JP5628763B2 - Method and apparatus for fusion splicing of optical fiber by CO laser - Google Patents

Method and apparatus for fusion splicing of optical fiber by CO laser Download PDF

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Description

本発明は、COレーザによる光ファイバの融着接続方法および装置に関する。   The present invention relates to an optical fiber fusion splicing method and apparatus using a CO laser.

図1は、非特許文献1に示された従来技術に係るCO2レーザ照射による光ファイバ融着接続を説明するための図である。図1には、光ファイバ1及び2と、CO2レーザ発振装置3と、V溝4及び5と、凹面ミラー6及び7と、後方散乱光検出装置8が示されている。 FIG. 1 is a view for explaining optical fiber fusion splicing by CO 2 laser irradiation according to the prior art shown in Non-Patent Document 1. FIG. 1 shows optical fibers 1 and 2, a CO 2 laser oscillation device 3, V grooves 4 and 5, concave mirrors 6 and 7, and a backscattered light detection device 8.

光ファイバ1及び2は、レーザ照射によって融着される。CO2レーザ発振装置3は、不図示のレーザ電源及び変調コントローラに接続され、光ファイバ1及び2を融着するためのCO2レーザを出力する。V溝4及び5は、光ファイバ1及び2をそれぞれ収容する。V溝5は、不図示のx−y−z軸の軸調整マニピュレータ上に設けられており、該軸調整マニピュレータを調整してV溝5の位置を調整することにより、光ファイバ1及び2のx−y−z軸に関する位置調整を行うことができる。凹面ミラー6は、CO2レーザ発振装置3から出力されたCO2レーザを凹面ミラー7に向けて反射して、凹面ミラー7は凹面ミラー6で反射されたCO2レーザを反射する。凹面ミラー6及び7の形状は、例えば楕円形状とすることができる。後方散乱光検出装置8は、光ファイバ1に接続されており、光ファイバ1から供給される1.3μmレーザ光からなる後方散乱光をモニタする。 The optical fibers 1 and 2 are fused by laser irradiation. The CO 2 laser oscillation device 3 is connected to a laser power source and a modulation controller (not shown), and outputs a CO 2 laser for fusing the optical fibers 1 and 2. V-grooves 4 and 5 accommodate optical fibers 1 and 2, respectively. The V-groove 5 is provided on an x-y-z axis adjustment manipulator (not shown), and by adjusting the position of the V-groove 5 by adjusting the axis adjustment manipulator, the optical fibers 1 and 2 can be adjusted. Position adjustment with respect to the xyz axis can be performed. The concave mirror 6 reflects the CO 2 laser output from the CO 2 laser oscillator 3 toward the concave mirror 7, and the concave mirror 7 reflects the CO 2 laser reflected by the concave mirror 6. The shapes of the concave mirrors 6 and 7 can be, for example, elliptical. The backscattered light detection device 8 is connected to the optical fiber 1 and monitors backscattered light composed of 1.3 μm laser light supplied from the optical fiber 1.

図1を用いて、CO2レーザによるシングルモード融着接続に用いる従来の手法を説明する。CO2レーザ発振装置3から出力されたCO2レーザは、凹面ミラー6によって反射されて、光ファイバ1及び2が融着する融着界面9からわずかに離れた位置(図1中のビーム集光位置10)で集光されたのち、光ファイバ1及び2の融着界面9をディフォーカス位置で光ファイバ1及び2の上方に設置した凹面ミラー6側から照射する。凹面ミラー6によって反射されたCO2レーザ光の一部は、光ファイバの融着に寄与せずに、ビーム径を拡大して光ファイバ1及び2の下側に設置された凹面ミラー7によって上方(凹面ミラー6側)に反射される。凹面ミラー7に反射されたCO2レーザ光は、融着界面9の下側からわずかに下方の位置(図1中のビーム集光位置15)で集光されて、再度ディフォーカスされて融着界面9の下側を照射する。このように、光ファイバ1及び2をCO2レーザ光で上側及び下側から照射することにより、光ファイバ1及び2が融着される。 A conventional method used for single mode fusion splicing with a CO 2 laser will be described with reference to FIG. CO 2 laser output from CO 2 laser oscillator 3 is reflected by the concave mirror 6, a position where the optical fibers 1 and 2 are slightly away from the fusing surface 9 of fusing (beam focusing in Figure 1 After being condensed at the position 10), the fusion interface 9 of the optical fibers 1 and 2 is irradiated from the concave mirror 6 side installed above the optical fibers 1 and 2 at the defocus position. A part of the CO 2 laser light reflected by the concave mirror 6 does not contribute to the fusion of the optical fibers, but is enlarged by the concave mirror 7 installed below the optical fibers 1 and 2 by expanding the beam diameter. Reflected on the concave mirror 6 side. The CO 2 laser light reflected by the concave mirror 7 is condensed at a position slightly below the fusion interface 9 (beam condensing position 15 in FIG. 1), defocused again, and fused. The lower side of the interface 9 is irradiated. Thus, the optical fibers 1 and 2 are fused by irradiating the optical fibers 1 and 2 with CO 2 laser light from the upper side and the lower side.

このようなレーザ照射の前に、後方散乱光検出装置8を使用して光ファイバ1における1.3μmレーザ光の後方散乱光をモニタしてV溝5の位置調整を行うことにより、光ファイバ1及び2の相対位置調整がなされる。光ファイバ1及び2の相対位置調整を行って、最適な位置関係が保持されたのちに、上述のレーザ融着が行われる。   Before such laser irradiation, the backscattered light detection device 8 is used to monitor the backscattered light of the 1.3 μm laser light in the optical fiber 1 to adjust the position of the V-groove 5. And 2 are adjusted relative to each other. After the relative positional adjustment of the optical fibers 1 and 2 is performed and the optimum positional relationship is maintained, the above-described laser fusion is performed.

図1に記載の従来の手法によれば、凹面ミラー6及び7の焦点をそれぞれ融着界面9からわずかに上方及び下方にずらしてCO2レーザ光をディフォーカスする結果、光ファイバ1及び2の加熱が上方及び下方から均一に行われることになる。一方、CO2レーザの発振波長10.6μmは、光ファイバの主構成材料である石英材料での吸収率が高く、CO2レーザ光をディフォーカスしない場合、主としてCO2レーザ光の光ファイバ1及び2への照射表面で吸収が生じ、均一に加熱を行うことができない。しかし、図1に記載の従来の手法をとることによって、融着界面9の上下側面に対してもCO2レーザ光が照射され、融着界面9でレーザ加工痕がない光ファイバの融着接合面が得られる。そのため、光ファイバ融着部に応力負荷が生じた場合に接合面での応力集中を低減することができ、高強度な融着光ファイバが実現されることになる。 According to the conventional method shown in FIG. 1, the focal points of the concave mirrors 6 and 7 are shifted slightly upward and downward from the fusion interface 9 to defocus the CO 2 laser beam. Heating is performed uniformly from above and below. On the other hand, the oscillation wavelength 10.6μm of CO 2 laser has a high absorption rate of a quartz material which is the main constituent material of the optical fiber, if no defocus of CO 2 laser light, 1 and primarily CO 2 laser beam optical fiber Absorption occurs on the surface irradiated to 2 and heating cannot be performed uniformly. However, by adopting the conventional method shown in FIG. 1, the upper and lower side surfaces of the fusion interface 9 are also irradiated with CO 2 laser light, and the fusion bonding of the optical fibers without laser processing traces at the fusion interface 9 is performed. A surface is obtained. Therefore, when a stress load is generated in the optical fiber fused portion, the stress concentration on the joint surface can be reduced, and a high-strength fused optical fiber is realized.

