JPH06148451A - 光ファイバの接続構造およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マルチモード光ファイバとシングルモード光
ファイバとの異種モード光ファイバの接続性能を高めた
光ファイバの接続構造を提供する。 【構成】 マルチモード光ファイバ１とシングルモード
光ファイバ２を接続する際、マルチモード光ファイバ１
のコア１ａよりもコア径の小さいシングルモード光ファ
イバ２のコア２ａを加熱してコアドーパントを熱拡散さ
せ、シングルモード光ファイバ２のモードフィールド径
をマルチモード光ファイバ１のモードフィールド径にほ
ぼ一致するように拡径する。これにより、マルチモード
光ファイバ１側から光強度のパワー分布変動を抑制した
光信号をシングルモード光ファイバ２側に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチモード光ファイ
バとシングルモード光ファイバとの異種モード光ファイ
バの接続構造およびその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野において、従来から、光通信
網として全国に布設されたマルチモード光ファイバの光
通信ケーブルを利用して光通信が広く行われている。最
近においては、光ファイバとしてシングルモード光ファ
イバが光通信分野に使用されつつあり、既に布設されて
いるマルチモード光ファイバに新たに布設されたシング
ルモード光ファイバを接続して光通信が行われるように
なって来ている。このマルチモード光ファイバとシング
ルモード光ファイバの接続方式としては、従来のマルチ
モード光ファイバ同士の接続と同様に、コネクタを用い
て着脱自在に接続したり、あるいは、融着等により半永
久的に接続する方式が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周知のように、マルチ
モード光ファイバを伝搬する光は各モードごとに遅延時
間が異なるために、各モードの光が互いに干渉を起こ
し、マルチモード光ファイバの端面で光の強度が一様に
ならず、局部的に強い部分と弱い部分が現れ、光強度が
斑点模様になるという現象が生じる。この光干渉に起因
する斑点模様は光ファイバに人の手が接触するだけで容
易に変化するという非常に微妙なものであるため、特
に、コア径の大きいマルチモード光ファイバとコア径の
小さいシングルモード光ファイバとを接続すると、マル
チモード光ファイバからシングルモード光ファイバに光
信号を導く際に、特に、外乱ノイズ等が加わると、シン
グルモード光ファイバに入射する光信号に大きな強度変
化が生じ、これに起因して、光信号を処理する際に、ビ
ットエラーが発生し、光通信の信頼性が損なわれるとい
う問題があった。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、マルチモード光ファ
イバとシングルモード光ファイバとのコア径が異なる異
種モード光ファイバを接続する場合においても、マルチ
モード光ファイバからシングルモード光ファイバに入射
する光強度のパワー分布の変動を抑制して、信号処理の
ビットエラーの発生を少なくすることができる光ファイ
バの接続構造とその作製方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の光ファイバの接続構造は、マルチモード光ファイ
バとシングルモード光ファイバとの異種モード光ファイ
バの接続領域に出射側の光ファイバのコア径又はモード
フィールド径を入射側の光ファイバのコア径又はモード
フィールド径に略一致させるビーム結合手段が設けられ
ていることを特徴として構成されている。

【０００６】また、本発明の光ファイバ接続構造の作製
方法は、マルチモード光ファイバとシングルモード光フ
ァイバとを融着接続後、その融着接続領域を加熱溶融し
てマルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバ
の少なくとも一方を延伸方向に移動してマルチモード光
ファイバのコア径又はモードフィールド径とシングルモ
ード光ファイバのモードフィールド径とを略一致させる
ことを特徴として構成されている。

