JP3940069B2 - フォトニック結晶ファイバの融着接続方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、これまでの光ファイバにない特性を有するフォトニック結晶ファイバを接続する際の融着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、多様で広帯域なマルチメディアサービスを提供するため、低損失・広帯域という特徴を有する光ファイバが通信網に導入されている。さらに、大容量のデータを高速に伝送するため、種々の光ファイバ構造及び光ファイバシステムが提案されている。これらの中で、図1(a)に示すように、ガラスよりなる光ファイバの中心部付近に多数の空孔を設け、等価的に光ファイバ中心部よりも屈折率を下げることで中心部に光を閉じ込め導波させるフォトニック結晶ファイバと呼ばれる光ファイバが提案されている。
【0003】
この光ファイバは、光ファイバの零分散波長が幅広く変化するため、可視領域での零分散、スポットサイズ制御が可能である等のこれまでの光ファイバと異なった大きな特徴を有している。したがって、これまで光通信で用いてきた1.5μm帯から可視領域までの広波長領域でシングルモード光ファイバとして使用できる等、使用できる波長域の拡大を図ることができる。このため、伝送容量を拡大でき、次世代の光ファイバとして期待されている。さらに、図1(b)に示すように光が導波する部分もガラスではなく、空孔にするタイプのフォトニック結晶ファイバも提案されている。
【0004】
一方、光ファイバの接続する方法としては、融着接続、メカニカルスプライス、コネクタ接続の3つが用いられている。特に、光ファイバ同士を放電により数秒から10秒程度加熱、溶融して接続する融着接続は、低損失・低反射でかつ信頼性が高いことから光ファイバネットワークを構築する際等に広く使用されているが、フォトニック結晶ファイバを低損失で接続するために融着条件の検討がなされた結果、放電融着時間をこれまでの1/10〜1/20程度の0.5秒とすれば低損失で接続できることが既に報告されている。(例えば、非特許文献1参照)。しかし、同報告によれば、前記条件では反射が大きいことも合わせて報告されている。
【0005】
【非特許文献1】
電子情報通信学会 光ファイバ応用技術研究会資料 OFT2002-18 フォトニック結晶ファイバと従来ファイバの接続における巨大フレネル反射の観測とその低減方法
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
フォトニック結晶ファイバの接続にあたり、フォトニック結晶ファイバの特徴を生かして、フォトニック結晶ファイバ同士またはフォトニック結晶ファイバと従来の光ファイバとを低損失・低反射かつ高い信頼性のもとに融着接続することが望まれている。すなわち、フォトニック結晶ファイバを伝送路として用いる場合は、フォトニック結晶ファイバ同士を、低損失・低反射かつ高い信頼性のもとに接続することが要求され、フォトニック結晶ファイバを光デバイスとして用いる場合には、フォトニック結晶ファイバ同士の接続に加えてフォトニック結晶ファイバと従来の光ファイバとを低損失・低反射かつ高い信頼性をもって接続することも要求されている。
【0007】
しかしながら、フォトニック結晶ファイバをこれまでの光ファイバ同様に融着接続装置を用いて融着接続を行うと接続損失が大きくなる。この原因は、フォトニック結晶ファイバを加熱することにより、中心部付近に設けた空孔がなくなってしまい、光ファイバの全断面で屈折率が等しくなってしまうため、導波してきた光を光ファイバ内に閉じ込めることができなくなることに起因している。
【0008】
そこで、上記のように放電融着時間を0.5秒程度とし、低損失での接続を実現したとしても、この条件では反射が大きいという問題が残る。
