JP4635786B2 - 光ファイバの接続端末 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの接続端末に関するものである。

従来より、光ファイバの接続において、その端面を略凸状に研磨等で形成したのち、両光ファイバ端面間に押圧力を作用させながら接続する「ＰＣ(フィジカル・コンタクト)接続」が一般的である。光ファイバのコア部端面が凸状になっているが、押圧力によって弾性変形させ、相手側のコア部と隙間を介さずに物理的に接触することができ、光信号の接続端面における反射減衰を抑制できる効果がある（例えば特許文献１）。
接続端面を傾斜させる方法も一般的である。基本的にはそれであっても上記のようにＰＣ接続させるが、仮に何らかの原因でＰＣ接続が行えない事態となっても、端面が傾斜しているがゆえにガラス端と隙間の境界面で反射する光信号が後戻りせずにクラッド側へ逃げることになり、伝送特性に及ぼす悪影響を軽減させることが出来る（例えば特許文献２参照）。
特開昭６１−１３７１０７号公報 特開平４−３３６５０９号公報

ところで、これらの方法は凸状端面形成のための研磨コスト増と、それ以外に押圧力を作用させつづける必要性から光ファイバを接続端末がしっかり保持していなければならず、そのため光ファイバ実装の際には心線被覆を除去してガラス部(クラッド部)を露出させ、その状態で端末に接着固定させる工程となり、実装コストがかさむという不都合があった。伝送特性としても、とりわけ傾斜端面を用いない単なるＰＣ接続においては、ＰＣ接続されている時の特性と長期的な劣化や環境変化等でＰＣが外れてしまった時の特性(透過損失および反射損失)との差異が大きく、光信号伝送システム全体への波及が大きくなり、系を不安定にさせる要因になりかねない。傾斜端面を加えることで反射損失の影響は軽減できるようになるが、透過損失においては変動が大きいことに変わりはない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストの低減を図るとともに、光伝送特性へ影響を与える変動成分を抑えることにより伝送システム系全体の信頼性を向上することができる光ファイバの接続端末を提供することにある。

本発明にかかる光ファイバの接続端末の第１の特徴は、光ファイバを配列するフェルールのガイド穴内に被覆付きの光ファイバが固定される光ファイバの接続端末であって、被覆付きの光ファイバ同士を接続するため、前記接続端末のフェルールの接続端面は光軸直交面に対して傾斜した面として形成され、且つ、接続される前記一対の光ファイバは、いずれも、光ファイバ端面が被覆付きのまま光軸直交面に対して傾斜した接続端面とし前記フェルールの接続端面より５μｍ以上５０μｍ以下後退し、さらに、接続される光ファイバ同士の間隔を５０μｍ以下にして前記ガイド穴の位置に位置するように前記ガイド穴に挿入固定されることにある。

このように構成された光ファイバの接続端末においては、接続端末におけるフェルールの接続端面は光軸直交面に対して傾斜して設けられるとともに、光ファイバの端面はフェルールの接続端面よりも後退したガイド穴内の位置に位置しているので、光ファイバ同士は直接接触せずに、両光ファイバ端面間には隙間が設けられて非ＰＣ接続となっている。このため、接続端面同士を押圧する必要がなく、押圧力による長期間の劣化・変形を防止して長期的な信頼性を向上することができる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続端末の第２の特徴は、上記本発明の第１の特徴において、前記光ファイバはマルチモード石英光ファイバであることにある。

このように構成された光ファイバの接続端末においては、光ファイバにコア径が大きなマルチモード石英光ファイバを用いるので、光軸ずれの許容範囲が大きくなり、低損失な接続を行うことができる。

