JP4657205B2

JP4657205B2 - 光ファイバ接続部構造

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Publication number: JP4657205B2
Application number: JP2006512458A
Authority: JP
Inventors: 宣文宿南; 博之古川; 恵子佐々木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: WO2005103779A1; US20070036499A1; JPWO2005103779A1; US7296940B2

Description

本発明は、融着接続された光ファイバの接続部の構造に関し、特に、融着接続部から放射される光に着目した光ファイバの接続部構造に関する。

光ファイバは、光信号を伝送する媒体として発達してきた。その材料としては、例えば、光通信システムで用いられている石英ガラスファイバ、プラスチックファイバが挙げられる。光通信システムでは、伝送路を初めとしてシステムを構成するあらゆる光部品に使用されている。具体的には、信号光源となるレーザダイオード（ＬＤ）、受光器となるフォトダイオード（ＰＤ）、光の一部を分岐する光カプラ、光路を切り替える光スイッチ、光信号の波長多重分離に用いられる波長合分波器、光を一方向に伝える光アイソレータ、光を濾波する光フィルタ、光の増幅媒体となる光増幅用ファイバ等が挙げられる。これら複数の光部品を集めて、光変調器や光増幅器等の光モジュールを完成させるためには、光ファイバ同士の接続が必要となる。

光ファイバ同士の一般的な接続方法は、例えば、物理的に接続する方法と、ガラス母材を高温にして融かして接続する融着接続（fusion splice）方法とが挙げられる。物理的に接続する方法は、光ファイバを、ジルコニア、ガラス又は金属等のフェルールで補強し、アダプタを用いて接続している。融着接続方法は、電極により放電を発生させ、放電中にファイバ同士を接触させて融着接続を行うものであり、このような方法を利用した融着接続装置が実用化されている。

一般に、石英ガラスファイバは、ガラス表面が傷つくことによる破断を防ぐために、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を用いて形成されたＵＶコートが施されている。このため、融着接続作業時には、上記のＵＶコートを一度除去して融着接続を行い、接続後は当該接続部を熱収縮チューブ等を用いて再び保護する。現在、一度除去したＵＶコートを、ＵＶ硬化樹脂を用いて再び同等の太さで覆う、リコート技術が実用化されている（例えば、下記の特許文献１，２参照）。このリコート技術は、光ファイバ及び接続部分の高密度実装化においては、有効な手段である。上記のリコート技術に用いられるＵＶ硬化樹脂は、光ファイバのコート材の他にも、例えば、レンズ形成材料や光学用接着剤、光ディスクの貼り合わせ用接着剤、ＬＣＤ用プラスチックフィルムのハードコート、３次元立体造形用樹脂等の幅広い分野で使用されている。ＵＶ硬化樹脂は、その用途から分かるように、紫外線（２００〜４００ｎｍ）以上の波長である、可視光（４００〜８００ｎｍ）及び光通信で使用されている波長（８００〜１６５０ｎｍ）の光に対して優れた透過性を有している。
特開２００１−３４３５４８号公報特開平１０−７３７２９号公報

ところで、上記のような従来の方法によって融着接続された光ファイバの接続部では、コアの偏心やモードフィールド径のミスマッチにより接続損失が発生する。例えば、同種の光ファイバにおける接続損失は０．１ｄＢ程度である。このため、例えば図５に示すように、光ファイバの融着接続部Ｓでは、上記の接続損失により、コア１０１を伝播する光信号Ｌ１の一部がコア１０１からクラッド１０２に放射される。このクラッド１０２に放射された光Ｌ１’は、クラッドモードとして光ファイバを伝播する。そして、クラッドモードが伝播している光ファイバと他の光ファイバが近接すると、そのクラッドモードの光Ｌ１’が、他の光ファイバに漏れ込むという現象が発生する。

