JP3753040B2 - 光ファイバ融着接続部の加熱方法および加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードフィールド径またはコア径の異なる異種光ファイバ同士の融着接続部の加熱に関し、接続損失を低減する光ファイバ融着接続部の加熱方法および加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長多重伝送用光ファイバやラマン増幅用光ファイバ等のモードフィールド径を小さくした高機能光ファイバを、モードフィールド径が比較的大きい通常のシングルモード光ファイバと組合わせたハイブリッド光ファイバの開発が進められている。光ファイバのモードフィールド径またはコア径（以下、両者を含めてコア径という）が異なる前記の高機能光ファイバと、通常のシングルモード光ファイバの接続では、単に融着接続したのみでは実用的な接続損失が得るのが難しい。このため、融着接続部を加熱処理して、接続部のコア径を一致させるようにテーパー状にして、滑らかな接続形状にする方法（Thermally Expanded Core 、以下、ＴＥＣという）が知られている（例えば、特許２６１８５００号公報参照）。
【０００３】
図９は、上述の融着接続後に加熱によるＴＥＣ処理の一例を示す図である。図９（Ａ）は、コア径の異なる光ファイバ同士を融着接続した後にＴＥＣの加熱処理を示す図、図９（Ｂ）はバーナーによる加熱でＴＥＣ処理を行なった後の状態を示す図である。図中、１ａ，１ｂは光ファイバ、２はガラスファイバ部（クラッド部）、３ａ，３ｂはコア部、４はファイバ被覆、５は融着接続部、６はバーナー、７はコア拡大部を示す。
【０００４】
互いに融着接続する光ファイバ１ａと１ｂは、ガラスファイバ部（クラッド部）２の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのコア径および比屈折率差が異なる。光ファイバ１ａと１ｂは、図９（Ａ）に示すように接続端面を対向配置させた後、アーク放電等により接続端面を溶融して突合せ融着する。単に融着接続しただけでは、融着接続部５において、光ファイバ１ａのコア部３ａと光ファイバ１ｂのコア部３ｂのコア径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【０００５】
これを改善するために、燃焼ガスを用いたマイクロトーチまたはバーナー６で融着接続部５の近傍を加熱しＴＥＣ処理する。この加熱は、光ファイバ１ａ，１ｂ自身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されている屈折率を上げるドーパント剤がクラッド部側に拡散する温度と時間で行なわれる。この加熱により、コア部３ａ，３ｂに添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散して、コア部３ａ，３ｂのコア径が拡大される。コア径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、コア径が大きくドーパント濃度が低い方の光ファイバ１ｂより、ドーパント剤が多く拡散する。
【０００６】
このＴＥＣ処理を行なうことにより、図９（Ｂ）に示すように、コア径が小さい光ファイバ１ａのコア部３ａのコア径がより大きくテーパー状に拡大されて、コア径の大きい光ファイバ１ｂのコア部３ｂとの不連続状態を軽減する。このような異種光ファイバ同士を融着接続する場合は、上述したＴＥＣ処理を行なうことで、コア径の小さい光ファイバを、他方の光ファイバのコア径に徐々に近づけ、接続損失を低減できることが明らかになっている。また、このような加熱によるＴＥＣ処理は、同種の光ファイバ同士の接続でも、融着接続部分のコア径を拡大して偏心等による接続損失を低減することに有効であることが知られている（例えば、特開６１−１１７５０８号公報参照）。
【０００７】
しかし、高強度の融着接続を行なう場合、ファイバ被覆を除去してガラスファイバ部２を露出させる距離をできるだけ短くし、ファイバ被覆４を直接クランプする方法が行なわれている。このような場合、図１０（Ａ）に示すように、バーナー６の炎の広がりにより、ファイバ被覆４の被覆除去端８が焦げたり溶融することがある。このためファイバ被覆４をバーナー６の炎より十分離れた位置まで除去する必要があり、高強度接続が行なえなくなる。
【０００８】
また、ＴＥＣ処理は、コア部３ａ，３ｂのドーパント剤がクラッド部２に拡散するのに十分な温度と時間で加熱する必要がある。光ファイバ１ａ，１ｂは融点以下で加熱されるが、図１０（Ｂ）に示すように、加熱部分９が軟化して光ファイバの自重で弛みを生じることがある。弛みによる変形が残ると損失増加の一因となる。さらに、バーナーの炎は、不均一な温度分布と広がりを有し、また、外部環境により炎にゆらぎが生じ、一定した加熱状態に管理するのが難しい。このため、ＴＥＣ長にばらつきが生じ、ＴＥＣ処理される領域が必要以上に長くなると、製造時のハンドリングが不便となり、強度面でも不利となる。また、光ファイバアレイのような光部品に組み込まれる場合は、光部品の小型化、高密度実装ができなくなる。
【０００９】
また、光ファイバテープ芯線等で、例えば、８芯、１２芯、２４芯といった多芯の光ファイバを一括融着して、これをＴＥＣ処理することがある。この場合、図１０（Ｃ）に示すようにバーナー６の炎は、炎の中心部分より外側部分の方が加熱温度が高く、均一に加熱されない。このため、光ファイバ配列の外側芯と内側芯でＴＥＣ処理に差が生じ、接続損失にばらつきが生じるというような問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、融着接続した後に融着接続部にＴＥＣ処理を行なう加熱で、熱により光ファイバが変形したり、ファイバ被覆が焦げたり、多芯の光ファイバで加熱にばらつきが生じず、しかもＴＥＣ長を所定の領域に限定できる光ファイバ融着接続部の加熱方法と加熱装置の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ融着接続部の加熱方法は、モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱方法であって、光ファイバの融着接続部の近傍を加熱台上に載置し、加熱台を別の熱源により加熱し、加熱台を介して光ファイバを加熱することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光ファイバ融着接続部の加熱装置は、モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱装置であって、光ファイバの融着接続部の近傍が載置される凸部を設けた加熱台と、加熱台を加熱する熱源とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示し、図１（Ａ）および図１（Ｂ）は加熱台を用いて融着接続部を加熱する図、図１（Ｃ）は加熱により光ファイバの融着接続部がＴＥＣ処理された状態を示す図である。図中、１１、１２は加熱台を示し、他は図９に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００１５】
図９で説明したのと同様に、互いに融着接続する異種光ファイバ１ａと１ｂは、ガラスファイバ部（クラッド部）２の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのモードフィールド径（以下、コア径という）および比屈折率差が異なる。例えば、光ファイバ１ａのコア径を５μｍ位、光ファイバ１ｂのコア径を１０μｍ位の場合がある。光ファイバ１ａと１ｂは、図１（Ａ）に示すように、接続端面を対向配置させた後、アーク放電等により接続端面を溶融して突合せ融着される。単に融着接続しただけでは、融着接続部５において、光ファイバ１ａのコア部３ａと光ファイバ１ｂのコア部３ｂのコア径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【００１６】
