JP3948360B2

JP3948360B2 - Method and apparatus for expanding mode field diameter of multi-core optical fiber

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Publication number: JP3948360B2
Application number: JP2002209140A
Authority: JP
Inventors: 英一郎山田; 和人斎藤; 充章田村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004053785A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多心光ファイバをバーナで一括加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、多心光ファイバのモードフィールド径を拡大する方法および装置に関するものである。
【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（他に、「コア径」で表現する場合もある）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。
【０００３】
光ファイバのモードフィールド径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、融着接続部を追加加熱処理して、コア部のドーパントをクラッド部側に熱拡散させ、接続部のモードフィールド径を一致させて滑らかな接続形状にする方法（Thermally-diffused 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）。
【０００４】
また、光ファイバ内に誘電体多層膜フィルタを挿入した光部品あるいは光コネクタ部品で、光ファイバ端のモードフィールド径が小さいと接続損失が増加する傾向がある。このため、光が出入りする光ファイバ端を部分的にＴＥＣ処理して、光ファイバ端のモードフィールド径を部分的に拡大することが知られている（例えば、特開平２―２６６３０７号公報、特開平４―６９６０４号公報参照）。
【０００５】
図１１は上述のＴＥＣ処理の一例を示す図である。図１１（Ａ）は、モードフィールド径の異なる光ファイバ同士を融着接続した後にＴＥＣ処理する例を示す図、図１１（Ｂ）は、光ファイバの中間部分をＴＥＣ処理してモードフィールド径を拡大しフィルタを形成する例を示す図である。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はファイバ被覆部、５は融着接続部、６はバーナ、７はモードフィールド径拡大部、８は誘電体多層膜フィルタ、９は基板、１０は接着樹脂を示す。
【０００６】
互いに融着接続される光ファイバ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のモードフィールド径（上記公報ではコア径としている）およびその比屈折率差が異なる。光ファイバ１ａと１ｂは、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接続される。単に融着接続しただけでは、図１１（Ａ）に示すように融着接続部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とのモードフィールド径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【０００７】
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６で、融着接続部５の近傍を追加加熱し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がクラッド部側に熱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がクラッド部２側に熱拡散して、コア部３ａ，３ｂの融着接続部におけるモードフィールド径が拡大され、拡大部７で示すように滑らかな接続形状が得られる。
【０００８】
なお、モードフィールド径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、モードフィールド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、ドーパントが多く熱拡散する。したがって、光ファイバ１ａ側のモードフィールド径が、光ファイバ１ｂ側より大きくテーパ状に拡大されて、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、モードフィールド径の小さい光ファイバを、他方の光ファイバのモードフィールド径に徐々に近づけ、接続損失を低減できることが明らかになっている。
【０００９】
また、図１１（Ｂ）に示すように、光ファイバ１ａの中間部分を予め加熱してＴＥＣ処理しておき、モードフィールド径拡大部７を形成しておく。この後、ＴＥＣ処理した部分を基板９に接着樹脂１０で接着固定し、モードフィールド径拡大部７の中央部分に回転砥石等で所定幅の切り込みを入れ、この切り込み部分に誘電体多層膜フィルタ８を挿着することにより、損失を低減したフィルタ収納光ファイバとすることができる。また、モードフィールド径拡大部７の中央部分で分断して、その端部を光コネクタフェルールに挿着することにより、接続端のモードフィールド径を拡大した光コネクタを形成することができる。
【００１０】
さらに、モードフィールド径を拡大した切断端部に、モードフィールド径が大きい光ファイバ１ｂを機械的接合あるいは融着することにより、モードフィールド径に一致させた状態で接続することができる。この場合も、モードフィールド径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなるのを低減することができる。さらに、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、特開昭６１−１１７５０８号公報参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＴＥＣ処理は、通常、マイクロトーチまたはバーナを用いて行なわれ、
所定領域を加熱するために光ファイバの軸方向に、マイクロトーチを相対移動させている。また、複数個のマイクロトーチまたはバーナを対向配置して光ファイバを加熱している。さらに、平行一列に並べた多心の光ファイバを同時に加熱するために、光ファイバの配列方向に複数のマイクロトーチまたはバーナを配置する例（例えば、特許第２６９３６４９号公報参照）が知られている。また、多心テープファイバの幅寸法に対応した形状のものを用いる例（特開平８−８２７２１号公報参照）も知られている。
【００１２】
ＴＥＣ処理は、光ファイバの所定領域におけるコア部のドーパントがクラッド部に熱拡散するのに適切な温度と時間で加熱する必要がある。光ファイバ融点以下で加熱されるが、加熱が適切に行なわれないと、加熱部分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。
【００１３】
また、バーナの火炎は、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。特に、８心、１２心、２４心といった多心光ファイバを一括して加熱処理する場合、バーナの火炎は、多心光ファイバを外側から包み込むような状態となる。このため、外側に配列された光ファイバは、内側に配列された光ファイバより加熱量が多くなり均一に加熱されない。この結果、多心光ファイバの外側と内側でＴＥＣ処理に差が生じ、各光ファイバの接続損失が一様に低減されず、バラツキが生じるというような問題がある。
【００１４】
ＴＥＣ処理における上記のような問題に対して、加熱用のバーナの構成が大きく影響する。しかし、上述した従来のバーナは、いずれも加熱範囲が限定的であり、多心光ファイバを均一に加熱するのが難しく、また、所望の温度分布を得るのが難しい。
【００１５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、多心光ファイバをＴＥＣ処理する一括加熱で、光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができる多心光ファイバのモードフィールド径拡大方法および拡大装置を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の多心光ファイバのモードフィールド径拡大方法は、複数の光ファイバを平行一列に並べた多心光ファイバをバーナで一括加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させる多心光ファイバのモードフィールド径拡大方法であって、多心光ファイバの両側に火炎巻き込み防止部材を配置して加熱することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の多心光ファイバのモードフィールド径拡大装置は、複数の光ファイバを平行一列に並べた多心光ファイバをバーナで一括加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させる多心光ファイバのモードフィールド径拡大装置であって、多心の光ファイバの両側に位置するように火炎巻き込み防止部材を配設したことを特徴とする。バーナは、加熱面に光ファイバの軸方向に複数個のガス噴出口が配列されるとともに複数個のガス噴出口が前記光ファイバの軸方向と平行に複数列配列されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１により本発明の概略を説明する。図１（Ａ）はＴＥＣ処理の加熱方法の概略を説明する図、図１（Ｂ）はバーナの上向き加熱形態を示す図、図１（Ｃ）はバーナの下向き加熱形態を示す図である。図中、１１は多心光ファイバ、１１ａは中央側の光ファイバ、１１ｂは両端の光ファイバ、１２は裸ファイバ部、１３はファイバ被覆部、１４は融着接続部、１５は光ファイバの加熱領域（ＴＥＣ領域）、１６は火炎巻き込み防止部材、１７はバーナ、１８はガス噴出口、１９はファイバフォルダ、２０はファイバクランプを示す。
【００１９】
本発明で対象とする多心光ファイバ１１とは、複数本の単心光ファイバ心線を平行一列に並べた形態、および、予め複数本の単心光ファイバ心線を平行一列に並べて共通被覆で一体化した形態の光ファイバテープ心線である。多心光ファイバ１１は、例えば、融着接続に引き続いて融着接続部１４をＴＥＣ処理するために、図１（Ａ）に示すような形態でモードフィールド径拡大装置にセットされる。前記装置は、バーナ１７、ファイバフォルダ１９、ファイバクランプ２０を備えている。バーナ１７は、図１（Ｂ）に示すように多心光ファイバ１１の下側に配置し、多心光ファイバ１１に向けて上向きに加熱する形態と、図１（Ｃ）に示すように多心光ファイバ１１の上側に配置し、多心光ファイバ１１に向けて下向きに加熱する形態とすることができる。
【００２０】
ＴＥＣ処理を行なう場合、先ず、多心光ファイバ１１の融着接続部１４がバーナ１７の中心に位置するようにファイバクランプ２０で多心光ファイバ１１の両側を固定する。ファイバクランプ２０に引張り力を加え、多心光ファイバ１１に適度の張力を付与した後、張力を付与した状態で内側のファイバフォルダ１９によりファイバ被覆部１３の端部を固定し、次いで、ファイバクランプ２０に加えた前記張力を解放する。この張力付与により、加熱中に多心光ファイバが弛まないようにすることができる。
【００２１】
本発明で使用するバーナ１７は、図１（Ｂ）に示すように、多心光ファイバ１１の軸方向（長手方向）に複数個のガス噴出口１８を配列するとともに、このガス噴出口１８の列を光ファイバの軸方向と平行に複数列配列して構成される。軸方向に配列するガス噴出口１８の数および配列長は、多心光ファイバ１１の所定の加熱領域（ＴＥＣ領域）１５をカバーする範囲で設けることができる。また、軸方向と平行に設ける配列数は、加熱する多心光ファイバ１１の心線数やファイバ間隔によって、適宜増減させることができる。さらに、複数個のガス噴出口１８の配列パターンを変えることにより、任意の加熱温度分布とすることも可能である。
【００２２】
本発明では、前記のバーナ１７で、多心光ファイバ１１の配列方向の両側に火炎巻き込み防止部材１６を配置して加熱することを特徴としている。この火炎巻き込み防止部材１６は、例えば、多心光ファイバ１１の両端の光ファイバ１１ｂにファイバ間隔程度に近接して平行に配置される。この火炎巻き込み防止部材１６は、例えば、金属、ガラス、セラミック等の各種の耐熱材で形成されたロッド形状のものが用いられる。好ましくは、光ファイバと熱伝導等が近いガラス、セラミック材で形成したものがよい。
【００２３】
図１（Ｂ）の例のように、バーナ１７を多心光ファイバ１１の下面側に位置させ上向きで加熱する場合、バーナ火炎は多心光ファイバ１１の中央側から外側に向かい、両端を巻き込むようにして生じる。したがって、火炎巻き込み防止部材１６がない場合、両端の光ファイバ１１ｂは中央側の光ファイバ１１ａより多い加熱量で加熱されることになる。しかし、上記のように、両端の光ファイバの外側に近接して火炎巻き込み防止部材１６を平行に配置することにより、両端の光ファイバ１１ｂへのバーナ火炎の巻き込みが緩和され、中央側光ファイバ１１ａの加熱量との差を小さくすることができる。
【００２４】
図１（Ｃ）の例のように、バーナ１７を多心光ファイバ１１の上面側に位置させ下向きで加熱する場合、図１（Ｂ）の上向き加熱よりバーナ火炎の両端での巻き込みは軽減される。しかし、バーナ火炎は、多心光ファイバ１１の中央側から外側に向かい、同様に両端の光ファイバ１１ｂを巻き込むように生じる。このため、図１（Ｂ）の場合と同様に、火炎巻き込み防止部材１６がない場合、両端の光ファイバ１１ｂは中央側の光ファイバ１１ａより多い加熱量で加熱されることになる。したがって、両端の光ファイバ１１ｂの外側に近接して火炎巻き込み防止部材１６を平行に配置することにより、両端の光ファイバ１１ｂへのバーナ火炎の巻き込みが緩和され、中央側の光ファイバ１１ａの加熱量との差を小さくすることができる。
【００２５】
バーナ１７は軸方向に複数個のガス噴出口１８を配列した構成であるので、多心光ファイバの所定範囲を加熱することができ、従来のように軸方向に移動させる必要はない。しかし、バーナ１７を多心光ファイバ１１の軸方向（長手方向）に後述する揺動機構により揺動させることにより、加熱範囲を拡大してＴＥＣ領域を拡大することができる。また、揺動速度等を制御することにより、軸方向に均一な温度分布で加熱したりＴＥＣ領域のテーパ形状を調整することもできる。
【００２６】
なお、本発明によるモードフィールド径拡大のための加熱方法は、図１１（Ａ）に示した多心光ファイバの融着接続部のＴＥＣ処理、および、図１１（Ｂ）に示した多心光ファイバ中間部のＴＥＣ処理のいずれにも適用することができる。
【００２７】
図２は、本発明に用いられるバーナの一例を示す図で、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）はａ−ａ断面図、図２（Ｃ）は右側面図である。図中、１７はバーナ、１７ａは加熱面、１７ｂはバーナ本体、１７ｃはガス導入室、１７ｄはガス導入ポート、１８はガス噴出口を示す。
【００２８】
バーナ１７は耐熱性の金属等で、例えば、１ｃｍ³以下の立方体形状で形成され、バーナ本体１７ｂにガス導入ポート１７ｄを取付けて構成される。なお、バーナ１７の大きさは、多心光ファイバの心数等によって異なり、特に１ｃｍ³以下に限定されるものではない。バーナ本体１７ｂの内部は、ガス導入室１７ｃで形成され、光ファイバを加熱する加熱面１７ａには、上述した複数個のガス噴出口１８がガス導入室１７ｃに連通して設けられる。ガス噴出口１８は、例えば、直径０.３ｍｍ程度の孔で、０.７ｍｍ〜１.０ｍｍ程度のピッチで光ファイバの軸方向および軸方向に直交する方向にマトリックス状に設けられる。
【００２９】
図３は第１の実施の形態を示し、火炎巻き込み防止部材に光ファイバを用いた例を示す。図３（Ａ）は別途用意した光ファイバを炎巻き込み防止部材として用いる例を示す図、図３（Ｂ）は多心光ファイバの両端の光ファイバを火炎巻き込み防止部材とする例を示す図、図３（Ｃ）は加熱状態を示す図である。図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３０】
図３（Ａ）において、多心光ファイバ１１は、ファイバ被覆部１３の端部をファイバフォルダ１９（押さえ部材を省略して示している）で固定され、モードフィールド径の拡大を行なおうとする裸ファイバ部１２の中心部にバーナ１７を配してセットされる。火炎巻き込み防止部材１６には短い単心のダミーファイバを使用し、両端の光ファイバ１１ｂに近接して配置する。なお、バーナ１７は、図では多心光ファイバ１１の下側に配した上向き加熱の例を示したが、上側に配して下向き加熱としてもよい。
【００３１】
