JPH08220399A

JPH08220399A - 液浸型光ファイバカプラ

Info

Publication number: JPH08220399A
Application number: JP7027152A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Yamauchi; 良三山内; Fumio Suzuki; 文生鈴木; Shigefumi Yamazaki; 成史山崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】深海などの高い水圧下でも安定して使用する
ことができる液浸型光ファイバカプラを得る。【構成】融着延伸型光ファイバカプラの本体１０が開
口１９を有する内ケース１１に収容され、この内ケース
１１が密閉された外ケース１２に収容され、光ファイバ
カプラ本体１０の両端部から延びる入／出力ポート７が
外ケース１２を貫通して外部に導出され、この外ケース
１２の側壁に柔軟な膜部材１４が形成され、ケース１
１、１２内部に光ファイバのクラッド３より屈折率が低
い充填液１７が流通自在に充填されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、深海などの高い水圧下
でも安定して使用することができる液浸型光ファイバカ
プラに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信や光計測の分野などで光の分岐や
合波などを行う光学素子として、２本またはそれ以上の
光ファイバを並置してそのクラッドの一部を互いに融着
し、この融着された部分を延伸して融着延伸部を形成し
た融着延伸型光ファイバカプラが用いられている。この
内、特に入力ポートおよび出力ポートが各２本ずつから
なる２×２型の光ファイバカプラが多く用いられてい
る。

【０００３】この２×２型の光ファイバカプラは普通、
図４（ａ）〜図４（ｄ）に順次示す方法により製造され
ている。すなわち先ず図４（ａ）において、被覆２を有
する２本の光ファイバ１ａ、１ｂの中間部の被覆を剥ぎ
取り、それぞれクラッドを露出させ、この露出部３、３
を並列する。次に図４（ｂ）に示すように、露出部３、
３の少なくとも一部を平行に接触させ、その接触部４を
酸水素炎Ｂ（または放電アークなど）を用いて加熱し、
互いのクラッドを融着一体化すると共に、図４（ｃ）に
示すように延伸して融着延伸部５を形成し、光ファイバ
カプラ本体１０を作製する。

【０００４】この融着延伸部５は、融着一体化されかつ
延伸された１本のクラッドの内部に、接触せずに互いに
平行に走る２本の細径化されたコアを有する。この細径
化されたコア内では光の伝播モードフィールド径（以
下、「ＭＦＤ」という）が拡大するので、これによって
双方のコア間に光学的な結合が生じるようになる。

【０００５】次に図４（ｄ）に示すように、光ファイバ
カプラ本体１０を円筒形または長方箱形の保護ケース６
に収容し、光ファイバカプラ本体１０の両側から延びる
光ファイバの被覆部（以下、「入／出力ポート」とい
う）７と保護ケース６の端部との間隙を封止樹脂８で封
止して固定する。これによって、入力ポートと出力ポー
トとを各２本有する２×２型の光ファイバカプラが得ら
れる。この保護ケース６の材質としては耐衝撃性の高い
金属、または光ファイバと膨張係数が同等のガラスが用
いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、水中での光ファ
イバカプラの使用が検討されるようになってきた。例え
ば光学式水中マイクロフォンの一形式においては、光フ
ァイバを平面コイル状に巻いて形成したセンシングコイ
ルを水中に設置し、このセンシングコイルが水中音波を
受けたときにその中を伝播する光の振幅や位相が変化す
る性質を利用してこれを電気信号に変換する。このとき
光源や検出器とセンシングコイルとの中継に光ファイバ
カプラが用いられる。この光ファイバカプラはリード線
などからのノイズを低減するためにセンシングコイルに
接近して配置することが求められ、従って水中に浸漬さ
れることになる。