図2を用いて、レーザ融着技術に求められる適用領域を説明する。図2は、光ファイバの光インタフェースを有する光モジュールを回路基板上に複数搭載するためのオンボード光ファイバ融着接続の概念図を示す。図2には、複数の光ファイバ21が接続された光モジュール20と、と、光モジュール20を設置するための回路基板22と、光ファイバ21に接続された光コネクタ23と、融着接続点24とが示されている。図2に示されるように、複数の光モジュール20が回路基板22上に設置され、複数の光モジュール20のそれぞれの光ファイバ21が回路基板22上の融着接続点24で融着接続されている。   An application area required for the laser fusion technique will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram of on-board optical fiber fusion splicing for mounting a plurality of optical modules having an optical fiber optical interface on a circuit board. In FIG. 2, an optical module 20 to which a plurality of optical fibers 21 are connected, a circuit board 22 for installing the optical modules 20, an optical connector 23 connected to the optical fibers 21, and a fusion splicing point. 24. As shown in FIG. 2, a plurality of optical modules 20 are installed on a circuit board 22, and optical fibers 21 of the plurality of optical modules 20 are fusion-bonded at fusion-bonding points 24 on the circuit board 22. Yes.

近年の通信トラフィックの増加とともに、回路基板22に搭載される高速信号処理用の光モジュール20は益々増加傾向にある結果、光モジュール20間で低損失な光接続が求められている。図2に示すように、回路基板22に搭載する光モジュール20の数の増加とともに、数多くの融着接続点24が要求されることとなる。このように回路基板22上に複数の融着接続点24を設ける場合に、図1に示されるような従来技術による凹面ミラーを2個用いた融着接続の手法では、回路基板22の上下面で凹面ミラーが必要となるが、回路基板22の上下面に凹面ミラーを設置するために十分なスペースを確保することができない。そのため、図2に示されるようなオンボード光ファイバ融着接続を行う場合、図1に示した従来技術による光学系構成仕様では光モジュール20同士の間を融着接続することは困難となる。   As the communication traffic increases in recent years, the optical modules 20 for high-speed signal processing mounted on the circuit board 22 are increasingly increasing. As a result, a low-loss optical connection is required between the optical modules 20. As shown in FIG. 2, as the number of optical modules 20 mounted on the circuit board 22 increases, a large number of fusion splicing points 24 are required. When providing a plurality of fusion splice points 24 on the circuit board 22 as described above, the fusion splicing technique using two concave mirrors according to the prior art as shown in FIG. However, although a concave mirror is required, a sufficient space cannot be secured for installing the concave mirror on the upper and lower surfaces of the circuit board 22. Therefore, when the on-board optical fiber fusion splicing as shown in FIG. 2 is performed, it is difficult to fuse the optical modules 20 with the optical system configuration specification according to the prior art shown in FIG.

図3を用いて、光ファイバ融着に関して図1に示した従来技術とは異なる従来技術の一例を説明する。図3は、光ファイバケーブルの敷設時に使用されるアーク放電融着技術の概要を示す。図3に示されるアーク放電融着接続装置30内は、光ファイバ1及び2をアーク放電融着接続するための電極33が設けられている。   An example of the prior art different from the prior art shown in FIG. 1 regarding optical fiber fusion will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an overview of the arc discharge fusion technique used when laying optical fiber cables. In the arc discharge fusion splicing device 30 shown in FIG. 3, an electrode 33 for arc discharge fusion splicing of the optical fibers 1 and 2 is provided.

図3に示されるアーク放電融着接続装置30を図2で示したオンボード光ファイバ融着接続に適用する場合、図3に示すように、光ファイバ1及び2にそれぞれ余長31及び32を設け、図2で示した回路基板22上から光ファイバ1及び2を外部に引き出し、アーク放電融着接続装置30内に光ファイバ1及び2を収容することになる。光ファイバ1及び2を収容したのち、アーク放電融着接続装置30内の電極33間でアーク放電を行うことにより、光ファイバ1及び2の融着接続が完了する。   When the arc discharge fusion splicing device 30 shown in FIG. 3 is applied to the on-board optical fiber fusion splicing shown in FIG. 2, the extra lengths 31 and 32 are respectively added to the optical fibers 1 and 2, as shown in FIG. The optical fibers 1 and 2 are drawn out from the circuit board 22 shown in FIG. 2, and the optical fibers 1 and 2 are accommodated in the arc discharge fusion splicing device 30. After accommodating the optical fibers 1 and 2, arc fusion is performed between the electrodes 33 in the arc discharge fusion splicing device 30, thereby completing the fusion splicing of the optical fibers 1 and 2.

しかしながら、図3に示されるアーク放電融着接続装置30を図2で示したオンボード光ファイバ融着接続に適用する場合、光ファイバ1及び2の余長31及び32を、図2で示した回路基板22内もしくは回路基板22を実装する装置内に収容する必要が生じるため、回路基板22もしくは回路基板22を実装する装置のコンパクト化の点で不利であった。   However, when the arc discharge fusion splicing device 30 shown in FIG. 3 is applied to the on-board optical fiber fusion splicing shown in FIG. 2, the extra lengths 31 and 32 of the optical fibers 1 and 2 are shown in FIG. Since it becomes necessary to accommodate the circuit board 22 or the apparatus on which the circuit board 22 is mounted, the circuit board 22 or the apparatus for mounting the circuit board 22 is disadvantageous in terms of compactness.

図4は、図2に示されるような多数個の光モジュールの回路基板実装を考慮した、理想とするレーザ融着形態を示す。図4には、光ファイバ1及び2と、CO2レーザ発振装置3と、回路基板22と、融着接続点24と、光ファイバ整列収容部材41とが示されている。CO2レーザ発振装置3を用いて、光ファイバ整列収容部材41に収容・固定された光ファイバ1及び2にCO2レーザが照射される。 FIG. 4 shows an ideal laser fusion mode in consideration of circuit board mounting of a large number of optical modules as shown in FIG. FIG. 4 shows the optical fibers 1 and 2, the CO 2 laser oscillation device 3, the circuit board 22, the fusion splicing point 24, and the optical fiber alignment housing member 41. Using the CO 2 laser oscillation device 3, the CO 2 laser is irradiated to the optical fibers 1 and 2 accommodated and fixed in the optical fiber alignment accommodating member 41.

