CN100561263C - 光子晶体光纤的连接方法以及连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以低损耗且以高连接强度连接包层部具有许多细孔的光子晶体光纤与被连接光纤的方法。在熔接具备具有许多细孔的包层部、和具有与上述包层部相同的折射率的纤芯部的光子晶体光纤(1)与被连接光纤(2)的方法中，在使光子晶体光纤的端面与被连接光纤的端面对接之后，进行在不破坏光子晶体光纤的细孔的加热条件下对对接部放电加热来进行连接的主放电，此后，进行在不破坏光子晶体光纤的细孔的加热条件下对连接部进行至少一次放电加热来提高连接强度的追加放电，从而形成熔接部(4)。

Description

光子晶体光纤的连接方法以及连接结构

技术领域

本发明涉及一种用于使光子晶体光纤与其它光纤、或者光子晶体光纤彼此之间以低损耗连接的连接方法以及连接结构。

本申请对2004年6月22日提出的JP特愿2004-183639号申请主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

光子晶体光纤为包层部具有细孔的光纤，其可以实现以往的纤芯/包层结构的光纤所无法实现的特性，被作为各种种类的功能性光纤或者将来的传输用光纤进行了开发。光子晶体光纤为下述结构：由于包层部具有许多细孔，因而等效折射率较纤芯部低，通过全反射来自于纤芯部的纯石英部的光而在纤芯部中传播光。根据细孔配置的设计，可以获得各种各样的特性。

当把这样的光子晶体光纤作为传输用光纤或各种光元件用光纤来实际应用时，必须使光子晶体光纤与其它光纤、或者光子晶体光纤彼此之间以低损耗连接。

以往，作为使光子晶体光纤与其它光纤、或者光子晶体光纤彼此之间以低损耗连接的方法，提出了专利文献1所公开的技术方案。

另外，作为提高光子晶体光纤的连接强度的方法，提出了专利文献2所公开的技术方案。

专利文献1：JP特开2002-243972号公报

专利文献2：JP特开2004-77890号公报

纤芯部为具有与包层部相同折射率的石英玻璃，在使包层部具有许多细孔的光子晶体光纤与其它光纤、或者光子晶体光纤彼此之间熔接的情况下，在连接时，如果包层部的许多细孔被破坏，则由于该部分成为折射率分布均匀的石英玻璃部分而失去导波结构，所以增加了连接损耗。为了降低连接损耗，必须在保持细孔结构的状态下进行连接，以便不失去导波结构。然而，为了保持细孔部以便不失去导波结构，必须尽可能缩短加热时间、降低加热温度，但是，如果减少熔接部的加热时间、降低加热温度，则存在因熔接不充分而使连接强度降低的问题。

专利文献1所公开的连接方法是密封光子晶体光纤的细孔来连接的方法。通过密封细孔，使该部分与被连接光纤成为同一结构，所以可以大幅度减小连接损耗。并且，由于光子晶体光纤的连接端部的模场直径变大，所以可以通过与模场直径较大的光纤连接来抑制连接损耗。然而，如果把该连接方法应用到纤芯部具有与包层部相同的折射率的光子晶体光纤中，则在细孔被破坏了的部分，由于包层与纤芯成为一体而失去了导波结构，所以通过该连接方法无法使纤芯部具有与包层部相同的折射率的光子晶体光纤与被连接光纤以低损耗熔接。

专利文献2所公开的连接方法，为了防止在熔接时破坏光子晶体光纤的细孔，在熔接时减小光纤端面间隔，将对光纤端面的热影响抑制得较低，由此来防止破坏细孔。根据该方法，传递给光纤端面的热量减小，但是，在专利文献2中，记载的是可以通过将光纤压入规定长度来形成牢固的光纤连接结构的内容。然而，根据该方法，连接强度的提高是不充分的。

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种使具有折射率与包层部相同的纤芯部且包层部具有许多细孔的光子晶体光纤、与其它光纤和光子晶体光纤中的任意一者的被连接光纤以低损耗且以高连接强度连接的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种连接方法，熔接具有包层部和纤芯部的光子晶体光纤与被连接光纤，该包层部具有许多细孔，该纤芯部具有与包层部相同的折射率；该连接方法包括：使光子晶体光纤的端面与被连接光纤的端面对接的步骤；在对接后，进行主放电的步骤，该主放电是在不破坏光子晶体光纤的细孔的第一加热条件下对对接部放电加热来进行连接的放电；在主放电后，进行追加放电的步骤，该追加放电是在不破坏光子晶体光纤的细孔、且时间与上述第一加热条件相同或比上述第一加热条件短的第二加热条件下对连接部进行间歇放电加热来提高连接强度的放电，上述间歇放电是反复进行短时间的通/断的放电。

