JP6513583B2 - 光ファイバ側方入出力装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲げた光ファイバの側方から光を入出力する光ファイバ側方入出力装置及びその製造方法に関する。

光ファイバを切断することなく光信号を前記光ファイバに入出力する技術として、既設の光ファイバ（被入力側光ファイバ）に曲げを与え、この曲げ部位に側面から別の光ファイバ（プローブ光ファイバ）を対向させ、当該プローブ光ファイバの先端部から光信号を入射すると共に、被入力側光ファイバから出射される光信号をプローブ光ファイバの先端部で受光する光ファイバ側方入出力技術が検討されている。

光ファイバ側方入出力装置の製造方法として、第１の関連技術にあるように、凹型ブロックに形成した凹曲面部と凸型ブロックの突出部とにより光ファイバを挟み込むことで光ファイバに曲げ部を形成し、凹型ブロックに形成した空隙部に紫外線硬化樹脂を充填し、空隙部にプローブ光ファイバを挿入して曲げ部に対する位置合わせを行い、最後に空隙部内の紫外線硬化樹脂に対し紫外線光を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させてプローブ光ファイバを固定する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

しかしながら、第１の関連技術で示された方法では、プローブ光ファイバを固定後、入出力効率が劣化してしまう問題がある。入出力効率の劣化の理由は、第２の関連技術に示されるように、プローブ光ファイバが数μm程度ずれるだけで入出力効率が著しく劣化してしまうため、紫外線硬化樹脂が硬化する過程での収縮によりプローブ光ファイバが最適位置からずれてしまうからである（例えば、非特許文献１を参照）。

特開２０１５−５７６２８「光ファイバ側方入出力装置の製造方法」、日本電信電話株式会社

「ローカル光入出力器のプローブファイバ位置固定精度に関する検討」，川野 他，信学技報，ＯＦＴ，光ファイバ応用技術１１４（２６９）， ２９−３２， ２０１４−１０−１６． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｈｎｏｈａｎｄｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｕｍ−ｔｕｌａ．ｈｔｍｌ

そこで、本発明の目的は、光ファイバ側方入出力装置において、入出力効率の劣化なくプローブ光ファイバの位置固定を行うことを可能とする光ファイバ側方入出力装置の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、推定したずれ方向に推定したずれ量だけプローブ光ファイバを移動させて、紫外線を照射させることで、紫外線硬化型樹脂が硬化した時にプローブ光ファイバを最適位置に固定することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、プローブ光ファイバの先端をブロック化することで接触面を拡大させたプローブ光ファイバを、紫外線硬化樹脂を充填した光ファイバ側方入出力装置の凹型ブロックのプローブ光ファイバ嵌合部分に嵌合させ、プローブ光ファイバを結合効率が最大になるように位置合わせを行う。

具体的には、本発明に係る光ファイバ側方入出力装置は、
凹曲面部を有する凹型ブロックと、
突出部を有し、側方から光を入出力する曲げ光ファイバを前記凹型ブロックの凹曲面部と前記突出部で挟み込む凸型ブロックと、
前記曲げ光ファイバと光の入出力を行うプローブ光ファイバを保持し、前記プローブ光ファイバの光軸方向を規定して前記凹型ブロックに固定可能な固定ブロックと、を備える。

具体的には、本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法は、
本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法であって、
プローブ光ファイバを固定ブロックで光軸方向の位置を規定して固定しプローブ光ファイバブロックを形成する形成工程と、
前記プローブ光ファイバブロックと、凹型ブロックの底面及び側面とが接する接触面に接着剤を塗布し、予め決定した調整値に応じて前記プローブ光ファイバブロックを配置し、前記接着剤で前記プローブ光ファイバブロック及び前記凹型ブロックを固定する固定工程と、を行う。

本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法では、
前記接着剤は、
紫外線硬化樹脂を用いてもよい。

