JPH05134130A - 光導波路と光フアイバとの融着接続方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アーク放電を使って低接続損失で高強度を実現
し、作業空間も小さくできるようにする。 【構成】光導波路１の端面と光ファイバ２の端面とをス
テージ７１および７２を用いて、光接続損失が最小とな
るようにＸ，Ｙ，Ｚ方向に微調整しつつ突き合わせる。
突き合わせた端面の上方側または下方側のいずれか一方
に２つの電極棒３１、３２を角度θ＝３０〜１５０°の
範囲をもつように配置する。電極棒３１、３２の姿勢
は、電極棒調節手段９を用いて調節する。電極棒に設け
た保護管４１、４２に不活性ガスを導入して、両電極棒
間に高電圧電源８を印加してアーク放電を行わせる。こ
のアークによって光導波路１と光ファイバ２の両端面を
局部的に溶かし、両端面間を融着接続する。同時に磁界
を発生させてアークを光導波路側にシフトさせる。これ
により、接続損失のないより良好な接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路と光ファイバ
とを融着接続する融着接続方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路の実用化に備えて、光ファイバ
を始めとする光学系と光導波路との接続方法が重要な開
発課題となってきた。光ファイバと光導波路の接続方法
として、炭酸ガスレーザによる融着接続方法が知られて
いる。図３は、この方法を実施するための従来の融着接
続装置を示す。光導波路３１の端面に光ファイバ３２の
端面を圧着した状態で、その圧着端面に上方から炭酸ガ
スレーザ３３のレーザ光をレンズ３８で集光して照射
し、光ファイバ３２と光導波路３１とを融着接続する。
この際、両者のコア軸が一致するように、レーザダイオ
ード３４、パワメータ３５、受光器３６、テレビモニタ
３７等により構成されるパワモニタ装置により、接続部
を通過する光パワが最大となるように監視する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の炭酸ガスレーザによる光ファイバと光導波路の融着接
続方法には、次のような問題点があった。

【０００４】（１）炭酸ガスレーザは一方向から照射さ
れるので、非融着部が生じやすい。例えば上方部から照
射すると、光ファイバと光導波路の両端面の上方部だけ
が融着され易く、レーザの照射されなかった下方部は融
着されにくい。そのため、接続損失が大きく接続部の引
張り及び圧縮強度は弱くなる。これを強くしようとする
と、レーザの照射パワの増大や、照射時間を長くしなけ
ればならないが、これは両端面の形状変化を招き、結果
的に接続損失を増大させることになる。

【０００５】（２）炭酸ガスレーザは人体に照射される
と焼傷するので、取扱いには十分に注意を払わねばなら
ず、また装置が大掛かりで、高価になる。

【０００６】（３）炭酸ガスレーザは発振波長の変動を
生じやすく、この変動は融着条件を左右し、歩留り良く
融着接続することが難しい。

【０００７】そこで、そのような欠点のないアーク放電
を利用することが考えられる。すなわち、２本の電極を
水平に対向配置した通常のアーク放電により、光導波路
端面と光ファイバ端面とを融着接続するには、融着接続
部を電極棒間に挟む必要から光導波路の上下方向からア
ーク放電させる場合と、水平方向からアーク放電させる
場合とがある。しかし、上下方向からにせよ水平方向か
らにせよ、２本の電極を水平に対向させるので、大きな
作業空間を占めるという欠点がある。特に水平方向の場
合は、電極棒間に最低でも光導波路幅の間隔をとる必要
があることから、融着接続部が電極棒から離間するため
最適なアークを融着接続部に導くことができないといっ
た欠点も加わる。

【０００８】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、アーク放電による融着接続であっても、低接
続損失で高強度を実現することができ、しかも作業空間
を低減することが可能な光導波路と光ファイバとの融着
接続方法及びその装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路と光フ
ァイバとの融着接続方法は、融着接続すべき平板状の光
導波路端面と線状の光バファイバ端面とを最小接続損失
となるように突き合わせ、平板状光導波路の上面側の突
き合せ部近傍あるいは下面側の突き合せ部近傍のいずれ
か一方に、アーク放電を生じさせる２つの電極棒を突き
立てるように角度θをもたせて対向配置して、これら電
極棒間でアーク放電させ、このアークにより光導波路と
光ファイバとの両端面を融着接続するようにしたもので
ある。

【００１０】この場合、作業性を良好にするために２つ
の電極棒間の角度θを３０°から１５０°までの範囲に
したり、融着接続をより確実なものとするためにアーク
放電中に２つの電極棒外周にＡｒ，Ｎ₂ などの不活性ガ
スを流すようにしたりすることが好ましい。２つの電極
棒間の角度θを３０°からとしたのは必要な接続強度を
確保するためであり、１５０°までとしたのは許容され
る作業空間内に納めるためである。

