JP5916095B2 - 光ファイバの接続機構およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、通常のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）だけでなく空孔構造光ファイバにも適用可能な、固形状の屈折率整合剤を用いた光ファイバの突き合わせ接続技術に関する。

光ファイバを接続するための部品として、現場において光ファイバのコネクタ成端が容易に可能な現場組立コネクタがある（非特許文献１参照）。現場組立コネクタによる光ファイバの成端は、成端しようとする光ファイバを予め当該現場組立コネクタに内蔵した光ファイバ（内蔵ファイバ）と突き合わせ接続し、固定することによって行うものであり、その際、２つの光ファイバの端面間にオイル状の屈折率整合剤を介在させることにより、低損失で簡便かつ安価な光ファイバの接続を可能とするものである。

一方、アクセス系光配線設備の多様化により、曲げ損失特性に優れた光ファイバの導入が進んでおり、その代表例としては空孔構造光ファイバが挙げられる。そして、空孔構造光ファイバを接続する技術として、固形状の屈折率整合剤を用いた接続技術が検討されている（非特許文献２参照）。屈折率整合剤として固形状のものを現場組立コネクタに適用する場合には、光ファイバの撓みによる押圧力を利用して行うこととなるが、押圧力の不足による内蔵ファイバと成端しようとする光ファイバとの間の端面間隔の増加に起因する接続特性の劣化が懸念される。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、空孔構造光ファイバにも適用可能な、固形状の屈折率整合剤を用いた低損失で簡便かつ安価な光ファイバの突き合わせ接続技術を提供することにある。

本発明では、前記目的を達成するため、光ファイバの長手方向に対する長さ（厚さ）が100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40である固形状の屈折率整合剤を介して、光ファイバの突き合わせ時に光ファイバを撓ませ、光ファイバの撓み幅が18ｍｍ以下で且つ撓むファイバ長と撓み幅との差が２ｍｍ以上６ｍｍ以下とする接続治具を用いて適切な押圧力を得て、空孔構造光ファイバにも適用可能な良好な接続特性を実現する簡易な光ファイバの接続機構および接続方法を提供することにある。

本発明によれば、光ファイバを適切に撓ませることで、固形状の屈折率整合剤を変形させるのに十分な押圧力を獲得し、空孔構造光ファイバにも適用可能で、簡易にオイル状の屈折率整合剤で得られると同程度の接続損失を得ることができるといった効果を奏する。

具体的には、光ファイバを撓ませた状態で光ファイバの撓み幅を18ｍｍ以下で且つ撓むファイバ長と撓み幅の差が２ｍｍ以上６ｍｍ以下とし、0.1Ｎ以上の押圧力を得る治具を用いて、光ファイバの長手方向に対応する長さ（厚さ）が100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40である、空孔構造光ファイバにも適用可能な固形状の屈折率整合剤を変形させ、オイル状と同程度の接続損失を得ることができるといった効果を発揮する。

固形状およびオイル状の屈折率整合剤を用いた現場組立コネクタに関する接続損失のヒストグラムを示すグラフである。 現場組立コネクタによる光ファイバの成端作業のモデルを示す一部断面模式図である。 現場組立コネクタにおける撓み幅と接続損失との関係を示すグラフである。 光ファイバの撓み幅と押圧力との関係を示すグラフである。 撓むファイバ長に対する撓み幅と押圧力との関係を示すグラフである。 0.1Ｎ以上の理論押圧力が得られる撓むファイバ長と撓み幅との関係を示すグラフである。 本発明の光ファイバの接続機構の第１の実施の形態を示す一部断面構成図である。 本発明の光ファイバの接続機構の第２の実施の形態を示す一部断面構成図である。 本発明の光ファイバの接続機構の第３の実施の形態を示す一部断面構成図である。 本発明の光ファイバの接続機構の第４の実施の形態を示す一部断面構成図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

