JPH01501820A - 光ファイバの接続部の形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバの接続部の形成 発明の技術分野 本発明は溶融した光フアイバ接続部の形成、特に双円錐型のテーパーを有する接 続部の形成に関し、又、形成工程の最適な制御・管理手法に関する。

背景技術 溶融した双円錐型テーパーの光ファイノくの接続部を形成する通常の技術は、２ 本以上の光ファイｔｓ、Ｉの各セグメントを横並びに密接に配置し、該セグメン トをこれが軟化・融着するのに充分な温度まで加熱するステップを含む。加熱さ れた光ファイバは次に長手方向に引き伸ばされ、これによってそれぞれの溶融フ ァイバが双円錐型のテーノく−となり、接続部を形成する。これらのステップの 典型的なものはＡｂｅｂｅ　Ｉこ付与された米国特許４，６１２．０２８に開示 されている。

発明の概要 本発明の目的は、上述の光ファイノく接続のための公知技術の改良を提供するこ とにあり、例えば）＜ワー損失やカップリングファクタ（ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｆ ａｃｔｏｒ）の許容限度について、現在の市場での基準を向上させるものである 。

本発明は、接続部の形成工程中での光ファイノくの張力を連続的に監視し、該張 力の検出結果に基づいて、一つ以上の工程変数を制御することからなる。本発明 の第１実施態様によれば、制御された補助的な予備加熱によって、光ファイバの 溶融と牽伸のための条件が改善される。広義には、本発明はその第１態様におい て、マルチモードの双円錐型テーパーの接続部に限定されない融着された光ファ イバの接続部を形成する方法を提供し、これは、 光ファイバの各セグメントを予備加熱してそれぞれの捩じれ応力を緩和し、 該予備加熱されたセグメントを互いに密接に横並びに配置した状態で、各セグメ ントが互いに融着するのに充分な温度まで加熱するステップを含む。

好適実施例においては、本発明の第１態様は、マルチモードの双円錐型テーパー の接続部に限定されない融着された光ファイバの接続部を形成する方法を提供し 、これは２本以上の光フアイバセグメントに長手方向の好ましくは実質的に同一 の張力をかけて配列し、 該緊張された光フアイバセグメントを軟化するのに充分な温度まで予備加熱し、 該セグメントの非弾性的伸張によって前記張力を実質的に緩和し、 前記セグメントが冷却された後、該セグメントを再び緊張させ、密接して横並び に配列した状態で該セグメントが互いに融着するのに充分な温度まで加熱するス テップを含む。

初期加熱ステップは融着加熱ステップに先立って捩じり応力を緩和するのに役立 つものと信じられている。光ファイバ中に以前から存在する緩和されない捩じり 応力は、接続部における予測不能な過剰なパワー損失をもたらし、そして特にそ のカップリングファクタの予測不能な過剰な許容限界をもたらす。

光ファイバの張力は連続的又は周期的に監視され、予備加熱時に該張力が実質的 に０に低下した時点を検出し、その時点で予備加熱が中止され、光フアイバセグ メントは冷却される。冷却の度合は周囲の環境によって異なるが、環境温度と同 じである必要はない。冷却は一般的には環境温度より高い中間温度であることが 普通である。

光フアイバセグメントは相互に加熱されることによって前述の密接した状態にさ れることが最も望ましい。

本発明の第２態様は、溶融した光フアイバ接続部を形成するための方法であって 、これは 横並びに密着するように配列された２本以上の光フアイバセグメントを加熱し、 各セグメントの張力と温度を直接又は間接的に監視し、該張力が所定のしきい値 まで低下した時点で、セグメントの温度を前記しきい値まで張力が低下した時の 温度より所定の度数だけ高い、前記セグメントが互いに融着するのに充分な温度 まで上昇させる各ステップを含む。

