JPH0572439A - 導波路系と光学系との融着接続方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炭酸ガスレーザの代りにアーク放電による融着
を行うようにして、低接続損失、高強度な融着を得る。 【構成】タングステンからなる電極棒１及び２を対向配
置させ、その間に導波路７の端面７ａと光ファイバ６の
端面６ａとを突き合せた状態で設置しておく。導波路７
と光ファイバ６とはステージ５ａ及び５ｂをＸ，Ｙ，Ｚ
方向に微動させて接続損失が最小となるように調整す
る。電極棒１及び２間に巻いたコイル３に高圧電源９を
介して電流を流して電極棒１、２間で放電させると共
に、放電したアーク４を磁気吹きにより導波路７側に偏
椅させ、導波路７の端面側を過剰に照射させる。対向電
極棒１及び２は、光軸１０との直交線１１に対して数度
から数十度傾けることによって、導波路７側がさらに過
剰にアーク照射されるように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の導波路系と光ファ
イバなどの光学系とを融着接続する融着接続方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】導波路の実用化に備えて、光ファイバを
始めとする光学系と導波路との接続方法が重要な開発課
題となってきた。

【０００３】光ファイバと導波路の接続方法として、炭
酸ガスレーザによる融着接続方法が知られている。図３
は、この方法を実施するための従来の融着接続装置を示
す。導波路３１の端面に光ファイバ３２の端面を圧着し
た状態で、その圧着端面に上方から炭酸ガスレーザ３３
をレンズ３８で集光して照射し、光ファイバ３２と導波
路３１を融着接続する。この際、両者のコア軸が一致す
るように、レーザダイオード３４、パワメータ３５、受
光器３６、テレビモニタ３７等により構成されるパワモ
ニタ装置により、接続部を通過する光パワが最大になる
ようにする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の炭酸ガスレーザによる光ファイバと導波路の融着接続
方法には、次のような問題点があった。

【０００５】（１）炭酸ガスレーザは上方部から照射さ
れるので、光ファイバと導波路の両端面の上方部だけが
融着されやすく、レーザの照射されなかった下方部は融
着されにくい。そのため、接続損失が大きく接続部の引
張り及び圧縮強度は弱い。これを強くしようとすると、
レーザの照射パワの増大や、照射時間を長くしなければ
ならず、これは両端面の形状変化を伴い、結果的に接続
損失を増大させることになる。

【０００６】（２）炭酸ガスレーザは人体に照射される
と焼傷するので、取扱いには十分に注意を払わねばなら
ず、また装置が大掛かりで、高価になる。

【０００７】（３）炭酸ガスレーザは発振波長の変動を
生じやすく、この変動は融着条件を左右し、歩留り良く
融着接続することが難しい。

【０００８】本発明の目的は、アーク放電を使うことに
よって、前記した従来技術の欠点を解消し、低接続損失
で高強度を実現することが可能な導波路系と光学系との
融着接続方法及びその装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学系と導波路
系との融着接続方法は、対向する電極間に導波路系端面
と、これよりも熱容量の小さな光学系端面とを突き合せ
た状態で配置し、電極間でアーク放電させると共に、磁
界を発生してアークを導波路系側に偏椅させ、この導波
路側に偏椅させたアークによって光学系と導波路系との
両端面間を融着接続するようにしたものである。ここ
で、光学系には光ファイバ、レンズさらには導波路など
が含まれる。

【００１０】この場合において、導波路系側が過剰にア
ーク照射されるように、対向する電極の軸芯を、光学系
及び導波路系の光軸と直交する直交線に対してθだけ傾
けることが好ましい。

【００１１】また、本発明の光学系と導波路との融着接
続装置は、導波路系と、これよりも熱容量の小さな光学
系とをアーク放電により融着接続する融着接続装置にお
いて、対向する電極棒と、電極棒間に高電圧を印加して
電極棒間でアーク放電させる高圧電源と、電磁力により
導波路系側にアークを偏椅させる、コイルなどから構成
される磁界発生手段と、互に融着すべき光学系端面と導
波路系端面とを前記電極棒間で三次元方向に調整して突
き合せる手段と、電極棒間の間隔と電極棒の軸芯の傾き
とを調整する手段とを備えて構成されたものである。

【００１２】

【作用】対向する電極棒間に光学系端面と導波路系端面
とを突き合せた状態で配置しておく。電極棒間にコイル
等で構成した磁界発生手段に電流を流し、電極棒間でア
ーク放電させると共に、閉ループ電流によって発生した
磁界によってアークを導波路系側に偏椅させ、導波路系
端面側に過剰にアークを照射することにより溶融させ、
結果的に導波路系と光学系との両端面を融着接続する。
すなわち、通常のアーク放電により、導波路系端面と光
学系端面を融着接続しようとすると、導波路系の方が光
学系の方よりも熱容量が大きいために（光学系が光ファ
イバの場合には５倍以上も大きい）、導波路系端面側を
溶融しようとすると、光学系端面は完全に溶融して変形
を生じ、大きな接続損失を伴う。逆に、光学系端面側を
溶融する条件では熱容量の違いにより導波路系端面側は
溶けないことが分かっている。

