JPS62204105A - 光フアイバ端面間隔測定方法 - 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〕 本発明は、光ファイバ融着装置や光ファイバ伝送特性自
動検査装置などに適用可能な高速に精度よく光ファオバ
端面の突合せ間隔を測定する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の光ファイバ融着装置では、第１３図（Ａ）のよう
に光ファイバ端面を拡大して観察し、はぼ所要の間隔に
合せる手法を用いていた。第１３図（８）は端面の拡大
図である。１０は基準光ファイバ、１１は突合せ→融着
接続を行う光ファイバ、１２は光ファイバ融着装置本体
、１３はクランパ、１４は顕微鏡、１５は目である。こ
のような構成では、作業者の勘にたよる要素が大きい欠
点がある。一方、他に顕微鏡にビジコンカメラを接続し
、デジタル２次元画像処理を行う手法を用いることも可
能であるが、この手法では、データの入出力時間、コン
ピュータ処理時間が長くなること、および画像入出力装
置や高速入出力インターフェイス、高速処理コンピュー
タを要するためにハードウェアコストが高くなることな
どの欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来技術における作業者の熟練にたよる要素
、高価になる要素を除去し、簡易、高速で精度のよい微
小な間隔における端面間隔測定方法を提供することを目
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、
基準光ファイバの端面と、端面と突合せ接続を行う第２
の光ファイバの端面との間隔を測定する方法において、
基準光ファイバのコア中心軸と垂直な方向に基準光ファ
イバの端面を挟んで一方には光源を、他方には光源から
の光を検出する光センサの一端をそのコア中心軸が光源
および基準光ファイバの中心軸を含む平面上でなくかつ
基準光ファイバの外径から出ない位置でさらに光源から
の光センサのコアへの入射光が基準光ファイバの突合せ
端部によって僅かに遮られる位置にそれぞれ配設し、第
２の光ファイバの突合せ端部が基準光ファイバに近づく
に従って遮断される光源からの光のパワを光センサの他
端に接続された光パワメータで検出し、予め求めておい
た光パワと端面間隔の関係に基いて基準光ファイバと第
２の光ファイバの端面間隔を測定することを特徴とする
。

〔作　用〕

本発明は、豆ランプなどの小型光源と光センサおよびパ
ワメータ部のみで構成され、光センサの光軸を基準光フ
ァイバの中心軸とわずかにずらすことにより、突合せ対
象となる光ファイバが近接していく場合に非常に大きな
検出パワ変動を与えることを可能としており、これによ
って明確に端面間隔量を測定することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を説明する図である。第
１図（Ａ）はその基本構成を示し、２ｏは光源、２０′
は電源、２１はセンサ用光ファイバ、２２は受光器、ア
ンプなどからなる光パワメータ部である。第１図（Ｂ）
　、（Ｃ）は図（Ａ）の点線で囲った部分（センシング
部）の上面および側面の拡大図を示し、２３はセンサ用
光ファイバ２１のコア部、２４はクラッド部を示す。２
１のコア部の上面からみた陵線のうち基準光ファイバに
近い側を基準光ファイバ１０の端面と同一平面上に配し
ている。これは、非突合せ時における光ファイバセンサ
のコアに入射する光を最大限に上げ、かつ突合せ時にＺ
方向の検出範囲を最大限確保するためにこのような配置
構成としている。突合せ対象の光ファイバ１１の端面が
最初ｚ＝ｚｌの位置にあり、Ｚｌ−２２−Ｚ３→Ｚ４と
順次基準光ファイバ１０に近づくと、パワメータ指示値
はセンサ用光ファイバ２１のコア２３を遮光しない状態
（例えばｚ＝ｚ４）を基準（ＯｄＢ）　　として第２図
のように変動する。ここでδｙは光ファイバセンサ２１
のコア中心軸と基準光ファイバｌＯのコア中心軸のｙ方
向間隔である。第２図のようにδｙをパラメータとして
考えると、ｚ＝ｚ４の時の受光パワ（最小受光パワ）は
δｙに大きく依存することがわかる。そこでδνと最小
受光パワの関係を調べると第３図のようになる。最小受
光パワが低い程、端面間隔の変化に対するセンサで検出
されるパワの変化量が大きく、高精度な端面間隔測定が
可能になる。本例においては第３図からδｙ　Ｌｒｄ／
４とすることにより最も感度が高く最適となる。

