JPS638708A - 分散シフトファイバの接続方法 - 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］ この発明は、零分散波長が、１．４　μｍから１．７μ
ｍの範囲にある単一モード光ファイバを、外部加熱源を
用いて融着接続する方法に関するものであり、４４￥に
、融着する際に生ずるコアの太り（後記のように押込み
により生ずる）と、伝送損失との関係に関するものであ
る。

［従来の技術］ ・融−７′才”　の−Ｑｒメ寸１　： コアの太りについて説明する前に、光ファイ／への融、
１２′７接続の概略を、アーク放電の場合について述べ
る（第２ａ−ｅ図）。

■光ファイバ１０をセットする（第２ａ図）。

２０は電極である。

■予備放電をして（第２ｂ図）、端面をクリーニングし
、平坦化する。

■光ファイバ１０を突合わせる（第２ｃ図）。

■押込みながら、放電し、融着する（第２ｄ図）。

■そして接続終了となる（第２ｅ図）。

その後、接続部分を補強して完了する。

・コアの太番について： ところで、上記■の放電融着時に、両光ファイバの間に
わずかでも隙間があると、加熱によりガラスファイバが
蒸発し、その結果、両方の光ファイバ１０は、第３図の
ように、融着しないで離れたまま、端面が丸まってしま
う。

それを防ぐために、上記のように光ファイバ１０を互い
に押付けた状態で、放電加熱するのであるが、その押付
けのために、通常、２０〜１００ｇｍの光ファイバ長に
相当するガラスが高温加熱領域に押込まれる。

そして、その結果、第４図のように、コア１２の融着部
分１４が太くなる。１６はクラッドを示す。

このコアの太りと、各種ファイバの接続損失との関係を
、次に説明する。

番　モード　ファイバ　コアの　Ｉ： 結論から先に述べると、多モード光ファイバに対しては
、コアの太りは良い働きをする。

コア径が５０〜１００ルｌ程度、比屈折率差Δが０．８
〜３％程度の多モード光ファイバでは、コアが太った分
だけモードの分布が広がる。

このことは、仮に２本の光ファイバのコアの中心軸にズ
レ（いわゆるコアの偏心）が存在しても、その影響が相
対的に減じられることになる。

・′Ｔ合の単一モード′−ファイバ　コアの　Ｉ：ここ
でいう通常の単一モード光ファイバというのは、零分散
波長が１．３　ｇｒｍのファイバのことである。一般に
第６図中に示すようなステップ型の屈折率分布を有し、
正規化周波数Ｖが２．４前後である。

なお、ここでいう正規化周波数■は次の（１）式で表わ
される量である。

入は光源の波長、 ａはコアの半径、 ｎはコアの屈折率、 Δは比屈折率差 である。

この通常の単一モード光ファイバでも、押込みの結果、
コア１２の融着部分１４は、第５図のように（誇張して
いるカリ、やはり太る。

ところで単一モード光ファイバでは、伝搬する光は、コ
アだけでなく、コアからいくらかはみだして、クランド
中をも伝搬する。その量は、Ｖ値に依存しているが、伝
搬光エネルギー全体のｌＯ〜３０％程度といわれている
。

このパワーの広がりを表わすパラメータとして、モード
フィールド径が用いられる。

第６図に、モードフィールド径のコア半径および比屈折
率差Δに対する依存性を示した。

なお、この場合のモードフィールド径は、ガウス・フィ
ツト型の定義（半径方向にガウス分布状の強度分布を有
する光ビームでファイバを励振するとき、最も効率良く
光が励振されるところの光ビームのｌ／ｅ直径）で計算
したものである。

この図から分るように、コア径が変化しても。

通常の単一モード光ファイバでは、モードフィールド径
の変化は小さい。

たとえば、比屈折率差Δ＝０．３％のとき、コア半径の
１０％変動に対してモードフィールド径変動は４〜５％
の変動にとどまる。

また、第６図に示した波長１．３ｐ脂用のファイバでは
コア半径が大きくなると、モードフィールド径も大きく
なる。

したがって、融着接続部でコア径が少し太っても、接続
特性に悪い影響のないことが分る。

１１￥実、この１．３ｇｍ用の単一モード光ファイバに
対して、アーク放電型の融着接続機を用いて、融着中の
押込み量が２０〜３０ル■で、平均的に、０．１　ｄＢ
の接続損失を得ている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、本発明で問題としている、零分散波長を１．
４１Ｌ履以上の領域に動かした光ファイバ（以下分散シ
フトファイバという）では、２に情が異る。

・）　シフトファイバについ　： はじめに分散シフトファイバについて若干説明を加えて
おく。

従来から知られているように、現在光通信に最も多く使
用されている石英系光ファイバの低損失波長領域は、１
．４〜１．７　ＪＬｍの波長域（望ましくは１．５〜１
．８μ厘の波長域）にある。

