JP3911468B2

JP3911468B2 - 光ファイバの加工方法

Info

Publication number: JP3911468B2
Application number: JP2002281926A
Authority: JP
Inventors: 吾郎渡邉; 高義諸岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004117916A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、信号の伝播媒体である光を遠方に伝達する手段として光ファイバが広く用いられている。この光ファイバは１２５μｍ程度の外径を持つ細い円柱状を成し、その断面は大きく分けて中央部にコアと外周部にクラッドと呼ばれる屈折率の異なる二つの部分から構成され、信号光は主にコア部を伝播する。
【０００３】
光信号はレーザダイオード等の発光素子によって出射され、レンズ等の集光手段を用いて光ファイバの端面におけるコアに結合する。結合した光信号のほとんどはコア内を伝播してゆき、最終的には光ファイバのもう一方の端面より出射され、フォトディテクタ等の受光素子により検出され、通信が成立する。
【０００４】
この場合、先に述べたように光ファイバの端面のコアに結合した光のほとんどはコア内を伝播していくが、一部の光は光ファイバの端面で反射され、結果として発光側に戻される。このような戻り光は後方反射と呼ばれ、極力抑えることが望ましい。
【０００５】
このような後方反射を抑える手段の中で、最も多く用いられている光ファイバ端面処理方法の一つとして、光ファイバの端面に角度を設けることが挙げられる。これは、光ファイバの端面に、光軸に垂直な面に対して角度を設けて反射面が形成されるよう加工したものであり、後方反射の方向を、入射光の光軸と一致させないことにより、後方反射レベルを抑制するものである。
【０００６】
これは例えば、図４（ａ）に示すように、光ファイバの端面４１を、光ファイバの光軸４２に対して９０°未満の角度を持つ面になるように加工したものである。信号光４３は図中矢印４４の方向より進行し、光ファイバの端面に到達する。このとき大部分の光は矢印４５のようにコア４６内を伝播していくが、一部の光は後方反射光４８として、光ファイバの端面４１で反射される。しかしながら、端面４１の角度により元の信号光とは異なる方向へ進むため、通信品質を劣化させることはない。これは、光ファイバ先端の平坦な平面をファイバの縦軸に対して９０°未満の角度で位置あわせすることにより、レーザダイオードへの後方反射レベルの低減を実現している（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
一方、信号光を受光する場合、その受光強度を高めることは、信号の耐ノイズ性を高める観点からも重要である。このため、図４（ｂ）に示すように光ファイバの端面４９を光軸４１０に対して約４５°の角度を成すように処理しておき、フォトディテクタ等の受光素子４１１を光ファイバ下面に設置することで、端面より反射された信号光４１２を受光素子４１１に集光させ、結合効率を向上させる技術が広く用いられている。これは、光ファイバに４５°の角度を成す反射面を形成し、反射面で反射された光信号が、光ファイバ側面を介して受発光素子と結合することによって、高い結合効率での信号送受を実現している（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
このように、光ファイバの端面に角度を設けて処理することは、光通信分野において大変重要な技術の一つであることがわかる。
【０００９】
さて、このような角度付きの光ファイバの端面を処理する方法として数多くの加工法が提案されているが、最も一般的に用いられているものは研磨法であり、これは光ファイバを研磨紙の上で摺動させて研磨することで端面を処理するものである（特許文献３参照）。
【００１０】
また、光ファイバを形成するガラスの脆性破壊現象を利用して、端面に角度を設けた劈開面を形成する技術がある。これは、片端の被覆を除去しガラス部を剥き出しにした光ファイバに対して、ガラス部と被覆部をそれぞれクランプし、どちらか一方のクランプを光ファイバの軸方向を中心軸として所定の角度だけ回転させ、かつ光ファイバの軸方向に引っ張り荷重を負荷する。次いでツールにより光ファイバ表面に傷をつけた後、引っ張り荷重を増加させてゆくと、傷を起点としてクラックが急激に進展し、劈開面を形成して光ファイバ破断させるものである。この時、クラックはねじりによる負荷荷重と垂直の方向に進展しようとするため若干の角度がついた方向に劈開面が形成される（例えば特許文献４参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−７８５３１号公報
【特許文献２】
