JPH04172408A - 光カブラおよび製造方法 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、光フアイバ通信等での利用価値が高い、入出
射端末か光ファイバで形成された光フアイバ型のカプラ
に関するものである。

【従来の技術】

光フアイバ通信においては、光源から出射された光や、
ファイバ中を伝搬する光を、分岐したり、合流したり、
分波したり、合波したりする技術が非常に重要である。 ここで、分岐、合流という表現は、光の波長とは無関係
に複数の光を分けたり、重ね合わせて特定の方向に流す
ことを言う。また、分波、合波という言葉は、異なる波
長の光を複数扱うときに用いており、分波は複数の波長
の光か存在する光ビームの中から特定波長の光を取り出
すときに、合波は複数の波長の光を一つの光ヒームにま
とめるときに用いる。分岐、合流、分波、合波技術は、
光フアイバ通信に限るものではないが、光フアイバ通信
では伝搬する光を出来る限り外に出さないで処理するこ
とか望まれている。すなわち、光ファイバを伝搬してい
る光を一旦外に出すと、再び、光フアイバ中に入射する
には、しンズなどの光学系を使用することか必要となり
、このとき結合損が生しる。また、様々な光学系の表面
では、通常、光の反射か生じるので、不必要な光か、逆
方向に戻って行ったりする。この逆行した光は光源、た
とえばレーザダイオードの動作状態を不安定にしたりす
る。これらの観点から、光フアイバ中の光をなるべくフ
ァイバ外に出さずノこ処理する必要が生じる。 このような条件を満しつつ光の分岐、合流、分波、合波
を行う素子として、基板型導波路と光ファイバカプラの
二つがある。 ひとつの方式である基板型導波路は、第２０図に示すよ
うに、平板状のガラス基板ｌに光をガイドできる屈折率
の高い領域（コア）からなる導波路２．２を形成したも
のである。しかし、この基板型導波路は、導波路２を作
製する時にどのような光学的特性が得られるかをモニタ
ーすることができないので、いわば盲で製造することに
なる。これを補うには、設計、製造段階で非常に高精度
な技術が必要となる。このような光を導く導波路２と電
子を導く回路との違いは、導波路２の場合、その大きさ
、屈折率、導波路２．２の相互間距離などに非常に高い
精度か要求されることである。 すなわち、電子回路ではある程度回路の寸法幅に誤差か
あっても電気的につながっていればよいので許容幅が大
きいか、光を導く導波路２回路では、光が伝搬するコア
部の寸法変化が回路の特性を損なうことになるからであ
る。また、基板型先導波路では、導波路２の曲がりによ
って伝送損失が増大するので、あまり大きな曲率で導波
路２の形状を設定することはできない。このため基板型
先導波路は小型化しにくい。 他方の方式である光フアイバカプラは、前記基板型導波
路のような問題はない。光フアイバカプラには、いろい
ろなタイプがあるが最も量産されているのは、融着延伸
型の光ファイバカプラである。このタイプの光カプラは
第２１図に示すように、２本の光ファイバ４を互いに添
わせた後、適当な熱源、例えば水素ガスバーナ５でもっ
て融着し、更に、軸方向に引っ張って延伸する。結果と
して、光ファイバ４のコアは融着延伸部で細められ、コ
ア中を伝搬する光は、融着延伸部７てクラッドに多量に
しみ出すようになる。この結果、二つのコアの伝搬モー
ト間に電磁的な結合が生じてカプラとしての作用をなす
ようになる。この融着延伸型の光フアイバカプラは光フ
ァイバの種類によって、様々なカプラ、例えば、単一モ
ードファイバカプラ、多モードファイバカプラ、偏波保
持ファイバカプラなどに分類されるが、現在の光フアイ
バ通信では単一モードファイバが主流となっているため
、この光フアイバカプラも単一モードファイバカプラが
主流となっている。

