JPH07218757A - 石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方法 - Google Patents
石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方法Info
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- JPH07218757A JPH07218757A JP1379194A JP1379194A JPH07218757A JP H07218757 A JPH07218757 A JP H07218757A JP 1379194 A JP1379194 A JP 1379194A JP 1379194 A JP1379194 A JP 1379194A JP H07218757 A JPH07218757 A JP H07218757A
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Landscapes
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の主な目的は導波路素子と光ファイバ
とを低損失かつ高強度に融着接続することができる新規
な石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方
法を提供するものである。 【構成】 本発明は石英系ガラス導波路素子１０と光フ
ァイバ１６とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合
わせ調心した後、この突合わせ部１５に、集光されたＣ
Ｏ2 レーザ光Ｐを照射して、加熱し、両者を融着接続す
る方法において、上記石英系ガラス導波路素子端面１５
ａに光ファイバ端面１６ａを突合わせる直前に、上記石
英系ガラス導波路素子端面１５ａと光ファイバの端面１
６ａ間に、これを横断するように放電路１９を形成した
ことを特徴としている。
とを低損失かつ高強度に融着接続することができる新規
な石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方
法を提供するものである。 【構成】 本発明は石英系ガラス導波路素子１０と光フ
ァイバ１６とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合
わせ調心した後、この突合わせ部１５に、集光されたＣ
Ｏ2 レーザ光Ｐを照射して、加熱し、両者を融着接続す
る方法において、上記石英系ガラス導波路素子端面１５
ａに光ファイバ端面１６ａを突合わせる直前に、上記石
英系ガラス導波路素子端面１５ａと光ファイバの端面１
６ａ間に、これを横断するように放電路１９を形成した
ことを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石英系ガラス導波路素子
と光ファイバとの融着接続方法に関するものである。
と光ファイバとの融着接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、石英系の材料からなる石英系ガラ
ス導波路型光部品は、石英系ガラス導波路型素子（以
下、導波路素子という）と、石英系光ファイバ（以下、
光ファイバ）とを融着接続することにより、低損失かつ
永久接続が可能なため、光波長合分波器や光スターカプ
ラ等の受動的な光部品として開発が盛んに行われてい
る。
ス導波路型光部品は、石英系ガラス導波路型素子（以
下、導波路素子という）と、石英系光ファイバ（以下、
光ファイバ）とを融着接続することにより、低損失かつ
永久接続が可能なため、光波長合分波器や光スターカプ
ラ等の受動的な光部品として開発が盛んに行われてい
る。
【０００３】この導波路素子と光ファイバとを融着接続
する方法としては種々提案されているが、図６及び図７
に示すようなＣＯ2 レーザ光を融着熱源として用いた方
法が最も一般的である。これを具体的に説明すると、先
ず、金属パッケージ１０ｂ内に固定された導波路素子１
０と、コア５ａ、クラッド５ｂからなる光ファイバ５と
を微動台６，６を用いて突合わせ、結合損失が最小とな
るように光軸調整を行う。この光軸調整は、半導体レー
ザ１から出射したレーザ光をレンズ３を介して、光ファ
イバ５の一端に入射すると共に、この微動台６，６を用
いて導波路素子１０の反対側から出射する光パワーが最
大となるように光パワーメータ１４の指示値を見ながら
調整することで行われる。次に、この光ファイバ５の端
面をガラス導波路素子１０の端面に約５μｍの圧着量で
圧着し、ＣＯ2 レーザ８から出射したレーザ光をＺｎ−
Ｓｅレンズ１１を用いて集光した後、導波路素子１０と
光ファイバ５との突合わせ部１５にＣＯ2 レーザ光Ｐ1
を、例えば照射時間約２ｓｅｃ、ＣＯ2 レーザパワー約
７Ｗ、接続部でのＣＯ2 レーザ光のスポットサイズとし
ての約５００μｍの条件で照射して両者を融着接続する
ことになる。尚、図６中７，２はそれぞれミラー４，４
と共に、ＣＯ2 レーザビーム位置検出、光ファイバ５と
導波路素子１０との光軸調整に用いられるＨｅ−Ｎｅレ
ーザ、９はＣＯ2 レーザ光の電力測定用のカロリーメー
