JPH06289247A

JPH06289247A - 光ファイバカプラ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06289247A
Application number: JP9526993A
Authority: JP
Inventors: Akira Morita; 晃森田; Toshiyuki Murata; 敏幸村田
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】過剰損失を減少させ、光分岐比のバラツキを
少なくし、且つ光結合部の長さを一定にできる、小型の
パッケージに収納可能な光ファイバカプラ及びその製造
方法を提供する。【構成】２本の光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ のクラッドｆ_d
を所定の径にまで縮径し、その後融着延伸することによ
り光結合部を形成する。このとき、光結合部の両側の少
なくとも縮径された各光ファイバのクラッド部分が所定
の曲率の屈曲部を形成するように接着剤２０にて接着固
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に利
用される光ファイバカプラ及びその製造方法に関し、特
に、小型のパッケージに収容可能な構造をした光ファイ
バカプラ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば光通信システムにて、光信号の合
流、分岐に光ファイバカプラが広く使用されているが、
一般に、このような光ファイバカプラの光結合部は、光
ファイバを融着、延伸することにより形成されている。
又、斯かる光ファイバカプラの光結合部は光ファイバが
露出しており、この光結合部の保護及び機械的強度を増
すために、例えば図６に示すように、光ファイバカプラ
１の光結合部２を接着剤４にて石英ガラス製の支持板６
に接着固定した後、例えば金属製の筒状パッケージ８に
収容している。筒状パッケージ８の両端から外方へと導
き出された、光ファイバ１の入力端１Ａ及び出力端１Ｂ
を構成する光ファイバ部分は、この筒状パッケージ８の
両端部分に樹脂接着剤１０などで密封し固定される。

【０００３】現在市場にて入手し得る２入力、２出力の
光ファイバカプラ、所謂２×２の光ファイバカプラは、
そのパッケージ形状が、外径（Ｄ₀ ）３ｍｍ、全長（Ｌ
₀ ）５０ｍｍ程度とされる。

【０００４】パッケージの形状にて、その外径（Ｄ₀ ）
は、少なくともこのパッケージに収納された光ファイバ
の保護被覆の外径で決り、その全長（Ｌ₀ ）は、光ファ
イバカプラの光結合部を含む保護被覆を取り除かれた部
分の長さで決まる。又、所定の機械的強度が得られるよ
うに決められる。

【０００５】現在、光通信機器の携帯化が進められてお
り、そのため光通信機器に内蔵された、上記光ファイバ
カプラを含めた各種構成部品の小型化、省スペース化が
求められている。光ファイバカプラのパッケージ形状
も、外径を３ｍｍより低減すると共に、全長を２５ｍｍ
以下とすることが望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この要求に応えて、パ
ッケージ８の全長（Ｌ₀ ）を先ず短くすることが考えら
れ、そのために光ファイバカプラを小型化すること、つ
まり、光結合部の長さを短くすることが提案されてい
る。パッケージ８の全長を２５ｍｍ以下とするには、パ
ッケージ８の両端から外方へと導き出され、光ファイバ
の入力端及び出力端を構成する光ファイバ部分をパッケ
ージに接着固定するのに要する長さの合計５ｍｍ程度、
並びに、光ファイバカプラの光結合部を支持板に接着固
定するのに要する長さの合計５ｍｍ程度を考慮に入れ、
融着延伸により形成される光結合部の長さは、最大１０
ｍｍとすることが望まれる。又、パッケージ８の全長を
５０ｍｍから２５ｍｍ以下にできると、パッケージ自体
の機械的強度、具体的には、長手方向の曲げ歪みに対す
る強度で規定されているパッケージ外径を３ｍｍより小
さくしても、具体的には２ｍｍとしても実用的な機械的
強度を保つことが可能となる。光結合部の長さを短くす
るためには、光結合部の単位長さ当たりの光結合係数を
大きくする必要がある。そのための一方法として、図４
（Ａ）に示すように、融着延伸される光ファイバｆのク
ラッドｆ_d の側面ｆ_d ’を除去した後、図４（Ｂ）に示
すように、除去された側面同志を接触させ、コアｆ_c 間
の間隔をより狭めて、融着延伸する方法が提案されてい
る。

