JP3746619B2 - 光ファイバの融着接続方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士をアーク放電融着接続機を使用して融着接続する接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信ケーブル網の構築や光ファイバを使用した機器を製作する際にモードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士を融着接続しなければならない場合がある。その際、単に、アーク放電融着接続機を使用して、モードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士を融着接続すると、モードフィールド径が等しい光ファイバ同士を接続する場合に比べて、大きな接続損失が生じる。そこで、従来より、なるべく低損失で接続するための工夫がなされている。
【０００３】
その第１の方法として、融着接続前に、モードフィールド径の小さな光ファイバの接続端部付近をマイクロトーチ等を用いて加熱し、その接続端部付近のコアのドープ剤を長手方向に緩やかに拡散させて、他方のモードフィールド径の大きな光ファイバのモードフィールド径とおおよそ一致させ、その後、通常の融着接続法により接続する、というものが知られている。この場合、接続部において両方の光ファイバのモードフィールド径が概略一致するため、低接続損失が得られる。
【０００４】
従来の第２の方法では、まず、両光ファイバの突き合わせられた接続部をアーク放電により加熱して融着接続を行い、つぎにその同じ箇所をアーク放電により、今度はより低い温度で追加加熱する（特開平５−２１５９３１号公報参照）。この方法は、たとえばエルビウムドープ光ファイバなどの、コア径の細い側の光ファイバのコアのドープ剤の熱による拡散速度が速い場合に、この光ファイバを、他方のたとえば一般的な１．５５μｍ帯シングルモード光ファイバに接続する場合などに使用される。
【０００５】
この第２の方法では、いったん融着接続された融着接続部が低い温度で適当な時間追加加熱されることにより、両方のコア径が近づくことを利用している。図１２はこの方法で融着接続した場合の接続損失と加熱時間の関係を示す。このような関係から、最も接続損失が低下する時点で加熱を中止することにより、良好な接続損失を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の第１の方法では、通常の融着接続機を使用して融着接続を行う前にモードフィールド径の小さな光ファイバの接続端部付近を加熱するための、マイクロトーチ等の通常の融着接続機以外の特別な装置が必要になること、および作業が複雑になること、などの問題がある。つまり、マイクロトーチ等を熱源とした別の装置が必要になるとともに、その装置を使用した前処理工程が必要となって、作業が煩雑になる。
【０００７】
また、従来の第２の方法は、上記のような特別の装置を必要としないものの、アーク放電によって追加加熱するので、接続損失をそれほど低下させることができないという問題がある。つまり、アーク放電による加熱の場合、加熱領域が光ファイバ長さ方向に狭いため、コアドーパントの拡散領域が狭く、モードフィールド径のテーパ状拡大部の、そのテーパ長が短くなって、低接続損失化できない。さらに、コア径の太い側の光ファイバの方が、そのコアのドープ剤の熱による拡散速度が速い場合には、両光ファイバのコア径の格差を広げることになり、逆効果となって接続損失を増加させてしまう問題もある。つまり、図１３（ａ）のようにコア部１１が細径な光ファイバ１０とコア部２１が太径な光ファイバ２０とを融着接続した後、その融着接続部近辺を均等に加熱すると、同（ｂ）のように、細径のコア部１１が拡散するばかりでなく太径のコア部２１も拡散して、コア部１１、２１の径の格差がかえって広がる。
【０００８】
この発明は、上記に鑑み、特別の装置の必要性や作業の煩雑さを招くことなく、モードフィールド径の異なる光ファイバ同士を低損失に融着接続できる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による光ファイバの融着接続方法においては、互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、該突き合わせ部を挟むように上記光ファイバに実質的に直交する方向で２つの放電電極を対向配置するとともに、その電極間隔を光ファイバに実質的に直行する方向において光ファイバ径の２０倍を超えるほどに広げ、該電極間の放電により上記の突き合わせ部近辺の光ファイバを加熱し、第１の光ファイバのコアのドーパントの拡散範囲を光ファイバ長さ方向に広げて第１の光ファイバのモードフィールド径をテーパ状に拡大させるとともにそのテーパ長の延伸化を図るようにして、上記の両光ファイバを融着接続することが特徴となっている。
【００１０】
モードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部を挟むように上記光ファイバに実質的に直交する方向で２つの放電電極を対向配置している。そして、その電極間隔を光ファイバに実質的に直行する方向において光ファイバ径の２０倍を超えるほどに広げ、該電極間の放電により上記の突き合わせ部近辺の光ファイバを加熱している。放電電極間隔を広げると電極間に形成される放電ビームの幅が広がり、加熱領域が放電電極を結ぶ放電ビーム中心軸から離れる方向に拡大する。放電ビームによる加熱温度は、放電ビーム中心軸付近の中心部で高く、周囲に向かうほど低いので、ビーム幅が広がることは低温の周辺部が広がることになる。上記のように放電電極は光ファイバに直行する方向で対向配置し、その間隔を光ファイバに直行する方向に拡大しているため、光ファイバの長さ方向の位置に応じた加熱温度とすることができる。つまり、光ファイバと放電ビーム中心軸とがほぼ直交し、放電ビーム中心軸から離れる方向が光ファイバの長さ方向と一致するため、放電ビーム中心軸付近の位置では光ファイバは高温で熱せられ、中心軸から離れた位置では比較的低温で熱せられることになる。そのため両光ファイバの突き合わせ部では高い温度で加熱することによって両光ファイバ端部を溶融接続し、その融着接続部から光ファイバ長さ方向に離れれば離れるほど低い温度で加熱する、という光ファイバ長さ方向位置に応じた温度での加熱が可能となる。つまり加熱領域が光ファイバ長さ方向に拡大するとともに融着接続部から離れるほどに加熱温度が低くなるので、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバのコアのドーパントの拡散範囲を光ファイバ長さ方向に拡大するとともに融着接続部から離れるほどドーパントの拡散度を抑えることができる。
【００１１】
その結果、第１の光ファイバのモードフィールド径を融着接続部に向けてテーパ状に徐々に拡大させることができるとともにそのテーパ長を延伸することができ、第１の光ファイバのモードフィールド径を融着接続部からかなり離れた位置から融着接続部へと緩やかにテーパ状に拡大させモードフィールド径の大きな第２の光ファイバのモードフィールド径に近づけることができる。このようにモードフィールド径の大きな第２の光ファイバとの接続部においてモードフィールド径の小さな第１の光ファイバのモードフィールド径がテーパ状に拡大し、かつそのテーパ長を長くすることができるので、テーパ長が短いことによる損失増加を抑え、低接続損失で接続することができるようになる。この場合、放電電極の間隔を大きくするだけなので非常に簡便であり、操作が容易であるばかりでなく、装置の構成も簡単になる。
【００１２】
請求項２記載の発明による光ファイバの融着接続方法においては、互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部を放電加熱して融着接続し、その後、放電加熱位置を第１の光ファイバ側へずらして複数位置で追加の放電加熱を行うとともにこの追加の放電加熱時には融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくし、第１の光ファイバのコアのドーパントを拡散させ、第１の光ファイバのモードフィールド径のみを長手方向に緩やかに拡大することが特徴となっている。
【００１３】
