JP4974165B2 - 光ファイバの接続構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホーリーファイバと他の光ファイバとを接続した光ファイバの接続構造の製造方法に関するものである。

ホーリーファイバ（Ｈｏｌｅｙ Ｆｉｂｅｒ）は、中心に位置するコア部と、コア部の外周に位置し、コア部の周囲に周期的に配置した複数の空孔を有するクラッド部とを備え、空孔によってクラッド部の平均屈折率を下げ、光の全反射の原理を利用してコア部に光を閉じ込めて伝搬させる新しいタイプの光ファイバである。このホーリーファイバは、空孔を用いて屈折率を制御することによって、従来の光ファイバでは実現不可能なＥｎｄｌｅｓｓｌｙ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ（ＥＳＭ）や、短波長側での異常分散等の特異な特性を実現可能である。なお、ＥＳＭとは、カットオフ波長が存在せず、全ての波長の光がシングルモードで伝送することを意味し、広帯域にわたって伝送速度の速い光伝送を可能にする特性である。

このホーリーファイバは、他の光ファイバ、たとえば空孔が形成されていない通常の光ファイバやホーリーファイバと接続して使用される。しかし、ホーリーファイバを他の光ファイバと融着接続すると、接続部及びその近傍において、放電により加熱された部分の空孔が潰れて消失してしまう。その結果、空孔による光閉じ込め効果が不十分となるかまたは全くなくなってしまうため、大きな接続損失が発生してしまうことが問題となっている。

この問題を解決するため、ホーリーファイバを他の光ファイバと接続する際に、ホーリーファイバの空孔が潰れないように、放電強度および放電時間を調整して融着接続を行い、低損失での接続を実現する方法が開示されている（特許文献１参照）。一方、ダブルクラッド型のホーリーファイバと空孔が形成されていないマルチモード光ファイバとを融着接続した後に、フッ酸等のガラスを溶かす溶液を用いて接続部をエッチング処理して細径化し、接続損失を低減する方法が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００４−１７７８０４号公報 特開２００７−７２４１８号公報

しかしながら、空孔が潰れないようにホーリーファイバを融着接続する方法は、放電強度および放電時間が制限されるため、接続部の機械的強度を十分に確保することが難しいという問題がある。一方、接続部をエッチングして細径化する方法は、もともと外径が細い光ファイバをさらに細径にするため、エッチング量の厳密な制御が必要であり、特に外径が細いシングルモード型のホーリーファイバに対して適用するのが難しいという問題がある。さらに、エッチングを用いる方法は、エッチングによって空孔がホーリーファイバの表面に露出し、そこから異物が混入して光の損失が増大するおそれがあるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ホーリーファイバと他の光ファイバとを高い機械的強度と低い接続損失で接続した光ファイバの接続構造を容易に製造できる光ファイバの接続構造の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、中心に位置するコア部と前記コア部の外周に位置し複数の空孔を有するクラッド部とを備えるホーリーファイバの端面と、少なくとも中心に位置するコア部と前記コア部の外周に位置するクラッド部とを備える接続光ファイバの端面とを融着接続する融着接続工程と、前記融着接続により形成した接続部を加熱しながら前記ホーリーファイバと前記接続光ファイバがそれぞれの長手方向に互いに遠ざかるように張力をかけて、前記接続部を所定の外径になるように延伸する延伸工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、上記の発明において、前記延伸工程は、前記接続部を前記ホーリーファイバのコア部のコア径と同じ外径になるように延伸することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、上記の発明において、前記接続光ファイバは、前記クラッド部に複数の空孔が形成されたホーリーファイバ構造を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、上記の発明において、前記延伸した接続部の外周を覆うように保護体を形成する保護体形成工程を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、上記の発明において、前記保護体形成工程は、前記延伸した接続部の外周に該延伸した接続部の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂を被覆することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法は、上記の発明において、前記保護体形成工程は、補強スリーブに前記延伸した接続部を挿通し、前記補強スリーブを加熱して前記延伸した接続部に固着させることを特徴とする。

