JPH09512349A - ファイバ反射体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光ファイバ（１，１’）のコア（３）の中の気泡（２３）が、このファイバの中を伝搬する光波に対する広帯域反射体となる。最初に、ファイバ端を剥ぎ、従来の方法で切断し、その後この端面において、コア領域にピット（１３）をエッチングによって作る。従って、このファイバ端を、例えば稀釈したフッ化水素酸で処理し、これにより高度にドープしたコア（３）をクラッド（５）より速くエッチングする。次に、このエッチングしたファイバ端（１）を標準ファイバと溶接し、所望の気泡（２３）がファイバコアの中に封入された接合部（２１）を得る。そこで、出来た反射体の反射率の大きを、接合部（２１）の溶接で使ったのと同じ方法で、加熱工程を繰返すことによって、および／または気泡（２３）を空気以外の媒体で充すことによって、またはその壁の一つを適当な材料、例えば金属で被覆することによって、変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ファイバ反射体 技術分野 この発明は、光ファイバ反射体を生産する方法、この方法によって作ったファ イバ反射体、および光ネットワークの機能を検証するためのこのファイバ反射体 の利用法に関する。 背景 光ファイバの内部反射は、例えば、センサ目的のためおよび光ファイバネット ワークの機能を検証するため等、幾つかの用途を持つ。光ファイバの中を透過す る光が反射体で反射され、この反射された光を検出することができる。 従来技術 光ファイバの中で内面反射を発生する光反射体およびそのような反射体を作る ための方法は、先に米国特許第４，８９２，３８８号および第４，４００，０５ ６号から知られている。しかし、従来の方法はかなり複雑なので、光ファイバの 中の反射体の簡単な生産方法を提供する必要がある。 米国特許第５，２１０，８０１号で、扁平な導波路または矩形断面の導波路を 構成する光学部品が開示されていて、空洞が導波路のコアに隣接して位置するよ うに配設されているが、この導波路コアの材料がこの空洞に直接位置するように は配設されていない。これらの部品の生産は、電子集積回路および光プレーナ型 回路（optical planar cirwits）を製造するために使用される、従来の、プロセ ス技術の、比較的複雑でコストの掛る方法で行われる。 発明の説明 この発明の目的は、光ファイバの中で内部反射を起こさせるための簡単な方法 を提供することである。 光ファイバ内で内部反射を得るための内部反射体を備えた光ファイバを提供す ることも、この発明の目的である。 上記の目的は、この発明によって達成され、その詳細な特徴を添付の請求項に 示す。 それで、管理された方法で、主として空気で満たされた気泡、即ち小さな空洞 が、エッチングまたは溶接法によって光ファイバのコアに導入され、それによっ て広帯域ファイバ反射体が得られる。最初に、このファイバ端が剥がされ、即ち その外部保護層が取除かれ、次に従来の方法で切断して、このファイバ端の縦方 向に実質的に直角に位置する、実質的に平坦な端面が得られる。その後このよう にして形成された端面に、ピット(pit)または凹所(recess)がコア領域、即ちこ のファイバコアがこの端面で終る領域に作られる。このピットは、研磨のような 機械的方法によって、またはレーザビームでこの端面を処理することによって適 切な位置の材料を除去して作ることができる。しかし、ファイバ端が、例えば稀 釈したフッ化水素酸、またはそれとフッ化アンモニウムのような類似の物質との 混合物でエッチングされる化学的処理が好ましい。高濃度にドーピングされたコ アがクラッドより速くエッチングされるので、それによって凹所が形成される。 次に、このエッチングされたファイバ端が標準ファイバに結合または接合、この 好適例では溶接される。この標準ファイバは、この好適例では実質的に平坦な端 面を有し、それは通常の方法で切断され、このファイバ端の縦方向に実質的に直 角に位置し、その結果、気泡がこのコアに封入されることになる。この反射の大 きさは、接合または結合領域の溶接で使ったのと同じ方法で、加熱作業を繰返す ことによって、および／または気泡を空気以外の媒体で満たすことによって、ま たはその壁の一つを適当な材料、例えば金属で被覆することによって、変えるこ とができる。 一般的に、光ファイバは、ファイバコアおよびこのコアを囲むクラッドを有す る。反射体を作るために、空洞がこの光ファイバに、特にファイバコアに配設さ れる。この空洞は、全体的にこのファイバの材料で完全に囲まれ、このファイバ に導入され、それに沿って伝搬する光がこの空洞によってかなり妨害されるほど コアに近く位置し、その結果、それは部分的に反射される。