【０００７】この方法は、光ファイバのクラッド側面を
特異な形状に加工することが必要とされ、この加工が極
めて複雑であり、しかも、図４（Ｂ）のように規定通り
に配置し融着延伸することが困難であって、結果的に得
られた製品の光分岐比がバラツクという問題を有してい
る。

【０００８】別法として、図５に示すように、融着延伸
する光ファイバｆの光結合部の形状を双曲線状にし、双
曲線の漸近線の成す角度を大きくし、光結合がその最細
領域で生じるように構成することも提案されている。

【０００９】しかしながら、この方法では、漸近線の成
す角度を常に一定とすることは難しく、そのために、得
られた製品の光分岐比がバラツクという問題を有してい
る。又、最細領域の外径がより細いものとなるので機械
的強度の低下或は延伸時の屈曲の発生が起こり易いとい
う欠点もあった。

【００１０】そのために、本発明者らは、図２に示す方
法を実験してみた。つまり、２本の光ファイバｆ₁ 、ｆ
₂ を適度の長さに切断した後、その保護被覆を所定長さ
にて除去し（図２（Ａ））、これによって露出したクラ
ッド部分ｆ_d を洗浄クリーニングした後両光ファイバｆ
₁ 、ｆ₂ をフッ酸若しくはフッ酸とエッチピット防止剤
の混合液を用いてエッチングし、クラッド径を所定の径
にまで縮径する（図２（Ｂ））。次いで、図２（Ｃ）に
示すように、両光ファイバの縮径部分ｆ_d ’が互いに接
触するように、治具などにてこの縮径部分ｆ_d ’に矢印
方向に外力Ｐを加えて軸方向に接触させた後、図２
（Ｄ）に示すように、融着延伸処理を行なう。このと
き、縮径部分ｆ_d ’を互いの方向へと接近させることに
応じて、縮径部分ｆ_d ’に隣接した縮径されていない部
分ｆ_d も又互いの方向へと弾性的に変形される。

【００１１】しかしながら、本発明者らの実験研究の結
果によれば、この方法によれば、融着延伸処理が進むに
従って、直接加熱溶融される光結合部２を成す領域の両
端部における縮径部分ｆ_d ’も軟化しており、そのため
に、図３に示すように、強制的に互いの方へと変形され
ていた縮径されていない部分ｆ_d が想像線にて示す初期
位置へと戻る復元力により、この軟化した縮径部分ｆ
_d ’がＳ字形状に、即ち、急峻に屈曲されることが分か
った。この傾向は、図２（Ａ）における保護被覆除去
量、つまり皮剥き量Ｌが小さい程大である。このよう
な、縮径部分のコアの急峻な屈曲は、過剰損失を増大さ
せ、そして光分岐比がバラツクこととなり問題である。
又、光分岐比と過剰損失により決まる挿入損失がバラツ
クこととなり問題である。

【００１２】従って、本発明の目的は、過剰損失を減少
させ、光分岐比及び挿入損失のバラツキを少なくし、且
つ光結合部の長さを一定にできる、小型のパッケージに
収納可能な光ファイバカプラを提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、延伸量を少なくし、
そして融着延伸時の加熱による軟化が生じても不要なコ
アの屈曲を防ぎ、過剰損失及び光分岐比並びに挿入損失
のバラツキを少なくし、且つ光結合部の長さを一定にで
きる、小型のパッケージに収納可能な光ファイバカプラ
を再現性良く、しかも作業性良く製造することのできる
製造方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
光ファイバカプラ及びその製造方法にて達成される。要
約すれば、本発明は、複数の光ファイバを、各光ファイ
バのクラッドを所定の径にまで縮径した後融着延伸して
形成される光ファイバカプラであって、光結合部の両側
の少なくとも縮径された前記各光ファイバのクラッド部
分が所定の曲率の屈曲部を形成するように接着固定され
たことを特徴とする光ファイバカプラである。好ましく
は、この光ファイバカプラの融着延伸により形成される
光結合部の長さは最大１０ｍｍとされ、全長が最大２５
ｍｍの円筒状パッケージに密封される。なお、前記屈曲
部の曲率は、光ファイバの種類に応じて、又屈曲による
光損失が所望の範囲となるように適宜選ばれる。

