JP4609827B2 - 同種光ファイバの接続方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同種の光ファイバ同士を低損失で接続する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、光ケーブルの芯線として、複数本の光ファイバを接続した光ファイバが用いられている。このように複数本の光ファイバを接続することによって、所定のケーブル条長で必要な特性を調整することが可能である。この場合、同種のファイバ同士の接続の場合も、異種のファイバ同士の接続の場合も、単に融着機を使用して、複数本のファイバ同士を接続するだけである。
【0003】
近年、光通信システムの大容量化を図るため、単一モード光ファイバ(1300nm零分散光ファイバ)と、この単一モード光ファイバの分散及び分散スロープを補償する分散補償光ファイバ(DCF,DSCF,RDF等)とを接続し、1550nm帯の高速通信を行う分散マネージメント線路が盛んに検討されている。また、この分散マネージメント線路では、従来と同様に、条長および特性調整のため、同種のファイバの接続も行われる。
【0004】
単一モード光ファイバ(1300nm零分散光ファイバ)の1550nmでのMFDは9〜11μmであり、更にはMFD拡大型単一モード光ファイバにおいては、MFDは11μm以上である。
【0005】
これに対し、負の高分散特性を有する分散補償光ファイバは、Δ(比屈折率差)が3%前後と高く、コア径が2〜3μmと通常の単一モード光ファイバに比べて極端に小さい構造である。従って、分散補償光ファイバの1550nmでのMFDは5μm程度となる。
【0006】
従って、単一モード光ファイバと分散補償光ファイバのような異種ファイバを単に接続したのでは、MFDに差があり、接続部において光漏れが起こってしまう。この光漏れを低減するために、加熱や放電などの手段によってドーパントを拡散させてコアを拡大させる方法がある。これにより、MFDの小さなファイバのMFDがMFDの大きなファイバのMFDに合うようになり、滑らかな接続部でファイバを結合することができる。
【0007】
MFDの異なる光ファイバ同士の接続損失は、それぞれの光ファイバのMFD半径をW1,W2とし、突き合わせたときの軸ずれ量をdとすると、次式で表される。
【0008】
【数1】
軸ずれ(d=1〜5μm)のある同種のファイバを接続する場合のMFDと理論接続損失の関係を図7に示す。同種ファイバでは、W1≒W2であり、分散補償光ファイバのMFDは約5μmである。
【0009】
例えば、4.9μmのMFDの分散補償光ファイバにおいて、軸ずれ量d=2μm、3μm、4μmで、光ファイバを突き合わせ、接続した場合の接続損失は、それぞれ、0.72dB、1.63dB、2.89dBであり、軸ずれ量の増加に伴い、接続損失は急激に増加することがわかる。
【0010】
また、特にMFDが小さい同種ファイバの接続となると、僅かな軸ずれでも接続損失に与える影響は非常に大きくなる。
【0011】
そこで、上述したように、異種ファイバの融着接続部に追加放電を施すなどの手法を用いて、コア内のGeを拡散させ、低損失化する方法もある。しかしながら、放電が非常に局所的であること、放電では、高温で比較的短時間処理して急冷することから、ガラスの歪みが生じ、拡散状態が不安定になる。また、追加放電を複数回繰り返すことにより、ファイバ外径変動(くびれ)等の不具合が発生するため、追加放電条件の選定が非常に困難となる。従って、放電のみによる低損失化には限界がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような同種ファイバの接続を含む分散マネージメント線路を、例えば光海底ケーブル等に使用する場合、低損失で且つ高強度の接続部が要求されることとなる。
【0013】
同種ファイバの高強度の接続を行う通常の方法は、例えば図9に示すような手順で行われる。図9に示す手順では、融着接続前に強度劣化要因(ファイバカッター、融着接続機のV溝、ファイバクランプ等への接触)を除去するため、或いはその影響を軽減するために、保護層を形成している。
【0014】
ところが、十分に硬化あるいは乾燥しても、その表面には少なからずタック性が残るため、融着接続時のファイバの直進性が損なわれ、融着接続後の軸ずれ量は保護層が無い場合と比較して、非常に大きくなる。この理由は、融着接続時にファイバが蛇行したり、前進すべきタイミングで前進しないためである。
【0015】
また、MFDの小さなファイバ同士を高強度で接続しようとした場合、僅かな軸ずれも生じないように接続しなければ、接続損失を低減することができない。
【0016】
従って、高強度を要求される場合でも、同種ファイバを低損失で接続するためには、上記のような問題を解決する必要がある。
【0017】
本発明は、このような事情の下になされ、同種光ファイバを、バラツキなく、低損失で、しかも高い強度で接続することを可能とする同種光ファイバの接続方法を提供することを目的とする。
【0018】
【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の光ファイバと、この第1の光ファイバと同種の第2の光ファイバを融着接続する工程、および接続部を加熱処理し、接続部における前記第1の光ファイバのMFDと前記第2の光ファイバのMFDとが適合するように、MFDを拡大させる工程を具備することを特徴とする同種光ファイバの接続方法を提供する。
【0019】
なお、本発明において、同種光ファイバとは、工程内のバラツキの範囲内において、実質的に同一の屈折率分布のコアを有し、工程内のバラツキの範囲内において、実質的に同一のファイバ径およびコア径を有するものを言う。
【0020】
