JP4252238B2 - 光ファイバの接続方法 - Google Patents
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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関し、更に詳しくは、非常に小さな実効コア断面積、大きな構造分散、広帯域単一モード、大きな実効断面積等、多種多様の特性が実現可能であり、しかも、コア同士の接続精度が高く、接続部における接続損失が小さな光ファイバの接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シングルモード光ファイバをはじめ、分散シフト光ファイバ、分散フラット光ファイバ等、多種多様の光ファイバが、それぞれの用途に合わせて用いられている。これらの光ファイバは、径方向に分布する屈折率プロファイルを有している。
これらの光ファイバ同士を接続する場合、通常、コア直視法を用いて、光ファイバ同士を融着接続する方法が採られている。
これらの光ファイバにおいては、比屈折率差で数％程度の差しかないために、光ファイバ同士を融着接続する際に、軸合わせが容易で、接続部における接続損失も低い。
【０００３】
ところで、近年、光伝送のさらなる進歩に伴い、光ファイバに対してもより優れた特性が求められている。
そこで、新たな光ファイバとして、クラッドの一部において、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバが提案されている。
図８は、従来の空孔を有する光ファイバの一例を示す断面図であり、この空孔を有する光ファイバ１は、コア（領域）２と、コア２を包囲するクラッド（領域）３とにより構成され、このクラッド３内の前記コア２を囲む位置には、前記コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに、前記コア２より大径の空孔４が形成されている。
【０００４】
図９は、従来の空孔を有する光ファイバの他の一例を示す断面図であり、この空孔を有する光ファイバ１１は、コア２と、コア２を包囲するクラッド３とにより構成され、このクラッド３内には前記コア２とほぼ同一径の多数の空孔１２が形成されている。
これらの空孔１２、１２、…は、クラッド３内に幾何学的な規則性にしたがって形成されたもので、互いに隣接する３つの空孔１２が三角形の各頂点に位置するように、かつ、最も外側の空孔１２、１２、…が六角形の各頂点及び各辺上に位置するように、それぞれ形成されている。
【０００５】
これらの空孔を有する光ファイバ１、１１は、従来の光ファイバでは得られない特性、例えば、非常に小さな実効コア断面積、大きな構造分散、広帯域単一モード、大きな実効断面積等、多種多様の特性を実現することができるために、近年とみに注目を集めている光ファイバである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した空孔を有する光ファイバ１、１１においては、これらの光ファイバ同士、あるいはシングルモード光ファイバとの接続を考えることは、実用上、非常に重要なことである。
実際に、光ファイバを敷設する場合や部品として用いる場合、あるいは光ファイバの光学特性を評価する場合等、いずれの場合においても、光ファイバの接続を行わなければならない。
【０００７】
しかしながら、上述した光ファイバ１、１１においては、コア直視法を用いて光ファイバ同士を融着接続する場合、以下のような問題点があった。
（１） クラッド３に空孔４があるために、コア２を直視することができない。そのため、これら空孔を有する光ファイバ１、１１同士を接続する場合、あるいはこれら空孔を有する光ファイバ１、１１とシングルモード光ファイバ等とを接続する場合に、接続する光ファイバのコア同士を精度よく軸合わせすることができず、接続損失が大きくなってしまう。
（２） 融着接続時に、光ファイバ１、１１のガラスが溶融して空孔４を埋めてしまうために、コアが変形してしまう場合がある。このような光ファイバを用いて融着接続した場合、光の伝搬モードがコア変形部で急激に変化し、接続部で接続損失が大きくなってしまう。
【０００８】
空孔を有する光ファイバの接続損に関しては、光ファイバの屈折率分布構造を改良することで、光ファイバの接続部における接続損失を小さくしたものが提案されている（例えば、特開２００１−２３５６４９号公報）。
しかしながら、この光ファイバは、空孔が融着接続時に埋まってしまった場合であっても、屈折率分布を工夫することで接続損失を小さくするようにしたものであるから、接続損失を小さくするという目的は達せられるものの、融着接続時に光ファイバのコア同士を正確に調心することが難しいという問題点がある。
つまり、屈折率分布をいくら工夫しても、融着接続時にコアの軸心がずれてしまえば、接続損失が生じてしまうということである。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光ファイバ同士の融着接続においてコア同士の接続精度を高めることができ、光ファイバの接続部における接続損失を大幅に低減することができる光ファイバの接続方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な光ファイバの接続方法を採用した。
すなわち、本発明の請求項１記載の光ファイバの接続方法は、中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、この光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、前記空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする。
