JP7443968B2

JP7443968B2 - 光ファイバ融着接続方法および光ファイバ線路

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Publication number: JP7443968B2
Application number: JP2020121916A
Authority: JP
Inventors: 重博長能
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: JP2022018658A

Description

本発明は、光ファイバ融着接続方法および光ファイバ線路に関するものである。

光ファイバ線路は、信号伝送媒体だけでなく特定の機能を実現する光学デバイスとしても利用されており、一連長の光ファイバのみならず融着接続された複数の光ファイバにより構成される。これは、光ファイバ線路の構成要素として、光学特性、断面構造、ファイバ長等において異なる種々の光ファイバの組み合わせが可能なためである。一例として、光ファイバ線路を構成する光ファイバのいずれかに、グレーティングが形成された光ファイバが適用された場合、該グレーティングが形成された光ファイバ（ファイバグレーティング）は利得等化フィルタ（Gain-FlatteningFilter：ＧＦＦ）として機能し、光ファイバ線路全体が利得等化器（光学デバイス）となり得る。

具体的に、特許文献１および特許文献２には、上記ＧＦＦとしてスラント型ファイバグレーティング（Slanted Fiber Grating：ＳＦＧ）の製造例が記載されている。また、特許文献３には、１５μｍ以上のモードフィールド径（Mode Field Diameter：ＭＦＤ）を有する感光性光ファイバへのグレーティングの形成が記載されている。なお、本明細書において「ＭＦＤ」は、特に明記しない限り、波長１５５０μｍにおける「ＭＦＤ」である。

また、近年、ＳＦＧの高性能化を目的とした感光性光ファイバのＭＦＤ拡大により、感光性光ファイバのＭＦＤとピッグテイルとして使われる汎用のシングルモード光ファイバ（以下、「汎用ＳＭＦ」と記す）のＭＦＤ（例えば１０．５μｍ）との差が大きくなってきている。このような感光性光ファイバと汎用ＳＭＦとの融着接続のように、ＭＦＤの異なる光ファイバ間での融着接続は、融着ロスが増大する主因となっている。一方、融着ロスの増大を抑制するため、例えば特許文献４には、バーナーＴＥＣ（Thermally-diffusedExpanded Core fiber）加工により光ファイバ間におけるＭＦＤの差を解消し、融着ロスを０．１０ｄＢにまで低減させる技術が記載されている。なお、特許文献４によれば、熱歪みを解消するためのアニール工程を導入することにより、引張強度が高められることが報告されている。

特開２００３－００４９２６号公報ＷＯ２００３／０９３８８７号公報特開２００３－７５６４７号公報特開２００３－７５６７７号公報特開２０１０－１３４０３８号公報

日本機械学会論文集（A編）78巻791号（2012-7）（1056-1064）

発明者は、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、バーナーＴＥＣ加工にアニール工程を導入しても熱歪みを完全に解放することは難しく、バーナーＴＥＣ加工が施される長めの領域に対する被覆除去および洗浄に起因した「ガラスの強度低下」が避けられないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解消するためにされたものであり、光ファイバ間での高強度融着を可能にするための構造を有する光ファイバ融着接続方法、および、高強度融着された光ファイバを含む光ファイバ線路を提供することを目的としている。

本開示の光ファイバ融着接続方法は、第一光ファイバと第二光ファイバとを融着接続する方法であって、上述の課題を解決するため、第一光ファイバと第二光ファイバの用意、第一被覆の部分的除去、第一ガラスファイバへのＭＦＤ拡大領域の形成、第一リコート層となる樹脂の塗布、第一光ファイバの切断、第二被覆の部分的除去、第一ガラスファイバと第二ガラスファイバの融着接続、および、第二リコート層となる樹脂の塗布、を行う。具体的に、用意される第一光ファイバは、第一ガラスファイバと該第一ガラスファイバを覆う第一被覆とを含むとともに第一ＭＦＤを有する。第二光ファイバは、第二ガラスファイバと該第二ガラスファイバを覆う第二被覆とを含むとともに第一ＭＦＤよりも大きな第二ＭＦＤを有する。上記第一被覆の部分的除去では、第一被覆の一部を除去して、第一光ファイバのうち端面を含む第一ガラスファイバの一方の端部を露出させる。上記第一ガラスファイバへのＭＦＤ拡大領域の形成では、ＭＦＤ拡大領域となるべき所定長の領域を加熱して、第一ＭＦＤよりも拡大されたＭＦＤを有するＭＦＤ拡大領域を第一ガラスファイバの露出領域内に設ける。上記第一リコート層となる樹脂の塗布では、第一被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一ガラスファイバの露出領域に第一リコート層となる樹脂が塗布される。上記第一光ファイバの切断では、ＭＦＤ拡大領域を分割するように第一光ファイバが切断して、端面を含む第一ガラスファイバの一部を除去する。上記第二被覆の部分的除去では、第二被覆の一部を除去して、第二光ファイバのうち端面を含む第二ガラスファイバの一方の端部を露出させる。上記第一ガラスファイバと第二ガラスファイバの融着接続では、第一ガラスファイバの切断面と第二ガラスファイバの端面とが融着接続される。上記第二リコート層となる樹脂の塗布では、第二被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一リコート層、切断面から第一リコート層までの第一ガラスファイバの先端、および、第二ガラスファイバの露出領域に、第二リコート層となる樹脂が塗布される。