在本发明的连接方法中，优选上述主放电的放电时间在500msec以下。

在本发明的连接方法中，优选上述间歇放电的一次接通时间短于上述主放电的放电时间。

在本发明的连接方法中，优选上述间歇放电的一次切断时间为接通时间的1/2～2倍。

并且，本发明提供一种光子晶体光纤的连接结构，该光子晶体光纤的连接结构是根据上述本发明涉及的光子晶体光纤的连接方法制造的，具有光子晶体光纤的细孔未被破坏的熔接部。

在本发明的连接结构中，优选上述熔接部的连接损耗在0.4dB以下，连接强度在0.5kgf以上。

对于本发明而言，在熔接具备具有许多细孔的包层部、和具有与包层部相同的折射率的纤芯部的光子晶体光纤与被连接光纤时，使光子晶体光纤和被连接光纤的光纤端面对接，并进行在不破坏光子晶体光纤的细孔的加热条件下对对接部放电加热来进行连接的主放电，其后，进行在不破坏光子晶体光纤的细孔的加热条件下对连接部进行至少一次间歇放电加热来提高连接强度的追加放电，从而形成熔接部。由此，可以在保持光子晶体光纤的细孔结构的状态下使光纤彼此熔接，可以以低损耗制造充分提高了连接强度的熔接部。

并且，由于可以通过熔接机的连续作业来进行连接，因此可以以低损耗且以高连接强度来简单地连接光子晶体光纤与被连接光纤。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的熔接部的侧视图。

图2是表示在本发明中使用的光子晶体光纤的一个例子的端面图。

附图符号说明：

1-光子晶体光纤、2-被连接光纤、3-熔接机的电极、4-熔接部、5-放电；6-纤芯部、7-包层部、8-细孔

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明一个实施方式的要部侧视图，图中符号1表示光子晶体光纤，2表示被连接光纤，3表示熔接机的电极，4表示熔接部，5表示放电。

如图2所示，该光子晶体光纤1为具有折射率与包层部7相同的纤芯部6，包层部7具有许多细孔8的结构。在本例中，光子晶体光纤1由石英玻璃构成，许多细孔8形成多个层，并包围纤芯部6。细孔8的直径d以及细孔节距A既可以为恒定的，也可以是不同的。另外，本发明所使用的光子晶体光纤不局限于图2所示的光子晶体光纤1，也可以使用具有其它细孔配置结构的各种光子晶体光纤。

被连接光纤2可以是与光子晶体光纤1不同的其它光纤、或者光子晶体光纤1。作为其它光纤，可以列举出例如石英类的单模光纤(以下，记为SMF。)、多模光纤等。

为了利用本发明的连接方法来熔接光子晶体光纤1与被连接光纤2，首先，把两者的光纤端部设置于熔接机上。各光纤被设置成在熔接机的电极3的位置使各端面对接的状态。在熔接机工作时，通过电极3之间的放电5来对该对接部加热。

然后，进行在不破坏光子晶体光纤1的细孔8的加热条件下对对接部进行放电加热来进行连接的主放电。该主放电的加热条件，优选以500msec以下的放电时间进行，从而使熔接部4的连接损耗在0.4dB以下，连接强度在0.5kgf以下。在通常的熔接方法中，由于连接强度在0.5kgf以下，因而因熔接机的检测(proof)而断开的情况较多，无法确保可靠性，但是，在本发明的连接方法中，由于在该主放电之后进行用于提高连接强度的追加放电，所以在该主放电中连接强度也可以在0.5kgf以下。另一方面，在主放电中，如果使连接强度大于0.5kgf，则光子晶体光纤1的细孔8会被破坏，从而连接损耗增加。

在主放电后，进行在不破坏光子晶体光纤1的细孔8的加热条件下对熔接部4进行至少一次放电加热来提高连接强度的追加放电，形成熔接部4。

该追加放电优选间歇放电，该间歇放电是反复进行短时间的通/断的放电。在主放电后，通过进行反复进行短时间间隔的放电的间歇放电，抑制了光子晶体光纤1的细孔部的温度上升，从而防止了细孔8的破坏。在该间歇放电中，在接通状态下，没有外侧的细孔的部分比包层部7内侧的细孔8先熔化，在细孔8破坏之前成为切断状态。通过反复进行该操作，可以在保持光子晶体光纤1端部的细孔结构的状态下进行熔接，所以可以以低损耗形成连接强度高的熔接部4。

上述间歇放电的一次接通时间，优选短于主放电的放电时间。如果间歇放电的一次接通时间长于主放电的放电时间，则在间歇放电时细孔8会被破坏，从而连接损耗增加。

另外，上述间歇放电的一次切断时间，优选是接通时间的1/2～2倍。如果切断时间短于接通时间的1/2，则无法抑制光纤细孔部的温度上升，从而破坏细孔8。另一方面，如果切断时间长于接通时间的2倍，则对细孔外侧的包层部的加热不足，从而无法提高连接强度。

