JPH11287922A

JPH11287922A - 光ファイバの接続方法ならびに接続装置

Info

Publication number: JPH11287922A
Application number: JP8903498A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fujiura; 和夫藤浦; Makoto Yamada; 誠山田; Kiryo Oikawa; 喜良及川; Atsushi Mori; 淳森; Hirotaka Ono; 浩孝小野; Toshiyuki Shimada; 俊之島田; Yoshitake Nishida; 好毅西田; Yasutake Oishi; 泰丈大石
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 1999-10-19
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: JP3396422B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非石英系光ファイバと石英系光ファイバとを
融着により接続し、信頼性の高いファイバ接続を達成す
る。【解決手段】非石英系光ファイバの光軸と石英系光フ
ァイバの光軸とが接続端面で一致するように調芯された
状態で、非石英系光ファイバおよび石英系光ファイバの
うち少なくとも一方の光ファイバの接続端部分を加熱す
ることにより２本の光ファイバを融着接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
に使用される増幅媒体である光ファイバと石英系ファイ
バとの接続、波長変換等の光制御機能を有する光ファイ
バと石英系光ファイバとの接続等の異なるガラス材料か
らなる２本の光ファイバの接続方法および光ファイバの
接続装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テルライトガラス、Ｚｒ系フッ化物ガラ
ス、Ｉｎ系フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラスを用
いた光ファイバは、コアにＰｒイオンを添加することに
より、石英ガラスでは実現できない１．３μｍ帯の光増
幅を可能にし、かつＥｒイオンを添加した場合にも石英
ガラスでは実現できない１．５５μｍ帯での広帯域増幅
を可能とすることが知られている。さらに、テルライト
ガラスおよびカルコゲナイドガラスはその大きい３次の
非線形効果により高速光スイッチなどの材料として以前
から注目されており、波長変換デバイスは超高速光スイ
ッチなど、光通信分野における高機能材料として注目さ
れている。

【０００３】上記光ファイバを通信用部品として使用す
るためには、この光ファイバを伝送媒体である石英系光
ファイバ等と低損失で接続する必要がある。光ファイバ
を接続する方法には、Ｖ溝ブロックあるいはフェルール
にファイバを固定し、その端面を研磨した後光軸を調芯
し、その端面間に接着剤を充填して固定する方法、ある
いはコネクタ等で機械的に接続する方法が知られてい
る。上記のＶ溝ブロックやフェルールを使用する接続方
法では、Ｖ溝ブロックやフェルールにファイバを固定す
る工程に加えそのファイバ接続端面を研磨する工程が必
要になる。Ｖ溝ブロックやフェルールを構成する材料、
接続用接着剤、ファイバ材料の機械的特性が異なるた
め、ファイバ接続端面の研磨によりファイバの端面から
の飛び出しや落ち込みが生じる。これが接続の際、ファ
イバ端面間隔の制御の障害となり接続損失の増加やばら
つきの原因となる。このため通常のＶ溝ブロックやフェ
ルールを使用する接続方法では、接続損失が０．３〜１
ｄＢで、接続ごとにばらつきを示すことが知られてい
る。また、光増幅や非線形光学効果を利用したデバイス
ではその効率を高めることができる限りコア中心部の光
電界強度を高くする必要がある。接着剤を使用する接続
では、この高い光電界強度により接着剤の変質が起こ
り、長期の使用で接続損失が増加したり、あるいは断線
する。さらに、ファイバのコア・クラッドの屈折率差は
通常の伝送用ファイバに比べて大きく、そのコア径も２
μｍ前後と極めて小さい。このため、ファイバの軸ずれ
に対する接続損失の変化量は大きく、室温からの温度の
変動により接続損失も変化する。これは、上記接続方法
では数種の材料の複合体として接続されるので、温度変
化による個々の材料の膨張収縮が様々であり、光軸のず
れを生じるからである。上記の接続方法では−４０〜＋
７５℃の温度変化に対し、接続損失は約±０．５ｄＢ程
度変動し、使用環境での温度変動に従ってデバイスの特
性が変動するという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決すべくなされたものであり、本発明の目的は異なる
ガラス材料からなる光ファイバを融着により接続する方
法ならびにその装置を提案することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバの接
続する方法の発明は、少なくとも一方が非石英系光ファ
イバである２本の光ファイバを接続する方法であって、
非石英系光ファイバである第１のファイバの光軸と第１
のファイバと異なるガラスからなる第２のファイバの光
軸とが接続端面で一致するように調芯された状態で、２
本の光ファイバの接続端部分のうち少なくとも第１のフ
ァイバの接続端部分を加熱することにより第１のファイ
バの接続端部分を軟化または溶融させて２本の光ファイ
バを融着接続することを特徴とする。

【０００６】ここで、第２の光ファイバの接続端部分が
軟化または溶融されていない状態で２本の光ファイバを
融着接続することができる。

【０００７】また、光ファイバの接続端部分の加熱温度
は非石英系光ファイバを構成するガラスのうち最も低い
ガラス転移温度以上であることができる。

【０００８】また、非石英系光ファイバはテルライトガ
ラスファイバ、Ｚｒ系フッ化物ガラスファイバ、Ｉｎ系
フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイ
バからなる群から選ばれる１種からなることができる。

