JPS6370208A - 光フアイバ型スタ−カプラ - 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、光ファイバを伝送する光信号を複数本の光フ
ァイバに分配する光スターカプラに関する。

〔従来の技術〕

光ファイバ伝送技術の急速な進展にともない、電子計算
機−電子計算機間や電子計算機一端末間のデータ伝送に
光ファイバを使用する光データリンクの研究開発が活発
に行われている。この光データリンクを構成する上で、
複数本の入力用光ファイバからの光信号をミキシングし
て複数本の出力用光ファイバに低損失で、かつ均等に分
配し得る光スターカプラは必須のデバイスである。

本発明者等は、先に第５図に示す光スターカプラを提案
した（特願昭５９−１８６９６４）。これはガラス管（
石英ガラス管）２内に複数本の光ファイバ（ｌａ、ｌｂ
）を挿入した状態で、上記ガラス管２の外側から酸水素
バーナのような加熱源によって加熱することにより、管
内の光ファイバを間接的に加熱させ、それにより、光フ
ァイバ束にひねり、融着、延伸工程を加えてひねり・融
着・延伸部３を形成させたものである。そして上記光フ
ァイバ束を管内に宙づり保持した状態でその管の両端に
接着剤４を加えることにより、ガラス管２と光ファイバ
束とを固定させた構造である。

間接加熱を用いているので、ひねり・融着・延伸部３内
に空気中、あるいは酸水素バーナの火炎中に混在してい
る光吸収損失の原因となる遷移金属イオン、ＯＨイオン
などが混入しない。そのため低損失光スターカプラを実
現することができる。

また上記間接加熱法は光ファイバ束に不要な変形を起こ
させることなく、精密な形状制御を行うことができるの
で、光分配偏差を小さくすることができる。さらに、ガ
ラス管２でつねに保護されているので、環境変化に対し
て特性が安定しているとか、最終形状を一貫プロセスで
実現できるので低コスト化を期待できるなどの特徴を有
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図の構成には次のような点に問題があることがわか
った。ガラス管２に石英ガラス管を用い。

この石英ガラス管２内に、ひねり・融着・延伸部３を有
すも光ファイバ束（この場合、２本の光ファイバｌａ、
ｌｂからなる束）を挿入した。そしてこの石英ガラス管
２の両端部にニボキシ系の接着剤４を封入して石英ガラ
ス管２と光ファイバ束を接着、固定した。そしてこのよ
うにしてでき上がった光ファイバ型スターカプラの温度
試験を行なった。すなわち、光ファイバ型スターカプラ
を恒温槽内に入れ、−３０’Ｃから＋９０’Ｃまでの間
を連続的に、あるいは断続的に変化させ、上記温度範囲
内を４〜６サモ 繰り返し、光ファイバ型スターカプラの光学特性（過剰
損失２分配偏差特性）をオンライン観測した。ところが
、上記試験中に過剰損失２分配偏差が変動することがわ
かった。この原因を調べるために恒温槽の中から光ファ
イバ型スターカプラを取り出して見ると、接着剤４を充
填した部分の石英ガラス管にクラックが入っているもの
や、割れて光ファイバ束の保持機能がなくなってしまっ
たものなどがあった。石英ガラス管にクランクが入って
割れるのは、石英ガラス管とエポキシ接着剤の集膨張係
数が約１ケタちがい、エポキシ接着剤のそれの方が大き
いために、温度上昇にともなって接着剤が膨張して内部
に応力が発生するが、周囲、特に径方向への応力のにげ
がほとんどないために石英ガラス管にクラックが入った
り、割れたりするものと考えられる。この現象は接着剤
の充＋！Ｊ、量が多いほど、また石英ガラス管の内径と
光ファイバ束とのすき間が多いほど顕著に生ずることが
わかった。すなわち、これは光ファイバ束の保持能力を
増大させるほど、光学特性の変動が大きくなるという相
反する特性をもっていることがわかった。この石英ガラ
ス管のクラック、割れによって、光ファイバ束の石英ガ
ラス管内への保持のされ方が異なったり、光ファイバ束
の軸方向への圧縮、または引張応力が加わったりするこ
とによって光ファイバ型スターカプラの特性が変動した
ものと考えられる。また、このような光ファイバ型スタ
ーカプラに振動試験やｍ撃試験などの信頼性試験を加え
ると、光学特性をさらにはげしく変動させることになり
、実用性がそこなわれてしまうという問題点もある。

本発明の目的は、上記問題点を解決させることのできる
光ファイバ型スターカプラを実現させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ガラス管の両端部の接着剤を充填する部分
のガラス管に穴又はスリットなどの開口部を少なくとも
１つの設けることにより達成される。

