JP2008046178A - 光ファイバ接続用保持具及びこれを用いた接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自己形成光導波路技術により接続しようとする一対の光ファイバの一端同士を、軸ずれ及び角度ずれがほとんど生じない状態で安定して保持させることができ、何ら微調整を必要とすることなく簡易に接続可能とすること。
【解決手段】光硬化性樹脂の硬化用の波長光を透過する透明素材からなり、両側から一対の光ファイバの一端を挿入した状態で該光ファイバ間の軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めることが可能な嵌め合い公差を有する貫通孔１１と、貫通孔１１と交差するように設けられ、光硬化性樹脂の混合溶液を光ファイバの一端同士の間に自己形成光導波路を形成可能な量だけ保持可能な大きさを有する樹脂注入孔１２とを備えた光ファイバ接続用保持具１０を用いることにより、何ら微調整を必要とすることなく、自己形成光導波路技術による簡易な接続を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己形成光導波路技術により光ファイバ同士を接続する技術に関する。

自己形成光導波路技術とは、接続しようとする一対の光ファイバの一端同士の間に、硬化後の屈折率が異なる第１及び第２の光硬化性樹脂によるコア部及びクラッド部を形成して簡易な光接続を可能とするものである（特許文献１，２，３参照）。

具体的には、所定の間隙を隔てて対向させた各光ファイバの一端同士の間に第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を充填し、少なくとも一方の光ファイバの他端から第１の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を入射してコア部を形成し、その後、前記混合溶液が充填された各光ファイバの一端同士付近に第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を照射してクラッド部を形成する、あるいは所定の間隙を隔てて対向させた各光ファイバの一端同士の間に第１の光硬化樹脂の溶液を充填し、少なくとも一方の光ファイバの他端から第１の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を入射してコア部を形成し、その後、各光ファイバの一端同士の間から第１の光硬化性樹脂の溶液を除去するとともに第２の光硬化性樹脂の溶液を充填し、該第２の光硬化性溶液が充填された各光ファイバの一端同士付近に第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を照射してクラッド部を形成するものである。

従来、前述した自己形成光導波路技術により光ファイバ同士を接続する場合、Ｖ溝基板とこの基板に光ファイバを固定する押さえ板からなる保持手段により、接続しようとする一対の光ファイバの一端同士を所定の間隙を隔てて対向させて保持させ、さらに前記基板の光ファイバの一端同士が対向する位置に設けておいた液溜め部に第１及び第２の光硬化性樹脂の各溶液あるいは混合溶液を滴下することにより、前記一端同士の間に該第１及び第２の光硬化性樹脂の各溶液あるいは混合溶液を充填するようにしていた。
特開平５−１２７０２８号公報 特開平９−５５４４号公報 特開２００６−１０６４７２号公報

しかし、前述したＶ溝基板を用いた保持手段の場合、押さえ板によって押さえられる光ファイバの位置は前述した液溜め部の外側、即ち光ファイバの接続しようとする一端よりやや離れた位置となるため、該光ファイバの一端同士を、接続損失の発生要因となる軸ずれや角度ずれがほとんど生じない状態で安定して保持させることが困難（特に前記溶液が滴下あるいは注入されると、その表面張力により光ファイバが浮き上がって軸ずれや角度ずれを生じる恐れがある。）であり、接続の際、何度も微調整する必要があった。

本発明の目的は、自己形成光導波路技術により接続しようとする一対の光ファイバの一端同士を、軸ずれ及び角度ずれがほとんど生じない状態で安定して保持させることができ、何ら微調整を必要とすることなく簡易に接続可能とする光ファイバの保持手段と、これを用いた接続方法を提供することにある。