本開示によれば、光ファイバ線路を構成する光ファイバ間での高強度融着が可能になるとともに、高強度融着された光ファイバを含む光ファイバ線路が得られる。

一般的な光ファイバ融着接続方法の各工程（一般的な光ファイバ線路の製造工程）を説明するための図である。本開示の光ファイバ融着接続方法の各工程（本開示の光ファイバ線路の製造工程）を説明するための図である。

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

本開示の光ファイバ融着接続方法は、光ファイバ間での高強度融着を可能にする方法であり、これにより高強度融着された光ファイバを含む光ファイバ線路（本開示の光ファイバ線路）が得られる。

（１）本開示の光ファイバ融着接続方法は、第一光ファイバと第二光ファイバとを融着接続する方法であって、第一光ファイバと第二光ファイバの用意、第一被覆の部分的除去、第一ガラスファイバへのＭＦＤ拡大領域の形成、第一リコート層となる樹脂の塗布、第一光ファイバの切断、第二被覆の部分的除去、第一ガラスファイバと第二ガラスファイバの融着接続、および、第二リコート層となる樹脂の塗布、を行う。

用意される第一光ファイバは、第一ガラスファイバと該第一ガラスファイバを覆う第一被覆とを含むとともに第一ＭＦＤ（平均値）を有する。また、第二光ファイバは、第二ガラスファイバと該第二ガラスファイバを覆う第二被覆とを含むとともに第一ＭＦＤよりも大きな第二ＭＦＤ（平均値）を有する。

上記第一被覆の部分的除去では、第一被覆の一部が除去して、第一光ファイバのうち端面を含む第一ガラスファイバの一方の端部を露出させる。上記第一ガラスファイバへのＭＦＤ拡大領域の形成では、ＭＦＤ拡大領域となるべき所定長の領域を加熱して、第一ＭＦＤよりも拡大されたＭＦＤを有するＭＦＤ拡大領域を第一ガラスファイバの露出領域内に設ける。上記第一リコート層となる樹脂の塗布では、第一被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一ガラスファイバの露出領域に第一リコート層となる樹脂が塗布される。上記第一光ファイバの切断では、ＭＦＤ拡大領域を分割するように第一光ファイバを切断して、端面を含む第一ガラスファイバの一部を除去する。上記第二被覆の部分的除去では、第二被覆の一部を除去して、第二光ファイバのうち端面を含む第二ガラスファイバの一方の端部を露出させる。上記第一ガラスファイバと第二ガラスファイバの融着接続では、第一ガラスファイバの切断面と第二ガラスファイバの端面とが融着接続される。上記第二リコート層となる樹脂の塗布では、第二被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一リコート層、切断面から第一リコート層までの第一ガラスファイバの先端、および、第二ガラスファイバの露出領域に、第二リコート層となる樹脂が塗布される。

以上のように、第一光ファイバと第二光ファイバの融着接続の前後で、異なる製造工程でリコート層（第一リコート層、第二リコート層）を利用することにより、ＭＦＤ拡大領域のエッジ部（第一ガラスファイバのうち第一ＭＦＤを有する部分とＭＦＤ拡大領域との境界付近の低強度部位）など任意部位の保護が可能になるため、高強度融着された光ファイバを含む光線路が得られる。

（２）なお、本開示の一態様として、第一リコート層となる樹脂の塗布では、第一光ファイバの切断位置よりも残っている前記第一被覆側の一点まで前記第一リコート層となる樹脂が塗布されるのが好ましい。また、本開示の一態様として、第一リコート層となる樹脂の塗布では、第一光ファイバの切断位置よりも第一光ファイバの端面側の一点まで第一リコート層となる樹脂を塗布し、第一光ファイバが切断される前に、切断面から該切断面よりも第一被覆側の一点までの部分を除去することにより第一リコート層を得てもよい。

（３）本開示の一態様として、切断後の第一光ファイバにおいて、ＭＦＤ拡大領域の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのが好ましい。なお、ＭＦＤ拡大領域は、第一ＭＦＤよりも０．３μｍ以上拡大されたＭＦＤを有する領域として定義される。予め切断前の加熱領域を長く設定しておくことによりＭＦＤのファイバ長に対する変化量を小さく維持できる。この場合、所望のＭＦＤを得るための切断位置のトレランスは増大することになり、製造面においても有利となる。

（４）本開示の一態様として、第一リコート層は、ＭＦＤ拡大領域の一部まで設けられており、かつ、第二リコート層は、ＭＦＤ拡大領域を挟んで、第二ガラスファイバの露出領域から第一ガラスファイバの露出領域のうち第一ＭＦＤを有する部分まで設けられるのが好ましい。この場合、第一リコート層および第二リコート層の双方により、ＭＦＤ拡大領域におけるエッジ部のより安定した保護が可能になる。