回路基板22への光ファイバ収容性の点から、図4に示されるように、光ファイバ1及び2の余長を極力短くして、光ファイバの融着接続点24が回路基板22内に収容された状態のまま、回路基板22の上方に設けられたCO2レーザ発振装置3から光ファイバ1及び2にCO2レーザを照射することによって融着を行うことが望ましい。そこで、我々は、光ファイバ収容部材及びレーザ照射方法に工夫をこらしながら、光ファイバの主構成材料である石英に対して吸収率が高いCO2レーザを用いて、図4に示される構成を基本とした融着を試みてきた。 As shown in FIG. 4, the extra length of the optical fibers 1 and 2 is made as short as possible so that the optical fiber fusion splicing point 24 is accommodated in the circuit board 22. In this state, it is desirable to perform fusion by irradiating the optical fibers 1 and 2 with the CO 2 laser from the CO 2 laser oscillation device 3 provided above the circuit board 22. Therefore, we have made the basic structure shown in FIG. 4 using a CO 2 laser having a high absorption rate with respect to quartz, which is the main constituent material of the optical fiber, while devising the optical fiber housing member and the laser irradiation method. I tried to fuse.

図5を用いて、図1に示されるような従来技術に係る凹面ミラーによる光ファイバ上下面からの集光光学系を使用しない、CO2レーザによる光ファイバの融着手法を説明する。図5には、ステージ51と、ステージ51上に設置され、光ファイバ1及び2をそれぞれ収容するためのV溝4及び5を有するV溝基板52と、光ファイバ1及び2をV溝4及び5に押さえつけて位置決めするための押さえ板53−a及び53−bと、押さえ板53−a及び53−bをそれぞれ保持する押さえ板保持アーム54−a及び54−bと、ステージ51に対して押さえ板保持アーム54−a及び54−bを開閉するためのヒンジ機構回転軸55と、押さえ板保持アーム54に内蔵された磁力調整ネジ56とを備えるレーザ融着治具50と、CO2レーザ発振装置3とが示されている。ここで、図5及び以下で説明する図8中のx軸方向は光ファイバのアレイ方向を示し、y軸方向は光ファイバの長尺方向を示し、z軸方向は高さ方向を示す。また、図5及び以下で説明する図8においては、簡略化のため、光ファイバ1及び2を1対だけV溝4及び5に配置する構成を示しているが、複数のV溝4及び5をV溝基板52に形成して複数対の光ファイバ1及び2をV溝4及び5に配置する構成とすることができる。 A method for fusing an optical fiber by a CO 2 laser without using a condensing optical system from the upper and lower surfaces of the optical fiber by a concave mirror according to the prior art as shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, a stage 51, a V-groove substrate 52 installed on the stage 51 and having V-grooves 4 and 5 for accommodating the optical fibers 1 and 2, and the optical fibers 1 and 2, the V-groove 4 and 5 with respect to the pressing plate 53-a and 53-b for pressing and positioning to 5, the pressing plate holding arms 54-a and 54-b for holding the pressing plates 53-a and 53-b, and the stage 51, respectively. A laser fusion jig 50 including a hinge mechanism rotating shaft 55 for opening and closing the holding plate holding arms 54-a and 54-b, a magnetic force adjusting screw 56 built in the holding plate holding arm 54, and a CO 2 laser. An oscillating device 3 is shown. Here, the x-axis direction in FIG. 5 and FIG. 8 described below indicates the optical fiber array direction, the y-axis direction indicates the longitudinal direction of the optical fiber, and the z-axis direction indicates the height direction. Further, in FIG. 5 and FIG. 8 described below, for simplification, only one pair of the optical fibers 1 and 2 is shown in the V grooves 4 and 5, but a plurality of V grooves 4 and 5 are shown. Can be formed on the V-groove substrate 52 and a plurality of pairs of optical fibers 1 and 2 can be arranged in the V-grooves 4 and 5.

光ファイバ1は、V溝基板52のV溝4内に整列・収容され、光ファイバ2は、光ファイバ1収容と対向して配置されたV溝基板52のV溝5内に整列・収容される。押さえ板53−aは、押さえ板保持アーム54−aを閉じた場合に光ファイバ1をV溝4に押さえつけて一定のクリアランス内に収容するために用いられ、押さえ板53−bは、押さえ板保持アーム54−bを閉じた場合に光ファイバ2をV溝5に押さえつけて一定のクリアランス内に収容するために用いられる。押さえ板保持アーム54−a及び54−bは、ステージ51に内蔵されたヒンジ機構回転軸55を中心として回転可能に構成されており、ヒンジ機構回転軸55により押さえ板保持アーム54−a及び54−bの開閉動作が可能となる。磁力調整ネジ56は、押さえ板保持アーム54−a及び54−bにそれぞれ内蔵されており、ステージ51に埋設された磁石(不図示)との間で磁力を発生するように設置されている。磁力調整ネジ56の押し込み量を調整することにより、押さえ板保持アーム54−a及び54−bを閉じた場合に、ステージ51に埋設された磁石との間で発生する磁力を調整することができる。図5に示されるように、光ファイバ1及び2がV溝4及び5にそれぞれ収容され、ヒンジ機構回転軸55により押さえ板保持アーム54−a及び54−bを閉じることよって光ファイバ1及び2がx軸方向及びz軸方向に関して位置決めされる。   The optical fiber 1 is aligned and accommodated in the V-groove 4 of the V-groove substrate 52, and the optical fiber 2 is aligned and accommodated in the V-groove 5 of the V-groove substrate 52 arranged opposite to the optical fiber 1 accommodation. The The holding plate 53-a is used to hold the optical fiber 1 against the V-groove 4 and accommodate it in a certain clearance when the holding plate holding arm 54-a is closed, and the holding plate 53-b is a holding plate. When the holding arm 54-b is closed, the optical fiber 2 is pressed against the V-groove 5 to be accommodated within a certain clearance. The holding plate holding arms 54-a and 54-b are configured to be rotatable around a hinge mechanism rotating shaft 55 built in the stage 51, and the holding plate holding arms 54-a and 54 are rotated by the hinge mechanism rotating shaft 55. -B can be opened and closed. The magnetic force adjusting screws 56 are built in the holding plate holding arms 54-a and 54-b, respectively, and are installed so as to generate a magnetic force with a magnet (not shown) embedded in the stage 51. By adjusting the pushing amount of the magnetic force adjusting screw 56, the magnetic force generated between the presser plate holding arms 54-a and 54-b and the magnet embedded in the stage 51 can be adjusted. . As shown in FIG. 5, the optical fibers 1 and 2 are accommodated in the V grooves 4 and 5, respectively, and the holding plates 54-a and 54-b are closed by the hinge mechanism rotating shaft 55, thereby the optical fibers 1 and 2. Are positioned with respect to the x-axis direction and the z-axis direction.

