JP3607642B2 - 光ファイバの融着接続機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、接続すべき２本の光ファイバの各々の端面同士を突き合わせ該突き合わせ部をアーク放電により加熱して両者を融着することによって両光ファイバを接続する光ファイバの融着接続機に関し、とくに一方側の光ファイバが分散補償光ファイバである場合などに好適な光ファイバの融着接続機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ融着接続方法は、接続すべき２本の光ファイバの各々の端面同士を突き合わせた後、この突き合わせ部をアーク放電により加熱して、両光ファイバの端部を溶融させ、溶融したときに両者を押し込み、端面を融着して、両光ファイバ同士を接続するものである。光ファイバ融着接続機は、この接続方法を行うための装置であって、２本の放電電極間で放電ビームを発生させ、この放電ビーム中に光ファイバが置かれている場合にその光ファイバを加熱する放電加熱手段と、接続すべき２本の光ファイバの両先端が放電ビーム中に位置するように、両光ファイバを保持する光ファイバ保持手段とを備える。
【０００３】
通常、このような光ファイバの融着接続方法および融着接続機において、放電ビームの中心が両光ファイバの突き合わせ部に位置するようにして、２本の光ファイバの両方の端部を均等に加熱するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように接続すべき２本の光ファイバを均等に加熱する場合には、その一方が分散補償光ファイバなどであると、低接続損失で接続できないとか、機械的な接続自体良好に行えないなどの問題がある。
【０００５】
すなわち、コアにエルビウム等をドープした光ファイバでは、そのドーパントの拡散速度が速いため、これと通常の光ファイバとを融着接続する場合に両光ファイバを均等に加熱すると、このドーパントの拡散速度が速い光ファイバのモードフィールド径が他方の光ファイバに比較して拡大してしまい、接続損失が増加してしまう。また、クラッド径が細い光ファイバでは、もともと熱容量が小さいため、このようなクラッド径の細い光ファイバと通常の光ファイバとを融着接続するときに両者を均等加熱すると、熱容量の小さい光ファイバの端部が溶融しきってしまって、機械的な接続自体が困難になる。
【０００６】
この発明は、上記に鑑み、ドーパントの拡散速度が速いなどの理由で加熱により屈折率プロファイルが崩れやすい光ファイバやクラッド径の細い光ファイバなど、熱に弱い光ファイバが一方側の光ファイバである場合に、低接続損失で良好に融着接続できるように改善した、光ファイバの融着接続機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明による光ファイバの融着接続機においては、アーク放電を発生する２本の放電電極と、一方が熱に弱い光ファイバとなっている接続すべき２本の光ファイバをそれぞれ保持する１対のＶ溝ブロックと、上記の光ファイバを移動させる移動ブロックと、上記２本の光ファイバの突き合わせ部を撮像する撮像装置と、該撮像装置からの映像信号が送られて画像処理を行う画像処理装置と、上記の放電ビームの形状についての既知の情報を保持しており、この放電ビーム形状情報と上記画像処理装置で得られる情報とに基づいて上記移動ブロックの移動を制御することにより、上記接続すべき２本の光ファイバの熱に弱い側でない側の先端が放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込み、熱に弱い側の光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く入り込むよう、放電ビームに対して光ファイバ長さ方向にずれた状態で、それぞれの端面同士を突き合わせるとともに、両光ファイバ先端が放電ビームの加熱により溶融したときに上記の放電ビームにより深く入っている一方側の光ファイバのみを、他方側の熱に弱い光ファイバ方向に移動させて押し込むようにする制御装置とが備えられることが特徴となっている。
【０００８】
