JP2637217B2 - 石英系カーボンコート光ファイバの被覆除去方法及び装置 - Google Patents

石英系カーボンコート光ファイバの被覆除去方法及び装置

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JP2637217B2 JP1017508A JP1750889A JP2637217B2 JP 2637217 B2 JP2637217 B2 JP 2637217B2 JP 1017508 A JP1017508 A JP 1017508A JP 1750889 A JP1750889 A JP 1750889A JP 2637217 B2 JP2637217 B2 JP 2637217B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は石英系カーボンコート光ファイバの被覆除去
方法及び装置に関し、光伝送用石英系カーボンコート光
ファイバの融着接続に用いて有用なものである。
<従来の技術> 石英系光ファイバは通信分野にて広範囲に用いられて
いるが、水素環境下では伝送損失が増加する、疲労によ
って破断強度が劣化するという、本質的な欠点を有して
いる。これらの欠点を除去した光ファイバとして、石英
表面に厚さ数百オングストローム程度の無機物をCVD法
等によって密着被覆した石英系カーボンコード光ファイ
バがある。無機物としてはアモルファスカーボンやシリ
コーンナイトライドなどの窒化物が用いられている。特
にアモルファスカーボンを被覆した光ファイバは耐水素
性および耐疲労強度に優れている(文献1:K.E.Lu“Rece
nt developments in hermetically coated opticalfibe
r",IEEE,JLT,6,2,February 1988参照)。これら石英系
カーボンコート光ファイバは既に公知であるが、これを
実用化するには接続技術を確立しなければならない。石
英系カーボンコート光ファイバを融着接続するに際して
は、融着点内部にこれらの無機物が混入することによっ
て接続損失が増加したり、融着部の破断強度が劣化しな
いようにすることが技術的課題である。接続損失につい
ては最近ではシングルモード光ファイバにおいても低損
失な接続が可能なコア直視型自動融着装置が一般的に用
いられているが、これは、光ファイバ側面から光ファイ
バ内のコアを直視し、2本の接続する光ファイバの軸ず
れを自動的に位置調整し、低い接続損失で接続できるも
のである。
<発明が解決しようとする課題> 上述の如き石英系カーボンコート光ファイバの場合に
は、表面の無機物層が可視光を透過しないため、軸合わ
せが困難である。従って、融着に先だって融着点近傍の
無機物を除去する必要があるが、これらの無機材料は石
英表面に密着しており、機械的な剥離は、非能率的であ
り、かつ光ファイバ表面を傷つける可能性が高いので、
困難である。また、硫酸等の強酸やアルカリにも反応し
ないため、薬物による除去も困難である。このように従
来は、有効な無機物層(以下石英系カーボンコート層の
ことを無機物層と呼ぶ)除去方法が無く、低損失接続を
達成するための融着接続上の問題点となっている。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、融着接続に
際し簡便にして確実な無機物層の除去を行なうことがで
きる石英系カーボンコート光ファイバの被覆除去方法及
び装置を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 発明者らは、種々の無機物層除去方法について実験的
に検討した結果、アーク放電電流によって無機物層の除
去が可能であることを見いだした。従って、通常の光フ
ァイバの融着接続と同様に端面を垂直に切断した石英系
カーボンコート光ファイバをコア直視型融着接続機の放
電電極間にセットし、融着接続に先だって、一度微弱放
電を行うことによって無機物層を除去し、その後、通常
の接続作業、つまりコア直視による軸合わせ、および融
着接続を行えば良く、この際微弱放電の放電電流値と放
電時間について適当な選定領域が存在することが分かっ
た。即ち、融着用アーク放電に必要な電圧は電極間によ
って決定され、通常の融着機では電極間隔は1.5mm程度
に固定されている。この条件における放電電圧は放電継
続状態における定常値で500V程度となる。従って、光フ
ァイバに与えられる放電エネルギは、放電電流および放
電時間によって決定される。さて、無機物層の除去に際
しては、除去用放電によって過大なエネルギが光ファイ
バに与えられると、光ファイバの端面が溶融変形してし
まい、以降の軸合わせおよび融着接続が困難になる。一
方、エネルギが不十分であると、ファイバ表面の無機物
層の除去が不十分となり、側面観察が困難になるためコ
ア直視による軸合わせが不可能になる。したがって低損
失で高強度な融着接続を行うことは出来ない。
上記知見を基礎とする本発明の構成は、相対向する放
電電極間の中央に、これら放電電極を結ぶ線と直交する
ように2本の石英系カーボンコート光ファイバを端面を
相対向させて設置し、放電エネルギJと放電時間tが0.
