JP2010271544A

JP2010271544A - 光ファイバ融着接続方法及び装置

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Publication number: JP2010271544A
Application number: JP2009123478A
Authority: JP
Inventors: Shinji Koike; 真司小池; Akira Nagase; 亮長瀬
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP5199180B2

Abstract

【課題】炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバの融着接続時に、融着部にＶ溝基板材料が混入することを防ぐことにより、低損失融着接続を安定に実現する。
【解決手段】除電エアブロー装置（９）による除電エアブローを開始する。次に、光ファイバ（１）をＶ溝基板（３）の整列用Ｖ溝に設置前において、光ファイバスティッククリーナ（１１）によってＶ溝部分のクリーニングを行う。それ以後の全ての工程では、除電エアブロー装置（９）からの除電エアブローを常に光ファイバ（１）の融着部に噴射する。融着接続工程が終了し、光ファイバを装置外に取出した後においても、Ｖ溝基板（３）の整列用Ｖ溝を光ファイバスティッククリーナ（１１）によりクリーニングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸ガスレーザ光の照射により光ファイバを融着接続する光ファイバ融着接続方法およびその方法を用いる光ファイバ融着接続装置に関する。

図４は光ファイバを融着接続するための従来のレーザ融着冶具を説明する図であって、同図の（Ａ）はそのレーザ融着冶具の平面図、同図の（Ｂ）は（Ａ）のa - a'切断線に沿う断面図、および同図の（Ｃ）は（Ａ）のｂ - ｂ'切断線に沿う断面図である。また、図５は図４のレーザ融着冶具の機構を説明する図であって、同図の（Ａ）はそのレーザ融着冶具の押さえ板を開いた状態を示す平面図、同図の（Ｂ）はそのレーザ融着冶具の押さえ板を閉じた状態を示す平面図である。ここで、図中の矢印ｚは垂直方向のｚ軸、矢印ｙは水平横方向のｙ軸、矢印ｘは水平縦方向のｘ軸を表す（他の図面も同様である）。

図４および図５において、１は光ファイバ、特に、１−Rは第１光ファイバを、１−Lは第２光ファイバを示し、２はレーザ融着冶具のステージ、３は光ファイバ整列用ジルコニウム製Ｖ溝基板、４は光ファイバ押さえ板、５は押さえ板開閉用ヒンジ機構、６は押さえ板開閉用ヒンジ機構に組み込まれた磁力に基づく吸引力調整ネジ、６−aはステージ２に埋め込まれた磁石７と対向に位置する吸引力調整ネジの扁平面、７は磁石、および８はＶ溝基板３に組み込まれ精密に外径加工が施されているステンレスガイドピンである。

図４の（C）のb - b'断面図に示すように、複数の光ファイバ１（第１光ファイバ１−Ｒと第２光ファイバ１−Lの両方）は、ジルコニウム製Ｖ溝基板３上に形成された各Ｖ溝部内にそれぞれ収容され、押さえ板４によって、上から押さえられて整列固定される。その際、精密に外径加工が施された一対のガイドピン８によって、基板３に対して押さえ板４が一定の高さに保持される。

さらに、図４の（Ｂ）のa - a'断面図に示すように、押さえ板開閉用ヒンジ機構５には複数のネジ６が内蔵されており、これらネジ６のステージ２側の端部には、ネジ面を扁平にした扁平面６−aが形成されており、その結果、ステージ２に内蔵された磁石７とネジ６の扁平面６−aとの間で吸引力が発生する。この吸引力は、ネジ６の扁平面６−aと磁石７との距離によって変化するので、ネジ６の押し込み量を調整することで、光ファイバ１の融着時の衝撃などにも、基板３に対する押さえ板４の高さ位置に変動が生じないように、安定化措置が講じられている。

図５の（Ａ）は、ヒンジ機構５により押さえ板４が開かれた状態を示し、光ファイバ１が概ねＶ溝基板３の各Ｖ溝部内に整列して配置されている様子を図示している。光ファイバ１を概ねＶ溝基板に整列した後に、図５の（Ｂ）に示すように、押さえ板４を閉じることによって、光ファイバ１の高さ方向（図中のｚ軸）ならびにアレイ方向（図中のｘ軸）の受動調心が完了することになる。

