JP3780867B2

JP3780867B2 - 光ファイバ用毛細管

Info

Publication number: JP3780867B2
Application number: JP2001123199A
Authority: JP
Inventors: 宏和竹内; 正紀和田; 義正山口; 正信南
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002318323A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ用毛細管及びその製造方法に関し、特に二本の光ファイバがそれぞれが挿着される二つの挿入孔を備えた光ファイバ用毛細管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における光通信の分野では、情報伝送容量の膨大化に伴って、複数の波長の光を一本の光ファイバに多重させて伝送するＷＤＭ（ＷｅｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）と称される光波長多重伝送方式が採用されるに至っている。尚、ＷＤＭは、ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷｅｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長分割多重）を含む（以下同様）。この種の伝送方式においては、光ファイバ伝送路の途中に波長弁別器や光増幅器等のＷＤＭ部品が設置されるのが通例であり、また近年、伝送容量向上のために、これらのＷＤＭ部品を偏波保持型のもので構成することが開発され、利用されつつある。
【０００３】
このようなＷＤＭ用の波長弁別器としては、例えば図１に示すように、二本の光ファイバ６、８が挿入固定された第一の毛細管（ガラスキャピラリ）１の一側方に、コリメート用の円柱状ＧＲＩＮ（ｇｒａｄｅｄｉｎｄｅｘ：屈折率分布型）レンズ２と、波長弁別用のフィルタ素子（ＷＤＭフィルタ）３と、集光用の円柱状ＧＲＩＮレンズ４と、一本の光ファイバ７が挿入固定された第二の毛細管５とを、順々に配列した構造のものが存在する。尚、偏波保持型の波長弁別器も構造上は同様である。
【０００４】
この構成によれば、第一の毛細管１のポートＡから一方の光ファイバ６及び円柱状ＧＲＩＮレンズ２を通過してフィルタ素子３に入射した光は、必要な波長の光信号が円柱状ＧＲＩＮレンズ４及び第二の毛細管５の光ファイバ７を通過してポートＣに至るのに対して、不要な波長の光信号はフィルタ素子３で反射した後に円柱状ＧＲＩＮレンズ２及び第一の毛細管１の他方の光ファイバ８を通過してポートＢから出射され、異なる波長に対応するフィルタ素子を備えた同様のＷＤＭ部品に導かれる。尚、同図に示す各構成要素の形状、大きさ、相互間離隔寸法等は、便宜上、模式的なものであると共に、光の光路についても、屈折等を考慮しない模式的なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記第一の毛細管１には、二本の光ファイバ６、８を挿入固定するための二つの挿入孔が形成されるが、この二つの挿入孔の配設位置が適切でなければ、第一の毛細管１の機械的強度に偏りが生じるなどして耐久性の低下を招くばかりでなく、円柱状ＧＲＩＮレンズ２と組み合わせる際の光軸の心出し作業が困難になる等の不具合を招く。
【０００６】
しかも、上記二つの挿入孔は、その軸直角断面形状が真円形または略真円形とされているのが通例であって、その内径は光ファイバの外径よりも僅かに大きくされているに過ぎないため、この挿入孔に光ファイバを挿入する際には、光ファイバの略全周が挿入孔と接触することになり、両者の接触面積及び摺動抵抗が大きくなって挿入作業の困難化を余儀なくされる。
【０００７】
