JP7223382B1

JP7223382B1 - ピッチ変換器製造装置

Info

Publication number: JP7223382B1
Application number: JP2022019627A
Authority: JP
Inventors: 雄介藤井; 壮一小林
Original assignee: フォトニックサイエンステクノロジ株式会社
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2042-02-10
Also published as: JP2023117108A

Abstract

【課題】本開示では、小型のピッチ変換器を製造可能なピッチ変換器製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】本開示に係るピッチ変換器製造装置は、ジャケット管内に挿入された複数のダブルコア光ファイバ及び前記ジャケット管を加熱し、前記複数のダブルコア光ファイバを前記ジャケット管に溶着して光ファイバ母材を生成する溶着機構と、生成された前記光ファイバ母材を局所的に加熱して溶融し、溶融した前記光ファイバ母材を延伸する延伸機構と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、小型のピッチ変換器を製造する装置に関する。

複数の光ファイバをシリコン光回路に配線するためには、ＭＴコネクタピッチとシリコン光回路とのピッチ変換を行うマルチコア光ファイバを用いたピッチ変換器が必要になる。このピッチ変換器の製造工程では、光ファイバの延伸が行われる。

光ファイバの延伸技術として、マイクロヒータにより加熱をして光ファイバを延伸する手法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、少なくとも３本以上並列状態で近接された光ファイバを、マイクロヒータで均一に加熱させて融着処理することにより、ムラのない延伸状態にする。

しかし、特許文献１のように、マイクロヒータにより光ファイバを加熱して延伸する場合、マイクロヒータの加熱範囲より小さい範囲を局所的に加熱して延伸することは困難である。そのため、特許文献１では、延伸部が大きくなり、ピッチ変換器の小型化が難しいという問題があった。

特開２００５－０４３７９７

本開示は、上記の問題に鑑みてなされたもので、小型のピッチ変換器を製造可能なピッチ変換器製造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、本開示では、光ファイバ母材を生成する溶着工程と、光ファイバ母材を局所的に加熱して延伸する延伸工程とを行う。

具体的には、本開示に係るピッチ変換器製造装置は、
ジャケット管内に挿入された複数のダブルコア光ファイバ及び前記ジャケット管を加熱し、前記複数のダブルコア光ファイバを前記ジャケット管に溶着して光ファイバ母材を生成する溶着機構と、
生成された前記光ファイバ母材を局所的に加熱して溶融し、溶融した前記光ファイバ母材を延伸する延伸機構と、
を備える。

本開示によれば、小型のピッチ変換器を製造可能なピッチ変換器製造装置を提供することができる。

実施形態１に係るピッチ変換器製造装置の概略構成を説明する図である。実施形態１に係るジャケット管の断面及びダブルコア光ファイバの屈折率を説明する図である。実施形態１に係る溶着工程を説明する図である。実施形態１に係る延伸工程を説明する図である。実施形態１に係る延伸工程を説明する図である。実施形態１に係るアーク放電用電極の極性の例を示す図である。実施形態１に係る溶着工程及び延伸工程を説明する図である。実施形態１に係るピッチ変換器の一例を示す図である。

以下、本開示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、本開示は、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、本開示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。

本実施形態に係るピッチ変換器製造装置の概略構成を図１に示す。本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０は、溶着機構３１と、延伸機構３２と、切断機構３３と、を備える。本実施形態に係るピッチ変換器製造方法は、溶着機構３１が溶着工程を行い、延伸機構３２が延伸工程を行い、切断機構３３が切断工程を行う。以下、各工程について説明する。

（溶着工程）
溶着機構３１は、図１に示すように、ジャケット管２１内に挿入された複数のダブルコア光ファイバ２２及びジャケット管２１を加熱し、複数のダブルコア光ファイバ２２をジャケット管２１に溶着して光ファイバ母材２３を生成する。

ここで、ダブルコア光ファイバ２２が挿入されたジャケット管２１のｚ軸に垂直な断面（ｘｙ平面）を図２（ａ）に示す。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、ジャケット管２１の断面において、ダブルコア光ファイバ２２の断面がｘ軸方向に一列に並ぶようにジャケット管２１に４本のダブルコア光ファイバ２２を挿入する。

