(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に連続する空孔を備えた光ファイバの端面処理方法であって、
前記光ファイバの切断前の端面から前記軸方向に対して一定の長さだけ離れた部位をその側面より熱源によって加熱し、当該光ファイバの材料を溶融させて前記空孔を前記軸方向に対して安定的な伝送特性が得られる長さだけ封止し、
その後、当該封止部分の直近で未封止部分が十分小さくかつ当該封止部分が前記安定的な伝送特性が得られる長さのまま残るように前記光ファイバの切断前の端面側の未封止部位を切断して新たな端面を形成する
ことを特徴とする光ファイバの端面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバの端面処理方法において、
熱源としてレーザから出射される光束を用い、
少なくとも当該光束の光軸方向および前記光ファイバの軸方向の両者に対して直交する方向に前記光束を走査させまたは前記光ファイバを移動させ、もしくは少なくとも前記光ファイバの軸周りに前記光束を回転走査させまたは前記光ファイバを回転移動させる
ことを特徴とする光ファイバの端面処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバの端面処理方法において、
前記光束により前記光ファイバの材料が溶融される範囲の大きさ、あるいは前記光ファイバの軸方向に対して平行な方向に前記光束を走査させまたは前記光ファイバを移動させる量のいずれか一方もしくは両方を調節することで、前記光ファイバの空孔を封止する軸方向の長さを制御可能とする
ことを特徴とする光ファイバの端面処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバの端面処理方法による端面処理を施した光ファイバ同士あるいは当該光ファイバと異種ファイバとを、融着、コネクタ、メカニカルスプライス、自己形成光導波路のいずれかの接続方法により接続する
ことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ、特にホーリーファイバの端面処理方法および接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大きな構造分散や低い曲げ損失特性など、従来の構造の光ファイバでは実現できなかった特性を可能にする光ファイバとして、ホーリーファイバ（ＨＦ：Ｈｏｌｅｙ  Ｆｉｂｅｒ）が注目されている。ホーリーファイバとは、図１（ａ）、（ｂ）に示すような、軸方向に連続する空孔（エアホール）１が複数個、規則正しく配列された構造のクラッド２を具備する光ファイバのことである。
【０００３】
本明細書では、特に、従来の光ファイバと同様、クラッド２よりも屈折率の高いコア３を有し、その周りのクラッド２の中に空孔１を設けたホーリーファイバを空孔アシストファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｆｉｂｅｒ）と呼び（図１（ａ））、また、前述の屈折率分布は持たないが、多数の空孔１をクラッド２に規則正しく配列し、クラッド２の実効的な屈折率を下げて、コア３（に該当する部分）との屈折率差を持たせたホーリーファイバをフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ）もしくはエアクラッドファイバ（ＡＣＦ：Ａｉｒ−ｃｌａｄ  ｆｉｂｅｒ）と呼ぶ（図１（ｂ））。
【０００４】
現在、光ファイバの接続は、融着、コネクタ、メカニカルスプライスの３種類の方法が広く用いられている。
【０００５】
融着接続は、接続するファイバ同士を略対向させた後、アーク放電を行い、高温下で光ファイバの先端部を融解させて接続する方法である。このことから、ホーリーファイバにおいて融着接続を行うと、接続点の近傍で空孔がつぶれてしまい、ＨＡＦであれば、接続点の近傍がＳＭＦなどの従来の光ファイバと同様なコア−クラッド構造になり、また、ＡＣＦでは、接続点の近傍が均質なガラスに近い状態になり、光の閉じ込め効果が弱くなってしまう。以上のことにより、ＨＡＦではモードフィールド径（ＭＦＤ）の変動に伴う接続損失の発生や曲げ損失特性の劣化が生じ、また、ＡＣＦでは接続部分でのコアとクラッドとの屈折率差がなくなることによる接続損失の増加などの性能劣化が生じる。
【０００６】
一方、コネクタ接続やメカニカルスプライス接続を行う場合は、接続点での損失および反射を抑制するため、接続するファイバの端面間に、伝送波長においてコアガラスとほぼ同等の屈折率を有する液体状の屈折率整合剤を介在させていた。しかし、ホーリーファイバは微細な空孔を具備するため、端面に屈折率整合剤などの液体が接触した場合、毛細管現象により当該液体が空孔内に湿潤してしまう。その結果、空孔を設けることによって得られる実効屈折率の上昇など、光学的特性が損なわれることになる。さらに、時間の経過とともに空孔内部の湿潤する距離が長くなることで、接続点での損失および反射特性について、耐環境特性や経時的な特性の変化といった問題が生じていた。