また、本発明にかかる光ファイバの接続端末の第３の特徴は、上記本発明の第１または２のいずれかの特徴において、前記被覆の厚さが２５μｍ以下であることにある。

このように構成された光ファイバの接続端末においては、被覆厚さを２５μｍ以下と薄くすることにより、心出し精度を向上して、低損失な接続を行うことができる。

本発明によれば、被覆付きの光ファイバをガイド穴に挿嵌して固定するので、従来のように被覆を除去する必要がなく被覆を除去する工程を省くことができるとともに、被覆を除去した際のガラス部分の損傷を防止することによりコスト低減を図ることができる。また、光ファイバ端面はフェルールの接続端面より後退した位置に設けられて非ＰＣ接続となっているので、接続端面同士を押圧する必要がなく、押圧力による長期間の劣化・変形を防止して長期的な信頼性を向上することができる。なお、少なくとも一方の光ファイバの接続端面は光軸直交面に対して傾斜しているので、反射損失の影響を抑えることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の光ファイバの接続端末およびその接続方法に係る第１実施形態を示す断面図、図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の第１実施形態の別の例を示す断面図、図３（Ａ）および（Ｂ）は光ファイバの接続端末同士を接続した状態を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態である光ファイバの接続端末１０は、光ファイバ２０を配列するフェルール３０のガイド穴３１内に光ファイバ２０が固定される光ファイバの接続端末１０であって、前記光ファイバ２０は、被覆２１付きであるとともに、光軸ＢＬに対して直角以外の角度で傾斜した接続端面２２を有し、前記接続端面２２におけるコア部２３の端面２３ａは、コア部２３を除く光ファイバ２０が接触する他の面よりもδ＝５μｍ以上、５０μｍ以下後退した位置にある。
例えば、図１では、フェルール３０の端面３０ａに対して、接続端面２２におけるコア部２３の端面２３ａは、クラッド部２４の端面２４ａおよび被覆２１の端面２１ａとともに、光ファイバ２０自体が研磨によって凹むように形成され、ガイド穴内で後退した位置に設けられている。

なお、光ファイバ２０はマルチモード石英光ファイバであることが望ましい。被覆２１付きの光ファイバ２０においては、被覆２１の厚さの偏り等から心出し精度が低下しやすいが、光ファイバ２０としてコア２３径が大きなマルチモード石英光ファイバを用いることにより、光軸ＢＬずれの許容範囲が大きくなるので、低損失な接続を行うことができる。
また、被覆２１の厚さＤが２５μｍ以下であることが望ましい。これにより、被覆厚さＤを２５μｍ以下と薄くすることにより、心出し精度を向上して、低損失な接続を行うことができ、具体的には、例えばコア径５０μｍの光ファイバ２０において、接続損失を平均で０．５ｄＢ以下に抑えることができた。

図１に示すように、フェルール３０のガイド穴３１内部に光ファイバ２０が接着固定され、接続端面２２が光軸ＢＬに対し直交面からθ（例えば、θ＝８°）傾斜している。フェルール３０は単心コネクタ向けのようなジルコニアフェルールであってもよいし、多心コネクタ向けのようなプラスチック成形フェルールであってもよい。対向する相手のフェルール３０との位置合せにおいても、単心コネクタ向けのような割りスリーブ内でのフェルール嵌合であってもよいし、多心コネクタ向けのようなガイドピンとガイドピン穴の嵌合であってもよい。

ここで、凹み（δ）を５μｍ以上、５０μｍ以下とした理由は、フェルールである成形材とファイバであるガラスの線膨張率差を考慮して、低温下でファイバがフェルールに対して突き出してくる場合においてもしっかりとファイバ相互間の空隙を確保できるよう、初期間隔を設定しておく必要がある。つまり、成形材とガラスの線膨張率差はおよそ2×10^(-5)／℃、使用温度範囲を考慮した温度差は約50℃、成形材の代表長さとしてファイバ穴長5mmとした場合に、端面間隔は温度変動によっておよそ5μｍと算出できるので、下限値として、この数値以上のδが必要となる。
一方、ファイバ間隔を広げ過ぎた場合の弊害として、伝送損失の増加がある。端面間隙とロス増の関係は使用する光ファイバのNA等に依存するが、実験の結果から曲げに強いΔ2%に近い光ファイバにおいても50μｍ以下の間隙に押えておけば伝送特性上から問題ないことが確認されたので、これを上限値とした。