本開示では、各ダブルコア光ファイバ２２をジャケット管２１に溶着することで、光ファイバ母材２３を生成する。そのため、ジャケット管２１の外径は２ｍｍ以下であることが望ましい。また、ジャケット管２１のダブルコア光ファイバ２２を配置する複数の貫通孔の各内径は０．５ｍｍ以下であることが望ましい。

ダブルコア光ファイバ２２の屈折率について図２（ｂ）に示す。ダブルコア光ファイバ２２は、屈折率ｎ_１の第１のコア２２ａと、屈折率ｎ_２の第２のコア２２ｂと、屈折率ｎ_３のクラッド２２ｃとで構成される。第１のコア２２ａと第２のコア２２ｂとの比屈折率差は０．３３％以下であり、第２のコア２２ｂとクラッド２２ｃとの比屈折率差は１．５％以上であることが望ましい。このような比屈折率差のダブルコア光ファイバ２２を用いることにより、延伸された光ファイバ母材２３においては、第１のコア２２ａが光を閉じ込める力を失い、第２のコア２２ｂが光を閉じ込めることなる。つまり、延伸された光ファイバ母材２３内のダブルコア光ファイバ２２は、第２のコア２２ｂのシングルコアファイバとみなせる。また、第２のコア２２ｂとクラッド２２ｃの比屈折率差が１．５％以上であれば、基板端のＭＴコネクタからシリコン光回路結合用光ファイバへのピッチ変換損失を低減できる。

ジャケット管２１に挿入するダブルコア光ファイバ２２の本数及び配置は、本実施形態に限定されない。例えば、シリコン光回路におけるコアの配置やコネクタにおけるシングルコア光ファイバの配置に応じて、ジャケット管２１の断面において、ダブルコア光ファイバ２２の断面がｘ軸方向に４列かつｙ軸方向に２列等のｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ複数列あるように配置してもよい。

溶着機構３１の動作の一例を図３に示す。溶着機構３１は、４極のアーク放電用電極１１－１～１１－４を備える。なお、図３では、ｙｚ平面に含まれるアーク放電用電極１１－１及び１１－２のみを記載している。図３においては、ジャケット管２１の長軸方向をｚ軸とし、ｚ軸に垂直な方向をｙ軸とする。図３に示す断面図は、ジャケット管２１に挿入されたダブルコア光ファイバ２２の断面を含むｙｚ平面である。なお、以下、ｙ軸及びｚ軸に垂直な軸をｘ軸とする。

アーク放電用電極１１－１及び１１－２は、ｙ軸方向に沿ってジャケット管２１の両側に配置されている。アーク放電用電極１１－３及び１１－４は、ｘ軸方向に沿ってジャケット管２１の両側に配置されている。アーク放電用電極１１－１～１１－４は、ジャケット管２１の両側からアーク放電を行うことで、ダブルコア光ファイバ２２及びジャケット管２１を加熱する。

アーク放電用電極１１－１～１１－４は、後述するアーク放電用電極１２－１～１２－４のアーク放電ＡＤと同様のアーク放電ＡＤによりジャケット管２１及びダブルコア光ファイバ２２を加熱しながらｚ軸の負方向に移動し、ダブルコア光ファイバ２２をジャケット管２１に溶着する。アーク放電用電極１１－１～１１－４の移動速度（溶着速度）は１ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが望ましい。

溶着機構３１は、溶着度を上げるための機構としてハンドルチューブ１３を備えていてもよい。図３に示すように、ハンドルチューブ１３をジャケット管２１にかぶせ、ハンドルチューブ１３内を減圧する。これにより、ジャケット管２１とダブルコア光ファイバ２２との間に空気層が残らないため、低損失のピッチ変換器又はマルチコア光ファイバが実現可能となる。