すなわち、長距離無中継伝送を行うにはこの波長域が適
しており、光源として１０　ｍＷの出力を有するレーザ
ダイオードを用いて２５０　ｋｍの無中継伝送が可能で
あることが示されている。

一方、伝送速度についてみると、いわゆる波長分散によ
る伝送波形の歪の影響がある。

これまで最も良く使用されてきた単一モード光ファイバ
（第６図中に示すような、コア径約１０ル１、比屈折率
差Δ＝０．３％のもの）では、波長分散は、第７図の実
線で示すように、波長１．３μｍで零となり、それ以上
の波長では大きい値を持つ。

たとえば、伝送損失がもっとも小さくなる波長１．５５
　ｇｍにおいては、波長分散値は、約１７〜２０ｐｓ／
ｋｍ／ｎ　、ＬＬ　ｌとなり、光源のスペクトル幅が４
ｎ層、１０００に鳳伝送のとき、せいぜい６０Ｍｂｉｔ
／ｓｅａ程度の情報伝送しかできない。

そこで、これを改善するために考えられたのが分散シフ
トファイバで、波長分散曲線を第７図の一点鎖線で示す
ようにシフトさせたものである。

この分散シフトファイバでは、零分散波長を１．５ＡＬ
！ｌ付近にシフトさせるために、屈折率分布に工夫をこ
らし、たとえば第８図のような分布にしている。

ところで、一般に、光ファイバの波長分散は、■材料分
散と■導波路分散との和で表わされるが、材料分散は光
ファイバの屈折率分布にあまり左右されない。

そこで、第９図のように、１．５５μ■付近において、
導波路分散が、材料分散と異符号でかつ絶対値が等しく
なるようにして、波長分散を零としている。

そしてそのためには、光ファイバの比屈折率差Δを０．
６５％もしくはそれ以上にして、十分に大きい導波路分
散を得る必要があり、第８図の屈折率分布をとる光ファ
イバにおいても、同様なパラメータとしている。

・）　シフトファイバのコアの′動とモードフ二土上葺
： 第１０図は、いわゆるガウス型の屈折率分布を有する光
ファイバ（第１１図）のモードフィールド径の、コア径
および比屈折率差Δに対する依存性を示している。なお
、この場合のコア半径ａは、クラッドから見た比屈折率
差がピークの比屈折率差Δの１／ｅに減じられる半径で
ある。

この図から分るように、分散シフトファイバにおいては
、コア径が太くなると、急激にモードフィールド径が減
少する。

たとえば、零分散波長が１．５５４ｒｍの場合、コア半
径が１０％増大すると、モードフィールド径は２０〜３
０％も減少する領域があることが分る。

この減少は、分散シフトファイバに特有の現象である。

この点について定性的な説明を加えれば、次のようにな
る。

すでに説明したように、分散シフトファイバでは、零分
散波長を長波長側にシフトするため、導波路分散を大き
くして、材ネ１分散と相殺している。材料分散は、光フ
アイバ材料であるガラスの屈折率が波長依存性を持つた
めに生じるものであるので、酸化物型ガラスであれば、
それほど大きい差は生じない。

一方、導波路分散が大きいということは、定性的にいえ
ば、光ファイバを伝搬する光のモードの広がり（すなわ
ちモードフィールド径）が波長の変化に対して、非常に
敏感になっていることであところが、光の波長とコア径
とは、（１）式からも分るように、相対的なものであり
、波長変化に対してモードフィールド径が敏感な光ファ
イバは、コア径の変化に対してもモードフィールド径が
非常に敏感であるということができる。

その結果、分散シフトファイバのコア径が、光ファイバ
の長さ方向に変動すると、モードフィールド径も大きく
変化するのである。

通常の単一モードファイバの場合と同様に、融着部分１
４においてコア１２の径は太る（ｆ５５図参照）、コア
径が太ると、第１０図のように、モードフィールド径は
逆に小さくなる。

通常光ファイバには、小さいながらもコアの偏心が存在
する。そのため、モードフィールド径が小さくなると、
偏心量がモードフィールド径に対して相対的に大きくな
り、接続損失が増大する方向に動く。

別の見方をすれば、伝送損失の安定性からみて、光ファ
イバの長さ方向にコア径の変動がないことが望ましいこ
とになる。

なお、参考データとして、モードフィールド径をＭｆｄ
、　２本の光ファイバｌＯの軸ずれ量をｄとするときの
、接続損失Ｌｊを次式に示す。

これを図示すると、第１２図のようになる。

この図から、たとえば、モードフィールド径１０　ＪＬ
ｍの光ファイバを接続したとき、軸ずれｄが１鉢膳あれ
ば、接続損失が０．１７ｄＢになることが分る。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、以上のように、分散シフトファイバにおい
ては、コア径が太くなると、急激にモードフィールド径
が減少するという特有の現象があり、モードフィールド
径が小さくなると、接続するファイバのコアの間に軸ず
れがあると接続損失が増大する方向に動く、という自然
現象に対する新しい認識にもとづくものである。