【００１５】斯かる光ファイバカプラは、（ａ）複数の
光ファイバを準備すること、（ｂ）前記複数の光ファイ
バのクラッドを所定の径にまで縮径すること、（ｃ）前
記各光ファイバの縮径されたクラッドの所定の長さ部分
が接触するように、少なくとも、この接触した長さ部分
の両側の縮径されたクラッド部分が所定の曲率で屈曲を
保つように維持すること、（ｅ）前記所定の曲率で屈曲
を保っているクラッド部分を接着剤で固定すること、次
いで、（ｆ）前記光ファイバの接触した部分にて融着延
伸処理を行なうこと、を特徴とする製造方法にて好適に
製造される。

【００１６】上記製造法にて、好ましくは、延伸量が最
大３ｍｍとされ、又、融着延伸のための加熱は、ガス吹
き出し口径が０．５〜１ｍｍのトーチを用いて行なう。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る光ファイバカプラ及びそ
の製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。以下の
実施例では、本発明は、２×２の光ファイバカプラに具
現化された場合について説明するが、これに限定される
ものではない。

【００１８】図１に、本発明の光ファイバカプラを製造
するための製造工程を示す。本実施例によれば、先ず、
クラッドｆ_d の外径がＤとされる同じシングルモード光
ファイバｆ₁ 、ｆ₂ が準備され、各光ファイバｆ₁ 、ｆ
₂ は、適度の長さに切断した後、各光ファイバの所定の
ファイバ長Ｌの部分の被覆コーティングが除去される
（図１（Ａ））。これによって露出したクラッド部分を
洗浄クリーニングして、ＵＶ被覆などの残渣を除く。

【００１９】本発明に従えば、更に、両光ファイバｆ
₁ 、ｆ₂ は、例えばフッ酸若しくはフッ酸とエッチピッ
ト防止剤の混合液を用いて、ファイバ長Ｌ’にわたって
クラッド径Ｄを所定の外径Ｄ’にまで縮径する（図１
（Ｂ））。

【００２０】クラッド外径の縮径は、上述のようにエッ
チング液を使用して行なうこともできるが、例えば砥粒
による機械的研磨などをも採用することができる。更
に、必要に応じて、光ファイバは加熱することにより所
定径までプリ延伸することにより縮径することも可能で
ある。

【００２１】次いで、この縮径されたクラッドｆ_d ’の
所定の長さ部分Ｌ”が接触するように、両光ファイバｆ
₁ 、ｆ₂ を互いに接近する方向へと、例えば治具などに
て矢印方向へと押圧する（図１（Ｃ））。これによっ
て、この接触した長さ部分Ｌ”の両側の縮径されたクラ
ッド部分ｆ_d ’が所定の曲率で屈曲を保つように、この
縮径されたクラッド部分ｆ_d ’及び縮径されていないク
ラッド部分ｆ_d を押圧状態に維持する。

【００２２】この状態で、少なくとも前記縮径されてい
ないクラッド部分ｆ_d に接着剤２０を付与し、この部分
を固定する。望ましくは、前記縮径されていないクラッ
ド部分ｆ_d につながる縮径されたクラッド部分ｆ_d ’に
も接着剤２０を付与する。つまり、この接着剤２０を用
いたクラッド部分の固定作業により、前記治具などによ
る矢印方向への押圧を解除しても、少なくとも縮径され
ていないクラッド部分ｆ_d が固定されているので、少な
くとも、前記接触部分Ｌ”の両側の縮径されたクラッド
部分ｆ_d ’は、所定の曲率で屈曲を保った状態とされ
る。

