JP7156066B2

JP7156066B2 - 光ファイバ側方入出力装置

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Publication number: JP7156066B2
Application number: JP2019019080A
Authority: JP
Inventors: 卓威植松; 栄伸廣田; 裕之飯田; 直嗣安部
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: US11886012B2; WO2020162170A1; US20220128765A1; JP2020126172A

Description

本開示は、曲げた光ファイバ心線の側方から光を入出力する光ファイバ側方入出力装置に関する。

光ファイバを切断することなく光信号を光ファイバに入出力する技術として、既設の光ファイバ（現用光ファイバ）に曲げを与え、この曲げ部位に側面から別の光ファイバ（プローブ光ファイバ）を対向させ、当該プローブ光ファイバの先端部から光信号を入射すると共に、現用光ファイバから出射される光信号をプローブ光ファイバの先端部で受光する光ファイバ側方入出力技術が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１５－０４０９１６号公報

植松他、"ルースチューブで覆われた光ファイバ心線からの漏洩光取得装置の設計、"信学技報，ｖｏｌ．１１７，ｎｏ．３８７，ＯＦＴ２０１７－５９，ｐｐ．１５－１８，２０１８

光ファイバ側方入出力技術の主な適用先の一つである既設線路の接続点には、様々な種類の光ファイバ心線が敷設されている。単心線に限定しても、外径が０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、及び０．９ｍｍの単心線が存在する。そして、曲げを形成する光ファイバ心線に応じて最適な曲げ形状が存在する。このため、作業者は光ファイバ心線の種別毎に曲げ形状を最適化させた光ファイバ側方出力装置を用意し、心線種別に応じて光ファイバ側方出力装置を替えながら作業する必要があった。

つまり、従来の光ファイバ側方出力装置は、作業対象の光ファイバ心線の種類が決まっており、汎用性に欠けるという課題があった。そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、様々な光ファイバ心線の種類に対応できる汎用性の高い光ファイバ側方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に、本発明に係る光ファイバ側方出力装置は、光ファイバ心線を挟み込む第１治具と第２治具において、第１治具と第２治具の形状、第２治具のガイド溝の形状及び曲げを形成するときの押圧力を最適化することとした。

具体的には、本発明に係る光ファイバ側方出力装置は、
光ファイバ心線の長手方向に湾曲する凹部、及び曲げが与えられた前記光ファイバ心線に対して光を入射し、前記光ファイバ心線から漏洩する光を受光する光入出力手段を有する第１治具と、
前記光ファイバ心線の長手方向に湾曲し、前記第１治具の凹部との間で前記光ファイバ心線を挟み込む凸部、及び前記凸部上で前記光ファイバ心線が填まるガイド溝を有する第２治具と、
前記第１治具の凹部と前記第２治具の凸部とが近づく方向に押圧力を印加し、前記光ファイバ心線に曲げを形成する押圧部と、
を備え、
前記第１冶具の前記凹部の曲率半径をＲ１、中心角をθ１、前記第２冶具の前記凸部の曲率半径をＲ２、中心角をθ２とするとＲ２≦Ｒ１かつθ２≦θ１であることを特徴とする。

第１治具と第２治具の頂点同士が接触する構造であるため、曲げを形成しようとする部分の狭い領域のみに押圧力が印加でき、様々な光ファイバ心線の種類に対応することができる。従って、本発明は、様々な光ファイバ心線の種類に対応できる汎用性の高い光ファイバ側方出力装置を提供することができる。

本発明に係る光ファイバ側方出力装置は、Ｒ１－０．１２５＜Ｒ２≦Ｒ１（ｍｍ）であることを特徴とする。所望の曲げ損失と結合効率を得ることができる。

本発明に係る光ファイバ側方出力装置の前記ガイド溝は、前記光ファイバ心線の長手方向に垂直な断面形状が、前記第１治具の方向から前記光ファイバ心線が挿入される開口を底辺とする二等辺三角形であり、
前記二等辺三角形は、前記開口の幅をＷ、頂角を２θ、前記光ファイバ心線の外径を２ａとすると、
ａ（１＋１／ｓｉｎθ）≧ｗ／ｔａｎθ
を満たすことを特徴とする。

