JP3396422B2 - 光ファイバの接続方法ならびに接続装置 - Google Patents
光ファイバの接続方法ならびに接続装置Info
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Description
に使用される増幅媒体である光ファイバと石英系ファイ
バとの接続、波長変換等の光制御機能を有する光ファイ
バと石英系光ファイバとの接続等の異なるガラス材料か
らなる2本の光ファイバの接続方法および光ファイバの
接続装置に関する。
ス、In系フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラスを用
いた光ファイバは、コアにPrイオンを添加することに
より、石英ガラスでは実現できない1.3μm帯の光増
幅を可能にし、かつErイオンを添加した場合にも石英
ガラスでは実現できない1.55μm帯での広帯域増幅
を可能とすることが知られている。さらに、テルライト
ガラスおよびカルコゲナイドガラスはその大きい3次の
非線形効果により高速光スイッチなどの材料として以前
から注目されており、波長変換デバイスは超高速光スイ
ッチなど、光通信分野における高機能材料として注目さ
れている。
るためには、この光ファイバを伝送媒体である石英系光
ファイバ等と低損失で接続する必要がある。光ファイバ
を接続する方法には、V溝ブロックあるいはフェルール
にファイバを固定し、その端面を研磨した後光軸を調芯
し、その端面間に接着剤を充填して固定する方法、ある
いはコネクタ等で機械的に接続する方法が知られてい
る。上記のV溝ブロックやフェルールを使用する接続方
法では、V溝ブロックやフェルールにファイバを固定す
る工程に加えそのファイバ接続端面を研磨する工程が必
要になる。V溝ブロックやフェルールを構成する材料、
接続用接着剤、ファイバ材料の機械的特性が異なるた
め、ファイバ接続端面の研磨によりファイバの端面から
の飛び出しや落ち込みが生じる。これが接続の際、ファ
イバ端面間隔の制御の障害となり接続損失の増加やばら
つきの原因となる。このため通常のV溝ブロックやフェ
ルールを使用する接続方法では、接続損失が0.3〜1
dBで、接続ごとにばらつきを示すことが知られてい
る。また、光増幅や非線形光学効果を利用したデバイス
ではその効率を高めることができる限りコア中心部の光
電界強度を高くする必要がある。接着剤を使用する接続
では、この高い光電界強度により接着剤の変質が起こ
り、長期の使用で接続損失が増加したり、あるいは断線
する。さらに、ファイバのコア・クラッドの屈折率差は
通常の伝送用ファイバに比べて大きく、そのコア径も2
μm前後と極めて小さい。このため、ファイバの軸ずれ
に対する接続損失の変化量は大きく、室温からの温度の
変動により接続損失も変化する。これは、上記接続方法
では数種の材料の複合体として接続されるので、温度変
化による個々の材料の膨張収縮が様々であり、光軸のず
れを生じるからである。上記の接続方法では−40〜+
75℃の温度変化に対し、接続損失は約±0.5dB程
度変動し、使用環境での温度変動に従ってデバイスの特
性が変動するという問題があった。
解決すべくなされたものであり、本発明の目的は異なる
ガラス材料からなる光ファイバを融着により接続する方
法ならびにその装置を提案することにある。
続方法は、一方が非石英系光ファイバである2本の光フ
ァイバを接続する方法において、前記非石英系光ファイ
バである第1のファイバの光軸と石英系ファイバからな
る第2のファイバの光軸とが接続端面で一致するように
調芯された状態で、2本の光ファイバの接続端部分のう
ち前記第1のファイバの接続端部分を加熱することによ
り第1のファイバの接続端部分を軟化または溶融させ、
かつ前記第2のファイバの接続端部分が軟化されていな
い状態で2本の光ファイバを融着接続することを特徴と
する。
本の光ファイバを接続する方法において、前記非石英系
光ファイバである第1のファイバの光軸と石英系ファイ
バからなる第2のファイバの光軸とが接続端面で一致す
るように調芯された状態で、2本の光ファイバの接続端
部分のうち前記第1のファイバの接続端部分を加熱する
ことにより第1のファイバの接続端部分を軟化または溶
融させ、かつ前記第2のファイバの接続端部分が溶融さ
れていない状態で2本の光ファイバを融着接続すること
を特徴とする。
は非石英系光ファイバを構成するガラスのうち最も低い
ガラス転移温度以上であることができる。
ラスファイバ、Zr系フッ化物ガラスファイバ、In系
フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイ
バからなる群から選ばれる1種からなることができる。
ファイバの光軸を接続端面の垂直軸に対して、それぞれ
異なる角度で傾斜させ、かつ第1のファイバの光軸の接
続端面の垂直軸に対する傾き角度θ1 と第2のファイバ
の光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ2 の関係
が、第1のファイバのコア屈折率をn1 、第2のファイ
バのコア屈折率をn2 としたとき、
することができる。
ク放電によってなされることができる。
ザ光入射によってなされることができる。
よってなされることができる。
波誘導加熱によってなされることができる。
ァイバの接続端部分近傍に設置された抵抗体の通電加熱
によってなされることができる。
を調芯した後、光ファイバの接続端部分を加熱する際の
光ファイバ端間の距離が0〜10μmであることができ
る。
合、光ファイバ端間に10g以下の押し付け加重を光フ
ァイバの軸方向に加えることができる。
を調芯してから第1のファイバおよび第2のファイバの
うち少なくとも第1のファイバの接続端部分を加熱しつ
つあるいは加熱した後、光ファイバ端間の距離を変化さ
せることができる。
の接続部の周囲が、光ファイバの光軸に沿ってガラス、
無機結晶材料、高分子材料、金属からなる群から選ばれ
る少なくとも1つの材料からなる部材によって補強され
ることができる。
系光ファイバである第1のファイバと石英系ファイバか
らなる第2のファイバとを接続する装置であって、乾燥
窒素ガス導入手段と、第1のファイバと第2のファイバ
との光軸が接続端面で一致するように調芯する手段と、
前記第1のファイバおよび前記第2のファイバのうち少
なくとも第1のファイバの接続端部分を軟化または溶融
させるように加熱する手段とを具備し、前記第2のファ
イバの接続端部分が軟化または溶融されていない状態で
2本の光ファイバを融着接続することを特徴とする。
の光軸と該第1のファイバの接続端面の垂直軸とを含む
平面と、第2のファイバの光軸と該第2のファイバの接
続端面の垂直軸とを含む平面とが一致するように、第1
のファイバを固定する第1のファイバホルダーと第2の
ファイバを固定する第2のファイバホルダーを前記第2
の光ファイバの光軸を中心に回転させる回転機構および
該第2のファイバホルダーを三次元的に平行移動させる
移動機構を有し、かつ第1のファイバの接続端面と第2
のファイバの接続端面とを平行にするためにいずれかの
光ファイバに対して光ファイバ端面の中心を回転中心と
して平面的に回転する回転機構を具備することができ
る。
導入口を備えていて、前記第1のファイバおよび第2の
ファイバの端部が設置される部分を所定雰囲気に保つた
めに該ガスの導入口から乾燥ガスを導入することができ
る。
らに光ファイバを固定するファイバホルダーの少なくと
も1つに光ファイバに与えられる加重を検出するための
検出機構を具備することができる。
(第1のファイバ、第2のファイバ)の光軸を調芯した
後、加熱により少なくとも一方の光ファイバの端部を軟
化させて2本の光ファイバを接続する。非石英系光ファ
イバを第1のファイバ、石英系光ファイバを第2のファ
イバとすると、第1のファイバと第2のファイバの光軸
を接続端面で一致するように調芯した後、加熱により少
なくとも第1のファイバ(非石英系光ファイバ)の端部
を軟化させて第2のファイバの端部に接続する。
ルライトガラス光ファイバ、Zr系フッ化物ガラスファ
イバ、In系フッ化物ガラス光ファイバ、カルコゲナイ
ドガラスファイバ等が挙げられる。なお、これらのファ
イバはEr,Pr,Tm,Ho,Yb,Tb,Nd,E
u等が添加されていてもよい。
バは、1種類の材料からなるガラスで形成されていても
よいが、複数種類の材料からなるガラスで形成されてい
てもよい。かかる場合には、光ファイバの接続端部分を
加熱して溶融するにはガラスを構成する材料のうちガラ
ス転移温度の最も低い材料のガラス転移温度以上の温度
で加熱することが好ましい。
ク放電、レーザ光入射、高周波誘導、光ファイバの接続
端部分近傍に設置された抵抗体の通電などにより加熱す
る方法が用いられる。レーザ光入射による加熱には、石
英系光ファイバを透過する発振波長のレーザが好ましく
用いられ、例えば炭酸ガスレーザ、Ybファイバレーザ
等が挙げられる。高周波誘導加熱においては、高周波コ
イル等をファイバ接続部周囲に設置して用いることがで
き、抵抗体の通電による加熱においてはカンタル線等の
抵抗体を接続部近傍に設置することによる抵抗加熱等が
用いられる。
ァイバの接続端間の距離は、0〜20μmであることが
