JPS62184403A - 光フアイバの融着接続方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光ファイバを高強度に融着接続する方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来光ファイバの融着接続は、予加熱法によりなされて
いた（特開昭５３−３９１４３号公報）。この予加熱法
は、接続すべき２本の光ファイバ端を微小な間隔をおい
て保持し、２本の光ファイバのそれぞれの端面を放電加
熱により溶融ないし軟化させ、加熱を継続しつつ、一方
または双方の光ファイバを接続軸線に沿って移動せしめ
て、端面を弱い圧力で圧接して、接続するものである。

この予加熱法による接続の後に、接続部全体を放電加熱
して、接続部の整形および強化が図られる。前段を予加
熱工程、後段を主加熱工程とよぶ。各工程の加熱時間に
は最適値が存在し、接続すべき光ファイバが単一モード
光ファイバである場合には特に主加熱工程の時間設定に
考慮を必要とした。

第２図は、単一モード光ファイバについての従来方法の
接続における予加熱時間（ｔｐ）に対する接続損失の依
存性を示すものである。図には放電間隔ｇ　＝　０．７
ｍｍ　、放電電流Ｉ＝１８ｍ八とした時のサンプル数Ｎ
＝５個の接続損失のばらつきと平均値を示しである。図
示のように予加熱時間ｔｐが０．２秒の時に接続損失が
最低となるので、従来方法では予加熱時間ｔｐ＝０．２
秒と定めている。一方、主加熱時間に関しては、全放電
時間（予加熱時間十主加熱時間）の最適値から求められ
ている。

第３図は単一モード光ファイバの接続損失のコア偏心量
に対する依存性を、全放電時間（１）をパラメータとし
て示したものである。予加熱の放電時間は０．２秒に固
定し、放電時間、放電電流は第２図の場合と同じである
。図には各１０個のサンプルのばらつきと平均値を示し
である。図示のように全放電時間ｔが長いほど接続損失
に対するコア偏心量の影響が大きい。光フ、アイバの融
着接続はコアで軸合せをして行うが、コアの偏心のある
光ファイバではファイバの外径がずれた状態で融着する
ことになるので、融着時に溶融ガラスの表面張力によっ
て外径の自己調心作用によりファイバの外径を一致させ
るような変形が起り、結果としてコアがずれて軸ずれ損
が生ずる。そのため、コアの偏心があると、全放電時間
すなわちガラスの溶融時間の長い程接続損失が大きくな
る。従ってこの面からは全放電時間は短い方が良い。

第４図に従来方法による接続点の引張り強度と全放電時
間ｔとの関係を示す。引張り強度は全放電時間の増加と
共に増加する。従来方法の全放電時間は第３図および第
４図に示した結果から、引張り強度をある程度犠牲にし
て、接続損失の増加量の小さいｔ＝１秒と定められてい
た。すなわち予加熱時間０．２秒、主加熱時間０．８秒
としていた。従って十分な主加熱を行うことができるマ
ルチモード光ファイバに比較して、約半分の接続強度し
か得られなかった。偏波保持光ファイバでは、コア径が
単一モード光ファイバと同等であるために同様の問題点
がある。さらに加えて、偏波保持光ファイバは、内部応
力による複屈折によって偏波を保持し、伝搬させるもの
であり、第５図に示すようにファイバ断面内にコア部分
をはさんで応力付与部が存在する。

第５図は偏波保持光フアイバ内部の長手方向の応力を光
学的なコンピュータトモグラフィを用いて測定し、それ
を３次元的に表わしたものである。図において１はクラ
ッド部、２は応力付与部、３はコア部にそれぞれ対応す
る。応力付与部は高濃度のドーパントを含有しており、
周囲のクラッド部との熱膨張率の差により、図に示すよ
うな応力を発生している。光ファイバの材料として使用
される石英はドーパント濃度が高くなるにつれて融点が
低くなるため、応力付与部の融点は周囲のクラッド部分
よりもかなり低い値となっている。従来方法のように、
クラッド部が全て石英のマルチモード光ファイバの場合
と同一の条件で融着すると、融点の低い応力付与部が大
きく変形してしまう。そのために偏波保持性を表わす消
光比が劣化する。第６図は加熱変形の影響を調べるため
に行った実験結果を示す図で、横軸に１回の放重加熱時
間を従来方法どおり１秒とし、それを繰返し行った時の
放電の累積時間を、縦軸に各放電累積時間における消光
比と接続損失とを示しである。累積時間２０秒における
消光比および接続損失の劣化はそれぞれ２．２ｄＢおよ
び２ｄＢである。元の消光比が３０ｄＢの偏波保持光フ
ァイバにおける２、２ｄＢの消光比の劣化は、理想的な
偏波保持光ファイバ（消光比＝ψ）においては消光比ω
から３２ｄＢへの劣化に相当する。第６図における放電
累積時間１秒の結果（すなわち従来方法による接続結果
）は、■から５８ｄＢへの消光比の劣化に相−当する。

