(57)【要約】      （修正有）【課題】融着接続時の光ファイバのコア構造の接続部観測において、融着部周辺に内包されるコア材と異なる不純物が及ぼす光ファイバコア構造への影響を把握するために、コアの幾何学的変形構造を３次元的に観測し、融着光ファイバコア間のオフセット値を求めるＸ線ＣＴを用いた光導波路コア立体構造抽出方法を提供する。【解決手段】Ｘ線ＣＴを用いて、融着接続部における、光導波路のコア部由来のＬＡＣヒストグラムＧおよび光導波路のクラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦの合成ヒストグラムＭを観測するステップと、コア部由来のＬＡＣヒストグラムＧおよびクラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦをガウス型分布であると仮定して最良近似数値解析を行うステップと、コア部に相当するガウス分布における平均値を導出するステップと、平均値を閾値として光導波路全体のＣＴ像からコア構造を抽出するステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図５
2014020964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の融着接続部の構造を観測する方法であって、コンピュータが、
Ｘ線ＣＴを用いて、融着接続部における、光導波路のコア部由来のＬＡＣヒストグラムＧ（ＬＡＣ）および光導波路のクラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦ（ＬＡＣ）の合成ヒストグラムＭ（ＬＡＣ）を観測するステップと、
前記コア部由来のＬＡＣヒストグラムＧ（ＬＡＣ）および前記クラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦ（ＬＡＣ）を確率分布であると仮定して最良近似数値解析を行うステップと、
前記コア部に相当する確率分布における平均値を導出するステップと、
当該平均値を閾値として前記光導波路全体のＣＴ像からコア構造を抽出するステップと
を含むことを特徴とするＸ線ＣＴを用いた光導波路コア立体構造抽出方法。
【請求項２】
前記導出するステップは、
前記コア部の前記Ｇ(ＬＡＣ)の平均値(μcore)をもって光導波路コア部代表値とし、この値をもって、コア部抽出するための最低閾ＬＡＣ値(μth)と決定するステップと、
光導波路全体像から該当する線吸収係数を有するボクセルを選定するステップとを含み、
前記抽出するステップは、
選定された前記ボクセルから、クラスターラベリング法によって、ボクセル集合体であるクラスターのサイズ分類と、サイズ順に番号付与後、
ファイバを構成するコア数分に合致するクラスター番号までをコアとして、０より大きい画素値を与え、それ以外のクラスターを画素値として０を与えるステップと、
画素値を与えることによって、ポリゴン３次元光導波路コア立体構造を計算するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記クラスターラベリング法によりボクセル集合体であるクラスターのサイズ分類を行い、クラスターサイズ順に番号付与後、光導波路を構成するコア数分に加えて、不純物サイズを有するクラスターまでを０より大きい画素値を与える、またはそれ以外のクラスターを画素値として０を与えるステップによって、ポリゴン３次元光導波路コア立体構造と不純物のポリゴン立体構造を計算することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記抽出ポリゴン３次元光導波路コア構造の内、光導波路長手方向に対して垂直各断面のスライス像における抽出面積から、円形近似によって抽出コア半径を計量することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記抽出コア半径が、所望の平均半径と異なる場合、
前記ＬＡＣ閾値を変更し、前記ポリゴン３次元コア構造体を計算するステップと、
前記抽出コア半径を計量するステップと
を前記抽出コア半径が前記所望の平均半径になるまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記光導波路コアのポリゴン３次元立体構成像の光導波路長手方向垂直各断面スライス像において、光導波路コアの重心点座標を得ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記重心点座標を抽出する方法を用いることによって、光導波路コアの３次元構造軌跡を数値化することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の融着接続部の構造を観測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光導波路の融着技術として、ＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続の技術の１つが開発されている。
【０００３】
図１は我々の提案してきている光ファイバ座屈を応用したＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続を説明する図である（非特許文献１参照）。同図は、ＣＯ2レーザ発振装置１、ガルバノミラー装置２、融着される光ファイバI（４）、同じく融着される光ファイバII（５）、光ファイバ整列部材６、光ファイバIの押さえクランプ７、および光ファイバIIの押さえクランプ８から構成される。
【０００４】