本発明では、前述した問題を解決するため、少なくともクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を十分に透過し得る透明素材からなり、両側から接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ挿入し、所定の間隙を隔てて対向させた状態で該一対の光ファイバ間の軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めることが可能な嵌め合い公差を有する貫通孔と、前記貫通孔の前記一対の光ファイバの一端同士が対向する部位に該貫通孔と交差するように設けられ、硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液を、前記所定の間隙を隔てて対向させた状態の一対の光ファイバの一端同士の間に自己形成光導波路を形成可能な量だけ保持可能な大きさを有する樹脂注入孔とを備えたことを特徴とする光ファイバ接続用保持具を用いる。

また、前述した光ファイバ接続用保持具を用いた光ファイバの接続は、接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から挿入し、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔に注入し、少なくとも一方の光ファイバの他端から第１の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を入射してコア部を形成し、光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔付近に第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を照射してクラッド部を形成することによって行われる。

なお、この際、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔に注入した後、接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から挿入するようにしても良い。

本発明によれば、光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ挿入し、所定の間隙を隔てて対向させるのみで、該一対の光ファイバ間の軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めた状態で安定して保持することが可能となるため、接続に際して何ら微調整を必要とすることがない。また、この状態で硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液を樹脂注入孔に注入するのみで、前記一端同士の間に該第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を充填することができ、その後は従来の自己形成光導波路技術による接続の場合と同様な、光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を用いたコア部及びクラッド部の形成により、一対の光ファイバを簡易に接続できる。

また、光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔としては、前記所定の間隙とほぼ同様な内径と、少なくとも前記貫通孔を超える深さとを有する有底孔、または前記所定の間隙とほぼ同様な内径を有する貫通孔、もしくは前記所定の間隙とほぼ同様な幅と、少なくとも前記貫通孔に達する深さとを有するスリットを用いることができ、Ｖ溝基板を用いた保持手段の場合より、一対の光ファイバを少量の光硬化性樹脂により接続可能であり、全体の小型化が図れる。

図１は本発明の光ファイバ接続用保持具の第１の実施の形態を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図（端面図）をそれぞれ示す。

本実施の形態の光ファイバ接続用保持具、例えば１０は、少なくともクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を十分に透過し得る全体略円柱状の透明素材からなり、貫通孔１１及び樹脂注入孔１２を備えている。

ここで、光硬化性樹脂の硬化用の波長は、当該光硬化性樹脂の組成により異なるが、コア部形成用の第１の光硬化性樹脂の硬化用の波長として４０６ｎｍ程度の紫外線、また、クラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長として３６０ｎｍ程度の紫外線が用いられ、これらの波長の光を十分に透過する透明素材としては、石英ガラスや紫外線透過アクリル等が挙げられる。

貫通孔１１は、接続しようとする光ファイバ（厳密には被覆を除去した光ファイバ素線）の外径に対し、両側から一対の光ファイバの一端をそれぞれ挿入し、所定の間隙を隔てて対向させた状態で該一対の光ファイバ間の軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めることが可能な嵌め合い公差の内径を有する如く、保持具１０の中心軸に沿って設けられている。

樹脂注入孔１２は、前記貫通孔１１の前記一対の光ファイバの一端同士が対向する部位、ここでは光ファイバ接続用保持具１０の長手方向のほぼ中央付近に該貫通孔１１と直交するように設けられた、硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液を、前記所定の間隙を隔てて対向させた状態の一対の光ファイバの一端同士の間に自己形成光導波路を形成可能な量だけ保持可能な大きさを有する孔、ここでは前記所定の間隙とほぼ同様な内径と、前記貫通孔１１をやや超える深さとを有する有底孔からなっている。

次に、前述した「軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めることが可能な嵌め合い公差」について検討する。

光ファイバ接続における軸ずれ量ｄと接続損失αとの関係は、モードフィールド径をｗとすると、
α＝−１０log(Ｔ) …（１）
但し、Ｔ＝exp[−ｄ²／ｗ²]
で表され、図２に示す如くなる（例えば、D. MARCUSE, "Loss Analysis of Single-Mode Fiber Splices", THE BELL SYSTEM TECHNICAL JOURNAL, Vol.56, No.5, 1977, American Telephone and Telegraph Company, pp.703-718参照）。

