JP7483281B1 - マルチコアファイバ接続部品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マルチコアファイバのファンイン／ファンアウトを低損失に実現可能にすることを目的とする。【解決手段】本発明は、複数のダブルコアファイバと、前記複数のダブルコアファイバの先端を保持する保持部と、マルチコアファイバのコアに応じた配置で前記複数のダブルコアファイバを保持するキャピラリーと、を備え、前記複数のダブルコアファイバは、前記キャピラリーと溶着され、前記キャピラリーは、前記保持部に接続されている先端部から前記保持部に接続されていない後端部にかけて外径が縮小するテーパ部を備え、前記後端部に前記マルチコアファイバが形成されているマルチコアファイバ接続部品である。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコアファイバのファンイン／ファンアウトの可能なマルチコアファイバ接続部品に関する。

近年、マルチコアファイバによる海底ケーブルの大容量化を実現するため、マルチコアファイバにおける各コアの伝搬光が低損失で単心のシングルモードファイバにファイバファンイン／ファンアウト可能な、シングルモードファイバのコアとクラッドの比屈折率差を大きくする設計がなされている。

従来から、このような要求に応じるマルチコアファイバ内のファイバ同士のクロストークを低減でき、かつ全体として接続損失を低減できるマルチコアファイバ接続部品が課題であった（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１では、シングルモードファイバの屈折率分布は単峰型であり、シングルモードファイバのクラッドに対するコアの比屈折率差は０．８％以上である。さらに特許文献１では、延伸部の延出方向の端部におけるモードフィールド径は、マルチコアファイバの端部のモードフィールド径より大きい。

特開２０１５－１６７３号公報

特許文献１の構造は、延伸部においてシングルモードファイバからマルチコアファイバになった時点で多くの放射損失が発生する。

そこで、本発明は、マルチコアファイバのファンイン／ファンアウトを低損失に実現可能にすることを目的とする。

本発明のマルチコアファイバ接続部品は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複数のダブルコアファイバがキャピラリーに溶着され、キャピラリーの端部がマルチコアファイバになっている。ダブルコアファイバ側はＭＰＯコネクタを介してシングルモードファイバと主に第一コアと低損失に接続され、マルチコアファイバ側はコネクタを介して主に第二コアと低損失に接続される。

具体的には、本発明のマルチコアファイバ接続部品は、
複数のダブルコアファイバと、
前記複数のダブルコアファイバの先端を保持する保持部と、
マルチコアファイバのコアに応じた配置で前記複数のダブルコアファイバを保持するキャピラリーと、
を備え、
前記複数のダブルコアファイバは、前記キャピラリーと溶着され、
前記キャピラリーは、前記保持部に接続されている先端部から前記保持部に接続されていない後端部にかけて外径が縮小するテーパ部を備え、
前記後端部に前記マルチコアファイバが形成されている。

前記複数のダブルコアファイバは、中心に備わる第一コアと前記第一コアの周囲に配置されている第二コアとの比屈折率差Δ１は、シングルモードファイバのコアとクラッドの比屈折率差と同等である。例えば、比屈折率差Δ１は、０．３２％以上０．３６以下である。
このときシングルモード条件を満たすために第一コアのコア径は８．０μｍ以上１０μｍ以下である。比屈折率差Δ１をシングルモードファイバのコアとクラッドの比屈折率差と同等にしている。このため、本発明のマルチコアファイバ接続部品は、シングルモードファイバとの接続損失を極めて低くすることができる。

前記複数のダブルコアファイバは、前記第二コアとクラッドの比屈折率差Δ２が比屈折率差Δ１よりも大きい。例えば、比屈折率差Δ２は、０．４％以上０．６％以下である。
このとき、マルチコアファイバとの間でシングルモード条件を満たすためには、前記後端部における前記第二コアのコア径は８．０μｍ以上１０μｍ以下である。前記テーパ部において外径が縮小することによって、前記第一コアのコア径が波長以下と細くなり、伝搬光分布が前記第二コアに移る。しかし、前記第二コアとクラッドの比屈折率差Δ２の設定によって、前記第一コアの伝搬光を前記第二コアに閉じ込めることができる。このため、本発明のマルチコアファイバ接続部品は、前記後端部をマルチコアファイバと低損失で結合することが可能である。