図６は、光ファイバの融着接続部が他の光ファイバに近接した場合に、クラッドモードの光が他の光ファイバに結合する割合（クロストーク）を評価した測定系の一例である。この測定系では、光源２００として、例えば９８０ｎｍ及び１４８０ｎｍの波長をもつ２種類の光源が用いられる。ここでは、光源２００から出力される光に対して透明なリコート部１０４が融着接続部Ｓの近傍に形成された光ファイバＦ１を伝播した光の強度Ｐ１［ｄＢｍ］を光パワーメータ２０１で測定すると共に、該光ファイバＦ１の融着接続部Ｓに近接する他の光ファイバＦ２に結合したクラッドモードの光の強度Ｐ２［ｄＢｍ］を光パワーメータ２０２で測定し、各々の測定結果を基にクロストーク量［ｄＢ］＝Ｐ１［ｄＢｍ］−Ｐ２［ｄＢｍ］が求められる。なお、クラッドモードの光が結合される光ファイバＦ２について、融着接続部Ｓから光パワーメータ２０２までの距離をＬ［ｃｍ］としている。

図７は、図６の測定系における距離Ｌ［ｃｍ］とクロストーク量［ｄＢ］の関係の測定結果を示したものである。Ｌ＝５〜３０ｃｍの範囲において、９８０ｎｍの波長の光では５０〜６７ｄＢのクロストークが発生し、１４８０ｎｍの波長の光では５０〜５３ｄＢのクロストークが発生することが分かる。これらのクロストーク量は、例えば光増幅器における励起光パワーと信号入力パワーの比を想定すると、光ＳＮ比の劣化を招き得るレベルに相当する。

上記のような光ファイバの融着接続部でのクロストークの発生を防ぐための１つの方法として、例えば図８の上段に示すようにＵＶコートに着色を施した光ファイバを使用することが考えられる。しかしながら、ＵＶコートに着色を施した光ファイバについても、図８の下段に示すように、その融着接続部Ｓ’をリコートした場合、当該リコート部１０４’の材料として従来の高透過率のＵＶ硬化樹脂が使われていれば、近接する光ファイバの融着接続部Ｓから放射される光が漏れ込んでしまう可能性がある。

図９は、一般的な光増幅器の構成例を示した図である。この構成例では、励起光源（ＬＤ）３０１から出力される励起光がＷＤＭカプラ３０２を介してエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）３００に供給される。また、入力端子ＩＮから光アイソレータ３０３及びＷＤＭカプラ３０２を介してＥＤＦ３００に与えられる入力光の一部が分岐カプラ３０５で分岐されて受光器３０６でモニタされると共に、ＥＤＦ３００から光アイソレータ３０４を介して出力端子ＯＵＴに送られる出力光の一部が分岐カプラ３０７で分岐されて受光器３０８でモニタされる。

上記のような一般的な光増幅器の各構成要素は、融着接続部Ｓを有する光ファイバによって各々の間が接続される。各構成要素及び接続用光ファイバは、例えば図１０の概略図に示すような実装状態でモジュール化される。このような実装状態において、例えば、励起光源３０１及びＷＤＭカプラ３０２間の光ファイバの融着接続部Ｓと、分岐カプラ３０５及び受光器３０６間の光ファイバの融着接続部Ｓとが近接するような場合、励起光の一部が融着接続部Ｓを介して入力モニタ側に漏れ込み、受光器３０６でモニタされる入力光の光ＳＮ比が劣化してしまう可能性がある。具体的に、例えば、光増幅器への入力光パワーを−３０ｄＢｍ、分岐カプラ３０５の損失を１３ｄＢとすると、入力光モニタ用の受光器３０６に到達する入力モニタ光のパワーは−４３ｄＢｍとなる。このとき、励起光のパワーを２０ｄＢｍとし、励起光側及び入力モニタ光側の各光ファイバ間におけるクロストーク量を５０〜６０ｄＢとすると、受光器３０６には−４０〜−３０ｄＢｍの励起光が漏れ込む。したがって、入力モニタ光よりもパワーの大きな励起光の漏れ込み成分が受光器３０６に入力されることで、光増幅器への入力光のモニタ精度に劣化が発生してしまう。

