JPS61117508A

JPS61117508A - 光フアイバの接続方法

Info

Publication number: JPS61117508A
Application number: JP23763584A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kato; 康之加藤; Akihiko Ishikura; 石倉　昭彦; Mitsuru Miyauchi; 宮内　充
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1986-06-04

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】〔技術分野〕本発明は、光ファイバを融着接続するにあたって、コア
の軸を調心する必要なしに低損失な接続を実現する光フ
ァイバの接続方法に関するものである。

〔従来技術〕

これまで、光ファイバの融着接続にあたっては、主に２
つの方法が用いられてきた。その一方は、光ファイバの
コアの軸を調心して融着接続する方法である。第１図（
Ａ）および（Ｂ）はこの方法を示すものであり、一般に
、伝搬モードのスポットサイズが小さく、第１図（Ａ）
のように、接続すべき２つの光ファイバＩＡおよびＩＢ
において各クラッド２Ａおよび２Ｂにおけるコア３Ａと
３Ｂとの偏心による軸ずれが無視できない場合には、第
１図（Ｂ）に示すように軸合せを行ってから接続する。

この方法は軸調心を必要とするために、接続装置のコス
トがきわめて高くなる欠点があり、しかも接続時間が長
くなり、作業性の点で問題となっている。

他方の方法は、接続点を加熱融着する際に、溶融石英の
表面張力を利用するものである。第２図（Ａ）のように
、伝搬モードのスポットサイズに対して、コア３Ａと３
Ｂとの偏心量が相対的に小さい場合には、ファイバＩＡ
とＩＢとの間に軸ずれがあっても、融着時の表面張力に
よって、第２図（Ｂ）のように、外径の軸を合わせるこ
とができる利点がある。

しかしながら、第３図（Ａ）に示すように、コア３Ａと
３Ｂとの偏心が大きい場合、この方法では、第３図（Ｂ
）のように融着後に再び軸ずれが生じてしまう欠点があ
る。

〔目的〕

そこで、本発明の目的は、これらの欠点を解決し、コア
の軸ずれを調心することなく低損失な融着接続を行うこ
とのできる光ファイバの接続方法を提供することにある
。

〔発明の構成〕

かかる目的を達成するために、本発明では、接続点を過
剰加熱することによって、光ファイバのコアを形成する
ために含まれているドーパントをクラッド中に拡散させ
、それにより伝搬モードのスポットサイズを実質的に拡
大させてスポットサイズに対する相対的な軸ずれを減少
させ、以て低損失な接続を実現する。

さらに、本発明では、過剰加熱と同時に、接続点に生ず
るコアの幾何学的変形を光コアイノくの長手方向の軸移
動によって除去して、一層低損失の接続を実現すること
ができる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の原理を示すもであ
り、横軸ｒは光ファイバの径方向を示し、縦軸は屈折率
ｎを示す。

一般に、光ファイバは、第４図（Ａ）のように、光を導
波する半径８のコア３（屈折率ｎｓ　）とそれよりもわ
ずかに低い屈折率ｎ２のクラッド２とからなっている。

クラッド２の材質は主に９４０２であり、一方、コア３
にはクラッド２よりも屈折率を高めるために、Ｇｅがド
ープされている。

本発明では、まず、接続点を長時間加熱し、第４図（Ｂ
）に示すように、ドーパントをクラッド２の領域にまで
熱拡散させ、コア３の半径をａからａ′にまで拡大する
。

第４図（Ｂ）のようにコア３の形状がステップ形からベ
ル形になって広がった場合、伝搬モードの界分布もこれ
に引きずられて拡大する。

接続損失の主な原因である軸ずれ量Ｘに対し、接続損失
αＳは、伝搬モードのスボｙ’）サイズＷを用いて、次
式のように表わされる。

ａＢ　＝４．３（ｘ／ｗ　）２［ｄＢ］　　　（１）接
続点での軸ずれ量Ｘが一定である場合、接続損失はスポ
ットサイズＷの大きさの２乗に反比例損失な接続が可能
となる。

第５図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による接続方法の実施例
の順次の工程を、光ファイバの融着接続部４を横力向か
ら見て示すものである。