【発明が解決しようとする課題】

ところでこのような融着延伸型ファイバカプラにおいて
は、下記■、■、■の問題がある。 ■　融着延伸型光ファイバカプラでは、融着延伸された
部分が最初の光フアイバ外径の３分の１〜５分の工程度
に細くなる。この結果、光フアイバカプラは、曲がりや
すく、引っ張り強度の点でも弱いものとなる。このため
十分な補強か必要であるが、前述のように曲がり易いた
め、補強する工程でも格別の注意か要求される。 ■　光ファイバ４を２本組み合わせたカプラは、比較的
容易に作製できるが、３本以上の光ファイバ４の間で同
時に結合を起こさせる光フアイバカプラの作製は容易で
はない。具体的には、第２２図に示すようなＭＸＮ型ス
ターカプラ８を融着延伸法で一度に作るのは難しい。こ
のため例えば、８×８スターカプラでは、第２３図に示
すように、複数個の２×２光フアイバカプラ６を接続し
て目的を達する。ここで使用した２×２光フアイバカプ
ラ６は、使用波長での分岐比が５０％対５０％のもので
ある。しかし、８×８カプラを現実するためには１２個
の２×２カプラ６か必要であり、もし、１２８Ｘ１２８
スターカプラを現実するには、４４８個という多数の２
×２カプラ６か必要となる。 ■　融着延伸型光ファイバカプラは、特性に優れたもの
が容易に出来ることが知られているか、量産の観点から
は不十分である。量産性の向上を目的として、第２４図
に示すように、２本のファイバ４を−組みとして、複数
対のファイバ４を同時に加熱融着延伸する方法が提案さ
れているが、実際には、複数対の光ファイバ４を同一の
条件で加熱融着延伸することは容易ではない。 この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、■強度的
に優れ、曲がりも受けにくい光カプラを提供すること、
０ＭＸＮ型光カプラを容易に製造できるよう？こするこ
と、■光カプラの量産性を向上することを目的とする。

【課題を解決するたぬの手段】

この発明の光カプラは、複数の光ファイバが融着延伸部
で一体化されてなるカプラ本体が、少なくとも融着延伸
部で、光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈折率
を有するガラスブロックの外表面に融着一体化されたも
のである。 ガラスブロック上にはカプラ本体を複数設けても良い。 このように複数のカプラ本体を設ける場合、カプラ本体
間には隙間を設けたり、光ファイバのクラッド屈折率よ
りも低いガラスを埋め込むと良い。 この発明の光カプラは、構造パラメータか実質的に同一
の光ファイバのみて構成されても、構造パラメータが異
なる光ファイバを２種類以上用し）て構成されても良い
。ま１こ個々のカプラ本体か、構造パラメータの異なる
２種以上の光ファイバで構成されていても良い。個々の
カプラ本体を構造パラメータの異なる２種以上の光ファ
イバで構成すると、結合度の波長依存性が低下し、分岐
、合流に好適な光カプラを製作できる。 この発明の光カプラを製造するには、複数本の光ファイ
バをこれら光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈
折率を有するガラスブロックの外表面に添わせて、すな
わち接触した扶植て配置し、この後前記ガラスブロック
と一体で加熱、融着、延伸する。 用いるガラスブロックの形状は特に限定されないが、工
程上は平板状であることが望ましし１゜またガラスブロ
ックの表面に光ファイバの位置を決める溝を設けておく
と良い。 このように光カプラを製造する際には、ガラスブロック
の表面に複数本の光ファイバを隙間なく並べたり、複数
本の光ファイバが互いに隙間なく並べられた米ファイバ
群を各群間には隙間が存在するように配置する。 光フアイバ群間の隙間には、光ファイバのクラッドより
も低い屈折率のガラスからなる部材を配置しても良い。 分岐、合流用光カプラを製造する際には、光カプラの入
射側の１本の光ファイバから光を入射するとき、出射側
の複数のファイバからほぼ均一に分配された光が出力さ
れるように延伸する。 加熱、融着延伸処理を行う際に用いる熱源には、各種の
ものを利用できるが、中でも酸水素火炎などの可燃性ガ
スバーナ、電熱ヒータ、炭酸ガスレーザのようなガスレ
ーザ光が望ましい結果を与える。