第２治具のガイド溝の断面形状を二等辺三角形とすることで様々な光ファイバ心線の種類に対応することができる。

例えば、ａ＝０．１２５ｍｍである。外径が０．２５ｍｍ及び０．５ｍｍの単心線、並びに外径が０．９ｍｍのチューブ心線の３種類に対して対応できる。

本発明に係る光ファイバ側方出力装置の前記押圧部は、前記押圧力を調整する調整機能を有することを特徴とする。光ファイバ心線の種類によって最適な押圧力を印加できる。

例えば、本発明に係る光ファイバ側方出力装置の前記調整機能は、前記光ファイバ心線の種別毎に前記押圧力を切り替える機能であることを特徴とする。

例えば、本発明に係る光ファイバ側方出力装置の前記調整機能は、対応する前記光ファイバ心線の種別の数より切り替える前記押圧力の数が少ないことを特徴とする。光ファイバ側方出力装置の構成を簡易化できる。

例えば、本発明に係る光ファイバ側方出力装置の前記調整機能は、前記光ファイバ心線に曲げを形成したときの前記凹部の頂点と前記凸部の頂点との距離Ｓに基づいて前記押圧力を変化させることを特徴とする。押圧中に押圧力を変化させることでチューブ心線に対応することができる。

本発明は、様々な光ファイバ心線の種類に対応できる汎用性の高い光ファイバ側方出力装置を提供することができる。

本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置の曲げ損失と結合効率を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置のガイド溝を説明する図である。光ファイバ心線の断面を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置の調整機能を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置の具体例を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置の具体例を説明する図である。本発明に係る光ファイバ入出力装置の具体例を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。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。

図１、図２及び図３は、それぞれ本実施形態の光ファイバ入出力装置の上面図（Ｘ軸プラス方向からマイナス方向へ見た図）、側面図（Ｙ軸プラス方向からマイナス方向へ見た図）及び側面図（Ｚ軸プラス方向からマイナス方向へ見た図）である。

本光ファイバ入出力装置は、
光ファイバ心線１００の長手方向に湾曲する凹部２２、及び曲げが与えられた光ファイバ心線１００に対して光を入射し、光ファイバ心線１００から漏洩する光を受光する光入出力手段５１を有する第１治具１１と、
光ファイバ心線１００の長手方向に湾曲し、第１治具１１の凹部２２との間で光ファイバ心線１００を挟み込む凸部２３、及び凸部２３上で光ファイバ心線１００が填まるガイド溝２４を有する第２治具１２と、
第１治具１１の凹部２２と第２治具１２の凸部２３とが近づく方向に押圧力を印加し、光ファイバ心線１００に曲げを形成する押圧部１４と、
を備え、
第１冶具１１の凹部２２の曲率半径をＲ１、中心角をθ１、第２冶具１２の凸部２３の曲率半径をＲ２、中心角をθ２とするとＲ２≦Ｒ１かつθ２≦θ１であることを特徴とする。

また、本光ファイバ入出力装置は、光ファイバ心線１００の長手方向における、第１治具１１の凹部２２の両端に配置され、押圧部１４が光ファイバ心線１００に曲げを形成するときに、光ファイバ心線１００の径に関わらず、第２治具１２のガイド溝２４と第１治具１１の凹部２２上の所定経路に光ファイバ心線１００を案内する心線ガイド１３をさらに備える。

第１治具１１と第２冶具１２で光ファイバ心線１００を挟み込むことで曲げを形成し、光入出力手段５１により入出力する。第２冶具１２の凸部２３にはガイド溝２４が具備されており、挟み込む度に光ファイバ心線１００を所望の位置へ案内する。また、曲げ部の両隣に心線ガイド１３が備えられており、心線ガイド１３により第２冶具１２のガイド溝２４へ光ファイバ心線１００を案内する。

本光ファイバ入出力装置は、第１冶具１１、第２冶具１２、ガイド溝２４、心線ガイド１３および光入出力手段５１を光ファイバ心線の種類毎に変えることなく１つの構造で様々な種別の光ファイバ心線（たとえば０．２５ｍｍ単心線、０．５ｍｍ単心線、０．９ｍｍチューブ心線の３種類）に対応できる。

