JPS61180208A - 光フアイバの機械的接合 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り発明の技術分野、］ この発明は光ガラスファイバ、特に２つの光ファイバを
光の伝送が最大限に行われるような接合あるいは結合に
関する。

［発明の技術背景コ ファイバの接合を良好にし、゛′挿入損失パとして知ら
れる、ファイバの結合時の光の損失を最少限にするため
には２つのファイバは正確に整列されなければならず、
又ファイバ端部は接合に適切な状態になければなら、ず
、さらに、ファイバの直径も正確にコントロールされな
、ければならない。

最も難しいのは軸の整列であり、僅かな整列の誤りもか
なりの挿入損失につながってしまう。

光ファイバを結合させる１つの方法は、ファイバ端部に
光学的接着材を施して一定した整列位置で端部を周定さ
せ、接着材を戸めるというものである。他には、ファイ
バを軸方向に整列し結合部分を加熱することによって両
端部を融着させるという方法もある。

「先行技術」 アメリカ合衆国特許第３，８１０，８０３号明細書では
、朝顔型の端部を持つ導体スリーブに、ある量の熱可塑
性物質を注入し、次にファイバ端部をスリーブに挿入し
、スリーブに電流を通して熱可塑性物質を溶融させてか
らスリーブを冷却する方法が開示されている。この方法
ではスリーブに光フアイバ挿入後、スリーブを加熱しな
け４ればならないため、導波構造に応力が加わり、その
結果光伝送能力が減少し、光ファイバそのものに欠陥が
生じてしまう。

各ファイバを各々のフェルールに止め付け、このフェル
ールをスリーブに接触するように取付けることによって
挿入損失を低く押さえることはできる。

アメリカ合衆国特許第３．８７０，３９５号明細書には
、結合するファイバの外径より僅かに大きいぐらいに中
央の寸法を小さくした毛細管が記載され、この毛細管は
流体で満たされ、毛細管の端部には流体を、保持するた
めにキャップが取付けられている。

６一 この様な滑合しているスリーブと共に用いられる中央の
寸法を小さくした管には通常問題がある。

正確に配置するために、スリーブの中央部あるいはスリ
ーブ全体の直径はファイバの直径よりも僅かに大きい程
度でなくてはならないので、ファイバ及びスリーブの円
形構造や外径誤差は厳密にコントロールされなければな
らない。又滑合しているスリーブでは内部に光ファイバ
を挿入することが困難である。

１９７５年９月刊行の′ザ・ベル・システム・テクニカ
ル・ジャーナル″の１２１５頁乃至１２２５頁に記載さ
れているＣ、Ｍ、Ｍｉ　Ｉ　ｌｅｒによる゛シーズ・チ
ューブ・スプライシーズ・フオ・オプチカル・ファイバ
ーズ″という論文においては、緩い管による結合が取上
げられている。ここでは結合状態を向上させるために、
光ファイバを管の外側へ曲げることにより、ファイバ端
部を管の方形断面の一角に偏倚させている。管の外側に
おけるこの各ファイバの曲がり具合は非常に臨界的であ
る。それは大きすぎたり少なすぎたりすると、ファイバ
の平坦な端部は管内に正確には配置されていないため伝
送−損失を引起こすためである。さらに僅かでもずれが
あると１つのファイバが分割され挿入損失を引起こすた
め、ファイバの各端部は同じ量だけ曲げられなければな
らず、そのようにすることは非常に困難である。

［発明の目的］ したがってこの発明の目的は従来の技術の欠点を除去す
ることであり、さらに詳しく言えば、挿入損失が低くな
るように２本の光ファイバの接合配置を提供することに
ある。

この発明の別の目的は手作業を必要としない完全な自己
整列の接合装置を提供することである。

この発明のさらに別の目的は構造が簡単で製造費用がか
からず尚且つ信頼性のある接合配置を提供することであ
る。さらに上記のような接合配置の形成方法を提供する
こともこの発明の目的である。

