JP6386971B2 - 光ファイバ側方入出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、湾曲させた光ファイバの側方から光を入出力する側方光入出力技術に関するものであり、具体的には、光ファイバ心線を湾曲させるための曲げ冶具及び光ファイバ側方入出力装置に関する。

光アクセス網における光線路保守において、曲げた光ファイバの側方から光を入出力する非特許文献１に記載される光ファイバ側方入出力技術が提案されている。関連技術に係る前述の光を入出力する光ファイバ側方入出力器は、曲げ形状を有する光学透明部材と光ファイバの側方から光を入出力するためのプローブファイバから構成されている。

廣田栄伸 他，"光ファイバ側方入力技術を用いた試験光入射機構の設計検討"，ＯＦＴ２０１１−８４，ｐｐ．５７−６０，２０１２

湾曲させた光ファイバの側方から光を入出力する側方光入出力においては、ある曲げ損失条件下において、入受光効率を高めることが重要である。たとえば、関連技術に係る光通信線路切替においては、現用通信回線を遮断し迂回線路に切り替える必要があるため、曲げ損失及び入受光効率を高める必要がある。

一方、現用通信回線に影響を与えないことが求められる試験光入射、通信光モニタなどの応用先においては、曲げ損失を現用通信回線に影響を与えない程度に抑えつつ、入受光効率を高める必要がある。

また、光ファイバ側方入出力装置においては、漏洩光がプローブファイバに再結合する際の効率、すなわち光結合効率が重要である。光結合効率が小さいと光信号がロスしてＳ／Ｎ比の劣化などの多くの不具合がもたらされる。

関連技術では、プローブファイバの開口角狭さに起因する光信号（漏洩光）の捕捉困難性や、ウィスパリングギャラリーモード現象（光ファイバコアから漏れ出た光の一部が光ファイバ心線の被覆を貫通せずに被覆内に閉じ籠ってしまう現象）などから、光結合効率が頭打ちになってしまい、特に無瞬断切替器などへの適用において所期の効果を得られないという課題もある。

前記課題を解決するために、本発明は、光ファイバ心線被覆に隣接する曲げ付与部材表面の屈折率を光ファイバ心線被覆の屈折率より高くすることで、光ファイバ側方入出力技術の光損失を抑制する光ファイバ側方入出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、光ファイバ心線を湾曲させるための対をなす凹型及び凸型部材からなる曲げ冶具の屈折率を制御することで、湾曲させた光ファイバ心線の側方からの漏洩光を制御し、曲げ損失及び入受光効率を制御する。

具体的には、本発明に係る光ファイバ側方入出力装置は、
固定治具及び入出力光学系を有する光ファイバ側方入出力装置であって、
前記固定治具は、
光ファイバ被覆で被覆された光ファイバを湾曲させて保持する曲面部と、
前記曲面部の両端に伸びる前記光ファイバを直線状に保持する平面部と、
前記入出力光学系を突き当てて保持し、予め定められた位置に形成された突き当て部と、を備え、
前記突き当て部に配設され、前記曲面部で湾曲された前記光ファイバの側方と前記入出力光学系との間に光信号を透過するように介在し、前記光ファイバ被覆より高い屈折率を有する光透過部と、
前記平面部に配設され、前記光ファイバ被覆より低い屈折率を有する低屈折率壁と、
を備える。

本発明に係る光ファイバ側方入出力装置では、
前記曲面部に配設され、前記光ファイバ被覆より低くかつ前記低屈折率壁より高い屈折率を有する屈折率制御領域を備えていてもよい。

本発明に係る光ファイバ側方入出力装置では、
前記屈折率制御領域は、前記光ファイバの側方から出力される前記光信号の光路と前記曲面部の間に配置されていてもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、光ファイバ心線被覆に隣接する曲げ付与部材表面の屈折率を光ファイバ心線被覆の屈折率より高くすることで、光ファイバ側方入出力技術の光損失を抑制する光ファイバ側方入出力装置を提供することができる。

