JP4019427B2 - ガラス毛細管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の光ファイバを隣接させて正確に保持し位置決めして固定するガラス毛細管の製造方法に関するものである。

従来より、１本の光ファイバにより伝達される信号を複数本の光ファイバに分波する場合、或いは複数本の光ファイバの信号を１本の光ファイバに合波する場合等において、複数本の光ファイバを保持固定する毛細管が使用される。例えば、２本の光ファイバを正確に並列保持し位置決めして固定する際、図５に示すように、２本の光ファイバ５、６を挿入する円形断面の挿入孔２を有する毛細管１が使用される。

この毛細管１の挿入孔２の内径は、挿入する２本の光ファイバ５、６の高い位置決め精度を達成できるように、例えば、直径１２５μｍの石英系光ファイバでは、１〜５μｍの隙間を設定して高精度に製作されている。
特開平１−２３７５０８号公報

しかしながら、毛細管１の挿入孔２が円形断面であるので、図５（Ａ）に示すように、２本の光ファイバ５、６が挿入孔２中で捻れた場合、挿入孔２の中心軸Ｐと光ファイバ５の光軸５ｂ及び光ファイバ６の光軸６ｂとが各々角度Δθ１、Δθ２を成して中心軸Ｐとは平行とならず、光ファイバ５、６の光軸５ｂ、６ｂは、Δθ１＋Δθ２の角度に広がってしまう。即ち、捻れた光ファイバ５、６と中心軸Ｐと平行に配置される光ファイバ５、６に対して配置された発光素子、受光素子、導波路形素子、光ファイバ等の光学素子とは、その相対位置が対応しなくなって接続損失が大きくなる問題がある。

また、図５（Ｂ）に破線及びその移動角度Δθ３で示すように、挿入孔２内で２本の光ファイバは回転ずれを起こし、光ファイバ５、６に対応する光学素子との相対位置を調節する必要がある。光ファイバの中にはシングルモードファイバと呼ばれる光信号が通るコアの径が５μｍ〜１０μｍと小さいものもあり、上記の相対位置を調節する作業は極めて困難となる問題がある。

本発明は、以上のような従来の問題点を解決した、複数本の光ファイバを隣接させて正確に保持し位置決めして固定できるガラス毛細管の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明に係るガラス毛細管の製造方法は、複数本の光ファイバを隣接させて正確に保持し位置決めして固定するガラス毛細管の製造方法であって、加熱したガラス管の内面を真空にして金型に密着させて成形するシュリンク法により略正方形の孔を有する予備成形体を作製し、前記予備成形体を加熱して、断面が略正方形を呈し、直径Ｄの複数本の隣接する光ファイバを挿入する挿入孔を有しており、該挿入孔の相対向する内壁面の間隔Ｌと挿入される光ファイバの直径Ｄとが、（１＋２^(n-2)/2）Ｄ＜Ｌ≦（１．０５＋２^(n-2)/2）Ｄ（ただしｎは１以上の整数）の関係を満たすガラス毛細管に延伸成形することを特徴とする。

例えば、図１（Ｂ）に示すように、直径Ｄを有する２本の隣接する光ファイバをクリアランスなしに保持する略正方形の挿入孔の対向する内壁面の間隔Ｌと直径Ｄとの関係は、Ｌ＝（１＋２^(1-2)/2）Ｄ、即ち、Ｌ＝（１＋１／√２）Ｄで表される。２本の光ファイバを挿入するためには、クリアランスが必要であるから挿入孔の間隔Ｌは、（１＋１／√２）Ｄ＜Ｌの条件を満たす必要がある。また、シングルモード光ファイバでは、直径Ｄに対する光信号が通るコアの径の比である５〜１０％であるので、２本の光ファイバの位置決め精度を少なくとも光ファイバ直径Ｄの約５％以内にするには、間隔Ｌは、Ｌ≦（１．０５＋１／√２）Ｄの関係を満たす必要がある。実際、１＋１／√２≒１．７１であり、１．０５＋１／√２≒１．７６であるから（１．７１）Ｄ＜Ｌ≦（１．７６）Ｄの関係を満たすことが必要となる。

本発明のガラス毛細管の挿入孔が、略正方形の断面であることについて説明する。一般に、ガラスを加熱してガラス管を延伸成形した場合、ガラス管の外表面には圧縮応力が、内面には引張応力が生じる。ガラスは引張応力が最大になる部位で破壊するので、通常、内面に引張応力が集中するような角張った形状にしないように、できる限り丸みを帯びた形状にする。本発明のガラス毛細管の挿入孔の断面形状は、角部に丸みを設けて円形に近い略正方形とすることにより、ガラス毛細管の内面に引張応力が集中することを避けて強度を確保しているものである。