図３（Ｂ）においては、図３（Ａ）と同様に多心光ファイバ１１をファイバフォルダ１９で固定するが、多心光ファイバ１１の両端の光ファイバを火炎巻き込み防止部材１６として使用する。したがって、図３（Ａ）のように、火炎巻き込み防止部材１６としての単心のダミーファイバを別途準備する必要がない。しかし、多心光ファイバ１１の両端の光ファイバ１１ｂは、１つ内側の光ファイバとなり、実際の両端の光ファイバは、光信号の伝送には使用しないダミーファイバとして扱うこととなる。
【００３２】
図３（Ｃ）は、従来の加熱状態と本発明の加熱状態の違いを示す図である。（イ）図は、従来の上向き加熱の例で、両端の光ファイバ１１ｂにはバーナ火炎が巻き込み、内側の光ファイバ１１ａより強く加熱され、内側と両側の光ファイバで加熱が不均一となり、ＴＥＣ処理に差が生じる。（ロ）図は、従来の下向き加熱の例であるが、（イ）図の上向き加熱に比べて両端の光ファイバ１１ｂへのバーナ火炎の巻き込みが少なく、加熱の不均一は軽減される。しかし、両端の光ファイバ１１ｂは内側の光ファイバ１１ａより強く加熱されることに変わりはない。
【００３３】
（ハ）図は、本発明による図３（Ａ）および図３（Ｂ）で示した両端の光ファイバ１１ｂに近接して、ダミーファイバの火炎巻き込み防止部材１６を配置した上向き加熱の例である。この場合、ダミーファイバの火炎巻き込み防止部材１６により、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みが緩和され、内側と両側の光ファイバにおける加熱の不均一を緩和することができる。（ニ）図は、本発明による下向き加熱の例で、上記（ハ）図の上向き加熱の場合より、さらに加熱の不均一を軽減することができる。
【００３４】
図４および図５は第２の実施の形態を示し、火炎巻き込み防止部材にロッド形状のものを用いる例を示す。図４（Ａ）は火炎巻き込み防止部材をファイバフォルダと一体的に設ける例を示す図、図４（Ｂ）は火炎巻き込み防止部材をファイバフォルダに着脱可能に設ける例を示す図、図４（Ｃ）は火炎巻き込み防止部材をバーナと一体的に設ける例を示す図、図５（Ａ）は加熱状態を示す図、図５（Ｂ）は火炎巻き込み防止部材の各種の形状例を示す図である。図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００３５】
図４（Ａ）においては、ロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６がファイバフォルダ１９の一方に一体的に設けられている。多心光ファイバ１１のモードフィールド径の拡大を行なおうとする裸ファイバ部１２を、ファイバフォルダ１９で固定したとき、両端の光ファイバ１１ｂに近接して火炎巻き込み防止部材１６が自動的に配置される。加熱時には、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みを自動的に緩和することができる。
【００３６】
図４（Ｂ）においては、ロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６がファイバフォルダ１９に着脱可能に設けられている。多心光ファイバ１１のモードフィールド径の拡大を行なおうとする裸ファイバ部１２を、ファイバフォルダ１９で固定するとともに、両端の光ファイバ１１ｂに近接して火炎巻き込み防止部材１６を必要に応じて配置固定する。加熱時には、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みを緩和することができる。
【００３７】
図４（Ｃ）においては、ロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６が支持アーム１６ａを介してバーナ１７と一体的に設けられている。多心光ファイバ１１のモードフィールド径の拡大を行なおうとする裸ファイバ部１２を、ファイバフォルダ１９で固定した後、バーナ１７を所定位置に移動させることにより、両端の光ファイバ１１ｂに近接して火炎巻き込み防止部材１６が自動的に配置される。加熱時には、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みを自動的に緩和することができる。
【００３８】
図５（Ａ）は、本発明によるロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６を用いた際の加熱状態を示し、（イ）図は上向き加熱の例を示し、（ロ）図は下向き加熱の例を示している。何れの例においても、両端の光ファイバ１１ｂに近接して配置したロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６により、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みが緩和され、内側と両側の光ファイバにおける加熱の不均一を緩和することができる。なお、（ロ）図の下向き加熱の場合、（イ）図の上向き加熱の場合より、両端へのバーナ火炎の巻き込みが少なく、さらに加熱の不均一を軽減することができる。
【００３９】
図５（Ｂ）は、ロッド形状の火炎巻き込み防止部材１６に、各種形状のものが用いられる例を示す図である。（イ）図は断面が円形の例を示し、（ロ）図は断面が矩形の例を示し、（ハ）図は断面が三角形の例を示し、（ニ）図は断面が菱形の例を示している。何れの形状においても、加熱される光ファイバ断面積以上の断面積を有し、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みを緩和し、内側と両側の光ファイバの加熱の不均一を軽減して、ＴＥＣ処理に差が生じないようにすることができる。
【００４０】
図６は第３の実施の形態を示し、火炎巻き込み防止部材に断面凹形状の基板を用いる例を示す。図６（Ａ）は下向き加熱する例を示す図、図６（Ｂ）は火炎巻き込み防止部材を支持基板として使用する例を示す図、図６（Ｃ）は加熱状態を示す図である。図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００４１】
図６（Ａ）において、火炎巻き込み防止部材１６は断面凹形状の基板を用いて形成され、ファイバ被覆部１３の一部に跨る軸方向長さを有している。この火炎巻き込み防止部材１６は、例えば、多心光ファイバ１１の下面側にファイバフォルダ１９の下部側に設けた支持アーム（図示せず）等により支持される。多心光ファイバ１１のモードフィールド径の拡大を行なおうとする裸ファイバ部１２を、ファイバフォルダ１９で固定したとき、火炎巻き込み防止部材１６の両側突壁１６ｂが両端の光ファイバ１１ｂに近接して配置される。加熱時には、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みを自動的に緩和することができる。
【００４２】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）において加熱時に使用した火炎巻き込み防止部材１６をそのまま基板として用いる例を示している。加熱処理された裸ファイバ部１２は火炎巻き込み防止部材１６の平端部に載置されて、接着樹脂２１により接着一体化される。加熱が融着接続部のＴＥＣ処理である場合、火炎巻き込み防止部材１６は、ＴＥＣ処理後に融着接続部の補強基板として用いられる。また、加熱処理が図１１（Ｂ）で示したフィルタ形成部である場合、ＴＥＣ処理後に火炎巻き込み防止部材１６を支持基板として接着樹脂２１で一体化する。この後、ＴＥＣ処理された中央部分に切り込みを入れ、この切り込み部分に誘電体多層膜フィルタを挿入する。なお、火炎巻き込み防止部材１６をそのまま基板として用いない場合は、軸方向長さを短く形成した形状のものであってもよい。
【００４３】
図６（Ｃ）は、本発明による火炎巻き込み防止部材１６に断面凹形状の基板を用いた際の加熱状態を示し、（イ）図は上向き加熱の例を示し、（ロ）図は下向き加熱の例を示している。何れの例においても、両端の光ファイバ１１ｂに近接して配置した火炎巻き込み防止部材１６により、両端の光ファイバ１１ｂに対するバーナ火炎の巻き込みが緩和され、内側と両側の光ファイバにおける加熱の不均一を緩和することができる。なお、（ロ）図の下向き加熱の場合、（イ）図の上向き加熱の場合より、両端へのバーナ火炎の巻き込みが少なく、さらに加熱の不均一を軽減することができる。
【００４４】
図７は、モードフィールド径が５.７μｍで比屈折率差１.３％の８心の多心光ファイバに対して、一括加熱でＴＥＣ処理した一例を示す図である。実線で示すデータは、図３（Ｃ−ロ）の火炎巻き込み防止部材を用いず下向き加熱によりＴＥＣ処理した場合の拡大されたモードフィールド径である。点線のデータは、図３（Ｃ−ニ）の火炎巻き込み防止部材を用いた下向き加熱によりＴＥＣ処理した場合の拡大されたモードフィールド径である。
【００４５】
多心光ファイバの心線番号を左から１〜８としたとき、火炎巻き込み防止部材を用いない場合は、両端の１番と８番の光ファイバに対する加熱量が大きく、モードフィールド径も２番〜７番の内側の光ファイバに比べてバラツキの差が大きくなっている。一方、火炎巻き込み防止部材を用いた場合は、両端の１番と８番の光ファイバに対するバーナ火炎の巻き込みが軽減され、モードフィールド径が小さくなり、２番〜７番の内側の光ファイバとの差を少なくすることができた。以上の結果から、多心光ファイバの両端の光ファイバに近接して火炎巻き込み防止部材を配置することにより、各心線間でのモードフィールド径の差が±０.５μｍ以下に軽減することができる。
【００４６】
次に、図８，図９，図１０により、本発明の具体的なモードフィールド径拡大装置の駆動機構と動作方法について説明する。図８は光ファイバの支持機構を示し、図中、１１は多心光ファイバ、１２は裸ファイバ部、１３はファイバ被覆部、１４は融着接続部、１９はファイバフォルダ、１９ａはファイバフォルダ台、２０はファイバクランプ、２０ａはファイバクランプ台、１７はバーナ、２２はベース台、２３は摺動台、２４は摺動溝、２５は滑車、２６は錘、２７はエアボンベ、２８はエアバルブ、２９は配管、３０はエア制御装置を示す。図９はバーナの駆動機構を示し、図中、３１はバーナ保持部、３１ａはバーナ保持部台、３２は上下方向駆動台、３２ａは摺動溝、３３は保持アーム、３３ａは保持アーム台、３４は前後方向駆動台、３４ａは摺動溝、３５はガイド部、３６，３７は駆動モータ、３８はベース台、３９はガスボンベ、４０は酸素ボンベ、４１は配管、４２はガス流量制御弁、４３はガス流量制御装置、４４は制御装置を示す。図１０はバーナの動作フローを示す図である。
【００４７】
図８において、多心光ファイバ１１のＴＥＣ処理を必要とする融着接続部１４を、バーナ１７の下方に位置するように、多心光ファイバ１１のファイバ被覆部１３をファイバクランプ２０で把持固定する。ファイバクランプ２０は、ファイバクランプ台２０ａに取付けられ、ベース台２２に設けられた摺動台２３の摺動溝２４に沿って、ファイバクランプ台２０ａと共に摺動可能となっている。ファイバクランプ台２０ａは、滑車２５と錘２６により外方向に引張り力が付与されると共に、摺動台２３上でエア圧力により移動制御されるようになっている。制御用のエアは、エアボンベ２７からエアバルブ２８、配管２９を経て供給され、エア供給の制御は、エア制御装置３０でエアバルブ２８を制御して行なわれる。
【００４８】
多心光ファイバ１１の両側をファイバクランプ２０で把持固定した後、ファイバクランプ台２０ａの移動をフリー状態とすることにより、多心光ファイバ１１には、錘２６による引張り力が加えられる。この後、多心光ファイバ１１に引張り力が加えられた状態で、ファイバフォルダ台１９ａ上に設けられたファイバフォルダ１９で、多心光ファイバ１１のファイバ被覆部１３の端部を把持固定する。ファイバフォルダ１９で多心光ファイバ１１を固定した後は、エア制御装置３０により多心光ファイバ１１への引張り力を解放する。
【００４９】
多心光ファイバ１１が上記の如くにセットされたら、バーナ１７の位置調整と加熱が開始される。図９において、バーナ１７は、バーナ保持部台３１ａに設けられたバーナ保持部３１に取付け支持されている。バーナ保持部台３１ａは、駆動モータ３６により上下方向駆動台３２の摺動溝３２ａに沿って上下方向（矢印Ｙで示す）に移動可能とされている。上下方向駆動台３２は、保持アーム台３３ａに設けられた保持アーム３３により支持されている。保持アーム台３３ａは、駆動モータ３７により摺動溝３４ａに沿って前後方向駆動台３４上を前後方向（矢印Ｘで示す）に移動可能とされている。
【００５０】
また、前後方向駆動台３４は、ベース台３８上にガイド部３５により横方向（紙面と直交する方向で、便宜的に矢印Ｚで示す）に移動可能とされる。また、前後方向駆動台３４は、ベース台３８上を横方向に駆動するための駆動モータ（図示せず）によって駆動制御される。
【００５１】
バーナ１７には、バーナ保持部３１を介して燃焼ガスが供給される。燃焼ガスには、プロパン、アセチレン、水素等のガスと酸素ガスの混合ガスが用いられ、ガスボンベ３９および酸素ボンベ４０から配管４１を経て供給される。これらのガスは、ガス流量制御装置４３によりガス流量制御弁４２を調節して、所定量供給される。なお、ガス流量制御装置４３および駆動モータ３６，３７等は、コンピュータを用いた制御装置４４により制御される。
【００５２】
次に、図１０に示すバーナの動作フローにより、前記機構の動作を説明する。
先ず、スタートのステップＳ１で、制御装置４４に設定条件を入力または読込ます。次いで、ステップＳ２でバーナの点火位置への移動命令が発せられ、ステップＳ３で点火座標位置への移動が完了したら、バーナを点火し加熱スタート命令が発せられる。
【００５３】
バーナが点火されたら、ステップＳ４で制御装置４４に入力された設定条件に基づいてバーナに供給されるガス流量が所定値に調節される。ガス流量の調節が終了すると、ステップＳ５でバーナの加熱位置への移動命令が発せられ、バーナの現在位置とバーナの加熱座標位置までの移動量を算出し、駆動モータを駆動してバーナを加熱座標位置に移動させる。
【００５４】
ステップＳ６で点火座標位置への移動が完了したら、設定に基づいて所定時間だけ光ファイバを加熱する。所定時間の加熱が終了すると、ステップＳ７でバーナの退避座標位置への移動命令が発せられる。この移動命令により、バーナの現在位置とバーナの退避座標位置までの移動量を算出し、駆動モータを駆動してバーナを退避座標位置に移動させる。
【００５５】
ステップＳ８でバーナが退避座標位置への移動が完了していれば、ステップＳ９でバーナのガス流量がゼロにされ、次いで、ステップＳ１０で装置が停止される。
【００５６】
【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、多心光ファイバを一括して加熱処理する場合、全心をほぼ均一に加熱することが可能となり、多心光ファイバの全心でモードフィールド径拡大のバラツキを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を説明する図である。
【図２】本発明の実施に用いるバーナの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における加熱状態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を説明する図である。
【図７】本発明と従来のＴＥＣ処理後のモードフィールド径拡大のバラツキを比較する図である。
【図８】本発明における光ファイバの支持機構を説明する図である。
【図９】本発明におけるバーナの駆動機構を説明する図である。
【図１０】本発明におけるバーナの動作フローを示す図である
【図１１】従来のモードフィールド径の拡大方法を説明する図である。
【符号の説明】
１１…多心光ファイバ、１１ａ…中央側の光ファイバ、１１ｂ…両端の光ファイバ、１２…裸ファイバ部、１３…ファイバ被覆部、１４…融着接続部、１５…光ファイバの加熱領域（ＴＥＣ領域）、１６…火炎巻き込み防止部材、１６ａ…支持アーム、１６ｂ…突壁、１７…バーナ、１８…ガス噴出口、１９…ファイバフォルダ、１９ａ…ファイバフォルダ台、２０…ファイバクランプ、２０ａ…ファイバクランプ台、２１…接着樹脂、２２…ベース台、２３…摺動台、２４…摺動溝、２５…滑車、２６…錘、２７…エアボンベ、２８…エアバルブ、２９…配管、３０…エア制御装置、３１…バーナ保持部、３１ａ…バーナ保持部台、３２…上下方向駆動台、３２ａ…摺動溝、３３…保持アーム、３３ａ…保持アーム台、３４…前後方向駆動台、３４ａ…摺動溝、３５…ガイド部、３６，３７…駆動モータ、３８…ベース台、３９…ガスボンベ、４０…酸素ボンベ、４１…配管、４２…ガス流量制御弁、４３…ガス流量制御装置、４４…制御装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for enlarging a mode field diameter of a multi-core optical fiber by thermally diffusing a dopant added to a core portion by collectively heating the multi-core optical fiber with a burner.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high-performance optical fibers with a reduced mode field diameter, such as wavelength division multiplexing optical fibers and Raman amplification optical fibers, have a relatively large mode field diameter (sometimes expressed as “core diameter”). Development of hybrid optical fibers combined with ordinary single mode optical fibers is in progress.
