JPH05307128A - 広帯域光ファイバカプラの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝搬定数差を付けるためのコア径の差を高い
精度で管理する必要がなく、容易に製造することができ
る。 【構成】 市販の光ファイバから２本無作為に取り出
す。通常ばらつきにより光ファイバ１１，１２に伝搬定
数の差が0.４cm^-1程度ある。これら光ファイバ１１，１
２を融着延伸して融着部２６を作る。この融着延伸は光
ファイバ１１，１２が単に光結合すればよい。分岐比を
測定し、最低分岐比が４０％程度になるように融着部２
６を制御する。つまり分岐比が小さ過ぎる場合は光ファ
イバに張力を与えるが加熱温度を低くして延伸が生じな
いようにする。そのようにすると時間と共に融着部の両
コアが互いに正確に平行な状態になろうとして間隔が広
くなり分岐比が大きくなる。逆に融着したときに分岐比
が大き過ぎた場合は、張力を著しく弱めて光ファイバを
たるませて融着部の両コアを接近させ、分岐比が小さく
なるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は複数の光ファイバを相
互に融着、延伸させてこれら光ファイバ間を相互に光学
的に結合させる光ファイバカプラの製造方法、特にその
結合波長帯域が広い広帯域光ファイバカプラの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の融着延伸法で作られた光ファイバ
カプラの分岐比の波長依存特性を図６Ａに示す。これは
帯域幅が比較的狭い光ファイバカプラであって、この場
合、ある波長、この例では1.３５μm で分岐比が０，す
なわち一方の光ファイバからの光がすべて他方の光ファ
イバに伝搬してしまう状態が存在する。

【０００３】これに対して広帯域光ファイバカプラの分
岐比の波長依存特性は、例えば図６Ｂに示すようなもの
である。この場合は最小分岐比が０となる波長がなく、
最小分岐比がほゞ４０％位となっている。これは最も一
般的な性能を持つ広帯域光ファイバカプラであって、波
長1.３μm および1.５５μm において共に分岐比が約５
０％となっている。

【０００４】このように最小分岐比が０とならない広帯
域光ファイバカプラを作る方法として国際公開番号ＷＯ
８７／００９３４号公報に示されている方法は、使用す
る２本の光ファイバの伝搬定数に差をつけることとして
いる。しかしこの２本の光ファイバの伝搬定数に単に差
をつけただけでは目的とする広帯域光ファイバカプラを
作ることはできない。それは光ファイバカプラの最小分
岐比を単に０とすれば良いのではなく、図６Ｂに示した
ように典型的な広帯域光ファイバカプラにおいては、最
小分岐比が約４０％程度である必要があるからである。
最小分岐比が４０％より大きくても、小さくても目的と
する性能を持つ広帯域光ファイバカプラを実現すること
ができない。２本の光ファイバの伝搬定数の差と最小分
岐比とは極めて強い相間があり、使用する２本の光ファ
イバの伝搬定数差を極めて精度良く管理しなければなら
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この伝搬定数差を光フ
ァイバのコア径の差によって得ようとすると最小分岐比
を所望値に対し±５％の範囲内に管理するためには、コ
ア径の差をおおよそ±0.０１μm の精度以内で管理しな
ければならないことが本発明者によって解析された。こ
のような高い精度で光ファイバのコアの径の差を管理す
ることは現在のところは勿論、近い将来においても非常
に困難と考えられる。

【０００６】この発明の目的は、光ファイバの伝搬定数
の差を精度良く管理する必要がなく、従ってコア径の差
が±0.０１μm の精度内になるように光ファイバを加工
するような必要もなく、極めて容易に広帯域の光ファイ
バカプラを製造することができる広帯域光ファイバカプ
ラの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明によれば伝搬定
数が異なる少なくとも２本の光ファイバを用意する。こ
の伝搬定数の差は適当な値、すなわち任意の値でもよ
い。このように実用された伝搬定数に適当に差がある少
なくとも２本以上の光ファイバを少なくとも融着させて
互いに光結合させる。この場合、光結合させるためには
必要に応じて融着させると共に延伸させる。この融着
は、要は光ファイバ間が光結合し、その光結合状態を測
定することができればよい。

