JP7308120B2 - 光ファイバカプラ - Google Patents

Description

本発明は、複数の光ファイバ間において、光の分離及び結合を行う光ファイバカプラに関する。

一般に、光ファイバカプラを製造する場合、複数の光ファイバそれぞれの中途部を加熱し、光ファイバのクラッドを溶融させ、各中途部を延伸接合させてカプラ部を形成する。カプラ部は、例えば基板の溝に挿入され、接着剤によって溝の内側に固定される（例えば特許文献１参照）。

特許文献１によれば、５Ｍｐａ以上の引張剪断接着強度を有する接着剤を使用した場合、光ファイバカプラを通過する光の挿入損失の変動量を抑制することができる。

特開２００５－１８１８９９号公報

しかし、前記光ファイバカプラは、光の挿入損失の変動量以外の要素を考慮していない。

本発明に係る光ファイバカプラは斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カプラ部を通過する光における偏光状態の変動を抑制させることにある。

本発明に係る光ファイバカプラは、溝を有する基板と、前記溝に挿入され、複数の光ファイバそれぞれの中途部を接合させたカプラ部と、前記溝の内側に配置された接着剤とを備える光ファイバカプラであって、前記光ファイバは、ガラス部と、該ガラス部を覆う被覆部とを有し、前記被覆部を除去した各光ファイバのガラス部を接合させることによって前記カプラ部は構成されており、前記カプラ部の両端は前記接着剤によって前記溝に固定され、前記接着剤は、前記溝の内側にて、周方向における前記ガラス部及び被覆部の全体を覆い、前記接着剤のショアＤ硬度は１０～３５であり、前記複数の光ファイバはシングルモード光ファイバである。
本発明に係る光ファイバカプラにおいては、前記接着剤が接着する複数の光ファイバのガラス部は前記カプラ部よりも太い。

本発明に係る光ファイバカプラにおいては、前記接着剤の粘度は、５０００～１５０００ｍＰａ・ｓである。

本発明に係る光ファイバカプラにおいては、前記カプラ部を通過した光の方位角を経時的に測定した場合、５～７５℃の温度変化に対する前記方位角の変動幅の絶対値は１０度以下である。

本発明に係る光ファイバカプラにあっては、接着剤のショアＤ硬度を１０～３５に設定することによって、カプラ部を通過する光の偏光状態の変動を抑制させることができる。

光ファイバカプラを略示する断面図である。 基板及びカプラ部を略示する平面図である。 図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線を切断線とした略示断面図である。 偏光状態の温度依存性を測定する構成を略示するブロック図である。 楕円偏光した光がＺ方向に進行する場合におけるＸＹ面に投影された電場ベクトルの軌跡を略示する図である。 偏光測定器によって経時的に測定された方位角θを示すグラフである。 偏光測定器によって経時的に測定された楕円率角ηを示すグラフである。 測定開始時点の値を基準にした方位角θの変動値Δθを示すグラフである。 測定開始時点の値を基準にした楕円率角ηの変動値Δηを示すグラフである。

以下実施の形態に係る光ファイバカプラ１を図面に基づいて説明する。図１は、光ファイバカプラ１を略示する断面図、図２は、基板２及びカプラ部１３を略示する平面図、図３は、図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線を切断線とした略示断面図である。

光ファイバカプラ１は円柱状の基板２を備える。基板２の材質は、石英、インバー、コバール等が使用でき、本実施例では石英を使用している。基板２には、長手方向に沿った溝２ａが形成されている。溝２ａにはカプラ部１３が挿入されている。カプラ部１３は第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２によって構成されている。第１光ファイバ１１はコア１１ａと、該コア１１ａの周囲を覆うクラッド１１ｂと、該クラッド１１ｂの周囲を覆う被覆部１１ｃとを有する。第２光ファイバ１２はコア１２ａと、該コア１２ａの周囲を覆うクラッド１２ｂと、該クラッド１２ｂの周囲を覆う被覆部１２ｃとを有する。第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２の被覆部１１ｃ、１２ｃを除去した後、各クラッド１１ｂ、１２ｂをアルコール等で洗浄し、その後、第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２それぞれの中途部を加熱し、第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２のクラッド１１ｂ、１２ｂを溶融させ、各中途部を延伸接合させることによって、カプラ部１３は形成されている。なおカプラ部１３は三つ以上の光ファイバによって構成されていてもよい。

カプラ部１３において、第１光ファイバ１１を通過する光量と、第２光ファイバ１２を通過する光量との比率（分岐比）が所定比率になる。例えば、分岐比が５０：５０に設定されている場合、第１光ファイバ１１に導入された光の光量の５０％は、カプラ部１３にて第２光ファイバ１２に移動する。

溝２ａの二箇所に接着剤３がそれぞれ設けられている。接着剤３は、例えば可視光硬化型樹脂材又は紫外線硬化型樹脂材を含み、エポキシ系樹脂材又はアクリレート系樹脂材を含む。接着剤３は溝２ａの両端部に配されている。

