JPH11142677A - 光ファイバの融着接続方法および融着接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モードフィールド径が互いに異なる異種の光
ファイバどうしを、設備費の増大や作業場の拡大をまね
くことなく、短時間で効率よく融着接続できるようにす
る。 【解決手段】 モードフィールド径が小さい一方の光フ
ァイバ１を共通ファイバホルダー３０に保持させる。融
着接続機１０のホルダークランプ１７に共通ファイバホ
ルダー３０を固定して光ファイバ１を電極棒１１，１２
の間に配し、放電を行って光ファイバ１を加熱する。次
いで光ファイバ１を共通ファイバホルダー３０ごと切断
機２０のホルダー保持部２４に固定し、加熱位置を切断
する。再び光ファイバ１を共通ファイバホルダー３０ご
と融着接続機１０にセットするとともに、他方の光ファ
イバを融着接続機１０にセットしてこれらを融着接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモードフィールド径
や電界分布形状が互いに異なる光ファイバどうしを低損
失接続できるようにした融着接続方法および融着接続装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非線形光学効果を低減させるため
に電界分布を極端に拡大した分散シフト光ファイバが実
用化されつつある。ところが、このような分散シフト光
ファイバと通常の１．５５μｍ帯用分散シフト光ファイ
バまたは１．３μｍ帯用シングルモード光ファイバとを
接続すると接続損失が大きくなる。この接続損失の増大
は、モードフィールド径や電界分布のミスマッチングに
よるものである。このような異種類の光ファイバどうし
の接続における損失増加を低減させる方法の一つとし
て、従来より、光ファイバを加熱してコアドーパントを
熱拡散させることによってモードフィールド径を拡大さ
せて、モードフィールド径や電界分布の一致を図るとい
う方法が行われていた。

【０００３】例えば特開平５−２１５９３１号公報に
記載されている光ファイバの接続方法は、モードフィー
ルド径が互いに異なる光ファイバどうしを放電により融
着接続した後に、追加放電を行って接続部に徐々に熱エ
ネルギーを与え、コアドーパントを熱拡散させてモード
フィールド径を一致させるものである。また特公平９
−２６１９１３０号公報に記載されている方法は、モー
ドフィールド径の小さい方の光ファイバの中途部分を加
熱後、切断し、この切断面を接続面としてモードフィー
ルド径の大きい光ファイバと接続するものである。ここ
では加熱方法として、火炎を用いる方法、レーザ光を照
射する方法、抵抗加熱による方法などが挙げられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のような融着接続後に追加放電を行う方法では、コアド
ーパントの熱拡散を徐々に行わないと、なかなかモード
フィールド径の一致が得られない。あるいは接続に要す
る時間が長くなり作業効率が悪くなる等の問題があっ
た。また上記の方法では、融着接続装置による接続工
程とは別に、予め加熱装置で光ファイバの中途部分を加
熱するという工程があり、融着接続装置の他に加熱装置
を用意しなければならなかった。したがって設備費が増
大する、あるいは作業場の確保が難しい場合もあるとい
う問題があった。

【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、モードフィールド径や電界分布形状が互いに異なる
異種の光ファイバどうしを、設備費の増大や作業場の拡
大をまねくことなく、短時間で効率よく融着接続できる
ようにした融着接続方法および融着接続装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の融着接続方法は、モードフィールド径が互い
に異なる光ファイバどうしを融着接続する方法であっ
て、融着接続機の加熱手段を用いてモードフィールド径
が小さい一方の光ファイバの中途部分を加熱した後、そ
の加熱位置を切断し、次いで前記一方の光ファイバと他
方の光ファイバとを前記融着接続機を用いて融着接続す
ることを特徴とするものである。また本発明の融着接続
装置は、光ファイバを保持する共通ファイバホルダー
と、前記共通ファイバホルダーを固定する手段を備え、
該共通ファイバホルダーに保持された光ファイバの加熱
および融着接続の両方が可能な融着接続機と、前記共通
ファイバホルダーを固定する手段を備え、該共通ファイ
バホルダーに保持された光ファイバの前記融着接続機に
おける加熱位置での切断が可能なファイバ切断機を備え
てなることを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の融着接続装置の一実施例を示す概略構成
図である。図中符号１は光ファイバである。本実施例の
融着接続装置は、図１（ａ）に示す融着接続機１０と、
図１（ｂ）に示すファイバ切断機２０と、図１（ｃ）に
示す共通ファイバホルダー３０とを備えている。共通フ
ァイバホルダー３０は、光ファイバ素線２の一端部の被
覆層を除去して光ファイバ１を露出させたものを保持す
ることができ、保持した状態で、一端から光ファイバ１
が突出し他端から光ファイバ素線２が伸びるように構成
されている。

