JP4177152B2

JP4177152B2 - 光ファイバの接続方法

Info

Publication number: JP4177152B2
Application number: JP2003101678A
Authority: JP
Inventors: 克徳井上; 哲雄鈴木; 久小相澤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP2004309706A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの接続方法に係り、特に、モードフィールド径（以下、ＭＦＤ）の異なる光ファイバを低接続損失で接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野では、部品系、線路系のファイバを問わず、さまざまなＭＦＤを有する光ファイバが用いられている。それらのファイバを接続する場合、異なるＭＦＤを有するファイバを融着により接続することが一般に行われている。一例として、分散補償ファイバ（以下、ＤＣＦ）においては、モジュールの入出力部は標準のシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦ）のコネクターとなるため、両端にＳＭＦを接続する必要がある。
【０００３】
一方、通信用石英系光ファイバでは、ドーパントとしてＧｅ（ゲルマニウム）、Ｐ（リン）、Ｂ（ボロン）やＦ（ふっ素）等が用いられているが、それらドーパントを加熱処理により拡散させて、ＭＦＤを拡大する技術が既に知られている（特許第２５３０８２３号）。このようなＭＦＤ拡大技術を用い、融着接続点をマイクロバーナーやヒーターで加熱し、異種ファイバ間のＭＦＤをマッチングさせることにより、接続損失を低減することが可能である。
【０００４】
図３は、このような方法を説明する概念図である。即ち、ＭＦＤの小さい光ファイバ１とＭＦＤの大きい光ファイバ２を融着により接続すると、その融着部においてＭＦＤが異なるため、損失が１ｄＢ以上と大きくなる。これを加熱処理すると、ドーパントが拡散し、ＭＦＤが拡大して融着部において一致し、損失が０．５ｄＢ以下に低減される。
【０００５】
その際、最小の接続損失を得るため、接続したファイバの損失をリアルタイムで測定しながら加熱処理を行う方法がある（特許第２８０４３５５号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法により加熱処理時間と接続損失との関係を求めたところ、図４に示すような結果を得た。即ち、接続損失は加熱開始後に減少を始めて、ある処理時間ｔ_１で最低接続損失Ｌ_１となり、その後、処理時間が長くなると、接続損失は上昇する。光ファイバによっては加熱開始直後に増減する動きをするものがあるが、所定の時間が経過すると図４に示されるように減少する。従って、最低の接続損失Ｌ_１を得るには、接続損失が最低になる時点ｔ_１で加熱を終了する必要がある。
【０００７】
この場合、時点ｔ_１で加熱を終了するためには、ｔ_１で加熱を停止し、図５のＡに示すように、最低損失Ｌ_１を維持する必要がある。しかし、加熱を停止してファイバを急冷すると、図５のＢに示すように、接続損失が急激に増加（増加量Ｌ_d）する現象がみられることがあり、接続損失のばらつきとなる。このばらつきは、ドーパントの熱膨張係数の違いによる熱応力が起因していると考えられている。
【０００８】
本発明は、このような事情の下になされ、接続損失の増加及びばらつきを生ずることなく、異なるＭＦＤの光ファイバを最低の接続損失で接続することを可能とする光ファイバの接続方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤとは異なる第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記融着部を加熱処理して、融着部における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程と、前記加熱処理工程後に前記融着部を、前記加熱処理工程終了時の接続損失と前記徐冷工程終了時の接続損失の差が０．２ｄＢ以下となるように、２４℃／ｓｅｃ以下の冷却スピードで徐冷する徐冷工程とを具備することを特徴とする光ファイバの接続方法を提供する。
【００１０】
本発明の方法において、融着部の徐冷は、加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の接続損失の差が、０．２ｄＢ以下となるように行うことが必要であるが、より好ましくは０．１ｄＢ以下となるように行うことがよい。加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の接続損失の差が０．２ｄＢを越えるのでは、接続損失が大きすぎて、好ましくない。
【００１１】
加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の接続損失の差を０．２ｄＢ以下に抑えるためには、２４℃／ｓｅｃ以下の冷却スピードで前記融着部を徐冷することが好ましい。より好ましい徐冷スピードは、２０〜１℃／ｓｅｃである。融着部の徐冷スピードが２４℃／ｓｅｃを越えると、加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の接続損失の差が０．２ｄＢを越えてしまう。また、あまりにゆっくりしすぎるとＭＦＤの変化がすすんで接続損失が大きくなってしまう。
【００１２】
融着部の徐冷は、加熱処理をマイクロバーナーを用いて行い、このマイクロバーナーを融着部から遠ざけることにより行うことが出来る。この場合、マイクロバーナーを融着部から遠ざけるスピードを０．１ｍｍ／ｓ以下とすることが望ましい。このようなマイクロバーナーを融着部から遠ざけるスピードによって、融着部の徐冷スピードを２４℃／ｓｅｃ以下にすることが可能である。
この処理後の第１のＭＦＤと第２のＭＦＤの差は、無いことが望ましい。
【００１３】
図１は、ＭＦＤの異なる２本の光ファイバを融着により接続した後、熱処理して融着部近傍のＭＦＤを近づけ、更にマイクロバーナーを０．１ｍｍ／ｓ以下のスピードで融着部から遠ざけて、融着部の徐冷スピードを２４℃／ｓｅｃ以下とした場合の接続損失と処理時間との関係の概要を示す説明図である。