好ましく、さらに0〜10μmであることが特に好まし
い。ただし、2本の光ファイバの接続端間の距離が0μ
mである場合には、2本の光ファイバ間に0〜10gの
押しつけ加重をファイバの軸方向に加えることが好まし
い。なお、2本の光ファイバの接続端間の距離は光軸を
調芯した後で接続端部分を軟化させる前に調整すること
もできるが、光ファイバの接続端部分を加熱しつつある
いは加熱した後調整することもできる。
はスネルの法則を満たす関係にあることが特に好まし
い。以下に具体的に説明する。
を接続する場合、両者でコアの屈折率が異なるので低損
失・低反射の接続を実現するには接続界面における伝搬
光の光の反射等を考慮する必要がある。図1(a)に示
すようにファイバの接続界面104が光軸に垂直となる
接続では、接続する2本のファイバのコアの屈折率の差
によってフレネル反射が生じこれが反射戻り光103と
なる。例えば、コア屈折率が大きいテルライトガラスフ
ァイバ(コア屈折率約2.1)とコア屈折率が小さい石
英系ファイバ(コア屈折率約1.5)の接続の場合、反
射減衰量は16dBとなる。一方、図1(b)に示すよ
うに接続界面104を光軸に対して斜めにすれば、接続
界面での反射光はコア外に放射され戻り光となることは
ないので反射減衰量は向上する。しかし、接続界面を透
過する光は接続界面で屈折するので光軸方向からずれた
方向に伝搬し、非石英系光ファイバから石英系光ファイ
バへの透過特性は劣化する。ところが、図1(c)に示
すように非石英光系ファイバと石英系光ファイバの光軸
が接続端面104の垂直軸に対してスネルの法則を満た
すように所定角度傾斜させて接続すると低損失・低反射
の接続が実現できる。すなわち、非石英系ファイバを伝
搬して接続界面へ入射した光101は、屈折した透過光
102が石英系光ファイバの光軸方向に伝搬し、かつ反
射した戻り光103がコア外に放射されることとなるの
で低損失・低反射の接続を実現することができる。
イバ)の光軸および石英系光ファイバ(第2のファイ
バ)の光軸が光ファイバの接続端面の垂直軸(以下「垂
直軸」という)に対して、それぞれ異なる角度で傾斜し
ており、第1のファイバの光軸の垂直軸に対する傾き角
度θ1 と第2のファイバの光軸の垂直軸に対する傾き角
度θ2 の関係が、第1の光ファイバのコア屈折率をn
1 、第2の光ファイバコア屈折率をn2 としたとき、
度θ1 とθ2 は所望の組み合わせを選ぶことができる
が、可能な限り大きな値の組み合わせとすることにより
反射減衰量を大きくすることができる。
屈折率に影響されるので、(sin θ1 )/(sin θ2 )
の値は必ずしも厳密にはn2 /n1 と一致せず、実用的
には、(sin θ1 )/(sin θ2 )の値はn2 /n1 の
±10%の範囲内であればよい。ただし、その値は±2
%の範囲内であることが好ましい。
の光ファイバの接続を第1のファイバの光軸と第2のフ
ァイバの光軸が接続端面で一致するように調芯する手段
と、少なくとも一方の光ファイバ端部を加熱する手段と
を具備する接続装置を用いて接続することができる。た
だし、調芯手段は、一方の光ファイバの光軸と該光ファ
イバの接続端面の垂直軸とを含む平面と、他方の光ファ
イバの光軸と該光ファイバの接続端面の垂直軸とを含む
平面とが一致するように、一方の光ファイバを固定する
第1のファイバホルダーと他方の光ファイバを固定する
第2のファイバホルダーを回転させる回転機構および該
第2のファイバホルダーを三次元的に平行移動させる移
動機構を有し、かつ一方の光ファイバの接続端面と他方
の光ファイバの接続端面とを平行にするために、いずれ
かの光ファイバに対して光ファイバ端面の中央を回転中
心として平面的に回転する回転機構を有する。
て、ガス雰囲気下で2本の光ファイバの接続が行われ
る。充填されるガスとしては、乾燥窒素ガス等が挙げら
れる。例えば、接続されるファイバがフッ化物光ファイ
バである場合には、このような接続装置内の雰囲気制御
は重要なものとなる。本発明に好ましく用いられる接続
装置を図2を用いて具体例に説明する。図2は、本発明
の装置の概念を示した平面図である。
は第2のファイバを示し、3aは第1のファイバを保持
する第1のファイバホルダーを、3bは第2のファイバ
を保持する第2のファイバホルダーを示す。第1のファ
イバホルダーは光ファイバの光軸が図2中のZ軸と一致
するように設定されており、Z軸に対して矢印6で示す
ように回転できる回転機構を有する。第2のファイバホ
ルダーは、X軸、Y軸、Z軸に沿って平行移動できる移
動機構、第2のファイバの光軸に対して矢印6’で示す
