JPH0476083B2 - - Google Patents
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- JPH0476083B2 JPH0476083B2 JP60202427A JP20242785A JPH0476083B2 JP H0476083 B2 JPH0476083 B2 JP H0476083B2 JP 60202427 A JP60202427 A JP 60202427A JP 20242785 A JP20242785 A JP 20242785A JP H0476083 B2 JPH0476083 B2 JP H0476083B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、光フアイバの融着接続方法に関する
ものである。
ものである。
（従来の技術）
石英ガラスフアイバの伝送損失は、現在
1.55μmの波長で0.2dB／Kmとほぼ理論値まで低減
され、無中継で100Km以上の伝送が可能となつた。
さらにZrF4，HfF4系フツ化物ガラスフアイバは、
２〜4μmの波長帯において伝送損失が0.01dB／
Km以下になることが、理論的に予測されており、
次世代の光フアイバとして注目されている。
1.55μmの波長で0.2dB／Kmとほぼ理論値まで低減
され、無中継で100Km以上の伝送が可能となつた。
さらにZrF4，HfF4系フツ化物ガラスフアイバは、
２〜4μmの波長帯において伝送損失が0.01dB／
Km以下になることが、理論的に予測されており、
次世代の光フアイバとして注目されている。
この様にフアイバの伝送損失が低くなると、光
信号を再生中継または増幅中継することなく伝送
出来る距離は数千Km以上になる。
信号を再生中継または増幅中継することなく伝送
出来る距離は数千Km以上になる。
しかし、現在の最も進んだ石英ガラスフアイバ
の製造技術をみても、連続的に作製可能なフアイ
バの長さは100Km程度であり、1000Km以上のフア
イバを連続的に製造する技術はなく、しかも、フ
アイバ全長にわたつてケーブル化に必要な強度を
持つフアイバとなると10〜20Kmが限界であり、伝
送距離が50Km程度のシステムでも光フアイバの接
続個所は数個所以上になる。従つて、光フアイバ
の低損失化が進めば進む程、低損失、高強度の光
フアイバの接続技術の重要度が増大してきてい
る。
の製造技術をみても、連続的に作製可能なフアイ
バの長さは100Km程度であり、1000Km以上のフア
イバを連続的に製造する技術はなく、しかも、フ
アイバ全長にわたつてケーブル化に必要な強度を
持つフアイバとなると10〜20Kmが限界であり、伝
送距離が50Km程度のシステムでも光フアイバの接
続個所は数個所以上になる。従つて、光フアイバ
の低損失化が進めば進む程、低損失、高強度の光
フアイバの接続技術の重要度が増大してきてい
る。
現在、石英系光フアイバの接続は、接続すべき
二本のフアイバの端を密着させ、その部分を加熱
溶融し接続する融着接続法が最も多く用いられて
いる。この方法は、接続損失が小さく、しかも、
損失の経時変化が極めて小さく、光通信の発展の
原動力の一つになつているが、接続強度がフアイ
バ素線の1/3~1/5程度まで低下する欠点がある。
この原因は、フアイバ表面の吸着水のため、融着
時に微結晶が生成するものと考えられている。
二本のフアイバの端を密着させ、その部分を加熱
溶融し接続する融着接続法が最も多く用いられて
いる。この方法は、接続損失が小さく、しかも、
損失の経時変化が極めて小さく、光通信の発展の
原動力の一つになつているが、接続強度がフアイ
バ素線の1/3~1/5程度まで低下する欠点がある。
この原因は、フアイバ表面の吸着水のため、融着
時に微結晶が生成するものと考えられている。
さらに、フツ化物ガラスは、大気中で加熱する
とガラスが軟化する以前に結晶化するため、フツ
化物ガラスフアイバの融着接続は困難であると考
えられている。
とガラスが軟化する以前に結晶化するため、フツ
