JP7434027B2

JP7434027B2 - 複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法

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Publication number: JP7434027B2
Application number: JP2020061296A
Authority: JP
Inventors: 正典高橋; 隆一杉崎; 昌義塚本
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2021162624A

Description

本発明は、複数の光ファイバ心線と、マルチコアファイバとが接続されたファイバの接続構造及び複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法に関するものである。

近年の光通信におけるトラフィックの急増により、現状で用いられているシングルコアの光ファイバにおいて伝送容量の限界が近づいている。そこで、さらに通信容量を拡大する手段として、一つのファイバに複数のコアが形成されたマルチコアファイバが提案されている。

マルチコアファイバが伝送路として用いられた場合、このマルチコアファイバの各コア部は、他のマルチコアファイバの対応するコア部や、それぞれ別の光ファイバや光素子等と接続されて伝送信号を送受する必要がある。すなわち、マルチコアファイバを、複数のシングルコアファイバと接続するファンナウトが必要となる。

このようなマルチコアファイバとシングルコアファイバとを接続する方法として、複数のシングルコアファイバをキャピラリに挿通して所定の配置とし、シングルコアファイバをキャピラリに固定してマルチコアファイバと接続する方法が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１７－１６７２９９号公報

このようなマルチコアファイバとシングルコアファイバとの接続は、マルチコア・エルビウム添加・ファイバ増幅器（ＭＣ－ＥＤＦＡ：ＭｕｌｔｉＣｏｒｅＥｒｂｉｕｍ－ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）にも用いられる。この場合、高出力の環境下でも使用可能なマルチコアファイバのファンナウトが必要となる。例えば、このような高出力化では、ファイバが高温となるため、高温にも耐え得るマルチコアファイバのファンナウトが望まれる。

しかし、通常、複数のシングルコアファイバをバンドル化する際には接着剤が用いられるため、熱によって接着剤が軟化し、コアピッチが変動する恐れがある。また、シングルコアファイバとマルチコアファイバとを融着によって接続したとしても、シングルコアファイバ同士を一体化する接着剤が接続部近傍に残っていると、接着剤が炭化し、接続損失の増大の要因となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、高出力環境下でも使用することが可能なファイバの接続構造及び、複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために本発明は、複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法であって、複数の光ファイバ心線を束ねて仮固定する工程と、前記複数の光ファイバ心線同士の長手方向の一部を融着して一体化する工程と、前記複数の光ファイバ心線同士の融着部を切断する工程と、前記複数の光ファイバ心線の前記融着部側の端部とマルチコアファイバとを対向させて融着接続する工程と、を具備し、前記複数の光ファイバ心線同士の融着部における、前記複数の光ファイバ心線の長手方向に垂直な断面において、前記複数の光ファイバ心線同士を整列させた際の互いの接触部近傍が融着されており、前記複数の光ファイバ心線同士の間には、空隙が残っており、前記複数の光ファイバ心線同士が融着して一体化されている長さが、２ｍｍ以上であることを特徴とする複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法である。

前記複数の光ファイバ心線同士の融着をフィラメント型ヒータにより行い、前記複数の光ファイバ心線と前記マルチコアファイバの融着をアークにより行うことが望ましい。

前記複数の光ファイバ心線の前記仮固定を２カ所で行い、２カ所の前記仮固定の位置の間において、前記複数の光ファイバ心線同士を融着して一体化することが望ましい。

本発明によれば、光ファイバ心線同士を一体化して光ファイバ心線束を形成する際に、光ファイバ心線同士を接着せずに融着させるため、マルチコアファイバとの接続部近傍における接着剤の存在をなくすことができる。このため、高出力化において、接着剤の存在による影響を受けることがないファイバの接続構造を得ることができる。
また、複数の光ファイバ心線同士の融着部において、光ファイバ心線同士が完全に一体化されていなければ、複数の光ファイバ心線の長手方向に垂直な断面において、複数の光ファイバ心線同士の間に空隙を残すことになる。このように、わずかに光ファイバ心線同士が融着されていれば、光ファイバ心線のコア同士のピッチを、光ファイバ心線のクラッド径と略一致させることができる。
また、このように光ファイバ心線同士の融着を、光ファイバ心線の表面の極一部のみとすることで、前述したような、マルチコアファイバと光ファイバ心線との光接続のための融着部との区別が容易である。