12<J<5.2t+1を満足するように放電して石英系カー
ボンコート層を除去すること、及び 相対向する放電電極と、これら放電電極を結ぶ線と直
交するように2本の石英系カーボンコート光ファイバを
前記放電電極間の中央に相互の端面が相対向するよう且
つ軸方向に移動可能に夫々固定するファイバ固定台と、
前記放電電極に供給される放電エネルギJと放電時間が
0.12<J<5.2t+1となるように前記放電電極に電力を
供給する電源を制御する微弱放電条件設定回路とを有す
ることを特徴とする。
<実 施 例> 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第1図に本発明の実施例に係る装置の構成を示す。同
図中1は一対の放電電極、2は石英系カーボンコート光
ファイバ、3は電源、4は微動機能のついたファイバ固
定台、5は微弱放電条件設定回路、6は融着放電条件設
定回路である。これらのうち微弱放電条件設定回路5は
微弱放電の電流値および放電時間を設定するための抵抗
およびタイマーからなる。融着放電条件設定回路6も同
様の構成であり、融着放電のための条件を設定する。電
極間隔は約1.5ミリで固定、石英系カーボンコート光フ
ァイバ2の端面間隔はファイバ固定台4により100μか
ら1mm程度の範囲で可動となっている。
以下、実施例による無機物層除去方法について実験結
果に基づいて詳しく説明する。外径125ミクロンの石英
系シングルモード光ファイバの表面にアモルファスカー
ボンを厚さ約500オングストローム被覆した石英系カー
ボンコート光ファイバ2を上記の電極間隔1.5mmの高周
波放電可能な実験装置にセットし、放電による無機物層
の除去長を測定した。除去長は透過顕微鏡を用いて、光
ファイバ側方からの可視光の透過の有無を観察して測定
した。
第2図に一例として、電流実効値が14mAと16mAの場合
について、微弱放電時間と除去長の関係を測定した結果
を示す。この実験結果から、放電時間が約1000msつまり
1秒までの範囲では、放電時間の対数にほぼ比例した長
さの被覆除去が可能であることを見いだした。
次に、微弱放電により無機物層を除去した後、コア直
視型融着機によって融着接続したときの融着接続損失を
測定した結果を第3図に示す。この実験では、放電電流
16mAで一定として放電時間を変えた。この結果から、同
図の中央部は接続損失が極めて小さいが両側では大きく
なることが分かる。これら領域を左からA,B,Cと区別す
る。領域Bにおいては、通常のシングルモード光ファイ
バの接続と同様に接続損失0.05dB以下の低損失な接続が
可能である。しかし、領域Aでは7デシベルもの値とな
った。この理由は、第2図が示すとおり領域Aにおいて
は放電エネルギが小さいため被覆除去長が短く、110ミ
クロン以下であるからである。
被覆除去長が短いと正確な軸合わせが行えないことを
第4図(a)に基づき更に詳細に説明する。融着機は接
続するファイバそれぞれに対し、ファイバを横断するよ
うに2本の観察線を設ける(図中のL1およびL2)。ファ
イバの透過光を検出し、ファイバコアの屈折率差に対応
する光強度分布からこの線上でそれぞれコア外径対応の
4点を検出する(図中のa1,a2,a3およびa4)。これら4
点の座標からコアの中心線を算出し、その延長線上から
最終的にコアを含ませるべき対向する2本のファイバの
位置ずれ量hを判断する。これは第4図(a)における
x軸が示すように融着機内の基準方向と測定した4点か
ら算出したコア中心軸の方向の角度ずれθからh=(x1
+X2tanθ…(1)によって求められる。接続損失を
0.1dB以下の小さな値にするには、このずれ量hは1μ
m以下の小さな値にする必要があることが知られてい
る。また、この種側面観測の光学系の精度から通常θは
0.5度より小さく出来ないから式(1)からx1+x2>h/
tanθ=1μm/tan(0.5)≒110μmである。すなわち、
第4図(b)に示す位置検出用のため無機物除去長は、
110μm以上必要である。第3図に示した接続損失測定
結果はこの結果に対応している。
一方、領域Cにおいては放電時間の増大に応じて接続
損失が増大した。この原因を明確にするため、融着前の
ファイバ端面を観察した。領域Cにおける微弱放電後の
端面形状の一例を比較のため領域Bの端面と合わせて第
5図(a)に示す。同図に示すように、領域Cでは放電
エネルギが過大すぎて、無機物層除去の放電によって端
面が溶融変形してしまい、正常な融着接続が行えず、無
機物層除去の放電によって端面が溶融変形してしまい、
正常な融着接続が行えず、接続損失の増大を生じたもの
と考えられる。因に正常な端面を第5図(b)に示す。
第3図に結果を示した実験と同様の実験を様々な微弱
放電電流について行い、領域A,B,Cに分けた結果を第6
図に示す。微弱放電電流は12.5mAから200mAの範囲で実
験した。この理由は、通常の融着接続機における電源回
路は放電電流を16mA程度として設計してあるため、この
領域以外では安定な高周波放電が難しく、実用性に乏し
いためである。図中の領域A,B,Cの意味は第3図と同等
である。第6図の正常な低損失接続が行える領域Bは、