次にこれを解析的に説明する。突合せ対象となる光ファ
イバ１１はＺ＝２４　　（最大遮光時）で第４図に示す
ような円筒レンズとして振るまう。ここで、２５は光フ
ァイバ１１で屈折されて光ファイバセンサ２１のコア２
３に達し導波する光線、２６は屈折されて光ファイバセ
ンサ２１のクラッド部２４に入射する光線を示している
。同図中の各記号を用いて光ファイバセンサ２１のコア
２３に入射し導波していく条件は、光線２５に着目して
以下の各式で表わされる。

２１θ０−０１≦θ□ｘ　（ｒ）　　　　　　　　　　
　　（１）（ｙｓ−６ｙ）　２＋　Ｚ＊’≦ａ２（２）
ただし、 ｙ、−ｔａｎ［２（θ０−θ）］　−［８，＋ａ　ｃｏ
ｓ　（θ。−２θ月−ａ　５ｉｎ（θ。−２０） θ＋ｅａｘ−Ｓｉｎ−’［２△（１−（ｒ／ａ）　２）
　］　”・・・・・・光ファイバセンサがグレーデッド
型光ファイバの場合 θ、、Ｘ−５ｉｎ−’　［２△］１″ ・・・・・・光ファイバセンサがステップ型光ファイバ
の場合 ｒ＝［（Ｙｓ−５ｙ）　２＋　Ｚ＊’ｌ　”’θｏ−５
ｉｎ−’　［ｙ＋ｎ　／ｍｌ θ−５ｉｎ−’　［ｙ＋ｎ　／ｎｒ］ ここで空間の屈折率は１としておりｎはクラッドの屈折
率、Δはコア・クラッド間の比屈折率差、ａはセンサ光
ファイバ２１のコア半径、ｒは突合せ対象光ファイバ１
１のクラッド半径である。またＳＸは、光ファイバセン
サ２１の端面と、突合せ対象の光ファイバ１１の表面と
の距離である。Ｚｓ。

Ｙｓは光ファイバセンサ２１の端面上の光線入射Ｚ座標
、Ｙ座標を示している。光源からの光線はＹＺ平面に対
して垂直で一様に分布しているとして最小受光パワを上
式の関係を用いて数値計算した。その結果として、δｘ
１　δｙと最小受光パワの関係が明らかになる。これを
第５図（光ファイバセンサ２１がステップインデックス
型の場合）、第６図（光ファイバセンサ２１がグレーデ
ッド型の場合）に示す。これらの図中のＰが最小受光パ
ワ値を示す。δｙ＝Ｑ〜２０μｍの領域を考えると円筒
レンズ（光ファイバ）１１で大きく屈折されない（θ０
が小）成分が多く、光ファイバセンサ２１のコア部に入
射し導波モードとなり易く最小受光パワは低い。δｙを
次第に大きくすれば光ファイバセンサ２１のコア端面に
入射する光パワは大きな入射角をコア軸に対して持つよ
うになり、導波モードとならず最小受光パワが低下して
いく、δｙ〉３７．５μｍ　　（一般的にはδｙ　＞ｄ
／２−ａ　）では光ファイバセンサ２１のコア部２３に
は円筒レンズ（光ファイバ）　１１を介さずに光源から
常時直接光が入射され、最小受光パワが増大（悪化）す
る。

第５図、第６図から最適なδν値は２５＜δｙく３７．
５μｍで、一般的にはａくδｙ　＜ｄ　／２−　ａの領
域にあると考えられる。またδＸに対しては広い領域で
最適化できることがわかる（例えば０くδｘ＜１００μ
ｍ）。Ｐ≦２０ｄＢの領域に着目し第５図、第６図を比
較するとグレーデッド型が広いことがわかる。すなわち
光ファイバセンサとしてはグレーデッド型がより適して
いる。この例では、δＸ　＝５０μｍ　、　　δｙ　＝
３０μｍ　（％ｒ／２）付近に光ファイバセンサ２１の
端面を設定すれば、例えば±５μｍ程度の機械的な振動
、或い□は経時的な変動がｙ方向に生じても、最小受光
パワは一２０ｄＢ以下を確保でき、安定で高精度な端面
間隔測定が可能なことがわかる。この条件下（δｘ＝５
０μｍ。