まず、公知の現場組立コネクタについて、固形状の屈折率整合剤を用いた場合と、オイル状の屈折率整合剤を用いた場合の接続損失を評価した。なお、用いた固形状の屈折率整合剤は、光ファイバの長手方向に対応する長さ（厚さ）が100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40であった。

図１に、固形状およびオイル状の屈折率整合剤を用いた現場組立コネクタに関する接続損失のヒストグラムを示す。図より、固形状の屈折率整合剤を使用した場合に得られる接続損失の平均値が0.94ｄＢ、オイル状の屈折率整合剤を使用した場合に得られる接続損失の平均値が0.41ｄＢであることから、固形状のものはオイル状に比べて接続損失が大きいことが分かる。接続後に各サンプルの内蔵ファイバと成端しようとする光ファイバとの間の端面間隔を測定すると、固形状の屈折率整合剤を用いた場合には、屈折率整合剤が潰れずに最大80μｍの間隔が空いていた。従って、これらの光ファイバ間の端面間隔による損失が増加され、固形状の方がオイル状よりも損失が大きかったことが分かる。

次に、公知の現場組立コネクタによる光ファイバの成端作業において、光ファイバの撓みによる押圧力を高めたときの、接続状態での端面間隔に依存する接続損失への影響を評価した。

図２に、現場組立コネクタによる光ファイバの成端作業のモデルを示す。ここで現場組立コネクタ１０は、光ファイバを収容可能な貫通孔を有するフェルール１１と、その一端がフェルール１１の一端面（接続端面）と一致する如く当該フェルール１１の貫通孔内に内蔵固定された光ファイバ（内蔵ファイバ）１２と、フェルール１１の他端面側と一体的に結合され、当該他端面側から突出した内蔵ファイバ１２の他端を、成端しようとする光ファイバの先端とメカニカルスプライスの機構を利用して調心した状態で突き合わせ接続可能な調心部材１３とからなっている。

そして、前述した現場組立コネクタ１０を用いた成端作業は、楔（図示せず）等により開放状態とされた調心部材１３に対して、内蔵ファイバ１２の他端と接する位置に屈折率整合剤２１を配置するとともに、把持部材２２に把持された光ファイバ２３の先端を挿入し、調心部材１３を固定した状態で把持部材２２を当該調心部材１３の方向へ移動させて光ファイバ２３を撓ませ、その撓みによる押圧力によって光ファイバ２３の先端が屈折率整合剤２１を介して内蔵ファイバ１２の他端に押し付けられた状態で、前記楔等を外して調心部材１３を閉じ、内蔵ファイバ１２および光ファイバ２３を固定することにより行われる。なお、光ファイバ２３は、実際には把持部材２２の右側にも延びているが、図面では省略した。

本発明では、固定時の調心部材１３と把持部材２２との間隔を「撓み幅」と呼び、撓み幅の間隔内に撓んだ状態で把持される光ファイバ２３の全長（言い換えれば光ファイバ２３が撓む前の状態における調心部材１３と把持部材２２との間隔）を「撓むファイバ長」と呼ぶものとするが、撓み幅を調節することにより押圧力を変える（短くなればなるほど押圧力は高まる）ものとする。

図３に、固形状およびオイル状の屈折率整合剤を用いた現場組立コネクタにおける撓み幅と接続損失との関係を示す。図３より、撓み幅を短くすると損失が低減されることが分かる。特に撓み幅を18ｍｍ以下に短くすると、固形状の屈折率整合剤の損失はオイル状の屈折率整合剤の損失と同程度になることが分かる。

撓み幅と押圧力との関係を図４に示す。図中、実線は理論値（非特許文献３参照）を示し、プロットは測定値を示す。図４より、理論値と測定値は良く一致していることが確認できる。