図２（Ａ）および（Ｂ）には、第１実施形態にかかる光ファイバの接続端末の別の例が示されている。
図２（Ａ）に示すように、仮に光ファイバ２０がフェルール端面３０ａに対して突き出していたとしても、コア部２３の端面２３ａがクラッド部２４の端面２４ａより凹んでいればこれでもよい。これにより、相手フェルール３０との接続において、両光ファイバ２０、２０のコア部端面２３ａ間に隙間が形成され、両コア部２３、２３には押圧力が作用しないので、安定した固定状態を維持することができるとともに、長期的な押圧力により劣化や変形が生じるのを抑えことができる。
あるいは、図２（Ｂ）に示すように、クラッド部２４の端面２４ａおよび被覆２１の端面２１ａがフェルール３０の端面３０ａと同じ面で、コア部２３の端面２３ａだけがクラッド部２４の端面２４ａおよび被覆２１の端面２１ａよりも凹んでいてもよい。

次に、図３に基づいて、本発明の第１実施形態にかかる光ファイバの接続方法について説明する。
図３（Ａ）に示すように、少なくとも一方の光ファイバ２０の接続端面２２が前述した接続端末１０で構成されている光ファイバ２０を他の光ファイバ２０Ｂと接続する光ファイバの接続方法であって、被覆２１付きの前記光ファイバ２０の接続端面２２を光軸直交面に対して傾斜した面状に形成するとともに、他の光ファイバ２０Ｂの接続端面２２も同様に形成して、前記光ファイバ同士２０、２０Ｂの前記光軸ＢＬが略一直線となるように各光ファイバ２０、２０Ｂの接続端面２２、２２同士を突き合せることで、前記光ファイバ２０、２０Ｂのコア端面２３ａ間に隙間２５、２５を設ける。
なお、図３（Ａ）においては、他方の光ファイバ２０Ｂにも前述した接続端末１０で構成されている光ファイバ２０と同じものを用いた場合を示してあるが、この他、図３（Ｂ）に示すように、他方の光ファイバ２０Ｂとして、前述した端末処理をしていない通常の光ファイバを用いることもできる。

以上、前述した光ファイバの接続端末およびその接続方法によれば、被覆２１付きの光ファイバ２０をガイド穴３１に挿嵌して固定するので、被覆２１を除去する工程を省くことができるとともに、被覆２１を除去した際のガラス部分の損傷を防止することによりコスト低減を図ることができる。また、接続端面２２のコア部２３は接続端面２２から例えば５μｍ以上、５０μｍ以下凹んで最初からＰＣ接続させない接続形態であるので、接続端面２２同士を押圧する必要がなく、押圧力による長期間の劣化・変形を防止して長期的な信頼性を向上することができる。仮に長期的劣化や環境変化があったとしても常に非ＰＣ接続状態であることを維持することにより光伝送特性へ影響を与える可能性のある変動成分を最小限に抑え、伝送システム系全体を長期的に安全に運用することが可能となり、信頼性を高めることができる。さらに、光ファイバ２０の接続端面２２は光軸直交面に対して傾斜しているので、反射損失の影響を抑えることができる。なお、ガラスに比ベて低ヤング率である被覆２１部を介して光ファイバ２０のガラス部をフェルール３０に固定する形となるが、接続においてＰＣ接続のような押圧力をガラス部が受ける事が無いため、安定したファイバ固定状態を維持できる。

次に、第２実施形態に付いて説明する。
図４には第２実施形態にかかる光ファイバの接続端末が示されている。なお、前述した第１実施形態にかかる光ファイバの接続端末と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。