δｙ＝３０μｍ）で測定系を構成した場合の端面間隔と
パワ変動量の関係を第７図に示す。実線が計算値であり
Ｏ印が実験値である。センシング可能な端面間隔５０μ
ｍ　　（＝２ａ）に対して２０ｄＢのパワ変動が確保さ
れる。端面間隔が３０〜５０μｍではパワ変動が緩やか
であるが、０〜３０μｍでは急峻であり、例えば光源、
およびパワメータ部の安定度が±０．２ｄＢ程度であっ
ても±１μｍ程度の高精度の端面間隔設定が可能になる
。この端面間隔測定系の初期設定方法は、（ｉ）　　δ
Ｘ：まず光ファイバセンサ２１の端面をδｘ＝Ｑ〜１０
０μｍ間に設定し、（ｉｆ）Ｚ遮光：次に基準光ファイ
バ１０または、突合せ対象を仮定した光ファイバ１１を
光ファイバセンサ２１の前面に移動させて（ｚ＝ｚ４　
）Ｚ方向に遮光状態とし、（ｉ　ｉ　ｉ）　　δｙ：次
にＹ方向に光ファイバセンサ２１を基準光ファイバ１０
に対して相対的に移動させ光パワメータ２２の指示光パ
ワを最小とするように設定し、（ｉＶ）基準光ファイバ
位置二次に光ファイバセンサ２１のコア全面に光が照射
されるように基準光ファイバ１０を−Ｚ方向、突合せ対
象を仮定した光ファイバ１１を＋Ｚ方向に動かし、この
場合の光パワメータ指示値（最大値）を知り、基準光フ
ァイバ１０を今度は＋Ｚ方向に徐々に動かし光パワメー
タ２２の値が最大値かられずかに変化する点でとめて完
了する。また、本構成における較正は、第７図のカーブ
（Ｏ印）を一度取っておけばよい。同図の関係を用いて
以後パワ変動から端面間隔を知る。本発明は、このよう
な原理を用いており、第２図かられかるように、δｙを
適当な値にすれば５０μｍの端面間隔変動に対して２０
ｄＢ以上のパワ変動値が得られるため、例えばコア径５
０μｍの光ファイバセンサ２１を用いて０〜３０μｍの
端面間隔で±１μｍの精度が得られ、高精度の間隔測定
が可能なことが明白である。従来の顕微鏡直視の方法に
比べて高精度、また、ビジコンカメラを用いる画像処理
による方法よりもパワメータのみで測定が可能であるた
め、簡便に、高速に測定が可能な利点がある。

第８図は本発明の第２の実施例のセンシング部の側面拡
大図を示すものである。３０はコア、３１はクラッドを
示す。矩形の導光路を用いており、この特徴は第９図に
示すようにそのパワ変動特性が、端面間隔に対してリニ
アに変化する点である。従ってパワー変位の直線化補正
が不要である利点がある。また、Ｚ方向の検出領域が広
い利点もある。

第１０図は本発明の第３の実施例のセンシング部の側面
拡大図を示すものである。４０はコア、４１はクラッド
部を示すテープ型マルチコア光ファイバ（テープ型パン
チファイバ）を用いており、その特徴は、Ｚ方向の幅を
広くすることが容易で検出領域が広い利点がある。また
矩形の導光路よりもこのような構造の光ファイバは製造
が容易である。第１Ｏ図の実施例のパワー変動特性を第
１１図に示す。

