JPH027006A - 光フアイバ放電融着接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術範囲） 本発明は、フッ化物光ファイバ等の融点の低い光ファイ
バの放電融着接続方法に関するものである。

（従来の技術） 光ファイバを接続する手法として融着接続方法がある。

この接続方法は、光ファイバを加熱溶融させて接合する
ものであり、接着剤を使用する他の接続方法と比べ、信
頼性に優れるという特長がある。この接続方法の熱源と
しては、放電、炭酸ガスレーザ、ガス炎、電熱線ヒータ
などが利用できる。このなかで、放電を用いる融着接続
方法は、その制御精度が高いために接続損失が小さく、
また保守が容易であることの利点もあって、現在、もっ
とも−膜内な接続手法になっている。ただし、この放電
加熱による融着接続方法が対象とする光ファイバは１石
英ガラスを主たる素材とした、いわゆる石英系光ファイ
バに限られてきた。

この放電加熱による融着接続方法においては、加熱時の
光ファイバの配置は単心接続用と多心−括接続用に区別
できる。

第３図は従来の光ファイバ単心用放電融着接続装置の構
成を示す斜視外観図である。図において、１は光ファイ
バ、２は放電電極、３は放電領域、４は支持台、５は高
圧電源、６は高圧用ケーブルである。

このように構成された従来装置は、１対の光ファイバ１
を支持台４上の溝にとりつけて端面を突合せ、これを放
電電極間に生じる放電プラズマによって加熱する機構に
なっている。対向した一対の放電電極２は一直線上にの
るように配列され、それらの先端を結ぶ直線のほぼ中央
に光ファイバ端面を位置決めする。

第４図は、光ファイバ多心用放電融着接続装置の構成を
示す斜視外観図である。この図で８は光ファイバ被覆部
である。また、光ファイバ多心用の支持台は図面では省
略しであるが、対向する光ファイバ同士の軸合わせを行
っている６光ファイバと放電電極２の配置が、前述した
単心接続の場合と異なり、複数の光ファイバを均等に加
熱する必要から、ファイバ列を放電電極の先端を結ぶ直
線からずらして配置する。この技術については。

下記の特許出願がある。

（特公昭６３−８４４２号「光ファイバ放電融着接続方
法および装置」） 第５図は別の光ファイバ多心用融着接続装置の放電電極
配置の構成説明図である。図中で、７はファイバクラン
プであり、光ファイバ１を支持台４上のＶ溝に沿わせる
ための押えである。これは第４図での放電電極配置にお
いて、もう一対の放電電極２を光ファイバ列に対して対
称となるよう配置している。

このような光ファイバ融着接続装置において、融着時に
必要な動作は憤心接続でも多心接続でも同様であり、具
体的には予加熱法と、予加圧法がある。前者の草心接続
では光ファイバの互いの端面をあらかじめ所定のすきま
間隔をもって突合せ。

つぎに放電をさせ、放電の持続中に一方の光ファイバを
押し込んで他方の光ファイバと融着させる方法である。

また、後者の多心接続では、あらかじめ一方の光ファイ
バ端面を他方に押し付けて接触圧を与えておき、その状
態で放電させることによって融着させる方法である。こ
の場合でも、光ファイバの端面角度に起因して端面接触
部にわずかな空隙が存在するため、融着時の光ファイバ
の変形を小さくするために後者でも端面を押し込む機構
を具備する。前者は１国内で生産されている融着接続装
置のほとんどで採用されている。、後者は、主に、初期
の研究用装置で採用されており、これまで実用に供され
ている光ファイバとしては、石英系光ファイバのほかに
、珪素系の多成分ガラスを素材とした光ファイバ、また
はプラスチックを素材とした光ファイバがあるが、これ
らの光ファイバの接続には、放電加熱による融着接続方
法は適用されておらず、低温での加熱が容易な電熱線ヒ
ータによる方法が適用されてきた。

ところで、最近は１石英系ファイバよりも光の伝送損失
が小さくなる可能性のある光ファイバとして、新たにフ
ッ化物材料を素材とする光ファイバ、いわゆるフッ化物
光ファイバの開発が進められてきている。しかし、この
光ファイバの融着接続を行うためには以下の問題がある
ため、いまだ接続技術が開発されていない。

（イ）融点が低いので加熱温度を低くする必要があるこ
と （石英系の２０００℃にだいし、３００〜４００℃程度
）。

（ロ）温度により粘度が急激に変化するので融着温度条
件の許容範囲が厳しくなること、（ハ）加熱時に結晶化
しやすいこと。

（結晶化すれば、機械的強度が著しく低下する。）たと
えば、電熱線ヒータを用いる方法では、（イ）の条件は
満たされるが、そのヒータ自体の持つ熱容量のため、瞬
間的加熱や冷却が難しい。これは。

