JP5856823B2

JP5856823B2 - 光ファイバカプリング方法

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Publication number: JP5856823B2
Application number: JP2011257495A
Authority: JP
Inventors: 一貴納戸; 奈月本田; 廣田　栄伸; 栄伸廣田; 真鍋　哲也; 哲也真鍋; 東　裕司; 裕司東
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP2013113890A

Description

本発明は、例えば光ファイバケーブルによる通信網の建設・保守に使用される光心線対照器、光パルス試験器あるいは光通信器、サービス切替技術に用いられ、光ファイバの側面から信号光を入出射させる光ファイバカプリング方法に関する。

光ファイバケーブルによる通信網の建設や保守を行うにあたり、作業現場において、ケーブル内、あるいはユーザ宅の光ファイバにおける心線を識別する必要性が生じる。この作業は心線対照と呼ばれている。
従来の心線対照作業では、一般的に、対照を必要とする光線路（光ファイバ）に対し、曲げ装置を用いて曲げを与える。この状態で、その光線路の上部側に設置した心線対照用光源から出射される信号光を、光カプラを介して光線路に入射し、その光線路の曲げ部分側面から信号光を放射させ、これを受光器で検出して目的とする心線を特定する手法が用いられている（非特許文献１）。また、心線対照用光源を光パルス試験器に置き換えることによって、光カプラを介して光線路の品質検査や故障位置探査を実行している。

ところで、近年では、光アクセス網において、通信を継続した状態で信号光を迂回ルートに切り替える「無瞬断切り替え技術」が検討されている。ここでの課題は、実線路設備において、通信線路を二重化し迂回ルートに切り替える場合に、線路(光ファイバ)の区間の両端に「２入力、Ｎ出力」の光分岐器が設置されていなければ実現することができないことにある。そこで、線路設備の任意の場所において、光ファイバの側面から光を入射する装置が開発されている。

しかしながら、従来の技術では、通信用光ファイバと入射用光ファイバとを最適な位置に配置し保持するための機構が備わっていない。このため、十分な結合効率（入射効率）を得ることは極めて困難であった。特に、光ファイバ側面からの光入射を行う場合に、光ファイバのコアとの結合において入射光、出射光が拡散するため、結合効率が大幅に下がってしまうという問題があり、実用化には至っていなかった。

「光線路の上部下部判定を可能とする心線対照器の検討」、2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ-10-10

以上述べたように、従来の光入出射技術では、光ファイバのコアに結合するまでに入射光および出射光の拡散によって、結合効率が大幅に低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光ファイバカプリング方法を提供することにある。

本発明に係る光ファイバカプリング方法は以下のような態様の構成とする。
（１）第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に第二の光ファイバを保持する光ファイバ保持手順と、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に、前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順とを備え、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の境界面から出射する角度とする光ファイバカプリング方法であって、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の前記所定の位置に、特定波長の光の照射によって硬化し、硬化後に当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率である光硬化性樹脂を密着させる光硬化性樹脂密着手順と、前記光硬化性樹脂を硬化させるための特定波長の光源の光を前記第二の光ファイバを伝搬させ、前記特定波長の光源の光を前記光硬化性樹脂に照射し、前記光硬化性樹脂を硬化させ光導波路を自己形成する自己形成光導波路手順とを具備し、自己形成光導波路手順は、前記第一の光ファイバに光を伝搬させ、前記第一の光ファイバの曲げ部からの漏れ光を前記第二の光ファイバで受光した光強度を測定し、前記光源からの光の入射開始後に測定される光強度の変化量が、前記第一の光ファイバと前記第二の光ファイバの間で光導波路の形成に伴って減少する光出射装置の損失に対応する所定の光強度の変化量に到達したことにより、導波路の形成が完了したことを判断する態様とする。

本発明に係る光ファイバカプリング方法では、所定の曲率半径で第一の光ファイバを曲げ、所定の位置へ所定の角度から信号光を入射し、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、特定波長の光の照射によって硬化し、硬化後に前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率である光硬化性樹脂を充填させる。前記光硬化性樹脂は、前記第一の光ファイバの側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めることで、第一の光ファイバの側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光の散乱や乱回折を防止することができる。