（延伸工程）
延伸機構３２は、図１に示すように、生成された光ファイバ母材２３を局所的に加熱して溶融し、溶融した光ファイバ母材２３を延伸する。光ファイバ母材２３の断面図を図４に示す。図４に示す断面図は、光ファイバ母材２３に挿入されたダブルコア光ファイバ２２の断面を含むｙｚ平面である。本実施形態に係る延伸機構３２は、４極のアーク放電用電極１２－１～１２－４を備える。なお、図４では、ｙｚ平面に含まれるアーク放電用電極１２－１及び１２－２のみを記載している。

アーク放電用電極１２－１～１２－４は、光ファイバ母材２３の長軸方向に垂直な同一面上に配置されている。例えば、アーク放電用電極１２－１及び１２－２は、ｙ軸方向に沿って、光ファイバ母材２３の延伸部２４の両側に配置されている。アーク放電用電極１２－３及び１２－４は、ｘ軸方向に沿って、光ファイバ母材２３の延伸部２４の両側に配置されている。図４に示すように、アーク放電用電極１２－１～１２－４がアーク放電を行うことで、光ファイバ母材２３を局所的に加熱する。

延伸機構３２の動作の一例を図５に示す。延伸機構３２は、対向する電極同士又は隣り合う電極同士のアーク放電ＡＤを熱源として、光ファイバ母材２３の延伸部２４を加熱する。例えば、対向するアーク放電用電極１２－１及び１２－２の間で放電させるか、或いは対向するアーク放電用電極１２－３及び１２－４の間で放電させる。また、隣り合う放電用電極１２－１及び１２－３の間で放電させるか、或いは隣り合う放電用電極１２－４及び１２－２の間で放電させるか、或いは隣り合う放電用電極１２－２及び１２－３の間で放電させるか、或いは隣り合う放電用電極１２－３及び１２－１の間で放電させる。

アーク放電用電極１２－１～１２－４の直径Ｄは３ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、延伸部２４を長くすることなく、光ファイバ母材２３を延伸することができる。

延伸機構３２は、送出機構（不図示）をさらに備えてもよい。送出機構は、光ファイバ母材２３を送り方向（ｚ軸の正方向）に送り出す。図４のＶ_ｉｎは、送出機構が光ファイバ母材２３を送り出す送り速度である。送り速度Ｖ_ｉｎは、０．２ｍｍ／ｓｅｃ以下が望ましい。

延伸機構３２は、アーク放電用電極１２－１～１２－４のアーク放電ＡＤで加熱された光ファイバ母材２３を延伸方向（ｚ軸の正方向）に延伸する。図５に示す延伸方向と送り方向は同じ方向である。図４のＶ_ｏｕｔは、延伸機構３２が光ファイバ母材２３を延伸する延伸速度である。延伸速度Ｖ_ｏｕｔは、送り速度Ｖ_ｉｎに比べて速い。延伸速度Ｖ_ｏｕｔは、１５ｍｍ／ｓｅｃ以下が望ましい。延伸機構３２は、光ファイバ母材２３を所望の直径に延伸することができる。

アーク放電用電極１２－１～１２－４のそれぞれの極性の例を図６に示す。本実施形態に係るピッチ変換器製造装置は、アーク放電用電極１２－１～１２－４のそれぞれを図６（ａ）から（ｄ）のいずれかに示す極性にすることで、対向する電極同士又は隣り合う電極同士でアーク放電ＡＤを発生させる。そして、本実施形態に係るピッチ変換器製造装置は、発生したアーク放電ＡＤを延伸部２４に照射することにより、延伸部２４を加熱する。

また、本実施形態に係るピッチ変換器製造装置は、アーク放電用電極１２－１～１２－４のそれぞれの極性を、例えば、一定時間ごとに、図６（ａ）～（ｄ）に示す極性に順々に変化させることでアーク放電ＡＤの照射箇所を光ファイバ母材２３の周方向に沿って変えることができる。これにより、光ファイバ母材２３の延伸部２４を周方向に均等に加熱することができる。なお、アーク放電用電極１２－１～１２－４によるアーク放電ＡＤは直流でも交流でも可能である。具体的には、アーク放電用電極１２－１～１２－４への印可電圧は、約８００Ｖでグロー放電が起こり、次ぎにアーク放電ＡＤが起こる約３００Ｖに落ち着く。