なお、光ファイバの融着接続部において意図的に損失を発生させる、軸ずれスプライス技術も実用化されている。この軸ずれスプライス技術を用いれば３ｄＢ程度の損失を容易に発生させることができる。このような軸ずれスプライス技術が適用される場合には、より多くの光がクラッドモードを伝播することになり、それが他の光ファイバに漏れ込んでより大きな光ＳＮ比の劣化が発生する可能性がある。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、融着接続部から放射される光の他の光ファイバ中への結合を確実に阻止できる光ファイバ接続部構造を実現することを目的とする。

このため、本発明の光ファイバ接続部構造は、コア及びクラッド並びに前記クラッドの外側に設けられた被覆部を有する２本の光ファイバの各一端を融着接続した融着接続部と、前記融着接続部の近傍で前記被覆部の除去された部分を再被覆したリコート部と、前記コアを伝播する光のうちで前記融着接続部を通過する際に前記クラッド側に放射される放射光を吸収することにより、前記放射光が前記リコート部の外側に近接する他の光ファイバ中に結合することを阻止する放射光結合阻止手段と、備える。

かかる光ファイバ接続部構造では、コアを伝播する光は、融着接続部の通過時にその一部がコア外部のクラッドに放射されるが、その放射光は放射光結合阻止手段によって吸収されることでリコート部の外部への伝播が阻止される。よって、リコート部の外側に他の光ファイバが近接していても、その光ファイバ中に融着接続部からの放射光が結合することが回避されるようになる。

上記放射光結合阻止手段の１つの態様としては、前記放射光を吸収する材料を用いて前記リコート部を形成するようにしてもよい。また、他の態様としては、前記放射光に対して透明な前記リコート部の外周面に、前記放射光を吸収する材料を塗布するようにしてもよい。

以下、本発明の光ファイバ接続部構造を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一又は相当部分を示すものとする。

図１は、本発明による光ファイバ接続部構造の第１実施形態を示す図である。
図１において、本実施形態の光ファイバ接続部構造は、コア１、クラッド２及びＵＶ被覆部（ＵＶコート）３を有する２本の光ファイバの各一端を融着接続した融着接続部Ｓを有し、融着接続のためにＵＶ被覆部３を除去した部分に形成されるリコート部１０として、融着接続部Ｓから放射される光を吸収することが可能な材料を用いることを特徴とする。このリコート部１０に用いられる材料（リコート材）は、例えば、ＵＶ硬化樹脂に色材を混ぜることで実現される。なお、ＵＶ硬化樹脂に混ぜられる色材については、ＵＶ光の硬化性が妨げられないように、紫外線（２００〜４００ｎｍ）の波長領域での光の吸収が少ないものが好ましい。

上記の色材について具体的に説明すると、一般的な色材は顔料及び染料に大別することができる。さらに、顔料は無機顔料及び有機顔料に分けられる。例えば、無機顔料のカーボンブラックは、非常に大きい吸収特性を示すことが知られている。しかし、紫外線領域での吸収量も高いため、カーボンブラックを混入したＵＶ硬化樹脂の内部に、完全に硬化されない部分が発生する可能性がある。このような場合、例えば図２に示すように、最初にカーボンブラックを混ぜていないＵＶ硬化樹脂を用いて第１リコート部１１を形成した後、カーボンブラックを混入したＵＶ硬化樹脂を用いて第２リコート部１１を形成する、２重リコートを実施することが有効である。なお、本発明においてＵＶ硬化樹脂に混入される無機顔料としては、上記のカーボンブラックの他にも、例えば、酸化チタンや酸化亜鉛等の無機顔料をＵＶ硬化樹脂に混ぜるようにしてもよい。

また、上記の有機顔料としては、例えば、シアニン系色素やフタロシアニン系色素、アゾ系色素等が近赤外線吸収色素として知られており、このような有機顔料を混ぜたＵＶ硬化樹脂を用いてリコート部１０を形成してもよい。