ここで、「対応」とは、３種類すべての心線に対して曲げ損失（波長１５５０ｎｍ）が２ｄＢ以下、かつ結合効率（波長１３１０ｎｍ）が－３３ｄＢ以上となることを意味する。結合効率とは光ファイバ心線から光入出力手段への方向の効率であり、光ファイバ心線内を伝搬する光の強度をＰ１（ｄＢｍ）、光入出力手段で受光する光の強度をＰ２（ｄＢｍ）とすると、結合効率はＰ２－Ｐ１（ｄＢ）である。

（実施例１）
図４及び図５は、本実施例の光ファイバ入出力装置を説明する図である。本実施例では、第１治具１１と第２冶具１２の条件について述べる。凹部２２と凸部２３の頂点同士が接触するような構造である必要があるため、第１冶具１１の凹部２２および第２冶具１２の凸部２３の曲率半径と中心角Ｒ１、θ１およびＲ２、θ２は、Ｒ１≧Ｒ２かつθ１≧θ２であることが望ましい。

（実施例２）
図６は、Ｒ１＝２．１２５ｍｍとし、Ｒ２を変化させたときの曲げ損失の変化（図６（Ａ））および結合効率の変化（図６（Ｂ））を説明する図である。曲げ損失については、Ｒ２の値が１．８５～２．１２５ｍｍのいずれであっても２ｄＢ以下であり、上記の「対応」の規格を満たしているが、結合効率については、Ｒ２≦１．８７５（＝Ｒ１－０．２５）の領域で上記の「対応」の規格を満たせていない。したがって、
（式１）
Ｒ１－０．２５＜Ｒ２≦Ｒ１
であることが望ましい。

（実施例３）
図７は、本実施例の光ファイバ入出力装置を説明する図である。図８は、図７の光ファイバ入出力装置のガイド溝２４を拡大して説明する図である。本光ファイバ入出力装置のガイド溝２４は、光ファイバ心線１００の長手方向（Ｚ軸方向）に垂直な断面形状が、第１治具１１の方向から光ファイバ心線１００が挿入される開口を底辺とする二等辺三角形であり、
前記二等辺三角形は、前記開口の幅をＷ、頂角を２θ、光ファイバ心線１００の外径を２ａとすると、
（式２）
ａ（１＋１／ｓｉｎθ）≧ｗ／ｔａｎθ
を満たすことを特徴とする。

ここで、２ａは、対応すべき光ファイバ心線のうちの最小の外径とする。たとえば、０．２５ｍｍ単心線、０．５ｍｍ単心線、０．９ｍｍチューブ心線の３種類に対して対応する場合ではａ＝０．１２５ｍｍであることが望ましい。２ａを対応すべき光ファイバ心線のうちの最小の外径とすることで、外径がいずれであっても光ファイバ心線の一部がガイド溝２４の開口から飛び出すため、光ファイバ心線１００と第１冶具１１とが接触し、空隙なく光ファイバ心線１００と光入出力手段５１との間で光を入出力できる。このため、全ての光ファイバ心線に本光ファイバ入出力装置を適用可能となる。

一方、式２を満たさないと光ファイバ心線１００と第１治具１１との間に空隙が生じ、結合効率が著しく低下する。

（実施例４）
直径が０．２５ｍｍあるいは０．５ｍｍの光ファイバ心線と直径が０．９ｍｍチューブで保護されたチューブ心線とでは、図９のように断面構造が大きく異なる。このため、曲げを付与するために必要な押圧力は光ファイバ心線毎に大きく異なる。特に、０．９ｍｍチューブ心線はチューブをつぶし、光ファイバ心線とチューブとの空隙を除去する必要がある（たとえば非特許文献１を参照）。このため、図９（Ａ）や（Ｂ）の光ファイバ心線と比べて、チューブ心線は曲げを形成するために大きな押圧力が必要となる。つまり、同一の押圧力で３種類の光ファイバ心線に対応することは困難である。