このコア部３ａ，３ｂの不連続状態を解消するために、融着接続部５の近傍を加熱してＴＥＣ処理する。本発明では、この加熱に加熱台１１を用い、この上に融着接続された後の光ファイバを載置し、加熱台１１をバーナー６等で加熱して行なう。すなわち、光ファイバの融着接続部５の近傍を、加熱台１１を介して加熱する。加熱台１１は、耐熱性で熱伝導性がよく、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成し、好ましくは窒化アルミニウムを用いるとよい。また、コスト的には高価ではあるがダイヤモンドを用いることもできる。特に窒化アルミニウムを用いた場合は、表面粗さを小さく仕上げることができ、接触するガラスファイバ部分を傷を付けないようにすることができる。
【００１７】
光ファイバ１ａ，１ｂの加熱は、加熱台１１からの熱伝導と輻射により行なわれ、バーナー６からの炎が回り込んで光ファイバに直接当たることはない。このため、光ファイバを均一に加熱することができる。また、光ファイバ１ａ，１ｂは加熱台１１上に載置されているため、加熱により光ファイバ１ａ，１ｂが軟化するようなことがあっても、図７（Ｂ）に示すような弛みが生じず、これによる変形がなく、損失増加を防止することができる。
【００１８】
図１（Ｂ）の加熱台１２は、光ファイバ軸方向の長さＬを光ファイバ被覆４の端部をバーナー６の視界から遮蔽する長さとし、光ファイバ１ａ，１ｂに接触する凸部１２ａの長さＸをＴＥＣ長さとした例を示す。加熱台１２の凸部１２ａ上に載置された融着接続部５の近傍の加熱範囲は、凸部１２ａの長さＸにより限定され、均一な温度分布で加熱することができる。これにより、ＴＥＣ領域が必要以上に広がらないようにすることができる。また、加熱台１２の下部は、ファイバ被覆４の端部近くまで延ばすことにより、図１０（Ａ）で示したようなバーナー６の炎でファイバ被覆４の端部を焦がしたり溶融するのを防止することができる。
【００１９】
加熱台１１，１２を介して光ファイバを加熱するのに、光ファイバ１ａ，１ｂ自身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散を生じさせる温度と時間で行なう。加熱台１１，１２の温度検出は容易なので、加熱の制御も容易に行なうことができる。この加熱により、コア部に添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散して、コア部３ａ，３ｂのコア径がコア拡大部７のように拡大される。コア径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、コア径が大きくドーパント濃度が低い方の光ファイバ１ｂより、ドーパント剤が多く拡散する。このＴＥＣ処理を行なうことにより、図１（Ｃ）に示すように、コア径が小さい光ファイバ１ａのコア部３ａのコア径がテーパー状により大きく拡大されて、コア径の大きい光ファイバ１ｂのコア部３ｂとの不連続状態を軽減する。
【００２０】
図２は本発明の第２の実施の形態を示し、図２（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図２（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図、図２（Ｃ）は他の加熱例を示す図である。図中、１３は加熱台、１４はＶ溝、１５は蓋部材を示し、他は図１に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２１】
この実施の形態は、加熱台１３上に載置した光ファイバ１ａ，１ｂを蓋部材１５を用いて軽く押えることで、光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３から浮き上がらないように接触保持させることができる。光ファイバ１ａ，１ｂが加熱台１３に確実に接触させることで、熱伝導を均一にし安定した加熱を行なうことができる。加熱台１３および蓋部材１５は、図１の場合と同様に、耐熱性で熱伝導性がよく、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成する。バーナー６は、加熱台１３の下面側に配され、加熱台１３を介して光ファイバ１ａ，１ｂの所定の範囲を均一に加熱してＴＥＣ処理を行なう。
【００２２】
また、この第２の実施の形態で、加熱台１３は、上面に溝を設けた形状とすることができる。溝の形状としては、図に示すように、一般に光ファイバの位置決めに多く使用されているＶ溝１４で形成するのが好ましい。図２（Ｂ）の多芯の場合は、バーナー６の炎の噴出口をマトリックス状に設け、光ファイバの配列方向の加熱が均一に行なわれるようにする。多心の場合、バーナー６の炎が直接光ファイバに当たることがなく、炎の回り込みもないので、図１０（Ｃ）に示したような炎の中心部分と外側部分との温度差により、光ファイバ配列位置での加熱温度に差は生じない。したがって、多芯の全光ファイバに対して、ＴＥＣ処理を均一に行なうことができる。
【００２３】
光ファイバ１ａ，１ｂは、加熱台１３のＶ溝１４で保持されるので、図１の場合と比べ加熱台１３との接触個所が増え、側面からの輻射も増加するので加熱の均一性を高めることができる。また、蓋部材１５で押えることにより、高精度の位置決めができ、光ファイバ１ａ，１ｂが加熱により軟化することがあっても、湾曲が抑制されて真直性を保つことができる。
【００２４】
また、バーナー６は、蓋部材１５側に配し、蓋部材１５側を加熱するようにすることもできる。この場合、蓋部材１５が加熱台の役目をなす。さらに、図２（Ｃ）に示すように、バーナー６を加熱台１３と蓋部材１５の両側に配し、上下両側から加熱するようにしてもよい。この場合、光ファイバへの加熱の均熱性をより高めることができる。
【００２５】
図３は、第３の実施の形態を示し、図３（Ａ）は加熱台の斜視図、図３（Ｂ）はＶ溝を用いた例を示す図、図３（Ｃ）は半円溝を用いた例を示す図である。図中、１６は半円溝を示し、他は図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２６】
この実施の形態は、図２（Ｃ）の変形例で、Ｖ溝１４を設けた加熱台１３を上下に配したものである。すなわち、蓋部材１５側にもＶ溝１４を設けたのと同等の構成としたものである。光ファイバ１ａ，１ｂは、上下のＶ溝１４で位置決め保持されるので、位置決め精度が高く、また、上下にバーナー６を配することにより、加熱の均一性は図２（Ｃ）と比べて、さらに良好にすることができる。
【００２７】
図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の構成において、光ファイバ１ａ，１ｂの位置決め用のＶ溝１４を、半円溝１６で形成したものである。また、図には示していないが、図２に示すように、半円溝１６を設けた加熱台１３と溝を有しない蓋部材１５を用いて、バーナー６を下方のみ、上方のみ、または下方と上方の両方に配して使用してもよい。光ファイバ１ａ，１ｂの位置決め溝を半円溝１６とすることにより、光ファイバ１ａ，１ｂとの接触面積が広がる。したがって、半円溝１６で形成したものは、Ｖ溝１４で形成したものと比べて、加熱の均一性はさらに向上させることができる。
【００２８】
図４は、第４の実施の形態を示す図である。図４（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図４（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図、図４（Ｃ）は他の加熱例を示す図である。図中の符号は、図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２９】