ように回転できる回転機構、および第2のファイバの接
続端面の中央を回転中心として矢印7で示すようにYZ
平面内を回転できる回転機構を有する。また、4はアー
ク放電用の電極であり、ファイバ接続端面部分を加熱で
きるように設置されている。本発明においてはアーク放
電の代わりにレーザ光入射等による加熱でもよいが、そ
の場合には、かかる加熱手段が適宜置き換えられる。5
はガス導入口である。
続部を観察するためのカメラ等が設置されている。
ァイバホルダー3a、3bにファイバに与えられる加重
を検出する機構、例えばロードセルをさらに有すること
が好ましい。本発明においては、2本のファイバの接続
部分を、ファイバの光軸に沿って周囲に、ガラス、無機
結晶材料、高分子材料、金属等の材料からなる部材で補
強することが好ましい。ただし、補強部材は上記の1種
類のみならず2種類以上の材料からなってもよい。
ールなどの異種材料に固定する必要がないため、組立や
研磨の工程を省略することができる。さらに、ファイバ
の接続端面が密着しているので接続損失を低減すること
ができ、かつ温度変動に対する損失変動を低減すること
ができる。この接続によれば、接着剤などの有機材料が
光の導波する部分に存在しないため、高い光入力に対し
ても長期的に接続損失の増加がないという利点もある。
加えて、本発明の接続装置を用いることにより、簡便に
非石英系光ファイバと石英系光ファイバの接続が可能で
あり、従来の通信用石英系ファイバと同様に非石英系フ
ァイバを利用可能とする利点がある。
るが、以下に開示する実施例は本発明の例示に過ぎず、
本発明の範囲を何等限定するものではない。
添加したテルライトガラス光ファイバ(ガラス系はTe
O2 −ZnO−Na2 O、コア屈折率は2.1、モード
フィールド径は5μm、Er添加濃度は4000pp
m、ファイバの被覆はUV樹脂)を、第2のファイバと
して石英系光ファイバ(コア屈折率は1.5、モードフ
ィールド径は5μm、被覆はUV樹脂)を用いた。接続
の概略を図3に示す。図3中、1は第1のファイバとし
てのテルライトガラス光ファイバ、2は第2のファイバ
としての石英系光ファイバ、3aは第1のファイバホル
ダー、3bは第2のファイバホルダー、4はアーク放電
用の電極である。接続部周辺の雰囲気は乾燥窒素ガスと
した。2本の光ファイバ1、2の接続端間の間隔は約1
μmである。テルライトガラス光ファイバに入射した波
長1.3μmのレーザ光を石英系光ファイバの終端で検
知し、その強度が最高になるように石英系光ファイバを
XY平面内で移動させて調芯した。その後、アーク放電
用の電極間で放電を起こし、放電中に石英系光ファイバ
をテルライトガラス光ファイバに近づけて端部間の距離
を0とした。アーク放電による加熱でテルライトガラス
光ファイバの端部のみが溶融状態となり、この端面を石
英系光ファイバの端面に接触させて接続した。
ァイバのErの吸収のない1.3μmで測定した。10
個の接続点を直列につなぎ接続損失を評価したところ、
接続損失は平均で0.015dBであった(屈折率不整
合による反射損を除く)。接続強度を引っ張り試験器で
測定したところ、接続強度は250MPaであった。
融条件はアーク放電の放電電圧と電極間距離の両方で調
整した。少なくともテルライトガラス光ファイバの軟化
する温度(最低でもガラス転移温度、300℃前後)以
上で接続が可能であり、テルライトガラスの液相温度以
上に加熱することによって、0.1dB以下の接続損失
と150MPaの接続強度が得られた。また、放電時の
ファイバ端面間隔は0〜20μmの間であれば0.1d
B以下の接続損失と150MPaの接続強度を実現する
ことができたが、20μmより大きいとテルライトガラ
ス光ファイバの先端部が球状になり接続点の接触面積が
小さくなり、十分な接着強度が得られず、ファイバコア
も変形する傾向にあり、良好な接続が実現できなかっ
た。
ガラス光ファイバを用いたが、Erの代わりに、Pr,
Tm,Ho,Yb,Tb,Nd,Euの1種あるいは2
種以上を含むファイバでも、またこれらを含まないファ
イバでも本実施例と同様の接続が可能であった。またこ
れら希土類イオンを少なくとも1種以上含むZr系フッ
化物ガラス光ファイバ、In系フッ化物光ファイバ、カ
ルコゲナイド光ファイバについても同様の接続を行った
ところ、同様に良好な接続が可能であった。
ァイバをZr系フッ化物ガラス光ファイバに代えた以外
は実施例1と同様の方法で石英系光ファイバと接続し
た。ただし、用いたZr系フッ化物ガラス光ファイバ
は、ZrF4 −BaF2 −LaF3 −YF3 −AlF3
−LiF−NaF系であり、コアの屈折率は1.55、
