JP3073520B2 - 光ファイバーの高強度接続方法及び接続装置 - Google Patents
光ファイバーの高強度接続方法及び接続装置Info
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Description
に関する。
ら200km離れている。現在では、光ファイバーは上記の
距離よりもかなり短い個体長さで線引きされているの
で、ケーブル化に必要な長さを得るためには、光ファイ
バーを接続しなければならない。ケーブルの作成及びケ
ーブルの設置に固有の高い応力に耐えるために、これら
の接続は高い強度を有していなければならない。さら
に、ファイバーケーブルが修理され、再接続しなければ
ならないときに、長時間の疲労効果を受け、ファイバー
の完全な破壊を生じることを避けるために、接続は高い
強度を有していなければならない。結果として起る修理
は極めて高価であり、ケーブルが大洋の海底に敷設され
ている場合に、特に高価なものとなる。
に、通常、次の二つの技術的手段が用いられている。そ
の一つの手段は、水素と塩素あるいは水素と酸素のよう
な2種あるいはそれ以上の可燃性ガスの混合物を用いる
ことである。融解すべきファイバーをガスの燃焼によっ
て形成される火焔中に互いに接触させておくと、ファイ
バーが十分高温になった時に相互に融解し、接続を形成
する。J.T.Krause他の“Fibre Splices With‘Perfect
Fibre'Strength of 5.5 GPa,ν<0.01"(Electronic Le
tters,Vol.21,No.12,June 6,1985,pp.533−535)参照の
こと。
属電極間に形成される小さい電気アークを用いることで
ある。二つの接触ファイバーを電気アーク中に置くと、
ファイバーが加熱され、相互に融解する。この件につい
ては、D.L.Bisbeeの“Splicing Silica Fibers With an
Electric Arc"(Applied Optics,Vol.15,No.3,March 1
976,pp.796−798)参照のこと。
熱ニクロム線から輻射される熱によって融解されてい
た。(例えば、D.L.Bisbeeの“Optical Fiber Joinihg
Technique"(Bell System Technical Journal,Vol.50,N
o.10,December 1971,pp.3153−3158)参照)。しかしな
がら、約2000℃で融解するシリカファイバーを融解する
ためには、フィラメントヒータは用いられていなかっ
た。
の機械的強度を損なわないように、非常に注意して取扱
わなければならない。特に、ファイバー強度は機械的摩
耗及び化学薬品によって損なわれることがある。機械的
摩耗は、ファイバーの表面に顕微鏡的なかき傷を生じ、
極めて局部的な応力を生じさせる原因となる。そのよう
なファイバーが取扱いあるいはケーブル敷設で応力を加
えられた場合には、付加された応力は上記かき傷の近傍
に集中し、容易にファイバーの完全な破壊に結び付くこ
とになる。同様に、ファイバー表面上の化学反応は表面
欠陥を生じさせ、極めて局部的な応力を生じさせる原因
となる。長時間にわたって強度特性を保証するために
は、これらの原因を排除しなければならないことは明白
である。
ガラスクラッドで囲繞した構成からなっている。また、
ファイバー表面を保護するために、ファイバーは弾性保
護ジャケットを備えている。
まず保護ジャケットを除去することにある。これは、一
般には、ジャケットを軟化して剥ぎ取りやすくする適切
な溶剤中にファイバーの端部を浸漬することによって行
われる。しかしながら、溶剤はファイバーの露出端を通
してファイバーとジャケットとの間に進行することが見
出されている。上に説明したように、ファイバー表面で
の化学反応は局部的な表面欠陥を生じさせることにな
る。さらに、溶剤の汚染に由来する顕微鏡的に小さな粒
子は、溶剤の影響下にジャケットが膨潤するときに形成
されるファイバー−ジャケット間の空隙に運び込まれる
ことがある。続いて保護ジャケットを剥ぎ取るときに、
上記粒子によって引き起こされる摩耗が微小なかき傷を
生じさせ、ファイバーの強度を大きく損なうことにな
る。これは、本発明の第一の態様に従えば、ファイバー
の露出端におけるファイバー−ジャケット界面とジャケ
ット除去溶剤との間の接触を妨げることによって避ける
ことができる。本発明の一つの実施例において、ファイ
