(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドピンと第１の光ファイバ及び第２の光ファイバとを整列・収容するための複数のＶ溝と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたＶ溝基板と、
前記Ｖ溝基板を保持するステージと、
前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバを押さえつけて前記Ｖ溝に収容するための押さえ板と、
前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、
前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部と
を備える光ファイバ融着接続装置を用いて光ファイバを融着接続する方法であって、
前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じて、前記Ｖ溝に収容された前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせて位置合わせする工程と、
前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にＣＯレーザを照射することによって前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを融着する工程とを備え、
前記ＣＯレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、
前記ＣＯレーザは、前記ＣＯレーザの集光位置における前記ＣＯレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記融着する工程は、前記第１の光ファイバを前記第２の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第１の光ファイバに座屈が発生した状態で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガイドピンと第１の光ファイバ及び第２の光ファイバとを整列・収容するための複数のＶ溝と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたＶ溝基板と、
前記Ｖ溝基板を保持するステージと、
前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバを押さえつけて前記Ｖ溝に収容するための押さえ板と、
前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、
前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、
前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部と
を備え、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じることよって、前記Ｖ溝に収容された前記ガイドピンと前記押さえ板とが接触し、前記Ｖ溝に収容された前記第１の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第１の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記Ｖ溝に収容された前記第２の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第２の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記第１の光ファイバを前記第２の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第１の光ファイバに座屈が発生した状態で前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にレーザ照射することにより、前記光ファイバを融着する光ファイバ融着接続装置であって、
前記レーザ発振部は、ＣＯレーザを発振し、
前記ＣＯレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、
前記ＣＯレーザは、前記ＣＯレーザの集光位置における前記ＣＯレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする光ファイバ融着接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯレーザによる光ファイバの融着接続方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、非特許文献１に示された従来技術に係るＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続を説明するための図である。図１には、光ファイバ１及び２と、ＣＯ2レーザ発振装置３と、Ｖ溝４及び５と、凹面ミラー６及び７と、後方散乱光検出装置８が示されている。