【０００９】また、第１のファイバの光軸および第２の
ファイバの光軸を接続端面の垂直軸に対して、それぞれ
異なる角度で傾斜させ、かつ第１のファイバの光軸の接
続端面の垂直軸に対する傾き角度θ₁ と第２のファイバ
の光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ₂ の関係
が、第１のファイバのコア屈折率をｎ₁ 、第２のファイ
バのコア屈折率をｎ₂ としたとき、

【００１０】

【数２】（sin θ₁ ）／（sin θ₂ ）＝ｎ₂ ／ｎ₁ のスネルの法則を±１０％の範囲内で満たすように接続
することができる。

【００１１】また、光ファイバ接続端部分の加熱がアー
ク放電によってなされることができる。

【００１２】また、光ファイバ接続端部分の加熱がレー
ザ光入射によってなされることができる。

【００１３】ここで、レーザ光入射が炭酸ガスレーザに
よってなされることができる。

【００１４】また、光ファイバ接続端部分の加熱が高周
波誘導加熱によってなされることができる。

【００１５】また、光ファイバ接続端部分の加熱が光フ
ァイバの接続端部分近傍に設置された抵抗体の通電加熱
によってなされることができる。

【００１６】また、第１のファイバと第２のファイバと
を調芯した後、光ファイバの接続端部分を加熱する際の
光ファイバ端間の距離が０〜１０μｍであることができ
る。

【００１７】また、光ファイバ端間の距離が０である場
合、光ファイバ端間に１０ｇ以下の押し付け加重を光フ
ァイバの軸方向に加えることができる。

【００１８】また、第１のファイバと第２のファイバと
を調芯してから第１のファイバおよび第２のファイバの
うち少なくとも第１のファイバの接続端部分を加熱しつ
つあるいは加熱した後、光ファイバ端間の距離を変化さ
せることができる。

【００１９】また、第１のファイバと第２のファイバと
の接続部の周囲が、光ファイバの光軸に沿ってガラス、
無機結晶材料、高分子材料、金属からなる群から選ばれ
る少なくとも１つの材料からなる部材によって補強され
ることができる。

【００２０】本発明の光ファイバ接続装置の発明は、非
石英系光ファイバである第１のファイバと第１のファイ
バと異なるガラスからなる第２のファイバとを接続する
装置であって、ガス導入手段と、第１のファイバと第２
のファイバとの光軸が接続端面で一致するように調芯す
る手段と、第１のファイバおよび第２のファイバのうち
少なくとも第１のファイバの接続端部分を加熱する手
段、とを具備することを特徴とする。

【００２１】ここで、調芯する手段が、第１のファイバ
の光軸と第１のファイバの接続端面の垂直軸とを含む平
面と、第２のファイバの光軸と第２のファイバの接続端
面の垂直軸とを含む平面とが一致するように、第１のフ
ァイバを固定する第１のファイバホルダーと第２のファ
イバを固定する第２のファイバホルダーを回転させる回
転機構および該第２のファイバホルダーを三次元的に平
行移動させる移動機構を有し、かつ第１のファイバの接
続端面と第２のファイバの接続端面とを平行にするため
にいずれかの光ファイバに対して光ファイバ端面の中心
を回転中心として平面的に回転する回転機構を具備する
ことができる。

【００２２】ここで、ガス導入手段が、ガスの導入口を
備えていて、第１のファイバおよび第２のファイバの端
部が設置される部分を所定雰囲気に保つために該ガスの
導入口から乾燥ガスを導入することができる。

【００２３】また、本発明の光ファイバ接続装置は、さ
らに光ファイバを固定するファイバホルダーの少なくと
も１つに光ファイバに与えられる加重を検出するための
検出機構を具備することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明では、２本の光ファイバ
（第１のファイバ、第２のファイバ）の光軸を調芯した
後、加熱により少なくとも一方の光ファイバの端部を軟
化させて２本の光ファイバを接続する。非石英系光ファ
イバを第１のファイバ、石英系光ファイバを第２のファ
イバとすると、第１のファイバと第２のファイバの光軸
を接続端面で一致するように調芯した後、加熱により少
なくとも第１のファイバ（非石英系光ファイバ）の端部
を軟化させて第２のファイバの端部に接続する。

【００２５】ここで、非石英系光ファイバとしては、テ
ルライトガラス光ファイバ、Ｚｒ系フッ化物ガラスファ
イバ、Ｉｎ系フッ化物ガラス光ファイバ、カルコゲナイ
ドガラスファイバ等が挙げられる。なお、これらのファ
イバはＥｒ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｔｂ，Ｎｄ，Ｅ
ｕ等が添加されていてもよい。

【００２６】非石英系光ファイバおよび石英系光ファイ
バは、１種類の材料からなるガラスで形成されていても
よいが、複数種類の材料からなるガラスで形成されてい
てもよい。かかる場合には、光ファイバの接続端部分を
加熱して溶融するにはガラスを構成する材料のうちガラ
ス転移温度の最も低い材料のガラス転移温度以上の温度
で加熱することが好ましい。

【００２７】光ファイバ端部の加熱方法としては、アー
ク放電、レーザ光入射、高周波誘導、光ファイバの接続
端部分近傍に設置された抵抗体の通電などにより加熱す
る方法が用いられる。レーザ光入射による加熱には、石
英系光ファイバを透過する発振波長のレーザが好ましく
用いられ、例えば炭酸ガスレーザ、Ｙｂファイバレーザ
等が挙げられる。高周波誘導加熱においては、高周波コ
イル等をファイバ接続部周囲に設置して用いることがで
き、抵抗体の通電による加熱においてはカンタル線等の
抵抗体を接続部近傍に設置することによる抵抗加熱等が
用いられる。

