JP2001174662A

JP2001174662A - 光ファイバの接続方法および光ファイバ接続部

Info

Publication number: JP2001174662A
Application number: JP36347599A
Authority: JP
Inventors: Ryuichiro Shimizu; 龍一郎清水; Yuzuru Tanabe; 譲田辺
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】融点の異なる２種の光ファイバを接着剤を用い
ずに融着接続し、接続部において長期間にわたり高い信
頼性を確保する。【解決手段】融点が異なる石英系光ファイバ１１Ａとテ
ルライトガラス光ファイバ３を、挿入部１２Ａ、１２Ｂ
の肉厚が異なる融着チューブ１２に各挿入し、主放電を
行った後、両光ファイバのモードフィールド径が一致す
るように加熱させる追加放電によって融着接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
などに使用する光ファイバの接続方法および光ファイバ
接続部に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コアにレーザ遷移準位を有する希
土類元素（例えば、Ｅｒ（エルビウム）など）を添加
（ドープ）した光ファイバは、信号用光源およびポンピ
ング（励起）用光源などを組み合わせることにより、高
い増幅率が得られることが知られるようになった。この
ような光ファイバが光通信用の増幅器などに用いる非線
形光学素子として注目を浴びている。

【０００３】すなわち、希土類元素が添加された光ファ
イバは、信号用光源および励起（ポンピング）用光源な
どとを組み合わせることで、光ファイバ増幅器が形成さ
れる。この光ファイバ増幅器は、希土類元素が添加され
た光ファイバ中に信号光とポピング光とを入射させるこ
とにより、ポンピング光で励起された光ファイバ中の希
土類元素に信号光を作用させ、これによって誘導放出を
起こさせてレーザ発光させる（いわゆる、ガラスレー
ザ）とともに信号光を増幅させるものである。

【０００４】例えば、信号光の波長として、１．５μｍ
帯では、石英系光ファイバにＥｒ（エルビウム）元素を
添加することにより、高効率、高出力パワー、偏波無依
存特性、低雑音などに優れる光ファイバ増幅器が実用化
されている。さらに、最近では、１．５μｍから１．７
μｍの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体とし
て、テルライト（ＴｅＯ₂）を中心とする組成のテルラ
イトガラスを用いた非石英系の光ファイバ（以下、テル
ライトガラス光ファイバとよぶ）が注目されており、こ
のテルライトガラス光ファイバを光増幅媒体に使用した
広帯域かつ低雑音特性を有する光ファイバ増幅器および
ガラスレーザ装置の開発が実現に向けて盛んに研究され
ている。

【０００５】ここで、図７に、テルライトガラス光ファ
イバを用いた従来の光ファイバ増幅器の基本構成例を示
す。この光ファイバ増幅器は、概略構成として、図示外
の信号用光源と、励起用光源５１と、光ファイバカプラ
５２と、テルライトガラス光ファイバ５３と、高Δ石英
系光ファイバ５４Ａ、５４Ｂと、ファイバ型光アイソレ
ータ５５とを備えている。

【０００６】励起用光源５１は、テルライトガラス光フ
ァイバ５３を励起するものであり、ここでは励起波長が
１．４８μｍの半導体レーザ（ＬＤ）が使用されてい
る。光ファイバカプラ５２は、信号光と励起用光源５１
で発生した励起光とを合波するためのものである。テル
ライトガラス光ファイバ５３には、効率的な励起のた
め、下記に示す（１）式で定義されたコア・クラッド間
の比屈折率差Δが高い光ファイバ（以下、高Δ光ファイ
バとよぶ）が用いられており、ここでは２％以上のもの
が使用されている。 Δ＝（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）／２ｎ₁ ² …（１）（但し、ここで、ｎ₁ 、ｎ₂ はそれぞれコア、クラッド
の屈折率を示す。）

【０００７】高Δ石英系光ファイバ５４Ａの左端部５４
Ａ−Ｌ（高Δ石英系光ファイバ５４Ｂの右端部５４Ｂ−
Ｒも同様）は、「ＴＥＣ（Thermally−Diffused Expand
ed Core；熱拡散によるコア拡大技術）処理」によりコ
アが拡大されたものであり、テルライトガラス光ファイ
バ５３とほぼ同等の比屈折率差Δおよびカットオフ波長
（シングルモードとするために高次モードを遮断するこ
と）を有している。

【０００８】この高Δ石英系光ファイバ５４Ａは、光フ
ァイバカプラ５２とテルライトガラス光ファイバ５３と
の間に、また高Δ石英系光ファイバ５４Ｂは、テルライ
トガラス光ファイバ５３とファイバ型光アイソレータ５
５との間に挿入されており、これらの接続部(γ接続部
およびδ接続部)での結合効率をそれぞれ向上させるよ
うになっている。

【０００９】ファイバ型光アイソレータ５５は、光ファ
イバ増幅器の発振を抑えるためのものである。なお、こ
こで、光ファイバカプラ５２とファイバ型光アイソレー
タ５５で使用される光ファイバは、いずれも石英系光フ
ァイバであり、比屈折率差Δは、通常０．３％程度であ
る。

