JPH0218505A - 光ファイバ及び光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〕 本発明は光ファイバ及び光ファイバの接続方法に関し、
特に詳細には、スポットサイズが異なる光フアイバ同士
を低損失で伝送できる光ファイバ及び接続方法に関する
。

〔従来技術〕 一般に光フアイバ同士を接続する方法としては、融着法
とコネクタ接続法とが知られている。

融着法とは、まず接続すべき２本の光ファイバを光ファ
イバ軸に垂直方向に鏡面１ノ断した後、両者の光ファイ
バのコア部を伝搬される光ビームの中心軸が一致するよ
うに調心する。次にコア部同士を対向当接させて配置し
、その対向当接面を高周波加熱装置等で加熱溶融し、両
者を一体化する方法である。

一方、コネクタ接続法とは光コネクタを介して光フアイ
バ同士を接続する方法であり、まず、接続すべき光ファ
イバを光ファイバ軸に垂直方向に鏡面１２１断する。次
に、これらの光ファイバをフェルールに収容し、光コネ
クタに組み込み、２本の光ファイバの光軸か一致するよ
うにフェルールの相互位置を調整して固定している。

以上のような接続方法で、光フアイバ同士の低損失結合
を達成するには、光ファイバの端面を正確に垂直方向に
鏡面切断し、２本の光ファイバの光軸同士を高精度に一
致させて位置調整する必要がある。このような切断、位
置調整の方法は種々考えられてきている。

そして、上記の接続方法では、接続すべき光フアイバ同
士の断面構造かほぼ一致し、切断面の垂直性と光軸の調
心が十分であれば、実用上問題のない低損失の光結合か
達成できている。例えば、同一規格の光ファイバの場合
、例えば、光ファイバのコア径のバラツキは±１０％、
屈折率のバラツキも±１０％以内の物では、このような
光フアイバ同士を融着法で接続したとき、光結合損失は
平均して０．１ｄＢ以下にすることができた。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかし、通常の規格の光フアイバ通信路を特殊構造の光
ファイバで構成された特殊機能を有する部品と接続する
場合や、異なる構造を有する光フアイバ同士を接続する
場合には、スポットサイズ径の異る光フアイバ同士の接
続を行う必要がある。

この様な場合には、光ファイバの端面を正確に垂直切断
しかつ正確に光軸合わせを行い、上記方法で光フアイバ
同士を接続しても、光フアイバ内を伝搬される光ビーム
径か異なっているため、光結合損失を低く押さえること
か出来なかった。そこで、接続する光フアイバ内で伝搬
される光ビームの径の大きさを互いに近づけ、光ファイ
バの接続損失を低減することが考えられていた。この方
法は、例えば、第４図（ａ）及び第４図（ｂ）に示すよ
うに、光ファイバ１．２を融着しだ後（第４図（ａ））
　、接続部を細く引ぎ伸しく第４図（ｂ））　、スポッ
トサイズをいわゆるテーバ化して光フアイバ間のスポッ
トサイズの径の大きさを近つけるものである。この様な
方法は、例えばデイ、ビイ、モルチモア等がエレクトロ
ニクスレタ２２巻、第６号の第３１８頁から３１９頁に
発表した「テーパ状に溶融接続することによる非類似フ
ァイバ間の低損失結合」と題する論文（Ｄ、Ｂ　Ｍｏｒ
ｔｉｍｏｒｅ　ｅｔ　ａｌ、、”Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ　ｊ
ｏｉｎｔｓｂｅｔｖｅｅｎｄｉｓｓｊｍｊｌａｒ　ｆｉ
ｂｅｒｓ　ｂｙ　ｔａｐｅｒｉｎｇ　ｒｕｓｉｏｎｓｐ
ｌｉｃｅｓ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ、
　Ｖｏｌ　２２．　Ｎｏ、６゜ｐｐ３１８−３１９　）
に示されている。しかし、この方法ては光ファイバの外
形が細くなってしまうという問題点かある。

そのため、低接続損失でスポットサイズの変換を可能に
する光ファイバ及びスポットサイズの異なる光フアイバ
同士を低接続損失で接続できる光ファイバの接続方法の
開穴か求められている。

本発明は、スポットサイズを低接続損失で変換できる光
ファイバを提供することを目的とする。

更に、本発明は上記課題を達成し、スポットサイズが異
なる光フアイバ同士を低接続損失で接続できる光ファイ
バの接続方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光ファイバは第１のスポットサイズを有する第
１の部分と、第１のスポットサイズより小さいスポット
サイズを有する第２の部分と、端か前記第１の部分のコ
ア部端面に、他端が前記第２の部分のコア部端面に接続
され、第１のスポットサイズより小さく、第２のスポッ
トサイズより大きい第３のスポットサイズを有する第３
の部分とを含むことを特徴とする。