本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法では、
光ファイバを凹型ブロック及び凸型ブロックで挟み込み曲げ光ファイバを形成する曲げ工程と、
前記曲げ光ファイバ及び前記プローブ光ファイバ間で入出力する光信号の結合効率が最大となるように予め推定した調整値に応じて、位置ずれ方向の逆方向に前記プローブ光ファイバを配置するとともに前記紫外線硬化樹脂を塗布する配置工程と、
前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して固定化する照射工程と、を行ってもよい。

本発明に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法では、
前記プローブ光ファイバが位置ずれした場合において、前記曲げ光ファイバ及び前記プローブ光ファイバ間の結合効率の低下量を測定する測定工程と、
前記プローブ光ファイバを結合効率が最大となるように調心し、前記配置工程で塗布した前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して固定化する照射工程と、
結合効率の低下量からプローブ光ファイバのずれ量を調整値として推定する推定工程と、を行ってもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、推定したずれ方向に推定したずれ量だけプローブ光ファイバを移動させて、紫外線を照射させることで、紫外線硬化型樹脂が硬化した時にプローブ光ファイバを最適位置に固定することができる。また、固定時の位置ずれ方向および位置ずれ量を推定し、逆方向に補正することで、入出力効率の劣化なくプローブ光ファイバの位置固定を行うことができる。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の上面図の一例を示す。 本実施形態に係る単心線の被曲げ光ファイバを備える光ファイバ側方入出力装置の側面図の一例を示す。 本実施形態に係る４心テープファイバを備える光ファイバ側方入出力装置の側面図の一例を示す。 本実施形態に係る凸型ブロックの構成図の一例を示す。 本実施形態に係る凹型ブロックの構成図の一例を示す。 本実施形態に係る単心線の被曲げファイバを用いてブロック化した上面図と側面図の一例を示す。 本実施形態に係る４心テープファイバの被曲げファイバを用いてブロック化した上面図と側面図の一例を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の構成条件の一例を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の構成条件の一例を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の上面図と側面図の一例を示す。 最適位置からのＺ軸方向のずれ量μｍと結合効率の低下量ｄｂとの関係を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置における結合効率の測定方法の一例を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置におけるプローブ光ファイバの固定化の一例を示す。 本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置におけるプローブ光ファイバの固定結果の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の上面図を図１に示す。光ファイバ側方入出力装置は、凹型ブロック１１と、凸型ブロック１２と、紫外線硬化樹脂１４と、固定ブロック１５と、プローブ光ファイバ１６と、を備える。光ファイバ側方入出力装置の具体的な機能を以下に説明する。

光ファイバ側方入出力装置では、凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２を用いて、被曲げ光ファイバ１３を挟み込むことで所望の曲げ形状を形成する。凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２には、所望の曲げ形状となるように曲面部を有する。凹型ブロック１１は、ブロック化されたプローブ光ファイバ１６を設置するためのザグリを有する。ザグリは、固定ブロック１５との嵌合部分となる。ザグリは、推定したずれ方向及び量だけ固定ブロック１５を移動可能である。

凹型ブロック１１には、使用波長帯域において透明であるアクリルやポリカーボネートをはじめとした光学プラスチックや石英ガラス、かつ紫外線硬化樹脂１４で接着可能である材料を用いることが望ましい。ブロック化されたプローブ光ファイバ１６は被曲げファイバ１３からの漏洩光を最も多く受光できる位置に設置し、紫外線硬化樹脂１４により凹型ブロック１１の底面に固定する。

紫外線硬化樹脂１４は、図１のようにブロック化されたプローブ光ファイバ１６と凹型ブロック１１の側面の間、およびブロック化されたプローブ光ファイバ１６と凹型ブロック１１の底面の間にのみ充填（塗布）する。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の側面図を図２及び３を用いて説明する。図２は、単心線の被曲げ光ファイバ１３を備える光ファイバ側方入出力装置の側面図を示す。図３は、４心テープファイバの被曲げ光ファイバ１３を備える光ファイバ側方入出力装置の側面図を示す。

