JPS59164522A

JPS59164522A - 光分配回路の製造方法

Info

Publication number: JPS59164522A
Application number: JP3738283A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本; Akihiro Hori; 明宏堀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1984-09-17
Also published as: JPH0548445B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は光ファイバを伝搬する光ビームを複数本の光フ
ァイバに分配する光分配回路およびその製造法忙関する
ものである。

〔従来技術〕

光フアイバ伝送技術の急速な進歩にともない、コンピュ
ーターコンピュータ間ヤコンピュータ一端末間のデータ
伝送に光ファイバを使用する光データリンクの研究開発
が盛んに行われている。この光データリンクを構成する
上で、複数本の人力用光ファイバからの光信号をミキシ
ングして複数本の出力用光ファイバに低損失で、かつ均
等に分配し得る光分配回路は必須のデバイスである。

従来、この種の光分配回路として、第１図に示すように
、多数本の光ファイバを１個所でまとめ、加熱しながら
ねじりを加えて融着し、その中央部にテーパ状の領域５
を形成することによって分配するものがある。このよう
な構成にすることによシ、たとえば光ファイバ１からの
伝搬光ビームを光ファイバ６．７．８および９に分配す
るようになっている。しかしながら、テーパ状の細い領
域５は加熱溶融によってその外径が１本の光ファイバの
外径とほぼ等しい径にまで延伸されるので、中央部が折
れ易くなり、信頼性に欠ける。またこのような細径延伸
技術は熟練を要するため、その製造歩留シは悪く、量産
には向かない方法であった。またテーパ部の表面状態に
よって挿入損失が変動するという問題点もあった。そし
て最大の問題点が、中央部の断面外形は加熱延伸前は円
ではなかったものを加熱しながらねじシを加えて融着、
延伸してその断面外形を円にするために、その断面内で
の各々の元ファイバの断面形状はそのしわよせがきてそ
れぞれ不均一な形状になることである。そのため、各々
の光フアイバ間の光結合も不均一となシ、分配バラツキ
が犬きくなる点であった。

第２図はｌ不の光ファイバを伝搬する光ビームを複数本
の光ファイバに分配する従来の光分配回路の製造法の工
程を示す斜視図である。これは、複数本の光ファイバ１
０の一方の端１１を一つにまとめ、ガラス管１２の中を
貫通させる工程と、ガラス管の外側から加熱源１４で加
熱し、一体となった溶融光ファイバを形成しながら、上
記複数本の光７アイバに一方の端１１から引張シカ１３
を加え、上記溶融光ファイバをテーパ状１５に形成する
工程と、１本の光フアイバ径と等しい所で上記テーパ部
を切断する工程と、その切断面に他の１本の光ファイバ
１６を融着する工程からなる光分配回路の製造法である
。この方法はテーパ部がガラス管でおおわれているため
、第１図の場合のような折れ易い、テーパ部の表面状態
によって挿入損失が変動する、製造歩留シが悪いといっ
た問題点は軽減される。しかし、ガラス管内が複数本の
光ファイバで中実されることはなく、必ずすき間がでる
ので、このような状態でテーパ状に延伸した場合には、
他の１本の光ファイバを融着する切断面の各々の光ファ
イバの断面形状も不均一になる。その不均一の度合いは
第１図の場合よシも少ないかやはシ問題になる。またこ
の方法ではテーパ状の切断面と他の１本の光ファイバと
の融層の際に梢蜜な光学軸調整が必要であり、融層端面
の位置ずれによる分配バラツキを生じ易いといった問題
点がある。