【０００８】融着接続機１０は、一対の電極棒１１，１
２と、軸合わせ部材１３，１４と、光ファイバクランプ
１５，１６と、ホルダークランプ１７，１８とを備えて
いる。電極棒１１，１２は互いに対向するように配置さ
れ、この電極棒１１，１２の間にセットされた光ファイ
バ１をアーク放電により加熱できるようになっている。
ホルダークランプ１７，１８はそれぞれ、共通ファイバ
ホルダー３０が着脱可能に固定されるホルダー保持部１
７ａ，１８ａを有しており、共通ファイバホルダー３０
をホルダー保持部１７ａ，１８ａに固定した状態で、光
ファイバ１が電極棒１１，１２の間に配されるように構
成されている。

【０００９】軸合わせ部材１３，１４は、光ファイバ１
を保持するためのＶ溝１３ａ，１４ａが形成されてお
り、両方の軸合わせ部材１３，１４のＶ溝１３ａ，１４
ａにわたって１本の光ファイバ１をセットすると光ファ
イバ１の中途部分が電極棒１１，１２間の加熱位置に配
されるように構成されている。また両方の軸合わせ部材
１３，１４のＶ溝１３ａ，１４ａに２本の光ファイバ１
の端部をそれぞれセットすると、電極棒１１，１２間の
加熱位置で２本の光ファイバ１の端面を同軸上で突き合
わせることができるように構成されている。光ファイバ
クランプ１５，１６は、軸合わせ部材１３，１４に対し
て開閉自在となっており、図２に示すように閉じた状態
で、光ファイバクランプ１５，１６と軸合わせ部材１
３，１４とでＶ溝１３ａ，１４ａにセットされた光ファ
イバ１を挟持するようになっている。

【００１０】ファイバ切断機２０は、刃２１と、２つの
光ファイバ保持部材２２，２３と、ホルダー保持部２４
とを備えている。ホルダー保持部２４は、共通ファイバ
ホルダー３０が着脱自在に固定されるようになってい
る。光ファイバ保持部材２２，２３は、それぞれ光ファ
イバ１を保持するＶ溝２２ａ，２３ａが形成されてお
り、図３に示すように、ホルダー保持部２４に共通ファ
イバホルダー３０を固定した状態で、共通ファイバホル
ダー３０の一端から突出している光ファイバ１がＶ溝２
２ａ，２３ａにわたって保持されるように構成されてい
る。刃２１は、光ファイバ保持部材２２，２３のＶ溝２
２ａ，２３ａにわたって保持された光ファイバ１を、こ
れら２つの光ファイバ保持部材２２，２３の中間の位置
で切断できるように構成されている。そして、前記融着
接続機１０におけるホルダー保持部１７ａと電極棒１
１，１２による加熱位置との距離（図中符号１９で示
す）と、ファイバ切断機２０におけるホルダー保持部２
４と刃２１による切断位置との距離（図中符号２５で示
す）とが等しくなるように構成されている。

