JPH06167629A - 光ファイバのレーザ溶着スプライサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光ファイバを確実に再現性良く自動的にスプラ
イスする方法及び装置を得る。 【構成】２本の光ファイバを夫々円筒型ホールダで保持
し、ホールダを３軸制御のステージに取付け、放物面鏡
で絞られたレーザ光の焦点に両スプライス面が来るよう
にＴＶモニタで制御し、実験により得られたスプライス
可能な最小パワーでスプライスした後両ホールダをその
ままの関係位置を保持したまま再被覆装置へ移しバッフ
ァ層で両被覆する。また光ファイバからの光の反射を利
用し、ＯＴＤＲによりファイバのアライン状態、欠陥の
有無をチェックし、また制御に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ、特に２本の
光ファイバをスプライスして１本のスプライスされた光
ファイバを形成することに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバは加工されたガラス・ファイ
バのストランドであるので、ガラス・ファイバを通され
る光のビームは内部全反射をする。ファイバ内に向う光
の入射強度の大部分は、ファイバが数百或いは数千メー
トルの長さであっても、ファイバの他方の端部で受けと
られる。光ファイバは、高密度の情報がファイバの沿っ
て搬送され得るために、通信装置に於ける大きな将来性
を示す。更に、信号の質は、金属ワイヤで伝達される電
気信号よりも色々な型の外部の干渉を少なく受ける。更
に、ガラス・ファイバは重さに於て軽く、二酸化ケイ素
の様な非常に豊富な物質から作られる。

【０００３】ガラス・ファイバは通常、僅かにより低い
屈折率のガラスのケーシングの内側に１つのガラスのコ
アを備えた、２つの異なる光屈折率のガラスのシリンダ
型のプレフォームを作ることによって組立てられ、それ
から引抜き或いは押出し成形することによってプレフォ
ームをファイバに加工する。光ファイバはバッファと称
されるポリマ層で被覆されて、スクラッチ或いは他の損
傷からガラスを保護する。ガラス・ファイバ及びバッフ
ァは、それらの意図される使用及び製造者に応じて、色
々な寸法に作られ得る。寸法の一例として、１つの形状
でガラスの光ファイバの直径は約０．００２乃至０．０
０５インチであり、光ファイバとバッファ層とを加えた
直径は光ファイバの直径の約２倍である。

【０００４】幾つかの応用のために、光ファイバは何キ
ロメートル長もなければならず、且つその全長に亘って
高度の光学的完成度及び強度を有していなければならな
い。欠陥のないその長さの光ファイバを作ることは難し
い。従って２本のより短い長さの光ファイバを一緒にス
プライスしてより長い光ファイバを形成する能力を有す
ることが望ましい。１つのプレフォームから作られ得る
ものよりも長いものを使用する必要がある時、或いは増
幅器のような装置がある長さのファイバに組み入れられ
る時にも、光ファイバをスプライスする必要が生じる。

【０００５】光ファイバのスプライスは、スプライスの
付近での光の損失があまり増えない様に行わなければな
らない。スプライスされたファイバも、張力下でのボビ
ンへの巻き付け、或いは高速でのボビンからの巻き戻し
の様な作業の扱いに耐えられるような十分に高い強度を
持たなければならない。更にスプライスされるファイバ
上にもとのように、バッファ層を回復することが可能で
なければならない。

【０００６】光ファイバをスプライスするための多くの
技術は当業者に公知である。例えば米国特許第 4,263,4
95号明細書は、２つの対置する光ファイバの端部を加熱
及び融解するレーザの使用を示す。このアプローチで
は、レーザ・ビームは光ファイバに対して垂直方向、或
いは光ファイバに対して平行方向の何れかを指向し、且
つ鏡によって焦点に反射させられ得る。その様な技術が
適用される時、それらは強度と再現性を欠いたスプライ
スを作ることが見られた。対応策として、米国特許第
5,016,971号明細書などで、自動光ファイバ・スプライ
ス制御システムが開発された。米国特許第 5,016,971号
明細書の自動化されたものによるアプローチは、再現可
能な方法で光ファイバをスプライスする能力をかなり向
上させた。しかし、強度、光学的特性、及び光ファイバ
のスプライスの再現性を向上させる機会は残された。

【０００７】従って、光ファイバをスプライスするため
の改良された方法に対する必要は存続している。改良さ
れた技術は、許容し得る強度及び光学的性能のスプライ
スされた光ファイバを生成し、スプライスされた領域上
を被覆する連続するバッファを提供する能力を有するべ
きである。スプライス方法は、再現可能な方法で多くの
数のスプライスを達成しなければならない。本発明はこ
の必要を満たし、更に関連する長所を提供する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ある長さの
光ファイバを一緒に掴んでスプライスして１本のスプラ
イスされた長さを形成する方法及び装置を提供する。ス
プライスの存在による光の損失が殆ど無く且つ強度の損
失が殆ど無い高品質のスプライスが生成される。等しく
重要なことは、スプライス方法及び装置が自動的に制御
され、多くの数のスプライスがルーチン・ベースで行わ
なければならないセッティングに応用される時に高い再
現性の結果を与えることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、光ファ
イバ溶着スプライサは軸に沿ってアラインして向い合っ
ているそれらの端部を備えた２本の光ファイバを支持す
るための手段と、それらの向い合う端部でそれらの周囲
の周りに均一に２本の光ファイバを加熱するための手段
とを具備する。更にこの装置は、加熱するための手段に
対する入力パワーを制御して向い合う端部を融解するの
に十分である最小の力でそれらの向い合う端部で光ファ
イバを加熱するための手段を具備する。光ファイバの端
部を精密に位置付けることと、スプライスされる端部を
周囲から均等に加熱することと、最小の必要とされるパ
ワーを使用して光ファイバを溶着することとの組合わせ
は、優れた品質の再現可能な光ファイバのスプライスを
生成する。