【００２８】本発明において、加熱する際の２本の光フ
ァイバの接続端間の距離は、０〜２０μｍであることが
好ましく、さらに０〜１０μｍであることが特に好まし
い。ただし、２本の光ファイバの接続端間の距離が０μ
ｍである場合には、２本の光ファイバ間に０〜１０ｇの
押しつけ加重をファイバの軸方向に加えることが好まし
い。なお、２本の光ファイバの接続端間の距離は光軸を
調芯した後で接続端部分を軟化させる前に調整すること
もできるが、光ファイバの接続端部分を加熱しつつある
いは加熱した後調整することもできる。

【００２９】本発明において、２本の光ファイバの接続
はスネルの法則を満たす関係にあることが特に好まし
い。以下に具体的に説明する。

【００３０】非石英系光ファイバと石英系光ファイバと
を接続する場合、両者でコアの屈折率が異なるので低損
失・低反射の接続を実現するには接続界面における伝搬
光の光の反射等を考慮する必要がある。図１（ａ）に示
すようにファイバの接続界面１０４が光軸に垂直となる
接続では、接続する２本のファイバのコアの屈折率の差
によってフレネル反射が生じこれが反射戻り光１０３と
なる。例えば、コア屈折率が大きいテルライトガラスフ
ァイバ（コア屈折率約２．１）とコア屈折率が小さい石
英系ファイバ（コア屈折率約１．５）の接続の場合、反
射減衰量は１６ｄＢとなる。一方、図１（ｂ）に示すよ
うに接続界面１０４を光軸に対して斜めにすれば、接続
界面での反射光はコア外に放射され戻り光となることは
ないので反射減衰量は向上する。しかし、接続界面を透
過する光は接続界面で屈折するので光軸方向からずれた
方向に伝搬し、非石英系光ファイバから石英系光ファイ
バへの透過特性は劣化する。ところが、図１（ｃ）に示
すように非石英光系ファイバと石英系光ファイバの光軸
が接続端面１０４の垂直軸に対してスネルの法則を満た
すように所定角度傾斜させて接続すると低損失・低反射
の接続が実現できる。すなわち、非石英系ファイバを伝
搬して接続界面へ入射した光１０１は、屈折した透過光
１０２が石英系光ファイバの光軸方向に伝搬し、かつ反
射した戻り光１０３がコア外に放射されることとなるの
で低損失・低反射の接続を実現することができる。

【００３１】例えば、非石英系光ファイバ（第１のファ
イバ）の光軸および石英系光ファイバ（第２のファイ
バ）の光軸が光ファイバの接続端面の垂直軸（以下「垂
直軸」という）に対して、それぞれ異なる角度で傾斜し
ており、第１のファイバの光軸の垂直軸に対する傾き角
度θ₁ と第２のファイバの光軸の垂直軸に対する傾き角
度θ₂ の関係が、第１の光ファイバのコア屈折率をｎ
₁ 、第２の光ファイバコア屈折率をｎ₂ としたとき、

【００３２】

【数３】（sin θ₁ ）／（sin θ₂ ）＝ｎ₂ ／ｎ₁ （１）のスネルの法則を満たすように接続する。ここで傾き角
度θ₁ とθ₂ は所望の組み合わせを選ぶことができる
が、可能な限り大きな値の組み合わせとすることにより
反射減衰量を大きくすることができる。

【００３３】ただし、実際には光ファイバのコアの等価
屈折率に影響されるので、（sin θ₁ ）／（sin θ₂ ）
の値は必ずしも厳密にはｎ₂ ／ｎ₁ と一致せず、実用的
には、（sin θ₁ ）／（sin θ₂ ）の値はｎ₂ ／ｎ₁ の
±１０％の範囲内であればよい。ただし、その値は±２
％の範囲内であることが好ましい。

【００３４】本発明においては、ガス導入手段と、２本
の光ファイバの接続を第１のファイバの光軸と第２のフ
ァイバの光軸が接続端面で一致するように調芯する手段
と、少なくとも一方の光ファイバ端部を加熱する手段と
を具備する接続装置を用いて接続することができる。た
だし、調芯手段は、一方の光ファイバの光軸と該光ファ
イバの接続端面の垂直軸とを含む平面と、他方の光ファ
イバの光軸と該光ファイバの接続端面の垂直軸とを含む
平面とが一致するように、一方の光ファイバを固定する
第１のファイバホルダーと他方の光ファイバを固定する
第２のファイバホルダーを回転させる回転機構および該
第２のファイバホルダーを三次元的に平行移動させる移
動機構を有し、かつ一方の光ファイバの接続端面と他方
の光ファイバの接続端面とを平行にするために、いずれ
かの光ファイバに対して光ファイバ端面の中央を回転中
心として平面的に回転する回転機構を有する。

【００３５】ガス導入口から装置内にガスが導入され
て、ガス雰囲気下で２本の光ファイバの接続が行われ
る。充填されるガスとしては、乾燥窒素ガス等が挙げら
れる。例えば、接続されるファイバがフッ化物光ファイ
バである場合には、このような接続装置内の雰囲気制御
は重要なものとなる。本発明に好ましく用いられる接続
装置を図２を用いて具体例に説明する。図２は、本発明
の装置の概念を示した平面図である。

