JPS63197905A - 光フアイバのコア検出方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光ファイバ、特にコア径の小さいシングルモー
ド光ファイバのコア位置を正確に検出する方法に関する
。

〈発明の技術的背景〉 光ファイバ、特にコア径の小さなシングルモード光ファ
イバを接続する場合（°よ、光ファイバのコアを基準に
して軸合せした後、光ファイバを軸合せする必要があり
、また、接続後についても光ファイバのコアの軸ずれ量
を評価して接続の良否を判定する必要がある。

従来の光ファイバのコア検出方法として、次のものがあ
る。

■　昭和５８年度電子通イ＝学会総合全国大会において
頒布されたｓＪＩ演予稿集の２００７゜９．７−３８８
において掲載され、同大会において発表された立蔵公壱
他二名の報告ｒｓＭＦ用コア面視形融着接続装置の設計
」に見られるように、Ｇｅドープ光ファイバの紫外線励
起による蛍光現象を利用してコアを検出する方法、 ■　また、昭和５８年度電子通信学会総合全国大会にお
いて頒布された講演子８８ｍの２００９、ｐ、７−３９
０において掲載され、同大会において発表された灰原正
他二氏の報告「単一モード光ファイバのコア直接観察に
よる接続損失の推定」に示されているように、微分干渉
顕微鏡を使用して空気中で、光ファイバのコアを検出し
、コアを軸合せする方法、 の　また、「電子通信学会論文誌Ｊ　’　８３／１２゜
ｖｏｌ　　Ｊ　６６−Ｂ、　Ｎｏ、ｌ　２　　ｐｐ、１
５２０〜１５２１に掲載された片桐敏昭他１名により執
筆された論文「単一モード光ファイバのコア検出条件に
関する一考察」などに見られるように、一様な平行光線
を光ファイバにあて、その透過光を観測してコアを検出
する方法である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上述した従来の光ファイバのコア検出方法に
おいて、例えば■の方法は紫外領域のレーザ光源やその
照射−置を要するため装置が大形化する欠点があった。

さらに、見掛は上のコアで軸合せしていたため、正確な
軸合せができない欠点があった。

また、■の方法は微分干渉顕微鏡という特別な装置を必
要とすることや、顕微鏡本体の大きさにより光ファイバ
軸合せ微動機構の設計が制限される欠点がある。さらに
、上記＠の方法同様、見掛は上のコア位置で軸合せする
ため、正確な軸合せができない欠点があった。

また、■の方法は、一様な平行光線を出す照明源を必要
とするため、装置構成が複雑になる欠点があった。更に
、常に一定のコア像を発生させるために一様な平行光線
などの照明条件、光ファイバの中心から顕微鏡側に向っ
て光ファイバ外径の約１の位置に顕微鏡の１１２Ｑ１面
を合わせる条件、顕微鏡の焦点深度が極めて小さい（例
えば１μ）条件、および微動機構により顕微鏡の観測面
を正しい位置に設定する条件など光ファイバのコア位置
を検出する場合に種々の誤差要因があり、これらすべて
の条件を満足しないと正確なコア位置を検出できない欠
点があった。

この発明は、以上のような従来の光ファイバのコア検出
方法の欠点を除去するためになされたものであって、特
別な装置を用いることなく、簡単な光ファイバのコアを
検出する方法を提供しようとするものである。

く問題点を解決するための手段〉 上述の目的を達成するためのこの発明の光ファイバのコ
ア検出方法は、コアとクラッドの吸収損失が互いに相異
なる光ファイバにおいて、光ファイバを加熱するとき、
互いに相異なる光強度で光って見える上記の光ファイバ
の温度放射像からコアを検出し、かつ光ファイバ中心軸
に対するコアの見掛は上の位置ずれ量にコアの屈折率分
の１を乗じ、コアの見掛は上の位置ずれ量を補正するこ
とを特徴とするものである。

く実　施　例〉 次に、図面を用いて本発明の代表的な実施例について説
明する。

第１図は本発明の温度放射による光ファイバのコアの検
出方法の具体的手法を示す斜視図であり、図中、１．１
’はそれぞれ電動モータで駆動される微動機構で支持さ
れた光ファイバ固定台上のＶ溝、２および２′は先端部
分の被覆除去と切断の完了した光ファイバ、３バ一対の
電極４，４′間に放電させるための高周波電源、５は電
極４，４′の放電による加熱範囲を示す。