【０００８】次にこの光結合した２本以上の光ファイバ
の分岐比を測定して、その最小分岐比が目的とする値に
なるようにその融着部を処理する。この処理は延伸する
ことなく、単に加熱したり、あるいは延伸と加熱とを併
用して行う。

【０００９】

【実施例】まずこの発明の製造方法に用いる光ファイバ
カプラの製造装置を図１を参照して説明する。これは従
来の光ファイバカプラ製造装置と同様のものである。２
本の光ファイバ１１および１２は互いに接近されて両端
部がクランプ１３，１４により保持される。一方のクラ
ンプ１４は固定され、他方のクランプ１３は延伸用クラ
ンプであって、モータ１５により駆動されて光ファイバ
１１，１２の長手方向に沿って固定クランプ１４から離
れる方向に移動させることができ、つまり光ファイバ１
１，１２に張力を印加することができる。

【００１０】クランプ１３，１４間の中間部において、
光ファイバ１１，１２のむき出されたクラッド部を接触
させた状態で加熱手段としてのバーナ１６，１７によっ
て加熱して両光ファイバ１１，１２を融着させることが
できる。この融着部２６はある範囲内にわたって行うた
めバーナ１６，１７は移動ステージ１８に保持され、光
ファイバ１１，１２の長手方向に沿ってある範囲内を移
動させることができる。このようにして光ファイバ１
１，１２のクラッドを互いに接触させた状態で加熱し、
かつ延伸機つまりクランプ１３およびモータ１５によっ
て光ファイバ１１，１２に延伸させるように応力を与
え、その光ファイバの融着部２６を細くすると同時に内
部の両コアを互いに接近させて、その両光ファイバ１
１，１２を互いに光結合させる。

【００１１】その光結合状態を測定するため、一方の光
ファイバ１１の一端に光源１９から光を入射し、その光
が光ファイバ１１の他端より出射する光量と、その他端
側において他方の光ファイバ１２より出射する光量とを
それぞれ光検出器２１，２２で検出し、これら光検出器
２１，２２の出力から分岐比測定器２３でその分岐比を
測定する。その測定結果を制御器２４に与え、制御器２
４は目的とする分岐比が得られるようにモータ１５およ
び移動ステージ１８を制御する。分岐比は例えば光ファ
イバ１１の入射光量に対するその同一光ファイバ１１の
出射光量、つまり光検出器２１の検出出力の割合を％で
表示したものである。つまり光ファイバ１１，１２の結
合が強くなると、分岐比は小さくなる。

【００１２】次にこの発明による実施例を図２を参照し
て説明しよう。図２Ａに示すようにこの実施例において
は、まず伝搬定数が異なる二つの光ファイバ１１および
１２を用意する。この光ファイバ１１および１２の伝搬
定数の差は適当な値、つまり任意の値でよく、通常一般
に作られている光ファイバにおいては製造メーカの違い
により、あるいは製造ロットの違いにより伝搬定数が異
なっている。従って市販されている光ファイバの２本を
ただ任意に取り出して用意すればよい。たとえば図６Ｂ
に示すような典型的な広帯域光ファイバカプラに必要な
伝搬定数差は、約0.4 cm^-1である必要があるのに対し
て、この発明によればこの伝搬定数の差は前記差に対し
て１桁程度の差つまり0.０４cm^-1乃至4.０cm^-1程度があ
ってもよく、場合によっては0.０４cm^-1以下、4.０cm^-1
以上の伝搬定数の差であってもよい。

