JP3699357B2 - フォトニッククリスタルファイバの接続方法及びその接続構造体並びにフォトニッククリスタルファイバ - Google Patents
フォトニッククリスタルファイバの接続方法及びその接続構造体並びにフォトニッククリスタルファイバ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣファイバ」と称する。）の接続方法及びその接続構造体並びにその接続構造体を形成するＰＣファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバは、光を伝搬する媒体として非常によく知られている。また、近年、大きな波長分散を発現する光ファイバとして、ＰＣファイバが注目を集めつつある。このＰＣファイバは、ファイバ中心を長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコアを覆うように設けられそのコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備えており、このクラッドが二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成するものである。
【０００３】
ところで、かかるＰＣファイバを他の光ファイバに接続する場合、中実コア及び中実クラッドからなる一般的な光ファイバ同士を接続する場合に比べて非常に大きな接続損失を生じることが確認されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたＰＣファイバについて、それを被接続光ファイバに低接続損失で接続する方法及びＰＣファイバの接続構造体並びのかかる接続構造体を形成するＰＣファイバを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ＰＣファイバは、クラッドが多数の細孔を有するためにコアよりも等価的に屈折率が低くなり、それによって全反射現象によりコアで光を伝搬するものであると共に、クラッドのフォトニッククリスタル構造による効果によってコアで光を伝搬するものでもある。従って、コア及びクラッドを共に石英（ＳｉＯ2）のみで構成したＰＣファイバも成立しうることとなる。そして、かかるＰＣファイバを被接続光ファイバとの接続のためにその接続端を長時間加熱したり高温度加熱したりすると、クラッドの細孔が封止されてしまい、接続端が石英塊となってそこから光が散逸し、大きな接続損失を生じてしまうこととなる。そのため、通常、ＰＣファイバを他の被接続光ファイバに接続する場合には、クラッドの細孔が封止されることがないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定するようにしている。
【０００６】
しかしながら、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたＰＣファイバについては、クラッドの細孔が封止されてもコアが光の伝送路として残るため上記の如き問題を生じない。本発明者らは、この点に着目して本発明に想到したものである。
【０００７】
具体的には、本出願の発明は、
ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、該コアが該クラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバを、被接続光ファイバに接続する方法であって、
上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に対し、該接続端部における上記クラッドの細孔を封止する処理を施すと共に、上記コアにドープされた屈折率を高めるためのドーパントを上記細孔が封止されたクラッドに拡散させる加熱処理を施すことを特徴とする。
【０００８】
上記の接続方法によれば、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されるものの光の伝送路としてのコアは残り、それによって接続端部が中実コア及び中実クラッドからなる被接続光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有する場合に比べて接続損失が大きく低減されることとなる。
【０００９】
また、接続端部の細孔が封止されてコアとクラッドとの屈折率差が小さくなることによって接続端部のモードフィールド径（以下「ＭＦＤ」と称する）が大きくなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失が低く抑えられることとなる。
【００１０】
さらに、ＰＣファイバの接続端部のＭＦＤが拡大することとなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合における上記接続損失抑制効果が確実に得られることとなる。また、この加熱処理は、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを接続一体化する前に行っても、また、接続一体化を図りながら行っても、さらに、接続一体化させた後に行ってもいずれでもよい。
【００１１】
そして、以上のような接続方法により、ＰＣファイバを被接続光ファイバに接続したＰＣファイバの接続構造体であって、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されたものが構成されることとなる。
【００１２】
また、かかる接続構造体は、少なくとも一方の端部におけるクラッドの細孔が封止されているＰＣファイバを用いて形成することができる。
【００１３】
ここで、ＰＣファイバは、ファイバ中心をなす中実のコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたものであれば特に限定されるものではなく、例えば、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした石英（ＳｉＯ2）で形成される一方、クラッドが純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されたものを挙げることができる。
【００１４】
ＰＣファイバと接続される被接続光ファイバは、特に限定されるものではなく、１．３μｍ零分散波長ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）、１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５３）、ノンゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、希土類元素ドープファイバ、偏波面保存ファイバ等のコアとそのコアを覆うように設けられた中実のクラッドとを備えた光ファイバの他、ＰＣファイバであってもよい。