この方法は、その後で、前記セグメントの温度を前記所定の張力しきい値におけ る温度に維持又は低下させ、次いで加熱された光ファイバを長手方向に伸張し、 各溶融ファイバを双円錐型のテーパーとなるようになし、それによってこの種の 接続部を形成するステップを含むこと力＜女子ましし）。

本発明は、溶融した光ファイノくの接続部を形成するための装置を提供し、該装 置は、 ２本以上の光フアイバセグメントを緊張させて配夕１］するための保持手段、 該緊張セグメントを加熱する手段、及び前記加熱手段と保持手段を作動させて緊 張セグメント力ト化させるのに充分な温度まで予備加熱し、これ１こよってセグ メントの非弾性的伸張による前記張力の実質的？、（緩和を生じさせ、該セグメ ントが冷却された後、これを横並び１こ密着させた状態で再び緊張させてセグメ ント力（互ｌ、）１こ融着するの１こ充分な温度まで加熱するために接続された 缶制御手段を　具えている。

本発明の更に別の装置は、溶融した光ファイノ＜１妾続部の形成装置であって、 ２本以上の光フアイバセグメントを緊張して配夕１」する手段、該緊張セグメン トを加熱する手段、 前記各セグメントの張力と温度を直接又！ま間接的に監視する手段、並びに 前記監視手段に呼応し、前記加熱手段を缶ｕ御するため１こ接続された制御手段 を具え、 前記制御手段は、セグメントの張力力（所定のしきし）値まで低下した場合に、 加熱手段がセグメントの温度を上昇させ続け、その張力が前記しきい値まで低下 した時点の温度より所充分な温度まで達せしめる。

前述の装置における制御手段は、いずれもコンピュータによる制御手段であるこ とが望ましい。

検出された光ファイバの張力に対応した溶融加熱の制御は、接続部のパラメータ の均一性を基準値に接近させ、本発明方法の信頼性を改善する。これは、光フア イバ中の張力が粘性等の光ファイバの物理的特性の軸方向の変動を考慮に入れた ものであり、観測された炉内温度や光ファイバの温度にのみよるものでないこと に起因して生じるものと思われる。所与の接続部の特性を与える最適溶融温度は 、光ファイバの長さ方向にわたって変化している。

光フアイバ内の張力の監視は、適宜なストレス・ストレーンゲージを用いて行う ことができる。これらのゲージは該ゲージからフィードバックされた張力信号に 応じて加熱手段を制御するようにプログラムされた前述のコンピュータに接続さ れていることが好ましい。

各光ファイバの張力は、別々に検出され、制御されてもよい。

光フアイバセグメントは相互に加熱されることによって密接して配列されること が最も好ましい。

図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照して更に詳細に説明されよう。

第１図は本発明の装置の模式的な平面図、第２図は第１図の２−２線に沿う断面 図であって、ヒータアセンブリを示し、 第３図は第２図の３−３線に沿う断面図で、炉の詳細を示し、 第４図は光ファイバの把持、緊張、伸張のためのユニットの平面図、 第５図は第４図のユニットの側面図、 第６図は第１図の装置用のコンピュータ制御機構の側面図である。

発明を実施するための最適モード 図示された装置１０は、細長い中空の筒状の炭素製の炉１２を具えたヒータアセ ンブリ１１　（第２図、第３図）、各スライドガイド１５．１７上に設けられた ねじ１９．２１によって炉１２の軸に垂直に直線的に可動なりランプユニット１ ４．１６、ねじ１９．２１を作動させるステップモータ１８．２０、光フアイバ 伸張ユニット２２，２４、光ファイバの張力を測定するための装置２３、及び前 記把持ユニット１４と連携するクランプ回転装置１４を具えている。

