JPS6261010A - 光ファイバの融着接続方法 - Google Patents

光ファイバの融着接続方法

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JPS6261010A
JPS6261010A JP60202427A JP20242785A JPS6261010A JP S6261010 A JPS6261010 A JP S6261010A JP 60202427 A JP60202427 A JP 60202427A JP 20242785 A JP20242785 A JP 20242785A JP S6261010 A JPS6261010 A JP S6261010A
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inert gas
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新堀 理
Hidenori Mimura
三村 栄紀
Hideharu Tokiwa
常磐 英晴
Tetsuya Nakai
中井 哲哉
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/255Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2551Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch

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、光ファイバの融着接続方法に関するものであ
る。
(従来の技術) 石英ガラスファイバの伝送損失は、現在1.55μmの
波長で0.2dB/kmとほぼ理論値まで低減され、無
中継で100kffi以上の伝送が可能となった。
さらに、ZrF、、HfFa系フッ化物ガラスファイバ
は、2〜4μmの波長帯において伝送損失が0.01d
B/km以下になることが、理論的に予測されており、
次世代の光ファイバとして注目されている。
この様にファイバの伝送損失が低くなると、光信号を再
生中継または増幅中継することなく、伝送出来る距離は
数千−以上になる。
しかし、現在の最も進んだ石英ガラスファイバの製造技
術をみても、連続的に作製可能なファイバの長さは11
00k程度であり、11000k以上のファイバを連続
的に製造する技術はなく、しかも、ファイバ全長にわた
ってケーブル化に必要な強度を持つファイバとなると1
0〜201uoが限界であり、伝送距離が5Qkm程度
のシステムでも光ファイバの接続個所は数個所以上にな
る。従って、光ファイバの低損失化が進めば進む程、低
損失、高強度の光ファイバの接続技術の重要度が増大し
てきている。
現在、石英系光ファイバの接続は、接続すべき二本のフ
ァイバの端を密着させ、その部分を加熱溶融し接続する
融着接続法が最も多く用いられている。この方法は、接
続損失が小さく、しかも、損失の経時変化が極めて小さ
く、光通信の発展の原動力の一つになっているが、接続
強度がファイバ素線の173〜175程度まで低下する
欠点がある。
この原因は、ファイバ表面の吸着水のため、融着時に微
結晶が生成するものと考えられている。
さらに、フン化物ガラスは、大気中で加熱するとガラス
が軟化する以前に結晶化するため、フッ化物ガラスファ
イバの融着接続は困難であると考えられている。
(発明が解決しようとする問題点) フッ化物ガラスの結晶化の原因には、ガラス自身の不安
定性により結晶化する本質的なものと、雰囲気の酸素や
水蒸気、あるいはガラス表面に吸着された水とガラスが
反応し結晶核を形成し、これが成長し、結晶となる外的
な要因によるものとがある。
これらのうち、前者については、各種の組成のガラスの
粘性の温度特性と結晶化温度を調べた結果、ファイバの
作製が可能な組成の範囲であれば、不活性雰囲気中での
短時間の加熱では結晶化は起こらないことが明らかにな
り、フン化物ガラスファイバを融着接続するための本質
的な障害はないことが明らかになった。
このため、結晶化の外的な要因であるガラス表面の吸着
水等の不純物を完全に除去し、しかも、不活性ガス雰囲
気中で融着接続を行えば、融着接続が可能になる。
同様に、石英ガラスファイバの場合も、ガラス表面の吸
着水を除去すれば、微結晶の生成が抑制でき、高強度の
融着接続が可能になる。
しかし、現在、ガラス表面の吸着水等の不純物を除去す
る方法としては、ガラスを乾燥雰囲気中、又は、真空中
で加熱処理するのが最も効果的であるが、フッ化物ガラ
スのように低温でも水等の不純物と反応し結晶化を起こ
すような材料には適用出来ず、また、熱的に安定な石英
ファイバの場合でも、融着接続部を脱水可能な温度まで
加熱すると、被覆樹脂が変質するため、十分な脱水がで
きない。このため、融着接続部のガラスファイバの吸着
水等の不純物を完全に除去し、清浄なガラス表面を得る
有効な手段がないのが現状である。
(発明の目的と特徴) 本発明は、石英ガラスファイバおよびフン化物ガラスフ
ァイバを高強度で、かつ、低損失に接続するための融着
接続法を提供するものであり、接続部分の近傍のファイ
バ表面の吸着水などの不純物をハロゲン元素を含む不活
性ガスのプラズマで除去した後、アルゴン、ヘリュウム
等の不活性ガス雰囲気中でアーク放電、又は、COtレ
ーザ光などの赤外線により融着接続を行うことを特徴と
する。
(作用) 以上の様にファイバ表面をハロゲン元素を含むプラズマ
中で処理することにより、プラズマ中に存在する発生期
状態のハロゲン元素はファイバ表面の不純物と低温で反
応しハロゲン化水素や酸素のようにガラスに対する吸着
ネルギーの小さな物質に分解されるため、ファイバ表面
の吸着水や不純物は低温で容易に除去出来、従来、困難