【００１５】
接続端部におけるクラッドの細孔を封止する処理は、特に限定されるものではないが、接続端部を加熱溶融することが最も容易な方法である。また、この細孔を封止する処理は、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを接続一体化する前に行っても、また、接続一体化を図りながら行っても、さらに、接続一体化させた後に行ってもいずれでもよい。
【００１６】
ＰＣファイバの被接続光ファイバへの接続は、コネクタを用いて両ファイバの接続端を突き合わせて接続するようにしても、また、両ファイバの接続端を融着により接続するようにしてもよい。ここで、融着による場合、従来のようにクラッドの細孔が封止されないような加熱時間及び加熱温度の設定が不要となるため、接続作業の容易化が図られることとなる。また、接続端部を十分に加熱して接続させることができるので、従来のように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して融着した場合に比べて接続部の機械強度が高いものとなる。
【００１７】
ところで、ＰＣファイバを被接続光ファイバに接続する場合、図９に示すように、市販の融着接続機を用いてクラッド位置を一致させる方法を採れば、全自動でしかも短時間で両ファイバ１０ａ，２０ａの接続を行うことができる（クラッド位置合わせ法）。しかしながら、この方法では、コア１１ａの位置が偏芯しているＰＣファイバ１０ａでは接続部で両ファイバ１０ａ，２０ａのコア位置が合わずに接続損失が大きくなってしまうこととなる。従って、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様に、コア位置をファイバ側面から確認しつつ接続を行うことが望まれるが、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されているＰＣファイバであっても、クラッドに細孔が設けられているためにファイバ側面からコア位置を確認することはできない。これに対し、図１０に示すように、ＰＣファイバ１０ａの接続端部１４ａとは逆側の端部から光を入射する一方、被接続光ファイバ２０ａの接続端部２３ａとは逆側の端部からそれを出射させるようにし、出射光のパワーが最大となるようにコア位置を合わせるようにして両ファイバ１０ａ，２０ａを接続する方法もある（パワーモニタ法）。しかしながら、この方法では、ファイバ接続装置の他に光源や受光機といった設備が必要となる。そこで、ＰＣファイバの接続端部に対してクラッドの細孔を封止する処理を行うことにより、クラッドを透明にしてファイバ側面からコア位置を確認できるようにし、そのファイバ側面視において視認可能となったＰＣファイバの接続端部のコア位置に基づいて、ＰＣファイバのコアと被接続光ファイバのコアとの位置合わせを行った後、それらを接続するようにすれば、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様の方法及び装置を用いて両ファイバの接続を行うことができることとなる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の発明によれば、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの多数の細孔が封止されるものの光の伝送路としてのコアは残り、それによって接続端部が中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有する場合に比べて接続損失を大きく低減させることができる。
【００１９】
また、接続端部の細孔が封止されてコアとクラッドとの屈折率差が小さくなることによって接続端部のＭＦＤが大きくなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失を低く抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に係るＰＣファイバの接続方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施形態１）
＜各ファイバの構成＞
図１は、ＰＣファイバ１０を示す。このＰＣファイバ１０は、ファイバ中心を長手方向に延びる中実のコア１１と、そのコア１１を覆うように設けられコア１１に沿って延びる多数の細孔１２ａ，１２ａ，…を有するクラッド１２と、そのクラッド１２を覆うように設けられた被覆部１３とを備えている。コア１１はゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英（ＳｉＯ2）で形成され、クラッド１２及び被覆部１３は純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されている。そして、このクラッド１２が二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成し、信号光は、そのフォトニッククリスタル構造で囲われたコア１１に閉じこめられて伝搬されることとなる。
【００２２】
図２は、被接続側の被接続光ファイバ２０を示す。この被接続光ファイバ２０は、ファイバ中心を長手方向に延びるゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英（ＳｉＯ2）製のコア２１と、そのコア２１を覆うように設けられた石英（ＳｉＯ2）製のクラッド２２とを備えている。そして、信号光は、屈折率の高いコア２１に閉じこめられて伝搬されることとなる。
【００２３】
＜ファイバの接続方法＞
まず、ＰＣファイバ１０の接続端部１４を加熱処理することによりクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…を封止する。このとき、接続端面は、図３（ａ）に示すようにコア１１、クラッド１２及び被覆部１３よりなる形態から図３（ｂ）に示すようにコア１１及び細孔が封止されたクラッド１２と被覆部１３とにより形成された封止部１５よりなる形態に変化する。また、接続端部１４ではクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されるためクラッド１２が透明となってファイバ側面からコア１１を確認できるようになる。このように接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されているＰＣファイバ１０は、後述のＰＣファイバ１０の接続構造体を形成する部材となるものである。
