JPH04226403A - 高分子光導波路用光結合器の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械的安定性が高く、且
つ耐熱性および耐候性に優れた光結合器を経済的に有利
に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光導波路網においては、光結合器
は光通信回路の一部品であり、光導波路を経てきた光信
号は光結合器で受光され、他の光導波路へ送られていた
。そのような光結合器は透明体からなり、受光側および
出光側で光導波路に結合している。光導波路に透明成形
品を接着または融着させて製造する光結合器に加えて、
光導波路の束を捩り、引き伸ばして製造する光結合器も
ある（Ａｇａｒｗａｌ、Ｆｉｂｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒ．　
Ｏｐｔｉｃｓ　６　（１）　２７−５３、１９８７）。

【０００３】しかしながら、そのような光結合器の製造
は複雑となり、且つ高価なものとなってしまう。それに
加えて、そのような公知の光結合器では減衰を回復せし
めることが困難であるため、出力ファイバー間での出力
には１ｄＢ以上のばらつきがある。

【０００４】更に、高分子光導波路からなるファイバー
の束を、収縮スリーブによって互いに融着せしめた光結
合器が公知である（ＤＥ−Ａ−３，７３７，９３０、Ｗ
Ｏー８９／０２６０８）。ＷＯー８９／０２６０８に記
載された方法によれば、溶融コアファイバー、収縮スリ
ーブおよびいわゆる”フィラーロッド”間に不完全な接
触が形成されるため、コア−光クラッド間に境界層が形
成され光損失が大きなものとなってしまう。

【０００５】多数の光結合器、例えば”バイコニカルテ
ーパ型”光結合器または収縮スリーブ法と”バイコニカ
ルテーパ型”光結合器を組み合わせた光結合器において
主に問題となる点は、機械的安定性、特にミキシング部
におけるが機械的安定性が不十分であることである。こ
れは、支持体を用いることで解決することができる。そ
れゆえ、光結合器を車両に用いる場合には機械的安定性
の要求を満たすために、光結合器を特殊な容器内に固定
化する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明は簡便かつ安価に製造できる機械的に安定な光結合
器であって、出力の減衰が小さく且つ出力ファイバー間
での出力のばらつきが小さいものを製造する方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明においては、外乱に対して安定であり、且つ個々
の出力ファイバー間の出力のばらつきを最小にできる光
結合器は、光導波路のミキシング部にプラスチックチュ
ーブをかぶせ、次いで、その上に収縮スリーブを押し入
れるという簡便な方法で製造することができる。

【０００８】すなわち、本発明は、光導波路を配列し、
プラスチック製の収縮スリーブで束ねることにより、高
分子光導波路用の光結合器を製造する方法あって、２〜
１０５の高分子光導波路を配列し、束ね、ミキシング部
にプラスチックチューブをかぶせ、プラスチックチュー
ブ上にプラスチック製の収縮スリーブを押し入れ、そし
て収縮スリーブが収縮する温度まで収縮スリーブを加熱
することからなるものである。

【０００９】本発明の方法においては、ミキシング部の
光クラッド材が取り除かれた光導波路を用いるか、また
は光クラッド材の除去が不要である密集した光導波路の
束を製造することができ、用途に応じて何れでも可能で
ある。

【００１０】本発明の目的のためには、２〜１０５の高
分子光導波路が同方向に配列され、且つ束ねられる。光
導波路はひねりを加えられていてもよい。プラスチック
チューブはミキシング部にかぶせられ、プラスチック製
の収縮スリーブがプラスチックチューブ上に押し入れら
れる。収縮スリーブは熱処理によって収縮する。

【００１１】プラスチックチューブを用いることによっ
て光導波路のミキシング部の安定性が増加する。その結
果、光導波路は外部からの作用、例えば衝撃、ショック
または曲げ荷重から保護される。プラスチックチューブ
は、完全に硬直したものである必要はない。しかし、あ
る程度の柔軟性を有することが必要である。すなわち、
プラスチックチューブは光導波路のミキシング部にかぶ
せられた後に折り返された状態となっても、光導波路を
保護する程度に柔軟性があることが必要である。しかし
ながら、プラスチックチューブは、熱および気候変化か
らミキシング部を保護する役割も有する。その結果、そ
のような光結合器は、高温にさらした後においても減衰
の変動が非常に小さいものである。

【００１２】そのようなプラスチックチューブ用の材質
としてふさわしいものは、一般に透明度が高く、且つフ
ァイバーの屈折率よりも低い屈折率を有する高分子であ
る。例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポ
リ−４−メチルペンテン、ポリ四フッ化エチレンまたは
フッ素系高分子である。