信号光を密着させた光硬化性樹脂から前記第一の光ファイバの最外被覆に効率よく透過し、その後、最外被覆からクラッドへ、クラッドからコアへともっとも短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、前記第一の光ファイバのコアに信号光をシングルモードで伝搬させることができる。よって、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、信号光を効率よく入射させることができる。

前記光硬化性樹脂は、光が照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分（樹脂コア部）が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、前記第二の光ファイバからの入射光の拡散を防ぐことが可能となり、前記第一の光ファイバの曲げ部からの漏洩光の拡散を防ぐことが可能となる。

本発明によれば、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、第二の光ファイバの出射した信号光を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。

以上のように、本発明によれば、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光ファイバカプリング方法を提供することができる。

本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。図１に示すシステムの無瞬断切り替えに用いた光ファイバカプリング装置の一例を示す断面図である。図１に示す光ファイバの素線が曲げられた凸部を拡大して示す断面図である。本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を心線対照に適用した光通信システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を光パルス試験に適用した光通信システムを示す概略構成図である。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
本発明の光入射方法を光通信システムの無瞬断切り替えに適用した例について説明する。図１は、本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。図１において、１は所内装置、２Ａ及び２Ｂは光遮断フィルタ、３は光カプラ、４Ａは第一の光線路（第一の光ファイバ）、４Ｂは第二の光線路（第二の光ファイバ）、４Ｃは新設光線路（第三の光ファイバ）、５は所外装置、６は光入出力ポート、７は無瞬断切替用光源、８は無瞬断切替装置、９は光入射装置（光ファイバカプリング装置）を示す。

図１に示すシステムでは、第一の光線路４Ａの上部側端に光カプラ３が設置され、下部側端に光入射装置９が設置される。所内装置１から出射された信号光は、光遮断フィルタ２Ａ、光カプラ３を介して第一の光線路４Ａに入射され、その出力光は光入射装置９、光遮断フィルタ２Ｂを介して所外装置５に送られる。

上記光カプラ３は、入出力ポート６を介して無瞬断切替用光源７から送出されるパルス光Ｌ１を入射し、このパルス光Ｌ１を第一の光線路４Ａに送出される信号光に光結合する。パルス光Ｌ１が結合された信号光の一部は無瞬断切替装置８を介して第二の光線路４Ｂに入射され、その出射光は光入射装置９に送られる。

ここで、無瞬断切替装置８では、詳細は図示しないが、まず、無瞬断切替用光源７から出射されたパルス光Ｌ１を用いて、第二の光線路４Ｂの光路長を、第一の光線路４Ａとの光路長差に基づいてビット符号が一致するように調整する。次に、光遮断機構（図示せず）を用いて第一の光線路４Ａの信号光を遮断し、その信号光の経路を第一の光線路４Ａから第二の光線路４Ｂに移し替える。続いて、無瞬断切替用光源７から出射されたパルス光Ｌ１を用いて、第二の光線路４Ｂと新設光線路４Ｃとの光路長差に基づいて双方の光路長が一致するように制御し、第２の光線路４Ｂと新設光線路４Ｃを通過する信号光のビット符号が一致するように制御し、光遮断機構（図示せず）を用いて第二の光線路４Ｂの信号光を遮断し、信号光の経路を第二の光線路４Ｂから新設光線路４Ｃに移し替える。

図２は、上記無瞬断切替方法に用いた光入射装置９の一例である。図２において、４Ｂは第二の光線路（第二の光ファイバ）、Ｌ２は信号光（パルス光Ｌ１を含む）、１３は光硬化性樹脂（屈折率整合部材）、１４は入射用光ファイバ（第二の光線路４Ｂの延長）、ρは光線路４Ａの曲げ部における曲率半径、ζ_３は光線路４Ａの側面への信号光Ｌ２の入射角すなわち所定の角度である。