【００１１】
この光ファイバの接続方法では、少なくとも一方の光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、この光ファイバのクラッド領域に形成された空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することが可能になり、この接続部の接続損失を大幅に低減することが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の光ファイバの接続方法は、中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、この光ファイバの前記空孔の端部に、前記クラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする。
【００１３】
この光ファイバの接続方法では、少なくとも一方の光ファイバの空孔の端部にクラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することが可能になり、この接続部の接続損失を大幅に低減することが可能になる。
また、充填材の材質を適宜選択することにより、コア領域に変形が生じるおそれがなくなる。
【００１４】
請求項３記載の光ファイバの接続方法は、請求項２記載の光ファイバの接続方法において、前記充填材は、前記コア領域との屈折率差が０．３％程度であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバとその接続構造及び接続方法の各実施形態について図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２３】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態の光ファイバの接続構造を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、本発明の空孔を有する光ファイバとシングルモード光ファイバとの接続構造を示している。なお、これらの図において、図８及び図９と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００２４】
図において、符号２１は本実施形態の空孔を有する光ファイバ、２２はシングルモード光ファイバである。この空孔を有する光ファイバ２１は、石英ガラスからなる石英光ファイバであり、コア径が１０μｍのコア（領域）２と、コア２を包囲する外径が１２５μｍのクラッド（領域）３とを備えたもので、このクラッド３には、コア２を囲むように、その長手方向に沿って複数（この図では６つ）の空孔２３が形成されている。
【００２５】
これら空孔２３、２３、…は、内径が１０μｍの断面円形状の孔で、コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに形成されている。
そして、このクラッド３の端部は、潰すクラッド部分及び空孔２３の端面からの長さ（Ｌ）が２００μｍ程度となるように、加熱により溶融・凝固されて縮径されている。
この光ファイバ２１のコア２とクラッド３との屈折率差は０．３％である。
【００２６】
次に、この光ファイバ２１の端部の加工方法について図５に基づき説明する。
まず、図５（ａ）に示すような空孔を有する光ファイバ３１を用意する。
この空孔を有する光ファイバ３１のクラッド３には、コア２を囲むように、コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに空孔２３が形成されている。これら空孔２３、２３、…の内径及び断面円形状は、クラッド３の全長に亘って一定とされている。
【００２７】
次いで、この空孔を有する光ファイバ３１の端部、すなわち、端面から２００μｍ程度の長さ（Ｌ）までの部分をレーザ光３２等を用いて加熱する。ここでは、少なくとも、前記端部（長さＬの部分）を１８００〜２２００℃の温度に１〜５秒の間保持する必要がある。
この加熱処理が進行するに伴って、図５（ｂ）に示すように、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部はその径方向に縮径するようになり、この加熱処理が十分に進行した段階では、図５（ｃ）に示すように、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部は完全に潰されて消失することとなり、その結果、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部は封止されることとなる。
【００２８】
このように、光ファイバ３１の端部を加熱して溶融・凝固することで、空孔２３、２３、…の端部を潰して封止した空孔を有する光ファイバ２１が得られる。
そこで、コア直視法により、この空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２のコア２、２同士を付き合わせて融着接続すれば、コア２、２同士を精度よく接続することができ、空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２との接続部における接続損失を小さくすることができる。
【００２９】
次に、空孔を有する光ファイバ２１の接続部における接続損失について説明する。