第７図および第８図は加熱融着後の接続点の応力分布を
測定したものであり、それぞれ３秒後、２０秒後の分布
形状を示す。第５図に示した融着前の応力分布形状と比
較すると、応力付与部が加熱時間とともに大きく変形し
て行く様子がわかる。

加熱の影響を顕著に示すために、放電累積時間２０秒ま
で調べた結果から明らかなように、従来の加熱方法で偏
波保持光ファイバを融着接続すると、応力付与部の変形
を生じ、消光比の劣化をまねく。そして光源および光フ
ァイバの偏波保持性が改善される程その影響は大きいこ
とが予想される。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、単一モード光ファイバの融着接続において、
接続損失を増加させることなく接続点の強度を確保し、
偏波保持光ファイバにおいても接続損失および消光比を
劣化させない融着接続を実現することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明においては接
続すべき２本の光ファイバの端部を対向させ、微小間隔
をおいて保持し、２本の光ファイバのそれぞれの端面を
放電加熱によって予加熱して溶融しつつ押し込んで接続
する工程と、工程に続いて接続部の外周部のみを溶融さ
せる加熱時間の放電加熱を間欠的に繰返す工程からなる
ことを特徴とする。

［作　用］ 第９図は本発明の作用を偏波保持光ファイバについて説
明する図であって、接続点における偏波保持光ファイバ
の断面図（同図（Ａ））と断面内の半径方向での加熱時
の温度分布（同図（Ｂ））を示す。

放電時間１秒の従来方法では、破線（ａ）で示すように
ファイバ中心部においても石英の溶融温度Ｔｍ以上とな
るのに対し、本発明の方法によると、ファイバ中心部が
Ｔ＋ａを越える以前に放電を停止してしまうために、実
線（ｂ）で示すようにファイバの温度がＴｍ以上となる
領域はファイバ外周部分（斜線部分４）のみとなり、溶
融温度の低い応力付与部のドーパント拡散や流動による
応力分布の変形を防止することができる。単一モード光
ファイバの場合には、コア部分が軟化しないために自己
調心が起らず、コアも軸ずれしない。接続点の強度を必
要な値にするためには一定時間以上の加熱を必要とする
が、本発明では予加熱工程後の主加熱工程において、光
ファイバの外周部のみを溶融する短時間の放電を間欠的
に繰返すことによって、応力付与部より外側のファイバ
外周部を融着するので、応力付与部を変形させることな
く、またコアの軸ずれを起すことなく必要な強度を得る
ことができる。

［実施例］ 間欠的な放電時間は放電時間と光ファイバの溶融領域と
の関係を測定して定めた。測定法を第１０図に示す。図
において、１１は偏波保持光ファイバ、１２はその端面
、１３は放電電極、１４は放電アーク、１５はファイバ
の温度監視用のＴＶ顕微鏡、１６はビデオコントローラ
、１７はモニタテレビである。

溶融領域はモニタテレビ１７で観察することができる。

加熱部分は放電アークによるテレビカメラのハレーショ
ンを避けるため、ファイバ端面より２■後方とした。使
用したファイバは外径１２５μｍのものである。放電電
流は、加熱部分を端面か６２ｍｍずらしたので、従来法
よりやや多い２０＋ｎＡとした。第１１図（Ａ）　、　
（Ｂ）　にこのようにして測定したファイバ端面の溶融
領域を示す。第１１図（Ａ）は放電時間による溶融領域
の変化をファイバの半径方向に沿って示したもの、同図
（Ｂ）は放電時間０．２秒の時の溶融領域を示すファイ
バの１７４断面図である。図により、放電時間０．２４
秒でほぼファイバの全域が溶融すること、また応力付与
部が存在する領域内を溶融させないようにするためには
放電時間をほぼ０．２秒としなければならないことがわ
かる。

この加熱時間に設定すれば、単一モード光ファイバにお
いても接続部の全体が溶融することはないので、コアの
軸ずれが生ずることはない。

実施例１ このようにして設定した値０．２秒を、主加熱の１パル
ス放電による加熱時間ｔＭとし、予加熱時間ｔｐを０．
２秒として、以下のように融着接続を行った。融着開始
からの放電の時間経過と、端面間隔の関係を、第１図に
示す。融着開始時には、端面間隔を約２０μｍに設定す
る。予加熱のための放電を開始すると同時に端面を押し
込み、予加熱の終了時（０，２秒後）には、端面間隔は
零となる。

予加熱時にはファイバ端面は直接アークにさらされてい
るので溶融しており、予加熱終了時に両端面は融着接合
される。さらに接続部の強度を増加させるために、この
予加熱パルス放電と連続して主加熱の第１のパルス放電
がｔ、、　（０，２秒間）行われる。こののち、　ｔｌ
の間隔をおいて、第２゜第３のパルス放電がなされる。