（５）本開示の光ファイバ線路は、第一光ファイバと、該第一光ファイバに融着接続された第二光ファイバと、第一リコート層と、第二リコート層と、を備える。第一光ファイバは、第一ガラスファイバと該第一ガラスファイバを覆う第一被覆とを含むとともに第一ＭＦＤを有する。第二光ファイバは、第二ガラスファイバと第二ガラスファイバを覆う第二被覆とを含むとともに第一ＭＦＤよりも大きな第二ＭＦＤを有する。第一リコート層は、第一被覆の一部が除去された第一ガラスファイバの露出領域上に設けられた樹脂層であって、該第一被覆とは異なる屈折率または厚さを有する。第二リコート層は、第二被覆の一部が除去された第二ガラスファイバの露出領域と第一ガラスファイバの露出領域に跨って設けられた樹脂層であって、該第二被覆とは異なる屈折率または厚さを有する。なお、第一光ファイバおよび第二光ファイバの少なくともいずれかは、上述のようにファイバグレーティングを含んでもよい。

特に、当該光ファイバ線路は、第一光ファイバ側から第二光ファイバ側へ向かって順に設けられた、第一定常区間、第二定常区間、遷移区間、第三定常区間、および、第四定常区間、により構成されている。第一定常区間は、第一ガラスファイバのうち、第一ＭＦＤを有するとともに第一被覆に覆われた区間により定義される。第二定常区間は、第一ガラスファイバのうち、第一ＭＦＤを有するとともに第一リコート層に覆われた区間により定義される。遷移区間は、第一ガラスファイバのうち、第一ＭＦＤよりも大きなＭＦＤを有するとともに第二リコート層に覆われた区間により定義される。第三定常区間は、第二ガラスファイバのうち、第二ＭＦＤを有するとともに第二リコート層に覆われた区間により定義される。第四定常区間は、第二ガラスファイバのうち、第二ＭＦＤを有するとともに第二被覆に覆われた区間により定義される。

更に、当該光ファイバ線路において、第一定常区間と第二定常区間の境界では、第一リコート層の一部が第一被覆の一部を覆っている。第三定常区間と第四定常区間の境界では、第二リコート層の一部が第二被覆の一部を覆っている。また、第二リコート層は、第一リコート層の一部を覆っている。このように形成タイミングの異なる複数のリコート層（塗布される製造工程が異なっている第一リコート層、第二リコート層）を利用してＭＦＤ拡大領域のエッジ部を保護することで、高強度融着された光ファイバを含む光線路が得られる。また、第一被覆および第二被覆の各一部もリコート層で覆うことで、光ファイバ線路の製造工程における破断リスクが低減される。

（６）本開示の一態様として、遷移区間（切断後のＭＦＤ拡大領域に相当）の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのが好ましい。この場合、所望のＭＦＤを得るための切断位置のトレランスは増大することになり、製造面においても有利となる。

（７）本実施形態の一態様として、遷移区間の何れかの位置において、第二リコート層が第一リコート層の一部を覆っている。この場合、第一リコート層および第二リコート層の双方により、ＭＦＤ拡大領域のエッジ部のより安定した保護が可能になる。

以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

なお、本開示の光ファイバ融着接続方法および光ファイバ線路に適用される光ファイバのうち少なくともいずれかは、上記特許文献１から上記特許文献３のいずれかに開示されたファイバグレーティングを含んでもよく、これら特許文献１から特許文献３を参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。具体的な構成として、光ファイバ線路の少なくとも一部を構成する光ファイバがファイバグレーティングである場合、高精度の利得等化器が実現され得る。すなわち、本開示の光ファイバ融着接続方法は、利得等化器における感光性光ファイバとピッグテイルとなる汎用ＳＭＦとの高強度融着に好適である。

一例として、高性能の利得等化フィルタを実現する感光性光ファイバは、シリカ系ガラスであって、コアと、該コアを取り囲むとともに該コア中心の屈折率ｎ_ｃｏｒｅより低い屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１}を有する第１クラッドと、該第１クラッドを取り囲むとともに該コアの屈折率より低くかつ該第１クラッドの屈折率より高い屈折率ｎ_{ｃｌａｄ２}を有する第２クラッドと、を備える。第１クラッドの少なくとも一部は、特定波長の光の照射により照射領域の屈折率を上昇させる感光性材料を含む。以下、本明細書において、高性能な利得等化フィルタを実現する感光性光ファイバを「大口径感光性光ファイバ」と記す。

感光性材料を含んだ領域には、回折格子等を利用したＵＶ照射により周期的な屈折率変調領域（グレーティング領域）の形成が可能である。グレーティング領域のファイバ配置は真っ直ぐであり、該グレーティング領域のＭＦＤは、第１クラッド領域（感光性材料への特定波長の光照射（ＵＶ照射）により屈折率が上昇した領域）の屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１＋ｕｖ}に依存した１２μｍ以上２４μｍ以下である。また、グレーティング領域を除く取り回し領域のＭＦＤは、非ＵＶ照射下での屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１}に依存した１１．０μｍ以上１４．０μｍ以下である。屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１}の領域と屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１＋ｕｖ}の領域とで挟まれた領域の屈折率は、屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１}から徐々に屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１＋ｕｖ}まで増大していくＭＦＤ変換構造を有する。

ここで、コアと第１クラッドとの境界は、該コアと該第１クラッドとの間の屈折率の勾配が最大になる位置で定義される。第１クラッドと第２クラッドの境界は、該第１クラッドと該第２クラッドの間の屈折率の勾配が最大となる位置で定義される。第１クラッド内の屈折率プロファイルの近似直線は、コアと第１クラッドとの境界からコア中心を基準に外側に１μｍ離れた屈折率と、第２クラッドと第１クラッドの境界からコア中心に向かって１μｍ離れた屈折率の２点を結んだ直線で定義されるものとする。屈折率ｎ_{ｃｌａｄ１}は、第１クラッド内の屈折率プロファイルの近似直線がコアと第１クラッドの境界においてとる値である。近似直線の傾斜(屈折率差/第１クラッドの幅)は、－０．０１３（％／μｍ）である。