本発明の同種光ファイバの接続方法では、前記接続部の加熱処理工程において、前記第1の光ファイバと第2の光ファイバの位置ずれが修正される。
【0021】
また、前記接続部の加熱処理工程の終了時に、100℃/sec以下の徐冷速度で徐冷することが望ましい。特に好ましい徐冷速度は、5〜35℃/secである。徐冷速度が100℃/secを越えると、急冷と同様に拡散状態が不安定となり、ガラスにひずみが生じるので、好ましくない。
【0022】
なお、徐冷速度の制御は、加熱処理具を遠ざけたり、加熱処理具による加熱量を調整することにより行うことが出来る。
【0023】
また、前記接続部の加熱処理工程を、前記接続部の接続損失を測定しつつ行い、前記接続損失の測定値が低下して所定の値に到達したときに、前記接続部の加熱処理工程を停止することが望ましい。即ち、加熱処理中に、接続損失をパワーメータやOTDRにより測定し、測定値が最小値になる直前に、加熱処理を停止するのである。なお、加熱処理を停止した後、上述のように100℃/sec以下の徐冷速度で徐冷することが望ましい。
【0024】
なお、本発明は、特に、MFD=7.0μm以下の光ファイバの接続に有効に適用することが出来る。
【0025】
以下、本発明について、より具体的に説明する。
【0026】
図1〜3は、接続部の加熱処理中に接続損失を測定する状態を模式的に示す図であり、図1ではOTDRにより、図2,図3ではパワーメータにより、それぞれ接続損失を測定している。
【0027】
なお、図1〜3において、ダミーファイバは、励振のために使用されている。ダミーファイバと光ファイバとの接続は、V溝接続または融着接続により行われている。
【0028】
本発明の同種光ファイバの接続方法では、図1〜図3に示すように、光ファイバ1と、これと同種の光ファイバ2とを融着接続した後、その接続部を加熱する。加熱は、その接続部における光ファイバ1と光ファイバ2のミスマッチを無くすよう、MFDを拡大するように行われる。
【0029】
図7から明らかなように、同種のファイバの融着接続部を加熱してMFDを拡大することにより、接続損失を容易に低減することが可能である。また、実際の軸ずれ量は毎回異なるものの、或る範囲内(好ましくは0.9μm以下)に抑えておけば、単にMFDを拡大することにより、接続損失を0.1dB以下とすることが可能である。
【0030】
更に、所望の軸ずれ範囲を超えてしまった場合においても、MFDの拡大と同時に軸ずれ量も低減するため、接続損失のバラツキを小さくすることができ、且つ低い接続損失が得られる。
【0031】
また、加熱処理工程中に、図1〜図3に示すように、パワーメータやOTDRで接続損失の測定を行い、所望の接続損失、例えば最小の接続損失になる直前に加熱を停止する。その結果、目的とする低い接続損失を得ることが可能である。
【0032】
更に、加熱処理工程の終了時に、徐冷速度100℃/sec以下で徐冷することにより、光ファイバに微小クラックや収縮歪みが発生するのを防ぐことができ、また急冷によるドーパントの拡散の不平衡を防止することができる。それによって、低い接続損失を得ることが可能である。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0034】
まず、次のような光ファイバを用意した。
【0035】
(1)分散補償光ファイバ[RDF]:コアがGeO2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。MFD=4.9μm。
【0036】
(2)分散補償光ファイバ[RDF]:コアがGeO2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。MFD=4.9μm。
【0037】
(3)分散補償光ファイバ[DCF]:コアがGeO2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。MFD=4.3μm。
【0038】
(4)分散補償光ファイバ[DCF]:コアがGeO2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。MFD=4.3μm。
【0039】
上記光ファイバのうちの2つを融着して接続サンプルを作製し、その接続損失及びMFDを調べた。即ち、図1〜3に示すように、光ファイバ1と光ファイバ2を接続し、バーナーを用いて加熱処理し、OTDR(optical time domain reflectometer)(図1)およびパワーメータ(図2,図3)で接続損失を測定した。
【0040】
このようにして接続された光ファイバ1と光ファイバ2の接続サンプルの加熱処理中の接続損失の測定結果を図4および図5に示す。
【0041】
図4から、加熱処理により、接続損失は減少し、最小領域では0.05dBにもなることがわかる。また、図5から、接続損失の初期値がいずれの値であっても、熱処理により接続損失は減少することがわかる。
【0042】
なお、加熱処理前の接続損失は平均して2.05dBであり、加熱処理条件は1550nmでの接続損失が0.07dB以下となったところ(図4の最小領域内)で、前記バーナーを前記接続サンプルから遠ざけて徐冷し始め、その遠ざける速度を調整することにより、100℃/sec以下の遅い徐冷速度、この場合、10℃/secで徐冷した。尚、バーナーのガス流量を変化させて徐冷し始め、そのガス流量の変化量を変えて徐冷速度を制御するようにしてもよい。その結果、最終的に接続損失は平均で0.05dBであった。
【0043】
加熱処理前の軸ずれ量dを上記式(1)、式(2)により計算すると、d=3.37μm(実測値は3μm)であった。
【0044】
