JP7191812B2

JP7191812B2 - 光ファイバの融着接続装置及び融着接続方法

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Publication number: JP7191812B2
Application number: JP2019235945A
Authority: JP
Inventors: 英憲高橋; 大樹相馬; 翔平別府; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Research Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2022-12-19
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP2021105646A

Description

本発明は、複数のコアを有する光ファイバの融着接続を行う融着接続装置及び融着接続方法に関するものである。

複数のコアを有する光ファイバを融着接続する場合、接続対象の一方の光ファイバの端面と他方の光ファイバの端面との間でコアの位置合わせ（調心）を行う必要がある。このような調心技術として、一方の光ファイバのコアに当該光ファイバの終端から光を入力し、他方の光ファイバのコアの終端から出力される光のパワーを測定し、その測定結果に基づいてコアの位置合わせを行う能動調心（アクティブ調心）がある（例えば、特許文献１）。能動調心は、接続対象の光ファイバをその中心軸を回転軸として相対的に回転させた際に、接続対象の光ファイバのコア同士の位置が一致すると光パワーが極大となることに基づいて行われる。

特開２０１３－５４１１６号公報

上述の能動調心では、接続対象の光ファイバ間における実際の光の伝搬状況を確認しながらコアの位置合わせを行うことが可能であり、適切な調心を実現することが期待できる。しかし、能動調心では、多くの場合、光パワーを測定する場所（光ファイバの終端点）が、光ファイバを接続する場所（例えば、敷設済みの光ファイバに対して接続を行う場合には電柱の上等の場所）から遠く離れている。この場合、光ファイバの終端点に測定機器を配置して光パワーを測定することは、光ファイバの接続を行う場所における作業には適さないため現実的ではない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、光ファイバの融着接続を行う位置から離れた位置に測定機器を配置することなく、接続対象の光ファイバの調心及び融着接続を行うための技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様の係る融着接続装置は、複数のコアを有する光ファイバの融着接続を行う融着接続装置であって、第１光ファイバの端面と第２光ファイバの端面とが対向し、かつ、前記第１光ファイバの側方から前記第１光ファイバのコア内に光が入射可能になるよう前記第１光ファイバが曲げられた状態で、かつ、前記第２光ファイバが、前記第１光ファイバの前記端面の中心と前記第２光ファイバの前記端面の中心とを通る軸に対して、前記第２光ファイバにおけるコアとクラッドとの間の臨界角を超えない角度で曲げられた状態で、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを保持する保持手段と、前記第１光ファイバにおける曲げられている部分の側方から、前記第２光ファイバの方向へ伝搬する光を前記第１光ファイバに入力する光入力手段と、前記光入力手段によって前記第１光ファイバに光が入力されている間に、前記第２光ファイバのクラッド内を伝搬して、前記第２光ファイバにおける曲げられている部分から出力される光のパワーを測定する測定手段と、前記測定手段によって測定される前記パワーに基づいて、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくとも一方を、光ファイバの中心軸を回転軸として回転させる回転制御を行うことで、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間でコアの位置合わせを行う制御手段と、前記位置合わせが行われた状態で、前記第１光ファイバの前記端面と前記第２光ファイバの前記端面との融着接続を行う接続手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバの融着接続を行う位置から離れた位置に測定機器を配置することなく、接続対象の光ファイバの調心及び融着接続を行うことが可能になる。

融着接続装置の構成例を示す図（実施例１）。２つの光ファイバのコアの位置関係の例を示す図。光ファイバの融着接続処理の手順を示すフローチャート。光ファイバから出力される光のパワーの測定例を示す図。融着接続装置の構成例を示す図（実施例２）。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一又は同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

［実施例１］
まず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施例１について説明する。

＜融着接続装置＞
図１は、本発明の実施例１に係る、複数のコアを有する光ファイバの融着接続を行う融着接続装置の構成例を示す図である。図１に示す融着接続装置は、第１光ファイバ（ＦＢ１）と第２光ファイバ（ＦＢ２）との融着接続を行う。本実施例では、ＦＢ１及びＦＢ２は、ファイバ断面内に複数のコアを有するマルチコアファイバ（ＭＣＦ）で構成される。