【００１３】そこで本発明では、アーク溶接では排除し
ている磁気吹きと呼ばれる現象を逆用することによっ
て、非対称なアーク放電を生じさせ、熱容量の大きい導
波路系端面側を過剰に照射させるようにしたものであ
る。また、炭酸ガスレーザを用いる方式に比して、アー
ク放電は両端面の上下方向から溶融できるので、融着の
高強度化を期待できる。なお、必要に応じて対向する電
極棒を２対以上設け、左右方向あるいはその他の方向か
らも溶融させるようにしてもよい。さらに、導波路系端
面側をマイクロトーチ、ヒータなどの熱源により予備加
熱をしながらアーク溶接を行うようにしてもよい。また
磁界の発生方法はアーク放電とは別の手段により外部か
ら発生させ、アークを偏椅させるようにしてもよい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１に本発明の光導波路系と光学系との融着接続方
法及びその装置の原理図を示す。ここでは光学系として
光ファイバを扱っている。電極棒１及び２（例えば、直
径３ｍｍのタングステン棒）を間隔Ｓを保って上下方向
に対向配置させる。なお、電極棒１及び２の外周には、
図示していないが、タングステンの酸化やガラスの付着
防止のためにＡｒガスが流されている。電極棒１及び２
間に導波路７の端面７ａと光ファイバ６の端面６ａを突
き合せた状態で左右方向に設置しておく（図面では、説
明の便宜上両端面は離して描いてある。）。電極棒１及
び２は、調整台８上に置かれ、対向する電極棒１，２の
間隔と、導波路７及び光ファイバ６の光軸１０と直交す
る直交線１１に対して電極棒１，２の軸芯１２の傾きを
調整できるようになっている。なお、電極棒１、２と導
波路７及び光ファイバ６との上下左右の位置関係は逆で
もよい。導波路７と光ファイバ６とはステージ５ａ及び
５ｂ上に装着され、光軸（コア軸）が一致するようにス
テージ５ａ、５ｂをＸ，Ｙ，Ｚ方向に微調整させて接続
損失が最小となるように、その端面７ａ、６ａを突き合
せておく。

【００１５】電極棒１及び２には、これらの間に高電圧
を印加して電極棒１、２間でアーク放電させる高圧電源
９が接続される。その接続用の電線を電極棒１、２上に
多重に巻回してコイル３とし、このコイル３に流れるア
ーク放電電流が作る磁界によってアーク４が電磁力を受
け、導波路７側へ偏椅するように構成する。すなわち、
この多重に巻回したコイル３に高圧電源９を介して電流
を、電極棒２（矢印Ｉ₁ ）から電極棒１（Ｉ₂ ）を経て
コイル３（Ｉ₃ 及びＩ₄ ）に流して、放電したアーク４
を軸芯１２から導波路７側に寸法Ｄだけ偏椅させ、導波
路７の端面７ａ側を過剰に照射させる。このアーク４の
偏椅により導波路７と光ファイバ６の熱容量の差を補
い、導波路７及び光ファイバ６の両端面７ａ、６ａ近傍
を溶融させて融着する。ここで、図示例に示すように、
対向した電極棒１及び２は角度θだけ、直交線１１に対
して傾けることによって、導波路７側が更に過剰にアー
ク照射されるように構成することが好ましい。また、導
波路７の端面７ａが偏椅したアークに十分照射されるよ
うに、電極棒１と２との間隔は導波路７の厚みよりも大
きく保ってある。

【００１６】具体的にはＳは２ｍｍ以上の値である。ア
ーク４の偏椅量Ｄは電極棒１及び２間に流す電流値、コ
イル３の巻数などに依存する。この偏椅量Ｄの値は１０
μｍ以上が好ましい。このときの導波路厚（導波路容
積）は１ｍｍ、光ファイバ径は１２５μｍである。ま
た、対向する電極棒１及び２の傾きθは数度から数十度
の範囲が好ましい。なお、高圧電源９としては交流高圧
電源あるいは直流高圧電源のいずれを用いることもでき
るが、磁気吹きのはるかに大きな直流高圧電源を用いた
方がアークの偏椅を大きくとれるので好ましい。