【作用】

この発明の光カプラでは、カプラ本体に一体に融着され
たガラスブロックが強度Ｍ強部材の役割を果す。 またこの発明の光カプラでは、ガラスブロックの屈折率
を光ファイバのコアの屈折率よりも小と乙でいるので、
ガラスブロックと一体となったカプラ本体のコアからク
ラッド′内にしみだした光が、さらにガラスブロック内
にも広がってしまうのを防止できる。 また本発明の製造方法によれば、光ファイバをガラスブ
ロックと共に加熱、融着、延伸するので、多数の光ファ
イバを同時に均一な条件でかつ安定した状態で延伸でき
る。 ガラスブロックとして、溝の設けられたものを用いると
、加熱融着延伸処理を行う際の先ファイバの位置をより
安定させることができる。

【実施例】

以下実施例に沿って本発明の光カプラおよび製造方法を
詳しく説明する。 （実施例１） 第３図に示すような、厚さ２ＩＩＩＩ１１１幅６１１１
１ｎ％長さ５０ｍｔｎのガラス平板１０を準備した。ガ
ラス平板１０は、ふっ素を添加された石英ガラスからな
るもので、その屈折率は純粋な石英ガラスと比べて約０
．３５％低くなっている。この表面（幅６ｍｍの而）に
、第２図に示すように、２本の光ファイバ４を縦添えし
た。用いた光ファイバ４の８ｍパラメータを、第】表に
示す。 第１表 次にこのものを第１図に示すよう？こ、２本の酸水素バ
ーナ５を用いて表裏両面側から加熱して、ガラス平板１
０と光ファイバ４，４とを互いに融着した。そしてガラ
ス平板■０を長さ方向に引っ張って延伸した。延伸しな
がら光ファイバ４．４間の結合の様子をモニターした。 モニターは、２本の光ファイバ４のうちの１本の一端か
ら光を入射して、他方の光ファイバ４の他端で出射光を
モ・　　ニターすることによって行った。この時のモニ
ター結果を第４図？こ示す。モニターした光の波長は１
．３μｍと１．５５μｍである。 モニターをしながら適当な延伸量で延伸を止め、その後
、光カプラ全体を補強した。結果として、得られた光カ
プラは、第１図に示すように、２本の光ファイバ４が融
着延伸部７の部分て一体となったカプラ本体１２が、融
着延伸部７でガラス平板１０と一体となったものであっ
た。 この光カプラの一方の光ファイバ４の一端に１゜３μｍ
の光と１．５５μｍの光を同時に入射すると、出射９１
では一方の光ファイバ４から１．３μｍの光が出射し、
他方の光ファイバ４から１．５５μｍの光が出射する、
いわゆるＷＤＭ　（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長多重型）であ
った。この光カプラの特性は、第５図に示す通りであっ
た。また光カプラ中で生ずる過剰損失は約０゜２ｄＢで
あり、良好な特性でありん。 この先カプラでは、カプラ本体１２に一体に融着された
ガラス平板１０が強度補強部材の役割を果すので、従来
の融着延伸型ファイバカプラで問題をなっていた融着延
伸部７の細りに伴う不安定さを容易に解消することか出
来る。従って、この光カプラは、カプラ本体Ｉ２の融着
延伸部７に曲がりか発生しにくく、かつ引っ張り強度の
面てら向上される。またこの光カプラは補強工程での取