【００２３】次いで、２本の光ファイバの前記接触部分
Ｌ”を加熱し融着延伸処理を行なう。融着延伸処理は、
通常の方法に従って行なうことができ、例えば、火炎バ
ーナ、ヒーターレーザ、小型電気炉等適宜の加熱装置を
用いて、一般に１２００〜２０００℃の温度で加熱しな
がら、融着延伸台を、例えばラック−ピニオン機構を介
して光ファイバを軸方向両側に例えば０．０５〜１０ｍ
ｍ／分の速度で引っ張ることにより行い得る。

【００２４】通常、加熱装置としては、酸水素ガスを使
用した火炎バーナが使用されているが、この場合には、
光ファイバの加熱領域を限定するために、火炎バーナの
ガス吹き出し口径が０．５〜１ｍｍの小型トーチを用
い、そして約４〜５ｍｍの火炎幅にて光ファイバを加熱
するのが好ましい。この火炎幅は、例えば従来のガス吹
き出し口径が４ｍｍの火炎バーナを使用した場合の火炎
幅１０ｍｍに比較して約半分とされる。口径が１ｍｍを
超えると、火炎幅は５ｍｍを超え、加熱する範囲が広く
なり過ぎ、又、０．５ｍｍに満たないと、加熱熱容量が
不足することとなる。

【００２５】このような構成による融着延伸処理によ
り、本発明によれば、延伸量は最大３ｍｍとされ、従来
２０ｍｍ程度とされる延伸量の約１／７にて所望の光結
合部を形成することができる。このことは、本発明の光
ファイバカプラを極めて小型のものとする。

【００２６】又、本発明によれば、融着延伸処理の過程
にて、融着延伸処理部の両端の縮径されたクラッド領域
ｆ_d ’は加熱により軟化することはあっても、図３に示
すように、このクラッド領域ｆ_d ’が、互いの方へと変
形されていた縮径されていない部分ｆ_d の復元力によ
り、Ｓ字形状に急峻に屈曲されるといった現象は発生し
ない。

【００２７】従って、このようにして作製された本発明
の光ファイバカプラは、過剰損失を減少させ、光分岐比
及び挿入損失のバラツキを少なくし、且つ光結合部の長
さを一定にすることができる。

【００２８】図６に、本発明の光ファイバカプラを、小
型の筒状パッケージに収納した状態を示す。

【００２９】つまり、本実施例にて、光ファイバカプラ
１は、その光結合部の両側部分において石英ガラス製の
支持板６に接着剤４にて接着固定された後、例えば金属
製の筒状パッケージ８に収容される。筒状パッケージ８
の両端から外方へと導き出された、光ファイバの入力端
１Ａ及び出力端１Ｂを構成する光ファイバ部分は、この
筒状パッケージ８の両端部分に樹脂接着剤１０などで密
封し固定される。

【００３０】斯かる本発明のパッケージ済み光ファイバ
カプラは、光結合部２を形成する時の延伸量が最大３ｍ
ｍ程度と、従来の２０ｍｍに比較して１／７程度にまで
短くすることができ、光結合部２の長さを短くできるの
で、光ファイバカプラ１と支持部材６との熱膨張係数の
差異に起因した熱膨張量の差を極めて小さく抑えること
ができ、光ファイバカプラの温度変化による特性の変化
を最小限度とすることができる。更に、本発明によれ
ば、光ファイバカプラの小型化により、支持部材６の
幅、厚さも小さくすることが可能であり、更に、温度変
化による特性の変化を少なくすることができる。又、全
長が最大２５ｍｍ、外径が従来と同じ３ｍｍは勿論のこ
と、３ｍｍより小さな２ｍｍの円筒状パッケージ内に密
封することもできる。

【００３１】更に、本発明を実施例について詳しく説明
する。

【００３２】実施例１本実施例では、波長１．３μｍ帯において分岐比５０％
の、所謂３ｄＢ光ファイバカプラを、図１に示す製造工
程に従って作製した。

【００３３】つまり、光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ として、コ
ア径が１０μｍ、クラッド径（Ｄ）が１２５μｍの同じ
１．３μｍ帯零分散シングルモード光ファイバを使用し
た。各光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ は、適度の長さに切断した
後、各光ファイバの所定のファイバ長の部分の被覆コー
ティングを除去した。被覆除去部の長さＬは１５ｍｍで
あった。これによって露出したクラッド部分ｆ_d を洗浄
クリーニングして、ＵＶ被覆などの残渣を除いた。

