JPH0560936A - 光結合回路及び光結合回路の製造方法 - Google Patents

光結合回路及び光結合回路の製造方法

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JPH0560936A
JPH0560936A JP3220095A JP22009591A JPH0560936A JP H0560936 A JPH0560936 A JP H0560936A JP 3220095 A JP3220095 A JP 3220095A JP 22009591 A JP22009591 A JP 22009591A JP H0560936 A JPH0560936 A JP H0560936A
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JP
Japan
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fiber
optical
coupling circuit
optical coupling
thin film
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JP3220095A
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English (en)
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Shinji Nagaoka
新二 長岡
Takehiko Uno
武彦 宇野
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な方法により出射ビームサイズを拡大し
て光軸整合時の寸法精度を緩和する。 【構成】 単一モード光ファイバからの出射ビームがフ
ァイバ固有の光ビームサイズよりも大きく拡大されてフ
ァイバ同士との結合を行う光結合回路及び光結合回路の
製造方法において、単一モード光ファイバ11の外周に
均一で所定の厚さの金属薄膜層13を所定の長さに渡っ
て形成し、そのファイバ11の先端近傍において所定の
長さに渡って所定の時間金属薄膜層13へヒータ供給電
源15により通電し、真空または不活性ガス中にて部分
的に高温加熱処理し、高温加熱処理が施されたた光ファ
イバ11の端面同士を結合させて光結合回路を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は接続損失が低くかつ反射
戻り光が少なく、更に、接続に伴う光軸整合寸法精度の
緩和された光結合回路光結合回路及び光結合回路の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】単一モード光ファイバからの出射光ビー
ムの直径は、通常、10μm程度であり、このような光
ファイバ同士を十分に低損失で接続する際には対向する
光ファイバ間の光軸を1〜2μm程度の厳しい寸法精度
で合わせる必要がある。そのため、このことが光接続部
の安定性確保や光ファイバ接続用品の低価格化の阻害要
因になっている。
【0003】これを解決する手段として、単一モードフ
ァイバからの出射ビームサイズを拡大して光軸整合時の
寸法精度を緩和する方法がある。単一モードファイバか
らの出射ビームサイズ、即ち、モードフィールド径を拡
大するための技術としては従来から種々のものが提案さ
れているが、簡易な手法として、例えば、白石や川上氏
によるファイバ加熱法によるビームサイズの拡大法(白
石他、1989年電子情報通信学会春季総合全国大会、
C−451、川上、電子情報通信学会研究会OCS88
−1)がある。即ち、この方法は単一モード光ファイバ
を電気炉中で千数百度にて数時間加熱することによって
光ファイバのコアのGeドーパントをクラッド方向へ拡
散させてモードフィールド径を拡大させる手法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の出射ビ
ームサイズを拡大して光軸整合時の寸法精度を緩和する
方法にあっては、裸の光ファイバが使用され、保護樹脂
層を有する通常のファイバ芯線の先端一部分を効率的に
加熱してビーム拡大領域を得ることが必要であるが、こ
れは非常に困難性を伴うものである。また、電気炉内の
温度分布によって所定のファイバ位置にビーム拡大部分
を形成することは難しい。
【0005】更に、長時間ファイバをその軟化温度近傍
で加熱することはファイバの塑性変形や強度劣化の発生
が懸念される。電気炉の使用に代わり、バーナにより加
熱する方法も考えられているが、加熱部分が変形しやす
く、温度制御が難しいことから所定のサイズの拡大ビー
ムを再現性良く確保することが困難であるなどの問題が
ある。
【0006】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、極めて簡単な方法で出射ビームサイズを拡大
して光軸整合時の寸法精度を緩和するすることができ、
且つ、所定のサイズの拡大ビームを再現性良く確保する
ことのできる光結合回路及び光結合回路の製造方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を実施するた
めの本発明の光結合回路は、単一モード光ファイバから
の出射ビームが該ファイバ固有の光ビームサイズよりも
大きく拡大されたファイバ同士との結合を行う光結合回
路において、前記単一モード光ファイバの外周に均一で
所定の厚さの金属薄膜層が所定の長さに渡って形成さ
れ、該金属薄膜層に所定時間通電して部分的に高温加熱
処理が施されることで前記ファイバの光ビームサイズが
拡大され、該光ファイバの端面同士が結合されたことを
特徴とするものである。
【0008】また、本発明の光結合回路の製造方法は、
単一モード光ファイバからの出射ビームが該ファイバ固
有の光ビームサイズよりも大きく拡大されてファイバ同
士との結合を行う光結合回路の製造方法において、単一
モード光ファイバの外周に均一で所定の厚さの金属薄膜
層を所定の長さに渡って形成し、該ファイバの先端近傍
において所定の長さに渡って所定の時間前記金属薄膜層
へ通電し、真空または不活性ガス中にて部分的に高温加
熱処理し、高温加熱処理が施されたた光ファイバの端面
同士を結合させることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】単一モード光ファイバに形成した薄膜金属層を
高温加熱処理すると、コア含有ドーパントであるGeを
クラッド外周方向へ熱拡散して出射ビームサイズが拡大
されることで、簡易な方法によって光軸整合時の寸法精
度が緩和それ、所望のビームサイズを再現性良く短時間
で得られる。
【0010】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0011】図1に本発明の一実施例に係る光結合回路
及び光結合回路の製造方法を表す単一モードファイバを
示す。
【0012】図1に示すように、11は単一モードファ
イバであり、標準的には10μmφのビームサイズ(モ
ードフィールド直径、MFD)を有している。12はG
e等をドープして屈折率を高めているコア部分を示して
おり、13はファイバ11のクラッド外周へ形成したヒ
ータ用の薄膜金属層である。拡大ビームはGeドーパン
トの熱拡散によって得られ、その際の加熱温度は110
0〜1500℃におよぶためこの温度範囲で溶融断線し
ない薄膜金属層を形成する必要がある。具体的にはカー
ボン(融点3500℃以上)、白金(1772℃)、モ
リブデン(2610℃)、クロム(1890℃)、チタ
ン(1675℃)、ニッケル(1445℃)、タングス
テン(3387℃)等やこれらの合金膜を使用すれば良
い。
【0013】これら金属薄膜層の形成法としては、真空
蒸着法や鍍金法が良い。例えば、光ファイバの線引き工
程で気相成長法によって数100Å〜1000Å程度の
厚さにカーボン被覆層を連続的にファイバクラッド表面
へ形成することは容易であり、更に、この被覆層の上に
数μmのニッケル被膜層を湿式鍍金によって形成するこ
ともできる。
【0014】図1(a)はこのようにしてカーボン被膜
単体またはカーボン被膜の上にニッケル被膜を形成した
単一モードファイバ11を示しているが、ヒータ用の金
属薄膜層形成ファイバの構成はこの実施例に限定される
ことはなく、例えば、通常の保護樹脂層を形成したファ
イバの先端近傍へ所定の長さに渡って上述した金属薄膜
を部分的に成膜しても良いものである。
【0015】次に、図1(b)に示すように、金属薄膜
層が形成された単一モードファイバ11の先端近傍へ所
定の距離を隔てて電極14を配置して所定の時間、ヒー
タ供給電源15によって所定の電流を通電して金属薄膜
層13を加熱させる。この加熱作業を図示せざる気密容
器内にて真空または不活性ガス雰囲気中にて行うことに
より金属薄膜層13の酸化による断線防止や効果的な加
熱が可能となる。
【0016】真空中にて加熱する場合には、金属薄膜層
13表面からの熱放散形態が主に輻射となり、温度上昇
ΔTと供給電力P(W)との間には次式が成り立つ。 P=4・ε・σ・S・(ΔT)4 ここでεは輻射率、σはステファンボルツマン定数
(5.67×10-8W/m 2 ・K4 )、Sは発熱体表面
積である。例えば、通常のクラッド外径(125μm
φ)のファイバ表面へ2.5μmの厚みにニッケル金属
膜が形成されたファイバを10mmの長さに渡って真空中
で通電加熱する場合、温度上昇を1500℃とするため
には、上式より高々1Wの電力供給で良い(但しε=
0.21,S=4.1×10-62 )。このように光フ
ァイバクラッド外周の金属薄膜層13を直接高温加熱す
ることによって極めて効率良くコアドーパントであるG
eのクラッド外周方向への熱拡散が可能となり、図1に
16で示すビームサイズ拡大領域を容易に形成すること
ができる。
【0017】所定のビームサイズを得るには供給電力と
時間の調整によって可能であるが、図1(c)に示すよ
うにビームサイズを拡大する単一モードファイバ11同
士を図示せざるV状溝へ所定の間隙を設けて対向配置
し、一方のファイバを光源へ、他一方のファイバを受光
器へ接続し、光パワーを観測しながら両ファイバ11の
先端近傍を加熱する事によって所定のビームサイズに拡
大形成することもできる。即ち、ファイバ11間の間隙
距離が一定の場合には接続損失はビームサイズから簡易
に算出できるために出射光のパワーモニターによってビ
ームサイズも推定することができる。
【0018】ファイバ同士の接続において、接続損失の
低減化や光軸整合トレランスの緩和が重要となるが、こ
の他にもファイバの端面からの反射戻り光の抑制が重要
となる。
【0019】図2に端面形状の異なる単一モードファイ
バを示す。例えば、図2(a)に示すように、ビームサ
イズを拡大した単一モードファイバ21の端面に反射防
止膜22を形成したり、図2(b)に示すように、端面
23を僅かに斜めに研磨加工したり、図2(c)に示す
ように、端面24を半球面状に加工したりして反射戻り
光の抑制を実施してもよいものである。
【0020】図3にファイバの端面同士の空間部分に光
ビームの制御を行う光学要素が配置された光スイッチ回
路を示す。
【0021】図3に示すように、ビーム拡大によって対
向ファイバ間隙の増加に伴う損失増大を抑制できること
から、対向ファイバ31と32,33の間隙に光学要素
としての微小なプリズム34を配置し、このプリズム3
4を同図に矢印で示すように移動させることでファイバ
31からの出射ビーム35を実線で示す矢印方向か、ま
たは点線で示す矢印方向かへ切り替える光スイッチ回路
が構成されている。なお、光学要素としての微小なプリ
ズム34の他にミラーなどを用いても良いものである。
【0022】図4に単一モードファイバ同士の異なる接
続方法を示す。
【0023】図4に示すように、単一モードファイバ4
1,42同士の接続に際して、一方のビームサイズ拡大
ファイバ端面43を凹状に、他方のビームサイズ拡大フ
ァイバ端面44を凸状に加工して両者を突き合わせて勘
合させるものである。これによって低損失で反射戻り光
の極めて少ない良好な接続特性が得られる。凹凸状にフ
ァイバ端面を加工するには、弗化水素酸溶液(HF)や
緩衝弗化水素酸溶液(HFとNH4 Fとの混合液)によ
るファイバ端面のエッチングが簡易である。即ち、これ
らの溶液にファイバ端面を浸すと、コアとクラッドとの
エッチング速度が異なるため選択エッチングが可能とな
り、弗化水素酸使用時にはコア部分が凹状に、緩衝弗化
水素酸使用時にはコア部分が凸状にエッチング加工さ
れ、その際の凹,凸形状は拡散されたGeドーパントの
外径方向濃度分布に従って形成される。
【0024】
【発明の効果】以上、実施例をあげて詳細に説明したよ
うに本発明の光結合回路及び光結合回路の製造方法によ
れば、ファイバクラッド表面へ形成した薄膜金属層をヒ
ータとして用いて高温加熱処理し、コア含有ドーパント
であるGeをクラッド外周方向へ熱拡散するという極め
て簡易な方法によって出射ビームサイズを拡大して光軸
整合時の寸法精度を緩和するすることができ、所望のビ
ームサイズを再現性良く短時間で得られると共に、樹脂
保護層を有するファイバ芯線の先端近傍へのビームサイ
ズ拡大領域形成も可能とすることができる。更に、この
拡大法によって作製したビームサイズ拡大ファイバ先端
へ反射防止膜を成膜したり、同端面を斜めまたは半球状
に加工することで、ファイバ同士の接続に際して接続損