それは、このファイ バコア材料がこの空洞まで延在し、特にこの空洞をコアの材料で実質的に完全に 封入し、または完全に囲むことができるという事実によって得られる。上に議論 したものを生産するために、この空洞は、二つの対向する大きなアーチ状または 湾曲した面を有する、実質的にレンズ形状または実質的に扁平な楕円体の形状を 有する。そこで、ファイバコアの材料が少なくともこれらの大きな面の中央部ま で、およびことによると小さな、外部縁領域を除いて、これらの面のほぼ全てま でにも延在する。 この空洞の中に、この光ファイバの中を伝搬する光波に対するこの空洞の反射 能力を増す物質を設けることができる。そのような物質は、特にこの空洞を囲む 光ファイバの中の材料およびこの光ファイバの反射率と異なる反射率を有しても よく、またはそれが金属材料でもよい。この物質は、金属材料としては、実質的 に固体の形態をとることができ、それで層として、この空洞の一つの面だけに、 上記したものによる大きな面の一つに、または一般的にこの導波路コアの方を向 いた若しくはこの導波管コアにある一つの面だけに、またはこのファイバの縦方 向に、実質的に一方向に向いた一つの面だけに、堆積することができる。 図面の説明 さて、この発明を、非限定的な実施例と添付の図面を参照して、更に詳しく説 明する。これらの図面で： −第１図は、端面がエッチングされたファイバ端を示し、 −第２図は、封入された空洞を有する接合されたファイバを示し、 −第３図は、ファイバ端面の処理を示し、 −第４図は、光ファイバの接合を模式的に示し、 −第５図は、光ファイバの被覆された端の断面を示し、 −第６図は、第５図によって被覆された端の被覆を部分的に除去した断面を示し 、 −第７図は、光ネットワークの機能を検証するために使う光ファイバの中の内部 反射を示す。 好適実施例の説明 第１図に、光ファイバ１の端を示す。それは、普通のファイバコア３、このコ アを囲むクラッド５および外部被覆層７を有する。遠距離通信用に使用する従来 の石英ガラスファイバに対しては、コア３とクラッド５は、適切なドーピングに よって作った、反射率の大きさが異なる石英ガラスから成り、外部被覆層は、何 らかのポリマーで作る。内部反射体を作る際、最初に外部保護層７をこのファイ バの一端から適当な距離に亘って除去する。次に、このファイバの端を水で稀釈 した、あるいは１１で指示されたミキサーによる混合中にフッ化アンモニウム、 ＮＨ₄Ｆと混ぜた、フッ化水素酸の形でエッチング液の入った容器９の中に浸漬 する（第３図参照）。このファイバの中のガラスを上記の液の一つでエッチング するとき、より高濃度にドーピングされたファイバコア３が、クラッド５より速 くエッチングされ、それでファイバの端面にピットまたは凹所１３ができる（第 １図参照）。このピット１３は、ファイバの種類によって、多かれ少なかれまさ にこのファイバコア３そのものによく局限できる。しかし、ファイバコアの領域 とクラッドの領域との間の端面の連続遷移は、段階（ステップ）屈折率型ファイ バに対しても、常に得られる。 次に、コア領域内にピットまたは凹所１３を含むファイバ１の端面を、もう一 つの光ファイバの端面に接合する。接合法は、融接として行うのが都合よく、そ の加熱は、後に説明する電弧によるとか、レーザビーム、水素ガス炎等によると か、何らかの方法で行う。例えば、適当な取付け具の整列したＶ溝によるなど、 完全に機械的接合も考えられる。 このようにして、一端面にピット１３を含むファイバ１を、第４図に中心部品 のいくつかを示す、全体的に１５で指示されるファイバ溶接装置に、ファイバの 一方として挿入する。次に、このファイバ部１を一つのチャック１７の案内に取 付け、このチャックは、この溶接機１５のある支持体１９上に置かれている。反 対のチャック１７’に、同様なファイバ１’を置き、そのファイバは、従来の方 法で垂直に切断されているが、ピット１３を作るようには処理されていない。溶 接機１５で、電極２０に高圧を供給することによってそれを作動し、それによっ てそれらの間に電弧を作る。それが熱を発生し、二つのファイバ１および１’の 端が融け、これらの端は、この溶接段階で、互いにかなり接近して配置されてい る。ファイバ端が十分に融けたとき、それらを互いにいくらか押しつけ、融けた 材料が一緒に流れてファイバ端を互いに溶接し、その後、電極２０への電圧供給 を遮断することによって、電弧を消し、最後にできた接合部を冷却する。 第２図に示すように、溶接領域２１で互いに溶接された、二つのファイバ１お よび１’の端を含む、複合ファイバが得られる。