追加の放電加熱は、加熱位置をモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ側へずらした上で行うので、この第１の光ファイバのみのコアのドーパントを拡散させることができる。しかも、この追加の放電加熱は、加熱位置を上記のようにずらした上で複数位置で行うとともに融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくしている。加熱量に応じてコアのドーパントの拡散度が比例するため、融着接続部から離れるほどドーパントの拡散度が低くなる。そのため、第１の光ファイバのモードフィールド径のみを長手方向に緩やかに拡大することができる。その結果、モードフィールド径の大きな第２の光ファイバとの接続部においてモードフィールド径の小さな第１の光ファイバのモードフィールド径がテーパ状に拡大し、かつそのテーパ長を長くすることができるので、テーパ長が短いことによる損失増加を抑え、低接続損失で接続することができるようになる。
【００１４】
放電加熱時に融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくするためには、融着接続部から離れるほど放電エネルギーを小さくするようにしてもよい。
【００１５】
また、放電加熱時に融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくするためには、融着接続部から離れるほど放電時間を少なくするようにしてもよい。
【００１６】
追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させるには、融着接続された第１、第２の光ファイバを放電電極に対して相対的に移動させることによってもよい。
【００１７】
また、追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させるには、偏向電極により放電ビームを偏向させることにより実現することもできる。
【００１８】
【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。まず、図１の（ａ）に示すように、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０と、モードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、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せ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こす。この放電電極４１、４２の間にアーク放電による放電ビーム４３が形成され、その熱で両光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が加熱されて溶融されてくる。その時、これらの光ファイバ１０、２０を矢印に示すように突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。
【００１９】
その後、図１の（ｂ）の矢印に示すように、この２つの光ファイバ１０、２０を右方に移動させる。すると、放電ビーム４３による加熱領域が融着接続部から左方つまりモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０側にずれる。このようにずらした状態で放電電極４１、４２間でアーク放電を起こして加熱する。これにより、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０のみにおいてコア部のドーパントを拡散してモードフィールド径をテーパ状に緩やかに拡大し、そのテーパ長を長くしながら第２の光ファイバ２０のモードフィールド径に近づけることができる。
【００２０】
すなわち、単に融着接続した状態では、図２の（ａ）のように両光ファイバ１０、２０のコア部１１、２１の直径に段差がある状態で接合している。追加加熱時には、図２の（ｂ）に示すように、この融着接続位置３０よりも光ファイバ１０側にずらした位置３１を加熱中心として加熱する。そのため、この位置３１を中心にして加熱されることになって、モードフィールド径の小さな光ファイバ１０のコア部１１のドーパントがその周囲のクラッド部１２に拡散してきて、モードフィールド径の大きな光ファイバ２０のコア部２１の直径と近くなる。また、モードフィールド径はテーパ状に緩やかに拡大し、そのテーパ長が長くなる。
【００２１】
このように、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを融着接続する場合に、光ファイバ１０のモードフィールド径のみを融着接続部付近でテーパ状に緩やかに拡大することができて、両光ファイバ１０、２０のモードフィールド径を近づけてそれらの間に段差が生じることを解消することができる。そして光ファイバ１０のモードフィールド径が長いテーパ長で緩やかに拡大していくため、接続損失が少ない融着接続を行うことができる。そして、この場合、第２の光ファイバのコア部２１のドーパントの拡散速度が速い場合でも、加熱中心は位置３１であって、第２の光ファイバ２０はそれほど加熱されず、コア部２１のドーパントの拡散が進むことはなく、この第２の光ファイバ２０でモードフィールド径が拡大されないため、モードフィールド径の大きい側の第２の光ファイバ２０がどのような種類の光ファイバでもよくなり、適用可能な光ファイバの種類が限定されることがなくなる。
【００２２】
なお、追加放電加熱の加熱中心位置および追加放電回数（放電加熱時間と考えてもよい）には、接続損失を最も小さくするための最適値がそれぞれ存在している。つまり、追加放電位置を、融着接続位置３０から少しずつ離して上記のようにして追加放電加熱を行ったとき、その融着接続部を通して一方の光ファイバ（１０または２０）から他方の光ファイバ（２０または１０）へ伝送される光パワー（通過パワー）を測定したところ、図３の（ａ）のような結果が得られた。これから、追加の放電加熱位置が融着接続位置３０に近過ぎる場合、光ファイバ２０側も加熱してしまうことになるため、光ファイバ２０のコア部２１のドーパントを拡散してしまって、接続損失を小さくすることができない。逆に、追加の放電加熱位置が融着接続位置３０から遠過ぎる場合には、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントが拡散される位置が融着接続位置３０から離れるので、融着接続位置３０ではあまり拡散されずに、この位置ではモードフィールド径が小さいままにとどまることになって、光ファイバ２０のモードフィールド径との差が大きいままとなってしまって、接続損失を小さくできない。
【００２３】
追加放電回数（追加放電加熱時間）も同様であり、放電回数（加熱時間）を変えて追加放電加熱を行い、光の通過パワーを測定してみたところ、図３の（ｂ）のような結果を得た。これから放電回数（加熱時間）が少なくても、多くても通過パワーは小さく（接続損失は大きく）なり、最適値が存在することが分かる。すなわち、加熱時間が少なすぎれば光ファイバ１０におけるモードフィールド径の拡大が不十分となり、多すぎれば拡大されすぎて、逆に損失が増える。
【００２４】
実際には、追加の放電加熱についての、これらの放電位置、および放電回数（加熱時間）は、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントとしてどのような材料を用いているかなど、光ファイバ１０の種類ごとに異なるため、実験によって最適値を求めていくほかない。
【００２５】
つぎに、第２の実施形態について説明すると、ここでは、追加の放電加熱位置を少しずつずらしながら、複数の加熱位置において追加の放電加熱を行う。つまり、第１の実施形態と同様に、図１の（ａ）のようにモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、図１の（ｂ）に示すように光ファイバ１０、２０を右方に移動させて放電ビーム４３の位置を融着接続部より光ファイバ１０側へとずらして追加の放電加熱を行う際に、その加熱位置を一個所とするのではなく、少しずつずらして複数箇所で加熱する。
【００２６】
その結果、図２の（ｃ）に示すように、光ファイバ１０の融着接続位置３０に近い、複数（ここでは３つ）の位置３１、３２、３３で加熱して、その３つの位置３１、３２、３３でコア部１１のドーパントを拡散させることができる。これは、アーク放電による加熱領域が実際上非常に狭いことから来る不都合を解消したものである。加熱領域が狭くても、複数箇所で加熱することにより、モードフィールド径をテーパ状にスムーズに拡大することができて接続損失をさらに減少させることが可能である。