汎用ＳＭＦのＭＦＤは、波長１．５５μｍ帯において９．９μｍ以上１０．９μｍ以下である。このような汎用ＳＭＦファイバと大口径感光性光ファイバを融着接続する場合、汎用ＳＭＦのＭＦＤは、バーナーＴＥＣ加工によって大口径感光性光ファイバとの融着点でのＭＦＤとの差が１μｍ以下になるまで拡大される。このとき、汎用ＳＭＦファイバと大口径感光性光ファイバの融着点において、０．１０ｄＢを下回る融着ロスが実現される。バーナーＴＥＣ加工が施された領域（ＭＦＤ拡大領域）のエッジ部を上記融着点に対して遠方に配置することで、該エッジ部の近傍領域をリコートで保護することができる（高強度融着の実現）。なお、例えば特許文献５は、リコート材の粘性を開示し、泡の混入を防止しつつ偏肉が無い塗布方法が提案しており、適宜、上記特許文献５を参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。

[本開示の実施形態の詳細]
本開示の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、融着接続されるべき光ファイバの一方がファイバグレーティングである場合の構成（利得等化器）について説明する。

利得等化器の高性能化のためには、グレーティングの最大損失量が大きいこと、および、目標波形に合わせ込める能力を維持しつつＳＦＧの基本波形の半値全幅を小さくすること（基本波形の狭帯域化）、が望まれる。そのため、感光性光ファイバのＭＦＤを１１．５μｍ程度に（汎用ＳＭＦに対して大口径に）する必要がある。ただし、光ファイバ増幅器の低消費電力化にはＭＦＤが１０．５μｍ程度である汎用ＳＭＦとの融着ロスの抑制が求められている。したがって、高性能化ＳＦＧを目的としたＭＦＤの大口径化と、融着ロス低減はトレードオフの関係にある。

以上の考察に基づき、高性能化ＳＦＧの特性を維持しつつ融着ロスを低減するためには、汎用ＳＭＦのコアをファイバ長手方向に沿って、バーナーＴＥＣ加工によりテーパー状に拡大させる必要がある（融着点における大口径感光性光ファイバのＭＦＤと汎用ＳＭＦのＭＦＤとの差を小さくすることが必要である）。しかしながら、通常の放電融着とは異なり、バーナーＴＥＣ加工の導入はファイバ強度の低下を招く。解決策として、例えば、アニール工程を導入する方法が提案されており、以下、一般的な光ファイバ融着接続方法（光ファイバ線路の製造方法）について説明する。

図１は、一般的な光ファイバ融着接続方法の各工程（一般的な光ファイバ線路の製造工程）を説明するための図である。なお、図１は、２本の光ファイバを融着接続することにより光ファイバ線路を構成する例を示すが、２本の光ファイバのいずれかをファイバグレーティングに置き換えることにより利得等化器が得られる。また、以下の説明において、ガラスファイバ表面に塗布される「樹脂」は、一例として、ＵＶ硬化樹脂（UV-curable resin）であり、「リコート層」はＵＶ照射により硬化した樹脂層（UV-curedresin layer）である。

一般的な光ファイバ融着接続方法では、図１に示されたように、ステップＳＴ１からステップＳＴ５を経て光ファイバ線路９００Ａが得られる。

まず、ステップＳＴ１では、第一光ファイバ１００と第二光ファイバ２００が用意されるとともに、被覆の部分的除去が行われる。第一光ファイバ１００は、端面１００ａを有する第一ガラスファイバ１１０と、該第一ガラスファイバ１１０を覆う第一被覆１２０と、を備える。第一ガラスファイバ１１０は、ファイバ軸に沿って延びたコア１０１と、該コア１０１を覆うクラッド１０２と、を備える。

また、第一光ファイバ１００のうち端面１００ａを含む第一ガラスファイバ１１０の一方の端部を露出させるため、第一被覆１２０の一部が除去される。第一ガラスファイバ１１０の露出領域は、アルコールまたはアセトンで超音波洗浄される。

一方、第二光ファイバ２００は、端面２００ａを有する第二ガラスファイバ２１０と、該第二ガラスファイバ２１０を覆う第二被覆２２０と、を備える。第二ガラスファイバ２１０は、ファイバ軸に沿って延びたコア２０１と、該コア２０１を覆うクラッド２０２と、を備える。なお、第二光ファイバ２００を利得等化フィルタとして利用する場合、該第二光ファイバ２００には予めグレーティングが形成される。具体的には、クラッド２０２は、感光性材料を含む内側領域と、感光性材料を含まない外側領域で構成される。回折格子等を利用して内側領域にＵＶ光を照射することにより、該内側領域に周期的な屈折率変調領域（グレーティング領域）が形成される。また、図１の例では、第二光ファイバ２００の第二被覆２２０は、部分的に除去されているが、この第二被覆２２０の除去は、第一光ファイバ１００と第二光ファイバの融着接続の前であれば、どのタイミングで行われてもよい。具体的に第二被覆２２０の部分的除去では、端面２００ａを含む第二ガラスファイバ２１０の一方の端部を露出させるため、第二被覆２２０の一部が除去される。また、第二ガラスファイバ２１０の露出領域も、アルコールまたはアセトンで超音波洗浄される。

