JPH0651153A

JPH0651153A - 光分岐・結合器及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0651153A
Application number: JP20779092A
Authority: JP
Inventors: Michitaka Okuda; 通孝奥田; Tetsuya Suga; 哲也菅; Akio Tsugawa; 昭夫津川; Kiyohiko Kuramoto; 清彦倉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】通常の伝搬定数の等しい光ファイバを用いて
も、付加工程を必要としない簡易な方法で広帯域化が実
現できる光分岐・結合器を提供すること。【構成】コアとクラッドからなる光ファイバ１０、２
０を交差角度θで整列し、その交差部を局部的に加熱融
着延伸して絞り込みテーパー形状部３０を設けた光分岐
・結合部であって、該テーパー形状部３０の長さＬを１
０ｍｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信ネットワークにお
いて伝送光を分岐、又は合流させるのに使用する光分岐
・結合器に関し、特に波長変動による分岐比変化の小さ
な広帯域化を実現した光分岐・結合器とその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】従来より光分岐・結合器には
複数本の光ファイバの被覆を剥して整列把持し、ガスバ
ーナ等の加熱源により、融着延伸して作製するものがあ
る。図８に従来のこの種の光分岐・結合器を示す。この
種の光分岐・結合器の製造方法は加熱源としてガスバー
ナによる火炎を使用し、それを左右に振り加熱融着延伸
し、必要な分岐比の所で加熱及び延伸を停止して作製さ
れる。従って光結合領域を有するテーパー形状部の長さ
ｌが２０〜３０ｍｍ程度に長くなり、テーパー形状部の
中心部の周囲はほぼ直線状になる。この場合、結合とし
ては完全結合に近い分岐比を得ることが出来る。しかし
ながら、光ファイバ間の完全結合は光合分波器として使
用する場合必要な特性であるものの通常の分岐比特性と
しては波長変動により分岐比が変化する為に問題とな
り、波長多重通信においては使用できない。

【０００３】一方、伝搬定数の異なる導波路間の不完全
結合性を利用して広帯域化を達成した光分岐・結合器が
知られている。

【０００４】この不完全結合を利用した光分岐・結合器
として従来一般的であったのは、プリ延伸法と呼ばれる
手法を用いて作製されるもので、この手法によると光結
合領域における光ファイバ相互の伝搬定数を異ならせる
ために複数の光ファイバのうち予め少なくとも一本の光
ファイバを延伸（プリ延伸）して径を細径化し、このプ
リ延伸を施した光ファイバの細径化部と他の光ファイバ
を融着して延伸するものである。しかしこのプリ延伸工
程を用いた場合、プリ延伸した光ファイバは度重なる加
熱延伸処理を施されること及び形状的により細くなるた
め融着延伸部が強度的に劣化するという問題点がある。

【０００５】その他に、伝搬定数の異なる導波路間の不
完全結合性を利用したものとして、光ファイバの材質を
変えて屈折率を異ならせたものや、コア径の異なるもの
を使用したものなどが知られているが、いずれも他の光
ファイバとの接続時に不整合による損失の増大という問
題が生じる。

【０００６】本発明の目的は、強度上の問題を解決し、
しかも接続の整合性の問題も解決した簡易な方法で広帯
域化が実現できる光分岐・結合器とその製造方法を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、プリ延伸法を用いず、しかもコア径や屈
折率の異なる光ファイバを用いない、すなわち伝搬定数
の異なる導波路間の不完全結合性を利用せずに広帯域化
を実現した光分岐・結合器とその製造方法である。

【０００８】本発明は同一の複数本の光ファイバを束
ね、相互を融着及び延伸して光結合領域を有するテーパ
ー形状部を形成して成る光分岐・結合器の製造方法にお
いて、少なくとも一本の光ファイバを他の光ファイバと
角度θで交差させ、さらに前記融着及び延伸時における
光ファイバの加熱位置を前記交差の中央部に固定して光
結合領域の延伸方向長を短く形成する光分岐・結合器の
製造方法である。