【００２７】
さらに、その加熱位置３１、３２、３３において、融着接続位置３０から離れるほど、放電エネルギーを小さくしたり放電時間を少なくしたりして加熱量を少なくしていけば、モードフィールド径をテーパ状にスムーズに拡大することができて接続損失を一層減少させることが可能である。すなわち、モードフィールド径をテーパ状に拡大していく場合に、そのテーパ部の長さが長いほど接続損失を減少させることができるが、これを実現することが可能になる。
【００２８】
第３の実施の形態では、上記のように複数箇所で追加の放電加熱を行うことを極限化したものであって、その追加放電加熱個所を無限に増やすよう、放電加熱位置をずらしながら、連続的に追加の放電加熱を行い、かつ徐々に放電加熱量を減少させていく。すなわち、第１の実施形態と同様に、図１の（ａ）のようにモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、図１の（ｂ）に示すように光ファイバ１０、２０を右方に移動させて放電ビーム４３の位置を融着接続部より光ファイバ１０側へとずらしいきながら、その移動中に、連続的に追加の放電加熱を行い、その移動にしたがって放電による加熱量を徐々に減少させていく。
【００２９】
すなわち、図２の（ｄ）に示すように、融着接続位置３０に近い位置３１から遠い位置３４までの、加熱量を減少させながらの追加の連続的放電加熱を行う。これにより、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントの拡散度を徐々に減らすことができて、光ファイバ１０のモードフィールド径を融着接続位置３０に向けてよりゆるやかなテーパ状に拡大することができる。その結果、モードフィールド径の異なる２つの光ファイバ１０、２０の融着接続部を、より低損失にすることができる。
【００３０】
つぎにこれらの実施形態で融着接続した光ファイバ１０、２０を移動させる具体的な機構について説明する。融着接続機は、具体的には、図４に示すように、接続すべき２つの光ファイバ１０、２０を固定するＶ溝ブロック５２とシースクランプ５３とを備える。シースクランプ５３、５３により、光ファイバ１０、２０のそれぞれのシース１３、２３をクランプし、Ｖ溝ブロック５２、５２により光ファイバ（心線）１０、２０を位置決めする。これらの一対のＶ溝ブロック５２とシースクランプ５３は、それぞれ移動ブロック５１、５１上に搭載され、この移動ブロック５１、５１は、モーター５４の回転を直線運動に変換するマイクロメータ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の軸方向に相互に近づきまたは離れるように移動させられる。これらモーター５４、５４等はベース５６上に固定される。アーク放電用の電極はこの図では省略されているが、光ファイバ１０、２０の突き合わせ部付近で、前後（紙面に垂直な方向）に配置される。
【００３１】
光ファイバ１０、２０を融着接続した後、追加の放電加熱を行う際には、２つのモーター５４、５４を電気制御でシンクロさせて回転させ、これにより、２つの移動ブロック５１、５１を、図の右方向に、正確に、等距離・等速度で移動させる。こうして、融着接続した部分をそのままに保って両方の光ファイバ１０、２０を、固定された放電電極に対してずらすことができる。
【００３２】
また、図５に示すように、モーター５４、５４等を固定するベース自体を移動させるよう構成することもできる。すなわち、ベース５６の上に移動ベース５７を設け、その上にモーター５４、５４等を固定する。そして、モーター５８およびマイクロメータ５９等の運動伝達機構によってこの移動ベース５７をベース５６上で矢印で示すように移動させる。
【００３３】
この図５の構成では、２つのモーター５４、５４を同時に回転させ光ファイバ１０、２０が近づく方向にこれらの光ファイバ１０、２０を移動させて融着接続した後、これらのモーター５４、５４は停止させてその状態を保つようにし、モーター５８のみを駆動して移動ベース５７を移動させて放電電極（図では省略）に対する光ファイバ１０、２０の軸方向移動を行い、追加の放電加熱を行うことになる。
【００３４】
さらに、図示はしないが、光ファイバ１０、２０は固定したままで、放電電極の方を移動させるよう構成することも可能である。すなわち、放電電極棒を保持する保持機構を図５の移動ベース５７のような移動ベースに取り付けて、融着接続後に放電電極を光ファイバ１０、２０の軸方向に移動させて、追加の放電加熱を行うよう構成するのである。
【００３５】
第４の実施形態について説明する。この実施形態では、まず図６の（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、追加の放電加熱を行うが、その際に、図６の（ｂ）に示すように偏向電極６０を挿入して放電ビーム４３を、光ファイバ１０側へと偏向させる。これによって放電加熱位置を、融着接続位置から光ファイバ１０側へとずらす。
【００３６】
偏向電極６０は、たとえば図７のように、アルミナ等のセラミックの絶縁基板６１の片面に導電体層６２を設けたものからなる。この導電体層６２は、メッキまたは蒸着などにより形成することができる。そして、溝６３を有する形状に形成されている。この溝６３は、光ファイバ１０（２０）を挿入するためのものである。すなわち、不要時には待避させておいて、必要となったときにこの偏向電極６０を矢印に示すように移動させて溝６３内に光ファイバ１０（２０）が入るようにすることで、光ファイバ１０（２０）の周囲に偏向電極６０を位置させる。
【００３７】
放電ビーム４３は、電子ビームであって負に帯電しているため、導電体層６２をプラスにバイアスすることによって、放電ビーム４３を偏向電極６０側へ引き寄せることができる。このとき導電体層６２と放電電極との間に放電が生じないようにする必要がある。そのため、導電体層６２側の面と反対側の面が放電ビーム４３に対面するようにして、絶縁を図っている。
【００３８】
この偏向電極６０の進退機構は種々に形成できる。たとえば、図８のように、一対のＶ溝ブロック５２・シースクランプ５３（および図示しないが放電電極棒）を覆って保護する風防７０に、この偏向電極６０を上下方向（図の矢印方向）にスライド可能に取り付けて、追加の放電加熱時に下降させるようにする。
【００３９】
さらに、図９に示すように、風防７０に取り付けた偏向電極６０を横方向にもスライドできるようにして、光ファイバ１０、２０の軸方向の任意の位置に偏向電極６０を移動させるようにしてもよい。また、図で示すことはしないが、スライド型の機構のほか、回転型の機構（偏向電極６０の基板６１を回転可能に軸止する機構）を用いて偏向電極６０を進退させるようにしてもよい。
【００４０】
追加の放電加熱時にこのような偏向電極６０を用いて放電ビーム４３を図６の（ｂ）に示すように偏向させることにより、加熱位置を融着接続位置から光ファイバ１０側へとずらすことができるため、たとえば図２の（ｂ）のように、融着接続位置３０から光ファイバ１０側へとずれた位置３１を中心にコア部１１のドーパントを拡散してモードフィールド径を拡大することができる。
【００４１】
また、偏向電極６０の位置をずらして放電ビーム４３の偏向度合いを変化させながら複数回放電加熱を行えば、図２の（ｃ）のように複数の箇所３１、３２、３３を中心にしてコア部１１のドーパントを拡散することができ、しかもその際に放電エネルギーや放電時間を調整して融着接続位置３０から離れるほど加熱量を少なくすれば、比較的長いテーパ状となるように、徐々にモードフィールド径を拡大することができる。
【００４２】
さらに、偏向電極６０の位置をずらして放電ビーム４３の偏向度合いを変化させながら連続的に放電加熱を行い、その際に融着接続位置３０から離れるほど加熱量を少なくすれば、図２の（ｄ）のように位置３１から位置３４までの比較的長い距離において徐々に拡散度を小さくしながら、コア部１１のドーパントを拡散することができる。こうして、光ファイバ１０におけるモードフィールド径を、融着接続位置３０に向けてテーパ状に徐々に拡大させることができる。
【００４３】
なお、放電ビーム４３の偏向度合いを変化させて加熱位置を種々に変えるには、上記のように偏向電極６０そのものの位置をずらすほか、偏向電極６０（導電体層６２）に加えるバイアス電圧を調整することでも可能である。