融着にあたり、光ファイバ整列部材６に収容された光ファイバI（４）と光ファイバII（５）は微動機構により両ファイバ同士が突合するように設定された後、光ファイバII（５）のみを微小量δだけ前進させる。これによって、光ファイバII（５）側に撓みが生じることになり、同時に光ファイバI（４）と光ファイバII（５）間で押圧力Ｐが生じることになる。
【０００５】
この状態下で、ＣＯ2レーザを光ファイバ接合部に向けて照射を行う。特に、ガルバノミラー２で融着部でレーザ照射が光ファイバの一部分に集中することが無いように、融着ファイバ上で走査を行い、ファイバの均一なレーザ加熱が行えるようにしている。
【０００６】
図２には上記融着技術で被試験試料として用いられている単一モード光ファイバの接続損失要因分析を、非特許文献２を参考に記載したものである。
【０００７】
同図に、光ファイバIのコア９−ａ，９−ｂ，９−ｃ、光ファイバIIのコア１０−ａ，１０−ｂ，１０−ｃの構成が示される。９−ａと１０−ａとは融着時でのファイバコア幾何学的変形構造を示し、９−ｂと１０−ｂとはモードフィールド半径が異なるコアの異種ファイバの接続を示しており、９−ｃと１０−ｃとは熱履歴の結果、コアドーパントの拡散にともなって、変形したコア構造を示している。
【０００８】
光ファイバ接続の融着接続損失は三要因に分類することができることが知られる（非特許文献２参照）。まず図２（ａ）に示すような、融着などの熱加工により生じた光ファイバコアの幾何学的な変形構造、図２（ｂ）に示すような、異種ファイバ接続によるモードフィールド半径差、図２（ｃ）に示すような熱拡散によるドーパントの不均一分布である。（同種ファイバについて考えた場合には要因は図２（ａ）と図２（ｃ）に限定して考えることができる。）特に、図２（ａ）に示す幾何学的なコア変形構造は損失の支配要因を成すものの、これまで２次元的な構造分析であることが多く、３次元的なファイバコア構造の屈曲などの観測例はみられていない状況であった。
【０００９】
融着接続では、押圧力Ｐ（提案手法では図１に示す座屈によって生じる押圧力、一般的には“Ｈｏｔ−ｐｕｓｈ”（非特許文献２参照））、ガラス粘性および表面張力から、立体的な光ファイバ外形とコア構造が決定されることになる。一方、我々はこれまでにＳＰｒｉｎｇ−８  ＣＴ(Computed Tomography)技術によって、レーザ融着した光ファイバ外形周辺部にファイバ整列部材であるジルコニウム含有物の内包を観測した（非特許文献３参照）。このファイバ周辺部における不純物の内包によって、本来持っているガラス表面張力によるファイバ間自己整列性を損ない、上述の３パラメータに不均衡がもたらされた結果、非軸対称なファイバ外形とコア構造を与える。そこで、融着品質の向上を図るため、不純物低減の種々クリーニング方法を試み、その評価を行うために、ジルコニア含有不純物が及ぼす、これら構造相関について精密観測する必要があった。
【００１０】
図３と図４を用いて従来技術として、Ｘ線ＣＴ技術で使用される２エネルギー測定を基本とした画像減算処理（サブトラクション）法（非特許文献４参照）による一般的な観測方法を説明する。特に、上述のレーザ融着手法で発生した融着ファイバ周辺部への不純物内包のコア部構造への影響を観測する際に生じた問題点ついて説明を行う。
【００１１】
図３には二酸化ゲルマニウムとシリカの入射Ｘ線エネルギーとそれぞれのＬＡＣ（Linear Attenuation Coefficient: 線吸収係数）分布の依存性を模式的に示しており、特に二酸化ゲルマニウムについては、分布曲線中にＫ−吸収端を示している。吸収端（例えば通常のシングルモード光ファイバではゲルマニウムもしくはゲルマニア酸化物吸収端）はゲルマニウムのＫ殻電子を弾き飛ばすに至った入射Ｘ線エネルギーを得たとき、その構成物質の入射Ｘ線エネルギーのＬＡＣがステップ状に上昇する現象を示すもので、物質に固有の値を示すことになる。本図には光ファイバの構成物質のシリカのＬＡＣ分布も記載しており、二酸化ゲルマニウム吸収端付近のＸ線入射エネルギーにおいては、シリカ材のＬＡＣ値は漸減するのみであることを確認できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】S. Koike, S. Asakawa, M. Kobayashi, and R. Nagase, "A simple optical fiber splicing technique using CO2 laser irradiation for board-level optical interconnections," in Intn'l Conf. Electron. Packag. (ICEP), 2008, pp.421-426.
【非特許文献２】A. D. Yablon, "Optical Fiber Fusion Splicing," (Springer, Berlin), 4.2 The Optics of Single-Mode Fiber Fusion Splices Fig. 4.7. p.109, (2005).
【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).
【非特許文献４】Tatsumi Hirano, Shuuji Eguchi and Katsuhisa Usami, "Study of Qualitative Elemental Analysis of Monochromatic X-Ray CT Using Synchrotron Radiation," Japanese Journal of Applied Physics, vol.28, no.1, January, 1989, pp. 135-139.