上記のような光ファイバ接続部構造では、クラッド２に囲まれたコア１を伝播する光信号Ｌ１は、融着接続部Ｓにおけるコアの偏心やモードフィールド径のミスマッチなどにより、その一部がコア外部のクラッドに放射されるようになるが、融着接続部Ｓからの放射光Ｌ１’はリコート部１０（図１）又は第２リコート部１２(図２）において吸収されるようになる。このため、他の光ファイバが近接する場合でも、融着接続部Ｓからの放射光Ｌ１’が他の光ファイバに漏れ込んでクロストークを発生させるような状況を確実に回避することが可能になる。

次に、本発明に関連した光ファイバ接続部構造の一例について説明する。
図３は、上記光ファイバ接続部構造の一例を示す図である。
図３の光ファイバ接続部構造は、コア１、クラッド２及びＵＶ被覆部３を有する２本の光ファイバの各一端を融着接続した融着接続部Ｓを有し、融着接続のためにＵＶ被覆部３を除去した部分に、表面に凹凸を設けたリコート部１３を形成し、融着接続部Ｓから放射される光Ｌ１’を乱反射させるようにしている。

リコート部１３は、例えば、従来と同様のＵＶ硬化樹脂を用いて融着接続部Ｓ付近をリコートする際に、コア１を伝播する光信号Ｌ１の波長に対して数十倍〜数百倍程度のランダムな凹凸形状が外周面に形成されるようにしたものである。具体的に、融着接続部Ｓから放射される光は、リコート部１３の表面粗さ（ここでは図３に示す凹凸サイズＨ及びＴを用いて表面粗さを表すも）が光信号Ｌ１の波長よりも１桁以上小さな場合、そのような凹凸面では殆ど乱反射されない。また、リコート部１３の表面粗さが光信号Ｌ１の波長と同程度であり、かつ、凹凸の形状が周期的である場合、そのような凹凸面では回折現象が起きて光が特定の角度方向に強く反射されるようになる。そこで、本実施形態では、リコート部１３の表面の凹凸サイズＨ，Ｔを１０〜１００μｍ程度とし、かつ、その凹凸形状を実質的にランダムなものにすることによって、融着接続部Ｓから放射される光が当該凹凸面で乱反射されるようにしている。なお、上記の凹凸サイズＨ，Ｔとの比較として、クラッド径Ｄ２、ＵＶ被覆外径Ｄ３及びリコート長Ｗの具体的な一例を挙げておくと、クラッド径Ｄ２は１２５μｍ、ＵＶ被覆外径Ｄ３は２５０μｍ、リコート長Ｗは１０〜２０ｍｍ程度となる。ただし、本発明を適用可能な光ファイバは上記の具体例に限定されるものではない。

上記のような凹凸形状を有するリコート部１３の形成には、例えば、ビーズブラスト等でランダムな凹凸を形成した図３の上側に示すような型２０を利用して、ＵＶ硬化樹脂の硬化処理を行うのがよい。また、上記の型２０については、光ファイバとの間に充填されるＵＶ硬化樹脂を硬化させるために、２００〜４００ｎｍの波長領域の光に対して透明な材料を使用するが好ましい。

上記のような光ファイバ接続部構造によれば、融着接続部Ｓから放射される光Ｌ１’がリコート部１３の外周面で乱反射されるようになるため、他の光ファイバが近接する場合でも、融着接続部Ｓからの放射光Ｌ１’が他の光ファイバに漏れ込むのを実質的に回避することが可能になる。

次に、本発明による光ファイバ接続部構造の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の光ファイバ接続部構造を示す図である。
図４において、本実施形態の光ファイバ接続部構造は、コア１、クラッド２及びＵＶ被覆部（ＵＶコート）３を有する２本の光ファイバの各一端を融着接続した融着接続部Ｓを有し、融着接続のためにＵＶ被覆部３を除去した部分に、従来と同様のＵＶ硬化樹脂を用いてリコート部１４を形成した後、該リコート部１４の表面に対して、融着接続部Ｓから放射される光Ｌ１’を吸収する吸収材塗布部１５を形成したことを特徴とする。