【００１０】１つの実施例で、熱源は、レーザと、レー
ザ・ビームを制御可能で遮断したり通したりするシャッ
タと、その軸が光ファイバの軸と平行である放物面鏡
と、レーザ・ビームが放物面鏡に到達する前にそれの直
径を拡大する光学的システムとを具備するレーザ・パワ
ー源である。レーザはその出力パワーがモニタされ、制
御目的のために使用される炭素ガス・レーザであること
が好ましい。スプライスされる光ファイバの端部でのル
ミネセンスの変化を測定する光学検知器の様な、スプラ
イスされる光ファイバの端部に到達するビームのパワー
を測定するセンサがあることも好ましい。制御装置はセ
ンサの一方或いは両方に応答してビーム・パワーを調節
する。レーザのパワー・レベルは、一連のキャリブレー
ション・テストで溶着スプライスを行うのに必要とされ
る最小のパワーを決定される。このパワー・レベルが決
定されると、同一の条件が次の同じ様な光ファイバのス
プライスに使用される。

【００１１】光ファイバを支持するための手段は、ビー
ムの軸に沿って見られて、レーザと放物面鏡との間に置
かれる第１の光ファイバ・クランプと、ビームの軸に沿
って見られて、放物面鏡よりもレーザから遠くに置かれ
る第２の光ファイバ・クランプとを具備する事が好まし
い。放物面鏡はビームの軸と一致してそこを通る孔を具
備する。端部が溶着されてスプライスされる、各光ファ
イバはレーザ・ビームの軸と一致する光ファイバ・クラ
ンプの１つで支持される。第１の光ファイバ・クランプ
は、スプライスされるべき光ファイバの端部が、放物面
鏡の孔を通って鏡の焦点まで突出している場所に固定し
て保持される、他方の端部に関連して非常に精密に位置
を決められることを可能にする、制御可能な３軸マニピ
ュレータのステージの上に装着される。

【００１２】光ファイバは、３軸マニュプレータのステ
ージを使って夫々モニタされ、位置を決められる。２つ
のモニタ技術が使用される。一方では、光ファイバ側部
のビデオのイメージがビデオ・カメラで得られる。その
イメージはモニタと、応答して動かされるマニピュレー
タのステージ上で見られ得る。好ましくは、そのイメー
ジはパターン認識の技術で処理されて光ファイバの外周
を認識する。そのステージは応答して自動的に動かされ
て、スプライスするのに先立ってその外周をアライイン
する。第２の技術に於いては、光学的時間ドメイン反射
率計（opticaltime domain reflectometer ）が使用さ
れて、光ファイバ内の欠陥部分及び表面から反射される
光を測定する。ステージが応答して自動的に動かされて
反射される光を最小にして、光の伝達を最大にする。

【００１３】

【作用】本発明は、光ファイバに応力を加えずに、光フ
ァイバのしっかりしたクランプ止め及び保持を達成する
光ファイバのクランプのための設計も提供する。クラン
プは、その中で光ファイバの外側バッファ表面と一致す
るように半径方向に寸法を決められるスロットを有する
支持ベースと、光ファイバの外側バッファ表面と一致す
るように寸法を決められる下方の端部を備えたスロット
内に滑入するリテーナとを具備する。保持される光ファ
イバはスロット内に挿入されて、その後リテーナがスロ
ット内に挿入されて光ファイバをしっかりと保持する。
スロットはクランプの外側表面に精密に配置されて、光
ファイバが正確に且つ再現可能なように位置を決められ
ることを可能にする。嵌合クランプ・ホルダは光ファイ
バがクランプ内で保持されつつ、あちこちに、また装置
から装置へ動かされることを可能にする。その結果、光
ファイバがクランプ内で保持され移動される間に損傷を
受け得る可能性が殆ど無くなった。

【００１４】本発明のアプローチを使って、ガラスの光
ファイバのスプライスが完了した後で、スプライスされ
た光ファイバはバッファ材料で再被覆されなければなら
ない。新しくスプライスされた光ファイバを再被覆する
際に考慮すべき重要な事柄は、光ファイバをレーザ溶着
装置から再被覆装置まで動かすことである。経験によ
り、光ファイバのクランプからの取り外し及び再被覆装
置への移動はスプライス領域の光ファイバの損傷及び破
損をもたらし、それはその時にバッファ層によって殆ど
保護されない結果になり得ることが示された。従って本
発明は、２つの光ファイバのクランプを掴んで、それら
とスプライスされた光ファイバが剛体の装置として再被
覆装置へ移動させられることを可能にするクランプ・ホ
ルダを提供する事である。アラインされた及び／或いは
スプライスされた光ファイバを動かすための他の情況で
も使用可能であるクランプ・ホルダを使用した結果、ス
プライス及び再被覆作業の信頼性がかなり向上した。

【００１５】本発明は、光ファイバ・スプライス・テク
ノロジーの技術に重要な進歩を提供する。そのアプロー
チは、予備溶着アラインメント及びレーザ溶着作業が装
置の自動測定に応答して制御されるために、高度に制御
可能であり再現可能である。操作者ではなく、制御装置
がアラインメント及び溶着の条件を決定し、同軸の設計
が、それらが溶着されるように光ファイバの端部の周囲
での均等な加熱を確実にする。本発明の他の特質及び特
徴は、例示によって本発明の原理を例示する添付図面と
関連して採用される、以下の本発明の詳細な説明によっ
て明らかになるであろう。