【０００７】

【作用】上記構成の本発明において、マルチモード光フ
ァイバとシングルモード光ファイバとを融着接続後、そ
の融着接続領域を加熱溶融して、少なくとも一方側を延
伸移動することにより、マルチモード光ファイバのコア
径（又はモードフィールド径）とシングルモード光ファ
イバのモードフィールド径が一致したビーム結合手段が
形成される。この状態で、例えば、マルチモード光ファ
イバに伝搬している光信号がシングルモード光ファイバ
側に入射し、ビーム結合手段を通るときに、マルチモー
ド光ファイバから出射する光信号のコア径又はモードフ
ィールド径がシングルモード光ファイバのモードフィー
ルド径にほぼ一致するようにビーム径が調整され、光強
度のパワー分布のばらつきが抑制されてシングルモード
光ファイバに入り込む。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には本発明の第１の実施例が示されている。
同図において、マルチモード光ファイバ１とシングルモ
ード光ファイバ２は融着によって接続されており、この
両光ファイバ１，２の接続領域にビーム結合手段５が設
けられている。この実施例のビーム結合手段５は、マル
チモード光ファイバ１のコア１ａ中を伝搬する光信号の
モードフィールド径（以下、マルチモード光ファイバ１
のモードフィールド径）とシングルモード光ファイバ２
のコア２ａ中を伝搬する光信号のモードフィールド径
（以下、シングルモード光ファイバ２のモードフィール
ド径）を略一致させるために、シングルモード光ファイ
バ２の接続端側のコア２ａの径を拡径することによって
構成されている。このシングルモード光ファイバ２のコ
ア２ａの拡径はシングルモード光ファイバ２の接続端部
側をマイクロトーチの炎等で加熱することによって行わ
れている。

【０００９】すなわち、シングルモード光ファイバ２の
接続端部側を加熱すると、コアドーパントの熱拡散が行
われ、シングルモード光ファイバ２の接続端部のコア２
ａの径の拡散が促進されて行き、この熱拡散によりシン
グルモード光ファイバ２のモードフィールド径がほぼマ
ルチモード光ファイバ１のモードフィールド径に等しく
なったときに、加熱を停止することにより、マルチモー
ド光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２の接続端
面におけるモードフィールド径がほぼ等しくなる。この
シングルモード光ファイバ２のコア径の拡散加熱はマル
チモード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２の
融着接続時（融着接続前も含む）に、その融着加熱手段
等を利用して行ってもよく、あるいは、マルチモード光
ファイバ１とシングルモード光ファイバ２を融着接続し
た後に、シングルモード光ファイバ２の接続端部側のみ
を加熱して熱拡散を行ってもよい。

【００１０】このように、マルチモード光ファイバ１と
シングルモード光ファイバ２の接続端面のコア径、又は
モードフィールド径（モードフィールド径とは、コアの
中心軸に対して光強度が１／ｅ² に減衰する領域の直径
をいう）を略一致させることにより、マルチモード光フ
ァイバ１の出射端のビームスポット直径はシングルモー
ド光ファイバ２のコア径（又はモードフィールド径）に
略一致し、マルチモード光ファイバ１から伝搬して来る
光信号をその光強度のパワー分布の変動を抑制した状態
でシングルモード光ファイバ２側に入射することがで
き、パワー分布の変動に起因する接続損失変動を小さく
し、光信号の信号処理段階で発生する虞のあるビットエ
ラーを少なくすることができる。

【００１１】図２には本発明の第２の実施例が示されて
いる。この実施例は、マルチモード光ファイバ１の接続
端部をマイクロトーチの炎等で加熱し、溶融延伸してビ
ーム結合手段５を構成し、マルチモード光ファイバ１の
出射端のコア径をシングルモード光ファイバ２のコア径
にほぼ一致させて、マルチモード光ファイバ１からＬＰ
０１モードのみ（ＬＰ０１モード以外のモードの光信号
は全て放射させる）をシングルモード光ファイバ２に入
射させるようにしたものである。このマルチモード光フ
ァイバ１の加熱延伸によるコアの縮径は、シングルモー
ド光ファイバ２との接続前に行い、その後に、マルチモ
ード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２とを融
着等により接続してもよく、マルチモード光ファイバ１
とシングルモード光ファイバ２の融着接続時に行っても
よく、あるいは、マルチモード光ファイバ１とシングル
モード光ファイバ２とを融着接続した後に、マルチモー
ド光ファイバ１側の接続端部のみを加熱して溶融延伸
し、マルチモード光ファイバ１のコア１ａの直径を縮径
するようにしてもよい。

