され、被覆除去部
は緊張した状態で固定台1a,1b上に正確に位置決めされ
るとともに、互いに平行に密着されて固定される。小型
電気炉13は二本の光ファイバ2a,2bに平行にそれらの下
部に位置し、電気炉昇降用ステージ12により上方に移動
して光ファイバ2a,2bが炉の中心に位置するようにす
る。この電気炉の昇降温速度は非常に早いので、加熱時
間は正確に制御できる。二本の光ファイバ2a,2bをこの
小型電気炉13により周囲から均一に加熱し、互いに融着
した。小型電気炉13の加熱温度及び加熱時間は制御装置
７により予め決められた値に制御される。

融着時の伝送損失の変化は光源５及び光検出器6a,6b
を用いて常時モニターされるが、この融着は原理的に光
ファイバ2a,2bにあらゆる曲がりが生じにくく、再現性
に優れるため、融着時の伝送損失モニターは必ずしも必
要ではない。これは、本装置では従来装置のバーナー加
熱と異なり、小型電気炉13により二本の光ファイバ2a,2
bが均一に加熱されるためである。この結果、本装置に
よれば、ファイバ固定を正確にすれば融着時の損失増加
は常に0.1dB以下に抑えることが可能となる。

上述した手順により一部を互いに融着された二本の光
ファイバ2a,2bの融着部８の両端を固定した台1a,1bは、
延伸用ステージ11a,11bにより光ファイバ2a,2bの長さ方
向に同量移動し、加熱中の融着部８を両側に引いて延伸
を行なう。小型電気炉13による加熱は予め定めた融着時
の温度よりも低い温度に設定し、延伸速度は加熱温度よ
り決定される値に制御する。光ファイバカップラの光結
合度は二本の光ファイバ2a,2bの光伝送をモニターする
ことにより延伸中に常時算出され、所望の結合状態で延
伸を終了する。このように作製した3dBカップラの1.55
μｍでの分岐比の50％からのずれは±２％以内、平均過
剰損失の値は0.05dB以下であった。

本実施例では、融着部８の延伸加熱に小型電気炉13を
使用したので、均一加熱領域が拡大し融着部８は同時に
均一に延伸される。このため延伸速度は従来に比べ数倍
の速さになり、延伸時間の短縮により光ファイバカップ
ラの生産性は従来に比し大幅に向上した。小型電気炉13
を用いた加熱による延伸の特徴はそればかりでなく、延
伸により形成されるテーパの形状が格段に安定した。従
来のバーナーを用いた加熱による延伸ではテーパの形状
を正確にコントロールすることは不可能であり、曲率変
化が単調でなだらかにならず左右の対称性が崩れる等の
不均一性を再現性良く避けることは困難であった。それ
に対し、本実施例の装置では100％に近い再現性でなだ
らかな同形のテーパを作製することが可能であった。従
って、本実施例では光ファイバカップラの結合特性を光
による直接のモニターにより決定し延伸を終了したが、
本装置によれば損失特性のばらつきの範囲を許容範囲と
考えれば、光によるモニターは不必要となり、延伸量の
制御により結合特性をコントロールすることが可能とな
る。これよると、従来装置に比し融着時の再現性の向上
に伴い、その許容範囲も大幅に少なくすることができる
ためより実用的となる。

第２図に延伸形状の測定結果を示す。実線で示す
（ａ）が本実施例に於ける小型電気炉13を用いた加熱に
より作製した光ファイバカップラの延伸形状であり、点
線で示す（ｂ）が従来のヒータ加熱により作製した光フ
ァイバカップラの延伸形状の一例である。（ａ）はテー
パが左右対称で曲率も単調でなめらかであるのに対し、
（ｂ）は局所的な曲率の変化が多く対称性も悪い。
（ｂ）の光ファイバカップラの特性は波長1.55μｍでの
光結合度が48％、過剰損失が0.15dBで、延伸形状の乱れ
は特性に重大な影響は与えていないが、この乱れは過剰
損失、歩留まり等に影響を与えている。本実施例の
（ａ）の延伸形状はこのような形状乱れが存在しないば
かりでなく、形状の再現性が良く形状ずれは於ど生じな
い。

本装置は、単純な単一モード光ファイバカップラばか
りでなく、制御方法を変更するだけで、広帯域光ファイ
バカップラや偏波保持光ファイバカップラ等の多種の光
ファイバカップラの延伸への適応が可能である。また、
本実施例では融着・延伸の両方を小型電気炉13を用いて
行なったが、融着のみをバーナーで行なうなど、従来の
方法を組合せた装置によっても多くのメリットを有す
る。また、特開昭62−278173号公報に示されたような多
対の光ファイバカップラを一括で作製する場合は小型電
気炉13による延伸は均一性が格段に向上するため特に有
効である。さらに、本装置を単なる光ファイバの延伸装
置と考えた場合、上記のようにテーパ形状を再現性良く
コントロールできるため、従来になく優れた装置である
ことは明かである。

＜発明の効果＞本発明の光ファイバカップラ製造装置によれば、光フ
ァイバの加熱を、表面に抵抗膜を有し、側面に光ファイ
バを出し入れする割り込みを有する筒状の小型電気炉で
効率的に行なうことが可能となったため、融着・延伸の
形状や特性再現性の格段の向上、損失増加の安定した低
減化、延伸時間の大幅な短縮及び延伸量による結合特性
の制御等が可能となり、光ファイバカップラの製造歩留
り及び生産性が向上する。この結果、本製造装置を用い
ることにより光ファイバカップラの信頼性向上及び低価
格化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光ファイバカップラ製
造装置の概略構造を示す模式図、第２図は延伸形状の測
定結果を表わすグラフ、第３図は従来の光ファイバカッ
プラ製造装置の概略構造を示す模式図である。図面中、 1a,1bは固定台、 2a,2bは光ファイバ、７は制御装置、８は融着部、 11a,11bは延伸用ステージ、 12は電気炉昇降用ステージ、 13は小型電気炉、 14は電源である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の光ファイバ同士を加熱して該光フ
ァイバ同士を融着・延伸することで光ファイバカップラ
を製造する光ファイバカップラ製造装置において、前記光ファイバを出し入れする割りを側面に有する筒状
の光ファイバ加熱用の小型電気炉と、前記光ファイバが前記小型電気炉の中心に位置するよう
にする電気炉昇降用ステージと、前記小型電気炉の温度と前記小型電気炉の昇降とファイ
バの延伸量とを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする光ファイバカップラ製造装
置。