【００３４】更に、本実施例では、両光ファイバｆ₁ 、
ｆ₂ は、フッ酸若しくはフッ酸とエッチピット防止剤の
混合液を用いて、エッチング温度５０℃、処理時間２０
分にてエッチングし、クラッド径を５０μｍにまで縮径
した。この縮径部分ｆ_d ’の長さＬ’は８ｍｍであっ
た。

【００３５】次いで、この縮径されたクラッドｆ_d ’が
所定長さ（Ｌ”）にて接触するように、両光ファイバｆ
₁ 、ｆ₂ を互いに接近する方向へと、治具にて矢印方向
へと押圧した。長さ（Ｌ”）は５ｍｍであった。この作
業にて、この接触した長さ部分Ｌ”の両側の縮径された
クラッド部分ｆ_d ’は、中心軸線に対して角度（θ）が
約１６°程度傾斜した状態に屈曲した。

【００３６】この状態で、各光ファイバの保護被覆切除
端面から３ｍｍの長さＬ₁ にわたって、縮径されたクラ
ッド部分ｆ_d ’及び縮径されていないクラッド部分ｆ_d
に接着剤２０を付与し、この部分を固定した。接着剤２
０としては、紫外線硬化樹脂を使用した。

【００３７】紫外線を照射してこの接着剤２０を硬化
し、前記クラッド部分を固定した後、治具による矢印方
向への押圧を解除した。治具を解除した後も、前記接触
部分Ｌ”の両側の縮径されたクラッド部分ｆ_d ’は、所
定の曲率で屈曲した状態を保つことができた。

【００３８】次いで、２本の光ファイバの前記接触部分
Ｌ”を、１５００〜１６００℃に加熱しながら、０．９
ｍｍ／分の速度で引っ張ることにより融着延伸処理を行
なった。このとき、加熱装置としては、水素６０ｍｌ／
ｍｉｎ、酸素１００ｍｌ／ｍｉｎのガス流量とされる、
ガス吹き出し口径が０．５ｍｍの小型トーチを用い、そ
して約５ｍｍ程度の火炎幅にて光ファイバを加熱した。
ガス吹き出し口と光ファイバとの間隔は３ｍｍであっ
た。延伸量は約３ｍｍであった。その時、融着延伸によ
り形成された光結合部２の長さは８ｍｍであった。

【００３９】融着延伸処理の過程にて、融着延伸処理部
の両端の縮径されたクラッド領域が、Ｓ字形状に屈曲さ
れるといった現象は発生しなかった。

【００４０】このようにして多数の光ファイバカプラを
作製した。そして、これら光ファイバカプラを波長１．
３０μｍで分岐比を測定したところ、大略５０％の分岐
比を示し、そして、そのバラツキは±１％以内であっ
た。又、過剰損失は０．１〜０．２ｄＢとすることがで
きた。

【００４１】このような本発明の光ファイバカプラは、
光結合部を含む保護被覆を取り除かれた部分の長さは１
８ｍｍであり、石英ガラス製の支持板６に接着剤４にて
接着固定した後、図６に示すような全長２５ｍｍ、外径
２ｍｍの小型の筒状パッケージ８に収納することができ
た。

【００４２】又、このパッケージ済み光ファイバカプラ
温度特性を測定したところ、温度範囲−５０℃〜＋８０
℃にて、光分岐比の変動は０．７％であり、極めて優れ
たものであった。

【００４３】比較例１融着延伸領域の両端部に位置した、縮径されたクラッド
部分ｆ_d ’及び縮径されていないクラッド部分ｆ_d を接
着剤２０にて固定しなかった以外は、実施例１と同じ材
料、製造方法及び製造条件にて光ファイバカプラを作製
した。

【００４４】融着延伸領域の両端部に位置した、縮径さ
れたクラッド部分ｆ_d ’がＳ字形状に変形した。又、こ
の比較例の光ファイバカプラの過剰損失は少なくとも
０．３以上、通常０．５〜１．０ｄＢであった。