なお、光ファイバのコアの観察は、光ファイバをマツチ
ング液にひたした状態で、微分干渉顕微鏡により行い、
加熱過程における変化を図示した。

本発明では、まず、第５図（Ａ）に示すように、従来と
同様に接続すべき２本の光ファイバ１ａと１ｂの端面を
つき合わせ、その端面付近を加熱しながら表面張力効果
を利用した、ファイバ外径合せ法により両光ファイバＩ
ＡとＩＢとを融着接続する。この状態では、クラッド２
Ａと２Ｂとの外径は合致するが、コア３Ａと３Ｂとは合
致していない。

このように軸ずれのある融着ファイバの接続部４を加熱
すると、第５図（Ｂ）に示す状態となる。

ここで、過剰加熱によって、コア３Ａおよび３Ｂ中のド
ーパントがクラッド２Ａおよび２Ｂ中に熱拡散し、それ
により、接続部４のコア３Ａおよび３Ｂは拡大する。そ
れと同時に、溶融石英ファイバの表面張力によって、加
熱部分の中央にガラスが移動し、接続部４の外径が太く
なる。このように接続部４の外径が太くなると、スポッ
トサイズＷに対する軸ずれ量Ｘの比Ｘ　／　Ｗが大きく
なるため、接続損失が増加し、ドーパント拡散の効果が
打消されてしまう。

そこで、本発明では、第５図（Ｃ）に矢印で示すように
、上述の加熱融着時に双方の光ファイバＩＡおよびＩＢ
をその長手方向に圧縮しまたは引張ってコア３Ａおよび
３Ｂの軸を半径方向に移動させて、接続部４の形状を整
え、双方の光ファイバＩＡおよびｊＢのコア３Ａと３Ｂ
とが滑らかに接続されるようにする。

第６図は、上述したように過剰加熱して融着接続を行う
際における接続損失の変化を実験的に求めたものである
。図中の曲線（Ａ）は従来の多モード光ファイバ用融着
接続装置を用いて行った結果である。加熱時間が５秒程
度で接続損失が最低となるが、さらに加熱を続けると、
直ちに損失が増加していくことがわかる。

そこで、加熱温度を下げて行った結果、曲線（Ｂ）のよ
うになった。この場合に、接続損失が５〜１０秒付近で
最低となるのは、コアの偏心によるものである。曲線（
Ｂ）において重要なのは、加熱温度を下げたことによっ
て、表面張力により接続部が太くなる現象が抑制され、
その分だけドーパント拡散効果が働き、接続損失の底部
が曲線（Ａ）に比較して低下している点である。

曲線　（Ｃ）はコアの軸調心を行った後に、曲線（Ｂ）
の加熱条件で接続を行った場合である。

曲線（Ｄ）は接続部ではなく、単に光ファイバを曲線（
Ｂ）の条件で加熱した時の損失増加を示す。

この実験において、まず、接続部の太り（変形）を軽減
しながら、ドーパントの拡散を大きくする加熱方法が存
在することが曲線（Ｂ）の特性から明らかになった。そ
こで、本発明接続方法におけるドーパントの熱拡散は、
融着接続に十分なだけ端部を加熱して融着した後に、多
少温度を下げて熱拡散させることによりその効果が顕著
となる。しかし、加熱時間をさらに長くすると再び損失
が増大し、接続部の幾何学的変形を回避できないことが
明らかになった。

第６図において、加熱時間が５０秒以上の場合に、損失
増加をもたらす原因をさらに詳細に調べた結果を第７図
に示す。第７図は、融着接続後、加熱時間Ｔｄ−２００
秒と３００秒での接続損失の変化を波長を変えて、測定
したものである。図より、次のような重要な結論が得ら
れる。

（ｉ）波長１．２１Ｌｍ　、　１．３１３１Ｌｍ　、　
　１．８１Ｌｍにおいて、Ｈ２，ＯＨ基の吸収スペクト
ルが見られない、従って、この損失増はＨ２やＯＨ基等
による吸収損失増ではない。

（ｉｉ）波長１．２１Ｌｍ以上において負の波長依存性
を示すのは、接続損失要因が軸ずれであるからであり、
加熱時間の増加とともに、その傾向が強く現われている
のは、伝搬モードのスポットサイズに対する相対的な軸
ずれ量（Ｘ／Ｗ）が増加しているためである。

従って、この損失増加の原因は、第５図（Ｂ）に示した
表面張力効果によるファイバ径の太りによるものである
ことがわかる。

第７図の実験結果から、第５図（Ｃ）に示す整形、つま
り光ファイバを軸（長手）方向に移動させることによる
接続部の整形を行うことによって、ドーパント拡散効果
を引き出せる知見が得られた。