光ファイバ同士を融着接続する際に問題となるのは、空孔を有する光ファイバ２１のクラッド３の一部において、コア２を直視することができないことである。
もちろん、コア２を直視することができなくとも融着接続は可能であるが、この場合、接続する光ファイバのコア同士を正確に調心することができず、したがって、コア間に軸ズレが生じ、この接続部における接続損失が大きくなってしまう。
【００３０】
そこで、接続する光ファイバのコア同士に軸ズレがあった場合の接続損失を計算で求めてみた。
一般に、接続する光ファイバのそれぞれの光ファイバにおけるモードフィールド半径をＷ1、Ｗ2とした場合、これらの光ファイバが軸ズレｄで接続された場合の電力透過係数Ｔは、接続する光ファイバの電界分布をガウス分布と仮定すると、下記の式（１）で表すことができる。
【数１】
【００３１】
この式（１）で、Ｗ1＝Ｗ2と近似できれば、所定のモードフィールド径（ＭＦＤ：２×Ｗ1）における軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を計算で求めることができる。
図６は光ファイバ同士を融着接続した場合のコアの軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を示す図である。ここでは、モードフィールド径（ＭＦＤ：２×Ｗ1）を２μｍ、４μｍ、１０μｍの３種類とし、それぞれの場合について軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を求めた。
【００３２】
この図によれば、モードフィールド径（ＭＦＤ）（またはコア径）が小さい光ファイバ同士を融着接続する場合には、光ファイバのコア同士の軸を精度よく合わせないと、接続損失が非常に大きくなってしまうことが分かった。
特に、空孔を有する光ファイバの中には、非線形効果を大きくとるために、コア径を非常に小さくしたものがある。したがって、空孔を有する光ファイバ２１を用いる際には、コア直視法を用いて、光ファイバのコア同士を正確に調心した上で融着接続するのが、接続損失を小さくする上で非常に重要であることが分かる。
【００３３】
次に、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１及び従来の空孔を有する光ファイバ３１それぞれについて、シングルモード光ファイバ２２と融着接続した場合の接続損失について調べた。
まず、従来の空孔を有する光ファイバ３１に前処理を施し、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１とした。この前処理は、従来の空孔を有する光ファイバ３１の端部を加熱して溶融させ、空孔２３の前記端部に位置する部分を潰す処理である。
その後、該光ファイバ２１の端面をクリーバを用いてカットし、市販の融着機を用いて、コア直視法により、予め端面をカットしたシングルモード光ファイバ２２と融着接続し、実施例とした。
【００３４】
また、従来の空孔を有する光ファイバ３１に前処理を施さずに、該光ファイバ３１の端面をクリーバを用いてカットし、外径調心法を用いて、予め端面をカットしたシングルモード光ファイバ２２と融着接続し、従来例とした。
表１は、実施例及び従来例よりそれぞれ取り出した各５点の試料について接続損失を測定した結果及びその平均値を示したものである。
【００３５】
【表１】
この表１によれば、実施例は、従来例に比べて接続損失が約１／５程度まで小さくなることが分かった。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１によれば、クラッド３に、コア２を囲むようにその長手方向に沿って複数の空孔２３を形成し、これら空孔２３、２３、…の端部を潰して封止したので、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、その結果、接続損失を大幅に低減することができる。
【００３７】
本実施形態の光ファイバの接続構造によれば、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２とを付き合わせて融着接続したので、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、また、この接続部においては光の伝搬モードは急激に変化するおそれがなく、接続損失を大幅に低減することができる。
【００３８】
本実施形態の光ファイバの接続方法によれば、空孔を有する光ファイバ３１の端部を熱処理３２することにより空孔２３、２３、…の端部を潰して封止して空孔を有する光ファイバ２１とし、この空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２とを付き合わせて融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、この接続部の接続損失を大幅に低減することができる。
【００３９】
「第２の実施形態」
図７は、本発明の第２の実施形態の光ファイバの接続構造を示す縦断面図であり、空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２とを融着接続した構造である。
この接続構造は、空孔２３の端部を潰して封止した空孔を有する光ファイバ２１の替わりに、空孔２３の端部にクラッド３と略同程度の屈折率を有する充填材４２が充填された空孔を有する光ファイバ４１を用いた点が第１の実施形態の接続構造と異なる。
【００４０】