タ、１２，１３及び２０はそれぞれ導波路素子１０から
出射する光のモニタに用いられるテレビカメラ、モニタ
ー、ハーフミラーである。
する方法としては種々提案されているが、図６及び図７
に示すようなＣＯ2 レーザ光を融着熱源として用いた方
法が最も一般的である。これを具体的に説明すると、先
ず、金属パッケージ１０ｂ内に固定された導波路素子１
０と、コア５ａ、クラッド５ｂからなる光ファイバ５と
を微動台６，６を用いて突合わせ、結合損失が最小とな
るように光軸調整を行う。この光軸調整は、半導体レー
ザ１から出射したレーザ光をレンズ３を介して、光ファ
イバ５の一端に入射すると共に、この微動台６，６を用
いて導波路素子１０の反対側から出射する光パワーが最
大となるように光パワーメータ１４の指示値を見ながら
調整することで行われる。次に、この光ファイバ５の端
面をガラス導波路素子１０の端面に約５μｍの圧着量で
圧着し、ＣＯ2 レーザ８から出射したレーザ光をＺｎ−
Ｓｅレンズ１１を用いて集光した後、導波路素子１０と
光ファイバ５との突合わせ部１５にＣＯ2 レーザ光Ｐ1
を、例えば照射時間約２ｓｅｃ、ＣＯ2 レーザパワー約
７Ｗ、接続部でのＣＯ2 レーザ光のスポットサイズとし
ての約５００μｍの条件で照射して両者を融着接続する
ことになる。尚、図６中７，２はそれぞれミラー４，４
と共に、ＣＯ2 レーザビーム位置検出、光ファイバ５と
導波路素子１０との光軸調整に用いられるＨｅ−Ｎｅレ
ーザ、９はＣＯ2 レーザ光の電力測定用のカロリーメー
タ、１２，１３及び２０はそれぞれ導波路素子１０から
出射する光のモニタに用いられるテレビカメラ、モニタ
ー、ハーフミラーである。
【０００４】このようにＣＯ2 レーザ光は石英系材料の
融着接続熱源として最適であり、その理由としては、そ
の波長が１０．６μｍで石英系材料に効率良く吸収され
ると共に、レンズで集光することができ、微小なスポッ
トとして石英系材料上の任意の部位に照射して選択的に
溶融させることができるからである。
融着接続熱源として最適であり、その理由としては、そ
の波長が１０．６μｍで石英系材料に効率良く吸収され
ると共に、レンズで集光することができ、微小なスポッ
トとして石英系材料上の任意の部位に照射して選択的に
溶融させることができるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の融着接続方法では、光ファイバ５の突合わせ端面
を導波路素子１０に圧着した状態でＣＯ2 レーザ光Ｐ1
の加熱融着を開始するために、例えば光ファイバ５の突
合わせ端面が直角に切断されていなかったり、導波路素
子１０の端面が直角研磨されていない等によって、両者
の突合せ面１５に間隙が生じていると、突合せ面が均
一に溶融せず、融着後に融着内部に気泡が残ってしま
い、融着強度の低下や接続損失の増加が起こる。加熱
時間が短いと、間隙側の融着部が十分一体化せず、融着
強度を低下させるノッチが発生する。十分一体化させ
るために、加熱時間を長くすると、光ファイバ５のコア
５ａの変形が起こり、接続損失が増大してしまう等の現
象が起こり、良好な融着接続が達成できない。
従来の融着接続方法では、光ファイバ５の突合わせ端面
を導波路素子１０に圧着した状態でＣＯ2 レーザ光Ｐ1
の加熱融着を開始するために、例えば光ファイバ５の突
合わせ端面が直角に切断されていなかったり、導波路素
子１０の端面が直角研磨されていない等によって、両者
の突合せ面１５に間隙が生じていると、突合せ面が均
一に溶融せず、融着後に融着内部に気泡が残ってしま
い、融着強度の低下や接続損失の増加が起こる。加熱
時間が短いと、間隙側の融着部が十分一体化せず、融着
強度を低下させるノッチが発生する。十分一体化させ
るために、加熱時間を長くすると、光ファイバ５のコア
５ａの変形が起こり、接続損失が増大してしまう等の現
象が起こり、良好な融着接続が達成できない。
【０００６】一方、シングルモードのＣＯ2 レーザ光を
融着熱源として用いた場合、このＣＯ2 レーザ光はガウ
ス分布型のエネルギー分布となっており、この分布はＺ
ｎ−Ｓｅレンズ１１を用いて集光しても殆ど変わらない
ことから、熱容量が大きく異なる導波路素子１０と光フ
ァイバ５とを均一に溶融させることは困難であり、低損
失で高強度な融着接続を再現良く達成できない。すなわ
ち、図７に示すように、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 を導波路素
子１０と光ファイバ５の突合わせ部１５に上方から垂直
に照射すると、導波路素子１０に比較して熱容量の小さ
い光ファイバ５側が過剰に溶融して光軸ずれや接続不良
を起こしてしまい、また、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 のスポッ
ト中心部のパワー密度が極めて大きいため、照射部と非
照射部の境界部の温度勾配が急激になり、照射時に大き
な熱応力が発生し、導波路素子１０及び光ファイバ５の
耐久性を損なってしまう。このため、ＣＯ2 レーザ光Ｐ
1の焦点位置を故意にずらして、スポット径を大きくす
ると共にレーザパワーを上昇させることも考えられる
が、図示するように、複数の導波路１０ａ…を備えた多
