JPS63502460A - ファイバ接続損失を削減する技術 - 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】 ファイバ接続損失を削減する技術 〔技術分野〕 本発明は光ファイバの接続構造に関する。

〔背景技術〕

光フアイバ通信システムでは、光フアイバ間を非常に低損失に接続することが重 要である。現在のところ、伝送の目的およびレーザその他の素子を接続するため に、標準の単一モード光ファイバが使用されている。ファイバのタイプが同一で あれば、例えば融着により、容易に低損失の接続構造を形成できる。この共通の ファイバを使用して、素子と伝送ファイバとの間を低損失に接続することもでき る。

しかし、標準装置で使用されるファイバは、個々の素子に接続するファイバとし ては一般的に最適とはいえず、素子の光モードを標準ファイバの基本モードに結 合させることが困難であるため、光パワーの大部分が失われてしまう。ファイバ の屈折率分布を注意深く選択し、ファイバに接続される特定の素子にそのファイ バの屈折率分布を整合させることにより、この素子とファイバとの接続を改善さ せることができる。このように、特定のファイバを使用してモードを低損失に接 続することができるが、このファイバを標準伝送ファイバに融着すると、この接 続構造における接続損失が大きいために、そのパワーが失われてしまう。

二本の光ファイバを低損失に接続するには、融着した接続構造における各ファイ バのモード電界を整合させなければならない。このためには、二本のファイバの 屈折率分布が同じであり、相対的な傾斜またはズレがあってはならない。同じタ イプのファイバを接続したときの傾斜またはズレにより生じる損失については、 高精度の融着技術を用いることにより小さい値に削減できる。このような、同じ 種類のファイバ間で接続損失を削減する技術については、例えば、公開されたヨ ーロッパ特許出願第８２４０１６６８．７号（トムソン・シーニスエフ）に説明 されている。この技術は、基本的に、二つのファイバの終端部をテーパ状（先細 りの形状）に加工し、ファイバの直径が細くなった終端部を接続するものである 。ファイバ全体の直径が細くなるのに比例して接続面におけるコア直径が細くな るので、角度および横方向の軸ずれに対する感応性が減少する。しかし、このよ うな高精度の融着技術を用いても、異なる屈折率分布による損失は残る。このよ うな損失は、上述したタイプの特定のファイバを標準の伝送ファイバに融着する ときに生じる。

本発明は、伝送特性の異なるファイバを低損失に接続する技術を提供することを 目的とする。

〔発明の開示〕

本発明の第一の発明によると、屈折率分布の異なる二本の同軸構造の光ファイバ を接続する光フアイバ接続構造において、接続される光ファイバの相互に接する 終端部がそれぞれ、通常はコア内を誘導される光エネルギの少なくとも一部がそ の光ラアイバのタラッディングで誘導できる程度にテーバ状に加工されたことを 特徴とする。

タラッディング内を誘導することにより、光パワーの大部分が受け取り側光ファ イバの基本モードに結合する。

「タラッディングにより誘導される」とは、光ファイバの当業者には容易に理解 されるように、修正されていない単一モード・ファイバではエネルギがコアによ り誘導され、伝送される光エネルギの大部分がコアにより伝達され、一部がコア の近傍のタラッディングにより伝達されることを基本として解釈される。しがし 、この場合にはタラッディングは誘導機能をもたない。テーバ状の領域における エネルギが増加すると、コア領域が小さいことから、コアとタラッディングとに より伝達される光エネルギの比が変化し、この結果、タラッディングを通過して 伝搬するエネルギの量が増加する。あるコア寸法以下では、タラッディングが誘 導機能をもつ程度に電界が拡張される。

ファイバのテーバの形状は、二つのファイバの電界分布と許容できる接続損失と に依存する。ファイバのテーバが大きくなると、タラッディングとその外の媒質 との界面で光電界が反射され、コアはほとんど光の誘導に関与しなくなる。この 領域のモード電界は二つのファイバに対してほとんど同等であり、光がほとんど 損失せずに接続部を通って伝搬する。光が接続部からテーバの直径の大きい部分 に伝搬すると、光は、受は取り側ファイバのコア領域に再び取り込まれる。この 結果、接続部は、一方のファイバの基本モードから他方の基本モードに変換する モード変換器として動作する。