図２及び３に示す光ファイバ側方入出力装置は、凹型ブロック１１と、凸型ブロック１２と、被曲げ光ファイバ１３と、紫外線硬化樹脂１４と、固定ブロック１５と、プローブ光ファイバ１６と、ガイドレール１９と、土台２１と、を備える。図２及び３に示す光ファイバ側方入出力装置を以下に説明する。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置では、凹型ブロック１１には被曲げ光ファイバ１３を所定の高さに導くように予め案内溝が設けられている。これにより、プローブ光ファイバ１６を凹型ブロック１１に固定した後も、被曲げ光ファイバ１３とプローブ光ファイバ１６の高さ方向の軸を一致させることができる。凹型ブロック１１の底面に隣接したガイドレール１９により、凸型ブロック１２は図の左右方向に可動であり、被曲げ光ファイバ１３を挟み込んだり、開放することができる。

図３に示すように、被曲げ光ファイバ１３が４心テープファイバの場合は、プローブ光ファイバ１６を所定の間隔で４本配置した４心ファイバアレイを凹型ブロック１１に固定する。紫外線硬化樹脂１４は、図２及び３のように固定ブロック１５を用いてブロック化されたプローブ光ファイバ１６と凹型ブロック１１の側面および底面の間にのみ充填する。

これにより、紫外線硬化樹脂１４の収縮によるプローブ光ファイバ１６の位置ずれが高さ方向およびプローブ光ファイバ１６の長手方向(図中右方向)のみと考えてよくなり、調整値として用いる位置ずれ方向および位置ずれ量の推定が容易になる。凹型ブロック１１の底面とブロック化されたプローブ光ファイバ１６の隙間の高さ方向の長さは短いほうが望ましい。これは、短いほうが紫外線硬化樹脂１４の硬化収縮による位置ずれ量を低減できるからである。なお、紫外線硬化樹脂１４は光透過率が高く、硬化収縮率が小さいものが望ましい。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置における凸型ブロック１２及び凹型ブロック１１の構成図をそれぞれ図４及び５を用いて説明する。図４は、凸型ブロック１２の上面図として（ａ）に示し、単心線の被曲げ光ファイバ１３を用いる場合の側面図として（ｂ）に示し、４心テープファイバの被曲げ光ファイバ１３を用いる場合の側面図として（ｃ）に示した。図５は、凹型ブロック１１の上面図として（ｄ）に示し、側面図として（ｅ）に示した。

固定ブロック１５を用いたプローブ光ファイバ１６のブロック化について、図６及び７を用いて以下に説明する。図６はプローブ光ファイバ１６が単心線の場合における上面図（ｆ）と側面図（ｇ）を示し、図７はプローブ光ファイバ１６が４心テープファイバの場合における上面図（ｈ）と側面図（ｉ）を示す。以上に示した固定ブロック１５を用いてプローブ光ファイバ１６をブロック化することで、紫外線硬化樹脂１４との接触面を多くすることで強度を向上させ、またプローブ光ファイバ１６自体の補強することができる。

ここで、本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の製造方法を説明する。
１：固定時の位置ずれ方向および位置ずれ量を推定する。
２：１で推定した位置ずれ方向の逆方向に、推定した位置ずれ量だけ位置ずれさせた状態で紫外線硬化樹脂１４を固定する。
これにより、固定後プローブ光ファイバは紫外線硬化樹脂１４の収縮により結合効率が最大となる最適な位置に移動し、結合効率の劣化の小さい装置を製造可能である。

以下に固定時の位置ずれ方向および位置ずれ量の推定方法を説明する。
１．被曲げ光ファイバ１３を凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２で挟み込み曲げを形成する。
２．ブロック化したプローブ光ファイバ１６を結合効率が最大となるように位置合わせを行う。
３．プローブ光ファイバ１６がずれうる方向へ位置ずれした時の結合効率の低下量を測定する。
４．プローブ光ファイバ１６を結合効率が最大となるように位置合わせし、紫外線硬化樹脂１４を照射して固定化する。
５．結合効率の低下量からプローブ光ファイバ１６のずれ量を推定する。