融着接続装置は、制御部１０、光入力部２０、測定部３０、及び調心接続部４０を備えている。制御部１０は、装置全体の動作を制御する。調心接続部４０は、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置合わせを行うために、ＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方を、光ファイバの中心軸を回転軸として回転させる調心機能を有する。調心接続部４０は更に、ＦＢ１の端面と、ＦＢ１の端面と対向して配置されたＦＢ２の端面との融着接続を行う接続機能を有する。

融着接続装置は、ＦＢ１及びＦＢ２の接続対象の端面同士が対向して配置された状態で、ＦＢ１に測定用の光を光源から入力し、ＦＢ１からＦＢ２に伝搬してＦＢ２から出力される光のパワーを測定する。更に、融着接続装置は、光パワーの測定結果に基づいて、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置合わせ（即ち、能動調心）を行い、当該位置合わせが行われた状態で、ＦＢ１の端面とＦＢ２との端面との融着接続を行う。

融着接続装置は、作業者（ユーザ）によってセットされる、接続対象のＦＢ１及びＦＢ２を保持する保持部（図示せず）を備えている。この保持部は、図１に示すように、調心接続部４０による融着接続の対象となるＦＢ１の端面とＦＢ２の端面とが対向した状態で、ＦＢ１とＦＢ２とを保持する。本実施例では更に、保持部は、ＦＢ１の側方からＦＢ１のコア内に光が入射可能になるようＦＢ１が曲げられた状態で、ＦＢ１及びＦＢ２を保持する。

光入力部２０は、ＦＢ１に入力される測定用の光を出力する光源を含む。上述のように、ＦＢ１は、ＦＢ１の側方から照射された光がＦＢ１のコア内に入射可能となるように曲げられた状態で保持されている。具体的には、ＦＢ１は、ＦＢ１の端面の中心とＦＢ２の端面の中心を通る軸に対して所定の角度を超える角度で曲げられた状態で保持されている。この所定の角度は、ＦＢ１におけるコアとクラッドとの間の臨界角に定められる。これにより、ＦＢ１における曲げられている部分の側方からＦＢ１に光が照射された場合に、ＦＢ１のコア内に光が入射可能になる。

図１に示すように、本実施例の光入力部２０は、ＦＢ１における曲げられている部分の側方から、ＦＢ２の方向へ伝搬する光をＦＢ１に入力するように構成されている。ＦＢ１に入力された光は、ＦＢ１のコア内に入射して伝搬し、ＦＢ１の端面からＦＢ２の方向へ出射する。ＦＢ１の端面から出射した光は、対向して配置されているＦＢ２の端面からＦＢ２内（ＦＢ２のコア内又はクラッド内）に入射して伝搬する。

測定部３０は、ＦＢ２に設けられた光出力部３１から外部に出力される光のパワーを測定するように構成されている。測定部３０は、入射した光を電気に変換するための光電気変換素子を備えており、本実施例では一例としてフォトダイオード（ＰＤ）を備えている。測定部３０は、ＰＤからの出力信号に基づいて、ＰＤに入射した光のパワーを測定し、その測定結果を制御部１０へ出力する。

本実施例の融着接続装置において、ＦＢ２は、図１に示すように、ＦＢ１の端面の中心とＦＢ２の端面の中心を通る軸に対して、ＦＢ２におけるコアとクラッドとの間の臨界角を超えない角度で曲げられた状態で保持されている。これにより、光出力部３１に相当する、ＦＢ２における曲げられている部分から、ＦＢ２のコア内を伝搬する光を出力させずに、ＦＢ２のクラッド内を伝搬する光を外部に出力させることが可能になる。

なお、上述のようにＦＢ２の一部を曲げることなく光出力部３１を構成することも可能である。例えば、光出力部３１が設けられるＦＢ２の一部に、ＦＢ２のクラッドを伝搬する光を外部に出力するためのマッチングオイル又はガラス材が付着させられてもよい。この場合、光出力部３１を構成するマッチングオイル又はガラス材として、ＦＢ２のクラッドの屈折率に近い屈折率を有するものが採用される。これにより、光出力部３１から、ＦＢ２のコア内を伝搬する光を出力させずに、ＦＢ２のクラッド内を伝搬する光を外部に出力せることが可能になる。

