JP3210540B2 - 光ファイバの接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一対の光ファイバを整列
部材内に対向配置して接続する光ファイバの接続方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光ファイバの接続方法と
して図７に示すものが知られている。

【０００３】この光ファイバの接続方法は、予め接続端
面側の被覆を除去した一対の光ファイバ１と、各光ファ
イバ１を接続する整列部材例えばガラスチューブ２と、
各光ファイバ１を固定する上下の固定部材３ａ，３ｂを
用意しておき、まず、ガラスチューブ２で横方向に貫通
する接続用の貫通穴２ａに各光ファイバ１を対向して挿
入する。次いで、被覆が除去されていない各光ファイバ
１の部位を下固定部材３ｂの所定位置に載せ、この各光
ファイバ１を上固定部材３ａで挟んで固定する。

【０００４】これにより、各光ファイバ１が接続される
が、この接続精度を高めるため、ガラスチューブ２の貫
通穴２ａの径は光ファイバ１の外径（被覆を除去したク
ラッド外径）よりも僅かに大きくして光軸ずれを小さく
し、０．５ｄＢ以下の低損失の光接続を実現している。

【０００５】なお、このガラスチューブ２の代わりに、
図示しないがＶ溝を形成した接続部材を用意し、このＶ
溝に一対の光ファイバ１を対向配置し、これを均等の圧
力で押圧して固定する方法も採用されている。

【０００６】ところで、このような光ファイバの接続方
法において、各光ファイバ１の接続端面はその劈開時に
バリが形成され、このバリにより各光ファイバ１に押圧
力を加えても完全に密着しないことが多々あった。

【０００７】このため、従来はガラスチューブ２の整合
剤収容穴２ｂ内に屈折率整合剤４を入れ、この屈折率整
合剤４を各光ファイバ１の接続部分の空隙に充填するこ
とにより、反射減衰量を向上させている（光の反射を低
減している）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この屈
折率整合剤４の屈折率温度依存性（１０^-4のオーダ）
は、光ファイバ１の屈折率温度依存性（１０^-5のオー
ダ）に対して一桁大きくなっている。

【０００９】このため、室温では反射減衰量を５０ｄＢ
程度にすることができるが、極暑地域で電装装置内に光
ファイバ１が設置されているときは、その雰囲気温度が
７０℃程度の高温となり、また、極寒冷地域ではー２０
℃程度の低温となるため、屈折率整合剤４と光ファイバ
１との屈折率の整合率が悪化し、反射減衰量が３０ｄＢ
程度に劣化するという問題点を有していた。

【００１０】また、前述の如く、各光ファイバ１の接続
端面を密着させるため、各光ファイバを押圧する場合が
あるが、この押圧力を付与するため、別個にバネ等の押
圧手段を設けなければならないという問題点を有してい
た。

【００１１】本発明の目的は、前記従来の課題に鑑み、
光ファイバの押圧手段及び温度変化に対して不安定な屈
折率整合剤を用いることなく、反射減衰量が高くかつ安
定した光接続が可能な光ファイバの接続方法を提供する
ことにある。

【００１２】前記課題を解決するために、本発明は、被
覆を除去した一対の光ファイバを整列部材の貫通穴或い
はＶ溝などの接続部に対向配置し、しかる後、該整列部
材を間にして固定部材により該各光ファイバを固定する
光ファイバの接続方法において、前記各光ファイバを劈
開して接続端面を形成し、該劈開面の周縁のバリを、前
記各光ファイバ中心部の劈開面が露出するように除去し
て該接続端面を予め整形するとともに、前記各光ファイ
バを前記固定部材で固定する際、前記整列部材と該固定
部材との間で該各光ファイバを座屈させて該各光ファイ
バに押圧力を与え、前記劈開面を密着させることを特徴
とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【作用】本発明によれば、光ファイバを固定部材で固定
する際に、整列部材と固定部材との間で各光ファイバを
座屈させるため、対向する各光ファイバの接続端面が互
いに押圧される。ここで、各光ファイバの接続端面が予
め整形されているため、各光ファイバの接続端面が密着
して接続し、挿入損失、反射減衰量ともに従来技術と同
等以上の特性が得られる。また、接続端面の整形工程
が、劈開のうえ周縁のバリ除去整形で行われ、簡易なも
のとなっている。