特開２０００−５６１８１号公報
【特許文献３】
特開平１０−７１５５１号公報
【特許文献４】
特開平５−８０２１９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先に述べた低後方反射・高結合効率を実現するのに充分な面を研磨で実現するためには、研磨砥粒のグレードを少しずつ細かくしながら数度にわけて研磨しなければならないため、工程に多くの時間を費やさなければならず、また端面角度にもばらつきがあるため、結果として充分な反射レベル低減・結合効率確保ができないという問題があった。
【００１３】
また、脆性破壊を利用した方法でも、破断面の形成において、光ファイバに負荷した引張応力によって亀裂進展方向が定まるが、該応力方向を精度よく制御することができず、結果として亀裂進展方向が定まらず、形成された破断面の角度にばらつきが生じる問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバの加工方法は、少なくとも一方の端面が、コアを含む劈開面と、その周囲の加工面とから成り、上記劈開面が光ファイバの軸方向に対して所定角度に傾斜しているとともに加工面より突出している光ファイバの加工方法であって、前記光ファイバ外周に円周方向に前記光ファイバの軸方向に対して傾斜した溝を加工した後、光ファイバの軸方向に張力を負荷して破断させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の光ファイバの加工方法は、上記溝は切削ツールに超音波を加振してなる超音波ツールによって加工することを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明の光ファイバの加工方法は、上記溝は砥粒を吹き付けて加工することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の加工方法により加工された光ファイバは、少なくとも一方の端面が光ファイバのコアを含む劈開面と、その周囲の加工面とからなる。
【００１８】
また、本発明の加工方法により加工された光ファイバは、上記端面が光ファイバの軸方向に対して所定角度に傾斜している。
【００１９】
さらに、本発明の加工方法により加工された光ファイバは、上記劈開面が加工面より突出している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次いで、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の加工方法により加工された光ファイバの一実施形態を示す側面図であり、光ファイバ１の少なくとも一方の端面１１が光ファイバ１のコア２を含む劈開面３と、その周囲の加工面４とからなる。
【００２２】
光ファイバ１は、中心部にコア２とその外周部にクラッド５と呼ばれる屈折率の異なる二つの部分から構成され、信号光は主にコア２を伝播する。光信号はレーザダイオード等の発光素子によって出射され、レンズ等の集光手段を用いて光ファイバ１の端面１１におけるコア２に結合する。結合した光信号のほとんどはコア２内を伝播してゆき、最終的には光ファイバ１のもう一方の端面より出射され、フォトディテクタ等の受光素子により検出され、通信が成立する。
【００２３】
このとき、端面１１に凹凸が形成されていると、光線が入射する際に乱反射が発生し、信号光量の一部がコア２を外れる恐れがある。これは信号光パワーを減衰させ、通信品質を劣化させるため好ましくない。
【００２４】
本発明においては、コア２が劈開面３に形成されているため、加工面が光路上になく、通信品質を劣化させることはない。そのため、端面１１が劈開面３と加工面４で形成されたとしても、光ファイバ１のコア２に円滑な劈開面３を形成することによって光信号を効率よく受光し、光結合することができる。また、光ファイバ１に端面にＡＲコート、メタライズ処理等の光ファイバ１に表面処理を行う際に劈開面３だけの端面に比較して加工面４があるために密着性を高くすることができる。
【００２５】
また、上記光ファイバ１の劈開面３は、加工面４より突出していることが好ましく、光ファイバ１の端面１１の劈開面３の領域と光ファイバ１の外周表面の間に加工面４が存在するため、ＡＲコート、メタライズ処理等の光ファイバ１に表面処理を行う際にマスキングの境界面の厳密さが必要なくなり、マスキング作業が容易となる。さらに、光ファイバ１のハンドリング時に端面１１の角部を治具等に接触させたとしても、加工面４の一部が損傷するだけで、突出した劈開面３にまで影響が及ぶことは少ない。
【００２６】
なお、上記劈開面３の径は、光ファイバ１のコア２を含む大きさであればよく、また、加工面４とは研削加工や、ケミカルエッチング等の加工によって得られた面を示す。
【００２７】