また、光ファイバ心線同士を一体化するための融着長さを２ｍｍ以上に形成することで、その後の切断作業が容易である。

また、仮固定を２カ所で行い、仮固定位置の間において複数の光ファイバ心線同士を融着して一体化することで、確実に光ファイバ心線同士を接触させた状態で融着することができる。

本発明によれば、高出力環境下でも使用することが可能なファイバの接続構造及び、複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法を提供することができる。

ファイバ接続構造１を示す図。（ａ）は、図１のＡ－Ａ線断面図、（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ線断面図、（ｃ）は、図１のＣ－Ｃ線断面図。（ａ）は光ファイバ心線５を固定部材１９によって束ねた状態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ線断面図、（ｃ）は、他の固定部材１９ａを用いた状態を示す断面図。（ａ）は光ファイバ心線５同士を融着した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のＥ－Ｅ線断面図、（ｃ）、（ｄ）は（ｂ）の他の実施形態を示す図。光ファイバ心線５の切断工程を示す図。光ファイバ心線５とマルチコアファイバ３の融着工程を示す図。

以下、ファイバ接続構造１について説明する。図１はファイバ接続構造１の側面図、図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１のＢ－Ｂ線断面図、図２（ｃ）は図１のＣ－Ｃ線断面図である。

ファイバ接続構造１は、マルチコアファイバ３と、光ファイバ心線束９との接続構造である。光ファイバ心線束９は、複数の光ファイバ心線５が一体化されて構成される。ファイバ接続構造１において、マルチコアファイバ３と光ファイバ心線束９とは融着部７ｂで融着される。なお、マルチコアファイバ３および光ファイバ心線５は例えば石英ガラス製である。

図２（ａ）に示すように、マルチコアファイバ３は、複数のコア１１が所定の間隔で配置され、周囲をクラッド１３で覆われたファイバである。図示した例では、４つのコア１１が正方形の各頂点の位置に配置される。すなわち、隣り合うコア１１同士のピッチは略同一である。

なお、コア１１の配置は、図示したような多角形の各頂点位置に配置されてもよく、格子状（例えば、ｎ段×ｍ列）であってもよく、最密配置（例えば、中心のコアの周囲に６つのコアが配置）であってもよく、円環状（同一円周上に所定の間隔）であってもよい。すなわち、本実施形態では、コア１１の個数や配置は限定されない。コアの数は例えば、４、７、８、１２、１９等、周知の個数をとることができる。なお、マルチコアファイバ３としては、例えば、クラッド径が８０～３００μｍ、コアピッチが２０～５０μｍのものを好適に使用することができる。

光ファイバ心線束９は、同一径の４本の光ファイバ心線が接合されて構成される。図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、４本の光ファイバ心線５が、略正方配置される。したがって、隣り合う光ファイバ心線５のコア１５は全て等間隔で配置される。また、隣り合う光ファイバ心線５のコア１５のピッチは、略クラッド１７の径と等しくなる。

また、光ファイバ心線束９は、マルチコアファイバ３との接続部から所定の長さの範囲において、複数の光ファイバ心線５同士が融着部７ａで融着される。例えば、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３との接続部から１ｍｍ以上の範囲において、融着部７ａによって光ファイバ心線５同士が融着する。

なお、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３との接続部とは、接続構造の軸方向に対して、融着部７ｂの略中央であって、マルチコアファイバ３と複数の光ファイバ心線５との略界面の位置とする。

図２（ｃ）に示すように、光ファイバ心線５同士の融着部７ａは、隣り合う光ファイバ心線５同士の接触部の極一部のみが融着する。すなわち、融着部７ａにおける光ファイバ心線束９の長手方向に垂直な断面において、複数の光ファイバ心線５同士を整列させた際の互いの接触部近傍のみが融着されており、複数の光ファイバ心線５同士の間には、空隙が残った状態である。

このように、融着部７ａでは、融着部７ａ以外に部位における光ファイバ心線５の外形を略認識可能である。このため、融着部７ｂ以外の位置において、光ファイバ心線５同士が接触した状態（図２（ｂ））でのコア１５のピッチや配置と比較して、融着部７ｂにおけるコア１５のピッチや配置は略同一である。なお、コア１５の個数と配置は、マルチコアファイバ３のコア１１の個数と配置に対応する。

このように、ファイバ接続構造１では、接着剤を使用せずに、マルチコアファイバ３と光ファイバ心線束９とが融着部７ｂで融着される。また、光ファイバ心線束９において、接着剤を使用せずに光ファイバ心線５同士が融着部７ａで融着される。このため、それぞれの接合部に接着剤が不要である。すなわち、ファイバ接続構造１においては、複数の光ファイバ心線５同士の融着部７ｂから、複数の光ファイバ心線５とマルチコアファイバ３との接続部までの範囲において、接着剤は使用されていない。