【００１３】光導波路およびプラスチックチューブの融
着条件を適宜選択することで、機械的特性および熱的特
性に優れた光結合器となる。光導波路およびプラスチッ
クチューブを加熱すると、それらはガラス状態から熱弾
性状態へと変化する。そして熱弾性状態を経た後、熱可
塑性状態となる。温度が上昇するにつれ、プラスチック
チューブは、まず熱弾性状態へと変化する。一方、光導
波路は、より高い温度でのみ、この変化が起こる。しか
しながら、プラスチックチューブが熱可塑性状態になる
前に、光導波路の熱弾性状態への変化が完了している必
要がある。これにより、光導波路およびプラスチックチ
ューブの光学的接触が良好となり、それと同時に光導波
路間に光クラッド材が入り込むことを防止できる。光導
波路およびプラスチックチューブの分子量によって加熱
温度範囲を適宜選択することができる。収縮スリーブの
収縮温度がプラスチックチューブが熱弾性状態となる温
度よりも低い場合には、プラスチックチューブが密に寄
り集まり、導通が起こってしまう。収縮スリーブおよび
プラスチックチューブよって取り囲まれたファイバー束
は、加熱中または加熱後に、対称的にまたは非対称的に
伸長してもよい。その結果、ファイバーはバイコニカル
テーパ状となる。このバイコニカルテーパ状は、伸長さ
せずとも、収縮スリーブの中央部を端部よりも、強く加
熱することによって形成することができる。

【００１４】収縮スリーブの収縮によってプラスチック
チューブが変形する。その結果、溶融した高分子光導波
路の束は密閉される。

【００１５】本発明の方法によれば、プラスチックチュ
ーブの屈折率はコアファイバーの屈折率よりも小さいこ
とが必要である。プラスチックチューブをミキシング部
における光クラッド材として供するためである。この場
合、本来の光クラッド材は、プラスチックチューブをミ
キシング部にかぶせる前に、ファイバーから取り除いて
おく。

【００１６】本発明の有利な点は、収縮スリーブの除去
およびミキシング部のラッカー塗りが不要なことである
。プラスチックチューブが光クラッド材として完全に機
能するためである。

【００１７】減衰損失を減ずるには、プラスチックチュ
ーブに金属、特にアルミニウムを気相コーティングして
鏡面とするか、または金属を気相コーティングしていな
いプラスチックチューブを鏡面コートしたプラスチック
フィルムで包めばよい。

【００１８】しかしながら、本発明は密集した光導波路
の束を製造するのにふさわしい方法でもあり、この目的
のためには、光導波路の光光クラッド部分の除去は不要
である。

【００１９】プラスチックチューブの長さは１０〜１０
０ｍｍであり、好ましくは４０〜６０ｍｍである。そし
て内径は１〜５０ｍｍであり、好ましくは３〜１０ｍｍ
である。好ましい具体例としてはプラスチックチューブ
の肉厚は０．５〜２５ｍｍであり、特に１〜５ｍｍであ
る。プラスチックチューブの内面はできるかぎり平滑で
あることが必要である。

【００２０】本発明の方法にふさわしい収縮スリーブは
、例えばＤＥ−Ａ−３，７３７，９３０およびＷＯ−８
９／０２６０８に記載されている。

【００２１】収縮スリーブは黒色、透明または着色され
ていてもよい。収縮スリーブは光クラッド材としての機
能は必要ないため、収縮スリーブの屈折率は本発明の方
法においては何らの役割も有さない。内面が熱可塑性材
料でコートされている収縮スリーブを使用することも可
能である。内面がコートされた収縮スリーブは一般にポ
リオレフィンからなる。

【００２２】本発明の方法においては、二重収縮スリー
ブを用いてもよい。二重収縮スリーブは内部収縮スリー
ブおよび外部収縮スリーブからなる。外部収縮スリーブ
が、その収縮温度に達するときには、内部収縮スリーブ
はすでに熱可塑性状態となっている。外部収縮スリーブ
の収縮による圧力は、収縮スリーブ、プラスチックチュ
ーブおよびファイバーを良好に結合させるのに十分な大
きさである。

【００２３】収縮スリーブは、通常１０〜２００ｍｍの
長さであり、好ましくは５０〜１００ミリの長さである
。そして、収縮スリーブの直径は０．５〜６０ｍｍであ
り、特に１〜２０ｍｍである。

【００２４】収縮スリーブに用いられる通常の材料は、
例えばポリオレフィン、フッ化ビニリデンまたはフッ化
ビニリデン若しくはシリコンゴムを含有する共重合体で
ある。それらは一般に１００〜３００℃の温度で収縮を
開始する。収縮過程において収縮スリーブは１．２：１
〜約４：１の比で収縮する。この値は収縮スリーブの種
類によって異なる。