さらに、上記光ファイバ１の端面１１が光ファイバ１の光軸Ａ方向に垂直な面に対して所定角度θ傾斜していることが好ましい。
【００２８】
先に述べたように光ファイバ１の端面１１のコア２に結合した光のほとんどはコア２内を伝播していくが、一部の光は光ファイバ１の端面１１で反射され、結果として発光側に戻されるため、このような戻り光、いわゆる後方反射を極力抑えることが望ましく、光ファイバ１の端面１１に、光軸Ａに垂直な面に対して角度θ傾斜させて反射面が形成されるよう加工し、後方反射の方向を入射光の光軸と一致させないことにより、後方反射レベルを抑制することができる。なお、上記傾斜角度θについては、後方反射レベルを−６０ｄＢ以下とするためには８°とすることが好ましい。
【００２９】
なお、上記劈開面３とは、光ファイバを二分するように形成された切断面であり、その切断表面が鏡面状である面を言う。
【００３０】
また、上記光ファイバ１の劈開面２は、光ファイバ１のコア２を含んでいれば良く、図１（ｂ）に示すように劈開面２が光ファイバ１の中央になくてもよい。
【００３１】
次に上記光ファイバ１の加工方法について図２に基いて説明する。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、光ファイバ２０の外周に円周方向に所定の角度で炭化タングステン等の素材を用いた超硬ツールによる切削加工等によって溝２１を加工し、光ファイバ２０の外周よりも細いウェスト部２２を形成する。
【００３３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ２０の軸方向に張力２３を負荷して、この張力２３が一定以上の大きさになった時、ウェスト部２２の外周の一点からクラック２４が発生し、これがウェスト部２２全体に矢印２５の方向に拡がることで最終的に光ファイバ２０を破断させ、図２（ｃ）のように端面１１が劈開面３と、加工面４からなる光ファイバ１を得ることができる。
【００３４】
この劈開面３は、鏡面状の極めて円滑な面となることが知られている。また、破断は一瞬にして行われるため、加工時間を短縮することができる。
【００３５】
上述の加工方法では、溝２１に沿ってクラック２４が進展しようとするため、溝２１の加工方向により光ファイバ１の端面１１の傾斜角度θを容易に制御でき、その精度は溝２１の傾斜角度θによってのみ決まり、溝２１の幅２７は２０μｍ以下とすることが好ましい。これにより所定の精度で安定的に劈開面３を形成できる。
【００３６】
また、溝２１の深さ２８は、光ファイバ１のコア２を研削しないものであればよいが、特に４０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
さらに、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ１の端面１１は、信号光路２６上にないので、多少表面粗さが増大したとしても信号光への影響はない。そのため、一本の光ファイバ２０につき一回溝２１を形成すればよく、飛躍的に加工時間を短縮することができる。さらに、この加工によって得られた光ファイバのうち
上記光ファイバ１に対向していた光ファイバ２９の端面にもコアを含む劈開面および加工面が形成される。
【００３８】
また、上記光ファイバ２０に溝２１を加工する方法を図３に基いて詳しく説明する。
【００３９】
図３（ａ）、（ｂ）は溝加工した光ファイバ２に劈開面３を形成させる方法を示しており、例えば図３（ａ）に示すように光ファイバ２０を支持するホルダ部をモータ３１で移動させることにより張力を負荷する方法や、同図（ｂ）に示すように光ファイバ２０に曲げ応力を負荷する方法等が有用である。いずれの場合も、劈開は既に傷が入っている溝部から始まり溝に沿って進展する。このため端面１１に形成された反射面の角度は溝角度によって制御できる。また、光ファイバ１の外周表面に何らかの膜形成処理が必要な場合、本発明による手法では、あらかじめ膜形成を行っておいた光ファイバ２０に前述の加工を施すようにすれば、反射面はそれらの膜形成処理に影響を受けることはなく、膜形成時に反射面を保護するためのマスキング等の付帯作業を必要としない。
【００４０】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示す何れの加工方法においても、溝２１の加工には、切削ツールに超音波を加振してなる超音波ツールによって加工する方法が有用である。
【００４１】
これは図３（ｃ）に示すように、超音波を加振した切削ツール３２で光ファイバ２０の外周に溝２１を形成するものである。切削ツール３２はモータ３１により光ファイバ２０の周囲を回転することができ、また光ファイバに対する切削ツール３２の角度を変更することにより、任意の角度で溝を形成することができる。
【００４２】