図１の例のように、光ファイバが加熱台１３に載置されて光ファイバの上方が露出されていると、作業環境によっては、光ファイバの露出面から熱が放散されて熱の均一性が欠けることが想定される。また、図２の例のように蓋部材１５で上側を覆っても、加熱台１３と加熱台１３と蓋部材１５の両端が開いていると、この部分の熱が逃げやすく、同様に熱の均一性に欠けることが想定される。そこで、この第４の実施の形態では、蓋部材１５の両側が加熱台１３の上面に接触するように脚部１５ｃを有する形状として、加熱台１３に載置されている光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分の全体を囲うようにしている。
【００３０】
この構成により、光ファイバの加熱部分の露出面をなくし、熱の放散を抑制することができる。また、蓋部材１５には、加熱台１３の熱が脚部１５ｃを介して伝達され、光ファイバ１ａ，１ｂを蓋部材１５側からも加熱することとなり、加熱効率と加熱の均一性を向上させることができる。なお、蓋部材１５の脚部１５ｃが、加熱台１３の面に接することから、図２のように光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３側に押しつける機能は多少薄れるが、外周を囲うことで加熱および熱の均一性は維持することができる。
【００３１】
また、図４（Ｂ）のように多芯光ファイバの場合においても、蓋部材１５も脚部１５ｃを介して熱せられ、蓋部材１５側からも全光ファイバに対して加熱が行なわれ、加熱効率と加熱の均一性を高めることができる。さらに、図４（Ｃ）に示すように、図２（Ｃ）の例と同様に蓋部材１５側もバーナー６で加熱するようにしてもよい。この場合、脚部１５ｃを通じて、加熱台１３と蓋部材１５との温度が均一化され、全光ファイバに対する加熱の均一性を一層高めることができる。
【００３２】
図５は、第５の実施の形態を示す図である。図５（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図５（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図である。図中、１７は無機分粉末材で、他のの符号は、図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３３】
図４の例のように、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分が露出されないようにしても、加熱台１３または蓋部材１５と光ファイバとの間に空隙があると、加熱が均一に行なえないことが想定される。空気は熱伝導性が良くないことから、光ファイバが加熱台１３または蓋部材１５と接触する部分と、接触しない部分では加熱の均一性が欠けることが想定される。そこで、この第５の実施の形態では、図４に示したような蓋部材１５の脚部１５ｃで形成される光ファイバを囲う凹部分を少し大きめに形成し、この凹部分に無機粉末材１７を充填して、光ファイバ周囲の空隙を可能な限り少なくするようにしている。
【００３４】
無機粉末材１７には、少なくとも光ファイバガラス程度の軟化温度を有する高融点で、熱伝導性のよい微少粉末、例えば、窒化アルミニウム粉末を用いるとよい。この無機粉末材は、例えば、水やアルコールを加えて流動性のある状態にして、空隙部に充填する。また、加熱台１３にＶ溝１４が設けられている場合、Ｖ溝と光ファイバとの間に生じる空隙部にも充填するのが好ましい。加熱により水やアルコールは蒸発するが、充填される空隙部分は微少なため無機粉末は空隙内に残り、空隙体積を減じるとともに加熱台１３および蓋部材１５からの熱を伝達し、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱を均一に行なうことができる。
【００３５】
図６は、第６の実施の形態を示す図である。図６（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図６（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図である。図中の符号は、図２および図５に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３６】
図５の例のように、蓋部材１５の凹部分に無機粉末材１７を充填するのは、粉末材の流出や充填量に気を遣うなど作業性に多少の難がある。そこで、この第６の実施の形態では、蓋部材１５を用いずに光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３に載置した上からに無機粉末材１７を直接付与する。無機粉末材１７は、比較的耐熱性のある樹脂等に混合して粘土状にし、押し型等を用いて光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３上に無機粉末材１７とともに固定する。また、加熱台１３にＶ溝１４が設けられている場合、Ｖ溝と光ファイバとの間に生じる空隙部にも充填するのが好ましい。なお、Ｖ溝１４内には粘土状にしない粉末形状のままで充填してもよい。
【００３７】
無機粉末材１７は、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分の露出部を外囲気から完全に覆い、露出部からの熱放散を防止し、加熱台１３から無機粉末材１７に伝達された熱は、光ファイバの露出部側からも加えられ光ファイバの加熱を均一に行なうことができる。なお、加熱により無機粉末材を保持して樹脂材が焼失または炭化するが、最終的には無機粉末材は除去するので、特に問題とはならない。
【００３８】
図７は、バーナーの代わりに発熱抵抗ヒーターを用いた実施の形態を示す図である。図中、１８は発熱抵抗ヒーター、１９は温度検出器、２０は温度制御器を示し、他は図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。発熱抵抗ヒーター１８は、加熱台１３または蓋部材１５に図のように埋設した構成の他に、加熱台１３または蓋部材１５の外面に貼り付けた構成や隣接して配置した構成としてもよい。加熱台１３または蓋部材１５の加熱温度は、埋設または外面に貼り付けた温度検出器１９により容易に検出することができる。この温度検出器１９からの温度検出信号を温度制御器２０に入力し、ヒーター電流を調整することにより、加熱台１３または蓋部材１５の加熱温度を制御することができ、温度管理が容易で安定したＴＥＣ処理を行なうことができる。
【００３９】
図８は、平面導波路との結合に用いる光ファイバアレイに適用した例を示す図である。図８（Ａ）はＴＥＣ処理状態を示す図、図８（Ｂ）はＴＥＣ処理後の状態を示す図、図８（Ｃ）は光ファイバアレイを示す図、図８（Ｄ）は光ファイバアレイのａ−ａ断面を示す図である。図中、２１は接着剤、２２は切断面を示し、他は図１，図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００４０】
平面導波路と光ファイバとの結合で、例えば、平面導波路とはコア径の小さい光ファイバで結合し、線路側は通常のコア径を有する光ファイバとする場合がある。このため、結合用の光ファイバアレイで、通常のコア径を有する光ファイバの先端にコア径の小さい光ファイバを融着接続して使用される。融着接続部は上述したＴＥＣ処理して接続損失を減じている。しかし、ＴＥＣ長が長くなると光ファイバアレイ寸法が大きくなり、光部品の小型化、高密度実装を妨げることとなる。また、光ファイバアレイの製造時のハンドリングの不便さもあったが、本発明の加熱台を用いることにより、これらの問題を解決することが可能となる。
【００４１】
図８（Ａ）において、互いに融着接続されたコア径の小さい光ファイバ１ａとコア径の大きい光ファイバ１ｂを、図２で説明したように単芯または多心用のＶ溝を有する加熱台１３上に載置し、蓋部材１５で押えて位置決めする。加熱台１３および蓋部材１５は、窒化アルミニウムのような耐熱性、熱伝導性に優れ、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成する。