【００１０】通常、このような光ファイバ増幅器を実際
に製造する場合、各光学素子同士の接続には、融着接続
あるいは光コネクタ接続が用いられているが、光通信用
などに使用する場合、低損失・低反射であって、しかも
信頼性に優れたものが要求されている。

【００１１】例えば、図７に示す光ファイバ増幅器で
は、左側の高Δ石英系光ファイバ５４Ａの左端部５４Ａ
−Ｌに「ＴＥＣ処理」を行った後、この「ＴＥＣ処理」
された高Δ石英系光ファイバ５４Ａの左端部５４Ａ−Ｌ
のＴＥＣ処理部と光ファイバカプラ５２の右端部とを通
常の融着接続で接続させることにより、これらの接続部
分で、低損失・低反射の要求を満足させている。また、
右側の高Δ石英系光ファイバ５４Ｂの右端部５４Ｂ−Ｒ
にも「ＴＥＣ処理」を行った後、この「ＴＥＣ処理」さ
れた高Δ石英系光ファイバ５４Ｂの右端部５４Ｂ−Ｒの
ＴＥＣ処理部とファイバ型光アイソレータ５５の左端部
とを通常の融着接続で接続させることにより、これらの
接続部で、低損失・低反射の要求を満足させている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、「非石英系
のテルライトガラス光ファイバ５３と高Δ石英系光ファ
イバ５４Ａ（または５４Ｂ）」間の接続、すなわちγ接
続部およびδ接続部では、（１）両者の光ファイバでの
融点の差（石英系光ファイバでは、およそ１４００℃、
テルライトガラス光ファイバでは、およそ４００℃）に
より通常の融着接続方法が適用できないこと、（２）比
屈折率差Δの高いタイプの光ファイバ同士の接続のた
め、光コネクタ作製上の軸ずれによる挿入損失が大きく
なり、通常の光コネクタ接続方法が適用できないこと、
などの理由から、いかにして低損失、低反射の条件を満
たすように両者を接続するかが大きな課題となってい
る。特に、融点の異なる異種の光ファイバでの融着接続
については、この異種光ファイバの両者に適切な放電熱
を与える設定条件が非常に難しく、一方側の光ファイバ
に適切な放電熱を与えるように条件を設定しても、他方
側の光ファイバに対しては放電熱が大きすぎたり小さす
ぎたりするという問題があった。

【００１３】そこで、これを解決する方法として、従来
では図８および図９に示すように、例えば、「テルライ
トガラス光ファイバ５３と右側の高Δ石英系光ファイバ
５４Ｂ（左側の高Δ石英系光ファイバ５４Ｂも同様）」
を接続する場合には、テルライトガラス光ファイバ５３
を光ファイバ保持筐体５６Ａで保持するとともに、高Δ
石英系光ファイバ５４Ｂを光ファイバ保持筐体５６Ｂで
保持し、互いに光軸が一致するように光ファイバ保持筐
体５６Ａ、５６Ｂ同士を調整した後、図９に示すように
接着剤５７を用いて接続する方法を採用している。

【００１４】このとき、テルライトガラス光ファイバ５
３と右側の高Δ石英系光ファイバ５４Ｂを保持した双方
の光ファイバ保持筐体の界面Ｓ₁、Ｓ₂は、それぞれの光
ファイバ５３、５４Ｂの光軸Ｘに対して垂直であり、界
面Ｓ₁、Ｓ₂での反射が生じるとそのまま逆方向へ戻り、
反射を増加させてしまう。そこで、反射率を零近くまで
可及的に抑えることができる反射防止膜として誘電体多
層膜５８を使用し、これを界面Ｓ₂（またはＳ₁でもよ
い）に設けて接続部での反射を低下させることが行われ
ていた。なお、この誘電体多層膜５８には、屈折率が大
小異なる２種類の薄膜誘電体、例えばジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂）と二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を交互に十数層積層させ
たものなどが使用されている。

【００１５】しかし、このような接続方法では、接着剤
５７の屈折率と誘電体多層膜５８の屈折率および膜厚と
を精密に調整する必要があり、特性が優れた接続部を再
現性良く、しかも、歩留まり良く実現する上で大きな問
題となっていた。さらに、この接着剤５７や誘電体多層
膜５８は、光ファイバ増幅器から出力されるパワーの大
きな信号光に対し、長期的にわたり信頼性が十分保証さ
れるというものではない。

【００１６】そこで、このような接続部に接着剤５７お
よび誘電体多層膜５８を使用しない他の方法として、図
１０に示すような構成のものが提案されている。これ
は、テルライトガラス光ファイバ５３側の光軸が（光フ
ァイバ保持筐体５６Ａの）端面Ｓ₁での光軸（垂直軸）
Ｘに対する傾き角度θ₁ と、高Δ石英系光ファイバ５４
Ｂ側の光軸が（光ファイバ保持筐体５６Ｂの）端面Ｓ₂
での光軸（垂直軸）Ｘに対する傾き角度θ₂ とが必ずし
も一致しないような構成とすることによって、接続部で
の低反射、低損失を達成させるものである。