この光ファイバの接続端末１１では、光ファイバ２０を配列するフェルール３０のガイド穴３１内に被覆２１付きの光ファイバ２０が固定される光ファイバの接続端末１１であって、前記接続端末１１のフェルール３０の接続端面（端面）３０ａは光軸ＢＬ直交面に対して傾斜した面として形成され、且つ、光ファイバ端面２０ａは接続端面３０ａより後退したガイド穴に位置している。
すなわち、光ファイバ２０の端面２０ａは、光軸ＢＬに対し直角に形成されており、一方、フェルール３０の端面３０ａは光軸ＢＬ直交面に対して傾斜して形成されているので、光ファイバ２０をフェルール３０のガイド穴３１に挿入すると、光ファイバ２０の前方（図４では右方）に隙間２６が形成されることになる。

次に、本発明の第２実施形態にかかる光ファイバの接続方法について説明する。
図５に示すように、一方が請求項６に記載の接続端末１１で、他方の接続端末１２における光ファイバ２７の端面２７ａはフェルール３０の接続端面（端面）２８と同様に光軸ＢＬの直交面に対して傾斜して形成されており、前記両接続端末１１、１２を接続する光ファイバの接続方法であって、前記両光ファイバ２０、２７の光軸ＢＬが略一直線となるように前記両接続端末１１、１２を付き合わせ、前記両光ファイバ２０、２７のコア部端面２３ａ間に隙間２６を設ける。

以上、前述した光ファイバの接続端末およびその接続方法によれば、接続端末１１における光ファイバ２０の端面２０ａを除く部分は光軸ＢＬ直交面に対して傾斜して設けられるとともに、光ファイバ２０の端面２０ａは接続端面２２よりも後退しているので、光ファイバ２０と光ファイバ２７は直接接触せずに、両光ファイバ端面２０ａ間には隙間２６が設けられて非ＰＣ接続となっている。このため、接続端面同士２２、２８を押圧する必要がなく、押圧力による長期間の劣化・変形を防止して長期的な信頼性を向上することができる。

なお、本発明の光ファイバの接続端末およびその接続方法は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。

以上のように、本発明に係る光ファイバの接続端末およびその接続方法は、被覆付きの光ファイバをガイド穴に挿嵌して固定するので、従来のように被覆を除去する必要がなく被覆を除去する工程を省くことができるとともに、被覆を除去した際のガラス部分の損傷を防止することによりコスト低減を図ることができる。また、接続端面のコア部は接続端面から後退して非ＰＣ接続となっているので、接続端面同士を押圧する必要がなく、押圧力による長期間の劣化・変形を防止して長期的な信頼性を向上することができる。なお、光ファイバの接続端面は光軸直交面に対して傾斜しているので、反射損失の影響を抑えることができるという効果を有し、光ファイバの接続端末およびその接続方法等として有用である。

本発明の光ファイバの接続端末およびその接続方法に係る第１実施形態を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の第１実施形態の別の例を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は光ファイバの接続端末同士を接続した状態を示す断面図である。 本発明の光ファイバの接続端末およびその接続方法に係る第２実施形態を示す断面図である。 光ファイバの接続端末同士を接続した状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 接続端末
２０ 光ファイバ
２０Ｂ 他の光ファイバ
２１ 被覆
２２ 接続端面
２３ コア部
２３ａ 端面
２４ クラッド部
２５ 隙間
３１ ガイド穴
ＢＬ 光軸

Claims (3)

1. 光ファイバを配列するフェルールのガイド穴内に被覆付きの光ファイバが固定される光ファイバの接続端末であって、
   被覆付きの光ファイバ同士を接続するため、前記接続端末のフェルールの接続端面は光軸直交面に対して傾斜した面として形成され、且つ、接続される前記一対の光ファイバは、いずれも、光ファイバ端面が被覆付きのまま光軸直交面に対して傾斜した接続端面とし前記フェルールの接続端面より５μｍ以上５０μｍ以下後退し、さらに、接続される光ファイバ同士の間隔を５０μｍ以下にして前記ガイド穴の位置に位置するように前記ガイド穴に挿入固定されることを特徴とする光ファイバの接続端末。
2. 前記光ファイバはマルチモード石英光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続端末。
3. 前記被覆の厚さが２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの接続端末。

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