JPS61500331A - 光フアイバ−用コネクタ− - Google Patents

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】 光フアイバー用コネクター 発明分野 本発明は光フアイバー用のスプライス及びコネクターに関する。

５発明の背景 光フアイバー用のコネクター及びスプライス（以後一括して「コネクター」と呼 ぶ。）は実質的に光フアイバー通信システムの必須部分である。例えば、コネク ターはファイバーのセグメントをより長い部材に接続するために用いられ、或い は放射源や検出器、又は中継器などの能動装置、或いはスイッチ又は減衰器など の受動装置にファイバーを接続するため洗用いられ得る。

新規な光フアイバーコネクターがティー・ディー・マシス（’ｌ’、　ｌ）、　 Ｍａｔｈｉｓ　）及びシー・エム・ミラー（Ｃ，Ｍ。

きガラス細管シリンダーを用いた光フアイバーコネクターを開示しておシ、この シリンダーは２つのファイバ一端部を保持し、簡単なアラインメント用スリーブ による前記端部の７ラインメントを可能にするものである。この開示されたコネ クターは多モードファイバーに十分満足のゆくように用いられておシ、これ等の ファイバーに対しては、それ等のコア径が比較的大きいので、数μｍ内の７ライ ンメントが一般に可能である。このコネクターは又、単一モードファイバーに用 いても十分満足な結果を与えることが見出されている。しかしながら、開示され たコネクターを用いた場合、十分低損失の接伏、即ち０．１ｄＢ程度以下の損失 の接続を得ることは必ずしも容易ではないことが見出されている。

単一モードの接続を行うには通常はファイバ一端部の７ラインメントは能動的で なければならない。従来の方法では、通常はリモート検出器によりギャップを溝 切る最大エネルギー結合が見出されるまで、通常は精密ステージを用いて１つの ファイバ一端部を他方に対して並進させている。しかしながら、このような微妙 な手順は実施が難しく、高度の専問家を必要とする。

単一モードファイバーはマシス（Ｍａｔｈｉｓ）の引抜きガラスコネクターによ シ非常に容易に接続することが出来るが、それは、細管シリンダーの１つを他方 に対して単に手動で回転させるだけで少なくとも結合を相対的に最大にすること が出来るためである。２本の細管シリンダーを相対的に回転させると、通常は、 細管内に保持されているファイバーの相対位置を変化させる。これは、細管内腔 は通常は外部円筒面、即ち基準面に対し厳密には同心状でないことによる。更に 、このファイバーは厳密には細管内で中央に位置せず、又ファイバーコアはこの ファイバーと同心状ではない。もし、２つの被接続ファイバ一端部の全偏心率が 同等か、又は少なくとも十分に近い埴の場合は、アライメントスリーブ内で１つ の細管シリンダーを他方に対して、最大結合が得られるまで単に回転させるだけ で低損失接続を達成することが出来る。

これは、かみ合い細管シリンダ一対、即ち、同一引抜きガラス細管の隣接部分か ら生じるシリンダーを用いると可能になる場合が多い。とは言え、例えかみ合い シリンダ一対を用いたとしても０．１ｄＢ以下の損失の接続を得ることは必ずし も可能ではない。何故なら、このような低損失レベルを得るにはファイバ一端部 の７ラインメントを約１μｍ以下の範囲内におさえなければならないからである 。

引抜キガラスファイバーコネクターの低コスト、簡易、周囲環境に対して安定、 多様性などを含む多くの利点を考えると、引抜ガラス細管シリンダーを用い、又 十分に低損失の単一モードファイバー接続を与え得るコネクターはかなり重要で ある。本出願は、更に、現場で比較的簡単、容易に設置出来、しかも高価な精密 アラインメント装置を必要とせず、がん丈であシ、温度の循環性が良好なコネク ターを与えるものである。

発明の要約 本発明によるコネクターは、２つの引抜きガラス細管シリンダー、好ましくは細 管ガラスシリンダーと同じ材料からなる多数の、好ましくは３個の７ラインメン ト用ロツドと、整合した細管シリンダーを半径方向及び軸方向に互いに一定の関 係に維持する手段とからなる。アラインメント用ロッドは基本的には円節形状を なし、通常は該ロッドのうち２つは、１端部からロッドの長さ方向のかなシの部 分（通常／；ｉ　１／２　’）にわたって延在する「フラット」を有している。