【０００３】
光ファイバ１及び２は、レーザ照射によって融着される。ＣＯ2レーザ発振装置３は、不図示のレーザ電源及び変調コントローラに接続され、光ファイバ１及び２を融着するためのＣＯ2レーザを出力する。Ｖ溝４及び５は、光ファイバ１及び２をそれぞれ収容する。Ｖ溝５は、不図示のｘ−ｙ−ｚ軸の軸調整マニピュレータ上に設けられており、該軸調整マニピュレータを調整してＶ溝５の位置を調整することにより、光ファイバ１及び２のｘ−ｙ−ｚ軸に関する位置調整を行うことができる。凹面ミラー６は、ＣＯ2レーザ発振装置３から出力されたＣＯ2レーザを凹面ミラー７に向けて反射して、凹面ミラー７は凹面ミラー６で反射されたＣＯ2レーザを反射する。凹面ミラー６及び７の形状は、例えば楕円形状とすることができる。後方散乱光検出装置８は、光ファイバ１に接続されており、光ファイバ１から供給される１．３μｍレーザ光からなる後方散乱光をモニタする。
【０００４】
図１を用いて、ＣＯ2レーザによるシングルモード融着接続に用いる従来の手法を説明する。ＣＯ2レーザ発振装置３から出力されたＣＯ2レーザは、凹面ミラー６によって反射されて、光ファイバ１及び２が融着する融着界面９からわずかに離れた位置（図１中のビーム集光位置１０）で集光されたのち、光ファイバ１及び２の融着界面９をディフォーカス位置で光ファイバ１及び２の上方に設置した凹面ミラー６側から照射する。凹面ミラー６によって反射されたＣＯ2レーザ光の一部は、光ファイバの融着に寄与せずに、ビーム径を拡大して光ファイバ１及び２の下側に設置された凹面ミラー７によって上方（凹面ミラー６側）に反射される。凹面ミラー７に反射されたＣＯ2レーザ光は、融着界面９の下側からわずかに下方の位置（図１中のビーム集光位置１５）で集光されて、再度ディフォーカスされて融着界面９の下側を照射する。このように、光ファイバ１及び２をＣＯ2レーザ光で上側及び下側から照射することにより、光ファイバ１及び２が融着される。
【０００５】
このようなレーザ照射の前に、後方散乱光検出装置８を使用して光ファイバ１における１．３μｍレーザ光の後方散乱光をモニタしてＶ溝５の位置調整を行うことにより、光ファイバ１及び２の相対位置調整がなされる。光ファイバ１及び２の相対位置調整を行って、最適な位置関係が保持されたのちに、上述のレーザ融着が行われる。
【０００６】
図１に記載の従来の手法によれば、凹面ミラー６及び７の焦点をそれぞれ融着界面９からわずかに上方及び下方にずらしてＣＯ2レーザ光をディフォーカスする結果、光ファイバ１及び２の加熱が上方及び下方から均一に行われることになる。一方、ＣＯ2レーザの発振波長１０．６μｍは、光ファイバの主構成材料である石英材料での吸収率が高く、ＣＯ2レーザ光をディフォーカスしない場合、主としてＣＯ2レーザ光の光ファイバ１及び２への照射表面で吸収が生じ、均一に加熱を行うことができない。しかし、図１に記載の従来の手法をとることによって、融着界面９の上下側面に対してもＣＯ2レーザ光が照射され、融着界面９でレーザ加工痕がない光ファイバの融着接合面が得られる。そのため、光ファイバ融着部に応力負荷が生じた場合に接合面での応力集中を低減することができ、高強度な融着光ファイバが実現されることになる。
【０００７】
図２を用いて、レーザ融着技術に求められる適用領域を説明する。図２は、光ファイバの光インタフェースを有する光モジュールを回路基板上に複数搭載するためのオンボード光ファイバ融着接続の概念図を示す。図２には、複数の光ファイバ２１が接続された光モジュール２０と、と、光モジュール２０を設置するための回路基板２２と、光ファイバ２１に接続された光コネクタ２３と、融着接続点２４とが示されている。図２に示されるように、複数の光モジュール２０が回路基板２２上に設置され、複数の光モジュール２０のそれぞれの光ファイバ２１が回路基板２２上の融着接続点２４で融着接続されている。
【０００８】
近年の通信トラフィックの増加とともに、回路基板２２に搭載される高速信号処理用の光モジュール２０は益々増加傾向にある結果、光モジュール２０間で低損失な光接続が求められている。図２に示すように、回路基板２２に搭載する光モジュール２０の数の増加とともに、数多くの融着接続点２４が要求されることとなる。このように回路基板２２上に複数の融着接続点２４を設ける場合に、図１に示されるような従来技術による凹面ミラーを２個用いた融着接続の手法では、回路基板２２の上下面で凹面ミラーが必要となるが、回路基板２２の上下面に凹面ミラーを設置するために十分なスペースを確保することができない。そのため、図２に示されるようなオンボード光ファイバ融着接続を行う場合、図１に示した従来技術による光学系構成仕様では光モジュール２０同士の間を融着接続することは困難となる。