また、図３は光線路４Ａの素線が曲げられた凸部の拡大図である。図３において、４Ａは光線路（第一の光ファイバ）、１３は光硬化性樹脂、１４は入射用光ファイバ（第二の光線路の延長）、１９は光線路４Ａの最外被覆、２０は光線路４Ａのクラッド、２１は光線路４Ａのコアを示す。また、Ａ点は入出射用光ファイバ１４から出射される光線における光硬化性樹脂１３と最外被覆１９との境界点であり、Ｂ点は光線における最外被覆１９とクラッド２０との境界点、Ｃ点は光線におけるクラッド２０とコア２１との境界点を示す。ｘ_１はコア２１の半径を示す。ｘ_２はクラッド２０の半径を示す。ｘ_３は最外被覆１９の半径を示す。

図３では、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９の外径を各々２ｘ_１、２ｘ_２、２ｘ_３と示した。また、光線路４Ａの曲率半径（光線路４Ａの素線の曲率中心からコア中心までの距離）をρ、Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光Ｌ２の入射角を各々ζ_３、ζ_２、ζ_１とした。Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光Ｌ２の屈折角を各々ψ_３、ψ_２、ψ_１とした。また、光線路４ＡのＤ点からＣ点まで、Ｃ点からＢ点まで、Ｂ点からＡ点までの各方向変化角を各々、δ_１、δ_２、δ_３とした。また、コア２１でのシングルモード伝搬角をθ_０、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９、光硬化性樹脂１３の屈折率を各々ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３、ｎ_４とした。

すなわち、図２に示す光入射装置９は、光線路４Ａを所定の曲率半径ρで曲げられた状態で保持することで、図３に示すような凸部を形成する。光線路４Ａが曲がり始めるまでのＥ部分は入射された信号光Ｌ２が多モード変換や損失を受けないように直線状であることが好ましい。

上記光入射装置９は、入射用光ファイバ１４を保持し、入射用光ファイバ１４は所定の角度（図３に示すζ_３）から光線路４Ａの側面上の所定の位置（図３のＡ点）に向けて信号光Ｌ２を出射する。例えば、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４Ａを保持するための機構として、円柱体に曲げ半径が一定となるようにＶ溝を刻み、光線路４ＡをＶ溝に沿わせ、光線路４Ａの曲げ部の両端から一定の張力を印加する機構などがある。所定の角度については後述する。

光線路４Ａ及び入射用光ファイバ１４の光軸の軸ずれを防止するため、光線路４Ａの曲げ部において、光線路４Ａのコアの中心を全て含む平面に、入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように光線路４Ａと入射用光ファイバ１４を保持することが好ましい。

また、光線路４Ａの側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に、特定波長の光の照射によって硬化し、硬化後に前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の光硬化性樹脂１３を充填させることが好ましい。なぜなら、光線路４Ａの表面の粗さによって引き起こされる信号光Ｌ２の散乱や乱回折を防止するためである。その硬化後の光硬化性樹脂１３は、光線路４Ａの側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めることが好ましい。

光線路４Ａの側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に光硬化性樹脂１３を充填させるための機構（図示せず）としては、例えば、光硬化性樹脂１３がゲル状であれば、光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間を囲むように柵又は溝を形成しておくとよい。あるいは、光硬化性樹脂１３自身が持つ表面張力によって留めておくようにしてもよい。

本実施形態に係る光入射方法は、（Ｓ１）光入射装置設置手順、（Ｓ２）光硬化性樹脂密着手順、（Ｓ３）光ファイバ近接手順、（Ｓ４）自己形成光導波路手順、（Ｓ５）光入射手順を順に行う。
（Ｓ１）光入射装置設置手順では、所定の曲率半径（図３に示すρ）で保持しつつ光線路４Ａを設置する。
（Ｓ２）屈折率整合部材密着手順では、所定の曲率半径（図３に示すρ）で曲げられた光線路４Ａの曲げにおける凸部の所定の位置（図３に示すＡ点）に、光線路４の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材１３を密着させる。これによって光線路４Ａの側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光Ｌ２の散乱や乱回折を防止することができる。
（Ｓ３）光ファイバ近接手順では、所定の曲率半径（図３に示すρ）で曲げられた光線路４Ａの最外被覆の側面に、入射用光ファイバ１４の端面を、当該Ａ点の法線方向に対する所定の角度（図３に示すζ_３）で近接させる。

