JPH03130705A - 光ファイバ接続方法 - 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】 〈産業上の利用公費〉 本発明は石英系シングルモード光ファイバを低損失で接
続する光ファイバ接続素子及び光ファイバ接続方法並び
に光ファイバ接続装置に関する。

〈従来の技術及び発明が解決しようとする課題〉光ファ
イバを接続する方法の１つとして融着接続がある。従来
の光ファイバ融着接続法の一例を第７図に示す。光ファ
イバの被覆の除去をした後、ファイバ端面を切断し、融
着接続装置へ設置し、予備放電を行う。パワモニタ法を
用いてファイバの位置合せをし、アーク放電を行って、
融着接続した後、該接続部を補強する。このアーク放電
を利用した従来の融着接続法によれば、シングルモード
光ファイバの接続損失は０．１ｄＢ前後の小さな値が得
られている。上記の値はファイバパラメタがほぼ等しい
シングルモード光ファイバ同士の接続の場合であるが、
最近光ファイバのパラメタが異なる光ファイバ同士を接
続したいという要望が増えている。

第１表に光ファイバのパラメタが異なる光ファイバ同士
を従来の融着接続法で接続したときの接続損失を示す。

また、試験に用いた光ファイバのパラメタを第２表に示
す。

第１表従来の融着接続法を用いたときの接続損失第２表
　試験に用いた光ファイバのパラメタ第１表の結果より
光ファイ／＜の／ｆラメタカツ異なる光ファイバ間の接
続損失ξよ、ノ寸うメタがほぼ等しい場合に比べて約２
倍〜１０倍大となることが判明した。

本発明は息上述べた事情ζこ鑑み、光ファイバのパラメ
タが異なる光コアイノ（同士を低損失で接続し得る光フ
ァイバ接続素子及び光ファイバ接続方法並びに光ファイ
／＜接続装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するための本発明にかかる第１の光ファ
イバ接続素子の構成は、コア中に該コアの屈折率を上げ
るためにドーピングされたドーピング剤添加石英系光フ
ァイノ（、あるいはクラッド中に該クラッドの屈折率を
下げるためにドーピングされたドーピング剤添加石英系
光ファイバが融着接続された光ファイバ接続素子であっ
て、上記ドーピング剤が融着接続部において拡散されて
なることを特徴とし、また、第２の光ファイｌ＜接続素
子の構成は、コア中に該コアの屈折率を上げるためにド
ーピングされたドーピング剤添加石英系光ファイバ、あ
るいはクラッド中ζこ該クラッドの屈折率を下げるため
にドーピングされたドーピング剤添加石英系光ファイＩ
＜のコア径が異なる光ファイバ同士が融着接続された光
ファイバ接続素子であって、少なくともコア径の細いコ
ア中のドーピング剤が融着接続部において拡散されてな
ることを特徴とする。

本発明にかかる第１の光ファイバ接続方法の構成は、コ
アあるいはクラッドにドーピング剤が添加された２本の
光ファイバの融着接続部を、コアの屈折率を上げるため
に添加されているドーピング剤、あるいはクラッドの屈
折率を下げろために添加されているドーピング剤は拡散
するが、光ファイバは溶融しない温度範囲で加熱するこ
とを特徴とし、また本発明にかかる第２の光ファイバ接
続方法の構成は、接続する２本のコア径が異なる光ファ
イバのうち、コア径が小さく比屈折率差が大きい一方の
光ファイバを、コアの屈折率を上げるために添加されて
いるドーピング剤、あるいはクラッドの屈折率を下げる
ために添加されているドーピング剤は拡散するが、光フ
ァイバは溶融しない温度範囲で加熱して該加熱部分近傍
のコア径を大とした後、該コア径を大とした加熱部分を
切断し、その後コア径の大なる他方の光ファイバと融着
接続することを特徴とする。

本発明の光ファイバ接続装置の構成は、コアの屈折率を
上げるために添加されているドーピング剤、あるいはク
ラッドの屈折率を下げろために添加されているドーピン
グ剤を含有する光ファイバの端部同士を融着接続する光
ファイバ接続装置であって、融着接続された後の該融着
接続部を上記ドーピング剤は拡散するが光ファイバは溶
融しない温度で加熱する加熱手段を設けてなることを特
徴とする。

く作　　　用〉 光ファイバ同士を接続する場合、放電によって融着接続
した後、加熱手段を用いて該融着接続部を加熱する。こ
のときの加熱は、光ファイバ中のドーピング剤は拡散す
るが光ファイバは溶融しない温度とする。

この結果、例えばコアに酸化ゲルマニウム（Ｇｅｍ２）
をドープした光ファイバではコア径がＧｅＯ２の拡散に
よって拡げられ、接続損失が減少する。

また、コア径の異なるＧｅＯ□ドープ光ファイバでは、
コア径が小さく比屈折率の高５１方の光ファイバのコア
径がＧ　ｅ　Ｏ２の拡散によって拡げられ、コア径が大
きい光ファイバとコア径が連続的に変化し、接続時の損
失が填補されろ。

一方例えばクラッドにＦをドープした光ファイバではコ
ア中にＦが拡散されコアの屈折率が下がると共にクラッ
ドの屈折率は逆に上昇し、接続損失が減少する。

く実　施　例〉 以下、本発明の好適な実施例を詳細に説明するが、以下
に開示する実施例は本発明の単なる例示に過ぎず、本発
明の範囲を何等制限するものではない。

実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例を説明する概説図である
。同図に示すように、光ファイバのパラメタが等しい（
コア径及び比屈折率差が等しい光ファイバ同士をいう。

）コア１０とクラッド１１とからなる光ファイバ（コア
径ａ、：　９．７μｍ、比屈折率差Δ、：０．４％）１
２Ａ、１２Ａを対向させ（第１図（ａ）参照）、従来と
同様にアーク放電をして融着接続する（第１図（ｂ）参
照）。

次に上記アーク放電による融着接続部１３を、加熱手段
として対向するマイクロトーチ１４．１４を用いて加熱
する（第１図（Ｃ）参照）。

この際の加熱条件は、上記融着接続部１３において、光
ファイバ１２Ａ自身は溶融しない温度で、かつコア１０
に屈折率を上げるためにドープされている例えばＧ　ｅ
　Ｏ，等のドーピング剤が拡散する温度及び加熱時間と
する。

これにより、融着接続部１３においてコア１０中にドー
プされていたＧｅＯ□等のドーピング剤はコア１０の径
方向すなわちコア外周面近傍のクラッド１１中に拡散し
、結果としてコア径が拡げられることとなり、接続時の
偏心等による接続損失が減少する（第１図（ｄ）参照）
。

このとき、加熱温度が高いほど拡散しやすいため、融着
接続部１３の接触部の近傍では、特にＧ　ｅ　Ｏ２等の
ドーピング剤の拡散が高くなるのでひいてはコア径が大
となり、結果として第１図（ｄｌの融着接続部１３に示
すように、光ファイバ中のコア径が対向してテーパ状に
変化する構造となる。

よって、従来のような接続である第１図（ｂ）に示すよ
うなコア１０同士が単にアーク放電したときのみの融着
接続される場合に比べて、伝送損失が少なくなる。

以上述べたように、マイクロトーチ加熱を用いて所定条
件で加熱することによ外、接続損失が大幅に減少する。

また本実施例による光ファイバのパラメタが等しい光フ
ァイバ接続素子の接続損失は０．０７ｄＢと第１表に示
す従来（０，１４ｄＢ）に比べて大幅に向上している。

次に、上記実施例で用いた光ファイバ接続装置の一例を
第４図を参照して説明する。同図に示すように、光ファ
イバ接続装置は端部が切断された入射側光ファイバ１２
と出射側光ファイバ１０とを各々固定する光ファイバ押
え２０．２０’と、光ファイバＱ線２１．２１’を押え
る心線押え２２．２２’と、光ファイバ１２．１２’の
端面を融着接続するためのアーク放電用の一対の放電電
極２３，２３’と、アーク融着した後に該融着接続部２
４を光ファイバは溶融しないが光ファイバ中のコア及び
クラッドのいずれかにドーピングされているドーピング
剤は拡散するよう加熱する加熱手段２５とを具備してい
る。

上記加熱手段２５としては、上述したようにアーク放電
により融着接続した融着接続部２４を、光ファイバ１２
自体は溶融しないが光ファイバ１２中のコア１０及びク
ラッド１１のいずれかに屈折率を変化させるためにドー
ピングされている例えばＧ　ｅ　Ｏ２，Ｔ　ｉ　Ｏ，、
Ａｊ、０．。

Ｐ、Ｏ，、Ｆ、　Ｂ、０３等のドーピング剤が拡散し得
るよう加熱するもので、例えばプロパンガスと酸素ガス
との混合ガスを用いたマイクロトーチやリングヒータ等
を加熱源として挙げることができる。上記加熱手段２５
として、本実施例ではマイクロトーチを用いた。このマ
イクロトーチは第５図に示すように、Ｚ軸方向だけでは
なく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にも移動可能としており、マ
イクロトーチを融着接続部２４の真上に移動させるため
に微調整を可能としている。また、加熱時にマイクロト
ーチをＸ軸方向に周期的に振ったり、マイクロトーチを
使用しないときには、離れたところに退避できるように
している。尚マイクロトーチを用いる場合には、プロパ
ンガスの代りに水素ガスを用いてもよい〇 実施例２ 第２図は本発明の第２の実施例を説明する概説図である
。同図に示すように、光ファイバのパラメタが異なる（
コア径及び比屈折率差が異なる光ファイバ同士をいう。