この光ファイバ融着接続機において、制御装置は、その保持する既知の放電ビーム形状情報と上記画像処理装置で得られる情報とに基づいて上記移動ブロックの移動を制御することにより、一方が熱に弱い光ファイバとなっている接続すべき２本の光ファイバの熱に弱い側でない側の先端が放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込み、熱に弱い側の光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く入り込むよう、放電ビームに対して光ファイバ長さ方向にずれた状態で、それぞれの端面同士を突き合わせるとともに、両光ファイバ先端が放電ビームの加熱により溶融したときに上記の放電ビームにより深く入っている一方側の光ファイバのみを、他方側の熱に弱い光ファイバ方向に移動させて押し込むようにする。そのため、熱に弱い側の光ファイバの先端は、加熱溶融工程はもちろんのこと加熱押し込み工程においても、すなわち加熱の全工程において、放電ビームの端部に浅く入り込んでいるだけなので、加熱されるのはその先端に限られるし、放電ビームの端部であるから加熱強度も弱い。そのため、この熱に弱い光ファイバの先端は、加熱の全工程において融着接続するのに必要以上には加熱されない。したがって、熱に弱い光ファイバとそうでない光ファイバとの接続損失の少ない良好な融着接続が可能となる。また接続時間が増加することもない。
【０００９】
したがって、通常の光ファイバと分散補償光ファイバなどの加熱により屈折率分布が崩れやすい光ファイバとを接続しようとする場合に、その後者の光ファイバを、その先端が放電ビーム端部に浅く入り込んでいる状態で加熱することによって、その光ファイバでの屈折率分布のプロファイルの崩れを防ぐことができるので、低接続損失で融着接続することができる。また、通常の光ファイバとクラッド径が細く熱容量が小さい光ファイバとを接続しようとする場合も、そのクラッド径が細い光ファイバを、その先端が放電ビーム端部に浅く入り込んでいる状態で加熱することによって、その光ファイバが溶融しきってしまって機械的な意味での融着接続自体ができないという不都合を防いで、良好に融着接続することができる。
【００１０】
この光ファイバ融着接続機によると、２本の光ファイバの突き合わせ部を撮像する撮像装置と、この撮像装置からの映像信号が送られて画像処理を行う画像処理装置と、この画像処理装置で得られる情報が送られる制御装置とが備えられ、この制御装置によって移動ブロックを制御することにより、光ファイバを放電ビームに対してずれた状態で突き合わせたり深く入り込んでいる側の光ファイバを押し込んだりするという動作の制御が自動的になされる。そして、これら撮像装置、画像処理装置、制御装置およびＶ溝ブロックや光ファイバを移動させる移動ブロックなどは通常の光ファイバ融着接続機に備えられており、その制御装置の一部を手直しするだけで実現可能である。そのため、コストがかかることはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この発明にかかる光ファイバ融着接続方法の実施形態を概念的に示す模式図である。まず、この図１の（ａ）に示すように光ファイバ突き合せ部の加熱溶融工程を行う。このとき、接続すべき２本の光ファイバ１０、２０が、それらの先端においてシース（保護膜）１３、２３を剥離した状態で突き合わされるが、その突き合せ部（の中心）位置Ｂが、放電電極（棒）４１、４２間で形成されるべき放電ビーム４３の中心Ａから光ファイバ１０、２０の長さ方向にずれるようにされる。
【００１２】
接続すべき２本の光ファイバ１０、２０のうち、光ファイバ１０（図の左側）が、ドーパントの拡散速度が速いなどの理由で加熱により屈折率プロファイルが崩れやすい光ファイバやクラッド径の細い光ファイバなど、熱に弱い光ファイバであるとする。他方の光ファイバ２０は、とくに熱の弱い光ファイバではなく、通常のシングルモード光ファイバのような通常の光ファイバであるとする。この場合、光ファイバ２０の先端が、発生されるべき放電ビーム４３の中心Ａよりも深く放電ビーム４３の中に入り込み、光ファイバ１０の先端は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる状態となるように、両光ファイバ１０、２０が突き合わされる。