これら図３、図４より、0.1Ｎ以上の押圧力を付与することで、固形状の屈折率整合剤はオイル状の屈折率整合剤と同程度の損失特性が得られることが分かる。

押圧力が0.1Ｎ以上になる撓むファイバ長と撓み幅との関係を検討した。図５に、撓むファイバ長に対する撓み幅と押圧力との関係を示す。撓むファイバ長によらず、ほぼ撓み幅に依存した押圧力となっているが、撓み始めにおける押圧力は実線で示す理論値よりも小さく、ばらつきが大きいことが分かる。また、撓み幅に対して撓むファイバ長が長過ぎる場合、理論値よりも小さな押圧力となる。例えば、撓むファイバ長が25ｍｍの場合、撓み幅が18ｍｍでは押圧力が0.097Nであり、理論押圧力より小さくなっている。そのため、0.1Ｎ以上の理論押圧力を得るためには、撓み幅に応じて撓むファイバ長と撓み幅との差に上限値および下限値があることが分かる。

図６に、0.1Ｎ以上の理論押圧力が得られる撓むファイバ長と撓み幅との関係を示す。図中の実線で囲まれた領域、即ち撓み幅及び撓むファイバ長をそれぞれ変数ｙ及びｘとするとき、次の関数（１）〜（４）（単位は全てｍｍ）、即ち
16≦ｙ≦18 （１）
ｘ≦25 （２）
ｙ≦ｘ−2 （３）
ｙ≦−ｘ＋42 （４）
を同時に満たす領域において、0.1Ｎ以上の押圧力を得ることが出来る。

図７は本発明の光ファイバの接続機構の第１の実施の形態を示すもので、図中、図２と同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、１０はフェルール１１、内蔵ファイバ１２および調心部材１３からなる現場組立コネクタ、３１は屈折率整合剤、３２は接続（成端）しようとする光ファイバ、４０は接続治具である。

ここで、屈折率整合剤３１は、光ファイバの長手方向に対応する長さ（厚さ）が100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40である固形状のものである。

また、接続治具４０は、光ファイバ３２を把持する把持部材４１と、調心部材１３を固定的に保持し、把持部材４１を光ファイバの長手方向にスライド自在に保持するベース部材４２と、調心部材１３と把持部材４１との間隔が所定の撓み幅、即ち前述した18ｍｍ以下とならないように規制する手段、ここでは把持部材４１に取り付けられた前記撓み幅と同じ長さを有するスペーサ４３とからなっている。

そして、接続治具４０を用いた、現場組立コネクタ１０に対する光ファイバ３２の成端作業は、まず、ベース部材４２の一端に調心部材１３を固定するとともに、調心部材１３との間隔が所定の撓むファイバ長、即ち前述した撓み幅との差が２ｍｍ以上６ｍｍ以下の長さと等しくなる位置に把持部材４１を配置する。次に、楔（図示せず）等により調心部材１３を開放状態として、内蔵ファイバ１２の他端と接する位置に屈折率整合剤３１を配置し、光ファイバ３２を真っ直ぐの状態で調心部材１３に挿入し、その先端の端面が屈折率整合剤３１に突き当たった瞬間に光ファイバ３２を把持部材４１に把持させる。図７（ａ）はこのときの状態を上から見たようすを示している。なお、図示しないが、光ファイバ３２は実際には把持部材４１の右側にも延びている。

次に、光ファイバ３２を把持したまま把持部材４１を調心部材１３の方向へ、スペーサ４３が調心部材１３に当接するまでスライド移動させて押し込むことにより光ファイバ３２を撓ませる。図７（ｂ）はこのときの状態を側方から見たようすを示している（なお、光ファイバ３２の撓みは明確化のため、実際より誇張して描いている。）。

このとき、光ファイバ３２の撓みによる押圧力、即ち前述した0.1Ｎ以上の押圧力によって、光ファイバ３２の先端が屈折率整合剤３１を介して内蔵ファイバ１２の他端に押し付けられた状態となり、この状態で前記楔等を外して調心部材１３を閉じ、内蔵ファイバ１２および光ファイバ３２を固定することで、光ファイバ３２は現場組立コネクタ１０に成端される。