【００１１】このような融着接続装置を用いてモードフ
ィールド径が異なる光ファイバどうしの融着接続を行う
方法について説明する。前処理工程として、モードフィ
ールド径が小さい方の光ファイバ１を加熱する。まず、
図１（ｃ）に示すように光ファイバ１を共通ファイバホ
ルダー３０にセットする。これを図２に示すように融着
接続機１０のホルダークランプ１７に固定する。このと
き光ファイバ１は、光ファイバクランプ１５，１６と軸
合わせ部材１３，１４によって挟持され、Ｖ溝１３ａ，
１４ａ内に保持される。そしてアーク放電を行い、電極
棒１１，１２の間の位置で光ファイバ１を加熱すること
によってコアドーパントを拡散させ、モードフィールド
径を拡大させる。ここで、この加熱処理における加熱パ
ワーおよび加熱時間などの加熱条件は、予め好ましいモ
ードフィールド径が得られるように最適条件を設定して
おく。続いて、融着接続機１０から光ファイバ１を共通
ファイバホルダー３０ごと取り外し、これを図３に示す
ようにファイバ切断機２０のホルダー保持部２４にセッ
トする。このとき加熱済みの光ファイバ１は、光ファイ
バ保持部材２２，２３のＶ溝２２ａ，２３ａにわたって
保持される。そして刃２１で光ファイバ１を切断する。
これによって光ファイバ１は加熱位置、すなわちモード
フィールド径が拡大された位置で切断され、端部のモー
ドフィールド径が拡大された光ファイバ１が得られる。

【００１２】ここで、前処理工程における加熱条件の最
適化は例えば以下のようにして行うことができる。ま
ず、接続しようとする２種の光ファイバについて、それ
ぞれ電界分布およびモードフィールド径を測定する。電
界分布およびモードフィールド径の測定はＦＦＰ（far
field pattern）法で測定することができる。次にモー
ドフィールド径が小さい方の光ファイバ１のサンプルを
数本用意し、いくつかの加熱条件で上記の前処理、すな
わち加熱処理と切断を行った後、電界分布を測定する。
そしてこの測定結果と、予め測定したモードフィールド
径が大きい方の光ファイバの電界分布とから、接続効率
が最も良くなる最適な加熱条件を算出する。例えば接続
しようとする２種の光ファイバの電界分布形状が大きく
異ならない場合は、モードフィールド径の値が一致する
加熱条件を最適条件として選択することができる。ま
た、接続しようとする２種の光ファイバの電界分布形状
が大きく異なる場合は、光学的に接続効率を計算して最
も接続効率が良い条件を選択するのが好ましい。あるい
は、上記のように電界分布を測定して最適条件を算出す
る方法によらず、複数本のサンプルファイバを用意し、
加熱条件を変化させながら、実際に前処理および融着接
続を行って接続損失を測定して最適条件を見つけるとい
う方法もある。

【００１３】尚、接続効率は、下記の数式（１）に表さ
れるように、電界の合成積によって求めることができ
る。

【数１】 この数式において、ニアフィールド分布ｆ（ｒ）、ｇ
（ｒ）はＦＥＰ測定結果に対して逆ハンケル変換を行う
ことによって算出できる。

【００１４】前記前処理工程の後、融着接続を行う。ま
ず前処理が済んだ光ファイバ１を共通ファイバホルダー
３０ごと融着接続機１０の一方のホルダークランプ１７
にセットする。このとき光ファイバ１は一方の軸合わせ
部材１３のＶ溝１３ａ内に固定される。一方、これとは
別にモードフィールド径が大きい方の光ファイバ（図示
せず）を、共通ファイバホルダー３０に固定する。そし
てこの共通ファイバホルダー３０をファイバ切断機２０
にセットし、光ファイバの切断を行う。次いで、切断後
の光ファイバを共通ファイバホルダー３０ごと融着接続
機１０の他方のホルダークランプ１８にセットする。こ
のとき光ファイバは他方の軸合わせ部材１４のＶ溝１４
ａ内に固定される。これにより、前処理が済んだ光ファ
イバ１の端面とモードフィールド径が大きい方の光ファ
イバの端面とが電極棒１１，１２の間の加熱位置で同軸
上に配され突き合わされる。この後アーク放電を行い、
前処理が済んだ光ファイバ１とモードフィールド径が大
きい方の光ファイバとを融着接続する。さらに、必要に
応じてアニールのための放電を行い、光ファイバの融着
接続を終わる。