【００１３】
このようにして接続すべき２本の光ファイバ１０、２０を突き合わせた後、放電電極４１、４２の間に放電ビーム４３を形成し、突き合わせ部を加熱する。この放電ビーム４３による加熱によって突き合わせ部の両光ファイバ１０、２０の先端は溶融するが、熱に弱い光ファイバ１０は、放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいるだけなので、加熱されるのはその先端に限られるし、放電ビーム４３の端部であるから加熱強度も弱い。これに対して、他方の光ファイバ２０の先端は放電ビーム４３に深く入り込んでいるため十分に加熱される。
【００１４】
こうして両光ファイバ１０、２０の先端が溶融してきたとき、加熱押し込み工程に入り、図１の（ａ）の矢印のように、光ファイバ２０のみを他方の光ファイバ１０の側に移動させる。他方の光ファイバ１０は固定されているため、図２の（ｂ）に示すように、光ファイバ２０の端面が光ファイバ１０の端面に衝突し、押し込まれ、このとき両端面は溶融しているため、端面同士が接着して接合されることになる。
【００１５】
この加熱押し込み工程においても、光ファイバ１０は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる状態に固定されているので、放電ビーム４３の端部において弱い加熱パワーにより加熱されるだけである。
【００１６】
したがって、熱に弱い光ファイバ１０は、加熱溶融工程はもちろんのこと加熱押し込み工程においても、すなわち加熱の全工程において融着接続するのに必要以上には加熱されない。そのため、光ファイバ１０がドーパントの拡散速度の速い光ファイバである場合でも、そのドーパントの拡散を防ぎ、屈折率分布のプロファイルをより保つことができるので、低接続損失で融着接続することができる。また、クラッド径の細い光ファイバで熱容量が小さいものの場合、加熱量を少なくできるため、溶融しきってしまって機械的な意味での融着接続自体ができないという不都合も生じない。また接続時間が増加することもない。
【００１７】
つぎに上記の加熱溶融工程および加熱押し込み工程を行って光ファイバの融着接続を行う光ファイバ融着接続機の実施形態について図２以下を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施形態にかかる光ファイバ融着接続機を概念的に示す模式図である。この図２において、Ｖ溝ブロック５２、５２は、接続しようとする２本の光ファイバ１０、２０を保持する保持手段の一部を構成するもので、光ファイバ１０、２０がＶ溝ブロック５２、５２のＶ溝内に納められることにより位置決めされる。Ｖ溝ブロック５２、５２は移動ブロック５１、５１上に搭載されている。ここで、光ファイバ１０、２０の軸方向（水平方向）をＺ軸、光ファイバ１０、２０の軸に直角な水平方向をＸ軸、光ファイバ１０、２０の軸に直角な鉛直方向をＹ軸としている。移動ブロック５１、５１は、ベース５６上に載置されていて、モーター５４、５４等により駆動されベース５６上でＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させられる。
【００１８】
放電電極（棒）４１、４２がここではＸ方向に対向配置され、図では省略した適宜な機構によって固定されている。これらの放電電極４１、４２には、放電用電源装置３４から高電圧が供給されて、放電電極４１、４２の間にアーク放電が発生させられる。このアーク放電の熱で光ファイバ１０、２０の突き合わせ部が加熱されてこれらの融着接続がなされるようになっている。
【００１９】
ＴＶカメラ（撮像装置）３１は、両光ファイバ１０、２０の突き合わせ部の画像を撮像するように配置される。ＴＶカメラ３１からの映像信号出力は画像処理装置３２に送られて画像処理がなされる。画像処理によって得られる情報は制御装置３３に送られ、モーター５４などが制御されるとともに、放電用電源装置３４が制御される。
【００２０】