【０００９】さらに、本発明は同一の複数本の光ファイ
バを束ね、相互を融着及び延伸して光結合領域を有する
テーパー形状部を形成して成る光分岐・結合器におい
て、少なくとも一本の光ファイバが他の光ファイバと角
度θ’の開きを有して交差しており、前記テーパー形状
部の長さＬが１０ｍｍ以下に形成されている光分岐・結
合器である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施例にかかる光分岐・結合器の
全体構造を示す図である。同図に示すように本実施例に
かかる光分岐・結合器は被覆を剥したコアとクラッドか
らなる光ファイバ１０，２０を交差角度θ（＝０°）で
束ね、その周囲を局部的に加熱融着しさらに延伸してテ
ーパー形状部３０を形成するが、そのとき該テーパー形
状部の長さＬを１０ｍｍ以下としたものである。即ち本
発明はテーパー形状部３０の中央部に形成される光結合
領域の延伸方向長（以下、結合長）をできる限り短く形
成することで広帯域化を実現するもので、実験的にテー
パー形状部の長さＬが１０ｍｍ以下で所望の分岐比が得
られるように加熱融着することにより広帯域化が達成さ
れることを見出したものである。本発明はこのような１
０ｍｍ以下のテーパー形状部３０を得られるように、特
に加熱方法及び加熱手段に種々の工夫を行ったものであ
る。

【００１１】図２は交差角度θ（＝０°）の場合に関す
る上記光分岐・結合器の製造方法を示す図である。即ち
まず同図（ａ）に示すように、２本の通常の伝搬定数の
等しい同一のシングルモード光ファイバ１０，２０（素
線の被覆を剥しクラッドが露出したもの）を整列把持す
る。なお、クラッドの外径は１２５μｍの通常のものを
使用している。

【００１２】次に同図（ｂ）に示すように、整列した光
ファイバ１０、２０の両側からガスバーナ４０、５０を
近づけ、火炎の先端を当て、局部的に加熱融着せしめ
る。

【００１３】融着後、同図（ｃ）に示すように、ガスバ
ーナ４０、５０の火炎を融着時よりも光ファイバ１０、
２０に近づけて更に融着が生じない程度に加熱温度を下
げ、光ファイバ１０、２０を延伸し、必要な分岐比のと
ころで延伸を停止する。ただし広帯域化のためには、テ
ーパー形状部の長さＬは１０ｍｍ以下でなければならな
い。

【００１４】そのために上記融着延伸工程において、そ
の加熱源であるガスバーナ４０、５０は左右方向（光フ
ァイバの延伸方向）に対して動かさず停止させる。これ
によって火炎の広がりを小さくでき、急峻なテーパー形
状部３０を得ることができその長さＬを短くすることが
できる。

【００１５】またこのとき火炎の径が小さい方が急峻な
テーパー形状を得ることができる。本願発明者の実験に
よれば、テーパー形状部の長さＬを１０ｍｍ以下とする
ためには、ガスバーナ４０、５０のガス吹き出しノズル
径を０．３ｍｍ以下にすることが必要であった。なおこ
れと同等の小さな火炎を得る手段として図３に示すよう
に、ガスバーナ４０、５０の火炎内にピンホール６１を
有する絞りピンホール板６０を設置することによって使
用するガスバーナ４０、５０の火炎の径を絞ってもよ
い。また、使用するガスには酸素を付加し高温化を図っ
た。