また、押さえ板53−a及び53−bは、押さえ板保持アーム54−a及び54−bを閉じた場合に、V溝4及び5に収容されたガイドピン57と接触する構成となっており、ガイドピン57の径は、光ファイバ1及び2の径に比べてサブミクロンオーダーで僅かに大きく設定されている。この構成をとることによって、押さえ板保持アーム54−a及び54−bを閉じた場合に、押さえ板53−a及び53−bとV溝4及び5にそれぞれ収容された光ファイバ1及び2との間で一定のクリアランス内に収めることができるため、互いに対向してV溝4及び5に収容された光ファイバ1及び2同士をサブミクロン精度で位置決め可能となる。   Further, the holding plates 53-a and 53-b are configured to come into contact with the guide pins 57 accommodated in the V grooves 4 and 5 when the holding plate holding arms 54-a and 54-b are closed. The diameter of the guide pin 57 is set slightly larger in the submicron order than the diameter of the optical fibers 1 and 2. By adopting this configuration, when the pressing plate holding arms 54-a and 54-b are closed, the pressing plates 53-a and 53-b and the optical fibers 1 and 2 accommodated in the V grooves 4 and 5, respectively. Therefore, the optical fibers 1 and 2 accommodated in the V grooves 4 and 5 facing each other can be positioned with submicron accuracy.

図5(a)は、レーザ融着治具50において光ファイバ1及び2を収容した部分のy−z断面と、上方(+z軸方向)に設けられたCO2レーザ発振装置3から光ファイバ1及び2の融着界面9にCO2レーザ58が照射されている様子を示す。図5(a)に示されるように、光ファイバ1及び2をV溝4及び5にそれぞれ配置して、押さえ板保持アーム54−a及び54−bを閉じることにより押さえ板53−a及び53−bで光ファイバ1及び2をV溝4及び5に押さえつけて、光ファイバ1及び2のx軸方向及びz軸方向の位置合わせを行う。その後、一方の光ファイバ1を光ファイバ2側に向けて突き進ませることにより、光ファイバ1に座屈を生じさせることができる。光ファイバ1に座屈が生じた状態で、CO2レーザ発振装置3からCO2レーザ58を照射することにより、光ファイバ1及び2が融着する融着界面9において光ファイバ1及び2の石英材料が蒸散・溶融した際に、押圧力によって融着界面9に向けて光ファイバ1及び2の石英材料が供給され、融着が完了する。 FIG. 5A shows the yz cross section of the portion where the optical fibers 1 and 2 are accommodated in the laser welding jig 50 and the optical fiber 1 from the CO 2 laser oscillation device 3 provided above (+ z axis direction). 2 and 2 show a state in which the CO 2 laser 58 is irradiated to the fusion interface 9 between the two . As shown in FIG. 5A, the optical fibers 1 and 2 are disposed in the V-grooves 4 and 5, respectively, and the pressing plate holding arms 54-a and 54-b are closed to hold the pressing plates 53-a and 53. The optical fibers 1 and 2 are pressed against the V-grooves 4 and 5 by -b, and the optical fibers 1 and 2 are aligned in the x-axis direction and the z-axis direction. Thereafter, by buckling one optical fiber 1 toward the optical fiber 2 side, the optical fiber 1 can be buckled. The quartz of the optical fibers 1 and 2 is fused at the fusion interface 9 where the optical fibers 1 and 2 are fused by irradiating the CO 2 laser 58 from the CO 2 laser oscillation device 3 with the optical fiber 1 buckled. When the material evaporates and melts, the quartz material of the optical fibers 1 and 2 is supplied toward the fusion interface 9 by the pressing force, and the fusion is completed.

図5(a)に示されるように、上方に設けられたCO2レーザ発振装置3による一方向のみからのレーザ照射により光ファイバ1及び2の融着界面9全域に亘って均一に加熱する場合、CO2レーザ光58の集光位置であるビームウエスト位置59を融着界面9の上方に設けることにより、光ファイバのレーザ照射位置でビーム径が広げられるようにCO2レーザ58がディフォーカスされる。図5(b)は、レーザ照射位置の拡大図を示す。図5(b)に示されるように、レーザ照射位置においてCO2レーザ58がディフォーカスされるようにして、光ファイバ側面ならびに下面にCO2レーザ光58が極力まわりこむように融着を試みてきた。特に、非特許文献2に示されるように、10.6μmのレーザ波長を有するCO2レーザ光は、光ファイバの主構成材料である石英材料への吸収率が極めて高く、光ファイバ表面での吸収が支配的となる。そのため、光ファイバ1及び2の融着界面9に均一に熱が分布するためには、CO2レーザ58を大きくディフォーカスして光ファイバに直接照射することにより、CO2レーザ58が光ファイバ1及び2の融着界面9に極力均一に照射されることが望まれる。 As shown in FIG. 5A, when heating is performed uniformly over the entire fusion interface 9 of the optical fibers 1 and 2 by laser irradiation from only one direction by the CO 2 laser oscillation device 3 provided above. The CO 2 laser 58 is defocused so that the beam diameter is widened at the laser irradiation position of the optical fiber by providing the beam waist position 59, which is the condensing position of the CO 2 laser light 58, above the fusion interface 9. The FIG. 5B shows an enlarged view of the laser irradiation position. As shown in FIG. 5 (b), fusion has been attempted so that the CO 2 laser beam 58 penetrates as much as possible to the side and bottom surfaces of the optical fiber so that the CO 2 laser 58 is defocused at the laser irradiation position. . In particular, as shown in Non-Patent Document 2, CO 2 laser light having a laser wavelength of 10.6 μm has an extremely high absorption rate to the quartz material, which is the main constituent material of the optical fiber, and is absorbed on the surface of the optical fiber. Becomes dominant. Therefore, in order for heat to be uniformly distributed at the fusion interface 9 between the optical fibers 1 and 2, the CO 2 laser 58 is directly defocused and directly irradiated onto the optical fiber, so that the CO 2 laser 58 can be directly applied to the optical fiber 1. It is desirable to irradiate the two fusion interfaces 9 as uniformly as possible.

図6は、図5に示されるレーザ融着治具50にCO2レーザ光58を照射したときのステージ51の底面57からの高さとCO2レーザビーム径との依存性を示すグラフである。図6では、ステージ底面からの各高さ位置にアクリルプレートを設置し、該アクリルプレートにCO2レーザを照射することによって加工されたアクリルプレートの加工領域径を測定した。図6において、横軸はステージ底面からの高さ位置[cm]を示し、縦軸はCO2レーザ光によるアクリルプレートの加工領域径[mm]を示す。図6に示されるグラフの横軸に関して、高さの原点の位置を図5中のステージ51の底面60に設定した。 FIG. 6 is a graph showing the dependency between the height from the bottom surface 57 of the stage 51 and the CO 2 laser beam diameter when the laser welding jig 50 shown in FIG. 5 is irradiated with the CO 2 laser light 58. In FIG. 6, an acrylic plate was installed at each height position from the bottom of the stage, and the processing area diameter of the acrylic plate processed by irradiating the acrylic plate with a CO 2 laser was measured. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the height position [cm] from the bottom of the stage, and the vertical axis indicates the processing area diameter [mm] of the acrylic plate by CO 2 laser light. With respect to the horizontal axis of the graph shown in FIG. 6, the position of the height origin is set on the bottom surface 60 of the stage 51 in FIG. 5.