【００１６】

【実施例】図１は、選択された屈折率のガラスのコア12
と、僅かにより低い屈折率を有するガラスのケーシング
14を有する、ほぼ円筒型の光ファイバ10を示す。コア12
及びケーシング14で使用されるガラスは、僅かに異なる
構成要素からできていて、大抵の場合、二酸化硅素を基
にしたガラスである。ＵＶキュアできるアクリルの様な
ポリマ材料のバッファの被覆が光ファイバ10を取り囲
む。限定ではなく例示により普通のファイバに対して、
光ファイバ10の円筒型の直径（即ち、ケーシング14の外
側直径）は、約 0.002乃至 0.005インチであり、バッフ
ァ被覆の円筒型の直径は光ファイバ10のそれの約２倍、
即ち 0.004乃至 0.010インチである。本発明の好ましい
実施例は、光ファイバ及びバッファ被覆の特別な構成及
び製作材料ではなく、端部に端部を付ける方法でその様
な２つの光ファイバ10のスプライスを取扱うので、その
様なことに限定されない。

【００１７】図２は、レーザ溶着装置20を示す。レーザ
22、好ましくは炭素ガス・レーザは、ビームの軸26に沿
って指向するレーザ・ビーム24を生成する。レーザ・ビ
ーム24は、最初に制御可能なシャッタ28を通り抜け、そ
れからビームの軸26と同軸であるが、レーザ・ビーム24
と比較すると拡大された直径の出力レーザ・ビームを生
成するビーム拡大器30を通る。

【００１８】図３でより詳細に示され、放物線回転面表
面即ち放物面である反射表面36を有する放物面鏡34は位
置を決められて、その放物面の軸がビームの軸26と一致
する。拡大されたレーザ・ビーム32も、ビームの軸26と
一致して、その結果レーザ・ビーム32は放物面鏡34の焦
点38を通って放物面の反射表面36から反射する。図３の
光線の通路によって示される様に、この構成は、スプラ
イスする間の光ファイバ端部の同軸アラインメント及び
位置決めにと共に、スプライス作業の間に光ファイバの
端部を周囲から均等に加熱することを確実にする。

【００１９】バッファ層16がそこから除去されてしまっ
ている、スプライスされる第１の光ファイバ40は、第１
のクランプ42内で保持される。第１のクランプ42は、レ
ーザ22とビームの軸26と一致する鏡34との間に第１の光
ファイバ40の位置を決める。バッファ層16がそこから除
去されてしまっている、スプライスされる第２の光ファ
イバ44は、第２のクランプ46内で保持される。第２のク
ランプ46は、ビームの軸26と一致するが、ビームの軸26
に沿って鏡34よりもレーザ22から離れている、第２の光
ファイバ44の位置を決める。鏡34はそこを通り、ビーム
の軸26と一致し、第２の光ファイバ44がそこを通ること
ができるのに十分な大きさの直径を持つ孔48を有する。
図３に示される様に、孔48は２つの直径を有し、小さい
方の直径は光ファイバ44（バッファ被覆は付いていな
い）が滑動する放物面表面の近くにあり、大きい方の直
径は第２のクランプ46を受容することが好ましい。代り
に、第２のクランプ46は、図２に示される様に鏡34に関
係なく支持され得る。この好ましい実施例に於ては、放
物面鏡34はその中心線に沿って蝶番を付けられて、鏡34
が第２のクランプ46内に保持される第２の光ファイバ44
の上に組立てられることを可能にする。

【００２０】クランプ42及び46は、光ファイバがビーム
の軸に沿って容易に配置され、且つ放物面鏡に関連する
適切なスプライスする位置に移動させる事ができるよう
な方法で、光ファイバの周りのバッファ被覆をしっかり
としかし優しく掴む様に設計される。クランプ42及び46
の好ましい形状は図４に示される。クランプ42及び46
は、円筒型の外側表面51とその軸に沿って延在する半径
方向のスロット52とを持つ細長いベース50を具備する。
スロット52の下方端部54は、光ファイバ40,44 のバッフ
ァ層16の曲率半径に近い曲率で好ましくはクランプ内で
掴まれる光ファイバ40,44 のバッファ層16のそれよりも
ほんの僅かに大きい曲率で凹型に曲げられる。下方端部
54は外側表面51とほぼ同軸であり、クランプの外側表面
51に関連して精密に配置される。

【００２１】クランプ42,46 は更に、リテーナ56がその
舌状体58をスロット内へ滑入させることによってベース
50と組立てられる時に、スロット52内でぴったりと嵌ま
り合うように寸法を決められる舌状体58を備えたリテー
ナ56を具備する。舌状体58の下方端部60は、光ファイバ
40,44 の曲率光線に近い曲率半径で好ましくはクランプ
42,46 内で掴まれる光ファイバ40,44 のバッファの曲率
半径よりほんの僅かに大きい曲率半径で凹型に曲げられ
る。クランプが、スロット52の下方端部54と舌状体58の
下方端部60との間で掴まえられる光ファイバと組立てら
れる時、リテーナ56の外側表面61がベース50の外側表面
51と同一面になり、外側表面51及び61は一緒に、容易に
掴まれ得る連続した表面を形成する。好ましい形状では
外側表面51及び61は、リテーナ56がベース50に組み入れ
られ、光ファイバがスロット52の下方端部54と舌状体58
の下方端部60との間で掴まえられる時、ほぼ連続してい
る円筒型表面を形成する。

【００２２】クランプ42,46 内に光ファイバ40,44 を掴
むために、リテーナ56はベース50から取外される。光フ
ァイバ40,44 はスロット52内に置かれる。それからリテ
ーナ56は舌状体58をスロット52内へ挿入することによっ
てベース50に組み入れられる。舌状体58は、下方の面が
スロット52の下方端部54に接触している、光ファイバ4
0,44 のバッファに舌状体58の下方端部60が接触するま
で下方へ滑動する。それによって光ファイバはしっかり
としかし優しく保持されて、その結果それは必要に従っ
て、この場合はビームの軸に沿って位置を決められ得
る。下方端部54及び60との間の共同は、光ファイバを外
側表面51及び61に関連した精密に分かっている位置に保
持し外側表面51及び61に関連して光ファイバを精密に位
置決めする。クランプ留めの力は、リテーナ56の表面に
対する圧力を調節することによって制御され得る。