芯の導波路素子１０の場合では、隣接する光ファイバ
（図示せず）にも悪影響を及ぼすことになり、同様に良
好な融着が行えないといった問題が生じてくる。
融着熱源として用いた場合、このＣＯ2 レーザ光はガウ
ス分布型のエネルギー分布となっており、この分布はＺ
ｎ−Ｓｅレンズ１１を用いて集光しても殆ど変わらない
ことから、熱容量が大きく異なる導波路素子１０と光フ
ァイバ５とを均一に溶融させることは困難であり、低損
失で高強度な融着接続を再現良く達成できない。すなわ
ち、図７に示すように、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 を導波路素
子１０と光ファイバ５の突合わせ部１５に上方から垂直
に照射すると、導波路素子１０に比較して熱容量の小さ
い光ファイバ５側が過剰に溶融して光軸ずれや接続不良
を起こしてしまい、また、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 のスポッ
ト中心部のパワー密度が極めて大きいため、照射部と非
照射部の境界部の温度勾配が急激になり、照射時に大き
な熱応力が発生し、導波路素子１０及び光ファイバ５の
耐久性を損なってしまう。このため、ＣＯ2 レーザ光Ｐ
1の焦点位置を故意にずらして、スポット径を大きくす
ると共にレーザパワーを上昇させることも考えられる
が、図示するように、複数の導波路１０ａ…を備えた多
芯の導波路素子１０の場合では、隣接する光ファイバ
（図示せず）にも悪影響を及ぼすことになり、同様に良
好な融着が行えないといった問題が生じてくる。
【０００７】そこで、本発明はこの問題点を有効に解決
するために案出されたものであり、その主な目的は導波
路素子と光ファイバとを低損失かつ高強度に融着接続す
ることができる新規な石英系ガラス導波路素子と光ファ
イバとの融着接続方法を提供するものである。
するために案出されたものであり、その主な目的は導波
路素子と光ファイバとを低損失かつ高強度に融着接続す
ることができる新規な石英系ガラス導波路素子と光ファ
イバとの融着接続方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第一の発明は、石英系ガラス導波路素子と光ファイバ
とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心し
た後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を
照射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、
上記石英系ガラス導波路素子端面に光ファイバ端面を突
合わせる直前に、上記石英系ガラス導波路素子の端面と
光ファイバの端面間に、これを横断するように放電路を
形成したものであり、第二の発明は石英系ガラス導波路
素子の端面と光ファイバの端面とを、所定の間隔を隔て
て対向させると共に、両者の光軸が一致するように調心
した後、上記石英系ガラス導波路素子の端面側に、これ
を覆うように放電路を形成すると共に、その近傍にＣＯ
2 レーザ光を照射して加熱し、その後、上記光ファイバ
の端面を上記放電路を通過させて溶融しつつ上記石英系
ガラス導波路の端面に突合わせ、その直後に、この放電
路を消去して上記石英系ガラス導波路素子の端面と光フ
ァイバの端面とを一体的に融着接続するものである。ま
た、第三の発明は石英系ガラス導波路素子と光ファイバ
とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心し
た後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を
照射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、
上記ＣＯ 2 レーザ光を、斜め上方から照射するもので
あり、第四の発明は上記ＣＯ２レーザ光の照射角度が、
垂直照射に対して最大６０°以内としたものであり、第
五の発明は上記ＣＯ２ レーザ光を上記光ファイバの軸
方向斜め上方から照射したものである。
に第一の発明は、石英系ガラス導波路素子と光ファイバ
とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心し
た後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を
照射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、
上記石英系ガラス導波路素子端面に光ファイバ端面を突
合わせる直前に、上記石英系ガラス導波路素子の端面と
光ファイバの端面間に、これを横断するように放電路を
形成したものであり、第二の発明は石英系ガラス導波路
素子の端面と光ファイバの端面とを、所定の間隔を隔て
て対向させると共に、両者の光軸が一致するように調心
した後、上記石英系ガラス導波路素子の端面側に、これ
を覆うように放電路を形成すると共に、その近傍にＣＯ
2 レーザ光を照射して加熱し、その後、上記光ファイバ
の端面を上記放電路を通過させて溶融しつつ上記石英系
ガラス導波路の端面に突合わせ、その直後に、この放電