（ロ）（ハ）の条件が満たしにくいことを意味し、この
方法でもこれまでにフッ化物光ファイバを接続できたと
の報告はない。また、放電加熱の手法は、加熱電力を電
気的制御で瞬間的にできる利点があるが、放電領域での
気体温度が高いため、加熱温度の低減化に難して問題が
あった。また、融着接続時に光ファイバを押し込むため
の機構を必要としたため、装置の簡略化がしにくい問題
があった。

（発明の目的） 本発明は、制御精度に優れた放電加熱による融着接読方
法をフン化物光ファイバなどの融点の低い光ファイバに
適用可能にすることを目的とするものである。

（発明の構成） （発明の特徴と従来技術との差異） 本発明は、大気中の放電を用いて、光ファイバを低い温
度で加熱できるように、放電をしている領域から離れた
位置に被接続光ファイバ端部を設置し加熱することを特
徴とするものである。これに対し従来、複数対の光ファ
イバを同時に融着接続する方法として、光ファイバ列を
放電電極軸からずらした位置に設置するものがあるが、
この場合の目的は、複数対の光ファイバを均一な温度で
加熱することであって、光ファイバは電極軸からずれて
いるが放電領域内に置かれた。したがって。

光ファイバの加熱温度は、単心接続と同様に高かった。

それに対し本発明では、一対の光ファイバを低温で加熱
するために、放電領域の外に光ファイバを置くものであ
り、従来とこの点が異なる。

（実施例） 第１−図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を説明する光
ファイバと放電電極との配置構成図であって、１は光フ
ァイバ、２は放電電極、３は放電領域である。この放電
電極２の先端は通常の円錐形が使えるが、角錐形でもよ
い。第１図のように平面的にみたときは、放電領域は、
ふたつの円弧であられされる形になる。本発明は、光フ
ァイバをこの放電領域から外れた位置で加熱することに
より、融着接続を行うものである。この放電領域からの
熱放射や熱伝達の結果、光ファイバが加熱される。

第１図（ａ）では、光ファイバ軸は、双方の放電電極先
端を結ぶ線分を垂直２等分する平面上に置かれているが
、一方の電極に近づけて置いてもよい。

極端には第１図（ｂ）のように、一方の放電電極の真上
にあたる位置にしてもよい。電極先端部の表面にも、放
電プラズマが発生するため、ここからの熱放射や熱伝達
があるからである。この放電プラズマは、瞬間的に発生
するため、電熱線ヒータによる加熱と比べ、はるかに加
熱の制御性が高いのである。光ファイバ軸の位置につい
ての条件は。

放電電極先端を結ぶ直線に垂直な平面上にあり、しかも
放電領域に近接したところを通るということだけである
。接続する光ファイバ端面は、当然のことながら、上記
平面で電極軸をもっとも近いところに位置決めする。電
極軸との距離は、電極間隔や放電電力等によって異なっ
てくる。

第１図（ａ）の配置における実験例を以下にのべる。放
電電極軸からのずれｙ。と放電電力Ｐ、を変化させ融着
の可否を調べた。融着が可能になるのは。

（ａ）加熱時に光ファイバが溶断しないこと、（ｂ）光
ファイバが断面全体で溶融すること。

のふたつの条件（ａ）、　（ｂ）を満たす場合である。

条件（ａ）は加熱の強さの上限を、条件（ｂ）は下限を
与える。条件（ａ）については、両端を把持した光ファ
イバの中央を加熱して溶断の有無をみた。また、条件（
ｂ）については、片端を把持した光ファイバを加熱し、
光ファイバ加熱部での曲り発生の有無をみた。実験に用
いた光ファイバの外径は１２５／ｆｆｉである。加熱に
は２３ｋｌ（ｚの高周波放電を使用した。

第２図に、この実験結果を示す。放電電力Ｐ。

（横軸）は、放電電極間電圧の波形と放電電流波形から
計算した実効電力値である。放電電極間隔ｄ９として、
０．４ｎｍと１．０＋ａの場合を示している。

図中、条件（ａ）２条件（ｂ）による限界ではさまれた
領域が融着が可能な条件範囲である。いずれのｄ、につ
いても、融着可能な加熱条件が存在することがわかる。

放電電極間隔ｄ、がこの途中の値であっても、同様に融
着可能な加熱条件が存在する。放電電力ＰＷの下限は、
放電を安定に持続出来なくなる限界である。

ところで、放電電極間隔ｄ、が大きくなると、放電領域
が大きくなるため、光ファイバの長手方向の加熱部分が
拡がる。また、放電電極間隔がおなしでも、光ファイバ
が放電電極に近いところで加熱される場合では、放電領
域の中央に近いところで加熱される場合に比べ、光ファ
イバの長手方向の加熱部分は狭まる。このように、光フ
ァイバと放電電極との相対位置を適切に設定することに
より、光ファイバの長手方向の加熱部分の範囲を選ぶこ
とができる。これを利用して、本発明では、融着接続時
の光ファイバについて外部からの押し込みを省くことが
できる。その原理を以下に説明する。