【００１６】次に図４は本発明にかかるテーパー形状部
３０の外観形状のモデル図であり、本発明にかかる光分
岐・結合器の外観形状は、ほぼ次式にて表される。

【００１７】

【数１】

【００１８】またこの場合、テーパー形状部の長さＬ
は、Ｌ＝４ｃで表される。また最短径部は２（ａ−ｂ）
となる。

【００１９】大方このような形で表され、そのときの延
伸長−分岐比特性は、図５で表された特性となるが、波
長をλ₁，λ₂（λ₁＞λ₂）とすると、モードフィー
ルド径が大きい波長の長いλ₁の方から結合が開始され
る。同図においてλ₁，λ₂による同分岐比に対する延
伸長差をΔとすると、結合長が短い程、即ちテーパ形状
部の長さＬが短い程、Δの値が小さくなり、零に近づ
く。従って、結果的にテーパ形状部の長さＬが短くて所
望の分岐比が得られるように、火炎を小さくする等して
光ファイバの加熱融着を行えば、λ₁とλ₂の分岐比特
性が近づきほぼ同等な特性となり、広帯域化が実現でき
る。また延伸時のビート長ＰＬは延伸につれて短くなっ
ていく。また、Δの値が小さくなるにつれてもビート長
ＰＬは除々に短くなる。その場合、波長特性としては除
々に平坦な特性となっていく。

【００２０】その状態を図６に示す。図６はテーパー形
状部３０の長さＬによる波長−分岐比特性を示したもの
であり、Ｌが短いほど、波長−分岐比特性が平坦になる
ことがわかり、特にＬ≦１０ｍｍの場合は実用上良好な
広帯域化を実現している。

【００２１】こうした特性の説明は、等しい円筒導波路
間のモード結合より説明することができる。それによる
と分岐比Ｃｒ〔図１においてＣｒ＝Ｐ₂／（Ｐ₁＋
Ｐ₂）〕は、次式で表される。

【００２２】

【数２】

【００２３】本発明のように融着部の長さの短い結合に
おいては、光結合部のコア径が小さくなる為、コアから
の光の漏れが多く、伝搬定数ξが大きくなる。したがっ
て延伸時、即ち結合長ｚが長くなるにつれて、ビート長
ＰＬは短く、またコア間隔が急激に近づく形状となり波
長の違いに関係なく結合を開始するため、Δの値も小さ
くなるのである。

【００２４】一方結合長ｚとの関係は、結合長ｚが半分
になると波長−分岐比特性の周期が２倍になる。即ち結
合長ｚが短い程、波長周期特性が長くなり、波長依存性
が低減されることになる。つまり光ファイバ融着延伸型
の光分岐・結合器においては、本発明のように、融着延
伸したテーパー形状部の長さＬを短くすることにより波
長依存性が低減されるのである。

【００２５】さらに、上記実施例は、光ファイバの交差
角θ（＝０°）の例であったが、交差角θ（≠０°）と
すれば、より容易に結合長を短くでき、即ちテーパー形
状部の長さＬを短くできる。

【００２６】図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２
の実施例を示す製造方法の図で、図２の製造方法と異な
るのは光ファイバの交差角θ（≠０°）としたことであ
る。加熱源はガスバーナ４０、５０を同様に用い、この
火炎先端が融着時に光ファイバ１０、２０の交差部の中
心を加熱するように設置する。ガスバーナ４０、５０は
左右方向（光ファイバの軸方向）に振らない。融着後に
は、ガスバーナ４０、５０の火炎を融着時よりも光ファ
イバ１０、２０に近づけて更に融着が生じない程度に加
熱温度を下げ、光ファイバ１０、２０を同軸方向に延伸
し、必要な分岐比が得られる所で延伸を停止する。この
ように、交差角θ（≠０°）として、光ファイバ相互に
交差を設けることにより、光ファイバ相互の接触面積が
小さくなるため、融着領域をより短くできる。しかもこ
の交差角θ（≠０°）に基づいて融着領域の大きさが調
整でき、すなわち結合長の長さをより短くできるため、
テーパー形状部の長さＬをより短くする効果が期待でき
る。このように、結合長は交差角θ（≠０°）で調整す
ることができる。したがって、交差角θを０＜θ≦９０
°の範囲で適宜調整すればテーパー形状部の長さＬは１
０ｍｍ以下に容易に成形できる。