充填材４２は、内径が１０μｍの断面円形状の孔である空孔２３、２３、…内に充填されたもので、この充填材４２とコア２との屈折率差は０．３％程度である。
この充填材４２は、クラッド３と略同程度の屈折率を有するものであればよく、例えば、石英ガラス等の酸化珪素（ＳｉＯ2）を主成分とする材料、マッチングオイル、ポリマー等の無機材料または有機材料が好適に用いられる。
【００４１】
この空孔を有する光ファイバ４１では、第１の実施形態と同様、空孔を有する光ファイバ３１を用い、この光ファイバ３１の空孔２３の端部、すなわち、端面から１００〜２０００μｍ程度の長さ（Ｌ）までの部分に充填材４２を充填する。
例えば、石英ガラス等の酸化珪素（ＳｉＯ2）を主成分とするガラス材料を充填する場合、次のような方法が用いられる。
【００４２】
（１）ゾルーゲル法を用いて空孔２３内に透明ガラスを形成する。
（２）ガラス等の微粒子を液体に溶かし、毛細管現象を利用して空孔２３内に入れ、液体を乾燥させる。この操作を繰り返すことで微粒子を空孔２３内に充填する。その後、この微粒子を加熱し、透明ガラスとする。
（３）ガラス等の微粒子をそのまま空孔を有する光ファイバ３１の端面に付着させて空孔２３内に微粒子を充填する。その後、この微粒子を加熱し、透明ガラスとする。
【００４３】
また、マッチングオイル等の高分子材料を充填する場合、次のような方法が用いられる。
（１）マッチングオイル等の液体を、毛細管現象を利用して充填する。
（２）常温で固体の高分子材料を、加熱により溶解して液体とし、毛細管現象を利用して充填する。
【００４４】
その後、コア直視法により、この空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２のコア２、２同士を付き合わせて融着接続する。
以上により、コア２、２同士を精度よく接続することができ、空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２との接続部における接続損失を小さくすることができる。
【００４５】
本実施形態においても、第１の実施形態と全く同様の効果を奏することができる。
また、第１の実施形態では、空孔２３が潰れる際にコア２に変形が生じるおそれがあったが、本実施形態では、充填材４２の材質を適宜選択することにより、コア２の変形を防ぐことができ、このコア２の変形に起因する接続部における接続損失をなくすことができる。
【００４６】
なお、上記の第１及び第２の実施形態においては、クラッド３に、コア２を囲むように該コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに空孔２３が形成された空孔を有する光ファイバ３１を用いたが、空孔２３の数は１つ以上であればよく、６つに限定されることはない。
また、複数の空孔２３の配置は、コア２の軸心に対して回転対称である必要はなく、まったくランダムな配置であってもよいし、周期的な配置であってもよいし、非周期的な配置であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバの接続方法によれば、少なくとも一方の光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、この光ファイバのクラッド領域に形成された空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することができ、接続損失を大幅に低減することができる。
【００４８】
本発明の他の光ファイバの接続方法によれば、少なくとも一方の光ファイバの空孔の端部にクラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することができ、この接続部の接続損失を大幅に低減することができる。
また、充填材の材質を適宜選択することにより、コア領域の変形を防ぐことができ、このコア領域の変形に起因する接続部における接続損失をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の光ファイバの接続構造を示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態の光ファイバの端部の加工方法を示す過程図である。
【図６】 光ファイバ同士を融着接続した場合のコアの軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を示す図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態の光ファイバの接続構造を示す断面図である。
【図８】 従来の空孔を有する光ファイバの一例を示す断面図である。
【図９】 従来の空孔を有する光ファイバの他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２…コア、３…クラッド、２１…空孔を有する光ファイバ、２２…シングルモード光ファイバ、２３…空孔、３１…空孔を有する光ファイバ、３２…レーザ光、４１…空孔を有する光ファイバ、４２…充填材。
【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関し、更に詳しくは、非常に小さな実効コア断面積、大きな構造分散、広帯域単一モード、大きな実効断面積等、多種多様の特性が実現可能であり、しかも、コア同士の接続精度が高く、接続部における接続損失が小さな光ファイバの接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シングルモード光ファイバをはじめ、分散シフト光ファイバ、分散フラット光ファイバ等、多種多様の光ファイバが、それぞれの用途に合わせて用いられている。これらの光ファイバは、径方向に分布する屈折率プロファイルを有している。