[0003]
In the connection of the above-described high-performance optical fiber having a different mode field diameter of the optical fiber and a normal single mode optical fiber, it is difficult to obtain a practical connection loss simply by fusion-bonding. For this reason, the fusion spliced part is subjected to additional heat treatment to thermally diffuse the dopant in the core part toward the clad part, and to match the mode field diameter of the spliced part to make a smooth connection shape (Thermally-diffused Expanded Core (Hereinafter, referred to as TEC) is known (for example, see Japanese Patent No. 2618500).
[0004]
Further, in an optical component or an optical connector component in which a dielectric multilayer filter is inserted in an optical fiber, the connection loss tends to increase if the mode field diameter at the end of the optical fiber is small. For this reason, it is known that the end of the optical fiber through which light enters and exits is partially TEC-processed to partially enlarge the mode field diameter of the end of the optical fiber (see, for example, JP-A-2-266307, (See Kaihei 4-69604).
[0005]
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the TEC process described above. FIG. 11A is a diagram showing an example in which TEC processing is performed after fusion-bonding optical fibers having different mode field diameters, and FIG. 11B is a diagram showing a mode field diameter by performing TEC processing on an intermediate portion of the optical fibers. It is a figure which shows the example which expands and forms a filter. In the figure, 1a and 1b are optical fibers, 2 is a glass fiber part (cladding part), 3a and 3b are core parts, 4 is a fiber coating part, 5 is a fusion splicing part, 6 is a burner, and 7 is a mode field diameter expansion. , 8 is a dielectric multilayer filter, 9 is a substrate, and 10 is an adhesive resin.
[0006]
The optical fibers 1a and 1b that are fusion-bonded to each other have the same outer diameter of the glass fiber portion (cladding portion) 2, but the mode field diameters of the core portions 3a and 3b (the core diameter in the above publication) and their The relative refractive index difference is different. The optical fibers 1a and 1b are connected to each other by butt-fusion by melting the connection end surfaces by arc discharge or the like after arranging the connection end surfaces to face each other. If the fusion splicing is simply performed, as shown in FIG. 11A, the fusion splicing portion 5 is connected due to the difference in mode field diameter between the core portion 3a of the optical fiber 1a and the core portion 3b of the optical fiber 1b. Discontinuity increases and connection loss increases.
[0007]
In order to improve this, the vicinity of the fusion splicing part 5 is additionally heated with a microtorch or burner 6 using combustion gas and subjected to TEC treatment. Although the optical fibers 1a and 1b themselves are not melted, this heating is performed at a temperature and time at which the dopant for increasing the refractive index added to the core portions 3a and 3b is thermally diffused to the cladding portion side. As a result of this heating, the dopant added to the core portions 3a and 3b is thermally diffused to the cladding portion 2 side, and the mode field diameter at the fusion spliced portion of the core portions 3a and 3b is enlarged. A smooth connection shape can be obtained.
[0008]
The optical fiber 1a having a smaller mode field diameter and a higher dopant concentration thermally diffuses more dopant than the optical fiber 1b having a larger mode field diameter and a lower dopant concentration. Therefore, the mode field diameter on the optical fiber 1a side is enlarged larger than that on the optical fiber 1b side, and the discontinuous state is reduced. When fusion-bonding such heterogeneous optical fibers, the TEC process described above is performed to gradually bring the optical fiber with a small mode field diameter closer to the mode field diameter of the other optical fiber, thereby reducing connection loss. It is clear that it can be done.
[0009]
Further, as shown in FIG. 11B, the intermediate portion of the optical fiber 1a is heated in advance and subjected to TEC treatment, so that the mode field diameter enlarged portion 7 is formed. Thereafter, the TEC-treated portion is bonded and fixed to the substrate 9 with an adhesive resin 10, and a notch of a predetermined width is made in the central portion of the mode field diameter enlarged portion 7 with a rotating grindstone or the like, and the dielectric multilayer film filter 8 is placed in this notched portion. Is inserted into the filter housing optical fiber with reduced loss. Moreover, the optical connector which expanded the mode field diameter of a connection end can be formed by dividing | segmenting in the center part of the mode field diameter expansion part 7, and inserting the edge part in an optical connector ferrule.
[0010]
Further, the optical fiber 1b having a large mode field diameter can be mechanically joined or fused to the cut end portion having an enlarged mode field diameter so as to match the mode field diameter. Also in this case, it is possible to reduce an increase in connection loss due to discontinuous connection due to a difference in mode field diameter. Furthermore, it is known that such a TEC treatment by heating is effective in reducing the connection loss due to eccentricity or the like by expanding the core diameter of the fusion splicing portion even in the connection between the same type of optical fibers. (For example, refer to JP-A 61-117508).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The TEC process described above is usually performed using a micro torch or burner,
In order to heat a predetermined region, the microtorch is relatively moved in the axial direction of the optical fiber. In addition, a plurality of micro torches or burners are arranged to face each other to heat the optical fiber. Further, an example in which a plurality of micro torches or burners are arranged in the arrangement direction of the optical fibers in order to simultaneously heat the multi-core optical fibers arranged in a parallel row is known (for example, see Japanese Patent No. 2669649). . An example using a shape corresponding to the width dimension of a multi-core tape fiber is also known (see Japanese Patent Laid-Open No. 8-82721).
[0012]
The TEC treatment needs to be heated at an appropriate temperature and time for the core portion dopant in a predetermined region of the optical fiber to thermally diffuse into the cladding portion. Although heated below the melting point of the optical fiber, if the heating is not performed properly, the heated portion may be softened and loosen due to its own weight. If deformation due to slacking remains, it contributes to an increase in loss.
[0013]