【0009】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フォトニック結晶ファイバを接続する際、フォトニック結晶ファイバの特徴を生かし、低損失・低反射でかつ信頼性のある接続方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1の発明では、ファイバ端面を斜めに光ファイバの軸と直交する方向に対して5.5度以上の角度で切断し、接続する互いの光ファイバの端面の角度を合わせた状態で軸合わせを行い、融着に際して、放電融着する時間と放電電流の積を、外径125μmのフォトニック結晶ファイバに対して3.0mA・s〜6.5mA・sとすることを特徴とするフォトニック結晶ファイバの融着接続方法をもって解決手段とする。
【0013】
請求項1の発明によると、フォトニック結晶ファイバ同士またはフォトニック結晶ファイバと従来の光ファイバを低損失・低反射かつ高い信頼性で融着接続ができるため、低損失・低反射な伝送路の実現または伝送距離の拡大を図ることができるとともに、フォトニック結晶ファイバの性能を大いに活用できるため、伝送容量の拡大を図ることができる。また、光デバイスとしても低損失・低反射で高信頼性をもったものを実現することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明における数値限定の根拠について、図2に示す実験結果を用いて説明する。なお、図2が示す実験では、融着接続装置は従来のものを用い、図1(a)に示す断面構造を持つフォトニック結晶ファイバを用いて行った。フォトニック結晶ファイバは、中心部付近に約60個の空孔を設けた外径125μmと180μmの外径の異なる2種類のフォトニック結晶ファイバを用い、フォトニック結晶ファイバ同士を融着する時間及び融着する際の放電電流を変えて接続し、その時の接続損失を測定した。なお、図1において、10はフォトニック結晶ファイバ本体、11は空孔、12は光が導波する部分を示す。図1(b)では、光が導波する部分12も空孔である。
【0015】
融着時間が長い場合や融着する際の放電電流が大きい場合(図2の接続損失が大きくなる領域)には、前述したように放電融着加熱した際の熱によりガラスが融け、フォトニック結晶ファイバ10の空孔11がつぶれてしまい、これによって伝搬する光を光ファイバ中心部に閉じ込めることができなくなるため、接続損失の増加をまねく。
【0016】
一方、融着時間が短い場合や融着する際の放電電流が小さい場合(図2の十分な引張強度が得られない領域)には、フォトニック結晶ファイバ10の空孔11がつぶれてしまうことはないが、十分な放電加熱が行われず溶解が不十分なために、所望の強度を得ることができない。また、融着接続後に融着接続装置は、約200gfで接続部のプルーフテストを行うが、3.0mA・s以下で接続したものは、このプルーフテスト時に接続部が破断してしまう等、所望の強度が得られない。このため、融着後の接続部取り扱いを慎重にしなければならず、取り扱い時間を要するにもかかわらず高い信頼性を得ることはできない。
【0017】
しかしながら、図2の実験結果によると、光ファイバの外径が125μmのときは、放電電流×時間の値が6.5mA・s付近を境にして接続損失が急増しており、光ファイバの外径が180μmのときは、放電電流×時間の値が8.0mA・s付近を境にして接続損失が急増している。グラフは両光ファイバとも下に凸であり、接続損失の減少部分では、前記接続損失の急増部分の接続損失値は、放電電流×時間の値が3.0mA・s付近と一致している。したがって、図2から、光ファイバの外径が125μmのときは、放電電流×時間の値が3.0mA・s〜6.5mA・s、光ファイバの外径が180μmのときは、放電電流×時間の値が3.0mA・s〜8.0mA・sであれば、フォトニック結晶ファイバの低損失な接続ができ、所望の強度を得ることができると言える。
【0018】
図3は従来の光ファイバを示しており、30は光ファイバ本体、31はクラッド、32はコアである。図3に示すような従来の光ファイバ30の融着接続では、融着時間×融着する際の放電電流の値は70mA・s〜100mA・s程度であり、前記値よりも1桁以上大きいことがわかる。したがって、これまでの融着接続を微小電流によりフォトニック結晶ファイバに適用するのが効果的であることは想定し難いであろう。
【0019】
さらに、フォトニック結晶ファイバと図3に示す従来の光ファイバとを接続する場合でも、フォトニック結晶ファイバ同士を接続するのと同様に、融着時間が長いときや融着する際の放電電流が大きいときには、融着加熱した際の熱によりガラスが融けた際にフォトニック結晶ファイバの空孔がつぶれ、接続損失の増加をまねく。