更に、上記挿入孔と光ファイバとの間には、この両者の固着に供される接着剤を充填するための充分な間隙を確保することが困難である。また、このような毛細管を偏波保持型のＷＤＭ部品に利用すると、温度変化による膨張収縮によって熱応力が生じた場合に光ファイバが圧縮されて偏波方向が変化する等の不具合を招く。
【０００８】
これに対処すべく、接着剤を充填するための充分な間隙を設けた場合には、挿入孔に対する光ファイバの軸心の相対位置が一義的に決まらず、常に正確な位置に光ファイバを保持できなくなり、所要の光学的特性が得られなくなるという難点がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、毛細管に形成される光ファイバ挿入固定用の二つの挿入孔の構成に改良を加えることにより、他の光学素子とのアライメントの簡略化、挿入孔への光ファイバの挿入作業の容易化、または偏波特性の適正化を図りつつ、挿入孔に対して光ファイバの軸心を精度良く保持させることを技術的課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を達成するため、本発明は、内部に光ファイバがそれぞれ挿着される二つの挿入孔を有するガラス材料からなる円柱体の光ファイバ用毛細管において、上記二つの挿入孔は、それぞれの断面形状が略同形であって上記円柱体の中心(O)の両側に対称的に配置されると共に、上記挿入孔と光ファイバとの間に接着剤が充填される間隙を有して光ファイバが部分的に内接するようになっており、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの相互の中心(O1)、(O2)間の距離(S)が０．２５ｍｍ未満になるように構成され、且つ、上記円柱体の外径(D)が０．９ｍｍ〜２．５ｍｍの円柱状ＧＲＩＮレンズの直径と略等しくなるように設定され、上記円柱体が、厚さ１ｍｍについて波長が３６５ｎｍ〜５００ｎｍの光を６０％以上透過させることに特徴づけられる。
【００１１】
このような構成によれば、二つの挿入孔が円柱体の中心Ｏの両側に対称的に配置されていることから、機械的強度に偏りが生じなくなって耐久性が高められると共に、他の光学素子と組み合わせる際の光軸の心出し作業が容易になる。また、各挿入孔は、光ファイバが部分的に内接するように構成されていることから、挿入孔に対する光ファイバの相対位置が略一義的に決まり、光ファイバの軸心を精度良く位置決めできると共に、挿入孔に光ファイバを挿入する際には、挿入孔と光ファイバとの接触面積が小さくなることに伴って、両者間の摺動抵抗が小さくなるため、挿入作業が容易化されて作業時間の短縮及び作業能率の改善が図られる。更に、挿入孔と光ファイバとの間には接着剤が充填される間隙が存在していることから、数μｍのマーキングを部分的に塗った光ファイバであっても、そのマーキングを間隙に位置させれば、光ファイバを挿入孔に容易に挿入することが可能となる。しかも、この毛細管を偏波保持型のＷＤＭ部品に適用する場合には、接着剤が充填される間隙の広くなっている部位に偏波保持型光ファイバの応力付加の方向を位置させれば、その硬化時の熱応力による光ファイバの圧縮及びこれに起因する偏波方向の変化等の不都合が緩和される。尚、二本の光ファイバの中心Ｏ１、Ｏ２間の距離Ｓは、この毛細管と組み合わされる光学素子、例えば既述のＷＤＭ部品の円柱状ＧＲＩＮレンズに対して適切に光信号を送受信できる所定値に設定される。更に、二つの挿入孔に挿着される光ファイバの中心間距離Ｓを０．２５ｍｍ未満に設定したから、例えば既述の円柱状ＧＲＩＮレンズの小型化や小径化に対応させることが可能になると共に、二本の光ファイバが円柱体の軸心部に近づくため、導波路の光学的特性が向上し、例えば既述のフィルタ素子での光の反射角度を小さくしてその出力光の損失を低減させることが可能となる。尚、各挿入孔の内径は、例えば０．１２７ｍｍ程度に設定するのが通例であるため、二つの挿入孔の中心間距離Ｓの下限値は、例えば０．１３ｍｍ以上または０．