したがって、挿入損失、分配バラツキが小さく１製造が
容易で量産性に適した構造および製造方法の光分配回路
が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記問題点を解決させるべく光分配回
路およびその製造法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、中空ガラス管内に複数本の光ファイバを束に
して挿入し、その中空ガラス管をガラス旋盤の主軸台に
固定して、中空ガラス管の外周を加熱源で加熱しながら
中空ガラス管の両端側（あるいは片端側のみ）から中空
ガラス管の軸方向に引張シカを加えて中空ガラス管をテ
ーパ状に廷伸し、中空ガラス管と光ファイバ束とを融着
することによシ、入力側および出力側光ファイバがｎ本
（ｎ＞２　）からなる光分配回路およびその製造方法に
関する。上記構成において、中空ガラス管内に挿入する
光ファイバ束の配置は上記管の中心軸に対して対称にな
るように配置するか、あらかじめ光ファイバ束をねじっ
て入れておく。また対称に配置できないときには、中空
ガラス管と光ファイバ束、光ファイバーと光ファイバの
すき間に、乾燥、加熱処理によりガラス化するガラス原
料液を充填させた構成とする。また光ファイバはその長
さ方向にあらかじめ手分に切断し、その端面処理後また
はそのままの状態で中空ガラス管の両端から切断した光
ファイバを挿入し、切断面同志をつき合わせたようにし
てテーパ状に延伸する。さらに、中空ガラス管は同一径
のものか、中心付近がテーパ状に加工されたもの、両端
部がテーパ状に加工されたもの、あるいはガラス管の内
壁表面に光ファイバのクラッドの屈折率と同等かそれよ
シも低い屈折率のガラス膜を堆積したものを用いてもよ
い。

〔発明の実施例〕

第３図（ａ）、　（ｂ）は本発明の光分配回路の製造方
法を説明するための概略図である。１７はガラス旋盤で
、中空ガラス管１８をチャックするチャック部２５．２
５’と、中空ガラス管１８を矢印２２方向（あるいはそ
の反対方向）に回転させる機構と、主軸台２１．２１’
を矢印２３．２３’方向（あるいはそれぞれその反対方
向）に移動させる機構を有している。まず（ａ）に示す
ように、複数本の光ファイバ１９を中空ガラス管１８の
一方の端から挿入する。その中空ガラス管１８をガラス
旋盤１７のチャック部２５．２５’にチャックし、矢印
２２方向へ回転させる。中空ガラス管１８の中央部付近
を加熱源２０（都市ガス、プロパンガス、あるいは酸水
素ガスを用いたバーナまたは抵抗加熱ヒータ、高周波加
熱ヒータ、さらにはＣ０２レーザなどでもよい。）で加
熱する。加熱方法は、中空ガラス管の外周から一方向、
または複数の方向、さらには同心状に加熱する。この実
施例の場合には１本バーナを用いて加熱しである。なお
、中空ガラス管の外周から一様に加熱できる場合には中
空ガラス管は矢印２２方向へ回転させなくてもよい。中
空ガラス管が軟化し始めたら、ガラス旋盤の主軸台２１
．２１’の両方（あるいはどちらか一方のみ）を矢印２
３．２３’方向（あるいは、２３か２３′方向のいずれ
かのみ）へ延伸し中空ガラス管と光ファイバ束１９とを
融着させ、テーパ部２４を形成させる（同図（ｂ）参照
）。ここで延伸はテーパ部２４の中央付近の延伸された
光ファイバ束の外径が１本の光ファイバの直径とほぼ同
程度になるまで続ける。この作業はたとえばレーザを用
いた光学的非接触型寸法測定器で上記ガラス管の内径あ
るいは外径を観測しながら延伸することによって梢度良
く行える。また上記測定器の出力信号を制御回路を通し
て主軸台の移動機構にフィードバンクすれば自動的に再
現性よく作れるようになる。加熱源２０は所望の直径に
まで延伸するまで点火していてもよいが、延伸前あるい
はその途中で断にしてもよい。これはガラス管１８がす
でに軟化状態になっていれば十分に延伸することができ
るという事実に基づいた結果である。

第４図は中空ガラス管１８内に７本の光ファイバ１９−
１〜１９−７を挿入した場合の中空ガラス管の中央部付
近の断面図を示したものである。

この場合には中空ガラス管内に光ファイバを対称に配置
した例である。同図（ａ）は中空ガラス管と光ファイバ
、光ファイバと光ファイバの間にすき間２６がある場合
であシ、同図（ｂ）は、乾燥、加熱処理によシガラス化
するガラス原料液を充填し、上記すき間をガラス２７で
おおった場合である。このような構成で第３図の方法に
よシ中空ガラス管を延伸して外径を真円にした場合には
、（ａ）の構造のときはすき間の部分のしわよせが若干
光ファイバにおよぼされるがほぼ（ａ）と相似の断面構
造となる。（ｂ）の場合には相似の断面構造となり、光
の結合、分配が均一に行われるようになる。ここで上記
すき間２６に充填するガラス原料としては、金属アルコ
オキサイド（たとえば、Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４　。