モードフィールド径4μm、UV樹脂を被覆したもので
ある。接続部周辺の雰囲気として乾燥窒素(水分露点−
70℃)を用いた。
0.03dBであり、接続強度は120MPaであっ
た。
囲気(大気)にしたところ、フッ化物ファイバの端部が
結晶化のため失透し、良好な接続を実現することができ
なかった。
ァイバをIn系フッ化物ガラス光ファイバに代えた以外
は実施例1と同様の方法で石英系光ファイバと接続し
た。ただし、用いたIn系フッ化物ファイバは、InF
3 −GaF3 −LaF3 −ZnF2 −PbF2 −BaF
2 −SrF2 −YF3 −NaF系であり、コアの屈折率
は1.65、モードフィールド径4.5μm、UV樹脂
を被覆したものである。
0.035dBであり、接続強度は140MPaであっ
た。実施例2と同様に、接続部周辺の雰囲気を乾燥雰囲
気とすることにより良好な接続が実現できた。
ァイバをAs−S系カルコゲナイドガラスファイバに代
えた以外は実施例1と同様の方法で石英系光ファイバと
接続した。ただし、用いたコアの屈折率は2.4、モー
ドフィールド径3μm、UV樹脂を被覆したものであ
る。
0.035dBであり、接続強度は140MPaであっ
た。実施例2と同様に、接続部周辺の雰囲気を乾燥雰囲
気とすることにより良好な接続が実現できた。
ァイバとしてテルライトガラス光ファイバを用い、第2
のファイバとして石英系光ファイバを用いた。両ファイ
バの接続端面はファイバクリーバーで光軸に対し90°
の角度となるようにカットした後、接続に使用した。接
続の際、ファイバ端間の距離を1μmまで近づけた後、
光軸に対して垂直な面(XY平面)でテルライトガラス
光ファイバから入射した光が最も効率よく結合する位置
に調芯した。その後、石英系光ファイバをその光軸(Z
軸)に沿って接近させ、石英系光ファイバをテルライト
ガラス光ファイバに接触させた後、さらに5gの加重が
かかるまで石英系光ファイバをテルライトガラス光ファ
イバに押し付けた。その後、入射した炭酸ガスレーザが
ファイバ接続部に集光するように配置したミラーを用
い、炭酸ガスレーザによって接続端部を加熱した。加熱
によりテルライトガラス光ファイバの端部が溶融し、モ
ニターしている加重が解放されるが、その際、テルライ
トガラス光ファイバが変形しないよう、加熱と同時にテ
ルライトガラス光ファイバを1μm引き戻した。この操
作によりテルライトガラス光ファイバの外形は変化する
ことなくコアの変形を伴わず接続することができた。
は0.01dBであり、良好な接続を実現することがで
きた。本実施例の方法は、実施例1の方法に比べて、加
熱時のテルライトガラス光ファイバ端部の変形による光
結合特性の劣化を小さく押さえることができる。しか
し、実施例1の方法に比べて、接続に使用するファイバ
端面の平滑度が接続損失に大きな影響を与える。したが
って、ファイバ端面をカッティングした後ファイバ端面
を検査して平滑度を確認してからファイバの接続を行う
ことが望ましい。
ァイバ端部の加熱温度をガラス転移温度以上とすること
によって接続が可能であり、テルライトガラスの液相温
度以上に加熱することにより良好な接続強度を得ること
ができる。
40g程度まで可能であったが、10g以上の加重では
ファイバの保持状況や端面の角度によって、ファイバの
位置ずれや端面の破壊が起きた。このため、加重は0〜
10gの範囲であることが望ましい。
光ファイバ、In系フッ化物ガラス光ファイバ、カルコ
ゲナイドガラス光ファイバに代えても同様の接続特性を
実現することができた。
放電からレーザ入射、高周波加熱、抵抗体の通電加熱に
代えたが、それでも同様の結果を得ることができた。た
だし、ファイバへのレーザ入射については、実施例1の
方法に比べ高い入射パワーが必要であった。また、Zr
系フッ化物ガラス光ファイバおよびIn系フッ化物ガラ
ス光ファイバの場合には接続部周辺の雰囲気を露点−4
0℃以下の乾燥雰囲気に保つことで良好な接続損失を得
ることができた。
イバとしてテルライトガラス光ファイバ、第2のファイ
バとして石英系光ファイバを用い、図2に示す光ファイ
バ接続装置を用いて光ファイバの接続を行った。テルラ
イトガラス光ファイバの端面をその垂直軸と光軸のなす
角度が5.5°となるようにカットし、石英系光ファイ
バの端面を7.5°となるようにカットした。この接続
の状態の概略を図4に示す。図2中、1は第1のファイ
バとしてのテルライトガラス光ファイバ、2は第2のフ
ァイバとしての石英系光ファイバを示す。これらを光フ
ァイバの光軸に対して回転する機構を有する、第1のフ
ァイバホルダー3aおよび第2のファイバホルダー3b