バー端部は、溶剤中に浸漬される前に、適宜の接合剤で
密封されている。第二の実施例においては、ジャケット
除去機構は、ファイバー端部を完全に溶剤の外に保持し
ており、これによって、ファイバー表面の化学的汚染あ
るいは微粒子汚染は排除されている。
形成されるフリットあるいは変色がファイバー表面上に
固定することから守られる。融解接続を行う際に、粉末
状のフリットが加熱部位の両側に析出することおよび/
あるいはこの部位に変色の発生することが見出されてい
る。そのような接続点に張力を加えると、ファイバー
は、殆ど常に、フリット発生部位あるいは変色発生部位
の一方或いは他方で破断する。応力が加えられた場合
に、フリットが揺動され、フリットとファイバー表面と
の間の摩砕作用を生じるものと信じられている。結果的
に生じる機械的摩耗がファイバーを実質的に弱めること
になる。
されるときに接続部位にガスを流入させる。ガス流入速
度は気化したSiO2をファイバーから運び去るように調節
する。これによって、気化した物質がより低温のファイ
バー表面に析出すること、接続点に隣接してフリット領
域および/あるいは変色領域が形成されることが妨げら
れる。
熱はタングステンからなるリボン状のフィラメントヒー
タあるいはタンタルからなるリボン状のフィラメントヒ
ータによって供給する。このような配置とすることの利
点は、複数のファイバーを同時に接続することができる
ことにある。また、種々の物質に適応させるために、接
続温度を無限に得ることができるのもこの配置の利点で
ある。
イバーに融解後熱処理を加える。このことは、接続工程
間にとられる種々の予防策にも拘らず発生するであろう
微小なかき傷をいやすことに役立ち、また、残留するフ
リットおよび/あるいは変色を除去することに役立つ。
に考察することによって、明確に理解することができる
であろう。
機械的汚染を防ぐための方法を説明するための図。
4は図3の4−4における断面図を示す。
置を示す図。
ループを有する加熱体を示す図。
タを使用するケーブル接続機を示す図。
断面を示した図。
を含んでいる。すなわち、ファイバーを露出させるため
にジャケットを剥ぎ取る工程、ファイバーの端部を切り
開く工程、ファイバーを端部同士接触させる工程、ファ
イバーを十分高い温度に加熱して融解させる工程、融解
したファイバーを再被覆する工程を含んでいる。
バーを弱めないような方法で行う必要がある。上記した
ように、ファイバーの強度はジャケットの除去に先立っ
て行うジャケットの軟化に用いる化学薬品によって悪影
響を受ける。ファイバー端部を除去用溶剤中に浸漬し
て、溶剤がファイバーとジャケットとの間に引上げられ
たときに、ファイバー表面との接触が生じることは既に
知られている。従って、本発明の一つの態様によれば、
ファイバー端部のファイバー−ジャケット露出界面は除
去用溶剤から隔離される。これは、ファイバー端部を保
護被覆で保護被覆すること、あるいはファイバー端部を
除去用溶剤の外に保持することによって行われる。例え
ば、図1は、ファイバー10の端部を、露出端を少量の密
封剤12、例えば適切な気乾性溶剤で濡らしたセメント、
より具体的にはDUCOセメント(DUCOはE.I.DuPont de Ne
mours and Company of Wilmington,Delawareの登録商
標)あるいは紫外線(u.v.)硬化エラストマ、で保護し
た状態で除去溶剤11中に浸漬した状態を示す。どのよう
な密封剤を用いた場合にも、除去溶剤のファイバー表面
への浸透を妨げることによってファイバーを保護するよ
うに作用する。
を図示のように環状化することによってファイバー21の
端部20を溶剤の外に保持することである。
化することが望ましい。裸のファイバー表面上に残留す
る微粒子物質及び化学的残留物を除去するためには、超
音波洗浄のような手段が用いられる。接続進行の間に加
えられる熱が残留物を炭化あるいは酸化して接続ファイ
バーの強度を大きく損なうことがあるので、この清浄化
は重要である。
したように、殆どの接続機は、ファイバーの融解に要す
る熱を与えるために、電気アークを用いている。しかし
ながら、アークは不安定であり、揺動しやすい。そのよ
うな不安定な性質のために、与えられる熱が不均一とな
り、同時に接続できるファイバー数が限定されることに
なる。標準的な電気アーク接続機では、約5本のファイ
バーを扱うに止まる。
らなるリボン状のフィラメントヒータあるいはタンタル
からなるリボン状のフィラメントヒータによって発生さ
