JP5483738B2 - 光入出射装置及び光入出射方法 - Google Patents
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Description
従来の心線対照作業では、対照を必要とする光線路(光ファイバ)に対し、曲げ装置を用いて曲げを与え、その光線路の上部側に設置した心線対照用光源から出射される信号光を、光カプラを介して光線路に入射し、その光線路の曲げ部分側面から信号光を放射させ、これを受光器で検出して目的とする心線を特定する手法が一般的に用いられている(特許文献1)。また、心線対照用光源を光パルス試験器に置き換えることによって、光カプラを介して光線路の品質検査や故障位置探査を実行している。
本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光入出射装置及び光入出射方法を提供することにある。
(1)第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
(3)第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
本発明の光入射方法を光通信システムの無瞬断切り替えに適用した例について説明する。図1は、本実施形態に係る光入射方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。図1において、1は所内装置、2及び2’は光遮断フィルタ、4は第一の光線路(第一の光ファイバ)、5は所外装置、6は光入出力ポート、7は無瞬断切り替え用光源、8はパルス光、22は無瞬断切り替え装置、9は光入射装置、11は新設光線路(第三の光ファイバ)、12は第二の光線路(第二の光ファイバ)を示す。
次に、光遮断手段(図示せず)を用いて第一の光線路4の信号光を遮断し、その信号光の経路を第一の光線路4から第二の光線路12に移し替える。続いて無瞬断切り替え用光源7から出射されたパルス光8を用いて、第二の光線路12と新設光線路11との光路長差に基づいて双方の光路長が一致するように無瞬断切り替え装置22を制御し、第2の光線路12と新設光線路11を通過する信号光のビット符号が一致するように無瞬断切り替え装置22を制御し、光遮断手段(図示せず)を用いて第二の光線路12の信号光を遮断し、信号光の経路を第二の光線路12から新設光線路11に移し替える。
(S1)光入射装置設置手順では、所定の曲率半径15(図3に示すρ)で保持しつつ光線路4を設置する。
(S2)屈折率整合部材密着手順では、所定の曲率半径15(図3に示すρ)で曲げられた光線路4の曲げにおける凸部の所定の位置(図3に示すA点)に、光線路4の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材13を密着させる。これによって光線路4の側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光8の散乱や乱回折を防止することができる。
ここで、光ファイバ近接手順において、実験的にもっとも効率のよい所定の位置及び所定の角度を3軸ステージを用いて探索する手順を、図3を用いて説明する。
(S4)光入射手順では、入射用光ファイバ14の端面から送出された信号光8を、光線路4の最外被覆の側面から光線路4のコアへ入射させる。このとき、光入射装置9は、光線路4の曲げ部において、光線路4のコアの中心を全て含む平面に入射部における入射用光ファイバ14の中心を結ぶ直線が含まれるように、光線路4と入射用光ファイバ14を接近できるようにしておく。この場合、光線路4のコアへ向けて、信号光8を所定の位置に安定して入射させることが好ましい。
但し、入射用光ファイバ14の端面から出射された信号光8を集光させた信号光のビーム径は、入射用光ファイバ14の端面から所定の距離で光線路4のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。
図3において、入射用光ファイバ14からのビームの中心が通るパスを見ると、ビームの中心は光エネルギーが最も集中しており、ビームの中心で光線の軌跡を代表している。所定の曲率半径ρは、(1)式を用いて算出される入射角ζ3、ζ2、ζ1がいずれもπ/2より小さくなる必要がある。
また、所定の角度ζ3は、光線路4の直線部分E部分を伝搬し、所定の位置A点に到達した信号光8が、光線路4の最外被覆19から出射する角度ζ3を計算することによって特定することができる。なお、所定の角度ζ3は、光線路4を伝搬し、所定の位置A点に到達した光が、光線路4の最外被覆19から屈折率整合部材13中に出射する角度である。
ここで、図4(a)は、光線路4に光入射装置9を設置し、光線路4のもう片端に受光器10を設置した場合の光通信システムを示している。受光器10は、光入射装置9から入射された信号光8”を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
上記信号光は心線対照用光源7”によって送出され、通信光よりも波長の長いFP−LD(Fabry Perot − Laser Diode)、またはDFB−LD(Distributed Feedback Diode Laser Diode)などの光に、270Hz程度の強度変調を加え、信号化したものを用いる。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、光側面入射部9で作る曲げ径を緩和し、通信光に対する曲げ損失を最小限にとどめながら信号光8”を光線路4のコアに効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ2,2’と合わせれば、インサービス状態においても心線対照することができる。
図5は、本実施形態に係る光入射方法を光パルス試験に適用したシステムを示す概略構成図である。光パルス試験においても、心線対照と同様に、まず、試験したい光線路4に光入射装置9を設置する。次に、この光入射装置9を介してパルス試験光8’を光線路4に入射する。
以下に、本発明の実施形態に用いた数値について説明する。所定の位置A点及び所定の角度ζ3の原理について説明する。
以上の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、光線路4の側面からそのコアに、入射用光ファイバ14から送出された信号光8を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
2,2’…光遮断フィルタ
3,3’…光カプラ
4…光線路(第一の光ファイバ)
5…所外装置
6…光入出力ポート
7…無瞬断切り替え用光源
7’…光パルス試験器
7”…心線対照用光源
8…無瞬断切り替え用光源からのパルス光および所内装置からの信号光
8’…光パルス試験器からのパルス試験光
8”…心線対照用光源からの信号光
9…光入射装置
10,10’…受光器
11…新設光線路
12…光線路(第二の光ファイバ)
13…屈折率整合部材
14…入射用光ファイバ(第二の光ファイバ)
15…所定の曲率半径(ρ)