【００３６】図２において、１は第１のファイバを、２
は第２のファイバを示し、３ａは第１のファイバを保持
する第１のファイバホルダーを、３ｂは第２のファイバ
を保持する第２のファイバホルダーを示す。第１のファ
イバホルダーは光ファイバの光軸が図２中のＺ軸と一致
するように設定されており、Ｚ軸に対して矢印６で示す
ように回転できる回転機構を有する。第２のファイバホ
ルダーは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って平行移動できる移
動機構、第２のファイバの光軸に対して矢印６’で示す
ように回転できる回転機構、および第２のファイバの接
続端面の中央を回転中心として矢印７で示すようにＹＺ
平面内を回転できる回転機構を有する。また、４はアー
ク放電用の電極であり、ファイバ接続端面部分を加熱で
きるように設置されている。本発明においてはアーク放
電の代わりにレーザ光入射等による加熱でもよいが、そ
の場合には、かかる加熱手段が適宜置き換えられる。５
はガス導入口である。

【００３７】なお、ファイバ接続部の垂直上方には、接
続部を観察するためのカメラ等が設置されている。

【００３８】本発明の接続装置は、少なくとも一方のフ
ァイバホルダー３ａ、３ｂにファイバに与えられる加重
を検出する機構、例えばロードセルをさらに有すること
が好ましい。本発明においては、２本のファイバの接続
部分を、ファイバの光軸に沿って周囲に、ガラス、無機
結晶材料、高分子材料、金属等の材料からなる部材で補
強することが好ましい。ただし、補強部材は上記の１種
類のみならず２種類以上の材料からなってもよい。

【００３９】本発明の接続方法によれば、Ｖ溝やフェル
ールなどの異種材料に固定する必要がないため、組立や
研磨の工程を省略することができる。さらに、ファイバ
の接続端面が密着しているので接続損失を低減すること
ができ、かつ温度変動に対する損失変動を低減すること
ができる。この接続によれば、接着剤などの有機材料が
光の導波する部分に存在しないため、高い光入力に対し
ても長期的に接続損失の増加がないという利点もある。
加えて、本発明の接続装置を用いることにより、簡便に
非石英系光ファイバと石英系光ファイバの接続が可能で
あり、従来の通信用石英系ファイバと同様に非石英系フ
ァイバを利用可能とする利点がある。

【００４０】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
るが、以下に開示する実施例は本発明の例示に過ぎず、
本発明の範囲を何等限定するものではない。

【００４１】（実施例１）第１のファイバとしてＥｒを
添加したテルライトガラス光ファイバ（ガラス系はＴｅ
Ｏ₂ −ＺｎＯ−Ｎａ₂ Ｏ、コア屈折率は２．１、モード
フィールド径は５μｍ、Ｅｒ添加濃度は４０００ｐｐ
ｍ、ファイバの被覆はＵＶ樹脂）を、第２のファイバと
して石英系光ファイバ（コア屈折率は１．５、モードフ
ィールド径は５μｍ、被覆はＵＶ樹脂）を用いた。接続
の概略を図３に示す。図３中、１は第１のファイバとし
てのテルライトガラス光ファイバ、２は第２のファイバ
としての石英系光ファイバ、３ａは第１のファイバホル
ダー、３ｂは第２のファイバホルダー、４はアーク放電
用の電極である。接続部周辺の雰囲気は乾燥窒素ガスと
した。２本の光ファイバ１、２の接続端間の間隔は約１
μｍである。テルライトガラス光ファイバに入射した波
長１．３μｍのレーザ光を石英系光ファイバの終端で検
知し、その強度が最高になるように石英系光ファイバを
ＸＹ平面内で移動させて調芯した。その後、アーク放電
用の電極間で放電を起こし、放電中に石英系光ファイバ
をテルライトガラス光ファイバに近づけて端部間の距離
を０とした。アーク放電による加熱でテルライトガラス
光ファイバの端部のみが溶融状態となり、この端面を石
英系光ファイバの端面に接触させて接続した。

【００４２】接続損失をＥｒ添加テルライトガラス光フ
ァイバのＥｒの吸収のない１．３μｍで測定した。１０
個の接続点を直列につなぎ接続損失を評価したところ、
接続損失は平均で０．０１５ｄＢであった（屈折率不整
合による反射損を除く）。接続強度を引っ張り試験器で
測定したところ、接続強度は２５０ＭＰａであった。

【００４３】ただし、テルライトガラス光ファイバの溶
融条件はアーク放電の放電電圧と電極間距離の両方で調
整した。少なくともテルライトガラス光ファイバの軟化
する温度（最低でもガラス転移温度、３００℃前後）以
上で接続が可能であり、テルライトガラスの液相温度以
上に加熱することによって、０．１ｄＢ以下の接続損失
と１５０ＭＰａの接続強度が得られた。また、放電時の
ファイバ端面間隔は０〜２０μｍの間であれば０．１ｄ
Ｂ以下の接続損失と１５０ＭＰａの接続強度を実現する
ことができたが、２０μｍより大きいとテルライトガラ
ス光ファイバの先端部が球状になり接続点の接触面積が
小さくなり、十分な接着強度が得られず、ファイバコア
も変形する傾向にあり、良好な接続が実現できなかっ
た。