【００４４】
つぎに第５の実施形態について説明する。この実施形態では、まず図１０の（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを突き合わせ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こし、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱する。そして、それら光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が溶融したとき、図１０の（ｂ）の矢印に示すように光ファイバ１０、２０を突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。このような融着接続のための放電加熱の際に、放電電極４１、４２の間の間隔を光ファイバ（心線）１０、２０の外径の２０倍を超えるような広い間隔としておく。すなわち、通常であれば、融着接続時の放電電極４１、４２の間の間隔は光ファイバ（心線）１０、２０の外径の１２〜１３倍程度が普通であるが、これを上記のような広い間隔に広げておく。これによって融着接続時の放電ビーム４３を拡大させて、加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大する。
【００４５】
また、第６の実施形態では、最初に図１１の（ａ）に示すようにして、最初に述べた第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを突き合わせ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こし、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱する。そして、それら光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が溶融したとき、図１１の（ｂ）の矢印に示すように光ファイバ１０、２０を突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。このような融着接続のための放電加熱の際に、２つの偏向電極６０、６０で放電ビーム４３を挟むようにして、これらの偏向電極６０、６０のそれぞれに放電ビーム４３を引き寄せて、放電ビーム４３を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大させる。こうして、融着接続時の加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大する。
【００４６】
この偏向電極６０、６０は図７に示したようなものを用いることができる。２つの偏向電極６０、６０は、絶縁基板６１側が互いに対面し、その間に放電ビーム４３を挟むようにして配置される。
【００４７】
これらの第５、第６の実施形態では、放電ビーム４３が光ファイバ１０、２０上で拡大しており、加熱領域が光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大している。そして、放電ビーム４３による温度分布は、その中心部で高く、周囲に向かうにしたがって低くなるというようなものとなる。そのため、加熱温度が光ファイバ１０、２０が溶融するほどに高くなるのは、両光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部のみとなり、その突き合わせ端部から離れれば離れるほど温度は低くなる。
【００４８】
その結果、光ファイバ１０、２０のコア部１１、２１のドーパントの拡散度は、融着接続位置３０（図２）で大きく、その位置３０から離れるほど小さくなる。通常、コア径の細い側の光ファイバ１０はたとえばエルビウムドープ光ファイバなどのコア部１１のドーパントの熱による拡散速度が速い光ファイバであり、コア径の太い側の光ファイバ２０はたとえば一般的な１．５５μｍ帯シングルモード光ファイバであってコア部２１のドーパントの熱による拡散速度が遅い光ファイバであることが多い。したがって、異なるモードフィールド径の光ファイバを接続する通常の場合には、図２の（ｄ）に示すように、コア径の細い側の光ファイバ１０のみにおいてコア部１１を、融着接続位置３０からかなり離れた位置３４より、融着接続位置３０まで緩やかにテーパ状に拡大させ、光ファイバ２０のモードフィールド径に近づけることができる。
【００４９】
このように、コア径の細い側の光ファイバ１０のみにおいてコア部１１を緩やかにテーパ状に拡大させ、そのテーパ長を長くすることができるので、光ファイバ１０、２０を低接続損失で融着接続することができる。しかも、単に、放電電極４１、４２の間隔を大きくしたり、あるいは偏向電極６０、６０を挿入するだけであり、その他は通常の融着接続法と同じであるため、非常に簡便であり、操作が容易であるばかりでなく、装置の構成も簡単になる。
【００５０】
また、図１の（ｂ）のように、光ファイバ１０、２０をその長さ方向に移動させ、あるいは放電電極４１、４２を光ファイバ１０、２０に対しその長さ方向に移動させ、その移動中に融着接続のための放電加熱を行うことによって、融着接続のための加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大させて、融着接続位置近辺の広い範囲で加熱し、突き合わせ端部のみ溶融させ、それ以外の部分でコア部のドーパントを拡散させるようにしてもよい。
【００５１】
なお、上記はこの発明の実施の形態を説明するものであり、具体的な構造などは、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であることはもちろんである。
【００５２】
【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方法によれば、モードフィールド径の異なる２つの光ファイバ同士を、低接続損失で融着接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す模式図。
【図２】融着接続部近辺での両光ファイバの縦断面を示す模式図。
【図３】追加放電加熱位置と追加放電回数に対する融着接続部の通過光パワー特性を示すグラフ。
【図４】光ファイバを移動させる具体的な構造を示す模式図。
【図５】光ファイバを移動させる他の具体的な構造を示す模式図。
【図６】他の実施形態を示す模式図。
【図７】偏向電極を具体的に示す模式図。
【図８】偏向電極の保持機構の具体例を示す模式図。
【図９】偏向電極の保持機構の別の具体例を示す模式図。
【図１０】別の実施形態を示す模式図。
【図１１】さらに別の実施形態を示す模式図。
【図１２】従来例における追加放電時間に対する接続損失特性を示すグラフ。
【図１３】従来例での融着接続部近辺の両光ファイバの縦断面を示す模式図。
【符号の説明】
１０ モードフィールド径の小さい光ファイバ
１１ 細径のコア部
１２、２２ クラッド部
１３、２３ シース
２０ モードフィールド径の大きい光ファイバ
２１ 太径のコア部
３０ 融着接続位置
３１〜３４ 追加の放電加熱中心
４１、４２ 放電電極
４３ アーク放電ビーム
５１ 移動ブロック
５２ Ｖ溝ブロック
５３ シースクランプ
５４、５８ モーター
５５、５９ マイクロメータ
５６ ベース
５７ 移動ベース
６０ 偏向電極
６１ 絶縁基板
６２ 導電体層
６３ 光ファイバ挿入用溝
７０ 風防
【発明の属する技術分野】
この発明は、モードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士をアーク放電融着接続機を使用して融着接続する接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信ケーブル網の構築や光ファイバを使用した機器を製作する際にモードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士を融着接続しなければならない場合がある。その際、単に、アーク放電融着接続機を使用して、モードフィールド径の異なる２本の光ファイバ同士を融着接続すると、モードフィールド径が等しい光ファイバ同士を接続する場合に比べて、大きな接続損失が生じる。そこで、従来より、なるべく低損失で接続するための工夫がなされている。
