JP3769386B2

JP3769386B2 - 光減衰スタブ及びそれを用いた光減衰器

Info

Publication number: JP3769386B2
Application number: JP21515798A
Authority: JP
Inventors: 直哉鶴巻
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: JP2000047036A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信回路において、光コネクタ電送エネルギの調整または光通信システムの測定時の光パワー調整などに用いられ、特に、画像電送や、高速の光信号を電送するシステムなどのために大きな反射減衰量を必要とする光減衰スタブおよびそれを用いた光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記光減衰スタブとして、光ファイバを内蔵した１本のフェルールの途中に設けた切欠部に予め減衰特性をもたせたガラス板などのフィルタを挟むように光ファイバを配置させたものがあった。また、光ファイバを内蔵した２本のフェルールのうち、一方のフェルールの片端面、または両方のフェルールの片端面に、所定の減衰特性を持たせた薄膜を蒸着したものがあった。
【０００３】
これら従来の光減衰スタブはその共通した問題点として、光ファイバ接続端面で光源からの光信号が反射して再度光源に戻る、いわゆる反射戻り光損失の問題がある。
【０００４】
この反射戻り光は光源の発振を不安定にしてノイズ信号の要因となるので特に映像などの大容量広帯域光通信システムにとっては重要な問題である。
【０００５】
また、実開平５−１５００２には、１本のフェルールと吸収損失が高い光減衰ファイバ（高濃度光ファイバ）からなる光減衰器用端末部材であって、光ファイバにドービングされる遷移金属が、コバルト、鉄およびニッケルから選ばれた少なくとも１種であり、これら遷移金属の光ファイバに対する濃度がコバルトの場合が１００ｐｐｍ以上、鉄およびニッケルの場合が１０００ｐｐｍ以上であることを特徴とする考案が記載され、この端末部材によれば、フェルールに内蔵される光減衰ファイバの単位吸収損失率を１００ｄＢ／ｍとすることによって、３ｄＢ以上の減衰量を実現できることが説明されている。
【０００６】
しかしながら、光減衰スタブは、５ｄＢ〜３０ｄＢまで５ｄＢ毎の製品のラインナップがあり、又、端末部材の長さｌ＝２２．４ｍｍとほぼ共通化されており、例えば、３０±１ｄＢの場合、光減衰ファイバの長さｌ＝２２．４ｍｍとすると、単位吸収損失率として１３３９ｄＢ／ｍで公差±４４．６ｄＢ／ｍ以下が必要となるが、現状の光減衰フィアバは公差が±１０％、すなわち、１３３９ｄＢ／ｍを基準とすると±１３３ｄＢ／ｍもの公差があり、安定した品質での供給が非常に難しかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述した従来の光減衰スタブの問題点を解決するためになしたものであり、反射戻り光損失の問題をおこさず、また、光減衰ファイバの製品公差の大小に拘らず、安定した品質での供給を可能とするよう構成した光減衰スタブ及びそれを用いた光減衰器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、長さの異なる２種類のファイバを一対のフェルールで保持するものとし、且つ、これらファイバをそれぞれ遷移金属添加の光減衰ファイバとシングルモード光ファイバとしたことを特徴とする。また、この構成によれば、長尺のファイバは両方のフェルールに跨がるよう配置され、スリーブ内の両フェルール間のスペースに接着剤を充填することにより、フェルール同士と上記長尺のファイバを一体的に結合する。
【０００９】
すなわち、第１のファイバを第１のフェルールの貫通孔全域と第２のフェルールの貫通孔の途中まで挿入し、上記第２のフェルールに備えた貫通孔の残部には第２のファイバを挿入して上記第１ファイバに圧接せしめてなり、且つ、両ファイバがそれぞれ遷移金属添加の光減衰ファイバとシングルモード光ファイバなどの非減衰ファイバであることを特徴とする光減衰スタブ及びそれを用いた光減衰器を提供せんとするものである。
【００１０】
なお、非減衰ファイバがシングルモードタイプのものはコアが約１０μｍ、マルチモードタイプの場合は約５０μｍのものを使用する。
【００１１】