図４および図５に示した構成を有する従来のレーザ融着冶具を用いた、従来手法による炭酸ガスレーザによる光ファイバのレーザ融着の様子を図６に示す。図６において、１０は光ファイバの突き合わせ部を照射する炭酸ガスレーザ光を発生する炭酸ガスレーザである。その他の図４、図５と同一の構成要素は同一符号を用いて示している。

図６の断面図に示すように、第１と第２の光ファイバ１−Ｒ，１−Ｌを図４に示した融着冶具にて整列・位置決めした後に、図面の右側に図示された第１光ファイバ１−Ｒと図面の左側に図示された第２光ファイバ１−Lをｙ軸方向もしくはマイナスy軸方向に移動させることで突き合わせ、その突合わせ位置を光ファイバの接触原点と考え、さらに一方の第１光ファイバ１−Ｒを長手方向（図中のマイナスｙ方向）にさらに進ませる、あるいは押し込むことで、第１光ファイバを撓ませる。光ファイバを保持する部材（図示しない）を用いて撓みを維持する。この撓みによって、第１光ファイバ１−Ｒと第２光ファイバとの間で押圧力が生じ、この押圧力の働きにより、炭酸ガスレーザ１０からの炭酸ガスレーザ光をこれら光ファイバ同士の突き合わせ部へ照射することによっても、急激な加熱による光ファイバ材料の急峻な蒸発に拘わらず、両者の光ファイバの間隙が埋められた状態で融着接続が完了することになる。このように融着接続した後に、光ファイバを保持する上記部材を解除して光ファイバをたわみがない状態とし、融着冶具の押さえ板４を開き、融着接続した光ファイバを装置外に取り出す。

図７は、これまで述べてきた従来技術の炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続工程をさらに詳細に示すフローチャートである。まず、光ファイバ１のジャケット（図示しない）をはく離した後に（ステップ７０１）、光ファイバ１の端面（図示しない）をカットする端面出しを行い（ステップ７０２）、上述したように光ファイバ１を図４、図５に示したレーザ融着冶具に配設されたファイバ整列用ジルコニア製Ｖ溝３に設置する（ステップ７０５）。その後、図６を用いて説明したように、光ファイバ同士を長軸方向に進ませて両ファイバ１−Ｒ，１−Ｌを突合させるよう、レーザ照射するのに好適な場所に両ファイバを移動させる。

次に、光ファイバの突合位置を、計測機器（図示しない）等を介して一旦、制御装置のメモリ（図示しない）に保持した後に（ステップ７０７）、光ファイバ同士を所望距離（例えば１０μｍ）離した後（ステップ７０８）、炭酸ガスレーザ１０のレーザ光をそれぞれの光ファイバ端面に照射することで、光ファイバ端面に付着するダスト除去・炭化処理を行い（ステップ７０９）、さらにそれら端面へのエアブロークリーニングによって、炭化したダストを除去するクリーニングを行う（ステップ７１０）。

その後、ファイバ移動手段（図示しない）等を用いて、上記メモリに保持されていた光ファイバ突合位置に両光ファイバを再度戻した後に（ステップ７１１）、一方の光ファイバ、例えば第１光ファイバ１−Ｒ側（図６参照）をさらに光ファイバ長手方向（図中のマイナスｙ方向）に進ませ、これにより第１光ファイバ１−Ｒと第２光ファイバ１−Ｌとの間に押圧力が生じ、第１光ファイバ１−Ｒをたわませるようにする（ステップ７１２）。その結果、発生した押圧力により光ファイバ同士が、上述のメカニズムによって、光ファイバ端面間の間隙が解消されて、レーザ光の照射による光ファイバ融着接続が行われる（ステップ７１３）。融着接続した後に、光ファイバを保持する部材を解除して光ファイバをたわみがない状態とし、融着冶具の押さえ板４を開き、融着接続した光ファイバを装置外に取り出す（図示しない）。

特開２００７−０７２００９号公報

小池、浅川、阿部、小林、長瀬、上杉、梶原、鈴木、廣沢、渡辺「炭酸ガスレーザによるファイバ融着接続部のSPring-8放射光を用いた観測結果」平成２０年秋季第６９回応用物理学会学術講演会講演予稿集 2a-ZG-1 vol. no.3 p.866