本発明の光ファイバの接続方法は、スポットサイズの異
る光フアイバ同士を接続する方法であって、第１のスポ
ットサイズを有する第１の光ファイバの端面と、第１の
スポットサイズと異る第２のスポットサイズを有する第
２の光ファイバの端面とを対向させ、その間に第１及び
第２のスポットサイズの間の大きさを有する第３のスポ
ットサイズを有する第３の光ファイバを挿入する工程と
、前記第３の光ファイバのコア部を前記第１及び第２の
光ファイバのコア部に対向させ、光軸合わせをする工程
と、前記第１、第２及び第３の光フアイバ同士を接続す
る工程とを含むことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光ファイバの構造及び接続方法では、スポット
サイズが異なる２本の光ファイバを接続するにあたり、
両者のスポットサイズの中間のスポットサイズを介して
両者を接続し、接続損失の低減を可能にしている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

同一符号を伺した要素は同一機能を有するため重複する
説明は省略する。

第１図は本発明に従う実施例の光ファインくの構造を示
す。

本実施例の光ファイバの構造は、互いに異るスポットサ
イズを有する光ファインく部材同士を図に示すように、
配置接続しである。ここで、光フアイバ部材１．２．３
のクラツド径はほぼ同じてあり、これらのスポットサイ
ズ（図で点線で表している）ｌａ、２ａ、３ａはスポ・
ソトサイズ１ａ、スポットサイズ３　ａ　％スポットサ
イズ２ａの順に小さくなっている。更に、これらの光フ
ァイン（部利１．２．３はほぼ同じクラ・ソド径を有し
て０る。

本発明の実施例の光フアイバ接続するには、まず、互い
に接続すべき光ファイノ曵１．２及びこれらの間に挾み
込む光ファイバ３を互いにその接続端面を対向させてプ
ロ・ツク等に固定保持する。この保持固定の際、光ファ
イバ１．２を光ファイバ軸に対して垂直方向に鏡面切断
し、これらの光ファイバ１．２の接続部が突出するよう
に、■溝か形成されたブロックに固定する。そして光フ
ァイバはこのＶ溝内に置かれる。そして光ファイバが固
定されたブロックを移動調節し光ファイバの切断面が互
いに対向するように配置する。このような■溝に光ファ
イバを入れ、固定することにより光ファイバをブロック
に対して正確に位置決め固定することかできる。

次に光ファイバ軸に対して垂直方向に鏡面切断され、ス
ポットサイズか光ファイバ１．２のものの間の光ファイ
バ３を用意し、光ファイバ１．２と同様にブロックに固
定する。そして固定された光ファイバ１．２の接続面の
間にブロックに固定された光ファイバ３を挾み込む。こ
の挾み込みでは、光ファイバ１．２．３の鏡面切断面か
互いに対向するように配置する。そして、これらの光フ
アイバ間の光軸同士を調心する。この光軸調心は光ファ
イバ１，２．３のそれぞれの対向部上方より単色光を照
射し、各光ファイバの接続部近傍を透過した光の強度分
布に基つき、各ブロックを移動させて行う。この光軸合
わせの方法は公知な方法であるので詳細な説明は省略す
る。また、この光軸合わせの方法は上記方法に限らず、
これ以外の方法でも行うことかできる。

光軸調心が終了した後、光ファイバ１．２．３同士を互
いに融着固定する。この融着固定では各光ファイバの接
続部を放電加熱法により予備加熱し、その後当接させ、
加熱融着する方法を使用する。この融着方法も公知な方
法であるので詳細な説明は省略する。

以下、本発明の方法により接続損失が低減できる原理に
ついて説明する。

光ビームの大きさを表すパラメータであるスポラｉ・サ
イズ（光フアイバ内を伝搬する光の半径方向の電界強度
かその最大値の１／ｅ（ｅは自然対数）となる半径で規
定される。）か、各々ω１、ω２である２本の光ファイ
バの接続損失α８（ｄＢ）は以下の式（１）で表される
ことか、１９７７年発行のベルシステム技術シャナルの
第５６巻、第５号掲載のデイ、マーカス著の「ンンクル
モードファイバ結合の損失分＋ＩＦＪと題する論文（Ｄ
、Ｍａｒｃｕｓｅ　”Ｌｏｓｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏ
ｌ’　Ｓｉｎｇｌｅ−ＭｏｄｅＦｉｂｅｒ　５ｐｌｊｃ
ｅｓ”、　Ｔｈｅ　Ｂｅ１ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈ
ｎｉｃａＪｏｕｒｎａｌ、Ｖｏｌ、５Ｂ、Ｎｏ、５　　
ｐｐ　　７０３−７１８（１９７７））　　に記載され
ている。