【００４４】ここではコアにＥｒを添加したテルライト
ガラス光ファイバを用いたが、Ｅｒの代わりに、Ｐｒ，
Ｔｍ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｔｂ，Ｎｄ，Ｅｕの１種あるいは２
種以上を含むファイバでも、またこれらを含まないファ
イバでも本実施例と同様の接続が可能であった。またこ
れら希土類イオンを少なくとも１種以上含むＺｒ系フッ
化物ガラス光ファイバ、Ｉｎ系フッ化物光ファイバ、カ
ルコゲナイド光ファイバについても同様の接続を行った
ところ、同様に良好な接続が可能であった。

【００４５】（実施例２）実施例１において、第１のフ
ァイバをＺｒ系フッ化物ガラス光ファイバに代えた以外
は実施例１と同様の方法で石英系光ファイバと接続し
た。ただし、用いたＺｒ系フッ化物ガラス光ファイバ
は、ＺｒＦ₄ −ＢａＦ₂ −ＬａＦ₃ −ＹＦ₃ −ＡｌＦ₃
−ＬｉＦ−ＮａＦ系であり、コアの屈折率は１．５５、
モードフィールド径４μｍ、ＵＶ樹脂を被覆したもので
ある。接続部周辺の雰囲気として乾燥窒素（水分露点−
７０℃）を用いた。

【００４６】接続損失を１．３μｍで測定したところ
０．０３ｄＢであり、接続強度は１２０ＭＰａであっ
た。

【００４７】なお、接続装置内の雰囲気を水分を含む雰
囲気（大気）にしたところ、フッ化物ファイバの端部が
結晶化のため失透し、良好な接続を実現することができ
なかった。

【００４８】（実施例３）実施例１において、第１のフ
ァイバをＩｎ系フッ化物ガラス光ファイバに代えた以外
は実施例１と同様の方法で石英系光ファイバと接続し
た。ただし、用いたＩｎ系フッ化物ファイバは、ＩｎＦ
₃ −ＧａＦ₃ −ＬａＦ₃ −ＺｎＦ₂ −ＰｂＦ₂ −ＢａＦ
₂ −ＳｒＦ₂ −ＹＦ₃ −ＮａＦ系であり、コアの屈折率
は１．６５、モードフィールド径４．５μｍ、ＵＶ樹脂
を被覆したものである。

【００４９】接続損失を１．３μｍで測定したところ
０．０３５ｄＢであり、接続強度は１４０ＭＰａであっ
た。実施例２と同様に、接続部周辺の雰囲気を乾燥雰囲
気とすることにより良好な接続が実現できた。

【００５０】（実施例４）実施例１において、第１のフ
ァイバをＡｓ−Ｓ系カルコゲナイドガラスファイバに代
えた以外は実施例１と同様の方法で石英系光ファイバと
接続した。ただし、用いたコアの屈折率は２．４、モー
ドフィールド径３μｍ、ＵＶ樹脂を被覆したものであ
る。

【００５１】接続損失を１．３μｍで測定したところ
０．０３５ｄＢであり、接続強度は１４０ＭＰａであっ
た。実施例２と同様に、接続部周辺の雰囲気を乾燥雰囲
気とすることにより良好な接続が実現できた。

【００５２】（実施例５）実施例１と同様に、第１のフ
ァイバとしてテルライトガラス光ファイバを用い、第２
のファイバとして石英系光ファイバを用いた。両ファイ
バの接続端面はファイバクリーバーで光軸に対し９０°
の角度となるようにカットした後、接続に使用した。接
続の際、ファイバ端間の距離を１μｍまで近づけた後、
光軸に対して垂直な面（ＸＹ平面）でテルライトガラス
光ファイバから入射した光が最も効率よく結合する位置
に調芯した。その後、石英系光ファイバをその光軸（Ｚ
軸）に沿って接近させ、石英系光ファイバをテルライト
ガラス光ファイバに接触させた後、さらに５ｇの加重が
かかるまで石英系光ファイバをテルライトガラス光ファ
イバに押し付けた。その後、入射した炭酸ガスレーザが
ファイバ接続部に集光するように配置したミラーを用
い、炭酸ガスレーザによって接続端部を加熱した。加熱
によりテルライトガラス光ファイバの端部が溶融し、モ
ニターしている加重が解放されるが、その際、テルライ
トガラス光ファイバが変形しないよう、加熱と同時にテ
ルライトガラス光ファイバを１μｍ引き戻した。この操
作によりテルライトガラス光ファイバの外形は変化する
ことなくコアの変形を伴わず接続することができた。

【００５３】このようにして得られた接続部の接続損失
は０．０１ｄＢであり、良好な接続を実現することがで
きた。本実施例の方法は、実施例１の方法に比べて、加
熱時のテルライトガラス光ファイバ端部の変形による光
結合特性の劣化を小さく押さえることができる。しか
し、実施例１の方法に比べて、接続に使用するファイバ
端面の平滑度が接続損失に大きな影響を与える。したが
って、ファイバ端面をカッティングした後ファイバ端面
を検査して平滑度を確認してからファイバの接続を行う
ことが望ましい。

【００５４】本実施例においてもテルライトガラス光フ
ァイバ端部の加熱温度をガラス転移温度以上とすること
によって接続が可能であり、テルライトガラスの液相温
度以上に加熱することにより良好な接続強度を得ること
ができる。

【００５５】ファイバ端面に加える押しつけ加重は０〜
４０ｇ程度まで可能であったが、１０ｇ以上の加重では
ファイバの保持状況や端面の角度によって、ファイバの
位置ずれや端面の破壊が起きた。このため、加重は０〜
１０ｇの範囲であることが望ましい。