図6に示されるように、ステージ51の底面60から光ファイバ1及び2の融着界面9までの高さである光ファイバ収容高さ位置は、ステージ51の底面60から約10mmの高さ位置に設定し、CO2レーザ58の集光位置であるビームウエスト位置59は、光ファイバ収容高さ位置から+z軸方向に約30mm離れた位置に設定した。図6に示されるように、光ファイバ収容高さ位置における加工領域径は2.5mmであった。一方、図5に示されるレーザ融着治具50のレーザ照射位置におけるV溝基板52間の間隙は、典型的には1mmに設定されており、光ファイバ収容高さ位置における加工領域径2.5mmよりも小さいため、CO2レーザ光58は光ファイバ1及び2だけでなくレーザ融着治具50のV溝基板52にも照射されていることになる。 As shown in FIG. 6, the optical fiber accommodation height position, which is the height from the bottom surface 60 of the stage 51 to the fusion interface 9 of the optical fibers 1 and 2, is a height position of about 10 mm from the bottom surface 60 of the stage 51. The beam waist position 59, which is the condensing position of the CO 2 laser 58, was set at a position about 30 mm away from the optical fiber accommodation height position in the + z-axis direction. As shown in FIG. 6, the processing region diameter at the optical fiber accommodation height position was 2.5 mm. On the other hand, the gap between the V-groove substrates 52 at the laser irradiation position of the laser welding jig 50 shown in FIG. 5 is typically set to 1 mm, and the processing region diameter at the optical fiber accommodation height position is 2. Since it is smaller than 5 mm, the CO 2 laser beam 58 is applied not only to the optical fibers 1 and 2 but also to the V-groove substrate 52 of the laser fusion jig 50.

図7を用いて、図5で示されるレーザ融着治具50を用いて光ファイバ融着を実現したときのレーザ融着治具50へのCO2レーザ照射の影響を説明する。図7(a)、(b)、(c)は、それぞれ、図5で示されるV溝基板に生じた破損の例を示す破損部位の拡大図である。図7(a)、(b)、(c)中の矢印は、破損部位を示す。図7(a)、(b)、(c)に示すように、光ファイバにレーザを照射する融着接続点周辺のV溝基板52の部分には、破損を示すクラックがいくつか現れているため、石英を用いたV溝基板52にレーザが照射されることによりV溝基板52のレーザ照射耐性が失われることがわかった。また、非特許文献3に示されるように、耐熱性及び機械加工特性に優れたジルコニアセラミックスをV溝基板に用いた場合では、微量のジルコニアセラミックスが光ファイバの融着界面に混入していることも明らかとなった。本含有物により光ファイバコア変形がもたらされ、融着接続損失にも影響が与えているものと考えられたため、V溝基板を構成する材料として、ジルコニアセラミックスを用いず、石英材料を用いることが望まれる。 The influence of CO 2 laser irradiation on the laser fusion jig 50 when optical fiber fusion is realized using the laser fusion jig 50 shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIGS. 7A, 7B, and 7C are enlarged views of a damaged portion showing examples of damage that has occurred in the V-groove substrate shown in FIG. The arrows in FIGS. 7A, 7B, and 7C indicate the damaged site. As shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, some cracks indicating breakage appear in the portion of the V-groove substrate 52 around the fusion splicing point where the laser is irradiated to the optical fiber. Therefore, it was found that the laser irradiation resistance of the V-groove substrate 52 is lost by irradiating the V-groove substrate 52 using quartz with laser. Further, as shown in Non-Patent Document 3, when zirconia ceramics having excellent heat resistance and machining characteristics are used for the V-groove substrate, a small amount of zirconia ceramics is mixed in the fusion interface of the optical fiber. It became clear. It is thought that the optical fiber core deformation is brought about by this inclusion, and it is considered that the fusion splice loss is also affected. Therefore, a quartz material should be used instead of zirconia ceramics as a material constituting the V-groove substrate. Is desired.

L. Rivoallan, J. Y. Guilloux, and P. Lamouler, “Monomode Fibre Fusion Splicing with CO2 laser,” IEE Electronics Letters, vol.19, no.2, pp.54-55.L. Rivoallan, J. Y. Guilloux, and P. Lamouler, “Monomode Fiber Fusion Splicing with CO2 laser,” IEE Electronics Letters, vol.19, no.2, pp.54-55. 北村直之、福味幸平、西井準治「外部場操作技術」NEW GLASS −特集ナノガラスプロジェクトの成果と展望―Vol.21 No.2 pp.25-30, 2006Naoyuki Kitamura, Kohei Fukumi, Junji Nishii “External Field Manipulation Technology” NEW GLASS −Special Achievements and Prospects of Nano Glass Project−Vol.21 No.2 pp.25-30, 2006 S. Koike et al., “SPring-8 X-ray Micro-Tomography Observations of Zirconium Inclusions in CO2 laser Fusion Splice for Single Mode Optical Fibers,” IEEE Transactions on components, Packaging, and Manufacturing Technology, vol.1 no.1 pp.100-110, (2011).S. Koike et al., “SPring-8 X-ray Micro-Tomography Observations of Zirconium Inclusions in CO2 laser Fusion Splice for Single Mode Optical Fibers,” IEEE Transactions on components, Packaging, and Manufacturing Technology, vol.1 no.1 pp.100-110, (2011).

図2に示されるようなオンボード光ファイバの融着接続において、回路基板上における光ファイバの余長を短縮し且つV溝基板の劣化を低減することにより、低接続損失分布で良好な機械強度品質を有する融着光ファイバを得る点が課題である。   In the fusion splicing of on-board optical fibers as shown in FIG. 2, by reducing the extra length of the optical fiber on the circuit board and reducing the deterioration of the V-groove substrate, good mechanical strength with low connection loss distribution The problem is to obtain a fused optical fiber having quality.

上述のような問題を解決するために、本発明の請求項1に係る方法は、ガイドピンと第1の光ファイバ及び第2の光ファイバとを整列・収容するための複数のV溝と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたV溝基板と、前記V溝基板を保持するステージと、前記第1の光ファイバ及び前記第2の光ファイバを押さえつけて前記V溝に収容するための押さえ板と、前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部とを備える光ファイバ融着接続装置を用いて光ファイバを融着接続する方法であって、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じて、前記V溝に収容された前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせて位置合わせする工程と、前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にCOレーザを照射することによって前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを融着する工程とを備え、前記COレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、前記COレーザは、前記COレーザの集光位置における前記COレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a method according to claim 1 of the present invention includes a plurality of V-grooves for aligning and accommodating guide pins, the first optical fiber, and the second optical fiber , A V-groove substrate made of a quartz material having a gap provided at a position where the first optical fiber and the second optical fiber abut each other ; a stage holding the V-groove substrate; and the first A pressing plate for pressing the optical fiber and the second optical fiber into the V groove, a pressing plate holding arm for holding the pressing plate, and opening and closing the pressing plate holding arm with respect to the stage. An optical fiber using an optical fiber fusion splicing device comprising a rotation shaft for a hinge mechanism and a laser oscillation unit for irradiating a laser to a portion where the first optical fiber and the second optical fiber are abutted with each other In the fusion splicing method, the holding plate holding arm is closed by the hinge mechanism rotating shaft, and the first optical fiber and the second optical fiber accommodated in the V-groove are abutted and aligned. And a step of fusing the first optical fiber and the second optical fiber by irradiating a CO laser to the abutted portion by the laser oscillating unit, and condensing the CO laser. position, Ri Ah in the butted portion, the CO laser is characterized in that the beam spot diameter of the CO laser at the condensing position of the CO laser is configured to be smaller than the gap.