Also, the flame of the burner has a non-uniform temperature distribution and spread, and the flame is fluctuated by the external environment, and it is difficult to manage it in a constant heating state. In particular, when heat-treating multi-core optical fibers such as 8-core, 12-core, and 24-core collectively, the burner flame is in a state of wrapping the multi-fiber optical fibers from the outside. For this reason, the optical fibers arranged on the outer side are heated more than the optical fibers arranged on the inner side and are not heated uniformly. As a result, there is a problem that a difference occurs in the TEC processing between the outer side and the inner side of the multi-fiber optical fiber, and the connection loss of each optical fiber is not uniformly reduced, resulting in variations.
[0014]
The configuration of the heating burner greatly affects the above-described problems in the TEC process. However, any of the conventional burners described above has a limited heating range, it is difficult to uniformly heat the multi-core optical fiber, and it is difficult to obtain a desired temperature distribution.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a method for enlarging a mode field diameter of a multi-fiber optical fiber that can uniformly heat a predetermined range of the optical fiber by batch heating in which the multi-fiber optical fiber is TEC processed. It is another object of the present invention to provide an enlargement device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the method for expanding the mode field diameter of a multi-core optical fiber according to the present invention, the dopant added to the core portion is thermally diffused by collectively heating the multi-core optical fiber in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel with a burner. A method for expanding the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber, wherein a flame entrainment prevention member is disposed on both sides of the multi-fiber optical fiber and heated.
[0017]
The multi-fiber optical fiber mode field diameter enlarging apparatus of the present invention heats the dopant added to the core portion by heating the multi-fiber optical fiber in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel in a row with a burner. An apparatus for expanding a mode field diameter of a multi-core optical fiber to be diffused, characterized in that a flame entrainment prevention member is disposed so as to be positioned on both sides of the multi-fiber optical fiber. The burner has a plurality of gas jets arranged in the axial direction of the optical fiber on the heating surface, and a plurality of gas jets arranged in parallel in the axial direction of the optical fiber.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The outline of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a diagram for explaining the outline of the heating method of the TEC treatment, FIG. 1B is a diagram showing an upward heating mode of the burner, and FIG. 1C is a diagram showing a downward heating mode of the burner. In the figure, 11 is a multi-core optical fiber, 11a is a central optical fiber, 11b is an optical fiber at both ends, 12 is a bare fiber part, 13 is a fiber coating part, 14 is a fusion splicing part, and 15 is a heating of the optical fiber. A region (TEC region), 16 is a flame entrainment prevention member, 17 is a burner, 18 is a gas outlet, 19 is a fiber folder, and 20 is a fiber clamp.
[0019]
The multi-core optical fiber 11 that is the subject of the present invention includes a configuration in which a plurality of single-core optical fibers are arranged in a parallel row, and a plurality of single-fiber optical fibers are arranged in parallel in advance in a common coating. It is the optical fiber tape core wire of the form integrated by. For example, the multi-fiber optical fiber 11 is set in the mode field diameter enlargement apparatus in a form as shown in FIG. 1A in order to perform TEC processing of the fusion splicing portion 14 following the fusion splicing. The apparatus includes a burner 17, a fiber folder 19, and a fiber clamp 20. The burner 17 is arranged below the multi-core optical fiber 11 as shown in FIG. 1 (B) and heated upward toward the multi-core optical fiber 11, and as shown in FIG. 1 (C). It can arrange | position to the upper side of the core optical fiber 11, and can be set as the form heated toward the multi-core optical fiber 11 downward.
[0020]
When performing the TEC process, first, both sides of the multi-core optical fiber 11 are fixed by the fiber clamp 20 so that the fusion splicing portion 14 of the multi-core optical fiber 11 is positioned at the center of the burner 17. After applying a tensile force to the fiber clamp 20 and applying an appropriate tension to the multi-core optical fiber 11, the end of the fiber covering portion 13 is fixed by the inner fiber holder 19 in a state where the tension is applied, and then the fiber clamp The tension applied to 20 is released. By applying this tension, the multi-core optical fiber can be prevented from slackening during heating.
[0021]
The burner 17 used in the present invention has a plurality of gas outlets 18 arranged in the axial direction (longitudinal direction) of the multi-core optical fiber 11 as shown in FIG. A plurality of rows are arranged in parallel to the axial direction of the optical fiber. The number and arrangement length of the gas outlets 18 arranged in the axial direction can be provided in a range that covers a predetermined heating region (TEC region) 15 of the multi-core optical fiber 11. Moreover, the number of arrangement | sequences provided in parallel with an axial direction can be increased / decreased suitably according to the number of the core wires of the multi-core optical fiber 11 to be heated, and the fiber interval. Furthermore, it is possible to obtain an arbitrary heating temperature distribution by changing the arrangement pattern of the plurality of gas ejection ports 18.
[0022]
In the present invention, the burner 17 is characterized in that the flame entrainment preventing members 16 are arranged and heated on both sides in the arrangement direction of the multi-core optical fibers 11. For example, the flame entrainment preventing member 16 is disposed in parallel to the optical fibers 11b at both ends of the multi-core optical fiber 11 so as to be close to the fiber interval. The flame entrainment prevention member 16 is, for example, a rod-shaped member made of various heat-resistant materials such as metal, glass, and ceramic. Preferably, those made of glass or ceramic material having a thermal conductivity close to that of the optical fiber are preferable.
[0023]
When the burner 17 is positioned on the lower surface side of the multi-core optical fiber 11 and heated upward as in the example of FIG. 1 (B), the burner flame moves outward from the center side of the multi-core optical fiber 11 and wraps both ends. This is how it happens. Therefore, when there is no flame entrainment prevention member 16, the optical fibers 11b at both ends are heated with a larger heating amount than the optical fiber 11a on the center side. However, as described above, by disposing the flame entrainment preventing member 16 in parallel near the outside of the optical fibers at both ends, the entrainment of the burner flame into the optical fibers 11b at both ends is alleviated, and the center-side optical fiber 11a. The difference from the heating amount can be reduced.
[0024]