ここで、光ファイバ近接手順（Ｓ３）において、実験的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、３軸ステージを用いて探索する手順を、図３を用いて説明する。
まず、大まかに所定の位置及び所定の角度で入射用光ファイバ１４を突き合せた後、実験的にはもっとも入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、ｘ軸方向の微調整を行い、現在のｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行う。その後、ｙ軸を微動させ、高さ方向の微調整を行いながらｘ軸の微調整を行う手順を繰返し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の探索を行う。ｘ軸は入射用光ファイバ１４から照射される光線方向とする。

実験的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を３軸ステージを用いて探索する手順は、コンピュータ制御で３軸の自動ステージを制御することよって、自動的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を探索することができる。
（Ｓ４）自己形成光導波路手順では、光硬化性樹脂１３を硬化させるための特定波長の光源の光を入射用光ファイバ１４に伝搬させ、入射用光ファイバ１４の端面から前記特定波長の光源の光を光硬化性樹脂１３に照射し、光硬化性樹脂１３を硬化させ光導波路を自己形成させる。このとき、光硬化性樹脂１３では、光が照射された部分が硬化するとともにその屈折率が上昇するため、この硬化部分（樹脂コア部）が光の閉じ込め機能を有する導波路（構造）を構成する。この導波路は光の照射中に連続的に形成され、長手方向に成長するため、入射用光ファイバ１４からの入射光の拡散を防ぐことが可能となり、第一の光線路４Ａの曲げ部からの漏洩光の拡散を防ぐことが可能となる。

（Ｓ５）光入射手順では、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光Ｌ２を、光線路４Ａの最外被覆１９の側面から光線路４Ａのコア２１へ入射させる。このとき、光入射装置９は、光線路４Ａの曲げ部において、光線路４Ａのコア２１の中心を全て含む平面に入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように、光線路４Ａと入射用光ファイバ１４を接近できるようにしておく。この場合、光線路４Ａのコア２１へ向けて、信号光Ｌ２を所定の位置に安定して入射させることが好ましい。

本実施形態に係る光入射装置９では、入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光Ｌ２がコア２１に入射されるまでのビーム径の広がりを、入射用光ファイバ１４の端面から光線路４Ａまでの間を光硬化性樹脂１３で光導波路を形成することで抑えることにより、入射率を高めることができる。また、光出射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が大きく、高い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。また、光入射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が小さく、低い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。

また、光出射技術と光入射技術の効率を両立するには、入射用光ファイバ１４のコア径が大きく、入射用光ファイバ１４から出射された信号光Ｌ２のビーム径が所定の距離で光線路４Ａのコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。
前記自己形成光導波路手順Ｓ４は、前記第一の光線路４Ａに光を伝搬させ、前記第一の光線路４Ａの曲げ部からの漏れ光を前記第二の光線路４Ｂで受光した光強度を光パワーメータで測定し、前記光源７からの光の入射開始後に光パワーメータにより測定される光強度の変化量が、第一の光線路４Ａと第二の光線路４Ｂの間で光導波路の形成に伴って減少する光入射装置９の損失に対応する所定の光強度の変化量に到達したか否かより、導波路の形成完了の可否を判断することが好ましい。所定の光強度の変化量とは、事前に測定した自己形成導波路が硬化した後の結合効率と自己形成導波路が硬化する前の結合効率の差分とする。