［発明の概要］ 上記及びこれから述べる目的を達成するために本発明は
、光ファイバを接合する装置が、長手方向の軸に沿って
曲がり、内部には接合される光ファイバの端部が挿入さ
れる楕円形の管を備えていることを特徴としている。

別の特徴としては、管を同包して保護し、接合部分を強
化し、ファイバ端部が容易に挿入されるようなハウジン
グを備えている。

この発明の別の特徴は、接合管及びハウジングの形成方
法にもある。

［実施例］ 以下添附図面を参照し実施例に従って発明の詳細な説明
する。

第１図を見ると、接合されるべき光ファイバ１と２が毛
細管あるいはスリーブ３の両端部に挿入されている。毛
細管３は第２図かられかるように断面が楕円形である。

管３は上記のような楕円形断面であること望ましいが、
方形構造の管を使用することも可能であり、その場合も
接合状態は良好である。Ｘ管３は楕円の長軸面と一致し
ている面内で長手方向の軸に沿って曲がっている。方形
構造の管の場合は方形の対角線と一致する面内で長手方
向の軸に沿って湾曲している。

光ファイバの直径は３０マイクロメータから６００マイ
クロメータの範囲であるが、この発明。

の接合装置はどのような直径の光ファイバにも適用する
ことができる。必要なのは、楕円管３の内面の断面の楕
円の短軸が接合されるべき光ファイバの直径よりも大き
いことのみである。光ファイバの直径と楕円管３の関係
は、光ファイバの表面が楕円管３の弓なりの外壁の内表
面に三箇所で接触している状態でなければならない。管
３の短径の範囲は１４５から１８０マイクロメータであ
る。

この短径の長さが１４５マイクロメータの場合はファイ
バ直径が１２５マイクロメータあることが望ましい。管
３の大きい方の内部直径の範囲は６００からｉ　ｏ、　
ｏ　ｏマイクロメータであるが、半径１２５マイクロメ
ータのファイバには長さ６００マイクロメータの管がソ
ましい。

しかしここでは、中央のガラスコアと外側のガラスクラ
ッド層からなり直径が約１２５マイクロメータのプリフ
ォームより形成された光ファイバについて述べたもので
ある。プリフォームから光ファイバを線引きした後、さ
らにファイバの外径を２５０マイクロメータにする処理
の間結合したり引掻き傷が生じたりするのを防ぐために
、ファイバの外表面にはプラスチックのコーティングが
なされる。本発明の接合装置は又］アがガラスでありク
ラツディングがプラスチック材料であるようなプラスチ
ッククラツド光ファイバにも使用することができる。

光ファイバを収容するのに充分な大きざであり、しかも
挿入すればそれ以上の操作なしで正確に整列できるよう
に光ファイバの両端部が一ケ所にのみくるように構成さ
れているスリーブを提供するためには、スリーブを主軸
に沿って曲げてアーチ型を形成すればよいことが見出だ
さた。光ファイバは強くてしかもある程度の柔軟性も備
えているためこの様なスリーブに挿入することができ、
切れたりコイル状になることもなくスリーブのアーチ型
内部に沿って容易に滑り込むことができる。

管３のアーチ型の形状はファイバー及び２が相互に完全
な接合配置を取れるようにこれらファイバ１と２を管３
内で徐々に湾曲させる。

このような形のスリーブは以下の方法で形成される。管
３を高純度の透明な溶融石英シリカガラスプリフォーム
から引抜く。ガラスは、その屈折率が接合されるべき光
ファイバよりも低い限りは他のどのようなガラスでもよ
い。プリフォームは方形でありそこから管を引抜くと溶
融ガラスに表面張力が生じ、プリフォームの方形断面が
楕円形に潰される結果となる。同様に、ファイバを引抜
く以外のこの様な楕円形あるいは方形のプリフォームを
構成する方法を用いることができる。