【００２３】当該のアプローチのクランプは、溝付きブ
ロック及び磁器チャックの様な光ファイバのためのこれ
までのクランプ留めの技術に関して重要な長所を提供す
る。光ファイバは外部で掴まれる表面に関連して精密に
配置され得る。クランプはコンパクトで、使い易く、真
空配管の様な外部との連結を必要としない。その様な連
結は真空式のクランプの移動し易さを制限するので、外
部の支持連結がないことは重要である。当該のクランプ
で、光ファイバはしっかりと掴まれるので、それはクラ
ンプ内で半径方向或いは軸方向の何れにも移動すること
ができない。従ってこの１つのクランプは、光ファイバ
がクランプ内でしっかりと保持されつつ、色々な応用及
び状況に対して使用される事ができる。光ファイバはク
ランプ内に挿入されて、それからクランプは、次ぎに説
明されるクランプ・ホールダを使用してあちこちへ移動
される。光ファイバは、クランプ内に保持されている
間、曲げたり、捩ったり、或いはスクラッチしたりする
ことによって傷を付けられるであろう可能性は殆ど無
い。

【００２４】それに較べて、従来のアプローチでは光フ
ァイバは、普通、処理の各ステージで別々のクランプに
よって保持され、各クランプは処理のその特定のステー
ジに合わせて作られた。各クランプは有効ではあった
が、光ファイバは作業の間にクランプからクランプへ動
かされる時に傷を付けられ得るという危険性があった。
この危険性は、光ファイバがスプライス作業の間にクラ
ンプ42,46 から除去されないという当該のアプローチに
よって回避される。これらのクランプ42,46 は当該のス
プライス技術で使用されるために設計されたが、それら
は光ファイバがしっかりとしかし優しく把握されなけれ
ばならない如何なる応用にでも広く利用される。

【００２５】図３に戻って、第１の光ファイバ40は第２
の光ファイバ44の第２の端部64にスプライスされる第１
の端部62を有する。これらの端部62,64 は、ビームの軸
26と同軸に置かれ、鏡38の焦点で軽く接触し向い合う関
係であることが好ましい。

【００２６】この配置を行うために第２の端部64は、孔
50に沿ってそれを手動で滑動させる事により焦点38の適
切な位置まで動かされる。その後、鏡34及び第２の光フ
ァイバ44は固定して保持される。

【００２７】第１の光ファイバ40を保持する第１のクラ
ンプ42は、３軸の遠隔プログラム可能であり且つ制御可
能なステージ66上に装着される。ステージ66は第１のク
ランプ42の、従って第１の光ファイバ40の第１の端部62
のビームの軸26に垂直な二次元での、精密に制御可能な
移動を可能にして、第１の光ファイバ40がビームの軸26
とぴったりと一致するように置かれることができる。ス
テージ66は第１のクランプ42の、従ってビームの軸26に
平行な方向で鏡34に向う或いは鏡34から離れるように第
１の光ファイバ40の第１の端部62の、精密に制御可能な
移動を可能にして、第１の端部62を鏡34の焦点38へ持っ
てくることもできる。

【００２８】２つのモニタ器具は、第２の端部64に関連
して第１の端部62を精密に配置するのに使用される。最
初に、一方の側部上の第１の端部62と他方の端部上の第
２の端部64とのある焦点38の領域はＴＶカメラ68によっ
てモニタされる。そのイメージはテレビ・モニタ70で見
られる。そのイメージは、ステージ66を作動させるマイ
クロプロセッサ・ベースの制御装置72にも与えられる。
制御装置72でマイクロプロセッサを使用することによっ
て、２つの端部62及び64と、光ファイバ40及び44の外周
のイメージは、通常のパターン認識技術を使って自動的
に分析されて、光ファイバの外周が識別される。制御装
置72は外周を自動的にアラインし、その結果光ファイバ
40及び44の外側境界線はビームに軸26に沿って精密にア
ラインされる。

【００２９】第２のモニタ器具で、光ファイバ10のコア
12を通る光の透過は、光学的時間ドメイン反射率計（Ｏ
ＴＤＲ）74を使ってモニタされる。ＯＴＤＲは光ファイ
バ40或いは44の一方を通して光を搬送し、光ファイバ内
に存在し得る欠陥から反射させられる光の強度を測定す
る。ＯＴＤＲは光ファイバ40或いは44の短い方と共に使
用されて、分析のために反射光の強度を最大にするが、
光ファイバの長い方或いは両方の光ファイバとでも使用
され得ることが好ましい。光ファイバの総光透過量を測
定するパワー・メータ或いは光ファイバの一断片を通る
光の透過を測定する局部的光入射装置の様な、他の光学
モニタ器具も、ＯＴＤＲの代りに使用され得る。

【００３０】光ファイバの特性を出しそれをアラインす
るためのＯＴＤＲの使用は、幾つかの重要な長所を有す
る。第１にそれは、スプライスされる端部に於けるもの
も含めて光ファイバ内の光学的欠陥を認識し場所を知り
特徴を知ることを可能にする。第２に、それは光ファイ
バのコア12が、光ファイバの表面から離れるように、ス
プライスのためにアラインされるのを可能にする。幾つ
かの場合に於ては、光ファイバのコアはケーシング14の
外側表面と完璧に同軸ではない。この場合、テレビのイ
メージを使った視覚的なアラインメント技術が用いられ
るならば、光ファイバの表面はアラインされるが、光透
過のコアはアラインされない。