しかしながら、上述したような従来の融着接続方法では、４６サンプル中で目標値０．１５ｄＢ以下のサンプル数は２２個でしかなく、目標値を下回る不良結果が数多く見られ、十分な融着品質が得られていなかった。

また、融着部にはＶ溝基板を起源と考えられるジルコニウムの混入が観察される報告がなされている（非特許文献１を参照）。

本発明の目的は、炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバの融着接続時に、融着部にＶ溝基板材料が混入することを防ぐことにより、低損失融着接続を安定に実現することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光ファイバ融着接続方法は、光ファイバを光ファイバ整列用のＶ溝基板のＶ溝に設置する前に、該Ｖ溝基板のＶ溝が光ファイバスティッククリーナによって清掃される第１の工程と、前記光ファイバ同士が対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列されて固定される第２の工程と、対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列された前記光ファイバ同士の突合わせ部に炭酸ガスレーザ光を照射することによって、前記光ファイバが融着接続される第３の工程と、前記第３の工程が終了後、前記Ｖ溝基板のＶ溝から前記光ファイバが取出された後に、前記Ｖ溝基板のＶ溝が前記光ファイバスティッククリーナによって清掃される第４の工程と、前記第１の工程から前記第４の工程までの全工程にわたり、除電エアブローを前記光ファイバの融着部ならびに前記Ｖ溝基板に常時噴射する第５の工程とを含むことを特徴とする。

ここで、前記除電エアブローは、イオン化空気を含むことを特徴とすることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の光ファイバ融着接続装置は、融着接合対象の光ファイバを整列させるためのＶ溝を備えた光ファイバ整列用のＶ溝基板を少なくとも有するレーザ融着冶具と、対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列された前記光ファイバ同士の突合わせ部に照射する炭酸ガスレーザ光を発生する炭酸ガスレーザと、前記光ファイバを前記Ｖ溝基板のＶ溝に設置する前、および前記光ファイバの融着接続工程が終了し、該光ファイバを装置外に取出した後において、前記Ｖ溝基板のＶ溝を清掃する光ファイバスティッククリーナと、前記光ファイバを前記Ｖ溝基板のＶ溝に設置する前の清掃工程から該光ファイバの融着接続工程を経て、該光ファイバを装置外に取出した後の清掃工程までの全工程にわたり、除電エアブローを前記光ファイバの融着部ならびに前記Ｖ溝基板に常時噴射する除電エアブロー装置とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバの突合せ部に炭酸ガスレーザ光を照射することにより光ファイバを融着接続する光ファイバ融着接続工程中に、イオン化空気の常時ブローを行う除電エアブロー噴射工程と、ファイバスティッククリーナによる光ファイバ設置前のＶ溝清掃工程とを導入することにより、レーザ融着時に光ファイバの融着部にＶ溝基板材料が混入することを防ぐように構成しているので、従来技術と比べて、Ｖ溝基板材料の光ファイバ融着界面への含有量を低減でき、安定した低損失光ファイバ融着接続品質を得ることが可能となる。

本発明による炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続方法における、光ファイバのＶ溝設置前に行われるファイバスティッククリーナによる清掃工程と除電エアブロー噴射の様子を示す図であって、（Ａ）はレーザ融着冶具の押さえ板を開いた状態を示す平面図、（Ｂ）はクリーニングの様子を示すＶ溝基板部の拡大斜視図である。本発明による除電エアブローを用いた炭酸ガスレーザ光の照射によるレーザ融着の様子を示す断面図である。本発明による炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続工程を示すフローチャートである。従来から用いられてきたレーザ融着冶具の構成を説明する図であって、（Ａ）はそのレーザ融着冶具の平面図、Ｂ）は（Ａ）のa - a'切断線に沿う断面図、および（Ｃ）は（Ａ）のｂ - ｂ'切断線に沿う断面図である。図４のレーザ融着冶具の機構を説明する図であって、（Ａ）はそのレーザ融着冶具の押さえ板を開いた状態を示す平面図、（Ｂ）はそのレーザ融着冶具の押さえ板を閉じた状態を示す平面図である。従来技術において行われている炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続の様子を示す断面図である。従来技術において行われてきた炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続の工程を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明による炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続方法における、光ファイバのＶ溝設置前に行われるファイバスティッククリーナによる清掃工程と除電エアブロー噴射の様子を示す図であって、同図の（Ａ）はレーザ融着冶具の押さえ板を開いた状態を示す平面図、同図の（Ｂ）はクリーニングの様子を示すＶ溝基板部の拡大斜視図である。レーザ融着冶具は、従来技術で説明したものと同一のものを利用することができる。特に、図１の（Ｂ）では、斜視図としてレーザ融着冶具のＶ溝部のクローズアップが示されており、ファイバのＶ溝への設置前、ならびファイバ融着終了し、ファイバ取出し後に、ファイバスティッククリーナによってＶ溝が清掃されている様子を示している。