【０００７】
そこで、これらの課題を解決する方法として、（１）樹脂で空孔を封止する方法、（２）空孔内にガラスの粉を充填し、融解させて空孔を封止する方法（特許文献１参照）などが提案されていた。
【特許文献１】特開２００５−２４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、（１）の方法では、端面から封止を行う距離（封止距離）を全ての空孔において所望の長さに制御することが難しいという欠点がある。このことから、ホーリーファイバにおける光学特性が長手方向に変化してしまい、安定的な伝送特性が得られなくなる。また、樹脂などの封止する物質とホーリーファイバの材料である石英ガラスとは線膨張率が大きく異なる。このことから、温度変化が繰り返し発生すると、封止材料とファイバ自体との膨張率の違いによる封止材料の剥離・脱落が発生してしまう。さらに、封止後にファイバ端面における研磨作業が必要であることから余分なコストや労力が発生するという欠点があった。
【０００９】
一方、（２）の方法では、空孔内に充填する微小なガラス粉の準備が必要、充填量の制御困難性による封止距離の制御困難性、溶融処理後に空孔内に残留するガラス粉の光学特性への影響、溶融処理後に研磨が必要、などの欠点があり、これらは前記（１）の方法の場合と同様、安定的な光学特性を得ることを阻害する要因になる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題および従来技術における欠点を解決するために、本発明では、ホーリーファイバをその側面より炭酸ガスレーザなどを用いて加熱し、当該ファイバの材料を溶融させて空孔を封止し、その後、封止部付近において切断して端面を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、端面に屈折率整合剤などの液体が接触した場合、毛細管現象が発生し、液体が湿潤してしまうことで発生していた光学特性の劣化問題を回避することができるとともに、研磨作業をなくし、かつ封止距離を任意に制御することが可能となる。このため、光ファイバ接続に、屈折率整合剤とともに用いられているコネクタ接続やメカニカルスプライス接続を、ホーリーファイバにおいても同様に用いることができる。また、ファイバ材料を溶融させて空孔を封止することから、その封止部分は、従来の融着接続の場合と同様、ＨＡＦであればＳＭＦなどのＳＭＦなどの従来の光ファイバと同様なコア−クラッド構造になり、また、ＡＣＦであれば均質なガラスに近い状態になるが、封止距離を任意に制御することができるため、例えば使用波長が４００ｎｍなどの短い波長域であっても封止距離を短くすることにより、光の閉じ込め効果が弱くなる割合を抑え、接続損失特性や曲げ損失特性の劣化を避けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図２は本発明のホーリーファイバの端面処理方法の実施の形態１、ここでは熱源としてレーザから出射される光束を集束して用いる場合の例を示すもので、図中、４はホーリーファイバ（ＨＦ）、５はレーザ、６は集光用のレンズである。
【００１３】
レーザ５は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザなどからなり、所定のレーザ光（光束）７を出射する。レンズ６は、レーザ５から出射された光束７を集束してＨＦ４に照射する。
【００１４】
前記構成において、レーザ５から出射された光束７はレンズ６により集束され、ＨＦ４のファイバ材料である石英ガラスが溶融を起こすのに十分な熱量を実現する光束７ａとされてＨＦ４に対しその側面から垂直方向に照射される。その状態において、図３（ａ）に示すように、光束７ａを当該光束７ａの光軸方向およびＨＦ４の長手方向（軸方向）の両者に対して直交する方向（ｘ）に走査させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に走査させ、もしくは図３（ｂ）に示すように、ＨＦ４を光束７ａの光軸方向およびＨＦ４の軸方向の両者に対して直交する方向（ｘ）に移動させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に移動させ、もしくは光束７ａをＨＦ４の軸周りに回転走査させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に走査させ、もしくはＨＦ４を当該ＨＦ４の軸周りに回転移動させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に移動させ、さらに必要に応じて光束７ａの光軸方向（ｚ）に沿って当該光束７ａを走査させまたはＨＦ４を移動させることで、ＨＦ４中の任意の点に光束７ａの焦点を合わせて石英ガラスを溶融させ、毛細管現象によって空孔を封止する。