本発明の他の発明によると、二つの同軸構造の光ファイバの終端部を溶解させ、 この終端部が軟らかいうちに接続構造に引張力を加えてテーバ状領域を形成する 改善された光フアイバ溶融接続構造を製造する方法を提供する。

さらに本発明の他の発明によると、二つの一般的な同軸構造の光ファイバの間の 既存の溶融接続構造を改善する方法であり、接続領域を加熱して軟化させ、この 領域が軟らかいうちにこの領域に引張力を加えて、ファイバの隣接する終端部を テーバ状に加工する。

したがって、この方法は、ファイバが溶解するものの、融着時にはもとの直径が 保持されるので、慣習的なファイバ接続構造を製造する場合に比較しても、取り 扱いが困難となることはない。

〔図面の簡単な説明〕

第１図はファイバ接続構造の形成時における断面図。

第２図は本発明によるファイバ接続構造の断面図。

第３図は接続構造の長さ方向に沿った異なる点の電界強度をプロットした図。

第４図は接続損失を接続構造の直径の関数として推定した値をプロットした図。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明により低損失の接続構造を製造する第一のステップとして、通常の方法に より二本のファイバ１０．１１を融着する。第１図を参照すると、接続すべきフ ァイバの終端を当接させて、互いに溶は合うまで加熱する。この後に、接続領域 が軟らかいうちにファイバに引張力を加えて、第２図に示すように接続構造にテ ーバ領域を形成する。この接続領域がテーバ状に形成されたことにより、光がテ ーバのくびれた領域１２に向かって伝搬するときに、ファイバコアの直径が小さ くなることから光の電界がタラッディング内に延長される。

最終的には、光の電界はタラッディングにより反射され、放射光の誘導について コアはわずかの部分しか寄与しない。そのかわりに、光はタラッディングと空気 との界面により形成される誘導路に沿って伝搬する。これらのテーバ状のファイ バにおけるモード電界はほぼ同一なので、光はほとんど損失せずに融着部を横切 って伝搬する。

この光は、くびれだ領域から遠ざかってテーバの直径が大きくなる方向に伝搬し 、受は取り側のファイバのコアが太くなった部分に再び取り込まれる。テーバの 角度が小さければ、テーバ状の融着部が断熱的に作用し、素子を通過するモード パワーの変化は無視できる。

ファイバに設けるテーバの長さは、これらのファイバの電界分布の差および許容 できる接続損失に依存する。多くの場合には、テーバの最も細い部分で、タラッ ディングの直径が元の直径の５０％以下、望ましくは４０％ないし９０％以下で あると考えられる。元の直径の１０％以下でもよい。損失の削減と接続構造の脆 弱さとの折り合いを考えると、元の直径の２５％程度が最も利用できる。

テーバ状の融着部の動作を説明するために、融着接続構造における二つのファイ バのモード電界をファイバ直径の関数として計算することができる。モード電界 の重なり積分を計算することにより、融着部を横切るパワー損失の良好な推定値 が得られる。第１表に示す物理的および光学的なパラメータをもつ二つの光ファ イバを考える。これらのファイバの波長１．３μｍにおける基本モードの電界形 状について、種々のファイバ直径に対する値を第３図にプロットした。

予想されるように、ファイバの直径が小さいほど電界幅が増加する。

タラッディングの境界における電界分布が零より大きいファイバ直径は、タラッ ディングが導波機能を示す直径に対応する。

第４図はファイバ直径の関数として推定された接続損失を示す。

この値は重なり積分の計算により得た。接続損失は直径が小さくなるに従って急 速に減少し、ファイバ直径が５０μｍ、すなわち元の直径の約４０％のときに、 接続損失が０．１ｄＢより小さい値に達する。ファイバの直径をさらに小さくす ると、接続損失が零に近づくようである。興味深いことに、二つのファイバを選 択した場合に、適度なテーバ直径で無視できる損失を達成することができる。

この技術の使用例について説明する。標準装置ファイバとコアの細い高開口数フ ァイバとで低損失の融着部を形成する。ファイバのパラメータを第１表に示す。

二つのファイバを通常の方法で溶かして注意深く融着し、波長１．３贋における 損失が１．５ｄＢ、波長１．５２ｐにおける損失が１．９７ｄＢの融着部を形成 した。ファイバを加熱して張力を加えることにより、融着部をテーバ状に加工し た。融着部の損失は、波長１．３贋、１．５２期に対してそれぞれ０．５６ｄＢ 、　０．４６ｄＢに削減された。さらに接続構造を引っ張っても融着部の損失は 削減されなかった。これは、たぶん、テーバを形成する間に融着部が加熱領域か らずれること、およびファイバの軟化温度がわずかに異なるために融着部の一方 の側にくびれが形成されることによると考えられる。