図１において、２はレーザ融着冶具のステージ、３は光ファイバ整列用ジルコニウム製Ｖ溝基板、４は光ファイバ押さえ板、５は押さえ板開閉用ヒンジ機構、６は押さえ板開閉用ヒンジ機構に組み込まれた磁力に基づく吸引力調整ネジ、６−aはステージ２に埋め込まれた磁石７と対向に位置する吸引力調整ネジの扁平面、７は磁石、および８はＶ溝基板３に組み込まれ精密に外径加工が施されているステンレスガイドピンである。また、９はイオン化空気で常時ブローを行う除電エアブロー装置、および１１はＶ溝基板３上に形成された光ファイバ整列用Ｖ溝を清掃するためのファイバスティッククリーナである。除電エアブロー装置９は、イオン化空気を噴射することにより、静電気を除去する機能とエアブローで塵芥を吹き飛ばす機能の両方を同時に実行する。ファイバスティッククリーナ１１は光ファイバコネクタや精密部品等の清掃作業に用いられるファイバ素材で棒状に形成されているスティッククリーナである。

図１に示すように、光ファイバのＶ溝への設置前、ならびファイバ融着接続終了し、ファイバ取出し後において、光ファイバ整列用Ｖ溝をファイバスティッククリーナ１１によって清掃を行う。この清掃工程は、手動でもよいが、周知の駆動機構および周知の制御機構を利用することで自動的に行うことができる。また同時に、この清掃工程時には、除電エアブロー装置９から噴射させたレーザ融着冶具への除電エアブロー噴射によって、光ファイバ並びにその光ファイバ設置部周辺の静電気帯電を防止すると同時に付着物の除去を行う。

図２は、本発明による除電エアブローを用いた炭酸ガスレーザ光の照射によるレーザ融着接続の様子を示す断面図である。図２において、１−Rは第１光ファイバ、１−Lは第２光ファイバ、および１０は光ファイバの突き合わせ部を照射する炭酸ガスレーザ光を発生する炭酸ガスレーザである。その他の図１と同一の構成要素は同一符号を用いて示している。

融着接続プロセスにおける第１光ファイバ１−Ｒと第２光ファイバ１−Ｌの操作については、図７を用いて説明した従来技術による工程と同様の工程を経て融着プロセスを行う。ただし従来技術と異なり、本発明では、図３を用いて後述する融着接続プロセス全工程において、図２に示すように、除電エアブロー装置９を用いて光ファイバの融着接続部に常時一貫してイオン化空気の除電エアブローの噴射を行い、噴射されるエアブローによってレーザ融着冶具装置周辺部の静電気の帯電を防止するとともに、静電気で付着した物質の除去を同時に行う。

図３は、本発明による炭酸ガスレーザ光の照射による光ファイバ融着接続工程を示すフローチャートである。まず、光ファイバ１のジャケット（図示しない）をはく離した後に（ステップ３０１）、光ファイバ１の端面（図示しない）をカットする端面出しを行う（ステップ３０２）。この光ファイバ１の前処理工程であるファイバ端面出しカットまでは従来技術と同様であり、以降の製作フローにて、除電エアブロー装置９による除電エアブローを開始する（ステップ３０３）。

次に、光ファイバ１をＶ溝基板３の整列用Ｖ溝に設置前において、図１の（Ｂ）に示すように、光ファイバスティッククリーナ１１によってＶ溝部分のクリーニングを行う（ステップ３０４）。それ以後の全ての工程（ステップ３０５〜３１５）では、図２に示すように、除電エアブロー装置９からの除電エアブローを常に光ファイバ１−Ｒ，１−Ｌの融着部に噴射する。また、融着接続工程が終了し（ステップ３１３）、光ファイバ１を装置外に取出した後においても（ステップ３１４）、Ｖ溝基板３の整列用Ｖ溝を光ファイバスティッククリーナ１１によりクリーニングを行う（ステップ３１５）。