【０００９】
図３を用いて、光ファイバ融着に関して図１に示した従来技術とは異なる従来技術の一例を説明する。図３は、光ファイバケーブルの敷設時に使用されるアーク放電融着技術の概要を示す。図３に示されるアーク放電融着接続装置３０内は、光ファイバ１及び２をアーク放電融着接続するための電極３３が設けられている。
【００１０】
図３に示されるアーク放電融着接続装置３０を図２で示したオンボード光ファイバ融着接続に適用する場合、図３に示すように、光ファイバ１及び２にそれぞれ余長３１及び３２を設け、図２で示した回路基板２２上から光ファイバ１及び２を外部に引き出し、アーク放電融着接続装置３０内に光ファイバ１及び２を収容することになる。光ファイバ１及び２を収容したのち、アーク放電融着接続装置３０内の電極３３間でアーク放電を行うことにより、光ファイバ１及び２の融着接続が完了する。
【００１１】
しかしながら、図３に示されるアーク放電融着接続装置３０を図２で示したオンボード光ファイバ融着接続に適用する場合、光ファイバ１及び２の余長３１及び３２を、図２で示した回路基板２２内もしくは回路基板２２を実装する装置内に収容する必要が生じるため、回路基板２２もしくは回路基板２２を実装する装置のコンパクト化の点で不利であった。
【００１２】
図４は、図２に示されるような多数個の光モジュールの回路基板実装を考慮した、理想とするレーザ融着形態を示す。図４には、光ファイバ１及び２と、ＣＯ2レーザ発振装置３と、回路基板２２と、融着接続点２４と、光ファイバ整列収容部材４１とが示されている。ＣＯ2レーザ発振装置３を用いて、光ファイバ整列収容部材４１に収容・固定された光ファイバ１及び２にＣＯ2レーザが照射される。
【００１３】
回路基板２２への光ファイバ収容性の点から、図４に示されるように、光ファイバ１及び２の余長を極力短くして、光ファイバの融着接続点２４が回路基板２２内に収容された状態のまま、回路基板２２の上方に設けられたＣＯ2レーザ発振装置３から光ファイバ１及び２にＣＯ2レーザを照射することによって融着を行うことが望ましい。そこで、我々は、光ファイバ収容部材及びレーザ照射方法に工夫をこらしながら、光ファイバの主構成材料である石英に対して吸収率が高いＣＯ2レーザを用いて、図４に示される構成を基本とした融着を試みてきた。
【００１４】
図５を用いて、図１に示されるような従来技術に係る凹面ミラーによる光ファイバ上下面からの集光光学系を使用しない、ＣＯ2レーザによる光ファイバの融着手法を説明する。図５には、ステージ５１と、ステージ５１上に設置され、光ファイバ１及び２をそれぞれ収容するためのＶ溝４及び５を有するＶ溝基板５２と、光ファイバ１及び２をＶ溝４及び５に押さえつけて位置決めするための押さえ板５３−ａ及び５３−ｂと、押さえ板５３−ａ及び５３−ｂをそれぞれ保持する押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂと、ステージ５１に対して押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを開閉するためのヒンジ機構回転軸５５と、押さえ板保持アーム５４に内蔵された磁力調整ネジ５６とを備えるレーザ融着治具５０と、ＣＯ2レーザ発振装置３とが示されている。ここで、図５及び以下で説明する図８中のｘ軸方向は光ファイバのアレイ方向を示し、ｙ軸方向は光ファイバの長尺方向を示し、ｚ軸方向は高さ方向を示す。また、図５及び以下で説明する図８においては、簡略化のため、光ファイバ１及び２を１対だけＶ溝４及び５に配置する構成を示しているが、複数のＶ溝４及び５をＶ溝基板５２に形成して複数対の光ファイバ１及び２をＶ溝４及び５に配置する構成とすることができる。
【００１５】
光ファイバ１は、Ｖ溝基板５２のＶ溝４内に整列・収容され、光ファイバ２は、光ファイバ１収容と対向して配置されたＶ溝基板５２のＶ溝５内に整列・収容される。押さえ板５３−ａは、押さえ板保持アーム５４−ａを閉じた場合に光ファイバ１をＶ溝４に押さえつけて一定のクリアランス内に収容するために用いられ、押さえ板５３−ｂは、押さえ板保持アーム５４−ｂを閉じた場合に光ファイバ２をＶ溝５に押さえつけて一定のクリアランス内に収容するために用いられる。押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂは、ステージ５１に内蔵されたヒンジ機構回転軸５５を中心として回転可能に構成されており、ヒンジ機構回転軸５５により押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂの開閉動作が可能となる。磁力調整ネジ５６は、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂにそれぞれ内蔵されており、ステージ５１に埋設された磁石（不図示）との間で磁力を発生するように設置されている。磁力調整ネジ５６の押し込み量を調整することにより、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを閉じた場合に、ステージ５１に埋設された磁石との間で発生する磁力を調整することができる。図５に示されるように、光ファイバ１及び２がＶ溝４及び５にそれぞれ収容され、ヒンジ機構回転軸５５により押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを閉じることよって光ファイバ１及び２がｘ軸方向及びｚ軸方向に関して位置決めされる。