にそれぞれ固定した。光ファイバ接続部の垂直上方に設
置したCCDカメラで観察しつつ、第1のファイバホル
ダーを矢印6のように回転させて非石英系光ファイバの
光軸と垂直軸とを含む平面がYZ平面と平行となるよう
にした。次いで、石英系光ファイバの光軸と垂直軸とを
含む平面がこの平面と平行となるように、第2のファイ
バホルダーを矢印6’のように回転させた。これにより
ファイバ端面の接続時の面合わせが可能になる。
端面同士が平行になるように、ファイバ端面同士を接近
させ、かつ石英系ファイバをその端面の中心を回転中心
としてZY平面内を回転させる(矢印7)。これは、フ
ァイバ接続部(アーク放電用電極4,4間の中央部)を
中心とする円周上を移動可能な、第2のファイバホルダ
ー3bの回転機能によってなされる。ただし、ファイバ
端部の面合わせは、CCDカメラより得た画像情報を解
析することにより行う。
光ファイバを端面に平行な面内で第2のファイバホルダ
ー3bをX軸、Y軸、Z軸方向に平行移動させて光ファ
イバの接続端面で光軸が一致するように調芯した。ただ
し、この調芯は石英系光ファイバ側から入射した波長
1.2μmの半導体レーザ光をテルライトガラスファイ
バに結合したフォトダイオードで検出し、その出力が最
大となるようにして行った。
接触させた後、電極4よりアーク放電してファイバの接
続端面を加熱し、第1のファイバホルダー3aに設けら
れたロードセルで光軸方向の加重をモニターしながら、
押しつけ加重をかけて接続した。ただし、接続部にはガ
ス導入口5より所定のガスを導入し接続装置内の雰囲気
を制御することが可能である。
た。市販の反射減衰量測定装置を用いて1.3μmにお
ける接続点の反射減衰量を測定したところ、テルライト
ガラス光ファイバ側からと、石英系光ファイバ側からの
両方から測定した値が、いずれの場合も装置の測定限界
(60dB)以下であった。すなわち、本発明がこのよ
うな反射減衰量低減に有効な接続端面角度の異なる光フ
ァイバの接続にも有効であることが示された。
物ガラス光ファイバ、In系フッ化物ガラスファ光イ
バ、カルコゲナイドガラス光ファイバについても角度の
異なるファイバの接続を行ったが、本実施例と同様に低
損失で、かつ60dB以下の反射減衰量を有する接続を
実現することができた。
バ端面部分の加熱を石英系光ファイバから入射したYb
ファイバレーザによる加熱に代えた以外は実施例6と同
様の方法で光ファイバの接続を行った。実施例6と同様
に光ファイバを調芯した後、光ファイバ端の間隔を1μ
mとし、石英側から1Wのレーザ光を入射した。約5秒
間の入射の後、レーザ光を遮断した。その結果、テルラ
イトガラス光ファイバの端面が溶融し、石英系光ファイ
バ端面に融着され両ファイバが接続された。
量は60dB以下であった。この際、用いるレーザは石
英系光ファイバを透過する発振波長のレーザであれば同
様の接続が可能であった。
ゲナイドガラス光ファイバを用い、その光軸とファイバ
端面の垂直軸とのなす角度が5.5°であった。また、
第2のファイバとして石英系光ファイバを用い、その光
軸と垂直軸とのなす角度が8°であった。ファイバの保
持ならびに調芯は実施例6と同様に行った。ファイバの
加熱は高周波誘導加熱により行った。但し高周波誘導加
熱用のサセプタとしてMoリングをファイバ接続部周囲
に取り巻くように設置し、その外周にコイルを設置し
た。石英系光ファイバ端面とカルコゲナイド光ファイバ
端面の間に、約1gの押しつけ加重をかけ、コイルに高
周波電圧を印加し、ファイバに加えた加重がカルコゲナ
イド光ファイバの溶融により変化し始めた時点で電圧の
印加を停止した。同時に、石英系光ファイバを0.1μ
mだけ石英系光ファイバの光軸方法に後退させた。
コゲナイドガラスファイバ側から、および石英系光ファ
イバ側から測定した反射減衰量はともに装置の測定限界
である60dB以下であった。なお、高周波誘導加熱用
のコイルの代わりにカンタル線による抵抗加熱を用いて
も同様の接続を実現することができた。
ド光ファイバの代わりにテルライトガラス光ファイバ、
Zr系フッ化物ガラス光ファイバ、In系ガラス光ファ
イバを用いても同様の接続特性を実現することができ
た。
ライトガラス光ファイバおよび石英系光ファイバを接続
した。次いで、テルライトガラス光ファイバと石英系光
ファイバの接続部に紫外線硬化型のエポキシ樹脂を塗布
し、その後UVランプを用いて硬化させて、光ファイバ
接続部に200μm厚のエポキシ樹脂層を形成した。こ
れにより接続部が大気中の水分や機械的な応力に対し補
強され、引っ張り強度が210MPaまで向上した。
ス光ファイバ、In系フッ化物ガラス光ファイバ、カル