第１２図は本発明の第４の実施例を示すものである。５
０は、曲げ部を示す。センサ用光ファイバ２１の途中に
曲げを与えてタララドモード、漏洩モードの伝搬を抑制
するものである。２１にコア径５０μｍ１クラツド径１
２５　μｍ　％コア・クツラッド比屈折率１零の光ファ
イバで長さ２ｍのものを用いた場合、曲げを与えない場
合（曲げ部５０がない場合）の最小受光パワは一１４ｄ
ｌｌであった。一方、光ファイバセンサ２１の一部分に
１５ｍｍφ×　５ターンの曲げを与えた場合−２３ｄＢ
に大幅改善がなされ、より高精度な測定が可能となるこ
とがわかった。従ってこのようなりラフ１モード、漏洩
モードストリッパを付加することで本発明の第１〜第３
の実施例は、高精度化をより確実に達成できる。センサ
用光ファイバに数１００ｍ以上の長尺の光ファイバを用
いても同様の効果が期待できる。

以上説明したように、本発明は安価な豆ランプなどの光
源と光ファイバー心およびパワメータのみで構成される
端面間隔測定系を提供する方法であり、微小な突合せ間
隔の測定をパワ変動のみで行い、かつその変動量が大き
い（例えば２０ｄＢ１５０μｍ）ために、簡便に高速で
高精度な光ファイバ端面間隔測定を可能とする鞠点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の第１の実施例の構成を示す図、 第１図（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ第１図（Ａ）の拡
大上面図および拡大側面図、 第２図は端面間隔によるパワ変動特性図、第３図はＹ方
向オフセット量と最小受光パワの関係を示す図、 第４図は円筒状レンズモデルによる解析図、第５図およ
び第６図はそれぞれステップインデックス型光ファイバ
およびグレーデッドインデックス型光ファイバにおける
δｘ１δｙと最小受光パワの関係を示す図、 第７図はδＸ、δｙを最適値とした時のパワ変動特性図
、 第８図は第２の実施例の拡大断面図、 第９図は第２の実施例のパワ変動特性図、第１０図は第
３の実施例の拡大断面図、第１１図は第３の実施のパワ
変動特性図、第１２図は本発明の第４の実施例の構成を
示す図、 第１３図（Ａ）は従来の光ファイバ融着装置の構成を示
す図、 第１３図（Ｂ）はその拡大断面図である。 １０・・・基準光ファイバ、 １１・・・突合せを行なう光ファイバ、１２・・・融着
器本体、 １３・・・クランパ、 １４・・・顕微鏡、 １５・・・眼、 ２０・・・光源（豆ランプ）、 ２０’　・・・光諒用電源、 ２１・・・センサ用光ファイバ、 ２２・・・パワメータ部、 ２３・・・光ファイバセンサのコア部、２４・・・光フ
ァイバセンサクラッド部、３０・・・矩形導波路のコア
部、 ３１・・・矩形導波路のクラッド部、 ４０・・・マルチコアファイバのコア部、４１・・・マ
ルチコアファイバのクラッド部、５０・・・光ファイバ
センサ曲げ部。 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）基準光ファイバの端面と、該端面と突合せ接続を行
   う第２の光ファイバの端面との間隔を測定する方法にお
   いて、前記基準光ファイバのコア中心軸と垂直な方向に
   該基準光ファイバの端面を挟んで一方には光源を、他方
   には該光源からの光を検出する光センサの一端をそのコ
   ア中心軸が前記光源および前記基準光ファイバの中心軸
   を含む平面上でなくかつ該基準光ファイバの外径から出
   ない位置でさらに前記光源からの該光センサのコアへの
   入射光が前記基準光ファイバの突合せ端部によって僅か
   に遮られる位置にそれぞれ配設し、前記第２の光ファイ
   バの突合せ端部が前記基準光ファイバに近づくに従って
   遮断される前記光源からの光のパワを前記光センサの他
   端に接続された光パワメータで検出し、予め求めておい
   た光パワと端面間隔の関係に基いて前記基準光ファイバ
   と前記第２の光ファイバの端面間隔を測定することを特
   徴とする光ファイバ端面間隔測定方法。 ２）前記光センサが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端面間隔測定方
   法。 ３）前記光センサが矩形導波路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端面間隔測定方
   法。 ４）前記光センサが複数のコアが一次元的に配されたテ
   ープ型マルチコア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端面間隔測定方法
   。 ５）前記光センサが曲げ部を有する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
   端面間隔測定方法。