次に楕円管３は半径１０から２０インチで角度が約１５
から２１度の範囲のアーチを形成するように曲げられる
。管の半径は１４から１６インチがさらに望ましい。曲
半径がもつと小さい場合には角度は２１度まで大きくす
る。図面かられかるように、角度が２１度より大きいと
、管３の内部に沿った光フアイバ端部の望ましい光伝導
路を維持するために、内部の長及び短径の範囲について
対応した厳格な公差が必要となる。このアーチ型は所望
のアーチ半径のマンドリル、で長手方向に沿って楕円管
３を曲げることによって形成される。

管３の端部は保持ビンによって位置が固定されている。

次に管３はガラスの温度を上げて軟化させるために酸水
素炎によって加絆される。管３が最適アーチ型になると
マンドレルから引出され、所望の良さに切断される。ア
ーチの最適長は１．１２５から１　＋’、　３７５イン
チの範囲であるが０．８７５から１，６２５インチの範
囲であれば許容できる程度のものが得られる。。

ここで管３は光ファイバを最適に接合するために用いて
もよい。しかし、管３を支持し接合域に強度を与える管
３用のハウジング４を用いることが望ましい。又光ファ
イバ１と２の端部を管３の小さな開口部に挿入すること
及びこの挿入をファイバを損傷させないように行うこと
が難しいため、管３を同包し刃ハウジングを設け、ファ
イバ端部の挿入を容易にするためにこのハウジング４の
端部は漏斗状に・形成することが望ましい。ハウジング
４は管３の端部を越えて延出しており又管３の各端部に
結合している。こうして１個の接合ユニット６が形成さ
れる。

ハウジング４は断面円形の毛細管から構成される。内径
が標準１ミリメートル、壁厚０．５ミリメートル、溶融
温度約８２０度の管を用いるのがよいが、溶融温度が管
３より低ければ適当な任意のガラスを用いてもよい。

ハウジング４は以下の方法で形成される。第３図及び第
４図を参照すると、アーチ型管３の両端部は２つの先細
りのマンドレル５の間に位置している。内径がアーチ型
管３を収容するのに充分な大きさのハウジング４となる
管が管３及びマンドレル５を包囲するように取付けられ
る。次にハウジング４の管は、ハウジング４となる管は
軟化するが内部の管３はそのまま安定しているような温
度にま・で加熱される。この加熱は、ハウジング４のな
かで、管３がマンドレル５゛と結合する部分に向かって
行われる。そして外側のガラス管４はその端部において
マンドレル５の回りで流出しハウジンク４の各端部で漏
斗状の構成を取り、それと同時に楕円管３をハウジング
４に固定させる。このようにして１個の接合ユニツ］〜
６が形成され、又それによって接合されるべき光ファイ
バ１と２の端部の挿入が容易になる。

接合ユニトロの形成あるいは接合作用においてのユニッ
トの使用においてはこれ以外の加熱作用が行われること
はない。

ユニット６が形成された後、管３に光学的接着材が注入
される。接着材を注入することによってフレネル損失が
減少しファイバ端部の管３への挿入がさらに容易になる
。硬化性接着材によってファイバ端部の位置は保持され
る。この実施例で用いられる接着材は紫外線硬化性材料
であるが、光の反射を減少させるものなら他のどのよう
な接着材でもよい。　ファイバの最適な接合がなされる
かどうかを決める要因は光フアイバ端部の状態にある。

光ファイバ１と２の端部が軸に垂直に破断されているこ
とが重要である。ファイバ端部は手で破断すると管３内
でのファイバ端部の誤配置につながる傾斜した破断面と
なるため、ファイバ端部の垂直破断には破断具を用いる
ことが望ましい。

