JP3964454B2 - フォトニッククリスタルファイバの接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトニッククリスタルファイバと他の光ファイバ又はフォトニッククリスタルファイバ同士を低損失で接続するための接続方法及び接続構造に関する。
本願は、２００４年６月２２日に出願された特願２００４−１８３６３９号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。

フォトニッククリスタルファイバは、クラッド部に細孔を有する光ファイバであり、従来のコア／クラッド構造の光ファイバでは実現不可能な特性を達成することが可能であり、様々な種類の機能性ファイバや将来の伝送用ファイバとして開発が行われている。フォトニッククリスタルファイバは、クラッド部に多数の細孔を有するためにコア部よりも等価的に低屈折率になり、コア部の純粋石英部からの光を全反射することによりコア部に光を伝播する構造である。細孔配置の設計によって、様々な特性を得ることができる。

このようなフォトニッククリスタルファイバを伝送用ファイバや各種光部品用ファイバとして実使用する場合、フォトニッククリスタルファイバと他の光ファイバ又はフォトニッククリスタルファイバ同士を低損失で接続する必要がある。
従来、フォトニッククリスタルファイバと他の光ファイバ又はフォトニッククリスタルファイバ同士を低損失で接続する方法として、特許文献１に開示された技術が提案されている。
またフォトニッククリスタルファイバの接続強度を向上させる方法として、特許文献２に開示された技術が提案されている。
特開２００２−２４３９７２号公報 特開２００４−７７８９０号公報

コア部がクラッド部と同じ屈折率の石英ガラスであり、クラッド部に細孔を多数有しているフォトニッククリスタルファイバと他の光ファイバ又はフォトニッククリスタルファイバ同士を融着接続する場合、接続時にクラッド部の多数の細孔がつぶれると、その部分は屈折率分布が均一な石英ガラス部分となって導波構造がなくなるために、接続損失が増加してしまう。接続損失を下げるには、導波構造がなくならないように、細孔構造を保持したまま接続する必要がある。しかし、導波構造がなくならないよう細孔部を保持するためには、できるだけ加熱時間を短く、加熱温度を低くする必要があるが、融着接続部の加熱時間を短く、加熱温度を低くすると、融着が不十分となり接続強度は低下してしまうという問題がある。

特許文献１に開示された接続方法は、フォトニッククリスタルファイバの細孔を封止し接続するものである。細孔を封止することにより、その部分は被接続ファイバと同一構造になるため、接続損失が大きく低減される。またフォトニッククリスタルファイバの接続端部のモードフィールド径が大きくなるので、モードフィールド径の大きいファイバと接続することにより、接続損失を抑えることができる。しかし、この接続方法をコア部がクラッド部と同じ屈折率を持つフォトニッククリスタルファイバに適用すると、細孔をつぶした部分ではコアとクラッドが一体となって導波構造がなくなってしまうため、この接続方法ではコア部がクラッド部と同じ屈折率を持つフォトニッククリスタルファイバと被接続ファイバを低損失で融着接続することはできない。

特許文献２に開示された接続方法は、融着接続時にフォトニッククリスタルファイバの細孔がつぶれるのを防ぐため、融着接続時にファイバ端面間隔を狭くして、ファイバ端面への熱の影響を低く抑えて、細孔がつぶれるのを防いでいる。この方法では、ファイバ端面への熱量が少なくなるが、特許文献２には、ファイバを所定の長さ押し込み、強固なファイバ接続構造を形成することができる旨が記載されている。しかし、この接続方法では接続強度の向上は不十分である。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、クラッド部と同じ屈折率のコア部をもち、クラッド部に多数の細孔を有するフォトニッククリスタルファイバと、他のファイバ又はフォトニッククリスタルファイバのいずれかの被接続ファイバとを低損失且つ高い接続強度で接続する方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、多数の細孔を有するクラッド部と、前記クラッド部と同じ屈折率を有するコア部とを有するフォトニッククリスタルファイバと、被接続ファイバとを融着接続する接続方法において、
前記フォトニッククリスタルファイバと前記被接続ファイバのそれぞれの端面を突き合わせるステップと、
前記突き合わせの後、前記クラッド部の細孔を潰さない第１の加熱条件で突き合わせ部を放電加熱して接続する本放電を行うステップと、
前記本放電の後に、前記クラッド部の細孔を潰さず、かつ、前記第１の加熱条件よりも短時間の第２の加熱条件で前記接続部を間欠放電加熱して接続強度を向上させる追加放電を行うステップと、を有するフォトニッククリスタルファイバの接続方法を提供する。

本発明の接続方法において、前記本放電の放電時間が５００ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。
本発明の接続方法において、前記間欠放電の１回のＯＮ時間は、前記本放電の放電時間より短いことが好ましい。
本発明の接続方法において、前記間欠放電の１回のＯＦＦ時間がＯＮ時間の１／２〜２倍であることが好ましい。