り扱いが容易である。 またこの先カプラでは、ガラス平板ＩＯの屈折率を光フ
ァイバ４のクラッドの屈折率よりも小としているので、
ガラス平板１０と一体となったカプラ本体１２のコアか
らクラッドにしみ出した光が、さらにガラス平板１０に
も広がってしまうのを防止できる。従ってこの先カプラ
は、損失の少ないものとなる。 またこの製造方法によれば、ガラス平板１０と共に光フ
ァイバ４を加熱、融着、延伸したので、光ファイバ４を
均一条件でかつ安定した状態で延伸できた。従ってこの
製造方法によれば、延伸処理工程の歩留りを向上できる
。 （実施例２） 第６図に示すように、ガラス平板ＩＯの表面に１対の光
ファイバ４．４を縦添えし、裏面にもう１対の光ファイ
バ４，４を縦添えし、これらを実施例１と同様の方法で
加熱、融着、延伸した。 こうして得られた光カプラは、第７図に示すように、ガ
ラス平板１０に２つのカプラ本体１２゜１２が融着一体
化されたものであった。 この製造方法によれば、ガラス平板１０の表裏両面にそ
れぞれ光ファイバ４を縦添えして加熱、融着、延伸処理
したので、２対の光ファイバ４をまたこの製造方法によ
れば、ガラス平板１０と共に光ファイバ４を加熱、融着
、延伸したので、２対の光ファイバ４を均一条件でかつ
安定した状態で延伸できた。同時に延伸できた。この結
果従来、個々に作製していたカプラ本体を２個同時に作
製することができた。従ってこの製造方法によればカプ
ラ本体１佃当たりの作製時間を低減でき、製造コストの
低減、量産性の向上に寄与することが出来る。 またこの製造方法では、光ファイバ４をガラス平板ＩＯ
の表裏両面に配置して延伸処理を行ったので、延伸時に
加わる張力のバランスが向上し、安定した条件で光カプ
ラを作製できるようになった。 （実施例３） 第８図に示すように、角柱状のガラスブロック１１を準
備し、４つの側面にそれぞれ光ファイバ４を２本ずつ縦
添えし、これをガスバーナ５で加熱、融着し、全体を延
伸した。結果として、第９図に示すように、４個のカプ
ラ本体１２を有する光カプラが得られた。各カプラ本体
１２は、実施例１のカプラ本体１２と同様の特性（第５
図参照）を有するＷＤＭ型カプラであった。 この実施例３の製造方法によっても実施例２と同様の作
用効果が得られる。 （実施例４） 構造パラメータの異なる２種類の光ファイバ４を用いて
、実施例１〜３と同様に光カプラを製作した。 用いた光ファイバ４は、前記第１表に示した構造パラメ
ータを有するものと、下記第２表に示しん構造パラメー
タを有するものであった。 第２表 良く知られているように、構造パラメータの異なる光フ
アイバ４間の結合は、光ファイバ４の特性が互いに異な
るため、すなわち固有モードが等しくないため、延伸を
したときの結合はｌＯＯ％結合を示さず、第１θ図に示
すように光ファイバ４のパラメータの差に応じて数十％
の結合度で止まってしまう。また、このとき結合度の波
長特性を調べると第１１図に示すように、波長に対して
かなり平坦な特性を示した。この結果から、この光カプ
ラは、結合度の波長依存性が小さく、分岐、合流用光カ
プラに適したものであることか分かった。 このように、この発明の光カプラは必ずしも同一の光フ