・・　（１） 上記（１）式を利用して、スポットサイズがそしぞしω
　、　　、ω　の光ファイバを接続したω ときは、その理論上の接続損失β　は、以下の（２）に
より求められる。

・　（２） 上記（２）式で、ω　及びω２を定数と見なし、■ ω　の関数として、極小値を求めるためω３て微分する
と以下のようになる。

上記（３）式で分母は全て零以上なので分子が零となる
ω３でβ８か最小となる。

したかって、ω１２ω２−ω３ より求められ。以下の（４）式で求められる。

０°５　　　　　・・・・・・（４） ω　＝　（ωＩＸ　（Ｌｌ　２　） ここで、理論上は接続損失が最小となる。

この結果より、スポットサイズの異なる光フアイバ同士
を接続する際、その間に上記（４）式で求められるスポ
ットサイズを有する光ファイバを挿入接続すれば、理論
上、接続損失を最小にすることができる。

上記（１）式を用いて、第４図（ａ）に示すように、１
．３μｍ帯用シングルモード光ファイバの内、スポット
サイズω１＝５μｍの光ファイバ１とスポットサイズω
２＝２μｍの光ファイバ２とを接続したと仮定し、接続
損失α　を計算するとα　は約３．２３ｄＢにも及ぶこ
とになる。こ］　２ れに対して本発明の方法を用い、スポットサイズω３＝
３．５μｍの光ファイバ３を介して、第１図（ａ）に示
すように、上記両者の光ファイバー、２を接続すると仮
定すると、上記（２）式より光フアイバ間の種々の接続
損失を考慮しても総合接続損失は約１．８ｄＢ程度にな
り、接続損失は上記２本の光ファイバを直接接続場合に
比較して６０％以下となることがわかった。更に、光フ
ァイバ１．２を上記条件とおなしにし、挿入する光ファ
イバ３のスポットサイズを変えて、接続損失を上記（２
）式にしたがって求め、接続損失とスポットサイズとの
関係は第２図に様になる。

また更に、上記（４）式より接続損失が最小となるスポ
ットサイズを求めるとω３＝３．１６μｍとなる。そし
てこの時の接続損失β　は１．７６ｄＢとなり、従来に
直接光ファイバ１．２を接続する場合に比較して約５４
％まで低減できる。

更に、第１図（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ３
．６等を上記２本の光ファイバー、２の間に挿入し段階
的にスポットサイズを変えていくと、理論的には接続損
失α　は低減されることが上記（１）式より理論上わか
る。例えばスポットサイズ、ω３＝３μｍの光ファイバ
３とスポットサイズ、ω４＝４μｍの光ファイバ６を第
１図（ｂ）に示すように上記２本の光フアイバ間に挾み
込み接続すると、理論上接続損失α　は約１．３ｄＢに
なることかわかった。したかって、無限の数の光ファイ
バを上記２本の光ファイバー、２の間に挾み込み、スポ
ットサイズを連続的に変えていくと、理論上は接続損失
α　＝０となることか推４ｊすされるか、実際には、光
フアイバ同士を接続する際、光フアイバ間の輔ズレや角
度ズレに伴う接続損失か生じるため、実際の接続の際に
はこの接続損失を考慮しなければならず、挾み込む光フ
ァイバの数は制限される。

本件発明者は、本発明の効果を確認するため、１．３μ
ｍ帯用シングルモード光ファイバで波長か１．３μｍの
光に対してスポットサイズが５．１μｍのものと２．３
μｍのものとを直接接続しその接続損失を測定したとこ
ろ、その接続損失か２．７ｄＢであった。

一方、上記２本の光ファイバの接続部分の間に、１．３
μｍ帯用シングルモート光ファイバで１．３μｍの波長
の光に対してスポットサイズか３、］μｍで長さか約１
ｍのものを挾んで接続し、その接続損失を測定したとこ
ろ、２．２ｄＢであった。このように、本発明の接続方
法は従来の方法に比べて接続損失を低減でき有効である
ことかわかった。

更に、本発明の上記実施例の接続方法では、上記（１）
式で求められる理論上の接続損失は基底モードの場合の
ものであるが、光フアイバ間の接続点ではスポットサイ
ズの変化か不連続であるため、基底モード以外の高次モ
ードの伝搬モードも発生する。そのため、これらの高次
モードの伝搬による損失を防止または低減するため、挾
み込む光ファイバの長さをある程度まで短くすることか
好ましい。