【００２５】入力ファイバーと出力ファイバーが一方向
を向いている光結合器、すなわち結合領域がＵ字型に折
り返されている光結合器は、例えば車両産業において使
用される。そのような結合領域がＵ字型に折り返されて
いる光結合器のミキシング部は、折り返されていること
自体応力を受けているため、特に外部からの機械的な影
響を受けやすい。そのような特殊な形状を有する光結合
器にプラスチックチューブを用いることで、ミキシング
部を十分に保護することができる。その結果、光結合器
は特に衝撃、圧力および捩り応力に対して安定となる。

【００２６】以上述べたように、本発明の方法によって
、特に高い機械的安定性を有する光結合器を製造するこ
とができる。光導波路をプラスチックチューブで取り囲
むことによって、光ファイバーを外部の様々な作用、例
えば油、ほこりや塵または水分から保護し、それに加え
て、プラスチックチューブは優れた耐熱性および耐候性
を有するものとなる。

【００２７】

【実施例】実施例１ 伝送ミキサを有する７×７スターカップラの製造それぞ
れ直径１ｍｍ、長さ０．５ｍのポリカーボネートからな
る光導波路を７本用意し、それぞれの５ｃｍの部分の光
クラッドをガソリンによって取り除いた。そして、薄い
ＰＭＭＡチューブ（ｎ＝１．４９２）を光クラッドを取
り除いた部分に押し入れた。ファイバーの屈折率はｎ＝
１．５８５であった。ＰＭＭＡチューブは内径３ｍｍ、
肉厚１ｍｍ、長さ５ｃｍであった。次いで、内径６．４
ｍｍ、７ｃｍ長のポリフッ化ビニリデンからなる透明な
収縮スリーブで、ＰＭＭＡチューブおよびファイバーを
覆った。

【００２８】収縮スリーブを加熱系との接触を避けるた
め、７．５ｃｍ長、内径７ｍｍのガラスチューブを、収
縮スリーブ、ＰＭＭＡチューブおよびファイバー上に覆
いかぶせた。ファイバーは、その位置で固定した。収縮
スリーブまたはＰＭＭＡチューブの位置における温度を
１９５℃まで上昇させた。温度が１９５℃に達すると、
収縮スリーブは収縮を開始した。軟化点が１９５℃より
も低いＰＭＭＡチューブおよびファイバーは溶融を開始
した。溶融部分（以下「ミキサーロッド」という）は円
形であって、長さ２．５ｃｍ、直径３ｍｍであった。Ｐ
ＭＭＡチューブの屈折率はポリカーボネートの屈折率（
ｎ＝１．５８５）よりも小さいため、ＰＭＭＡチューブ
は機械的安定性に寄与するばかりでなく、同時に光クラ
ッドとしても機能する。ミキサーロッド／ＰＭＭＡチュ
ーブの境界面では、ミキサー中を進行する光は全反射さ
れた。その結果、光が外部に漏れることはなかった。ガ
ラスチューブを取り除き、機械的に安定なスターカップ
ラが得られた。

【００２９】このようにして得られたスターカップラに
ついて反復耐熱性の試験をした。スターカップラを耐候
性試験装置に入れ、温度−４０℃〜＋１００℃の間にお
いて８時間のサイクルで１週間熱処理をした。減衰の変
化は０．５ｄＢであった。

【００３０】伝送ミキサを有する７×７スターカップラ
の過剰損失は２．０ｄＢであり、出力ファイバー間の出
力のばらつきは１．５ｄＢであった。

【００３１】実施例２ 実施例１と類似の方法によって伝送スターカップラを製
造した。ミキサーロッドを熱空気によって再度１８０℃
に加熱し、Ｕ字型に折り返した。

【００３２】このようにして得られたスターカップラの
過剰損失は２．５ｄＢであり、出力ファイバー間の出力
のばらつきは２ｄＢであった。

【００３３】伝送スターカップラの耐熱性を、実施例１
のスターカップラと同条件にて測定した。減衰の変化は
、わずか＋０．６ｄＢであった。このようにして得られ
たスターカップラは、優れた耐捩り応力性を示した。

【００３４】実施例３ ７×７スターカップラを実施例１と類似の方法により製
造した。減衰損失を減じるために、アルミニウムを気相
コートしたポリメタクリル酸メチルチューブを用いた。