ァイバ４のみからなるものに限らず、複数の種類の光フ
ァイバを用いたものであっても良い。このように異種の
光ファイバ４を用いると興味深い特性を示す光カプラを
得ることができる。 （実施例５） 前記第１表に示した特性を有する２本の光ファイバ４を
一つの群１４とし、第１２図に示すように、４組の光フ
アイバ群１４をガラス平板Ｉ２の片面に配置した。各光
フアイバ群２４Ｍには隙間１５を空けて互いに接触しな
いようにした。このものを実施例Ｉと同様の方法で加熱
、融着、延伸゛した。 得られた光カプラを構成する各カプラ本体の特性を第１
３図に示す。この図から分かるように、４個のカプラ本
体の特性は、はぼ揃っており、そのばらつきは許容でき
る程度であった。なおばらつきが生じた原因は、延伸時
の加熱条件か４組のカプラ本体の間で若干ばらついてい
たためと思われる。 この実施例の製造方法によっても、多数のカプラ本体を
同時に製造できるので、光カプラの量産性を向上するこ
とができる。 （実施例６） 第１４図に示すように、実施例５と同様に配置された光
フアイバ４間にガラス平板１０の屈折率とほぼ等しい屈
折率を有するガラスからなるガラス繊維１６を収め、こ
れを加熱融着延伸して、光カプラを作製した。得られた
光カプラの各カプラ本体の特性は、実施ＰＪ５のものと
同様（第１３図参照）であった。 （実施例７） 第１５図に示すように７本の光ファイバ４を隙間なく、
ガラス平板ｌＯ上に並べた。用いたガラス平板ＩＯの寸
法は、幅６　ｍｍ、厚さ２ＩＩＩｍ、長さ５０ｍｍであ
った。延伸量の調整は、中央の光ファイバ４から入射し
た光が出来る限り出射側の７本の光ファイバから均等に
出て来るように延伸を行った 得られた光カプラの７本の光ファイバ４の出射端から出
射される光パワーの分配比を第１６図に示す。理想は、
どのファイバからも約１５％の光が出射される状態であ
るが、結果としては１０〜１８％の転回でばらついた。 しかし、このばらつきは許容レベルであった。 この結果、これまで製作が難しかったＩＸｎ型の光カプ
ラを、安価にかつ簡便に作製できることが確認できた。 （実施例８） 第１７図に示すように、略半円状の溝Ｉ６が設けられた
ガラス平板１０を用い、光ファイバ４をこれらの溝１６
に添わせて実施例１と同様に光カプラを製造した。 この実施例では、ガラス平板１０およびガラスブロック
１１として溝１６が設けられたものを用いたので、適切
な位置に光ファイバ４か保たれ、加熱延伸処理を容易に
行うことができ１こ。 （実施例９） 第１８図に示すように、１字状の溝１６が設けられたガ
ラス平板１０を用い、光ファイバ４をこれらの溝１６に
添わせて実施例１と同様に光カプラを製造した。 この実施例でも前記実施例８と同様に、適切な位置に光
ファイバ４を保つことができ、加熱延伸処理を容易に行
うことかできた。 （実施例１０） 第１１９図に示すように、１字状の溝１６が４面に設け
られたガラスブロック１１を用い、光ファイバ４をこれ
らの溝１６に添わせて実施例３と同様に光カプラを製造
した。 この実施例でも前記実施例８と同様に、光ファイバ４の
位置が正確に保たれ、加熱延伸処理を容易に行うことが
できた。