【００１７】このような低損失接続を行うために、テル
ライトガラス光ファイバ５３のコア屈折率と高Δ石英系
光ファイバ５４Ｂ（または５４Ａ）のコア屈折率が互い
に異なるとき、これらの傾き角度θ₁ 、θ₂ は、下記に
示すスネルの公式（２）を満足する関係に設定してい
る。ｓｉｎθ₁ ／ｓｉｎθ₂ ＝ｎ₂ ／ｎ₁ …（２）（但し、ここで、θ₁ およびθ₂ は、テルライトガラス
光ファイバ５３および高Δ石英系光ファイバ５４Ｂの各
光軸について、端面での垂直軸に対する傾き角度であ
る。ｎ₁ およびｎ₂ は、テルライトガラス光ファイバ５
３および高Δ石英系光ファイバ５４Ｂの各コアの屈折率
である。）しかしながら、このような接続方法でも、ガラスや金属
を用いた光ファイバ保持筐体同士の接続には、依然とし
て接着剤を使用している。

【００１８】光通信システムにおいて、特に海底ケーブ
ル中では、極めて高い信頼性が長期間にわたって要求さ
れており、例えば、２０年以上にもわたる信頼性保証な
どが要求されている。このような事情から、こうした光
通信システム中においては、いかなる接着剤をも使用し
ない、接着剤フリーな構成が切望されている。

【００１９】本発明の目的は、融点の異なる２種の光フ
ァイバ、例えば非石英系光ファイバと石英系ファイバと
を接着剤を用いずに、安価で、かつ、低損失、低反射な
状態で融着接続することができるとともに、その接続状
態を長期間にわたり高い信頼度に保持できる光ファイバ
の接続方法および光ファイバ接続部を提供することであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融温度が異
なる異種の光ファイバを、両端面に貫通した挿入孔を有
する融着チューブ内にそれぞれ挿入し、これらの挿入し
た異種の光ファイバの各端部を前記融着チューブ内の突
き合わせ部で対向させ、前記融着チューブの外側近傍に
設けた電極による主放電によって、前記異種の光ファイ
バの各端部を前記融着チューブの外側から融着チューブ
とともに加熱させて融着接続し、前記主放電の後に行う
追加放電によって、前記融着接続された光ファイバの接
続部を、前記異種の光ファイバのモードフィールド径が
一致するように加熱させることを特徴とする光ファイバ
の接続方法を提供する。

【００２１】また、本発明は、溶融温度が異なる異種の
光ファイバを接続した光ファイバ接続部であって、前記
異種の光ファイバの各端部を挿入する挿入孔が形成され
た融着チューブを有し、この融着チューブ内に光ファイ
バが挿入された状態で放電加熱により融着接続されてお
り、前記融着チューブは、前記異種の光ファイバが挿入
されるそれぞれの挿入部の肉厚が光ファイバの溶融温度
に対応して異なるように、溶融温度の低い光ファイバが
挿入される挿入部を、溶融温度の高い光ファイバが挿入
される挿入部よりも、溶融温度の比に応じて肉厚を厚く
形成したことを特徴とする光ファイバ接続部を提供す
る。

【００２２】前記溶融温度が異なる異種の光ファイバと
しては、例えば、一方に石英系の光ファイバを、他方に
非石英系光ファイバ（テルライトを中心とする組成のテ
ルライトガラスなどを用いた光ファイバ）を用いて融着
接続する場合に適用する。また、融着チューブは、光フ
ァイバの端部を電極の放電により加熱して融着接続する
際に用いるものであり、光ファイバを挿入するための長
手方向に貫通する挿入孔が形成された管状部材により構
成される。この融着チューブの挿入孔内にそれぞれの光
ファイバを挿入した状態で、融着チューブの外側から融
着チューブごと光ファイバを加熱させて融着接続する。

【００２３】この融着チューブのそれぞれの光ファイバ
を挿入する部分において、挿入する異種の光ファイバの
溶融温度（融点）に応じてそれぞれの挿入部の肉厚を異
ならせる。すなわち、溶融温度の低い光ファイバ（上記
例の場合は非石英系光ファイバ）が挿入される第１の挿
入部を、溶融温度の高い光ファイバ（上記例の場合は石
英系光ファイバ）が挿入される第２の挿入部よりも溶融
温度の比に応じて肉厚を厚く形成する。この肉厚は、換
言すれば、融着チューブの両側の挿入部が、融着チュー
ブを放電により加熱させたときに、その熱が両側の挿入
部からそれぞれ挿入部内の光ファイバに伝播し、これら
の光ファイバがほぼ同時にそれぞれの融点前後の温度に
達するような厚さに設定されている。

【００２４】また、融着チューブは、好ましくは、これ
らの肉厚に応じた外径寸法でそれぞれの挿入部が形成さ
れ、この外径が異なる挿入部の間に傾斜した形状のテー
パ部を設けるようにする。そして、主放電の後の追加放
電において、接続する一対の光ファイバのモードフィー
ルド径（ＭＦＤ）が一致する範囲の放電条件で放電を行
って加熱する。