【００２７】また、この交差角θ（≠０°）の延伸長−
分岐比特性は既に説明した図５の特性になるが、交差角
θが大きい程にΔの値が小さくなり、零に近づいてい
く。従って、交差角θを大きくしていくと、λ₁とλ₂
の延伸に対する分岐比特性が近づきほぼ同等な特性にな
る。

【００２８】また、交差角θ（≠０°）で光ファイバ１
０、２０を固定した状態から光ファイバ１０、２０を同
軸方向に延伸するため、延伸後に角度θは角度θ’（＜
θ）である。完成した光分岐・結合器の実装はこの角度
θ’で固定収納部材に固定する。

【００２９】以上のように本発明における第１と第２の
実施例を説明したが本発明はこれに限定されるものでは
ない。

【００３０】上記実施例においては２本の光ファイバの
融着延伸の例のみを示したが、多数本の光ファイバを融
着・延伸せしめても一向に差し支えなく、その場合には
少なくとも一本の光ファイバを交差角θで他の光ファイ
バと交差させればよい。

【００３１】また、上記実施例においては加熱源として
ガスバーナを２本用いたが、これは１本でも良く、必要
に応じて多数本使用してもよい。また、加熱源はガスバ
ーナに限定されるものではなくてガスバーナと同等ある
いはそれに近いなだらかな加熱温度分布を有する加熱源
であればよく、例えば電気ヒータであれば、ガスバーナ
に近い加熱温度分布を容易に実現できる。なお、レーザ
のように急峻な加熱温度分布を有する加熱源は、光ファ
イバに曲がりや亀裂を生じるためそのままでの使用は困
難である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光分岐・結合器によれば以下の優れた効果を有す
る。

【００３３】従来のようにプリ延伸工程を行ったり、
屈折率やコア径の異なる光ファイバを用いたりしなくて
も、通常の伝搬定数の等しい光ファイバを用いて融着延
伸工程のみで簡易に広帯域な結合が実現できる。

【００３４】延伸距離が短くなるため、テーパー形状
部が短く、最小径部も太くなるので融着延伸部の強度が
強く、信頼性が向上する。

【００３５】従来に比較して小型実装可能で、部品の
小型化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかる光分岐・結合器
の全体構造を示す図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の第１の実施例に
かかる光分岐・結合器の製造方法を示す図である。

【図３】ガスバーナ４０、５０の使用方法を示す図であ
る。

【図４】本発明にかかるテーパー形状部３０の外観形状
のモデルである。

【図５】光分岐・結合器の延伸長−分岐比特性を示す図
である。

【図６】光分岐・結合器の波長−分岐比特性を示す図で
ある。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の第２の実施例に
かかる光分岐・結合器の製造方法を示す図である。

【図８】従来の光分岐・結合器の製造方法の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１０、２０光ファイバ３０テーパー形状部４０、５０ガスバーナ６０絞りピンホール板Ｌテーパー形状部の長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者倉本清彦北海道北見市豊地30番地京セラ株式会社北海道北見工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の光ファイバを束ね、相互を融着及
び延伸して光結合領域を有するテーパー形状部を形成し
て成る光分岐・結合器の製造方法において、少なくとも
一本の光ファイバを他の光ファイバと角度θで交差さ
せ、さらに前記融着及び延伸時における光ファイバの加
熱位置を前記交差の中央部に固定して光結合領域の延伸
方向長を短く形成することを特徴とする光分岐・結合器
の製造方法。
【請求項２】複数本の光ファイバを束ね、相互を融着及
び延伸して光結合領域を有するテーパー形状部を形成し
て成る光分岐・結合器において、少なくとも一本の光フ
ァイバが他の光ファイバと角度θ’の開きを有して交差
しており、前記テーパー形状部の長さが１０ｍｍ以下に
形成されていることを特徴とする光分岐・結合器。