図３では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４の側面に対して、入射用光ファイバ１４から信号光Ｌ２を入射する際の各層の境界面での透過（屈折）と反射の様子を光線学的に示している。
図３において、入射用光ファイバ１４からのビームの中心が通るパスを見ると、ビームの中心は光エネルギーが最も集中しており、ビームの中心で光線の軌跡を代表している。所定の曲率半径ρは、（１）式を用いて算出される入射角ζ_３、ζ_２、ζ_１がいずれもπ／２より小さくなる必要がある。

すなわち、所定の曲率半径ρは、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光Ｌ２が、光硬化性樹脂１３と光線路４Ａの最外被覆１９、光線路４の最外被覆１９とクラッド２０、光線路４Ａのクラッド２０とコア２１のいずれの面においても全反射せずに光線路４Ａのコア２１に入射する曲率半径である。

所定の位置Ａ点は、光線路４の最外被覆１９の側面における、（２）式、（３）式及び（４）式を用いて算出される方向変化角δ_１、δ_２及びδ_３の総和（δ_１＋δ_２＋δ_３）の角度上の位置である。

また、所定の角度ζ_３は、（１）式を用いて算出される所定の位置Ａ点への入射角ζ_３である。なお、光ファイバ素線の種別（ファイバパラメータ）、曲率半径ρにより、所定の位置Ａ点の方向変化角（δ_１＋δ_２＋δ_３）や入射角ζ_３（＝ψ_３）が異なっていることは言うまでもない。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ_３の原理については後述する。

密着させた光硬化性樹脂１３からの最外被覆１９に効率よく透過し、その後、最外被覆１９からクラッド２０へ、クラッド２０からコア２１へと最も短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、コア２１に入射用光ファイバ１４からの信号光８をシングルモードで伝搬させることができる。

光線路４Ａの側面より入射された光がコア２１内をシングルモードで伝搬するということは、光線学上、光の可逆性を考えれば、シングルモードで伝搬してきた光が、ある曲がり部分においてコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、さらに最外被覆から光硬化性樹脂１３へと放射される経路と全く同じである。したがって、コア２１から曲げ部分に放射されていく経路を考察することで、所定の位置や所定の角度、所定の距離の根拠を説明することができる。

図３を用いて上述の説明による根拠に従うと、直線領域Ｅ部分のコア２１内をシングルモード（伝搬角θ_０）で反射してきた信号光Ｌ２は、光線路４Ａの曲がり始めた位置のコア２１とクラッド２０との境界で屈折し、Ｃ点へ角度ψ₁で入射する。角度ψ₁はπ／２よりも小さくなっており、信号光Ｌ２はクラッド２０へ角度ζ₁で入射する。クラッド２０へ入射した信号光Ｌ２はＢ点へ角度ψ_２で入射する。角度ψ_２はπ／２よりも小さくなっており、信号光Ｌ２は最外被覆１９へ角度ζ_２で入射する。最外被覆１９へ入射した信号光Ｌ２はＡ点へ角度ψ_３で入射する。角度ψ_３はπ／２よりも小さくなっており、信号光Ｌ２は屈折率整合部材である光硬化性樹脂１３へ角度ζ_３で入射する。

曲がりによってコア２１、クラッド２０、最外被覆１９及び光硬化性樹脂１３の各境界面（Ｃ点、Ｂ点、Ａ点）で臨界角を超えると、その一部がコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、最外被覆１９から光硬化性樹脂１３へと透過される。最終的には、この光硬化性樹脂１３の中の放射光路の屈折角が、側面入射における入射角ζ_３（図２参照）と同じになる。ただし、伝搬角θ_０は、開口数に応じてある許容された角度Δθを有することから、入射角ζ_３においてもΔζ_３分の変動を許すことになる。

上記より、所定の位置Ａ点は、光線路４Ａの直線部分Ｅ部分をシングルモードで伝搬してきた信号光Ｌ２が、光線路４Ａの最外被覆１９の側面に最初に到達する位置として計算によって特定することができる。また、所定の角度ζ_３は、光線路４Ａの直線部分Ｅ部分を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した信号光Ｌ２が、光線路４Ａの最外被覆１９から出射する角度ζ_３を計算することによって特定することができる。なお、所定の角度ζ_３は、光線路４Ａを伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した光が、光線路４Ａの最外被覆１９から光硬化性樹脂１３中に出射する角度である。
これら所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ_３は実験によっても確かめることができるので、光線路（図２の符号４Ａ）の把持に誤差が生じた場合でも、その誤差を実験的に補正し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度で信号光８を入射することができる。