When the burner 17 is positioned on the upper surface side of the multi-core optical fiber 11 and heated downward as in the example of FIG. 1C, the entrainment at both ends of the burner flame is reduced compared to the upward heating of FIG. The However, the burner flame is generated from the center side of the multi-core optical fiber 11 to the outside, and similarly entrains the optical fibers 11b at both ends. For this reason, as in the case of FIG. 1B, when there is no flame entrainment prevention member 16, the optical fibers 11b at both ends are heated with a larger heating amount than the optical fiber 11a on the center side. Therefore, by disposing the flame entrainment prevention member 16 in parallel near the outer sides of the optical fibers 11b at both ends, the entrainment of the burner flame into the optical fibers 11b at both ends is alleviated and the heating amount of the optical fiber 11a at the center side is reduced. And the difference can be reduced.
[0025]
Since the burner 17 has a configuration in which a plurality of gas jets 18 are arranged in the axial direction, a predetermined range of the multi-core optical fiber can be heated and does not need to be moved in the axial direction as in the prior art. However, by swinging the burner 17 in the axial direction (longitudinal direction) of the multi-core optical fiber 11 by a swing mechanism described later, the heating range can be expanded and the TEC region can be expanded. Further, by controlling the swing speed or the like, it is possible to heat with a uniform temperature distribution in the axial direction or to adjust the taper shape of the TEC region.
[0026]
The heating method for expanding the mode field diameter according to the present invention includes the TEC treatment of the fusion spliced portion of the multi-core optical fiber shown in FIG. 11 (A) and the multi-core light shown in FIG. 11 (B). The present invention can be applied to any of the TEC processes in the middle part of the fiber.
[0027]
2A and 2B are diagrams illustrating an example of a burner used in the present invention, in which FIG. 2A is a top view, FIG. 2B is an aa cross-sectional view, and FIG. 2C is a right side view. In the figure, 17 is a burner, 17a is a heating surface, 17b is a burner body, 17c is a gas introduction chamber, 17d is a gas introduction port, and 18 is a gas outlet.
[0028]
The burner 17 is a heat-resistant metal, for example, 1 cm. ^Three It is formed in the following cubic shape, and is configured by attaching a gas introduction port 17d to the burner body 17b. Note that the size of the burner 17 varies depending on the number of cores of the multi-fiber optical fiber, etc. ^Three It is not limited to the following. The inside of the burner body 17b is formed by a gas introduction chamber 17c, and a plurality of the gas jet ports 18 described above are provided in communication with the gas introduction chamber 17c on the heating surface 17a for heating the optical fiber. The gas outlets 18 are, for example, holes with a diameter of about 0.3 mm and are provided in a matrix in the axial direction of the optical fiber and the direction orthogonal to the axial direction at a pitch of about 0.7 mm to 1.0 mm.
[0029]
FIG. 3 shows a first embodiment and shows an example in which an optical fiber is used as a flame entrainment prevention member. FIG. 3A is a diagram showing an example in which an optical fiber prepared separately is used as a flame entrainment prevention member, and FIG. 3B is a diagram showing an example in which the optical fibers at both ends of the multi-core optical fiber are flame entrainment prevention members. FIG. 3C shows a heating state. The reference numerals in the figure are the same as those used in FIG.
[0030]
In FIG. 3 (A), the multi-core optical fiber 11 is fixed at the end of the fiber covering portion 13 with a fiber folder 19 (not shown with a pressing member) to increase the mode field diameter. A burner 17 is disposed at the center of the bare fiber portion 12 and set. A short single-core dummy fiber is used for the flame entrainment prevention member 16 and is arranged close to the optical fibers 11b at both ends. The burner 17 is shown as an example of upward heating disposed below the multi-core optical fiber 11 in the figure, but may be disposed upward to perform downward heating.
[0031]
3B, the multi-core optical fiber 11 is fixed by the fiber holder 19 as in FIG. 3A. However, the optical fibers at both ends of the multi-core optical fiber 11 are used as the flame entrainment prevention member 16. Therefore, it is not necessary to separately prepare a single-core dummy fiber as the flame entrainment prevention member 16 as shown in FIG. However, the optical fibers 11b at both ends of the multi-core optical fiber 11 become one inner optical fiber, and the actual optical fibers at both ends are handled as dummy fibers that are not used for transmission of optical signals.
[0032]
FIG. 3C is a diagram showing the difference between the conventional heating state and the heating state of the present invention. (A) The figure shows an example of conventional upward heating, in which a burner flame is caught in the optical fibers 11b at both ends and heated more strongly than the inner optical fibers 11a, and the heating becomes uneven in the inner and both optical fibers. Differences in processing occur. (B) The figure shows an example of conventional downward heating. (I) Compared with the upward heating shown in FIG. 5, the burner flame is less involved in the optical fibers 11b at both ends, and the uneven heating is reduced. However, the optical fibers 11b at both ends are still heated more strongly than the inner optical fiber 11a.
[0033]
(C) The figure is an example of upward heating in which a flame entrapment prevention member 16 of a dummy fiber is arranged in the vicinity of the optical fibers 11b at both ends shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B) according to the present invention. . In this case, the inclusion of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends can be mitigated by the flame entrainment preventing member 16 of the dummy fiber, and uneven heating in the inner and both optical fibers can be mitigated. (D) The figure shows an example of downward heating according to the present invention, and the uneven heating can be further reduced as compared with the case of upward heating shown in FIG.
[0034]
4 and 5 show a second embodiment and show an example in which a rod-shaped member is used as a flame entrainment prevention member. 4A shows an example in which a flame entrainment prevention member is provided integrally with the fiber folder, FIG. 4B shows an example in which a flame entrainment prevention member is detachably attached to the fiber folder, and FIG. ) Is a diagram showing an example in which a flame entrainment prevention member is provided integrally with a burner, FIG. 5 (A) is a diagram showing a heating state, and FIG. 5 (B) is a diagram showing examples of various shapes of the flame entrainment prevention member. . The reference numerals in the figure are the same as those used in FIG.
[0035]
In FIG. 4A, a rod-shaped flame entrainment preventing member 16 is integrally provided on one side of the fiber folder 19. When the bare fiber portion 12 to be expanded in the mode field diameter of the multi-fiber optical fiber 11 is fixed by the fiber holder 19, the flame entrainment prevention member 16 is automatically arranged in the vicinity of the optical fibers 11b at both ends. The At the time of heating, the entrainment of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends can be automatically relieved.
[0036]