石英系光ファイバは線膨張係数は０．５　Ｘ　１０−”
と小さいが、フッ化物光ファイバは１５　Ｘ　１０−’
程度になる。したがって、加熱時には光ファイバの端面
が近接する方向に光ファイバが伸びる。もし、線膨張係
数αの光ファイバが長さＬにわたってΔＴの温度差だけ
加熱されたとすると、その時の伸び量ΔＬは次式で求ま
る。

ΔＬ＝αＬΔＴ たとえば、ａ　＝　１５　Ｘ　１０−’、Ｌ　＝　２０
００Ｉｎｓ、ΔＴ　＝３００℃とおくと、ΔＬ＝９Ｍに
なり、端面接触時における空隙を十分補える長さである
。したがって。

放電前に端面を接触させておくか、ΔＬよりも十分小さ
な端面間隔を設定しておけば、融着加熱時に自動的に光
ファイバ端面が押し込まれることになるため、光ファイ
バを装置の機構によって押し込む必要がなくなる。もと
もと端面間隔を特定値に与えた状態から融着したい場合
には、Ｌが融着に適すように光ファイバと放電電極との
配置を選べばよい。

接続損失を小さくするためには、通常、光ファイバ端面
の押し込みと光ファイバの加熱溶融とは、適切にタイミ
ングをとることが必要であるが、これは、放電電力を時
間的に適切に変化させてやることにより調整できる。光
ファイバ自体の熱容量のため、与えた放電電力に対し、
光ファイバの熱膨張は時間的な遅れを生じるから、もし
、はじめに放電電力を短時間だけ強く、その後弱くする
ようにすれば、光ファイバ端面の溶融がはやく生じるよ
うになり、逆に、放電電力をはじめに弱く。

あとで短時間だけ強くするならば、溶融は遅く生じるこ
とになる。

なお、光ファイバ端面を接触させた状態から放電させる
場合には、光ファイバの膨張で、加熱と共に端面に圧力
が生じることになるから、光ファイバが座屈変形を起こ
さぬように、光ファイバ自由端の長さ（光ファイバ支持
台の端から光ファイバ端面までの長さ）を小さくし、加
熱長りが小さくなるような配置を選ぶようにする。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明はこれまで困難であったフ
ッ化物光ファイバの融着接続を容易に実現することがで
きる。また、本発明では、従来行われてきた融着時に光
ファイバを外的に押し込む動作を省けるため、接続装置
の機構を単純にできる利点もある。また、フッ化物光フ
ァイバは、その透過波長領域の特徴を生かして、センサ
への応用も期待されることから、本発明は計測システム
を構成する場合にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は（ａ）、　（ｂ）は、本発明の一実施例を説明
する図、第２図は本発明の実施例における加熱条件の実
験結果を説明する図、第３図は従来の光ファイバ単心用
放電融着接続装置の構成を示す斜視外観図、第４図は光
ファイバ多心用放電融着接続装置の構成を示す斜視外観
図、第５図は別の光ファイバ多心用融着接続装置の放電
電極配置の説明図である６ １　・・・光ファイバ、　２・・・放電電極、３　・・
・放電領域、　４　・・・支持台、　５　・・・高圧電
源、　６　・・・高圧用ケーブル、　７・・・ファイバ
クランプ、　８　・・・光ファイバ被覆部。 特許出願人　日本電信電話株式会社 第 図 （ａ） （ｂ） 第 図 ５商圧電系 第 図 放電ｆ、ｆ） Ｐｗ（Ｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対向させた一対の光ファイバの両端を放電の熱で溶かし
   て融着させる光ファイバ融着接続方法において、被接続
   光ファイバ端部を放電領域から離れた位置で加熱するよ
   うに、対向させた１対の放電電極の先端を通る直線に垂
   直な平面上に前記被接続光ファイバの軸を設定し、被接
   続光ファイバ端部を当該直線にもっとも近接した位置に
   対向させて置いた後、放電を発生させて、その放電領域
   からの放射熱および伝達熱により被接続光ファイバを溶
   融させて接続することを特徴とする光ファイバ放電融着
   接続方法。