光ファイバ１と２の端部がハウジング４内に挿入される
前に、プラスチック保護コーティング８は、接合される
べきファイバ端部からファイバが管内に完全に挿入され
ている状態でのユニット６のフレア部分の範囲にかけて
除去される。光ファイバ１と２の保護コーティングのな
い状態での直径は約１２５マイクロメータである。クラ
ッドがプラスチックでコアがガラスの光ファイバを使用
する場合は、プラスチッククラッドがユニット６のフレ
ア部分の範囲にまで除去される。この場合光学的接着材
が、被覆されていないファイバの全ての部分を覆うよう
に注入され、光がコアから逃げるのを防ぐような屈折率
を持つ材料であることが必要である。

光ファイバ１あるいは２のどちらかの一端部はユニット
６の一端部に挿入され、ユニット６の約中央部まで摺動
される。次に他方のファイバの端部がユニット６の反対
側に挿入され、予め挿入されたファイバ端部に接触する
までユニット６内を摺動される。両端部は、それ以上の
手作業を要せずに管３の楕円状断面の管の曲がった形態
によって自動的に整列される。ファイバ端部の管３内で
の水平方向の整列は管３の内壁の楕円形によって行われ
る。壁は案内部として作用しファイバ１及び２の端部が
水平方向に動くのを妨げる。

管３は湾曲しているため、光ファイバ１と２も又自動的
に垂直方向で整列される。従って光ファイバ１及び２を
垂直あるいは水平方向に整列させるためにファイバを手
で操作する必要はない。スリーブ３とアーチの湾曲程度
は、光ファイバ１と２が、アーチ型管の外方に向かった
部分を形成している内壁の部分に対向した位置にきて、
又ファイバ１と２のかなりの部分がその内壁に沿って続
くようになっている。従って、接合域を伝播する光波の
角度は内部反射が最大となり又挿入損失が最低となるよ
うに臨界角度を維持している。

ファイバ１と２が管３の中央部に配置されると、ユニッ
ト６は光学的接着材を硬化させるために紫外線にさらさ
れ、この光学的接着材は同時にユニット６のフレア部の
位置にまで除去された保護コーティングをシールする。

このようにして永久的な接続及びしっかりと支持された
接合が形成される。

第５図かられかる通り、ここでは前記と同様の楕円状及
びアーチ型形状で、但し端部にフレア部を備えた管２０
が示されている。管２０は光学的接着材２１で満たされ
ており、光ファイバ２２と２３は管２０のフレア端部の
位置にまで取除かれた少なくとも１つの保護コーティン
グ２６を有し、互いに接触している。ガラススリーブ２
４は管２０を取囲んでおり管２０の７レア端部の末端よ
り長く延在している。スリーブ２４も又光学的接着材２
５で満たされている。

この変形された機械的接合装置は以下のように形成され
る。スリーブ２４が光ファイバ２２あるいは２３の一端
部の上の意図された接合域を越えてそれよりも長く配置
される。管２０は紫外線硬化性光学的接着材で満たされ
る。光ファイバ２２の一端部が管２０の端部に挿入され
管２０の内壁に沿って管内の適当な中央部に案内される
。次に光ファイバ２３の一端部が管２０の反対側の端部
より挿入され管２０の内壁に沿ってその楕円構造によっ
て、既に配置されているファイバ２２に接触するまで案
内される。

光ファイバ２２及び２３の端部が整列されると、光学的
接着材が紫外線源によって硬化される。接着材２１が硬
化した後、ガラススリーブ２４が管２０の回りに配置さ
れる。そしてスリーブ２４が紫外線硬化性光学的接着材
で満たされ、この接着材も続いて硬化される。

この構造は上記の１個のユニットよりも組立てにやや時
間を要するが、比較的費用が安く接合部も強固となる。

この実施例では、光ファイバ２０と２１の端部が、挿入
損失につながる不整列状態となることを避けるため、断
面が軸に垂直な破断面になるように処理されることも重
要である。

一体の部品あるいは別々の２個の部品構造のいずれを用
いても、本発明の機械的接合ではより高価な溶融接合具
を購入する必要がない。

以上本発明を特定の装置に関してその原理を説明したが
、これは単なる例として挙げたものであって、発明の目
的及び特許請求の範囲に記載された本発明の技術範囲を
制限するものでないことは容易に理解きれるであろう。