その後、把持部材４１の把持状態を解放し、ベース部材４２に対する調心部材１３の固定状態を解くことによって、光ファイバ３２を成端した現場組立コネクタ１０が取り外される。

図８は本発明の光ファイバの接続機構の第２の実施の形態、ここでは調心部材１３と把持部材４１との間隔が所定の撓み幅以下とならないように規制する手段として、調心部材１３もしくはベース部材４２の調心部材１３の固定位置に取り付けられた前記所定の撓み幅と同じ長さを有するスペーサ４４を用いた例を示す。なお、その他の構成・作用は第１の実施の形態と同様である。

図９は本発明の光ファイバの接続機構の第３の実施の形態、ここでは調心部材１３と把持部材４１との間隔が所定の撓み幅以下とならないように規制する手段として、ベース部材４２の調心部材１３からの距離が前記所定の撓み幅に対応する位置に取り付けられたストッパ４５を用いた例を示す。なお、その他の構成・作用は第１の実施の形態と同様である。

図１０は本発明の光ファイバの接続機構の第４の実施の形態、ここでは調心部材１３と把持部材４１との間隔が所定の撓み幅以下とならないように規制する手段として、把持部材４１に取り付けられたスペーサ４６ａおよび調心部材１３もしくはベース部材４２の調心部材１３の固定位置に取り付けられたスペーサ４６ｂ（但し、スペーサ４６ａと４６ｂの合計の長さが前記所定の撓み幅と同じであるとする。）を用いた例を示す。なお、その他の構成・作用は第１の実施の形態と同様である。

第４の実施の形態において、２つのスペーサ４６ａおよび４６ｂの長さの合計が17ｍｍ、撓むファイバ長が20ｍｍとなるようにして、現場組立コネクタの接続損失を評価したところ（サンプル数は５）、平均値は0.44ｄＢ、最大値は0.63ｄＢであり、良好な特性であることを確認した。

なお、メカニカルスプライスの機能を利用した調心部材への光ファイバの固定については、一般的に接続しようとする２本の光ファイバに対して同時であるが、実施の形態で述べた現場組立コネクタの調心部材の場合、内蔵ファイバは調心部材と結合されたフェルールに固定されているため、請求項でいうところの、少なくともその長手方向については固定された状態であるといえる。

１０：現場組立コネクタ、１１：フェルール、１２：内蔵ファイバ、１３：調心部材、３１：屈折率整合剤、３２：光ファイバ、４０：接続治具、４１：把持部材、４２：ベース部材、４３，４４，４６ａ，４６ｂ：スペーサ、４５：ストッパ。

寺川，粟森，中嶋，棚瀬，豊永，鎌，"大量光開通工事を実現する架空接続技術"，信総大，B-10-5，2006. K. Saito, R. Koyama, Y. Abe, K. Nakajima, and T. Kurashima, "Optimum mechanical splice conditions for fiber with hole-assisted structure," in Proceedings of Optical Fiber Coｍｍunication Conference and Exposition (OFC), NThB5, (2010). 阿部，木原，小林，松井，淺川，長瀬，冨田，"ファイバ端面研磨が不要な現場組立ＰＣコネクタの検討"，信ソ大，B-13-14，2008.

Claims (4)