本実施例において、測定部３０は、光入力部２０によってＦＢ１に光が入力されている間に、光出力部３１から出力される、ＦＢ２のクラッド内を伝搬する光のパワーを測定する。測定部３０によって測定される光パワーは、ＦＢ１の端面におけるコアの位置と、ＦＢ２の端面におけるコアの位置との間の相対的な位置関係に依存して変化する。

ここで、図２は、ＦＢ１とＦＢ２とのコアの位置関係の例を示す図である。図２（Ａ）に示すように、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置が一致していない場合、ＦＢ１の端面においてコアから出射した光は主にＦＢ２のクラッドに入射することになる。その結果、測定部３０によって測定される光パワーが増加する。一方、図２（Ｂ）に示すように、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置が一致した場合、ＦＢ１の端面においてコアから出射した光は主にＦＢ２のコアに入射することになる。その結果、ＦＢ１のコアから出射した光のうち、ＦＢ２のクラッドに漏洩する光のパワーが少なくなり、測定部３０によって測定される光パワーが減少する。

そこで、本実施例では、制御部１０は、ＦＢ１のコアを伝搬してＦＢ２のクラッドに漏洩する光のパワーの測定結果に基づいて、ＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方の回転制御を行うことで、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置合わせ（調心）を行う。具体的には、制御部１０は、光入力部２０からＦＢ１に光を入力させている間に、ＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方を回転させながら、ＦＢ２のクラッドを伝搬する光のパワーの測定値の変動をモニタリングする。更に、制御部１０は、測定部３０によって測定される光パワーが最小となるようにＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方の回転制御を行う。なお、このような光ファイバの回転制御によるコアの位置合わせが可能になるように、本実施例の融着接続装置（保持部）は、ＦＢ１の中心軸とＦＢ２の中心軸とが一致した状態で、ＦＢ１とＦＢ２とを保持している。

＜処理手順＞
図３は、融着接続装置において行われる光ファイバの融着接続処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下では、ＦＢ２の回転制御によりＦＢ１とＦＢ２との間でコアの調心を行う例について説明する。

まずＳ３１で、融着接続装置（保持部）は、作業者（ユーザ）によってセットされる、接続対象のＦＢ１及びＦＢ２を保持する。その際、保持部は、ＦＢ１の端面とＦＢ２の端面とが対向し、かつ、ＦＢ１の側方からＦＢ１のコア内に光が入射可能になるようＦＢ１が曲げられた状態で、ＦＢ１及びＦＢ２を保持する。

次にＳ３２で、制御部１０は、光入力部２０の光源からＦＢ１に光が入力されるように光入力部２０を制御する。その後、Ｓ３３で、制御部１０は、調心接続部４０を用いてＦＢ２の回転制御を行いながら、ＦＢ２から出力される光のパワーの測定値を測定部３０から取得する。図４は、ＦＢ２から出力される光のパワーの測定例を示しており、横軸はＦＢ２の回転角θ、縦軸は光パワーの測定値Ｐに相当する。図４の例では、ＦＢ２の回転角θ＝θ_mである場合に、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置が一致し、ＦＢ２から出力される光のパワーの測定値Ｐが最小値Ｐ_mとなっている。