実験的には、光線路（図２の符号４）の把持による誤差以外に、光線路（図２の符号４）に印加されている張力や温度による光線路（図２の符号４）の屈折率の変化や入射用光ファイバ１４の端面の形状劣化による端面での信号光８の進行方向の変化についても考慮しなければならない。
ここで、図３において、Ｃ点で反射された（コア２１内にとどまった）信号光８は、幾何光線学的には、次のコア２１とクラッド２０との境界点から、Ｃ点と同じ割合で透過され、最終的には別の位置で最外被覆１９の外部へ漏洩されていく。曲げ部分が続けば、同じ挙動が複数回繰り返されることになる。このとき、２回目以降の漏洩においても同じ透過率と反射率の割合で屈折が生じることから、最初に漏洩される光の絶対的な透過量が最大となり、２回目以降の放射光は順次小さくなる。

上記では、信号光Ｌ２が漏れる挙動を光線学的に述べたが、入射された光についてもまた同様であり、曲がり部分で複数回の反射と屈折を繰り返し、損失を累積するよりは、各境界面において１回の反射と屈折を経た後、直線領域をシングルモードで伝搬させたほうが、より多くの信号光Ｌ２をコア２１へ入射することができる。したがって、漏れ光の強度が最大となる最初に到達する位置が、信号光Ｌ２を入射させる所定の位置（Ａ点）として最適である。

次に、図２及び図４を参照して、心線対照手順について説明する。
ここで、図４（ａ）は、光線路４Ａに光入射装置９を設置し、光線路４Ａのもう片端に受光器１０を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０は、光入射装置９から入射された信号光Ｌ３を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。

また、図４（ｂ）は、光線路４に光入射装置９を設置し、光線路４Ａのもう片端に光線路４Ａを曲げた曲げ部１８を設け、曲げ部１８に受光器１０’を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０’は、光入射装置９から入射された信号光Ｌ３の曲げ部１８における光線路４Ａの側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。

すなわち、図４（ａ），（ｂ）に示すシステムでは、まず、特定したい光線路（第一の光ファイバ）４Ａに光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介して信号光Ｌ３を光線路４に入射する。
上記信号光は心線対照用光源７Ｂによって送出され、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤ（Fabry Perot − Laser Diode）、またはＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Diode Laser Diode）などの光に、２７０Ｈｚ程度の強度変調を加え、信号化したものを用いる。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、光入射装置９で作る曲げ径を緩和し、通信光に対する曲げ損失を最小限にとどめながら信号光Ｌ３を光線路４Ａのコアに効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２Ａ，２Ｂと合わせれば、インサービス状態においても心線対照することができる。

このようにして入射された信号光Ｌ３を、例えば、光線路４Ａ途中のクロージャ内において、心線に所定の曲げを作り（曲げ部１８）、光線路４Ａの側面から信号光Ｌ３を放射させて受光器１０’で検出したり、あるいはユーザ近くの端末に受光器１０を設置して信号光Ｌ３を検出したりする。図４（ａ）のシステムでは、受光器１０により、光入射装置９から入射された信号光Ｌ３を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。また、図４（ｂ）のシステムでは、受光器１０’により、光入射装置９から入射された信号光Ｌ３の曲げ部１８における光線路４Ａの側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。

本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を用いることにより、光線路４Ａの側面から信号光Ｌ３を入射し、光線路４Ａの片端（端末）から受光器１０で信号光Ｌ３を受信することが可能である。また、光線路４Ａの線路途中に曲げを作り（曲げ部１８）、その側面からの信号光Ｌ３を受光器１０’で受信してすることも可能である。