コゲナイドガラス光ファイバを用いて接続した光ファイ
バについて、その接続部に上記と同様のエポキシ樹脂層
を形成したところ、これらに対しても有効で、特にフッ
化物ガラス光ファイバを用いた場合は、大気中の水分に
対する接続部の強度劣化を抑制する効果を確認すること
ができた。また、接続部に塗布される樹脂を紫外線硬化
型のエポキシ樹脂の代わりに、紫外線硬化型のアクリル
樹脂、シリコーン樹脂やその他のいずれの高分子を用い
ても、接続部の補強ならびに水分に対する保護の効果を
確認することができた。
った。ただし、接続する光ファイバ接続端面の角度と同
一の傾きを有し、かつ、その内径が光ファイバ径より大
きいガラス管2本に第1のファイバおよび第2のファイ
バをそれぞれ通しておいてから接続し、接続後、ファイ
バの接続部を突き合わせ接着剤で固定した。次いで、接
着剤で固定しなかったガラス管の他方の端面を接着剤で
ファイバに固定した。これにより、接続部がガラス管で
覆われ外部から加わる衝撃に対し接続部を保護すること
ができた。
ファイバの代わりに他の非石英系ファイバを用いて接続
しても同様に効果があった。
ミックスあるいは金属等の材料の管を用いても、同様の
効果を得ることができた。
接続部保護部材を併用することにより、外部からの衝撃
に加えて湿度に対する保護効果も得られる。
れば、従来は困難であった異なるガラス材料からなる光
ファイバの融着接続を実現することができる。その結
果、接着剤を使用しない接続が実現できるため、信頼性
の高いファイバ接続が達成でき、かつV溝組立や研磨な
どの工程を必要としないので、簡便で、かつ低損失な接
続を実現することができる、という利点もある。
る接続の場合の入射光の伝搬状態を示す線図で、(b)
は接続界面が光軸に対して傾いている場合の入射光の伝
搬状態を示す線図で、(c)は本発明のスネルの法則を
満たす接続の場合の入射光の伝搬状態を示す線図であ
る。
である。
念図である。
Claims (18)
- 【請求項1】 一方が非石英系光ファイバである2本の
光ファイバを接続する方法において、 前記非石英系光ファイバである第1のファイバの光軸と
石英系ファイバからなる第2のファイバの光軸とが接続
端面で一致するように調芯された状態で、2本の光ファ
イバの接続端部分のうち前記第1のファイバの接続端部
分を加熱することにより第1のファイバの接続端部分を
軟化または溶融させ、かつ前記第2のファイバの接続端
部分が軟化されていない状態で2本の光ファイバを融着
接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。 - 【請求項2】 一方が非石英系光ファイバである2本の
光ファイバを接続する方法において、 前記非石英系光ファイバである第1のファイバの光軸と
石英系ファイバからなる第2のファイバの光軸とが接続
端面で一致するように調芯された状態で、2本の光ファ
イバの接続端部分のうち前記第1のファイバの接続端部
分を加熱することにより第1のファイバの接続端部分を
軟化または溶融させ、かつ前記第2のファイバの接続端
部分が溶融されていない状態で2本の光ファイバを融着
接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。 - 【請求項3】 前記光ファイバの接続端部分の加熱温度
が前記非石英系光ファイバを構成するガラスのうち最も
低いガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項
1又は2に記載の光ファイバの接続方法。 - 【請求項4】 前記非石英系光ファイバがテルライトガ
ラスファイバ、Zr系フッ化物ガラスファイバ、In系
フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイ
バからなる群から選ばれる1種からなることを特徴とす
る請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバの接続
方法。 - 【請求項5】 前記第1のファイバの光軸および前記第
2のファイバの光軸を接続端面の垂直軸に対して、それ
ぞれ異なる角度で傾斜させ、かつ第1のファイバの光軸
の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ1 と第2のフ
ァイバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ2
の関係が、第1のファイバのコア屈折率をn1 、第2
のファイバのコア屈折率をn2 としたとき、 【数1】(sin θ1 )/(sin θ2 )=n2 /n1