本発明は、多数の細孔を有するクラッド部と、クラッド部と同じ屈折率を有するコア部とを有するフォトニッククリスタルファイバと、被接続ファイバとを融着接続する際に、それぞれのファイバ端面を突き合わせ、フォトニッククリスタルファイバの細孔をつぶさない加熱条件で突き合わせ部を放電加熱して接続する本放電を行い、その後フォトニッククリスタルファイバの細孔をつぶさない加熱条件で接続部を少なくとも１度放電加熱して接続強度を向上させる追加放電を行い、融着接続部を形成する。これによって、フォトニッククリスタルファイバの細孔構造を保持したままファイバ同士を融着接続することができ、低損失で接続強度を十分に向上させた融着接続部を作製することができる。
また融着接続機の一連作業で接続できるため、フォトニッククリスタルファイバと被接続ファイバとを低損失且つ高い接続強度で簡単に接続できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す要部側面図であり、図中符号１はフォトニッククリスタルファイバ、２は被接続ファイバ、３は融着接続機の電極、４は融着接続部、５は放電を示している。

このフォトニッククリスタルファイバ１は、図２に示すように、クラッド部７と同じ屈折率のコア部６をもち、クラッド部７に多数の細孔８を有する構造になっている。本例示においてフォトニッククリスタルファイバ１は、石英ガラスからなり、多数の細孔８が複数の層を成してコア部６を取り囲んでいる。細孔８の直径ｄ及び細孔ピッチΛは一定であっても、異なっていても良い。なお、本発明で用いるフォトニッククリスタルファイバは、図２に示すフォトニッククリスタルファイバ１に限定されるものではなく、別の細孔配置構造を持った種々のフォトニッククリスタルファイバを用いることができる。

被接続ファイバ２は、フォトニッククリスタルファイバ１と異なる他のファイバ、或いはフォトニッククリスタルファイバ１同士とすることができる。他のファイバとしては、例えば石英系シングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと記す。）、マルチモードファイバ等が挙げられる。

本発明の接続方法によりフォトニッククリスタルファイバ１と被接続ファイバ２を融着接続するには、まず、融着接続機に両方のファイバ端部をセットする。それぞれのファイバは、融着接続機の電極３位置でそれぞれの端面を突き合わせた状態でセットされる。この突き合わせ部は、融着接続機のＯＮ時に電極３間の放電５によって加熱される。

次に、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔８をつぶさない加熱条件で突き合わせ部を放電加熱して接続する本放電を行う。この本放電の加熱条件は、融着接続部４の接続損失が０．４ｄＢ以下であり、接続強度が０．５ｋｇｆ以下となるように、５００ｍｓｅｃ以下の放電時間で行うことが望ましい。通常の融着接続方法において接続強度が０．５ｋｇｆ以下では、融着接続機のプルーフで切断されてしまう場合が多く、また信頼性が確保できないが、本発明の接続方法ではこの本放電の後に接続強度を高める追加放電を行うので、この本放電では接続強度が０．５ｋｇｆ以下であってもよい。一方、本放電において接続強度を０．５ｋｇｆよりも高くすると、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔８がつぶれてしまい、接続損失が高くなってしまう。

本放電の後、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔８をつぶさない加熱条件で融着接続部４を少なくとも１度放電加熱して接続強度を向上させる追加放電を行い、融着接続部４を形成する。
この追加放電は、短時間のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す間欠放電であることが好ましい。本放電後に短い間隔の放電を繰り返す間欠放電を行うことによって、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔部の温度上昇を抑え、細孔８がつぶれるのを防いでいる。この間欠放電において、ＯＮ状態ではクラッド部７内側の細孔８よりも外側の細孔のない部分が先に溶融し、細孔８がつぶれる前にＯＦＦ状態になる。これを繰り返し行うことで、フォトニッククリスタルファイバ１端部の細孔構造を保持したまま融着接続ができるため、低損失で接続強度の高い融着接続部４を形成できる。

前記間欠放電の１回のＯＮ時間は、本放電の放電時間より短いことが好ましい。間欠放電の１回のＯＮ時間が本放電の放電時間より長いと、間欠放電時に細孔８がつぶれてしまい、接続損失が高くなってしまう。
また、間欠放電の１回のＯＦＦ時間は、ＯＮ時間の１／２〜２倍であることが好ましい。ＯＦＦ時間がＯＮ時間の１／２より短いと、ファイバ細孔部の温度上昇を抑えることができず、細孔８がつぶれてしまう。一方、ＯＦＦ時間がＯＮ時間の２倍より長いと、細孔外側のクラッド部への加熱が不足し、接続強度を高めることができない。
さらに、間欠放電の総放電時間は、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の合計時間以上であることが好ましい。間欠放電の総放電時間がＯＮ時間とＯＦＦ時間の合計時間より短いと、接続強度の向上が不十分である。

前述した本放電と間欠放電（追加放電）を行うことで、低損失且つ高い接続強度を持った融着接続部４が形成され、フォトニッククリスタルファイバ１と被接続ファイバ２を低損失且つ高い接続強度で接続された接続構造が得られる。この融着接続部４では、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔８がつぶれることなく、導波構造が保持されている。
本発明の接続構造において、融着接続部４の接続損失は０．４ｄＢ以下であり、接続強度が０．５ｋｇｆ以上であることが好ましい。