【００１６】
また、押さえ板５３−ａ及び５３−ｂは、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを閉じた場合に、Ｖ溝４及び５に収容されたガイドピン５７と接触する構成となっており、ガイドピン５７の径は、光ファイバ１及び２の径に比べてサブミクロンオーダーで僅かに大きく設定されている。この構成をとることによって、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを閉じた場合に、押さえ板５３−ａ及び５３−ｂとＶ溝４及び５にそれぞれ収容された光ファイバ１及び２との間で一定のクリアランス内に収めることができるため、互いに対向してＶ溝４及び５に収容された光ファイバ１及び２同士をサブミクロン精度で位置決め可能となる。
【００１７】
図５（ａ）は、レーザ融着治具５０において光ファイバ１及び２を収容した部分のｙ−ｚ断面と、上方（＋ｚ軸方向）に設けられたＣＯ2レーザ発振装置３から光ファイバ１及び２の融着界面９にＣＯ2レーザ５８が照射されている様子を示す。図５（ａ）に示されるように、光ファイバ１及び２をＶ溝４及び５にそれぞれ配置して、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂを閉じることにより押さえ板５３−ａ及び５３−ｂで光ファイバ１及び２をＶ溝４及び５に押さえつけて、光ファイバ１及び２のｘ軸方向及びｚ軸方向の位置合わせを行う。その後、一方の光ファイバ１を光ファイバ２側に向けて突き進ませることにより、光ファイバ１に座屈を生じさせることができる。光ファイバ１に座屈が生じた状態で、ＣＯ2レーザ発振装置３からＣＯ2レーザ５８を照射することにより、光ファイバ１及び２が融着する融着界面９において光ファイバ１及び２の石英材料が蒸散・溶融した際に、押圧力によって融着界面９に向けて光ファイバ１及び２の石英材料が供給され、融着が完了する。
【００１８】
図５（ａ）に示されるように、上方に設けられたＣＯ2レーザ発振装置３による一方向のみからのレーザ照射により光ファイバ１及び２の融着界面９全域に亘って均一に加熱する場合、ＣＯ2レーザ光５８の集光位置であるビームウエスト位置５９を融着界面９の上方に設けることにより、光ファイバのレーザ照射位置でビーム径が広げられるようにＣＯ2レーザ５８がディフォーカスされる。図５（ｂ）は、レーザ照射位置の拡大図を示す。図５（ｂ）に示されるように、レーザ照射位置においてＣＯ2レーザ５８がディフォーカスされるようにして、光ファイバ側面ならびに下面にＣＯ2レーザ光５８が極力まわりこむように融着を試みてきた。特に、非特許文献２に示されるように、１０．６μｍのレーザ波長を有するＣＯ2レーザ光は、光ファイバの主構成材料である石英材料への吸収率が極めて高く、光ファイバ表面での吸収が支配的となる。そのため、光ファイバ１及び２の融着界面９に均一に熱が分布するためには、ＣＯ2レーザ５８を大きくディフォーカスして光ファイバに直接照射することにより、ＣＯ2レーザ５８が光ファイバ１及び２の融着界面９に極力均一に照射されることが望まれる。
【００１９】
図６は、図５に示されるレーザ融着治具５０にＣＯ2レーザ光５８を照射したときのステージ５１の底面５７からの高さとＣＯ2レーザビーム径との依存性を示すグラフである。図６では、ステージ底面からの各高さ位置にアクリルプレートを設置し、該アクリルプレートにＣＯ2レーザを照射することによって加工されたアクリルプレートの加工領域径を測定した。図６において、横軸はステージ底面からの高さ位置［ｃｍ］を示し、縦軸はＣＯ2レーザ光によるアクリルプレートの加工領域径［ｍｍ］を示す。図６に示されるグラフの横軸に関して、高さの原点の位置を図５中のステージ５１の底面６０に設定した。
【００２０】
図６に示されるように、ステージ５１の底面６０から光ファイバ１及び２の融着界面９までの高さである光ファイバ収容高さ位置は、ステージ５１の底面６０から約１０ｍｍの高さ位置に設定し、ＣＯ2レーザ５８の集光位置であるビームウエスト位置５９は、光ファイバ収容高さ位置から＋ｚ軸方向に約３０ｍｍ離れた位置に設定した。図６に示されるように、光ファイバ収容高さ位置における加工領域径は２．５ｍｍであった。一方、図５に示されるレーザ融着治具５０のレーザ照射位置におけるＶ溝基板５２間の間隙は、典型的には１ｍｍに設定されており、光ファイバ収容高さ位置における加工領域径２．５ｍｍよりも小さいため、ＣＯ2レーザ光５８は光ファイバ１及び２だけでなくレーザ融着治具５０のＶ溝基板５２にも照射されていることになる。