放電電流が小さくなるほど、放電時間が長く必要であ
る。しかし、放電電流が最小の12.5mAの場合でも、放電
時間は約1秒が上限であることがわかる。また、放電時
間の下限は、放電電流が最大20mAの場合の12msである。
このときの放電電流定常値をV,電流実効値をI,放電時間
をtとすると微弱放電によるエネルギJはJ=VItで算
出できる。第7図に第6図における領域BとCの境界に
おけるJとtの関係を実線で示す。この関係はJ=5.2t
+1(ジュール)で与えられる。端面が溶融変形し始め
るのに要するエネルギが放電時間に比例して大きくなる
理由は、ファイバ表面からの放射およびファイバ長手方
向への伝達によって失われる熱エネルギが、放電時間に
比例して大きくなるためと思われる。また、実験値が原
点を通過しない理由は、電極から放電されたエネルギと
ファイバに伝達するエネルギの間に損失があるためと考
えられる。また、領域AとBにおける関係を点線で示
す。この関係はJ≒0.12で与えられる。従って、正常な
低損失接続が行える領域Bは、0.12<J<5.2t+1なる
放電条件で与えられる。
したがって本実施例の被覆除去方法は、対向した放電
電極中央に石英系カーボンコート光ファイバを設置し、
放電エネルギJと放電時間tが0.12<J<5.2t+1を満
足するように放電するというものである。
なお、アモルファスカーボンを約800オングストロー
ム被覆した石英系光ファイバについても実験したが、第
6図の実験と同等の結果を得た。
第8図に領域Bの条件で微弱放電を行った後、融着接
続したアモルファスカーボンコート光ファイバの引っ張
り試験結果を黒丸で示す。図中の白丸は同一の融着装置
を用いて通常の光ファイバを接続したものの引っ張り試
験結果である。引っ張り速度は毎分伸びひずみ10%であ
る。実験結果が示すとおり、領域Bの条件ならば通常の
光ファイバと同等の融着強度を得ることができた。これ
は、アーク放電による無機物層の除去が、光ファイバの
強度劣化を生じないことを示している。
<発明の効果> 本発明により指定した放電条件によって微弱放電を利
用することによって石英系カーボンコート光ファイバの
無機物層の簡便かつ完全に除去することが可能となり、
この結果、低損失かつ高強度な融着接続が可能になっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る装置を示すブロック図、
第2図は前記実施例における微弱放電時間と除去長との
関係を示すグラフ、第3図は微弱放電時間と接続損失の
関係を測定した結果を示すグラフ、第4図(a)は光フ
ァイバの接続時の軸合せの様子を示す説明図、第4図
(b)はこのときの端部長さ(x1+x2)とずれ角(θ)
との関係を示すグラフ、第5図(a)は第3図の領域C
におけるファイバの端面を示す模式図、第5図(b)
は、第3図の領域Bにおけるファイバの端面を示す模式
図、第6図は微弱放電の電流実効値と放電時間が接続損
失に与える影響を測定した結果を示すグラフ、第7図は
前記実施例の選定領域Bの放電条件を示すグラフ、第8
図は前記実施例の被覆除去方法を用いて無機物層を除去
後、融着接続した光ファイバの引っ張り接続結果を示す
グラフである。 図面中、 1は放電電極、 2は石英系カーボンコート光ファイバ、 3は電源、 4はファイバ固定台、 5は微弱放電条件設定回路である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相対向する放電電極間の中央に、これら放
    電電極を結ぶ線と直交するように2本の石英系カーボン
    コート光ファイバを端面を相対向させて設置し、放電エ
    ネルギJと放電時間tが0.12<J<5.2t+1を満足する
    ように放電して石英系カーボンコート層を除去すること
    を特徴とする石英系カーボンコート光ファイバの被覆除
    去方法。
  2. 【請求項2】相対向する放電電極と、これら放電電極を
    結ぶ線と直交するように2本の石英系カーボンコート光
    ファイバを前記放電電極間の中央に相互の端面が相対向
    するよう且つ軸方向に移動可能に夫々固定するファイバ
    固定台と、前記放電電極に供給される放電エネルギJと
    放電時間が0.12<J<5.2t+1となるように前記放電電
    極に電力を供給する電源を制御する微弱放電条件設定回
    路とを有することを特徴とする石英系カーボンコート光
    ファイバの被覆除去装置。
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KR100699341B1 (ko) 2004-02-13 2007-03-26 (주)한울옵틱스 광섬유 처리장치

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JP2895654B2 (ja) * 1991-02-20 1999-05-24 住友電気工業株式会社 光ファイバの高強度接続方法
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