JP5985297B2 - 光ファイバ接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ接続方法に関し、特に複数のコアを備え、ファイバの横断面が略正偶数角形であるマルチコアファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法に関するものである。

近年有線のデータ通信においては、光ファイバがその通信経路として一般的に用いられている。データ通信用の光ファイバは、光を通すコアと、コアを囲繞して光をコアに閉じ込めるクラッドとを有している。当初は１本の光ファイバにコアが１本だけのシングルコアファイバが用いられていたが、近頃は大量のデータを１本の光ファイバで送受信できるマルチコアファイバを使用することが検討されている。マルチコアファイバは、複数のコアがクラッドに囲繞されて１本の光ファイバを構成している光ファイバである。

光データ通信においては、１本の光ファイバのみで通信を行うことは困難であり、光ファイバ同士を接続する必要がある。シングルコアファイバ同士を接続する場合は、コアが１本であるのでコア同士を接続するのが比較的簡単であるが、マルチコアファイバの場合は２本のファイバの全てのコア同士の位置合わせをしてから接続を行わないと接続部における損失が大きくなってしまうが、このような位置合わせは困難な作業である。

マルチコアファイバの低損失融着接続の技術として、非特許文献１にはファイバ端面を観察する装置を用いる技術が開示されている。

荒川ら、電子情報通信学会総合大会講演論文集２（２０１１）Ｂ−１０−２５、ｐ３４８

しかしながら、ファイバ端面を観察する装置は大型で且つ高価であるという問題があった。マルチコアファイバの接続は、工事現場で一般的に行われるものであり狭い場所で接続を行う必要があるため、ファイバ側面観察を行って接続を行う現状の小型の融着装置を使用することが望まれている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マルチコアファイバ同士を小型の装置を用いて低損失の接続を行うことができる光ファイバ接続方法を提供することにある。

本発明の光ファイバ接続方法は、複数のコアを備え、ファイバの横断面が略正偶数角形であるマルチコアファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、２本の前記マルチコアファイバをそれぞれ固定部材で固定して、互いの中心軸の方向を一致させて互いの端面同士を向かい合わせる工程と、２本の前記マルチコアファイバをそれぞれ側方から前記中心軸に直交する方向において観察して、前記中心軸に直交する方向における前記マルチコアファイバの位置と、前記中心軸周りの前記マルチコアファイバの回転角を調節する調節工程と、位置および回転角が調節された２本の前記マルチコアファイバの端面同士を突き合わせて前記マルチコアファイバ同士を接続する接続工程とを含み、前記マルチコアファイバは横断面において、複数の前記コアの配置とファイバ外形とがファイバ中心軸を中心とする同じ回転対称を有しており、前記調節工程では、各前記マルチコアファイバに対して異なる２方向から観察を行って前記固定部材を移動及び回転させることにより、２本の前記マルチコアファイバの前記位置と前記回転角とが一致するように調節し、前記回転角の調節は、観察される前記マルチコアファイバの幅を基に行う構成を備えている。ここで略正偶数角形というのは、正偶数角形の角が落とされて丸みを帯びていたり、各辺が厳密な直線ではなく緩やかにカーブしている形状を意味している。また、マルチコアファイバの横断面において、複数のコアの配置とファイバ外形とはファイバ中心軸を中心とする同じ回転対称を有しているというのは、ファイバ外形は正偶数角形であるので当該偶数回回転対称（例えば４回回転対称、６回回転対称）であり、コアの配置もこれと同じ当該偶数回回転対称であることをいう。

一方の前記マルチコアファイバの一方の観察方向と、他方の前記マルチコアファイバの一方の観察方向とが同じ又は１８０度異なった方向であって、これらの観察方向において２本の前記マルチコアファイバの幅が最小となるように前記回転角を調節する構成であってもよい。

観察を行う前記異なる２方向は直交している構成であってもよい。

略正偶数角形は、略正方形または略正六角形であってもよい。

前記マルチコアファイバは前記固定部材から前記端面までの間において、Ｖ溝内に設置されており、前記Ｖ溝の開き角は、前記正偶数角形の一つの外角と同じ角度である構成であってもよい。

マルチコアファイバ側方からの２方向の観察によってマルチコアファイバの位置と回転角とを調節するので、安価で小型の装置により調節が行えると共に、回転角はマルチコアファイバの幅に基づいて調節するので簡便に調節することができる。