このように、マルチコアファイバ３と光ファイバ心線束９との接続部近傍に接着剤が存在しないため、融着時や使用時におけるコア１５の位置変動や、接着剤の炭化による損失増大を抑制することができる。

次に、複数の光ファイバ心線５とマルチコアファイバ３との接続方法について説明する。図３（ａ）は、光ファイバ心線５を束ねて仮固定した状態を示す側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＤ－Ｄ線断面図である。

まず、複数の光ファイバ心線５（外周の樹脂被覆は剥離しておく）を束ねて、固定部材１９によって仮固定する。仮固定は、複数の光ファイバ心線５の２カ所で行われる。この際、固定部材１９同士の間隔を１０ｍｍ以上（例えば１５～２０ｍｍ程度）離した位置に配置する。なお、光ファイバ心線５同士を確実に接触させ、所定の形態で保持可能であれば、仮固定位置は１カ所でもよい。

なお、図３（ｂ）に示すように、固定部材１９は、光ファイバ心線５を束ねて、外周に巻き付けることが可能な、例えば繊維状のものが適用可能である。また、図５（ｃ）に示すように、光ファイバ心線５を所定の形態に積層させた状態で、上下左右から押さえ付けることが可能な固定部材１９ａを用いることもできる。また、固定部材としては、接着剤を用いてもよい。このように、光ファイバ心線５を所定の形態に保持することができれば、固定部材の形態は問わない。

次に、光ファイバ心線５同士を固定部材１９によって仮固定した状態で、仮固定位置の間において、複数の光ファイバ心線５同士を融着して一体化する。図４（ａ）は、光ファイバ心線５同士を融着した状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ－Ｅ線断面図である。なお、光ファイバ心線５同士が融着している範囲を融着部７ａとする。

ここで、複数の光ファイバ心線５同士が融着して一体化されている融着部７ａの長さ（図中Ｆ）は、２ｍｍ以上であることが望ましい。前述したように、一般的なアークによる融着では、融着部の長さは極めて短い。このため、このような長範囲における融着は、例えば、フィラメント型ヒータが用いられる。なお、光ファイバ心線５に対して相対的に電極を移動させながらアーク融着を行ってもよい。

また、前述したように、融着部７ａにおいては、光ファイバ心線５同士は、その接触部近傍の極わずかだけが融着される。したがって、融着部７ａにおけるコア１５のピッチは、クラッド１７の外径とほぼ一致する。

なお、図４（ｃ）に示すように、融着部７ａにおいて、光ファイバ心線５同士を完全に一体化してもよい。この場合には、融着前の接触状態と比較して、コア１５は、全体が中央に寄った形態となる。すなわち、隣り合うコア１５のピッチは、融着前の光ファイバ心線５のクラッド１７の外径よりも小さくなる。この場合には、コア１５の移動量を予め計算で求めておき、融着部７ａにおいて、所望のコアピッチとなるように、融着前の光ファイバ心線５の外径及び融着条件を設定しておけばよい。

また、図４（ｄ）に示すように、融着部７ａにおいて、光ファイバ心線５同士を部分的に溶融して一体化してもよい。すなわち、図４（ｄ）は、図４（ｂ）と図４（ｃ）の間の状態である。この場合も、コア１５の移動量を予め計算で求めておき、融着部７ａにおいて、所望のコアピッチとなるように、融着前の光ファイバ心線５の外径及び融着条件を設定しておけばよい。なお、前述したように、コア１５の移動量を極力小さくした図４（ｂ）が最も望ましい。

次に、複数の光ファイバ心線５同士の融着部７ａを切断する。図５は、複数の光ファイバ心線５同士の融着部７ａを、切断部２１で切断した状態を示す図である。融着部７ａは、例えばクリーバで切断される。なお、切断部２１は、融着部７ａの略中央に形成される。前述したように、融着部７ａを２ｍｍ以上の長さに形成することで、切断後の融着部７ａの長さを１ｍｍ以上確保することができる。

なお、切断時には、固定部材１９をつけたままでも良い。また、融着部７ａを形成した後、固定部材１９を外してもよい。以上により、先端部に融着部７ａが形成された光ファイバ心線束９が形成される。

