JP2005208113A - モードフィールド変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なるモードフィールド径を有する２本の光ファイバ同士を低損失かつ容易に接続することが可能なモードフィールド変換器を提供すること。
【解決手段】 ２つのモードフィールド径の異なる光ファイバ１、２を融着接続し、融着接続部近傍４をバーナ等の熱源を用いて熱拡散処理する。融着加熱部５が、融着時のファイバの溶融に伴う表面張力によって太くなる（ａ）。融着加熱部５の太くなっている部分に対しバーナ等の熱源を用いて加熱延伸（加熱延伸部６参照）させ、融着接続部近傍４のクラッド外径をフェルール７内径以下にし、フェルール７に内在させることを可能とした（ｂ）。融着接続部をフェルール７に内在させることによって補強が行えるとともに、光コネクタ部品８に組み込み、２つの異なるモードフィールド径を有する２つのコネクタ付き光ファイバコードを両端に接続する（ｃ）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なるモードフィールド径を有する２本の光ファイバ同士を低損失かつ容易に接続するためのモードフィールド変換器に関する。

光通信において１５５０ｎｍ通信波長帯の光増幅器として広く用いられているエルビウムドープファイバや、光ファイバの波長分散特性を変化させた分散シフト光ファイバ等は、通常のシングルモード光ファイバよりもモードフィールド径が小さい。

通常のシングルモード光ファイバのモードフィールド径は９〜１０μｍ、エルビウムドープファイバのモードフィールド径は４〜５μｍ、分散シフト光ファイバのモードフィールド径は７〜８μｍである。こうしたモードフィールド径の異なる光ファイバ同士を接続すると接続損失が発生する。この接続損失を低減する従来例を以下に示す。

図６（ａ）は第１の従来例を示す図である。
同図に示すように、モードフィールド径が小さい方の光ファイバを加熱し、光ファイバを構成するコアの添加物質（例えばゲルマニウム（Ｇｅ））あるいはクラッドの添加物質（例えばフッ素（Ｆ））を熱拡散させることにより、光ファイバのモードフィールド径を拡大させ、相手側の光ファイバのモードフィールド径との差を小さくし、この部分をフェルールに固定し、コネクタ化することにより低損失で、簡易に接続することができる。

図６（ｂ）は第２の従来例を示す図である。
同図に示すように、異なるモードフィールド径を有する光ファイバ同士を融着接続した後、接続部近傍を加熱し、両方の光ファイバの添加物質を拡散しモードフィールド径を整合させ、この部分をフェルールに固定し、コネクタ化して、低損失で、簡易に接続することができる。

なお、コア径が互いに異なる２本の光ファイバを接続する従来例として、特許第２６１９１３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。ここでは、コア径の小さい方の光ファイバの途中部分を、添加物質は拡散するが光ファイバが溶融しない温度範囲で局部的に加熱してコア径を拡大し、この拡大部分を応力破断した後、両者を相互に接続するようにしたものであり、これにより、レンズを介することなく、コア径の異なるシングルモード光ファイバ同士を低損失で接続することを可能にしている。

特許第２６１９１３号公報

しかし、従来の方法では以下の問題があった。
上記第１の従来例では、熱拡散後のモードフィールド径が光ファイバのカット位置で異なるため、フェルールに固定して研磨した時に、その端面が相手側のモードフィールド径と一致する確率が十分大きくなく歩留りが悪かった。

上記第２の従来例では、相手側のモードフィールド径と同じ光ファイバを用いるので第１の従来例の問題点を解決することができるが、融着時に光ファイバを突き当てる方向に押しこむため、融着後の光ファイバのクラッド外径は融着前より大きくなる。

例えば、融着部分近傍でクラッド外径が１２７μｍ以上になり、その結果、内径１２５μｍのフェルール７に挿入させることができない。したがって、フェルール７の外に融着加熱部５を位置させることになり信頼性を損なうという問題があった。

また、この問題を解決する方法として、図５（ｃ）に示すように接続しようとする光ファイバ同士のうち、一方の光ファイバのクラッド外径を接続しようとする他方の光ファイバのクラッド外径より数μｍだけ細い光ファイバに定めておくことで、融着接続部のクラッド外径の肥大を防ぐことができる。しかし、通常使用される光ファイバのクラッド外径は１２５±１μｍで作製されており、クラッド外径が細い光ファイバを用いようとすると新たに作製する必要がありコスト高になる問題があった。

また、以上の従来例ではマルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバの接続では十分に低損失とならない問題があった。

本発明は、異なるモードフィールド径を有する２本の光ファイバ同士を低損失かつ容易に接続することが可能なモードフィールド変換器を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。以下、請求項毎の構成を記す。