【発明の効果】

本発明の光カプラは複数の光ファイバが融着延伸部で一
体化されてなるカプラ本体が、少なくとら融着延伸部で
、光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有
するガラスブロックの外表面に融着一体化されたことを
特徴とするものである。 このような構成を有す本発明の光カプラでは、カプラ本
体に一体に融着されたガラスブロックが強度補強部材の
役割を果すので、融着延伸部に曲がりが発生しにくく、
かつ引っ張り強度の面でも向上される。またこの発明の
光カプラは、前記のようにカプラ本体の融着延伸部の強
度が向上しているので、この融着延伸部を補強する工程
での取り扱いか容易である。 またこの発明の光カプラでは、ガラスブロックの屈折率
を光ファイバのコアの屈折率よりも小としているので、
ガラスブロックを一体となったカプラ本体のコアからク
ラッドにしみ出した光が、さらにガラスブロック内にも
広がってしまうのを防止できる。従ってこの発明の光カ
プラは、損失の少ないものとなる。 また本発明の光カプラの製造方法は、複数本の光ファイ
バをこれら光ファイバのクラッドの屈折率よりも低い屈
折率を有するガラスブロックの外表面に添わせて、前記
ガラスブロックと一体で加熱、融着、延伸したことを特
徴とする方法である。 このような本発明の製造方法によれば、ガラスブロック
と共に光ファイバを加熱、融着、延伸するので、多数の
光ファイバを同時に均一条件でかつ安定した状態で延伸
できる。従って本発明の製造方法によれば、２×２型カ
プラのみならず、ＮＸＮ型カプラも製作可能である。ま
た複数のカプラ本体を同時に製造して、単位カプラ当た
りの製造コストの低減、量産性の向上に答与することが
出来る。 特にガラスブロックにファイバ位置ぎめ用の溝が設けら
れたものを用いた場合には、光ファイバの位置ぎめが容
易なので、より容易に加熱融着延伸処理を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例】の光カプラと、これを製造する際の
加熱融着延伸処理工程の状態を示す斜視図である。 第２図は実施例１の製造方法の１工程を示す斜視図であ
る。 第３図は実施例１で用いたガラス平板を示す斜視図であ
る。 第４図は実施例１て光カプラを製造する際の延伸工程で
行ったモニタの結果を示す、結合度と延伸長との関係の
グラフである。 第５図は実施例Ｉで得られた光カプラの特性を示す結合
度と波長の関係のグラフである。 第６図は実施例２の製造方法の１工程を示す斜視図であ
る。 第７図は実施例２で得られた光カプラの融着延伸部を示
す断面図である。 第８図は実施例３の製造方法の１工程を示す断面図であ
る。 第９図は実施例３で得られた光カプラの融着延伸部を示
す断面図である。 第１θ図は実施例４で光カプラを製造する際の延伸工程
で行ったモニタ結果を示す結合度と延伸長の関係のグラ
フである。 第１１図は実施例４て得られた光カプラの結合度と波長
の関係を示すグラフである。 第１２図は実施例５の製造方法の１工程を示す断面図で
ある。 第１３図は実施例５て得られた光カプラの特性を示す結
合度と波長の関係のグラフである。 第１４図は実施例６の製造方法の１工程を示す断面図で
ある。 第１５図は実施例７の製造方法の１工程を示す断面図で
ある。 第１６図は実施例７で得られた光カプラの特性を示す結
合度とファイバの関係を示すグラフである。 第１７図ないし第１９図は実施例８〜ＩＯの製造方法を
示すための断面図である。 第２０図は導波路型の光カプラを示す斜視図である。 第２１図は従来の光フアイバ型光カプラを製造する際の
加熱延伸工程を示す正面図である。 第２２図はＭＸＮ型光カプラを示す平面図である。 第２３図は、従来の８×８型光カプラの構造を示す平面
図である。 第２４図は従来提案されていた光カプラの量産方法を説
明するための斜視図である。 ４・・・光ファイバ ５・・ガスバーナ ７・・融着延伸部 ＩＯ・・ガラス平板 １１・・・ガラスブロック １６・・・溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光ファイバが融着延伸部で一体化されてな
   るカプラ本体が、少なくとも融着延伸部で、光ファイバ
   のクラッドの屈折率よりも低い屈折率を有するガラスブ
   ロックの外表面に融着一体化されていることを特徴とす
   る光カプラ。
2. （２）複数本の光ファイバをこれら光ファイバのクラッ
   ドの屈折率よりも低い屈折率を有するガラスブロックの
   外表面に添わせて、前記ガラスブロックと一体で加熱、
   融着、延伸したことを特徴とする光カプラの製造方法。
3. （３）表面にファイバ位置決め用の溝が設けられたガラ
   スブロックを用いたことを特徴とする請求項２の光カプ
   ラの製造方法。