実施形態１に係る光ファイバ側方入出力装置の構成図の一例を示す。 実施形態１に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の作製例を示す。 実施形態１に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の構成図の一例を示す。 実施形態２に係る曲げ冶具における被測定ファイバに光を入力し光線を追跡した結果を示す。 実施形態３に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の平面部に低屈折率壁を設けた場合の一例を示す。 実施形態３に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の平面部に低屈折率壁を設けない場合の一例を示す。 実施形態４に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の曲面部に屈折率制御領域を有する場合の一例を示す。 実施形態４に係る光ファイバ側方入出力装置における曲げ冶具の光線を追跡した結果の拡大図の一例を示す。 本実施形態に係る屈折率制御領域の屈折率を変えた場合の漏洩光のビーム幅を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置では、固定治具及び入出力光学系を備える。固定治具として機能する曲げ冶具は、光ファイバと、曲面部と、平面部と、突き当て部と、を備え、固定治具及び入出力光学系間として機能するプローブファイバには光透過部が介在している。光ファイバ側方入出力装置が備える曲げ冶具の屈折率を光ファイバ被覆より高くすることで、曲げ損失及び入出力効率が高くなることを示す。

図１は、光ファイバ側方入出力装置で用いる曲げ冶具１１における屈折率と、光ファイバ心線１２からの漏洩光の量とを制御し、曲げ損失及び入受光効率を制御するための曲げ冶具１１を示す構成図である。ここで、光ファイバ側方入出力装置は、光入出力光学系として機能するプローブファイバ１３をさらに備える。プローブファイバ１３は、当該プローブファイバ１３を突き当てて保持するように、曲げ冶具１１における光ファイバと当該プローブファイバ１３との光接続可能な位置に形成された突き当て部に配設される。

図２に示すように、光ファイバを内包する光ファイバ心線１２に曲げ半径２ｍｍ、開き角度１６０度の曲げを形成するために曲げ冶具１１を作製した。光透過部として機能する透明部材の材料は、ここでは例として光学プラスチックとして一般的に用いられており加工も容易なアクリル及びポリカーボネートを用いている。

ここで用いたアクリル及びポリカーボネートの光通信帯（１．３１〜１．５５）における屈折率はそれぞれおよそ１．４７および１．５７であり、光ファイバ被覆の屈折率はおよそ１．５である。光ファイバの側方から光信号を前記光ファイバに入出力するため入出力光学系には、ＧＲＩＮレンズを先端に接続したＧＩファイバプローブを用いており、ＧＲＩＮレンズのビームウエスト径はおよそ２３０μｍである。

表１の上段及び下段に、現在一般的に使用されている、メーカの異なる２種類の単一モードファイバ（Ｒ３０）に対する測定結果をそれぞれ示す。表１中の受光効率は、被測定光ファイバに入力された光パワーとファイバプローブ後段から出力された光パワーの比を示している。表１より、どちらのファイバについてもポリカーボネートで作製した冶具のほうが曲げ損失及び受光効率が高くなっていることがわかる。

（実施形態２）
本実施形態では、曲げ冶具１１の屈折率を光ファイバ被覆の屈折率より低くすると曲げ損失を低減可能であることを示す。図３に示すように、光ファイバに曲げ半径２ｍｍ、開き角度１６０度の曲げを形成するために曲げ冶具を想定し、ここでは一例として透明部材の材料をフッ素樹脂（屈折率１．３３）とする。

図４に、被測定ファイバに光を入力し光線を追跡した結果を示す。図４より光信号が光ファイバ被覆内に閉じこもっていることがわかる。これにより、曲げ損失を低減することができる。なお、透明部材の屈折率は１．３７以下とすることで上記と同様に光ファイバ被覆内に光信号を閉じ込めることができる。

（実施形態３）
本実施形態では、曲げ損失を低減しつつ入出力効率の向上が可能であることを示す。光ファイバに曲げ半径２ｍｍ、開き角度１６０度の曲げを形成するために曲げ冶具１１を想定し、ここでは一例として透明部材の材料をポリカーボネート（屈折率１．５７）とする。

また、実施形態２で示したように光信号を光ファイバ被覆内に閉じ込めるために、図５に示すように平面部に低屈折率壁１５（たとえばフッ素樹脂）を設ける。図５、６に、それぞれ低屈折率壁１５を設けた場合または設けない場合における被測定ファイバに光を入力し光線を追跡した結果を示す。図５は平面部に低屈折率壁１５を設けた場合を示し、図６は平面部に低屈折率壁１５を設けない場合を示す図である。図５、６より、低屈折率壁１５を設けることで光ファイバ側方から漏れ出る光の位置及び量を変えずに、曲げ損失を低減可能であることがわかる。