【００１５】
なお、光束７ａの走査またはＨＦ４の移動の具体的手段については、レーザ５やレンズ６またはＨＦ４を前述した方向に移動させる駆動装置の他、ミラーを用いた走査装置やレンズ６の焦点調節装置など、前述した光束７ａとＨＦ４との間の相対的な走査・移動を実現できるものであれば良く、どのような機構や装置を用いるかは問わない。また、光束７ａの走査およびＨＦ４の移動を任意に組み合わせても良い。
【００１６】
この時、焦点の大小、つまりレンズ６の開口数（ＮＡ）とレーザ５の強度とに依存してファイバ材料が溶融される範囲の大きさ（溶融量）は変化し、封止される距離が変化する。しかし、焦点を過剰に大きくすると溶融量の不確実性が増すことになる。また、焦点を過剰に小さくすると、所望の封止長さを得るための光束７ａの走査量またはＨＦ４の移動量を大きくする必要がある。
【００１７】
次に、封止を行ったＨＦ４について切断を行い、研磨作業不要の端面を形成する。
【００１８】
図４に示すように、切断前の端面４１から封止部分４２の端面側までの長さをｄ１、封止部分４２の長さをｄ２とすると、図５に示すように、切断前の端面４１から切断箇所４３までの長さｃは２通りの場合が考えられる。
【００１９】
図５（ａ）に示すように、ｄ１≦ｃ≦ｄ１＋ｄ２の場合は封止部分４２に切断箇所４３が発生する。つまり、前述したレンズの開口数、レーザの強度、光束の走査量またはＨＦの移動量を厳密に調節することで封止部分４２の軸方向における所望の長さを得なくても、切断時に距離ｃを制御することで、封止部分４２の軸方向における所望の長さを得ることができる。
【００２０】
一方、図５（ｂ）に示すように、ｃ＜ｄ１の場合は封止部分４２より切断前の端面４１側に切断箇所４３が発生する。従って、レンズの開口数、レーザの強度、光束の走査量またはＨＦの移動量を厳密に調節することでのみ、封止部分４２の軸方向における所望の長さを得ることができる。さらに、ｄ１−ｃが十分に小さければ封止部分４２の影響でファイバ中の毛細管現象は無視できるオーダにすることができる。しかし、ｄ１−ｃが大きければ、封止をしない場合と比べて小さいオーダではあるものの、毛細管現象が発生し、端面に接触する液体の湿潤は免れない。
【００２１】
上記の距離ｃによる特性を考慮した上で切断箇所４３を決定し、切断を行う。ここで、切断方法としてはレーザによる切断の他に、従来から使用されているファイバカッタを用いた劈開による切断が利用できる。なお、切断に用いるレーザと前記封止に用いるレーザとではその出力が全く異なり（例えば、封止用は６Ｗ、切断用は１２０Ｗ）、また、切断に用いるレーザの光束は通常、後述するような平行状態のもののみである。
【００２２】
以上の作業を行うことで、ＨＦ４における端面の封止をレーザから出射される光束に対してレンズなどを用いて焦点を調節し、さらに研磨作業無しで実現することが可能である。
【００２３】
また、封止を施したＨＦ４同士あるいは当該ＨＦ４と異種ファイバとの接続は、従来のコネクタ接続におけるコネクタ化がＳＭＦなどの空孔を持たない光ファイバと同様な作業性で可能である。また、メカニカルスプライス接続においても、毛細管現象による樹脂の湿潤が発生しないために、ＳＭＦなどの空孔を持たない光ファイバと同様な作業性で可能である。
【００２４】
なお、異種ファイバとは、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）など、空孔が無く、材料の屈折率差による導波構造を有する光ファイバ全般を指す。
【００２５】
＜実施の形態２＞
図６は本発明のホーリーファイバの端面処理方法の実施の形態２、ここでは熱源としてレーザから出射される光束を平行状態に調整して用いる場合の例を示すもので、図中、４はホーリーファイバ、５はレーザ、８はコリメート用のレンズである。
【００２６】
レンズ８は、レーザ５から出射された光束７をコリメート（平行状態に調整）してＨＦ４に照射する。
【００２７】
前記構成において、レーザ５から出射された光束７はレンズ８によりコリメートされ、ＨＦ４のファイバ材料である石英ガラスが溶融を起こすのに十分な熱量を実現する光束７ｂとされてＨＦ４に対しその側面から垂直方向に照射される。その状態において、図７（ａ）に示すように、光束７ｂを当該光束７ｂの光軸方向およびＨＦ４の長手方向（軸方向）の両者に対して直交する方向（ｘ）に走査させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に走査させ、もしくは図７（ｂ）に示すように、ＨＦ４を光束７ｂの光軸方向およびＨＦ４の軸方向の両者に対して直交する方向（ｘ）に移動させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に移動させ、もしくは光束７ｂをＨＦ４の軸周りに回転走査させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に走査させ、もしくはＨＦ４を当該ＨＦ４の軸周りに回転移動させ、必要に応じてＨＦ４の軸方向に対して平行な方向（ｙ）に移動させることで、ＨＦ４中の任意の部位に光束７ｂを合わせて石英ガラスを溶融させ、毛細管現象によって空孔を封止する。