ｔｌの長さは、第２のパルス線型までの間にファイバの
冷却がなされる時間として０．２秒以上が必要である。

ｎ回の主放電の後の放電の累積時間ｔｃ　（＝　ｔｐ＋
　ｎｔｇ　）における接続損失の値を第１２図に示す。

放電の累積時間２０秒における接続損失の劣化は０．３
ｄＢであることが図よりわかる。このように、従来方法
で行った第３図の結果と比較して接続損失の増加は著し
く小さくなる。本実施例の方法によれば、放電の累積時
間３秒で接続損失が最小となるが、放電累積時間に対す
る接続損失の劣化が少ないので、放電累積時間を十分に
長くして接続点の強度を向上させることができる。放電
累積時間３秒での平均引張り強度は５２０ｇ、　５秒で
は５５０ｇが得られる。

実施例２ 第１図と同様の放電条件で、偏波保持光ファイバの融着
接続を行フた。ファイバの外径は１２５μｍである。放
電の累積時間による消光比の劣化を測定したのが、第１
３図である。放電の累積時間２０秒における消光比の劣
化は、約１．４ｄＢであり、第６図に示した従来法に比
較して改善された。同時に測定した接続損失の変化は、
第１２図に示した単一モード光ファイバの接続損失と同
等であった。

第１４図に累積放電時間を２０秒とした時の接続点の応
力分布を示す。従来方法を用いた累積放電時間２０秒の
結果（第８図）と比較しても１回の放電時間を短くし、
間欠的に繰返す未融着接続法が応力付与部の変形を押え
、モード変換を小さくし、消光比および接続損失劣化の
軽減に適していることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法によれば、コアに偏
心のある阜−モードファイバでも、自己調心によるコア
の軸ずれおよびそれに伴う接続損失の増加を伴うことな
く、高強度の融着接続が可能となる。またファイバの中
心付近に溶融温度の低い部分を含む偏波保持光ファイバ
の接続において、端面相互の溶融接合後、ファイバの中
心部を溶さず、外周部を整形加熱することによって、接
続点の強度を確保し、かつ、中心付近の応力付与部の変
形を防止できる利点がある。本発明は、単一モード光フ
ァイバ、偏波保持光ファイバの他にも融点の異なる部分
を含むファイバ例えば、高濃度ドーパントによって波長
分散を小さくした単一モード光ファイバや非線形効果の
大きい光フディバの接続に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するタイムチャート図、 第２図は予加熱時間と接続損失の関係を示す図、 第３図は従来方法におけるコア偏心量と接続損失の関係
を示す図、 第４図は従来方法における放電時間と接続点の引張り強
度の関係を示す図、 第５図は偏波保持光ファイバの応力分布を示すコンピュ
ータトモグラフィ図、 第６図は従来方法における放電の累積時間と消光比およ
び接続損失の関係を示す図、 第７図および第８図はそれぞれ従来方法における放電の
累積時間３秒および２０秒で接続した偏波保持光ファイ
バの接続部の応力分布を示すコンピュータトモグラフィ
図、 第９図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の作用を示す図であ
り、同図（Ａ）は偏波保持光ファイバの断面図、同図（
Ｂ）は温度分布を示す図、 第１０図は加熱時の端面の溶融領域を測定する方法の一
例を示す図、 第１１図（Ａ）　、　（Ｂ）は端面の溶融領域を示す図
で、同図（Ａ）は放電時間と溶融領域の関係を示す図、
同図（Ｂ）は放電時間０．２秒における端面の状況を示
す部分断面図、 第１２図は本発明の方法によって単一モード光ファイバ
を接続した時の放電の累積時間と接続損失の関係を示す
図、 第１３図は本発明の方法によって偏波保持光ファイバを
接続した時の放電の累積時間と消光比の関係を示す図、 第１４図は本発明方法によって接続した偏波保持光ファ
イバの接続部の応力分布を示すコンピュータトモグラフ
ィ図である。 １・・・クラッド部、 ２・・・応力付与部、 ３・・・コア部、 １１・・・偏波保持光ファイバ、 １２・・・端面。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）接続すべき２本の光ファイバの端部を対向させ微小
   間隔をおいて保持し、該２本の光ファイバのそれぞれの
   端面を放電加熱によって予加熱して溶融しつつ押し込ん
   で接続する工程と、該工程に続いて該接続部の外周部の
   みを溶融させる加熱時間の放電加熱を間欠的に繰返す工
   程からなることを特徴とする光ファイバの融着接続方法
   。 ２）前記２本の光ファイバがそれぞれ単一モード光ファ
   イバであることを特徴とする特許請 求の範囲第１項記載の光ファイバの融着接続方法。 ３）前記２本の光ファイバがそれぞれ偏波保持光ファイ
   バであることを特徴とする特許請 求の範囲第１項記載の光ファイバの融着接続方法。 ４）前記外周部が前記偏波保持光ファイバ内に設けられ
   ている応力付与部より外側の部分であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第３項記載の光ファイバ
   の融着接続方法。