本発明の請求項2に係る方法は、請求項1に係る方法において、前記融着する工程は、前記第1の光ファイバを前記第2の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第1の光ファイバに座屈が発生した状態で実行されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the method according to the first aspect, the fusing step is performed by pushing the first optical fiber toward the second optical fiber. It is performed in a state where buckling occurs in one optical fiber.

本発明の請求項3に係る光ファイバ融着接続装置は、ガイドピンと第1の光ファイバ及び第2の光ファイバとを整列・収容するための複数のV溝と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有するV溝基板と、前記V溝基板を保持するステージと、前記第1の光ファイバ及び前記第2の光ファイバを押さえつけて前記V溝に収容するための押さえ板と、前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部とを備え、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じることよって、前記V溝に収容された前記ガイドピンと前記押さえ板とが接触し、前記V溝に収容された前記第1の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第1の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記V溝に収容された前記第2の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第2の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記第1の光ファイバを前記第2の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第1の光ファイバに座屈が発生した状態で前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にレーザ照射することにより、前記光ファイバを融着する光ファイバ融着接続装置であって、前記レーザ発振部は、COレーザを発振し、前記COレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、前記COレーザは、前記COレーザの集光位置における前記COレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。 An optical fiber fusion splicing device according to claim 3 of the present invention includes a plurality of V-grooves for aligning and accommodating guide pins, the first optical fiber, and the second optical fiber, and the first optical fiber. A V-groove substrate having a gap provided at a position where it abuts against the second optical fiber; a stage for holding the V-groove substrate; and pressing the first optical fiber and the second optical fiber. A holding plate for receiving the holding plate, a holding plate holding arm for holding the holding plate, a hinge mechanism rotating shaft for opening and closing the holding plate holding arm with respect to the stage, and the first light; A laser oscillating unit that irradiates a portion of the fiber and the second optical fiber that irradiates the laser, and closing the holding plate holding arm by the hinge mechanism rotation shaft, In contact with volume are said guide pin and the pressing plate, said accommodated in the V-groove first optical fiber has a constant clearance between the bottom surface and the first optical fiber upper surface of the pressing plate held manner, the second optical fiber's rating before accommodated in the V-groove is held to have a predetermined clearance between the bottom surface and the second optical fiber the upper surface of the pressing plate, the first By projecting the optical fiber of the first optical fiber toward the second optical fiber side, laser irradiation is performed on the abutted portion by the laser oscillation unit in a state where buckling occurs in the first optical fiber, an optical fiber fusion splicing apparatus for fusing the optical fiber, the laser oscillating unit oscillates the CO laser, focusing position of the CO laser, Ri Ah in the butted portion, the O laser is characterized in that the beam spot diameter of the CO laser at the condensing position of the CO laser is configured to be smaller than the gap.

回路基板上に布線された光ファイバに対して一方向からのレーザ照射によって光ファイバ融着接続が実現可能であって、さらに一方向からのレーザ照射においてレーザ光をディフォーカスせずに、V溝基板の劣化を抑えながら融着界面に均一な光ファイバのレーザ加熱が可能となり、安定した機械強度を有する融着光ファイバの実現が可能となる。   Optical fiber fusion splicing can be realized by laser irradiation from one direction with respect to the optical fiber wired on the circuit board. Further, without defocusing the laser light in laser irradiation from one direction, V While suppressing deterioration of the groove substrate, it is possible to heat the optical fiber uniformly at the fusion interface, and it is possible to realize a fusion optical fiber having stable mechanical strength.

従来技術に係るCO2レーザ照射による光ファイバ融着接続光学系を説明する図である。Is a diagram illustrating an optical fiber fusion splicing optical system according to the CO 2 laser radiation according to the prior art. オンボード光ファイバ融着接続の課題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the subject of an on-board optical fiber fusion splicing. 従来技術に係るアーク放電融着接続装置によるオンボード光ファイバ融着接続を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the on-board optical fiber fusion splicing by the arc discharge fusion splicing apparatus which concerns on a prior art. オンボード光ファイバ融着接続へのレーザ融着接続適用時に求められる形態を示す図である。It is a figure which shows the form calculated | required at the time of laser fusion splicing application to on-board optical fiber fusion splicing. CO2レーザ照射による光ファイバ融着接続の光学実験系を示す図である。Is a diagram showing an optical experimental system of the optical fiber fusion splicer according to the CO 2 laser radiation. CO2レーザディフォーカス光学系におけるビーム径とステージ底面からの高さ位置との依存性を示す図である。CO is a diagram showing the dependence between the height position of the beam diameter and the stage bottom in 2 laser defocus optical system. CO2レーザディフォーカス光学系による光ファイバ融着接続でレーザ融着治具に生じた破損の例を示す図である。In the optical fiber fusion splicer according to the CO 2 laser defocus the optical system is a diagram showing an example of a failure occurring in the laser welding jig. 本発明に係るCOレーザ照射による光ファイバ融着接続の光学実験系を示す図である。It is a figure which shows the optical experiment system of the optical fiber fusion splicing by CO laser irradiation concerning this invention.

図8を用いて、本発明の実施例に係るCOレーザ照射による光ファイバ融着接続の手法を説明する。図8は、光ファイバ融着接続のためのCOレーザ照射の光学実験系を示す。図8には、ステージ51と、V溝基板52と、押さえ板53−a及び53−bと、押さえ板保持アーム54−a及び54−bと、ヒンジ機構回転軸55と、磁力調整ネジ56と、ガイドピン57を備えたレーザ融着治具80と、COレーザ82を発振するCOレーザ発振装置81とが示されている。図8に示される光学実験系は、従来技術の例として述べた図5の光学実験系と同様であり、レーザ融着治具を用いた実験手順については説明を省略する。   A method for fusion splicing of optical fibers by CO laser irradiation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an optical experimental system of CO laser irradiation for optical fiber fusion splicing. 8, the stage 51, the V-groove substrate 52, the pressing plates 53-a and 53-b, the pressing plate holding arms 54-a and 54-b, the hinge mechanism rotating shaft 55, and the magnetic force adjusting screw 56 are shown. A laser welding jig 80 provided with a guide pin 57 and a CO laser oscillation device 81 for oscillating a CO laser 82 are shown. The optical experimental system shown in FIG. 8 is the same as the optical experimental system of FIG. 5 described as an example of the prior art, and the description of the experimental procedure using the laser welding jig is omitted.

