JP2005173210A - 偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続機 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波面保持光ファイバ全般に適用できる回転基準位置決定方法と、この方法を用いた光ファイバ融着接続機を提供すること。
【解決手段】偏波面保持光ファイバを光軸廻りに回転させ、偏波面保持光ファイバの側面から入射して透過した光をレンズを介して受光し、受光した光の偏波面保持光ファイバにおける光軸を中心とする光強度分布を各回転位置ごとに求め、偏波面保持光ファイバの光軸を略中心として観察される光強度分布の波形において、波形の両側に生じる特定の波形Ａ，Ｂが、光軸に対して略対称となる回転位置を、偏波面保持光ファイバの光軸廻りの位置調整における基準位置とする偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法と、回転基準位置決定方法を用いた光ファイバ融着接続機。
【選択図】 図４

Description

本発明は、偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法及びこの方法を用いた光ファイバ融着接続機に関するものである。

偏波面保持光ファイバには、コアに横方向と縦方向の互いに直交する２軸方向で屈折率が異なる複屈折特性を持たせたファイバであり、コアの両側に応力付与部を配置したＰＡＮＤＡ（ Polarization maintaining AND Absorption-reducing）ファイバが知られている。このような偏波面保持光ファイバ同士を融着接続するときには、通常の光ファイバ同様の調心に加え、光ファイバを光軸廻りに回転させて回転位置を調整することにより、接続される両光ファイバ相互間における偏光軸を合わせる必要がある。この場合、従来は、コア直視法を利用していた。即ち、光ファイバの側面から光を照射し、透過した光をレンズを介して受光し、受光した光をデータ処理すると、一定以上の輝度を示す幅が、光ファイバの軸廻りの回転角度に対して１対１の対応関係にあることに基づき、レンズの光軸と、２つの応力付与部の中心を結ぶ直線とがなす角度を求め、この角度に基づいて回転位置を調整することで両光ファイバ相互間における偏光軸を合わせていた（特許文献１参照。）。

楕円コア型光ファイバ並びに楕円ジャッケト型光ファイバを複数本並列に光ファイバアレイにて回転調整する方法が示されている（特許文献２参照。）。

特開２００２−１１６０１４号公報 特開平８−１５５６２号公報

ところで、上記特許文献に開示された回転位置調整方法は、ＰＡＮＤＡファイバやボウタイファイバ等、２つの応力付与部を有する偏波面保持光ファイバの場合に有効である。しかし、上記回転位置調整方法は、楕円ジャケットファイバのように、応力付与部が一つで、透過する光の強度が一定以上になる部分とファイバ中心からの距離とが対応していない偏波面保持光ファイバの場合には、透過光の強度と、レンズの光軸と応力付与部の中心を結ぶ直線とがなす角度との間に対応関係がないことから適用することができなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、偏波面保持光ファイバ全般に適用できる回転基準位置決定方法と、この方法を用いた光ファイバ融着接続機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法は、偏波面保持光ファイバを光軸廻りに回転させ、該偏波面保持光ファイバの側面から入射して透過した光をレンズを介して受光し、受光した光の前記偏波面保持光ファイバにおける光軸を中心とする光強度分布を各回転位置ごとに求め、前記偏波面保持光ファイバの光軸を略中心として観察される光強度分布の波形において、前記波形の両側に生じる特定部分の波形が、前記光軸に対して略対称となる回転位置を、該偏波面保持光ファイバの光軸廻りの位置調整における基準位置とすることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、偏波面保持光ファイバの光軸を中心として両側に生じる特定部分の波形を、偏波面保持光ファイバの光軸廻りの回転における基準位置判定の目印として使用することができる。

また、請求項２の発明に係る偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法は、上記の発明において、前記レンズは、開口数が０．３４〜０．６０であることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、前記特定部分の波形を適切に検出することができ、レンズ自体を大型化することがない。

また、請求項３の発明に係る偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法は、上記の発明において、前記偏波面保持光ファイバを光軸廻りに１５°以下の角度間隔で回転させて前記特定部分の波形が発生する概略回転位置を求めた後、光軸廻りに２°以下の角度間隔で回転させて前記特定部分の波形が、前記光軸に対して略対称となる回転位置を求めることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、前記特定部分の波形を２段階で検出するので、調整時間を短縮でき、かつ、基準位置を高精度に求めることができる。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ融着接続機は、前記偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法を用いて光ファイバ同士の光軸廻りの位置を調整し、光ファイバ同士を融着接続することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、光ファイバ融着接続機は、偏波面保持光ファイバの光軸を中心として両側に生じる特定部分の波形を、偏波面保持光ファイバの光軸廻りの回転における基準位置判定の目印として使用することで、基準位置への回転位置調整を自動化することができる。