（実施形態２）
本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置の具体的な構成条件の一例を図８及び９を用いて以下に説明する。凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２の曲面部の曲げ半径および角度は、１．８２５ｍｍ、９０度とする。被曲げ光ファイバ１３には、直径０．２５ｍｍの単心線を用いる。凹型ブロック１１の材料はポリカーボネートを用いてもよい。凹型ブロック１１に備わるザグリは、固定ブロック１５に保持されているプローブ光ファイバ１６の光軸方向が維持されるよう、プローブ光ファイバ１６の光軸と垂直な平坦面を有する。図８中におけるザグリの平坦面の角度θは、例えば３７度とする。

プローブ光ファイバ１６は、単一モードファイバの先端に屈折率分布型レンズが接続されたものを用いており、レンズ径０．１２５ｍｍ、ビームウエスト径２５μｍ、ビームウエスト距離１ｍｍのものを用いた。固定ブロック１５として機能するプローブ光ファイバ補強用ブロックにはアクリルを用いた。図９に示すように、補強用ブロックと凹型ブロック１１底面との間隔は０．５ｍｍになるよう設計した。紫外線硬化樹脂１４には、光透過率９２％、硬化収縮率４％のものを用いた。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置におけるプローブ光ファイバ１６の固定時の位置ずれ方向及び位置ずれ量の推定についてそれぞれ図１０及び１１を用いて以下に説明する。図１０には、光ファイバ側方入出力装置の上面図として（ｊ）に示し、側面図として（ｋ）に示した。

位置ずれ方向の推定について、本実施形態として挙げている光ファイバ側方入出力装置では、補強ブロックの位置ずれ方向はＺ軸の負の方向であるとみなしてよい。なぜなら、ＵＶ硬化樹脂がＹ軸方向に対して左右対称となるように充填されている点と、Ｘ方向については補強ブロックを凹型ブロックの側面に１０μｍ以下となるように十分近づけているため、収縮量は０．１μｍであり無視できる点と、が挙げられる。

また、φ方向についても凹型ブロックの側面と補強ブロックは垂直になるように設計されているため変動せず、紫外線硬化樹脂１４は硬化後収縮するためＺ軸の負の方向に変動する点があるためである。

図１１には、最適位置からのＺ軸方向のずれ量μｍと結合効率の低下量ｄｂとの関係を示した。図１１は、位置ずれ量の推定において、固定前に位置ずれ方向（本実施形態ではＺ軸方向）へ位置ずれさせたときの結合効率の低下量を測定した。測定後、結合効率が最大となる位置にプローブ光ファイバ１６を調心し、紫外線光を照射し、紫外線硬化樹脂１４を硬化させて固定化した。

その結果、固定後の結合効率は、固定前と比較して１．８ｄＢ程度低下した。結合効率の低下量が１．８ｄＢであるため、図１１に示すように、Ｚ軸方向に―６μｍ変位したと推定できる（紫外線硬化樹脂１４の硬化収縮率をもとに算出した変位量は−６．８μｍであり、計算結果ともほぼ一致する）。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置における結合効率の測定方法の一例を図１２を用いて以下に説明する。図１２における光ファイバ側方入出力装置において、被曲げ光ファイバ１３端には光源２２が接続され、プローブ光ファイバ１６にはパワーメータ２３が接続されている。図１２に示すようにプローブ光ファイバ１６を動かし、パワーメータ２３で受光する光のパワーが最大となるように調心する。調心方法は、市販の超音波リニアアクチュエータなどを用いることで１μｍ程度の分解能でプローブ光ファイバを動かす。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置におけるプローブ光ファイバ１６の固定化について図１３を用いて以下に説明する。図１３に示すように、上述で推定した位置ずれ量をもとに、新たな凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２およびブロック化したプローブ光ファイバ１６を用意し、補強用ブロックをＺ軸方向に＋６μｍだけ位置ずれさせた状態で紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂１４を硬化させて固定化する。

Ｚ軸方向に＋６μｍ位置ずれさせると、凹型ブロック１１の底面から補強用ブロックの間隔が６μｍ増加し５０６μｍとなり、硬化収縮による位置ずれが増加すると考えられるが、硬化収縮による位置ずれ量は間隔が５００μｍの場合と比べて０．１μｍ以下であるため、無視できる。