【００１２】図８は溶融延伸によりビーム結合手段５を
作製する装置を示したもので、基台６の上に加熱手段と
してのマイクロトーチ７が左右方向に移動自在に取り付
けられており、このマイクロトーチ７の左右両側にはス
テージ８，９が左右方向に移動自在に配設され、各ステ
ージ８，９の上側には光ファイバを把持するクランプ1
0，11が設けられている。これらマイクロトーチ７およ
びステージ８，９の左右方向の移動は図示されていない
パソコン等の制御装置により制御されている。

【００１３】マルチモード光ファイバ１とシングルモー
ド光ファイバ２を融着接続した後、この接続光ファイバ
をステージ８，９に掛け渡してクランプ10，11で把持
し、マイクロトーチ７により融着接続部のうち、マルチ
モード光ファイバ１側の部分を加熱溶融し、マルチモー
ド光ファイバ１を把持しているクランプ側のステージを
張力印加方向に移動することにより、マルチモード光フ
ァイバの溶融延伸が行われてマルチモード光ファイバ１
のコア１ａの直径が縮径する。これにより、マルチモー
ド光ファイバ１のコア１ａの直径はシングルモード光フ
ァイバ１のコア１ａの直径に略一致し、良好なビーム結
合手段５が形成される。

【００１４】この実施例においても、マルチモード光フ
ァイバ１とシングルモード光ファイバ２の接続端面のコ
ア径が略一致するので、マルチモード光ファイバ１から
パワー分布の変動を抑制した光信号をシングルモード光
ファイバ２に入射させることができ、前記第１の実施例
と同様にビットエラーの少ない信号処理を行うことがで
きる。

【００１５】図３には本発明の第３の実施例が示されて
いる。この実施例は、マルチモード光ファイバ１とシン
グルモード光ファイバ２とを間隔を介して対向配置し、
マルチモード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ
２の接続端面間にビーム結合手段としてのレンズ３を介
設したものである。このレンズ３はマルチモード光ファ
イバ１の出射パターンのビームスポットをシングルモー
ド光ファイバ２のコア２ａの直径のスポットサイズに集
束してシングルモード光ファイバ２に入射する屈折構成
となっており、この実施例の場合においても、前記第１
および第２の各実施例と同様にパワー分布の変動を抑制
した光信号をマルチモード光ファイバ１からシングルモ
ード光ファイバ２へ入射させることができ、これによ
り、ビットエラーの少ない信号処理を行うことができ
る。

【００１６】図４には本発明の第４の実施例が示されて
いる。この実施例は、マルチモード光ファイバ１とシン
グルモード光ファイバ２の接続端部で、シングルモード
光ファイバ２の接続端部をマイクロトーチの炎等の加熱
によって溶融延伸し、シングルモード光ファイバ２のモ
ードフィールド径を拡径してビーム結合手段５となし、
シングルモード光ファイバ２の接続端面のモードフィー
ルド径をマルチモード光ファイバ１のモードフィールド
径にほぼ等しくしたものである。シングルモード光ファ
イバ２の接続端部を溶融延伸することにより、シングル
モード光ファイバ２のコア２ａの直径は縮径され、接続
端面側のコア２ａの直径は針のように非常に小さくな
る。このようにコア２ａの直径が小さくなると、この小
さなコア空間の内部に光信号を閉じ込めることができな
くなり、光信号は針状のコア２ａから外に拡散する性質
を有し、モードフィールド径が拡径した状態になり、こ
のシングルモード光ファイバ２の溶融延伸により、シン
グルモード光ファイバ２のモードフィールド径をマルチ
モード光ファイバ１のモードフィールド径に略一致させ
ることができる。