れる熱を用いることによって達成できる。リボン状のフ
ィラメントヒータはギリシャ文字オメガ、すなわちΩ、
状の形のループに折り曲げられる。以下、これを“オー
プンループ”(“open loop")と称することにする。結
合すべきファイバーをループの中心に置き、接触端部を
ループ面に配置することが望ましい。ループの開口部は
融解したファイバーの接続機からの取外しを容易にす
る。
したときに、ファイバーの低温部分に粉末状のフリット
の形成、及び/あるいは、接続部分の変色が発生する。
この析出及び変色と結果として起るファイバー強度への
有害な影響とを防ぐためには、ファイバー及びフィラメ
ントの周辺の領域を不活性ガスの流れで充満させる。こ
のことは加熱フィラメントが焼尽することを防ぎ、ま
た、気化したSiO2を運び去るように働き、これによって
接続領域に隣接する低温表面上に析出することが防がれ
る。充満させるに必要なガス容量は約0.5cm3であり、フ
ィラメントを保護し、フリットの析出を防ぐに要する流
量は1分間に1/10リットルであることが見出されてい
る。従って、1クォートの魔法瓶の大きさの圧縮ガスシ
リンダは50から100の接続を形成するに十分なガスを有
していることになる。
る。接続機は、その中に、一対の縦に配置された、接続
すべきファイバーが置かれる精密切削のV型溝31及び32
が形成されているブロック30を含んでいる。チャンネル
は、ファイバーをチャンネル内に置いたときに同様に同
軸的に並べられるように、同軸的に並べる。前記した型
式のオープンループのリボン状のフィラメントヒータ33
はV溝間の空間に配置する。チャンネル(図には示して
ない)はリボン状のフィラメントヒータ33上に吹き付け
られるガスを清浄化することを可能にする。蝶番的に回
転可能なカバープレート34には、ヒータ部材に適合する
凹所35と、それを通してガスが逃れる開口部36を有して
いる。ファイバーをV溝内の所定の位置においた状態
で、ヒータ部材を大気から遮断するためにカバーを所定
の位置まで下げる。
それぞれ、図3の4−4及び8−8における断面を示し
た図である。図4及び図8においては、図3と同一の識
別数詞(符号)を用いて、ブロック30、溝31およびリボ
ン状のフィラメント33を示してある。また、ガスが流れ
るチャンネル40も同時に示してある。このガスは、アル
ゴンあるいはヘリウムあるいは窒素などの不活性ガスで
ある。また、図8には、V溝31及び32、ファイバー80、
カバープレート34およびガス流82の方向を示してある。
バー接続機のV溝中に置く。このとき、接続部がフィラ
メントループの面内にあるように配置する。望ましく
は、ファイバーは、接続機の溝に沿って長手方向に設け
た孔を用いて真空吸引して、位置を保持する。カバープ
レートを下げた後、ガス流を流し始め、フィラメントに
電流を流す。
ぐために、溝は、グラファイト層、PTFE層あるいはその
他の周知の非摩耗性材料で被覆しておくことが望まし
い。あるいは、溝をこれらの材料のブロック中に直接形
成することもできる。
一つは、熱を無限に調整することができることにある。
ファイバーのガラス組成により、フィラメント電流を変
えることによって、融解温度を容易に調整することがで
きる。このようにして、各種のタイプの光ファイバーに
対して、最適融解温度を用いることができる。本発明に
よれば、端部の離隔距離を除いて、ファイバーを手で操
作することなしに、0.02dB程度の低い損失でファイバー
接続を達成することができる。
らず、表面が傷つけられる可能性は常に存在する。従っ
て、本発明の第3の態様により、融解ファイバーを再被
覆前に融解後熱処理する。この処理の作用は、ファイバ
ーの取扱い中に生じた痕跡のフリット、微小スクラッチ
を除去することによって接続ファイバーの強度を増大さ
せることにある。
いられる。具体的には、残留フリット及びファイバー表
面の若干を蒸散させるために、接続時にフィラメントを
操作すると同様に、加熱フィラメントをファイバーに沿
って移動させる。これによって、容器内で蒸発が起り、
蒸発したシリカが制御されたガス流によって運び去ら
れ、従って、ファイバー面への再凝縮が妨げられる。こ
のプロセスはフリット及び微小スクラッチを同時に排除
する。蒸発に加えて、融解後熱処理は、接続の強度を増
大させると同時に、表面張力治癒効果により微小スクラ
ッチを除去することによってファイバー部分の基体断面
全体の強度を増大させる。