）コア１０とクラッド１１とからなる光ファイバ（コア
径ａ、：　９．７　μｍ、Δ、：０．４％）１２Ａ及び
光ファイバ（コア径ａ２：　　８．６μｍ、Δ２：　　
０．９％）１２Ｂを対向させ（第２図（ａｌ参照）た後
、第１の実施例と同様にアーク放電をして融着液Ｉｎ　
（第２図（ｂｌ参照）、次にマイクロトーチ１４．１４
を用いて融着接続部を加熱する（第２図（ｅ）参照）。

このマイクロトーチの加熱条件は第１の実施例と同様に
光ファイバ１２Ａ、１２Ｂ自身は溶融しない温度で、か
つコア１０にドープされているＧｅＯ２等のドーピング
剤が拡散する温度及び加熱時間とする。

この結ｉ、４１にコア径の小さい光ファイバ１２Ｂのコ
アＩＯＢ中にドープされていたＧ　ｅ　Ｏ２等のドーピ
ング剤はコアの径方向すなわちコア外周面近傍のクラッ
ド１１中に拡散し、結果としてコア径が拡げられる。そ
して第２図ｆｄ）に示すように、光ファイバのコア径が
対向してテーバ状に拡散し、コア径の大なる光ファイバ
１２ＡのコアＩＯＡとコアＩＯＢのコア径がほぼ同径と
なる。

よって、従来のような接続である第２図（ｂｌに示すよ
うなコアＩＯＡとコアＩＯＢとのようにコア径が不連続
に変化した構造に比べて、モード変換が少ない。これが
マイクロトーチ加熱を用いた所定条件での加熱によ抄接
続損失が大幅に減少する要因である。こればコア径が小
さい比屈折率差Δの大なる光ファイバでは、コアに添加
するＧ　ｅ　０２等のドーピング剤を多く添加するため
、コア径が小さくなればなる程ＧｅＯ２等のドーピング
剤の濃度は高く、マイクロトーチでの加熱によりクラッ
ド中への拡散がより大となるからである。

また、本実施例による光ファイバのパラメタの異なる光
ファイバ接続素子の接続損失は０．１０ｄＢと第１表に
示す従来（０，２１ｄＢ）に比べて大幅に向上している
。

同様にして下記第３表に示す光ファイバのパラメタにつ
いてもマイクロトーチ１４を用いての加熱を実施した。

これらの光ファイバ接続素子の接続損失の結果及び第１
．第２の実施例の結果をまとめて第３表に示す。

尚、従来例は先に挙げた第１表の結果である。

第３表の結果より、光ファイバのパラメタが異なる光フ
ァイバ同士の場合でも、光ファイバのパラメタがほぼ等
しいときと変わらない低い接続損失が得られる。さらに
、光ファイバのパラメタがほぼ等しい光ファイバ同士（
＃１／＃１）の場合にも、接続損失が減少する。

この理由を明らかにするため、マイクロトーチで加熱し
た光ファイバの屈折率分布を干渉顕微鏡で観察し、コア
が拡がっていることを確認した。すなわち、マイクロト
ーチ加熱によりコア中のドーピング剤の０６０２が拡散
していることを確認した。

実施例３ 第３図は本発明の第３の実施例を説明する概説図である
。同図に示すように本実施例では、光ファイバのパラメ
タの異なる２本の光ファイバＩＯＡ、ＩＯＢのうちの、
コア径が小さく、比屈折率差が大きい光ファイバをマイ
クロトーチ１４，１４で加熱しく第３図（ａ）参照）、
コア１０中のドーピング剤のＧ　ｅ　Ｏ２をクラッドｌ
ｌ側に拡散させて、コア径を拡げろ（第３図（ｂｌ参照
）。その後コア径の拡がった箇所を所定方法で切断し、
一方の光ファイバＩＯＡと従来のアーク溶接にて融着接
続する（第３図ｔｃ）、（ｄ）参照）。得られた光ファ
イバ接続素子を用いて接続損失を測ったところ、第２の
実施例とほぼ等しい低い接続損失を得ることができた。

実施例４ 息上述べた実施例においてはコアに屈折率を上げるため
のドーピング剤としてＧ　ｅ　Ｏ，を用いて具体的に説
明したが、クラッドの屈折率を下げるために添加されろ
例えばＦをドーピングした光ファイバの場合にも、以下
に述べろように、本発明によって低損失に接続すること
ができろ。