現在、使用されているシングルモードファイバの接続方法としては、融着、コネクタ、メカニカルスプライスがあるが、いずれも接続損失０．５ｄＢ以下を実現している。接続損失０．５ｄＢ以下を実現するためには、図２から軸ずれ量ｄを１．６μｍ以下に抑える必要があることが分かる。

また、光ファイバ接続用保持具１０の貫通孔１１には、その両側から接続しようとする一対の光ファイバの一端がそれぞれ挿入されることになるが、そのうちの一方の光ファイバに対する挿入長をＬとすると、当該貫通孔１１の内径が前述した軸ずれ量（軸ずれの許容量）ｄを有する場合、挿入された光ファイバに生じる最大の角度ずれ量θは、図３から理解されるように
θ＝arctan(ｄ／Ｌ) …（２）
となる。

また、光ファイバ接続における角度ずれ量θと接続損失αとの関係は、クラッドの屈折率をｎ₂、通信波長をλとすると、
α＝−１０log(Ｔ) …（３）
但し、Ｔ＝exp[−（ｗπｎ₂θ）²／λ²]
で表される（例えば、D. MARCUSE, "Loss Analysis of Single-Mode Fiber Splices", THE BELL SYSTEM TECHNICAL JOURNAL, Vol.56, No.5, 1977, American Telephone and Telegraph Company, pp.703-718参照）。

前記（２）、（３）式から、軸ずれ量（軸ずれの許容量）ｄが１．６μｍ、挿入長Ｌが３ｍｍの貫通孔１１に光ファイバを挿入した場合の角度ずれ量θは０．０００５°、また、挿入長Ｌが１０ｍｍの場合の角度ずれ量θは０．０００１６°となり、接続しようとする一対の光ファイバ間では最大その２倍に達することになるが、シングルモードファイバの接続において、接続損失０．５ｄＢ以下を実現する角度ずれ量は０．００７４°以下であり、前述した角度ずれ量は、接続損失を考慮する上で十分無視できる値である。

従って、接続しようとする光ファイバ（光ファイバ素線）の外径を１２５μｍとした場合、光ファイバ接続用保持具１０の貫通孔１１の内径が１２５μｍ以上１２６．６μｍであれば、軸ずれ及び角度ずれによる損失を０．５ｄＢ以下に収めることが可能となる。

図４は図１の光ファイバ接続用保持具を用いた光ファイバ接続の工程を示すもので、以下、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）同士を接続する場合を例にとって、本発明の光ファイバの接続方法について説明する。なお、ここでは理解し易くするため、光ファイバ接続用保持具についてはその断面をもって表すものとする。

まず、図４（ａ）に示すように、被覆を除去し、光ファイバ素線２１，３１を露出させた一対のＳＭＦ（光ファイバ心線）２０，３０の一端を、それぞれ光ファイバ接続用保持具１０の貫通孔１１の両側から挿入し、樹脂注入孔１２内で所定の間隙を隔てて対向させる。この際、各ＳＭＦ２０，３０の被覆を除去する長さを、光ファイバ接続用保持具１０の全長から前記所定の間隙を差し引いた長さのほぼ１／２に設定すれば、素線部分を貫通孔１１の両側から挿入し、心線部分を光ファイバ接続用保持具１０の端面に当接させるのみで位置決めが可能となる。

なお、光ファイバ接続用保持具１０の貫通孔１１とＳＭＦ２０，３０（の光ファイバ素線２１，３１）との間は、実際にはほとんど隙間なく密着しているが、図４では理解し易くするため、両者を離して描いている。

次に、図４（ｂ）に示すように、予め用意した、硬化後の屈折率及び硬化開始波長（反応波長）を調整した２種類の光硬化性樹脂、即ちコア部形成用の第１の光硬化性樹脂と、クラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂とを含む混合溶液４０を、光ファイバ接続用保持具１０の樹脂注入孔１２に注入し、ＳＭＦ２０，３０の一端同士の間に充填する。