第１図の構成により光ファイバ２，２′のコアを検出し
軸合せ、および接続するには、先ず光ファイバ２，２′
の切断端面を対向させて、それぞれ光ファイバ固牢台１
．１’（ｐＶ溝に固定する。

次いで微動機構を操作して、光ファイバ２゜２′の先端
部を高周波電源から電力を供給されている電極４，４′
の放電加熱部５内に送出する。

すると、光ファイバ２，２′の先端部は高周波電源３か
らの供給電力によって決まる温度（例えば１，５００℃
）に加熱されろ。

このとき、光ファイバの断面図である第２図に示すよう
に通常用いられろクラッド２−１がシリカガラス、コア
２−２がＧｅドーパントを含むシリカガラスの光ファイ
バを代表例として説明すると、コア２−２はクラッド２
−１よりも吸収損失が大きいため、クラッドより大きな
放射率をもっている。この結果、この光ファイバ中のコ
ア２−２はクラッド２−１よりも高い光強度で発光する
。

すなわち、第１図において、加熱部５内にある光ファイ
バ２および２′は温度放射像６゜６′として顕１［！７
で検出できる。

したがって、Ｘ軸と、これに直交するｙ軸方向から光フ
ァイバ２，２′のコアの軸ずれ量を検出できる。この場
合、第２図に示すように、光ファイバ２（２’）の中心
軸７からのコア２−２の位置ずれ量ΔＸの大きさは、ク
ラッド２−１のレンズ効果によってクラッドの屈折率倍
だけ拡大されてｖＡＳされた見かけ上の大きさであり、
正確なコア位置ずれ量は、見かけ上のコア位置ずれ量Δ
Ｘにクラッドの屈折率（例えばｎ＝１．４６）分の１を
乗じてΔｘ　／　ｎと補正しなければならない。第２図
はＸ方向から観測する場合であるが、同様にＸ方向から
１Ｅ！測すれば、見かけ上の位置ずれ量Δｙが得られ、
クラッドの屈折率分の１を乗じて正確な位置ずれ量Δｙ
／ｎが得られる。

以上のようにして、直交する２方向から検出した正確な
コア位置ずれ量に基づいて、光ファイバ２，２′の融着
接続前にはコア軸合せすることができ、また融着接続後
には結果として圧したコア軸ずれ量から接続の良否を判
定することができる。

以上の説明ではグロー放電加熱を例にとったが、加熱手
段としては、この他にニクロム林ヒータ、カーボンヒー
タ、プロパンガス炎なども適用可能である。

次にコアにＧｅがドープされているシリカガラスファイ
バの温度放射に関する理論的かつ実験的な検討、および
クラッドのレンズ効果によるコア位置ずれｌの観測誤差
に関する検討を述べる。

［に］　加熱によるＧｅドープ光ファイバの温度放射 （１）光ファイバコアの分光放射束発散度一般に、温度
放射体の分光放射束発散 度Ｐλは、分光放射率Ｃ（λ）とブランクの放射式ムと
の積として次式のように与 丸られる。

Ｐλ＝　１　（λ）ム　　　　　　　　　（１）光ファ
イバのコアとクラッドの分光放 射率ε（λ）をを算出するため、まず、吸収損失ａ、ｂ
、、即ち吸収係数αを求める手順を以下（ａ）　（ｂ）
に示す。

（ａｌ　　シリカガラスの吸収損失ａ、ｂ。

文献　０人、Ｐｉｎｎｏｗ、　Ｔ、Ｃ，Ｒｉｃｈ、　Ｆ
、Ｗ。

０ｓｔｅｒ＋ｍａｙｏｒ、Ｊｒ、　ａｎｄ　Ｍ、ＤｉＤ
ｏｍｅｎｉｃｏ、Ｊｒ、。

−Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　０ｐｔｉｃａｌ＾ｔｔｅｎ
ｕａｔｉｏｎＬｉａ＋ｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌｉｑｕ
ｉｄ　ａｎｄ　Ｇａ５５ｙ　Ｓｔａｔｅｗｉｔｈ　ａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃａ
ｌＷａｖｗｇｕｉｄｅ　　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、＋人ｐ
ｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、。