クランプユニッ）１４．．１６は、それぞれ溝３１を具えたプラテン３０を有し 、該溝３０は、装置の使用時に一対の光ファイバ８．９がクランプユニット１４ ．１６の間に０．５〜１、０　ｍｍの初期間隔を以て把持される際に、これらを 受け入れて位置決めする機能を有する。光ファイバは押しつけられて回動可能な パッドプレート３３によって把持される。クランプユニット１４は駆動機構２６ によって回転せしめられ、光ファイバを相互の周囲に例えば１回巻きつけて加熱 する。従って、クランプ１４．１６及び駆動機構２６は光ファイバを横並びに密 着させた状態で保持する手段を構成する。駆動機構２６は、個々の光ファイバに 撚りを与えることなしに相互の周囲に光ファイバを巻きつけるように設計されて いる。これについては後で詳述する。

クランプユニツ）１４．１６を炉１２の軸に平行に互いに離れる方向に均等に移 動させて、双円錐型接続部を形成するステップにおいて光ファイバを伸張するた めに、伸張ユニット２２．２４が設けられている。この伸張ユニットは、装置の 作動時に、クランプユニット１４．１６と関連しているストレーンゲージのブリ ッジ等の張力監視装置２３と連携して、第２図と第３図には、ヒータアセンブリ １１が詳細に図示されている。該アセンブリは４つの主たる部分からなるハウジ ング４０を具えている。これらの主たる部分とは、グラファイトフェルト製の環 状断熱コア４４、一対の環状電極４６゜４７、及び外側取付はリング４８である 。リング４８はコア４４の周囲に延在し、両者は電極４６．４７に間に挟まれて 、アセンブリのだめの安定した台座となるような形状をなしている（第２図）。

このアセンブリは、電極をリング４８に固定するための複数のねじ４５によって 維持され、該電極は全体的に相互にそしてコアとリングに対して、適宜な絶縁プ レートと隔壁４３によって、又ねじ４５の周囲の絶縁スリーブ４３ａによって、 電気的に絶縁されている。

ハウジング４０はその中心に炉１２を収容する空洞４２を有している。電極４６ ．４７の孔は内向きに傾斜し、炉を軸対称の位置に固定する導電性の銅製くさび ４９と補完的な形状をなしている。くさび４９は押し込まれ、ねじ４９ｂによっ て保持された端部プレート４９ａによって電極に取付けられる。くさび４９は加 熱の際に炉の熱膨張を許容する。

均質な固体からなるチューブ状のカーボン炉１２は、冷媒供給用導管の外套６２ を経て適宜な電力供給手段６０から供給される電流によって加熱される。電流は 、一方の電極４６を介して関連するくさび４９．炉１２．他方のくさび４９及び 電極４７へと流れる。

炉１２の軸は、いわゆる煙突効果によって粒子などの汚染物質が光ファイバに付 着しないように、垂直方向よりも菌量のように水平に設置されることが望ましい 。

炉１２の中空状の内部空洞１３は軸対称をなす円形断面を有し、両クランプユニ ットの間の空間に対して、互いに整合している一平面状のスロワ）５０，５１． ５２　（第２図）によって横方向に開放されている。これらのスロットはそれぞ れ類１２．絶縁コア４４．外側取付はリング４８に設けられている。更に、空洞 １３は端部が開放され、端部プレート４９ａの孔と整合し、これによってヒータ アセンブリを見通せる明瞭な軸方向の線が形成されている。

炉１２は、実質的に軸対称であると共に、中心点に関して長手方向にも対称とな るような内部空洞１２内の温度プロフィルを持っている。この中空内部の好まし い温度プロフィルは、炉の中心領域に単一のピークを有する均一な温度域を示し 、中心領域よりも大きい規定された領域内で急激な温度降下勾配を示す。更に詳 しくは、本出願人の関連国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ８７１００３７４を参照され たい。勾配の傾斜は、炉の孔にグラファイト製の孔あきプラグ６５を設置するこ とによって更に助長される。