【００１４】
図１において、熱処理開始（ｔ_０）から終了時（ｔ_ａ）までは、融着部近傍のＭＦＤが接近するため接続損失は下降し、その後、融着部を時間ｔ_ｂまで徐冷すると、接続損失は曲線Ａと曲線Ｂの間となる。この場合、Ｌ_ｄは０．２ｄＢであり、即ち、加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の損失の差を０．２ｄＢ以下とすることが出来る。
【００１５】
徐冷工程終了時の光ファイバの温度は、ＧｅやＦ等のドーパントの拡散が進行しない温度、多くの場合、ファイバを構成するガラスのガラス転位点または軟化点よりも十分低い温度、例えば４００〜８００℃であり、それ以降、接続損失は変化せず、徐冷工程終了時の接続損失を維持する。
【００１６】
なお、徐冷工程を開始するタイミングによっては、図１において曲線Ｃに示すように、徐冷工程中にドーパントの拡散が進み、接続損失が下がる場合もある。
【００１７】
接続損失の最下点近傍で加熱処理を停止し、適正な徐冷を行った場合が曲線Ａで、徐冷の速度が遅い場合が曲線Ｂである。曲線Ｃは加熱処理を終了させるタイミングが接続損失の最下点よりも前で停止して、適正な徐冷を行った場合（適正な徐冷を開始するタイミングが速い場合）である。尚、加熱処理が接続損失の最下点を過ぎて停止して、適正な徐冷を行った場合（適正な徐冷を開始するタイミングが遅い場合）でも、曲線Ｂのように接続損失は上昇する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態としての種々の実施例について説明する。
【００１９】
［実施例１］
加熱手段として図２に示す構成の接続装置を用いて、ＭＦＤの異なる光ファイバを接続した。この接続装置は、ノズルの内径がφ２ｍｍ〜φ０．３ｍｍである２本のマイクロバーナーを用いている。
【００２０】
互いにＭＦＤの異なる光ファイバ１と光ファイバ２を、クランプによりファイバホルダー５にまっすぐに固定する。バーナー４は、上下に対向して二本配置されており、光ファイバ融着点３の近傍を加熱することができる位置に置かれている。バーナー４は、アクチュエーター８によってファイバ１,２の長手方向と、長手方向に垂直な方向の任意の場所に移動可能である。
【００２１】
接続損失測定装置７は、光ファイバ１,２の任意の端部からレーザ光を入射し、他端から出射するレーザ光の強度をパワーメータで監視し、接続損失を測定するものである。ガス供給装置１１は、燃焼ガスであるメタン（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）あるいは都市ガスと酸素（Ｏ₂）又は窒素（Ｎ₂）の流量制御を行いつつ、これらガスをバーナー４に供給する。
【００２２】
ロードセル５は、ファイバ１,２のセット時及び加熱処理中の張力を測定するものである。ファイバ１,２は張力計に固定されており、張力計はＸＹＺ方向に移動することの可能なステージを有しており、このステージを調整することにより、ファイバの張力を０〜５００ｇの範囲にわたって調整することが出来る。
【００２３】
参照符号１０は制御装置を示し、この制御装置１０により、バーナー位置、接続損失値、ガス流量、張力の各データーを収集し、記録し、表示することが出来る。それらのデータに基づいて、既定のプログラムに従い、アクチュエータードライバー９、接続損失測定装置７、ガス供給装置１１に指令を出し、レーザー光のＯＮ−ＯＦＦ、バーナー位置、ガス流量を制御することが出来る。
【００２４】
次に、以上説明した図２に示す接続装置を用いて、ＭＦＤの異なる２本の光ファイバ１，２の接続を行う手順について説明する。
【００２５】
まず、光ファイバ１,２をファイバフォルダー５にセットし、クランプにて固定する。その際、セット時の張力が毎回一定となるように、張力計のＸＹＺステージを調整する。セット時の張力は１０ｇ以下で行い、より好ましくは５ｇ以下、０．０１ｇ以上がよい。張力は、大きすぎると熱処理中にファイバが伸びてしまい、接続損失の増加の原因となる。逆に小さすぎると、加熱中のファイバ曲がりが起こりやすくなり、接続損失の増加の原因となる。
【００２６】
バーナー４はあらかじめ点火してあり、アクチュエーター８を用いて既定の位置まで光ファイバ１,２に接近させて、ファイバ融着点を加熱する。この加熱により、光ファイバ１,２中のドーパントが拡散し、接続された光ファイバ１,２のＭＦＤが近づいていき、接続損失が減少するようになる。
【００２７】
加熱後の徐冷工程開始のタイミングは、あらかじめ最低の接続損失になるまでの時間、及び損失減少量を測定しておき、加熱停止のタイミングを予測し、かつ損失減少カーブの傾きから判断した。この判断は、オペレーターがモニターに映し出された損失グラフを観察して行っても良いし、好ましくは接続損失データを取り込んでいる制御装置にて徐冷工程開始タイミングを判断し、自動的に徐冷工程に移行してもよい。
【００２８】
徐冷工程を開始すると、所定のスピードでマイクロバーナー４を光ファイバ１,２から遠ざけて、ファイバ１,２の温度を徐々に下げていく。
【００２９】
このようにして、光ファイバの加熱停止時の接続損失の増加を最小限に抑制し、最低接続損失を維持したまま加熱処理を終了することが出来る。
【００３０】
以上の手順に従い、次のようにしてＭＦＤの異なる２本の光ファイバ１，２の接続を行った。
接続すべき光ファイバ１，２として、センター領域の比屈折率差が２〜２．５％である分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１と、比屈折率差が０．３〜０．４％である標準のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）２を用いた。加熱後の徐冷スピードを変化させて、ＭＦＤの拡散処理を実施した。このとき、接続損失と加熱工程終了時の接続損失（図１のＬ_ａ）から徐冷工程終了時までの接続損失増加量（図１のＬ_ｄ）を測定した。接続処理は、それぞれの徐冷スピードごとに１０回行った。その結果を下記表１にまとめた。
【００３１】
【表１】

