JP3149194B2 - 異種光ファイバの融着接続構造および融着接続方法 - Google Patents

異種光ファイバの融着接続構造および融着接続方法

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JP3149194B2 JP41252090A JP41252090A JP3149194B2 JP 3149194 B2 JP3149194 B2 JP 3149194B2 JP 41252090 A JP41252090 A JP 41252090A JP 41252090 A JP41252090 A JP 41252090A JP 3149194 B2 JP3149194 B2 JP 3149194B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバ通信や光
ファイバセンシング技術において、モードフィールド径
が異なる2本の光ファイバを接続する場合に、ファイバ
間の接続損失の低減を図るための融着接続構造および融
着接続方法に関し、特に光増幅用ファイバのように伝送
線路に使用している光ファイバとパラメータの大きく異
なる光ファイバを伝送路ファイバに融着接続する場合に
有効である。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信等で使用される光ファイ
バのうち、実質的に単一モード伝送を目指した光ファイ
バは、単一モードファイバと称される。この単一モード
ファイバは、例えば屈折率分布がステップ型のもので
は、以下の数1で示される正規化周波数Vが2.4以下
のものを単一モードファイバという。
【0003】
【数1】
【0004】上記数式においてλは光の波長(μm)、aは
コア半径(μm)、nはコアガラスの屈折率、Δはコア−ク
ラッド間の相対屈折率差(比屈折率差、%)である。しか
し実際には、Vが3.2程度であっても第2次モードは
長距離伝搬せず、実質的に単一モード伝送となるので、
この程度のV値を有するファイバを含めて単一モードフ
ァイバと考える。
【0005】また上記単一モードファイバを伝搬する基
本モードの大きさをモードフィールド径と称する。モー
ドフィールド径(MFDp)の定義は、国際標準では、次
の数2により与えられる。
【0006】
【数2】
【0007】この数式において、Φ(r)はコアの光の電
界分布である。この数式で与えられるモードフィールド
径(MFDp)は、近似的には、ファイバの端面における
ニアフィールドパターン(近視野像、NFPと略記され
る)においてピーク光強度の1/e2を与える直径MFDN
と数%〜数十%の誤差で一致している。
【0008】そして、モードフィールド径の異なる2本
の光ファイバを接続すると、その接続損失SL(dB)
は、次の数3により与えられる。
【0009】
【数3】
【0010】通常はモードフィールド径の大きく異なる
光ファイバ間の接続は行うことが無く、せいぜい数%以
内のモードフィールド径の差を有する光ファイバどうし
を接続することが普通であった。上記数3より、モード
フィールド径が10%異なる光ファイバ間の接続を想定
してみると、これによる接続損失は0.05dB程度であ
り、言わば許容範囲にある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】昨今注目されている光
ファイバ技術として、希土類添加光ファイバによる光の
直接増幅がある。図4は、その増幅技術の一例を示すも
のであって、この図に示された増幅器1は、希土類添加
光ファイバ1(特に有望なものとしては、波長1.55μ
m帯の光増幅を目指したエルビウム添加単一モードファ
イバである。)に、光カプラ2を用いて励起光源3から
の励起光と信号光4とを入射し、励起光で励起された希
土類イオンのエネルギーが誘導放出によって信号光に与
えられ、増幅された光がファイバ通信路5に伝送される
構成になっている。
【0012】ここで、希土類添加光ファイバ1のコア径
は、かなり小さく設定されることが多い。その理由は、
希土類添加光ファイバのコアの希土類イオンを、コアの
半径方向にむらなく、かつ十分な励起をさせるために
は、希土類添加光ファイバのパラメータとして、コアと
クラッド間の比屈折率差を大きく設定すること、コア径
は小さく設定すること、及びコア内における光の電磁界
の強度を高く設定することが望ましいからである。
【0013】この結果、通常の光ファイバの1.55μm
におけるモードフィールド径が10.5μm程度と大きく
設定されるのに対して、希土類添加光ファイバでは5〜
6μm程度と非常に小さなモードフィールド径が設定さ
れることが多い。
【0014】このモードフィールド径の大きな差によっ
て、これら2種のファイバを接続した場合の接続損失は
非常に大きなものとなる。例えば、10.5μmのモード
フィールド径の光ファイバと、5.5μmのモードフィー
ルド径の光ファイバとを接続すると、その接続損失は
1.7dBとなる。さらに光ファイバ増幅器1では、図4
に示すように、希土類添加光ファイバ1の両端に通常の
光ファイバとを接続し、入射側の接続部6と出射側の接
続部7の双方で接続損失を受けるために、合計損失は倍
の3.4dBとなってしまう。
【0015】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、モードフィールド径の異なる異種ファイバの接続に
おける損失を低減させることが可能な異種光ファイバの