これらの光ファイバ同士を接続する場合、通常、コア直視法を用いて、光ファイバ同士を融着接続する方法が採られている。
これらの光ファイバにおいては、比屈折率差で数％程度の差しかないために、光ファイバ同士を融着接続する際に、軸合わせが容易で、接続部における接続損失も低い。
【０００３】
ところで、近年、光伝送のさらなる進歩に伴い、光ファイバに対してもより優れた特性が求められている。
そこで、新たな光ファイバとして、クラッドの一部において、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバが提案されている。
図８は、従来の空孔を有する光ファイバの一例を示す断面図であり、この空孔を有する光ファイバ１は、コア（領域）２と、コア２を包囲するクラッド（領域）３とにより構成され、このクラッド３内の前記コア２を囲む位置には、前記コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに、前記コア２より大径の空孔４が形成されている。
【０００４】
図９は、従来の空孔を有する光ファイバの他の一例を示す断面図であり、この空孔を有する光ファイバ１１は、コア２と、コア２を包囲するクラッド３とにより構成され、このクラッド３内には前記コア２とほぼ同一径の多数の空孔１２が形成されている。
これらの空孔１２、１２、…は、クラッド３内に幾何学的な規則性にしたがって形成されたもので、互いに隣接する３つの空孔１２が三角形の各頂点に位置するように、かつ、最も外側の空孔１２、１２、…が六角形の各頂点及び各辺上に位置するように、それぞれ形成されている。
【０００５】
これらの空孔を有する光ファイバ１、１１は、従来の光ファイバでは得られない特性、例えば、非常に小さな実効コア断面積、大きな構造分散、広帯域単一モード、大きな実効断面積等、多種多様の特性を実現することができるために、近年とみに注目を集めている光ファイバである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した空孔を有する光ファイバ１、１１においては、これらの光ファイバ同士、あるいはシングルモード光ファイバとの接続を考えることは、実用上、非常に重要なことである。
実際に、光ファイバを敷設する場合や部品として用いる場合、あるいは光ファイバの光学特性を評価する場合等、いずれの場合においても、光ファイバの接続を行わなければならない。
【０００７】
しかしながら、上述した光ファイバ１、１１においては、コア直視法を用いて光ファイバ同士を融着接続する場合、以下のような問題点があった。
（１） クラッド３に空孔４があるために、コア２を直視することができない。そのため、これら空孔を有する光ファイバ１、１１同士を接続する場合、あるいはこれら空孔を有する光ファイバ１、１１とシングルモード光ファイバ等とを接続する場合に、接続する光ファイバのコア同士を精度よく軸合わせすることができず、接続損失が大きくなってしまう。
（２） 融着接続時に、光ファイバ１、１１のガラスが溶融して空孔４を埋めてしまうために、コアが変形してしまう場合がある。このような光ファイバを用いて融着接続した場合、光の伝搬モードがコア変形部で急激に変化し、接続部で接続損失が大きくなってしまう。
【０００８】
空孔を有する光ファイバの接続損に関しては、光ファイバの屈折率分布構造を改良することで、光ファイバの接続部における接続損失を小さくしたものが提案されている（例えば、特開２００１−２３５６４９号公報）。
しかしながら、この光ファイバは、空孔が融着接続時に埋まってしまった場合であっても、屈折率分布を工夫することで接続損失を小さくするようにしたものであるから、接続損失を小さくするという目的は達せられるものの、融着接続時に光ファイバのコア同士を正確に調心することが難しいという問題点がある。
つまり、屈折率分布をいくら工夫しても、融着接続時にコアの軸心がずれてしまえば、接続損失が生じてしまうということである。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光ファイバ同士の融着接続においてコア同士の接続精度を高めることができ、光ファイバの接続部における接続損失を大幅に低減することができる光ファイバの接続方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な光ファイバの接続方法を採用した。
すなわち、本発明の請求項１記載の光ファイバの接続方法は、中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、この光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、前記空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする。
【００１１】
この光ファイバの接続方法では、少なくとも一方の光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、この光ファイバのクラッド領域に形成された空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することが可能になり、この接続部の接続損失を大幅に低減することが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の光ファイバの接続方法は、中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、この光ファイバの前記空孔の端部に、前記クラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする。