２２、１０．　ｐｐ５２７−５２９　（１９７３）から
、シリカガラスの吸収損失’ａｂｓ　（ｄＢ／　ｍ）は
次式％式％ ただし、ＡとΔＥは定数で、 Ａ＝４．２９Ｘ１０ ΔＥ＝０．７０４　　　　　　　　（３１であり、Ｅは
実効的エネルギギャップ ７、文献Ｓ、Ｔａｋａｈａｓｈｉ　ａｎｄ　Ｓ、５ｈｉ
ｂａｔａ、”Ｔｈｅｒ＋ｍａｌ　　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ
　ｏｆ　Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　　ｆｏｒＯｐｔｉｃ
ａｌ　　Ｆｉｂｅｒｓ、＋Ｊ、Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｎｅＳｏｌ　ｉｄｓ、　３０．　ｐｐ、　３５９−
３７０　（１９７９）から、クラッドとコアの実効的エ
ネルギギャッ プ、すなわちＥ、ｃｄとＥｌｌｅｌｌは次式で与えられ
る。

Ｅ　、ｃｄ＝１３−３８　＋　ｄＥ、ｃ７　ｄ　Ｔ　（
Ｔ　　２０　）Ｅ、ｃ、＝　１２．９１　＋　ｄＥ、Ｃ
，／　ｄＴ（Ｔ−２０１ここで、Ｔはシリカガラスの温
度め であり、その実効的エネルギギャップ の温度勾配は次式で与えられろ。

ｄＥ、ｃ／ｄＴ　＝　−１，２Ｘ　１０−３ｄＥ、、。

／ｄＴ　＝　−１，８Ｘ　１０−’　　　（５まただし
、（５）の式の値はＴ＜３００℃までの実験から得られ
た値であるが、 以下の議論では２０００℃程度まで一 定と仮定した。

また、（２）式において、Ｅはフォトンエネルギ（ｅＶ
）で波長λ（−）とは、次の関係がある。

Ｅ　＝　１．２３９８５　／λ　　　　　（６）以上（
２）ないしく６）式より、波長λとシリカガラスの温度
Ｔに対する吸収損失ａ、ｂ。

を計算によって求めることができる。

（ｂ）　　シリカガラスの吸収係数ａ シリカガラスの吸収係数ａ（１／ｍ） は、その吸収損失αｍｂａ　（ｄＢ／　ｍ　）と次式の
ような関係がある。

ａ＝（ｌｏｇ　　１０／１０）ａ　　＝　０．２３０３
ｃｒ、ｂ。

・第３図は、波長をパラメタとして、 波長３００ｎ＋ｓから７００ｎｍまでについて、シリカ
ガラスの温度吸収係数ａと の関係を示したものである。第３図か う、光ファイバのコアとクラッドの吸 収係数の大きさは、上記（４）式から、すなわち（５）
式の実効的エネルギギャップの温度勾配で決定され、少
なくともＴ 〉０℃でばコアの勾配がクラッドより 大きいため、コアの吸収係数の大きさ がクラッドより大きくなる。

（Ｃ）　　分光放射率Ｃ（λ） 光ファイバの分光放射率ε（λ）を第４図に示すような
シリカガラス板でモデ ル化して考える。いま単位光強度ｌの 光が、シリカガラス板に入射するとき、空気−シリカガ
ラスの境界面では反射 ・透過があり、シづカガラス内部に入 射した光はランバート（Ｌａｍｂｅｒｔ）の法則にした
がって一部吸収される。この とき、シリカガラス板の外部に放射さ れる光の光強度を無限級数の和として 求めると、次式の分光放射率Ｃ（λ）を求めることがで
きる。

ε（λ）　＝　１−ｒ−（１−ｒ）２ｅｘｐ　（−ａ　
ｔ）／　（１−ｒｅｘｐ　（−ａ　ｔ））となる。ここ
で、ｒは光がシリカガラ スに垂直入射する場合の反射率、ａは 吸収係数（１／ｍ）、ｔはシリカガラ ス板の厚み−である。ここで、反射率 ｒは、クラッドの屈折率が１．４５８４であることから
、ｒ　＝　０．０３４７７とした。