【００２１】
図７を用いて、図５で示されるレーザ融着治具５０を用いて光ファイバ融着を実現したときのレーザ融着治具５０へのＣＯ2レーザ照射の影響を説明する。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図５で示されるＶ溝基板に生じた破損の例を示す破損部位の拡大図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）中の矢印は、破損部位を示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、光ファイバにレーザを照射する融着接続点周辺のＶ溝基板５２の部分には、破損を示すクラックがいくつか現れているため、石英を用いたＶ溝基板５２にレーザが照射されることによりＶ溝基板５２のレーザ照射耐性が失われることがわかった。また、非特許文献３に示されるように、耐熱性及び機械加工特性に優れたジルコニアセラミックスをＶ溝基板に用いた場合では、微量のジルコニアセラミックスが光ファイバの融着界面に混入していることも明らかとなった。本含有物により光ファイバコア変形がもたらされ、融着接続損失にも影響が与えているものと考えられたため、Ｖ溝基板を構成する材料として、ジルコニアセラミックスを用いず、石英材料を用いることが望まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】L. Rivoallan, J. Y. Guilloux, and P. Lamouler, “Monomode Fibre Fusion Splicing with CO2 laser,” IEE Electronics Letters, vol.19, no.2, pp.54-55.
【非特許文献２】北村直之、福味幸平、西井準治「外部場操作技術」NEW GLASS −特集ナノガラスプロジェクトの成果と展望―Vol.21 No.2 pp.25-30, 2006
【非特許文献３】S. Koike et al., “SPring-8 X-ray Micro-Tomography Observations of Zirconium Inclusions in CO2 laser Fusion Splice for Single Mode Optical Fibers,” IEEE Transactions on components, Packaging, and Manufacturing Technology, vol.1 no.1 pp.100-110, (2011).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
図２に示されるようなオンボード光ファイバの融着接続において、回路基板上における光ファイバの余長を短縮し且つＶ溝基板の劣化を低減することにより、低接続損失分布で良好な機械強度品質を有する融着光ファイバを得る点が課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述のような問題を解決するために、本発明の請求項１に係る方法は、ガイドピンと第１の光ファイバ及び第２の光ファイバとを整列・収容するための複数のＶ溝と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有する、石英材料で構成されたＶ溝基板と、前記Ｖ溝基板を保持するステージと、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバを押さえつけて前記Ｖ溝に収容するための押さえ板と、前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部とを備える光ファイバ融着接続装置を用いて光ファイバを融着接続する方法であって、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じて、前記Ｖ溝に収容された前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせて位置合わせする工程と、前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にＣＯレーザを照射することによって前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを融着する工程とを備え、前記ＣＯレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、前記ＣＯレーザは、前記ＣＯレーザの集光位置における前記ＣＯレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項２に係る方法は、請求項１に係る方法において、前記融着する工程は、前記第１の光ファイバを前記第２の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第１の光ファイバに座屈が発生した状態で実行されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項３に係る光ファイバ融着接続装置は、ガイドピンと第１の光ファイバ及び第２の光ファイバとを整列・収容するための複数のＶ溝と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせる位置に設けられた間隙とを有するＶ溝基板と、前記Ｖ溝基板を保持するステージと、前記第１の光ファイバ及び前記第２の光ファイバを押さえつけて前記Ｖ溝に収容するための押さえ板と、前記押さえ板を保持する押さえ板保持アームと、前記押さえ板保持アームを前記ステージに対して開閉させるためのヒンジ機構回転軸と、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを突き合わせた部分にレーザを照射するレーザ発振部とを備え、前記ヒンジ機構回転軸により前記押さえ板保持アームを閉じることよって、前記Ｖ溝に収容された前記ガイドピンと前記押さえ板とが接触し、前記Ｖ溝に収容された前記第１の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第１の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記Ｖ溝に収容された前記第２の光ファイバが前記押さえ板の底面と前記第２の光ファイバ上面との間に一定のクリアランスを有するように保持され、前記第１の光ファイバを前記第２の光ファイバ側に向けて突き進ませることにより前記第１の光ファイバに座屈が発生した状態で前記レーザ発振部によって前記突き合わせた部分にレーザ照射することにより、前記光ファイバを融着する光ファイバ融着接続装置であって、前記レーザ発振部は、ＣＯレーザを発振し、前記ＣＯレーザの集光位置は、前記突き合わせた部分であり、前記ＣＯレーザは、前記ＣＯレーザの集光位置における前記ＣＯレーザのビームスポット径が前記間隙よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
回路基板上に布線された光ファイバに対して一方向からのレーザ照射によって光ファイバ融着接続が実現可能であって、さらに一方向からのレーザ照射においてレーザ光をディフォーカスせずに、Ｖ溝基板の劣化を抑えながら融着界面に均一な光ファイバのレーザ加熱が可能となり、安定した機械強度を有する融着光ファイバの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術に係るＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続光学系を説明する図である。
【図２】オンボード光ファイバ融着接続の課題を説明するための図である。
【図３】従来技術に係るアーク放電融着接続装置によるオンボード光ファイバ融着接続を説明するための図である。
【図４】オンボード光ファイバ融着接続へのレーザ融着接続適用時に求められる形態を示す図である。
【図５】ＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続の光学実験系を示す図である。
【図６】ＣＯ2レーザディフォーカス光学系におけるビーム径とステージ底面からの高さ位置との依存性を示す図である。
【図７】ＣＯ2レーザディフォーカス光学系による光ファイバ融着接続でレーザ融着治具に生じた破損の例を示す図である。
【図８】本発明に係るＣＯレーザ照射による光ファイバ融着接続の光学実験系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２９】
図８を用いて、本発明の実施例に係るＣＯレーザ照射による光ファイバ融着接続の手法を説明する。図８は、光ファイバ融着接続のためのＣＯレーザ照射の光学実験系を示す。図８には、ステージ５１と、Ｖ溝基板５２と、押さえ板５３−ａ及び５３−ｂと、押さえ板保持アーム５４−ａ及び５４−ｂと、ヒンジ機構回転軸５５と、磁力調整ネジ５６と、ガイドピン５７を備えたレーザ融着治具８０と、ＣＯレーザ８２を発振するＣＯレーザ発振装置８１とが示されている。図８に示される光学実験系は、従来技術の例として述べた図５の光学実験系と同様であり、レーザ融着治具を用いた実験手順については説明を省略する。
【００３０】