ステップＳＴ２では、第一ガラスファイバ１１０（露出領域）へのＭＦＤ拡大領域１３０の形成が行われる。第一光ファイバ１００が載置される第一作業台３００ａと第二作業台３００ｂの間にはバーナー４００が配置されている。第一光ファイバ１００は、第一ガラスファイバ１１０の露出領域とバーナー４００が対面するように、第一作業台３００ａと第二作業台３００ｂに載置される。

バーナー４００は、矢印Ｓで示された方向（ファイバ軸を中心とした円周方向）に沿って第一光ファイバ１００を回転させながら、第一ガラスファイバ１１０の露出領域内の所定長の領域（切断前のＭＦＤ拡大領域１３０）を加熱する（バーナーＴＥＣ加工）。あるいは、第一光ファイバ１００を回転させずに第一ガラスファイバ１１０の露出領域内の所定長の領域を加熱してもよい。なお、バーナー４００は、第一光ファイバ１００の長手方向に沿って加熱すべき領域を往復移動可能な構造を有してもよい。また、ＭＦＤ拡大領域１３０の形成後に、必要に応じてアニールが行われてもよい。ＭＦＤ拡大領域１３０およびその周辺は、アルコールまたはアセトンによる超音波洗浄が行われる。

ステップＳＴ３では、第一作業台３００ａおよび第二作業台３００ｂに載置されている第一光ファイバ１００がファイバカッター５００により切断される（第一光ファイバ１００の切断）。具体的には、矢印Ａで示された位置で、切断前のＭＦＤ拡大領域１３０がＭＦＤ拡大領域１３０ａとＭＦＤ拡大領域１３０ｂに分割されるように、第一光ファイバ１００のうち第一ガラスファイバ１１０の露出領域がファイバカッター５００により切断される。切断後の第一光ファイバ１００（残った第一光ファイバ）は、ＭＦＤ拡大領域１３０ａを含む第一ガラスファイバ１１０を備え、ＭＦＤ拡大領域１３０ｂを含む第一ガラスファイバ１１０の一部は除去される。

ステップＳＴ４では、第一ガラスファイバ１１０と第二ガラスファイバ２１０の融着接続が行われる。具体的には、第一光ファイバ１００（切断面１００Ａを含む第一ガラスファイバ１１０の一部が露出した状態）は第一作業台３００ａに載置される一方、第二光ファイバ２００（端面２００ａを含む第二ガラスファイバ２１０の一部が露出した状態）は第二作業台３００ｂに載置される。このとき、第一ガラスファイバ１１０の切断面１００Ａと第二ガラスファイバ２１０の端面２００ａは、融着接続器の放電電極５５０の間において突合された状態で、融着接続される。なお、領域Ｂは、第一ガラスファイバ１１０の切断面１００Ａと第二ガラスファイバ２１０の端面２００ａの融着点近傍を示す。

ステップＳＴ５では、リコート層６００となる樹脂の塗布が行われ、光ファイバ線路９００Ａが得られる。まず、リコート層６００の形成前に、ステップＳＴ４により融着接続された、第一ガラスファイバ１１０の露出領域（ＭＦＤ拡大領域１３０ａを含む）と第二ガラスファイバ２１０の露出領域の清掃が行われ、その後、これら露出領域を一体的に覆うように樹脂が塗布される。その結果、ＭＦＤ拡大領域１３０ａを含む第一ガラスファイバ１１０の露出領域全体と、第二ガラスファイバ２１０の露出領域全体と、残っている第一被覆１２０の一部と、残っている第二被覆２２０の一部と、がリコート層６００により覆れた光ファイバ線路９００Ａが得られる。

上述の図１の例では、ステップＳＴ３において、第一ガラスファイバ１１０を覆う第一被覆１２０の一部が除去された状態で、第一光ファイバ１００が切断される。そのため、飛散したガラス屑などが第一光ファイバ１００（具体的には第一ガラスファイバ１１０の露出領域）に付着することなどにより、当該第一光ファイバ１００の低強度化が引き起こされる。また、バーナーＴＥＣ加工では、比較的低い温度である程度の時間の熱を第一ガラスファイバ１１０に印加することにより、ＭＦＤ拡大領域と残りの非ＭＦＤ拡大領域とでガラスの環状構造が変化してしまう（ＭＦＤ拡大領域１３０ａのエッジ部の低強度化により当該第一光ファイバ１００自体が破断し易くなる）。この点は、非特許文献１に指摘されている。特許文献４では、切断後のＭＦＤ拡大領域１３０ａのエッジ部分低強度化を抑制する方法として、アニール工程が導入される。ただし、ステップＳＴ４における融着接続後の清掃は、第一ガラスファイバ１１０および第二ガラスファイバ２１０の露出領域の両端に第一被覆１２０および第二被覆２２０が残っているため、ステップＳＴ１やステップＳＴ２のように一方端部のみをアルコールまたはアセトンに浸漬させる超音波洗浄ができない。その結果、図１に示された製造方法（融着接続方法）では、ステップＳＴ５のリコート層形成前の清掃時にアルコールを浸した清掃道具でＭＦＤ拡大領域１３０ａのエッジ部分を物理的に接触させて拭くことになる。この場合、該ＭＦＤ拡大領域１３０ａにおける低強度化は避けられなかった。あるいは、第一被覆１２０の一部および第二被覆２２０の一部がそれぞれ除去された第一ガラスファイバ１１０および第二ガラスファイバ２１０を融着することで得られる光ファイバ線路９００Ａは、ＭＦＤ拡大領域１３０aを含む第一ガラスファイバ１１０の露出領域および端面２００ａを含む第二ガラスファイバ２１０の露出領域を曲げた状態でアルコールやアセトンが入っているバスに浸漬させて超音波洗浄する方法がある。しかしながら、残っている第一被覆１２０および第二被覆２２０がアルコールやアセトンに浸漬することによる汚れを回避するためは、被覆除去された第一ガラスファイバ１１０および第二ガラスファイバ２１０の露出領域の合計長を例えば５００ｍｍ以上の長尺に設計し、これら露出領域を緩く曲げて上記バスに浸漬する必要がある。その結果、リコート長が長尺となり生産性が大幅に低下する。