【００１７】このシングルモード光ファイバ２の溶融延
伸は、マルチモード光ファイバ１とシングルモード光フ
ァイバ２の融着接続時に行ってもよく、融着接続後に行
ってもよく、あるいは、マルチモード光ファイバ１を融
着接続する前の段階で行うようにしてもよい。シングル
モード光ファイバ２の溶融延伸を融着接続後に行う場合
には、マルチモード光ファイバ１とシングルモード光フ
ァイバ２とを融着接続した後、この融着接続光ファイバ
を図８の装置のステージ８，９間に掛け渡してクランプ
10，11で把持し、融着接続領域におけるシングルモード
光ファイバ２の接続端部側を加熱溶融し、この状態で、
シングルモード光ファイバ２を把持しているクランプ側
のステージを張力印加方向に移動することにより、シン
グルモード光ファイバ２のコア２ａの延伸によりマルチ
モード光ファイバ１のモードフィールド径とシングルモ
ード光ファイバ２のモードフィールド径を略一致させる
ことができる。

【００１８】この第４の実施例の場合においても、マル
チモード光ファイバ１の出射側のビームスポット径を入
射側のシングルモード光ファイバのモードフィールド径
に一致させてマルチモード光ファイバ１からシングルモ
ード光ファイバ２へ光信号の伝搬を行うことができるの
で、前記各実施例と同様に光強度のパワー分布の変動を
抑えてマルチモード光ファイバ１からシングルモード光
ファイバ２に光信号を入射させることができることとな
り、光信号の処理段階でのビットエラーの発生を少なく
することができる。

【００１９】図５には本発明の第５の実施例が示されて
いる。この実施例はマルチモード光ファイバ１とシング
ルモード光ファイバ２を融着接続した後に、融着接続領
域を加熱溶融してマルチモード光ファイバ１とシングル
モード光ファイバ２を共に延伸し、マルチモード光ファ
イバ１のコア径（モードフィールド径）とシングルモー
ド光ファイバ２のモードフィールド径を略一致させるよ
うにしたものである。この方法では、まず、図５の
（ａ）に示すように、マルチモード光ファイバ１とシン
グルモード光ファイバ２が融着によって接続される。こ
の実施例の場合には、マルチモード光ファイバ１のコア
径は50μｍで、ファイバの外径は125 μｍであり、シン
グルモード光ファイバ２はそのコア径が10μｍで、光フ
ァイバの外径は125 μｍである。この融着接続された光
ファイバは図８に示す装置に装着され、マルチモード光
ファイバ１側は例えばクランプ10に把持され、シングル
モード光ファイバ２側はクランプ11に把持される。この
把持状態で、融着接続部はマイクロトーチ７に対向配置
される。

【００２０】この状態で、マイクロトーチ７の炎を融着
接続部に当てて加熱し、ステージ８，９を張力印加方向
に移動して同図の（ｂ）に示すように溶融延伸を行う。
この実施例では溶融延伸は略中心部（接続部）の外径が
70μｍ以下（より好ましくは60μｍ以下がよい）になる
まで行っており、この結果、マルチモード光ファイバ１
の接続端部において、そのコア径は24μｍ以下に縮径さ
れる。この例におけるシングルモード光ファイバ２にお
いては、外径が70μｍ以下に縮径されると、ファイバ内
部の電力（光信号）はコア２ａ内に全部閉じ込めること
ができなくなり、逆に、モードフィールド径が広がる。
このため、シングルモード光ファイバ２の外径が前記70
μｍ以下に縮径することにより、そのモードフィールド
径は20μｍ以上に拡径される結果、マルチモード光ファ
イバ１のコア径（モードフィールド径）とシングルモー
ド光ファイバ２のモードフィールド径とが略一致して光
結合手段５が形成され、光強度のパワー分布の変動を抑
えた光結合が達成されることとなる。なお、溶融延伸後
に融着接続領域は補強部材（図示せず）によって補強さ
れる（この補強部材による補強は前記第１，第２，第４
の各実施例においても行われる）。