１４ｍｍ以上に設定される。また、円柱体の外径Ｄを、円柱状ＧＲＩＮレンズの直径と略等しくなるように設定すれば、この両者を組み合わせて例えばＷＤＭ部品を製作する際のアライメント及びアッセンブリが容易化され、組み立て作業の能率が向上する。尚、円柱体の外径Ｄを０．９ｍｍ〜２．５ｍｍに設定すれば、既存の大半の円柱状ＧＲＩＮレンズに対応可能となる。しかも、上記円柱体は、厚さ１ｍｍについて波長が３６５ｎｍ〜５００ｎｍの光を６０％以上透過させるものであることから、円柱体の挿入孔に光ファイバを固定するに際して、光硬化性接着剤（紫外線硬化性接着剤）が使用可能となり、組立作業の能率向上及び製造コストの低廉化が図られる。
【００１２】
この場合、上記二つの挿入孔の断面形状は、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの両中心(O1)、(O2)を通る第一中心線(Y)に直交し且つ該第一中心線(Y)における上記両中心(O1)、(O2)の相互間中央を通る第二中心線(X)を基準として、略対称な長円形とすることができる。加えて、上記二つの挿入孔の断面形状が、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの両中心(O1)、(O2)を通る第一中心線(Y)と平行で且つ上記両中心(O1)、(O2)を通る直線(Y1)、(Y2)をそれぞれ基準として、非対称な長円形とすることもできる。
【００１３】
また、上記円柱体のガラス材料は、アルカリイオンを含有し、イオン交換により表面に圧縮応力を生じさせて機械強度を強化したものであることが好ましい。このようにすれば、搬送時や取り扱い時の破損或いは損傷等が抑制され、光ファイバ挿入固定後の製品の信頼性が向上する。
【００１４】
そして、以上の構成を備えた光ファイバ用毛細管の製造方法としては、内部に光ファイバがそれぞれ挿着される二つの挿入孔を形成するに際して、軟化流動するガラス材料の挿入孔となるべき孔にエアブロー処理またはバキューム処理を施しながら、上記ガラス材料を成形し、光ファイバ用毛細管を作製することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１はこの実施形態に係る光ファイバ用毛細管が使用されるＷＤＭ部品を模式的に示す概略構成図、図２はその光ファイバ用毛細管の一端面及び縦断面を示す概略図である。尚、図１に示すＷＤＭ部品は、例えば波長弁別器であって、これに装備される毛細管１は、フィルタ素子３に対する入射光と反射光とをそれぞれ別々に通過させる二本の光ファイバ６，８が挿入固定されるものである。また、偏波保持型のＷＤＭ部品の構造も同様である。これらの構成及び作用については既に述べた通りであるので、ここではその説明を省略する。
【００１６】
図２(a)、(b)に示すように、光ファイバ用毛細管（既述の図１に基づく説明では第一の毛細管）１は、円柱体１０に二本の光ファイバ（例えば二本の偏波保持型光ファイバ）６，８を相互に平行に挿入固定するための二つの挿入孔１１を備える。円柱体１０の外径寸法Ｄは、０．９ｍｍ〜２．５ｍｍであって、軸方向寸法Ｌが２．０ｍｍ〜３００ｍｍに設定される。二つの挿入孔１１は、同図(a)に示すように、円柱体１０の軸直角断面における中心Ｏ（第一中心線Ｙ）に対して両側に対称もしくは略対称に配列され、この二つの挿入孔１１に部分的に内接する光ファイバ６，８の中心間距離Ｓは、０．２５ｍｍ未満または０．２４ｍｍ未満に設定される。そして、この実施形態では、各挿入孔１１の直径つまり各挿入孔１１の内接円の直径ｄが、０．１２５ｍｍ〜０．１３ｍｍ好ましくは０．１２７ｍｍであることを勘案して、上記中心間距離Ｓの下限値は、０．１３ｍｍまたは０．１４ｍｍに設定される。
【００１７】