路を消去して上記石英系ガラス導波路素子の端面と光フ
ァイバの端面とを一体的に融着接続するものである。ま
た、第三の発明は石英系ガラス導波路素子と光ファイバ
とを、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心し
た後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を
照射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、
上記ＣＯ 2 レーザ光を、斜め上方から照射するもので
あり、第四の発明は上記ＣＯ２レーザ光の照射角度が、
垂直照射に対して最大６０°以内としたものであり、第
五の発明は上記ＣＯ２ レーザ光を上記光ファイバの軸
方向斜め上方から照射したものである。
【０００９】
【作用】第一及び第二の発明によれば、光ファイバを石
英系ガラス導波路素子に突合わせる直前に、石英系ガラ
ス導波路素子の端面と光ファイバの端面間に形成された
放電路内で、その端面が適度に溶融された後、石英系ガ
ラス導波路素子の端面に突合わされることになる。従っ
て、光ファイバの端面が直角に切断されていなかった
り、導波路素子端面が直角研磨されていない場合であっ
ても、光ファイバの端面が放電路内で溶融軟化すること
により、両者が良好に突合わされて融着されることとな
り、伝送の損失の増大及び融着強度の低下等の不都合を
未然に防止することができる。また、第三及び第四の発
明によれば、ＣＯ2 レーザ光が、石英系ガラス導波路素
子と光ファイバとの融着部に斜めに照射されることにな
るため、スポット形状が楕円形状となり、特に、パワー
密度が大きいスポット中心部の照射面積が大きくなっ
て、パワー密度が分散されて、照射部と非照射部の境界
部の温度勾配が緩やかになる。従って、照射部に加わる
熱応力が緩和され、光ファイバの過剰溶融による光軸ず
れや接続不良及び照射部近傍の耐久性の低下を未然に防
止することができる。また、第五の発明のように、ＣＯ
2 レーザ光の光源を、その照射面に対して光ファイバの
軸方向に位置させて、光ファイバ側から傾斜させて照射
することにより、そのスポット形状が光ファイバの軸方
向を長軸とした楕円形状となるため、多芯の石英系ガラ
ス導波路素子のように複数の光ファイバを隣接して融着
する場合であっても、隣接する光ファイバに悪影響を及
ぼすことがなくなり、複数の光ファイバを用いた多芯の
石英系ガラス導波路素子の融着も良好に達成することが
できる。
英系ガラス導波路素子に突合わせる直前に、石英系ガラ
ス導波路素子の端面と光ファイバの端面間に形成された
放電路内で、その端面が適度に溶融された後、石英系ガ
ラス導波路素子の端面に突合わされることになる。従っ
て、光ファイバの端面が直角に切断されていなかった
り、導波路素子端面が直角研磨されていない場合であっ
ても、光ファイバの端面が放電路内で溶融軟化すること
により、両者が良好に突合わされて融着されることとな
り、伝送の損失の増大及び融着強度の低下等の不都合を
未然に防止することができる。また、第三及び第四の発
明によれば、ＣＯ2 レーザ光が、石英系ガラス導波路素
子と光ファイバとの融着部に斜めに照射されることにな
るため、スポット形状が楕円形状となり、特に、パワー
密度が大きいスポット中心部の照射面積が大きくなっ
て、パワー密度が分散されて、照射部と非照射部の境界
部の温度勾配が緩やかになる。従って、照射部に加わる
熱応力が緩和され、光ファイバの過剰溶融による光軸ず
れや接続不良及び照射部近傍の耐久性の低下を未然に防
止することができる。また、第五の発明のように、ＣＯ
2 レーザ光の光源を、その照射面に対して光ファイバの
軸方向に位置させて、光ファイバ側から傾斜させて照射
することにより、そのスポット形状が光ファイバの軸方
向を長軸とした楕円形状となるため、多芯の石英系ガラ
ス導波路素子のように複数の光ファイバを隣接して融着
する場合であっても、隣接する光ファイバに悪影響を及
ぼすことがなくなり、複数の光ファイバを用いた多芯の
石英系ガラス導波路素子の融着も良好に達成することが
できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１１】図１〜図３は第一及び第二の発明に係る融
着接続方法の一実施例を示したものであり、図１中、１
０は導波路が形成された導波路素子、１６はこの導波路
素子１０の端面１５ａに対向し、その端面１６ａがやや
斜めに切断された状態の光ファイバ、１７，１８は放電
電極、１９は放電電極１７，１８間に発生した放電路、
Ｐ1 は融着熱源であるＣＯ2 レーザ光、１１はこのＣＯ
2 レーザ光Ｐ1 を集光して導波路素子１０と光ファイバ
１６との突合わせ面１５近傍に照射するためのＺｎ−Ｓ
ｅレンズである。
着接続方法の一実施例を示したものであり、図１中、１
０は導波路が形成された導波路素子、１６はこの導波路
素子１０の端面１５ａに対向し、その端面１６ａがやや
斜めに切断された状態の光ファイバ、１７，１８は放電
電極、１９は放電電極１７，１８間に発生した放電路、
Ｐ1 は融着熱源であるＣＯ2 レーザ光、１１はこのＣＯ
2 レーザ光Ｐ1 を集光して導波路素子１０と光ファイバ