1. 接続しようとする２本の光ファイバのうちの一方の光ファイバが少なくともその長手方向について固定された調心部材に対して、把持部材に把持された他方の光ファイバを挿入し、前記調心部材と前記把持部材との間隔をその間の前記他方の光ファイバの全長よりも短い状態とすることにより当該他方の光ファイバを撓ませ、前記２本の光ファイバの端面間にその撓みによる押圧力が加わった状態で前記２本の光ファイバを前記調心部材に固定することにより接続する光ファイバの接続機構であって、
   前記２本の光ファイバの端面間に介在させる、光ファイバの長手方向に対応する長さが100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40である固形状の屈折率整合剤を具備するとともに、
   前記２本の光ファイバを突き合わせる接続治具を具備し、
   前記２本の光ファイバとして、固定時の前記調心部材と前記把持部材との間隔である撓み幅及び前記撓み幅の間隔内に撓んだ状態で把持される他方の光ファイバの全長である撓むファイバ長をそれぞれ変数ｙ及びｘとするとき、次の関数（１）〜（４）（単位は全てｍｍ）、即ち
   16≦ｙ≦18 （１）
   ｘ≦25 （２）
   ｙ≦ｘ−2 （３）
   ｙ≦−ｘ＋42 （４）
   を同時に満たすことにより他方の光ファイバの屈折率整合剤への押圧力が０．１Ｎ以上となるものを用い、
   前記接続治具を用いて、前記調心部材との間隔が前記撓むファイバ長と等しくなる位置に配置された前記把持部材に、先端が前記調心部材に挿入されその端面が前記固形状の屈折率整合剤に突き当たった状態の他方の光ファイバを把持させ、当該把持部材と調心部材とを相対的に接近する方向に移動させてその間の間隔を前記撓み幅とし、その状態で前記２本の光ファイバを前記調心部材に固定するようにした
   ことを特徴とする光ファイバの接続機構。
2. 前記接続治具は、
   前記他方の光ファイバを把持する把持部材とともに、
   調心部材を固定的に保持し、前記把持部材を光ファイバの長手方向にスライド自在に保持するベース部材と、
   調心部材と把持部材との間隔が前記撓み幅以下とならないように規制する手段とからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの接続機構。
3. 前記規制手段は、
   前記把持部材に取り付けられた前記撓み幅と同じ長さを有するスペーサ、調心部材もしくは前記ベース部材の調心部材の固定位置に取り付けられた前記撓み幅と同じ長さを有するスペーサ、または前記ベース部材の調心部材からの距離が撓み幅に対応する位置に取り付けられたストッパからなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの接続機構。
4. 接続しようとする２本の光ファイバのうちの一方の光ファイバが少なくともその長手方向について固定された調心部材に対して、把持部材に把持された他方の光ファイバを挿入し、前記調心部材と前記把持部材との間隔をその間の前記他方の光ファイバの全長よりも短い状態とすることにより当該他方の光ファイバを撓ませ、前記２本の光ファイバの端面間にその撓みによる押圧力が加わった状態で前記２本の光ファイバを前記調心部材に固定することにより接続する光ファイバの接続方法であって、
   光ファイバの長手方向に対応する長さが100μｍ〜120μｍで且つ硬度がショアＡで30〜40である固形状の屈折率整合剤を前記２本の光ファイバの端面間に介在させるとともに、
   前記２本の光ファイバとして、固定時の前記調心部材と前記把持部材との間隔である撓み幅及び前記撓み幅の間隔内に撓んだ状態で把持される他方の光ファイバの全長である撓むファイバ長をそれぞれ変数ｙ及びｘとするとき、次の関数（１）〜（４）（単位は全てｍｍ）、即ち
   16≦ｙ≦18 （１）
   ｘ≦25 （２）
   ｙ≦ｘ−2 （３）
   ｙ≦−ｘ＋42 （４）
   を同時に満たすことにより他方の光ファイバの屈折率整合剤への押圧力が０．１Ｎ以上となるものを用いるとともに、
   前記２本の光ファイバを突き合わせる接続治具を用いて、前記調心部材との間隔が前記撓むファイバ長と等しくなる位置に配置された前記把持部材に、先端が前記調心部材に挿入されその端面が前記固形状の屈折率整合剤に突き当たった状態の他方の光ファイバを把持させ、当該把持部材と調心部材とを相対的に接近する方向に移動させてその間の間隔を前記撓み幅とし、その状態で前記２本の光ファイバを前記調心部材に固定する
   ことを特徴とする光ファイバの接続方法。