上記二つの挿入孔１１の各軸直角断面形状は、第一中心線Ｙと直交する第二中心線Ｘに対して両側に対称もしくは略対称な長円形を呈している。更に、これらの挿入孔１１の各軸直角断面形状は、それぞれに部分的に内接する光ファイバ６，８の中心Ｏ１、Ｏ２を通り且つ第一中心線Ｙと平行な直線Ｙ１、Ｙ２に対して両側に非対称な長円形となるが、これとは別に、直線Ｙ１、Ｙ２に対して両側に対称もしくは略対称であって、且つ直線Ｙ１、Ｙ２に沿う方向に長尺な長円形または第二中心線Ｘに沿う方向に長尺な長円形であってもよい。この場合、光ファイバ６，８は、挿入孔１１に対して略一義的に軸心の位置が決まるように、換言すれば挿入孔１１に対する光ファイバ６，８の相対位置にズレが殆ど生じないように、光ファイバ６，８が挿入孔１１に部分的に内接している。この実施形態では、光ファイバ６，８の外周面と挿入孔１１の内周面とが、二箇所（或いは三箇所）で接触または略接触している。
【００１８】
ところで、挿入孔１１を形成するに際して、流動するガラスの挿入孔１１となるべき孔にエアブロー処理を施しながら成形する製造方法を採用した場合には、図３に示すように、各挿入孔１１の第一中心線Ｙ側の部分における第二中心線Ｘを含む領域に、相対的に曲率の小さい円弧１１ａ（内接円より曲率が小さい）が形成され、且つ、各挿入孔１１の第一中心線Ｙ側と反対側の部分における第二中心線Ｘを含む領域に、相対的に曲率の大きい円弧１１ｂ（内接円より曲率が小さい）が形成される。そして、全体的には、上記直線Ｙ１、Ｙ２に沿う方向に長尺な長円形をなしている。
【００１９】
これに対して、流動するガラスの挿入孔１１となるべき孔にバキューム処理を施しながら成形する製造方法を採用した場合には、図４に示すように、各挿入孔１１の第一中心線Ｙ側の部分における第二中心線Ｘを含む領域に、相対的に曲率の大きい円弧１１ｃ（内接円より曲率が大きい）が形成され、且つ、各挿入孔１１の第一中心線Ｙ側と反対側の部分における第二中心線Ｘを含む領域に、相対的に曲率の小さい円弧１１ｄ（内接円と曲率が略同じ）が形成される。そして、全体的には、上記第二中心線Ｘに沿う方向に長尺な長円形をなしている。
【００２０】
上記微小柱状体１０は、アルカリイオンを含有するガラス材料で形成され、イオン交換により表面に圧縮応力層が生じて機械強度が強化されると共に、１ｍｍの厚さに対して波長が３６５ｎｍ〜４００ｎｍの光を６０％以上透過させる特性を備えている。
【００２１】
以上のような構成を備えた光ファイバ用毛細管１によれば、計二つの挿入孔１１が、円柱体１０の第一中心線Ｙの両側に均等に振り分けられるため、毛細管として幾何学的に好ましい形態が得られると共に、剛性等の機械的特性に偏りが生じなくなって耐久性が高められ、且つ、二つの挿入孔１１が第一中心線Ｙに対して対称でない場合と比較して、ＧＲＩＮレンズ２、４やフィルタ素子３等の他の光学素子と組み合わせた際の光軸の心出し作業等が容易化される。
【００２２】
また、円柱体１０の外径寸法Ｄは、０．９ｍｍ〜２．５ｍｍに設定されているので、既存の大半の円柱状ＧＲＩＮレンズ２，４、即ち０．９ｍｍ〜２．５ｍｍの外径寸法を有する円柱状ＧＲＩＮレンズ２，４とのアライメントやアッセンブリが簡易化され、作業能率が向上する。しかも、二つの挿入孔の中心間距離Ｓは、０．２５ｍｍ未満に設定されているので、円柱状ＧＲＩＮレンズ２，４やフィルタ素子３の小型化或いは小径化に対応させることが可能になると共に、二本の光ファイバ６，８が円柱体１０の軸心部に近づくため、導波路の光学的特性が最適な状態となり、例えばフィルタ素子３での光の反射角度を小さくしてその出力光の損失を低減させることが可能となる。
【００２３】
更に、二つの挿入孔１１の軸直角断面が長円形とされているので、これに光ファイバ６，８を挿入する際には、真円形である場合に比して、挿入孔１１の内周面と光ファイバ６，８の外周面との接触面積が小さくなって、両者間の摺動抵抗が小さくなると共に、挿入孔１１に多量の接着剤を充填させた場合であっても光ファイバ６，８の挿入に支障が生じなくなり、挿入作業が容易化されて作業時間の短縮及び作業能率の改善が図られる。しかも、二つの挿入孔１１に光ファイバ６，８が部分的に内接して、その軸心が常に正確な位置に維持されるため、適正な光学的特性を確保することができる。