また、図３（ｄ）に示すように、サンドブラストと呼ばれる砥粒を吹き付けて加工する方法も有用である。これは、あらかじめ溝加工部分に、粒径数μｍ程度の砥粒３４をエアガン３３で吹き付けることにより溝を形成するものである。
【００４３】
このような加工方法を用いることで、光ファイバ１の一方の端面１１に突出部３１が加工され、その頂面に平坦かつ円滑な鏡面状の劈開面３が形成され、この劈開面３が反射面として作用する。
【００４４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００４５】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００４６】
先ず、図２に示すような加工方法により被覆を除去し所定長のベアファイバ部を露出させた光ファイバを用いて加工を行った。光ファイバの径は１２５μｍであり、一般的なシングルモードファイバを用いた。端面角度は光ファイバの光軸に垂直となるようにした。
【００４７】
また、本発明による加工においては、突出部の長さを２０μｍ以下とした。加工は一本づつ行い、１６本加工するのに要した平均時間及び光ファイバの端面の角度バラツキを測定した。
【００４８】
また、従来例として光ファイバを研磨紙の上で摺動させて研磨することで端面を処理する方法によって１６本加工し、加工に要する時間を測定した。
【００４９】
さらに、従来例として光ファイバの軸方向を中心軸として所定の角度だけ回転させ、かつ光ファイバの軸方向に引っ張り荷重を負荷し、次いでツールにより光ファイバ表面に傷をつけた後、引っ張り荷重を増加させて、傷を起点としてクラックが急激に進展し、劈開面を形成して光ファイバ破断させる手法を用いて１６本の光ファイバを加工し、光ファイバの端面の角度バラツキを測定した。
【００５０】
なお、光ファイバの端面の角度は、端面をレンズによって拡大後、ＣＣＤカメラで撮影した上、画像センサによって測定し、設定角度との差の平均値を算出した。
【００５１】
表１は、各光ファイバを製造したときに要する加工時間を実測し、従来の研磨方法を用いた際に要する加工時間を１とした際の相対値を、また、従来の劈開方法を用いた際の端面の角度を測定し、そのバラツキを１とした際の相対値をそれぞれ表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１より明らかなように、加工時間は従来の研磨方法を１とした際、本発明においては０．４９まで大きく短縮されることがわかった。
【００５４】
一方で、光ファイバの端面角度のバラツキについては、従来の劈開方法の標準偏差を１として場合、０．４４と加工精度が非常に高いことがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも一方の端面の略中央部に、端面とほぼ直交する方向に突出し、内部にファイバコア部を含む突起部を形成し、該突起部の頂面が平坦な反射面であり、該反射面とファイバ長手方向との成す角度を、直角よりも小さくした。更に、上記のファイバを製造するため、ファイバ外周に周回状に溝を加工することでウェスト部を形成し、ファイバ長手方向に張力を加えてファイバを破断させることで上記反射面を形成することを特徴とする製造装置を採用した。これにより、従来と同等の傾き角度を持つ端面をより簡易な工程で短時間に加工することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の加工方法により加工された光ファイバの一実施形態を示す部分側面図である
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光ファイバの加工方法を示す模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光ファイバの加工方法を示す模式図であり、それぞれ（ａ）は溝加工後の切断面形成の様子、（ｂ）は溝加工後の切断面形成の様子、（ｃ）は溝加工時の加工ツールの概要、（ｄ）は溝加工後の加工ツールの概要を示すものである。
【図４】（ａ）、（ｂ）は従来の光ファイバを示す部分側面図である。

Claims

少なくとも一方の端面が、コアを含む劈開面と、その周囲の加工面とから成り、上記劈開面が光ファイバの軸方向に対して所定角度に傾斜しているとともに加工面より突出している光ファイバの加工方法であって、前記光ファイバ外周に円周方向に前記光ファイバの軸方向に対して傾斜した溝を加工した後、光ファイバの軸方向に張力を負荷して破断させることを特徴とする光ファイバの加工方法。
上記溝は切削ツールに超音波を加振してなる超音波ツールによって加工することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの加工方法。
上記溝は砥粒を吹き付けて加工することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの加工方法。