【００１８】請求項２の発明によれば、各光ファイバを
座屈させる長さを、各光ファイバの弾性係数と断面２次
モーメントとの積を所定の押圧力で除した値の平方根に
２πを乗じた値に設定しているから、各光ファイバを座
屈させる長さ（以下、座屈長という）によって各光ファ
イバの押圧力を制御でき、所要の押圧力を得ることがで
きる。

【００１９】請求項３及び請求項４の発明によれば、接
続端面の整形工程が、平面整形、或いは、劈開のうえ周
縁のバリ除去整形で行われ、簡易なものとなっている。

【００２０】請求項５の発明によれば、各光ファイバの
接続端面を凸曲面に整形しているので、各光ファイバを
対向して押圧するとき、各光ファイバの中心側から密着
し、たとえバリが接続端面の周縁にあったとしても確実
に密着接続することができる。

【００２１】

【実施例】図１乃至図４は本発明に係る光ファイバの接
続方法の第１実施例を示すもので、図１は光ファイバの
接続状態を示す断面図である。なお、従来例と同一構成
部分は同一符号をもって表す。

【００２２】この光ファイバの接続方法では、予め接続
端面側の被覆を除去した一対の光ファイバ１と、各光フ
ァイバ１を接続する整列部材例えばガラスチューブ５
と、各光ファイバ１を固定する上下の固定部材３ａ，３
ｂを用意する。

【００２３】ここで、各光ファイバ１はクラッド外径１
２５μｍの１．３μｍ帯通信用ガラス光ファイバを用
い、その接続端面に予め低反射研磨（アドバンストＰＣ
研磨(Ando et.al,NTT REVIEW,pp.110-121,1991)）を施
し、端面整形しておく。また、ガラスチューブ５はその
接続用の貫通穴５ａの径が１２６μｍとなっており、光
ファイバ１のクラッド外径より僅かに大きいしている。

【００２４】このような各部材を用意したときは、ま
ず、ガラスチューブ５の貫通穴５ａ内にそれぞれ逆方向
から接続すべき各光ファイバ１を挿入する。次いで、各
光ファイバ１が座屈するよう撓ませ、この座屈した状態
でガラスチューブ５を間にして各光ファイバ１を上下の
各固定部材３ａ，３ｂで挟んで固定する。これにより、
各光ファイバ１が接続される。

【００２５】このような光ファイバの接続方法におい
て、光ファイバ１の圧縮力と縮み量との関係を図２に示
す。ここで、Ｌとは各光ファイバ１の座屈長であり、ｄ
とは各光ファイバ１の保持状態で各固定部材３ａがガラ
スチューブ５側に移動したときの移動長さ（縮み量）で
あり、Ｐとはｄ移動させるために必要な圧縮力を示す。

【００２６】この図２に示されているように、ｄが小さ
い領域では光ファイバ１は弾性圧縮されＰはｄに比例し
て増加し、光ファイバ１が一旦座屈するとｄを変化させ
てもＰは変化しない（この変化しなくなったときの極限
値Ｐｃを座屈力と呼ぶ）。即ち、光ファイバ１が座屈し
たときは、ｄがいかなる値であっても一定の押圧力が光
ファイバ１の接続端面に加わることになる。

【００２７】従って、本実施例によれば、光ファイバ１
を押圧するためのバネ手段が不要となると同時に、バネ
手段のように縮み量に比例して押圧力が増加することが
なく、安定した押圧機構となっている。

【００２８】また、光ファイバの座屈力Ｐｃは、 Ｐｃ＝４π²ＥＩ／Ｌ²（式１） で決定される。ここで、Ｅは光ファイバの弾性係数、Ｉ
は断面２次モーメントであり、ガラス光ファイバの場合
は、Ｅ＝７６ＧＰａ、Ｉ＝１．２×１０^-17ｍ⁴である。
必要な押圧力がＰである時、式１を変形し、 Ｌ＝２π（ＥＩ／Ｐ）^1/2（式２） によって光ファイバ１の座屈長Ｌを決定することができ
る。例えば、押圧力として０．７Ｎ必要なときは式２よ
りＬ＝７ｍｍとすれば良い。