また、分散補償ファイバ3と分散補償ファイバ4の接続サンプルについても、加熱処理中の接続損失を測定した。その結果を図6に示す。図6から、初期接続損失(平均値)は6.96dBと高く、バラツキも3.03dBと大きい。しかし、加熱により平均で0.05dBまで接続損失を低減することができ、バラツキも0.00dBと小さくできることがわかる。
【0045】
更に、分散補償ファイバ3と分散補償ファイバ4の接続サンプルについて、分散補償ファイバ1と分散補償ファイバ2の接続サンプルの場合と同様に、軸ずれ量dを計算したところ、加熱処理前でd=6.20μmであった。
【0046】
図7に、種々の軸ずれ量dにおけるMFDと理論接続損失の関係を示す。また、図8は、図7の縦軸レンジを拡大して示すグラフである。図7から、光ファイバ1と光ファイバ2について上述の計算で得た軸ずれ量d=3.37μmが変らなければ、加熱によってMFDが10.51μmまで広がったとしても、0.49dBの接続損失しか得られない。
【0047】
しかし、接続損失が0.05dBで、MFDが10.51μmならば、式(1)、式(2)より軸ずれ量はd=0.97μmとなるはずであり、加熱処理前の軸ずれ量d=3.37μmの半分以下に減少する。
【0048】
光ファイバ3と光ファイバ4ではさらに顕著であり、加熱処理により、軸ずれ量は6.20μmから0.97μmまで大幅に減少できることになる。
【0049】
このように、本実施形態から、同種光ファイバの接続部の加熱処理により、MFDが拡大し、軸ずれ量が減少し、その結果、接続損失を大幅に減少し得ることが明らかである。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同種光ファイバを、バラツキなく、低損失で、しかも高い強度で接続することが可能であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】OTDRを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図2】パワーメータを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図3】パワーメータを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図4】分散補償ファイバ1および2の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値および理論値と、MFDの実測値とを示す特性図。
【図5】分散補償ファイバ1および2の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値を示す特性図。
【図6】分散補償ファイバ1および2の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値を示す特性図。
【図7】理論接続損失のMFD依存性を示す特性図。
【図8】理論接続損失のMFD依存性を拡大して示す特性図。
【図9】従来技術による高強度接続プロセスのフローを示す図。
Claims (9)
- 第1の光ファイバと、この第1の光ファイバとファイバ径、およびコア径が実質的に同一の同種の第2の光ファイバを融着接続する工程、
接続部を加熱処理し、接続部における前記第1の光ファイバのMFDと前記第2の光ファイバのMFDとを拡大させる工程、および、
前記接続部の加熱処理工程の終了後に、100℃/sec以下の徐冷速度で徐冷する工程、を具備し、
前記接続部の加熱処理工程を、前記接続部の接続損失を測定しつつ行い、前記接続損失の測定値が低下して最小値の直前の所定の値に到達したときに、前記接続部の加熱処理工程を停止することを特徴とする同種光ファイバの接続方法。 - 前記接続部の加熱処理工程において、前記第1の光ファイバと第2の光ファイバの軸ずれ量が減少されることを特徴とする請求項1に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記徐冷する工程において、5〜35℃/sec以下の徐冷速度で徐冷することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記徐冷工程において、徐冷速度の制御は、加熱処理具を遠ざける、あるいは加熱処理具による加熱量を調整することによって行われることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記接続部の加熱処理工程において、前記接続部の接続損失をパワーメータやOTDRに測定することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記加熱処理工程において、前記第1の光ファイバまたは前記第2の光ファイバと、光源またはパワーメータやOTDRとの間にダミーファイバをV溝接続または融着接続によって接続して接続損失の測定を行うことを特徴とする請求項5に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記同種のファイバが、加熱前のMFDが7.0μm以下の光ファイバであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 前記同種のファイバには保護層が生成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の同種光ファイバの接続方法。
- 融着接続する工程において、前記同種のファイバの融着接続は放電によって行われていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の同種光ファイバの接続方法。
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