そして、その問題解決のために、コア径が太らない程度
に、光ファイバの押込み量を最小限度にとどめる、とい
う手段をとるようにしたものである。

［その説ｒ！ｌ′ｌ］ （１）すでに述べたように、融着を確実に開始するには
、第１ａ図のように、押込み作業を省略することができ
ない。

しかしながら、その量をできる限り少なくすることが望
ましい。

すなわち、押込み量が零であれば、光ファイバは融着し
ない（第３図参照）シ、従来のように、押込み量を２０
〜１００　ｇｗｒ程度にすると、コアの太りが生じる。

したがって、その中間に、コアの太りを生じない押込み
量がある。

種々の検ａ＝ｔを行った結果、　ｌＯＩＬｍ以下の押込
み量が、良い結果を与えることが分った。特に望ましい
状態は、　５牌層以下であった。

（２）いったん融着状態を達成したら、放電のみを持続
して光ファイバの押込みを停止するようにする。

全放電時間は、０．５〜５　ｓｅｃの範囲が良い。

ただし、この放電（加熱）時間があまり短いと、接続点
の機械的強度が低くなる。

これは、いずれにしても最終的に必要な光伝送システム
に対して決定すべきことであろう、たとえば海底光ケー
ブルのように光ファイバの許容歪が大きい場合には、放
電時間の注意が必要である。

（３）最終的に得らにれる融着接続部の形状は、第１ｂ
図のように、くびれ１８の生じることが多い、しかし内
部のコア１２の形状はほぼ均一径であり、不整はほとん
どなくなる。

［実験例１ 零分散波長１．５４．菖、モードフィールド径８ｇｍ　
、サンプル数３０点の光ファイバに対して、接続損失は
、平均値０．１０　ｄＢ、最悪値０．２８ｄＢであった
。

ちなみに、従来法では、平均値０．２５　ｄＢ、　＠悪
値０．９５　ｄＢであった。

［発明の効果１ ２本の分散シフト単一モード光ファイバの端面を整形し
、突合せ、互いに押付け、かつ相対的に押込む状態で、
外部加熱源を用いて融着接続し、引続き加熱を行い完全
に融着する方法において、融着の後、コア径が太らない
程度に、前記光ファイバの押込み量を最小限度にとどめ
るようにするので、低損失接続が回部になる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図はアーク放電による融着接続の説明図、 第１ｂ図は本発明による光ファイバの接続部の説明図、 第２ａ図〜第２ｅ図は、アーク放電による融着接続を工
程順に示した説明図、 第３図は、押込みがないとき光ファイバが融着されない
ことの説明図、 第４図は、従来法による多モード光ファイバの融着部の
説明図、 第５図は、従来法による通常の単一モード光ファイバの
融着部の説明図、 第６図は通常の単一モード光ファイバのモードフィール
ド径とコア半径との関係を示す図、第７図は、通常の単
一モード光ファイバと分散シフトファイバの、波長分散
および伝送損失の、波長に対する依存性を示す図、 第８図は各種の分散シフトファイバの屈折率分布図、 ｔｊＳＱ図は波長分散を零にするための原理の説ｌＪ１
図、 第１０図は分散シフトファイバのモードフィールド径の
コア半径および比屈折率差Δに対する依存性を示す図、 第１１図はガウス型屈折率分布の説ＩＪ１図、第１２図
は、分散シフトファイバの正規化された軸ずれ量と接続
損失との関係の図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）零分散波長が、１．４μｍから１．７μｍの範囲
   にある２本の単一モード光ファイバの端面を整形し、突
   合せ、互いに押付け、かつ相対的に押込む状態で、外部
   加熱源を用いて融着接続し、引続き加熱を行い完全に融
   着する方法において、融着の後、コア径が太らない程度
   に、前記光ファイバの押込み量を最小限度にとどめるこ
   とを特徴とする、単一モード光ファイバの接続方法。
2. （２）外径が１２５μｍの２本の光ファイバの端面を、
   突合わせた状態から計算して、前記押込み量が１０μｍ
   以下になるように押付けることにより、コア径が太らな
   いようにすることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   に記載の単一モード光ファイバの接続方法。
3. （３）端面を整形してから、突合せ、かつ互いに押付け
   るまでの間に、光ファイバの端面のクリーニングを行う
   ための加熱工程を追加したことを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の単一モード光ファイバの接続方法
   。
4. （４）加熱源として、酸素水素火炎・炭酸ガスレーザ・
   アーク放電のいずれかを用いることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載の単一モード光ファイバの接続
   方法。