のスネルの法則を±10%の範囲内で満たすように接続
することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載
の光ファイバの接続方法。 - 【請求項6】 前記光ファイバの接続端部分の加熱がア
ーク放電によってなされ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の接続方法。 - 【請求項7】 前記光ファイバの接続端部分の加熱がレ
ーザ光入射によってなされ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の接続方法。 - 【請求項8】 前記レーザ光入射が炭酸ガスレーザによ
ってなされることを特徴とする請求項7に記載の光ファ
イバの接続方法。 - 【請求項9】 前記光ファイバの接続端部分の加熱が高
周波誘導加熱によってなされ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の接続方法。 - 【請求項10】 前記光ファイバの接続端部分の加熱が
光ファイバ接続端部分近傍に設置された抵抗体の通電加
熱によってなされ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の接続方法。 - 【請求項11】 前記第1のファイバと前記第2のファ
イバとを調芯した後、光ファイバ端部を加熱する際の光
ファイバ端間の距離が0〜10μmであることを特徴と
する請求項1から10のいずれかに記載の光ファイバの
接続方法。 - 【請求項12】 前記光ファイバ端間の距離が0である
場合、光ファイバ端間に10g以下の押し付け加重を光
ファイバの軸方向に加えることを特徴とする請求項11
に記載の光ファイバの接続方法。 - 【請求項13】 前記第1のファイバと前記第2のファ
イバとを調芯してから2本の光ファイバの接続端部分の
うち少なくとも第1のファイバの接続端部分を加熱しつ
つあるいは加熱した後、光ファイバ間の距離を変化させ
ることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載
の光ファイバの接続方法。 - 【請求項14】 前記第1のファイバと前記第2のファ
イバとの接続部の周囲が、光ファイバの光軸に沿ってガ
ラス、無機結晶材料、高分子材料、金属からなる群から
選ばれる少なくとも1つの材料からなる部材によって補
強されることを特徴とする請求項1から13のいずれか
に記載の光ファイバの接続方法。 - 【請求項15】 非石英系光ファイバである第1のファ
イバと石英系ファイバからなる第2のファイバとを接続
する装置であって、 乾燥窒素ガス導入手段と、第1のファイバと第2のファ
イバとの光軸が接続端面で一致するように調芯する手段
と、前記第1のファイバおよび前記第2のファイバのう
ち少なくとも第1のファイバの接続端部分を軟化または
溶融させるように加熱する手段とを具備し、 前記第2のファイバの接続端部分が軟化または溶融され
ていない状態で2本の光ファイバを融着接続する ことを
特徴とする光ファイバの接続装置。 - 【請求項16】 前記調芯する手段が、第1のファイバ
の光軸と該第1のファイバの接続端面の垂直軸とを含む
平面と、第2のファイバの光軸と該第2のファイバの接
続端面の垂直軸とを含む平面とが一致するように、第1
のファイバを固定する第1のファイバホルダーと第2の
ファイバを固定する第2のファイバホルダーを前記第2
の光ファイバの光軸を中心に回転させる回転機構および
該第2のファイバホルダーを三次元的に平行移動させる
移動機構を有し、かつ第1のファイバの接続端面と第2
のファイバの接続端面とを平行にするためにいずれかの
光ファイバに対して光ファイバ端面の中心を回転中心と
して平面的に回転する回転機構を具備することを特徴と
する請求項15に記載の光ファイバの接続装置。 - 【請求項17】 前記乾燥窒素ガス導入手段が、ガスの
導入口を備えていて、前記第1のファイバおよび第2の
ファイバの端部が設置される部分を所定雰囲気に保つた
めに該ガスの導入口から乾燥ガスを導入することを特徴
とする請求項15または16に記載の光ファイバの接続
装置。 - 【請求項18】 光ファイバ接続装置が、さらに光ファ
イバを固定するファイバホルダーの少なくとも1つに光
ファイバに与えられる加重を検出するための検出機構を
具備することを特徴とする請求項15から17のいずれ
かに記載の光ファイバの接続装置。
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