【００１５】本実施例の融着接続装置は、共通ファイバ
ホルダー３０を備えており、融着接続機１０およびファ
イバ切断機２０がいずれも共通ファイバホルダー３０を
保持、固定できるように構成されている。したがって、
光ファイバ１を共通ファイバホルダー３０にセットした
状態で、共通ファイバホルダー３０ごと融着接続機１０
から取り外してファイバ切断機２０にセットする、ある
いは逆にファイバ切断機２０から取り外して融着接続機
にセットすることができるので、光ファイバ１の取り扱
いが容易であり、作業をスムーズにかつ迅速に行うこと
ができる。また、加熱位置と切断位置とを正確に一致さ
せることができるので再現性がよく、安定して繰り返し
作業を行うのに好適であり、歩留まりがよい。また本実
施例の融着接続装置で用いられる融着接続機１０および
ファイバ切断機２０は、通常の融着接続に用いられる放
電を利用した融着接続機およびファイバ切断機を用いて
簡単に構成することができる。すなわち、一般に用いら
れる融着接続機およびファイバ切断機に共通ファイバホ
ルダー３０を固定できるようにし、かつ融着接続機にお
ける加熱位置とファイバ切断機における切断位置とが一
致するように調整するだけで容易に構成できる。したが
って、新たに設備を導入しなくてよいので設備費を低く
抑えることができ、また作業場も従来の光ファイバの融
着接続に必要なスペースで足りるので実施が容易である
という利点を有する。

【００１６】また本実施例の融着接続方法は、前処理工
程における光ファイバ１の加熱を融着接続機の加熱手段
を用いて行うものである。したがって、モードフィール
ド径が互いに異なる光ファイバどうしを融着接続するに
際して、新たに加熱手段を設けずに、モードフィールド
径を一致させるための前処理を行うことができる。よっ
て、設備費の増大や作業場の拡大をまねくことなく、異
なる種類の光ファイバの融着接続を実施することができ
る。さらに、規格が同じ光ファイバを多数融着接続する
場合は、予め前処理における加熱条件の最適化を行って
おけば、加熱、切断、融着接続の作業を繰り返すだけで
よいので、短時間で効率よく低損失接続を安定して行う
ことができ、歩留まりもよい。

【００１７】

【実施例】以下、具体的な実施例を示して本発明の効果
を明らかにする。 （実施例１）モードフィールド径（以下、ＭＦＤという
こともある）が異なる２種類の分散シフトファイバ（光
ファイバａ，ｂ）の融着接続を行った。予め光ファイバ
ａ，ｂの電界分布を測定したところ、図４に示すような
結果が得られた。すなわち光ファイバａ，ｂともにガウ
ス形状とは異なる電界分布形状を有しており、両者の電
界分布形状は比較的似ていた。そして光ファイバａのＭ
ＦＤは８．６μｍ、光ファイバｂのＭＦＤは９．６μｍ
であった。まず前処理として、融着接続機１０を用いて
光ファイバａの加熱処理を、下記表１に示す加熱条件
１，２，３でそれぞれ行った。融着接続機１０の電極棒
１１，１２の間の距離は１．７ｍｍとした。次にファイ
バ切断機２０を用いて光ファイバａを加熱位置で切断し
た。切断後、光ファイバａのＭＦＤを測定した結果を表
１および図５に示す。この後、光ファイバａと光ファイ
バｂとを融着接続機１０を用いて融着接続し、接続損失
を測定した。また比較のために、光ファイバａに前処理
を行わずに光ファイバｂと融着接続したときの接続損失
を測定した。その結果を表１に併せて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】図５の結果より、光ファイバａのＭＦＤは
加熱時間に比例して拡大されていることが認められる。
また光ファイバａと光ファイバｂとは電界分布形状が比
較的似ているので両者のＭＦＤの値が一致するときに接
続損失が最低になると予想される。このことから、光フ
ァイバａの加熱時間の最適値を２０秒に設定して前処理
を行い、光ファイバａ，ｂの融着接続を行ったところ、
接続面における両光ファイバａ，ｂのＭＦＤが一致し、
接続損失は０．０９ｄＢとなり最低損失が得られた。