化物ガラスフアイバの融着接続は困難であると考
えられている。
（発明が解決しようとする問題点）
フツ化物ガラスの結晶化の原因には、ガラス自
信の不安定性により結晶化する本質的なものと、
雰囲気の酸素や水蒸気、あるいはガラス表面に吸
着された水とガラスが反応し結晶核を形成し、こ
れが成長し、結晶となる外的な要因によるものと
がある。
信の不安定性により結晶化する本質的なものと、
雰囲気の酸素や水蒸気、あるいはガラス表面に吸
着された水とガラスが反応し結晶核を形成し、こ
れが成長し、結晶となる外的な要因によるものと
がある。
これらのうち、前者については、各種の組成の
ガラスの粘性の温度特性と結晶化温度を調べた結
果、フアイバの作製が可能な組成の範囲であれ
ば、不活性雰囲気中での短時間の加熱では結晶化
は起こらないことが明らかになり、フツ化物ガラ
スフアイバを融着接続するための本質的な障害は
ないことが明らかになつた。
ガラスの粘性の温度特性と結晶化温度を調べた結
果、フアイバの作製が可能な組成の範囲であれ
ば、不活性雰囲気中での短時間の加熱では結晶化
は起こらないことが明らかになり、フツ化物ガラ
スフアイバを融着接続するための本質的な障害は
ないことが明らかになつた。
このため、結晶化の外的な要因であるガラス表
面の吸着水等の不純物を完全に除去し、しかも、
不活性ガス雰囲気中で融着接続を行えば、融着接
続が可能になる。
面の吸着水等の不純物を完全に除去し、しかも、
不活性ガス雰囲気中で融着接続を行えば、融着接
続が可能になる。
同様に、石英ガラスフアイバの場合も、ガラス
表面の吸着水を除去すれば、微結晶の生成が抑制
でき、高強度の融着接続が可能になる。
表面の吸着水を除去すれば、微結晶の生成が抑制
でき、高強度の融着接続が可能になる。
しかし、現在、ガラス表面の吸着水等の不純物
を除去する方法としては、ガラスを乾燥雰囲気
中、又は、真空中で加熱処理するのが最も効果的
であるが、フツ化物ガラスのように低温でも水等
の不純物と反応し結晶化を起こすような材料には
適用出来ず、また、熱的に安定な石英フアイバの
場合でも、融着接続部を脱水可能な温度まで加熱
すると、被覆樹脂が変質するため、十分な脱水が
できない。このため、融着接続部のガラスフアイ
バの吸着水等の不純物を完全に除去し、清浄なガ
ラス表面を得る有効な手段がないのが現状であ
る。
を除去する方法としては、ガラスを乾燥雰囲気
中、又は、真空中で加熱処理するのが最も効果的
であるが、フツ化物ガラスのように低温でも水等
の不純物と反応し結晶化を起こすような材料には
適用出来ず、また、熱的に安定な石英フアイバの
場合でも、融着接続部を脱水可能な温度まで加熱
すると、被覆樹脂が変質するため、十分な脱水が
できない。このため、融着接続部のガラスフアイ
バの吸着水等の不純物を完全に除去し、清浄なガ
ラス表面を得る有効な手段がないのが現状であ
る。
（発明の目的と特徴）
本発明は、石英ガラスフアイバおよびフツ化物
ガラスフアイバを高強度で、かつ、低損失に接続
するための融着接続法を提供するものであり、接
続部分の近傍のフアイバ表面の吸着水などの不純
物をハロゲン元素を含む不活性ガスのプラズマで
除去した後、アルゴン、ヘリユウム等の不活性ガ
ス雰囲気中でアーク放電、又は、CO2レーザ光な
どの赤外線により融着接続を行うことを特徴とす
る。
ガラスフアイバを高強度で、かつ、低損失に接続
するための融着接続法を提供するものであり、接
続部分の近傍のフアイバ表面の吸着水などの不純
物をハロゲン元素を含む不活性ガスのプラズマで
除去した後、アルゴン、ヘリユウム等の不活性ガ
ス雰囲気中でアーク放電、又は、CO2レーザ光な
どの赤外線により融着接続を行うことを特徴とす
る。
（作用）
以上の様にフアイバ表面をハロゲン元素を含む
プラズマ中で処理することにより、プラズマ中に
存在する発生期状態のハロゲン元素はフアイバ表
面の不純物と低温で反応しハロゲン化水素や酸素
のようにガラスに対する吸着ネルギーの小さな物
質に分解されるため、フアイバ表面の吸着水や不