但し、コアの分光放射率は、以下にお いて次の条件で計算している。即ち、 コアとクラッドの屈折率差は１％以下 と／ｈさいなめ、コアとクラッドの境界面での反射を無
視し、また、シリカガ ラスの吸収損失は極めて小さいため、 クラッド中における吸収損失を無視し た。

（２）　　コアとクラッドのコントラスト（ａ）　　　
計　　　　　算 光ファイバを加熱する場合、第３図 から分かるように、少なくともＴ〉０ ℃では、各波長に関するコアの放射率 ε。。は温度と無関係にクラッドの放射率ε。６より大
きい。したがって、コアはクラッドより強い光強度で光
って見える はずである。第５図は、光ファイバ温 度をパラメタにして、光ファイバが加 熱されているときの光ファイバ表面に おける放射率の計算結果を示したもの で、（ａ）はマルチモード光ファイバの場合、（ｂ）は
シングルモード光ファイバの場合である。但し、その放
射率を簡単 化して考えるため、放射率として、図 中に示すようにａ’ａ鏡から見てその先軸方向の光ファ
イバの厚みを（８）式に代入して計算した値を用い、ま
た、コア とクラッドのレンズ効果を無視して求 めたものである。

第５図において、コアとクラッドの コントラストを考えると、マルチモー ド光ファイバのコアのほうがシングル モード光ファイバより観測しやすく、 また、コントラストは、両ファイバ共、ファイバ温度の
上昇とともに良くなる ことが分かる。また、光ファイバが温 度の上昇とともにより強く光って見え る様子が分かる。なお、温度放射であ るため、コントラストは両ファイバと も波長に無関係に一定である。

（ｂｌ　　実験結果 第６図（ａｌ　（ｂｌは、光ファイバの温度放射像の実
際の光強度分布を計測したも のであって、第６図（ａｌはマルチモード光ファイバの
温度放射像の光強度分布、第６図ｆｂ）はシングルモー
ド光ファイバの温度放射像の光強度分布である。第 ６図と第５図をコアとクラッドのコン トラストに関して比較すると、光ファ イバは１５００℃程度まで加熱されて いると推定される。

ところで、シングルモード光ファイ バの場合、マルチモード光ファイバに 比較してＧｅドーパント量が少いため、吸収損失が小さ
くなる。すなわち、第 ５図ｔｂ＋はマルチモード光ファイバの吸収損失に基づ
いた計算結果であるため、第６図に示した実際のコアと
クラッド のコントラストは、Ｇｅドーパント量 の差だけ小さくなっていると考えられ る。また、第５図の場合、クラッドの レンズ効果を無視しているため、コア 径は原寸のままであるが、これに対し て、実際の計測結果（第６図）の場合 は、次に述べるように、コア径はクラ ッドの屈折率倍だけ拡大されて１ｉ！１１１１ｍされる
。

以上から、光ファイバを加熱部に近 接させたときコアが見えるのは、コア の放射率がクラッドより大きく、コア からより強い温度放射があるためであ ることが明らかになった。

［＆］　　コア位置の観測誤差の検討 顕微鏡で光ファイバコア像を計測する場合、クラッドの
レンズ効果が問題となる。

光ファイバ中心軸からのコア位置ずれ量は、コア径と同
様そのレンズ効果によって、顕微鏡の倍率と異なった倍
率で計測される。

これを第７図で考えると、中心座標（ｘｏ、ｙｏ）で直
径２ｎのコアＲＲは、顕微鏡からは（マｍｙ）と（王ｐ
　ｙ）を結んだ線分ＶＶとして、クラッドの屈折率倍の
大きさで計測されろ。ｄは光ファイバの直径である。