【００３１】視覚的な及びＯＴＤＲの両方のアラインメ
ント方法の使用ができるおかげで、光ファイバの使用者
はスプライス作業の結果の選択に関してかなりの柔軟性
を持つことができる。２つの技術は最初に光ファイバを
スクリーンするのに使用される。制御装置は、２つのモ
ニタ方法の夫々によるアラインメントのためにステージ
66の位置を決定する。その位置がある予め選択された量
よりも多いための異なるならば、それはコアがクラッド
で同心から外れ過ぎていると結論付けられ得る。そこで
この光ファイバは何等かの他の要求のそれ程多くないも
のへの適用に使用される得る。

【００３２】受け入れ可能な光ファイバが見付けられた
後で、アラインメント方法の一方或いは他方が使用され
る。視覚的アラインメント方法が使用されるならば、生
成されるスプライスされた光ファイバは最大の物理的強
度を有するであろうが、コアが完璧にアラインされなか
ったために、最大の光学的な光の透過を有し得ない。逆
にＯＴＤＲ方法が使用されるならば、生成されるスプラ
イスされた光ファイバは最大の光透過を有するであろう
が、外周が完璧にアラインされなかったために、最大の
強度は有し得ない。最大強度か、最大光透過か、或いは
光ファイバの一方或いは両方の受け入れ不可能性、の選
択は、これ等の方法及び作業者の指示に基いて自動的に
行われる。

【００３３】光ファイバの第１の端部62及び第２の端部
64がこれらの原理に基いて焦点38で接触して向い合って
配置されるならば、予め決定された期間の時間の間、シ
ャッタを開放することによってレーザ22からのレーザ・
エネルギーのパルスが焦点面38に向けられる。

【００３４】レーザ・エネルギーのパルスは、端部62及
び64を一緒に首尾良く溶解し溶着するのに必要とされる
最小のパワーを有するように調節される。最小のパワー
に使用によって、光ファイバのガラスの光学的コアの歪
みが小さくなり、光ファイバの光学的特質を歪め、更に
それらを弱め得る溶融された残骸の生成が回避される。
幾つかの従来の技術のアプローチでは、ガスの火炎或い
は電気のアーク加熱が試用されて光ファイバをスプライ
スした。これらの両方の加熱技術は本来制御するのが困
難であり、更に汚染物を溶着されたガラスに入れ得る。
スプライスするためにレーザを使用して光ファイバを加
熱する事は重要な進歩であったが、レーザのパワー・レ
ベルが高すぎると、光ファイバからの硅石の蒸発及び放
出を生じさせ得る。これ等の硅石の断片は、光ファイバ
の強度を弱め得る欠陥として光ファイバ上に再びデポジ
ットする。レーザ・パワーを最小にすることによってス
プライスの間のその様な損傷を最小にする。光ファイバ
をその周囲で均一に加熱すること、及び当該のアプロー
チによって提供された様な、再現可能な方法で光ファイ
バの端部を位置決めすることなしに、この最小化は再現
可能な様に達成され得ない。

【００３５】必要とされる適切なレーザ・パワーと、更
にレーザ・パワーの設定及びシャッタの開放時間とを決
定するために、キャリブレーション・テストが行われて
製造時にスプライスされるであろう光ファイバに類似し
たものにスプライスする。レーザ22によって生成される
パワーは、レーザ内のポートを通って作動するメータ80
によって測定される。その様な測定能力は市販のレーザ
に通常具備される。メータ80によって測定されたパワー
・レベルは制御装置72に提供される。

【００３６】スプライスする作業の間、焦点38に到達す
るパワーも測定される。この測定値は獲得するのがより
難しい。光強度センサ82が、スプライスする間焦点38で
の端部62及び64を見るように配置される。光の強度はセ
ンサ82によって検知され、センサ82の出力は増幅器84に
よって増幅されて、制御装置72に供給される。光強度は
パワーの直接的な尺度ではないが、レーザ・ソース・パ
ワーの設定を制御するための基準として働くことができ
るパワー依存のパラメータであることが評価され得るで
あろう。従ってキャルブレーション・テストの間、光フ
ァイバの端部62及び64の相対的位置決めは、モニタ70上
の視覚的イメージから決定され、制御装置72のイメージ
処理能力を使用するステージ66の位置と相関させられ
る。スプライスする間、端部に加えられるレーザ・パワ
ーは、レーザ出力パワーとして及びスプライスの領域か
ら放出される光として評価される。

【００３７】キャリブレーションの間に一緒にスプライ
スされる光ファイバは、それらの機械的及び光学的特質
に関して評価され、測定されたスプライスのパラメータ
との相関関係によって、最良の組合せのスプライスのパ
ラメータが選択される。スプライスのパラメータは、位
置決めとスプライスする間に測定されるパワーの情報と
の両方を含む。マイクロコンピュータ・ベースの制御装
置72の使用によってもたらされる再現能力によって、こ
れ等の条件は、両方とも制御装置72によって確立され
る、ステージ66の位置決めとレーザ増幅器86を通ってレ
ーザ22に加えられるパワーとを制御することによって再
現されることができる。

【００３８】光ファイバ40及び44の端部がスプライスさ
れた後で、被覆されていないスプライスされたガラスが
バッファ材料で再び被覆されてキュアされなければなら
ない。以前は、スプライス装置（本発明のものとは異な
る型）からスプライスされた部分を取外し、被覆装置へ
それを静かに動かすことは一般的な方法であった。現在
では、どんなにこの移動が静かに行われても、裸の、被
覆されていない部分に沿って光ファイバの曲げ或いは捩
じり応力が不完全状態、また場合によっては短期間の後
で生じ得る欠陥をもたらす可能性があることが分かって
いる。