これ等の適切に配置されたフラットにより、以下に更に詳述するように、ファイ バ一端部の十分良好な許容度内の７ラインメントが可能になる。

図面の簡単な説明 第１図はフラットを有するアラインメント用ロッドの政略正面図でめシ、 第２図はかかるロッドの概略側面図であシ、第３図は本発明による例示としての 分解したコネクターの部分破断図の概略図であシ、 第４図は本発明によるコネクターに利用するアラインメント原理を図示したもの である。

図面の同様の特徴は同様の番号によシ識別されるもの以上に言及したように、低 損失の単一モードファイバー接続を達成するためには、十分良好な許容度を維持 しなければならない。第１表は、コア径８．５μｍの標準単一モードファイバー のコア・オフセットの関数としての損失の計算結果を示したものであシ、例えば このようなファイバーで損失が０．１ｄＢ以下のスプライスを得るためには、２ つの対向するファイバーコアが約０．７μｍ以内で軸方向に整合される必要があ ることを示している。

かかる許容度を与えるように、関連するコネクタ一部分をＳ造することは非常に 高価になることは明らかであシ、又恐らく不可能ですらあるので、能動ファイバ ーアラインメント法が一般に採用される解決法である。特に、本発明による単一 モードファイバーは、アラインメント達成には通常は本質的に円筒成分の回転だ け与えられればよいので、非常に７ラインメントプロセスを簡単にする。

コア・オフセット量（μｍ）　損失（ｄＢ）、２　０．０１ ．４　０．０３５ ．６　０．０７５ ．８　０．１３５ １．０　０．２２ 本発明によるコネクターは引抜きガラス細管シリンダーからなシ、ファイバーは シリンダーの細管内腔内に適切に保持される。かかるシリンダーについて、又該 シリンダーをファイバーに装着する方法や、ファイバ一端部並びに当接シリンダ ー面を作製する手順はマシス（Ｍａｔｈ−ｉｓ）の報告に記載されており、ここ では更に論じることはしない。

引抜きガラスシリンダーは比較的容易に製造され、はぼ完全に円筒状断面を与え ることが出来、又外部シリンダー径と細管内腔径との間で所望の比を与えること が出５来る。外部直径の許容度を良好に維持することは離しいが、シリンダ一対 をかみ合わせた場合の直径はほぼ同じであシ、一般にはｌ　Ａｙｌ以下だけ異な るに過ぎない。

細管シリンダー内のファイバーコアの偏心率は制御が非常に困難なパラメータで るる。ここで、シリンダー軸（即ち、シリンダーの自由端面の中心）とシリンダ ーの細管内腔内に保持されたファイバーコアの中心との距離を「全偏心率（ε、 ）」とする。ε、は少なくとも３つの要素、即ち、ファイバー内ファイバーコア の偏心率ε！、細管内腔内のファイバーの偏心率ε２、及びシリンダー内ｒｆａ 管内腔の偏心率ε３からなる。２つの異なるシリンダーに関する偏心率は肩記号 にょシ識別することにする。

本発明によるコネクターの２つのファイバーコアの全偏心率は等しくないが、か み合いシリンダ一対を用いたコネクターではかなシ良好な近似でへ＝ヘ　となる 。

本発明の説明において重要となる他の偏心率としてはアラインメント用固定装置 のオフセットε１、即ち、アラインメント固定装置の２つの細管シリンダーの軸 線間オフセットが考えられる。

以上よシ本発明はマシス（Ｍａｔｈｉｓ）形単−モードファイバー用コネクター を与えることを目的とし、該コネクターは通常は、アラインメント用固定装置に 対して細管シリンダーの１万又は両者を単に回転するだけで、得られたコア偏心 率ε２、即ち、２つのファイバーコア間のオフセット量が所定計以下、通常は約 １μｍ以下、好ましくは約０．７μｍ以下にされるように整合され得るものであ る。この目的を達成するために、コネクターの２つの細管シリンダーの多点支持 を与える本質的に円筒状の多数の（通常は３個）７ラインメント用ロツドからな るアラインメント用固定装置が用いられる。このアラインメント用ロッドの少な くとも幾つか（通常は２個）はロッドの１端からその長さ方向の１部にわたって 延在するフラットを担持する。これ等のフラット担持アラインメント用ロッドは 通常は細管シリンダーに対して固定関係に維持され、又、シリンダー軸線間でア ラインメント用固定装置のオフセットε　を与える。

温度安定性を最大にするようなコネクターを得るには、引抜きガラス細管シリン ダーとほぼ同じ熱膨張係数のアラインメント用ロッドを用いると都合が良い。こ れは、細管シリンダーと同じ材料、例えば石英やパイレックスから、なるアライ ンメント用ロッドを用いて容易に達成することか出来る。