【００１３】
この光ファイバの接続方法では、少なくとも一方の光ファイバの空孔の端部にクラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することが可能になり、この接続部の接続損失を大幅に低減することが可能になる。
また、充填材の材質を適宜選択することにより、コア領域に変形が生じるおそれがなくなる。
【００１４】
請求項３記載の光ファイバの接続方法は、請求項２記載の光ファイバの接続方法において、前記充填材は、前記コア領域との屈折率差が０．３％程度であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバとその接続構造及び接続方法の各実施形態について図面に基づき説明する。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２３】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態の光ファイバの接続構造を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、本発明の空孔を有する光ファイバとシングルモード光ファイバとの接続構造を示している。なお、これらの図において、図８及び図９と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００２４】
図において、符号２１は本実施形態の空孔を有する光ファイバ、２２はシングルモード光ファイバである。この空孔を有する光ファイバ２１は、石英ガラスからなる石英光ファイバであり、コア径が１０μｍのコア（領域）２と、コア２を包囲する外径が１２５μｍのクラッド（領域）３とを備えたもので、このクラッド３には、コア２を囲むように、その長手方向に沿って複数（この図では６つ）の空孔２３が形成されている。
【００２５】
これら空孔２３、２３、…は、内径が１０μｍの断面円形状の孔で、コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに形成されている。
そして、このクラッド３の端部は、潰すクラッド部分及び空孔２３の端面からの長さ（Ｌ）が２００μｍ程度となるように、加熱により溶融・凝固されて縮径されている。
この光ファイバ２１のコア２とクラッド３との屈折率差は０．３％である。
【００２６】
次に、この光ファイバ２１の端部の加工方法について図５に基づき説明する。
まず、図５（ａ）に示すような空孔を有する光ファイバ３１を用意する。
この空孔を有する光ファイバ３１のクラッド３には、コア２を囲むように、コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに空孔２３が形成されている。これら空孔２３、２３、…の内径及び断面円形状は、クラッド３の全長に亘って一定とされている。
【００２７】
次いで、この空孔を有する光ファイバ３１の端部、すなわち、端面から２００μｍ程度の長さ（Ｌ）までの部分をレーザ光３２等を用いて加熱する。ここでは、少なくとも、前記端部（長さＬの部分）を１８００〜２２００℃の温度に１〜５秒の間保持する必要がある。
この加熱処理が進行するに伴って、図５（ｂ）に示すように、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部はその径方向に縮径するようになり、この加熱処理が十分に進行した段階では、図５（ｃ）に示すように、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部は完全に潰されて消失することとなり、その結果、空孔２３、２３、…のそれぞれの端部は封止されることとなる。
【００２８】
このように、光ファイバ３１の端部を加熱して溶融・凝固することで、空孔２３、２３、…の端部を潰して封止した空孔を有する光ファイバ２１が得られる。
そこで、コア直視法により、この空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２のコア２、２同士を付き合わせて融着接続すれば、コア２、２同士を精度よく接続することができ、空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２との接続部における接続損失を小さくすることができる。
【００２９】
次に、空孔を有する光ファイバ２１の接続部における接続損失について説明する。
光ファイバ同士を融着接続する際に問題となるのは、空孔を有する光ファイバ２１のクラッド３の一部において、コア２を直視することができないことである。
もちろん、コア２を直視することができなくとも融着接続は可能であるが、この場合、接続する光ファイバのコア同士を正確に調心することができず、したがって、コア間に軸ズレが生じ、この接続部における接続損失が大きくなってしまう。
【００３０】
そこで、接続する光ファイバのコア同士に軸ズレがあった場合の接続損失を計算で求めてみた。
一般に、接続する光ファイバのそれぞれの光ファイバにおけるモードフィールド半径をＷ1、Ｗ2とした場合、これらの光ファイバが軸ズレｄで接続された場合の電力透過係数Ｔは、接続する光ファイバの電界分布をガウス分布と仮定すると、下記の式（１）で表すことができる。
【数１】