（実施形態）
図２は、本開示の光ファイバ融着接続方法の各工程（本開示の光ファイバ線路の製造工程）を説明するための図であり、図１に示された光ファイバ融着接続方法に起因した、光ファイバ線路の低強度化の回避および生産性向上の両立を可能にする。なお、図２も、２本の光ファイバを融着接続することにより光ファイバ線路を構成する例を示すが、２本の光ファイバのいずれかをファイバグレーティングに置き換えることにより利得等化器が得られる。また、以下の説明においても、ガラスファイバ表面に塗布される「樹脂」（第一リコート層および第二リコート層を構成する樹脂）は、一例として、ＵＶ硬化樹脂（UV-curable resin）であり、第一リコート層および第二リコート層は、いずれもＵＶ照射により硬化した樹脂層（UV-cured resin layer）である。第一リコート層および第二リコート層は、同種の樹脂により構成されてもよい。

本開示の一実施形態に係る光ファイバ融着接続方法によれば、図２に示されたように、ステップＳＴ１からステップＳＴ６を経て光ファイバ線路９００Ｂ（本開示の一実施形態に係る光ファイバ線路）が得られる。なお、各工程での作業は、特に言及しない限り、図１の例に示された各工程での作業と同様である。

すなわち、ステップＳＴ１では、第一光ファイバ１００と第二光ファイバ２００が用意されるとともに、被覆の部分的除去が行われる。用意される第一光ファイバ１００および第二光ファイバ２００の構造は、図１の例と同様である。

ステップＳＴ２では、第一ガラスファイバ１１０へのＭＦＤ拡大領域１３０の形成が行われる。このステップＳＴ２の作業も、図１の例と同様に行われる。なお、バーナーＴＥＣ加工により形成されたＭＦＤ拡大領域１３０の長さはＬ_ＴＥＣであり、当該ＭＦＤ拡大領域１３０の長さは、バーナーＴＥＣ加工が施される前の第一ガラスファイバ１１０の第一ＭＦＤ（平均値）に対して０．３μｍ以上大きいＭＦＤを有する領域の長さ（第一光ファイバ１００の長手方向に沿った長さ）として定義される。

ステップＳＴ３では、第一リコート層７００となる樹脂の塗布が行われる。具体的に、第一リコート層７００は、残っている第一被覆１２０の一部とオーバーラップした状態で、切断前のＭＦＤ拡大領域１３０のうち切断位置Ａよりも第一被覆１２０側の一点までを覆うように第一ガラスファイバ１１０の露出領域上に設けられる。このように、第一光ファイバ１００の切断前に第一リコート層７００を設けることで、後述するステップＳＴ４（ファイバ切断）において、飛散したガラス屑のファイバガラス表面への付着は低減できる。なお、ＭＦＤ拡大領域１３０のエッジ部から第一リコート層７００の際までの長さはＬ_ＴＥＣ２である。また、第一リコート層７００となる樹脂の塗布では、第一被覆１２０の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一ガラスファイバ１１０の露出領域（ＭＦＤ拡大領域１３０を含む）に第一リコート層７００となる樹脂が塗布される。

次に、ステップＳＴ４では、切断前のＭＦＤ拡大領域１３０が、矢印Ａで示された位置でＭＦＤ拡大領域１３０ａとＭＦＤ拡大領域１３０ｂに分割するように、第一光ファイバ１００のうち第一ガラスファイバ１１０の露出領域がファイバカッター５００により切断される。矢印Ａで示された位置（切断位置）から切断前のＭＦＤ拡大領域１３０のエッチ部までの距離は、Ｌ_ＴＥＣ１である。

なお、ステップＳＴ３において、第一リコート層７００は、一旦切断位置Ａよりも端面１００ａ側の一点まで樹脂をリコートし、切断前に、切断面１００Ａから切断位置Ａよりも第一被覆１２０側の一点までの該樹脂の不要部分を除去することにより設けられてもよい。このように第一リコート層７００が設けられることで、リコート作業で使用する治具と製品として残る部分との接触が避けられる。この場合、ステップＳＴ４では、第一リコート層７００の部分的除去が行われる。第一リコート層７００の部分的除去では、切断後の第一光ファイバ１００において、ＭＦＤ拡大領域１３０ａのエッジ部から切断位置Ａに向かって距離Ｌ_ＴＥＣ２となる位置までの第一リコート層７００が残される一方、第一ガラスファイバ１１０の切断位置Ａを含む先端側に位置する第一リコート層７００が除去される。