そこで、本実施例の光ファイバ入出力装置の押圧部１４は、前記押圧力を調整する調整機能を有する。例えば、前記調整機能は、図９（Ａ）の直径０．２５ｍｍの光ファイバ心線、図９（Ｂ）の直径０．５ｍｍの光ファイバ心線、図９（Ｃ）の直径０．９ｍｍのチューブで保護されたチューブ心線、それぞれで異なる押圧力を付加できる。図９（Ａ）の直径０．２５ｍｍの光ファイバ心線、図９（Ｂ）の直径０．５ｍｍの光ファイバ心線、及び図９（Ｃ）の直径０．９ｍｍのチューブで保護されたチューブ心線を曲げるために要する押圧力をそれぞれｆ１、ｆ２及びｆ３（ｆ１≦ｆ２≦ｆ３）とすると、前記調整機能は、ｆ１～ｆ３で調整可能である。

ここで、前記調整機能は、前記光ファイバ心線の種別毎に前記押圧力を切り替える機能である。具体的には、前記調整機能は、切替スイッチであり、押圧力をそれぞれｆ１、ｆ２又はｆ３の３段階に切り換えることができる。

また、当該切替スイッチは、対応する前記光ファイバ心線の種別の数より切り替える前記押圧力の数が少なくてもよい。例えば、図９（Ｃ）のチューブ心線を曲げるための押圧力と比較して、図９（Ａ）や（Ｂ）の光ファイバ心線を曲げるための押圧力は小さく、その差も小さい。このため、図９（Ａ）や（Ｂ）の光ファイバ心線に対して同一の押圧力（ｆ２以上の押圧力ｆ’１）とし、図９（Ｃ）のチューブ心線に対してはｆ３以上の押圧力ｆ’２として、当該切替スイッチを２段階とする。これにより、押圧力の切り替え数が減るため簡易な構成で押圧力を調整可能となる。

（実施例５）
本実施例では、押圧力が自動的に調整される方法について説明する。たとえば、押圧力を調整する場合、心線種別に応じて作業者が押圧力を調整する方法が考えられるが、作業者が心線種別を区別する必要があり、作業効率が悪いことや区別を誤ることにより通信断や心線が切断してしまう恐れがある。そこで、本実施例では、外部からの押圧力調整が不要である方法を説明する。

本実施例の光ファイバ入出力装置の前記調整機能は、光ファイバ心線１００に曲げを形成したときの凹部２２の頂点と凸部２３の頂点との距離Ｓに基づいて前記押圧力を変化させることを特徴とする。以下では、図９の３種類の光ファイバ心線について説明するが、心線種別が増えても同様である。

図１０は、本実施例の光ファイバ入出力装置の前記調整機能を説明する図である。図１０（Ａ）は直径０．２５ｍｍの光ファイバ心線、図１０（Ｂ）は直径０．５ｍｍの光ファイバ心線、図１０（Ｃ）は直径０．９ｍｍのチューブで保護されたチューブ心線の例であり、各心線の曲げ付与時の側面図（Ｚ軸プラス側からマイナス側を見た図）である。

凹部２２と凸部２３の頂点の距離Ｓが所定の間隔Ｓ’以上のとき押圧力はｆ’２（≧ｆ３）であり、Ｓ＜Ｓ’のとき押圧力はｆ’１（ｆ２≦ｆ’１＜ｆ３）とする。つまり、第２治具１２が第１治具１１に近接していき、図１０（Ｃ）の状態になるまでは押圧部１４は押圧力ｆ’２を印加する。これにより、チューブ心線に対してはチューブをつぶすために要する押圧力を付与できる。一方、第２治具１２が第１治具１１にさらに近接していき、図１０（Ｂ）や（Ａ）の状態になると押圧部１４は押圧力ｆ’１を印加する。これにより直径０．５ｍｍや直径０．２５ｍｍの光ファイバ心線に曲げを形成する押圧力を付与できる。また、０．２５ｍｍの光ファイバ心線の場合には図１０（Ａ）のように光ファイバ心線がガイド溝２４内に填まり、第１冶具１１と第２冶具１２とが接触するため、光ファイバ心線に過剰な押圧力が付与されるのを防ぐことができる。