【００３９】レーザ・スプライス装置から再被覆装置へ
の移動の間、このスプライスされた光ファイバの曲げ及
び捩りを避けるために、図５に示されるクランプ・ホル
ダ90が設計された。クランプ・ホルダ90は２つの掴みア
ーム92及び94を具備する。これらのアーム92及び94は適
切な間隔を置いて離され、装置20内のそれらの通常の位
置で２つのクランプ42及び46の夫々を掴む。クランプ内
で適所にあるスプライスされたばかりの光ファイバ40及
び42と共にクランプ42及び46はアーム92及び94によって
把握されて、１構成物として再被覆装置へ移動させられ
る。

【００４０】アーム92及び94の夫々は、把握ブロック・
ベース100 に回動可能な様に装着される互いに向い合う
一対の把握ブロック96及び98を具備する。ばね（図示さ
れていない）は各対の２つのブロック96及び98を互いに
向ってバイアスする。把握ブロック96及び98は、クラン
プ42及び44の側部をしっかりと把握するように寸法を決
められる。夫々下方に延在する位置決めピン102 及び10
4 も夫々のベース100に装着される。これ等の位置決め
ピンの目的は続いて説明される。

【００４１】アーム92及び94はハンドル106 によって支
持される。可動ハンドル・グリップ108 は、各アームの
内側で把握ブロック96及び98まで延在するリンク仕掛を
作動させる。ハンドル・グリップ108 が作動される時、
把握ブロック96及び98がばねのバイアス力に逆らって離
れる様に回動されて、アームはクランプ42及び46を越え
て下に下げられ得る。ハンドル・グリップ108 が解放さ
れると、把握ブロックは再び閉じる様に回動し、クラン
プ42及び46を掴まえる。それからスプライスされた光フ
ァイバ40及び44と共にクランプ42及び46は、運ぶ間に光
ファイバ40及び44を曲げたり捩ったりしない単一の剛体
の構成として移動させられる。他方で、場合によっては
再被覆の間にクランプ42及び44に引っ張りで予め応力を
加えることが望ましく、クランプ42及び46とクランプ・
ホルダ90とは制御可能な様に予め応力を加えることを可
能にする。クランプ42及び46はハンドル・グリップの逆
操作によって解放される。クランプ・ホルダ90はここで
説明されるスプライス作業で使用するために特別に開発
されたが、精密に位置を決められる及び／或いはアライ
ンされる光ファイバ及び光ファイバ器具の移動を含む他
の作業にも使用されることができる。

【００４２】光ファイバの再被覆は図６に示される装置
112 で達成される。クランプ42,46は夫々架台（cradl
e）114 及び116 内に置かれる。クランプの架台への位
置決めは、クランプ・ホルダ90のピン102 及び104 を装
置112 の位置決めスロット118及び120 へ合せる事によ
って助けられる。

【００４３】クランプ42及び46、及びそれから光ファイ
バが配置されると、光ファイバは前もって剥がされてい
ない被覆材料の間の領域をバッファ層で再被覆されて、
スプライスの領域がスクラッチに対して十分に保護され
る。光ファイバ40,44 の周りに流動可能なポリマを鋳造
するのに適した割型130 が図７に示される。成形型130
は、光ファイバ40,44 の周りで組み立てられる時に、光
ファイバの被覆されていない部分の周りで第２の組の架
台122 及び124 上に置かれる。

【００４４】成形型130 は、両方ともプレキシガラス
（plexiglass）の様な紫外線の光線を透過する材料から
作られた、底部132 及び嵌り合う蓋部134 とを具備す
る。底部132 と蓋部134 とは向い合う表面に沿ってその
中に半円形の凹部を有し、その結果底部132 と蓋部134
とが一緒に組立てられる時に、円筒型の中央の空洞136
が形成される。底部132 と蓋部134 とは光ファイバ40,4
4 上で組立てられて、バッファ層16が除去されていない
光ファイバの部分が、封止体として成形型130 の端部に
配置される。レーザのスプライス作業によってバッファ
層16が除去された中央部分138 が、空洞136 の内部の中
に入る。空洞136 の内部への外部からのアクセスはポー
ト140 を通って行われる。

【００４５】バッファの再被覆を行うために、ポリテト
ラフロロエチレン（テフロン）の様な剥離剤の層が、底
部132 と蓋部134 の合わさる面の上にスプレイされ得
る。成形型130 の底部132 はその架台122 及び124 の上
に置かれる。クランプ42及び46は、夫々それらの架台11
4 及び116 内へ置かれて、中央部分138 が今のところ空
いている成形型の空洞136 内に置かれる。空洞136 の残
りの部分は、キュアさせてバッファ被覆物になる、流動
可能な、紫外線でキュア可能なポリマ、この場合はＵＶ
キュア可能なアクリルを側部ポート140 へ注入すること
によって充填される。ポリマは、ポリマに適する波長の
紫外線光線を、プレキシガラスの透明な壁を通して予め
キュアされないポリマに指向させることによってキュア
される。好ましい紫外線光線源は、約３５０ナノメータ
の波長の強い紫外線を出力する水銀ランプであり、キュ
アは全部で約１０秒間で完了する。

【００４６】スプライスされ且つ再被覆された光ファイ
バは再被覆装置112 から外され、クランプ42及び46は点
検される。通常の場合は、スプライスされた領域は、バ
ッファ材料に僅かな色の違いがあることを除いて、光フ
ァイバの残りの部分と見分けられないであろう。

【００４７】多くの光ファイバはこのアプローチによっ
てスプライスされ、スプライスの後に光学的性能及び機
械的強度の両方で評価された。

【００４８】第１の一連のテストで、１２個の光ファイ
バのスプライスが作られた。（１３番目のスプライスは
準備されたが、ＯＴＤＲの使用によって光ファイバがス
プライスの領域から十分に間隔をあけられている重大な
欠陥を有することが発見され、それは研究から落とされ
た。）１２個のスプライスは、１．３マイクロメータの
波長の放射に対して０．０８９＋／−０．０８９ｄＢの
光の減衰を有する事が測定された。