〔作用〕

温度変化による過剰損失２分配偏差の変動は。

ひねり・融着・延伸部３に加わる引張り応力や圧縮応力
によるマイクロベンディングロスの変動と、それぞれの
光ファイバのコアモードからクラッドモード、クラッド
モードからコアモードへの変換係数の変動に起因してい
る。これは、ガラス管と接着剤の熱膨張係数のちがいに
よって生ずる内部応力が径方向に強く発生し、ガラス管
にクラックや割れを生じさせたり、また軸方向への膨張
、圧縮を生じさせることに起因していると考えられる。

これらを抑圧するためには、ガラス管両端部の光ファイ
バ束保持部が変動しないようにしっかりと固定され、ひ
ねり・融着・延伸部３に不要な外力。

振動、衝撃が加わらないようにしなければならない。ガ
ラス覇の両端部の接着剤を充填する部分のガラス管に開
口部１例えば複数個の六を設けるか。

スリットを設けるようにすれば、温度上昇によって接着
剤が膨張しても上記複数個の穴、またはスリットによっ
て上記膨張によって生じる応力が緩和される（すなわち
、膨張した接着剤が上記穴、またはスリットを通してガ
ラス等の外側にでていくので、応力が緩和される）ので
、ガラス管にクラックが入ったり１割れが生じたりする
ことが抑圧される。穴、スリットの数が多い程、上記緩
和効果は大きい。すなわち、ガラス等に開いている穴、
スリットなどの開口部の面積が多い程、緩和効果が大き
い。

〔実施例〕

第１図に本発明に用いるガラス管の実施例を示す。ガラ
ス管の両端部１０ａ、１０ｂの接着剤を充填する部分に
は穴８ａ〜８ｈ、８ｉ〜８ｑが開けられている。この穴
は多い方がよく、また、穴径も大きい方がよい。穴をあ
ける位置は管の上下。

左右、のどとく対称性をもたせてもよく、また、非対称
でもよい。９ａ〜９ｄはガラス管２内のひねり・融着・
延伸部３を保護するために充填する充填剤挿入穴であり
、これはあってもなくてもよい。また上記８ａ〜８ｑが
あると、接着剤の充填が促進されるという別の効果もあ
る。

第２図は本発明の光ファイバ型スターカプラの実施例を
示したものである。ガラス管２内にひねり・ＦＡ著・延
伸部３が形成された光ファイバ束が挿入されており、そ
の管の両端部１０ａ、１０ｂに接着剤４により、ガラス
管と光ファイバ束が固定されている。なお、たとえガラ
ス管２にクラックあるいは割れが入っても、同図のごと
く管の外周にも接着剤を被覆しておけば、クラックある
いは割れによる光ファイバ束を保持することができる。

第３図は本発明の光ファイバ型スターカプラの別の実施
例を示したものである。すなわち、ガラス管２を保温お
よび断熱効果を有するクッション材１２で覆い、その上
を高分子材料のチューブ１１で被覆した構成である。ク
ッション材１２としては、たとえば、ポリウレタン、シ
リコーン。

スチロール、などの材料からなるものである。

１１の高分子材料のチューブとしては、たとえば。

熱収縮性チューブ（シリコーン樹脂、フッ素樹脂、など
）を用いる。クッション材１２で被覆されているので、
たとえば周囲温度が一３０℃の低温度域に徐々に変化し
ていっても、クッション材は保温および断熱効果を有し
ているので、ガラス管２内の温度は上記温度よりも高い
温度に保たれる。

これによって、ガラス管両端部１０ａ、１０ｂ部分の圧
縮応力も緩和され、光ファイバへの不要な応力が加わり
にくくなる。また、上記低温度域において機械的振動お
よびＷｆ撃が加わってもクッション材により光ファイバ
には上記振動および衝撃が緩和される。

第４図も本発明の光ファイバ型スターカプラの別の実施
例を示したものである。これは第１図に示したガラス管
２とちがって、ストレートのガラス管１３を用いた場合
である。ガラス管の形状は、第１図、第４図のように、
任意形状のものを使える。接着剤４の塗布も、ガラス管
内のみ、あるいはガラス管の外側表面にも付着するよう
にしてもよい。さらに、ひねり・融着・延伸部３の外周
表面上には、高分子材料、ガラス材料、全屈材料、ある
いはこれらの混合材料などが塗布されていてもよい。す
なわち、従来構造の場合には、このような材料を被覆し
ておくと、光ファイバ束に圧縮応力あるいは引張り応力
が加わることによってクラッドモードが上記材料で吸収
されて損失になってしまったり、クラッドモードの伝搬
条件が異なったりして、過剰損失２分配損失に変動をき
たすおそれがあった。しかし１本発明の場合には、光フ
ァイバ束への圧縮応力、引張り応力が非常に小さいので
、上記のような材料を被覆しておいてもよい。そしてこ
の被覆は、光ファイバ束の機械的強度を補強してくれる
ので、有効なものである。