請求項１記載の発明は、モードフィールド径が異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバを入出力としたモードフィールド変換器において、第１の光ファイバと第２の光ファイバが融着接続され、融着接続された部分においてコアまたはクラッドの添加物質が熱拡散されるとともに、接続部が延伸細径化されフェルール内部に固定されていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、モードフィールド径が異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバを入出力としたモードフィールド変換器において、第１の光ファイバと第２の光ファイバの間に、該第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバのモードフィールド径とは異なるモードフィールド径を有する第３の光ファイバが融着接続され、第１の光ファイバと第３の光ファイバ３との間の接続部および第３の光ファイバ３と第２の光ファイバの間の接続部のそれぞれにおいてコアまたはクラッドの添加物質が熱拡散されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項２のモードフィールド変換器において、第１の光ファイバと第３の光ファイバ３との間の接続部および第３の光ファイバ３と第２の光ファイバの間の接続部が延伸細径化されフェルール内部に固定されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、フェルールの両端が研磨され、第１の光ファイバと第２の光ファイバの熱拡散がなされていない部分がそれぞれの研磨面に位置することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、 請求項１から４いずれか1項に記載のモードフィールド変換器において、第１の光ファイバまたは第２の光ファイバのいずれか一方がシングルモード光ファイバであり、他方がシングルモード光ファイバまたはマルチモード光ファイバであることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項２から４いずれか1項に記載のモードフィールド変換器において、第１の光ファイバと第２の光ファイバのいずれか一方がシングルモード光ファイバであり、他方がマルチモード光ファイバであり、かつ第３の光ファイバが第１の光ファイバおよび第２の光ファイバのいずれのモードフィールド径よりも小さいシングルモード光ファイバであることを特徴としている。

本発明によれば、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバの変換が低損失で実現できる。以下、請求項毎の効果を記す。

請求項１記載の発明によれば、コネクタ端面でのモードフィールド径が、接続したい光ファイバのモードフィールド径と一致しており、接続も容易で、低損失で接続できる。さらに、延伸することによって融着接続部のクラッド外径を細くすることができ、フェルール内径に収めることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１にかかる発明と比較して、第１と第２の光ファイバの間に融着接続された第３の光ファイバが、第１と第２の光ファイバの接続部におけるモードフィールド径の差を緩和させ、より低損失な接続が得られる。

請求項３記載の発明によれば、より低損失なモードフィールド変換ができるとともに、これを簡易なコネクタ接続にすることができる。

請求項４記載の発明によれば、短尺光ファイバの両端に光コネクタを接続することが可能な部品を製作することが可能で、しかも、それぞれの光ファイバのモードフィールド径に合致しており、低損失な接続を簡易に実現できる。

請求項５および６記載の発明によれば、異なるモードフィールド径の光ファイバ同士の、容易な操作で、低損失な接続を実現できる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を説明するための図であり、請求項１に記載された発明に係るものである。

この第１の実施例において、図１（ａ）に示すように、２つのモードフィールド径の異なる光ファイバ１、２を融着接続し、融着接続部近傍４をバーナ等の熱源を用いて熱拡散処理しただけでは、融着加熱部５が、融着時のファイバの溶融に伴う表面張力によって太くなったままである。

図１（ｂ）に示すように、上記融着加熱部５の太くなっている部分に対しバーナ等の熱源を用いて加熱延伸（加熱延伸部６参照）させることで、融着接続部近傍４のクラッド外径をフェルール７内径以下にし、フェルール７に内在させることを可能とした。

融着接続部をフェルール７に内在させることによって補強が行えるとともに、図１（ｃ）に示すように、光コネクタ部品８に組み込み、２つの異なるモードフィールド径を有する２つのコネクタ付き光ファイバコードを両端に接続するという簡易な操作で、低損失な接続を実現することができる。

図２は、本発明の第２の実施例を説明するための図であり、請求項２に記載された発明に係るものである。

本第２の実施例において、接続したい異なるモードフィールド径を有する光ファイバ１と光ファイバ２の間に、これら２つの光ファイバのモードフィールド径とは異なるモードフィールド径を有する光ファイバ３を融着接続し、光ファイバ１と光ファイバ３との間の接続部および光ファイバ３と光ファイバ２の間の接続部のそれぞれにおいて、熱拡散によってモードフィールド径の整合がとられるようにしている。

例えば、通信波長に用いられる１３１０ｎｍや１５５０ｎｍの長波長の場合、光ファイバ１にモードフィールド径４.２μｍのシングルモード光ファイバ、光ファイバ２にモードフィールド径１０.４μｍのシングルモード光ファイバを適用し、光ファイバ１と光ファイバ２を融着接続し、融着接続部近傍をバーナ等の熱源を用いて熱拡散処理した場合、接続損失は０.２３dBである（第１の実施例；請求項１）。