【図面の簡単な説明】 第１図は内部に光ファイバが配置されている管の長手方
向の断面図であり、第２図は第１図に示された管のＩＴ
−ＩＩラインに沿った楕円＃Ｉ造の管の断面図である。 第３図は管の長手方向の断面及び管の端部を加熱する前
のハウジングを示す。 第４図は管の長手方向の断面及び管の端部を加熱した後
のハウジングを示す。第５図は変形された管及びハウジ
ング配置の長手方向の断面図を表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ガラス管を備え、このガラス管は断面が楕円形で
   あり、この楕円形断面の長軸面を含む面において長手方
   向の軸に沿って湾曲しており、このガラス管の内部では
   各光ファイバの一端がガラス管のほぼ中間部で自己整列
   して接触して配置されていることを特徴とする光ファイ
   バの接合装置。 （２）ガラス管の湾曲形状が約１５°から ２１°のアーチ形になっている特許請求の範囲第１項に
   記載の装置。 （３）ガラス管の長さが１．１２５乃至 １．３７５インチの範囲にあり、それぞれのアーチ半径
   が１５乃至１６インチの範囲にある特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。 （４）ガラス管の長さが０．８７５乃至 １．６２５インチの範囲にあり、それぞれのアーチ半径
   が１０乃至２０インチの範囲にある特許請求の範囲第２
   項に記載の装置。 （５）ガラス管の回りにガラス管に結合してさらにガラ
   スハウジングが備えられており、前記ハウジングの端部
   が光ファイバが挿入しやすいように漏斗状になっている
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （６）ガラス管内に光学的接着材が備えられている特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 （７）前記光学的接着材が紫外線硬化接着材である特許
   請求の範囲第６項に記載の装置。 （８）光ファイバの接合装置を形成する方法において、 断面が楕円状の管を形成する工程と、 管をアーチ形にするために楕円の長軸 面において長手方向に沿って管を曲げる 工程と、 前記管のほぼ中央部に光ファイバの一 端部を挿入する工程と、 第２の光ファイバを、第１の光ファイ バの端部と接触するように管の反対側の 端部に挿入する工程とを含むことを特徴 とする光ファイバの接合配置を形成する 方法。 （９）管の周囲にガラスハウジングを配置し、このハウ
   ジングの端部を漏斗状にし、管とハウジングが接合して
   単一ユニットにする特許請求の範囲第８項に記載の方法
   。 （１０）前記ガラスハウジングを配置する工程において
   、軟化温度がガラス管よりも低いようなガラスハウジン
   グを選択する過程を含む特許請求の範囲第９項に記載の
   方法。 （１１）前記漏斗状にする過程の前にさらに、ガラスハ
   ウジングを軟化温度にまで加熱する過程を含む特許請求
   の範囲第１０項に記載の方法。 （１２）前記ガラス管とガラスハウジングとを接合させ
   る過程の後に、管を光学的接着材で満たす特許請求の範
   囲第９項に記載の方法。 （１３）楕円の長軸面と一致している面において長手方
   向の軸に沿って湾曲構造になっている楕円状の第１のガ
   ラス管を、光学的接着材で満たす工程と、 光ファイバの一端を第１の管のほぼ中央に挿入する工程
   と、 第２の光ファイバの一端部を第１のファイバの端部と接
   触するように管の反対側から挿入する工程と、 光学的接着材を硬化させる工程と、 第１の管の周囲に間隔をおいて第２のガラス管を配置す
   る工程と、 前記間隔に予め定められた量の光学的接着材を注入する
   過程と、 第２のガラス管内の接着材を硬化させる工程とを含むこ
   とを特徴とする２つの光ファイバの各端部を結合させる
   方法。 （１４）前記光学的接着材で満たす工程において、紫外
   線硬化の光学的接着材を選択する特許請求の範囲第１３
   項に記載の方法。