また、本願発明のガラス毛細管は、挿入孔の少なくとも一方の開口端に、該挿入孔に滑らかに連続するフレア部が形成されてなることを特徴とする。

本発明のガラス毛細管は、延伸成形によって作製され、複数本の光ファイバを隣接させて正確に保持し位置決めして固定するガラス毛細管であって、断面が略正方形を呈し、直径Ｄの複数本の隣接する光ファイバを挿入する挿入孔を有しており、該挿入孔の相対向する内壁面の間隔Ｌと挿入される光ファイバの直径Ｄとが、（１＋２^(n-2)/2）Ｄ＜Ｌ≦（１．０５＋２^(n-2)/2）Ｄ（ただしｎは１以上の整数）の関係を満たすので、ガラス毛細管に複数本の光ファイバを挿入した際、複数本の光ファイバは捻れや回転ずれを起こさず、高い精度で隣接する光ファイバを保持し位置決めして固定することができる。

また、挿入孔に滑らかに連続するフレア部が形成されてなるガラス毛細管によれば、複数本の光ファイバを略正方形の挿入孔に隣接させて容易に挿入できる。

図１は、本発明に係るガラス毛細管の説明図であって、１はガラス毛細管を、２は光ファイバの挿入孔を、３は光ファイバを挿入孔２に案内するフレア部を、５、６は光ファイバを、９は接着剤を、１０はコネクタプラグを各々示しており、前記で説明した図５と同一部分には同一符号を付してそれぞれ示してある。

本発明のガラス毛細管は、膨張係数が５．２×１０^-6／℃のホウ珪酸ガラスからなり、略管状の形状で外径が１．１４ｍｍ±０．００１ｍｍの寸法で高い真円度を有しており、その挿入孔２は、断面が略正方形を呈し、直径Ｄの複数本、例えば図１に示すように、２本の隣接する光ファイバ５、６を挿入する挿入孔２の相対向する内壁面の間隔Ｌと挿入される光ファイバの直径Ｄとが、（１＋２^(n-2)/2）Ｄ＜Ｌ≦（１．０５＋２^(n-2)/2）Ｄ（ただしｎ＝１）、即ち、（１．７１）Ｄ＜Ｌ≦（１．７６）Ｄの関係を満たすように、直径Ｄが１２５μｍの光ファイバ２本を保持する場合、挿入孔２の対向する内壁面の間隔Ｌが２１５μｍ±１μｍの寸法になっており、光ファイバ露出端面をガラス毛細管１内で正確に位置決めして保持できるようになっている。ガラス毛細管１の後端面１ｂには、光ファイバ５、６を挿入孔２に案内する開口径が約１ｍｍの略円錐形状のフレア部３が設けられている。

上記ガラス毛細管１を構成する材料としては、ホウ珪酸ガラスやリチウム−アルミナ−シリケイト系のガラスセラミックス等が使用可能である。材料の膨張係数は、保持する光ファイバが膨張係数の低い石英系の場合、１×１０^-5／℃以下の低いものであることが好ましい。

上記のガラス毛細管１を製造する場合、加熱したガラス管の内面を真空にして金型に密着させて成形するシュリンク法により略正方形の孔を有する予備成形体を作製し、その予備成形体を加熱して所定の断面寸法・形状に制御しながら所望の高い寸法精度の挿入孔２を有する毛細管に延伸形成する。得られた長尺の毛細管を所定長さに切断し、その一端にケミカルエッチング法等によりフレア部３を設けてガラス毛細管１を作製する。

以上のようにして得られたガラス毛細管１を用いて２本の隣接する光ファイバを位置決めする例を示す。図１に示すように、ガラス毛細管１の挿入孔２にフレア部３から、２本のシングルモードファイバ５、６を挿入して隣接させ、エポキシ樹脂接着剤９で固着し、端面１ａより突き出た光ファイバを除去した後、周知の方法により端面１ａを研磨してコネクタプラグ１０を作製した。

次に、図２に示すように、同様にして２本の光ファイバ７、８をガラス毛細管１に固着してコネクタプラグ１１を作り、双方の突き合わされる端面に屈折率整合材１２を塗布し、ガラス毛細管１の外径より１μｍだけ大きな内径を有するガラススリーブ１３の内孔１３ａに両側から挿入し、押圧ばね等を用いた適当な手段により突き合わせた端面１ａ同士の接触が維持されるように保持した。光ファイバ５から７への信号光の強度をモニターしながら相互にコネクタプラグ１０、１１を回転させて接続の最適位置に設定したときの接続損失値は、光ファイバ５から７及び６から８ともに０．３ｄＢ以下であった。