【００２１】図６には本発明の第６の実施例が示されて
いる。この実施例は、マルチモード光ファイバ１の接続
端部をマイクロトーチの炎等で加熱し、溶融延伸して、
マルチモード光ファイバ１の接続端側のコア１ａの径を
縮径してビーム結合手段５となし、さらに、シングルモ
ード光ファイバ２の接続端部側をマイクロトーチの炎等
で加熱することにより、シングルモード光ファイバ２の
接続端側のコア２ａの径を拡径してビーム結合手段５と
なし、マルチモード光ファイバ１とシングルモード光フ
ァイバ２の各接続端側のコア径１ａ，２ａを等しくした
ものである。

【００２２】マルチモード光ファイバ１の溶融延伸は、
第２の実施例と同様に、シングルモード光ファイバ２と
の接続前に行い、その後に、マルチモード光ファイバ１
とシングルモード光ファイバ２とを融着等により接続し
てもよく、マルチモード光ファイバ１とシングルモード
光ファイバ２の融着接続時に行ってもよく、あるいは、
マルチモード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ
２とを融着接続した後に、マルチモード光ファイバ１側
の接続端部のみを加熱して溶融延伸し、マルチモード光
ファイバ１のコア１ａの直径を縮径するようにしてもよ
く、溶融延伸の方法も第２の実施例と同様の方法により
行うことができる。

【００２３】また、シングルモード光ファイバ２のコア
径の拡散加熱は、第１，第２の実施例と同様に、マルチ
モード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２の融
着接続時（融着接続前も含む）に、その融着加熱手段等
を利用して行ってもよく、あるいは、マルチモード光フ
ァイバ１とシングルモード光ファイバ２を融着接続した
後に、シングルモード光ファイバ２の接続端部側のみを
加熱して熱拡散を行ってもよい。

【００２４】この第６の実施例の場合においても、マル
チモード光ファイバ１とシングルモード光ファイバ２の
接続端面のコア径が略一致するので、マルチモード光フ
ァイバ１からパワー分布の変動を抑制した光信号をシン
グルモード光ファイバ２に入射させることができ、前記
各実施例と同様にビットエラーの少ない信号処理を行う
ことができる。

【００２５】図７には、本実施例発明の第７の実施例が
示されている。この実施例では、マルチモード光ファイ
バ１の接続端部をマイクロトーチの炎等で加熱し、溶融
延伸して、マルチモード光ファイバ１の接続端側のコア
１ａの径を縮径してビーム結合手段５となし、さらに、
シングルモード光ファイバ２の接続端部をマイクロトー
チの炎等の加熱によって溶融延伸し、シングルモード光
ファイバ２の接続端面のモードフィールド径を拡径して
ビーム結合手段５となし、マルチモード光ファイバ１の
接続端面のモードフィールド径とシングルモード光ファ
イバ２の接続端面のモードフィールド径をほぼ等しくし
たものである。

【００２６】マルチモード光ファイバ１の溶融延伸によ
るコア１ａの縮径は、第１，第２，第６の実施例と同様
の方法にて行い、シングルモード光ファイバ２の溶融延
伸によるモードフィールド径の拡径は第４の実施例と同
様の方法にて行うことができる。また、各光ファイバ
１，２の溶融延伸は、融着接続時に行ってもよく、融着
接続後に行ってもよく、あるいは、各光ファイバ１，２
を融着接続する前の段階で行うようにしてもよい。

【００２７】この第７の実施例の場合においても、マル
チモード光ファイバ１の出射側のビームスポット径を入
射側のシングルモード光ファイバのモードフィールド径
に一致させてマルチモード光ファイバ１からシングルモ
ード光ファイバ２へ光信号の伝搬を行うことができるの
で、前記各実施例と同様に光強度のパワー分布の変動を
抑えてマルチモード光ファイバ１からシングルモード光
ファイバ２に光信号を入射させることができることとな
り、光信号の処理段階でのビットエラーの発生を少なく
することができる。