（実施形態４）
本実施形態では、曲げ損失を低減しつつ入出力効率の向上し、さらに光ファイバ側方から出力される光信号の漏洩パターンを制御することができることを示す。光ファイバに曲げ半径２ｍｍ、開き角度１６０度の曲げを形成するために曲げ冶具を想定し、ここでは一例として透明部材の材料をポリカーボネート（屈折率１．５７）とする。

また、実施形態２で示したように光信号を光ファイバ被覆内に閉じ込めるために、図７に示すように平面部に低屈折率壁１５（たとえばフッ素樹脂）を設ける。さらに図７に示すように、曲面部に屈折率制御領域１６（たとえばアクリル）を配設する。図７に、屈折率制御領域１６の屈折率を１．４７にした場合における被測定ファイバに光を入力し光線を追跡した結果を示す。また図８に、光線を追跡した結果の拡大図を示す。

図５、７を比較すると、屈折率制御領域１６の屈折率を適切に設定することで光ファイバ側方から漏れ出る光を集光することが可能であることがわかる。これは、曲げ部からの漏洩光については屈折率の高いほうから低い方へ進むため光ファイバ側方向に屈折するが、直線部からの漏洩光については屈折率の低い方から高い方へ進むため光ファイバの反対方向に屈折するため、漏洩光を集光できる。

図９に、屈折率制御領域１６の屈折率を変えた時の漏洩光のビーム幅を示す。屈折率制御領域１６の屈折率をおよそ１．４２としたときにビーム幅が狭くなっていることがわかる。これにより、実施形態１で記述したようなプローブファイバ１３に漏洩光が入光しやすくなり、受光効率が向上する。また、屈折率制御領域１６の屈折率を制御することで漏洩光の集光位置を制御することも可能である。

上述した本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置によれば、光ファイバ心線１２を湾曲させるための曲げ冶具１１の屈折率を制御することで、曲げ損失及び入受光効率を制御することができるため、曲げ損失を押さえつつ入受光効率を高めることや、曲げ損失及び入受光効率を高めることが可能となる。たとえば、曲げ冶具１１の屈折率を光ファイバ心線１２の被覆より高くすることで、光ファイバ心線１２からの漏洩光を増大させ、損失及び入受光効率を高めることができる。

また、曲げ冶具１１の屈折率を光ファイバ心線１２の被覆より低くすることで曲げ損失が低減され、入光効率を高めることができる。光ファイバ心線１２を小さい曲げ半径で曲げると、コアから漏れ出た光が光ファイバ心線１２の被覆内に閉じこまりウィスパリングギャラリーモードとなり、多重経路干渉（ＭＰＩ）が生じて信号品質が劣化してしまうが、曲げ冶具１１の屈折率を光ファイバ心線１２の被覆より高くすることで、ウィスパリングギャラリーモードを抑制することができる。曲げ冶具の屈折率分布を適切に設定することで、曲げファイバからの漏洩光の位置及び漏洩光の分布を制御することができる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：曲げ冶具
１２：光ファイバ心線
１３：プローブファイバ
１５：低屈折率壁
１６：屈折率制御領域

Claims (3)

1. 固定治具及び入出力光学系を有する光ファイバ側方入出力装置であって、
   前記固定治具は、
   光ファイバ被覆で被覆された光ファイバを湾曲させて保持する曲面部と、
   前記曲面部の両端に伸びる前記光ファイバを直線状に保持する平面部と、
   前記入出力光学系を突き当てて保持し、予め定められた位置に形成された突き当て部と、を備え、
   前記突き当て部に配設され、前記曲面部で湾曲された前記光ファイバの側方と前記入出力光学系との間に光信号を透過するように介在し、前記光ファイバ被覆より高い屈折率を有する光透過部と、
   前記平面部に配設され、前記光ファイバ被覆より低い屈折率を有する低屈折率壁と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ側方入出力装置。
2. 前記曲面部に配設され、前記光ファイバ被覆より低くかつ前記低屈折率壁より高い屈折率を有する屈折率制御領域を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ側方入出力装置。
3. 前記屈折率制御領域は、前記光ファイバの側方から出力される前記光信号の光路と前記曲面部の間に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ側方入出力装置。

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