ステップＳＴ５では、第一リコート層７００に触れないように第一ガラスファイバ１１０の露出表面がアルコールやアセトンで洗浄され、その後、第一ガラスファイバ１１０と第二ガラスファイバ２１０の融着接続が行われる。第二被覆２２０の部分的除去は、このステップＳＴ５の前に実施されていればよい。

なお、長さＬ_ＴＥＣは、２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好適である。長さＬ_ＴＥＣ１は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好適である。切断前のＭＦＤ拡大領域１３０の長さＬ_ＴＥＣを長くすることで、ＭＦＤのファイバ長さに対する変化量は小さくなる。そのため、所望のＭＦＤを得るための切断位置のトレランスは増大することになり、製造面においても有利である。

更に、ステップＳＴ５における融着接続では、第一光ファイバ１００（切断面１００Ａを含む第一ガラスファイバ１１０の一部が露出した状態）は第一作業台３００ａに載置される一方、第二光ファイバ２００（端面２００ａを含む第二ガラスファイバ２１０の一部が露出した状態）は第二作業台３００ｂに載置される。このとき、第一ガラスファイバ１１０の切断面１００Ａと第二ガラスファイバ２１０の端面２００ａは、融着接続器の放電電極５５０の間において突合された状態で、融着接続される。

ステップＳＴ６では、第二リコート層８００となる樹脂の塗布が行われ、光ファイバ線路９００Ｂが得られる。第二リコート層８００は、第一リコート層７００のうち長さＬ_０の領域と、切断面から第一リコート層７００までの第一ガラスファイバ１１０の露出領域（ＭＦＤ拡大領域１３０ａの少なくとも一部を含む）と、第二ガラスファイバ２１０の露出領域全体と、残っている第二被覆２２０の一部を覆っている。そのため、第二リコート層８００となる樹脂の塗布では、第二被覆２２０の残っている部分にオーバーラップした状態で、第一リコート層７００、切断面から第一リコート層７００までの第一ガラスファイバ１１０の先端、および、第二ガラスファイバ２１０の露出領域に、第二リコート層８００となる樹脂が塗布される。なお、第二リコート層８００に覆われる第一リコート層７００の長さＬ_０は、２ｍｍ以上である。

以上の工程を経て得られた当該光ファイバ線路９００Ｂは、第一光ファイバ１００側から第二光ファイバ２００側へ向かって順に設けられた、第一定常区間Ｓ１、第二定常区間Ｓ２、遷移区間Ｓ３、第三定常区間Ｓ４、および、第四定常区間Ｓ５、により構成されている。第一定常区間Ｓ１は、第一ガラスファイバ１１０のうち、第一ＭＦＤを有するとともに第一被覆１２０に覆われた区間により定義される。第二定常区間Ｓ２は、第一ガラスファイバ１１０のうち、第一ＭＦＤを有するとともに第一リコート層７００に覆われた区間により定義される。遷移区間Ｓ３は、切断後のＭＦＤ拡大領域１３０ａに相当する区間であり、第一ガラスファイバ１１０のうち、第一ＭＦＤよりも大きなＭＦＤ（バーナーＴＥＣ加工により０．３μｍ以上拡大されている）を有するとともに第二リコート層８００に覆われた区間により定義される。なお、遷移区間Ｓ３の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるのが好ましい。第三定常区間Ｓ４は、第二ガラスファイバ２１０のうち、第二ＭＦＤを有するとともに第二リコート層８００に覆われた区間により定義される。第四定常区間Ｓ５は、第二ガラスファイバ２１０のうち、第二ＭＦＤを有するとともに第二被覆２２０に覆われた区間により定義される。

更に、当該光ファイバ線路９００Ｂにおいて、第一定常区間Ｓ１と第二定常区間Ｓ２の境界では、第一リコート層７００の一部が第一被覆１２０の一部を覆っている。第三定常区間Ｓ４と第四定常区間Ｓ５の境界では、第二リコート層８００の一部が第二被覆２２０の一部を覆っている。

９００Ｂ…光ファイバ線路、１００…第一光ファイバ、１１０…第一ガラスファイバ、１００ａ…端面、１００Ａ…切断面、１２０…第二被覆、１３０…切断前のＭＦＤ拡大領域、１３０ａ…ＭＦＤ拡大領域、１３０ｂ…ＭＦＤ拡大領域、２００…第二光ファイバ、２００ａ…端面、２１０…第二ガラスファイバ、２２０…第二、２００…第二光ファイバ、３００ａ…作業台、３００ｂ…作業台、４００…バーナー、５００…ファイバカッター、５５０…放電電極（融着接続器）、７００…第一リコート層、８００…第二地コート層、９００Ｂ…光ファイバ線路、Ｓ…回転方向、Ｓ１…第一定常区間、Ｓ２…第二定常区間、Ｓ３…遷移区間、Ｓ４…第三定常区間、Ｓ５…第四定常区間、Ａ…切断位置。