【００２８】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記各実施例では、マルチモード光ファイバからシングル
モード光ファイバに光信号を伝搬する場合について説明
したが、その逆に、シングルモード光ファイバからマル
チモード光ファイバへ光信号を伝搬する場合についても
適用されるものである。

【００２９】また、第１、第２、第４の各実施例では、
マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバの
一方側の光ファイバのコア径（モードフィールド径）の
みを他方側の光ファイバのコア径（モードフィールド
径）に一致するように拡径あるいは縮径したが、これら
の実施例にあっても、接続する一方側の光ファイバの接
続端部のコア径（モードフィールド径）を拡径し、他方
側の光ファイバのコア径（モードフィールド径）を縮径
して、接続する一方側の光ファイバのコア径（モードフ
ィールド径）と他方側の光ファイバのコア径（モードフ
ィールド径）を略一致するようにしてもよい。

【００３０】さらに、上記第１，第２，第４，第５，第
６，第７の各実施例では融着接続領域の加熱をマイクロ
トーチの炎によって行ったが、アーク放電等の他の加熱
手段によって行ってもよい。

【００３１】さらに、融着接続領域の加熱による溶融延
伸を行う場合には、融着接続された一方側の光ファイバ
から光を入射し、他端側等でその光信号のパワーをモニ
タしながら行えば、断線等が容易に分かるので、作業上
非常に便利となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、マルチモード光ファイバとシ
ングルモード光ファイバとの異種モード光ファイバの接
続領域に、出射側の光ファイバのコア径又はモードフィ
ールド径を入射側の光ファイバのコア径又はモードフィ
ールド径に略一致させるビーム結合手段を設けたもので
あるから、例えば、マルチモード光ファイバからシング
ルモード光ファイバに入射する光信号の光強度のパワー
分布の変動を抑制することができ、光信号の処理段階で
のビットエラーの発生を少なくすることができ、光通信
の信頼性を大幅に高めることが可能となる。

【００３３】また、前記ビーム結合手段は、マルチモー
ド光ファイバとシングルモード光ファイバの融着接続領
域を加熱することにより、または加熱しながら融着接続
された少なくとも一方側の光ファイバを溶融延伸するだ
けの極めて簡単な方法により形成できるので、その利用
価値は非常に大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ファイバの接続構造の第１の実
施例を示す断面構成図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す断面構成図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示す断面構成図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例を示す断面構成図であ
る。

【図５】マルチモード光ファイバとシングルモード光フ
ァイバを共に溶融延伸して形成する接続構造作製例の説
明図である。

【図６】本発明の第６の実施例を示す断面構成図であ
る。

【図７】本発明の第７の実施例を示す断面構成図であ
る。

【図８】本発明の光ファイバ接続構造を作製する一装置
例の説明図である。

【符号の説明】

１ マルチモード光ファイバ ２ シングルモード光ファイバ １ａ，２ａ コア ３ レンズ ５ ビーム結合手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大田 育生 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 小林 孝市 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 泉対 信太郎 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 木下 和孝 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 沼野井 武夫 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルチモード光ファイバとシングルモー
   ド光ファイバとの異種モード光ファイバの接続領域に出
   射側の光ファイバのコア径又はモードフィールド径を入
   射側の光ファイバのコア径又はモードフィールド径に略
   一致させるビーム結合手段が設けられている光ファイバ
   の接続構造。
2. 【請求項２】 マルチモード光ファイバとシングルモー
   ド光ファイバとを融着接続後、その融着接続領域を加熱
   溶融してマルチモード光ファイバとシングルモード光フ
   ァイバの少なくとも一方を延伸方向に移動してマルチモ
   ード光ファイバのコア径又はモードフィールド径とシン
   グルモード光ファイバのモードフィールド径とを略一致
   させる光ファイバ接続構造の作製方法。