また接着剤４には高分子材料中に、ガラス、金属（ボロ
ン、アルミニウム、など）などが含まれていれば等価的
に接着剤の熱膨張係数を小さくすることができるので、
クラック、割れ防止に有効である。第４図の例では、管
の軸方向に設けられた金属線１５がこの役目をはたす。

次に、第２図の光ファイバ型スターカプラを用いて温度
試験を行なった結果について述べる。石英ガラス管２の
両端部１０ａ、１０ｂ　（外径６ｍｍφ、内径４．５ｍ
ｍφ）に６個（上下それぞれ３個ずつ。）ずつ穴（直径
１．５〜２．０ｍｍφ）を穴け、ひねり・融着・延伸部
３を有する光ファイバ束を石英ガラス管内に配置させ、
そして、エポキシ系接着剤（５分間硬化型アラルダイト
接着剤、小西株式会社製品。

製品名ボンドクイック５）を充填して固化させた。

この光ファイバ型スターカプラを恒温槽内に入れて、−
３０℃から＋９０℃の間を温度上昇、温度降下、温度上
昇、・・・・・・・・のごとく６サイクル繰り返した。

その結果、過剰損失および分配偏差の変動量は±０．４
　ｄ　Ｂ以下と極めて小さかった。

また恒温槽からとりだして見たが、ガラス管両端部１０
ａ、１０ｂにはクラックはもとより、割れも入っていな
かった。次に第３図のごとくポリウレタン製のクッショ
ン材１２でガラス管２を覆い、その上にシリコーン熱収
縮性チューブで被覆したものについて、同様の温度試験
と、さらに振動試験を行なったが、過剰損失、分配偏差
の変動量は±０．２６　ｄ　Ｂとなり、先の結果よりも
改善されていることがわかった。また振動試験結果も上
記変動量は±０．１ｄＢ以下と良好であった。さらに、
地上１ｍの高さから地面への落下試験を行なったが、３
０回程度の繰り返し試験を行なった後の過剰損失９分配
偏差の変化はほとんどｗ１潤されなかった。

以上のように、本発明の構成の光ファイバ型スターカプ
ラは非常に信頼性にすぐれていることがわかった。本発
明は上記実施例に限定されない。

ガラス管には穴以外にスリットを設けてもよい。

また光ファイバの本数は２本以上、百数十本程度でもよ
い。また接着剤の中には、ガラス、金属。

磁器などの粉末状のもの以外に、棒、管、板状のものな
どでもよい。さらに、接着剤としてはエポキシ系以外に
、紫外線硬化型接着剤、可視光硬化型光学用接着剤（た
とえばメタアクリレートエステル系）、熱可塑性、熱硬
化性、エラストマーなど種々のものを使うことができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、温度変動に対して、過剰損失。

分配偏差の変化が非常に小さく、また温度変動によって
ガラス管へのクラック、割れの発生がなく、さらに、機
械的振動やＷＩ撃が加わっても上記過剰損失２分配偏差
の変化がほとんど生じず、信頼性の高い光ファイバ型ス
ターカプラを実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ型スターカプラに用いるガ
ラス管の実施例、第２図、第３図および第４図はそれぞ
れ本発明の光ファイバ型スターカプラの実施例、第５図
は本発明者が先に提案した光ファイバ型スターカプラの
概略図である。 ｌａ、ｌｂ・・・光ファイバ、２，１３・・・ガラス管
、３・・・ひねり・融着・延伸部、４・・・接着剤、７
・・・充填材、　８　ａ〜８　ｑ、　９　ａ〜９　ｄ−
・穴、ＬＯａ、１０ｂ・・・ガラス管両端部、１１・・
・高分子材料のチューブ、１２・・・クッション材。 １５・・金属線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ型スターカプラのひねり・融着・延伸部
   がガラス管で覆われ、その管の両端部に接着剤を充填す
   ることにより、光ファイバと該管とを固定した構成にお
   いて、ガラス管の両端部の接着剤を充填する部分のガラ
   ス管に少なくとも１つの開口部を設けた光ファイバ型ス
   ターカプラ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記ひねり・融着
   ・延伸部が高分子材料、ガラス材料、金属材料、あるい
   はこれらの少なくとも２つの組み合せ材料で被覆された
   光ファイバ型スターカプラ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記ガ
   ラス管をクッション材で被覆したことを特徴とする光フ
   ァイバ型スターカプラ。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記クッション材
   の外周を高分子材料のチューブで覆ったことを特徴とす
   る光ファイバ型スターカプラ。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかにおい
   て、前記ガラス管の両端部の側周も接着剤で覆ったこと
   を特徴とする光ファイバ型スターカプラ。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかにおい
   て、ガラス管の両端部の管内に充填する接着剤中にガラ
   ス、金属、磁器のいずれか、あるいはこれらの組み合せ
   たものが含まれていることを特徴とする光ファイバ型ス
   ターカプラ。