【００３５】このように鏡面コートしたスターカップラ
のミキシング部の過剰損失は１．７ｄＢであり、出力フ
ァイバー間の出力のばらつきは１．５ｄＢであった。

【００３６】実施例１および２の方法と類似の方法によ
る耐熱試験後の減衰の差は０．６ｄＢであった。

【００３７】実施例４ 伸長したＰＭＭＡファイバー（屈折率：ｎ＝１．４９２
）をベースとする７×７スターカップラを実施例１と類
似の方法により製造した。光クラッドは、実施例１と異
なり、トルエン／アセトンの２：１溶液で取り除いた。 プラスチックチューブは、屈折率ｎ＝１．３７であるフ
ッ素系ポリマー材料とするものであった。ファイバー、
プラスチックチューブおよび収縮スリーブ配列し、プラ
スチックチューブの中央部の温度が約１９０℃になるよ
うに加熱した。プラスチックチューブの端部の温度は中
央部の温度よりも約１０℃低かった。このように加熱す
ることによって、収縮は伸長した高分子光ファイバーに
対して垂直に生ずる。溶融したファイバーの中央部は熱
可塑性状態であり、その外側は熱弾性状態であるため、
プラスチックチューブ内ではバイコニカル形状が形成さ
れる。端部において生ずるファイバーの半径方向への膨
張は、収縮スリーブの収縮力によって抑制される。

【００３８】このようにして得られたスターカップラの
出力のばらつきは１．３ｄＢであり、非常に低かった。 ミキシング部における過剰損失は１．５ｄＢであった。

【００３９】反復耐熱性試験（−４０℃〜＋８５℃）後
の減衰の差はわずか０．５ｄＢであった。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光導波路を配列し、プラスチック製の
   収縮スリーブで束ねることにより、高分子光導波路用の
   光結合器を製造する方法あって、２〜１０５の高分子光
   導波路を配列し、束ね、ミキシング部にプラスチックチ
   ューブをかぶせ、プラスチックチューブ上にプラスチッ
   ク製の収縮スリーブを押し入れ、そして収縮スリーブが
   収縮する温度まで収縮スリーブを加熱する、ことからな
   る前記方法。
2. 【請求項２】　　高分子光導波路が熱弾性状態となる前
   にプラスチックチューブが熱弾性状態となり、プラスチ
   ックチューブが熱可塑性状態となる前に高分子光導波路
   の熱弾性状態への変化が完了する請求項１に記載の方法
   。
3. 【請求項３】　　収縮スリーブの収縮温度が、プラスチ
   ックチューブが熱弾性となる温度範囲よりも低いもので
   ある請求項１〜２の少なくとも一項に記載の方法。
4. 【請求項４】　　光導波路の束が、加熱中または加熱後
   に伸長される請求項１〜３の少なくとも一項に記載の方
   法。
5. 【請求項５】　　収縮スリーブの中央部が、収縮スリー
   ブの端部よりも強く加熱される請求項１〜４の少なくと
   も一項に記載の方法。
6. 【請求項６】　　プラスチックチューブの屈折率が、コ
   アファイバーの屈折率よりも小さいものである請求項１
   〜５の少なくとも一項に記載の方法。
7. 【請求項７】　　光導波路が、接合部において、光クラ
   ッド材を有するものでなく、かつ、プラスチックチュー
   ブが、光結合器のミキシング部において光クラッドとし
   て機能する請求項１〜６の少なくとも一項に記載の方法
   。
8. 【請求項８】　　プラスチックチューブの内面が、鏡面
   コートされている請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】　　プラスチックチューブが、付加的に鏡
   面コートされたプラスチックフィルムで包まれている請
   求項７に記載の方法。
10. 【請求項１０】プラスチックチューブの長さが、１０〜
    １００ｍｍの範囲であり、好ましくは４０〜６０ｍｍの
    範囲である請求項１〜９の少なくとも一項に記載の方法
    。
11. 【請求項１１】　　プラスチックチューブの内径が１〜
    ５０ｍｍの範囲であり、好ましくは３〜１０ｍｍの範囲
    である請求項１〜１０の少なくとも一項に記載の方法。
12. 【請求項１２】　　プラスチックチューブの肉厚が０．
    ５〜５ｍｍの範囲であり、好ましくは１〜２ｍｍの範囲
    である請求項１〜１１の少なくとも一項に記載の方法。
13. 【請求項１３】　　ミキシング部が、高い機械的強度お
    よび安定性を有し、特に耐熱性および耐候性を有する請
    求項１〜１２の少なくとも一項に記載の方法によって製
    造された光結合器。
14. 【請求項１４】　　ミキシング部が、折り返された形状
    を有していてもよい請求項１３に記載の光結合器。