失の低減化と共に反射戻り光の大幅な抑制を可能とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光結合回路及び光結合
回路の製造方法を表す単一モードファイバの正面図であ
る。
【図2】端面形状の異なる単一モードファイバの正面図
である。
【図3】ファイバの端面同士の空間部分に光学要素が配
置された光スイッチ回路の正面図である。
【図4】単一モードファイバ同士の異なる接続方法を表
す単一モードファイバの正面図である。
【符号の説明】
11,21,31,32,33,41,42 単一モー
ドファイバ 12 ファイバコア 13 ヒータ用金属薄膜層 14 電極 15 ヒータ供給電源 16 ビームサイズ拡大領域 22 反射防止膜 23 斜め研磨面 24 凸球面加工面 34 プリズム 35 出射光ビーム 43 凹球面加工面 44 凸球面加工面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単一モード光ファイバからの出射ビーム
    が該ファイバ固有の光ビームサイズよりも大きく拡大さ
    れたファイバ同士との結合を行う光結合回路において、
    前記単一モード光ファイバの外周に均一で所定の厚さの
    金属薄膜層が所定の長さに渡って形成され、該金属薄膜
    層に所定時間通電して部分的に高温加熱処理が施される
    ことで前記ファイバの光ビームサイズが拡大され、該光
    ファイバの端面同士が結合されたことを特徴とする光結
    合回路。
  2. 【請求項2】 単一モード光ファイバからの出射ビーム
    が該ファイバ固有の光ビームサイズよりも大きく拡大さ
    れてファイバ同士との結合を行う光結合回路の製造方法
    において、単一モード光ファイバの外周に均一で所定の
    厚さの金属薄膜層を所定の長さに渡って形成し、該ファ
    イバの先端近傍において所定の長さに渡って所定の時間
    前記金属薄膜層へ通電し、真空または不活性ガス中にて
    部分的に高温加熱処理し、高温加熱処理が施されたた光
    ファイバの端面同士を結合させることを特徴とする光結
    合回路の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光結合回路において、前
    記加熱される側の光ファイバの端面が平面あるいは傾斜
    面あるいは球面状に加工され、且つ、該端面に反射防止
    膜が形成されていることを特徴とする光結合回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の光結合回路において、前
    記ファイバの端面同士を所定の距離隔てて対向接続し、
    その空間部分に光ビームの制御を行う光学要素を配置し
    たことを特徴とする光結合回路。
JP3220095A 1991-08-30 1991-08-30 光結合回路及び光結合回路の製造方法 Withdrawn JPH0560936A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0821921A (ja) * 1994-07-06 1996-01-23 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光ファイバ先端の曲面加工方法および装置
JP2001228353A (ja) * 2000-02-17 2001-08-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバの接続構造及び光ファイバ通信システム
JP2003107284A (ja) * 2001-10-02 2003-04-09 Nhk Sales Co Ltd プラスチック光ファイバの接続方法
JP2004061533A (ja) * 2002-07-24 2004-02-26 Univ Kansai 光ファイバの加工方法および光ファイバ
JP2013033159A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光接続装置及びその接続方法
JP2018163370A (ja) * 2014-01-31 2018-10-18 オーエフエス ファイテル,エルエルシー 低後方反射の光ファイバ成端

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Effective date: 19981112