而且，间歇放电的总放电时间，优选大于等于接通时间与切断时间的合计时间。如果间歇放电的总放电时间短于接通时间与切断时间的合计时间，则无法充分地提高连接强度。

通过进行上述主放电与间歇放电(追加放电)，可以形成具有低损耗且高连接强度的熔接部4，可以获得以低损耗且高连接强度连接光子晶体光纤1与被连接光纤2的连接结构。在该熔接部4，光子晶体光纤1的细孔8不被破坏，保持了导波结构。

在本发明的连接结构中，优选熔接部4的连接损耗在0.4dB以下，连接强度在0.5kgf以上。

[实施例1]

对包层部具有许多细孔的光子晶体光纤(包层直径125μm、细孔直径d＝4.5μm、细孔节距A＝7.5μm、细孔层数为5层)，与包层直径为125μm、波长为1550nm下的模场直径为10μm的SMF实施了熔接。作为熔接机采用了藤仓公司制造的熔接机FSM-40F。

把各光纤配置于熔接机上，设置成使各光纤的端面对接的状态，主放电能在0bit时是恒定的，使放电时间变化，只进行主放电，测定制作出的连接部的连接损耗。其结果如表1所示。

表1

放电时间	连接损耗	连接强度
			msec	dB	kgf
300	0.25	0.3
			400	0.40	0.5
500	0.75	0.7
			700	1.65	1.0

测定波长1550nm

由表1的结果可知：如果缩短放电时间，则可以保持光子晶体光纤1的细孔，所以放电时间越短连接损耗越低。

当放电时间在500msec以上时，由于细孔被破坏，所以连接损耗增加。

当放电时间小于300msec时，由于放电时间过短，所以无法连接各光纤。

测定连接损耗最小的放电时间为300msec的情况下的连接强度，结果，平均断裂强度为0.30kgf，较低。使用的熔接机的检测标准为0.2kgf，在放电时间为300msec的情况下，有的连接部因熔接机的检测而断开。

[实施例2]

在上述实施例1中，以损耗最低的放电时间300msec进行主放电来连接，其后，作为追加放电进行间歇放电，测定所获得的熔接部的连接损耗和连接强度。对于间歇放电而言，以与主放电相同的放电能，进行接通时间为与主放电时间相同的放电时间300msec、切断时间为100～700msec的连接。间歇放电的总放电时间为进行两次接通、切断的时间。熔接部的连接损耗与连接强度的测定结果如表2所示。

表2

测定波长1550nm

由表2的结果可知：通过在主放电之后进行间歇放电，可以在维持低连接损耗的状态下，提高连接强度。如果间歇放电的切断时间短，则会破坏细孔，从而增大连接损耗，如果切断时间长，则无法提高连接强度。

[实施例3]

与实施例2一样地使与实施例1中所使用的光纤相同的光子晶体光纤彼此连接。把主放电时间变更为350msec，以间歇放电时间为放电能，进行接通时间为放电时间300msec、切断时间为100～700msec的连接。使间歇放电的总放电时间为进行两次接通、切断的时间。熔接部的连接损耗与连接强度的测定结果如表3所示。

表3

测定波长1550nm

由表3的结果可知：即便是在光子晶体光纤彼此之间的连接中，通过在主放电后进行间歇放电，也可以在维持低连接损耗的状态下，提高连接强度。如果间歇放电的切断时间短，则会破坏细孔，从而增大连接损耗，如果切断时间长，则无法提高连接强度。

以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但是本发明不限于这些实施例。在不脱离本发明要点的范围内，可对结构进行添加、省略、置换、以及其它变更。本发明不由上述的说明来限定，而仅由权利要求书来限定。

Claims (4)

1.一种光子晶体光纤的连接方法，对具有包层部和纤芯部的光子晶体光纤与被连接光纤进行熔接，该包层部具有许多细孔，该纤芯部具有与上述包层部相同的折射率，其特征在于，包括：

使上述光子晶体光纤的端面与上述被连接光纤的端面对接的步骤；

在上述对接之后，进行主放电的步骤，该主放电是在不破坏上述包层部的细孔的第一加热条件下对对接部放电加热来进行连接的放电；

在上述主放电之后，进行追加放电的步骤，该追加放电是在不破坏上述包层部的细孔、且时间与上述第一加热条件相同或比上述第一加热条件短的第二加热条件下对连接部进行间歇放电加热来提高连接强度的放电，

上述间歇放电是反复进行短时间的通/断的放电。

2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤的连接方法，其特征在于，上述主放电的放电时间在500msec以下。

3.根据权利要求1所述的光子晶体光纤的连接方法，其特征在于，上述间歇放电的一次接通时间短于上述主放电的放电时间。

4.根据权利要求1所述的光子晶体光纤的连接方法，其特征在于，上述间歇放电的一次切断时间为接通时间的1/2～2倍。

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