アセンブリ１１は炉１２内の光ファイバの温度を検出するための温度計１１０（ 第２図）を設置するための孔６６を有すると共に、加熱・伸張の際に窒素等の不 活性ガスを空洞４２や炉の内部空洞１３に導入するためのダクト６８とポート６ ９をも具えている。このガスはグラファイト製の炉を最適状態で作動させるのに 必要なものであり、前述のように炉の内面を熱分解するために周期的にメタン等 のガスと交換されてもよい。電極４６．４７は符号７０で示される内部冷媒用チ ューブを具え、冷媒は導管６２を経て循環する。

第４図と第５図にはクランプユニット１６の詳細が示され−ている。溝３１ａ、 ３１ｂを具えた一対のプラテン３０゜３０°が、一対のステンレス製のプレート ３４によって各取付はブロック３２．　３２’　に固定されている。プレート３ ４は平板３５とねじ３５ａによって保持されている。プレート３４は垂直面内に あり、前述のストレーンゲージ２３を担持している。プラテン３０の動きは、ブ ロック３２に設けられた止め金１３０，１３１とプラテンに設けられた耳１３２ との係合によって限定される。

プラテン３０．３０”上には三つのスチールプレート３３゜３３°、３３”の下 側に設置され、これらが両方の光ファイバと２本の光ファイバのそれぞれを把持 するように構成されている。プレート３３．３３’　、３３″は、マグネ・ノド ３７によって各光ファイバに対して保持されている。溝３１ａ。

３１ｂはＶ字型をなし、光ファイバの断面の約半分をプラテン表面の上方に残す ような寸法を有している。

ブロック３２．３２’　は共通のバックプレート３８上に取付けられ、光ファイ バの方向に沿って平行にスライド可能である。これらのスライド運動は、フィン カリブ３９の回転によって行われ、これによって各光ファイバが個々に緊張せし められたり、張力を調整されたりする。ノイ・ツクプレート３８は、ねじ７４上 を光ファイバに平行に、且つねじ２１上を光ファイバに垂直に均等に移動し得る キャリ・ソジ７２の一部をなしている。ねじ７４はモータ７６によって駆動され 、これらの各部品は伸張ユニットを構成する。

この装置を使用して光ファイバの双円錐型溶融接続部を形成する場合、ゲルマニ ウムをドーピングされた特定長さのマルチモードのシリカファイバ等の一対の光 コアイノ＜８．９は、先ず、各セグメントのコーティングを剥がされてその表面 クラッドを露出せしめられる。このクラッドはぶつ化水素酸の浴に浸漬する等の 公知の技術によって、これらのセグメントの全体または一部のクラッドの厚さを 減らすようにすることが好ましい。光ファイバはそれからメタノール浴やスポン ジによって磨かれ、スロット５２の前方又はこれと同一線上にあるクランプユニ ット１４．１６によって、例えば２００ｋＰａの実質的に同一な張力でしっかり と保持される。

次いでステップモータ１８．２０が作動してねじ１９゜２１を回転させ、これに よってクランプ１４．１６がガイド１５．１７に沿って矢印５８の方向に等速度 で動かされ、スロワ）５２．５１．５０を経て光ファイバを炉の空洞１３の中心 に向けて移動させる。この位置は第１図に一点鎖線で示され、光フアイバセグメ ントの中心は炉の空洞の長手方向の温度プロフィルの中心に一致していることが 望ましい。

炉が作動すると、クラッドを落とされたセグメントに熱が加えられ、その温度が 上昇してセグメントを軟化するのに充分な程度となるので、該セグメントの非弾 性的伸張によってセグメント内部の張力が実質的に緩和される。この温度は、ス トレーンゲージ２３によって連続的に検出された長手方向の張力が実質的に０と なるまで上昇する。

光ファイバの張力がＯになるとヒータは不作動となり、セグメントは温度計１１ ０によって検出される所定の低温まで冷却される。その後、セグメントは、伸張 ユニット２２゜２４を一時的に作動させることによって最初の張力状態と同じ値 まで再緊張され、そして回転器２６の作動によって軽く加熱されて、相互に密着 した状態に横並びに配列される。