図８（ａ）は、レーザ融着治具８０において光ファイバ１及び２を収容した部分のｙ−ｚ断面と、上方（＋ｚ軸方向）に設けられたＣＯレーザ発振装置８１から光ファイバ１及び２の融着界面９にＣＯレーザ８２が照射されている様子を示す。図８（ａ）に示されるように、本発明の実施例に係る光ファイバ融着接続においては、ＣＯレーザ発振装置８１により発振されるＣＯレーザを用いて光ファイバのレーザ融着を行う。ＣＯレーザはＣＯ2レーザに比べて波長が短いため、ＣＯレーザを使用する場合はＣＯ2レーザを使用する場合よりもビームスポット径を小さくすることが可能である。
【００３１】
また、従来のようにＣＯ2レーザを用いて石英材料で構成された光ファイバに対してレーザ照射する場合、ＣＯ2レーザの石英材料に対する吸収係数が３７１ｃｍ-1であるため、典型的には外径が１２５μｍである光ファイバに対して、照射による熱エネルギーが光ファイバ表面から５０μｍ程度の深さまで侵入して消費される。そのため、従来のＣＯ2レーザ照射では、石英材料は光ファイバ表面から蒸散することが支配的であり、ＣＯ2レーザを大きくディフォーカスする必要があるため、ＣＯ2レーザが進むにすれてビームスポット径が拡大していき、ＣＯ2レーザがＶ溝基板にも照射され、Ｖ溝基板の劣化が生じる。それに対して、石英材料で構成された光ファイバに対してＣＯレーザを用いてレーザ照射する場合、ＣＯレーザの石英材料に対する吸収係数が１２９ｃｍ-1であるため、ビームスポット径を小さく絞り込んだＣＯレーザ８２を光ファイバに照射する場合であっても、光ファイバ外径１２５μｍに対して照射による熱エネルギーが光ファイバ表面から１００μｍ程度の深さまで侵入して消費される。そのため、ＣＯレーザによる光ファイバへの照射では、ＣＯレーザをディフォーカスせずに、光ファイバ同士を突き合わせた部分に集光した場合であっても、光ファイバ外径１２５μｍの大部分にあたる融着界面９にＣＯレーザにより吸収された熱エネルギーが伝播され、融着界面９全域に亘って均一に加熱することができる。
【００３２】
従って、図８（ｂ）のレーザ照射位置の拡大図に示されるように、ＣＯレーザをディフォーカスする必要がなく、ＣＯレーザの集光位置であるビームウエスト位置８３を、光ファイバ同士を突き合わせた部分に設定することができるため、光ファイバの融着接続点におけるＣＯレーザのビームスポット径を、レーザ照射位置におけるＶ溝基板５２間の間隙（典型的には１ｍｍ）よりも充分に小さくすることができる。そのため、レーザ融着時にビームウエスト位置８３周辺におけるＶ溝基板５２へのＣＯレーザ照射量を低減することができ、Ｖ溝基板５２の劣化損傷を抑えることが可能となる。その結果、レーザ融着時に光ファイバ４及び５の精密保持を安定して行うことができ、また融着界面９へのＶ溝基板材料の溶け込みが防止することができ、融着光ファイバの機械強度の安定化を図ることができる。また、Ｖ溝基板の当初設計寸法精度を保持することができるため、融着光ファイバの低接続損失分布を得ることも可能となる。
【００３３】
以上、実施例とともに詳しく説明したように、本発明に係るＣＯレーザ照射によるファイバ融着によれば、従来技術によって実現を図ってきたＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着に比べて、同波長での石英材料に対してレーザの表面吸収率が低いため、石英材料に対する熱エネルギーの侵入長を引き伸ばすことができる。そのため、光ファイバの融着接続点に照射するＣＯレーザのビームスポット径を小さくすることができ、その結果、例えばＶ溝基板など、石英材料で構成された光ファイバ以外の部分へのレーザ光の照射を低減することが可能となり、レーザ融着治具の構成要素の損傷を低減することができる。また、前述のように、ＣＯレーザ光吸収による熱エネルギーの侵入長は約１００μｍであり典型的な光ファイバの外径は１２５μｍであるため、レーザ光をディフォーカスせずに同等外径を有する光ファイバの融着界面全体を均一に加熱することが可能となる。その結果、安定した融着接続及び機械強度が期待でき、高品質な融着光ファイバを実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１、２、２１  光ファイバ
３  ＣＯ2レーザ発振装置
４、５  Ｖ溝
６、７  凹面ミラー
８  後方散乱光検出装置
９  融着界面
２０  光モジュール
２２  回路基板
２３  光コネクタ
２４  融着接続点
３０  アーク放電融着接続装置
３１、３２  余長
３３  電極
４１  光ファイバ整列収容部材
５０、８０  レーザ融着治具
５１  ステージ
５２  Ｖ溝基板
５３−ａ、５３−ｂ  押さえ板
５４−ａ、５４−ｂ  押さえ板保持アーム
５５  ヒンジ機構回転軸
５６  磁力調整ネジ
５７  ガイドピン
５８  ＣＯ2レーザ
５９、８３  ビームウエスト位置
６０  ステージ底面
８１  ＣＯレーザ発振装置
８２  ＣＯレーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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