この式（１）で、Ｗ1＝Ｗ2と近似できれば、所定のモードフィールド径（ＭＦＤ：２×Ｗ1）における軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を計算で求めることができる。
図６は光ファイバ同士を融着接続した場合のコアの軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を示す図である。ここでは、モードフィールド径（ＭＦＤ：２×Ｗ1）を２μｍ、４μｍ、１０μｍの３種類とし、それぞれの場合について軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を求めた。
【００３２】
この図によれば、モードフィールド径（ＭＦＤ）（またはコア径）が小さい光ファイバ同士を融着接続する場合には、光ファイバのコア同士の軸を精度よく合わせないと、接続損失が非常に大きくなってしまうことが分かった。
特に、空孔を有する光ファイバの中には、非線形効果を大きくとるために、コア径を非常に小さくしたものがある。したがって、空孔を有する光ファイバ２１を用いる際には、コア直視法を用いて、光ファイバのコア同士を正確に調心した上で融着接続するのが、接続損失を小さくする上で非常に重要であることが分かる。
【００３３】
次に、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１及び従来の空孔を有する光ファイバ３１それぞれについて、シングルモード光ファイバ２２と融着接続した場合の接続損失について調べた。
まず、従来の空孔を有する光ファイバ３１に前処理を施し、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１とした。この前処理は、従来の空孔を有する光ファイバ３１の端部を加熱して溶融させ、空孔２３の前記端部に位置する部分を潰す処理である。
その後、該光ファイバ２１の端面をクリーバを用いてカットし、市販の融着機を用いて、コア直視法により、予め端面をカットしたシングルモード光ファイバ２２と融着接続し、実施例とした。
【００３４】
また、従来の空孔を有する光ファイバ３１に前処理を施さずに、該光ファイバ３１の端面をクリーバを用いてカットし、外径調心法を用いて、予め端面をカットしたシングルモード光ファイバ２２と融着接続し、従来例とした。
表１は、実施例及び従来例よりそれぞれ取り出した各５点の試料について接続損失を測定した結果及びその平均値を示したものである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１によれば、クラッド３に、コア２を囲むようにその長手方向に沿って複数の空孔２３を形成し、これら空孔２３、２３、…の端部を潰して封止したので、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、その結果、接続損失を大幅に低減することができる。
【００３７】
本実施形態の光ファイバの接続構造によれば、本実施形態の空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２とを付き合わせて融着接続したので、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、また、この接続部においては光の伝搬モードは急激に変化するおそれがなく、接続損失を大幅に低減することができる。
【００３８】
本実施形態の光ファイバの接続方法によれば、空孔を有する光ファイバ３１の端部を熱処理３２することにより空孔２３、２３、…の端部を潰して封止して空孔を有する光ファイバ２１とし、この空孔を有する光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ２２とを付き合わせて融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバ２１、２２のコア２同士を精度良く接続することができ、この接続部の接続損失を大幅に低減することができる。
【００３９】
「第２の実施形態」
図７は、本発明の第２の実施形態の光ファイバの接続構造を示す縦断面図であり、空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２とを融着接続した構造である。
この接続構造は、空孔２３の端部を潰して封止した空孔を有する光ファイバ２１の替わりに、空孔２３の端部にクラッド３と略同程度の屈折率を有する充填材４２が充填された空孔を有する光ファイバ４１を用いた点が第１の実施形態の接続構造と異なる。
【００４０】
充填材４２は、内径が１０μｍの断面円形状の孔である空孔２３、２３、…内に充填されたもので、この充填材４２とコア２との屈折率差は０．３％程度である。
この充填材４２は、クラッド３と略同程度の屈折率を有するものであればよく、例えば、石英ガラス等の酸化珪素（ＳｉＯ2）を主成分とする材料、マッチングオイル、ポリマー等の無機材料または有機材料が好適に用いられる。
【００４１】
この空孔を有する光ファイバ４１では、第１の実施形態と同様、空孔を有する光ファイバ３１を用い、この光ファイバ３１の空孔２３の端部、すなわち、端面から１００〜２０００μｍ程度の長さ（Ｌ）までの部分に充填材４２を充填する。
例えば、石英ガラス等の酸化珪素（ＳｉＯ2）を主成分とするガラス材料を充填する場合、次のような方法が用いられる。
【００４２】
（１）ゾルーゲル法を用いて空孔２３内に透明ガラスを形成する。
（２）ガラス等の微粒子を液体に溶かし、毛細管現象を利用して空孔２３内に入れ、液体を乾燥させる。この操作を繰り返すことで微粒子を空孔２３内に充填する。その後、この微粒子を加熱し、透明ガラスとする。