第６図はフッ素をドーピングした光ファイバをマイクロ
トーチで加熱したときの加熱前後の屈折率分布の変化を
示している。同図に示すように、加熱によってＦがコア
１０に拡散し、コアの屈折率が下がると共にクラッド１
１の屈折率は上昇し、結果としてコア径が拡がる効果が
得られるのがわかる。

この効果はＦの含有濃度が高い光ファイバ、すなわちコ
ア径が小さく、比屈折率差が大きい光ファイバはど著し
いため、上述したＧ　ｅ　０２添加光ファイバの場合と
同様に、光ファイバのパラメタが異なる光ファイバ同士
の接続損失を低減することができる。

〈発明の効果〉 ・以上、実施例とともに詳しく説明したように、本発明
によれば光ファイバのパラメタの等しいシングルモード
光ファイバはもちろん光ファイバのパラメタの異なる光
ファイバ同士の接続損失が大幅に低減するという効果を
奏する。

よって、特殊なファイバパラメタの光ファイバを用いる
ことが有利なシステム、例えば、コア径の小さい光ファ
イバを用いた高増幅効率光ファイバアンプ、比屈折率の
高い光ファイバを用いた高結合効率半導体レーザモジュ
ール、コア径の大きい光ファイバを用いた結合容ｎ半導
体レーザモジュール、コア径の大きい光ファイバを用い
た結合容易半導体レーザモジュール等を、通常のシング
ルモード光ファイバを用いた光通信システムに組込むこ
とができ、光通信システムの高性能化、経済化に大きな
利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の概説図、第２図は本発
明の第２の実施例の概説図、第３図は本発明の第３の実
施例の概説図、第４図は本発明を実施する光ファイバ接
続装置の概説図、第５図は第４図におけろ加熱手段の移
動方向を示す図、第６図は本発明の第４の実施例の光フ
ァイバの屈折率分布図、第７図は従来の光ファイバ融着
接続法の工程図である。 図面中、 １０はコア、 １はクラッド、 ２．１２Ａ、１２Ｂは光ファイバ、 ３．２４は融着接続部、 ０．２０’は光ファイバ押え、 １．２１’は光ファイバ６締、 ２．２２’は心線押え、 ３．２３’は放電電極、 ５は加熱手段である。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コア中に該コアの屈折率を上げるためにドーピング
   されたドーピング剤添加石英系光ファイバ、あるいはク
   ラッド中に該クラッドの屈折率を下げるためにドーピン
   グされたドーピング剤添加石英系光ファイバが融着接続
   された光ファイバ接続素子であつて、 上記ドーピング剤が融着接続部において拡散されてなる
   ことを特徴とする光ファイバ接続素子。 ２）コア中に該コアの屈折率を上げるためにドーピング
   されたドーピング剤添加石英系光ファイバ、あるいはク
   ラッド中に該クラッドの屈折率を下げるためにドーピン
   グされたドーピング剤添加石英系光ファイバのコア径が
   異なる光ファイバ同士が融着接続された光ファイバ接続
   素子であって、 少なくともコア径の細いコア中のドーピング剤が融着接
   続部において拡散されてなることを特徴とする光ファイ
   バ接続素子。 ３）コアあるいはクラッドにドーピング剤が添加された
   ２本の光ファイバの融着接続部を、コアの屈折率を上げ
   るために添加されているドーピング剤、あるいはクラッ
   ドの屈折率を下げるために添加されているドーピング剤
   は拡散するが、光ファイバは溶融しない温度範囲で加熱
   することを特徴とする光ファイバ接続方法。 ４）接続する２本のコア径が異なる光ファイバのうち、
   コア径が小さく比屈折率差が大きい一方の光ファイバを
   、コアの屈折率を上げるために添加されているドーピン
   グ剤、あるいはクラッドの屈折率を下げるために添加さ
   れているドーピング剤は拡散するが、光ファイバは溶融
   しない温度範囲で加熱して該加熱部分近傍のコア径を大
   とした後、該コア径を大とした加熱部分を切断し、その
   後コア径の大なる他方の光ファイバと融着接続すること
   を特徴とする光ファイバ接続方法。 ５）コアの屈折率を上げるために添加されているドーピ
   ング剤、あるいはクラッドの屈折率を下げるために添加
   されているドーピング剤を含有する光ファイバの端部同
   士を融着接続する光ファイバ接続装置であって、 融着接続された後の該融着接続部を上記ドーピング剤は
   拡散するが光ファイバは溶融しない温度で加熱する加熱
   手段を設けてなることを特徴とする光ファイバ接続装置
   。