【0020】
一方、融着時間が短い場合や融着する際の放電電流が小さい場合には、フォトニック結晶ファイバが十分に溶融せず、十分な強度をえることができないため、融着後の接続部が取り扱いにくく、かつ高い信頼性を得ることができない。
【0021】
しかしながら、本発明は、フォトニック結晶ファイバと図3に示すような従来の光ファイバを接続する場合でも適用可能である。
【0022】
一方、反射を低減するためには、光ファイバを斜めに切断し、前記の融着条件を満足しながら融着接続を行えば、反射光が光ファイバ外に放出されるため、低損失・低反射で融着接続を行うことができる。
【0023】
光ファイバの軸と直交する方向に対する切断角度と反射減衰量の関係は、空気の屈折率n0、光ファイバの屈折率n1、スポットサイズω、伝搬光の波長λ、光ファイバの軸と直交する方向に対する切断角度θ(度)を用いて、
【0024】
【数1】
【0025】
のように表される。図4は、波長が1.3μmの場合と1.55μmの場合の与式を用いた反射減衰量の計算結果をグラフにしたものである。図4からわかるように、反射減衰量は、光ファイバの軸と直交する方向に対する切断角度が大きくなるほど小さくなり、ある任意の角度においては、波長の短い方が反射減衰量は小さい。これは、光ファイバが突き合わされた状態での計算であるが、1.5μm帯における1.55μmの場合では、光ファイバの切断角度が5.5度のとき反射減衰量が40dBとなり、光信号伝送時に問題ないレベルにあると言える。したがって、光ファイバの端面の角度を5.5度以上とし、さらに、光ファイバの外径が125μmのときは、放電電流×時間の値が3.0mA・s〜6.5mA・s、光ファイバの外径が180μmのときは、放電電流×時間の値が3.0mA・s〜8.0mA・sを満たして融着接続を行うと、1.5μm帯から可視領域までの広波長領域において、低損失・低反射のシングルモード光ファイバを実現することができる。尚、反射減衰量は、光ファイバの外径及び放電電流×放電時間の値とは非従属関係にある。
【0026】
本発明は、図1(a)のタイプのフォトニック結晶ファイバだけでなく、図1(b)に示す構造のフォトニック結晶ファイバにも適用することが可能である。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトニック結晶ファイバ同士またはフォトニック結晶ファイバと従来の光ファイバとを低損失・低反射でかつ高い信頼性を保ちながら融着接続を行えるため、低損失な伝送路の実現または伝送距離の拡大を図ることができるとともに、フォトニック結晶ファイバの性能を大いに活用できるため、伝送容量の拡大を図ることができる。また、フォトニック結晶ファイバを光デバイスとして用いる際にも、低損失・低反射で高い信頼性を有したものを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フォトニック結晶ファイバの断面構造を示した図
【図2】 本発明に至った実験結果を示した図
【図3】 従来の光ファイバの断面構造を示した図
【図4】 光ファイバと反射減衰量の関係の計算結果を示した図
【符号の説明】
10…フォトニック結晶ファイバ、11…空孔、12…光が導波する部分、30…従来の光ファイバ、31…クラッド、32…コア。
Claims (1)
- 光ファイバの中心部付近に多数の空孔を設けたフォトニック結晶ファイバを放電により加熱、溶融し接続する融着接続方法において、
ファイバ端面を斜めに光ファイバの軸と直交する方向に対して5.5度以上の角度で切断し、接続する互いの光ファイバの端面の角度を合わせた状態で軸合わせを行い、
融着に際して、放電融着する時間と放電電流の積を、外径125μmのフォトニック結晶ファイバに対して3.0mA・s〜6.5mA・sとする
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバの融着接続方法。
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