本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０では、溶着工程を行って光ファイバ母材２３を完成させてから延伸工程を行う２段階構成も可能である。また、溶着工程と延伸工程を同時に行う事も可能である。溶着工程と延伸工程を同時に行う場合について図７を用いて説明する。

図７において、ダブルコア光ファイバ２２が挿入されたジャケット管２１に沿ってｚ軸の負方向にアーク放電用電極１１－１～１１－４を移動させながらダブルコア光ファイバ２２をジャケット管２１に溶着する。そして、溶着工程が完了する前に、ダブルコア光ファイバ２２がジャケット管２１に溶着されて光ファイバ母材２３となっている部分については、延伸工程を行う。そうすると、ダブルコア光ファイバ２２がジャケット管２１に溶着されていない部分については溶着工程を行い、それと同時に、光ファイバ母材２３となっている部分については延伸工程を行うことになる。この際、ジャケット管２１は、送り速度Ｖ_ｉｎでｚ軸の正方向に送り出されるので、アーク放電用電極１１－１～１１－４の移動速度は、送り速度Ｖ_ｉｎに合わせて調整する必要がある。

（切断工程）
本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０は、図１に示すように、光ファイバ母材２３をカットする切断機構３３を備えてもよい。切断機構３３が延伸工程後に図１のカット位置ＣＰ１及びＣＰ２で光ファイバ母材２３をカットすることによってピッチ変換器３０を製造することができる。なお、延伸された光ファイバ母材２３の長さによっては、図１の位置ＣＰ２で切断しなくてもよい。また、切断機構３３が延伸工程後に図１のカット位置ＣＰ２で光ファイバ母材２３を切断することにより複数のダブルコア光ファイバ２２で構成されるマルチコア光ファイバの製造を行うことも可能である。切断工程において、切断機構３３としてアーク放電用電極１１－１～１１－４又はアーク放電用電極１２－１～１２－４を用いてアーク放電ＡＤによりカットすると、時間の短縮になり、生産性を大幅に向上させることができる。

本開示のピッチ変換器３０では、ダブルコア光ファイバ２２を用いることより、ピッチ変換による光接続損失を低減することができる。また、前述したように、ジャケット管２１の外径が２ｍｍ以下、ダブルコア光ファイバ２２を配置する複数の貫通孔の各内径が０．５ｍｍ以下、アーク放電電極１１－１～１１－４の直径が３ｍｍ以下、溶着機構３１での溶着速度が１ｍｍ／ｓｅｃ以下とすれば、溶着機構３１におけるアーク放電ＡＤの炎が安定的となり、外径精度が高い光ファイバ母材２３を得る事ができる。

本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０によって製造されたピッチ変換器３０の一例を図８に示す。本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０では、光ファイバ母材２３を局所的に加熱することが可能な延伸機構３２を用いる。これにより、延伸部２４を短くすることができる。その結果、ピッチ変換器３０は、テーパ長ＴＬが短くなり、小型となる。

また、本実施形態に係るピッチ変換器製造装置１０は、溶着工程及び延伸工程を連続して、又は同時に行うことで、ピッチ変換器の製造効率及び歩留まりを向上することができる。

（実施例１）
実施形態１に係るピッチ変換器製造装置１０の実施例を説明する。図２（ａ）及び（ｂ）に示すダブルコア光ファイバ２２は、第１コア２２ａの屈折率がｎ_１でコア径が９μｍ、第２コア２２ｂの屈折率がｎ_２でコア径が２４μｍ、クラッド２２ｃの屈折率がｎ_３、外径が８２μｍとする。

第１コア２２ａと第２コア２２ｂの比屈折率差は、基板外からのＳＭＦ（シングルモードファイバ）と相性が良い（ｎ_１―ｎ_２）／ｎ_１＝０．２８％とする。第２コア２２ｂとクラッド２２ｃの比屈折率差は、光ファイバ母材２３を延伸する際に放射損失が生じないように、（ｎ_２―ｎ_３）／ｎ_２＝１．５％とする。