【００２８】
なお、光束７ｂの走査またはＨＦ４の移動の具体的手段については、レーザ５やレンズ８またはＨＦ４を前述した方向に移動させる駆動装置の他、ミラーを用いた走査装置など、前述した光束７ｂとＨＦ４との間の相対的な走査・移動を実現できるものであれば良く、どのような機構や装置を用いるかは問わない。また、光束７ｂの走査およびＨＦ４の移動を任意に組み合わせても良い。
【００２９】
本実施の形態と実施の形態１との差異は、前述した移動距離が少ないことにある。即ち、レンズとしてコリメート用のレンズ８を用いることで、レーザ５からの光束７は当該レンズ８のコリメート性能に依存して均一な幅を有する強度分布を備えた平行状態の光束７ｂとなる。このため、溶融させる点をピンポイントで調整する実施の形態１の場合と比べて、少ない移動距離で（特に光束７ｂの光軸方向に沿って当該光束７ｂを走査させまたはＨＦ４を移動させることなしで）ＨＦ４における空孔の溶融が実現できる。
【００３０】
次に、封止を行ったＨＦ４について切断を行い、研磨作業不要の端面を形成する。
【００３１】
図４に示したように、切断前の端面４１から封止部分４２の端面側までの長さをｄ１、封止部分４２の長さをｄ２とすると、図５に示したように、切断前の端面４１から切断箇所４３までの長さｃは２通りの場合が考えられる。
【００３２】
図５（ａ）に示したように、ｄ１≦ｃ≦ｄ１＋ｄ２の場合は封止部分４２に切断箇所４３が発生する。つまり、前述したレーザの強度、光束の走査量またはＨＦの移動量を厳密に調節することで封止部分４２の軸方向における所望の長さを得なくても、切断時に距離ｃを制御することで、封止部分４２の軸方向における所望の長さを得ることができる。
【００３３】
一方、図５（ｂ）に示したように、ｃ＜ｄ１の場合は封止部分４２より切断前の端面４１側に切断箇所４３が発生する。従って、レーザの強度、光束の走査量またはＨＦの移動量を厳密に調節することでのみ、封止部分４２の軸方向における所望の長さを得ることができる。さらに、ｄ１−ｃが十分に小さければ封止部分４２の影響でファイバ中の毛細管現象は無視できるオーダにすることができる。しかし、ｄ１−ｃが大きければ、封止をしない場合と比べて小さいオーダではあるものの、毛細管現象が発生し、端面に接触する液体の湿潤は免れない。
【００３４】
上記の距離ｃによる特性を考慮した上で切断箇所４３を決定し、切断を行う。ここで、切断方法としてはレーザによる切断の他に、従来から使用されているファイバカッタを用いた劈開による切断が利用できる。なお、切断に用いるレーザと前記封止に用いるレーザとではその出力が全く異なり（例えば、封止用は６Ｗ、切断用は１２０Ｗ）、また、切断に用いるレーザの光束は通常、前述した平行状態のもののみである。
【００３５】
以上の作業を行うことで、ＨＦ４における端面の封止をレーザから出射される光束に対してレンズなどを用いて平行状態を調節し、さらに研磨作業無しで実現することが可能である。
【００３６】
また、封止を施したＨＦ４同士あるいは当該ＨＦ４と異種ファイバとの接続は、従来のコネクタ接続におけるコネクタ化がＳＭＦなどの空孔を持たない光ファイバと同様な作業性で可能である。また、メカニカルスプライス接続においても、毛細管現象による樹脂の湿潤が発生しないために、ＳＭＦなどの空孔を持たない光ファイバと同様な作業性で可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ホーリーファイバの断面図
【図２】本発明の光ファイバの端面処理方法の実施の形態１を示す構成図
【図３】実施の形態１における光束の走査または光ファイバの移動の説明図
【図４】本発明における封止部分の説明図
【図５】本発明における切断箇所の説明図
【図６】本発明の光ファイバの端面処理方法の実施の形態２を示す構成図
【図７】実施の形態２における光束の走査または光ファイバの移動の説明図
【符号の説明】
【００３８】
１：空孔、２：クラッド、３：コア、４：ホーリーファイバ、５：レーザ、６，８：レンズ、７，７ａ，７ｂ：光束。
【図１】
0005403647.tif 000002
【図２】
0005403647.tif 000003
【図３】
0005403647.tif 000004
【図４】
0005403647.tif 000005
【図５】
0005403647.tif 000006
【図６】
0005403647.tif 000007
【図７】
0005403647.tif 000008