本発明によれば、ホーリーファイバと接続光ファイバとを融着接続した後、接続部を加熱しながら所定の外径になるまで延伸するので、高い機械的強度と低い接続損失で接続された接続構造を容易に製造できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの接続構造の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る製造方法によって製造される光ファイバの接続構造を長手方向に沿って切断した模式的断面図である。また、図２は、図１に示すホーリーファイバ１１を長手方向と垂直な面で切断した模式的断面図である。図１、２に示すように、この光ファイバの接続構造１０は、ホーリーファイバ１１と、接続光ファイバであるホーリーファイバ１２とを、縮径部１３、１４、および延伸接続部１５を介して接続し、縮径部１３、１４、および延伸接続部１５の外周に保護体１６を形成したものである。

ホーリーファイバ１１は、シングルモード型の光ファイバであり、中心に位置するコア部１１ａと、コア部１１ａの外周に位置し、コア部１１ａの周囲に形成された複数の空孔１１ｃを有するクラッド部１１ｂとを備える。コア部１１ａおよびクラッド部１１ｂは、屈折率を変化させるドーパントを含んでいない純シリカガラスからなるが、同一のガラス材料からなるものであれば特に限定されない。また、コア部１１ａの直径は約１０μｍであり、クラッド部１１ｂの外径は約１２５μｍである。また、空孔１１ｃは、コア部１１ａの周囲に三角格子状に形成されており、ホーリーファイバ１１が所定の光学特性を有するようにその空孔径、空孔間の距離、および空孔の総数が設定されている。また、ホーリーファイバ１２もシングルモード型の光ファイバであり、コア部１２ａと、複数の空孔１２ｃを有するクラッド部１２ｂとを備え、ホーリーファイバ１１と同様の構成を有する。

縮径部１３は、純シリカガラスからなり、ホーリーファイバ１１の端部に連接し、ホーリーファイバ１１側からその外径が徐々に縮小するテーパ形状を有している。この縮径部１３には、ホーリーファイバ１１の空孔１１ｃに連接する空孔１３ａが形成されており、空孔１３ａは、ホーリーファイバ１１側から孔径および空孔間の距離が徐々に縮小し、途中で消失している。縮径部１４も同様に、純シリカガラスからなり、ホーリーファイバ１２の端部に連接し、ホーリーファイバ１２側からその外径が徐々に縮小するテーパ形状を有しており、さらに、ホーリーファイバ１２の空孔１２ｃに連接し、ホーリーファイバ１２側からその孔径および空孔間距離が徐々に縮小して途中で消失する空孔１４ａが形成されている。

延伸接続部１５は、純シリカガラスからなり、長手方向においてほぼ均一の外径、あるいは中央部の外径が小さい形状をしており、縮径部１３と１４とを接続している。ここで、延伸接続部１５は、ホーリーファイバ１１のコア部１１ａおよびホーリーファイバ１２のコア部１２ａとほぼ同一軸上に位置するように形成されており、コア部１１ａ、１２ｂとほぼ同程度の外径を有する。

保護体１６は、延伸接続部１５よりも低い屈折率を有する樹脂からなり、縮径部１３、１４、および延伸接続部１５の外周に形成され、これらを保護している。

ここで、上述したように、延伸接続部１５は、屈折率が低い樹脂からなる保護体１６に外周を覆われているため、延伸接続部１５と保護体１６との屈折率差によって、光閉じ込め構造が形成されている。その結果、延伸接続部１５は、ホーリーファイバ１１のコア部１１ａを伝搬してきた光を閉じ込めて、ホーリーファイバ１２のコア部１２ａへと低損失で伝搬させるとともに、ホーリーファイバ１２のコア部１２ａを伝搬してきた光もホーリーファイバ１１のコア部１１ａへと低損失で伝搬させる。すなわち、この光ファイバの接続構造１０は、ホーリーファイバ１１と１２とが低い接続損失で接続されたものとなっている。

つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバの接続構造１０の製造方法について説明する。図３〜６は、光ファイバの接続構造１０の製造方法について説明する説明図である。

はじめに、図３に示すように、ホーリーファイバ１１の端面１１ｄと、ホーリーファイバ１２の端面１２ｄとを対向させて近接させる。

つぎに、図４に示すように、ホーリーファイバ１１と１２とを突き合わせながら、その接合点Ｃ１にアーク電極棒Ｅからアーク放電Ａ１を放出し、ホーリーファイバ１１と１２とを融着接続する。このときの放電強度および放電時間は、ホーリーファイバ１１と１２とが十分な機械的強度で接続されるように設定する。たとえば、放電強度は６０ｍＡ、放電時間は１．５秒である。

その結果、図５に示すように、ホーリーファイバ１１と１２の間に接続部１７が形成される。この接続部１７においては、両端部には中央部に向かって徐々に縮小して消失する空孔１７ａが形成され、中央部は空孔がない中実部１７ｂになっている。

つぎに、図６に示すように、たとえばＶ溝と押さえ板からなる把持具Ｇ１、Ｇ２でホーリーファイバ１１と１２とをそれぞれ把持し、接続部１７にアーク電極棒Ｅからアーク放電Ａ２を放出しながら、ホーリーファイバ１１と１２とがそれぞれの長手方向に互いに遠ざかるように接続部１７に張力をかけ、接続部１７を延伸して縮径部１３、１４と延伸接続部１５とを形成する。このとき、延伸接続部１５が所定の外径になるまで延伸する。その後、保護体１６を形成し、光ファイバの接続構造１０が完成する。保護体１６の形成は、たとえば市販のリコート装置を用いて実施することができる。

なお、接続部１７を延伸する際に、放電強度、放電時間、接続部１７にかける張力を適宜調整することで、延伸接続部１５の外径を容易に所定の外径とできる。たとえば、放電強度は１０ｍＡ、放電時間は３秒である。また、このように延伸を行なう工程において、ホーリーファイバ１１、１２、または縮径部１３、１４の空孔が表面に露出するおそれがない。

また、上述したように、光ファイバの接続構造１０においては、延伸接続部１５と保護体１６とによって光閉じ込め構造が形成されている。したがって、融着接続工程において、ホーリーファイバ１１と１２とが十分な機械的強度で接続されるように融着接続をし、その結果接続部１７の中央部において空孔が消失してしまっても、接続損失は低くなる。すなわち、本実施の形態１に係る製造方法によれば、接続部における高い機械的強度と低い接続損失とを両立できる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、ホーリーファイバ同士が高い機械的強度と低い接続損失で接続した光ファイバの接続構造を容易に製造できる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る製造方法によって製造される光ファイバの接続構造を長手方向に沿って切断した模式的断面図である。また、図８は、図７に示す光ファイバ２２を長手方向と垂直な面で切断した模式的断面図である。図７、８に示すように、この光ファイバの接続構造２０は、ホーリーファイバ１１と接続光ファイバである通常の光ファイバ２２とを、縮径部１３、２４、および延伸接続部２５を介して接続し、縮径部１３、２４、および延伸接続部２５の外周に保護体２６を形成したものである。

ホーリーファイバ１１は、図１、２に示すものと同様のホーリーファイバである。一方、光ファイバ２２は、図８に示すように、中心に位置するコア部２２ａと、コア部２２ａの外周に位置し、コア部２２ａの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部２２ｂとを備える通常のシングルモード光ファイバである。コア部２２ａはゲルマニウムを添加したシリカガラスからなり、クラッド部２２ｂは、屈折率を変化させるドーパントを含んでいない純シリカガラスからなる。また、コア部２２ａの直径は約１０μｍであり、クラッド部２２ｂの外径は約１２５μｍである。

縮径部１３は、図１に示すものと同様のものである。また、縮径部２４は、光ファイバ２２の端部に連接し、光ファイバ２２側からその外径が徐々に縮小するテーパ形状を有しており、コア部２２ａと連接しているコア部２４ａも同様にテーパ形状を有している。