【００４９】第２の一連のテストで、５個のスプライス
の光ファイバが準備された。スプライスに因る減衰は、
１．３マイクロメータの波長では測定されなかった。

【００５０】約１００個のスプライスされた光ファイバ
の機械的データが、インストロン試験機（Instron test
ing machine ）で引張り破壊に対してスプライスされた
光ファイバを加重することによって採られた。破壊強度
は平方インチ当り（ｐｓｉ）３３０，０００ポンドを越
えたところで測定され、多くは４００，０００ｐｓｉを
越えたところであった。

【００５１】本発明のアプローチの生産テストで、５つ
のスプライスが作業者の介入なしに完璧に自動化された
方法で作られた。１．３マイクロメータの波長での測定
された減衰は、各スプライス当り０．３ｄＢよりも少な
く、その強度は各場合に於て３００，０００ｐｓｉを越
えたところであった。

【００５２】本発明は光ファイバをスプライスする技術
に於て重要な進歩を提供した。作業者の熟練と忍耐力に
頼らない商業的運用に上手く適合する、自動化され、再
現可能な方法で上手いスプライスが準備されることがで
きるようにする。本発明の特定の実施例が例示目的のた
めに詳細に説明されたが、色々な変形実施例が本発明の
意図及び範囲を逸脱することなしに作られ得る。従っ
て、本発明は添付の請求の範囲によって限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバの斜視図。

【図２】光ファイバ・スプライス装置の略ブロック図。

【図３】スプライスするための光ファイバを適所に置い
た放物面鏡の側断面図。

【図４】光ファイバを保持する光ファイバ・クランプの
斜視図。

【図５】光ファイバ・クランプ・ホルダの斜視図。

【図６】再被覆装置の斜視図。

【図７】内部の形が想像線で示される、バッファ材料で
光ファイバを再被覆するための割型の斜視図。

【符号の説明】

10,40,44…光ファイバ、12…コア、14…ケーシング、16
…バッファ被覆、20…レーザ溶着装置、22…レーザ、2
4,32 …レーザ・ビーム、26…ビームの軸、28…シャッ
タ、30…ビーム拡大器、34…放物面鏡、36…反射表面、
38…焦点、42,46 …クランプ、48…孔、50,100…ベー
ス、51,61 …外側表面、52…スロット、54,60,62,64 …
端部、56…リテーナ、58…舌状体、66…ステージ、68…
ＴＶカメラ、70…テレビ・モニタ、72…制御装置、74…
ＯＴＤＲ、80…パワー・メータ、82…センサ、84,86 …
増幅器、90…クランプ・ホールダ、92,94 …アーム、9
6,98 …把握グリップ、102,104 …位置決めピン、106
…ハンドル、108 …ハンドル・グリップ、112 …再被覆
装置、114,116,122,124 …架台、118,120 …位置決めス
ロット、130 …成形型、132 …底部、134 …蓋部、136
…隙間、138 …中央部分、140 …ポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・アール・ビンス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91360、サウザンド・オークス、ラッドク リッフェ・ロード 3141 (72)発明者 ステファン・ダブリュ・マッカーホン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91320、ニューベリー・パーク、パデュ ア・サークル 108 (72)発明者 ジョン・ティー・ケンナ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91360、サウザンド・オークス、チャット ハム・コート 1042