【００１３】このように光ファイバ１１，１２に対して
伝搬定数の差をもたらすのは前述したように市販されて
いる光ファイバの任意の２本をもってきてもよいが、積
極的にその１本を延伸し、これと延伸しないものとを用
いることにより両光ファイバ間に伝搬定数の差を設け
る。あるいは２本の光ファイバ１１，１２を共に延伸す
るが、その延伸量を異ならせることによって伝搬定数の
差を設ける。または２本の光ファイバをそれぞれクラッ
ド部分をエッチングによりその外径に差を付け、つまり
一方をエッチングすることなく、他方のみをエッチング
し、あるいは両者ともエッチングするが、そのエッチン
グ量を異ならせて光ファイバ１１および１２に伝搬定数
の差を付ける。

【００１４】次に図２Ｂに示すように、光ファイバ１
１，１２の中間部におけるクラッド部分を互いに接触さ
せた状態において、その部分をバーナ１６，１７で加熱
すると共に両光ファイバ１１，１２に張力Ｆ₁ を与えて
両光ファイバ１１，１２を融着延伸させる。このように
して光ファイバ１１，１２の融着部２６の両クラッド部
分が細くなると共にコア部分も細くなり、かつ両コア部
分が互いに接近して光ファイバ１１と１２とが光学的に
結合し、つまり一方の光ファイバ１１より伝搬して来た
光が融着部２６で他方の光ファイバ１２にも分岐して伝
搬するようになる。

【００１５】この光ファイバ１１と１２との光結合は任
意でよい、つまり両光ファイバ１１および１２が単に光
結合すればよく、その結合の程度は任意でよい。従って
従来の光ファイバカプラの製造において行われている融
着延伸と同一条件で行ってもよい。また前述したように
光ファイバ１１，１２が例えばそのクラッド部分がエッ
チングされて薄くされている場合においては、両光ファ
イバ１１，１２を接触させて単に融着させるだけで特に
延伸を行わなくても光ファイバ１１，１２は光学的に結
合するようになる。

【００１６】次に図２Ｃに示すように図２Ｂに示した光
結合を可能とされた光ファイバ１１，１２において、そ
の光ファイバ１１，１２の結合状態、つまり分岐比を測
定してその分岐比が所定の状態となるように、両光ファ
イバ１１および１２の融着部２６を処理し、つまりその
融着部２６について前記光結合させる工程に対し、加熱
温度を変更し、あるいは延伸力をＦ₁ からＦ₂ に変化、
またはその両者を行って光ファイバ１１，１２の結合状
態を変化させて融着部２６における最小分岐比が目的と
する値になるように処理する。

【００１７】例１ 例えば図２Ｂにおいて光ファイバ１１および１２を光結
合させるために、従来における光ファイバカプラの製造
法における融着延伸時の加熱温度、張力をそのまま適用
した。その結合状態における分岐比を測定したところ、
図３Ａに示す状態となった。つまり光ファイバ１１の一
端に入射された波長1.５５μm の光はその光ファイバ１
１の他端よりその入射光の約２４％であった。また、こ
の時の最小分岐比は１０％程度であり、すなわち光ファ
イバ１１に入射さた光はその１０％程度しかその光ファ
イバ１１の他端から出射されず、あと残りの９０％は光
ファイバ１２側に分岐してしまう状態であった。従って
波長1.３μm と波長1.５５μm においてそれぞれ分岐比
が５０％となるようにするためには、これらの波長の中
間において最小分岐比を４０％程度にする必要がある。