また、本発明において、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭファイバと略称する）とは１つのモードのみの光を伝搬する光ファイバであり、これは、複数のモードの光を通すマルチモード光ファイバに対する概念である。
【００１２】
【作用】
本発明の光減衰スタブでは、コバルト、鉄およびニッケルなどの遷移金属を添加した光減衰ファイバを用いる。
【００１３】
この光減衰ファイバは、フェルールの貫通孔に装着する前には、１ロットが長尺の巻物状であり、単一のロットではどこを切っても単位吸収損失率ｄＢ／ｍがほとんど全く変わらない。
【００１４】
そこで、ロットごとに固有の単位吸収損失率ｄＢ／ｍを測定し、この測定値に基づき所定の吸収損失量を得ることができるファイバの長さを計算により求める。そして、計算に求めた長さの光減衰ファイバを挿入した場合のフェルールの残り長さ分に、ＳＭファイバを挿入する。例えば、単位吸収損失率が１０００ｄＢ／ｍの光減衰ファイバを用いる場合、５ｄＢの吸収損失を得るために長さ５ｍｍ、１０ｄＢのために１０ｍｍ、１５ｄＢのために１５ｍｍの長さの光減衰ファイバを用い、フェルールの長さの残り長さ分のＳＭファイバと組み合わせることにより、単一のロットからは同品質の光減衰器を間違いなく得るこができる。したがって、光減衰ファイバの単位吸収損失率につき公差が大きいという問題を乗り越えることができる。
【００１５】
また、本発明の光減衰スタブは光減衰ファイバと非減衰ファイバとをフェルールの貫通孔に挿入し、軸方向に圧接させた状態下において、光ファイバを固着したものであることから、両光ファイバ（光減衰ファイバとＳＭファイバ）がその接合点において密着当接し、何等、介在物が存しないので、反射戻り損失の問題を起こさない。
【００１６】
また、本発明では、ファイバ接合面をへき開面どうしの接合とする。これにより高い反射減衰量を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図により説明する。
【００１８】
図１（ａ）はフェルールと、フェルールに内蔵される光ファイバをスリーブにより組み合わせた本発明の光減衰スタブを示し、１、２は円筒体をなすフェルールであって、１は第１のフェルール、２は第２のフェルールであり、その軸線方向に貫通孔３、３を備え、第１のファイバとしてＳＭファイバ４を上記第１のフェルールの貫通孔３の全域と第２のフェルール２の途中まで挿入し、また、第２のフェルール２に備える貫通孔３の残部には第２のファイバとしてコバルト、鉄およびニッケルなどの遷移金属を添加した光減衰ファイバ５を挿入固着したものである。
【００１９】
上記一対のフェルール１、２は、円筒体をなすスリーブ１０の貫通孔１３内にて、それぞれの後端面１ａ、２ａが向き合うように配置され、且つ、相互に間隔を持って接着剤２０により固着されている。なお、フェルール１、２間に充填され、これらを固着する上記接着剤２０は、同時に、前記ＳＭファイバ４を所定位置に固着している。これに対して前記光減衰ファイバ５は、第２のフェルール２の貫通孔３内で不図示の接着剤にて固着されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すようにＳＭファイバ４と光減衰ファイバ５との接続当接部分は、端面の外周部分をテーパー面とすることで小径とされており、残った中央の平面で面当接させている。この当接面はへき開面であることが望ましい。なお、当接面の径ｒを８０μｍ以下とすれば、光減衰ファイバ５からＳＭファイバ４へ入射するクラッドモ−ド光（コアから外れてクラッド部分を伝搬する光）をテ−パ−面から外部に散乱して放射することで顕著に低減できるので好ましい。この径ｒが８０μｍを超えるとＳＭファイバ４へ入射するクラッドモ−ド光を低減できない恐れがある。また、テーパー角α°としては５°〜７０°の範囲であることが好ましい。これはテ−パ−面で反射した光減衰ファイバ５のクラッドモ−ド光がフェル−ル内壁で多重反射することで減衰し低減されていくからである。しかし、上記テーパー角α°が５°未満の場合や７０°を超える場合は、光減衰ファイバ５のクラッドモ−ド光がＳＭファイバ４にそのまま伝搬してしまうため、ＳＭファイバ４へ入射するクラッドモ−ド光を低減できない恐れがある。因みに、当接部分の端面にテーパー面を形成するのはＳＭファイバ４と光減衰ファイバ５のうちどちらか一方だけであっても構わない。その他、接続当接部分の形態としては、凸球面の相互接続やアングルＰＣ接続であっても良い。
【００２１】