ｓ　ｉ　（０ＣＨａ　）４　、　Ｂ　（ＯＣ２Ｈ５）ｓ
　、など）と水の混合液、有機シラン系のアルコール溶
液（商品名シリカフィルム）、水力ラス（たとえばに２
０　・ｎＳ　ｉ　０２　・ＸＨ２０）％コロイダルシリ
カ、などを用いることができ、光ファイバのクラッドの
屈折率に応じて種々使いわけることができる。

第５図は中空ガラス管１８内に光ファイバ１９を１０本
挿入した場合の中空ガラス管の中央部付近の断面図を示
しだものである。この場合には中空ガラス管内に光ファ
イバが非対称に配置されており、（ａ）に示す状態でそ
のまま中空ガラス管を延伸すればすき間２６のしわよせ
が光ファイバにおよぼされ、各々の光ファイバの断面形
状は不均一となシ、光分配バラツキを生じさせる原因と
なる。

同図（ｂ）はこれを改善するために、すき間２６にガラ
ス２７をつめこんだものである。このようにすれば、延
伸により各々の光７アイパの断面形状を相対的に減少さ
せ、均一に保つことができる。

第６図は、光ファイバを長さ方向にあらかじめほぼ半分
に切断し、その端面を処理後またはそのままの状態で中
空ガラス管１８の両端から上記切断した光ファイバ束２
８．２８’を挿入し、切断面同志をつき合わせたように
構成（２９で示す）したものである。この中空ガラス管
を第３図のようにガラス旋盤に取シつけてテーパ状に延
伸加工する方法である。同図（ａ）は同一径の中空ガラ
ス管１８を用いた場合でめジ、同図（ｂ）は中空ガラス
管１８の中央部付近３０をあらかじめテーパ状に加工し
た中空ガラス管を用いた場合である。このようにテーパ
状の中空ガラス管を用いると、光ファイバ束２８．２８
’を中空ガラス管内に挿入し易く、また中空ガラス管内
の中心軸と光ファイバ束の中心軸とが合わせ易く、さら
に第３図の方法で延伸、融着時の融着部への気泡残留を
抑制することができる。

第７図は、第６図に用いる光ファイバの端面部の横断面
を示したものである。この実施例の光ファイバはコア部
３４、中間層部３３、クラッド部３２、ジャケット部３
１からなる構造のものである。（ａ）のように端面近傍
のジャケット部３１のみをはく離した光ファイバ、（ｂ
）のようにコア部３４のみをむきだしにした光ファイバ
、（Ｃ）のように端面近傍をテーパ状３５に加工した光
ファイバ、さらには先端部を丸めた光ファイバ、などを
用いることができる。また、光ファイバの構造としては
、グレーデッド型、ステップ型のいずれの屈折率分布の
ものでもよい。

第８図は、光ファイバ束工９をあらかじめねじった状態
で中空ガラス管１８内に挿入し、加熱源３６で中空ガラ
ス管を加熱しながら矢印３７゜３７′方向に延伸してテ
ーパ状にし融着した光分配回路の製造法の工程図を示し
たものである。これは、テーパ状の結合部３８をできる
限シ短くするために光ファイバ束にあらかじめねじシを
加えたものであり、また光ファイバ束にねじりを加える
ことによシ、ねじシを加えられた光ファイバ束の外径を
できる限シ円形に近づけ、それを中空ガラス管内に挿入
することによシ、すき間をなくし、延伸後の各々の光フ
ァイバの断面形状を相対的に減少させるようにすること
を意図したものである。

ねじシを増すほど、結合長は短くなり、またその外径は
円形（あるいは対称断面形状）に近づくので、良い方向
に向かう。このねじシを加える方法は、第５図に示した
ように中空ガラス管内に光ファイバが非対称に配置され
る場合にねじシを加えれば有効な手法となる。