融着接続構造と融着接続方法の提供を目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、モードフィー
ルド径が相対的に小さく、かつコア径の細りに対してモ
ードフィールド径が増大する第1の光ファイバと、モー
ドフィールド径が相対的に大きく、かつコア径の細りに
対してモードフィールド径が減少する第2の光ファイバ
とのそれぞれの接続すべき端面を融着接続し、かつ融着
接続部分を加熱延伸して、両者の光ファイバのモードフ
ィールド径の差を小さくした構造とすることによって、
上記課題を解決した。
【0017】また、上記第1の光ファイバとしては、希
土類元素を含む光ファイバを使用することができる。さ
らにまた、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバ
に、単一モードファイバを使用することができる。ま
た、上記融着接続構造の形成方法としては、モードフィ
ールド径が相対的に小さく、かつコア径の細りに対して
モードフィールド径が増大する第1の光ファイバと、モ
ードフィールド径が相対的に大きく、かつコア径の細り
に対してモードフィールド径が減少する第2の光ファイ
バとのそれぞれの接続すべき端面を融着接続する際に、
それぞれの光ファイバを融着接続した後に、その融着接
続部を加熱延伸する方法、あるいは融着接続前にそれぞ
れの光ファイバの端部を加熱延伸し、それぞれの延伸端
部を融着接続する方法が用いられる。
【0018】
【作用】単一モードファイバのモードフィールド径はコ
ア径の変化に対し、ある所定のコア径値で停留値をと
る。この停留値よりも大きなコア径を有する光ファイバ
の場合、コア径を小さくするとモードフィールド径も小
さくなる。一方、上記停留値よりも小さなコア径の光フ
ァイバでは、コア径を小さくするとモードフィールド径
が大きくなる。従って、コア径が停留値よりも小さい光
ファイバ(第1の光ファイバ)と大きい光ファイバ(第2
の光ファイバ)の端部を融着接続し、かつ融着部分を延
伸すると、両者のモードフィールド径差が縮小され、接
続損失を低減することができる。
【0019】
【実施例】図1は、本発明による異種光ファイバの融着
接続構造の一実施例を示す図である。この融着接続構造
では、モードフィールド径が相対的に小さい第1の光フ
ァイバ10と、モードフィールド径が相対的に大きい第
2の光ファイバ11のそれぞれの端面を融着接続すると
ともに、融着接続部分12を加熱延伸して構成されてい
る。
【0020】上記第1の光ファイバ10は、図2に示す
ように延伸前のコア径(A)が3.2μmであり、またモー
ドフィールド径は4.4μmである。この第1の光ファイ
バ10は、延伸してコア径を細めることによりモードフ
ィールド径が増加するようになっている。
【0021】また上記第2の光ファイバ11は、図2に
示すように延伸前のコア径(B)が9.5μmであり、モー
ドフィールド径は9.2μmである。この第2の光ファイ
バ11は、延伸してコア径を細めることによりモードフ
ィールド径が減少するようになっている。なおこの第2
の光ファイバ11では、延伸前の状態からコア径を6〜
7μm程度に細める場合には、モードフィールド径が延
伸前に比べて減少するが、コア径を更に細めるとモード
フィールド径が増大に転じる。
【0022】これらの光ファイバ10,11は単一モー
ドファイバが使用され、またさらにコア径の小さい第1
の光ファイバ10は、希土類添加光ファイバを使用する
ことができる。
【0023】これらの光ファイバ10,11の端面を融
着接続し、かつ融着部分を延伸してそれぞれのファイバ
径(コア径)を、例えば延伸前の70〜75%程度に細め
ることにより、第1の光ファイバ10では、図2に示す
ようにコア径(C)が減少し、モードフィールド径が増大
する。また第2の光ファイバ11は、コア径(D)が減少
し、モードフィールド径も減少する。その結果、第1の
光ファイバ10と第2の光ファイバ11とのモードフィ
ールド径が接近する。
【0024】これにより第1の光ファイバ10と第2の
光ファイバ11との融着接続部分12では、双方のファ
イバのモードフィールド径が接近し、前述した数3の式
によって、接続損失が小さくなる。
【0025】次に、上記融着接続構造の形成方法につい
て説明する。図3は、この発明の異種光ファイバの融着
接続方法の一例を示す図である。この例では、まず第1
の光ファイバ10と第2の光ファイバ11のそれぞれの
端部を融着接続装置に装着し、それぞれの端面を1対の
電極13間の位置で突き合わせ、アーク放電加熱してそ
れぞれの端面を融着接続する。続いてこの融着部分を加
熱しつつ双方の光ファイバ10,11に引っ張り力を加
え、加熱状態にある融着接続部分を延伸する。
【0026】適宜な延伸量に達した時点で双方の光ファ
イバの引っ張りおよび加熱を中止する。このようにして
図1に示す融着接続構造が形成される。
【0027】上記延伸操作において、適宜な延伸量を得
るための手段として、例えば融着接続部分の外径を顕微
鏡等で観察し精密に測定しておき、延伸部分の最小径を
予め設定しておいた値に一致させる方法や、いずれかの
光ファイバの一端から光を入射し、他方で出力強度を測
定して接続部分の損失をモニターしておき、融着接続部
分を延伸し、接続損失が最小となるように延伸する方法
などによって最良の条件で延伸するのが好ましい。
【0028】また、融着接続構造の形成方法の他の例と