【０００３】
その第１の方法として、融着接続前に、モードフィールド径の小さな光ファイバの接続端部付近をマイクロトーチ等を用いて加熱し、その接続端部付近のコアのドープ剤を長手方向に緩やかに拡散させて、他方のモードフィールド径の大きな光ファイバのモードフィールド径とおおよそ一致させ、その後、通常の融着接続法により接続する、というものが知られている。この場合、接続部において両方の光ファイバのモードフィールド径が概略一致するため、低接続損失が得られる。
【０００４】
従来の第２の方法では、まず、両光ファイバの突き合わせられた接続部をアーク放電により加熱して融着接続を行い、つぎにその同じ箇所をアーク放電により、今度はより低い温度で追加加熱する（特開平５−２１５９３１号公報参照）。この方法は、たとえばエルビウムドープ光ファイバなどの、コア径の細い側の光ファイバのコアのドープ剤の熱による拡散速度が速い場合に、この光ファイバを、他方のたとえば一般的な１．５５μｍ帯シングルモード光ファイバに接続する場合などに使用される。
【０００５】
この第２の方法では、いったん融着接続された融着接続部が低い温度で適当な時間追加加熱されることにより、両方のコア径が近づくことを利用している。図１２はこの方法で融着接続した場合の接続損失と加熱時間の関係を示す。このような関係から、最も接続損失が低下する時点で加熱を中止することにより、良好な接続損失を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の第１の方法では、通常の融着接続機を使用して融着接続を行う前にモードフィールド径の小さな光ファイバの接続端部付近を加熱するための、マイクロトーチ等の通常の融着接続機以外の特別な装置が必要になること、および作業が複雑になること、などの問題がある。つまり、マイクロトーチ等を熱源とした別の装置が必要になるとともに、その装置を使用した前処理工程が必要となって、作業が煩雑になる。
【０００７】
また、従来の第２の方法は、上記のような特別の装置を必要としないものの、アーク放電によって追加加熱するので、接続損失をそれほど低下させることができないという問題がある。つまり、アーク放電による加熱の場合、加熱領域が光ファイバ長さ方向に狭いため、コアドーパントの拡散領域が狭く、モードフィールド径のテーパ状拡大部の、そのテーパ長が短くなって、低接続損失化できない。さらに、コア径の太い側の光ファイバの方が、そのコアのドープ剤の熱による拡散速度が速い場合には、両光ファイバのコア径の格差を広げることになり、逆効果となって接続損失を増加させてしまう問題もある。つまり、図１３（ａ）のようにコア部１１が細径な光ファイバ１０とコア部２１が太径な光ファイバ２０とを融着接続した後、その融着接続部近辺を均等に加熱すると、同（ｂ）のように、細径のコア部１１が拡散するばかりでなく太径のコア部２１も拡散して、コア部１１、２１の径の格差がかえって広がる。
【０００８】
この発明は、上記に鑑み、特別の装置の必要性や作業の煩雑さを招くことなく、モードフィールド径の異なる光ファイバ同士を低損失に融着接続できる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による光ファイバの融着接続方法においては、互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、該突き合わせ部を挟むように上記光ファイバに実質的に直交する方向で２つの放電電極を対向配置するとともに、その電極間隔を光ファイバに実質的に直行する方向において光ファイバ径の２０倍を超えるほどに広げ、該電極間の放電により上記の突き合わせ部近辺の光ファイバを加熱し、第１の光ファイバのコアのドーパントの拡散範囲を光ファイバ長さ方向に広げて第１の光ファイバのモードフィールド径をテーパ状に拡大させるとともにそのテーパ長の延伸化を図るようにして、上記の両光ファイバを融着接続することが特徴となっている。
【００１０】
モードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部を挟むように上記光ファイバに実質的に直交する方向で２つの放電電極を対向配置している。そして、その電極間隔を光ファイバに実質的に直行する方向において光ファイバ径の２０倍を超えるほどに広げ、該電極間の放電により上記の突き合わせ部近辺の光ファイバを加熱している。放電電極間隔を広げると電極間に形成される放電ビームの幅が広がり、加熱領域が放電電極を結ぶ放電ビーム中心軸から離れる方向に拡大する。放電ビームによる加熱温度は、放電ビーム中心軸付近の中心部で高く、周囲に向かうほど低いので、ビーム幅が広がることは低温の周辺部が広がることになる。上記のように放電電極は光ファイバに直行する方向で対向配置し、その間隔を光ファイバに直行する方向に拡大しているため、光ファイバの長さ方向の位置に応じた加熱温度とすることができる。つまり、光ファイバと放電ビーム中心軸とがほぼ直交し、放電ビーム中心軸から離れる方向が光ファイバの長さ方向と一致するため、放電ビーム中心軸付近の位置では光ファイバは高温で熱せられ、中心軸から離れた位置では比較的低温で熱せられることになる。そのため両光ファイバの突き合わせ部では高い温度で加熱することによって両光ファイバ端部を溶融接続し、その融着接続部から光ファイバ長さ方向に離れれば離れるほど低い温度で加熱する、という光ファイバ長さ方向位置に応じた温度での加熱が可能となる。つまり加熱領域が光ファイバ長さ方向に拡大するとともに融着接続部から離れるほどに加熱温度が低くなるので、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバのコアのドーパントの拡散範囲を光ファイバ長さ方向に拡大するとともに融着接続部から離れるほどドーパントの拡散度を抑えることができる。
【００１１】
その結果、第１の光ファイバのモードフィールド径を融着接続部に向けてテーパ状に徐々に拡大させることができるとともにそのテーパ長を延伸することができ、第１の光ファイバのモードフィールド径を融着接続部からかなり離れた位置から融着接続部へと緩やかにテーパ状に拡大させモードフィールド径の大きな第２の光ファイバのモードフィールド径に近づけることができる。このようにモードフィールド径の大きな第２の光ファイバとの接続部においてモードフィールド径の小さな第１の光ファイバのモードフィールド径がテーパ状に拡大し、かつそのテーパ長を長くすることができるので、テーパ長が短いことによる損失増加を抑え、低接続損失で接続することができるようになる。この場合、放電電極の間隔を大きくするだけなので非常に簡便であり、操作が容易であるばかりでなく、装置の構成も簡単になる。
【００１２】
請求項２記載の発明による光ファイバの融着接続方法においては、互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部を放電加熱して融着接続し、その後、放電加熱位置を第１の光ファイバ側へずらして複数位置で追加の放電加熱を行うとともにこの追加の放電加熱時には融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくし、第１の光ファイバのコアのドーパントを拡散させ、第１の光ファイバのモードフィールド径のみを長手方向に緩やかに拡大することが特徴となっている。
【００１３】
追加の放電加熱は、加熱位置をモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ側へずらした上で行うので、この第１の光ファイバのみのコアのドーパントを拡散させることができる。しかも、この追加の放電加熱は、加熱位置を上記のようにずらした上で複数位置で行うとともに融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくしている。加熱量に応じてコアのドーパントの拡散度が比例するため、融着接続部から離れるほどドーパントの拡散度が低くなる。そのため、第１の光ファイバのモードフィールド径のみを長手方向に緩やかに拡大することができる。その結果、モードフィールド径の大きな第２の光ファイバとの接続部においてモードフィールド径の小さな第１の光ファイバのモードフィールド径がテーパ状に拡大し、かつそのテーパ長を長くすることができるので、テーパ長が短いことによる損失増加を抑え、低接続損失で接続することができるようになる。
【００１４】