硬化後の接着剤３のショアＤ硬度は、例えば１０～３５であり、好ましくは１５～３５である。ショアＤ硬度が１０未満の場合、環境温度が上昇した場合に接着剤３が柔らかくなり過ぎて、カプラ部１３が変形しやすくなる。ショアＤ硬度が３５を超過する場合、カプラ部１３の一部に応力が集中し易くなり、カプラ部１３に歪みが生じやすい。カプラ部１３に歪みが生じた場合、カプラ部１３を通過する光の偏光状態が変動し易くなる。

硬化前の接着剤３の粘度は、例えば、５０００～１５０００ｍＰａ・ｓである。粘度が５０００ｍＰａ・ｓよりも小さい場合、毛細管現象によって接着剤３が溝２ａ内に拡がり過ぎ、接着剤３がカプラ部１３に付着する面積が過大になる。一方、粘度が１５０００ｍＰａ・ｓよりも大きい場合、接着剤３が硬過ぎて溝２ａ内のカプラ部１３に塗布しにくい。

カプラ部１３の両端付近、換言すれば、カプラ部１３が第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２に分岐する部分は、溝２ａの両端部に配置されている。前述したように、溝２ａの両端部に、接着剤３がそれぞれ設けられている。接着剤３は、第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２の被覆部１１ｃ、１２ｃと、被覆部１１ｃ、１２ｃを除去した第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２のガラス部（カプラ部１３の両端付近であって第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２が細くなっていないクラッド１１ｂ、１２ｂ及びコア１１ａ、１２ａ）とを溝２ａに固定している。

カプラ部１３及び基板２は、金属部材によって構成された保護筒５に収納され、接着剤によって保護筒５に固定されている。保護筒５の材質は、ＳＵＳ、インバー、コバール等が使用できるが、実施例ではＳＵＳを使用している。保護筒５の両端部は封止部６によって封止されている。封止部６は、例えばシリコーン樹脂材を含む。第１光ファイバ１１及び第２光ファイバ１２は封止部６を貫通し、外向きに突出している。

硬化後の接着剤３のショアＤ硬度を３５以下に設定することによって、カプラ部１３を通過する光の温度変化に対する偏光状態の変動を抑制させることができる。図４は、偏光状態の温度依存性を測定する構成を略示するブロック図である。

光ファイバカプラ１は加熱／冷却装置２０に設けられている。加熱／冷却装置２０はペルチェ素子を備える。第１光ファイバ１１の一端部に光源２１が取り付けられており、他端部にパワーメータ２２が取り付けられている。パワーメータ２２は、カプラ部１３を通過した第１光ファイバ１１における光量を測定する。パワーメータ２２によって温度変化に対する光の挿入損失を測定することができる。

第２光ファイバ１２の一端部には何も取り付けられておらず、他端部には偏光測定器２３が取り付けられている。偏光測定器２３は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製の自由空間型偏光計「ＰＡＸ５７１０シリーズ」を用いることができ、実施例では、「ＰＡＮ５７１０ＩＲ－Ｔ」を用いた。偏光測定器２３によって、カプラ部１３を通過した光の温度変化に対する偏光状態の変動を測定することができる。

図５は、楕円偏光した光がＺ方向に進行する場合におけるＸＹ面に投影された電場ベクトルの軌跡を略示する図である。図５において、Ｘ軸及びＹ軸は直交する。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に直交し、紙面に垂直な方向に延びる。カプラ部１３を通過した光は楕円偏光して進行する。光がＺ軸方向に進行する場合、図５に示すように、ＸＹ面に投影された電場ベクトルの軌跡は楕円３０になる。なお楕円３０の長軸３１とＸ軸とのなす角度、即ち方位角をθとする。楕円３０と長軸３１との交点及び楕円３０と短軸３２との交点を結ぶ線分３３と、長軸３１とのなす角度、即ち楕円率角をηとする。

図６は、偏光測定器２３によって経時的に測定された方位角θを示すグラフ、図７は、偏光測定器２３によって経時的に測定された楕円率角ηを示すグラフである。図６及び図７において、グラフ５０は、ショアＤ硬度９０の接着剤３を使用した光ファイバカプラ１に対する測定結果を示す。グラフ５１は、ショアＤ硬度２０の接着剤３を使用した光ファイバカプラ１に対する測定結果を示す。グラフ５２及び５３は、ショアＤ硬度３２の接着剤３を使用した光ファイバカプラ１に対する測定結果を示す。

測定開始時点の温度は２５℃である。測定開始後、２５秒経過した時、加熱／冷却装置２０の温度を５℃に変更し、３００秒経過した時、加熱／冷却装置２０の温度を７５℃に変更し、５００秒経過した時、加熱／冷却装置２０の温度を２５℃に変更する。