加熱されて密着したセグメントは、次に、二度目の加熱を受けて軟化し、約１ｃ ｍ程度の溶融長さにわたって公知のやり方で融着するのに充分な温度まで昇温せ しめられる。必要な温度は１６００℃以上である。最高の加熱温度は、光ファイ バの張力を監視することによって決められる。張力が例えば初期値の０．４まで 低下した後、セグメントの温度は、張力が初期値よりも０．４まで低下した時点 の温度よりも例えば２５０℃だけ高く上昇せしめられる。

伸張ユニッ）２２．２４はこの溶融ステップの際に作動せしめられ、光ファイバ を互いに反対方向に比較的低速、例えば１〜４ｍｍ／分の速度で引張り、光ファ イバが炉の空洞１３の内面その他の隣接物に接触しないように、垂れ下がりを最 小にする。ストレーンゲージ２３は、適切な光ファイバの張力を維持するように 使用される。

この工程において、光は一方の光ファイバの一端から伝達され、各光ファイバの 他端において検出される。次いで、力ることも可能である。カップリングファク タが約２％に達することが観察された場合、融着が完全に行われたものと考えら れ、伸張速度は実質的に７又は８ｍｍ／分まで増加せしめられる。この操作は、 溶融光ファイバを双円錐型テーパー状に形成するのに効果がある。所望のカップ リングファクタを得るために、加熱と伸張は制御されつつ停止される。典型的に は、接続部のｌ］はクラッドを剥がされた元の光ファイバの直径８０〜９０μｍ に対して３０μｍ広くなる。急速伸張の際は、炉の温度を低下させることが望ま しい。こうして得られた双円錐型テーパーを有する接続部は公知の技術によって 包装及び／又は被覆され、腐食性の環境に耐えられるようにされると共に、丈夫 に且つ衝撃耐性を持つようにされる。

第６図は、光ファイバが所定の位置にクランプされた後、自動的に上述の全ステ ップを実行するためのコンピュータ制御による機構のブロックダイアダラムを示 す。コンピュータに課せられた役割は、本発明の特徴とする異なった加熱段階を 適用することにある。

１ブ０ 国際調査報告 ＡＵ　ｕＬ２０／８３　δ　５２０４５３　会　８４０２９４Ｂ　正　２５２４ １５４ＧＢ　８３０６０７５　Ｅｌ　８３０８０９　ＺＡ　８３０１７０５Ａｒ Ｊ　６９１４６／８７　り　２３４３２６　ＪＰ　６２２５３１０５