図8(a)は、レーザ融着治具80において光ファイバ1及び2を収容した部分のy−z断面と、上方(+z軸方向)に設けられたCOレーザ発振装置81から光ファイバ1及び2の融着界面9にCOレーザ82が照射されている様子を示す。図8(a)に示されるように、本発明の実施例に係る光ファイバ融着接続においては、COレーザ発振装置81により発振されるCOレーザを用いて光ファイバのレーザ融着を行う。COレーザはCO2レーザに比べて波長が短いため、COレーザを使用する場合はCO2レーザを使用する場合よりもビームスポット径を小さくすることが可能である。 FIG. 8A shows a yz cross section of a portion where the optical fibers 1 and 2 are accommodated in the laser fusion jig 80, and the optical fiber 1 and the optical fiber 1 from the CO laser oscillation device 81 provided above (+ z axis direction). 2 shows a state in which the CO laser 82 is irradiated to the two fusion interfaces 9. As shown in FIG. 8A, in the optical fiber fusion splicing according to the embodiment of the present invention, laser fusion of an optical fiber is performed using a CO laser oscillated by a CO laser oscillation device 81. CO lasers for wavelengths shorter than the CO 2 laser, when using a CO laser can be reduced beam spot diameter than using CO 2 lasers.

また、従来のようにCO2レーザを用いて石英材料で構成された光ファイバに対してレーザ照射する場合、CO2レーザの石英材料に対する吸収係数が371cm-1であるため、典型的には外径が125μmである光ファイバに対して、照射による熱エネルギーが光ファイバ表面から50μm程度の深さまで侵入して消費される。そのため、従来のCO2レーザ照射では、石英材料は光ファイバ表面から蒸散することが支配的であり、CO2レーザを大きくディフォーカスする必要があるため、CO2レーザが進むにすれてビームスポット径が拡大していき、CO2レーザがV溝基板にも照射され、V溝基板の劣化が生じる。それに対して、石英材料で構成された光ファイバに対してCOレーザを用いてレーザ照射する場合、COレーザの石英材料に対する吸収係数が129cm-1であるため、ビームスポット径を小さく絞り込んだCOレーザ82を光ファイバに照射する場合であっても、光ファイバ外径125μmに対して照射による熱エネルギーが光ファイバ表面から100μm程度の深さまで侵入して消費される。そのため、COレーザによる光ファイバへの照射では、COレーザをディフォーカスせずに、光ファイバ同士を突き合わせた部分に集光した場合であっても、光ファイバ外径125μmの大部分にあたる融着界面9にCOレーザにより吸収された熱エネルギーが伝播され、融着界面9全域に亘って均一に加熱することができる。 In addition, when laser irradiation is performed on an optical fiber made of a quartz material using a CO 2 laser as in the prior art, since the absorption coefficient of the CO 2 laser with respect to the quartz material is 371 cm −1 , For an optical fiber having a diameter of 125 μm, thermal energy from irradiation penetrates from the surface of the optical fiber to a depth of about 50 μm and is consumed. Therefore, the conventional CO 2 laser irradiation, the quartz material is dominant be transpired from the optical fiber surface, it is necessary to increase defocus the CO 2 laser, the beam spot diameter by the CO 2 laser progresses As a result, the CO 2 laser is irradiated onto the V-groove substrate, and the V-groove substrate is deteriorated. On the other hand, when a laser beam is irradiated to an optical fiber composed of a quartz material using a CO laser, the CO laser has an absorption coefficient of 129 cm −1 for the quartz material. Even when the optical fiber 82 is irradiated to the optical fiber, the heat energy by irradiation penetrates from the optical fiber surface to a depth of about 100 μm and is consumed with respect to the outer diameter of the optical fiber of 125 μm. Therefore, when the optical fiber is irradiated with the CO laser, the fusion interface corresponding to a large part of the outer diameter of the optical fiber of 125 μm is obtained even when the optical fiber is focused on the abutting portion without defocusing the CO laser. The thermal energy absorbed by the CO laser is propagated to 9 and can be heated uniformly over the entire fusion interface 9.

従って、図8(b)のレーザ照射位置の拡大図に示されるように、COレーザをディフォーカスする必要がなく、COレーザの集光位置であるビームウエスト位置83を、光ファイバ同士を突き合わせた部分に設定することができるため、光ファイバの融着接続点におけるCOレーザのビームスポット径を、レーザ照射位置におけるV溝基板52間の間隙(典型的には1mm)よりも充分に小さくすることができる。そのため、レーザ融着時にビームウエスト位置83周辺におけるV溝基板52へのCOレーザ照射量を低減することができ、V溝基板52の劣化損傷を抑えることが可能となる。その結果、レーザ融着時に光ファイバ4及び5の精密保持を安定して行うことができ、また融着界面9へのV溝基板材料の溶け込みが防止することができ、融着光ファイバの機械強度の安定化を図ることができる。また、V溝基板の当初設計寸法精度を保持することができるため、融着光ファイバの低接続損失分布を得ることも可能となる。   Therefore, as shown in the enlarged view of the laser irradiation position in FIG. 8B, it is not necessary to defocus the CO laser, and the beam waist position 83 which is the condensing position of the CO laser is abutted between the optical fibers. Therefore, the beam spot diameter of the CO laser at the fusion splicing point of the optical fiber should be sufficiently smaller than the gap (typically 1 mm) between the V-groove substrates 52 at the laser irradiation position. Can do. Therefore, it is possible to reduce the amount of CO laser irradiation to the V-groove substrate 52 around the beam waist position 83 at the time of laser fusion, and it is possible to suppress deterioration damage to the V-groove substrate 52. As a result, it is possible to stably hold the optical fibers 4 and 5 stably at the time of laser fusion, and to prevent the V-groove substrate material from melting into the fusion interface 9. The strength can be stabilized. Moreover, since the initial design dimensional accuracy of the V-groove substrate can be maintained, it is possible to obtain a low connection loss distribution of the fused optical fiber.