Ｓ３４で、制御部１０は、Ｓ３３において得られた測定値Ｐに基づいて、測定値Ｐが最小となるＦＢ２の回転角θ_mを特定する。更に、制御部１０は、ＦＢ２の回転角がθ_mとなるようにＦＢ２の回転制御を行うことで、ＦＢ１とＦＢ１との間でコアの位置合わせを行う。その後、Ｓ３５で、制御部１０は、Ｓ３４におけるコアの位置合わせが行われた状態で、ＦＢ１の端面とＦＢ２の端面との融着接続を行うよう、調心接続部４０を制御し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施例の融着接続装置は、ＦＢ１の端面とＦＢ２の端面とが対向し、かつ、ＦＢ１の側方からＦＢ１のコア内に光が入射可能になるようＦＢ１が曲げられた状態で、ＦＢ１とＦＢ２とを保持する。光入力部２０は、ＦＢ１における曲げられている部分の側方から、ＦＢ２の方向へ伝搬する光をＦＢ１に入力する。測定部３０は、光入力部２０によってＦＢ１に光が入力されている間に、ＦＢ２のクラッド内を伝搬する光のパワーを測定する。制御部１０は、測定部３０によって測定される光パワーに基づいて、調心接続部４０により、ＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方を光ファイバの中心軸を回転軸として回転させる回転制御を行うことで、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置合わせを行う。調心接続部４０は、コアの位置合わせが行われた状態で、ＦＢ１の端面とＦＢ２の端面との融着接続を行う。

本実施例によれば、接続対象の一方の光ファイバ（ＦＢ１）の終端から光を入力するのではなく、当該光ファイバの側方から光を入力する。更に、他方の光ファイバ（ＦＢ２）の終端から出力される光のパワーを測定するのではなく、当該光ファイバの側方から光を出力させてパワーの測定を行う。このため、光の入力を行う位置と光の出力及び測定を行う位置とを、光ファイバの融着接続を行う位置の近くに配置することが可能である。即ち、本実施例によれば、光ファイバの融着接続を行う位置から離れた位置に測定機器を配置することなく、接続対象の光ファイバの調心及び融着接続を行うことが可能になる。

［実施例２］
実施例２では、実施例１における測定部３０による光パワーの測定値の品質を高める例について説明する。以下では、実施例１と共通する部分については説明を省略する。

上述のように、制御部１０は、測定部３０による光パワーの測定値に基づいてＦＢ１及びＦＢ２の少なくとも一方の回転制御を行うことで、ＦＢ１とＦＢ２との間でコアの位置合わせを行う。しかし、測定部３０による測定対象となる、ＦＢ２のクラッドを伝搬する光には、ＦＢ１のコアから出力される光だけでなく、ＦＢ１のクラッドから出力される光が雑音成分として含まれうる。このため、ＦＢ１のクラッドを伝搬する光をできるだけ減衰させた状態で、測定部３０による測定が行われることが望ましい。

そこで、本実施例の融着接続装置には、図５に示すように、ＦＢ１において光入力部２０によって光が入力される位置と端面との間に、ＦＢ１のクラッドを伝搬する光を外部に出力するための光出力部５０が設けられてもよい。この光出力部５０には、例えば、ＦＢ１のクラッドを伝搬する光を外部に出力するための（ＦＢ２のクラッドの屈折率に近い屈折率を有する）マッチングオイル又はガラス材が付着させられる。

このようにして、ＦＢ１のクラッドを伝搬する光の少なくとも一部が光出力部５０から出力される。これにより、ＦＢ１のクラッドを伝搬してＦＢ２のクラッドに入射する光が減衰し、測定部３０による光パワーの測定値における信号対雑音比（ＳＮＲ）を高めることが可能になる。その結果、制御部１０による、測定部３０による光パワーの測定値に基づく、ＦＢ１とＦＢ２との間のコアの位置合わせの精度を高めることが可能になる。

また、ＦＢ２のクラッドを伝搬する光には、光入力部２０の光源からの光以外の外光が雑音成分として含まれうる。このため、本実施例の融着接続装置は、図５に示すように、このような雑音成分を低減するために、光入力部２０から出力される光を所定の変調方式で変調する変調部６０を更に備えてもよい。変調部６０は、例えば同期変調装置（ロックインアンプ）で構成されうる。この場合、測定部３０は、ＦＢ２のクラッド内を伝搬する光から、所定の変調方式で変調された光を検出し、当該検出した光のパワーを測定する。これにより、測定部３０による光パワーの測定値におけるＳＮＲを更に高めることが可能になる。その結果、制御部１０による、測定部３０による光パワーの測定値に基づく、ＦＢ１とＦＢ２との間のコアの位置合わせの精度を高めることが可能になる。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１０：制御部、２０：光入力部、３０：測定部、３１：光出力部、４０：調心接続部、５０：光出力部、６０：変調部