そこで、上記実験例において、挾み込む光ファイハの長
さを変え接続損失を測定したところ第３図に示す結果を
得た。この図からもわかるように接続すべき光フアイバ
間に挾み込む光ファイバの長さか短くなればなるほど接
続損失が小さくなり、長さΩ−０，５ｍｍにすると、接
続損失を１，２ｄＢまで低減できることがわかった。し
かし、融若接続する場合を考慮すると１ｃｍ程度か接続
処理上好ましい。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々の変
形例か考えられ得る。

具体的には、上記実施例で光フアイバ同士を融る一接続
する場合について説明しているか、挾み込む光ファイバ
を光コネクタ等内に組み込み、この光コネクタを介して
光フアイバ同士を接続するようにしてもよい。

また、上記実施例では接続すべき光フアイバ間に挾み込
む光ファイバのスポットサイズ径をその光フアイバ内で
は一定としているか、スポットサイズ径をテーパ状に変
化させた光ファイバを挾み込むようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の光ファイバの接続方法では、先に説明したよう
に、光ファイノ＼通信路を特殊構造の光ファイバで構成
された特殊機能を有する部品と接続する場合や、スポッ
トサイズの異なる光ファイノλ同士を接続する場合等に
おいて接続損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う実施例の光ファイバの構造図、
第２図は、挾み込む光ファイバのスポットサイズと光フ
アイバ間の接続損失との関係を示す図、第３図は、挾み
込む光ファイバの長さと光フアイバ間の接続損失の関係
を示す図、及び第４図は、従来の方法を説明する図であ
る。 １．２．３．６・・・光ファイバ、］、　ａ％　２８％
　３　ａ６ａ・・・スポットサイズ。 実 施 第１図 例 ω３　（μｍ） スポノトザイズと接続損失との関係 第２図 １６日） ■ ２〜′。 一一一 ／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１のスポットサイズを有する第１の部分と、第１
   のスポットサイズより小さいスポットサイズを有する第
   ２の部分と、一端が前記第１の部分のコア部端面に、他
   端が前記第２の部分のコア部端面に接続され第１のスポ
   ットサイズより小さく、第２のスポットサイズより大き
   い第３のスポットサイズを有する第３の部分とを含む光
   ファイバ。 ２、前記第１の部分のスポットサイズをω＿１、前記第
   ２の部分のスポットサイズをω＿２とした時、前記第３
   の部分のスポットサイズω＿３が（ω＿１×ω＿２）＾
   ０＾．＾５の値の近傍に値である請求項１記載の光ファ
   イバ。 ３、スポットサイズの異る光ファイバ同士を接続する方
   法において、 第１のスポットサイズを有する第１の光ファイバの端面
   と、第１のスポットサイズと異る第２のスポットサイズ
   を有する第２の光ファイバの端面とを対向させ、その間
   に第１及び第２のスポットサイズの間の大きさを有する
   第３のスポットサイズを有する第３の光ファイバを挿入
   する工程と、前記第３の光ファイバのコア部を前記第１
   及び第２の光ファイバのコア部に対向させ、光軸合わせ
   をする工程と、 前記第１、第２及び第３の光ファイバ同士を接続する工
   程とを含む光ファイバの接続方法。 ４、前記第３の光ファイバが複数の光ファイバより構成
   され、それらの光ファイバの夫々は互いに隣り合う光フ
   ァイバのスポットサイズの間のスポットサイズを有して
   いる請求項３記載の光ファイバの接続方法。 ５、前記第１の光ファイバのスポットサイズをω＿１、
   前記第２の光ファイバのスポットサイズをω＿２とした
   時、前記第３の光ファイバのスポットサイズω＿３が（
   ω＿１×ω＿２）＾０＾．＾５の値の近傍に値である請
   求項３記載の光ファイバの接続方法。 ６、前記第３の光ファイバを構成するそれぞれの光ファ
   イバのスポットサイズの大きさが、互いに隣り合う光フ
   ァイバのスポットサイズをω＿１、ω＿２とする時、（
   ω＿１×ω＿２）＾０＾．＾５の近傍の大きさである請
   求項３記載の光ファイバの接続方法。 ７、前記第３の光ファイバが光ファイバコネクタの内に
   組み込まれ、前記第１及び第２の光ファイバを前記光フ
   ァイバコネクタに装着して接続する請求項３、４又は５
   記載の光ファイバの接続方法。