次に、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３とを対向させて融着接続する。図６は、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３とを融着する状態を示す図である。なお、マルチコアファイバ３の端面と光ファイバ心線束９の端面は、予め研磨される。

光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３とを対向させて、電極２３の間に配置する。この際、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３との位置調整（コア調心）が行われる。例えば、マルチコアファイバ３の端面と光ファイバ心線束９の端面が対向して配置された状態で、少なくとも一方を回転装置付治具等で固定する。次いで、例えば、マルチコアファイバ３の各コアに、対向端面の反対側の端部より信号光を入力し、光ファイバ心線５の対向端面の反対側から出力された信号光を受信させる。

この状態で、光ファイバ心線束９（あるいはマルチコアファイバ３）の位置調整および回転調整を行い、その光信号出力が最大になった位置で治具を固定し、電極２３の間にアークを発生させて、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３双方のファイバを融着接続させる。なお、光ファイバ心線束９とマルチコアファイバ３との位置調整は、側方から光を照射し、透過光や外形からコアの位置を判定することで、互いのコアを調心しても良い。

以上により、マルチコアファイバ３の各コア１１と光ファイバ心線５の各コア１５とが光接続されたファイバ接続構造１を得ることができる。

以上、本実施形態によれば、マルチコアファイバ３と複数の光ファイバ心線５（光ファイバ心線束９）との接続部近傍において、接着剤が用いられてないため、接着剤の存在による悪影響を抑制することができる。このため、ファイバ接続構造１は、例えば２００ｍＷ以上などの高出力環境下でも使用することが可能である。

また、融着部７ａを所定の長さ以上に形成することで、確実に融着部７ａに切断部２１を形成することができる。

また、融着部７ａにおいて、光ファイバ心線５同士の融着を、ごくわずかにして、光ファイバ心線５の外形が略残った状態とすることで、コア１５の配置やピッチの制御が容易である。

なお、本実施形態では、キャピラリを用いなかったが、キャピラリを用いてもよい。例えば、図３（ａ）において、固定部材１９の間にキャピラリを配置すればよい。

この場合には、まず、キャピラリの内部において、光ファイバ心線５同士を接触させる。また、少なくとも１本の光ファイバ心線５を、キャピラリの内面と接触させておく。この状態で融着部７ａを形成することで、光ファイバ心線５同士の融着と共に、少なくとも一部の光ファイバ心線５とキャピラリとが、その一部（光ファイバ心線５とキャピラリ内面との接触部の極一部）で融着される。

この状態で、キャピラリごと融着部７ａを切断することで、光ファイバ心線束を形成することができる。この際、キャピラリと光ファイバ心線５との接合に接着剤が用いられない。また、キャピラリの内径を複数の光ファイバ心線５の外接円よりも十分に大きくして、光ファイバ心線５の挿入性を高めることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………ファイバ接続構造
３………マルチコアファイバ
５………光ファイバ心線
７ａ、７ｂ………融着部
９………光ファイバ心線束
１１、１５………コア
１３、１７………クラッド
１９、１９ａ………固定部材
２１………切断部
２３………電極

Claims

複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法であって、
複数の光ファイバ心線を束ねて仮固定する工程と、
前記複数の光ファイバ心線同士の長手方向の一部を融着して一体化する工程と、
前記複数の光ファイバ心線同士の融着部を切断する工程と、
前記複数の光ファイバ心線の前記融着部側の端部とマルチコアファイバとを対向させて融着接続する工程と、
を具備し、
前記複数の光ファイバ心線同士の融着部における、前記複数の光ファイバ心線の長手方向に垂直な断面において、前記複数の光ファイバ心線同士を整列させた際の互いの接触部近傍が融着されており、前記複数の光ファイバ心線同士の間には、空隙が残っており、
前記複数の光ファイバ心線同士が融着して一体化されている長さが、２ｍｍ以上であることを特徴とする複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法。
前記複数の光ファイバ心線同士の融着をフィラメント型ヒータにより行い、前記複数の光ファイバ心線と前記マルチコアファイバの融着をアークにより行うことを特徴とする請求項１記載の複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法。
前記複数の光ファイバ心線の前記仮固定を２カ所で行い、２カ所の前記仮固定の位置の間において、前記複数の光ファイバ心線同士を融着して一体化することを特徴とする請求項１記載の複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法。
前記仮固定を、前記複数の光ファイバ心線を所定の形態に積層させた状態で、上下左右から押さえつけることが可能な固定部材を用いて行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の複数の光ファイバ心線とマルチコアファイバとの接続方法。