【００１１】また、光ファイバよりも熱容量の大きい光
導波路をバランスよく加熱するために、突き合わせ部上
方あるいは突き合せ部下方のいずれかに配置する２つの
電極棒を、アークが光導波路側に偏椅するように光導波
路上面または下面と直交する方向から角度αだけ傾けた
り、電極棒間でアーク放電させると共に、磁界を発生さ
せてアークを光導波路側に偏椅させながら融着接続した
りするようにしてもよい。

【００１２】また、本発明の光導波路と光ファイバとの
融着接続装置は、平板状光導波路と線状光ファイバとを
アーク放電により融着接続する光導波路と光ファイバと
の融着接続装置において、光導波路と光ファイバとをア
ーク放電により融着接続する光導波路と光ファイバとの
融着接続装置において、光導波路と光ファイバとを任意
の位置に移動して互に融着すべき光導波路端面と光ファ
イバ端面とを突き合わせる突合せ手段と、対向する２つ
の電極棒と、前記電極棒間に高電圧を印加してアーク放
電させる高電圧源と、前記アークを突き合わせ部に接触
させるようにアークに不活性ガスを吹き付ける吹付け手
段と、前記電極棒の放電間隔と、電極棒を突き合せ部に
突き立てるべく電極棒間に形成する角度と、突き立てた
電極棒を光導波路上面ないし下面と直交する直交線に対
して傾斜させる傾斜角度とを調節する電極棒調節手段と
を備えたものである。この場合、融着接続をより確実に
するために、電極棒間で放電したアークを電磁力により
光導波路側に偏椅させる磁界を発生する磁界発生手段を
付加することが好ましい。

【００１３】

【作用】２つの電極棒間でアーク放電させると、融着接
続部に対して二方向から融着することができるので、ア
ーク放電の熱により光導波路と光ファイバの両端面のほ
ぼ全面が溶けて融着する。しかも、光導波路と光ファイ
バの両端面を最小接続損失となるように調整して突き合
わせた状態でアークを発生させるので、低接続損失値を
再現性良く実現することができる。また、２つの電極棒
を角度θをもつように配置すると、２つの電極棒を光導
波路の上面側あるいは下面側のどちらか一方に配置する
ことができるので、融着接続装置をコンパクトに作るこ
とができ、かつ狭いところでも作業性を損なうことなく
融着接続することができる。さらにアーク放電は、炭酸
ガスレーザに比べて取扱いも容易であり、また装置が小
形、かつ安価で、安定であるので、歩留り良く融着接続
することが可能である。なお、光ファイバよりも熱容量
の大きな光導波路の端面側をマイクロトーチ、ヒータな
どの熱源により予備加熱をしながらアーク溶接を行うよ
うにしてもよい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１に本実施例の光導波路と光ファイバとの融着接
続方法を実施するための装置の原理図を示す。図１
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図であ
る。

【００１５】２つの電極棒３１、３２間には、高電圧源
が接続され、電極棒間に高電圧を印加してアーク放電さ
せるようになっている。各電極棒３１、３２は、それぞ
れ保護管４１、４２内に挿通され、保護管内に導入され
る不活性ガスが電極棒３１、３２の外周を冷却すると共
に、電極棒３１、３２の先端が突き出ている保護管４
１、４２の開口部より吹き出すようになっている。そし
て、これらの保護管４１、４２に挿入された電極棒３
１、３２は、電極棒調整手段９に支持され、電極棒の先
端間隔（放電間隔）Ｌと、電極棒間に形成する角度θ
と、さらには後述する傾斜角度αが調節できるようにな
っている。この電極棒間に形成する角度θとは、水平に
対向させた電極棒を、融着接続すべき両端面の突き合せ
部に突き立てるように互に起立させて接近する方向、す
なわち閉じる方向に回動させたときに形成される電極棒
間の内角を意味する。

【００１６】また、端面同士が融着接続される光導波路
１と光ファイバ２とは、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元方向の任意
の位置に移動または停止させることが可能なステージ７
１、７２にそれぞれ装着され、光導波路端面と光ファイ
バ端面とをコア軸が一致するように微調整して接続損失
が最小となるようにする。前記電極棒３１、３２は、こ
れらステージ７１、７２に位置調節されて突き合された
平板状光導波路１と光ファイバ２との上面側の突き合せ
部近傍に、角度θをもたせて配置される。また、図１
（Ａ）、（Ｃ）に示すように、両電極棒３１、３２の軸
芯は共に、突き合せ端面と平行になるようにし、かつ、
両電極棒３１、３２を結ぶ軸芯線を端面より幾分光導波
路側に偏椅するように配置させる。なお、電極棒は下面
側の突き合せ部近傍に配置してもよい。