また、予備成形体を延伸形成し得られた長尺の毛細管を所定の長さに切断する前に、図１（Ａ）に示すように、直線状のマーカ１４を挿入孔２の中心軸と平行にガラス毛細管１の外表面に設け、その後切断してフレア部３を設けて一対のガラス毛細管１、１'を作成した。この一対のガラス毛細管１、１'を用いて前記と同様に２個のコネクタプラグ１０、１１を作製し、図２に示すように、ガラススリーブ１３に挿入した。光ファイバ５から７または６から８への光の接続損失を確認する代わりに、顕微鏡下で先に設けたマーカ１４の位置が、図２のように直線上になるようにコネクタプラグ１０、１１を回転させて位置決めした。このようにして得られた光ファイバの接続損失値は、光ファイバ５から７及び６から８ともに０．３ｄＢ以下となり、光信号をモニターしなくてもコネクタプラグ１０、１１を接続の最適位置に設定できることを確認した。

図３は本発明に係る他の実施の形態を示すものである。断面が略正方形を呈し（１．７１）Ｄ＜Ｌ≦（１．７６）Ｄの関係を満たすように、２本の光ファイバの直径Ｄ１２５μｍに対して対向する内壁面の間隔Ｌが２１５μｍ±１μｍである挿入孔２を有し、その両端にフレア部３を設けたガラス毛細管１を準備する。そのガラス毛細管１の挿入孔２内に予め屈折率整合材１２を注入し、両端のフレア部３から劈開切断された端面を有する４本のシングルモード光ファイバ５、６、７、８のうち光ファイバ５と７、６と８がそれぞれ突き合うように挿入し、突き合わせた端面同士の接触が維持されるように保持した。余分な屈折率整合材１２は、光ファイバの挿入時に略正方形の挿入孔２と光ファイバ５、６、７、８との隙間を通じて外部へ排出されるので、光ファイバ５、６、７、８の挿入に困難はなく、端面同士の接触界面に気泡が介在することもなかった。このとき、光ファイバ５から７及び６から８とも接続損失は０．３ｄＢ以下の良好な接続が達成された。本実施の形態の両端にフレア部３を設けたガラス毛細管１を用いれば、２本の光ファイバ同士を挿入孔２内で対向させ突き合わせるだけで、各光ファイバの光軸を正確に整合でき、高い品位の接続が直ちに達成できることを確認した。

以上のように、本実施の形態のガラス毛細管１は、２本の隣接する光ファイバが挿入孔２内で捻れや回転ずれを起こさないので、それらのコア部５ａの相対位置を保持でき、正確かつ容易に所定の隣接位置に位置決めができるものである。

上記実施の形態では、２本の隣接する光ファイバを接続する場合を示したが、これに限定されるものではなく、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、光ファイバが略正方形の断面の挿入孔内で安定する４本（ｎ＝２）、５本（ｎ＝３）、９本（ｎ＝４）、１３本（ｎ＝５）等、複数本の隣接する光ファイバを挿入できるガラス毛細管であればよい。

本発明のガラス毛細管の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は端面の図。 本発明のガラス毛細管の使用例の説明図。 本発明の他の実施の形態を示す説明図。 本発明の他のガラス毛細管を示す説明図。 従来の毛細管の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は端面の図。

符号の説明

１ 毛細管
２ 挿入孔
３ フレア部
５、６、７、８ 光ファイバ
９ 接着剤
１０、１１ コネクタプラグ
１２ 屈折率整合剤
１３ スリーブ
１４ マーカ

Claims (1)

1. 複数本の光ファイバを隣接させて正確に保持し位置決めして固定するガラス毛細管の製造方法であって、加熱したガラス管の内面を真空にして金型に密着させて成形するシュリンク法により略正方形の孔を有する予備成形体を作製し、前記予備成形体を加熱して、断面が略正方形を呈し、直径Ｄの複数本の隣接する光ファイバを挿入する挿入孔を有しており、該挿入孔の相対向する内壁面の間隔Ｌと挿入される光ファイバの直径Ｄとが、（１＋２^(n-2)/2）Ｄ＜Ｌ≦（１．０５＋２^(n-2)/2）Ｄ（ただしｎは１以上の整数）の関係を満たすガラス毛細管に延伸成形することを特徴とするガラス毛細管の製造方法。