純物は低温で容易に除去出来、従来、困難とされ
ていた、フツ化物ガラスフアイバの融着接続が可
能になる。さらに、石英フアイバの高強度の融着
接続も可能になる。
プラズマ中で処理することにより、プラズマ中に
存在する発生期状態のハロゲン元素はフアイバ表
面の不純物と低温で反応しハロゲン化水素や酸素
のようにガラスに対する吸着ネルギーの小さな物
質に分解されるため、フアイバ表面の吸着水や不
純物は低温で容易に除去出来、従来、困難とされ
ていた、フツ化物ガラスフアイバの融着接続が可
能になる。さらに、石英フアイバの高強度の融着
接続も可能になる。
（発明の構成）
本発明の原理を、先ず、フツ化物ガラスの表面
における水との反応を例に説明する。フツ化物ガ
ラスと水との反応は基本的には(1)式に示される反
応式に従つて進行する。
における水との反応を例に説明する。フツ化物ガ
ラスと水との反応は基本的には(1)式に示される反
応式に従つて進行する。
（−Ｍ−Ｆ）＋H2Ｏ→（−Ｍ−OH）＋HF (1)
ここで、Ｍはガラスを構成する金属元素を示し
ている。なお、式中の−は、結合を意味し、例え
ば、Ｍがジルコン（Zr）の場合には、(1)式は次
式のようになる。
ている。なお、式中の−は、結合を意味し、例え
ば、Ｍがジルコン（Zr）の場合には、(1)式は次
式のようになる。
ZrF4＋H2Ｏ→ZrF3OH＋HF (2)
この反応は、常温では起こらないが温度が高く
なると進行する。
なると進行する。
従つて、フアイバ表面の水は加熱されることに
より、フツ化物ガラスを構成する金属Ｍは、水酸
化物となりこれが核となり結晶化する。
より、フツ化物ガラスを構成する金属Ｍは、水酸
化物となりこれが核となり結晶化する。
これに対し、発生期状態のハロゲン元素が存在
すると、次式(2)に示すように、水は反応性の極め
て高い発生期のハロゲン原子と低温でも反応しハ
ロゲン化水素と酸素に分解される。
すると、次式(2)に示すように、水は反応性の極め
て高い発生期のハロゲン原子と低温でも反応しハ
ロゲン化水素と酸素に分解される。
H2Ｏ＋2X→2HX＋（1/2）O2 (3)
分解生成されたハロゲン化水素および酸素は、
ガラスに対する吸着エネルギーは水に比べるとは
るかに小さいため低温でもガラス表面から離脱す
る。即ち、発生期状態のハロゲン原子の存在下で
ガラスを処理すれば低温でも表面の吸着水を容易
に除去できる。
ガラスに対する吸着エネルギーは水に比べるとは
るかに小さいため低温でもガラス表面から離脱す
る。即ち、発生期状態のハロゲン原子の存在下で
ガラスを処理すれば低温でも表面の吸着水を容易
に除去できる。
発生期状態のハロゲン原子は、ハロゲンガスあ
るいはハロゲン化ガスを含む不活性ガスを高周波
グロー放電などによりプラズマ状態にすれば低温
でも容易に発生出来る。
るいはハロゲン化ガスを含む不活性ガスを高周波
グロー放電などによりプラズマ状態にすれば低温
でも容易に発生出来る。
従つて、接続すべき二本のフアイバの軸を合せ
互いに密着させ、減圧し、その周辺にハロゲンガ
スあるいはハロゲン化ガスを含む不活性ガスのプ
ラズマを発生させ脱水を行つた後、再びガラス表
面に水分が吸着しないように乾燥した不活性ガス
を導入し常圧にし加熱すればフツ化物ガラスフア
イバの融着接続が可能になる。
互いに密着させ、減圧し、その周辺にハロゲンガ
スあるいはハロゲン化ガスを含む不活性ガスのプ
ラズマを発生させ脱水を行つた後、再びガラス表
面に水分が吸着しないように乾燥した不活性ガス
を導入し常圧にし加熱すればフツ化物ガラスフア
イバの融着接続が可能になる。
また、石英ガラスフアイバの場合にも、(3)式に
示した反応により、ガラス表面の吸着水を除去す
ることができ、微結晶の生成を抑制できるので、
高強度の融着接続が可能となる。
示した反応により、ガラス表面の吸着水を除去す
ることができ、微結晶の生成を抑制できるので、
高強度の融着接続が可能となる。
（実施例）
第１図は、本発明を実施するための装置の構成
図であつて、１は真空排気可能な接続容器、２は
ハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスの導入口、
３は不活性ガスの導入口、４は真空排気口、５は
真空ポンプ、６は排気口、７，８，９，１０はス
トツプバルブ、１１，１１ａはフアイバ、１２は
フアイバの接続点、１３，１３ａはフアイバの被
覆部分、１４，１４ａは接続容器１内の真空を維
持するためのパツキング、１５，１５ａはフアイ
バの軸を調整するための治具、１６，１６ａはプ
ラズマを発生させるための電極、１７，１７ａは
アーク放電を発生させるための針状電極、１８，
１８ａは電極１６と１７を絶縁するための絶縁
材、１９はプラズマを発生させるための高周波電
源、２０はアーク放電を発生させるための高圧電
源、２１は高周波電源と高圧電源とを切換えるた
めのスイツチを示している。
図であつて、１は真空排気可能な接続容器、２は
ハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスの導入口、
３は不活性ガスの導入口、４は真空排気口、５は
真空ポンプ、６は排気口、７，８，９，１０はス
トツプバルブ、１１，１１ａはフアイバ、１２は
フアイバの接続点、１３，１３ａはフアイバの被
覆部分、１４，１４ａは接続容器１内の真空を維
持するためのパツキング、１５，１５ａはフアイ
バの軸を調整するための治具、１６，１６ａはプ
ラズマを発生させるための電極、１７，１７ａは
アーク放電を発生させるための針状電極、１８，
１８ａは電極１６と１７を絶縁するための絶縁
材、１９はプラズマを発生させるための高周波電
源、２０はアーク放電を発生させるための高圧電
源、２１は高周波電源と高圧電源とを切換えるた
めのスイツチを示している。
フアイバ１１，１１ａの接続に当たつては、ま
ず、各先端部分の被覆を除去したフアイバ１１，
１１ａをフアイバの軸合せ治具１５，１５ａに固
定し、互いのフアイバ１１，１１ａの端面を密着
させ、かつ、互いの光軸を合せた後、真空ポンプ
５により容器１の内圧が0.001Torr程度に排気し
た後、気体導入口２よりハロゲンガス又はハロゲ
ン化ガスを含むアルゴン等の不活性ガスを導入し
接続容器１の圧力を0.1〜0.01Torrにする。しか
る後、スイツチ２１により高周波電力を電極１６
に印加しフアイバ接続部分の周辺にプラズマを発
生させフアイバ１１，１１ａの表面の不純物を除
去した後、フトツプバルブ７，９を閉じ、８，１
０を開き不活性ガス導入口３より純粋のアルゴン
等の不活性ガスを導入し、接続容器１内を１気圧
にし電極１７，１７ａ間にアーク放電を発生さ
せ、フツ化物ガラスフアイバの融着接続を行う。
ず、各先端部分の被覆を除去したフアイバ１１，
１１ａをフアイバの軸合せ治具１５，１５ａに固
定し、互いのフアイバ１１，１１ａの端面を密着
させ、かつ、互いの光軸を合せた後、真空ポンプ
５により容器１の内圧が0.001Torr程度に排気し
た後、気体導入口２よりハロゲンガス又はハロゲ
ン化ガスを含むアルゴン等の不活性ガスを導入し
接続容器１の圧力を0.1〜0.01Torrにする。しか
る後、スイツチ２１により高周波電力を電極１６
に印加しフアイバ接続部分の周辺にプラズマを発
生させフアイバ１１，１１ａの表面の不純物を除
去した後、フトツプバルブ７，９を閉じ、８，１
０を開き不活性ガス導入口３より純粋のアルゴン
等の不活性ガスを導入し、接続容器１内を１気圧
にし電極１７，１７ａ間にアーク放電を発生さ
せ、フツ化物ガラスフアイバの融着接続を行う。
本実施例については、既に、実験がなされてい
て、従来、不可能とされていたフツ化物ガラスフ
アイバの融着接続が可能であることが確認され
た。
て、従来、不可能とされていたフツ化物ガラスフ
アイバの融着接続が可能であることが確認され
た。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の光フアイバの融
着接続方法はハロゲン元素を含むプラズマ中でガ
ラス表面の水等の不純物を低温で化学的に除去し
た後融着接続を行うため、従来不可能とされてい