【００２０】（実施例２）ＭＦＤおよび電界分布形状の
両方が異なる２種類の分散シフトファイバの融着接続を
行った。予め光ファイバｃ，ｄの電界分布を測定したと
ころ、図６に示すような結果が得られた。すなわち光フ
ァイバｃはガウス形状の電界分布であり、光ファイバｄ
はガウス形状とは異なる電界分布形状を有していた。そ
して光ファイバｃのＭＦＤは７．６μｍ、光ファイバｄ
のＭＦＤは８．６μｍであった。図６の測定結果より、
光ファイバｃと光ファイバｄとは電界分布形状が大きく
異なるので、ＭＦＤを一致させるだけでは最低損失は得
られないと予想された。そこで光ファイバｃの電界分布
形状をガウス型分布としてＭＦＤを変化させた時の、光
ファイバｃと光ファイバｄの接続損失を理論的に計算し
た。この結果、光ファイバｃのＭＦＤを９．２μｍとし
たときに接続効率が最も良くなるという計算結果が得ら
れた。

【００２１】上記の計算結果を踏まえて、前処理とし
て、融着接続機１０を用いて光ファイバｃの加熱処理
を、下記表２に示す加熱条件４，５，６でそれぞれ行っ
た。融着接続機１０の電極棒１１，１２の間の距離は
１．７ｍｍとした。次にファイバ切断機２０を用いて光
ファイバｃを加熱位置で切断した。切断後、 光ファイ
バｃのＭＦＤを測定した結果を表２に示す。この後、光
ファイバｃと光ファイバｄとを融着接続機１０を用いて
融着接続し、接続損失を測定した。また比較のために、
光ファイバｃに前処理を行わずに光ファイバｄと融着接
続したときの接続損失を測定した。その結果を表２に併
せて示す。

【００２２】

【表２】 表２の結果より、光ファイバｃのＭＦＤを、接続効率が
最も良くなると予測された９．２μｍにまで拡大させた
ときに最低損失となっていることが認められる。

【００２３】（実施例３）上記実施例２で用いたガウス
型電界分布を有する分散シフト光ファイバ（光ファイバ
ｃ）と、ＭＦＤが異なり電界分布形状が似ている１．３
μｍ帯用シングルモード光ファイバ（光ファイバｅ）と
の融着接続を行った。予め光ファイバｃ，ｅの電界分布
を測定したところ、図７に示すような結果が得られた。
すなわち光ファイバｃ，e ともにガウス形状の電界分布
であり、両者の電界分布形状は比較的似ていた。そして
光ファイバｃのＭＦＤは７．６μｍ、光ファイバｅのＭ
ＦＤは９．２μｍであった。まず前処理として、融着接
続機１０を用いて光ファイバｃの加熱処理を、下記表３
に示す加熱条件７，８，９でそれぞれ行った。融着接続
機１０の電極棒１１，１２の間の距離は１．７ｍｍとし
た。次にファイバ切断機２０を用いて光ファイバｃを加
熱位置で切断した。切断後、光ファイバｃのＭＦＤを測
定した結果を表３に示す。この後、光ファイバｃと光フ
ァイバｅとを融着接続機１０を用いて融着接続し、接続
損失を測定した。また比較のために、光ファイバｃに前
処理を行わずに光ファイバｅと融着接続したときの接続
損失を測定した。その結果を表３に併せて示す。