【００２４】
次に、ＰＣファイバ１０の接続端部１４を追加加熱する。これによって、図３（ｃ）に示すように、コア１１にドープされたゲルマニウムが細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたクラッド１２と被覆部１３とによって形成された封止部１５に拡散してＭＦＤが拡大することとなる。
【００２５】
そして、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続一体化させるときと同様の方法及び装置を用い、ＰＣファイバ１０の接続端部１４の側面視において臨むコア位置に基づいて、ＰＣファイバ１０のコア１１と被接続光ファイバ２０のコア２１との位置合わせを行い、両ファイバ１０，２０を融着により接続一体化させる。
【００２６】
以上のようにして、図４に示すように、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続したＰＣファイバ１０の接続構造体であって、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたものが構成されることとなる。
【００２７】
＜作用・効果＞
上記のＰＣファイバ１０の接続方法によれば、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されるものの光の伝送路としてのコア１１は残り、それによって接続端部１４が中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有したまま接続する場合に比べて接続損失が大きく低減されることとなる。
【００２８】
また、接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されてコア１１とクラッド１２との屈折率差が小さくなることによって接続端部１４のＭＦＤが大きくなり、さらに、ＰＣファイバの接続端部を追加加熱してコア１１にドープされたゲルマニウムを封止部１５に拡散させているので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバ２０と接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失が低く抑えられることとなる。
【００２９】
さらに、融着により両ファイバ１０，２０の接続を行っているものの、従来のようにクラッドの細孔が封止されないように加熱時間及び加熱温度を設定することが不要となるため、接続作業の容易化が図られることとなる。加えて、接続端部１４を十分に加熱して接続させることができるので、従来のように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して融着した場合に比べて接続部の機械強度が高いものとなる。
【００３０】
そして、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…を封止する加熱処理を被接続光ファイバ２０と接続一体化させる前に行い、それによってクラッド１２を透明にしてファイバ側面からコア位置を確認できるようにし、ＰＣファイバ１０の接続端部１４の側面視において視認可能となったコア位置に基づいて、ＰＣファイバ１０のコア１１と被接続光ファイバ２０のコア２１との位置合わせを行うようにしているので、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様の方法及び装置を用いることで両ファイバ１０，２０の接続が容易に行われることとなる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態２の各ファイバの構成及び作用・効果は実施形態１と同一である。
【００３２】
＜ファイバの接続方法＞
まず、ＰＣファイバの接続端部及び被接続光ファイバの接続端部を加熱して両ファイバを融着により接続一体化させる。このとき、ＰＣファイバのクラッドの細孔が封止されないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定する。
【００３３】
次に、両ファイバの接続端部を追加加熱する。このとき、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されると共に、コアにドープされたゲルマニウムが細孔が封止されることによって形成された封止部に拡散してＭＦＤが拡大することとなる。なお、被接続光ファイバの接続端部も加熱されることとなるので、被接続光ファイバ側のＭＦＤも拡大することとなる。
【００３４】
以上のようにして、図５に示すように、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続したＰＣファイバ１０の接続構造体であって、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたものが構成されることとなる。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、コア１１にゲルマニウム（Ｇｅ）をドープしたＰＣファイバを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、その他にエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープしたものであってもよい。
【００３６】
また、被接続光ファイバ２０は、特に限定されるものではなく、１．３μｍ零分散波長ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）、１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５３）、ノンゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、希土類元素ドープファイバ、偏波面保存ファイバ等の他、ＰＣファイバであってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態１では、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続一体化する前に、コア１１のゲルマニウムを封止部１５に拡散させる加熱処理を行ったが、特にこれに限定されるものではなく、ＰＣファイバ１０と被接続光ファイバ２０とを接続一体化させながら又は接続一体化させた後にこの加熱処理を行うようにしてもよい。