【００２４】
また、この挿入作業時には、挿入孔１１の内周面と光ファイバ６，８の外周面との間に形成される隙間に、広い部分と狭い部分とが存在することになるため、数μｍのマーキングを部分的に塗った光ファイバ６（８）であっても、そのマーキングを広い部分の隙間に位置させれば、光ファイバ６（８）を挿入孔１１に容易に挿入することが可能となる。これにより、二本の光ファイバ６，８の種類が異なる場合に、何れの光ファイバ６，８が何れの挿入孔１１に挿入されているかを容易に知得できることになる。
【００２５】
更に、光ファイバ６，８の挿入後の保持固定時においては、挿入孔１１の内周面と光ファイバ６，８の外周面との間に形成される接着剤層に厚い部分と薄い部分とが存在することになるため、接着剤層の厚い部分側に偏波保持型光ファイバの応力付加の方向を位置させれば、その硬化時の熱応力による光ファイバ６，８の圧縮及びこれに起因する偏波方向の変化等の不都合が緩和される。
【００２６】
しかも、挿入孔１１の各軸直角断面形状は、その内接円の中心Ｏ１、Ｏ２を通り且つ第一中心線Ｙと平行な直線Ｙ１、Ｙ２に対して非対称であるため、孔加工の複雑化を招くことなく挿入孔１１の形状を長円形にすることができる。
【００２７】
一方、円柱体１０は、厚さ１ｍｍにつき波長が３６５ｎｍ〜４００ｎｍの光を６０％以上透過させる特性を備えているので、円柱体１０の挿入孔１１に光ファイバ６，８を固定するに際して、光硬化性接着剤（紫外線硬化性接着剤）が使用可能となり、組立作業の能率向上及び製造コストの低廉化が図られる。また、円柱体１０は、アルカリイオンを含有するガラス材料で形成され、イオン交換により表面に圧縮応力層が生じて機械強度が強化されているので、搬送時や取り扱い時の破損或いは損傷等が抑制されると共に、光ファイバ６，８の挿入固定後の製品の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る光ファイバ用毛細管によれば、二つの挿入孔を円柱体の中心の両側に対称的に配置したから、偏りのない機械的強度及び高い耐久性を確保できると共に、他の光学素子と組み合わせる際の光軸の心出し作業が容易になる。また、各挿入孔を、光ファイバが部分的に内接する形状としたから、その内接部の存在により挿入孔に対して光ファイバの軸心を精度良く位置決めできると共に、光ファイバを挿入する際における挿入孔と光ファイバとの接触面積ひいては両者の摺動抵抗が小さくなり、挿入作業の容易化、作業時間の短縮及び作業能率の改善が図られる。更に、挿入孔と光ファイバとの間には接着剤が充填される間隙が存在していることから、数μｍのマーキングを部分的に塗った光ファイバであっても、そのマーキングを間隙に位置させることにより、光ファイバの挿入作業に支障が生じるという不具合が回避される。しかも、接着剤が充填される間隙には広い部分と狭い部分とが必然的に存在するため、この毛細管を偏波保持型のＷＤＭ部品等に適用する場合には、間隙の広い部分に偏波保持型光ファイバの応力付加の方向を位置させることにより、接着剤の硬化時の熱応力による光ファイバの圧縮及びこれに起因する偏波方向の変化等の不都合が緩和される。
【００２９】
加えて、二つの挿入孔にそれぞれ挿着される光ファイバの中心間距離を０．２５ｍｍ未満に設定したから、これと組み合わされる円柱状ＧＲＩＮレンズ等の小型化や小径化に対応させることが可能になり、更には二本の光ファイバが円柱体の軸心部に近づくため、導波路の光学的特性が向上し、例えばフィルタ素子での光の反射角度を小さくしてその出力光の損失を低減させることが可能となる。また、円柱体の外径を、円柱状ＧＲＩＮレンズの直径と略等しくなるように設定することにより、この両者を組み合わせて例えばＷＤＭ部品を製作する際のアライメント及びアッセンブリが容易化され、組み立て作業の能率が向上する。