続いて、図２及び図５を用いて、光パルス試験を行う手順について説明する。
図５は、本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を光パルス試験に適用したシステムを示す概略構成図である。光パルス試験においても、心線対照と同様に、まず、試験したい光線路４Ａに光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介してパルス試験光Ｌ４を光線路４Ａに入射する。

上記パルス試験光Ｌ４は光パルス試験器７Ｃによって送出され、心線対照と同様、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤまたはＤＦＢ−ＬＤなどの光を用いている。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、パルス試験光Ｌ４を効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２Ａと２Ｂと合わせれば、インサービスも可能である。このようにして入射されたパルス試験光Ｌ４によって、光ファイバの故障位置探査や光線路とユーザ端末との設備故障切り分け等の試験を行うことができる。

本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を用いて測定されたＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）波形から光遮断フィルタ２Ｂからの反射位置を示す反射量のピークによって、光線路設備とユーザ端末との設備故障切り分け試験に適用が可能である。また、光遮断フィルタ２Ｂと開放端での反射量のピークの大きさが異なることを利用して、光遮断フィルタ２Ｂの有無を判定することにより、現用光ファイバ心線と非現用光ファイバ心線の区別を推定することができる。

本実施形態に係る光ファイバカプリング方法を用いることにより、所外装置５から所内装置１に向かって送信される上り信号フレームをモニタすることによってサービスの利用状況を確認することができる。
以下に、本発明の実施形態に用いた数値について説明する。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ_３の原理について説明する。

いま、曲率半径ρに対するＡ点、Ｂ点、Ｃ点での透過率Ｔ_ｉと反射率Ｒ_ｉは、（５）式と（６）式で表すことができる（例えば、非特許文献１参照）。ただし、信号光の電界面が入射面に垂直である場合を考察する。

また、図３による幾何学的な計算から、ψ_１とψ_ｉは、（７）式で与えられる。

また、図３による幾何光学的な計算から、δ_１とδ_ｉ（ｉ＝２、３）は曲率半径ρの関数として（８）式と（９）式で表される。

また、スネルの法則より、ζ_ｉは、（１０）式で与えられる。

ただし、添字ｉ（ｉ＝１〜３）はそれぞれＡ点、Ｂ点及びＣ点に対応している。
また、入射用光ファイバ１４から入射する信号光Ｌ３のコア２１でのシングルモード伝搬角θ_０との関係は、（１１）で与えられる。

本実施形態では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４Ａの凸部の所定の位置（Ａ点）に、光線路４Ａの最外被覆１９とほぼ同じ屈折率の屈折率整合部材である光硬化性樹脂１３を密着させ、光硬化性樹脂１３の中で、光線路４Ａの凸部で光線路４Ａのコア２１の中心を全て含む平面と入射部において同一高さにコア中心のある入射用光ファイバ１４の端面のコア中心を、所定の位置（Ａ点）における法線方向より所定の角度ζ_３で光線路４Ａの凸部の側面に近接させ、入射用光ファイバ１４の端面から送出した信号光Ｌ３を光線路４Ａのコア２１に対して入射させる。

所定の曲率半径ρを、入射用光ファイバ１４の端面から送出される信号光Ｌ３に対して、光線路４Ａのコア２１とクラッド２０、クラッド２０と最外被覆１９、および最外被覆１９と光硬化性樹脂１３のいずれの境界面においても信号光Ｌ３が全反射しない曲率半径ρを（５）式から（１０）式より算出し、光線路４Ａの凸部の所定の位置Ａ点となる方向変化角（δ_１＋δ_２＋δ_３）上の位置、すなわち、光線路４Ａの直線領域をシングルモードで伝搬してきた光が光線路４Ａの凸部の各境界領域で透過（屈折）され、光線路４Ａの最外被覆１９に最初に到達する位置を（８）式及び（９）式より算出し、所定の角度ζ_３を（１）式より算出し、最終的に光線路４Ａの側面からコア２１に入射した信号光Ｌ３がシングルモードで伝搬するように、所定の曲率半径ρと、光線路４Ａの凸部の所定の位置Ａ点と、所定の角度ζ_３とを、全てにおいて解を有するように、（５）式から（１０）式に基づいて決める。