ファイバの一つの端にあるピッ ト１３のために、溶接後、小さな気泡すなわち空洞２３が、接合溶接したファイ バのファイバコアにできる。これまでに気が付いたかも知れないが、この気泡は 、ファイバコアの中に完全に封入され、どんな場合も実質的に常にコア領域内に 、即ち、反射率が変り、ファイバクラッド５の主要部の反射率とは異なる、ファ イバの中央領域内にある。この気泡２３は、ファイバコアの不連続部であり、こ の光ファイバの中を透過する電磁波のための反射体または鏡として作用する。 気泡２３は、この光ファイバに沿って伝搬する光波の輻射場(radiation field )に影響するような大きさでなければならない。それは、その寸法が一般的にフ ァイバコアの直径と同じオーダの大きさであるべきこと、および通常、ファイバ の縦方向に見たその幅に等しい、その最小横断方向の大きさは、例えば、コア直 径の１／５または１／１０を超えなければならないことを意味する。更に、大抵 の場合光波も、仮にその強度が低下したとしても、ファイバの中を前進し続ける ことが望ましいので、この空洞は光波を広範囲に亘って妨害すべきではない。 出来た気泡２３の大きさ、従ってこの気泡２３による反射の大きさは、ファイ バ１および１’を互いに溶接してから、この溶接した接合部を、例えば、溶接装 置１５の電弧によって、溶融状態にまたは溶融状態に近く更に加熱する工程を施 すことによって、ある程度変えることができる。この更なる加熱作業で、封入さ れた気泡の大きさもだんだん小さくなり、それで反射率またはその代りに減衰量 も小さくなる。 その方法でコア領域に作った気泡２３は、異なる波長の光に対して反射を生ず る。これまで、この反射率を生産条件を変えることによって、−２０ｄＢから下 方に変えることが可能であった。 封入した気泡２３のために反射率を増加する方法は、ファイバ端を接合する前 に、エッチングしたピット１３に空気以外の物質を満たすことでもよい。その例 を、第５図および第６図に示す。それで、第５図にエッチングしたピット１３を 有するファイバ端の断面を示し、そこではこのファイバ端の全体に、即ち、特に 垂直に切断された、平らな端面の上およびピット１３の上に、金属層２５が付着 している。この層２５は、蒸着のような、何らかの付着法によって被覆した金属 層でもよい。その後、第６図の断面図に示すように、この層２５の殆どをこのフ ァイバの端面上から除去する。もし、このファイバの端面を適当な方法で研磨す れば、金属材料がピット１３の中には残るが、端面の他の部分には残らない。ピ ット１３の中に残った材料２７は、このファイバ１の端を、上記と同じ方法で、 特別に処理しない端面を持つ他の光ファイバに溶接することによって得た、完成 したファイバの反射を増す。 第７図に、封入した気泡または不連続部を含む、この方法で作った光ファイバ １、１’を、ファイバ光ネットワークの作用を点検するために使う方法を模式的 に示す（公告番号ＷＯ９０／０６４９８の国際特許出願参照）。例えば、ＯＴＤ Ｒ（光時間領域反射率計法）を利用できる、制御および監視ユニット２９を光フ ァイバネットワークの幹線３１に適当な方法で結合する。この幹線３１は、更に 光カップラ３３に接続され、そこから個々の支線３９が伸びている。各支線３５ に、接合したファイバ１、１’から成り、この接合部に作られた反射体２１を含 む溶接組立体を接続する。制御および監視ユニット２９がこの幹線３１の中に光 パルスを発射し、それを更に支線３５へ分配する。発射した光は、ファイバ組立 体１、１’の中の反射器で反射され、制御および監視ユニット２９がこの戻り光 を検出する。もし、これらの反射体２１がこの制御および監視ユニット２９から 異なる光学距離にあれば、この異なる支線３５からの反射を判別することが出来 る。もし、ある支線３５に中断が起れば、この支線の反射体２１からの初期の（ early）反射が停止し、それによって接続されたどの支線３５に欠陥があるか間 違っているかを決定できる。この場合、制御および監視ユニット２９は、問題の 支線が誤っていると検出したことを示すための警報または適当な信号を出力する ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 クル，マルチン スウェーデン国 エス − 185 33 バ ックスホルム，ガレアスベーゲン 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ファイバコアおよびそれを囲むクラッドを有し反射器を含む光ファイバで あって、該光ファイバ特に前記ファイバコア中に空洞を含むことを特徴とする光 ファイバ。 ２．