本発明にかかる偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続機は、偏波面保持光ファイバ全般に適用できる回転基準位置決定方法と、この方法を用いた光ファイバ融着接続機を提供することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法及びこの方法を用いた光ファイバ融着接続機の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光ファイバ融着接続機の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法を説明する図である。

（実施の形態）
光ファイバ融着接続機１は、図１に示すように、光ファイバセット部１０、観察部２０及び制御部３０を備え、光ファイバセット部１０に対向配置された台座上に接続対象の偏波面保持光ファイバ（以下、単に「光ファイバ」という）把持したホルダをセットして両光ファイバを突き合わせ、融着接続する。つまり、第１光ファイバ１１を把持したホルダと、第２光ファイバ１２を把持したホルダとをそれぞれの台座上にセットし、把持した第１光ファイバ１１と第２光ファイバ１２とを突き合わせ、融着接続する。

光ファイバセット部１０は、所定の前処理（被覆除去、異物清掃、端面切断）が施された光ファイバを把持したホルダをセットした前記台座を、光ファイバの光軸に対してそれぞれ直交する３軸方向並びに光軸廻りに移動させて光ファイバ同士を調心して突き合わせ、光ファイバの両側に配置される放電電極からのアーク放電を利用して光ファイバ同士を融着接続する。このとき、対向配置される前記台座は、少なくとも一方が移動できるように構成されていればよい。

観察部２０は、突き合わせた光ファイバ同士の接続部を観察する部分で、光ファイバの側面を撮影するＣＣＤ等のカメラ２１、撮影した画像を表示するモニタ２２、撮影した画像の画像処理を行う画像処理部２３及び光ファイバを側面から照明するＬＥＤ等の光源２４を有している。カメラ２１は、光源２４によって側面を照明された光ファイバを透過した光によって光ファイバを撮影する。カメラ２１は、３次元位置を高精度に計測することが可能なように、光ファイバ側面の互いに直交する二方向に１台ずつ配置され、図２に示すように、光ファイバＦにおけるコアＣRの中心に対してそれぞれ直交するＸ軸上及びＹ軸上にＸレンズ２１ａとＹレンズ２１ｂが配置されている。このとき、Ｘレンズ２１ａ及びＹレンズ２１ｂは、開口数ＮＡがＮＡ＝０．３４〜０．６０であることが望ましい。また、好ましくは０．３５〜０．６０が良く、さらに望ましくは０．３７〜０．６０とするものである。また、先の開口数ＮＡが０．３４よりも小さいと、光ファイバが特定の回転位置に存在するときにのみ生じる特定波形を検出することができない。これに対して、開口数ＮＡが０．６０を超えると、レンズ２１ａ，２１ｂ自体が大型化し、配置上前記放電電極に接近し過ぎることになる。この結果、電流が前記放電電極からレンズ２１ａ，２１ｂにリークして適正な融着接続が妨げられるので好ましくない。画像処理部２３は、予め設定されたプログラムに従ってカメラ２１が受光した光に基づく光信号をデータ処理し、光ファイバの光軸を中心とした光強度分布波形を求め、モニタ２２へ出力する。

制御部３０は、光ファイバセット部１０及び観察部２０から種々の信号を受けてこれら各部の作動を制御するもので、ＣＰＵやミニコンピュータ等が使用されている。

以上のように構成される融着接続機１においては、以下に述べる回転基準位置決定方法に基づいて光ファイバの光軸廻りの回転における基準位置を決定した後、用途等に応じて両光ファイバを互いに基準位置或いは光軸廻りに所望相対回転角度回転させた位置で融着接続する。

先ず、光ファイバを把持したホルダを対向配置された台座上にセットし、前記光ファイバがレンズの視野に入るまで両台座を光軸方向に沿って接近させる。次に前処理部１１によって被覆除去、クリーニング及び切断の前処理を行う。、光ファイバ端面等に付着している異物やゴミ等を除去するための仮の放電を、必要に応じて手動あるいは自動にて行う。次いで、レンズの焦点状態に依らず略一定であるクラッド径に基づき、後処理部１２によって各台座を手動あるいは自動にて前記光ファイバの径方向における位置合わせを行う。しかる後、光ファイバ中心の輝度部の分布が明確になるように、レンズと光ファイバとの距離を調整する。そして、手動あるいは自動にて光ファイバを光軸廻りに回転させ、その後、側面から入射され、光ファイバを透過した光をそれぞれのカメラ２１のレンズ２１ａ，２１ｂを介して受光し、画像処理部２３へ出力する。