In FIG. 4B, a rod-shaped flame entrainment prevention member 16 is detachably provided on the fiber folder 19. The bare fiber portion 12 to be expanded in the mode field diameter of the multi-core optical fiber 11 is fixed by the fiber folder 19, and the flame entrainment prevention member 16 is disposed as necessary near the optical fibers 11b at both ends. Fix it. At the time of heating, the entrainment of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends can be reduced.
[0037]
In FIG. 4C, a rod-shaped flame entrainment prevention member 16 is provided integrally with the burner 17 via a support arm 16a. After fixing the bare fiber portion 12 to be expanded in the mode field diameter of the multi-core optical fiber 11 with the fiber folder 19, the burner 17 is moved to a predetermined position so as to be close to the optical fibers 11b at both ends. The flame entrainment prevention member 16 is automatically arranged. At the time of heating, the entrainment of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends can be automatically relieved.
[0038]
FIG. 5 (A) shows a heating state when the rod-shaped flame entrainment prevention member 16 according to the present invention is used, (A) shows an example of upward heating, and (B) shows an example of downward heating. Show. In any example, the rod-shaped flame entrainment preventing member 16 disposed in the vicinity of the optical fibers 11b at both ends alleviates the entrainment of the burner flame to the optical fibers 11b at both ends, and the heating of the inner and both optical fibers is reduced. Unevenness can be mitigated. In addition, in the case of (B) downward heating, the burner flame is less involved at both ends than in the case of (B) upward heating, and heating unevenness can be further reduced.
[0039]
FIG. 5B is a diagram illustrating an example in which rod-shaped flame entrainment preventing members 16 having various shapes are used. (B) The figure shows an example with a circular cross section, (b) The figure shows an example with a rectangular cross section, (c) The figure shows an example with a triangular cross section, (d) The figure shows an example with a rhombus cross section Show. In any shape, it has a cross-sectional area that is greater than the cross-sectional area of the optical fiber to be heated, reduces the entrainment of the burner flame with respect to the optical fiber 11b at both ends, and reduces the uneven heating of the optical fibers on the inside and both sides. , It is possible to prevent a difference in the TEC process.
[0040]
FIG. 6 shows a third embodiment and shows an example in which a substrate having a concave cross section is used as a flame entrainment prevention member. 6A is a diagram showing an example of heating downward, FIG. 6B is a diagram showing an example of using a flame entrainment prevention member as a support substrate, and FIG. 6C is a diagram showing a heating state. The reference numerals in the figure are the same as those used in FIG.
[0041]
In FIG. 6A, the flame entrainment prevention member 16 is formed using a substrate having a concave cross section and has an axial length that extends over a portion of the fiber coating portion 13. The flame entrainment preventing member 16 is supported by, for example, a support arm (not shown) provided on the lower side of the fiber holder 19 on the lower surface side of the multi-fiber optical fiber 11. When the bare fiber portion 12 to be expanded in the mode field diameter of the multi-core optical fiber 11 is fixed by the fiber holder 19, the both side protruding walls 16b of the flame entrainment preventing member 16 are close to the optical fibers 11b at both ends. Be placed. At the time of heating, the entrainment of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends can be automatically relieved.
[0042]
FIG. 6B shows an example in which the flame entrainment preventing member 16 used during heating in FIG. 6A is used as it is as a substrate. The bare fiber portion 12 that has been heat-treated is placed on the flat end portion of the flame entrainment prevention member 16 and bonded and integrated by the adhesive resin 21. When the heating is the TEC process of the fusion splicing part, the flame entrainment prevention member 16 is used as a reinforcing substrate of the fusion splicing part after the TEC process. When the heat treatment is the filter forming portion shown in FIG. 11B, the flame entrainment prevention member 16 is integrated with the adhesive resin 21 as a support substrate after the TEC treatment. Thereafter, a cut is made in the central part that has been subjected to the TEC process, and a dielectric multilayer filter is inserted into the cut part. If the flame entrainment prevention member 16 is not used as it is as a substrate, it may have a shape in which the axial length is shortened.
[0043]
FIG. 6C shows a heating state when a substrate having a concave cross section is used for the flame entrainment prevention member 16 according to the present invention, FIG. 6A shows an example of upward heating, and FIG. 6B shows downward heating. An example is shown. In any of the examples, the flame entrainment preventing member 16 disposed close to the optical fibers 11b at both ends alleviates the entrainment of the burner flame with respect to the optical fibers 11b at both ends, thereby preventing uneven heating in the inner and both optical fibers. Can be relaxed. In addition, in the case of (B) downward heating, the burner flame is less involved at both ends than in the case of (B) upward heating, and heating unevenness can be further reduced.
[0044]
FIG. 7 is a diagram showing an example in which TEC processing is performed by batch heating on an 8-core multi-fiber having a mode field diameter of 5.7 μm and a relative refractive index difference of 1.3%. Data indicated by a solid line is an expanded mode field diameter when the TEC process is performed by downward heating without using the flame entrainment prevention member of FIG. The data of the dotted line is an enlarged mode field diameter when the TEC treatment is performed by downward heating using the flame entrainment prevention member of FIG.
[0045]
When the core number of the multi-core optical fiber is 1 to 8 from the left, when the flame entrainment prevention member is not used, the heating amount for the first and eighth optical fibers at both ends is large, and the mode field diameter is also the second. The difference in variation is larger than that of the inner optical fiber of No. 7. On the other hand, when the flame entrainment prevention member is used, the entrainment of the burner flame to the 1st and 8th optical fibers at both ends is reduced, the mode field diameter is reduced, and the optical fibers inside the 2nd to 7th optical fibers are connected. The difference could be reduced. From the above results, it is possible to reduce the difference in mode field diameter between the core wires to ± 0.5 μm or less by disposing the flame entrainment prevention member in the vicinity of the optical fibers at both ends of the multi-core optical fiber. it can.
[0046]