して、まず第1の光ファイバ10と第2の光ファイバ1
1のそれぞれに、一部を加熱して引っ張って延伸部分を
形成する。次に、それぞれのファイバの延伸部分を、予
め設定された融着部分の最小径と等しい径の端面が形成
されるように延伸部分を切断する。
【0029】次に、双方の光ファイバのそれぞれの延伸
した側の端面を、図3に示すように融着接続装置の電極
13間に装着して突き合わせ、アーク放電加熱して融着
接続する。このようにして図1に示す融着接続構造が形
成される。
【0030】この異種光ファイバの融着接続構造では、
モードフィールド径の大きく異なる実質的に単一モード
伝送を目的とする2本の光ファイバ、例えば希土類添加
光ファイバと通常の単一モードファイバの間の融着接続
において、接続損失を大巾に低減させることができる。
【0031】[実験例]表1に示すパラメータのファイバ
1およびファイバ2をそれぞれ用意した。
【0032】
【表1】
【0033】これらのファイバの端部を、通常の光ファ
イバ用融着接続装置に装着してそれぞれの端面を突き合
わし、融着接続した。その後、融着接続部を加熱しなが
ら双方のファイバを引っ張って延伸し、延伸部分のファ
イバ外径を125μmから約90μmに減少させた。さら
にファイバ2の他端に、同様にして別のファイバ1を同
様に融着接続し、延伸を加えた。
【0034】このようにしてファイバ2の両端にそれぞ
れファイバ1を接続し、その接続損失を測定した。ファ
イバ2の両端に単にファイバ1を融着接続した状態(延
伸せず)では、接続部分2箇所合わせて約3.8dBであ
ったが、上述した本発明の方法により、損失は約0.5d
Bに減少した。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の異種光フ
ァイバの融着接続構造では、モードフィールド径の大き
く異なる実質的に単一モード伝送を目的とする2本の光
ファイバ、例えば希土類添加光ファイバと通常の単一モ
ードファイバの間の融着接続において、接続損失を大巾
に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による融着接続構造の一実施例を示す要
部拡大図である。
【図2】本発明において好適に使用される異種光ファイ
バの各々のコア径とモードフィールド径の関係を示すグ
ラフである。
【図3】本発明による融着接続構造の形成方法の一例を
説明するための要部拡大図である。
【図4】本発明の融着接続構造を適用させるのに好適な
光増幅回路の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10 第1の光ファイバ 11 第2の光ファイバ 12 融着接続部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 哲弥 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社 佐倉工場内 (56)参考文献 特開 平1−295208(JP,A) 特開 昭61−120106(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モードフィールド径が相対的に小さく、か
    つコア径の細りに対してモードフィールド径が増大する
    第1の光ファイバと、モードフィールド径が相対的に大
    きく、かつコア径の細りに対してモードフィールド径が
    減少する第2の光ファイバとのそれぞれの接続すべき端
    面が融着接続され、かつ融着接続部分が加熱延伸され、
    両者の光ファイバのモードフィールド径の差が小さくさ
    れたことを特徴とする異種光ファイバの接続構造。
  2. 【請求項2】上記第1の光ファイバとして、希土類元素
    を含む光ファイバを用いたことを特徴とする請求項1に
    記載の異種光ファイバの接続構造。
  3. 【請求項3】上記第1の光ファイバおよび第2の光ファ
    イバが単一モードファイバであることを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の異種光ファイバの接続構
    造。
  4. 【請求項4】モードフィールド径が相対的に小さく、か
    つコア径の細りに対してモードフィールド径が増大する
    第1の光ファイバと、モードフィールド径が相対的に大
    きく、かつコア径の細りに対してモードフィールド径が
    減少する第2の光ファイバとのそれぞれの接続すべき端
    面を融着接続する際に、 それぞれの光ファイバを融着接続した後に、その融着接
    続部分を加熱延伸し、両者のモードフィールド径の差を
    小さくすることを特徴とする異種光ファイバの融着接続
    方法。
  5. 【請求項5】モードフィールド径が相対的に小さく、か
    つコア径の細りに対してモードフィールド径が増大する
    第1の光ファイバと、モードフィールド径が相対的に大
    きく、かつコア径の細りに対してモードフィールド径が
    減少する第2の光ファイバとのそれぞれの接続すべき端
    面を融着接続する際に、 融着接続前にそれぞれの光ファイバの端部を加熱延伸
    し、ついでそれぞれの延伸端部を融着接続し、両者のモ
    ードフィールド径の差を小さくすることを特徴とする異
    種光ファイバの融着接続方法
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