すると、画像処理部２３は、各回転位置ごとに受光した光に基づく光信号を光学的又は／及び幾何学的等のデータ処理して光ファイバの光軸を中心とする輝度分布波形を求め、モニタ２２及び制御部３０へ出力する。ここで、光ファイバが、偏波面保持光ファイバ、例えば、楕円ジャケットファイバであり、図２に示すように、楕円形をなす応力付与部Ｐの長軸方向がＸ軸方向に一致しているとする。このとき、Ｘレンズ２１ａが受光する光の輝度分布は、Ｘ軸に対してなす角度α（図３参照）が０°の場合には、光ファイバの光軸中心（Βc）を含む直径方向における任意の範囲の位置（Β）における輝度（Γ）の分布を観察すると、図４に示すように光ファイバの光軸を中心として略左右対称のパターンになる。この略左右対称のパターンにおいては、特に角度αが０〜±１５°の範囲において角度αが０°に近づくのに伴って、図４に示すように輝度が大きい中央部分の両側に示したＡ，Ｂ部に角度αが０°に近づいたことを示すピーク波形が特異的に生じる。しかも、このピーク波形は、光軸中心に対して略左右対称に生じると共に、ピーク波形のコントラストがＡ部とＢ部とで同じになる。線対称の程度は前記特異的なピーク波形が幾何的に一致することが望ましいが、現実にはレンズの収差、輝度信号ノイズなどの外乱は避けられないため、融着接続後の消光比など要求される品質に応じて許容範囲が設定される。従って、本発明の回転基準位置決定方法は、光ファイバにおける前記ピーク波形が発現する回転位置を光ファイバの光軸廻りの位置調整における基準位置としたもので、融着接続機１のモニタ２２を見ていれば、前記ピーク波形、従って、基準位置を極めて容易に求めることができる。

これに対し、例えば、応力付与部Ｐの長軸方向がＸ軸に対してなす角度αが０〜±１５°の範囲外、例えば、角度α＝５０°の場合、Ｘレンズ２１ａが受光する光の輝度分布は、図５に示すように光ファイバの光軸を中心として略左右対称のパターンであるが、輝度が大きい中央部分の両側における特異的なピーク波形は見られなくなる。このような特異的なピーク波形は、偏波面保持光ファイバであればＰＡＮＤＡファイバやボウタイファイバにおいても見られることから、光軸廻りの回転における基準位置判定の目印として使用することができる。

従って、本発明の回転基準位置決定方法を用いることにより、前記特異的なピーク波形が発現する回転位置に基づいて突合せ接続される光ファイバ同士の光軸廻りの位置を調整することができる。このようにして各光ファイバにおける光軸廻りの基準位置が求められたら、融着接続機１は、光ファイバ同士を突き合わせ、融着接続する。これにより、光ファイバ同士は、共に角度α＝０°となる応力付与部Ｐの位置が一致した状態で接続される。このとき、両光ファイバにおける偏波面のなす角度を所望の角度に設定するときには、各光ファイバにおける角度α＝０°となる位置を基準位置として、いずれか一方の光ファイバを所望の角度だけ光軸廻りに回転させればよい。光ファイバを更に回転させた後、光ファイバ相互の光軸を再度一致させてから融着接続してもよい。

このとき、本発明の光ファイバ融着接続機１は、応力付与部Ｐの長軸方向がＸ軸に対してなす角度αが０〜±１５°の範囲にあるか否かを、光ファイバを光軸廻りに、回転させて粗調整と微調整とを組み合わせることによって、角度αが０°となる基準位置を高精度に求めることができる。即ち、粗調整の場合には、好ましくは１５°以下、より好ましくは１０°の角度間隔で光ファイバを光軸廻りに回転させながら光強度分布波形を求めて見当をつけ、角度αが±７°以内となるように応力付与部Ｐの長軸方向をＸ軸に対して調整する。微調整の場合には、好ましくは２°以下、より好ましくは１°の角度間隔で光ファイバを光軸廻りに回転させながら光強度分布波形を求め、応力付与部Ｐの長軸方向をＸ軸に対して調整する。粗調整と微調整とを組み合わせることで調整時間の短縮と調整精度を両立することができる。このとき、光ファイバ融着接続機１は、観察すべき箇所がより良く見えるように、粗調整時と微調整時とで前記特徴的なピーク波形の、捉えるべき内容によってレンズとファイバとの対物距離間隔を変えることができるのは言うまでも無い。