【００４２】
また、加熱台１３および蓋部材１５は、光ファイバ１ａ，１ｂのファイバ被覆４の端部分を覆うような長さを有し、光ファイバ１ａ，１ｂと接触する凸部１３ａおよび１５ａの長さを、所定のＴＥＣ長が得られるように設定してある。なお、ＴＥＣ処理は必要としないが、光ファイバ１ａ側の位置決めを正確に行なうための凸部１３ｂおよび１５ｂを、凸部１３ａ、１５ａから離れた位置に設けることができる。光ファイバ加熱台１３および蓋部材１５は、バーナー６より加熱され、光ファイバ１ａ，１ｂの融着接続部の近傍をＴＥＣ処理する。
【００４３】
図８（Ｂ）は、ＴＥＣ処理後の状態を示し、光ファイバ１ａ，１ｂの融着接続部近傍は、コア拡大部７が形成され、コア径の不連続状態がテーパー状にスムーズになるようにされる。ＴＥＣ処理が終えた後、加熱台１３および蓋部材１５は取外さずにそのまま光ファイバアレイの基板として使用する。光ファイバ１ａ，１ｂと加熱台１３、蓋部材１５との隙間部分に接着剤２１を流し込み、光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３、蓋部材１５に接着一体化する。この後、鎖線Ｙ−Ｙで示す位置で、コア径の小さい方の光ファイバ１ａを加熱台１３、蓋部材１５の一部とともに切断する。なお、光ファイバ１ａの位置決め用の凸部１３ｂ，１５ｂも、この切断で除去される。
【００４４】
図８（Ｃ）は、光ファイバ１ａ側を切断除去して形成した光ファイバアレイ２３を示し、切断された切断面２２は研磨処理される。切断面２２には、コア径の小さい方の光ファイバ１ａが露出されて平面導波路の光路と結合され、反対側は、コア径の大きい方の光ファイバ１ｂが接着剤２１で封止された形で導出される。加熱台１３と蓋部材１５は、光ファイバアレイ２３を構成する基板１３’および１５’として使用される。図５（Ｄ）は、光ファイバアレイ２３のａ−ａ断面で、複数の光ファイバ１ａをＶ溝１４で正確に位置決めされている状態を示し、基板１３’と１５’間ならびに光ファイバとの隙間には、接着剤２１を充填して一体化されている。
【００４５】
加熱台１３および蓋部材１５は、凸部１３ａ，１５ａにより加熱領域が正確に規制され、所定のＴＥＣ長で形成することができるので、光ファイバアレイの形状を必要最小限の大きさで形成することができる。また、加熱台１３および蓋部材１５をそのまま光ファイバアレイ２３の基板１３’，１５’として使用することにより、加熱台１３から光ファイバを外して他の基板に組み込む必要がなくなり、作業性がよくなる。さらに、ＴＥＣ処理後に光ファイバを加熱台からの外して基板に移す搬送作業時に、光ファイバを傷つけやすいが、このような傷を発生する機会を少なくでき、信頼性の高い光ファイバアレイとすることができる。以上、光部品への適用について、光ファイバアレイの例を用いて説明したが、異種光ファイバの融着接続部を内蔵させた他の光部品にも適用することができる。
【００４６】
また、図５で説明したように、図８の光ファイバアレイ２３の製造に際して、ＴＥＣ処理を行なう凸部１３ａ，１５ａの間に無機粉末材を充填して加熱することができる。この光ファイバアレイ２３では、加熱台１３、蓋部材１５をそのまま基板１３’，１５’として用いるので、無機粉末材は加熱後に除去する必要がない。したがって、この場合、無機粉末材は加熱により溶融し接着性を有するものであってもよいので、シリカまたはアルミナを主成分とする無機接着剤（例えば、（株）バイオロゴス製のセラムースＳＡ２０００）を用いることができる。また、低融点のガラス微粉末（例えば、日本電気硝子（株）製のアルミナ封着用ガラス粉末や低膨張セラミックス封着用ガラス粉末）を水またはアルコールを加えて充填しやすいようにして用いることができる。
【００４７】
基板１３’，１５’の凸部１３ａ，１５ａと光ファイバ１ａ，１ｂとの間の隙間に充填された無機接着剤は、ＴＥＣ処理の加熱において、隙間部分からの熱が放散されるのを防ぎ光ファイバ１ａ，１ｂの加熱を均一にする。また、加熱終了後は、基板１３’，１５’と光ファイバ１ａ，１ｂとを一体化する接着剤としての機能も備えることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＴＥＣ処理のための加熱により、光ファイバが軟化変形するのを防止し、ファイバ被覆を焦がすのを防止することができる。また、多芯光ファイバに対しては、均一な加熱で全光ファイバにばらつきのないＴＥＣ処理を行なうことができる。さらに、ＴＥＣ長を所定の領域に限定して行なうことができ、信頼性のある高品質で接続損失の小さい融着接続が得られ、光ファイバアレイの小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明する図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を説明する図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態を説明する図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態を説明する図である。
【図７】本発明の加熱源に発熱抵抗ヒーターを用いる例を示す図である。
【図８】本発明を光ファイバアレイに適用する例を示す図である。
【図９】従来の加熱方法とＴＥＣ処理を説明する図である。
【図１０】従来の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…光ファイバ、２…ガラスファイバ部（クラッド部）、３ａ，３ｂ…コア部、４…ファイバ被覆、５…融着接続部、６…バーナー、７…コア拡大部、１１，１２，１３…加熱台、１４…Ｖ溝、１５…蓋部材、１６…半円溝、１７…無機粉末材、１８…発熱抵抗ヒーター、１９…温度検出器、２０…温度制御器、２１…接着剤、２２…切断面、２３…光ファイバアレイ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、モードフィールド径またはコア径の異なる異種光ファイバ同士の融着接続部の加熱に関し、接続損失を低減する光ファイバ融着接続部の加熱方法および加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長多重伝送用光ファイバやラマン増幅用光ファイバ等のモードフィールド径を小さくした高機能光ファイバを、モードフィールド径が比較的大きい通常のシングルモード光ファイバと組合わせたハイブリッド光ファイバの開発が進められている。光ファイバのモードフィールド径またはコア径（以下、両者を含めてコア径という）が異なる前記の高機能光ファイバと、通常のシングルモード光ファイバの接続では、単に融着接続したのみでは実用的な接続損失が得るのが難しい。このため、融着接続部を加熱処理して、接続部のコア径を一致させるようにテーパー状にして、滑らかな接続形状にする方法（Thermally Expanded Core 、以下、ＴＥＣという）が知られている（例えば、特許２６１８５００号公報参照）。
【０００３】
図９は、上述の融着接続後に加熱によるＴＥＣ処理の一例を示す図である。図９（Ａ）は、コア径の異なる光ファイバ同士を融着接続した後にＴＥＣの加熱処理を示す図、図９（Ｂ）はバーナーによる加熱でＴＥＣ処理を行なった後の状態を示す図である。図中、１ａ，１ｂは光ファイバ、２はガラスファイバ部（クラッド部）、３ａ，３ｂはコア部、４はファイバ被覆、５は融着接続部、６はバーナー、７はコア拡大部を示す。
【０００４】