請求項１による光ファイバに於いて、前記ファイバに沿って伝搬する光が 前記空洞によってかなり妨害され、それにより該光が部分的に反射されるように 前記空洞が配置されていることを特徴とする光ファイバ。 ３．請求項１または請求項２のいずれか１項による光ファイバに於いて、前記 ファイバコアの材料が前記空洞まで延在していることを特徴とする光ファイバ。 ４．請求項１から請求項３までのいずれか１項による光ファイバに於いて、前 記空洞が前記ファイバコアの材料によってほぼ完全に囲まれていることを特徴と する光ファイバ。 ５．請求項１による光ファイバに於いて、前記空洞がこれに対向する大きな湾 曲面またはアーチ状面を含む、実質的にレンズ形状または実質的に扁平楕円体形 状を有すること、および前記ファイバコアの材料が少なくともこれらの大きな面 の一つの中央部まで延在していることを特徴とする光ファイバ。 ６．請求項１から請求項５までのいずれか１項による光ファイバに於いて、前 記空洞の中に前記光ファイバの中を伝搬する光波に対する該空洞の反射能力を増 す物質、特に該空洞を囲む該光ファイバの中の材料の反射率と異なる反射率を有 する物質または金属材料を設けることを特徴とする光ファイバ。 ７．請求項６による光ファイバに於いて、前記物質が実質的に固体形状を有し 、前記空洞の中の一つの面だけ、特にファイバコアの一部または側面の方を向き 、該空洞によって遮られる該空洞の中の面だけを被覆することを特徴とする光フ ァイバ。 ８．コアを含む光ファイバの中に反射器を作る方法に於いて、 − 光ファイバの第１片の端面の中で、該端面に凹所を作ること、 − 該端面を、特に溶融または溶接して、光ファイバの第２片の端に接合するこ とを特徴とする方法。 ９．請求項８による方法に於いて、前記端面の凹所をファイバコアの端面に対 応する領域内にだけ作ることを特徴とする方法。 10．請求項８または請求項９による方法に於いて、前記凹所を作るために、前 記第１片の端面を化学的に処理すること、特にエッチングすることを特徴とする 方法。 11．請求項８または請求項９による方法に於いて、前記凹所を作るために、前 記第１片の端面を、該第１片の中のコアの材料と該第１片の中のコアの外側の材 料に対し異なるエッチング速度を有する物質でエッチングすることを特徴とする 方法。 12．請求項８または請求項９による方法に於いて、前記凹所を作るために、前 記第１片の端面をフッ化水素酸またはそれとフッ化アンモニウムの混合物で処理 することを特徴とする方法。 13．請求項８から請求項１２までのいずれか一つによる方法に於いて、前記凹 所の中に、前記光ファイバの中を伝搬する光波に対する該空洞の反射能力を増す 物質、特に該空洞を囲む光ファイバの中の材料の反射率と異なる反射率を有する 物質または金属材料を、前記第２ファイバ片に接合する前に導入することを特徴 とする方法。 14．請求項８から請求項１２までのいずれか一つによる方法に於いて、前記第 ２ファイバ片に接合する前に、前記第１片の端面を前記光ファイバの中を伝搬す る光波に対する該空洞の反射能力を増す物質、特に該空洞を囲む該光ファイバの 中の材料の反射率と異なる反射率を有する物質、好ましくは金属材料の層で被覆 し、その後該端面を平坦な形状に研磨して、前記金属材料の層を前記凹所の中を 除く該端面上のいずれからも除去することを特徴とする方法。 15．請求項８から請求項１４までのいずれか一つによる方法で、ファイバ片の 接合をそれらの端面を互いに溶融することによって行う場合に於いて、前記第２ ファイバ片に接合した後で、作られた反射体の反射能力を減ずるために、この接 合部を前記ファイバ片の材料の溶融温度に近い温度まで加熱することを特徴とす る方法。 16．請求項１から請求項７までのいずれか一つによる光ファイバの、幹線およ びそれに接続された幾つかの支線を含む光ネットワークでの使用法に於いて、 − 前記幹線に接続して監視ユニットを配置すること、 − その各々が反射体を含む光ファイバ片を各支線に配置し、該反射体が前記監 視ユニットから異なる大きな光学距離に位置すること、 − 前記監視ユニットを前記反射体からの反射光を検出し、ある反射体からの反 射光を検出しなかった場合に、信号を出し、または何か他の方法で示すように配 置することを特徴とする方法。 17．幹線およびそれに接続された幾つかの支線を含む光ネットワークに於いて 、 − 前記幹線に監視ユニットを接続すること、 − その各々が反射体を含む光ファイバ片を各支線に接続し、該反射体が前記監 視ユニットから異なる大きな光学距離に位置するようにすること、 − 前記監視ユニットをこれらの反射体からの反射光を検出し、反射体からの反 射光を検出しなかった場合に、信号を出し、または何か他の方法で示すように配 置することを特徴とする光ネットワーク。