Claims

第一光ファイバと第二光ファイバとを融着接続する光ファイバ融着接続方法であって、
第一ガラスファイバと前記第一ガラスファイバを覆う第一被覆とを含むとともに第一ＭＦＤを有する前記第一光ファイバと、第二ガラスファイバと前記第二ガラスファイバを覆う第二被覆とを含むとともに前記第一ＭＦＤよりも大きな第二ＭＦＤを有する第二光ファイバと、を用意し、
前記第一被覆の一部を除去して、前記第一光ファイバのうち端面を含む前記第一ガラスファイバの一方の端部を露出させ、
ＭＦＤ拡大領域となるべき所定長の領域を加熱して、前記第一ＭＦＤよりも拡大されたＭＦＤを有する前記ＭＦＤ拡大領域を前記第一ガラスファイバの露出領域内に設け、
前記第一被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、前記第一ガラスファイバの前記露出領域に第一リコート層となる樹脂を塗布し、
前記ＭＦＤ拡大領域を分割するように前記第一光ファイバを切断して、前記端面を含む前記第一ガラスファイバの一部を除去し、
前記第二被覆の一部を除去して、前記第二光ファイバのうち端面を含む前記第二ガラスファイバの一方の端部を露出させ、
前記第一ガラスファイバの切断面と前記第二ガラスファイバの前記端面とを融着接続し、
前記第二被覆の残っている部分にオーバーラップした状態で、前記第一リコート層、前記切断面から前記第一リコート層までの前記第一ガラスファイバの先端、および、前記第二ガラスファイバの露出領域に、第二リコート層となる樹脂を塗布し、
前記第一リコート層は、前記ＭＦＤ拡大領域の一部まで設けられており、かつ、前記第二リコート層は、前記ＭＦＤ拡大領域を挟んで前記第二ガラスファイバの前記露出領域から前記第一ガラスファイバの前記露出領域のうち前記第一ＭＦＤを有する部分まで設けられている、
光ファイバ融着接続方法。
前記第一リコート層となる樹脂の塗布では、前記第一光ファイバの切断位置よりも残っている前記第一被覆側の一点まで前記第一リコート層となる樹脂が塗布される、
請求項１に記載の光ファイバ融着接続方法。
前記第一リコート層となる樹脂の塗布では、前記第一光ファイバの切断位置よりも前記第一光ファイバの端面側の一点まで前記第一リコート層となる樹脂を塗布し、前記第一光ファイバが切断される前に、前記切断面から前記切断面よりも前記第一被覆側の一点までの部分を除去することにより前記第一リコート層が設けられている、
請求項１に記載の光ファイバ融着接続方法。
切断後の前記第一光ファイバにおいて、前記ＭＦＤ拡大領域の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光ファイバ融着接続方法。
前記第二光ファイバは、周期的な屈折率変調領域であるグレーティング領域を有するファイバグレーティングであり、前記グレーティング領域は、１２μｍ以上２４μｍ以下のＭＦＤを有する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバ融着接続方法。
第一ガラスファイバと前記第一ガラスファイバを覆う第一被覆とを含むとともに第一ＭＦＤを有する第一光ファイバと、
第二ガラスファイバと前記第二ガラスファイバを覆う第二被覆とを含むとともに前記第一ＭＦＤよりも大きな第二ＭＦＤを有し、前記第一光ファイバと融着接続された第二光ファイバと、
前記第一被覆の一部が除去された前記第一ガラスファイバの露出領域上に設けられ、前記第一被覆とは異なる屈折率または厚さを有する第一リコート層と、
前記第二被覆の一部が除去された前記第二ガラスファイバの露出領域と前記第一ガラスファイバの前記露出領域に跨って設けられ、前記第二被覆とは異なる屈折率または厚さを有する第二リコート層と、
を備えた光ファイバ線路であって、
前記光ファイバ線路は、前記第一光ファイバ側から前記第二光ファイバ側へ向かって順に設けられた、前記第一ガラスファイバのうち前記第一ＭＦＤを有するとともに前記第一被覆に覆われた区間により定義される第一定常区間、前記第一ガラスファイバのうち前記第一ＭＦＤを有するとともに前記第一リコート層に覆われた区間により定義される第二定常区間、前記第一ガラスファイバのうち前記第一ＭＦＤよりも大きなＭＦＤを有するとともに前記第二リコート層に覆われた区間により定義される遷移区間、前記第二ガラスファイバのうち前記第二ＭＦＤを有するとともに前記第二リコート層に覆われた区間により定義される第三定常区間、および、前記第二ガラスファイバのうち前記第二ＭＦＤを有するとともに前記第二被覆に覆われた区間により定義される第四定常区間、により構成され、
前記第一リコート層は、前記第一被覆の一部を覆った状態で、前記遷移区間の一部まで設けられており、
前記第二リコート層は、前記第二被覆の一部を覆った状態で、前記第二定常区間の一部まで設けられている、
光ファイバ線路。
前記遷移区間の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、
請求項６に記載の光ファイバ線路。
前記第二光ファイバは、周期的な屈折率変調領域であるグレーティング領域を有するファイバグレーティングであり、前記グレーティング領域は、１２μｍ以上２４μｍ以下のＭＦＤを有する、
請求項６または請求項７に記載の光ファイバ線路。