実施例６及び７で押圧力を変化できる押圧部の機構を説明する。

（実施例６）
図１１は、本実施例の光ファイバ入出力装置において、押圧力を調整するための機構を説明する断面図である。光ファイバ入出力装置をＸＹ平面で切断した時の断面であり、Ｚ軸プラス側からマイナス側を見た図である。
本機構は、凹部２２の頂点と凸部２３の頂点との距離ＳがＳ≦Ｓ’のときに第２冶具１２と接触し、第２冶具１２に対して押圧力ｆ’２－ｆ’１を印加するバネ１５である。バネ１５を用いることで、図１１（Ａ）のようにＳ＞Ｓ’では押圧力ｆ’２が印加され、Ｓ≦Ｓ’では押圧力ｆ’２－（ｆ’２－ｆ’１）＝ｆ’１が印加される。
なお、本実施例の機構は一例であり、その他同様の機構を用いても実現可能である。

（実施例７）
図１２及び図１３は、本実施例の光ファイバ入出力装置において、押圧力を調整するための機構を説明する図である。図１２は、図９（Ａ）や（Ｂ）の光ファイバ心線の場合であり、図１３は、図９（Ｃ）のチューブ心線の場合である。本光ファイバ入出力装置は、ベース１７に第１治具１１が固定され、レバー１８とローラー２１が付くＬ字型治具２５が支点１９を介して接続される。ストッパー２０もベース１７に固定される。

第２治具１２及び第３冶具１６は、たとえばガイドレールなどによってＹ方向へのみ移動する。第３治具１６と第４治具２２とはバネ２３で連結されている。
図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）の状態からレバー１８を倒すことでＬ字型冶具２５が支点１９を中心として回転し、ローラー２１と接している第４冶具２２がＹ軸プラス方向へ移動する。それに連動して第３冶具１６と第２冶具１２が第１冶具へ近接して間隔Ｓが小さくなる。間隔ＳがＳ’となるとストッパー２０によりＬ字型冶具２５の回転が制止される（図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）の状態）。このとき、図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）の状態から図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）の状態へ遷移中にバネ２３は縮むことになる。

図１３のチューブ心線の場合は、図１３（Ｂ）の状態で曲げが形成されて光入出力手段５１との間で光の送受信ができるが、図１２の光ファイバ心線の場合は、図１２（Ｂ）の状態での曲げの形成は不完全である。図１２の光ファイバ心線の場合は、図１２（Ｂ）の状態からさらにバネ２３が伸びる力を使って第１治具１１と第２治具１２とをさらに近接させる（図１２（Ｃ）の状態）。

（効果）
本実施形態の光ファイバ側方出力装置は、第１治具１１の形状、第２治具１２のガイド溝２４の形状及び光ファイバ心線１００に対する押圧力を調整することで、光ファイバ心線１００の外径によらず、高い結合効率を実現することができる。

１１：第１治具
１２：第２治具
１３：心線ガイド
１４：押圧部
１５：バネ
１６：第３治具
１７：ベース
１８：レバー
１９：支点
２０：ストッパー
２１：ローラー
２２：凹部
２３：凸部
２４：ガイド溝
２５：Ｌ字型治具
２６：第４治具
２７：バネ
５１：光入出力手段
１００：光ファイバ心線

Claims

光ファイバ心線の長手方向に湾曲する凹部、及び曲げが与えられた前記光ファイバ心線に対して光を入射し、前記光ファイバ心線から漏洩する光を受光する光入出力手段を有する第１治具と、
前記光ファイバ心線の長手方向に湾曲し、前記第１治具の凹部との間で前記光ファイバ心線を挟み込む凸部、及び前記凸部上で前記光ファイバ心線が填まるガイド溝を有する第２治具と、
前記第１治具の凹部と前記第２治具の凸部とが近づく方向に押圧力を印加し、前記光ファイバ心線に曲げを形成する押圧部と、
を備え、
前記第１治具の前記凹部の曲率半径をＲ１、中心角をθ１、前記第２治具の前記凸部の曲率半径をＲ２、中心角をθ２とするとＲ２≦Ｒ１かつθ２≦θ１であり、
前記押圧部は、前記押圧力を調整する調整機能を有し、
前記調整機能は、前記光ファイバ心線に曲げを形成したときの前記凹部の頂点と前記凸部の頂点との距離Ｓに基づいて前記押圧力を変化させることを特徴とする光ファイバ側方入出力装置。
Ｒ１－０．１２５＜Ｒ２≦Ｒ１（ｍｍ）であ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。