【００４５】比較例２実施例１と同じ材料の光ファイバｆ₁ 、ｆ₂ を使用し、
クラッド径Ｄを縮径せずに光ファイバカプラを作製し
た。

【００４６】分岐比５０％の、所謂３ｄＢ光ファイバカ
プラを作製するには、被覆除去部の長さＬは２５ｍｍ、
延伸領域は少なくとも１０ｍｍを必要とし、延伸量は平
均２０ｍｍを必要とした。得られた光結合部を含む保護
被覆を取り除かれた部分の長さは平均４５ｍｍであっ
た。

【００４７】従って、円筒状パッケージの全長は４５ｍ
ｍ以上、通常５０ｍｍ程度が必要であり、本発明に比し
て、かなり大型の光ファイバカプラとなった。

【００４８】又、この比較例２のパッケージ済み光ファ
イバカプラ温度特性を測定したところ、温度範囲−５０
℃〜＋８０℃にて、光分岐比の変動は１．０％であり、
本発明のものより劣るものであった。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光フ
ァイバカプラは、光結合部の両側の少なくとも縮径され
た各光ファイバのクラッド部分が所定の曲率の屈曲部を
形成するように接着固定されているために、過剰損失を
減少させ、光分岐比及び挿入損失のバラツキを少なく
し、且つ光結合部の長さが短く、小型のパッケージに収
納することができる。

【００５０】又、本発明の製造方法によれば、各光ファ
イバの縮径されたクラッドの所定の長さ部分が接触する
ように、少なくとも、この接触した長さ部分の両側の縮
径されたクラッド部分が所定の曲率で屈曲を保つように
維持し、しかも、この屈曲した部分の形状を保つべく接
着剤で固定した後、融着延伸処理を行なうので、延伸量
を少なくし、そして融着延伸時の加熱による軟化が生じ
ても不要なコアの屈曲を防ぎ、上記小型のパッケージに
収納可能な光ファイバカプラを再現性良く、しかも作業
性良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバカプラの製造方法を説
明する工程図である。

【図２】従来の光ファイバカプラの製造方法を説明する
工程図である。

【図３】従来の光ファイバカプラの製造方法を説明する
部分拡大図である。

【図４】従来の光ファイバカプラの製造方法を説明する
光ファイバの横断面図である。

【図５】従来の光ファイバカプラの製造方法を説明する
光ファイバの縦断面図である。

【図６】パッケージ済み光ファイバカプラの断面図であ
る。

【符号の説明】１光ファイバカプラ２光結合部６支持板８筒状パッケージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ファイバを、各光ファイバのク
ラッドを所定の径にまで縮径した後融着延伸して形成さ
れる光ファイバカプラであって、光結合部の両側の少な
くとも縮径された前記各光ファイバのクラッド部分が所
定の曲率の屈曲部を形成するように接着固定されたこと
を特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項２】前記光結合部の長さが最大１０ｍｍであ
る請求項１の光ファイバカプラ。
【請求項３】請求項１又は２の光ファイバカプラを、
全長が最大２５ｍｍの円筒状パッケージに密封して成る
光ファイバカプラ。
【請求項４】（ａ）複数の光ファイバを準備するこ
と、（ｂ）前記複数の光ファイバのクラッドを所定の径
にまで縮径すること、（ｃ）前記各光ファイバの縮径さ
れたクラッドの所定の長さ部分が接触するように、少な
くとも、この接触した長さ部分の両側の縮径されたクラ
ッド部分が所定の曲率で屈曲を保つように維持するこ
と、（ｅ）前記所定の曲率で屈曲を保っているクラッド
部分を接着剤で固定すること、次いで、（ｆ）前記光フ
ァイバの接触した部分にて融着延伸処理を行なうこと、
を特徴とする光ファイバカプラ製造方法。
【請求項５】延伸量が最大３ｍｍである請求項４の光
ファイバカプラ製造方法。
【請求項６】融着延伸のための加熱を、ガス吹き出し
口径が０．５〜１ｍｍのトーチを用いて行なう請求項４
又は５の光ファイバカプラ製造方法。