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．光ファイバの各セグメントを予備加熱してそれぞれの捩じれ応力を緩和し、 該予備加熱されたセグメントを互いに横並びに密着した状態で配置した状態で、 各セグメントが互いに融着するのに充分な温度まで加熱するステップを含む融着 された光ファイバの接続部を形成する方法。
2. ２．２本以上の光ファイバセグメントに長手方向の好ましくは実質的に同一の張 力をかけて配列し、該緊張された光ファイバセグメントを軟化するのに充分な温 度まで予備加熱し、該セグメントの非弾性的伸張によって前記張力を実質的に緩 和し、 前記セグメントが冷却された後、該セグメントを再び緊張させ、密接して横並び に配列した状態で該セグメントが互いに融着するのに充分な温度まで加熱するス テップを含む融着された光ファイバの接続部を形成する方法。
3. ３．光ファイバの張力は連続的又は周期的に監視され、予備加熱時に該張力が実 質的に０に低下した時点を検出し、その時点で予備加熱が中止され、光ファイバ セグメントは冷却される請求項２に記載の方法。
4. ４．光ファイバセグメントは相互に加撚されることによって前述の密着した状態 にされる請求項２又は３に記載の方法。
5. ５．更に、前記加熱ステップの際に加熱された光ファイバを長手方向に伸張し、 溶融した光ファイバのそれぞれに双円錐型のテーパー部を形成させる請求項２， ３，又は４のいすれか１項に記載の方法。
6. ６．更に、前記加熱の際に、各セグメントの張力と温度を直接又は間接的に監視 し、 該張力が所定のしきい値まで低下した時点で、セグメントの温度を前記しきい値 まで張力が低下した時の温度より所定の度数だけ高い、前記セグメントが互いに 融着するのに充分な温度まで上昇させる各ステップを含む請求項１〜６のいずれ か１項に記載の方法。
7. ７．更に、その後で、前記セグメントの温度を前記所定の張力しきい値における 温度に維持又は低下させ、次いで加熱された光ファイバを長手方向に伸張し、各 溶融ファイバを双円錐型のテーパーとなるようになし、それによってこの種の接 続部を形成するステップを含む請求項６に記載の方法。
8. ８．初期張力を有する２本以上の光ファイバのセグメントを、互いに横並びに密 着した状態で配列しながら加熱し、前記各セグメントの長手方向の張力と温度と を直接又は間接的に監視し、 該張力が所定のしきい値まで低下した時点で、セグメントの温度を前記しきい値 まで張力が低下した時の温度より所定の度数だけ高い、前記セグメントが互いに 融着するのに充分な温度まで上昇させる各ステップを含む融着された光ファイバ の接続部を形成する方法。
9. ９．更に、その後で、前記セグメントの温度を前記所定の張力しきい値における 温度に維持又は低下させ、次いで加熱された光ファイバを長手方向に伸張し、各 溶融ファイバを双円錐型のテーパーとなるようになし、それによって接続部を形 成するステップを含む請求項８に記載の方法。
10. １０．前記光ファイバのセグメントが加撚によって相互に密着した状態にされる 請求項８又は９に記載の方法。
11. １１．２本以上の光ファイバセグメントを緊張させて配列するための保持手段、 該緊張セグメントを加熱する手段、及び前記加熱手段と保持手段を作動させて緊 張セグメントを軟化させるのに充分な温度まで予備加熱し、これによってセグメ ントの非弾性的伸張による前記張力の実質的な緩和を生じさせ、該セグメントが 冷却された後、これを横並びに密着させた状態で再び緊張させてセグメントが互 いに融著するのに充分な温度まで加熱するために接続された制御手段を　具えて いる溶融した光ファイバの接続部を形成するための装置。
12. １２．更に、光ファイバの長手方向の張力を監視する手段を具え、前記制御手段 は、前記予備加熱の際に張力が実質的に０となったことが検出されたことに呼応 して、予備加熱を中止しセグメントを冷却するようになす請求項１１に記載の装 置。
13. １３．更に、前記加熱ステップで加熱された光ファイバを伸張して各溶融ファイ バに双円錐型のテーパー部を形成させる手段を具えている請求項１１又は１２に 記載の装置。
14. １４．前記制御手段がプログラムされたコンピュータによる制御手段である請求 項１１，１２又は１３のいずれか１項に記載された装置。
15. １５．２本以上の光ファイバセグメントを緊張して配列する手段、 該緊張セグメントを加熱する手段、 前記各セグメントの張力と温度を直接又は間接的に監視する手段、並びに 前記監視手段に呼応し、前記加熱手段を制御するために接続された制御手段を具 え、 前記制御手段は、セグメントの張力が所定のしきい値まで低下した場合に、加熱 手段がセグメントの温度を上昇させ続け、その張力が前記しきい値まで低下した 時点の温度より所定の度数だけ高い、前記セグメントが互いに融着し合うのに充 分な温度まで達せしめる溶融した光ファイバ接続部の形成装置。
16. １６．更に、前記加熱ステップにおいて加熱された光ファイバを長手方向に伸張 し、各溶融ファイバに双円錐型のテーパー部を形成する手段を具えている請求項 １５に記載された装置。
17. １７．前記制御手段がプログラムされたコンピュータによる制御手段である請求 項１５又は１６に記載された装置。