なお、第１及び第２の光硬化性樹脂の樹脂材料としては、アクリル系、エポキシ系、オキセタン系、ビニルエーテル系等がある。ここで、硬化後の屈折率の調整とは、硬化前の屈折率は任意の値で良いが、第１の光硬化性樹脂の硬化後の屈折率ｎ１及び第２の光硬化性樹脂の硬化後の屈折率ｎ２が、
ｎ１＞ｎ２
の条件を満たすように調整することを指す。また、硬化開始波長の調整とは、コア部形成用の波長の光によって第１の硬化性樹脂のみが硬化反応を開始し、クラッド部形成用の波長の光によって第２の硬化性樹脂のみが硬化反応を開始するように第１及び第２の光硬化性樹脂の樹脂材料を選定することを指す。

なお、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液４０を光ファイバ接続用保持具１０の樹脂注入孔１２に注入した後、ＳＭＦ２０，３０（の光ファイバ素線２１，３１）の一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具１０の貫通孔１１の両側から挿入して接続することも可能である。

次に、この状態で、ＳＭＦ２０，３０のいずれか一方もしくは両方の他端に接続したコア部形成用の光源（図示せず）を動作させ、該他端からコア部形成用の波長の光を入射させる。すると、ＳＭＦ２０，３０（の光ファイバ素線２１，３１）のいずれか一方もしくは両方の一端からコア部形成用の波長の光が混合溶液４０中に出射され、これによって混合溶液４０中の第１の光硬化性樹脂のみが反応して硬化し、図４（ｃ）に拡大して示すように、ＳＭＦ２０，３０の光ファイバ素線２１，３１の端面間にコア径がほぼ均一の導波路（コア部）４１が形成される。

次に、ＳＭＦ２０，３０（の光ファイバ素線２１，３１）の端面間にコア部４１が確実に形成されていることを確認した後、図示しないクラッド部形成用の光源を動作させ、図４（ｄ）に示すように、光ファイバ接続用保持具１０の樹脂注入孔１２付近にクラッド部形成用の波長の光を照射する。すると、混合溶液４０中の第２の光硬化性樹脂のみが反応して硬化し、図４（ｅ）に拡大して示すように、コア部４１の周囲にクラッド部４２が形成される。

なお、図４（ｅ）では、光ファイバ素線２１，３１と同様な太さのクラッド部４２が形成された状態を描いているが、実際には、樹脂注入孔１２内の混合溶液４０中の第２の光硬化性樹脂のうち、クラッド部形成用の波長の光が照射された部分全体が硬化するため、当該照射光の照射方向や照射範囲によって樹脂注入孔１２内の混合溶液４０中の第２の光硬化性樹脂の一部または全部が硬化してクラッド部４２を形成することになる。

以上により、接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から挿入し、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を樹脂注入孔に注入するのみで、何ら微調整を必要とすることなく、自己形成光導波路技術による簡易な接続が可能となる。

図５は本発明の光ファイバ接続用保持具の第２の実施の形態を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図（端面図）をそれぞれ示す。

本実施の形態の光ファイバ接続用保持具、例えば１０Ｂは、第１の実施の形態に係る光ファイバ接続用保持具において、所定の間隙とほぼ同様な内径を有する貫通孔からなる樹脂注入孔１３を備えている。

本実施の形態によれば、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液の粘度あるいは表面張力が高く、有底の樹脂注入孔では光ファイバの一端同士の間に十分充填できないような場合に有効である。

図６は本発明の光ファイバ接続用保持具の第３の実施の形態を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図（端面図）をそれぞれ示す。

本実施の形態の光ファイバ接続用保持具、例えば１０Ｃは、第１の実施の形態に係るファイバ接続用保持具において、所定の間隙とほぼ同様な幅と、少なくとも前記貫通孔に達する深さとを有するスリットからなる樹脂注入孔１４を備えている。