Next, with reference to FIGS. 8, 9, and 10, a specific driving mechanism and operation method of the mode field diameter expanding apparatus of the present invention will be described. 8 shows an optical fiber support mechanism, in which 11 is a multi-core optical fiber, 12 is a bare fiber portion, 13 is a fiber coating portion, 14 is a fusion splicing portion, 19 is a fiber folder, 19a is a fiber folder base. , 20 is a fiber clamp, 20a is a fiber clamp base, 17 is a burner, 22 is a base base, 23 is a slide base, 24 is a slide groove, 25 is a pulley, 26 is a weight, 27 is an air cylinder, 28 is an air valve, 29 Indicates a pipe, and 30 indicates an air control device. FIG. 9 shows a drive mechanism of the burner. In the figure, 31 is a burner holding part, 31a is a burner holding part base, 32 is a vertical driving base, 32a is a sliding groove, 33 is a holding arm, 33a is a holding arm base, 34 is a front / rear direction drive base, 34a is a sliding groove, 35 is a guide portion, 36 and 37 are drive motors, 38 is a base base, 39 is a gas cylinder, 40 is an oxygen cylinder, 41 is piping, 42 is a gas flow control valve, Reference numeral 43 denotes a gas flow rate control device, and 44 denotes a control device. FIG. 10 is a diagram showing an operation flow of the burner.
[0047]
In FIG. 8, the fiber covering portion 13 of the multi-fiber optical fiber 11 is held and fixed by the fiber clamp 20 so that the fusion splicing portion 14 that requires TEC processing of the multi-fiber optical fiber 11 is positioned below the burner 17. To do. The fiber clamp 20 is attached to the fiber clamp table 20a and is slidable together with the fiber clamp table 20a along the slide groove 24 of the slide table 23 provided on the base table 22. The fiber clamp table 20a is applied with a tensile force in the outward direction by the pulley 25 and the weight 26, and is controlled to move on the slide table 23 by air pressure. Control air is supplied from an air cylinder 27 through an air valve 28 and a pipe 29, and the air supply is controlled by controlling the air valve 28 with an air control device 30.
[0048]
After gripping and fixing both sides of the multi-core optical fiber 11 with the fiber clamp 20, a tensile force by the weight 26 is applied to the multi-core optical fiber 11 by setting the movement of the fiber clamp table 20 a to a free state. Thereafter, the end of the fiber coating portion 13 of the multi-fiber optical fiber 11 is held and fixed by the fiber folder 19 provided on the fiber holder table 19a in a state where a tensile force is applied to the multi-fiber optical fiber 11. After fixing the multi-core optical fiber 11 with the fiber folder 19, the air controller 30 releases the tensile force applied to the multi-core optical fiber 11.
[0049]
When the multi-core optical fiber 11 is set as described above, the position adjustment and heating of the burner 17 are started. In FIG. 9, the burner 17 is attached and supported by the burner holding part 31 provided on the burner holding part base 31a. The burner holding part base 31 a is movable in the vertical direction (indicated by the arrow Y) along the sliding groove 32 a of the vertical driving base 32 by the drive motor 36. The vertical drive base 32 is supported by a holding arm 33 provided on the holding arm base 33a. The holding arm base 33 a can be moved in the front-rear direction (indicated by an arrow X) on the front-rear direction drive base 34 along the sliding groove 34 a by the drive motor 37.
[0050]
The front-rear direction drive base 34 can be moved on the base base 38 in the lateral direction (in the direction orthogonal to the paper surface, indicated by an arrow Z for convenience) by the guide portion 35. The front-rear direction drive base 34 is driven and controlled by a drive motor (not shown) for driving the base base 38 laterally.
[0051]
Combustion gas is supplied to the burner 17 via the burner holding part 31. As the combustion gas, a mixed gas of gas such as propane, acetylene, hydrogen and oxygen gas is used, and is supplied from the gas cylinder 39 and the oxygen cylinder 40 through the pipe 41. These gases are supplied in predetermined amounts by adjusting the gas flow rate control valve 42 by the gas flow rate control device 43. The gas flow rate control device 43 and the drive motors 36 and 37 are controlled by a control device 44 using a computer.
[0052]
Next, the operation of the mechanism will be described with reference to the operation flow of the burner shown in FIG.
First, in step S1 of the start, setting conditions are input or read into the control device 44. Next, in step S2, a command for moving the burner to the ignition position is issued. In step S3, when the movement to the ignition coordinate position is completed, the burner is ignited and a heating start command is issued.
[0053]
When the burner is ignited, the gas flow rate supplied to the burner is adjusted to a predetermined value on the basis of the set condition input to the control device 44 in step S4. When the adjustment of the gas flow rate is completed, a command to move the burner to the heating position is issued in step S5, the amount of movement from the current position of the burner to the heating coordinate position of the burner is calculated, and the drive motor is driven to heat the burner. Move to coordinate position.
[0054]
When the movement to the ignition coordinate position is completed in step S6, the optical fiber is heated for a predetermined time based on the setting. When heating for a predetermined time is completed, a command to move the burner to the retracted coordinate position is issued in step S7. By this movement command, the amount of movement from the current position of the burner to the retracted coordinate position of the burner is calculated, and the drive motor is driven to move the burner to the retracted coordinate position.
[0055]
If the burner has been moved to the retracted coordinate position in step S8, the gas flow rate of the burner is made zero in step S9, and then the apparatus is stopped in step S10.
[0056]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, when a multi-core optical fiber is heat-treated in a lump, the entire core can be heated almost uniformly, and the mode of the multi-core optical fiber can be increased. Variations in field diameter expansion can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an example of a burner used for carrying out the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a heating state in the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram comparing variations in mode field diameter expansion after the present invention and a conventional TEC process.
FIG. 8 is a diagram illustrating an optical fiber support mechanism according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a burner driving mechanism according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an operation flow of the burner according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional method for enlarging a mode field diameter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Multi-fiber optical fiber, 11a ... Optical fiber of the center side, 11b ... Optical fiber of both ends, 12 ... Bare fiber part, 13 ... Fiber coating | coated part, 14 ... Fusion splicing part, 15 ... Heating area | region (TEC) (Region), 16 ... Flame entrainment prevention member, 16a ... Support arm, 16b ... Projection wall, 17 ... Burner, 18 ... Gas outlet, 19 ... Fiber folder, 19a ... Fiber folder stand, 20 ... Fiber clamp, 20a ... Fiber clamp 21 ... Adhesive resin, 22 ... Base stand, 23 ... Slide stand, 24 ... Slide groove, 25 ... Pulley, 26 ... Weight, 27 ... Air cylinder, 28 ... Air valve, 29 ... Piping, 30 ... Air control device, 31 ... Burner holding part, 31a ... Burner holding part base, 32 ... Vertical driving base, 32a ... Sliding groove, 33 ... Holding arm, 33a ... Holding arm base, 34 ... Front / rear direction driving 34a ... sliding groove, 35 ... guide portion, 36,37 ... drive motor, 38 ... base stand, 39 ... gas cylinder, 40 ... oxygen cylinder, 41 ... piping, 42 ... gas flow control valve, 43 ... gas flow control device 44. Control device.