図３はより具体的な構成を示すものである。この図３に示すように、Ｖ溝ブロック５２、５２は移動ブロック５１、５１上に搭載されているが、この移動ブロック５１、５１にはこれらに加えてシースクランプ５３、５３が搭載される。このシースクランプ５３、５３は、光ファイバ１０、２０のシース（保護膜）をクランプして固定するためのものである。移動ブロック５１、５１は、モーター５４、５４の回転を直線運動に変換するマイクロメータ５５、５５などの運動伝達機構により矢印で示すように、光ファイバ１０、２０の軸方向（Ｚ軸方向）に相互に近づきまたは離れるように移動させられる。なお、移動ブロック５１、５１は、Ｘ軸およびＹ軸にも移動させられるようになっているが、ここではその機構の説明は省略する（図でも省略されている）。
【００２１】
２本の光ファイバ１０、２０を接続しようとするとき、まず、これらの端部のシースを剥離して心線の状態とした光ファイバ１０、２０をＶ溝ブロック５２、５２にセットしシースクランプ５３、５３でシース１３、２３の部分を固定する。ＴＶカメラ３１からは、光ファイバ１０、２０の両方の端部の画像が得られるので、この画像信号を画像処理装置３２で処理することにより、両光ファイバ１０、２０の軸心が一致するよう、制御装置３３を介してモーター５４などを制御し、移動ブロック５１、５１のＸ、Ｙ方向での位置調整を行う。
【００２２】
つぎに画像処理装置３２での処理によって両光ファイバ１０、２０の先端位置を確認しながら、移動ブロック５１、５１がＺ方向に移動するようモーター５４、５４を駆動し、図１の（ａ）で示すように、突き合せ部（の中心）位置Ｂが、放電電極４１、４２間で形成されるべき放電ビーム４３の中心Ａからずれるようにして、両光ファイバ１０、２０を突き合わせる。このとき、放電電極４１、４２間には放電ビーム４３は未だ形成されていないが、そこに形成される放電ビーム４３の形状は予め分かっているため、その情報が制御装置３３（あるいは画像処理装置３２）に保持され、光ファイバ２０の先端が、発生されるべき放電ビーム４３の中心Ａよりも深く放電ビーム４３の中に入り込み、光ファイバ１０の先端は放電ビーム４３の端部に浅く入り込んでいる状態となるように、両光ファイバ１０、２０を突き合わせることができる。
【００２３】
これらのＸ、Ｙ方向での位置調整およびＺ方向での突き合わせ位置調整は、画像処理装置３２と制御装置３３とにより自動的に行うことができる。そして、これらの位置調整が完了したとき、制御装置３３によって放電用電源装置３４が制御され、放電用電源装置３４からの高電圧供給が開始されて、放電電極４１、４２の間に放電ビーム４３が形成されて、その熱で光ファイバ１０、２０の突き合わせ部が加熱される。
【００２４】
突き合わせ部における光ファイバ１０、２０の先端の溶融がＴＶカメラ３１、画像処理装置３２によって確認されたとき、あるいは予め設定した加熱時間が経過して両先端の溶融が推定できるようになったとき、制御装置３３により光ファイバ２０側のモーター５４のみが駆動されて、光ファイバ２０だけがＺ方向に光ファイバ１０側へと移動させられ、光ファイバ２０の端面の、光ファイバ１０の端面への押し込みが行われる。こうして、両端面同士の融着接続がなされる。
【００２５】
このように光ファイバ１０、２０を保持する機構だけで突き合わせ位置の調整と一方側光ファイバのみの押し込みができるため、構成が簡単になる。突き合わせ位置を放電ビーム４３の中心に対してずらすことについては、放電電極４１、４２の位置を動かすことも考えられるが、放電電極４１、４２を移動させる機構やモーターなどが別途必要になって構造が複雑化する。上記のように光ファイバ１０、２０を移動させるだけなら、通常の光ファイバ融着接続機に備わった光ファイバ保持装置で対応可能であるから、通常の光ファイバ融着接続機を少し手直しすれば済む。そのため、既存の光ファイバ融着接続機に適用することも容易であり、コストもかからない。また接続時間が増加することもない。
【００２６】