【００５６】第１のファイバを、Ｚｒ系フッ化物ガラス
光ファイバ、Ｉｎ系フッ化物ガラス光ファイバ、カルコ
ゲナイドガラス光ファイバに代えても同様の接続特性を
実現することができた。

【００５７】また、ファイバ端部の加熱方法を、アーク
放電からレーザ入射、高周波加熱、抵抗体の通電加熱に
代えたが、それでも同様の結果を得ることができた。た
だし、ファイバへのレーザ入射については、実施例１の
方法に比べ高い入射パワーが必要であった。また、Ｚｒ
系フッ化物ガラス光ファイバおよびＩｎ系フッ化物ガラ
ス光ファイバの場合には接続部周辺の雰囲気を露点−４
０℃以下の乾燥雰囲気に保つことで良好な接続損失を得
ることができた。

【００５８】（実施例６）実施例１と同様に第１のファ
イバとしてテルライトガラス光ファイバ、第２のファイ
バとして石英系光ファイバを用い、図２に示す光ファイ
バ接続装置を用いて光ファイバの接続を行った。テルラ
イトガラス光ファイバの端面をその垂直軸と光軸のなす
角度が５．５°となるようにカットし、石英系光ファイ
バの端面を７．５°となるようにカットした。この接続
の状態の概略を図４に示す。図２中、１は第１のファイ
バとしてのテルライトガラス光ファイバ、２は第２のフ
ァイバとしての石英系光ファイバを示す。これらを光フ
ァイバの光軸に対して回転する機構を有する、第１のフ
ァイバホルダー３ａおよび第２のファイバホルダー３ｂ
にそれぞれ固定した。光ファイバ接続部の垂直上方に設
置したＣＣＤカメラで観察しつつ、第１のファイバホル
ダーを矢印６のように回転させて非石英系光ファイバの
光軸と垂直軸とを含む平面がＹＺ平面と平行となるよう
にした。次いで、石英系光ファイバの光軸と垂直軸とを
含む平面がこの平面と平行となるように、第２のファイ
バホルダーを矢印６’のように回転させた。これにより
ファイバ端面の接続時の面合わせが可能になる。

【００５９】その後、ファイバ端の間隔が５μｍでその
端面同士が平行になるように、ファイバ端面同士を接近
させ、かつ石英系ファイバをその端面の中心を回転中心
としてＺＹ平面内を回転させる（矢印７）。これは、フ
ァイバ接続部（アーク放電用電極４，４間の中央部）を
中心とする円周上を移動可能な、第２のファイバホルダ
ー３ｂの回転機能によってなされる。ただし、ファイバ
端部の面合わせは、ＣＣＤカメラより得た画像情報を解
析することにより行う。

【００６０】さらにファイバ端間隔を接近させ、石英系
光ファイバを端面に平行な面内で第２のファイバホルダ
ー３ｂをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に平行移動させて光ファ
イバの接続端面で光軸が一致するように調芯した。ただ
し、この調芯は石英系光ファイバ側から入射した波長
１．２μｍの半導体レーザ光をテルライトガラスファイ
バに結合したフォトダイオードで検出し、その出力が最
大となるようにして行った。

【００６１】その後、ファイバ端同士をさらに接近させ
接触させた後、電極４よりアーク放電してファイバの接
続端面を加熱し、第１のファイバホルダー３ａに設けら
れたロードセルで光軸方向の加重をモニターしながら、
押しつけ加重をかけて接続した。ただし、接続部にはガ
ス導入口５より所定のガスを導入し接続装置内の雰囲気
を制御することが可能である。

【００６２】接続後の損失は０．０１ｄＢ以下であっ
た。市販の反射減衰量測定装置を用いて１．３μｍにお
ける接続点の反射減衰量を測定したところ、テルライト
ガラス光ファイバ側からと、石英系光ファイバ側からの
両方から測定した値が、いずれの場合も装置の測定限界
（６０ｄＢ）以下であった。すなわち、本発明がこのよ
うな反射減衰量低減に有効な接続端面角度の異なる光フ
ァイバの接続にも有効であることが示された。

【００６３】なお本実施例と同様にして、Ｚｒ系フッ化
物ガラス光ファイバ、Ｉｎ系フッ化物ガラスファ光イ
バ、カルコゲナイドガラス光ファイバについても角度の
異なるファイバの接続を行ったが、本実施例と同様に低
損失で、かつ６０ｄＢ以下の反射減衰量を有する接続を
実現することができた。

【００６４】（実施例７）実施例６において、光ファイ
バ端面部分の加熱を石英系光ファイバから入射したＹｂ
ファイバレーザによる加熱に代えた以外は実施例６と同
様の方法で光ファイバの接続を行った。実施例６と同様
に光ファイバを調芯した後、光ファイバ端の間隔を１μ
ｍとし、石英側から１Ｗのレーザ光を入射した。約５秒
間の入射の後、レーザ光を遮断した。その結果、テルラ
イトガラス光ファイバの端面が溶融し、石英系光ファイ
バ端面に融着され両ファイバが接続された。

【００６５】接続損失は０．０１ｄＢであり、反射減衰
量は６０ｄＢ以下であった。この際、用いるレーザは石
英系光ファイバを透過する発振波長のレーザであれば同
様の接続が可能であった。