対して縦方向に移動し得るようにファイバーを緩やかに
保持している点を除いて、本質的には、接続機の構造と
同様である。この運動間のファイバーの損傷を避けるた
めに、この装置の溝は、テフロン(TEFLON)(TEFLON
は、E.I.DuPont de Nemours and Commpany of Wilmingt
on Delaware社所有の登録商標)のようなポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、黒鉛あるいはその他の種々の
既知の非摩耗性材料によって構成される。これらの材料
はファイバーにかき傷を形成しないことが知られてい
る。
る。ここで、ファイバー50は一対の保持チャック51、52
によって確実に保持されている。保持チャック間に熱処
理チャック53が配置されている。該熱処理チャックは加
熱エレメント54を有しており、矢印55及び56で示すよう
に、ファイバーに沿って縦方向に移動するように構成さ
れている。この場合も、接続機の場合と同様に、熱処理
工程中はヒータ部分を通して不活性ガスを流入させる。
接続する場合のような複数対のファイバーの接続を容易
にする。ケーブル中のファイバーの数が少数の場合に
は、図6に示すように、複数のオープンループ61a、61b
…61nからなる加熱エレメントを用いることによって容
易に達成することができる。この場合、各オープンルー
プは各一対のファイバーに対応する。従って、加熱エレ
メントはケーブル中のファイバーの数に等しい数のルー
プを有している必要がある。ケーブル中に多数のファイ
バーがある場合には、実際上、ループの間隔は極めて近
接したものとなる。このような場合には、代りに、1個
あるいは2個の線状の加熱エレメントが用いられる。
うに、接続チャック70中に組み込まれる。しかし、ケー
ブル接続機の場合には、ケーブル中の全てのファイバー
に適応するに十分な複数の整列V溝対71a−72a、71b−7
2b…71n−72nを設ける。同様に、ガス流も、フィラメン
トを保護し、工程中に形成されるフリット及び変色を除
去するために、対応的に増加させる必要がある。
るための手法に焦点を合わせたものである。この目的の
ために、裸のファイバーは極めて注意深く取扱わなけれ
ばならないという一般的な通則以外に、三つの態様があ
る。それらの一つの態様は、リボン状のフィラメントヒ
ータを用いて光ファイバーの接続箇所を加熱融解し、融
解操作の間、形成される可能性のあるフリット及び変色
を排除するために、ガス流の使用を含む。本発明のその
他の態様は、ファイバーの露出端で化学薬品及び微粉末
がファイバーと接触することを防ぐことによって、ファ
イバーを化学汚染及び微粉末汚染から保護することにあ
る。上記の汚染は、ジャケットの剥ぎ取りに先立ってジ
ャケットを軟化させるためにファイバーを溶剤中に浸漬
するときに生じるものである。最後に、ファイバーを接
続した後に、加工中に生じる可能性のある表面損傷を取
り除くために、融解後熱処理の工程を加える。
発明の教示に従って接続するときに適用できるものであ
ることは容易に理解できるであろう。
Claims (2)
- 【請求項1】一対の光ファイバーを接続する方法で、下
記の工程からなることを特徴とする接続方法: 接続すべき二つの光ファイバーのそれぞれの端部を、加
熱処理ホルダ内に形成した、縦方向に一定の間隔をおい
て並べ、同軸的に配置した一対の溝の一つに保持する工
程; 加熱処理ホルダ中に保持した上記光ファイバーの端部を
同軸的に配置する工程; 上記加熱処理ホルダ内の上記溝間の領域に位置させた上
記光ファイバー端部を、該光ファイバーが共に融解する
に十分な温度まで、上記光ファイバーの外周面を包囲す
るオープンループ状に形成されたリボン状のフィラメン
トヒータを用いて加熱する工程。 - 【請求項2】光ファイバー用に用いる接続機で、下記装
置及び手段からなることを特徴とする接続機: 接続すべき光ファイバー(80)の端部を受けるための、
少なくとも一対の、縦方向に配置され同軸的に並べられ
た溝(31、32)を有する熱処理保持装置; 上記溝間の空間によって形成される領域に置かれた上記
光ファイバーの上記端部を、上記光ファイバーの外周面
を包囲するオープンループ状に形成されたリボン状のフ
ィラメントヒータを用いて加熱する手段。
Applications Claiming Priority (2)
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