上記の吸収材塗布部１５は、例えば、リコート部１４の形成に用いるＵＶ硬化樹脂とは異なる溶剤に、前述した第１実施形態の場合と同様の色材を混ぜたインキ等を使用し、融着接続部Ｓからの放射光Ｌ１’に対して透明なリコート部１４の表面全体に上記インキを塗布することによって形成される。上記の溶剤の具体例としては、脂肪族炭化水素（石油エ−テル，ヘキサン，ヘプタン，オクタン）、脂肪族酸素化合物（アセタ−ル，アルコ−ル類，アセトン，酢酸エステル）、脂肪族含窒化合物（アセトニトリル）、芳香族化合物（ベンゼン，トルエン，キシレン，スチレン）、芳香族含窒化合物（ピリジン）、脂肪族ハロゲン系化合物（クロロホルム、塩化メチル、ジクロルメタン、四塩化炭素）、芳香族ハロゲン系化合物（クロロベンゼン、塩化ベンジル）等を使用することが可能である。

上記のような光ファイバ接続部構造によれば、融着接続部Ｓから放射される光Ｌ１’はリコート部１４を透過した後に吸収材塗布部１５で吸収されるようになるため、他の光ファイバが近接する場合でも、融着接続部Ｓからの放射光Ｌ１’が他の光ファイバに漏れ込んでクロストークを発生させるような状況を確実に回避することが可能になる。また、従来の熱収縮チューブを利用したリコート部の保護方法とは異なり、０．１ｍｍオーダの厚さで吸収材塗布部１５を形成することができるため、光ファイバの実装面において非常に有利になるという効果も得られる。

以上説明したような本発明によれば、融着接続部から放射される光の他の光ファイバ中への結合を確実に阻止できる光ファイバ接続部構造が実現可能になる。よって、本発明は、光通信等を初めとする多様な分野において産業上の利用可能性が大である。

本発明による光ファイバ接続部構造の第１実施形態を示す図である。上記第１実施形態についての変形例を示す図である。本発明による光ファイバ接続部構造に関連する他の例を示す図である。本発明による光ファイバ接続部構造の第２実施形態を示す図である。従来の光ファイバ接続部構造におけるクラッドモード光の他の光ファイバへの漏れ込みを説明する図である。従来の光ファイバ接続部構造におけるクラッドモード光のクロストークを評価するための測定系の一例を示す図である。図６の測定系における距離とクロストーク量の関係の測定結果を示す図である。従来の光ファイバ接続部構造におけるクロストークの発生を防ぐための公知技術の問題点を説明する図である。一般的な光増幅器の構成例を示した図である。図９の光増幅器の実装状態の概略を示す図である。

Claims

コア及びクラッド並びに前記クラッドの外側に設けられた被覆部を有する２本の光ファイバの各一端を融着接続した融着接続部と、
前記融着接続部の近傍で前記被覆部の除去された部分を再被覆したリコート部と、
前記コアを伝播する光のうちで前記融着接続部を通過する際に前記クラッド側に放射される放射光を吸収することにより、前記放射光が前記リコート部の外側に近接する他の光ファイバ中に結合することを阻止する放射光結合阻止手段と、
を備えた光ファイバ接続部構造。
請求項１に記載の光ファイバ接続部構造であって、
前記放射光結合阻止手段は、前記放射光を吸収する材料を用いて前記リコート部を形成したことを特徴とする光ファイバ接続部構造。
請求項２に記載の光ファイバ接続部構造であって、
前記リコート部は、紫外線硬化樹脂を用いて前記クラッドの外側に形成した第１リコート部と、紫外線硬化樹脂にカーボンブラックを混ぜた材料を用いて前記第１リコート部の外側に形成した第２リコート部とを有することを特徴とする光ファイバ接続部構造。
請求項１に記載の光ファイバ接続部構造であって、
前記放射光結合阻止手段は、前記放射光に対して透明な前記リコート部の外周面に、前記放射光を吸収する材料を塗布したことを特徴とする光ファイバ接続部構造。
請求項４に記載の光ファイバ接続部構造であって、
前記放射光結合阻止手段は、紫外線硬化樹脂を用いて形成された前記リコート部の外周面に、紫外線硬化樹脂とは異なる溶剤に色材を混ぜた材料を塗布したことを特徴とする光ファイバ接続部構造。