これ等の７ラインメント用ロツドは一様で、実質的に円形の断面を持ち、実質的 に真直であシ、更に通常はロッド軸線に直角な平端面を有すると都合が良い。こ のようなロッドは引抜きガラスストックから都合よく作ることが出来る。フラッ トは適当な方法で７ラインメント用ロツド上に配置することが出来る。この方法 は、通常は、研削や磨き、エツチング、又は適当な形態の砂吹き法などの材料除 去法である。

用語「フラット」は、平表面が円筒状ロッド上に必ず配置されることを意味する ものではない。事実、好ましい畿内学的形状は平らな面ではなく、円筒状ロッド の半径より大きな中央曲率半径を持ち、多かれ少なかれ円筒面内に滑らかに合体 する曲面である。かかるフラットを軸方向から見た、アラインメント用ロッド１ ０を描いた、第１図に概略図示する。数字１１はロッドの半径を示し、１２はフ ラットの中央曲率半径で、１３は最大フラットオフセットΔである。第２図は、 ロッド軸線に対してほぼ垂直に見た時の７ラインメント用ロツド１０を・政略図 示したものである。図に示したように、上記のフラットはロッドの長さの約１／ ２にわたって延在している。勿論、これとは異なる非対称な配置を用いることも 出来る。但し、平坦な形状はフラットの長さ方向にわたってほぼ一定であり、特 に、フラットはシリンダー軸線にほぼ平行であることが重要と思われる。

本発明のコネクターにおいては、２本の引抜きガラス細管シリンダーの周シに多 くの７ラインメント用ロツドが配列されて多点支持を与えている。方形や長方形 、五角形、六角形、時には不規則な形状のものを含む多くの配列が可能であるが 、恐らく、最も簡単で最も安定な配列は、通常は対称形態の３点配列であろう。

細管シリンダーやアラインメント用ロッドのアセンブリーは適切な手段によシ、 例えば、アラインメント用固定装置によシ固定された相対関係に保持されるべき である。簡単な弾性固定装置が満足な結果を与えることを我々は見出している。

第３図には例示としてのコネクターを概略図示した。ファイバー３０及び３０′ が各々ガラスシリンダー３１及び３１′に挿入された状態が示してあシ、これ等 は適当な手段、例えば紫外線硬化性接着剤によシその内部に保持されている。ア ラインメント用ロッド１０，１０’及び１０”が７ラインメント用ブラケツト３ ２の３つの「コーナー」に配置された状態が示しである。このブラケットは適切 な弾性材料、例えばベリリウム鋼合金、ばね鋼、又はＣｕ　−Ｎｉ　−Ｓｎ　ス ピノーダル合金からなることが出来、アラインメント用ロッド及び２本の引抜き ガラスシリンダーを受け、それ等に位置保持力を与えるようにされている。第３ 図かられかるように、フラット担持アラインメント用ロッドは反対方向に平坦端 点を持つように配置されている（「反平行」配置と呼ばれる）。第３図の３点配 列では、第３の７ラインメント用ロツド、即ち１０“はフラットを持つ必要はな く、事実式々はこれが好ましいと信じている。３本以上の７ラインメント用ロツ ドを用いたコネクターでは、同様にフラットの交互配列を用いることが出来る。

コネクターは又、自由端面を接触状態に維持するため、軸方向力を細管シリンダ ーに加える手段からなることも出来る。かかる手段はマシス（Ｍａｔｈｉｓ）に 示されている。

フラットを有するアラインメント用ロッドの適切な配列、例えば、第３図に示し たような３点配列は、もしアラインメント用ロッドのフラットオフセット量Δが むしろ広い制限内で適切な大きさで与えられる場合は、ファイバーコア　オフセ ット量ε　をほぼゼロに低減させるものである。ここで我々は、問題の二次元的 側面をおおむね省略して簡単にした、本発明の原理をごく平明に説明することに する。