Claims

A method for expanding the mode field diameter of a multi-core optical fiber in which a dopant added to a core portion is thermally diffused by collectively heating a multi-core optical fiber in which a plurality of optical fibers are arranged in a parallel row with a burner. A method for enlarging a mode field diameter of a multi-fiber optical fiber, wherein a flame entrainment prevention member is disposed on both sides of the multi-fiber optical fiber and heated.

A plurality of gas jets are arranged on the heating surface of the burner in the axial direction of the multi-fiber optical fiber, and a plurality of gas jets are arranged in parallel to the axial direction of the optical fiber. The method for expanding the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to claim 1.

3. The method of enlarging the mode field diameter of a multi-core optical fiber according to claim 1, wherein the burner is disposed above the multi-core optical fiber and heated with the heating surface of the burner facing downward. .

4. The method for expanding the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to claim 1, wherein the burner is swung in an axial direction of the multi-fiber optical fiber during heating of the optical fiber.

The method for enlarging the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein a dummy fiber is used for the flame entrainment prevention member.

The method for enlarging the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein a rod-shaped member is used as the flame entrainment prevention member.

The method for enlarging the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to claim 6, wherein the rod-shaped flame entrainment prevention member is integrally provided on a support base of the multi-fiber optical fiber.

The method for enlarging the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to claim 6, wherein the rod-shaped flame entrainment preventing member is detachably provided on a support base of the multi-fiber optical fiber.

The method for expanding the mode field diameter of a multi-fiber optical fiber according to claim 6, wherein the rod-shaped flame entrainment preventing member is provided integrally with the burner.

The method for expanding the mode field diameter of an optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein a substrate having a concave cross section is used for the flame entrainment prevention member.

The method for expanding the mode field diameter of an optical fiber according to claim 10, wherein after the mode field diameter is expanded, the flame entrainment prevention member having a concave cross section is used as a support substrate or a reinforcing substrate of the mode field diameter expanded portion. .

A multi-fiber optical fiber mode field diameter expansion device for thermally diffusing a dopant added to a core part by collectively heating a multi-fiber optical fiber in which a plurality of optical fibers are arranged in a parallel row with a burner, A device for enlarging a mode field diameter of a multi-fiber optical fiber, wherein a flame entrainment prevention member is disposed so as to be positioned on both sides of the multi-fiber optical fiber.

The burner has a plurality of gas jets arranged in the axial direction of the multi-core optical fiber on the heating surface and a plurality of rows of gas jets arranged in parallel to the axial direction of the optical fiber. The multi-core optical fiber mode field diameter enlarging device according to claim 12.

The mode field diameter of the multi-fiber optical fiber according to claim 12 or 13, wherein the burner is disposed above the multi-fiber optic fiber, and the heating surface of the burner is heated downward. Enlarging device.

The mode field diameter expansion of the multi-core optical fiber according to any one of claims 12 to 14, wherein the burner is configured to swing in an axial direction of the optical fiber during heating of the optical fiber. apparatus.