【００２９】従って、本実施例によれば、荷重計などを
用いることなく光ファイバ１の座屈長により必要な押圧
力が設定でき、簡便なものとなっている。

【００３０】次に、本実施例に係る光ファイバの接続方
法において、光ファイバの縮み量と挿入損失及び反射減
衰量との関係を図３に示す。ここで、光ファイバ１の座
屈長をＬ＝７ｍｍとした場合の光ファイバ接続部の挿入
損失と反射減衰量を縦軸に、ｄを横軸に示す。

【００３１】この図３から明らかなように、ｄが小さい
領域では光ファイバ１が完全に密着しておらず、挿入損
失及び反射減衰量が不安定となっている。ｄの増加でこ
れらが徐々に安定し、光ファイバ１が座屈した状態で完
全に安定した状態となっている。この例では挿入損失
０．０５ｄＢ、反射減衰量５０ｄＢが得られており、光
ファイバ１の接続端面整形及び座屈に伴う押圧力によ
り、従来の光ファイバ接続技術と同等以上の光接続特性
を示している。なお、光ファイバ１の接続端面の研磨精
度を上げるときは、更に反射減衰量が向上することはい
うまでもない。

【００３２】この状態で雰囲気の温度を変化させたとき
の挿入損失及び反射減衰量の変化を図４に示す。本実施
例に係る接続方法において、各固定部材３ａと光ファイ
バ１の膨張率の差から温度変化によりｄが多少変化した
としても、図２に示すように、座屈力は変化しないの
で、光ファイバ１の接続端面に対する押圧力は安定して
いる。

【００３３】従って、温度が大きく変化したとしても、
図４に示すように、挿入損失及び反射減衰量が大きく変
化せず、従来法と比較してはるかに温度変化に対して安
定な接続方法であることが分かる。

【００３４】なお、ｄを極端に増加させると座屈部の曲
率が小さくなり曲げ損失が発生するのでｄの値には限界
がある。本実施例の如く１．３μｍ帯通信用ガラス光フ
ァイバでＬ＝７ｍｍとした場合は、ｄ＝０．１ｍｍで撓
みは０．５ｍｍとなり、この値を越えると急に曲げ損失
が０．０５ｄＢを大きく超えるおそれがある。従って、
ｄは０．１ｍｍ程度以内とする必要があるが、この値は
光ファイバ接続技術において充分に実施可能な大きな値
である。

【００３５】また、光ファイバ１は曲率が２ｍｍ程度と
なると破壊されるが、たわみが０．０５ｍｍ程度では、
曲率が最も小さくなる座屈長Ｌの長手方向中央部、或い
は、固定部材３ａ及びガラスチューブ５付近で５ｍｍ程
度であり、破壊のおそれはない。

【００３６】以上のように、本実施例によれば、室温で
は従来例と同等以上の光接続特性が得られ、温度変化に
対しては非常に安定な光ファイバの接続方法が実現でき
る。また、光ファイバ１の座屈長Ｌを決定することで簡
便に所要の押圧力を接続面に加えることができるし、ま
た、ガラスチューブ５の外径を細くし並べるときは、多
数の光ファイバ１を非常に高い密度で実装できる。

【００３７】なお、図示しないが、前記第１実施例の光
ファイバ１の接続端面の整形工程において、接続端面の
密着精度を向上させるため、例えば、１μｍ粒径のダイ
ヤモンド砥粒液を用いて平板研磨板上で光ファイバ接続
端面を平面研磨するようにしても良い。この第２実施例
において、光ファイバ座屈長Ｌを８ｍｍとするとき、挿
入損失０．０５ｄＢ、反射減衰量３０ｄＢの光学特性が
得られた。このときの押圧力は０．４Ｎ（約４０ｇｆ）
で小さな値となっている。

【００３８】この第２実施例によれば、各光ファイバ１
の接続端面を対向接続するとき、平面整形された接続端
面が均一に圧接し、接続端面全体の粗さが小さな押圧力
で潰れて密着するし、また、平面研磨は大量生産性に富
むからコストの低減も図れる。なお、研磨砥粒を更に小
さくして平面度を向上させるときは、更に押圧力が小さ
くて済むし、また、反射減衰量の向上が図られることは
いうまでもない。