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 或る軸に沿ってアラインされて向い合う
   関係で２本の光ファイバをそれらの端部で支持する為の
   手段と；その２本の光ファイバをそれらの向い合う端部
   のそれらの周囲の辺りで均一に加熱する為の手段と；光
   ファイバをそれらの向い合う端部に於いて加熱する為の
   手段を向い合う端部を溶着するのに十分な最低のパワ−
   で加熱する様に制御する為の手段とを具備する光ファイ
   バのレ−ザ溶着スプライサ。
2. 【請求項２】 その加熱する為の手段が、 その軸と一致するレ−ザ・ビ−ムを発生するレ−ザ・パ
   ワ−・ソ−スと、光ファイバが位置付けられる軸に沿っ
   てそれと一致する放物面鏡の軸を持つ放物面鏡とを有す
   る請求項１記載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
3. 【請求項３】 その加熱する為の手段が、 レ−ザと、 レ−ザ・ビ−ムを制御可能で遮断し及び通過させるシャ
   ッタと、 レ−ザ・ビ−ムの直径を広げる光システムとを有する請
   求項１記載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
4. 【請求項４】 その加熱する為の手段が、 炭酸ガス・レ−ザを有する請求項１記載の光ファイバの
   レ−ザ溶着スプライサ。
5. 【請求項５】 その支持する為の手段が、 少なくとも一方の光ファイバを通る光の伝搬を反射によ
   り感知する為の手段を有する請求項１記載の光ファイバ
   のレ−ザ溶着スプライサ。
6. 【請求項６】 その支持する為の手段が、 光ファイバを反射により感知する為の手段に応答して位
   置付ける為の手段を有する請求項５記載の光ファイバの
   レ−ザ溶着スプライサ。
7. 【請求項７】 その支持する為の手段が、 光ファイバの外周を写し出す為の手段を有する請求項１
   記載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
8. 【請求項８】 その支持する為の手段が、 写し出す為の手段に応答して光ファイバを位置決めする
   為の手段を更に有する請求項７記載の光ファイバのレ−
   ザ溶着スプライサ。
9. 【請求項９】 その加熱する為の手段が、 レ−ザと、 レ−ザの出力を測定するパワ−・メ−タと、 スプライスされるべき光ファイバの端部に印加されるパ
   ワ−を測定する為の手段と、 パワ−・メ−タと測定する為の手段とに応答してレ−ザ
   の出力を制御する為の手段とを有する請求項１記載の光
   ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
10. 【請求項１０】 その支持する為の手段が、 一方の光ファイバを保持する第１の光ファイバ・クラン
    プと、 他方の光ファイバを保持する第２の光ファイバ・クラン
    プとを有する請求項１記載の光ファイバのレ−ザ溶着ス
    プライサ。
11. 【請求項１１】 第１の光ファイバ・クランプを三軸方
    向に制御可能で動かす為の手段を更に有する請求項10記
    載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
12. 【請求項１２】 バッファ材料でスプライスされた光フ
    ァイバを再被覆する為の手段を更に有する請求項１記載
    の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
13. 【請求項１３】 レーザ・ビ−ム軸を有し、 レ−ザと、 レ−ザ・ビ−ムを制御可能で遮断し及び通過させるシャ
    ッタと、 レ−ザ・ビ−ムの直径を広げる光システムとを具備する
    レ−ザ・パワ−・ソ−スと；レーザ・ビ−ム軸と一致す
    る軸とレーザ・ビ−ム軸に一致して貫通する孔とを有す
    る放物面鏡と；レーザと放物面鏡との間に位置付けさ
    れ、レーザ・ビ−ム軸に沿って見られてスプライスされ
    るべき第１の光ファイバをその軸でレーザ・ビ−ム軸と
    一致させる様にそしてスプライスされるべき第１の光フ
    ァイバの第１の端部を放物面鏡の焦点にくるように第１
    の光ファイバを保持し位置付けする第１の光ファイバ・
    クランプと；放物面鏡よりもレーザから離れて位置付け
    され、レーザ・ビ−ム軸に沿って見られてスプライスさ
    れるべき第２の光ファイバをその軸でレーザ・ビ−ム軸
    と一致させる様にそしてスプライスされるべき第２の光
    ファイバの第２の端部を放物面鏡の焦点にくるように第
    ２の光ファイバを保持し位置付けする第２の光ファイバ
    ・クランプと；放物面鏡の焦点で第１と第２の光ファイ
    バの端部に到達しているパワ−を測定するセンサ−と；
    センサ−によって測定されたパワ−に応答してレーザ・
    ビ−ムのパワ−・レベルを制御する制御器とを具備する
    光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
14. 【請求項１４】 その少なくとも一つの光ファイバ・ク
    ランプが、 光ファイバに合った寸法の溝を有する支持ベ−スと、 その溝にしっくりと嵌まり光ファイバに合った寸法の接
    触端部を有するリテ−ナとを有する請求項10或いは13の
    何れか記載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
15. 【請求項１５】 第１及び第２の光ファイバ・クランプ
    を予定された互いの相対的関係位置にしっかりと位置付
    けするクランプ保持器を更に有する請求項13記載の光フ
    ァイバのレ−ザ溶着スプライサ。
16. 【請求項１６】 少なくとも一方の光ファイバ内の欠陥
    の存在を反射により測る器具を更に有する請求項13記載
    の光ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
17. 【請求項１７】 第１の光ファイバを三つの軸に沿って
    制御可能な様に動かす遠隔制御可能なステ−ジと、 光ファイバの外周を写し出すビデオ・センサとを更に有
    する請求項13記載の光ファイバのレ−ザ溶着スプライ
    サ。
18. 【請求項１８】 その制御装置がビデオ・センサからの
    映像を受取り、それらの映像の認識パタ−ンを形成しそ
    の後で応答して遠隔制御可能なステ−ジに指令して第１
    の光ファイバ・クランプを位置付する請求項17記載の光
    ファイバのレ−ザ溶着スプライサ。
19. 【請求項１９】 ２本の光ファイバを或る軸に沿ってア
    ラインされて向い合う関係にそれらの端部で支持する事
    と；その２本の光ファイバをそれらの向い合う端部のそ
    れらの周囲の辺りで均一に加熱する事と；光ファイバを
    それらの向い合う端部に於いて向い合う端部を溶着する
    のに十分な最低のパワ−で加熱する様に加熱する間その
    入力を制御する事とのステップを具備する２本の光ファ
    イバの端部を一緒にスプライスする方法。
20. 【請求項２０】 その加熱のステップがレ−ザを利用し
    て行なわれ、制御するステップが、 スプライスされるべき２本の光ファイバの端部をビデオ
    ・カメラでモニタする事と、 ビデオ・カメラの映像に応答して光ファイバを動かして
    その端部をアラインする事とのステップを有する請求項
    19の方法。
21. 【請求項２１】 その制御するステップが、 表面から反射される光と少なくとも一方の光ファイバ内
    の欠陥とをモニタする事と、 反射される光の強さに応答して光ファイバを動かしてそ
    の端部をアラインする事とのステップを有する請求項19
    記載の方法。
22. 【請求項２２】 予定された半径のバッファ層を持つ円
    筒型光ファイバを保持するのに使用され、 外側クランプ表面を持つベ−スと；ベ−ス内にあり、ほ
    ぼ光ファイバの半径迄凸面状に曲げられた下部端部を有
    し、クランプ表面に対し正確に配置されるスロットと；
    ほぼ光ファイバの半径迄凸面状に曲げられた下部端部を
    有する舌状体を持つリテ−ナで、そのリテ−ナがスロッ
    トの下部端部と舌状体の下部端部との間に掴まれた光フ
    ァイバと共にベ−スに組立てられる時にそのリテ−ナの
    外側表面がベ−スの外側クランプ表面と同一面になる様
    に寸法を決められたリテ−ナとを具備する光ファイバ・
    クランプ。
23. 【請求項２３】 ベ−スの外側クランプ表面が円筒型で
    ありスロットの下部端部がベ−スの円筒型の軸とほぼ同
    心である請求項22記載の光ファイバ・クランプ。