上述の接続構造についていくつかの応用が考えられる。伝送用のファイバと種々 の光素子、例えば半導体レーザ、ファイバ・レーザ、リチウム・ニオベートまた は■−■半導体により製造された集積光部品とを低損失に接続できる多くの標準 部品を提供できる。

また、同じまたはほぼ同等のファイバを低損失に融着する場合にも、融着および その後の引張の技術を使用できる。

第１表に示したファイバ１と同等の二本のファイバを用いて、損失が０．７ｄＢ の融着部を製造できた。終端角度の小さいファイバを融着したときには損失が大 きかった。融着部をテーバ状にして０．１５ｄＢの最小損失が得られた。さらに 引っ張っても、テーバ形成プロセス中に加熱領域から融着部がずれるために、融 着部の損失をそれ以上に削減することはできなかった。

ある場合、例えばくびれだ領域の直径が非常に小さい場合には、接続構造を保護 するために、この部分を適当なコンパウンドで包み込む必要がある。

本技術は、結合不良のある既存の接続構造を改善するためにも使用できる。この 場合には、上述の方法と同様に、既存の接続構造を加熱して軟化させ、これに引 張力を加えてテーバ状の領域を形成する。これにより、すでに説明した特性をも つ接続構造が得られる。

第　１　表 、１２／３ 国際調査報告 １ｍｏｒｐｍａｅａｌ＾ｅ１１−−１＝ＭＮ（ｉＰＣＴ／ＧＢ８７１００１０９ ＡＮＮＥ：＜τｏｆＨ三ｒＡＴＺ三二：メ―Ｔｏｏ：：＾ＬＳＥＡＲＣＦ、：（ Ｅ：’ＯＲτＣＮτ−Ｅｑｒａｐｅａｎ　Ｐａｔｅｎ：　０ｆ５１ｃｅ　ｉｓ　 ｉｒｘ　ｎｏ　ｗａｙ　ｌｉａ！：＋ｌｅ　！ｏｒ　ｔ５ｅｓｅｐａｒｔｉｃｕ ｌａｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｅｚｅｒｅｌｙ　ｇｉｖｅｎ　ｆｆｏｒ　ｔ？ 、ｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆｉｎｆｏｒ：ｎａｔｉｏｎ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．屈折率分布の異なる二本の同軸構造の光ファイバを接続する光ファイバ接続 構造において、 接続される光ファイバの相互に接する終端部がそれぞれ、通常はコア内を誘導さ れる光エネルギの少なくとも一部がその光ファイバのクラッディングで誘導でき る程度にテーパ状に加工されたことを特徴とする光ファイバ接続構造。
2. ２．接続構造は融着により形成された請求の範囲第１項に記載の光ファイバ接続 構造。
3. ３．ファイバはその伝搬定数が互いに異なる請求の範囲第２項に記載の光ファイ バ接続構造。
4. ４．屈折率分布の異なる二本の同軸構造の光ファイバを接続する光ファイバ接続 方法において、 接続される光ファイバの相互に接する終端部をそれぞれ、通常はコア内を誘導さ れる光エネルギの少なくとも一部がその光ファイバのクラッディングで誘導でき る程度にテーパ状に加工することを特徴とする光ファイバ接続方法。
5. ５．二本の同軸構造の光ファイバの終端部を溶解させ、この終端部が軟らかいう ちに引張力を加えてテーパ状の領域を形成して接続構造を形成する光ファイバの 製造方法。
6. ６．ファイバはその伝搬定数が互いに異なる請求の範囲第４項または第５項に記 載の方法。
7. ７．接続領域を加熱して軟化させるステップと、この領域が軟らかいうちにこの 領域に引張力を加えて隣接する終端部をテーパ状にするステップと を含む二つの同軸構造の光ファイバの間の既存の接続構造を改善する方法。
8. ８．請求の範囲第４項ないし第７項のいずれかに記載の方法により製造された光 ファイバ接続構造。