【００１７】このような構成において、まず、光導波路
１の端面と光ファイバ２の端面とを光接続損失が最小と
なるようにそれぞれをステージ７１および７２を用い
て、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に微調整しつつ突き合わせ、一方の
み、あるいは両方をお互いに数μｍから１０数μｍ押し
込むようにしておく。次に、この突き合わせた端面の上
方に２つの電極棒３１、３２（例えば、先端が槍状に先
鋭化された直径１ｍｍのタングステン棒）を角度θをも
つように配置する。ここで、両電極棒３１、３２の先端
は上記突き合わせ端面から０．２〜２ｍｍ程度に設定す
る。また、そのときの両電極棒３１、３２の先端間隔Ｌ
も０．２〜２ｍｍ程度に設定しておく。これらの角度θ
および位置は、電極棒調節手段９を用いて調節する。そ
して両電極棒を挿入した保護管４１および４２内に、た
とえばＡｒ，Ｎ₂ などの不活性ガスを導入して、両電極
棒の外周に沿って不活性ガスを流しながら、両電極棒間
に高電圧電源８（直流あるいは交流電源）を印加してア
ーク放電を行わせ、このアークによって光導波路１と光
ファイバ２との両端面を局部的に溶かし、両端面間を融
着接続する。

【００１８】ここで、図示例にように、電極棒３１、３
２を平板状光導波路の上面側の突き合せ部近傍に配置し
て上方からアーク放電させる場合、アークを両端面に達
するようにするためには、両電極棒３１、３２の先端を
できる限り両端面近傍にもっていくことと、不活性ガス
の吹き出しでアークを前方に、すなわち突き合せ端面に
偏椅（シフト）させるようにすることが必要である。ま
た、電極棒３１、３２を平板状光導波路の下面側の突き
合せ部近傍に配置して下方からアーク放電させる場合、
浮力でアークを両端面に接触させるようにすることが重
要である。特に、下方からアーク放電させる場合は、ア
ークの輻射熱によって両端面を容易に溶かすことができ
るという利点がある。

【００１９】ところで、両電極棒３１、３２間の角度θ
は大きい方が接続部の接続強度を上げる上で好ましい
が、あまり大きくすると、融着作業に広い空間が必要と
なる。これは、たとえば、光導波路がパッケージ内に入
れられている場合、角度θが大きいために融着作業をや
りにくくする。逆に、θが小さすぎると融着作業は狭い
ところでも実現できるというメリットがあるが、反面、
接続強度の点では若干不利となる。このため、２つの電
極棒間の角度θは３０°から１５０°の範囲にあること
が好ましい。

【００２０】次に、具体例について述べる。光導波路１
には、幅約５ｍｍ、長さ約２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの石英
基板で、その上に厚さおよび幅がいずれも約１０μｍの
ＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ コアガラスを形成し、その全表面に
厚さが約５０μｍのＳｉＯ₂ −Ｐ₂ Ｏ₅ −Ｂ₂ Ｏ₃ クラ
ッドガラスを設けたものを用いた。光ファイバ２にはコ
ア径が１０μｍ、クラッド径が１２５μｍの石英系シン
グルモード光ファイバを用いた。両電極棒３１と３２の
外周に流すＡｒガスの流量はそれぞれ約１０ｌ／ｍｉｎ
とした。そして両電極棒間に交流２００Ｖの電圧を印加
し、電流を種々変えて融着実験を行った。その結果、数
Ａ程度の電流で数秒間照射により融着を行うことができ
た。なお、接続損失は０．３〜０．８ｄＢ程度であっ
た。また、この接続部は１５００Ｇの振動衝撃試験に耐
える機械的強度をもっていることがわかった。

【００２１】図２は本発明の光導波路と光ファイバとの
融着接続方法の他の実施例を示したものである。これは
光導波路端面と光ファイバ端面との突き合わせ上方ある
いは下方に配置する２つの電極棒３１と３２を、光導波
路上面垂直方向（図中のＹ軸方向）から角度αだけ光フ
ァイバ方向に傾けて構成したものである。この角度αだ
け傾けた理由は、アーク６を出来る限り熱容量の大きい
光導波路１側に生じさせて溶け易くするためである。こ
の角度αは数度から数十度の範囲に選定する。