１６との突合わせ面１５近傍に照射するためのＺｎ−Ｓ
ｅレンズである。
【００１２】そして、この光ファイバ１６と導波路素子
１０の融着接続は、先ず、前述したような従来装置を用
いて導波路素子１０と光ファイバ１６を調芯した後、両
者の端面１５ａ，１６ａを所定の間隔を隔てて対向させ
る。次に、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 を導波路素子１０の端面
１５ａ上方に垂直に照射して導波路素子１０を加熱する
と共に、放電電極１７，１８で突合わせ部１５近傍にこ
れを覆うように放電路１９を発生させた後、光ファイバ
１６を導波路素子１０側に移動させて、その端面１６ａ
を導波路素子１０の端面１５ａ側に近接させる。そし
て、この光ファイバ１６の端面１６ａが放電路１９内に
入ると、図２に示すように、やや斜めに切断された状態
の端面１６ａが溶融軟化し始め、さらに、その状態で光
ファイバ１６を前進させて導波路素子１０の突合わせ端
面１５ａに突当て、その直後に放電を停止し、次いで、
図３に示すようにＣＯ2 レーザ光Ｐ1 の熱によって光フ
ァイバ１６と導波路素子１０が溶融一体化した後、ＣＯ
2 レーザ光Ｐ1 の照射を停止し、両者の融着接続が完了
する。
１０の融着接続は、先ず、前述したような従来装置を用
いて導波路素子１０と光ファイバ１６を調芯した後、両
者の端面１５ａ，１６ａを所定の間隔を隔てて対向させ
る。次に、ＣＯ2 レーザ光Ｐ1 を導波路素子１０の端面
１５ａ上方に垂直に照射して導波路素子１０を加熱する
と共に、放電電極１７，１８で突合わせ部１５近傍にこ
れを覆うように放電路１９を発生させた後、光ファイバ
１６を導波路素子１０側に移動させて、その端面１６ａ
を導波路素子１０の端面１５ａ側に近接させる。そし
て、この光ファイバ１６の端面１６ａが放電路１９内に
入ると、図２に示すように、やや斜めに切断された状態
の端面１６ａが溶融軟化し始め、さらに、その状態で光
ファイバ１６を前進させて導波路素子１０の突合わせ端
面１５ａに突当て、その直後に放電を停止し、次いで、
図３に示すようにＣＯ2 レーザ光Ｐ1 の熱によって光フ
ァイバ１６と導波路素子１０が溶融一体化した後、ＣＯ
2 レーザ光Ｐ1 の照射を停止し、両者の融着接続が完了
する。
【００１３】このように、本発明方法は導波路素子１０
と光ファイバ１６の突合わせ部１５に、予め放電路１９
を形成するようにしたため、光ファイバ１６が導波路素
子端面に突当たる前に光ファイバ１６あるいは導波路素
子１０の端面が溶融軟化された状態で、両者が突合わさ
れることになる。従って、本実施例のように光ファイバ
端面１６ａが斜めに切断されている場合は勿論、導波路
素子１０の端面１５ａが直角研磨されていない等の状態
であっても両者の突合せ部１５に間隙が生ずることがな
くなり、融着強度の低下や空気の混入等による接続損失
の増大が未然に防止されることになる。また、短時間で
両者の融着が行われることから光ファイバのコアの変形
等による、接続損失の増大を未然に防止することができ
る。
と光ファイバ１６の突合わせ部１５に、予め放電路１９
を形成するようにしたため、光ファイバ１６が導波路素
子端面に突当たる前に光ファイバ１６あるいは導波路素
子１０の端面が溶融軟化された状態で、両者が突合わさ
れることになる。従って、本実施例のように光ファイバ
端面１６ａが斜めに切断されている場合は勿論、導波路
素子１０の端面１５ａが直角研磨されていない等の状態
であっても両者の突合せ部１５に間隙が生ずることがな
くなり、融着強度の低下や空気の混入等による接続損失
の増大が未然に防止されることになる。また、短時間で
両者の融着が行われることから光ファイバのコアの変形
等による、接続損失の増大を未然に防止することができ
る。
【００１４】そして、このような本発明方法を用い、放
電電流値１５Ａ、放電時間２秒、ＣＯ2 レーザパワー２
Ｗ、レーザ光照射時間４秒の条件で単一モード光ファイ
バと導波路素子の融着接続を行った結果、試料数５０に
対して平均接続損失０．１８ｄＢと従来技術の０．２５
ｄＢよりも若干低減することができた。一方、引張強度
においては従来技術が平均１Ｋｇの強度であったのに対
し、本発明方法では平均１．８Ｋｇと大巾に増加するこ
とができた。さらに、最低強度も従来１８０ｇであった
のに対し、本発明方法では１．１Ｋｇと、非常に安定な
融着接続が行われていることがわかった。
電電流値１５Ａ、放電時間２秒、ＣＯ2 レーザパワー２
Ｗ、レーザ光照射時間４秒の条件で単一モード光ファイ
バと導波路素子の融着接続を行った結果、試料数５０に
対して平均接続損失０．１８ｄＢと従来技術の０．２５
ｄＢよりも若干低減することができた。一方、引張強度
においては従来技術が平均１Ｋｇの強度であったのに対
し、本発明方法では平均１．８Ｋｇと大巾に増加するこ
とができた。さらに、最低強度も従来１８０ｇであった
のに対し、本発明方法では１．１Ｋｇと、非常に安定な
融着接続が行われていることがわかった。
【００１５】次に、図４（Ａ）は第三〜第五の発明に係
る融着接続方法の一実施例を示したものであり、導波路
素子１０の突合わせ部１５近傍に光ファイバ５の光軸を
合せて圧着する際に、Ｚｎ−Ｓｅレンズ１１で集光した
ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 をその突合わせ部１５の斜め上方、
すなわち、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光源（図示せず）を光
ファイバ５の真上に移動させ、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光
軸Ｋを傾斜させ、突合わせ部１５に照射されるスポット
Ｓの形状を光ファイバ５の軸方向を長軸とした楕円形状
にしたものである。例えば、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光軸
Ｋを、垂直照射に対して光ファイバ５の軸方向と同方向
に４５°傾斜させたところ、突合わせ部１５に照射され
るＣＯ2 レーザ光Ｐ2 のスポットＳ形状は直径５００μ
ｍ×７００μｍの楕円形となった。また、図５に示すよ
うに、表面温度分布を赤外表面温度計で測定したとこ
ろ、従来のように垂直照射、すなわち傾斜角度０°に対
し、傾斜角度４５°ではスポットＳの中心温度は殆ど変
わらないにも拘らず、その周辺の温度分布のスソ部が広
がり、長手方向になだらかな温度勾配になっている。
る融着接続方法の一実施例を示したものであり、導波路
素子１０の突合わせ部１５近傍に光ファイバ５の光軸を
合せて圧着する際に、Ｚｎ−Ｓｅレンズ１１で集光した
ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 をその突合わせ部１５の斜め上方、
すなわち、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光源（図示せず）を光
ファイバ５の真上に移動させ、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光
軸Ｋを傾斜させ、突合わせ部１５に照射されるスポット
Ｓの形状を光ファイバ５の軸方向を長軸とした楕円形状
にしたものである。例えば、ＣＯ2 レーザ光Ｐ2 の光軸
Ｋを、垂直照射に対して光ファイバ５の軸方向と同方向
に４５°傾斜させたところ、突合わせ部１５に照射され
るＣＯ2 レーザ光Ｐ2 のスポットＳ形状は直径５００μ
ｍ×７００μｍの楕円形となった。また、図５に示すよ
うに、表面温度分布を赤外表面温度計で測定したとこ
ろ、従来のように垂直照射、すなわち傾斜角度０°に対
し、傾斜角度４５°ではスポットＳの中心温度は殆ど変
わらないにも拘らず、その周辺の温度分布のスソ部が広
がり、長手方向になだらかな温度勾配になっている。
【００１６】このように、本発明は、ＣＯ2 レーザ光Ｐ
2 の光源を、光ファイバ５あるいは導波路素子１０側に
移動し、その光軸Ｋを傾斜させて照射することにより、
スポットＳの形状が楕円形状となるため、焦点を変えず
にスポットＳ面積が増大してそのスポットＳ中心からそ
の周辺にかけての温度勾配がなだらかとなり、突合わせ
部１５に加わる熱応力が緩和されることになる。従っ
て、熱容量が大きく異なる導波路素子１０と光ファイバ
５とを均一に溶融させることが可能となり、低損失で高
強度な融着接続を再現良く達成することができる。しか
も、上述したように、そのスポットＳ中心部の温度は垂
直照射に比較しても殆ど変わらないため、融着に必要な
十分な加熱を行うことができる。また、楕円形状をした
スポットＳの短軸は垂直照射の場合と変わらないことか
ら、図４（Ｂ）に示すように、多芯の石英系ガラス導波
路素子１０Ａのように複数の光ファイバ５を隣接して融
着する場合であっても、隣接する光ファイバ５に融着熱
による悪影響を及ぼすことがなくなり、複数の光ファイ
バ５を用いた多芯の石英系ガラス導波路素子１０Ａの融
着も良好に達成することができる。
2 の光源を、光ファイバ５あるいは導波路素子１０側に
移動し、その光軸Ｋを傾斜させて照射することにより、
スポットＳの形状が楕円形状となるため、焦点を変えず
にスポットＳ面積が増大してそのスポットＳ中心からそ
の周辺にかけての温度勾配がなだらかとなり、突合わせ
部１５に加わる熱応力が緩和されることになる。従っ
て、熱容量が大きく異なる導波路素子１０と光ファイバ
５とを均一に溶融させることが可能となり、低損失で高
強度な融着接続を再現良く達成することができる。しか
も、上述したように、そのスポットＳ中心部の温度は垂
直照射に比較しても殆ど変わらないため、融着に必要な
十分な加熱を行うことができる。また、楕円形状をした
スポットＳの短軸は垂直照射の場合と変わらないことか
ら、図４（Ｂ）に示すように、多芯の石英系ガラス導波
路素子１０Ａのように複数の光ファイバ５を隣接して融
着する場合であっても、隣接する光ファイバ５に融着熱
による悪影響を及ぼすことがなくなり、複数の光ファイ
バ５を用いた多芯の石英系ガラス導波路素子１０Ａの融
着も良好に達成することができる。
【００１７】そして、本発明によって実際に、導波路素
子と光ファイバの融着接続を行ったところ、従来の垂直
照射に比較して平均引張強度は８００ｇから１．５Ｋｇ
に向上し、また、接続損失も０．１ｄＢ低減することが
できた。これは上述したように、温度勾配がなだらかに
なった結果、光ファイバに過大な熱エネルギーが加わら