前記テーパ部における前記先端部から前記後端部への縮小率は、６以上９以下の任意の値でありうる。この数値範囲にすることによって、前記複数のダブルコアファイバの前記第一コアとシングルモードファイバとの接続においてシングルモード条件を満たし、かつ、前記キャピラリーの前記後端部とマルチコアファイバとの接続においてシングルモード条件を満たすことができる。

さらに、前記縮小率が６．４５以上であるとき、前記複数のダブルコアファイバの前記第一コアのコア径が、前記テーパ部の前記後端部において、波長１．５５μｍ以下になる。このため、前記縮小率が６．４５以上であることで、前記第一コアにおける伝搬光分布を前記後端部で前記第二コアに移すことができる。

また、前記縮小率が７．８１であるとき、前記第二コアのコア径は、前記テーパ部の前記後端部において、ダブルコアファイバのファイバ径の半分以下になる。ダブルコアファイバの製造上の観点から、前記第二コアのコア径は、ダブルコアファイバのファイバ径の半分以下であることが望ましい。そこで、前記縮小率は７．８１以下であることが望ましい。

前記後端部は、マルチコアファイバフェルールに装着されていてもよいし、マルチコアファイバコネクタのハウジングに装着されていてもよい。一方、単心ダブルコアファイバの先端部は、ＭＰＯコネクタに装着された形状を有していてもよい。

また前記保持部と前記キャピラリーを接続する前記複数のダブルコアファイバを覆う被覆を備えていてもよい。

なお、本発明において、「溶着」とは、キャピラリーと裸の単心ダブルコアファイバが減圧下でアーク放電加熱源により一体化することをいう。また、「延伸」とは溶着された当該キャピラリーがアーク放電加熱源により細くなり外径が１２５μｍになることをいう。「光軸方向」とは、ダブルコアファイバの中心軸方向をいう。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、マルチコアファイバのファンイン／ファンアウトを低損失に実現可能にすることができる。

本発明の実施形態に係るマルチコアファイバ接続部品の構成例である。 本発明の実施形態に係るマルチコアファイバ接続部品の構成例である。 単心ダブルコアファイバの屈折率を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るキャピラリーの寸法を示した図である。 ダブルコアファイバの曲げ損失を考慮した時の光軸方向のファイバ長を求める説明図である。 本発明の一実施形態の作製工程の説明図である。

以下、本発明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、本発明は、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、本発明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。

図１は、本発明によるマルチコアファイバ接続部品の一実施形態を示す図である。本実施形態のマルチコアファイバ接続部品は、マルチコアファイバに備わる各コアからの光を単心のシングルモードファイバに接続するマルチコアファイバ用のファンイン／ファンアウト部品である。本発明のマルチコアファイバ接続部品は、ＭＰＯコネクタ９５、ダブルコアファイバ９４、キャピラリー９３、マルチコアファイバコネクタ９６を備える。

図２は、ＭＰＯコネクタ９５のハウジング及びマルチコアファイバコネクタ９６を除いた本発明によるマルチコアファイバ接続部品の一実施形態を示す図である。ダブルコアファイバ９４によってＭＴ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅ）フェルール９２及びキャピラリー９３が接続されている。ＭＴフェルール９２は、複数のダブルコアファイバ９４の先端を保持する保持部として機能する。

本実施形態では、４本のダブルコアファイバ９４を備える例を示す。各ダブルコアファイバ９４の先端は、ＭＴフェルール９２の接続端に配置されている。これにより、本発明のマルチコアファイバ接続部品は、ＭＴフェルール９２に４本のシングルモードファイバを接続することで、マルチコアファイバに備わる各コアからの光をシングルモードファイバに接続することができる。

図３に、ダブルコアファイバ９４の屈折率分布の一例を示す。ダブルコアファイバ９４は、屈折率ｎ１の第一コア９４ａの周囲に屈折率ｎ２の第二コア９４ｂ配置され、第二コア９４ｂの周囲に屈折率ｎ３のクラッド９４ｃが配置されているダブルコアファイバである。ｎ１、ｎ２、ｎ３の順に屈折率が高い。屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の比屈折率差Δ１は、従来のシングルモードファイバのコアとクラッドの比屈折率差と同等な０．３６％である。また比屈折率差Δ２はΔ１よりも大きな０．５２％である。