しかし、光ファイバ３としてモードフィールド径７.１μｍのシングルモード光ファイバを適用し、本第２の実施例に基づいた形態でシングルモード光ファイバ１，シングルモード光ファイバ３，シングルモード光ファイバ２の接続を行った場合、接続損失は０.１１dBとなり、さらに低損失に接続できる。

図３は、本発明の第３の実施例を説明するための図であり、請求項３に記載された発明に係るものである。

上記第２の実施例において、図３に示すように、光ファイバ１と光ファイバ３との間の融着加熱部５および光ファイバ３と光ファイバ２の間の融着加熱部５を、フェルールの穴径より細くなるよう加熱延伸（加熱延伸部６参照）したものである。これにより、光コネクタ化が可能で、容易な操作で、第２の実施例の低損失接続を実現できる。

図４は、本発明の第４の実施例を説明するための図であり、請求項４に記載された発明に係るものである。

本実施例では、同図に示すように、両端が研磨されたフェルール７が、ハウジングやプラグフレーム等によって構成された光コネクタ部材８に納められている。このようにして、両端から光接続を行いたいモードフィールド径の異なる２つのコネクタを接続すれば、小さな部品で簡易に低損失接続を実現できる。

図５は、本発明の効果を示す図であり、請求項５および請求項６に記載された発明に係るものである。

同図は、光ファイバ１にモードフィールド径１０.４μｍのシングルモード光ファイバ、光ファイバ２にモードフィールド径４４μｍのマルチモード光ファイバを適用した場合の効果を示すもので、（ａ）は単にコネクタ接続した場合のを示し、（ｂ）は請求項１の状態を示し、（ｃ）は光ファイバ３として長さ１０ｍｍ，モードフィールド径７.１μｍのシングルモード光ファイバを適用し、請求項２あるいは３のようにシングルモード光ファイバ１，シングルモード光ファイバ３，マルチモード光ファイバ２を接続した場合の接続損失の場合の効果を示している（請求項６）。

図５から、単にコネクタ接続した（ａ）より請求項１のように接続した（ｂ）の方が、また請求項１のように接続した（ｂ）より請求項６のように接続した（ｃ）の方が接続損失が低くなっていることがわかる。また、さらに請求項４との組み合わせにより小型な部品を実現することも可能である。

本発明の第１の実施例を説明するための図である。 本発明の第２の実施例を説明するための図である。 本発明の第３の実施例を説明するための図である。 本発明の第４の実施例を説明するための図である。 本発明の効果を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１…モードフィールド径１を有する光ファイバ
２…モードフィールド径２を有する光ファイバ
３…モードフィールド径３を有する光ファイバ
４…融着接続部近傍
５…融着加熱部
６…加熱延伸部
７…フェルール
８…光コネクタ部材
９…モードフィールド径拡大部
１０…モードフィールド径２を有し、モードフィールド径１を有する光ファイバよりクラッド外径が小さい光ファイバ

Claims (6)

1. モードフィールド径が異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバを入出力としたモードフィールド変換器において、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバが融着接続され、該融着接続された部分においてコアまたはクラッドの添加物質が熱拡散されるとともに、前記接続部が延伸細径化されフェルール内部に固定されている
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。
2. モードフィールド径が異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバを入出力としたモードフィールド変換器において、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバの間に、該第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバのモードフィールド径とは異なるモードフィールド径を有する第３の光ファイバが融着接続され、前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバ３との間の接続部および前記第３の光ファイバ３と前記第２の光ファイバの間の接続部のそれぞれにおいてコアまたはクラッドの添加物質が熱拡散されている
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。
3. 請求項２のモードフィールド変換器において、
   前記第１の光ファイバと前記第３の光ファイバ３との間の接続部および前記第３の光ファイバ３と前記第２の光ファイバの間の接続部が延伸細径化されフェルール内部に固定されている
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
   前記フェルールの両端が研磨され、第１の光ファイバと第２の光ファイバの熱拡散がなされていない部分がそれぞれの研磨面に位置する
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
   前記第１の光ファイバまたは前記第２の光ファイバのいずれか一方がシングルモード光ファイバであり、他方がシングルモード光ファイバまたはマルチモード光ファイバである
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。
6. 請求項２から４いずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバのいずれか一方がシングルモード光ファイバであり、他方がマルチモード光ファイバであり、かつ前記第３の光ファイバが前記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバのいずれのモードフィールド径よりも小さいシングルモード光ファイバである
   ことを特徴とするモードフィールド変換器。

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