なお、図３のステップ３０５からステップ３１３までの工程は、図７で説明した従来方法のステップ７０３からステップ７１３までの工程と同様な工程なので、その詳細説明はここでは省略する。

上述した本発明による融着接続工程を採用することによって、光ファイバの融着部へのジルコニウムの内包を小さく抑えることが可能となる。その結果として、本発明の実施例においては、サンプル数４６個に基づく融着接続損失分布が改善し、０．１５ｄＢの目標値を有する融着光ファイバ本数は２２サンプルから３４サンプルに増加し、融着品質の向上が見られた。

（他の実施例）
上記では、本発明の好適な実施例を例示して説明したが、本発明の実施例は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。例えば、レーザ融着冶具の全体の形状、Ｖ溝の本数、光ファイバスティッククリーナ１１の本数や形状、除電エアブロー装置の設置台数等は、上述した実施例に本発明は限定されない。

本発明は、複数の機器から構成される光ファイバの製造システムに適用しても良いし、１つの機器からなる光ファイバ融着接続装置に適用してもよい。

１・・・光ファイバ
１−Ｒ・・・第１光ファイバ（融着冶具設置の図面右側設置の光ファイバ）
１−Ｌ・・・第２光ファイバ（融着冶具設置の図面左側設置の光ファイバ）
２・・・レーザ融着冶具のステージ
３・・・光ファイバ整列用Ｖ溝基板
４・・・光ファイバ押さえ板
５・・・押さえ板開閉用ヒンジ機構
６・・・押さえ板開閉用ヒンジ機構に組み込まれた吸引力調整ネジ
６−a・・・ステージ２に埋め込まれた磁石と対向に位置する吸引力調整ネジの扁平部
７・・・ステージ２に埋め込まれた磁石
８・・・Ｖ溝基板３に組み込まれた精密に外径加工が施されたステンレスガイドピン
９・・・除電エアブロー装置
１０・・・炭酸ガスレーザ
１１・・・ファイバスティッククリーナ

Claims

光ファイバを光ファイバ整列用のＶ溝基板のＶ溝に設置する前に、該Ｖ溝基板のＶ溝が光ファイバスティッククリーナによって清掃される第１の工程と、
前記光ファイバ同士が対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列されて固定される第２の工程と、
対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列された前記光ファイバ同士の突合わせ部に炭酸ガスレーザ光を照射することによって、前記光ファイバが融着接続される第３の工程と、
前記第３の工程が終了後、前記Ｖ溝基板のＶ溝から前記光ファイバが取出された後に、前記Ｖ溝基板のＶ溝が前記光ファイバスティッククリーナによって清掃される第４の工程と、
前記第１の工程から前記第４の工程までの全工程にわたり、除電エアブローを前記光ファイバの融着部ならびに前記Ｖ溝基板に常時噴射する第５の工程と
を含むことを特徴とする光ファイバ融着接続方法。
前記除電エアブローは、イオン化空気を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ融着接続方法。
融着接合対象の光ファイバを整列させるためのＶ溝を備えた光ファイバ整列用のＶ溝基板を少なくとも有するレーザ融着冶具と、
対向・突合して前記Ｖ溝基板のＶ溝に整列された前記光ファイバ同士の突合わせ部に照射する炭酸ガスレーザ光を発生する炭酸ガスレーザと、
前記光ファイバを前記Ｖ溝基板のＶ溝に設置する前、および前記光ファイバの融着接続工程が終了し、該光ファイバを装置外に取出した後において、前記Ｖ溝基板のＶ溝を清掃する光ファイバスティッククリーナと、
前記光ファイバを前記Ｖ溝基板のＶ溝に設置する前の清掃工程から該光ファイバの融着接続工程を経て、該光ファイバを装置外に取出した後の清掃工程までの全工程にわたり、除電エアブローを前記光ファイバの融着部ならびに前記Ｖ溝基板に常時噴射する除電エアブロー装置と
を具備することを特徴とする光ファイバ融着接続装置。