本実施の形態によれば、樹脂注入孔１４を設ける際に貫通孔１１の位置を考慮する必要がなく、その作製が容易となる。

なお、第２及び第３の実施の形態に係る光ファイバ接続用保持具を用いた場合の光ファイバの接続方法も、第１の実施の形態に係る光ファイバ接続用保持具を用いた場合と同様で良い。

本発明の光ファイバ接続用保持具の第１の実施の形態を示す構成図 光ファイバ接続における軸ずれ量と接続損失との関係を示すグラフ 軸ずれ許容量ｄの貫通孔に光ファイバを長さＬだけ挿入した場合の角度ずれ量θを示す説明図 図１の光ファイバ接続用保持具を用いた光ファイバ接続の工程図 本発明の光ファイバ接続用保持具の第２の実施の形態を示す構成図 本発明の光ファイバ接続用保持具の第３の実施の形態を示す構成図

符号の説明

１０，１０Ｂ，１０Ｃ：光ファイバ接続用保持具、１１：貫通孔、１２，１３，１４：樹脂注入孔、２０，３０：光ファイバ、２１，３１：光ファイバ素線、４０：光硬化性樹脂の混合溶液、４１：導波路（コア部）、４２：クラッド部。

Claims (6)

1. 一対の光ファイバの一端同士を、硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂を用いて、その間に自己形成光導波路を形成して接続する際に用いる光ファイバ接続用保持具であって、
   少なくともクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を十分に透過し得る透明素材からなり、
   両側から前記一対の光ファイバの一端をそれぞれ挿入し、所定の間隙を隔てて対向させた状態で該一対の光ファイバ間の軸ずれ及び角度ずれを一定の範囲に収めることが可能な嵌め合い公差を有する貫通孔と、
   前記貫通孔の前記一対の光ファイバの一端同士が対向する部位に該貫通孔と交差するように設けられ、第１及び第２の光硬化性樹脂の混合溶液を、前記所定の間隙を隔てて対向させた状態の一対の光ファイバの一端同士の間に自己形成光導波路を形成可能な量だけ保持可能な大きさを有する樹脂注入孔とを備えた
   ことを特徴とする光ファイバ接続用保持具。
2. 請求項１に記載の光ファイバ接続用保持具において、
   樹脂注入孔は、前記所定の間隙とほぼ同様な内径と、少なくとも前記貫通孔を超える深さとを有する有底孔からなる
   ことを特徴とする光ファイバ接続用保持具。
3. 請求項１に記載の光ファイバ接続用保持具において、
   樹脂注入孔は、前記所定の間隙とほぼ同様な内径を有する貫通孔からなる
   ことを特徴とする光ファイバ接続用保持具。
4. 請求項１に記載の光ファイバ接続用保持具において、
   樹脂注入孔は、前記所定の間隙とほぼ同様な幅と、少なくとも前記貫通孔に達する深さとを有するスリットからなる
   ことを特徴とする光ファイバ接続用保持具。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光ファイバ接続用保持具を用いて一対の光ファイバの一端同士を接続する光ファイバの接続方法において、
   接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から挿入し、
   硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液を光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔に注入し、
   少なくとも一方の光ファイバの他端から第１の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を入射してコア部を形成し、
   光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔付近に第２の光硬化性樹脂の硬化用の波長の光を照射してクラッド部を形成する
   ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
6. 請求項５に記載の光ファイバの接続方法において、
   硬化後の屈折率が異なるコア部形成用の第１の光硬化性樹脂及びクラッド部形成用の第２の光硬化性樹脂の混合溶液を光ファイバ接続用保持具の樹脂注入孔に注入した後、接続しようとする一対の光ファイバの一端をそれぞれ光ファイバ接続用保持具の貫通孔の両側から挿入する
   ことを特徴とする光ファイバの接続方法。

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