ここで、光ファイバ１０、２０の突き合わせ部（の中心）の位置Ｂの、放電ビーム４３の中心位置Ａに対する関係と、融着接続後の接続損失との関係を実際に調べてみた。光ファイバ１０として加熱に非常に弱い分散補償光ファイバを用い、光ファイバ２０としては通常のシングルモード光ファイバを用いた。その結果得られたデータは図４に示すとおりである。この図４で、横軸の突き合わせ部の位置というのは（Ｂ−Ａ）であり、「０」が位置Ｂと位置Ａとが一致した状態を表し、プラスはＢがＡよりも右側となったとき、マイナスはＢがＡよりも左側となったときで、数字は（Ｂ−Ａ）の距離をμｍで表す。
【００２７】
この図４のデータから分かることは、光ファイバ１０、２０の突き合わせ部を放電ビーム４３の中心よりも左側にずらした方が接続損失が良好になるということである。ただし、この図４には現れていないが、突き合わせ部と放電ビーム中心とがあまりにも離れすぎれば、光ファイバ１０側に加わる熱が余りにも小さくなりすぎるため、良好な融着接続はできない。どの程度の距離をずらした場合が最も接続損失が少なくなるか、は実際に形成される放電ビーム４３の形状とくに光ファイバ１０、２０の軸上でのＺ方向加熱分布と、実際に接続される光ファイバ１０の種類、どの程度熱に弱いか、などのファクターによって決まる。その最適値は実験などによって求めることが可能であるが、一般には少なくとも１０μｍ程度は離すことが望ましい。
【００２８】
なお、上記の構成は説明の便宜のための一例に関するものであるから、具体的な構成などは、上記以外の種々の構成をとり得ることももちろんである。たとえば、上記ではＴＶカメラ３１、画像処理装置３２、制御装置３３によりすべて自動で制御するととしたが、手動も可能である。その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することは可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光ファイバの融着接続機によれば、接続すべき２本の光ファイバのうち一方側がドーパントの拡散速度が速いとかクラッド径が小さいとかで加熱に弱いものである場合に、接続損失の少ない良好な融着接続を行うことができ、接続時間が延長することもない。光ファイバ融着接続機としては特別な機構を必要とするわけではなく、既存の融着接続機にも容易に適用できるので、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光ファイバの融着接続方法の実施の形態を概念的に示す模式図。
【図２】この発明にかかる光ファイバの融着接続機の実施の形態を概念的に示す模式図。
【図３】光ファイバ保持機構の具体例を示す側面図。
【図４】光ファイバ突き合わせ部の放電ビーム中心に対する位置ずれ量と接続損失との関係をを示すグラフ。
【符号の説明】
１０、２０ 光ファイバ
３１ ＴＶカメラ
３２ 画像処理装置
３３ 制御装置
３４ 放電用電源装置
４１、４２ 放電電極
４３ 放電ビーム
５１ 移動ブロック
５２ Ｖ溝ブロック
５３ シースクランプ
５４ モーター
５５ マイクロメータ
５６ ベース

Claims (1)

1. アーク放電を発生する２本の放電電極と、一方が熱に弱い光ファイバとなっている接続すべき２本の光ファイバをそれぞれ保持する１対のＶ溝ブロックと、上記の光ファイバを移動させる移動ブロックと、上記２本の光ファイバの突き合わせ部を撮像する撮像装置と、該撮像装置からの映像信号が送られて画像処理を行う画像処理装置と、上記の放電ビームの形状についての既知の情報を保持しており、この放電ビーム形状情報と上記画像処理装置で得られる情報とに基づいて上記移動ブロックの移動を制御することにより、上記接続すべき２本の光ファイバの熱に弱い側でない側の先端が放電ビーム中心よりも深く他方側に入り込み、熱に弱い側の光ファイバの先端が放電ビーム端部に浅く入り込むよう、放電ビームに対して光ファイバ長さ方向にずれた状態で、それぞれの端面同士を突き合わせるとともに、両光ファイバ先端が放電ビームの加熱により溶融したときに上記の放電ビームにより深く入っている一方側の光ファイバのみを、他方側の熱に弱い光ファイバ方向に移動させて押し込むようにする制御装置とを有することを特徴とする光ファイバ融着接続機。

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