延伸接続部２５は、長手方向においてほぼ均一の外径、あるいは中央部の外径が小さい形状をしており、縮径部１３と２４とを接続している。また、延伸接続部２５は、縮径部２４と接続する側にコア部２４ａと連接する極めて細いコア部２５ａが形成されており、コア部２５ａ以外の部分は純シリカガラスからなる。ここで、延伸接続部２５は、ホーリーファイバ１１のコア部１１ａおよび光ファイバ２２のコア部２２ａとほぼ同一軸上に位置するように形成されており、コア部１１ａ、２２ａとほぼ同程度の外径を有する。

保護体２６は、延伸接続部２５よりも低い屈折率を有する樹脂からなり、縮径部１３、２４、および延伸接続部２５の外周に形成され、これらを保護している。

この光ファイバの接続構造２０においても、光ファイバの接続構造１０と同様に、延伸接続部２５が、ホーリーファイバ１１のコア部１１ａを伝搬してきた光を閉じ込めて、光ファイバ２２のコア部２２ａへと低損失で伝搬させるとともに、光ファイバ２２のコア部２２ａを伝搬してきた光もホーリーファイバ１１のコア部１１ａへと低損失で伝搬させる。すなわち、この光ファイバの接続構造２０も、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とが低い接続損失で接続されたものとなっている。

つぎに、本実施の形態２に係る光ファイバの接続構造２０の製造方法について説明する。図９〜１２は、光ファイバの接続構造２０の製造方法について説明する説明図である。

はじめに、図９に示すように、ホーリーファイバ１１の端面１１ｄと、光ファイバ２２の端面２２ｄとを対向させて近接させる。

つぎに、図１０に示すように、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とを突き合わせながら、その接合点Ｃ２にアーク電極棒Ｅからアーク放電Ａ３を放出し、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とを融着接続する。このときの放電強度および放電時間は、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とが十分な機械的強度で接続されるように設定する。たとえば、実施の形態１の場合と同様に、放電強度は６０ｍＡ、放電時間は１．５秒である。

その結果、図１１に示すように、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２との間に接続部２７が形成される。この接続部２７においては、ホーリーファイバ１１側の端部には中央部に向かって徐々に縮小して消失する空孔２７ａが形成され、中央部は空孔がない中実部２７ｂになっており、光ファイバ２２側の端部から中央部近傍までコア部２２ａとほぼ同一のコア径のコア部２７ｃが延伸している。

つぎに、図１２に示すように、把持具Ｇ１、Ｇ２でホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とをそれぞれ把持し、接続部２７にアーク電極棒Ｅからアーク放電Ａ４を放出しながら、ホーリーファイバ１１と光ファイバ２２とがそれぞれの長手方向に互いに遠ざかるように接続部２７に張力をかけて、接続部２７を延伸して縮径部１３、２４と延伸接続部２５とを形成する。このとき、延伸接続部２５が所定の外径になるまで延伸する。なお、接続部２７におけるコア部２７ｃは、きわめて細径化され、コア部２５ａとなる。その後、保護体２６を形成し、光ファイバの接続構造２０が完成する。

本実施の形態２に係る製造方法においても、延伸を行なう工程において、ホーリーファイバ１１または縮径部１３の空孔が表面に露出するおそれがない。また、接続部における高い機械的強度と低い接続損失とを両立できる。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、ホーリーファイバと通常の光ファイバとが高い機械的強度と低い接続損失で接続された光ファイバの接続構造２０を容易に製造できる。

なお、図７に示す構造を有する光ファイバの接続構造において、接続部の延伸を行なって外径を小さくするにつれて接続損失が低下する。ただし最適点があり、ホーリーファイバおよび光ファイバのコア径と同程度の外径とした場合に、接続損失が最小になる。

また、上記の実施の形態においては、延伸接続部の外周に樹脂からなる保護体を形成したが、保護体として、光ファイバの融着接続部を補強するために通常用いられる補強スリーブを用いてもよい。保護体として補強スリーブを用いる場合は、延伸工程を行なった後に、補強スリーブに延伸接続部を挿通し、補強スリーブを加熱して延伸接続部に固着させればよい。

また、上記実施の形態においては、保護体を形成したが、保護体を形成しなくてもよい。保護体を形成しない場合は、延伸接続部の外周を覆う空気が空気クラッドとして機能し、光閉じ込め構造を形成することとなる。また、延伸接続部の外径は、接続損失が十分に低減されるように、各光ファイバのコア径またはモードフィールド径、延伸接続部の屈折率、および保護体または空気の屈折率に応じて適宜設定できる。また、上記実施の形態においては、シングルモード型の光ファイバを用いたが、マルチモード型の光ファイバを用いてもよい。

本発明の実施の形態１に係る製造方法によって製造される光ファイバの接続構造を長手方向に沿って切断した模式的断面図である。 図１に示すホーリーファイバを長手方向と垂直な面で切断した模式的断面図である。 図１に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図１に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図１に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図１に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 本発明の実施の形態２に係る製造方法によって製造される光ファイバの接続構造を長手方向に沿って切断した模式的断面図である。 図７に示す光ファイバを長手方向と垂直な面で切断した模式的断面図である。 図７に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図７に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図７に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。 図７に示す光ファイバの接続構造の製造方法について説明する説明図である。

符号の説明

１０、２０ 光ファイバの接続構造
１１、１２ ホーリーファイバ
１１ａ、１２ａ、２２ａ、２４ａ、２５ａ、２７ｃ コア部
１１ｂ、１２ｂ、２２ｂ クラッド部
１１ｃ、１２ｃ、１３ａ、１４ａ、１７ａ、２７ａ 空孔
１１ｄ、１２ｄ、２２ｄ 端面
１３、１４、２４ 縮径部
１５、２５ 延伸接続部
１６、２６ 保護体
１７、２７ 接続部
１７ｂ、２７ｂ 中実部
２２ 光ファイバ
Ａ１〜Ａ４ アーク放電
Ｃ１、Ｃ２ 接合点
Ｅ アーク電極棒
Ｇ１、Ｇ２ 把持具

Claims (6)

1. 中心に位置するコア部と前記コア部の外周に位置し複数の空孔を有するクラッド部とを備えるホーリーファイバの端面と、少なくとも中心に位置するコア部と前記コア部の外周に位置するクラッド部とを備える接続光ファイバの端面とを融着接続する融着接続工程と、
   前記融着接続により形成した接続部を加熱しながら前記ホーリーファイバと前記接続光ファイバがそれぞれの長手方向に互いに遠ざかるように張力をかけて、前記接続部を所定の外径になるように延伸する延伸工程と、
   を含み、
   前記融着接続工程において、前記ホーリーファイバと前記接続光ファイバとの間に、前記ホーリーファイバの空孔が前記接続部の中央部に向かって徐々に縮小して消失する空孔部分と、前記中央部に位置し空孔がない中実部とを有する前記接続部が形成されるように融着接続することを特徴とする光ファイバの接続構造の製造方法。
2. 前記延伸工程は、前記接続部を前記ホーリーファイバのコア部のコア径と同じ外径になるように延伸す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構造の製造方法。
3. 前記接続光ファイバは、前記クラッド部に複数の空孔が形成されたホーリーファイバ構造を有す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構造の製造方法。
4. 前記延伸した接続部の外周を覆うように保護体を形成する保護体形成工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバの接続構造の製造方法。
5. 前記保護体形成工程は、前記延伸した接続部の外周に該延伸した接続部の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂を被覆することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの接続構造の製造方法。
6. 前記保護体形成工程は、補強スリーブに前記延伸した接続部を挿通し、前記補強スリーブを加熱して前記延伸した接続部に固着させることを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバの接続構造の製造方法。

Images