ここでフェルールを２個使用することの利点を説明するに、これらは全長が短いため端面で良好な同心度が容易に得られる。すなわち、全長が短いため良品が入手し易く、結局２個使用しても、長尺フェルール１個の場合よりも、かなり安価となる。
【００２２】
因みに、図１（ａ）には光減衰ファイバ５が短尺で、ＳＭファイバ４が長尺の例を示したが、長さの関係が逆であっても構わない。なお、前記接着剤２０としては、紫外線硬化型水溶性接着剤や熱可塑性接着剤等を用いることができる。
【００２３】
上記フェルール１、２の材質としては、ジルコニアなどのセラミックス、ステンレスなどの金属、プラスチックなどの高分子材料などを適宜用いることができる他、通常のガラスやその他の透明材料を用いても良い。
【００２４】
また、上記光減衰ファイバ５は、コバルト、鉄またはニッケルから選ばれた遷移金属をドーピングしていることから、クロムや銅などの他の金属の場合と比較して、１．２μｍから１．６μｍ程度の波長領域においてほぼ一様な単位吸収損失率を付与することができる。例えば、光減衰ファイバ５にドーピングされる遷移金属の濃度を、コバルトの場合は１００ｐｐｍ以上、鉄およびニッケルの場合は１０００ｐｐｍ以上とすることにより、単位吸収損失率を１００ｄＢ／ｍ以上にすることができる。
【００２５】
上記ＳＭファイバ４は、代表的には石英ガラスで構成され、コア径（直径）が８〜１０μｍ、クラッド径（直径）が１２５μｍを標準とする。
【００２６】
なお、これら光ファイバの長さの規程方法は次のとおりである。
【００２７】
まず、光減衰ファイバ５の単一のロットごとに固有の単位吸収損失率ｄＢ／ｍを測定し、この測定値に基づき所定の吸収損失量を得ることができるファイバの長さを計算により求め、そして、計算に求めた長さの光減衰ファイバ５を挿入した場合のフェルールの残り長さ分のＳＭファイバと組み合わる。ロットごとに固有の単位吸収損失率ｄＢ／ｍを測定し、この測定値に基づき所定の吸収損失量を決定する。そして、決定した長さの光減衰ファイバを挿入した場合のフェルールの残り長さ分に、ＳＭファイバ４を挿入する。
【００２８】
なお、光減衰ファイバ３の単位吸収損失率としては１００〜１００００ｄＢ／ｍの範囲が好ましく、上記損失率が１００ｄＢ／ｍ以下では高吸収損失の光減衰器を得ることできず、他方、１００００ｄＢ／ｍで低吸収損失の光減衰器を得ることができないという恐れがあるためである。
【００２９】
次に、図２〜３に基づき、本実施形態の光減衰スタブの作製方法について説明する。
【００３０】
まず、不図示の長さ合わせ治具を用いて、図２に示すように第２のフェルール２の先端側に接着剤で光減衰ファイバ５を固着し、又、第１のフェルール１にはＳＭファイバ４を接着剤で固着する。この時、それぞれのファイバはフェルールの後端面１ａ、２ａに形成したテーパーコーン状凹部６を利用して貫通孔３内に挿入する
続いて、図３に示すように第２のフェルールと第１のフェルールを組合せ、その外周に前記スリーブ１０を嵌挿し、位置決め治具Ｑに第１のフェルール１側を固定し、また、第２のフェルール２の先端側を、もう一つの位置決め治具Ｐにより押圧した状態下、スリーブ１０の接着剤注入孔１１から接着剤を流し込む。
【００３１】
なお、上記治具Ｐによる押圧力としては３０〜２００ｇｆの範囲内であることが好ましい。この押圧力が３０ｇｆ未満であると、両光ファイバの密着力が不十分で光損失が多く発生する恐れがあり、他方、２００ｇｆより大きい場合には、ファイバにクラック等の損傷が生じてしまう恐れがあるためである。
【００３２】
次に、図４と図５はそれぞれ、前記スリーブ１０と該スリーブ１０に組み合わされたフェルール＋ファイバを保持するハウジング３０を示す。図４に示すようにスリーブ１０は端面にキー突起１２を備えるものであり、他方、略円筒体をなすハウジング３０は、図５に示すように貫通孔３３内の前端側に中心軸方向に向かって突出する周状張出部３１を備え、該周状張出部３１に前記キー突起１２と嵌合するキー溝３２が設けてあり、両者の嵌合によりフェルールの回動を防止する構成となっている。このような構成によれば、スリーブ１０の外周を多角形状とする必要がなく、コスト的に大いに有利な光減衰器となる。
【００３３】
以上、図により本発明の実施形態を例示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができるのは言うまでもない。
【００３４】
【実験例】
図１のようにスリーブにより固定したファイバ装着のフェルールを図５に示すハウジング３０に嵌合して本発明の光減衰器を組み立てた。この光減衰器について下記の条件で減衰量測定を行った。なお、ファイバーの接合部分における当接面の径ｒ、テーパー面のテーパー角α°（図１（ｂ）参照）の異なるものを多数用意して測定を行った。