既に記載したように、Ｃ１＝フアイバー内コアの偏心率、ε２＝細管内腔内のフ ァイバーの偏心率、更にε３＝引抜きガラスシリンダー内の＋洲管内腔の偏心率 である。

ε、は細管シリンダーに対するファイバーコアの全偏心率である。肩記号１及び ２はファイバー１及び２、及び／又は細管シリンダー１及び２にそれぞれ対応し ている。

ε　はアラインメント用固定装置のオフセットであシ、又ε、はファイバーコア のオフセットである。偏心率とオフセットとは負ではないと考えられる。

の場合はゼロに調節出来る。フラットオフセットΔ１及びΔ２は組合わされてε 　を与える。例えば、正三角形状の７ラインメント用ブラケツトの場合で、反平 行ロッドが、それ等の最大オフセットが正三角形ブラケットの中心に向けられる 時は εｔくε１１＋εノ＋ε：ｉ；１．２ であシ、又式１は と書くことが出来る。細管シリンダーのかみ合い対が用いられる時は、 となシ、式（２）は簡単に、 １ｔ　十ε　−ε　−ｔ　ｌ（Ｃ８〈２ε３＋ε□十ε２＋ε１＋ｇ、（３）！ ２凰２ と表わされる。

ε１＋ε２の典型的な値は１〜２μｍ程度であシ、Ｃ３は５〜１０μｍ程度であ る。このようにして、上記の解析から、通常の場合のＣの適切な値は約４〜ｌＯ μｍであることが示され、これはΔ、が約４．５〜１１．５μｍであることを意 味している。本発明のコネクターがΔ１においてかなシの寛容度を与えることが 出来ることは明らかである。とは言え、Δ、は通常約２５μｍ以下である。

第４図には本発明のコネクターの７ラインメントの特徴が概略図示しである。細 管シリンダー３１及び３１′はそれぞれアラインメント用ロッド１０及び１０′ のフラットに接触している。これは、シリンダー３１及び３１′の中心である３ ２及び３２′の不一致によシそれぞれ示されるように有限のε、′　をもたらす 。３１及び／又は３１′を適切に回転すると、第４図に示したように、ファイバ ーコア３０及び３０′を７ラインメントすることか出来、即ちε、＝０となる。

両シリンダーは一本の７ラインメント用ロツドの平坦部分或いは円筒状部分のみ と接触するべきでアシ、一本のロッドの両部会と同時に接触するべきではなく、 これによシシリンダーの傾斜を避けることが出来ることは明らかである。

第３図に示した要素の他だ、本発明によるコネクターは通常は、他の要素、例え ば、ファイバー〇当接端部を互いに軸方向に固定関係に維持する手段、及びコネ クターに対して被覆ファイバーを特に確保するコネクタベースとからなる。かか る要素はマシス（Ｍａｔｈｉｓ）に開示されておシ、従ってここでは更に論じな いことにする。

本発明の特定の実施例で要求され得るように、これ等の目的及びその他の目的を 達成するために多くの異なる要素を用いることが出来る。可能な実施例の中には 同軸ケーブルコネクターでよく見られる捩シ止め、及びねじ込み式コネクターが 考えられる。ここに開示した本発明の更に他の例として、ファイバ一端部間での 屈折率整合用材料の使用及びアラインメント終了後のガラス細管シリンダー及び アラインメント用ロッドの適切な手段（例えば、接着剤）による固定などが挙げ られる。しかしながら、かかる固定法は望ましくない差熱膨張効果をもたらし、 又、一般には好ましい方法を与えない。アラインメント完了後のコネクターは、 勿論、適当な基板に、例えば固定板或いはハウジングに装着することが出来、或 いは装着しないままにすることも出来る。装着法は当業者には熟知されておシ、 磁気的手段や、ねじ、或いはその他のファスナーが含まれる。

例 ポリカーボネートコネクターベースが直径２．５　ｔｒｘ％長さ１３ｍｍの引抜 きパイレックス細管シリンダーに対してエポキシ化され、標準被覆単一モードフ ァイバーのストリップ端部がベース及びシリンダーを通して螺合され、紫外線硬 化性エポキシによシそれ等に固着され、突出ファイバ一端部かけかかれ、破断さ れ、更にファイバ一端面とシリンダ一端面が研磨された。構成要素及び手順はほ ぼマシス（Ｍａｔｈｉｓ）に開示された通シであった。第２のファイバ一端部が 同様に調整された。直径２朋、長さ１０龍のパイレックスロッドが７ラインメン ト用ロツドとして用いられた。これ等のロフドの２本が第１図に示した形の湾曲 「フラット」を持つように手動研摩によシ調整され、その最大フラットオフセッ トΔは約８μｍ１長さは約５１ｄｌであった。次に、３本の７ラインメント用ロ ツド及び２本の引抜きガラスシリンダーが、第３図に示した方法で、適当に改造 したプライヤーにより、ブラケット内のギャップを外からのぞくようにして、実 質的に同図に示した形のギャップ付きベリリウム鋼合金固定ブラケット内π組込 まれた。このブラケットは１５ミルのシート素材から作られ、長さが１０社で、 ガラスシリンダーと７ラインメント用ロツドとの間で約１０１ｂ（約４ＯＮ）の 接触力を生じた。１つのファイバーの遠位端部を標準１．３μｍレーザ信号源に 接続した後、コネクターで散乱された光強度をモニターしながらブラケットに・ 対して第１細管シリンダーを手動で回転させると、相対偏心率が最小となった。