【００３２】
一般に、接続損失は使用される用途により異なるが、本発明では現時点での最も厳しい仕様に適用可能であることを考慮し、接続損失を０．２ｄＢ以下としたので、これを満たす徐冷スピードは、上記表１より、２４℃／ｓｅｃ以下であった。また、徐冷スピードは１２℃／ｓｅｃ以下であるのが特に好ましいことがわかる。
【００３３】
次に、ＤＣＦとＳＭＦ以外の光ファイバの組み合せで、徐冷スピードを０．１ｍｍ／ｓｅｃ以下として接続した場合の接続損失と加熱工程終了時の接続損失（図１のＬ_ａ）から徐冷工程終了時までの接続損失増加量（図１のＬ_ｄ）を測定した。下記表２にその結果を示す。
【００３４】
なお、下記表２のファイバの組み合せの番号は、下記番号（１）〜（５）のファイバの番号と対応している。例えば、（１）×（２）であれば、ＳＭＦとＲＤＦ（逆分散ファイバ）の接続を表す。また、各ファイバの波長１．５５μｍでのＭＦＤも合わせて示す。
【００３５】
（１）シングルモードファイバ（ＳＭＦ）、ＭＦＤ：１０μｍ
（２）逆分散ファイバ（ＲＤＦ）、ＭＦＤ：５μｍ
（３）エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）、ＭＦＤ：６μｍ
（４）高非線型ファイバ（ＨＮＬＦ）、ＭＦＤ：４μｍ
（５）分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ＭＦＤ８μｍ
【表２】