ジャケット管２１は石英ガラスであり、外径Φ_Bが１ｍｍであり、４個の貫通孔の内径が９２μｍでピッチ間隔１２５μｍで並んでいる。図３に示すように、４個の貫通孔にダブルコア光ファイバ２２が挿入されたジャケット管２１の外側からアーク放電用電極１１－１～１１－４のアーク放電ＡＤでジャケット管２１を１５００℃以上で加熱しながら、ｚ軸の負方向にアーク放電用電極１１－１～１１－４を移動する。その際、ダブルコア光ファイバ２２とジャケット管２１が密着するように、ジャケット管２１にハンドルチューブ１３を取り付けて１気圧（１０１３．２５ヘクトパスカル）以下でジャケット管２１とダブルコア光ファイバ２２の隙間を減圧して溶着する。

溶着後、図４に示すように光ファイバ母材２３をアーク放電用電極１２－１～１２－４により１５００℃以上で加熱して延伸する。延伸速度Ｖ_ｏｕｔは１０ｍｍ／ｓｅｃ、光ファイバ母材２３の送り速度Ｖ_ｉｎは０．１５ｍｍ／ｓｅｃであった。

以上の工程により延伸された光ファイバ母材２３は、外径Φ_Sが１２５μｍ、ダブルコア光ファイバ２２の第１コア径が１．１μｍ、第２コア径が３μｍ、コア間ピッチが１６μｍであった。

延伸後、光ファイバ母材２３を図１のカット位置ＣＰ１でカットして図８のピッチ変換器３０を製造した。本実施例で製造したピッチ変換器３０の寸法を測定したところ、図８に示すテーパ長ＴＬが１ｍｍ、光ファイバ長ＯＬが４００ｍｍ得られた。

上記実施形態では、光ファイバ母材２３を水平方向に延伸する構造の装置を例に説明したが鉛直方向に延伸する装置であってもよい。また、延伸機構３２は、光ファイバ母材２３を局所的に加熱可能な熱源であればよく、アーク放電用電極に限定されない。

本開示に係るピッチ変換器製造装置は、光通信産業に適用することができる。

１０：ピッチ変換器製造装置
１１、１２：アーク放電用電極
１３：ハンドルチューブ
２１：ジャケット管
２２：ダブルコア光ファイバ
２３：光ファイバ母材
３０：ピッチ変換器
３１：溶着機構
３２：延伸機構
３３：切断機構

Claims

石英ガラスのジャケット管内に挿入された複数の光ファイバ及び前記ジャケット管を、電極対を前記ジャケット管の長軸手方向に移動しながらアーク放電を用いて加熱することで、前記複数の光ファイバが前記ジャケット管に溶着された光ファイバ母材を生成する溶着機構と、
生成された前記光ファイバ母材の延伸部を、アーク放電を用いて局所的にテーパ状に延伸する延伸機構と、
を備えるピッチ変換器製造装置。
前記延伸機構は、前記光ファイバ母材の長軸方向に垂直な第１の方向に沿って両側から前記光ファイバ母材の前記延伸部を挟むように配置された第１の電極対と、前記長軸方向及び前記第１の方向のそれぞれに垂直な第２の方向に沿って両側から前記延伸部を挟むように配置された第２の電極対と、を備え、
前記第１の電極対及び前記第２の電極対の直径は３ｍｍ以下であり、
前記第１の電極対及び前記第２の電極対のうちの対向する電極同士又は隣り合う電極同士のアーク放電で前記延伸部を加熱して溶融する
ことを特徴とする請求項１に記載のピッチ変換器製造装置。
前記延伸機構は、前記第１の電極対及び前記第２の電極対の各電極の極性を一定時間毎に変化させ、
前記延伸の後に、前記延伸と同じ電極対を用いて、前記延伸された光ファイバ母材を切断する、
ことを特徴とする請求項２に記載のピッチ変換器製造装置。