最初の相対最小点を見出した後、第２の細管シリンダーを１方向に一定少量回転 させてよシ小さな第２の最小点を見出し、次に第１シリンダーを回転させて散乱 光を最小にした。この段階的な手順を繰返して、０．０５ｄＢのコネクター損失 を与える位置を見出した。コネクターの７ラインメントに必要な時間は約２分で あった。コネクターの温度は一４０℃と８０℃の間で５回循環されたが、測定し た損失に有意の差はなかった。

以上の例で示したように、アラインメント手順において、第１シリンダーの回転 後、第２シリンダーを少量回転しても、既に得られた最小量よシ小さな最小量が 得られない場合は、第２シリンダーは他の方向に回転しなければならない。この 方法によれば、非常に短時間に、十分に低損失の接続が得られる。例えば、上記 の例で組立てた１１個のコネクターの平均損失は０．０４７ｄＢであり、分散は ０．０３９ｄＢであった。これ等の結果は、本質的に同等のスポットサイズを与 えるファイバーに対して得られた。

上記の７ラインメント法は簡単、有効で、我々にとっては好ましいものであった が、その他の手順も可能である。例えば、１つ以上のフラット担持アラインメン ト用ロッドを回転し、それによシゼロと最大フラットオフセットとの間で有効に Δ！の値を選択して自由度を更に増すことも可能である。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．光フアイバー用コネクターにして、（ａ）第１及び第２真円形引抜きガラス 製細管シリンダーにして、各細管シリンダーがその内部に光フアイバーの裸部分 を受けるようにされ、該裸フアイバーは細管内腔内に固定維持され、各細管シリ ンダーは少なくとも１つの自由端面を有し、前記細管シリンダー内に固定保持さ れたフアイバー端部は細管シリンダーの自由端面と同一平面をなすようにされた 第１及び第２真円形引抜きガラス製細管シリンダーと、（ｂ）前記第１及び第２ 細管シリンダーを、対向位置にある自由端面と共に、半径方向がほぼ固定された 関係に維持する装置と、 （ｃ）第１及び第２細管シリンダーをほぼ固定された相対軸方向位置に維持する 装置とからなる光フアイバー用コネクターであつて、 （ｄ）前記半径方向関係維持装置が多数のアラインメント用ロツドからなり、各 ロツドは１つの半径を持ち、該アラインメント用ロツドの少なくとも１つがロツ ドの１端部、即ち平坦部から延在するフラツトを有し、ロツドの長さ方向の殆ん どの部分に対して、「フラツト」は該ロツドの半径より大きな曲率半径を有する ロツド部分であり、更にアラインメント用ロツドが第１及び第２細管シリンダー と固定された接触関係に維持されてなることを特徴とする光フアイバー用コネク ター。
2. ２．前記アラインメント用ロツドが前記細管シリンダーガラスとほぼ同じ熱膨張 係数を有する材料から実質的になることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 光フアイバー用コネクター。
3. ３．前記アラインメント用ロツドが前記細管シリンダーと同じ材料から実質的に なることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の光フアイバー用コネクター。
4. ４．前記アラインメント用ロツド並びに細管シリンダーが、該細管シリンダーに 対してアラインメント用ロツドを弾性的に抗せしめるようにされたアラインメン ト用固定装置からなる装置により固定接触関係に維持されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の光フアイバー用コネクター。
5. ５．ほぼ同等の半径の３つのアラインメント用ロツドが、該アラインメント用ロ ツドの少なくとも２つがフラツトを担持することを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の光フアイバー用コネクター。
6. ６．２つのフラツト担持アラインメント用ロツドが反平行に配列されたことを特 徴とする請求の範囲第５項に記載の光フアイバー用コネクター。
7. ７．アラインメント用ロツドのフラツト担持部分と、そのフラツトフリー部分と の間の最大オフセツト量が約２５μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の光フアイバー用コネクター。