【００２５】融着チューブの肉厚は、接続する光ファイ
バの溶融温度、融着チューブの材質、放電パワーなどに
より適宜決定される。例えば、溶融温度が約４００℃の
テルライトガラス光ファイバと溶融温度が約１４００℃
とを接続する場合、光ファイバをコア径５〜１０μｍ、
クラッド径１２５μｍのシングルモードファイバとし、
所定の好適な放電条件下では、図３のような構成とした
場合に石英ガラスの融着チューブでは挿入部の肉厚比を
Ｄ₁：Ｄ₂＝１：１．２〜２．０、ステンレスの融着チュ
ーブでは挿入部の肉厚比をＤ₁：Ｄ₂＝１：３．０〜８．
２とすることが好ましい。

【００２６】また、融着チューブに挿入したそれぞれの
光ファイバの端面間に、双方の光ファイバの屈折率の中
間値の屈折率を有する中間層を、１層もしくは２層以上
に形成することが好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係
る光ファイバの接続方法により形成された光ファイバ増
幅器の接続部の構成を示す基本構成図、図２は本発明の
光ファイバ接続方法に係る非石英系光ファイバと石英系
光ファイバとの接続部の構成を示す斜視図である。

【００２８】本実施形態の光ファイバ増幅器は、概略構
成として、図示外の信号用光源と、励起用光源１と、信
号光と励起用光源１で発生した励起光とを合波する光フ
ァイバカプラ２と、光増幅用のテルライトガラス光ファ
イバ３（図では収納のため巻回した状態を示している）
と、ファイバ型光アイソレータ５とを備えている。この
光ファイバ増幅器の構成は、図７に示した従来のものと
比較して、「光ファイバカプラ２とテルライトガラス光
ファイバ３」の間および「テルライトガラス光ファイバ
３と光アイソレータ５」の間に、高Δ石英系光ファイバ
５４Ａ，５４Ｂを介在させずに、この発明に係る光ファ
イバの接続方法でこれらを直接に接続させてある。

【００２９】励起用光源１は、テルライトガラス光ファ
イバ３を励起するものであり、ここでは一実施例として
励起波長が１．４８μｍの半導体レーザ（ＬＤ）を使用
している。テルライトガラス光ファイバ３は、従来の技
術で述べたように、テルライト（ＴｅＯ₂）を中心とす
る組成のテルライトガラスを用いた非石英系の光ファイ
バであり、効率的な励起のためコア・クラッド間の比屈
折率差Δが２％以上の高Δ光ファイバが用いられる。

【００３０】ファイバ型光アイソレータ５は、光ファイ
バ増幅器の発振を抑えるためのものである。なお、ここ
で、光ファイバカプラ２およびファイバ型光アイソレー
タ５で使用される光ファイバは、いずれも石英系光ファ
イバであり、比屈折率差Δは、通常０．３％程度であ
る。

【００３１】このような比屈折率差Δが大きく異なる光
ファイバどうし、つまり、「光ファイバカプラ２とテル
ライトガラス光ファイバ３」間の接続部と、「テルライ
トガラス光ファイバ３と光アイソレータ５」間の接続部
とを、良好な状態で接続させるため、本発明の実施形態
では、テルライトガラス光ファイバ３の左右両側の端部
を「ＴＥＣ処理」でコアを拡大させ、石英系光ファイバ
とほぼ同等の比屈折率差Δを持たせるようにした。な
お、ここでは一実施例として、石英系、非石英系の各光
ファイバにおけるコア径は共に５〜１０μｍ、クラッド
径は共に１２５μｍのシングルモードファイバを使用し
ている。

【００３２】なお、先述したように、光ファイバカプラ
２やファイバ型光アイソレータ５では、それぞれ石英系
光ファイバが使用されているものであるから、以下で
は、説明を分かりやすくする都合上、光ファイバカプラ
２の右端部側を石英系光ファイバ１１Ａ、またファイバ
型光アイソレータ５の左端部側を第２石英系光ファイバ
１１Ｂ、と便宜的によぶことにするが、特にこのような
石英系の光ファイバを別に追加して取付けているもので
はない。さらに、以下の説明では、「テルライトガラス
光ファイバ３の左端部と石英系光ファイバ１１Ａの右端
部」の接続部分をα接続部とよび、「テルライトガラス
光ファイバ３の右端部と石英系光ファイバ１１Ｂの左端
部」の接続部分をβ接続部とよぶ。