以上、実施例とともに詳しく説明したように、本発明に係るCOレーザ照射によるファイバ融着によれば、従来技術によって実現を図ってきたCO2レーザ照射による光ファイバ融着に比べて、同波長での石英材料に対してレーザの表面吸収率が低いため、石英材料に対する熱エネルギーの侵入長を引き伸ばすことができる。そのため、光ファイバの融着接続点に照射するCOレーザのビームスポット径を小さくすることができ、その結果、例えばV溝基板など、石英材料で構成された光ファイバ以外の部分へのレーザ光の照射を低減することが可能となり、レーザ融着治具の構成要素の損傷を低減することができる。また、前述のように、COレーザ光吸収による熱エネルギーの侵入長は約100μmであり典型的な光ファイバの外径は125μmであるため、レーザ光をディフォーカスせずに同等外径を有する光ファイバの融着界面全体を均一に加熱することが可能となる。その結果、安定した融着接続及び機械強度が期待でき、高品質な融着光ファイバを実現することが可能となる。 As described above in detail with the embodiments, the fiber fusion by the CO laser irradiation according to the present invention has the same wavelength as that of the optical fiber fusion by the CO 2 laser irradiation which has been realized by the conventional technology. Since the surface absorption rate of the laser is lower than that of the quartz material, the penetration length of the thermal energy into the quartz material can be extended. Therefore, the beam spot diameter of the CO laser irradiated to the fusion splicing point of the optical fiber can be reduced. As a result, for example, the laser beam is applied to a portion other than the optical fiber made of quartz material, such as a V-groove substrate. Irradiation can be reduced, and damage to the components of the laser welding jig can be reduced. Further, as described above, the penetration length of thermal energy due to absorption of CO laser light is about 100 μm and the outer diameter of a typical optical fiber is 125 μm. Therefore, light having the same outer diameter without defocusing the laser light. It becomes possible to uniformly heat the entire fusion interface of the fiber. As a result, stable fusion splicing and mechanical strength can be expected, and a high-quality fused optical fiber can be realized.

1、2、21 光ファイバ
3 CO2レーザ発振装置
4、5 V溝
6、7 凹面ミラー
8 後方散乱光検出装置
9 融着界面
20 光モジュール
22 回路基板
23 光コネクタ
24 融着接続点
30 アーク放電融着接続装置
31、32 余長
33 電極
41 光ファイバ整列収容部材
50、80 レーザ融着治具
51 ステージ
52 V溝基板
53−a、53−b 押さえ板
54−a、54−b 押さえ板保持アーム
55 ヒンジ機構回転軸
56 磁力調整ネジ
57 ガイドピン
58 CO2レーザ
59、83 ビームウエスト位置
60 ステージ底面
81 COレーザ発振装置
82 COレーザ
1, 2, 21 Optical fiber 3 CO 2 laser oscillation device 4, 5 V groove 6, 7 Concave mirror 8 Back scattered light detection device 9 Fusion interface 20 Optical module 22 Circuit board 23 Optical connector 24 Fusion connection point 30 Arc discharge Fusion splicer 31, 32 Extra length 33 Electrode 41 Optical fiber alignment housing member 50, 80 Laser fusion jig 51 Stage 52 V-groove substrate 53-a, 53-b Holding plate 54-a, 54-b Holding plate holding Arm 55 Hinge mechanism rotating shaft 56 Magnetic force adjusting screw 57 Guide pin 58 CO 2 laser 59, 83 Beam waist position 60 Stage bottom surface 81 CO laser oscillation device 82 CO laser

Claims (3)

ガイドピンと第1の光ファイバ及び第2の光ファイバとを整列・収容するための複数のV溝と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたV溝基板と、
前記V溝基板を保持するステージと、
前記第1の光ファイバ及び前記第2の光ファイバを押さえつけて前記V溝に収容するための押さえ板と、
前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、
前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、
前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部と
を備える光ファイバ融着接続装置を用いて光ファイバを融着接続する方法であって、
前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じて、前記V溝に収容された前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせて位置合わせする工程と、
前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にCOレーザを照射することによって前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを融着する工程とを備え、
前記COレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、
前記COレーザは、前記COレーザの集光位置における前記COレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする方法。
A plurality of V grooves for aligning and accommodating the guide pin, the first optical fiber, and the second optical fiber, and a gap provided at a position where the first optical fiber and the second optical fiber are abutted with each other with the door, and the V-groove substrate composed of quartz material,
A stage for holding the V-groove substrate;
A pressing plate for pressing and holding the first optical fiber and the second optical fiber in the V-groove;
A holding plate holding arm for holding the holding plate;
A hinge mechanism rotating shaft for opening and closing the pressing plate holding arm with respect to the stage;
A method of fusion-splicing an optical fiber using an optical fiber fusion splicing device comprising: a laser oscillation unit that irradiates a laser to a portion where the first optical fiber and the second optical fiber are abutted;
Closing the holding plate holding arm with the hinge mechanism rotation shaft, and abutting and aligning the first optical fiber and the second optical fiber housed in the V-groove;
Fusing the first optical fiber and the second optical fiber by irradiating a CO laser to the butted portion by the laser oscillation unit,
Condensing position of the CO laser, Ri Ah in the butted portion,
The CO laser is configured such that a beam spot diameter of the CO laser at a condensing position of the CO laser is smaller than the gap .
前記融着する工程は、前記第1の光ファイバを前記第2の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第1の光ファイバに座屈が発生した状態で実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The step of fusing is performed in a state where buckling has occurred in the first optical fiber by advancing the first optical fiber toward the second optical fiber. The method of claim 1. ガイドピンと第1の光ファイバ及び第2の光ファイバとを整列・収容するための複数のV溝と、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたV溝基板と、
前記V溝基板を保持するステージと、
前記第1の光ファイバ及び前記第2の光ファイバを押さえつけて前記V溝に収容するための押さえ板と、
前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、
前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、
前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部と
を備え、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じることよって、前記V溝に収容された前記ガイドピンと前記押さえ板とが接触し、前記V溝に収容された前記第1の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第1の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記V溝に収容された前記第2の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第2の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記第1の光ファイバを前記第2の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第1の光ファイバに座屈が発生した状態で前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にレーザ照射することにより、前記光ファイバを融着する光ファイバ融着接続装置であって、
前記レーザ発振部は、COレーザを発振し、
前記COレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、
前記COレーザは、前記COレーザの集光位置における前記COレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする光ファイバ融着接続装置。
A plurality of V grooves for aligning and accommodating the guide pin, the first optical fiber, and the second optical fiber, and a gap provided at a position where the first optical fiber and the second optical fiber are abutted with each other with the door, and the V-groove substrate composed of quartz material,
A stage for holding the V-groove substrate;
A pressing plate for pressing and holding the first optical fiber and the second optical fiber in the V-groove;
A holding plate holding arm for holding the holding plate;
A hinge mechanism rotating shaft for opening and closing the pressing plate holding arm with respect to the stage;
A laser oscillation unit for irradiating a laser to a portion where the first optical fiber and the second optical fiber are abutted with each other, and by closing the holding plate holding arm by the hinge mechanism rotating shaft, The received guide pin and the pressing plate are in contact with each other, and the first optical fiber received in the V-groove has a certain clearance between the bottom surface of the pressing plate and the upper surface of the first optical fiber. held manner, the second optical fiber's rating before accommodated in the V-groove is held to have a predetermined clearance between the bottom surface and the second optical fiber the upper surface of the pressing plate, the first By pushing the optical fiber toward the second optical fiber side, the laser oscillating unit causes the laser optical unit to squeeze the first optical fiber in a buckled state. An optical fiber fusion splicing device that fuses the optical fiber by irradiating the laser beam;
The laser oscillation unit oscillates a CO laser,
Condensing position of the CO laser, Ri Ah in the butted portion,
The optical fiber fusion splicing apparatus , wherein the CO laser is configured such that a beam spot diameter of the CO laser at a condensing position of the CO laser is smaller than the gap .
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