第９図は第８図に示した方法の具体的な製造方法を示し
たものである。ガラス旋盤１７のベッド上に主軸台２１
．２１’の他に光フアイバ支持台３９．３９’を設け、
その光フアイバ支持チャック部４０．４０’の中心軸Ａ
−Ａ’を主軸臼２１゜２１′のチャック部２５．２５’
の中心軸と一致させである。光フアイバ支持チャック部
４０゜４０′は矢印４１．４２方向（あるいはその逆方
向）に回転できる機能をもっている。まず（ａ）に示す
ように、中空ガラス管１８の一方端から光ファイバ束１
９を挿入して中空ガラス管をガラス旋盤にチャックする
。そして複数本の光ファイバ１９を中心軸Ａ−Ａ’のま
わシに配置されるように（できる限シ平行で直線的に）
光フアイバ支持チャック部４０．４０’で固定する。次
いでチャック回転機能部を駆動して矢印４１．４２方向
へチャック４０．４０’をそれぞれ回転させることによ
り光ファイバ束１９をねじる。ねじシの度合いはチャッ
クを矢印４１．４２方向へ何回転させるかによって決ま
る。所望の回転を与えた後、チャックの回転を停止させ
、ロックしておく。なお、ねじシを加えた光ファイバ束
の外径は中空ガラス管１８の内径よシも小さいことは図
よシ明らかである。次に（ｂ）において、主軸台２１．
２１　　のチャック部２５．２５’をそれぞれ矢印２２
方向へ同期回転させながら、加熱源２０で中空ガラス管
１８の外周を加熱する。なお、中空ガラス管の外周から
一様に加熱できる場合には矢印２２方向へ中空ガラス管
を回転させなくてもよい。中空ガラス管１８が軟化状態
になったら主軸台２１．２１’を矢印２３．２３’方向
へ徐々に移動させて中空ガラス管１８をテーパ状にする
。そして、（Ｃ）に示すように、中空ガラス管１８とね
じシを加えた光ファイバ束４３とを融着し、延伸する。

延伸はテーパ部３８の中央付近のテーパ状に延伸された
ねじシ光ファイバ束の外径が１本の光ファイバの外径と
同程度になったところで停止される。ただし、この延伸
の度合いは光ファイバの構造、屈折率分布などによって
最適に選ばれる。加熱源２０は延伸状態に人ったらすで
にオフにしてもよく、また延伸終了前にオフにしてもよ
い。延伸し終えたら〜まずチャック部４０．４０’から
光ファイバ束をはずし、ついでチャック部２５．２５’
から延伸した光分配回路をとシはずす。とりはずした光
分配回路のガラス管と光ファイバ束との接触部４４゜４
４′は光ファイバがプラノンして動き易く、光フアイバ
表面にキズがつきやすいので高分子材料で被覆して使う
ようにすればよい。なお、第３図で得た光分配回路につ
いても同様の処理をほどこすことは言うまでもないこと
である。なお、第９図の装置を用いて光ファイバ束をあ
らかじめねじシを入れない状態の光分配回路を作れるこ
とは当然のことである。この場合には、複数本の光ファ
イバ１９を中心軸Ａ−Ａ’のまわシに配置されるように
（できる限シ平行で直線的に）光フアイバ支持チャック
部４０．４０’で固定した後、チャック４０．・４０′
を回転させなく固定したまま中空ガラス管を加熱しなが
ら延伸、融着すればよい。

第１０図は本発明に用いる中空ガラス管の構造を示した
ものである。（ａ）は同一径の中空ガラス管、（ｂ）は
中空ガラス管の内壁に光ファイバのクラッドの屈折率と
同等かそれよシも低い屈折率のガラス膜４５を堆積した
中空ガラス管、（Ｃ）は中空ガラス管の中央部付近をテ
ーパ状４６にしたものである。

中空ガラス管の材質としては、光ファイノくに石英系の
ものを用いた場合には、石英ガラス、バイコールガラス
、屈折率制御用ドーパントを含んだ石英ガラスなどを用
いる。多成分系ファイバを用いる場合にはパイレックス
などの低軟化点ガラスを用いる。ガラス膜４５は、たと
えばＣＶＤ法で堆積させるが、このガラス膜は光ファイ
バのクラッド部との融合性、密着性をよくさせるために
、また光フアイバ束外径表面とガラス膜表面との間の散
乱損失を低減させるために、その軟化点をクラッド部の
それよシも小さくすることが望ましい。

なお中空ガラス管の構造は第１０図のものに限定されな
い。たとえばテーパ部４６は数カ所にあってもよく、ま
た中空ガラス管の軸方向に凹凸があってもか′まわない
（たとえば、中空ガラス管の両端部は光ファイバを挿入
し易くするためにテーパ状に大きくなっていてもよい。