【００３３】本発明に係る光ファイバ接続方法では、専
用の接続器具として、図２および図３に示す融着チュー
ブ１２を使用している。この光ファイバ接続方法を以下
に説明する。（１）例えば、α接続部では、図２に示すように、双方
の光ファイバ、つまり石英系光ファイバ１１Ａとテルラ
イトガラス光ファイバ３の接続すべき各端部を融着チュ
ーブ１２に挿入させ、互いに相対する両端面を近づけた
状態で固定しておく。（２）また、この両端面を近づけた突き合わせ部に向け
て、その融着チューブ１２の近傍には、放電用の電極１
０ａ、１０ｂを光ファイバ３，１１Ａおよび融着チュー
ブ１２の長手軸方向と略垂直方向に突き合わせ部を挟ん
で相対向させて配置しておく。β接続部でも、α接続部
と同様の構成にする。ここで、電極１０ａ、１０ｂと融
着チューブ１２との間隔は、０．５〜２．０ｍｍが好ま
しい。また、電極１０ａと電極１０ｂとの間隔は、２．
０〜５．０ｍｍが好ましい。（３）このような状態で、電極１０ａ、１０ｂによる第
１の放電（以下、「主放電」とよぶ）を融着チューブ１
２の外側から直接融着チューブ１２ごと行い、これらの
光ファイバ、つまり「石英系光ファイバ１１Ａとテルラ
イトガラス光ファイバ３」の接続すべき各接続部を融着
接続する。ここで、主放電の放電電流値は、５〜３０ｍ
Ａが好ましい。（４）その後、その融着接続されたα接続部（β接続部
でも同様）を、さらに電極１０ａ、１０ｂでの第２の放
電（以下、「追加放電」とよぶ）によって加熱させる。
ここで、追加放電の放電電流値は、２〜２５ｍＡが好ま
しい。また、主放電および追加放電の放電電圧値は、２
０００〜４０００Ｖが好ましい。以上により、α接続部
およびβ接続部を融着接続させるようになっている。

【００３４】なお、この「追加放電」は、光ファイバ内
の添加物（ドーパント）が拡散する温度に加熱させると
きの電流値を超える範囲で、電流を電極１０ａ、１０ｂ
に流すものとするか、もしくは、双方の光ファイバのモ
ードフィールド径（ＭＦＤ）が一致する温度に加熱させ
るときの電流値を超える範囲で、電流を電極１０ａ、１
０ｂに流して行うものとする。

【００３５】次に、この融着接続に使用する融着チュー
ブ１２について図３を参照しながら説明する。

【００３６】この融着チューブ１２は、左右両端面を貫
通して挿入孔１２Ｘが形成されており、左右両端面に開
口された挿入口１２Ｃ、１２Ｄからこの挿入孔１２Ｘに
それぞれの光ファイバ１１Ａ、３が挿入される。この両
光ファイバが挿入される融着チューブ１２の左右両側
は、それぞれ挿入部１２Ａ、１２Ｂとなっており、この
挿入部１２Ａ、１２Ｂは、左右から挿入する異種の光フ
ァイバの融点（もしくは溶融温度あるいは軟化温度）に
応じた肉厚寸法Ｄ₁、Ｄ₂に形成されている。なお、この
実施例では、双方の光ファイバを挿入する挿入部の挿入
孔１２Ｘの内径が同一であるので、外形寸法が肉厚に応
じて異なるように形成されている。このため、挿入部１
２Ａ、１２Ｂの外径寸法が、接続すべき２本の異種光フ
ァイバの融点に対応して異なっている。

【００３７】例えば、融点の高い石英系光ファイバ１１
Ａ（または１１Ｂ）側の挿入部１２Ａは、融点の低い非
石英系光ファイバであるテルライトガラス光ファイバ３
側の挿入部１２Ｂよりも融点の差に応じて相対的に細く
なっている。これにより、融着チューブ１２は、石英系
光ファイバと非石英系光ファイバとの間の接続部におい
て、それぞれの光ファイバに適切な放電熱が加わるよう
に温度傾斜を与えることができる。さらに、本実施形態
ではこれらの外径寸法が大小異なる挿入部１２Ａ、１２
Ｂ間を接続させるために、中間部に、傾斜したテーパ部
１２Ｅが形成されている。

【００３８】一実施例として、この融着チューブ１２を
形成する材料に石英ガラスを使用する場合、具体的に
は、テルライトガラス光ファイバ３（融点がおよそ４０
０℃）と石英系光ファイバ１１Ａ（融点がおよそ１４０
０℃）とのα接続部において、光ファイバや放電系の構
成などにより決定されるある放電パワー条件では、それ
ぞれ挿入部１２Ａ、１２Ｂでの外径寸法が、φ０．７ｍ
ｍ、φ１．２ｍｍであるが、その外径精度は±０．０５
ｍｍでも十分である。テーパ部１２Ｅでの外径傾斜量
は、１０ｍｍ当たり０．３ｍｍである。なお、上記に示
した融着チューブ１２の外径とその精度は、形成材料と
して石英ガラスを使用する場合であり、他の材料を使用
する場合においてはそれぞれ微妙に異なるので、適宜調
整する必要がある。

【００３９】融着チューブ１２の挿入孔１２Ｘの内径
は、一般のジルコニアフェルールと同様に、光ファイバ
外径とのクリアランス最小限に抑えるため、高い寸法精
度で加工してある。このようにクリアランスを最小限に
抑えることにより、挿入部１２Ａ、１２Ｂに対して放電
熱が多少ずれて作用しても吸収できる構造となってい
る。つまり放電強度が強い場合には、光ファイバの端部
の溶け込みが多くなり、表面張力による引き込み量が大
きくなるが、この端部が外部へ膨張しようとするのを、
融着チューブ２を使用することにより物理的に規制し
て、光ファイバ溶融部が外部へ逃げられない構造となっ
ている。これにより、引き込み現象の発生を防止でき
る。