放電加熱時に融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくするためには、融着接続部から離れるほど放電エネルギーを小さくするようにしてもよい。
【００１５】
また、放電加熱時に融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくするためには、融着接続部から離れるほど放電時間を少なくするようにしてもよい。
【００１６】
追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させるには、融着接続された第１、第２の光ファイバを放電電極に対して相対的に移動させることによってもよい。
【００１７】
また、追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させるには、偏向電極により放電ビームを偏向させることにより実現することもできる。
【００１８】
【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。まず、図１の（ａ）に示すように、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０と、モードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、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せ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こす。この放電電極４１、４２の間にアーク放電による放電ビーム４３が形成され、その熱で両光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が加熱されて溶融されてくる。その時、これらの光ファイバ１０、２０を矢印に示すように突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。
【００１９】
その後、図１の（ｂ）の矢印に示すように、この２つの光ファイバ１０、２０を右方に移動させる。すると、放電ビーム４３による加熱領域が融着接続部から左方つまりモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０側にずれる。このようにずらした状態で放電電極４１、４２間でアーク放電を起こして加熱する。これにより、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０のみにおいてコア部のドーパントを拡散してモードフィールド径をテーパ状に緩やかに拡大し、そのテーパ長を長くしながら第２の光ファイバ２０のモードフィールド径に近づけることができる。
【００２０】
すなわち、単に融着接続した状態では、図２の（ａ）のように両光ファイバ１０、２０のコア部１１、２１の直径に段差がある状態で接合している。追加加熱時には、図２の（ｂ）に示すように、この融着接続位置３０よりも光ファイバ１０側にずらした位置３１を加熱中心として加熱する。そのため、この位置３１を中心にして加熱されることになって、モードフィールド径の小さな光ファイバ１０のコア部１１のドーパントがその周囲のクラッド部１２に拡散してきて、モードフィールド径の大きな光ファイバ２０のコア部２１の直径と近くなる。また、モードフィールド径はテーパ状に緩やかに拡大し、そのテーパ長が長くなる。
【００２１】
このように、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを融着接続する場合に、光ファイバ１０のモードフィールド径のみを融着接続部付近でテーパ状に緩やかに拡大することができて、両光ファイバ１０、２０のモードフィールド径を近づけてそれらの間に段差が生じることを解消することができる。そして光ファイバ１０のモードフィールド径が長いテーパ長で緩やかに拡大していくため、接続損失が少ない融着接続を行うことができる。そして、この場合、第２の光ファイバのコア部２１のドーパントの拡散速度が速い場合でも、加熱中心は位置３１であって、第２の光ファイバ２０はそれほど加熱されず、コア部２１のドーパントの拡散が進むことはなく、この第２の光ファイバ２０でモードフィールド径が拡大されないため、モードフィールド径の大きい側の第２の光ファイバ２０がどのような種類の光ファイバでもよくなり、適用可能な光ファイバの種類が限定されることがなくなる。
【００２２】
なお、追加放電加熱の加熱中心位置および追加放電回数（放電加熱時間と考えてもよい）には、接続損失を最も小さくするための最適値がそれぞれ存在している。つまり、追加放電位置を、融着接続位置３０から少しずつ離して上記のようにして追加放電加熱を行ったとき、その融着接続部を通して一方の光ファイバ（１０または２０）から他方の光ファイバ（２０または１０）へ伝送される光パワー（通過パワー）を測定したところ、図３の（ａ）のような結果が得られた。これから、追加の放電加熱位置が融着接続位置３０に近過ぎる場合、光ファイバ２０側も加熱してしまうことになるため、光ファイバ２０のコア部２１のドーパントを拡散してしまって、接続損失を小さくすることができない。逆に、追加の放電加熱位置が融着接続位置３０から遠過ぎる場合には、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントが拡散される位置が融着接続位置３０から離れるので、融着接続位置３０ではあまり拡散されずに、この位置ではモードフィールド径が小さいままにとどまることになって、光ファイバ２０のモードフィールド径との差が大きいままとなってしまって、接続損失を小さくできない。
【００２３】
追加放電回数（追加放電加熱時間）も同様であり、放電回数（加熱時間）を変えて追加放電加熱を行い、光の通過パワーを測定してみたところ、図３の（ｂ）のような結果を得た。これから放電回数（加熱時間）が少なくても、多くても通過パワーは小さく（接続損失は大きく）なり、最適値が存在することが分かる。すなわち、加熱時間が少なすぎれば光ファイバ１０におけるモードフィールド径の拡大が不十分となり、多すぎれば拡大されすぎて、逆に損失が増える。
【００２４】
実際には、追加の放電加熱についての、これらの放電位置、および放電回数（加熱時間）は、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントとしてどのような材料を用いているかなど、光ファイバ１０の種類ごとに異なるため、実験によって最適値を求めていくほかない。
【００２５】
つぎに、第２の実施形態について説明すると、ここでは、追加の放電加熱位置を少しずつずらしながら、複数の加熱位置において追加の放電加熱を行う。つまり、第１の実施形態と同様に、図１の（ａ）のようにモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、図１の（ｂ）に示すように光ファイバ１０、２０を右方に移動させて放電ビーム４３の位置を融着接続部より光ファイバ１０側へとずらして追加の放電加熱を行う際に、その加熱位置を一個所とするのではなく、少しずつずらして複数箇所で加熱する。
【００２６】
その結果、図２の（ｃ）に示すように、光ファイバ１０の融着接続位置３０に近い、複数（ここでは３つ）の位置３１、３２、３３で加熱して、その３つの位置３１、３２、３３でコア部１１のドーパントを拡散させることができる。これは、アーク放電による加熱領域が実際上非常に狭いことから来る不都合を解消したものである。加熱領域が狭くても、複数箇所で加熱することにより、モードフィールド径をテーパ状にスムーズに拡大することができて接続損失をさらに減少させることが可能である。
【００２７】
さらに、その加熱位置３１、３２、３３において、融着接続位置３０から離れるほど、放電エネルギーを小さくしたり放電時間を少なくしたりして加熱量を少なくしていけば、モードフィールド径をテーパ状にスムーズに拡大することができて接続損失を一層減少させることが可能である。すなわち、モードフィールド径をテーパ状に拡大していく場合に、そのテーパ部の長さが長いほど接続損失を減少させることができるが、これを実現することが可能になる。
【００２８】