実施形態１におけるマルチコアファイバの端面を示す図である。 実施形態に係るファイバ接続装置を示す模式的な図である。 実施形態１に係るマルチコアファイバのファイバ幅と回転角との関係を示す図である。 実施形態１に係るマルチコアファイバを側方から観察することを示す模式的な図である。 実施形態１に係るマルチコアファイバを側方から観察することを示す別の模式的な図である。 実施形態２におけるマルチコアファイバの端面を示す図である。 実施形態３におけるマルチコアファイバの端面を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
実施形態１において接続を行うマルチコアファイバの端面を図１に示す。本実施形態におけるマルチコアファイバ１００は、９本のコア１０，１０，…がクラッド２０に囲繞されており、端面（端部に現れた中心軸に直交する面）の外形（クラッド２０の外形）が略正方形である。クラッド２０は石英からなり、コア１０，１０，…は石英にＧｅなどを添加して石英よりも屈折率を高めた部材からなっている。

石英を原料とする光ファイバは横断面において多角形の角部分が存在すると欠けやすく、欠けるとそこから光ファイバが折れてしまう可能性が大きい。従って横断面において多角形の角部分は、角を落とした丸みのある形状としている。この角に丸みのある正方形の形状のことを「略」正方形と表現している。

本実施形態におけるマルチコアファイバ１００では、９本のコア１０，１０，…はファイバ横断面において正方形の各頂点、その正方形の各辺の中心および正方形の中心に配置されている。コア１０，１０，…が形作る正方形と、クラッド２０の外形である正方形とは、同心であって各辺が平行になっている。このような配置のため、横断面におけるコア１０，１０，…は、クラッド２０の外形である略正方形と同様に、ファイバ中心軸を回転の軸として４回回転対称となっている。

本実施形態におけるマルチコアファイバ１００同士を、端面同士を突き合わせて接続する場合、双方のファイバの９本のコア１０，１０，…同士が端面においてズレなく重なり合うようにして接続をしないと接続損失が大きくなってしまう。そこで本実施形態では、図２に示す装置を用いて２本のマルチコアファイバ１００の端面の位置と回転角とを調節して接続を行う。上述のように、ファイバ横断面において、コア１０，１０，…とファイバ外形とはどちらもファイバ中心軸を回転の軸として４回回転対称となっているので、回転角の調節においては、ファイバ外形により調節を行えばコア１０，１０，…も同様に調節される。

図２に示す接続装置は、２本のマルチコアファイバ１００，１００を接続する装置であって、マルチコアファイバ１００，１００を固定するクランプ（固定部材）３０，３０と、Ｖ溝４１が形成されたガイド部材４０，４０と、放電電極３５，３５とを備えている。なお、マルチコアファイバ１００，１００の位置・回転角調節を行うためのＣＣＤカメラも備えているが、図が煩雑になるため省略している。ＣＣＤカメラの配置については、図４，５に示しており、後ほど説明を行う。

マルチコアファイバ１００，１００のうち、クランプ３０，３０に挟まれる部分には被覆１０１が施されて保護されている。なお、マルチコアファイバ１００，１００の接続を行う端部とは反対側にクランプ３０，３０から延びているファイバ外面には被覆が１０１が施されている。

以下に２本のマルチコアファイバ１００，１００を接続する接続方法について説明を行う。

まず先端部分の被覆１０１を除去した２本のマルチコアファイバ１００，１００を用意する。

それから２本のマルチコアファイバ１００，１００の被覆１０１が存している部分をクランプ３０，３０で挟み込んで固定をする。２つのクランプ３０，３０は挟み込んだファイバの中心軸方向同士が一致するように設置されているため、２本のマルチコアファイバ１００，１００をクランプで固定した時点で２本のマルチコアファイバ１００，１００の中心軸の方向が一致することになる。そして接続される互いの端面が向かい合って固定される。このとき２本のマルチコアファイバ１００，１００の先端の被覆１０１が除去された部分は、ガイド部材４０，４０のＶ溝４１，４１に載せられ、接続される最先端の部分はＶ溝４１，４１から突き出した状態となっている。２本のマルチコアファイバ１００，１００の向かい合っている先端の横には融着接続のための放電電極３５，３５が置かれている。

次に、１本のマルチコアファイバ１００に対して２台のＣＣＤカメラで観察を行って、マルチコアファイバ１００の中心軸に対して直交する面内での位置と、中心軸周りの回転角を調節する。ＣＣＤカメラについて具体的に説明すると、図４に示すようにガイド部材４０の放電電極側の端面に沿って２台のＣＣＤカメラ５１，５２が置かれており、Ｖ溝４１に置かれたマルチコアファイバ１００をその側方から観察している。２台のＣＣＤカメラ５１，５２は、ファイバ中心軸に対して直交する方向を観察方向としてしており、その観察方向は互いに９０度の角をなしている。Ｖ溝４１も９０度の角度をなしており、ＣＣＤカメラ５１，５２の観察方向は、Ｖ溝４１の溝壁面とそれぞれ平行となっている。