【００４０】さらに融着チューブ２には、挿入孔１２Ｘ
内の双方の光ファイバ端部間の空間に留まった空気が、
放電熱で加熱されて膨張しても、融着チューブ１２の外
部へ逃げ出すことができるようにするため、テーパ部１
２Ｅに挿入孔１２Ｘと連通した通気孔１２Ｆを設けてい
る。これにより、光ファイバ端部間に存在する空気が放
電熱で膨張し、この端部に侵入して気泡を生じさせるの
を防ぐことができる。なお、この融着チューブ１２の材
質は、ガラス、金属、プラスチックなど放電熱を伝達す
るものであれば良く、材質的には特に限定されない。ま
た、この融着チューブ２は、その外径、同心度などの精
度をそれほど厳密にする必要がなく、コストを安く抑え
ることが可能である。

【００４１】図４は本発明の第２実施形態に係る光ファ
イバの接続方法により形成された光ファイバ増幅器の接
続部の構成を示す断面図である。この第２実施形態で
は、光ファイバ接続部およびその光ファイバの接続方法
の他の例を示す。

【００４２】第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同一
構成であるが、融着チューブ１２の挿入孔１２Ｘ内にお
いて、相対する２種の光ファイバの接続部間に、中間層
１３を設けている。この第２実施形態では、一実施例と
して形成材料が異なる２種の光ファイバ、つまりテルラ
イトガラス光ファイバ３と石英系光ファイバ１１Ａ（ま
たは１１Ｂ）のコア屈折率がそれぞれおよそ２．１、
１．５としており、しかも、テルライトガラス光ファイ
バ３と光ファイバ１１Ａの各ファイバ軸は、それぞれ、
端面Ｓ₁、Ｓ₂とのなす角度（傾き角度）が垂直である場
合を想定している。

【００４３】従って、これらの光ファイバの端面Ｓ₁、
Ｓ₂では、フレネル反射を生じており、次に示す（３）
式で定義された反射量Ｒ、具体的には、例えば−１５．
６ｄＢの大きな反射量Ｒを持つことになってしまう。Ｒ＝１０×ｌｏｇ[（反射率）／１００] ＝１０×ｌｏｇ[｛(ｎ_T −ｎ_S )／(ｎ_T ＋ｎ_S )｝² ／１００]（ｄＢ） …（３）（但し、ここで、ｎ_T 、ｎ_S はそれぞれ、テルライトガ
ラス光ファイバ３および石英系光ファイバ１１Ａのコア
屈折率である。）

【００４４】そこで、第２実施形態の光ファイバの接続
方法では、この反射量Ｒを低減する方法として、テルラ
イトガラス光ファイバ３と石英系光ファイバ１１Ａの各
端面Ｓ₁、Ｓ₂間に、屈折率が両光ファイバの中間の値を
持つ中間層１３を形成する。一実施例として、この中間
層１３の屈折率を１．８とする。

【００４５】このような中間層１３を設けることによ
り、「テルライトガラス光ファイバ３と中間層１３」と
の界面およびこの「中間層１３と石英系光ファイバ１１
Ａ」との界面ではフレネル反射が生じる。この場合の条
件では、反射量Ｒはそれぞれ−２０．８ｄＢ、−２２．
３ｄＢであるが、この融着チューブ１２で接続された接
続部全体としての反射量Ｒは−１８．５ｄＢとなる。

【００４６】他の実施例として、中間層を単層ではな
く、屈折率１．７、１．９の２つの材料を２層で一体に
形成し、これを「テルライトガラス光ファイバ３と石英
系光ファイバ１１Ａ」の各端面Ｓ₁、Ｓ₂間に設ける。こ
の場合、それぞれの界面でのフレネル反射量は、−２
４．１ｄＢ、−２５．１ｄＢ、−２６．０ｄＢとなり、
接続部全体としての反射量Ｒは−２０．２ｄＢとなる。
このように、中間層を多層化してそれぞれの界面での屈
折率差を次第に小さくすることにより、接続部全体とし
ての反射量を小さくすることができる。

【００４７】図５には、テルライトガラス光ファイバ３
と石英系光ファイバ１１Ａとを接続する場合に、その接
続部間に中間層１３を設けることによる反射量Ｒの低減
効果を示した。このグラフでは中間層数に対してそれぞ
れ算出した反射量の変化が示されている。

【００４８】この結果より、中間層１３の数を３００層
以上とすることにより、反射量Ｒが−４０ｄＢ以下に削
減できることが分かった。ただし、この図５の反射量の
算出にあたり、各中間層の屈折率を以下のような方法で
求めている。すなわち、各中間層とその隣り合う中間層
との屈折率については、双方の光ファイバの端部でのコ
ア屈折率の差をこれらの端部間に設ける中間層の数で等
分して近似的に求めており、これによって算出された各
中間層の屈折率から反射量Ｒを具体的に計算している。

【００４９】次に、このように中間層を形成する場合に
おいて、２本の異なる光ファイバの接続部での反射量Ｒ
を低減するため、特に「追加放電」が重要な役割を果た
しているが、その際の最適な放電条件について説明す
る。

【００５０】本発明に係る光ファイバの接続方法では、
前述したように、電極１０ａ、１０ｂによる「主放電」
によって、融着チューブ１２とともにテルライトガラス
光ファイバ３と石英系光ファイバ１１Ａ（または１１
Ｂ）を融着接続させた後、融着接続された接続部を、そ
の電極１０ａ、１０ｂによりさらに「追加放電」させ
る。