【００１７】以上述べたように本実施例によれば、アー
ク放電を用いて融着接続することにより、従来の炭酸ガ
スレーザを用いた場合と異なり、上下両方向から照射す
ることができるので、光ファイバと導波路の両端面の上
方部のみならず、下方部も同時に融着される。そのた
め、アーク放電パワの増大や、放電時間を長くすること
なく、接続損失を小さくでき、接続部の引張り及び圧縮
強度を向上することができる。また、アーク放電は、炭
酸ガスレーザに比して広く用いられており、取扱いも容
易であり、また装置が小形、かつ安価であるといった利
点もあり、炭酸ガスレーザと異なり安定であるので、歩
留りよく融着接続することが可能となる。

【００１８】また、溶接アークでは欠点として扱われて
いる磁気吹きを逆用することによって、非対称なアーク
放電を生じさせ、導波路端面側を過剰気味に照射させる
ようにして、相対的に熱容量の大きな導波路端面側と、
熱容量の小さな光ファイバ端面との熱バランスを取るよ
うにしたので、溶融変形を伴わず接続損失の小さな融着
接続を実現することができる。

【００１９】なお、上記実施例は、導波路と光ファイバ
とを融着接続する場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではない。例えば図２に示すよう
な、複数のコア１１〜１５を平行に設けたアレイ状導波
路１０の各コア端面に、光ファイバ４１〜４５の各端面
をアレイ状に一括して融着接続する場合にも適用するこ
とができる。なお、２１〜２５は融着部である。この場
合において、コアないしファイバ本数に応じた最適なア
ーク偏椅を決定する必要があるが、基本原理は、公知の
光ファイバ同士の一括融着接続と同じである。また、導
波路とレンズ、熱容量の異なる導波路同士などの接続に
も適用可能である。さらに、導波路、光ファイバの材質
は石英系ガラス、多成分系ガラスのいずれであってもよ
い。

【００２０】また、前述したように、導波路端面７ａ側
をマイクロトーチ、ヒータ等の熱源により予備加熱をし
ながらアーク溶接を行うようにしてもよい。また磁界は
アーク放電とは独立に外部より磁場を与えて電流を発生
させ、アークを偏椅させるようにしてもよい。さらに光
学系端面側は逆に冷却機構を設けておいてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を発揮す
る。

【００２２】（１）導波路系端面と光ファイバ系端面と
をバランス良く溶融することができるので、低損失接続
を実現することができ、しかも上下両方向からアークが
照射されるので、高強度な融着接続が実現できる。特
に、電極を傾けることにより融着を一層確実なものとす
ることができる。

【００２３】（２）アーク放電装置は、簡単、かつ安定
な装置であるので、取扱いが容易であり、歩留り良く融
着接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光ファイバと導波路との
融着接続装置の原理図を示した説明図。

【図２】本発明の他の適用例を示す、アレイ状導波路と
アレイ状光ファイバとの融着接続を示す説明図。

【図３】従来の炭酸ガスレーザを用いた導波路と光ファ
イバとの融着接続装置を示す説明図。

【符号の説明】

１、２ 電極棒 ３ コイル（磁界発生手段） ４ アーク ５ａ、５ｂ ステージ（突合せ手段） ６ 光ファイバ ６ａ 光ファイバの端面 ７ 導波路 ７ａ 導波路の端面 ８ 調整台（調整手段） ９ 高圧電源 １０ 光軸 １１ 光軸と直交する直交線 １２ 電極棒の軸芯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する電極間に互に融着すべき導波路系
   の端面と、導波路系よりも熱容量の小さな光学系の端面
   とを突き合せ、前記電極間でアーク放電させると共に、
   磁界を発生してそのアークを導波路系側に偏椅させ、こ
   の導波路側に偏椅させたアークによって前記導波路系端
   面と光学系端面間を融着接続するようにしたことを特徴
   とする導波路系と光学系との融着接続方法。
2. 【請求項２】前記対向する電極の軸芯を、導波路系及び
   光学系の光軸と直交する直交線に対して傾けたことを特
   徴とする請求項１に記載の導波路系と光学系との融着接
   続方法。
3. 【請求項３】導波路系と、これよりも熱容量の小さな光
   学系とをアーク放電により融着接続する融着接続装置に
   おいて、対向する電極棒と、前記電極棒間に高電圧を印
   加して電極棒間でアーク放電させる高圧電源と、前記ア
   ークを電磁力により導波路系側に偏椅させる磁界を発生
   する磁界発生手段と、互に融着すべき光学系端面と導波
   路系端面とを前記電極棒間で三次元方向に調整して突き
   合せる手段と、前記電極棒間の間隔と電極棒の軸芯の傾
   きとを調整する手段とを備えたことを特徴とする導波路
   系と光学系との融着接続装置。