（３）ガラス等の微粒子をそのまま空孔を有する光ファイバ３１の端面に付着させて空孔２３内に微粒子を充填する。その後、この微粒子を加熱し、透明ガラスとする。
【００４３】
また、マッチングオイル等の高分子材料を充填する場合、次のような方法が用いられる。
（１）マッチングオイル等の液体を、毛細管現象を利用して充填する。
（２）常温で固体の高分子材料を、加熱により溶解して液体とし、毛細管現象を利用して充填する。
【００４４】
その後、コア直視法により、この空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２のコア２、２同士を付き合わせて融着接続する。
以上により、コア２、２同士を精度よく接続することができ、空孔を有する光ファイバ４１とシングルモード光ファイバ２２との接続部における接続損失を小さくすることができる。
【００４５】
本実施形態においても、第１の実施形態と全く同様の効果を奏することができる。
また、第１の実施形態では、空孔２３が潰れる際にコア２に変形が生じるおそれがあったが、本実施形態では、充填材４２の材質を適宜選択することにより、コア２の変形を防ぐことができ、このコア２の変形に起因する接続部における接続損失をなくすことができる。
【００４６】
なお、上記の第１及び第２の実施形態においては、クラッド３に、コア２を囲むように該コア２の軸心に対して回転対称となる６つの位置それぞれに空孔２３が形成された空孔を有する光ファイバ３１を用いたが、空孔２３の数は１つ以上であればよく、６つに限定されることはない。
また、複数の空孔２３の配置は、コア２の軸心に対して回転対称である必要はなく、まったくランダムな配置であってもよいし、周期的な配置であってもよいし、非周期的な配置であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバの接続方法によれば、少なくとも一方の光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、この光ファイバのクラッド領域に形成された空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することができ、接続損失を大幅に低減することができる。
【００４８】
本発明の他の光ファイバの接続方法によれば、少なくとも一方の光ファイバの空孔の端部にクラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続するので、コア直視法を用いて、光ファイバのコア領域同士を精度良く接続することができ、この接続部の接続損失を大幅に低減することができる。
また、充填材の材質を適宜選択することにより、コア領域の変形を防ぐことができ、このコア領域の変形に起因する接続部における接続損失をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の光ファイバの接続構造を示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態の光ファイバの端部の加工方法を示す過程図である。
【図６】 光ファイバ同士を融着接続した場合のコアの軸ズレ（ｄ）と接続損失との関係を示す図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態の光ファイバの接続構造を示す断面図である。
【図８】 従来の空孔を有する光ファイバの一例を示す断面図である。
【図９】 従来の空孔を有する光ファイバの他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２…コア、３…クラッド、２１…空孔を有する光ファイバ、２２…シングルモード光ファイバ、２３…空孔、３１…空孔を有する光ファイバ、３２…レーザ光、４１…空孔を有する光ファイバ、４２…充填材。
Claims (3)
- 中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、
少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、
この光ファイバの端部を加熱して溶融・凝固すると同時に、前記空孔の端部を潰して封止することにより、この光ファイバの端部のクラッド領域をコア領域より低屈折率の領域とし、
次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。 - 中心部に設けられた充実のコア領域と、該コア領域を包囲し該コア領域より低屈折率のクラッド領域とを備えた２本の光ファイバ同士を付き合わせ接続する光ファイバの接続方法において、
少なくとも一方の光ファイバを、クラッド領域に、その長手方向に沿って１つまたは２つ以上の空孔が形成された光ファイバとし、
この光ファイバの前記空孔の端部に、前記クラッド領域と略同程度の屈折率を有する充填材を充填し、
次いで、コア直視法により、この光ファイバと他方の光ファイバそれぞれのコア領域を直視しながら、これら光ファイバのコア領域同士を正確に調心し、その後、これら光ファイバのコア領域同士を融着接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。 - 前記充填材は、前記コア領域との屈折率差が０．３％程度であることを特徴とする請求項２記載の光ファイバの接続方法。
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