【００１８】そこで図２Ｃの工程において図２Ｂの工程
における光ファイバ１１，１２に対する延伸応力を一定
としたまま光ファイバ１１，１２に対する加熱温度を低
くし、延伸はしないようにする。このようにすると融着
部２６におけるコアの間隔が広くなる。つまり光ファイ
バ１１，１２は図２Ｄに示すように、その心線に対して
外被２７が被せられ、融着部２６の両側においてはクラ
ッド部分がむき出されており、この外被２７は融着部２
６に対してかなり太くなっている。この光ファイバ１
１，１２はその外被２７を接触させた状態でクランプ１
３，１４により保持され、その融着部２６に対し張力が
与えられるが、クランプ１３，１４における光ファイバ
１１，１２のコアの中心間の間隔ｄ₁ に対して融着部２
６におけるコアの間隔ｄ₂ はかなり小さく、クランプ１
３，１４の位置からするとコアが互いに漸次接近した状
態になっている。このためクランプ１３，１４により引
き延ばされるような応力Ｆ₁ が光ファイバ１１，１２に
与えられると、たるんでいる両コアが張るように作用
し、融着部２６におけるコアに、その間隔ｄ₂ が大にな
る方向の力Ｆ₃ が作用する。

【００１９】よって融着部２６に対する加熱温度が下げ
られているため融着部２６がそれ程軟化してない状態に
おいて、このように光ファイバ１１，１２に張力が与え
られると、融着部２６は延伸することなく、そのコアの
間隔ｄ₂ が離されるように作用し、両コア間の光結合が
小さくなり、従ってこの場合は時間と共に分岐比が大き
くなる。そこで光ファイバ１１の出射される光を観測し
て図４Ａに示すように波長1.５５μm における分岐比が
５６％になったときに加熱および張力の印加を停止す
る。このときほゞ波長1.３μm ，1.５５μm において分
岐比はそれぞれ５０％程度、つまり最小分岐比が約４０
％程度になる。

【００２０】第２工程（図２Ｂ）に対して加熱温度を弱
くする手段としてはバーナ１６，１７に対するガス流量
を制限したり、あるいは融着部２６からバーナ１６，１
７の距離をそれぞれ遠ざけることによって行い、または
電熱により加熱する場合においては、その電熱器に対す
る電流を減少することによって融着部２６に対する加熱
温度を下げる。あるいは同様にその電熱器を融着部２６
から離すことによって融着部２６における加熱温度を下
げることができる。

【００２１】例２ 例１と同様に伝搬定数の異なる光ファイバを用意してそ
れを融着延伸し、そのときの分岐比を測定したところ、
つまり第２工程（図２Ｂ）を終了したときに図３Ｂに示
すように波長1.５５μm において分岐比が７５％となっ
た。つまりこの場合は、前記例１と異なり、最小分岐比
が目的とする値よりかなり大きくなった場合であり、従
ってこの場合においては、次の第３工程（図２Ｃ）にお
いてその分岐比を小さくする必要がある。

【００２２】このため第２工程（図２Ｂ）における場合
より延伸応力を約６分の１に小さくすると共に、融着部
２６に対する加熱温度を低くした。このように延伸応力
がかなり小さくなるとクランプ１３，１４間がわずか短
くなり、また融着部２６に対する加熱温度も低くされて
いるため、クランプ１３，１４間の光ファイバ１１，１
２のコアが第２工程よりもたるむように作用し、融着部
２６において両コアが互いに接近する。よって光ファイ
バ１１の入射光に対する他端の出射光は少なくなり、す
なわち分岐比が増加する。波長1.５５μm における分岐
比が図４Ｂに示すように５０％程度に低下したときに、
その加熱および延伸応力の印加を停止した。このとき分
岐比の最小値は約４０％となり、目的とする広帯域光フ
ァイバカプラが得られた。

【００２３】例３ 光ファイバ１１，１２を任意に選んで組み合わせ、第２
工程（図２Ｂ）において例１と同様に融着延伸して光結
合させた。このとき分岐比は例１の場合と同様に図３Ａ
に示したようになった。つまり最小分岐比は１０％程度
であり、その光ファイバ１１に対し入力された光に対し
て光ファイバ１２に分岐する量が多過ぎた。