【００３９】図５の(a)(b)は本発明に係る光ファイバの
接続方法の第３実施例を示すもので、前記第１実施例の
接続端面の整形工程を改良したものである。

【００４０】即ち、光ファイバ接続端面を形成するため
劈開するときは、図５の(a)に示すように、光ファイバ
１の中心部が平坦で、その周縁には通常数μｍ程度の高
さでバリが発生する。第３実施例は図５の(b)に示すよ
うに、このバリを研磨して除去し、光ファイバ１の中心
部の劈開面を露出したものである。

【００４１】この第３実施例によれば、接続端面が反射
特性の良い劈開面で構成され、また、バリの除去と相俟
って光接続特性が向上し、前記第１実施例の接続方法に
本実施例を適用したとき、挿入損失０．０５ｄＢ、反射
減衰量５５ｄＢの良好な光学特性が得られた。また、加
工量が少なく、研磨にかかるコストも低くおさえること
ができる。

【００４２】図６は本発明に係る光ファイバの接続方法
の第４実施例を示すもので、これまた、光ファイバの接
続端面の整形工程を改良したものである。

【００４３】本実施例では、光ファイバ１の接続端面を
図６の破線に示すように凸曲面に形成したものである。
この実施例によれば、図６の白抜き矢印で示すようにＰ
の力で対向圧接するとき、接続端面の中心側がまず圧接
し、その後、図６の実線で示すように中心部の周囲が圧
接するから、たとえ接続端面の周縁にバリ等が発生して
いるときでも、光接続特性の向上に最も重要な接続端面
の中央部分が確実に接触する。

【００４４】なお、前記各実施例では、ガラスチューブ
５を用いて各光ファイバ１を接続する例を説明したが、
このガラスチューブ５の代わりにＶ溝を有する接続部材
を用いるときも、同様な作用を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各光ファイバの座屈を利用して各光ファイバを押圧でき
るため、バネ等の押圧手段が不要であるし、また、各光
ファイバの接続端面の整形と相俟って、各光ファイバの
接続端面が密着して接続し、挿入損失及び反射減衰量と
もに従来技術と同等以上の特性が得られる。また、従来
の如く温度変化に不安定な屈折率整合剤を用いることを
要しないので、安定した光接続特性を得ることができ
る。また、接続端面の整形工程が、劈開のうえ周縁のバ
リ除去整形で行われ、簡易なものとなっている。

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る光ファイバの接続状態を示す
断面図

【図２】光ファイバの圧縮力と縮み量との関係を示すグ
ラフ

【図３】光ファイバの縮み量と挿入損失及び反射減衰量
との関係を示すグラフ

【図４】温度と挿入損失及び反射減衰量との関係を示す
グラフ

【図５】第３実施例に係る光ファイバの接続端面の状態
を示す図

【図６】第４実施例に係る光ファイバの接続状態を示す
側面図

【図７】従来の光ファイバの接続状態を示す断面図

【符号の説明】

１…光ファイバ、２，５…ガラスチューブ、３ａ，３ｂ
…固定部材、４…屈折率整合剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三田地 成幸 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−218415（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−18161（ＪＰ，Ｂ２) 電子情報通信学会大会講演論文集、 1995〔Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｃ１〕（平７− ８−15）ｐ．188 Ｌａｓｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌ ｄ、26〔８〕（1990−８．）ｐ．153− 154 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/24 - 6/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被覆を除去した一対の光ファイバを整列
   部材の貫通穴或いはＶ溝などの接続部に対向配置し、し
   かる後、該整列部材を間にして固定部材により該各光フ
   ァイバを固定する光ファイバの接続方法において、 前記各光ファイバを劈開して接続端面を形成し、 該劈開面の周縁のバリを、前記各光ファイバ中心部の劈
   開面が露出するように除去して該接続端面を予め整形す
   るとともに、 前記各光ファイバを前記固定部材で固定する際、前記整
   列部材と該固定部材との間で該各光ファイバを座屈させ
   て該各光ファイバに押圧力を与え、前記劈開面を密着さ
   せることを特徴とする光ファイバの接続方法。