所定の位置は、光線路（図３の符号４Ａ）の直線領域をシングルモードで伝搬してきた信号光Ｌ３が、光線路（図３の符号４Ａ）の凸部において、最外被覆１９と光硬化性樹脂１３との境界（Ａ点）に最初に到達する位置であり、光線路（図３の符号４Ａ）の凸部の曲がり始めてからの角度、すなわち、信号光Ｌ３がコア２１から光硬化性樹脂１３に達するまでに反射や屈折される各境界層（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）間の角度の和（方向変化角：δ_１＋δ_２＋δ_３）として求めることができる。

また、最外被覆１９への入射率を高めるため、最外被覆１９と同じ程度の屈折率（ｎ_４≒ｎ_３）をもつ光硬化性樹脂１３を境界面（Ａ点）に密着させた場合、信号光Ｌ３は光硬化性樹脂１３側から最外被覆１９へほぼ直進する（ζ_３≒ψ_３）。このとき、光入射用ファイバ１４を点Ａの法線方向に対してψ_３だけ傾ければ、入射用光ファイバ１４から送出された信号光Ｌ３は、効率よく最外被覆１９へと入射されると同時に、コア２１内をシングルモードで伝搬する。

以上の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、光線路４Ａの側面からそのコア２１に、入射用光ファイバ１４から送出された信号光Ｌ３を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。

特に、本発明は、光ファイバケーブル網の建設・保守における光心線対照又は光パルス試験、サービス無瞬断切り替え装置に利用することができる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…所内装置
２Ａ，２Ｂ…光遮断フィルタ
３…光カプラ
４Ａ…第一の光線路（第一の光ファイバ）
４Ｂ…第二の光線路（第二の光ファイバ）
４Ｃ…新設光線路
５…所外装置
６…光入出力ポート
７Ａ…無瞬断切替用光源
７Ｂ…心線対照用光源
７Ｃ…光パルス試験器
８…無瞬断切替装置
９…光入射装置
１０，１０’…受光器
１３…光硬化性樹脂（屈折率整合部材）
１４…入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）
１８…曲げ装置
１９…光線路（第一の光ファイバ）の最外被覆
２０…光線路（第一の光ファイバ）のクラッド
２１…光線路（第一の光ファイバ）のコア
Ｌ１…無瞬断切り替え用光源からのパルス光および所内装置からの信号光
Ｌ２…パルス光が結合された信号光
Ｌ３…心線対照用光源からの信号光
Ｌ４…光パルス試験器からのパルス試験光
ρ…所定の曲率半径
ζ_３…入射角
（δ_１＋δ_２＋δ_３）…方向変化角

Claims

第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に第二の光ファイバを保持する光ファイバ保持手順と、前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に、前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順とを備え、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の境界面から出射する角度とする光ファイバカプリング方法であって、
前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の前記所定の位置に、特定波長の光の照射によって硬化し、硬化後に当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率である光硬化性樹脂を密着させる光硬化性樹脂密着手順と、
前記光硬化性樹脂を硬化させるための特定波長の光源の光を前記第二の光ファイバを伝搬させ、前記特定波長の光源の光を前記光硬化性樹脂に照射し、前記光硬化性樹脂を硬化させ光導波路を自己形成する自己形成光導波路手順と
を具備し、
前記自己形成光導波路手順は、前記第一の光ファイバに前記特定波長の光源の光を伝搬させ、前記第一の光ファイバの曲げ部からの漏れ光を前記第二の光ファイバで受光した光強度を測定し、前記光源からの光の入射開始後に測定される光強度の変化量が、前記第一の光ファイバと前記第二の光ファイバの間で光導波路の形成に伴って減少する光出射装置の損失に対応する所定の光強度の変化量に到達したことにより、導波路の形成が完了したことを判断することを特徴とする光ファイバカプリング方法。