【００３６】
上記表２から、どのような種類の光ファイバの組合せの場合も、低い接続損失で接続を行うことが出来ることがわかる。
【００３７】
徐冷スピードを０．２ｍｍ／ｓとした場合は、表２の接続損失のバラツキが組合せによっては２倍程度と大きくなった（特に、ファイバの組合せ（４）×（５）の場合）。
【００３８】
［実施例２］
加熱手段として１本のマイクロバーナーを用いたことを除いて、実施例１と同様にして、２種の光ファイバを接続した。その結果、実施例１と同様の効果を得た。但し、最適な徐冷の処理温度や処理時間は異なった。
【００３９】
［実施例３］
加熱手段として電熱ヒーターを用いたことを除いて、実施例２と同様にして、２種の光ファイバを接続した。この場合、温度コントロールは、ヒーターに加える電力量により行った。徐冷工程は、ヒーターに加える電力を徐々に減らすことにより、ファイバの温度を徐々に下げて行くことで実現した。その他の構成は実施例１と同様であり、その結果、実施例１と同様の効果を得た。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、ＭＦＤの異なる２本の光ファイバを融着により接続し、次いで熱処理して融着部近傍のＭＦＤを近づけた後、融着部を徐冷しているため、熱処理の損失の上昇を所定範囲に抑えることが可能である。特に、融着部の徐冷スピードを２４℃／ｓｅｃ以下とすることにより、加熱処理工程終了時の接続損失と徐冷工程終了時の接続損失の差を０．１ｄＢ以下とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を説明するための接続損失と処理時間との関係を示す特性図。
【図２】本発明の一実施形態に使用される光ファイバの融着装置の構成を示す図。
【図３】加熱処理によるＭＦＤ拡大処理を説明する概念図。
【図４】加熱処理中の接続損失と加熱温度との関係を示す特性図。
【図５】接続損失最下点付近で急激にファイバを冷やして加熱停止時した場合の接続損失を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・光ファイバ
２・・・光ファイバ１とは異なるＭＦＤの光ファイバ
３・・・光ファイバ融着接続点
４・・・バーナー
５・・・ファイバフォルダー。
６・・・張力測定用ロードセル。
７・・・接続損失測定装置
８・・・バーナー移動用アクチュエーター
９・・・アクチュエータードライバー
１０・・・制御装置
１１・・・ガス供給装置

Claims

第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤとは異なる第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記融着部を加熱処理して、融着部における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程と、前記加熱処理工程後に前記融着部を、前記加熱処理工程終了時の接続損失と前記徐冷工程終了時の接続損失の差が０．２ｄＢ以下となるように、２４℃／ｓｅｃ以下の冷却スピードで徐冷する徐冷工程とを具備することを特徴とする光ファイバの接続方法。
前記加熱処理をマイクロバーナーを用いて行い、このマイクロバーナーを前記融着部から遠ざけることにより徐冷工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続方法。
前記マイクロバーナーを前記融着部から遠ざけるスピードが０．１ｍｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの接続方法。