たフツ化物ガラスフアイバの融着接続を可能にす
るほか、石英ガラス光フアイバの融着接続におい
ても、ガラス表面の吸着水が原因となる強度の劣
化が防止でき、フアイバ素線と同程度の強度の融
着接続が可能になる。
着接続方法はハロゲン元素を含むプラズマ中でガ
ラス表面の水等の不純物を低温で化学的に除去し
た後融着接続を行うため、従来不可能とされてい
たフツ化物ガラスフアイバの融着接続を可能にす
るほか、石英ガラス光フアイバの融着接続におい
ても、ガラス表面の吸着水が原因となる強度の劣
化が防止でき、フアイバ素線と同程度の強度の融
着接続が可能になる。
第１図は本発明の実施に用いられる接続装置の
具体例を示す接続系統図である。 １……接続容器、２……ハロゲンガス又はハロ
ゲン化合物ガスの導入口、３……不活性ガスの導
入口、４……真空排気口、５……真空ポンプ、６
……排気口、７，８，９，１０……ストツプバル
ブ、１１，１１ａ……フアイバ、１２……フアイ
バの接続点、１３，１３ａ……フアイバの被覆部
分、１４，１４ａ……パツキング、１５，１５ａ
……フアイバの軸を調整するための治具、１６，
１６ａ……電極、１７，１７ａ……針状電極、１
８，１８ａ……絶縁材、１９……高周波電源、２
０……電圧電源、２１……スイツチ。
具体例を示す接続系統図である。 １……接続容器、２……ハロゲンガス又はハロ
ゲン化合物ガスの導入口、３……不活性ガスの導
入口、４……真空排気口、５……真空ポンプ、６
……排気口、７，８，９，１０……ストツプバル
ブ、１１，１１ａ……フアイバ、１２……フアイ
バの接続点、１３，１３ａ……フアイバの被覆部
分、１４，１４ａ……パツキング、１５，１５ａ
……フアイバの軸を調整するための治具、１６，
１６ａ……電極、１７，１７ａ……針状電極、１
８，１８ａ……絶縁材、１９……高周波電源、２
０……電圧電源、２１……スイツチ。
Claims (1)
- １ 排気可能な接続容器内において、ハロゲン元
素を含む不活性ガスにプラズマを発生させて発生
期状態のハロゲン元素を得て、該発生期状態のハ
ロゲン元素により接続対象の光フアイバの表面に
吸着された吸着水を分解除去した後、不活性ガス
雰囲気中で該接続対象の光フアイバの融着接続を
行うことを特徴とする光フアイバの融着接続方
法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP60202427A JPS6261010A (ja) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | 光ファイバの融着接続方法 |
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| GB8621339A GB2180369B (en) | 1985-09-12 | 1986-09-04 | Fusion splicing method for optical fibers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60202427A JPS6261010A (ja) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | 光ファイバの融着接続方法 |
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| JPH0476083B2 true JPH0476083B2 (ja) | 1992-12-02 |
Family
ID=16457329
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP60202427A Granted JPS6261010A (ja) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | 光ファイバの融着接続方法 |
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