とされていた、フッ化物ガラスファイバの融着接続が可
能になる。さらに、石英ファイバの高強度の融着接続も
可能になる。
(発明の構成) 本発明の原理を、先ず、フン化物ガラスの表面における
水との反応を例に説明する。フッ化物ガラスと水との反
応は基本的には(1)式に示される反応式に従って進行
する。
(−M−F)+H20→(−M−OH)→−HF(1)
ここで、Mはガラスを構成する金属元素を示している。
なお、式中の−は、結合を意味し、例えば、Mがジルコ
ン(Zr)の場合には、(11式は次式のようになる。
ZrF 4+ H2o −ZrF :+OH十HF  
 (2)この反応は、常温では起こらないが温度が高く
なると進行する。
従って、ファイバ表面の水は加熱されることにより、フ
ッ化物ガラスを構成する金属T4は、水酸化物となりこ
れが核となり結晶化する。
これに対し、発生期状態のハロゲン元素が存在すると、
次式(2)に示すように、水は反応性の極めて高い発生
期のハロゲン原子と低温でも反応しハロゲン化水素と酸
素に分解される。
HzO+2X→2HX+(1/2)O□  (3)分解
生成されたハロゲン化水素および酸素は、ガラスに対す
る吸着エネルギーは水に比べるとはるかに小さいため低
温でもガラス表面から離脱する。即ち、発生期状態のハ
ロゲン原子の存在下でガラスを処理すれば低温でも表面
の吸着水を容易に除去できる。
発生期状態のハロゲン原子は、ハロゲンガスあるいはハ
ロゲン化ガスを含む不活性ガスを高周波グロー放電など
によりプラズマ状態にすれば低温でも容易に発生出来る
従って、接続すべき二本のファイバの軸を合せ互いに密
着させ、減圧し、その周辺にハロゲンガスあるいはハロ
ゲン化ガスを含む不活性ガスのプラズマを発生させ脱水
を行った後、再びガラス表面に水分が吸着しないように
乾燥した不活性ガスを導入し常圧にし加熱すればフッ化
物ガラスファイバの融着接続が可能になる。
また、石英ガラスファイバの場合にも、(3)式に示し
た反応により、ガラス表面の吸着水を除去することがで
き、微結晶の生成を抑制できるので、高強度の融着接続
が可能となる。
(実施例) 第1図は、本発明を実施するための装置の構成図であっ
て、1は真空排気可能な接続容器、2はハロゲンガス又
はハロゲン化合物ガスの導入口、3は不活性ガスの導入
口、4は真空排気口、5は真空ポンプ、6は排気口、7
.8.9.10はストップバルブ、11111aはファ
イバ、12はファイバの接続点、13.13aはファイ
バの被覆部分、14.14aは接続容器1内の真空を維
持するためのバンキング、15.15aはファイバの軸
を調整するための治具、16.16aはプラズマを発生
させるための電極、17.178はアーク放電を発生さ
せるための針状電極、18.18aは電極16と17を
絶縁するための絶縁材、19はプラズマを発生させるた
めの高周波電源、20はアーク放電を発生させるための
高圧電源、21は高周波電源と高圧電源とを切換えるた
めのスイッチを示している。
ファイバ11. llaの接続に当たっては、まず、各
先端部分の被覆を除去したファイバ11. llaをフ
ァイバの軸合せ治具15.15aに固定し、互いのファ
イバ11. llaの端面を密着させ、かつ、互いの光
軸を合せた後、真空ポンプ5により容器1の内圧が0.
001 Torr程度に排気した後、気体導入口2より
ハロゲンガス又はハロゲン化ガスを含むアルゴン等の不
活性ガスを導入し接続容器1の圧力を0.1〜0.01
 Torrにする。しかる後、スイッチ21により高周
波電力を電極16に印加しファイバ接続部分の周辺にプ
ラズマを発生させファイバ11゜112の表面の不純物
を除去した後、ストップバルブ7.9を閉じ、8,10
を開き不活性ガス導入口3より純粋のアルゴン等の不活
性ガスを導入し、接続容器1内を1気圧にし電極17.
17a間にアーク放電を発生させ、フン化物ガラスファ
イバの融着接続を行う。
本実施例については、既に、実験がなされていて、従来
、不可能とされていたフッ化物ガラスファイバの融着接
続が可能であることが確認された。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の光ファイバの融着接続方
法はハロゲン元素を含むプラズマ中でガラス表面の水等
の不純物を低温で化学的に除去した後融着接続を行うた
め、従来不可能とされていたフン化物ガラスファイバの
融着接続を可能にするほか、石英ガラス光ファイバの融
着接続においても、ガラス表面の吸着水が原因となる強
度の劣化が防止でき、ファイバ素線と同程度の強度の融
着接続が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に用いられる接続装置の具体例を
示す接続系統図である。 ■・・・接続容器、  2・・・ハロゲンガス又はハロ
ゲン化合物ガスの導入口、 3・・・不活性ガスの導入
口、 4・・・真空排気口、 5・・・真空ポンプ、6
・・・排気口、 ?、 8.9.10・・・ス)7プバ
ルブ、11、 lla・・・ファイバ、 12・・・フ
ァイバの接lit 点、13、133・・・ファイバの
被覆部分、 14.143・・・バッキング、 15.
15a・・・ファイバの軸を調整するための治具、 1
6.16a・・・電極、17、172−・・針状電極、
 18.183 ・・・絶縁材、19・・・高周波電源
、 20・・・電圧電源、 21・・・スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 接続対象の光ファイバの表面に吸着された吸着水をハロ
    ゲン元素を含む不活性ガスのプラズマで分解除去した後
    、不活性ガス雰囲気中で該接続対象の光ファイバの融着
    接続を行うことを特徴とする光ファイバの融着接続方法
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