本実施形態に係る光ファイバ側方入出力装置におけるプローブ光ファイバ１６の固定化結果について図１４を用いて以下に説明する。プローブ光ファイバ１６の固定の結果、固定後の結合効率は、最適位置に調心したときと比較して低下量が０．１ｄＢ以下であった。本実施形態の製造方法により製造した光ファイバ側方入出力装置で結合効率を１０回測定した結果、平均値は、最適位置に調心したときの結合効率とほぼ同等であった。

具体的には、図１４は、固定化中（紫外線照射中）の結合効率の時間推移を示す。図１４中の「Ａ．」では、紫外線硬化樹脂１４の硬化と共にＺ軸方向に―６μｍ移動するため最適位置に戻り、最適位置に調心したときの結合効率に収束している。また、図１４中の「Ｂ．」では、Ｚ軸方向に＋６μｍ移動させたときの結合効率を示す。

なお、上述した本実施形態は、一例である。凹型ブロック１１及び凸型ブロック１２の寸法や材料、プローブ光ファイバ１６により、位置ずれ量や方向が異なるが、実施形態と同様の手順および方法で固定化可能である。４心テープファイバでも実施形態と同様の手順および方法で固定化可能である。紫外線硬化樹脂１４以外の接着剤においても適用可能である。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：凹型ブロック
１２：凸型ブロック
１３：被曲げ光ファイバ
１４：紫外線硬化樹脂
１５：固定ブロック
１６：プローブ光ファイバ
１９：ガイドレール
２１：土台
２２：光源
２３：パワーメータ

Claims (4)

1. 凹曲面部及びザグリを有する凹型ブロックと、
   突出部を有し、側方から光を入出力する曲げ光ファイバを前記凹型ブロックの凹曲面部と前記突出部で挟み込む凸型ブロックと、
   前記曲げ光ファイバと光の入出力を行うプローブ光ファイバを保持し、前記プローブ光ファイバの光軸方向を規定して前記凹型ブロックの前記ザグリに嵌合される固定ブロックと、
   を備え、
   前記凹型ブロックの前記ザグリは、前記プローブ光ファイバの光軸方向に平行な底面及び前記プローブ光ファイバの光軸方向に垂直な平坦面を有し、
   前記固定ブロックは、先端が前記平坦面に突き当てられ、
   前記プローブ光ファイバの光軸方向において、前記固定ブロックの両側に接着剤が均等に充填されていることを特徴とする光ファイバ側方入出力装置。
2. 請求項１に記載の光ファイバ側方入出力装置の製造方法であって、
   前記プローブ光ファイバを前記固定ブロックで固定しプローブ光ファイバブロックを形成する形成工程と、
   前記ザグリの底面に対して垂直な方向の前記プローブ光ファイバブロックの位置ずれに対する、前記曲げ光ファイバ及び前記プローブ光ファイバ間の結合効率の低下量の関係を測定する測定工程と、
   前記ザグリの底面に対して垂直な方向において、前記結合効率が最大値となるように前記プローブ光ファイバブロックの最適位置を決定する調心工程と、
   前記プローブ光ファイバの光軸方向において、前記固定ブロックの両側に前記接着剤を均等に充填して硬化させる硬化工程と、
   前記結合効率を再度測定して前記最大値からの低下量を測定し、該低下量と前記関係とから前記接着剤の硬化に伴う前記位置ずれを検出し、該位置ずれを調整値として推定する推定工程と、
   を行うことを特徴とする光ファイバ側方入出力装置の製造方法。
3. 他の前記プローブ光ファイバブロックと、他の前記凹型ブロックが有する前記ザグリの底面及び平坦面とが接する接触面に前記接着剤を塗布し、前記最適位置から前記位置ずれの方向と逆方向に前記調整値だけずらした位置に前記プローブ光ファイバブロックを配置する配置工程と、
   前記接着剤を硬化させて前記プローブ光ファイバブロック及び前記凹型ブロックを固定する固定工程と、
   をさらに行うことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ側方入出力装置の製造方法。
4. 前記接着剤は、
   紫外線硬化樹脂であり、
   紫外線を照射することで前記紫外線硬化樹脂を硬化することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ側方入出力装置の製造方法。

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