【００２２】なお、上記実施例ではいずれも電極棒を開
いたり、傾けたりするという電極棒の姿勢制御のみに依
存させてアーク放電させる場合について述べたが、本発
明は上記実施例に限定されない。たとえば電極棒間でア
ーク放電させると共に、磁界を発生させてアークを光導
波路側にシフトさせながら融着接続することもできる。
このようにして非対称なアーク放電を生じさせ、熱容量
の大きい光導波路端面側を過剰に照射させると、光ファ
イバに比して熱容量の大きな光導波路と光ファイバとの
熱バランスが取れるため、接続損失のないより良好な接
続を行うことができる。なお磁界は、電極棒間にコイル
を巻きアーク放電用の電流を流して発生させる他に、ア
ーク放電とは独立に外部より電流を加えて磁界を発生さ
せ、アークをシフトさせるようにしてもよい。また上記
実施例では、光導波路の融着接続対象を光ファイバとし
たが、本発明は光ファイバの代わりに、より径の大きい
円形ガラス棒、あるいはガラス管、角柱ガラス棒、板ガ
ラスなどに適用することも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本実施例によれば、ア
ーク放電を用いて融着接続することにより、２方向から
融着することができるので、光導波路と光ファイバの両
端面のほぼ全面を溶かして融着することができる。その
結果、高接続強度を実現することができる。また、光導
波路と光ファイバの両端面を最小接続損失となるように
調節して突き合わせた状態でアークを発生することがで
きるので、低接続損失値を再現性良く実現することがで
きる。しかも２つの電極棒を光導波路の上面側あるいは
下面側のどちらか一方に配置することができるので、融
着接続装置をコンパクトに作れ、かつ狭いとことでも作
業性良く融着接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光導波路と光ファイバと
の融着接続方法を実施するための融着接続装置の原理
図。

【図２】本発明の他の実施例を示す原理図。

【図３】従来の炭酸ガスレーザを用いた光導波路と光フ
ァイバとの融着接続装置の概略図。

【符号の説明】

１ 光導波路 ２ 光ファイバ ４１、４２ 保護管（不活性ガス吹付け手段） ３１、３２ 電極棒 ５１、５２ Ａｒガス ６ アーク ７１、７２ ステージ（突合せ手段） ８ 高圧電源 ９ 電極棒調節手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】融着接続すべき光導波路の端面と光ファイ
   バの端面とを最小接続損失となるように突き合わせ、前
   記光導波路の上面側の突き合せ部近傍あるいは下面側の
   突き合せ部近傍のいずれか一方に、アーク放電を生じさ
   せる２つの電極棒を突き立てるように電極棒間に角度θ
   をもたせて配置して、これら電極棒間でアーク放電さ
   せ、このアークにより光導波路と光ファイバとの両端面
   を融着接続するようにしたことを特徴とする光導波路と
   光ファイバとの融着接続方法。
2. 【請求項２】前記２つの電極棒間の角度θは３０°から
   １５０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載
   の光導波路と光ファイバとの融着接続方法。
3. 【請求項３】前記アーク放電中に、アークが突き合わせ
   部に接触するように不活性ガスを流すようにした請求項
   １または２に記載の光導波路と光ファイバとの融着接続
   方法。
4. 【請求項４】前記突き合わせ部上方あるいは突き合せ部
   下方に配置する２つの電極棒を、アークが光導波路側に
   偏椅するように光導波路上面ないし下面と直交する直交
   線に対して角度αだけ傾けたことを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれかに記載の光導波路と光ファイバとの
   融着接続方法。
5. 【請求項５】前記電極棒間でアーク放電させると共に、
   磁界を発生させてアークを光導波路側に偏椅させながら
   融着接続する請求項１ないし４のいずれかに記載の光導
   波路と光ファイバとの融着接続方法。
6. 【請求項６】光導波路と光ファイバとをアーク放電によ
   り融着接続する光導波路と光ファイバとの融着接続装置
   において、光導波路と光ファイバとを任意の位置に移動
   して互に融着すべき光導波路端面と光ファイバ端面とを
   突き合わせる突合せ手段と、対向する２つの電極棒と、
   前記電極棒間に高電圧を印加してアーク放電させる高電
   圧源と、前記アークを突き合わせ部に接触させるように
   アークに不活性ガスを吹き付ける吹付け手段と、前記電
   極棒の放電間隔と、電極棒を突き合せ部に突き立てるべ
   く電極棒間に形成する角度と、突き立てた電極棒を光導
   波路上面ないし下面と直交する直交線に対して傾斜させ
   る傾斜角度とを調節する電極棒調節手段とを備えたこと
   を特徴とする光導波路と光ファイバとの融着接続装置。
7. 【請求項７】前記電極棒間で放電したアークを電磁力に
   より光導波路側に偏椅させる磁界を発生する磁界発生手
   段を付加した請求項６に記載の光導波路と光ファイバと
   の融着接続装置。