Claims

複数のコアを有する光ファイバの融着接続を行う融着接続装置であって、
第１光ファイバの端面と第２光ファイバの端面とが対向し、かつ、前記第１光ファイバの側方から前記第１光ファイバのコア内に光が入射可能になるよう前記第１光ファイバが曲げられた状態で、かつ、前記第２光ファイバが、前記第１光ファイバの前記端面の中心と前記第２光ファイバの前記端面の中心とを通る軸に対して、前記第２光ファイバにおけるコアとクラッドとの間の臨界角を超えない角度で曲げられた状態で、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを保持する保持手段と、
前記第１光ファイバにおける曲げられている部分の側方から、前記第２光ファイバの方向へ伝搬する光を前記第１光ファイバに入力する光入力手段と、
前記光入力手段によって前記第１光ファイバに光が入力されている間に、前記第２光ファイバのクラッド内を伝搬して、前記第２光ファイバにおける曲げられている部分から出力される光のパワーを測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定される前記パワーに基づいて、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくとも一方を、光ファイバの中心軸を回転軸として回転させる回転制御を行うことで、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間でコアの位置合わせを行う制御手段と、
前記位置合わせが行われた状態で、前記第１光ファイバの前記端面と前記第２光ファイバの前記端面との融着接続を行う接続手段と、
を備えることを特徴とする融着接続装置。
前記保持手段は、前記第１光ファイバの中心軸と前記第２光ファイバの中心軸とが一致した状態で、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを保持する
ことを特徴とする請求項１に記載の融着接続装置。
前記保持手段は、前記第１光ファイバの前記端面の中心と前記第２光ファイバの前記端面の中心とを通る軸に対して所定の角度を超える角度で前記第１光ファイバが曲げられた状態で、前記第１光ファイバを保持する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の融着接続装置。
前記所定の角度は、前記第１光ファイバにおけるコアとクラッドとの間の臨界角である
ことを特徴とする請求項３に記載の融着接続装置。
前記制御手段は、前記測定手段によって測定される前記パワーが最小になるように前記回転制御を行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の融着接続装置。
前記第１光ファイバにおいて前記光入力手段によって光が入力される位置と前記端面との間に、前記第１光ファイバのクラッドを伝搬する光を外部に出力するためのマッチングオイル又はガラス材が付着させられている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の融着接続装置。
前記光入力手段から出力される光を所定の変調方式で変調する変調手段を更に備え、
前記測定手段は、前記第２光ファイバのクラッド内を伝搬する光から前記所定の変調方式で変調された光を検出し、当該検出した光のパワーを測定する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の融着接続装置。
複数のコアを有する光ファイバの融着接続方法であって、
第１光ファイバの端面と第２光ファイバの端面とが対向し、かつ、前記第１光ファイバの側方から前記第１光ファイバのコア内に光が入射可能になるよう前記第１光ファイバが曲げられた状態で、かつ、前記第２光ファイバが、前記第１光ファイバの前記端面の中心と前記第２光ファイバの前記端面の中心とを通る軸に対して、前記第２光ファイバにおけるコアとクラッドとの間の臨界角を超えない角度で曲げられた状態で、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを保持する工程と、
前記第１光ファイバにおける曲げられている部分の側方から、前記第２光ファイバの方向へ伝搬する光を前記第１光ファイバに入力する工程と、
前記第１光ファイバに光が入力されている間に、前記第２光ファイバのクラッド内を伝搬して、前記第２光ファイバにおける曲げられている部分から出力される光のパワーを測定する工程と、
前記測定されるパワーに基づいて、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくとも一方を、光ファイバの中心軸を回転軸として回転させる回転制御を行うことで、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間でコアの位置合わせを行う工程と、
前記位置合わせが行われた状態で、前記第１光ファイバの前記端面と前記第２光ファイバの前記端面との融着接続を行う工程と、
を含むことを特徴とする融着接続方法。