【００３８】
また、実施形態１では、ＰＣファイバの被接続光ファイバへの接続を融着により行ったが、特にこれに限定されるものではなく、コネクタを用いて両ファイバの接続端を突き合わせるようにして接続してもよい。
【００３９】
【実施例】
（実験１）
ＰＣファイバにシングルモードの被接続光ファイバを接続して構成されたＰＣファイバの接続構造体の接続損失を測定する実験を行った。
【００４０】
＜実験方法＞
ファイバ外径１００μｍ、クラッドの細孔の直径１．２８μｍ、細孔が形成する三角格子のピッチ２．１６μｍ、ＭＦＤ３μｍであって、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした石英（ＳｉＯ2）で形成されると共にクラッドが純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成され、且つコアの屈折率がクラッドの屈折率よりも１．１％高い構成のＰＣファイバ（図６参照）と、ＭＦＤ１０．８μｍのシングルモードの被接続光ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）とを５本ずつ準備した。
【００４１】
まず、ＰＣファイバのクラッドの細孔が封止されないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを融着により接続した。
【００４２】
次に、このＰＣファイバの接続構造体に、ＰＣファイバ側から被接続光ファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定した。
【００４３】
続いて、このＰＣファイバの接続構造体の接続端部を再度加熱してＰＣファイバの接続端部の細孔を封止した。このとき、細孔が封止されたか否かは、ファイバ側面から接続端部を観察して、クラッドが透明になっているか否かによって判断した。
【００４４】
そして、接続部を再度加熱してクラッドの細孔を封止したＰＣファイバの接続構造体に、ＰＣファイバ側から被接続光ファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定した。
【００４５】
この実験を５回実施した。
【００４６】
＜実験結果＞
【００４７】
【表１】
【００４８】
実験結果を表１に示す。
【００４９】
同表によれば、ＰＣファイバの接続端部の細孔を封止した方が接続損失が小さいことが分かる。これは、細孔を封止していないＰＣファイバの接続端部は放射による光の散逸が多くなる構造となっているものと考えられ、そのために大きな接続損失を生じたものと考えられる。これに対し、細孔を封止したＰＣファイバの接続端部は中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成となるため、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続した際の接続損失と同水準の接続損失になっているものと考えられる。
【００５０】
なお、本実験に追加して被接続ファイバ側からＰＣファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定する実験を行ったところ、測定された接続損失値は異なるものの、この場合もＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔を封止することにより接続損失が低減されることが確認された。
【００５１】
（実験２）
＜実験方法＞
実験１で用いたＰＣファイバの接続端部の加熱前後におけるファイバ断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００５２】
＜実験結果＞
図７及び８は、ＰＣファイバの接続端部の加熱前後におけるファイバ断面の顕微鏡観察写真をそれぞれ示す。
【００５３】
加熱前の図７では、コア、クラッド及び被覆部のそれぞれの構造が明確に識別することができる。一方、加熱後の図８では、細孔が封止されたクラッドと被覆部とが一体となっているものの、ファイバ中心にコアが残っているのが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１及び２におけるフォトニッククリスタルファイバの斜視図である。
【図２】 実施形態１及び２における被接続光ファイバの斜視図である。
【図３】 実施形態１におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端面の正面図である。
【図４】 実施形態１におけるフォトニッククリスタルファイバの接続構造体の側面図である。
【図５】 実施形態２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続構造体の側面図である。
【図６】 実験１で用いたフォトニッククリスタルファイバの構成を示す説明図である。
【図７】 実験２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端部の加熱前における端面の顕微鏡観察写真である。
【図８】 実験２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端部の加熱後における端面の顕微鏡観察写真である。
【図９】 クラッド位置合わせ法の説明図である。
【図１０】 パワーモニタ法の説明図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣファイバ）
１１，１１ａ，２１，２１ａ コア
１２，２２ クラッド
１２ａ 細孔
１３ 被覆部
１４，１４ａ フォトニッククリスタルファイバ接続端部
１５ 封止部
２０，２０ａ 被接続光ファイバ
２３，２３ａ 被接続光ファイバ接続端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣファイバ」と称する。）の接続方法及びその接続構造体並びにその接続構造体を形成するＰＣファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバは、光を伝搬する媒体として非常によく知られている。また、近年、大きな波長分散を発現する光ファイバとして、ＰＣファイバが注目を集めつつある。このＰＣファイバは、ファイバ中心を長手方向に延びる中実又は中空のコアと、そのコアを覆うように設けられそのコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備えており、このクラッドが二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成するものである。
【０００３】
ところで、かかるＰＣファイバを他の光ファイバに接続する場合、中実コア及び中実クラッドからなる一般的な光ファイバ同士を接続する場合に比べて非常に大きな接続損失を生じることが確認されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたＰＣファイバについて、それを被接続光ファイバに低接続損失で接続する方法及びＰＣファイバの接続構造体並びのかかる接続構造体を形成するＰＣファイバを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ＰＣファイバは、クラッドが多数の細孔を有するためにコアよりも等価的に屈折率が低くなり、それによって全反射現象によりコアで光を伝搬するものであると共に、クラッドのフォトニッククリスタル構造による効果によってコアで光を伝搬するものでもある。従って、コア及びクラッドを共に石英（ＳｉＯ2）のみで構成したＰＣファイバも成立しうることとなる。そして、かかるＰＣファイバを被接続光ファイバとの接続のためにその接続端を長時間加熱したり高温度加熱したりすると、クラッドの細孔が封止されてしまい、接続端が石英塊となってそこから光が散逸し、大きな接続損失を生じてしまうこととなる。そのため、通常、ＰＣファイバを他の被接続光ファイバに接続する場合には、クラッドの細孔が封止されることがないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定するようにしている。
【０００６】
しかしながら、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたＰＣファイバについては、クラッドの細孔が封止されてもコアが光の伝送路として残るため上記の如き問題を生じない。本発明者らは、この点に着目して本発明に想到したものである。
【０００７】
具体的には、本出願の発明は、
ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、該コアが該クラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバを、被接続光ファイバに接続する方法であって、
上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に対し、該接続端部における上記クラッドの細孔を封止する処理を施すと共に、上記コアにドープされた屈折率を高めるためのドーパントを上記細孔が封止されたクラッドに拡散させる加熱処理を施すことを特徴とする。
【０００８】
上記の接続方法によれば、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されるものの光の伝送路としてのコアは残り、それによって接続端部が中実コア及び中実クラッドからなる被接続光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有する場合に比べて接続損失が大きく低減されることとなる。
【０００９】
また、接続端部の細孔が封止されてコアとクラッドとの屈折率差が小さくなることによって接続端部のモードフィールド径（以下「ＭＦＤ」と称する）が大きくなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失が低く抑えられることとなる。
【００１０】
さらに、ＰＣファイバの接続端部のＭＦＤが拡大することとなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合における上記接続損失抑制効果が確実に得られることとなる。また、この加熱処理は、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを接続一体化する前に行っても、また、接続一体化を図りながら行っても、さらに、接続一体化させた後に行ってもいずれでもよい。
【００１１】
そして、以上のような接続方法により、ＰＣファイバを被接続光ファイバに接続したＰＣファイバの接続構造体であって、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されたものが構成されることとなる。
【００１２】
また、かかる接続構造体は、少なくとも一方の端部におけるクラッドの細孔が封止されているＰＣファイバを用いて形成することができる。
【００１３】
ここで、ＰＣファイバは、ファイバ中心をなす中実のコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたものであれば特に限定されるものではなく、例えば、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした石英（ＳｉＯ2）で形成される一方、クラッドが純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されたものを挙げることができる。
【００１４】
ＰＣファイバと接続される被接続光ファイバは、特に限定されるものではなく、１．３μｍ零分散波長ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）、１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５３）、ノンゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、希土類元素ドープファイバ、偏波面保存ファイバ等のコアとそのコアを覆うように設けられた中実のクラッドとを備えた光ファイバの他、ＰＣファイバであってもよい。
【００１５】
接続端部におけるクラッドの細孔を封止する処理は、特に限定されるものではないが、接続端部を加熱溶融することが最も容易な方法である。また、この細孔を封止する処理は、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを接続一体化する前に行っても、また、接続一体化を図りながら行っても、さらに、接続一体化させた後に行ってもいずれでもよい。
【００１６】
ＰＣファイバの被接続光ファイバへの接続は、コネクタを用いて両ファイバの接続端を突き合わせて接続するようにしても、また、両ファイバの接続端を融着により接続するようにしてもよい。ここで、融着による場合、従来のようにクラッドの細孔が封止されないような加熱時間及び加熱温度の設定が不要となるため、接続作業の容易化が図られることとなる。また、接続端部を十分に加熱して接続させることができるので、従来のように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して融着した場合に比べて接続部の機械強度が高いものとなる。
【００１７】
ところで、ＰＣファイバを被接続光ファイバに接続する場合、図９に示すように、市販の融着接続機を用いてクラッド位置を一致させる方法を採れば、全自動でしかも短時間で両ファイバ１０ａ，２０ａの接続を行うことができる（クラッド位置合わせ法）。しかしながら、この方法では、コア１１ａの位置が偏芯しているＰＣファイバ１０ａでは接続部で両ファイバ１０ａ，２０ａのコア位置が合わずに接続損失が大きくなってしまうこととなる。従って、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様に、コア位置をファイバ側面から確認しつつ接続を行うことが望まれるが、コアがクラッドよりも屈折率の高い材料で形成されているＰＣファイバであっても、クラッドに細孔が設けられているためにファイバ側面からコア位置を確認することはできない。これに対し、図１０に示すように、ＰＣファイバ１０ａの接続端部１４ａとは逆側の端部から光を入射する一方、被接続光ファイバ２０ａの接続端部２３ａとは逆側の端部からそれを出射させるようにし、出射光のパワーが最大となるようにコア位置を合わせるようにして両ファイバ１０ａ，２０ａを接続する方法もある（パワーモニタ法）。しかしながら、この方法では、ファイバ接続装置の他に光源や受光機といった設備が必要となる。そこで、ＰＣファイバの接続端部に対してクラッドの細孔を封止する処理を行うことにより、クラッドを透明にしてファイバ側面からコア位置を確認できるようにし、そのファイバ側面視において視認可能となったＰＣファイバの接続端部のコア位置に基づいて、ＰＣファイバのコアと被接続光ファイバのコアとの位置合わせを行った後、それらを接続するようにすれば、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様の方法及び装置を用いて両ファイバの接続を行うことができることとなる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の発明によれば、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの多数の細孔が封止されるものの光の伝送路としてのコアは残り、それによって接続端部が中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有する場合に比べて接続損失を大きく低減させることができる。
【００１９】
また、接続端部の細孔が封止されてコアとクラッドとの屈折率差が小さくなることによって接続端部のＭＦＤが大きくなるので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバと接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失を低く抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に係るＰＣファイバの接続方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施形態１）
＜各ファイバの構成＞
図１は、ＰＣファイバ１０を示す。このＰＣファイバ１０は、ファイバ中心を長手方向に延びる中実のコア１１と、そのコア１１を覆うように設けられコア１１に沿って延びる多数の細孔１２ａ，１２ａ，…を有するクラッド１２と、そのクラッド１２を覆うように設けられた被覆部１３とを備えている。コア１１はゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英（ＳｉＯ2）で形成され、クラッド１２及び被覆部１３は純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成されている。そして、このクラッド１２が二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニッククリスタル構造を構成し、信号光は、そのフォトニッククリスタル構造で囲われたコア１１に閉じこめられて伝搬されることとなる。
【００２２】
図２は、被接続側の被接続光ファイバ２０を示す。この被接続光ファイバ２０は、ファイバ中心を長手方向に延びるゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英（ＳｉＯ2）製のコア２１と、そのコア２１を覆うように設けられた石英（ＳｉＯ2）製のクラッド２２とを備えている。そして、信号光は、屈折率の高いコア２１に閉じこめられて伝搬されることとなる。
【００２３】
＜ファイバの接続方法＞
まず、ＰＣファイバ１０の接続端部１４を加熱処理することによりクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…を封止する。このとき、接続端面は、図３（ａ）に示すようにコア１１、クラッド１２及び被覆部１３よりなる形態から図３（ｂ）に示すようにコア１１及び細孔が封止されたクラッド１２と被覆部１３とにより形成された封止部１５よりなる形態に変化する。また、接続端部１４ではクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されるためクラッド１２が透明となってファイバ側面からコア１１を確認できるようになる。このように接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されているＰＣファイバ１０は、後述のＰＣファイバ１０の接続構造体を形成する部材となるものである。
【００２４】
次に、ＰＣファイバ１０の接続端部１４を追加加熱する。これによって、図３（ｃ）に示すように、コア１１にドープされたゲルマニウムが細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたクラッド１２と被覆部１３とによって形成された封止部１５に拡散してＭＦＤが拡大することとなる。
【００２５】
そして、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続一体化させるときと同様の方法及び装置を用い、ＰＣファイバ１０の接続端部１４の側面視において臨むコア位置に基づいて、ＰＣファイバ１０のコア１１と被接続光ファイバ２０のコア２１との位置合わせを行い、両ファイバ１０，２０を融着により接続一体化させる。
【００２６】
以上のようにして、図４に示すように、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続したＰＣファイバ１０の接続構造体であって、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたものが構成されることとなる。
【００２７】
＜作用・効果＞
上記のＰＣファイバ１０の接続方法によれば、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されるものの光の伝送路としてのコア１１は残り、それによって接続端部１４が中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成に形成されることなるので、接続端部のクラッドが細孔を有したまま接続する場合に比べて接続損失が大きく低減されることとなる。
【００２８】
また、接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されてコア１１とクラッド１２との屈折率差が小さくなることによって接続端部１４のＭＦＤが大きくなり、さらに、ＰＣファイバの接続端部を追加加熱してコア１１にドープされたゲルマニウムを封止部１５に拡散させているので、ＭＦＤの差が大きい被接続光ファイバ２０と接続する場合でも、接続部ではそれらのＭＦＤの差が小さくなることから、放射により散逸する光が少なくなり、接続損失が低く抑えられることとなる。
【００２９】
さらに、融着により両ファイバ１０，２０の接続を行っているものの、従来のようにクラッドの細孔が封止されないように加熱時間及び加熱温度を設定することが不要となるため、接続作業の容易化が図られることとなる。加えて、接続端部１４を十分に加熱して接続させることができるので、従来のように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して融着した場合に比べて接続部の機械強度が高いものとなる。
【００３０】
そして、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…を封止する加熱処理を被接続光ファイバ２０と接続一体化させる前に行い、それによってクラッド１２を透明にしてファイバ側面からコア位置を確認できるようにし、ＰＣファイバ１０の接続端部１４の側面視において視認可能となったコア位置に基づいて、ＰＣファイバ１０のコア１１と被接続光ファイバ２０のコア２１との位置合わせを行うようにしているので、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続するときと同様の方法及び装置を用いることで両ファイバ１０，２０の接続が容易に行われることとなる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態２の各ファイバの構成及び作用・効果は実施形態１と同一である。
【００３２】
＜ファイバの接続方法＞
まず、ＰＣファイバの接続端部及び被接続光ファイバの接続端部を加熱して両ファイバを融着により接続一体化させる。このとき、ＰＣファイバのクラッドの細孔が封止されないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定する。
【００３３】
次に、両ファイバの接続端部を追加加熱する。このとき、ＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔が封止されると共に、コアにドープされたゲルマニウムが細孔が封止されることによって形成された封止部に拡散してＭＦＤが拡大することとなる。なお、被接続光ファイバの接続端部も加熱されることとなるので、被接続光ファイバ側のＭＦＤも拡大することとなる。
【００３４】
以上のようにして、図５に示すように、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続したＰＣファイバ１０の接続構造体であって、ＰＣファイバ１０の接続端部１４におけるクラッド１２の細孔１２ａ，１２ａ，…が封止されたものが構成されることとなる。
【００３５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、コア１１にゲルマニウム（Ｇｅ）をドープしたＰＣファイバを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、その他にエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープしたものであってもよい。
【００３６】
また、被接続光ファイバ２０は、特に限定されるものではなく、１．３μｍ零分散波長ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）、１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５３）、ノンゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、希土類元素ドープファイバ、偏波面保存ファイバ等の他、ＰＣファイバであってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態１では、ＰＣファイバ１０を被接続光ファイバ２０に接続一体化する前に、コア１１のゲルマニウムを封止部１５に拡散させる加熱処理を行ったが、特にこれに限定されるものではなく、ＰＣファイバ１０と被接続光ファイバ２０とを接続一体化させながら又は接続一体化させた後にこの加熱処理を行うようにしてもよい。
【００３８】
また、実施形態１では、ＰＣファイバの被接続光ファイバへの接続を融着により行ったが、特にこれに限定されるものではなく、コネクタを用いて両ファイバの接続端を突き合わせるようにして接続してもよい。
【００３９】
【実施例】
（実験１）
ＰＣファイバにシングルモードの被接続光ファイバを接続して構成されたＰＣファイバの接続構造体の接続損失を測定する実験を行った。
【００４０】
＜実験方法＞
ファイバ外径１００μｍ、クラッドの細孔の直径１．２８μｍ、細孔が形成する三角格子のピッチ２．１６μｍ、ＭＦＤ３μｍであって、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした石英（ＳｉＯ2）で形成されると共にクラッドが純粋な石英（ＳｉＯ2）で形成され、且つコアの屈折率がクラッドの屈折率よりも１．１％高い構成のＰＣファイバ（図６参照）と、ＭＦＤ１０．８μｍのシングルモードの被接続光ファイバ（ＩＴＵ規格のＧ．６５２）とを５本ずつ準備した。
【００４１】
まず、ＰＣファイバのクラッドの細孔が封止されないように加熱時間を短く且つ加熱温度を低く設定して、ＰＣファイバと被接続光ファイバとを融着により接続した。
【００４２】
次に、このＰＣファイバの接続構造体に、ＰＣファイバ側から被接続光ファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定した。
【００４３】
続いて、このＰＣファイバの接続構造体の接続端部を再度加熱してＰＣファイバの接続端部の細孔を封止した。このとき、細孔が封止されたか否かは、ファイバ側面から接続端部を観察して、クラッドが透明になっているか否かによって判断した。
【００４４】
そして、接続部を再度加熱してクラッドの細孔を封止したＰＣファイバの接続構造体に、ＰＣファイバ側から被接続光ファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定した。
【００４５】
この実験を５回実施した。
【００４６】
＜実験結果＞
【００４７】
【表１】
実験結果を表１に示す。
【００４９】
同表によれば、ＰＣファイバの接続端部の細孔を封止した方が接続損失が小さいことが分かる。これは、細孔を封止していないＰＣファイバの接続端部は放射による光の散逸が多くなる構造となっているものと考えられ、そのために大きな接続損失を生じたものと考えられる。これに対し、細孔を封止したＰＣファイバの接続端部は中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバと同一構成となるため、中実コア及び中実クラッドからなる光ファイバ同士を接続した際の接続損失と同水準の接続損失になっているものと考えられる。
【００５０】
なお、本実験に追加して被接続ファイバ側からＰＣファイバ側に向かって波長１．５５μｍの光を伝送させて接続損失を測定する実験を行ったところ、測定された接続損失値は異なるものの、この場合もＰＣファイバの接続端部におけるクラッドの細孔を封止することにより接続損失が低減されることが確認された。
【００５１】
（実験２）
＜実験方法＞
実験１で用いたＰＣファイバの接続端部の加熱前後におけるファイバ断面を走査型電子顕微鏡で観察した。
【００５２】
＜実験結果＞
図７及び８は、ＰＣファイバの接続端部の加熱前後におけるファイバ断面の顕微鏡観察写真をそれぞれ示す。
【００５３】
加熱前の図７では、コア、クラッド及び被覆部のそれぞれの構造が明確に識別することができる。一方、加熱後の図８では、細孔が封止されたクラッドと被覆部とが一体となっているものの、ファイバ中心にコアが残っているのが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１及び２におけるフォトニッククリスタルファイバの斜視図である。
【図２】 実施形態１及び２における被接続光ファイバの斜視図である。
【図３】 実施形態１におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端面の正面図である。
【図４】 実施形態１におけるフォトニッククリスタルファイバの接続構造体の側面図である。
【図５】 実施形態２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続構造体の側面図である。
【図６】 実験１で用いたフォトニッククリスタルファイバの構成を示す説明図である。
【図７】 実験２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端部の加熱前における端面の顕微鏡観察写真である。
【図８】 実験２におけるフォトニッククリスタルファイバの接続端部の加熱後における端面の顕微鏡観察写真である。
【図９】 クラッド位置合わせ法の説明図である。
【図１０】 パワーモニタ法の説明図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣファイバ）
１１，１１ａ，２１，２１ａ コア
１２，２２ クラッド
１２ａ 細孔
１３ 被覆部
１４，１４ａ フォトニッククリスタルファイバ接続端部
１５ 封止部
２０，２０ａ 被接続光ファイバ
２３，２３ａ 被接続光ファイバ接続端部
Claims (3)
- ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、該コアが該クラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバを、被接続光ファイバに接続する方法であって、
上記フォトニッククリスタルファイバの接続端部に対し、該接続端部における上記クラッドの細孔を封止する処理を施すと共に、上記コアにドープされた屈折率を高めるためのドーパントを上記細孔が封止されたクラッドに拡散させる加熱処理を施すことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの接続方法。 - ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、該コアが該クラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバを、被接続光ファイバに接続したフォトニッククリスタルファイバの接続構造体であって、
上記フォトニッククリスタルファイバは、その接続端部における上記クラッドの細孔が封止されていると共に、上記コアに屈折率を高めるためのドーパントがドープされており、上記接続端部における該コアにドープされたドーパントが上記細孔が封止されたクラッドに拡散していることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの接続構造体。 - ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる多数の細孔を有するクラッドとを備え、該コアが該クラッドよりも屈折率の高い材料で形成されたフォトニッククリスタルファイバであって、
少なくとも一方の端部における上記クラッドの細孔が封止されていると共に、上記コアに屈折率を高めるためのドーパントがドープされており、上記端部における該コアにドープされたドーパントが上記細孔が封止されたクラッドに拡散していることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
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