ず、融着接続時の熱衝撃が緩和されたため、強度が向上
し、また、接続損失については過剰な溶融が起きずに軸
ずれを発生しなかったためである。また、ファイバピッ
チ１２５μｍの４心テープ型光ファイバ心線と導波路素
子についても上記と同様に良好な融着結果が得られた。
また、傾斜角度が垂直照射に対して６０°を越えるとス
ポットが長手方向に伸び過ぎて中心部のパワー密度が低
くなってしまい良好な加熱溶融が困難になってしまった
ことから、傾斜角度は最大６０°が限界であることもわ
かった。
子と光ファイバの融着接続を行ったところ、従来の垂直
照射に比較して平均引張強度は８００ｇから１．５Ｋｇ
に向上し、また、接続損失も０．１ｄＢ低減することが
できた。これは上述したように、温度勾配がなだらかに
なった結果、光ファイバに過大な熱エネルギーが加わら
ず、融着接続時の熱衝撃が緩和されたため、強度が向上
し、また、接続損失については過剰な溶融が起きずに軸
ずれを発生しなかったためである。また、ファイバピッ
チ１２５μｍの４心テープ型光ファイバ心線と導波路素
子についても上記と同様に良好な融着結果が得られた。
また、傾斜角度が垂直照射に対して６０°を越えるとス
ポットが長手方向に伸び過ぎて中心部のパワー密度が低
くなってしまい良好な加熱溶融が困難になってしまった
ことから、傾斜角度は最大６０°が限界であることもわ
かった。
【００１８】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、光ファ
イバを溶融した状態で導波路素子に突当てるため、短時
間で溶融一体化し、光ファイバ導波路素子の端面角度の
影響を受けずに融着できる。その結果、融着部の機械強
度が高く、かつ安定しているため、長期信頼性が向上す
る。また、加熱時間が短いため、コアの変形が起きず、
低損失な融着接続が可能となる上に、作業時間が短縮さ
れ、低コスト化が図れる。また、スポット形状を光フ
ァイバの軸方向に延びる楕円形状としたため、融着部の
熱衝撃と過剰な溶融を抑えることができ、融着強度の向
上と接続損失の低減が達成できる。しかも、光ファイバ
の径方向に対するスポット幅の広がりがないため、多心
のテープ型光ファイバ心線も単心と同様に融着接続する
ことができる等といった優れた効果を発揮する。
イバを溶融した状態で導波路素子に突当てるため、短時
間で溶融一体化し、光ファイバ導波路素子の端面角度の
影響を受けずに融着できる。その結果、融着部の機械強
度が高く、かつ安定しているため、長期信頼性が向上す
る。また、加熱時間が短いため、コアの変形が起きず、
低損失な融着接続が可能となる上に、作業時間が短縮さ
れ、低コスト化が図れる。また、スポット形状を光フ
ァイバの軸方向に延びる楕円形状としたため、融着部の
熱衝撃と過剰な溶融を抑えることができ、融着強度の向
上と接続損失の低減が達成できる。しかも、光ファイバ
の径方向に対するスポット幅の広がりがないため、多心
のテープ型光ファイバ心線も単心と同様に融着接続する
ことができる等といった優れた効果を発揮する。
【図１】第一及び第二の発明に係る一実施例を示す側面
図である。
図である。
【図２】第一及び第二の発明に係る一実施例を示す側面
図である。
図である。
【図３】第一及び第二の発明に係る一実施例を示す側面
図である。
図である。
【図４】（Ａ）は第三〜第五の発明に係る一実施例を示
す側面図である。（Ｂ）は第三〜第五の発明に係る一実
施例を示す平面図である。
す側面図である。（Ｂ）は第三〜第五の発明に係る一実
施例を示す平面図である。
【図５】楕円形状のスポット部を赤外表面温度計で測定
した表面温度分布を示す分布図である。
した表面温度分布を示す分布図である。
【図６】従来の石英系ガラス導波路素子と光ファイバと
の融着接続方法の一例を示す説明図である。
の融着接続方法の一例を示す説明図である。
【図７】従来の石英系ガラス導波路素子と光ファイバと
の融着接続部付近の一例を示す一部破断斜視図である。
の融着接続部付近の一例を示す一部破断斜視図である。
５，１６ 光ファイバ １０ 石英系ガラス導波路素子 １５ 突合わせ部 １５ａ 石英系ガラス導波路素子端面 １６ａ 光ファイバ端面 １９ 放電路 Ｋ 光軸 Ｐ ＣＯ2 レーザ光 Ｓ スポット
Claims (5)
- 【請求項１】 石英系ガラス導波路素子と光ファイバと
を、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心した
後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を照
射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、上
記石英系ガラス導波路素子端面に光ファイバ端面を突合
わせる直前に、上記石英系ガラス導波路素子の端面と光
ファイバの端面間に、これを横断するように放電路を形
成したことを特徴とする石英系ガラス導波路素子と光フ
ァイバとの融着接続方法。 - 【請求項２】 石英系ガラス導波路素子の端面と光ファ
イバの端面とを、所定の間隔を隔てて対向させると共
に、両者の光軸が一致するように調心した後、上記石英
系ガラス導波路素子の端面側に、これを覆うように放電
路を形成すると共に、その近傍にＣＯ2 レーザ光を照射