【０００７】しかし、従来の融着延伸型光ファイバカプ
ラは水中での使用が考慮されていなかった。従来型の光
ファイバカプラを水中で使用すると、例えば深海などで
は高い水圧によって保護ケース６が圧迫されて破壊した
り、ケース端部を封止している封止樹脂８が塑性流動を
起こして変形し、ケース内部に海水などが侵入する。ま
た保護ケース６が金属製の場合は、ケースと光ファイバ
カプラ本体との膨張係数が異なるために温度変化によっ
て光ファイバカプラ本体１０にストレスが掛かり破損し
たり光伝送損失を増大させるなどの障害が発生し使用で
きなくなる可能性がある。本発明は上記の問題を解決す
るためになされたものであり、従ってその目的は、水中
に浸漬して使用することができて、環境圧が変化しても
破壊されたり特性変化を起こしたりすることがない液浸
型の光ファイバカプラを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、融着延伸
型光ファイバカプラ本体が開口を有する内ケースに収容
され、この内ケースが密閉された外ケースに収容され、
光ファイバカプラ本体の両端部から延びる入／出力ポー
トがこの外ケースを貫通して外部に導出され、外ケース
の側壁の少なくとも一部分が柔軟な膜部材で形成され、
かつ外ケースと内ケースのそれぞれの内部に光ファイバ
のクラッドより屈折率が低い充填液が流通自在に充填さ
れてなる液浸型光ファイバカプラを提供することによっ
て解決できる。上記の内ケースはガラス製であり、外ケ
ースは金属製であることが好ましい。また、充填液はシ
リコーンオイルおよびフッ素系オイルの中から選ばれた
ものであることが好ましい。

【０００９】

【作用】外ケースの側壁の少なくとも一部分が柔軟な膜
部材で形成され、かつ内／外ケースの内部に充填液が、
内ケースの開口を通じて流通自在に充填されているの
で、環境圧が変化しても柔軟な膜部材の変形によって内
部液体が常に環境圧と等圧になり、内／外いずれのケー
スにも圧力差による応力が掛からない。充填液の屈折率
がクラッドのそれより低いので、この液体が融着延伸部
と界面を接していても光の放散は起こらない。また、内
ケースがガラス製であれば膨張係数が光ファイバと同等
であり、環境温度が変化しても融着延伸部に伸縮ストレ
スが掛からない。

【００１０】

【実施例】次に実施例によって本発明を詳しく説明す
る。以下の説明において、図４を用いて説明した従来例
の構成要素と共通しているものは同一番号を付してその
説明を省略または簡略化する。図１は本発明の一実施例
である液浸型光ファイバカプラ（以下、単に「光ファイ
バカプラ」という）を示している。この光ファイバカプ
ラは、融着延伸型光ファイバカプラ本体（以下、単に
「光ファイバカプラ本体」という）１０が石英ガラス製
の内ケース１１とベリリウム銅製の外ケース１２とで二
重に保護されている。この外ケース１２と内ケース１１
のそれぞれの内部には、光ファイバのクラッド３より屈
折率が低い充填液１７が、内ケース１１の胴部に形成さ
れた開口１９を通じて流通自在に充填されている。ま
た、外ケース１２の側壁の一部が柔軟な膜部材１４で形
成されている。

【００１１】この内ケース１１は円筒状をなし、図２に
示すように、軸方向に２分割されてその一方の樋状部材
１１ａの胴部には開口１９が形成され、他方の樋状部材
１１ｂには融着延伸部５を中央に配置して光ファイバカ
プラ本体１０が収容されている。双方の樋状部材１１
ａ、１１ｂは接合されて内ケース１１を形成し、光ファ
イバカプラ本体１０から延びる入／出力ポート７の基部
は、内ケース１１のそれぞれの端部が封止樹脂１６で封
止されることによって固定される。この内ケース１１内
には、開口１９から充填液が充填される。

【００１２】外ケース１２は、図３に示すように外形が
長方の合わせ箱型であり、その側壁面１８の一部分に開
孔１３が形成され、この開孔１３にシリコーンゴム製の
柔軟な膜部材１４がかぶせて接着・固定されている。外
ケース１２の長手方向の両端部１５ａ、１５ｂからは、
それぞれ光ファイバカプラ本体の入／出力ポート７が導
出されている。その導出部および外ケース１２の合わせ
目はすべて封止または接着され、全体としてこの外ケー
ス１２は密閉されている。外ケース１２の内部には、膜
部材１４を装着する前に予め開孔１３から充填液１７が
充填され、この充填液は外ケース１２と内ケース１１の
内部を通じて流通自在とされる。充填液１７としては、
光ファイバのクラッド３より屈折率が低い液体（シリコ
ーンオイル）１７が用いられている。

【００１３】この光ファイバカプラは、例えば水中に浸
漬されるなどにより環境圧が増大すると、外圧に応じて
柔軟な膜部材１４が内側に押圧されて変形し、充填液１
７を常に環境圧と等圧に保つ。充填液１７は内／外ケー
スの間を自在に流通し得るので、内／外ケースの間に圧
力差は生じない。従って、内ケース１１と外ケース１２
とは共に、内外圧力差による破壊や変形を蒙ることな
く、常に安定して光ファイバカプラ本体１０を保護する
ことができる。

【００１４】内ケース１１は石英ガラス製であるので、
光ファイバカプラ本体１０と熱的挙動が同等であり、例
えば大気温と深海などの極低温との間でヒートサイクル
が繰り返されても光ファイバカプラ本体１０に膨張／収
縮による伸縮ストレスを与えることがない。また外ケー
ス１２は硬質で腐食に強い金属製であるので、内ケース
１１と光ファイバカプラ本体１０とを外部衝撃から長期
に保護することができる。外ケースの端部１５ａ、１５
ｂの入／出力ポート導出部は封止樹脂によって封止され
ているが、内外圧力差がないので環境圧が高くても塑性
流動により変形することはない。

【００１５】充填液１７は次の観点から選択される。ま
ず、使用温度範囲においてその屈折率は少なくとも光フ
ァイバカプラに使用される光ファイバのクラッドガラス
の屈折率より低い必要がある。クラッドの屈折率より高
いと、光は充填液１７側に放散される場合がある。液体
の屈折率は一般に圧力により変動するので、特に高圧環
境下で使用する場合には、この点も配慮する必要があ
る。また充填液１７は、光ファイバのガラス部、被覆
部、内／外ケースおよび封止樹脂などを溶解し、侵食
し、変形し、または剥離を促進することなく、しかも化
学的に安定で安全性の高いものであることが望まれる。

【００１６】この観点から充填液１７としては、例えば
ジメチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、アル
キル変性シリコーン、フッ素変性シリコーンなどのシリ
コーンオイルまたはポリクロロトリフルオロエチレンな
どのフッ素系オイルを用いることが好ましい。充填液１
７の粘度は特に限定されるものではないが、２５℃にお
いて１０００センチポイズないし５００００センチポイ
ズ程度の比較的粘度が高いものを用いれば、長期にわた
って漏洩が防止されて有利である。

【００１７】本発明の光ファイバカプラは融着延伸部５
の周囲媒体が液体であるので、周囲媒体が空気である一
般の融着延伸型光ファイバカプラとは光結合条件が異な
ることが考えられる。すなわち、一般に融着延伸部にお
いては光ファイバのコアが細径化されているので、光の
伝搬モードフィールド径（ＭＦＤ）が拡大され、クラッ
ドと周囲媒体との界面を越えるようにもなる。従って周
囲媒体が空気である場合と液体である場合とでは伝搬モ
ードが変化する。実験の結果、充填液１７がシリコーン
オイルおよびフッ素系オイルの中から選ばれたものであ
れば、周囲媒体が空気から充填液１７に変わったことに
よる波長シフトは約４０ｎｍであることがわかった。こ
のとき、光ファイバカプラ本体１０として例えばＷＩＣ
（波長依存性低減型）光ファイバカプラまたはそれに近
い特性のものを使用すれば、これらは波長特性が比較的
フラットであるから、特定波長、例えば１３００ｎｍに
おける光結合度はほとんど一般の光ファイバカプラと変
わらなくなる。

【００１８】（試験例）上記実施例の光ファイバカプラ
について、製法例と光学特性の測定例を以下に示す。光
ファイバカプラ本体１０は、下記特性の光ファイバを用
いて作製した。コア組成：ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂ コア直径：約９μｍクラッド組成：ＳｉＯ₂ クラッド直径：約１２５μｍコア／クラッド間の比屈折率差：約０．３５％被覆外径：２５０μｍ被覆材：紫外線硬化型アクリレート樹脂基本モードのモードフィールド径（ＭＦＤ）：９．５
μｍ二次モードのカットオフ波長：１．２７μｍ上記の光ファイバを用い、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に順
次示した方法に従って結合度３ｄＢの光ファイバカプラ
本体１０を作製した。