【００３５】
測定の結果を図６のグラフに示す。尚、各ファイバー先端面はへき開面とし、これにテーパー加工を施してへき開面どうしを接合させた。同図（ａ）に示すように、上記径ｒが８０μｍより大きい場合には、光減衰ファイバ５のクラッドモード光がテ−パ−面から外部に十分放射できないので、ＳＭファイバ４へ入射するクラッドモード光が低減せず、光強度の調整機能が損なわれてしまった。
【００３６】
また、同図（ｂ）に示すようにテーパー角α°が５°未満では、光減衰ファイバ５のクラッドモ−ド光が外部に放射されることなくＳＭファイバ４のクラッド部分にそのまま伝搬してしまい、他方、同図（ｃ）に示すように７０°を超えると、テーパー面において光減衰ファイバ５のクラッドモ−ド光が接合面を通過する方向に反射してしまい、これがＳＭファイバ４のクラッド部分またはコア部分に伝搬してしまうため、ＳＭファイバ４へ入射するクラッドモード光が低減せず、光強度の調整機能が損なわれてしまった。
【００３７】
【発明の効果】
叙上のように、本発明によれば、コバルト、鉄およびニッケルなどの遷移金属を添加した光減衰ファイバを用い、この光減衰ファイバの単一のロットごとに固有の単位吸収損失率ｄＢ／ｍを測定し、この測定値に基づき所定の吸収損失量を得ることができるファイバの長さを決定し、そして、決定した長さの光減衰ファイバを挿入した場合のフェルールの残り長さ分のＳＭファイバと組み合わせ、これら光ファイバをフェルールの貫通孔に挿入し、軸方向に圧接させた状態下において、２本の光ファイバを固着したものであることから、反射戻り光損失の問題をおこさず、また、光減衰ファイバの製品公差の大小に拘らず、安定した品質での光減衰器の供給を可能とするものである。
【００３８】
また、２本のファイバを用いたことにより装置が容易で安価に作製できる。
【００３９】
また、先端形状を最適化（特にへき開面）とすることにより、高反射減衰量が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光減衰スタブの断面図、（ｂ）は（ａ）の領域Ａにおけるファイバーの接合状態を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１の光減衰スタブを構成する第２のフェルールとこれに備えた第２のファイバ（ＳＭファイバ）を示す断面図であり、（ｂ）は同じく第１のフェルールと第１のファイバ（光減衰ファイバ）を示す断面図である。
【図３】本発明実施形態における光減衰スタブの組立て方を示す説明図である。
【図４】本発明の光減衰スタブを構成するスリーブを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の光減衰器を構成するハウジングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図で且つ、Ｄ−Ｄ線を断面で示している。
【図６】本発明実験例における結果を示すグラフであり、それぞれ（ａ）はファイバ先端径と減衰量、（ｂ）はテーパー角と反射減衰量、（ｃ）はテーパー角と減衰量の関係を示す。
【符号の説明】
１フェルール（第１）
２フェルール（第２）
１ａ、２ａ後端面
３、１３、３３貫通孔
４ＳＭファイバ（シングルモード光ファイバ）
５光減衰ファイバ
１０スリーブ
１１接着剤注入孔
１２キー突起
３０ハウジング
３１周状張出部
３２キー溝
Ｐ，Ｑ位置決め治具
ｒ径

Claims

線方向に貫通孔を備えた一対のフェルールを円筒体をなすスリーブ内に挿入状態下で接着剤にて固着してなる光減衰スタブであって、第一のファイバを第一のフェルールの貫通孔全域と第二のフェルールの貫通孔の途中まで挿入し、上記第二のフェルールに備えた貫通孔の残部には第二のファイバを挿入して上記第一ファイバに当接せしめてなり、当接する面の径を８０μｍ以下、上記ファイバの当接部位の端面外周部分をテーパー角５〜７０°のテーパー面とし、且つ、両ファイバがそれぞれ遷移金属添加の光減衰ファイバとシングルモード光ファイバなどの非減衰ファイバであることを特徴とする光減衰スタブ。
上記光減衰ファイバの単位吸収損失率が１００〜１００００ｄＢ／ｍであることを特徴とする請求項１記載の光減衰スタブ。
前記スリーブの端面にキー突起を設けた光減衰スタブを、円筒体をなすハウジングの上記キー突起と嵌合するキー溝を備えた貫通孔内に嵌着したことを特徴とする請求項１または２記載の光減衰スタブ。