図６及び図７のグラフ５０に示すように、ショアＤ硬度９０の接着剤３を使用した場合、温度変更後、方位角θ及び楕円率角ηは大きく変動する。一方、グラフ５１～５３に示すように、ショアＤ硬度２０又は３２の接着剤３を使用した場合、温度変更後でも方位角θ及び楕円率角ηはほとんど変動しない。

グラフ５１～５３における方位角θ及び楕円率角ηの変動幅について説明する。図８は、測定開始時点の値を基準にした方位角θの変動値Δθを示すグラフである。図８のグラフ５１に示すように、ショアＤ硬度２０の接着剤３を使用した場合、変動値Δθは、±１度の範囲内に存在する。図８のグラフ５２及び５３に示すように、変動値Δθは、－２～＋３度の範囲内に存在する。

図９は、測定開始時点の値を基準にした楕円率角ηの変動値Δηを示すグラフである。図９のグラフ５１に示すように、ショアＤ硬度２０の接着剤３を使用した場合、変動値Δηは、－４～２度の範囲内に存在する。図９のグラフ５２及び５３に示すように、変動値Δηは、±４度の範囲内に存在する。

このように、ショアＤ硬度３５以下の接着剤３を使用した場合、方位角θ及び楕円率角ηはほとんど変動しない。即ち、カプラ部１３を通過する光における温度変化に対する偏光状態の変動を抑制することができる。

また接着剤３の粘度を５０００～１５０００ｍＰａ・ｓに設定することによって、カプラ部１３の不要な箇所に接着剤３が付着することを防止し、また溝２ａ内のカプラ部１３に接着剤３を円滑に塗布することができる。そのため、光ファイバカプラ１の製造作業を円滑に実行することができる。

また、光ファイバカプラ１の特性として、方位角θ及び楕円率角ηの変動幅の絶対値は１０度以下に収まることが望ましく、好ましくは５度以下に収まることが望ましい。上述したように、方位角θの変動幅の絶対値は３度以下に収まっており、楕円率角ηの変動幅の絶対値は４度以下に収まっている。

光ファイバカプラ１は、偏光特性の安定性が要求される光干渉計に用いることができ、例えば、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を利用した装置に使用される。一般的に、前記装置には偏波コントローラが設けられている。前記装置を使用する場合、前記装置が設置された環境の温度に応じて、偏波コントローラを操作し、偏光具合を調整する。偏波コントローラが手動で駆動される場合、ユーザの操作が必要であるが、ユーザが操作を失念することがある。従来、温度が大きく変わっているにも拘わらず、ユーザが偏波コントローラを操作せず、偏光具合を調整しなかった場合、光ファイバカプラ１の偏光状態が変わっているので、前記装置の使用に不具合が生じていた。

実施の形態に係る光ファイバカプラ１にあっては、温度変化に対する方位角θ及び楕円率角ηの変動幅の絶対値は１０度以下に収まるので、一度偏光の調整を行えば、温度変化により偏光が変化して再調整する必要がなく、ユーザの利便性を向上させることができる。

５～７５℃の範囲で温度を変化させても、方位角θ及び楕円率角ηの変動幅の絶対値は１０度以下に収まる。即ち、通常使用すると想定される環境温度において、偏光状態の変動を抑制することができる。

本発明で使用される光ファイバとしては、波長帯が４４０～２２００ｎｍの光をシングルモードで伝送するものが選択され、クラッド径１２５μｍ及び被覆径２５０μｍの光ファイバが選択されることが一般的である。実施の形態では、上記光ファイバの一例として、コーニング製のＨＩ７８０を使用した。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１ 光ファイバカプラ
２ 基板
２ａ 溝
３ 接着剤
１１ 第１光ファイバ
１２ 第２光ファイバ
１３ カプラ部

Claims (1)

1. 溝を有する基板と、前記溝に挿入され、複数の光ファイバそれぞれの中途部を溶融延伸させ、接合させたカプラ部と、前記溝の内側に配置された接着剤とを備える光ファイバカプラであって、
   前記光ファイバは、ガラス部と、該ガラス部を覆う被覆部とを有し、
   前記被覆部を除去した各光ファイバのガラス部を接合させることによって前記カプラ部は構成されており、
   前記カプラ部の両端は前記接着剤によって前記溝に固定され、
   前記接着剤は、前記溝の内側にて、前記光ファイバの断面方向における前記ガラス部及び被覆部の全体を覆い、
   前記接着剤は、前記光ファイバの軸方向に離隔して、前記溝の両端部それぞれに配置され、
   前記溝の内側にて、前記溝の両端部それぞれに配置された前記接着剤の間に空間が形成され、
   前記接着剤のショアＤ硬度は１５～３５であり、
   前記複数の光ファイバは、シングルモード光ファイバ（ただし、偏波保持光ファイバを除く）である
   光ファイバカプラ。

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