図４に、キャピラリー９３及びダブルコアファイバ９４の構成例を示す。ＭＴフェルール９２から伸びる各ダブルコアファイバ９４は、キャピラリー９３に収容されている。キャピラリー９３及びダブルコアファイバ９４は溶着によって一体に構成されており、先端部３１から後端部３２に向けて外径がφ_３１からφ_３２に細くなっているテーパ部３３を有する。

ここで、キャピラリー９３は、マルチコアファイバのコアに応じた配置で複数のダブルコアファイバ９４を保持する。このため、４本のダブルコアファイバ９４は、テーパ部３３によって４本のコアに細径化される。後端部３２は、外径が均一なマルチコアファイバ構造になっている。この後端部３２には、マルチコアファイバコネクタ９６が装着されていてもよい。

ＭＴフェルール９２におけるダブルコアファイバ９４の配置はマルチコアファイバにおける各コアの配置と異なる。そのため、ＭＴフェルール９２に接続されている各ダブルコアファイバ９４を、マルチコアファイバにおける各コアの配置に整合するよう、曲げ損失を考慮して曲げる必要がある。そこで、本発明では、ＭＴフェルール９２からのダブルコアファイバ９４がキャピラリー９３に接続する際の、ＭＴフェルール９２からキャピラリー９３までの光軸方向の距離Ｄ_９４を検討した。

図５は、ダブルコアファイバ９４をキャピラリー９３に挿入するための曲がり部分の算出例を示す。ダブルコアファイバ９４は、外径φ_ｃが１２５μｍ、第一コア９４ａのコア径φ_ａが９．６μｍ、第二コア９４ｂのコア径φ_ｂが５６μｍである。

キャピラリー９３には空孔が４個空いており、各々の空孔直径はダブルコアファイバ（外径１２５μｍ）が挿入可能な寸法（１２５μｍ以上）になっている。ＭＴフェルール９２からキャピラリー９３に配線されているダブルコアファイバ９４を最短に設計するためには、放射損失が生じない曲率半径である許容曲げ半径を用いて、図５に示す様な配線をすることが求められる。放射損失が生じない曲率半径である許容曲げ半径Ｒは、シングルモードファイバであれば例えば１５ｍｍである。

このときキャピラリー９３の中心軸からキャピラリー９３内の空孔中心位置までの距離を２ｙとし、光軸方向の距離を２ｘとするとＲ＝１５ｍｍとして２ｘは式（１）で表される。
２ｘ＝２（２Ｒｙ－ｙ^２）^１／２ （１）

仮に距離２ｙを２１９μｍとした場合、曲がり部分の光軸方向の距離２ｘは３６１６μｍとなる。このため、距離Ｄ_９４は、両端部の余長を左右各々１ｍｍ考慮すると、約５．６ｍｍにすることができる。

図４に示す様に、キャピラリー９３は先端部３１、テーパ部３３、後端部３２からなっている。先端部３１はキャピラリー９３内の空孔にダブルコアファイバ９４を挿入してアーク放電加熱により減圧下で溶着された状態であり、テーパ部３３は更に溶着されたキャピラリー９３がアーク放電加熱により延伸されマルチコアファイバ寸法に加工された状態であり、後端部３２はマルチコアファイバ構造をしている。

なお、本実施形態では第一コア９４ａと第二コア９４ｂとの比屈折率差Δ１が０．３６％、第二コア９４ｂとクラッド９４ｃの比屈折率差Δ２が０．５２％である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Δ１は、従来のシングルモードファイバのコアとクラッドの比屈折率差と同等な任意の値を採用することができ、例えば０．３２％以上０．３６％以下にすることができる。また、Δ２は、Δ１よりも大きな値であり、例えば、０．４％以上０．６％以下にすることができる。

図６を参照しながら、本発明のマルチコアファイバ接続部品の製造方法について説明する。
（溶着工程）
キャピラリー９３の空孔にダブルコアファイバ９４を挿入し（図６（ａ））、ダブルコアファイバ９４とキャピラリー９３を溶着する（図６（ｂ））。溶着は、例えば、系全体又はキャピラリー９３の空孔を減圧状態にし、複数の電極８１を用いたアーク放電によって行うことができる。溶着後のキャピラリー９３の断面図が図４の左図に相当する。