【００６６】（実施例８）第１のファイバとしてカルコ
ゲナイドガラス光ファイバを用い、その光軸とファイバ
端面の垂直軸とのなす角度が５．５°であった。また、
第２のファイバとして石英系光ファイバを用い、その光
軸と垂直軸とのなす角度が８°であった。ファイバの保
持ならびに調芯は実施例６と同様に行った。ファイバの
加熱は高周波誘導加熱により行った。但し高周波誘導加
熱用のサセプタとしてＭｏリングをファイバ接続部周囲
に取り巻くように設置し、その外周にコイルを設置し
た。石英系光ファイバ端面とカルコゲナイド光ファイバ
端面の間に、約１ｇの押しつけ加重をかけ、コイルに高
周波電圧を印加し、ファイバに加えた加重がカルコゲナ
イド光ファイバの溶融により変化し始めた時点で電圧の
印加を停止した。同時に、石英系光ファイバを０．１μ
ｍだけ石英系光ファイバの光軸方法に後退させた。

【００６７】接続損失は０．０１ｄＢ以下であり、カル
コゲナイドガラスファイバ側から、および石英系光ファ
イバ側から測定した反射減衰量はともに装置の測定限界
である６０ｄＢ以下であった。なお、高周波誘導加熱用
のコイルの代わりにカンタル線による抵抗加熱を用いて
も同様の接続を実現することができた。

【００６８】また、第１のファイバとしてカルコゲナイ
ド光ファイバの代わりにテルライトガラス光ファイバ、
Ｚｒ系フッ化物ガラス光ファイバ、Ｉｎ系ガラス光ファ
イバを用いても同様の接続特性を実現することができ
た。

【００６９】（実施例９）実施例６と同様にして、テル
ライトガラス光ファイバおよび石英系光ファイバを接続
した。次いで、テルライトガラス光ファイバと石英系光
ファイバの接続部に紫外線硬化型のエポキシ樹脂を塗布
し、その後ＵＶランプを用いて硬化させて、光ファイバ
接続部に２００μｍ厚のエポキシ樹脂層を形成した。こ
れにより接続部が大気中の水分や機械的な応力に対し補
強され、引っ張り強度が２１０ＭＰａまで向上した。

【００７０】第１のファイバとしてＺｒ系フッ化物ガラ
ス光ファイバ、Ｉｎ系フッ化物ガラス光ファイバ、カル
コゲナイドガラス光ファイバを用いて接続した光ファイ
バについて、その接続部に上記と同様のエポキシ樹脂層
を形成したところ、これらに対しても有効で、特にフッ
化物ガラス光ファイバを用いた場合は、大気中の水分に
対する接続部の強度劣化を抑制する効果を確認すること
ができた。また、接続部に塗布される樹脂を紫外線硬化
型のエポキシ樹脂の代わりに、紫外線硬化型のアクリル
樹脂、シリコーン樹脂やその他のいずれの高分子を用い
ても、接続部の補強ならびに水分に対する保護の効果を
確認することができた。

【００７１】（実施例１０）実施例９と同様の接続を行
った。ただし、接続する光ファイバ接続端面の角度と同
一の傾きを有し、かつ、その内径が光ファイバ径より大
きいガラス管２本に第１のファイバおよび第２のファイ
バをそれぞれ通しておいてから接続し、接続後、ファイ
バの接続部を突き合わせ接着剤で固定した。次いで、接
着剤で固定しなかったガラス管の他方の端面を接着剤で
ファイバに固定した。これにより、接続部がガラス管で
覆われ外部から加わる衝撃に対し接続部を保護すること
ができた。

【００７２】第１のファイバとしてテルライトガラス光
ファイバの代わりに他の非石英系ファイバを用いて接続
しても同様に効果があった。

【００７３】接続部を覆ったガラス管の代わりに、セラ
ミックスあるいは金属等の材料の管を用いても、同様の
効果を得ることができた。

【００７４】実施例９で実施した樹脂被覆と本実施例の
接続部保護部材を併用することにより、外部からの衝撃
に加えて湿度に対する保護効果も得られる。

【００７５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、従来は困難であった異なるガラス材料からなる光
ファイバの融着接続を実現することができる。その結
果、接着剤を使用しない接続が実現できるため、信頼性
の高いファイバ接続が達成でき、かつＶ溝組立や研磨な
どの工程を必要としないので、簡便で、かつ低損失な接
続を実現することができる、という利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は光ファイバ接続界面が光軸と垂直とな
る接続の場合の入射光の伝搬状態を示す線図で、（ｂ）
は接続界面が光軸に対して傾いている場合の入射光の伝
搬状態を示す線図で、（ｃ）は本発明のスネルの法則を
満たす接続の場合の入射光の伝搬状態を示す線図であ
る。

【図２】本発明の接続装置の概念図である。

【図３】本発明のファイバ接続法の一態様を示す概念図
である。

【図４】本発明のファイバ接続法の別の一態様を示す概
念図である。

【符号の説明】

１第１のファイバ２第２のファイバ３ａ第１のファイバホルダー３ｂ第２のファイバホルダー４アーク放電用の電極５ガス導入口１０１入射光１０２透過光１０３反射戻り光１０４接続界面