第３の実施の形態では、上記のように複数箇所で追加の放電加熱を行うことを極限化したものであって、その追加放電加熱個所を無限に増やすよう、放電加熱位置をずらしながら、連続的に追加の放電加熱を行い、かつ徐々に放電加熱量を減少させていく。すなわち、第１の実施形態と同様に、図１の（ａ）のようにモードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、図１の（ｂ）に示すように光ファイバ１０、２０を右方に移動させて放電ビーム４３の位置を融着接続部より光ファイバ１０側へとずらしいきながら、その移動中に、連続的に追加の放電加熱を行い、その移動にしたがって放電による加熱量を徐々に減少させていく。
【００２９】
すなわち、図２の（ｄ）に示すように、融着接続位置３０に近い位置３１から遠い位置３４までの、加熱量を減少させながらの追加の連続的放電加熱を行う。これにより、光ファイバ１０のコア部１１のドーパントの拡散度を徐々に減らすことができて、光ファイバ１０のモードフィールド径を融着接続位置３０に向けてよりゆるやかなテーパ状に拡大することができる。その結果、モードフィールド径の異なる２つの光ファイバ１０、２０の融着接続部を、より低損失にすることができる。
【００３０】
つぎにこれらの実施形態で融着接続した光ファイバ１０、２０を移動させる具体的な機構について説明する。融着接続機は、具体的には、図４に示すように、接続すべき２つの光ファイバ１０、２０を固定するＶ溝ブロック５２とシースクランプ５３とを備える。シースクランプ５３、５３により、光ファイバ１０、２０のそれぞれのシース１３、２３をクランプし、Ｖ溝ブロック５２、５２により光ファイバ（心線）１０、２０を位置決めする。これらの一対のＶ溝ブロック５２とシースクランプ５３は、それぞれ移動ブロック５１、５１上に搭載され、この移動ブロック５１、５１は、モーター５４の回転を直線運動に変換するマイクロメータ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の軸方向に相互に近づきまたは離れるように移動させられる。これらモーター５４、５４等はベース５６上に固定される。アーク放電用の電極はこの図では省略されているが、光ファイバ１０、２０の突き合わせ部付近で、前後（紙面に垂直な方向）に配置される。
【００３１】
光ファイバ１０、２０を融着接続した後、追加の放電加熱を行う際には、２つのモーター５４、５４を電気制御でシンクロさせて回転させ、これにより、２つの移動ブロック５１、５１を、図の右方向に、正確に、等距離・等速度で移動させる。こうして、融着接続した部分をそのままに保って両方の光ファイバ１０、２０を、固定された放電電極に対してずらすことができる。
【００３２】
また、図５に示すように、モーター５４、５４等を固定するベース自体を移動させるよう構成することもできる。すなわち、ベース５６の上に移動ベース５７を設け、その上にモーター５４、５４等を固定する。そして、モーター５８およびマイクロメータ５９等の運動伝達機構によってこの移動ベース５７をベース５６上で矢印で示すように移動させる。
【００３３】
この図５の構成では、２つのモーター５４、５４を同時に回転させ光ファイバ１０、２０が近づく方向にこれらの光ファイバ１０、２０を移動させて融着接続した後、これらのモーター５４、５４は停止させてその状態を保つようにし、モーター５８のみを駆動して移動ベース５７を移動させて放電電極（図では省略）に対する光ファイバ１０、２０の軸方向移動を行い、追加の放電加熱を行うことになる。
【００３４】
さらに、図示はしないが、光ファイバ１０、２０は固定したままで、放電電極の方を移動させるよう構成することも可能である。すなわち、放電電極棒を保持する保持機構を図５の移動ベース５７のような移動ベースに取り付けて、融着接続後に放電電極を光ファイバ１０、２０の軸方向に移動させて、追加の放電加熱を行うよう構成するのである。
【００３５】
第４の実施形態について説明する。この実施形態では、まず図６の（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱することにより融着接続した後、追加の放電加熱を行うが、その際に、図６の（ｂ）に示すように偏向電極６０を挿入して放電ビーム４３を、光ファイバ１０側へと偏向させる。これによって放電加熱位置を、融着接続位置から光ファイバ１０側へとずらす。
【００３６】
偏向電極６０は、たとえば図７のように、アルミナ等のセラミックの絶縁基板６１の片面に導電体層６２を設けたものからなる。この導電体層６２は、メッキまたは蒸着などにより形成することができる。そして、溝６３を有する形状に形成されている。この溝６３は、光ファイバ１０（２０）を挿入するためのものである。すなわち、不要時には待避させておいて、必要となったときにこの偏向電極６０を矢印に示すように移動させて溝６３内に光ファイバ１０（２０）が入るようにすることで、光ファイバ１０（２０）の周囲に偏向電極６０を位置させる。
【００３７】
放電ビーム４３は、電子ビームであって負に帯電しているため、導電体層６２をプラスにバイアスすることによって、放電ビーム４３を偏向電極６０側へ引き寄せることができる。このとき導電体層６２と放電電極との間に放電が生じないようにする必要がある。そのため、導電体層６２側の面と反対側の面が放電ビーム４３に対面するようにして、絶縁を図っている。
【００３８】
この偏向電極６０の進退機構は種々に形成できる。たとえば、図８のように、一対のＶ溝ブロック５２・シースクランプ５３（および図示しないが放電電極棒）を覆って保護する風防７０に、この偏向電極６０を上下方向（図の矢印方向）にスライド可能に取り付けて、追加の放電加熱時に下降させるようにする。
【００３９】
さらに、図９に示すように、風防７０に取り付けた偏向電極６０を横方向にもスライドできるようにして、光ファイバ１０、２０の軸方向の任意の位置に偏向電極６０を移動させるようにしてもよい。また、図で示すことはしないが、スライド型の機構のほか、回転型の機構（偏向電極６０の基板６１を回転可能に軸止する機構）を用いて偏向電極６０を進退させるようにしてもよい。
【００４０】
追加の放電加熱時にこのような偏向電極６０を用いて放電ビーム４３を図６の（ｂ）に示すように偏向させることにより、加熱位置を融着接続位置から光ファイバ１０側へとずらすことができるため、たとえば図２の（ｂ）のように、融着接続位置３０から光ファイバ１０側へとずれた位置３１を中心にコア部１１のドーパントを拡散してモードフィールド径を拡大することができる。
【００４１】
また、偏向電極６０の位置をずらして放電ビーム４３の偏向度合いを変化させながら複数回放電加熱を行えば、図２の（ｃ）のように複数の箇所３１、３２、３３を中心にしてコア部１１のドーパントを拡散することができ、しかもその際に放電エネルギーや放電時間を調整して融着接続位置３０から離れるほど加熱量を少なくすれば、比較的長いテーパ状となるように、徐々にモードフィールド径を拡大することができる。
【００４２】
さらに、偏向電極６０の位置をずらして放電ビーム４３の偏向度合いを変化させながら連続的に放電加熱を行い、その際に融着接続位置３０から離れるほど加熱量を少なくすれば、図２の（ｄ）のように位置３１から位置３４までの比較的長い距離において徐々に拡散度を小さくしながら、コア部１１のドーパントを拡散することができる。こうして、光ファイバ１０におけるモードフィールド径を、融着接続位置３０に向けてテーパ状に徐々に拡大させることができる。
【００４３】
なお、放電ビーム４３の偏向度合いを変化させて加熱位置を種々に変えるには、上記のように偏向電極６０そのものの位置をずらすほか、偏向電極６０（導電体層６２）に加えるバイアス電圧を調整することでも可能である。
【００４４】
つぎに第５の実施形態について説明する。この実施形態では、まず図１０の（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを突き合わせ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こし、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱する。そして、それら光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が溶融したとき、図１０の（ｂ）の矢印に示すように光ファイバ１０、２０を突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。このような融着接続のための放電加熱の際に、放電電極４１、４２の間の間隔を光ファイバ（心線）１０、２０の外径の２０倍を超えるような広い間隔としておく。すなわち、通常であれば、融着接続時の放電電極４１、４２の間の間隔は光ファイバ（心線）１０、２０の外径の１２〜１３倍程度が普通であるが、これを上記のような広い間隔に広げておく。これによって融着接続時の放電ビーム４３を拡大させて、加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大する。