ここで、ダブルコアファイバ９４は、ＭＴフェルール９２の接続先のシングルモードファイバと接続できるよう、外径φ_ｃは１２５μｍ、第一コア９４ａのコア径φ_ａは９．６μｍにする。本実施形態の縮小率は７であるため、第二コア９４ｂのコア径φ_ｂは、８μｍの７倍の５６μｍにする。

また、キャピラリー９３の中心軸からダブルコアファイバ９４の中心軸までの距離は、図５に示す２ｙの値にする。本実施形態の縮小率は７であるため、キャピラリー９３の外径φ_３１は、マルチコアファイバのファイバ径１２５μｍの７倍の８７５μｍにする。

（延伸工程）
キャピラリー９３の先端部３１を残し、キャピラリー９３の途中から延伸する（図６（ｃ））。例えば、先端部３１から１．０ｍｍを残し、延伸し、テーパ部３３を形成する（図６（ｃ））。延伸は、例えば、複数の電極８１を用いたアーク放電によって行うことができる。延伸後の後端部３２の断面図が図４の右図に相当する。

ここで、延伸後の縮小率は、６以上９以下の任意の値を採用することができ、本実施形態では７を用いる。これによりキャピラリー９３の後端部３２の断面において第一コア９４ａのコア径φ_ａを波長より小さい１．３７μｍにするとともに、第二コア９４ｂのコア径φ_ｂを８μｍにし、かつキャピラリー９３の外径φ_３２をマルチコアファイバ外径と等しい１２５μｍにしている。テーパ長は任意であるが、例えば１．０ｍｍにすることができる。

このとき、後端部３２において、波長１．５５μｍの光に対し、第一コア９４ａの屈折率が１．４５６４であり、第二コア９４ｂの屈折率が１．４５１２であり、第一コア９４ａと第二コア９４ｂとの比屈折率差Δ１が０．３６％であり、第二コア９４ｂとクラッド９４ｃとの比屈折率差Δ２が０．５２％である。このため、後端部３２では第二コア９４ｂに光の大部分が移動するが、第二コア９４ｂがシングルモード条件を満たしている。尚、前記比屈折率差Δ１及びΔ２の値を得るために石英ガラスに酸化ゲルマニウムを添加剤として、第一コア９４ａおよび第二コア９４ｂに添加して作製することが望ましい。

後端部３２の長さは、マルチコアファイバコネクタ９６の接続可能な任意の長さを採用でき、例えば１．０ｍｍである。先端部３１及びテーパ部３３の長さが各１．０ｍｍであるから、キャピラリー９３を３ｍｍ程度の長さにすることができる。

（ＭＴフェルール接続工程）
各ダブルコアファイバ９４をＭＴフェルール９２に接続する（図６（ｄ））。これにより、図２に示すような本発明によるマルチコアファイバ接続部品を製造することができる。

なお、溶着工程の後に、各ダブルコアファイバ９４に被覆材を塗布してもよい。これにより、ダブルコアファイバ９４の被覆除去前の光ファイバ強度を保存することができる。ここで、被覆内に複数本のダブルコアファイバ９４が配置されていてもよい。例えば、許容曲率半径Ｒ以上の曲げ半径が維持されるよう、すべてのダブルコアファイバ９４を共通の被覆で保護してもよい。

ここで、ＭＴフェルール９２からキャピラリー９３までの光軸方向の距離Ｄ_９４は、各ダブルコアファイバ９４において放射損失が生じない曲率半径になるようにする。例えば、本実施形態では、キャピラリー９３の後端部３２の外径φ_３２がマルチコアファイバ直径に等しい１２５μｍであり、テーパ部３３の縮小率は７である。このため、マルチコアファイバの各コアがマルチコアファイバの半径の半分の位置に配置されている場合、２ｙは、１２５μｍの７／４倍の２１９μｍとなる。この値のとき、２ｘは３．６ｍｍとなる。このため距離Ｄ_９４は、余長２ｍｍを追加しても５．９ｍｍとなる。