【００２４】この場合においては第３工程（図２Ｃ）で
最小分岐比を大きくしなければならないが、このため加
熱温度を第２工程よりも低くして、その場合の温度を低
くするが例１の場合よりは高くして延伸もする。これに
よって融着部２６における光ファイバ１１，１２のコア
の径が小さくなる割合よりもコア間隔ｄ₂ が小さくなる
割合の方が小さくなるようにする。言い換えると、コア
の径に対するコアの間隔が大きくなるように延伸する。
このようにしながら分岐比を測定し、分岐比が図６Ｂに
示すような状態、すなわち1.５５μm で４８％位になっ
て加熱、延伸を停止した。このとき最小分岐比は４６％
程度となった。

【００２５】上述の何れの場合においても、第２工程に
おいて光ファイバ１１，１２を融着して互いに光結合さ
せるが、その工程を連続して第３ステップを行ってもよ
い。つまり両工程とも分岐比を測定しながら連続して行
う。上述において光ファイバに対する応力、つまり引っ
張り力の制御は前述したようにモータによる場合の他
に、錘りによる場合、磁力による場合などで行うことが
できる。

【００２６】前記例１，例２における分岐比の制御と対
応した実験によるグラフを図５に示す。図５において横
軸は融着部２６の縦に対する横の比、いわゆるアスペク
ト比を示す。このアスペクト比が小さいとコアの間隔が
接近し、それだけ相手方に対し光が分岐する量が多く、
分岐比は小さくなり、逆にアスペクト比が大きいとコア
の間隔が大きく相手方に分岐する量が少なく分岐比は大
きくなる。

【００２７】例１の第３工程において光ファイバに印加
した応力をある程度の強さとするが、加熱温度を低くし
て延伸しない程度に両光ファイバに張力を与えてコアの
間隔を大きくするようにした場合、時間が経過する程図
中，，，と示すように分岐比が大きくなり、つ
まりコアの間隔が大きくなっていく様子が判る。一方、
例２の第３工程において光ファイバに対する張力を小さ
くすることによって、それまでの光ファイバに与えた張
力に対応したクランプ１３，１４間に対したるみが生
じ、融着部２６の両光ファイバコアが時間と共に接近す
る。その様子は図５中１，２，３，４，５と○印を付け
ない番号で示してあり、それぞれ時間と共に分岐比が小
さくなり、コアの間隔が広がって行く様子が判る。

【００２８】上述においては２本の光ファイバを融着さ
せて光ファイバカプラとしたが、３本以上の光ファイバ
を同様に融着して同様の方法によって広帯域光ファイバ
とすることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば使
用する光ファイバの伝搬定数の差を精密に制御すること
なく、つまりそのコア径の比を精密に制御する必要がな
く、ただ適当に既存の光ファイバを用いれば、通常それ
ら間にばらつきによって伝搬定数に差があるから、それ
を使用してその光ファイバをまず融着して単に光結合さ
せ、その分岐比を測定してこれに応じて目的とする最低
の分岐比が得られるようにその融着部を制御すればよ
く、従来技術と比較して頗る簡単に広帯域光ファイバカ
プラを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法に用いる光ファイバカプラ製造
装置の構成例を示す図。

【図２】この発明による光ファイバカプラの製造方法の
工程を示す図。

【図３】例１および２における各第２工程後の結合状態
の波長依存性を示す図。

【図４】例２および３において第３工程を終了し、広帯
域光ファイバカプラを得た状態の波長依存性を示す図。

【図５】例１，例２における第３工程における処理によ
り分岐比を制御できることを説明するための実験結果を
示す図。

【図６】Ａは従来の狭帯域光ファイバカプラの分岐比の
波長依存性を示す図、Ｂは広帯域光ファイバカプラの分
岐比の波長依存性を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝搬定数が異なる少なくとも２本以上の
   光ファイバを用意する第１工程と、 これら用意された少なくとも２本以上の光ファイバを少
   なくとも融着させて相互に光結合させる第２工程と、 その融着された少なくとも２本以上の光ファイバのその
   融着部分を加熱および張力を印加して処理して最小分岐
   比が目的とする値になるように制御する第３工程と、 を有する広帯域光ファイバカプラの製造方法。