16…入射角(ζ3)
17…方向変化角(δ1+δ2+δ3)
18…曲げ装置
19…光線路(第一の光ファイバ)の最外被覆
20…光線路(第一の光ファイバ)のクラッド
21…光線路(第一の光ファイバ)のコア
22…無瞬断切り替え装置
Claims (4)
- 第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、
第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、
前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、
前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、
前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とし、
前記所定の曲率半径は、(1)式を用いて算出される入射角ζ 3 、ζ 2 、ζ 1 がいずれもπ/2より小さくなる曲率半径ρであり、
前記所定の距離は、(6)式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
2x 1 、2x 2 及び2x 3 は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ 3 、ζ 2 、ζ 1 、ψ 3 、ψ 2 及びψ 1 は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ 1 は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置(C点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ 2 は当該C点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置(B点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ 3 は当該B点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置(A点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
n 1 、n 2 、n 3 及びn 4 は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ 0 は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記A点の直交座標は(Ax,Ay)、上記B点の直交座標は(Bx,By)、上記C点の直交座標は(Cx,Cy)、上記D点の直交座標は(Dx,Dy)であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からA点までの距離であることを特徴とする光入射装置。 - 第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、
前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、
前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から、かつ所定の距離まで近接させる光ファイバ近接手順と、
前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、
前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とし、
前記所定の曲率半径は、(7)式を用いて算出される入射角ζ 3 、ζ 2 、ζ 1 がいずれもπ/2より小さくなる曲率半径ρであり、
前記所定の距離は、(12)式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
2x 1 、2x 2 及び2x 3 は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ 3 、ζ 2 、ζ 1 、ψ 3 、ψ 2 及びψ 1 は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ 1 は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置(C点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ 2 は当該C点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置(B点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ 3 は当該B点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置(A点)までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
n 1 、n 2 、n 3 及びn 4 は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ 0 は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記A点の直交座標は(Ax,Ay)、上記B点の直交座標は(Bx,By)、上記C点の直交座標は(Cx,Cy)、上記D点の直交座標は(Dx,Dy)であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からA点までの距離であることを特徴とする光入射方法。 - 前記光ファイバ近接手順は、
前記所定の位置及び所定の角度で第二の光ファイバを第一の光ファイバに概略突き合わせた後、最も入射率の減少に影響がある高さ方向のz軸の微調整を行い、その後、前記高さ方向と入射用光ファイバから照射される光線方向であるx軸方向の微調整を繰返し、
前記y軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行い、その後、前記y軸を微動させ高さ方向の微調整を行い、x軸の微調整を行う毎に高さ方向の微調整を行うという手順を繰返し、
最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、3軸ステージを用いて探索する手順を、3軸の自動ステージを制御することよって自動的に実行することを特徴とする請求項2記載の光入射方法。 - 前記所定の曲率半径で曲げられた前記第一の光ファイバに、前記第二の光ファイバから前記所定の角度で、前記屈折率整合部材を通過した前記信号光が前記第一の光ファイバの側面上の所定の位置に向けて、前記所定の位置へ入射角ζ3で前記信号光を出射することを特徴とする請求項2に記載の光入射方法。
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