【００２４】

【表３】 表３の結果より、光ファイバｃのＭＦＤを光ファイバｅ
のＭＦＤと一致する９．２μｍまで拡大させたときに最
低損失となっていることが認められる。

【００２５】上記実施例１〜３の結果より、本発明の方
法によれば、モードフィールド径が異なる光ファイバど
うし、あるいはモードフィールド径および電界分布形状
の両方が異なる光ファイバどうしを低損失で接続するこ
とができることが認められた。特に、電界分布形状が大
きく異ならない光ファイバどうしの接続の場合は、モー
ドフィールド径が一致するように前処理における加熱条
件を設定すればよく、電界分布形状が大きく異なる光フ
ァイバどうしの接続の場合は、接続効率を計算して最も
接続効率が良くなるように前処理における加熱条件を設
定すればよいことが認められた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ファイバ
の融着接続方法によれば、モードフィールド径が互いに
異なる光ファイバどうしを低損失で接続することができ
る。またモードフィールド径を拡大させるための加熱
と、融着接続とを、融着接続機を兼用して行うので、融
着接続のための機器の他に新たに加熱装置を用意する必
要がない。したがって、設備費の増大や作業スペースの
拡大をまねくことなく、異種類の光ファイバどうしの低
損失融着接続を実現できる。また本発明の融着接続装置
によれば、光ファイバを保持する共通ファイバホルダー
を備えているので、光ファイバの取り扱いが容易であ
る。そして共通ファイバホルダーが融着接続機とファイ
バ切断機の両方にそれぞれ固定されるように構成されて
いるので、光ファイバの融着接続機での加熱位置と、フ
ァイバ切断機での切断位置とを、容易に、迅速に、かつ
正確に一致させることができる。したがって、モードフ
ィールド径が互いに異なる光ファイバどうしの低損失接
続を、安定して効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の融着接続装置の一実施例を示す概略
構成図であり、（ａ）は融着接続機、（ｂ）はファイバ
切断機、（ｃ）は共通ファイバホルダーをそれぞれ示
す。

【図２】 融着接続機を用いた加熱工程を示す概略構成
図である。

【図３】 ファイバ切断機を用いた切断工程を示す概略
構成図である。

【図４】 実施例１で使用した光ファイバの電界分布を
示すグラフである。

【図５】 実施例１における光ファイバの加熱時間とモ
ードフィールド径との関係を示すグラフである。

【図６】 実施例２で使用した光ファイバの電界分布を
示すグラフである。

【図７】 実施例３で使用した光ファイバの電界分布を
示すグラフである。

【符号の説明】

１…光ファイバ、１０…融着接続機、１１，１２…電極
棒（加熱手段） １７，１８…ホルダークランプ（固定手段）、２０…フ
ァイバ切断機、２４…ホルダー保持部、３０…共通ファ
イバホルダー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モードフィールド径が互いに異なる光フ
   ァイバどうしを融着接続する方法であって、融着接続機
   の加熱手段を用いてモードフィールド径が小さい一方の
   光ファイバの中途部分を加熱した後、その加熱位置を切
   断し、次いで前記一方の光ファイバと他方の光ファイバ
   とを前記融着接続機を用いて融着接続することを特徴と
   する光ファイバの融着接続方法。
2. 【請求項２】 光ファイバを保持する共通ファイバホル
   ダーと、 前記共通ファイバホルダーを固定する手段を備え、該共
   通ファイバホルダーに保持された光ファイバの加熱およ
   び融着接続の両方が可能な融着接続機と、 前記共通ファイバホルダーを固定する手段を備え、該共
   通ファイバホルダーに保持された光ファイバの前記融着
   接続機における加熱位置での切断が可能なファイバ切断
   機を備えてなることを特徴とする融着接続装置。