互いに融着接続する光ファイバ１ａと１ｂは、ガラスファイバ部（クラッド部）２の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのコア径および比屈折率差が異なる。光ファイバ１ａと１ｂは、図９（Ａ）に示すように接続端面を対向配置させた後、アーク放電等により接続端面を溶融して突合せ融着する。単に融着接続しただけでは、融着接続部５において、光ファイバ１ａのコア部３ａと光ファイバ１ｂのコア部３ｂのコア径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【０００５】
これを改善するために、燃焼ガスを用いたマイクロトーチまたはバーナー６で融着接続部５の近傍を加熱しＴＥＣ処理する。この加熱は、光ファイバ１ａ，１ｂ自身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されている屈折率を上げるドーパント剤がクラッド部側に拡散する温度と時間で行なわれる。この加熱により、コア部３ａ，３ｂに添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散して、コア部３ａ，３ｂのコア径が拡大される。コア径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、コア径が大きくドーパント濃度が低い方の光ファイバ１ｂより、ドーパント剤が多く拡散する。
【０００６】
このＴＥＣ処理を行なうことにより、図９（Ｂ）に示すように、コア径が小さい光ファイバ１ａのコア部３ａのコア径がより大きくテーパー状に拡大されて、コア径の大きい光ファイバ１ｂのコア部３ｂとの不連続状態を軽減する。このような異種光ファイバ同士を融着接続する場合は、上述したＴＥＣ処理を行なうことで、コア径の小さい光ファイバを、他方の光ファイバのコア径に徐々に近づけ、接続損失を低減できることが明らかになっている。また、このような加熱によるＴＥＣ処理は、同種の光ファイバ同士の接続でも、融着接続部分のコア径を拡大して偏心等による接続損失を低減することに有効であることが知られている（例えば、特開６１−１１７５０８号公報参照）。
【０００７】
しかし、高強度の融着接続を行なう場合、ファイバ被覆を除去してガラスファイバ部２を露出させる距離をできるだけ短くし、ファイバ被覆４を直接クランプする方法が行なわれている。このような場合、図１０（Ａ）に示すように、バーナー６の炎の広がりにより、ファイバ被覆４の被覆除去端８が焦げたり溶融することがある。このためファイバ被覆４をバーナー６の炎より十分離れた位置まで除去する必要があり、高強度接続が行なえなくなる。
【０００８】
また、ＴＥＣ処理は、コア部３ａ，３ｂのドーパント剤がクラッド部２に拡散するのに十分な温度と時間で加熱する必要がある。光ファイバ１ａ，１ｂは融点以下で加熱されるが、図１０（Ｂ）に示すように、加熱部分９が軟化して光ファイバの自重で弛みを生じることがある。弛みによる変形が残ると損失増加の一因となる。さらに、バーナーの炎は、不均一な温度分布と広がりを有し、また、外部環境により炎にゆらぎが生じ、一定した加熱状態に管理するのが難しい。このため、ＴＥＣ長にばらつきが生じ、ＴＥＣ処理される領域が必要以上に長くなると、製造時のハンドリングが不便となり、強度面でも不利となる。また、光ファイバアレイのような光部品に組み込まれる場合は、光部品の小型化、高密度実装ができなくなる。
【０００９】
また、光ファイバテープ芯線等で、例えば、８芯、１２芯、２４芯といった多芯の光ファイバを一括融着して、これをＴＥＣ処理することがある。この場合、図１０（Ｃ）に示すようにバーナー６の炎は、炎の中心部分より外側部分の方が加熱温度が高く、均一に加熱されない。このため、光ファイバ配列の外側芯と内側芯でＴＥＣ処理に差が生じ、接続損失にばらつきが生じるというような問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、融着接続した後に融着接続部にＴＥＣ処理を行なう加熱で、熱により光ファイバが変形したり、ファイバ被覆が焦げたり、多芯の光ファイバで加熱にばらつきが生じず、しかもＴＥＣ長を所定の領域に限定できる光ファイバ融着接続部の加熱方法と加熱装置の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ融着接続部の加熱方法は、モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱方法であって、光ファイバの融着接続部の近傍を加熱台上に載置し、加熱台を別の熱源により加熱し、加熱台を介して光ファイバを加熱することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光ファイバ融着接続部の加熱装置は、モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱装置であって、光ファイバの融着接続部の近傍が載置される凸部を設けた加熱台と、加熱台を加熱する熱源とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示し、図１（Ａ）および図１（Ｂ）は加熱台を用いて融着接続部を加熱する図、図１（Ｃ）は加熱により光ファイバの融着接続部がＴＥＣ処理された状態を示す図である。図中、１１、１２は加熱台を示し、他は図９に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００１５】
図９で説明したのと同様に、互いに融着接続する異種光ファイバ１ａと１ｂは、ガラスファイバ部（クラッド部）２の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのモードフィールド径（以下、コア径という）および比屈折率差が異なる。例えば、光ファイバ１ａのコア径を５μｍ位、光ファイバ１ｂのコア径を１０μｍ位の場合がある。光ファイバ１ａと１ｂは、図１（Ａ）に示すように、接続端面を対向配置させた後、アーク放電等により接続端面を溶融して突合せ融着される。単に融着接続しただけでは、融着接続部５において、光ファイバ１ａのコア部３ａと光ファイバ１ｂのコア部３ｂのコア径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【００１６】
このコア部３ａ，３ｂの不連続状態を解消するために、融着接続部５の近傍を加熱してＴＥＣ処理する。本発明では、この加熱に加熱台１１を用い、この上に融着接続された後の光ファイバを載置し、加熱台１１をバーナー６等で加熱して行なう。すなわち、光ファイバの融着接続部５の近傍を、加熱台１１を介して加熱する。加熱台１１は、耐熱性で熱伝導性がよく、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成し、好ましくは窒化アルミニウムを用いるとよい。また、コスト的には高価ではあるがダイヤモンドを用いることもできる。特に窒化アルミニウムを用いた場合は、表面粗さを小さく仕上げることができ、接触するガラスファイバ部分を傷を付けないようにすることができる。
【００１７】
光ファイバ１ａ，１ｂの加熱は、加熱台１１からの熱伝導と輻射により行なわれ、バーナー６からの炎が回り込んで光ファイバに直接当たることはない。このため、光ファイバを均一に加熱することができる。また、光ファイバ１ａ，１ｂは加熱台１１上に載置されているため、加熱により光ファイバ１ａ，１ｂが軟化するようなことがあっても、図７（Ｂ）に示すような弛みが生じず、これによる変形がなく、損失増加を防止することができる。
【００１８】
図１（Ｂ）の加熱台１２は、光ファイバ軸方向の長さＬを光ファイバ被覆４の端部をバーナー６の視界から遮蔽する長さとし、光ファイバ１ａ，１ｂに接触する凸部１２ａの長さＸをＴＥＣ長さとした例を示す。加熱台１２の凸部１２ａ上に載置された融着接続部５の近傍の加熱範囲は、凸部１２ａの長さＸにより限定され、均一な温度分布で加熱することができる。これにより、ＴＥＣ領域が必要以上に広がらないようにすることができる。また、加熱台１２の下部は、ファイバ被覆４の端部近くまで延ばすことにより、図１０（Ａ）で示したようなバーナー６の炎でファイバ被覆４の端部を焦がしたり溶融するのを防止することができる。
【００１９】
加熱台１１，１２を介して光ファイバを加熱するのに、光ファイバ１ａ，１ｂ自身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散を生じさせる温度と時間で行なう。加熱台１１，１２の温度検出は容易なので、加熱の制御も容易に行なうことができる。この加熱により、コア部に添加されているドーパント剤がクラッド部２側に拡散して、コア部３ａ，３ｂのコア径がコア拡大部７のように拡大される。コア径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、コア径が大きくドーパント濃度が低い方の光ファイバ１ｂより、ドーパント剤が多く拡散する。このＴＥＣ処理を行なうことにより、図１（Ｃ）に示すように、コア径が小さい光ファイバ１ａのコア部３ａのコア径がテーパー状により大きく拡大されて、コア径の大きい光ファイバ１ｂのコア部３ｂとの不連続状態を軽減する。
【００２０】
図２は本発明の第２の実施の形態を示し、図２（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図２（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図、図２（Ｃ）は他の加熱例を示す図である。図中、１３は加熱台、１４はＶ溝、１５は蓋部材を示し、他は図１に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２１】
この実施の形態は、加熱台１３上に載置した光ファイバ１ａ，１ｂを蓋部材１５を用いて軽く押えることで、光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３から浮き上がらないように接触保持させることができる。光ファイバ１ａ，１ｂが加熱台１３に確実に接触させることで、熱伝導を均一にし安定した加熱を行なうことができる。加熱台１３および蓋部材１５は、図１の場合と同様に、耐熱性で熱伝導性がよく、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成する。バーナー６は、加熱台１３の下面側に配され、加熱台１３を介して光ファイバ１ａ，１ｂの所定の範囲を均一に加熱してＴＥＣ処理を行なう。
【００２２】
また、この第２の実施の形態で、加熱台１３は、上面に溝を設けた形状とすることができる。溝の形状としては、図に示すように、一般に光ファイバの位置決めに多く使用されているＶ溝１４で形成するのが好ましい。図２（Ｂ）の多芯の場合は、バーナー６の炎の噴出口をマトリックス状に設け、光ファイバの配列方向の加熱が均一に行なわれるようにする。多心の場合、バーナー６の炎が直接光ファイバに当たることがなく、炎の回り込みもないので、図１０（Ｃ）に示したような炎の中心部分と外側部分との温度差により、光ファイバ配列位置での加熱温度に差は生じない。したがって、多芯の全光ファイバに対して、ＴＥＣ処理を均一に行なうことができる。
【００２３】
光ファイバ１ａ，１ｂは、加熱台１３のＶ溝１４で保持されるので、図１の場合と比べ加熱台１３との接触個所が増え、側面からの輻射も増加するので加熱の均一性を高めることができる。また、蓋部材１５で押えることにより、高精度の位置決めができ、光ファイバ１ａ，１ｂが加熱により軟化することがあっても、湾曲が抑制されて真直性を保つことができる。
【００２４】
また、バーナー６は、蓋部材１５側に配し、蓋部材１５側を加熱するようにすることもできる。この場合、蓋部材１５が加熱台の役目をなす。さらに、図２（Ｃ）に示すように、バーナー６を加熱台１３と蓋部材１５の両側に配し、上下両側から加熱するようにしてもよい。この場合、光ファイバへの加熱の均熱性をより高めることができる。
【００２５】
図３は、第３の実施の形態を示し、図３（Ａ）は加熱台の斜視図、図３（Ｂ）はＶ溝を用いた例を示す図、図３（Ｃ）は半円溝を用いた例を示す図である。図中、１６は半円溝を示し、他は図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２６】
この実施の形態は、図２（Ｃ）の変形例で、Ｖ溝１４を設けた加熱台１３を上下に配したものである。すなわち、蓋部材１５側にもＶ溝１４を設けたのと同等の構成としたものである。光ファイバ１ａ，１ｂは、上下のＶ溝１４で位置決め保持されるので、位置決め精度が高く、また、上下にバーナー６を配することにより、加熱の均一性は図２（Ｃ）と比べて、さらに良好にすることができる。
【００２７】
図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の構成において、光ファイバ１ａ，１ｂの位置決め用のＶ溝１４を、半円溝１６で形成したものである。また、図には示していないが、図２に示すように、半円溝１６を設けた加熱台１３と溝を有しない蓋部材１５を用いて、バーナー６を下方のみ、上方のみ、または下方と上方の両方に配して使用してもよい。光ファイバ１ａ，１ｂの位置決め溝を半円溝１６とすることにより、光ファイバ１ａ，１ｂとの接触面積が広がる。したがって、半円溝１６で形成したものは、Ｖ溝１４で形成したものと比べて、加熱の均一性はさらに向上させることができる。
【００２８】
図４は、第４の実施の形態を示す図である。図４（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図４（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図、図４（Ｃ）は他の加熱例を示す図である。図中の符号は、図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２９】
図１の例のように、光ファイバが加熱台１３に載置されて光ファイバの上方が露出されていると、作業環境によっては、光ファイバの露出面から熱が放散されて熱の均一性が欠けることが想定される。また、図２の例のように蓋部材１５で上側を覆っても、加熱台１３と加熱台１３と蓋部材１５の両端が開いていると、この部分の熱が逃げやすく、同様に熱の均一性に欠けることが想定される。そこで、この第４の実施の形態では、蓋部材１５の両側が加熱台１３の上面に接触するように脚部１５ｃを有する形状として、加熱台１３に載置されている光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分の全体を囲うようにしている。
【００３０】
この構成により、光ファイバの加熱部分の露出面をなくし、熱の放散を抑制することができる。また、蓋部材１５には、加熱台１３の熱が脚部１５ｃを介して伝達され、光ファイバ１ａ，１ｂを蓋部材１５側からも加熱することとなり、加熱効率と加熱の均一性を向上させることができる。なお、蓋部材１５の脚部１５ｃが、加熱台１３の面に接することから、図２のように光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３側に押しつける機能は多少薄れるが、外周を囲うことで加熱および熱の均一性は維持することができる。
【００３１】
また、図４（Ｂ）のように多芯光ファイバの場合においても、蓋部材１５も脚部１５ｃを介して熱せられ、蓋部材１５側からも全光ファイバに対して加熱が行なわれ、加熱効率と加熱の均一性を高めることができる。さらに、図４（Ｃ）に示すように、図２（Ｃ）の例と同様に蓋部材１５側もバーナー６で加熱するようにしてもよい。この場合、脚部１５ｃを通じて、加熱台１３と蓋部材１５との温度が均一化され、全光ファイバに対する加熱の均一性を一層高めることができる。
【００３２】
図５は、第５の実施の形態を示す図である。図５（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図５（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図である。図中、１７は無機分粉末材で、他のの符号は、図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３３】
図４の例のように、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分が露出されないようにしても、加熱台１３または蓋部材１５と光ファイバとの間に空隙があると、加熱が均一に行なえないことが想定される。空気は熱伝導性が良くないことから、光ファイバが加熱台１３または蓋部材１５と接触する部分と、接触しない部分では加熱の均一性が欠けることが想定される。そこで、この第５の実施の形態では、図４に示したような蓋部材１５の脚部１５ｃで形成される光ファイバを囲う凹部分を少し大きめに形成し、この凹部分に無機粉末材１７を充填して、光ファイバ周囲の空隙を可能な限り少なくするようにしている。
【００３４】
無機粉末材１７には、少なくとも光ファイバガラス程度の軟化温度を有する高融点で、熱伝導性のよい微少粉末、例えば、窒化アルミニウム粉末を用いるとよい。この無機粉末材は、例えば、水やアルコールを加えて流動性のある状態にして、空隙部に充填する。また、加熱台１３にＶ溝１４が設けられている場合、Ｖ溝と光ファイバとの間に生じる空隙部にも充填するのが好ましい。加熱により水やアルコールは蒸発するが、充填される空隙部分は微少なため無機粉末は空隙内に残り、空隙体積を減じるとともに加熱台１３および蓋部材１５からの熱を伝達し、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱を均一に行なうことができる。
【００３５】
図６は、第６の実施の形態を示す図である。図６（Ａ）は単心光ファイバの例を示す図、図６（Ｂ）は多芯光ファイバの例を示す図である。図中の符号は、図２および図５に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３６】
図５の例のように、蓋部材１５の凹部分に無機粉末材１７を充填するのは、粉末材の流出や充填量に気を遣うなど作業性に多少の難がある。そこで、この第６の実施の形態では、蓋部材１５を用いずに光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３に載置した上からに無機粉末材１７を直接付与する。無機粉末材１７は、比較的耐熱性のある樹脂等に混合して粘土状にし、押し型等を用いて光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３上に無機粉末材１７とともに固定する。また、加熱台１３にＶ溝１４が設けられている場合、Ｖ溝と光ファイバとの間に生じる空隙部にも充填するのが好ましい。なお、Ｖ溝１４内には粘土状にしない粉末形状のままで充填してもよい。
【００３７】
無機粉末材１７は、光ファイバ１ａ，１ｂの加熱部分の露出部を外囲気から完全に覆い、露出部からの熱放散を防止し、加熱台１３から無機粉末材１７に伝達された熱は、光ファイバの露出部側からも加えられ光ファイバの加熱を均一に行なうことができる。なお、加熱により無機粉末材を保持して樹脂材が焼失または炭化するが、最終的には無機粉末材は除去するので、特に問題とはならない。
【００３８】
図７は、バーナーの代わりに発熱抵抗ヒーターを用いた実施の形態を示す図である。図中、１８は発熱抵抗ヒーター、１９は温度検出器、２０は温度制御器を示し、他は図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。発熱抵抗ヒーター１８は、加熱台１３または蓋部材１５に図のように埋設した構成の他に、加熱台１３または蓋部材１５の外面に貼り付けた構成や隣接して配置した構成としてもよい。加熱台１３または蓋部材１５の加熱温度は、埋設または外面に貼り付けた温度検出器１９により容易に検出することができる。この温度検出器１９からの温度検出信号を温度制御器２０に入力し、ヒーター電流を調整することにより、加熱台１３または蓋部材１５の加熱温度を制御することができ、温度管理が容易で安定したＴＥＣ処理を行なうことができる。
【００３９】
図８は、平面導波路との結合に用いる光ファイバアレイに適用した例を示す図である。図８（Ａ）はＴＥＣ処理状態を示す図、図８（Ｂ）はＴＥＣ処理後の状態を示す図、図８（Ｃ）は光ファイバアレイを示す図、図８（Ｄ）は光ファイバアレイのａ−ａ断面を示す図である。図中、２１は接着剤、２２は切断面を示し、他は図１，図２に示した符号と同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００４０】
平面導波路と光ファイバとの結合で、例えば、平面導波路とはコア径の小さい光ファイバで結合し、線路側は通常のコア径を有する光ファイバとする場合がある。このため、結合用の光ファイバアレイで、通常のコア径を有する光ファイバの先端にコア径の小さい光ファイバを融着接続して使用される。融着接続部は上述したＴＥＣ処理して接続損失を減じている。しかし、ＴＥＣ長が長くなると光ファイバアレイ寸法が大きくなり、光部品の小型化、高密度実装を妨げることとなる。また、光ファイバアレイの製造時のハンドリングの不便さもあったが、本発明の加熱台を用いることにより、これらの問題を解決することが可能となる。
【００４１】
図８（Ａ）において、互いに融着接続されたコア径の小さい光ファイバ１ａとコア径の大きい光ファイバ１ｂを、図２で説明したように単芯または多心用のＶ溝を有する加熱台１３上に載置し、蓋部材１５で押えて位置決めする。加熱台１３および蓋部材１５は、窒化アルミニウムのような耐熱性、熱伝導性に優れ、熱膨張係数が光ファイバガラスに近いセラミックス等の材料で形成する。
【００４２】
また、加熱台１３および蓋部材１５は、光ファイバ１ａ，１ｂのファイバ被覆４の端部分を覆うような長さを有し、光ファイバ１ａ，１ｂと接触する凸部１３ａおよび１５ａの長さを、所定のＴＥＣ長が得られるように設定してある。なお、ＴＥＣ処理は必要としないが、光ファイバ１ａ側の位置決めを正確に行なうための凸部１３ｂおよび１５ｂを、凸部１３ａ、１５ａから離れた位置に設けることができる。光ファイバ加熱台１３および蓋部材１５は、バーナー６より加熱され、光ファイバ１ａ，１ｂの融着接続部の近傍をＴＥＣ処理する。
【００４３】
図８（Ｂ）は、ＴＥＣ処理後の状態を示し、光ファイバ１ａ，１ｂの融着接続部近傍は、コア拡大部７が形成され、コア径の不連続状態がテーパー状にスムーズになるようにされる。ＴＥＣ処理が終えた後、加熱台１３および蓋部材１５は取外さずにそのまま光ファイバアレイの基板として使用する。光ファイバ１ａ，１ｂと加熱台１３、蓋部材１５との隙間部分に接着剤２１を流し込み、光ファイバ１ａ，１ｂを加熱台１３、蓋部材１５に接着一体化する。この後、鎖線Ｙ−Ｙで示す位置で、コア径の小さい方の光ファイバ１ａを加熱台１３、蓋部材１５の一部とともに切断する。なお、光ファイバ１ａの位置決め用の凸部１３ｂ，１５ｂも、この切断で除去される。
【００４４】
図８（Ｃ）は、光ファイバ１ａ側を切断除去して形成した光ファイバアレイ２３を示し、切断された切断面２２は研磨処理される。切断面２２には、コア径の小さい方の光ファイバ１ａが露出されて平面導波路の光路と結合され、反対側は、コア径の大きい方の光ファイバ１ｂが接着剤２１で封止された形で導出される。加熱台１３と蓋部材１５は、光ファイバアレイ２３を構成する基板１３’および１５’として使用される。図５（Ｄ）は、光ファイバアレイ２３のａ−ａ断面で、複数の光ファイバ１ａをＶ溝１４で正確に位置決めされている状態を示し、基板１３’と１５’間ならびに光ファイバとの隙間には、接着剤２１を充填して一体化されている。
【００４５】
加熱台１３および蓋部材１５は、凸部１３ａ，１５ａにより加熱領域が正確に規制され、所定のＴＥＣ長で形成することができるので、光ファイバアレイの形状を必要最小限の大きさで形成することができる。また、加熱台１３および蓋部材１５をそのまま光ファイバアレイ２３の基板１３’，１５’として使用することにより、加熱台１３から光ファイバを外して他の基板に組み込む必要がなくなり、作業性がよくなる。さらに、ＴＥＣ処理後に光ファイバを加熱台からの外して基板に移す搬送作業時に、光ファイバを傷つけやすいが、このような傷を発生する機会を少なくでき、信頼性の高い光ファイバアレイとすることができる。以上、光部品への適用について、光ファイバアレイの例を用いて説明したが、異種光ファイバの融着接続部を内蔵させた他の光部品にも適用することができる。
【００４６】
また、図５で説明したように、図８の光ファイバアレイ２３の製造に際して、ＴＥＣ処理を行なう凸部１３ａ，１５ａの間に無機粉末材を充填して加熱することができる。この光ファイバアレイ２３では、加熱台１３、蓋部材１５をそのまま基板１３’，１５’として用いるので、無機粉末材は加熱後に除去する必要がない。したがって、この場合、無機粉末材は加熱により溶融し接着性を有するものであってもよいので、シリカまたはアルミナを主成分とする無機接着剤（例えば、（株）バイオロゴス製のセラムースＳＡ２０００）を用いることができる。また、低融点のガラス微粉末（例えば、日本電気硝子（株）製のアルミナ封着用ガラス粉末や低膨張セラミックス封着用ガラス粉末）を水またはアルコールを加えて充填しやすいようにして用いることができる。
【００４７】
基板１３’，１５’の凸部１３ａ，１５ａと光ファイバ１ａ，１ｂとの間の隙間に充填された無機接着剤は、ＴＥＣ処理の加熱において、隙間部分からの熱が放散されるのを防ぎ光ファイバ１ａ，１ｂの加熱を均一にする。また、加熱終了後は、基板１３’，１５’と光ファイバ１ａ，１ｂとを一体化する接着剤としての機能も備えることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＴＥＣ処理のための加熱により、光ファイバが軟化変形するのを防止し、ファイバ被覆を焦がすのを防止することができる。また、多芯光ファイバに対しては、均一な加熱で全光ファイバにばらつきのないＴＥＣ処理を行なうことができる。さらに、ＴＥＣ長を所定の領域に限定して行なうことができ、信頼性のある高品質で接続損失の小さい融着接続が得られ、光ファイバアレイの小型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明する図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を説明する図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態を説明する図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態を説明する図である。
【図７】本発明の加熱源に発熱抵抗ヒーターを用いる例を示す図である。
【図８】本発明を光ファイバアレイに適用する例を示す図である。
【図９】従来の加熱方法とＴＥＣ処理を説明する図である。
【図１０】従来の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…光ファイバ、２…ガラスファイバ部（クラッド部）、３ａ，３ｂ…コア部、４…ファイバ被覆、５…融着接続部、６…バーナー、７…コア拡大部、１１，１２，１３…加熱台、１４…Ｖ溝、１５…蓋部材、１６…半円溝、１７…無機粉末材、１８…発熱抵抗ヒーター、１９…温度検出器、２０…温度制御器、２１…接着剤、２２…切断面、２３…光ファイバアレイ。
Claims (20)
- モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱方法であって、前記光ファイバの融着接続部の近傍を加熱台上に載置し、前記加熱台を熱源により加熱し、前記加熱台を介して前記光ファイバを加熱することを特徴とする光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台に凸部を設け、前記凸部に光ファイバ部分を接触させて加熱することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台に蓋部材で前記光ファイバを押えることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台に両端部が接触する蓋部材で、前記光ファイバを囲うことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台と前記蓋部材と前記光ファイバとの間の隙間に、無機粉末材を充填することを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台に無機粉末材で、前記光ファイバを囲うことをことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記無機粉末材に、窒化アルミニウム粉末を用いることを特徴とする請求項５または６に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- 前記加熱台および蓋部材を取外さずに光ファイバアレイの基板として用いることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ融着接続部の加熱方法。
- モードフィールド径が互いに異なる異種光ファイバ同士を融着接続した後、接続部のモードフィールド径を一致させるように融着接続部の近傍を加熱する光ファイバ融着接続部の加熱装置であって、前記光ファイバの融着接続部の近傍が載置される凸部を設けた加熱台と、前記加熱台を加熱する熱源とを備えたことを特徴とする光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記加熱台に前記光ファイバを押える蓋部材を備えていることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記光ファイバを囲う前記加熱台に両端部が接触する蓋部材を備えていることを特徴とする請求項９記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記加熱台に前記光ファイバを位置決めして載置する溝が設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記溝はＶ溝で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記溝は半円溝で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記蓋部材に前記光ファイバを押えるＶ溝または半円溝が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記加熱台がセラミックスで形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記蓋部材がセラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記セラミックスは窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１６または１７に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記熱源がバーナーであることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
- 前記熱源が発熱抵抗ヒーターであることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ融着接続部の加熱装置。
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