マルチコアファイバ１００の中心軸に直交する面内での位置の具体的な調節方法は、２本のマルチコアファイバ１００，１００のそれぞれの前記面内での位置をそれぞれのＣＣＤカメラ５１，５２での観察から算出して、それらの位置が一致するように図２で示したＸ方向Ｙ方向にクランプ３０，３０とガイド部材４０，４０とを移動させるという方法である。

マルチコアファイバ１００の中心軸周りの回転角の具体的な調節方法は、マルチコアファイバ１００の外径をＣＣＤカメラ５１，５２で観察・計測して、その外径（幅）が最小となるようにクランプ３０を回転させる（図２のθの調節）という方法である。ファイバが回転するにつれて、側方から観察されるファイバ外径（幅）は変化していく。図３にマルチコアファイバ１００を中心軸周りに回転させた際の、回転角と側方から観察される規格化されたファイバ幅との関係が示されている。ファイバ外径の大きさにより中心軸周りの回転角を調節することを考えると、外径が最大又は最小となるように調節する必要がある。なぜならば、外径が最大又は最小以外の場合は、例えば図５（ａ）（ｂ）に示す２つの状態のどちらであるのか区別がつかないからである。

図４に示すようにＶ溝４１は９０度に開いているので、両方の溝壁面にマルチコアファイバ１００の２つの側面が当接することができ、この状態ではいずれのＣＣＤカメラ５１，５２もファイバ外径の最小値を観察することになる。このようにＶ溝４１の両方の溝壁面にマルチコアファイバ１００の２つの側面が当接するというファイバが安定な状態で、ＣＣＤカメラ５１，５２がファイバ外径の最小値を観察するという点で、ファイバの回転角はファイバ外径が最小となるように調節することが好ましい。さらには図３に示すように、ファイバ外径が最大となる回転角では、この回転角から少し回転してもファイバ外径の変化が小さいのに対し、ファイバ外径が最小となる回転角では、この回転角から少し回転するとファイバ外径が大きく変化するので、ファイバ外径が最小となる回転角の方が容易にかつ正確に見つけることができる。この点でもファイバの回転角はファイバ外径が最小となるように調節することが好ましい。

２本のマルチコアファイバ１００，１００の中心軸に直交する面内での位置と、中心軸周りの回転角を調節できたら、２本のマルチコアファイバ１００，１００の端面同士を突き合わせて、放電電極３５，３５により融着接続を行う。こうして２本のマルチコアファイバ１００，１００を、互いの９本のコア１０，１０，…同士をずれなく当接させて接続することができる。

ここで、クラッド外形が円形である場合を考えると、ファイバ外径では回転角を判別することができず、ファイバ側方からの観察では複数のコアの位置もコア同士が重なり合って、マルチコアの配置を正確に見分けることが困難であるため、ファイバ端面を観察してコアの配置を判別し、回転角を調節する必要がある。

また、クラッド外形が奇数多角形である場合を考えると、１つのＣＣＤカメラがファイバ外径が最小になるのを観察したときの回転角をα°とすると、（α＋１８０）°の回転角でもファイバ外径が最小になるが、α°と（α＋１８０）°とでは端面におけるコアの配置が異なる。従って、複数のコア同士をずれなく接続するためには、α°と（α＋１８０）°とを区別しなければならないが、２つのＣＣＤカメラではこの区別できないため、やはりファイバ端面を観察してコアの配置を判別し、回転角を調節する必要がある。

本実施形態では、接続を行うマルチコアファイバは横断面において、複数のコアの配置とファイバ外形とがファイバ中心軸を中心とする同じ回転対称を有しているため、回転角の調節においては、ファイバ外形により調節を行えばコアも同様に調節されるのである。

（実施形態２）
実施形態２において接続を行うマルチコアファイバの端面を図６に示す。本実施形態におけるマルチコアファイバ１１０は、７本のコア１０，１０，…がクラッド２１に囲繞されており、端面（端部に現れた中心軸に直交する面）の外形（クラッド２１の外形）が略正六角形である。コア１０，１０，…は、ファイバ端面において正六角形の中心と各頂点とに配置されており、コア１０，１０，…が形作る正六角形とクラッド外径の略正六角形とは同心であって各辺が平行となっている。

本実施形態は実施形態１とは、マルチコアファイバ１１０の端面形状、コア１０，１０，…の数と配置が異なっており、それ以外は同じであるので、詳細な説明を省略する。なお、２台のＣＣＤカメラの観察方向が９０°異なっていると、本実施形態のマルチコアファイバ１１０の外径は、一方のＣＣＤカメラが最大径を観察したときにはもう一方のＣＣＤカメラは最小径を観察することになる。

本実施形態においては、Ｖ溝が１２０°または６０°の角度で開いていることが好ましい。Ｖ溝が１２０°または６０°の角度で開いていると、Ｖ溝の両溝壁面にマルチコアファイバ１１０の２つの外面が当接してマルチコアファイバ１１０が安定になるからである。