して加熱し、その後、上記光ファイバの端面を上記放電
路を通過させて溶融しつつ上記石英系ガラス導波路の端
面に突合わせ、その直後に、この放電路を消去して上記
石英系ガラス導波路素子の端面と光ファイバの端面とを
一体的に融着接続することを特徴とする石英系ガラス導
波路素子と光ファイバとの融着接続方法。 - 【請求項３】 石英系ガラス導波路素子と光ファイバと
を、両者の光軸がほぼ一致するように突合わせ調心した
後、この突合わせ部に、集光されたＣＯ2 レーザ光を照
射して、加熱し、両者を融着接続する方法において、上
記ＣＯ2 レーザ光を、斜め上方から照射してそのスポッ
ト形状を楕円形状にすることを特徴とする石英系ガラス
導波路素子と光ファイバとの融着接続方法。 - 【請求項４】 上記ＣＯ2 レーザ光の照射角度が、垂直
照射に対して最大６０°以内であることを特徴とする請
求項３記載の石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの
融着接続方法。 - 【請求項５】 上記ＣＯ2 レーザ光を上記光ファイバの
軸方向斜め上方から照射することを特徴とする請求項３
又は４記載の石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの
融着接続方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1379194A JP3022132B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1379194A JP3022132B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218757A true JPH07218757A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3022132B2 JP3022132B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=11843080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1379194A Expired - Fee Related JP3022132B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 石英系ガラス導波路素子と光ファイバとの融着接続方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3022132B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1367417A1 (en) * | 2002-05-23 | 2003-12-03 | Corning Incorporated | Optical fiber alignment technique |
| JP2017538153A (ja) * | 2014-11-12 | 2017-12-21 | ナノプレシジョン プロダクツ インコーポレイテッドＮａｎｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ． | コネクタ付き光ファイバをレーザ研磨する方法、および、この方法によって形成されたコネクタ付き光ファイバ |
| US20230296840A1 (en) * | 2021-09-08 | 2023-09-21 | Cisco Technology, Inc. | Splicing optical fibers to photonic integrated circuits |
-
1994
- 1994-02-07 JP JP1379194A patent/JP3022132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1367417A1 (en) * | 2002-05-23 | 2003-12-03 | Corning Incorporated | Optical fiber alignment technique |
| JP2017538153A (ja) * | 2014-11-12 | 2017-12-21 | ナノプレシジョン プロダクツ インコーポレイテッドＮａｎｏｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ． | コネクタ付き光ファイバをレーザ研磨する方法、および、この方法によって形成されたコネクタ付き光ファイバ |
| US20230296840A1 (en) * | 2021-09-08 | 2023-09-21 | Cisco Technology, Inc. | Splicing optical fibers to photonic integrated circuits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3022132B2 (ja) | 2000-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |