JP5156979B2 - 光ファイバーカプラーに光ファイバーを取り付ける方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバー接続用カプラーに光ファイバーを取り付ける方法に関する。特に、接続作業が簡単で、光ファイバーの脱着を行うこともできる光ファイバー接続用カプラーに光ファイバーを取り付ける方法に関する。

光通信などに使用される光ファーバーの従来の接続方法としては、光ファイバー同士の突き合わせ溶接、メカニカルスプライーサーを使用した接続、コネクタを使用した直接接続、コリメータレンズを備えたコネクタを使用した接続などが知られている。

光ファイバー同士の突き合わせ溶接は、固定接続方法であり、光ファイバーの脱着が必要な箇所には使用することができない。

図９は、メカニカルスプライーサーを使用した接続を示す図である。図９において、光ファイバー１１は、精密Ｖ溝構造１０５によってガイドされ、屈折率整合液１０７を介して接続される。メカニカルスプライーサーを使用した接続は、半固定接続方法であり、光ファイバーの脱着が必要な箇所には使用することができない。

図１０は、コネクタを使用した直接接続を示す図である。図１０において、光ファイバー１１は、フェルール１０１に覆われており、２つのフェルール１０１をスリーブ１０３によって接続することにより、光ファイバーを接続する。たとえば、特開平10-62652号公報を参照されたい。

コネクタを使用した直接接続において、光ファイバーコア径は、１０マイクロメータであるので、光ファイバーを突き合わせるには、フェルール１０１およびスリーブ１０３に対して、１マイクロメータ以下の精度が要求される。したがって、コストが高くなる。

図１１は、コリメータレンズを備えたコネクタを使用した接続を示す図である。図１１において、フェルール１０１で覆われた光ファイバー１１は、フェルール１０１に設けられたコリメータレンズ７に接続される。光ファイバー１１を通過する光は、コリメータレンズ７によってビーム径の大きなコリメート光に変換される。２つのフェルール１０１をスリーブ１０３によって接続することにより、光ファイバーを接続する。たとえば、特開2003-255184号公報を参照されたい。

コリメータレンズを備えたコネクタを使用した接続において、ビーム径が大きくなるので、フェルール１０１およびスリーブ１０３に対して要求される精度は低くなる。しかし、コリメート光の方向精度を上げるには高精度の部品を使用する必要がある。

上記の背景の下で、接続作業が簡単で、光ファイバーの脱着を行うこともできる光ファイバー接続用カプラーおよびカプラーに光ファイバーを取り付ける方法に対するニーズがある。

本発明による、コリメータレンズを中空部に備えたカプラーに、光ファイバーを取り付ける方法は、カプラーの中空部に、テンプレート・スリーブで外側を覆った光ファイバーを挿入するステップと、光ファイバーに光を通した状態で、光ファイバーの先端から出てコリメータレンズを透過したコリメート光をモニターしながら、カプラーに対してテンプレート・スリーブの位置を、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように調整するステップと、を含む。当該方法は、さらに、カプラーに対して調整されたテンプレート・スリーブの位置を固定した状態で、カプラーとスリーブの間にエネルギー硬化樹脂を供給するステップと、エネルギー硬化樹脂にエネルギーを与えて硬化させるステップと、カプラーからテンプレート・スリーブを引き抜くステップと、カプラーの中空部に、実装用スリーブで外側を覆った光ファイバーを挿入し、エネルギー硬化樹脂の形状に沿って固定するように取り付けるステップと、を含む。

本発明の方法により、光ファイバーをカプラー本体に取り付けると、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とが揃っている。したがって、中心軸を揃えるように２個のカプラー本体の接続を行うだけで、煩雑な調整作業を行うことなく、光ファイバーの接続を行うことができる。また、カプラーに対して、光ファイバーの着脱を、調整を繰り返すことなく行うことができる。

本発明による、コリメータレンズを中空部に備えたカプラーに、光ファイバーを取り付ける方法は、カプラーの中空部に、テンプレート・スリーブで外側を覆った光ファイバーを挿入するステップと、カプラーとテンプレート・スリーブの間にエネルギー硬化樹脂を供給するステップと、を含む。当該方法は、さらに、光ファイバーに光を通した状態で、光ファイバーの先端から出てコリメータレンズを透過したコリメート光をモニターしながら、カプラーに対してテンプレート・スリーブの位置を、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように調整するステップと、カプラーに対して調整されたスリーブの位置を固定した状態で、エネルギー硬化樹脂にエネルギーを与えて硬化させるステップと、カプラーからテンプレート・スリーブを引き抜くステップと、カプラーの中空部に、実装用スリーブで外側を覆った光ファイバーを挿入し、エネルギー硬化樹脂の形状に沿って固定するように取り付けるステップと、を含む。

本発明の方法により、光ファイバーをカプラー本体に取り付けると、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とが揃っている。したがって、中心軸を揃えるように２個のカプラー本体の接続を行うだけで、煩雑な調整作業を行うことなく、光ファイバーの接続を行うことができる。また、カプラーに対して、光ファイバーの着脱を、調整を繰り返すことなく行うことができる。

本発明の一実施形態によれば、コリメータレンズを透過したコリメート光をモニターする際に、２次元センサで光の強度分布を測定する。

したがって、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを容易に揃えることができる。

本発明の他の実施形態によれば、コリメータレンズを透過したコリメート光をモニターする際に、２次元センサで光の波面分布を測定する。

したがって、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを容易に揃えることができる。

本発明による光ファイバーを接続するためのカプラーは、中空部を備えたカプラー本体と、中空部に取り付けられたコリメータレンズと、中空部にコリメータレンズに近接して取り付けられた光ファイバー用のスリーブと、スリーブに周囲を覆われ、先端部分がスリーブからコリメータレンズに向けて突き出した光ファイバーと、カプラー本体の中心軸と、光ファイバーから出てコリメータレンズを通過したコリメート光の中心軸とを揃えるように、スリーブおよび光ファイバーをカプラー本体に固定するように、中空部のコリメータレンズとスリーブとの間に設けられたエネルギー硬化樹脂の部分と、を含む。

本発明のカプラーにおいては、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とが揃っている。したがって、中心軸を揃えるように２個のカプラー本体の接続を行うだけで、煩雑な調整作業を行うことなく、光ファイバーの接続を行うことができる。また、カプラーに対して、光ファイバーの着脱を、調整を繰り返すことなく行うことができる。

本発明の一実施形態による光ファイバーを接続するためのカプラーの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による光ファイバーのスリーブ１の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による光ファイバーのスリーブ１とカプラー本体３との構成を示す図である。 本発明の一実施形態による実装用スリーブ１とカプラー本体３との構成を示す図である。 本発明の一実施形態による、光ファイバーの位置調整用に、光ファイバーのスリーブ１とカプラー本体３とを組み合わせた構成を示す図である。 本発明の一実施形態による、光ファイバー１１およびスリーブ３を挿入した状態のコネクタの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による、カプラー同士を接続した構成を示す図である。 本発明の一実施形態による光ファイバーを接続する方法の手順を示すフォローチャートである。 メカニカルスプライーサーを使用した接続を示す図である。 コネクタを使用した直接接続を示す図である。 コリメータレンズを備えたコネクタを使用した接続を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態による光ファイバーを接続するためのカプラーの構成を示す図である。

図１において、中空部を備えたカプラー本体を３で示す。カプラー本体３の中空部に挿入された、光ファイバーのスリーブを１で示す。また、カプラー本体３の中空部内に取り付けられたコリメータレンズを７で示す。光ファイバー１１は、周囲をスリーブ１で覆われており、その先端は、スリーブ１から突き出してコリメータレンズ７に接している。スリーブ１のコリメータ７に対する端部とコリメータ７との間には、スペースが設けられており、このスペースにエネルギー硬化樹脂の部分５が設けられる。

つぎに、本発明の一実施形態による光ファイバーを接続するためのカプラーの各構成要素についてさらに詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による光ファイバーのスリーブ１の構成を示す図である。スリーブ１は、ほぼ円柱形状であってもよく、円柱形状の中心軸を通る平面で分割した２つの部分から構成されるようにしてもよい。２つの部分の中心軸に相当する部分に、Ｖ字溝を設け、２つの部分の２つのＶ字溝によって、光ファイバー１１を保持するようにしてもよい。光ファイバーのスリーブには、光ファイバーの位置調整用に使用されるスリーブと実使用に供される実装用のスリーブとがある。前者をテンプレート・スリーブ、後者を実装用スリーブと呼称する。テンプレート・スリーブと実装用スリーブの、少なくとも、コリメータ７に対する端部の形状は、同一とする。

ここで、光ファイバー１１の先端部分の所定の長さは、光ファイバー素線が剥き出しになるようにする。また、光ファイバー素線が、スリーブ１から所定の長さ突き出るようにする。光ファイバー素線の直径は、１２５マイクロメータ、光ファイバー素線とその周囲の被覆を含む光ファイバーコードの直径は、２乃至３ミリメータである。

図３は、本発明の一実施形態による、光ファイバーのスリーブ１とカプラー本体３との構成を示す図である。カプラー本体３は、中空部３１を有し、中空部３１の一方の端部近くには、コリメータレンズ７が設置されている。中空部３１の他方の端部から、光ファイバー１１を覆ったスリーブ１を中空部３１に挿入する。

図４は、本発明の一実施形態による実装用スリーブ１とカプラー本体３との構成を示す図である。カプラー本体３には凹部１１３が備えられ、実装用スリーブ１には凸部１１１が備えられている。実装する際に、凸部１１１と凹部１１３とを係合させることにより、実装用スリーブ１の軸方向位置を固定することができる。カプラー本体３の実装用スリーブ１の軸方向位置を固定するための留め具を設けるようにしてもよい。

テンプレート・スリーブと実装用スリーブの形状は、実装用スリーブの軸方向位置を固定するための形状を除き、同一としてもよい。

図５は、本発明の一実施形態による、光ファイバーの位置調整用に、テンプレート・スリーブ１とカプラー本体３とを組み合わせた構成を示す図である。テンプレート・スリーブ１の、コリメートレンズ側と反対側の端部をＸＹステージ２１に固定し、テンプレート・スリーブ１の長手方向（軸方向）に垂直な面内で光ファイバー１１の先端部の位置を調整することができる。

光ファイバー１１の先端から発した光は、コリメータレンズ７を通過して、ほぼコリメート光とされる。当該コリメート光は、測定装置２３によって測定される。

測定装置２３は、２次元ＣＣＤアレイなどの２次元センサであってもよい。２次元センサアレイで強度分布を測定しながら、スリーブ１を操作することにより、光ファイバー１１の位置を調整することができる。

また、測定装置２３は、波面測定を行うための２次元マイクロレンズアレイであってもよい。ここで、波面測定について説明する。波面測定には、たとえば、シャックハルトマン測定法を使用する。測定に際しては、たとえば、図示しないヘリウム・ネオン光源からの基準光をマイクロレンズアレイに入射させる。マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの焦点距離は、たとえば、１００００マイクロメートル、配置ピッチは、０．３ミリメートルである。各マイクロレンズは、入射された基準光をそれぞれ集光する。結像レンズを使用して焦点像をディテクタアレイ（CCD）上に結像して、個々の焦点の位置を記録する。つぎに測定光をマイクロレンズアレイ１０に入射させ、同様に焦点像を記録する。基準光での焦点位置と測定光の焦点位置のズレ量を求める。基準光とのズレ量は波面の傾きを表しているので、ビーム径全体について積分するとビーム光の波面が求まる。波面分布を測定しながら、テンプレート・スリーブ１を操作することにより、光ファイバー１１の位置を調整することができる。

このように光ファイバー１１の位置を調整することによって、カプラー本体３の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるようにする。

調整が終了した後、カプラー本体３の中空部３１における、テンプレート・スリーブ１とコリメータレンズ７との間のスペースにエネルギー硬化樹脂を注入する。エネルギー硬化樹脂の注入は、カプラー本体３の側面に設けた開口部から行うようにしてもよい。エネルギー硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂であってもよい。以下では、紫外線硬化樹脂を使用する場合について説明する。

つぎに、カプラー本体３の中空部３１における、テンプレート・スリーブ１とコリメータレンズ７との間のスペースに注入した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させる。紫外線は、たとえば、コリメータレンズ７を介して照射するようにしてもよい。

紫外線硬化樹脂が硬化した後、テンプレート・スリーブ１と光ファイバー１１をカプラー本体３の中空部３１から抜き去る。容易に抜き去ることができるように、スリーブの材料としては、紫外線硬化樹脂と接着しない材料、たとえば金属、樹脂などを用いる。具体的には、アルミニウム、液晶ポリマーなどである。

上記のようにして製造したカプラー本体３の中空部３１に、調整の際に使用したのと同じ形状の光ファイバー１１および実装用スリーブ１を挿入すると、光ファイバー１１の先端部およびスリーブ１の先端部が、紫外線硬化樹脂の部分５の形状にならい、カプラー本体３の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように光ファイバー１１の位置決めが行われる。

図６は、本発明の一実施形態による、光ファイバー１１および実装用スリーブ１を挿入した状態のカプラーの構成を示す図である。

図７は、本発明の一実施形態による、カプラー同士を接続した構成を示す図である。２個のカプラーを接続するためのスリーブを１０３で示す。ラッチ機構３５は、カプラー同士を接続する際に使用される。

図８は、本発明の一実施形態による光ファイバーを接続する方法の手順を示すフォローチャートである。当該方法は、カプラーを製造する方法と、製造したカプラーによって光ファイバーを接続する方法とに分けられる。

既に説明したカプラーを製造する方法は以下のようにまとめることができる。図８のステップＳ０１０において、テンプレート・スリーブ１に光ファイバー１１を入れて固定する。光ファイバー１１の先端部分の所定の長さは、光ファイバー素線が剥き出しになるようにし、光ファイバー素線が、テンプレート・スリーブ１から所定の長さ突き出るようにする。ステップＳ０２０において、カプラー本体３の中空部３１にテンプレート・スリーブ１を挿入する。テンプレート・スリーブ１の先端とコリメータレンズ７との間にスペースを設けるようにする。ステップＳ０３０において、光ファイバー１１に光を透過させる。ステップＳ０４０において、ファイバー光を測定しながら、テンプレート・スリーブ１の位置を、カプラー本体３の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように調整する。ステップＳ０５０において、テンプレート・スリーブ１の先端とコリメータレンズ７との間のスペースに紫外線硬化樹脂を注入する。なお、テンプレート・スリーブ１の挿入前に、紫外線硬化樹脂を注入してもよい。ステップＳ０６０において、紫外線硬化樹脂の部分５に紫外線照射を行い紫外線硬化樹脂の部分５を硬化させる。ステップＳ０７０において、テンプレート・スリーブ１を、カプラー本体３の中空部３１から抜き去る。

つぎに、製造したカプラーによって光ファイバーを接続する方法は、以下のとおりである。図８のステップＳ０８０において、実装用スリーブ１に光ファイバー１１を入れて固定する。光ファイバー１１の先端部分の所定の長さは、光ファイバー素線が剥き出しになるようにし、光ファイバー素線が、実装用スリーブ１から所定の長さ突き出るようにする。ステップＳ０９０において、光ファイバー１１の先端部分に、端面反射防止用にマッチング液を塗布する。マッチング液としては、コリメータレンズ７の屈折率と、光ファイバーの屈折率との中間の屈折率を有する液体が好ましい。具体的には、エチレングリコール（屈折率：1.4316）などである。光ファイバー１１の先端部分に、マッチング液を塗布するので、ファイバー端面の研磨は不要である。ステップＳ１００において、カプラー本体３の中空部３１に実装用スリーブ１を挿入し固定する。光ファイバー１１の先端部およびスリーブ１の先端部が、紫外線硬化樹脂の部分５の形状にならい、カプラー本体３の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように光ファイバー１１の位置決めが行われる。

上記の方法により、光ファイバー１１をカプラー本体３に取り付けると、カプラー本体３の中心軸とコリメート光の中心軸とが揃っている。したがって、ステップＳ１１０において、中心軸を揃えるように２個のカプラー本体の接続を行うだけで、煩雑な調整作業を行うことなく、光ファイバーの接続を行うことができる。また、カプラーに対して、光ファイバーの着脱を、調整を繰り返すことなく行うことができる。

Claims (4)

1. コリメータレンズを中空部に備えたカプラーに、光ファイバーを取り付ける方法であって、
   カプラーの中空部に、テンプレート・スリーブで外側を覆われ、先端部分が前記テンプレート・スリーブからコリメータレンズに向けて突き出した光ファイバーを挿入するステップと、
   光ファイバーに光を通した状態で、光ファイバーの先端から出てコリメータレンズを透過したコリメート光をモニターしながら、カプラーに対してテンプレート・スリーブの位置を、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように調整するステップと、
   カプラーに対して調整されたテンプレート・スリーブの位置を固定した状態で、カプラーとテンプレート・スリーブの間にエネルギー硬化樹脂を供給するステップと、
   エネルギー硬化樹脂にエネルギーを与えて硬化させるステップと、
   カプラーからテンプレート・スリーブを引き抜くステップと、
   カプラーの中空部に、実装用スリーブで外側を覆われ、先端部分が前記実装用スリーブからコリメータレンズに向けて突き出した光ファイバーを挿入し、エネルギー硬化樹脂の形状に沿って固定するように取り付けるステップと、を含み、
   前記テンプレート・スリーブと前記実装用スリーブの、少なくとも、前記コリメータレンズに対する端部の形状は、同一であり、かつ、前記テンプレート・スリーブで外側を覆われた前記光ファイバーと前記実装用スリーブで外側を覆われた前記光ファイバーとは同一形状である方法。
2. コリメータレンズを中空部に備えたカプラーに、光ファイバーを取り付ける方法であって、
   カプラーの中空部に、テンプレート・スリーブで外側を覆われ、先端部分が前記テンプレート・スリーブからコリメータレンズに向けて突き出した光ファイバーを挿入するステップと、
   カプラーとテンプレート・スリーブの間にエネルギー硬化樹脂を供給するステップと、
   光ファイバーに光を通した状態で、光ファイバーの先端から出てコリメータレンズを透過したコリメート光をモニターしながら、カプラーに対してテンプレート・スリーブの位置を、カプラー本体の中心軸とコリメート光の中心軸とを揃えるように調整するステップと、
   カプラーに対して調整されたテンプレート・スリーブの位置を固定した状態で、エネルギー硬化樹脂にエネルギーを与えて硬化させるステップと、
   カプラーからテンプレート・スリーブを引き抜くステップと、
   カプラーの中空部に、実装用スリーブで外側を覆われ、先端部分が前記実装用スリーブからコリメータレンズに向けて突き出した光ファイバーを挿入し、エネルギー硬化樹脂の形状に沿って固定するように取り付けるステップと、を含み、
   前記テンプレート・スリーブと前記実装用スリーブの、少なくとも、前記コリメータレンズに対する端部の形状は、同一であり、かつ、前記テンプレート・スリーブで外側を覆われた前記光ファイバーと前記実装用スリーブで外側を覆われた前記光ファイバーとは同一形状である方法。
3. コリメータレンズを透過したコリメート光をモニターする際に、２次元センサで光の強度分布を測定する請求項１または２に記載の方法。
4. コリメータレンズを透過したコリメート光をモニターする際に、２次元センサで光の波面分布を測定する請求項１または２に記載の方法。

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