ここにおいて、光ファイバ融着接続機１は、上述の光ファイバに関する回転軸方向の位置調整を自動で行うため、光ファイバ端部ごとの固体差や光信号のノイズ等を除去して前記特異的なピーク波形を高精度に検出する必要がある。このとき、角度αが０〜±１５°の範囲内にあるときの光ファイバの光軸中心（Βc）を含む直径方向における任意の範囲の位置（Β）における輝度（Γ）の分布が、例えば、図６に示すようになっていたとする。制御部３０は、前記ピーク波形を高精度に検出する予め設定された所定プログラムの下に、カメラ２１から出力された輝度に基づく光信号を、前記特異的なピーク波形を定量化するデータ変換を行い、画像処理部２３に出力する。画像処理部２３は、制御部３０から出力されたこの変換データに基づいて、図７に示す変換輝度パターンを作成する。本実施例では図６に示す輝度分布曲線上の点（Βi，Γi）を矢印で示す範囲において下記の数式１に基づいてデータ変換し、変換点（βi，γi）を演算する。
βi＝Βi
γi＝（５×Γi-3−３×Γi-1−４×Γi−３×Γi+1＋５×Γi+3）／８４……（１）
ここでは前記特異的なピーク波形を、（Βi-3,Γi-3）〜（Βi+3,Γi+3）の範囲で直交多項式を用いて２次式で近似し、その２次係数を縦軸に,βiを横軸にプロットしている。図４のようにＡ，Ｂ部が光軸中心（Βc）に関して線対称であれば上記の処理をおこなうとΒA〜Βc（光軸中心）＝ΒB〜Βc（光軸中心）かつΓA＝ΓBとなる。

図７に示す変換輝度パターンから明らかなように、光信号をデータ変換することにより、前記特異的なピーク波形を顕在化させることができる。このため、光ファイバ融着接続機１は、制御部３０において前記特異的なピーク波形の存在を高精度、かつ、容易に検出し、接続対象の光ファイバに関する回転軸方向の位置を自動調整することにより、一連の融着接続作業を自動的に実行することができる。ここにおいて、光信号をデータ変換する手法は、前記特異的なピーク波形を顕在化させることができれば上記曲線回帰に限定されるものではなく、例えば、光ファイバの光軸を中心とした前記輝度分布曲線の微分等、種々の手法を用いることができる。

尚、上記実施例は、楕円ジャケットファイバの場合について説明したが、本発明の回転基準位置決定方法は、偏波面保持光ファイバであればＰＡＮＤＡファイバやボウタイファイバにも適用可能である。また、光ファイバの種類が異なると、波形の生じ方並びに前記任意の角度αに対応する特定波形の生じ方もおのずと変化する。

以上のように、本発明にかかる偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法及び光ファイバ融着接続機は、偏波面保持光ファイバの融着接続に有用であり、特に、応力付与部が一つである場合に適している。

本発明にかかる光ファイバ融着接続機の構成を示すブロック図である。 本発明の回転基準位置決定方法による偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法を説明する図である。 図２において、応力付与部の長軸が、Ｘ軸に対してなす角度αを示す説明図である。 応力付与部の長軸とＸ軸とのなす角度αが０°のときの偏波面保持光ファイバの光軸を中心とした光強度分布波形を示す図である。 応力付与部の長軸とＸ軸とのなす角度αが５０°のときの偏波面保持光ファイバの光軸を中心とした光強度分布波形を示す図である。 角度αが０〜±１５°のときの偏波面保持光ファイバの光軸を中心とした光強度分布波形の一例を示す図である。 図６の光強度分布曲線上の点をデータ変換して得られる変換輝度パターンを示す図である。

符号の説明

１ 光ファイバ融着接続機
１０ 光ファイバセット部
１１ 第１光ファイバ
１２ 第２光ファイバ
２０ 観察部
２１ カメラ
２１ａ，２１ｂ レンズ
２２ モニタ
２３ 画像処理部
２４ 光源
３０ 制御部

Claims (4)

1. 偏波面保持光ファイバを光軸廻りに回転させ、該偏波面保持光ファイバの側面から入射して透過した光をレンズを介して受光し、
   受光した光の前記偏波面保持光ファイバにおける光軸を中心とする光強度分布を各回転位置ごとに求め、
   前記偏波面保持光ファイバの光軸を略中心として観察される光強度分布の波形において、前記波形の両側に生じる特定の波形が、前記光軸に対して略対称となる回転位置を、該偏波面保持光ファイバの光軸廻りの位置調整における基準位置とすることを特徴とする偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法。
2. 前記レンズは、開口数が０．３４〜０．６０であることを特徴とする請求項１に記載の偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法。
3. 前記偏波面保持光ファイバを光軸廻りに１５°以下の角度間隔で回転させて前記特定部分の波形が発生する概略回転位置を求めた後、光軸廻りに２°以下の角度間隔で回転させて前記特定部分の波形が、前記光軸に対して略対称となる回転位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法。
4. 請求項１〜３いずれか一つに記載の偏波面保持光ファイバの回転基準位置決定方法を用いて光ファイバ同士の光軸廻りの位置を調整し、光ファイバ同士を融着接続することを特徴とする光ファイバ融着接続機。

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