【００１９】この光ファイバカプラ本体１０を、図２に
示すように内径３ｍｍ長さ５０ｍｍの内ケース１１の樋
状部材１１ｂに、融着延伸部５を中央に配置して収容
し、この上に開口１９を有する樋状部材１１ａをかぶ
せ、内ケース１１の端部と入／出力ポート７のそれぞれ
の基部とを封止樹脂１６で封止・固定した。次いで、開
口１９からシリコーンオイルを充填した。次にこの内ケ
ース１１を図３に示すように、入／出力ポート７を導出
部からそれぞれ導出した状態で合わせ箱型の外ケース１
２に収容し、導出部とケース合わせ目を密封した。この
外ケース１２の外寸は７０ｍｍ×３０ｍｍ×２０ｍｍで
あり、長手方向に沿う側壁には直径２５ｍｍの開孔１３
が形成されている。この開孔１３からシリコーンオイル
を充填した後、これにシリコーンゴム製の膜部材１４を
かぶせて接着した。

【００２０】ここに得られた実施例の光ファイバカプラ
について、大気圧下、および１０気圧に加圧した水中に
おける波長１．３０μｍ光の結合度と過剰損失とをそれ
ぞれ測定した。１０気圧の水圧は水深１００ｍに相当す
る。測定結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果から、実施例の光ファイバカプ
ラは、環境圧が変化しても柔軟な膜部材１４の変形によ
ってケース内外の圧力差が解消され、結合度においても
過剰損失においても光学特性の変化が僅小であり、水中
に浸漬した状態で安定して使用できることがわかる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の液浸型光ファイバカプラは、光
ファイバカプラ本体が開口を有する内ケースに収容さ
れ、この内ケースが密閉された外ケースに収容され、こ
の外ケースの側壁に柔軟な膜部材が形成され、かつケー
ス内部にクラッドより屈折率が低い充填液が充填されて
なるものであるので、環境圧が変化してもケース内外の
圧力差が解消され、深海など高水圧下に設置しても外圧
によるケースの損傷が防止される。内ケースがガラス製
であれば環境温度の変化によって光ファイバカプラ本体
が伸縮ストレスを受けることがない。外ケースが金属製
であれば衝撃に対する強度と耐性が向上する。充填液が
シリコーンオイルおよびフッ素系オイルの中から選ばれ
たものであれば、実質的に光の結合度が低下せず、過剰
損失の増加も防げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液浸型光ファイバカ
プラの心軸に沿う断面図。

【図２】図１の実施例における光ファイバカプラ本体
と内ケースの構成を示す分解斜視図。

【図３】図１の実施例の外観を示す斜視図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）の順に従来の光ファイバカプ
ラの製法の一例を示す平面図。

【符号の説明】

３……クラッド露出部、５……融着延伸部、７……入／
出力ポート、１０……光ファイバカプラ本体、１１……
内ケース、１２……外ケース、１４……膜部材、１７…
…充填液、１９……開口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】融着延伸型光ファイバカプラの本体が開
口を有する内ケースに収容され、この内ケースが密閉さ
れた外ケースに収容され、光ファイバカプラ本体の両端
部から延びる入／出力ポートがこの外ケースを貫通して
外部に導出され、外ケースの側壁の少なくとも一部分が
柔軟な膜部材で形成され、かつ外ケースと内ケースのそ
れぞれの内部に光ファイバのクラッドより屈折率が低い
充填液が流通自在に充填されてなる液浸型光ファイバカ
プラ。
【請求項２】上記の内ケースがガラス製であり、外ケ
ースが金属製である請求項１に記載の液浸型光ファイバ
カプラ。
【請求項３】上記の充填液がシリコーンオイルおよび
フッ素系オイルの中から選ばれたものである請求項１ま
たは請求項２に記載の液浸型光ファイバカプラ。