上述の通り、キャピラリー９３は３ｍｍ程度の長さにすることができる。このため、本発明によるマルチコアファイバ接続部品の構成を採用することで、ダブルクラッドファイバ長を示す距離Ｄ_９４及びキャピラリー長Ｄ_９３を含んでも、８．９ｍｍと短尺にできる。

本実施形態では、シングルモード条件を満たす設計となっているため、０．５ｄＢ以下の接続損失で第一コア９４ａをシングルモードファイバに接続し、１ｄＢ以下の接続損失で第二コア９４ｂをマルチコアファイバに接続することができる。従って、本発明は低挿入損失の小型マルチコアファイバファンイン／ファンアウト部品が作製可能となる。

ここで、テーパ部３３の縮小率は、６以上９以下の任意の値を採用することができる。縮小率が６のときの距離Ｄ_９４は３．３ｍｍであり、縮小率が９のときの距離Ｄ_９４は４．０ｍｍである。そのため、本開示を採用することで、余長２ｍｍを追加しても、ダブルクラッドファイバ長を示す距離Ｄ_９４及びキャピラリー長Ｄ_９３を８．３ｍｍ以上９．０ｍｍ以下にすることができる。

ＭＰＯコネクタ９５及びマルチコアファイバコネクタ９６の光軸方向の長さＤ_９５及びＤ_９６はそれぞれ１０ｍｍ程度であるから、本開示を採用することで、図１に示す全体の構成であっても２８．３ｍｍ以上２９．０ｍｍ以下、すなわち３０ｍｍ未満にすることができる。

よって、本発明は、マルチコアファイバとシングルモードファイバの接続において、マルチコアファイバ接続部品を用いてコネクタ接続が小型、短尺で容易にできる。このため本発明は、マルチコアファイバの心数に関係無く、ＭＰＯコネクタを介してリボンファイバとの接続が可能である。

また、上述の実施形態では、コア数が４つであり、マルチコアファイバの中心軸から等距離に各コアが配置されているマルチコアファイバである例を示したが、本発明はこれに限定されない。コア数は５つ以上であってもよいし、各コアの配置はマルチコアファイバの中心軸から等距離でなくてもよい。

３１：先端部
３２：後端部
３３：テーパ部
８１：電極
９２：ＭＴフェルール
９３：キャピラリー
９４：ダブルコアファイバ
９４ａ：第一コア
９４ｂ：第二コア
９４ｃ：クラッド
９５：ＭＰＯコネクタ
９６：マルチコアファイバコネクタ

Claims (4)

1. 中心に備わる第一コア、前記第一コアの周囲に配置されている第二コア、及び前記第二コアの周囲に配置されているクラッド、を備える複数のダブルコアファイバと、
   前記複数のダブルコアファイバの先端を保持する保持部と、
   マルチコアファイバのコアに応じた配置で前記複数のダブルコアファイバを保持するキャピラリーと、
   を備え、
   前記複数のダブルコアファイバに備わる前記クラッドは、前記キャピラリーと溶着され、
   前記キャピラリーは、前記保持部に接続されている先端部から前記保持部に接続されていない後端部にかけて外径が縮小するテーパ部を備え、
   前記保持部において、前記第一コアは、シングルモードファイバのコアと接続可能であり、
   前記キャピラリーの前記後端部において、前記第二コアは、前記マルチコアファイバのコアとシングルモードで接続可能であり、
   前記第二コアと前記クラッドの比屈折率差は０．４％以上０．６％以下である、
   マルチコアファイバ接続部品。
2. 前記キャピラリーの前記先端部における前記第一コアのコア径、及び前記キャピラリーの前記後端部における前記第二コアのコア径は、８．０μｍ以上１０μｍ以下であり、
   前記第一コアと前記第二コアの比屈折率差は０．３２％以上０．３６以下であり、
   前記テーパ部における前記先端部から前記後端部への縮小率は、６以上９以下である、
   請求項１に記載のマルチコアファイバ接続部品。
3. 前記テーパ部における前記先端部から前記後端部への縮小率は、６．４５以上である、
   請求項１に記載のマルチコアファイバ接続部品。
4. 前記テーパ部における前記先端部から前記後端部への縮小率は、７．８１以下である、
   請求項１に記載のマルチコアファイバ接続部品。

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