【００３０】
更に、上記円柱体は、厚さ１ｍｍについて波長が３６５ｎｍ〜５００ｎｍの光を６０％以上透過させるものであることから、円柱体の挿入孔に光ファイバを固定するに際して、光硬化性接着剤（紫外線硬化性接着剤）が使用可能となり、組立作業の能率向上及び製造コストの低廉化が図られる。
【００３１】
また、上記円柱体のガラス材料が、アルカリイオンを含有し、イオン交換により表面に圧縮応力を生じさせて機械強度を強化したものであることにより、搬送時や取り扱い時の破損或いは損傷等が抑制され、光ファイバ挿入固定後の製品の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバ用毛細管が使用されたＷＤＭ部品を示す概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る光ファイバ用毛細管の正面図、図２（ｂ）は、その縦断側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光ファイバ用毛細管の拡大正面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る光ファイバ用毛細管の拡大正面図である。
【符号の説明】
１光ファイバ用毛細管（第一の毛細管）
２ＧＲＩＮレンズ
３フィルタ素子
６光ファイバ
８光ファイバ
１０円柱体
１１挿入孔
Ｄ円柱体の外径
Ｏ円柱体の中心
Ｏ１光ファイバの中心
Ｏ２光ファイバの中心
Ｓ中心間距離

Claims

内部に光ファイバがそれぞれ挿着される二つの挿入孔を有するガラス材料からなる円柱体の光ファイバ用毛細管において、
上記二つの挿入孔は、それぞれの断面形状が略同形であって上記円柱体の中心(O)の両側に対称的に配置されると共に、上記挿入孔と光ファイバとの間に接着剤が充填される間隙を有して光ファイバが部分的に内接するようになっており、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの相互の中心(O1)、(O2)間の距離(S)が０．２５ｍｍ未満になるように構成され、且つ、上記円柱体の外径(D)が０．９ｍｍ〜２．５ｍｍの円柱状ＧＲＩＮレンズの直径と略等しくなるように設定され、上記円柱体が、厚さ１ｍｍについて波長が３６５ｎｍ〜５００ｎｍの光を６０％以上透過させることを特徴とする光ファイバ用毛細管。
上記二つの挿入孔の断面形状が、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの両中心(O1)、(O2)を通る第一中心線(Y)に直交し且つ該第一中心線(Y)における上記両中心(O1)、(O2)の相互間中央を通る第二中心線(X)を基準として、略対称な長円形であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用毛細管。
上記二つの挿入孔の断面形状が、上記二つの挿入孔にそれぞれ挿着された光ファイバの両中心(O1)、(O2)を通る第一中心線(Y)と平行で且つ上記両中心(O1)、(O2)を通る直線(Y1)、(Y2)をそれぞれ基準として、非対称な長円形であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用毛細管。
上記円柱体のガラス材料がアルカリイオンを含有しており、イオン交換により表面に圧縮応力を生じさせて機械強度を強化したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光ファイバ用毛細管。
請求項１〜４の何れかに記載の光ファイバ用毛細管の製造方法であって、内部に光ファイバがそれぞれ挿着される二つの挿入孔を形成するに際して、軟化流動するガラス材料の挿入孔となるべき孔にエアブロー処理またはバキューム処理を施しながら、上記ガラス材料を成形し、光ファイバ用毛細管を作製することを特徴とする光ファイバ用毛細管の製造方法。