【００５１】ここで、この「追加放電」は、光ファイバ
内のドーパントの拡散温度に達する（加熱できる）電流
値を上回るような電流を電極１０ａ、１０ｂに流して行
うが、その放電条件としては、（１）最初は、この電極１０ａ、１０ｂを、屈折率の高
いテルライトガラス光ファイバ３と屈折率の低い石英系
光ファイバ１１Ａとの接続部の界面よりも、ややテルラ
イトガラス光ファイバ３寄りに設けておく。この位置か
らスタートさせて放電動作を行い、その電極１０ａ、１
０ｂを石英系光ファイバ１１Ａに向けて徐々に移動させ
ていく。（２）しかも、このとき電極１０ａ、１０ｂによる「追
加放電」で発生する熱、つまり放電熱は、電極１０ａ、
１０ｂが石英系光ファイバ１１Ａの長手方向へ向けて移
動していくにつれて、徐々に小さくしていく。もしく
は、電極１０ａ、１０ｂの移動速度を徐々に速める（具
体的には、例えば、０．２ｍｍ／ｓｅｃから１．０ｍｍ
／ｓｅｃ）。（３）これにより、テルライトガラス光ファイバ３の方
に作用させる放電熱をできるだけ多くして、テルライト
ガラス光ファイバ３のコア中のドーパント（例えば、Ｇ
ｅ（ゲルマニウム）など）を徐々に石英系光ファイバ１
１Ａのコア中へ拡散させる。

【００５２】このような方法で追加放電を行い、実際に
テルライトガラス光ファイバ３と石英系光ファイバ１１
Ａとを上記実施例の条件で融着接続させたものを作製
し、その接続部での反射量を測定したところ、−４２ｄ
Ｂを達成した。ここで、電極１０ａと電極１０ｂとの間
隔を３．２ｍｍ、電極１０ａ、１０ｂと融着チューブ１
２との間隔を、ともに、１．０ｍｍとし、主放電の放電
電流値を１５ｍＡ、追加放電の放電電流値を１３ｍＡ、
主放電および追加放電の放電電圧値を３０００Ｖとし
た。

【００５３】次に、本実施形態に係る接続方法で接続さ
れたテルライトガラス光ファイバ３と石英系光ファイバ
１１Ａでの接続損失について説明する。

【００５４】例えば、これらの光ファイバ３、１１Ａを
融着チューブ１２に挿入するだけの構造としている場合
には、光ファイバの寸法精度とコア偏心から生じるコア
軸ずれは無視できないおそれがあるが、この調芯時に光
ファイバを回転させる方法を取り入れれば、コア軸ずれ
は比較的小さく抑えることができる。

【００５５】先の各実施例では、以下に示す（４）式で
定義された接続損失Ｌが０．５ｄＢ以下を達成できる。
これは、上記接続部での反射量Ｒが低減されていること
により、この接続損失Ｌの低減にもその効果が及ぼして
いるものと思われる。Ｌ＝−１０×ｌｏｇ[（透過率）／１００] ＝−１０×ｌｏｇ[｛４ｎ_T ｎ_S ／(ｎ_T ＋ｎ_S )²｝／１００]（ｄＢ） …（４）（但し、ここで、ｎ_T 、ｎ_S はそれぞれ、テルライトガ
ラス光ファイバ３および石英系光ファイバ１１Ａのコア
屈折率である。）このようにして、光ファイバの端部を融着接続した後、
その上から補強材を入れて収縮チューブなどで被覆すれ
ば、安定した接続が得られる。

【００５６】図５は本発明の第３実施形態に係る光ファ
イバの接続方法により形成された光ファイバ増幅器の接
続部の構成を示す基本構成図である。

【００５７】前述の第１実施形態では、「非石英系光フ
ァイバ（テルライトガラス光ファイバ３）と石英系光フ
ァイバ１１Ａ（または１１Ｂ）」を直接接続した例を示
したが、図６に示すように高Δ石英系光ファイバ１４、
１５を、それぞれの光ファイバ間に介在させた構成の光
ファイバ増幅器においても、同様に適用できる。この場
合、「テルライトガラス光ファイバ３と高Δ石英系光フ
ァイバ１４」との接続部（以下、α１接続部とよぶ）お
よび「テルライトガラス光ファイバ３と高Δ石英系光フ
ァイバ１５」との接続（以下、β１接続部とよぶ）にお
いて、上記と同様の接続方法を用いることにより、同様
の効果を奏することができる。

【００５８】すなわち、α１接続部（β１接続部も同
様）では、接続させる各光ファイバはそれぞれ比屈折率
差Δが共に高い点では共通であるが、石英系と非石英系
を使用している点で異なり、光ファイバの融点が異なる
ので、先の実施形態で示したような融着チューブを使用
して融着接続すればよい。一方、「光ファイバカプラ２
と高Δ石英系光ファイバ１４」との接続部（α２接続
部）および「高Δ石英系光ファイバ１５とファイバ型光
アイソレータ５」との接続部（β２接続部）では、接続
させる各光ファイバは、双方ともに石英系の同一材料も
しくは同等の材料を使用していれば、融点は同一もしく
は同等であるが、比屈折率差Δが大きく異なるので、先
の実施形態で示した放電条件で、「主放電」の後に「追
加放電」すればよい。