また融着時の気泡残留を防ぐために中空ガラス管の軸方
向のどこかに穴をあけておいてもよい）。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、（１）
光の結合、分配が行われるテーパ部が十分に厚いガラス
でおおわれているので、機械的補強効果がある。また光
学的特性も安定となる。さらにテーパ部の外径は数百μ
ｍ以上にできるので製造し易く、製造歩留シもあがる。

（２）テーパ部の各々の光ファイバの断面形状が、延伸
前とほぼ相似形の円形にだもてるので、光の分配バラツ
キを小さく抑えることができる。

（３）　　製造方法が簡単で、かつ光学軸調整などを不
要とし、低挿入損失、低分配バラツキの光分配回路を容
易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光分配回路の概略図、第２図は従来の光
分配回路の製造法の工程を示す斜視図、第３図（ａ）、
　（ｂ）は本発明の光分配回路の製造方法を説明するた
めの概略図、第４，５図は中空ガラス管内に光ファイバ
束を挿入した場合の中空ガラス管の中央部付近の断面図
、第６図は本発明の光分配回路用中空ガラス管と光ファ
イバ束の構成例、第７図は本発明に用いる光ファイバの
端面付近の横断面図、第８，９図は本発明の光分配回路
の製造法の概略図、第１０図は本発明に用いる中空ガラ
ス管の横断面図である。１〜４，６〜９，１０，１１．１６，１９．１９−１〜
１９−７．２８．２８’　、３１・・・光ファイバ、５
・・・融着、テーパ部、１２．１８・・・中空ガラス管
、１４，２０，３６・・・加熱源、１７・・・ガラス旋
盤、２２，４１，４２・・・回転方向、２１．２１’・
・・主軸台、２５，２５’　ｌ　４０，４０’・・・チ
ャック部、１３，２３．２３’　、３７，３７’・・・
引張多方向、２４，３０，３５，３８．４６・・・テー
パ部、２６・・・すき間、２７・・・ガラス充填物、４
３・・・ねじれ光ファイバ束。代理人　弁理士　高橋明夫第　　１　　図刀Ｚ図２第３図（久ン（ｂ）／ＪＹ　４　図１６　）第　５　図咳）（ｂ）不　　６　　図（グラ第　７　　図（α〕 ′■　ｇ　　図（０−）猜　ｑ　図（０−）（ｂ）（Ｃ）ｆＪ／θ　　図（０−）２（しンＣＣ）゛−−−−−、７−−−−−′ 了６

Claims

【特許請求の範囲】１、　中空ガラス管内にｎ本（ｎ＞２）の光ファイバを
束にして挿入し、上記ガラス管をガラス旋盤の主軸台に
固定して、上記ガラス管の外周を加熱源で加熱しながら
上記ガラス管の端部から上記ガラス管の軸方向に引張り
力を加えて光ファイバ束と上記ガラス管を融着しつつ延
伸することを特徴とする光分配回路の製造方法。２　第１項記載の光分配回路の製造方法において、中空
ガラス管内に挿入する光ファイバの配置は上記管の中心
軸に対して対称になるように配置するか、あらかじめ光
ファイバ束をねじって入れておく、あるいは対称に配置
できないときには、上記管と光ファイバ束、光ファイバ
と光ファイバのすき間に、乾燥、加熱処理によシガラス
化するガラス原料液を充填させたことを特徴とする第１
項記載の光分配回路の製造方法。３、第１項記載の光分配回路の製造方法において・中空
ガラス管内に挿入する光ファイバをあらかじめその長さ
方向に切断し、その端面処理後またはそのままの状態で
中空ガラス管の両端から上記切断した光ファイバ束を挿
入し、切断面同志を突き合わせたようにしてテーパ状に
延伸することを特徴とする第１項記載の光分配回路の製
造方法。４、第１項記載の光分配回路の製造方法において、中空
ガラス管は同一径のものか、中心付近がテーパ状に加工
されたもの、両端部がテーパ状に加工されたもの、さら
には上記管の内壁表面に光ファイバのクラッドの屈折率
と同等かそれよシも低い屈折率のガラス膜を堆積されて
いることを特徴とする第１項記載の光分配回路の製造方
法。