第８図は以上に基づく本発明による融着接続部の加熱整
形の実施例を示す。ここで、横軸は加熱時間を示し、縦
軸は接続損失を示す０図中の実線（黒丸印）は軸調心後
過剰加熱を行った例を示し１図中の（Ａ）〜（Ｃ）は第
５図（Ａ）〜（Ｃ）の各工程に対応する。

この場合にも、第６図に示した例と同様に、Ｔｄ＝１０
秒あたりから損失は次第に増加し、↑ｄ−３００秒付近
では１．５ｄＢ程度となってしまう、この状態において
、接続部を加熱しながらファイバ軸を第５図（Ｃ）に示
すような矢印方向に移動させて接続部の外径を整形する
と、矢印（Ｃ）で示す損失値まで低下することが明らか
になった。

矢印（Ｃ）の状態での損失値はＴｄ＞５秒付近の最低値
よりもさらに小さくなり、ドーパント拡散の効果が現わ
れていることがわかる。

さらに、初期軸ずれが２．５ｄＢ程度ある状態から加熱
した例を破線（白丸印）で示す。この例ではＴｄ＝３０
秒の付近ですでに損失増加が始まる。そのため、この時
点で加熱整形を行うと、矢印（Ｃ）で示す０．１５ｄＢ
まで損失を低下させることができることが明らかになっ
た。

この整形工程は、加熱中の接続部分について、その光フ
ァイバの外径をビデオカメラ等でモニタしつつ、その光
ファイバを軸方向に移動させながら変形していない部分
のファイバの外径を示す基準線に一致させるようにする
ことで自動的に進めることができる。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ファイバ接続部
を過剰加熱することによって、コアのドーパントをクラ
ッドに拡散させ、それにより伝搬モードのスポットサイ
ズを拡大して、軸ずれによる損失を低減できる。さらに
また、本発明では、単なる過剰加熱によっては損失増が
生じていたが、その損失増の原因を明らかにし、これを
加熱整形によって除去し、以て、光ファイバの低損失な
接続を行うことができる。

しかも、本発明では、従来技術のように、光ファイバの
コアの軸を調心するための高精度な微動機構や複雑なモ
ニタ装置を必要とすることなしに、単一モード光ファイ
バ等の接続においても低損失な接続を実現することがで
き、接続装置および工事コストを大幅に低減できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は従来の軸調心接続法の例を
示す断面図、第２図（Ａ）および（Ｂ）、および第３図（Ａ）および
（Ｂ）は従来の表面張力効果を利用した外径合せ接続法
の例を示す断面図、第４図（Ａ）および（Ｂ）は本発明における過剰加熱に
よるドーパント拡散効果の原理の説明図、第５図（Ａ）
〜（Ｃ）は本発明接続方法における接続部加熱整形の工
程の一実施例を示す断面図、第６図は過剰加熱の実験に
おける接続損失の変化を示す特性図、第７図は過剰加熱接続点における損失波長特性を示す特
性図、第８図は本発明の実施例におけるドーパント拡散の効果
と接続部加熱整形の効果を示す特性図である。ｌａ、ｌｂ・・・接続すべき２本の光コアイノく、２ａ
、２ｂ・・・クラッド、３ａ、３ｂ・・・コア、４・・・接続点。特許出願人　　日本電信電話公社代　理　人　　　弁理士　谷　　義　−く口；

Claims

【特許請求の範囲】１）コアおよびクラッドを有する、接続すべき２本の光
ファイバの端面をつき合わせ、そのつき合わされた端面
付近を加熱しながら前記端面同士を融着して接続する方
法において、前記端面が融着して接合した状態で、さら
にその接合部分の付近を加熱することによって、当該接
合部分の付近において、前記２本の光ファイバ中の前記
コアの中に含まれるドーパントを前記クラッドの中に熱
拡散させて、当該接合部分の付近を通過伝搬するモード
のスポットサイズを拡大し、さらに、前記接合部分の加
熱中、当該接合部分の外径が一定になるように、前記光
ファイバの各々に圧縮または引張りを加えて、前記光フ
ァイバを各軸方向に移動させることを特徴とする光ファ
イバの接続方法。２）前記光ファイバの融着接合時と、その後の前記ドー
パントの熱拡散および前記光ファイバの各軸方向への移
動時とにおいて、加熱温度を変化させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバの接続方法
。