【００５９】要するに、融点が異なる異種材質の光ファ
イバどうしを接続するときには、本発明に係る光ファイ
バの接続方法によって、融着チューブを使用して接続す
ればよい。一方、比屈折率差Δが大きい光ファイバどう
しを接続するときには、本発明に係る光ファイバの接続
方法によって、前述した所定の放電条件下で「主放電」
の後に「追加放電」を施して接続すればよい。

【００６０】以上説明したように、本発明では、融点が
異なる異種の光ファイバどうし、例えば非石英系光ファ
イバと石英系光ファイバどうしを、融着チューブを用い
てこれにそれぞれの端部側を挿入してから、この融着チ
ューブごと電極での放電（主放電）により融着接続する
ようにしている。これにより、放電熱で加熱して融点の
異なる異種の光ファイバどうしを接続させる際に、双方
の光ファイバに対する面倒な放電条件を設定する必要が
なく、容易に融着接続させることができるので、従来の
ような接着剤を使用せずに、安価で長期安定性と高い信
頼性が確保可能な接続方法を提供できる。

【００６１】さらに、本発明では、第１の放電（主放
電）で融着接続された接続部を、異種の光ファイバのモ
ードフィールド径が一致するように、さらに第２の放電
（追加放電）によって加熱させるようにしている。これ
によって、屈折率差のある光ファイバどうしを接続する
場合であっても、その屈折率差の整合を図ることができ
るようになり、低損失・低反射の融着接続が実現可能と
なる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、融
点の異なる２種の光ファイバ、例えば非石英系光ファイ
バと石英系ファイバとを接続する場合に、接着剤を用い
ずに、安価で、かつ、低損失、低反射な状態で融着接続
することができるとともに、その接続状態を長期間にわ
たり高い信頼度に保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバの接続
方法により形成された光ファイバ増幅器の接続部の構成
を示す基本構成図である。

【図２】本発明の光ファイバ接続方法に係る非石英系光
ファイバと石英系光ファイバとの接続部の構成を示す斜
視図である。

【図３】本発明の光ファイバ接続方法に使用する融着チ
ューブの構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る光ファイバの接続
方法により形成された光ファイバ増幅器の接続部の構成
を示す断面図である。

【図５】テルライトガラス光ファイバと石英系光ファイ
バとの接続部間に中間層を設けた場合の中間層の数と反
射量の相関を示すグラフである。

【図６】本発明の第３実施形態に係る光ファイバの接続
方法により形成された光ファイバ増幅器の接続部の構成
を示す基本構成図である。

【図７】従来の光ファイバ増幅器の一例を示す基本的構
成図である。

【図８】従来の非石英系光ファイバと石英系光ファイバ
の接続方法を説明する斜視図である。

【図９】従来の非石英系光ファイバと石英系光ファイバ
の接続状態を示す説明図である。

【図１０】従来の非石英系光ファイバと石英系光ファイ
バの他の接続状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１励起用光源２光ファイバカプラ（通常の比屈折率差、石英系）３テルライトガラス光ファイバ（高比屈折率差、非石
英系）５光アイソレータ（通常の比屈折率差、石英系）１０ａ、１０ｂ電極１１Ａ、１１Ｂ石英系光ファイバ（通常の比屈折率
差）１２融着チューブ１２Ａ、１２Ｂ挿入部１２Ｃ、１２Ｄ挿入口１２Ｅテーパ部１２Ｆ通気孔１２Ｘ挿入孔１３中間層１４、１５高石英系光ファイバ（高比屈折率差） α、β、α１、α２、β１、β２接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融温度が異なる異種の光ファイバを、両
端面に貫通した挿入孔を有する融着チューブ内にそれぞ
れ挿入し、これらの挿入した異種の光ファイバの各端部
を前記融着チューブ内の突き合わせ部で対向させ、前記融着チューブの外側近傍に設けた電極による主放電
によって、前記異種の光ファイバの各端部を前記融着チ
ューブの外側から融着チューブとともに加熱させて融着
接続し、前記主放電の後に行う追加放電によって、前記融着接続
された光ファイバの接続部を、前記異種の光ファイバの
モードフィールド径が一致するように加熱させることを
特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項２】溶融温度が異なる異種の光ファイバを接続
した光ファイバ接続部であって、前記異種の光ファイバの各端部を挿入する挿入孔が形成
された融着チューブを有し、この融着チューブ内に光フ
ァイバが挿入された状態で放電加熱により融着接続され
ており、前記融着チューブは、前記異種の光ファイバが挿入され
るそれぞれの挿入部の肉厚が光ファイバの溶融温度に対
応して異なるように、溶融温度の低い光ファイバが挿入
される挿入部を、溶融温度の高い光ファイバが挿入され
る挿入部よりも、溶融温度の比に応じて肉厚を厚く形成
したことを特徴とする光ファイバ接続部。