フロントページの続き (72)発明者森淳東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者小野浩孝東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者島田俊之東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者西田好毅東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者大石泰丈東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が非石英系光ファイバで
ある２本の光ファイバを接続する方法において、前記非
石英系光ファイバである第１のファイバの光軸と該第１
のファイバと異なるガラスからなる第２のファイバの光
軸とが接続端面で一致するように調芯された状態で、２
本の光ファイバの接続端部分のうち少なくとも前記第１
のファイバの接続端部分を加熱することにより第１のフ
ァイバの接続端部分を軟化または溶融させて２本の光フ
ァイバを融着接続することを特徴とする光ファイバの接
続方法。
【請求項２】前記第２のファイバの接続端部分が軟化
または溶融されていない状態で２本の光ファイバを融着
接続することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ
の接続方法。
【請求項３】前記光ファイバの接続端部分の加熱温度
が前記非石英系光ファイバを構成するガラスのうち最も
低いガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項
１または２に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項４】前記非石英系光ファイバがテルライトガ
ラスファイバ、Ｚｒ系フッ化物ガラスファイバ、Ｉｎ系
フッ化物ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイ
バからなる群から選ばれる１種からなることを特徴とす
る請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバの接続
方法。
【請求項５】前記第１のファイバの光軸および前記第
２のファイバの光軸を接続端面の垂直軸に対して、それ
ぞれ異なる角度で傾斜させ、かつ第１のファイバの光軸
の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ₁ と第２のファ
イバの光軸の接続端面の垂直軸に対する傾き角度θ₂ の
関係が、第１のファイバのコア屈折率をｎ₁ 、第２のフ
ァイバのコア屈折率をｎ₂ としたとき、【数１】（sin θ₁ ）／（sin θ₂ ）＝ｎ₂ ／ｎ₁ のスネルの法則を±１０％の範囲内で満たすように接続
することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の光ファイバの接続方法。
【請求項６】前記光ファイバの接続端部分の加熱がア
ーク放電によってなされることを特徴とする請求項１か
ら５のいずれかに記載の光ファイバの接続方法。
【請求項７】前記光ファイバの接続端部分の加熱がレ
ーザ光入射によってなされることを特徴とする請求項１
から５のいずれかに記載の光ファイバの接続方法。
【請求項８】前記レーザ光入射が炭酸ガスレーザによ
ってなされることを特徴とする請求項７に記載の光ファ
イバの接続方法。
【請求項９】前記光ファイバの接続端部分の加熱が高
周波誘導加熱によってなされることを特徴とする請求項
１から５のいずれかに記載の光ファイバの接続方法。
【請求項１０】前記光ファイバの接続端部分の加熱が
光ファイバ接続端部分近傍に設置された抵抗体の通電加
熱によってなされることを特徴とする請求項１から５の
いずれかに記載の光ファイバの接続方法。
【請求項１１】前記第１のファイバと前記第２のファ
イバとを調芯した後、光ファイバ端部を加熱する際の光
ファイバ端間の距離が０〜１０μｍであることを特徴と
する請求項１から１０のいずれかに記載の光ファイバの
接続方法。
【請求項１２】前記光ファイバ端間の距離が０である
場合、光ファイバ端間に１０ｇ以下の押し付け加重を光
ファイバの軸方向に加えることを特徴とする請求項１１
に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項１３】前記第１のファイバと前記第２のファ
イバとを調芯してから２本の光ファイバの接続端部分の
うち少なくとも第１のファイバの接続端部分を加熱しつ
つあるいは加熱した後、光ファイバ間の距離を変化させ
ることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載
の光ファイバの接続方法。
【請求項１４】前記第１のファイバと前記第２のファ
イバとの接続部の周囲が、光ファイバの光軸に沿ってガ
ラス、無機結晶材料、高分子材料、金属からなる群から
選ばれる少なくとも１つの材料からなる部材によって補
強されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか
に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項１５】非石英系光ファイバである第１のファ
イバと第１のファイバと異なるガラスからなる第２のフ
ァイバとを接続する装置であって、ガス導入手段と、第
１のファイバと第２のファイバとの光軸が接続端面で一
致するように調芯する手段と、前記第１のファイバおよ
び前記第２のファイバのうち少なくとも第１のファイバ
の接続端部分を加熱する手段、とを具備することを特徴
とする光ファイバの接続装置。
【請求項１６】前記調芯する手段が、第１のファイバ
の光軸と該第１のファイバの接続端面の垂直軸とを含む
平面と、第２のファイバの光軸と該第２のファイバの接
続端面の垂直軸とを含む平面とが一致するように、第１
のファイバを固定する第１のファイバホルダーと第２の
ファイバを固定する第２のファイバホルダーを回転させ
る回転機構および該第２のファイバホルダーを三次元的
に平行移動させる移動機構を有し、かつ第１のファイバ
の接続端面と第２のファイバの接続端面とを平行にする
ためにいずれかの光ファイバに対して光ファイバ端面の
中心を回転中心として平面的に回転する回転機構を具備
することを特徴とする請求項１５に記載の光ファイバの
接続装置。
【請求項１７】前記ガス導入手段が、ガスの導入口を
備えていて、前記第１のファイバおよび第２のファイバ
の端部が設置される部分を所定雰囲気に保つために該ガ
スの導入口から乾燥ガスを導入することを特徴とする請
求項１５または１６に記載の光ファイバの接続装置。
【請求項１８】光ファイバ接続装置が、さらに光ファ
イバを固定するファイバホルダーの少なくとも１つに光
ファイバに与えられる加重を検出するための検出機構を
具備することを特徴とする請求項１５から１７のいずれ
かに記載の光ファイバの接続装置。