（実施形態３）
実施形態３において接続を行うマルチコアファイバの端面を図７に示す。本実施形態におけるマルチコアファイバ１２０は、９本のコア１０，１０，…がクラッド２２に囲繞されており、端面（端部に現れた中心軸に直交する面）の外形（クラッド２２の外形）が略正八角形である。コア１０，１０，…は、ファイバ端面において正八角形の中心と各頂点とに配置されており、コア１０，１０，…が形作る正八角形とクラッド外径の略正八角形とは同心であって各辺が平行となっている。

本実施形態は実施形態１とは、マルチコアファイバ１２０の端面形状、コア１０，１０，…の数と配置が異なっており、それ以外は同じであるので、詳細な説明を省略する。なお、２台のＣＣＤカメラの観察方向が９０°異なっていると、本実施形態のマルチコアファイバ１２０の外径は、一方のＣＣＤカメラが最大径を観察したときにはもう一方のＣＣＤカメラは最小径を観察することになる。

本実施形態においては、Ｖ溝が９０°または１３５°の角度で開いていることが好ましい。Ｖ溝が９０°または１３５°の角度で開いていると、Ｖ溝の両溝壁面にマルチコアファイバ１２０の２つの外面が当接してマルチコアファイバ１２０が安定になるからである。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。

クラッドを構成する物質は石英のみに限定されず、石英に他の物質が添加されたものや、プラスチックなどであってもよい。コアを構成する物質も石英にＧｅを添加したものに限定されず、Ｇｅ以外の物質が添加されたものやＧｅと他の物質とが添加されたもの、あるいはプラスチックなどでもよい。

コアの数は複数であれば特に限定されない。また、コアの配置もファイバ外形と同じ回転対称（ファイバ中心軸周り）であればどのような配置であっても構わない。

ファイバ側方からの観察は、ファイバの位置と幅を観察することができればＣＣＤカメラ以外の観察装置を用いても構わない。観察方向は９０°異なっている２つの方向に限定されず、観察方向の異なる角度は両方向において観察されるコアの幅が異なっていればどのような角度であっても構わない。観察装置は２つよりも多くても構わない。またファイバ同士の接続は融着接続以外に、端面同士を突き合わせて接着剤や固定治具等で固定する方法を用いてもよい。

以上説明したように、本発明に係る光ファイバ接続方法は、マルチコアファイバの全てのコアを低損失で接続することができるので、通信用光ファイバの接続方法等として有用である。

１０ コア
２０ クラッド
３０ クランプ（固定部材）
４１ Ｖ溝
５１，５２ ＣＣＤカメラ
１００ マルチコアファイバ
１１０ マルチコアファイバ
１２０ マルチコアファイバ

Claims (5)

1. 複数のコアを備え、ファイバの横断面が略正偶数角形であるマルチコアファイバ同士を接続する光ファイバ接続方法であって、
   ２本の前記マルチコアファイバをそれぞれ固定部材で固定して、互いの中心軸の方向を一致させて互いの端面同士を向かい合わせる工程と、
   ２本の前記マルチコアファイバをそれぞれ側方から前記中心軸に直交する方向において観察して、前記中心軸に直交する方向における前記マルチコアファイバの位置と、前記中心軸周りの前記マルチコアファイバの回転角を調節する調節工程と、
   位置および回転角が調節された２本の前記マルチコアファイバの端面同士を突き合わせて前記マルチコアファイバ同士を接続する接続工程と
   を含み、
   前記マルチコアファイバは横断面において、複数の前記コアの配置とファイバ外形とがファイバ中心軸を中心とする同じ回転対称を有しており、
   前記調節工程では、各前記マルチコアファイバに対して異なる２方向から観察を行って前記固定部材を移動及び回転させることにより、２本の前記マルチコアファイバの前記位置と前記回転角とが一致するように調節し、
   前記回転角の調節は、観察される前記マルチコアファイバの幅を基に、前記幅が最大又は最小となるように行う、光ファイバ接続方法。
2. 一方の前記マルチコアファイバの一方の観察方向と、他方の前記マルチコアファイバの一方の観察方向とが同じ又は１８０度異なった方向であって、これらの観察方向において２本の前記マルチコアファイバの幅が最小となるように前記回転角を調節する、請求項１に記載されている光ファイバ接続方法。
3. 観察を行う前記異なる２方向は直交している、請求項１または２に記載されている光ファイバ接続方法。
4. 前記略正偶数角形は、略正方形または略正六角形である、請求項１から３のいずれか一つに記載されている光ファイバ接続方法。
5. 前記マルチコアファイバは前記固定部材から前記端面までの間において、Ｖ溝内に設置されており、
   前記Ｖ溝の開き角は、前記正偶数角形の一つの内角と同じ角度である、請求項１から４のいずれか一つに記載されている光ファイバ接続方法。

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