【００４５】
また、第６の実施形態では、最初に図１１の（ａ）に示すようにして、最初に述べた第１の実施形態と同様に、モードフィールド径の小さい第１の光ファイバ１０とモードフィールド径の大きい第２の光ファイバ２０とを突き合わせ、放電電極（棒）４１、４２に高電圧を印加してアーク放電を起こし、放電電極４１、４２間のアーク放電ビーム４３によって加熱する。そして、それら光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部が溶融したとき、図１１の（ｂ）の矢印に示すように光ファイバ１０、２０を突き合わせ方向に押し込んで両者の端面を融着接続する。このような融着接続のための放電加熱の際に、２つの偏向電極６０、６０で放電ビーム４３を挟むようにして、これらの偏向電極６０、６０のそれぞれに放電ビーム４３を引き寄せて、放電ビーム４３を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大させる。こうして、融着接続時の加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大する。
【００４６】
この偏向電極６０、６０は図７に示したようなものを用いることができる。２つの偏向電極６０、６０は、絶縁基板６１側が互いに対面し、その間に放電ビーム４３を挟むようにして配置される。
【００４７】
これらの第５、第６の実施形態では、放電ビーム４３が光ファイバ１０、２０上で拡大しており、加熱領域が光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大している。そして、放電ビーム４３による温度分布は、その中心部で高く、周囲に向かうにしたがって低くなるというようなものとなる。そのため、加熱温度が光ファイバ１０、２０が溶融するほどに高くなるのは、両光ファイバ１０、２０の突き合わせ端部のみとなり、その突き合わせ端部から離れれば離れるほど温度は低くなる。
【００４８】
その結果、光ファイバ１０、２０のコア部１１、２１のドーパントの拡散度は、融着接続位置３０（図２）で大きく、その位置３０から離れるほど小さくなる。通常、コア径の細い側の光ファイバ１０はたとえばエルビウムドープ光ファイバなどのコア部１１のドーパントの熱による拡散速度が速い光ファイバであり、コア径の太い側の光ファイバ２０はたとえば一般的な１．５５μｍ帯シングルモード光ファイバであってコア部２１のドーパントの熱による拡散速度が遅い光ファイバであることが多い。したがって、異なるモードフィールド径の光ファイバを接続する通常の場合には、図２の（ｄ）に示すように、コア径の細い側の光ファイバ１０のみにおいてコア部１１を、融着接続位置３０からかなり離れた位置３４より、融着接続位置３０まで緩やかにテーパ状に拡大させ、光ファイバ２０のモードフィールド径に近づけることができる。
【００４９】
このように、コア径の細い側の光ファイバ１０のみにおいてコア部１１を緩やかにテーパ状に拡大させ、そのテーパ長を長くすることができるので、光ファイバ１０、２０を低接続損失で融着接続することができる。しかも、単に、放電電極４１、４２の間隔を大きくしたり、あるいは偏向電極６０、６０を挿入するだけであり、その他は通常の融着接続法と同じであるため、非常に簡便であり、操作が容易であるばかりでなく、装置の構成も簡単になる。
【００５０】
また、図１の（ｂ）のように、光ファイバ１０、２０をその長さ方向に移動させ、あるいは放電電極４１、４２を光ファイバ１０、２０に対しその長さ方向に移動させ、その移動中に融着接続のための放電加熱を行うことによって、融着接続のための加熱領域を光ファイバ１０、２０の長さ方向に拡大させて、融着接続位置近辺の広い範囲で加熱し、突き合わせ端部のみ溶融させ、それ以外の部分でコア部のドーパントを拡散させるようにしてもよい。
【００５１】
なお、上記はこの発明の実施の形態を説明するものであり、具体的な構造などは、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であることはもちろんである。
【００５２】
【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方法によれば、モードフィールド径の異なる２つの光ファイバ同士を、低接続損失で融着接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す模式図。
【図２】融着接続部近辺での両光ファイバの縦断面を示す模式図。
【図３】追加放電加熱位置と追加放電回数に対する融着接続部の通過光パワー特性を示すグラフ。
【図４】光ファイバを移動させる具体的な構造を示す模式図。
【図５】光ファイバを移動させる他の具体的な構造を示す模式図。
【図６】他の実施形態を示す模式図。
【図７】偏向電極を具体的に示す模式図。
【図８】偏向電極の保持機構の具体例を示す模式図。
【図９】偏向電極の保持機構の別の具体例を示す模式図。
【図１０】別の実施形態を示す模式図。
【図１１】さらに別の実施形態を示す模式図。
【図１２】従来例における追加放電時間に対する接続損失特性を示すグラフ。
【図１３】従来例での融着接続部近辺の両光ファイバの縦断面を示す模式図。
【符号の説明】
１０ モードフィールド径の小さい光ファイバ
１１ 細径のコア部
１２、２２ クラッド部
１３、２３ シース
２０ モードフィールド径の大きい光ファイバ
２１ 太径のコア部
３０ 融着接続位置
３１〜３４ 追加の放電加熱中心
４１、４２ 放電電極
４３ アーク放電ビーム
５１ 移動ブロック
５２ Ｖ溝ブロック
５３ シースクランプ
５４、５８ モーター
５５、５９ マイクロメータ
５６ ベース
５７ 移動ベース
６０ 偏向電極
６１ 絶縁基板
６２ 導電体層
６３ 光ファイバ挿入用溝
７０ 風防
Claims (6)
- 互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、該突き合わせ部を挟むように上記光ファイバに実質的に直交する方向で２つの放電電極を対向配置するとともに、その電極間隔を光ファイバに実質的に直行する方向において光ファイバ径の２０倍を超えるほどに広げ、該電極間の放電により上記の突き合わせ部近辺の光ファイバを加熱し、第１の光ファイバのコアのドーパントの拡散範囲を光ファイバ長さ方向に広げて第１の光ファイバのモードフィールド径をテーパ状に拡大させるとともにそのテーパ長の延伸化を図るようにして、上記の両光ファイバを融着接続することを特徴とする光ファイバの融着接続方法。
- 互いに接続すべきモードフィールド径の小さい第１の光ファイバとモードフィールド径の大きい第２の光ファイバのそれぞれ端面同士を突き合わせ、この突き合わせ部を放電加熱して融着接続し、その後、放電加熱位置を第１の光ファイバ側へずらして複数位置で追加の放電加熱を行うとともにこの追加の放電加熱時には融着接続部から離れるほど放電加熱量を小さくし、第１の光ファイバのコアのドーパントを拡散させ、第１の光ファイバのモードフィールド径のみを長手方向に緩やかに拡大することを特徴とする光ファイバの融着接続方法。
- 融着接続部から離れるほど放電エネルギーを小さくして放電加熱量を小さくするようにしたことを特徴とする請求項２記載の光ファイバの融着接続方法。
- 融着接続部から離れるほど放電時間を少なくして放電加熱量を小さくするようにしたことを特徴とする請求項２記載の光ファイバの融着接続方法。
- 融着接続された第１、第２の光ファイバを放電電極に対して相対的に移動させることによって、追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させることを特徴とする請求項２記載の光ファイバの融着接続方法。
- 偏向電極により放電ビームを偏向させることによって追加放電加熱時の加熱位置を第１の光ファイバ側に移動させることを特徴とする請求項２記載の光ファイバの融着接続方法。
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