［実施例１］
クラッド部に多数の細孔を持つフォトニッククリスタルファイバ（クラッド径１２５μｍ、細孔径ｄ＝４．５μｍ、細孔ピッチΛ＝７．５μｍ、細孔層数５層）と、クラッド径１２５μｍ、波長１５５０ｎｍでのモードフィールド径が１０μｍであるＳＭＦとの融着接続を実施した。融着接続機として、フジクラ社製融着接続機ＦＳＭ−４０Ｆを用いた。
融着接続機に各ファイバを配置し、それぞれの端面を突き合わせた状態でセットし、本放電パワー０ｂｉｔで一定として、放電時間を変化させ、本放電のみを行い、作製された接続部の接続損失を測定した。その結果を表１に示す。

表１の結果より、放電時間を短くすれば、フォトニッククリスタルファイバの細孔が保持されるので、放電時間が短いほど接続損失が低下することが分かる。
放電時間が５００ｍｓｅｃ以上では、細孔がつぶれてしまうため、接続損失が高くなってしまう。
放電時間が３００ｍｓｅｃ未満では、放電時間が短すぎるため、各ファイバを接続することができなかった。
接続損失が最も小さくなった放電時間３００ｍｓｅｃの場合の接続強度を測定したところ、平均破断強度は０．３０ｋｇｆと低かった。使用した融着接続機のプルーフレベルは０．２ｋｇｆであり、放電時間３００ｍｓｅｃの場合には融着接続機のプルーフで切断するものがあった。

［実施例２］
前述した実施例１において、最も低損失となる放電時間３００ｍｓｅｃで本放電して接続した後に、追加放電として間欠放電を行い、得られた融着接続部の接続損失と接続強度を測定した。間欠放電は、本放電と同じ放電パワーとし、ＯＮ時間は本放電と同じ放電時間３００ｍｓｅｃ、ＯＦＦ時間は１００〜７００ｍｓｅｃｄｅ接続を行った。間欠放電の総放電時間はＯＮ，ＯＦＦを２回行う時間とした。融着接続部の接続損失と接続強度の測定結果を表２に示す。

表２の結果より、本放電の後に間欠放電を行うことで、低い接続損失を維持したまま、接続強度を向上できることが分かる。間欠放電のＯＦＦ時間が短いと、細孔がつぶれてしまい接続損失が増大し、ＯＦＦ時間が長いと接続強度を高めることができない。

［実施例３］
実施例１で用いたものと同じフォトニッククリスタルファイバ同士の接続を、実施例２と同様に行った。本放電時間を３５０ｍｓｅｃに変更し、間欠放電時間は放電パワーとし、ＯＮ時間は放電時間３００ｍｓｅｃ、ＯＦＦ時間は１００〜７００ｍｓｅｃで接続を行った。間欠放電の総放電時間はＯＮ，ＯＦＦを２回行う時間とした。融着接続部の接続損失と接続強度の測定結果を表３に示す。

表３の結果より、フォトニッククリスタルファイバ同士の接続においても、本放電の後に間欠放電を行うことで、低い接続損失を維持したまま、接続強度を向上できることが分かる。間欠放電のＯＦＦ時間が短いと、細孔がつぶれてしまい接続損失が増大し、ＯＦＦ時間が長いと接続強度を高めることができない。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

本発明の一実施形態を示す融着接続部の側面図である。 本発明で用いるフォトニッククリスタルファイバの一例を示す端面図である。

符号の説明

１…フォトニッククリスタルファイバ、２…被接続ファイバ、３…融着接続機の電極、４…融着接続部、５…放電、６…コア部、７…クラッド部、８…細孔。

Claims (4)

1. 多数の細孔を有するクラッド部と、前記クラッド部と同じ屈折率を有するコア部とを有するフォトニッククリスタルファイバと、被接続ファイバとを融着接続する接続方法において、
   前記フォトニッククリスタルファイバと前記被接続ファイバのそれぞれの端面を突き合わせるステップと、
   前記突き合わせの後、前記クラッド部の細孔を潰さない第１の加熱条件で突き合わせ部を放電加熱して接続する本放電を行うステップと、
   前記本放電の後に、前記クラッド部の細孔を潰さず、かつ、前記第１の加熱条件よりも短時間の第２の加熱条件で前記接続部を間欠放電加熱して接続強度を向上させる追加放電を行うステップと、を有するフォトニッククリスタルファイバの接続方法。
2. 前記本放電の放電時間が５００ｍｓｅｃ以下である請求項１に記載のフォトニッククリスタルファイバの接続方法。
3. 前記間欠放電の１回のＯＮ時間は、前記本放電の放電時間より短い請求項１に記載のフォトニッククリスタルファイバの接続方法。
4. 前記間欠放電の１回のＯＦＦ時間がＯＮ時間の１／２〜２倍である請求項１に記載のフォトニッククリスタルファイバの接続方法。

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