ｙ＝（ａ−χ）―ｗ２ ｙ　＝　（ｘ−ａ）　ｔｏａ　ｌｌ。

ここで、長と１は第７図に示す角度であり、また里と旦
；よ；と万に対応する位置の角度である。

以上述べたように、加熱によるＧｅドープ光ファイバの
温度放射現象、および正確なコアの観測条件が明らかに
なった。上述の説明で（よ、Ｇｅドーパントの場合を例
にとって温度放射を説明したが、光ファイバのコアにＰ
がドープされているシリカファイバの場合も、その温度
放射像からコアを検出できる。一般に、光ファイバのコ
アとクラッドの吸収損失がドーパントの含有によって異
なれば、その温度放射像からコアを検出できる。また、
以上の説明では、顕ｗ１鏡でコアを観測する場合を考え
たが、顕微鏡に加又てＣＣＤカメラや画像処理装置など
を導入すれば、微動機構と連動させることによってより
効率的なコア軸合せや、接続後のコア軸ずれ量から接続
の良否を能率よく判定できる。

と□ころで、以上では光ファイバのコアにドーパントが
含まれている場合を考えたが、クラッドに含まれ、かつ
これによってクラッドの吸収損失が太き（なる場合には
、クラッドがコアに対して光って見えるようになる。た
だし、光ファイバの加熱温度については、以上の説明で
は、１５０℃程度について説明したが、コアとクラッド
のコントラストの関係からは１０００℃以上が望ましい
。また、融着接続温度（例えば２２００℃）では、融着
接続中にコア間の軸ずれ量を検出して接続損失を推定評
価できるが、これが実用上の上限温度となる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなごとく、 ■　本発明の温度放射による光ファイバのコア検出方法
はコアとクラッドの吸収損失が相異なる光ファイバを加
熱したとき、両者が相異なる強度で光って見える現家を
利用していること、および光ファイバを融着接続する装
置には必ず装備されている加熱手段を流用できるため、
常に一定のコア像を発生させるための照明装置やコアを
発光させるためのレーザとその照射装置など特別な装置
を必要としない。したがって、光ファイバ接続装置の装
置構成が単純化され、装置を小形化経済化できる。

■　さらに、本発明の光ファイバのコア検出方法では、
単に光ファイバを加熱してコア像を発生させているため
、コア像を発生させるための照明装置などの手段の不備
・調整不良の影響を全く受けない。したがって、最も重
要なコア像を発生させる段階での誤差要因がない利点が
あり、効果的に長期間安定して高精度に軸合せできるの
で、光ファイバを低損失に接続できる。

■　また、本発明の光ファイバのコア検出方法は、光フ
ァイバの融着接続動作中、特に該動作完了直前において
、接続されろ光ファイバ間の位置関係が固まった時点で
、両光ファイバ間のコア軸ずれ量を検出・評価できるた
め、光ファイバ接続動作とコア軸ずれの検出・評価との
同時並行作業が可能である。したがって、光ファイバ接
続時間を短縮でざる等各種の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度放射による光ファイバのコア検出
方法の実施要領を示す斜視図、第２図は光ファイバのコ
アがクラッドに対して光っ゛　て見える状況を示す原理
説明図、第３図は光ファイバ温度対コアおよびクラッド
の吸収係数の関係を示す特性図、第４図は光強度Ｉの光
がシリカガラス板に入射するときの、空気対シリカガラ
ス板の境界面での反射・透過および吸収の関係を示す説
明図、第５図（ａ）　（ｂ）はそれぞれ、マルチモード
光ファイバおよびシングルモード光ファイバ表面におけ
る放射率の計算結果を示す図、第６図（ａｌ　（ｂ）は
それぞれマルチモード光ファイバおよびシングルモード
光ファイバ温度放射像の実測結果を示す図、第７図は光
ファイバのクラッドのレンズ効果を示す説明図である。 図　　　　　中、 １・・光ファイバ固定台のＶ満、 ２（全体符号）・・・光フ７・イパ、 ２−１・・・クラッド、 ２−２・・・コア、 ３・・高周波電源、 ４・・・電極、 ５・・・加熱部、 ６・・コアの温度放射像、 ７・・・光ファイバの中心軸。 特　　許　　出　　願　　人 日本電信電話株式会社 代　　　　理　　　　人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コアとクラッドの吸収損失が互いに相異なる光ファイバ
   において、光ファイバを加熱するとき、互いに相異なる
   光強度で光って見える上記の光ファイバの温度放射像か
   らコアを検出し、かつ光ファイバ中心軸に対するコアの
   見掛け上の位置ずれ量にコアの屈折率分の１を乗じ、コ
   アの見掛け上の位置ずれ量を補正することを特徴とする
   光ファイバのコア検出方法。