【非特許文献５】David L. Davies and Donald W. Bouldin, "A Cluster Separation Measure," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. PAM-1, No. 2, April, pp. 224-227, (1979) .
【非特許文献６】A. D. Yablon, "Optical Fiber Fusion Splicing," (Springer, Berlin), 4.2 The Optics of Single-Mode Fiber Fusion Splices, Eq.(4.44), p.112, (2005).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図４（ａ）,（ｂ）には二酸化ゲルマニウムのＫ吸収端より下のエネルギー（例えば、11.09 keV）と、上のエネルギー（例えば、11.19 keV）とでＣＴ測定を行った時の光ファイバの断面ＣＴ像を模式的に示す。図４（ｃ），（ｄ）には、図４（ａ），（ｂ）で示したＫ-吸収端下・上で測定した光ファイバ断面ＣＴ像をもとに、画像間で位置ずれが全くなく減算処理ができた場合の結果と、位置ずれが生じた状態で画像間で減算処理を行った場合の結果とをそれぞれで示している。なお、本図は光ファイバコア９もしくは光ファイバコア１０と、光ファイバクラッド１１とオフセットアーチファクト１２から構成される。
【００１４】
図４（ａ）に示すように二酸化ゲルマニウムを主ドーパントとする光ファイバコア９もしくは光ファイバコア１０が吸収端下の入射Ｘ線エネルギーでは観測できていないのに対して、図４（ｂ）に示すように吸収端上の入射Ｘ線エネルギーでは観測できている。このように図４（ａ）の入射Ｘ線エネルギーでは、光ファイバコア９もしくは光ファイバコア１０が、クラッド（１１）と見極めがつかない状態となるため、図４（ａ）、図４（ｂ）それぞれの入射Ｘ線エネルギーで取得した画像間で減算処理（サブトラクション）を行った場合には同一ＬＡＣ値を示す物質の画像が消え、図４（ｃ）に示すように結果としてコアのみ抽出が可能と推測される。
【００１５】
しかしながら、一般的なシングルモード光ファイバのコア直径約10μｍのＣＴ画像は装置所定仕様のスライス間隔とピクセル間隔（例えば0.5μｍ）で画像取得が行われるため、その精度で再現性よく画像取得を行うことは困難となる。特に熱加工によってファイバ外形にわずかな曲面状の構造変化が生じる融着ファイバの場合には、両エネルギーで取得した画像間でファイバ断面の一致を見ることは、同一スライス位置（ファイバ長手方向）であっても困難となる。その結果、図４（ｄ）に示すような画像間のオフセットアーチファクト１２ がファイバ周縁部で生じる問題があった（図４（ｄ））。
【００１６】
さらには、図３での説明のように、二酸化ゲルマニウムのＫ-吸収端上・下での入射Ｘ線エネルギーで測定したＣＴ像間のサブトラクション法によっては、コア材質以外で構成される内包物の場合にはクラッド材シリカと同様に入射Ｘ線の吸収端エネルギー上・下でほぼ同一のＬＡＣ値をもつため、サブトラクション処理によって減算され、その存在がバックグラウンドにうもれる結果となる。
【００１７】
従って、ジルコニアセラミックス等の二酸化ゲルマニウムと異なる物質のファイバ周辺部への内包（非特許文献３参照）が及ぼすコア幾何学変形構造を本手法によって観測を行った場合、ジルコニア含有物の画像が消失することになる。また、ゲルマニウム化合物がコア以外に内包物として見られた場合でも、周辺部にある場合には、オフセットによるアーチファクト出現によって不純物の内包観測が困難となり、周辺含有物がもたらす光ファイバコア構造変形への影響について明らかにすることは困難であるという課題があった。
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明は、融着接続時の光ファイバのコア構造の接続部観測において、融着部周辺に内包されるコア材と異なる不純物が及ぼす光ファイバコア構造への影響を把握するために、コアの幾何学的変形構造を３次元的に観測することに加えて、融着光ファイバコア間のオフセット値を求めるＸ線ＣＴを用いた光導波路コア立体構造抽出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光導波路の融着接続部の構造を観測する方法であって、コンピュータが、Ｘ線ＣＴを用いて、融着接続部における、光導波路のコア部由来のＬＡＣヒストグラムＧ（ＬＡＣ）および光導波路のクラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦ（ＬＡＣ）の合成ヒストグラムＭ（ＬＡＣ）を観測するステップと、前記コア部由来のＬＡＣヒストグラムＧ（ＬＡＣ）および前記クラッド部由来のＬＡＣヒストグラムＦ（ＬＡＣ）をガウス型分布であると仮定して最良近似数値解析を行うステップと、前記コア部に相当するガウス分布における平均値を導出するステップと、当該平均値を閾値として前記光導波路全体のＣＴ像からコア構造を抽出するステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法であって、前記導出するステップは、前記コア部の前記Ｇ(ＬＡＣ)の平均値(μcore)をもって光導波路コア部代表値とし、この値をもって、コア部抽出するための最低閾ＬＡＣ値(μth)と決定するステップと、光導波路全体像から該当する線吸収係数を有するボクセルを選定するステップとを含み、前記抽出するステップは、選定された前記ボクセルから、クラスターラベリング法によって、ボクセル集合体であるクラスターのサイズ分類と、サイズ順に番号付与後、ファイバを構成するコア数分に合致するクラスター番号までをコアとして、０より大きい画素値を与え、それ以外のクラスターを画素値として０を与えるステップと、画素値を与えることによって、ポリゴン３次元光導波路コア立体構造を計算するステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の方法であって、前記クラスターラベリング法によりボクセル集合体であるクラスターのサイズ分類を行い、クラスターサイズ順に番号付与後、光導波路を構成するコア数分に加えて、不純物サイズを有するクラスターまでを０より大きい画素値を与える、またはそれ以外のクラスターを画素値として０を与えるステップによって、ポリゴン３次元光導波路コア立体構造と不純物のポリゴン立体構造を計算することを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の方法であって、前記抽出ポリゴン３次元光導波路コア構造の内、光導波路長手方向に対して垂直各断面のスライス像における抽出面積から、円形近似によって抽出コア半径を計量することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の方法であって、前記抽出コア半径が、所望の平均半径と異なる場合、前記ＬＡＣ閾値を変更し、前記ポリゴン３次元コア構造体を計算するステップと、前記抽出コア半径を計量するステップとを前記抽出コア半径が前記所望の平均半径になるまで繰り返すことを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の方法であって、前記光導波路コアのポリゴン３次元立体構成像の光導波路長手方向垂直各断面スライス像において、光導波路コアの重心点座標を得ることを特徴とする。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の方法であって、前記重心点座標を抽出する方法を用いることによって、光導波路コアの３次元構造軌跡を数値化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
ファイバを始めとする導波路部品間融着接続部で検出される接続周辺部に含有される不純物の内包と融着部の外形変形構造とが及ぼす、コアの３次元幾何学的変形構造への影響について非破壊Ｘ線ＣＴ測定により、効率的かつ定量的に観測可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光ファイバ座屈を応用したＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着方法を示す図である。
【図２】融着光ファイバの損失要因を説明する図であり、図２（ａ）は、幾何学的コア構造変形を示す図であり、図２（ｂ）は、モードフィールド径が異なる異種ファイバ接続を示す図であり、図２（ｃ）は、ドープ材熱拡散によるコア構造変化を表す図である。
【図３】二酸化ゲルマニウムとシリカの二酸化ゲルマニウムのＫ-吸収端付近での入射Ｘ線エネルギーとＬＡＣ分布の説明する模式図である。
【図４】従来技術であるサブトラクション法を用いてＸ線ＣＴ像からコア部を抽出した場合の問題点（オフセットアーチファクト）を説明する図であり、図４（ａ）は、入射Ｘ線エネルギー吸収端下の場合を示す図であり、図４（ｂ）は、入射Ｘ線エネルギー吸収端上の場合を示す図であり、図４（ｃ）は、サブストラクション処理オフセットなしの場合を示す図であり、図４（ｄ）は、サブストラクション処理オフセットありの場合を示す図である。
【図５】本発明による第１の実施形態のコア部抽出のための二酸化ゲルマニウム吸収端上・下で観測したコア部でのＬＡＣ分布変化の説明する図であり、図５（ａ）は、二酸化ゲルマニウム吸収端下でのＸ線エネルギーでの光ファイバ断面ＣＴ像の模式図であり、図５（ｂ）は、二酸化ゲルマニウム吸収端上でのＸ線エネルギーでの光ファイバ断面ＣＴ像の模式図であり、図５（ｃ）は、コア付近で取得したＬＡＣ出現頻度ヒストグラムを示す図であり、図５（ｄ）は、コア付近で取得したＬＡＣ出現頻度ヒストグラムを示す図である。
【図６】第１の実施形態の光ファイバの３次元ポリゴン鳥瞰図であり、図６（ａ）は、光ファイバ外形を表す図であり、図６（ｂ）は、光ファイバコアと融着界面周辺部での含有不純物抽出画像を表す図であり、図６（ｃ）は、光ファイバコアのみの抽出画像を表す図である。
【図７】図７（ａ）は、図６（ｃ）で抽出したコア像を基にしたコア重心位置のファイバ長手方向（z 軸）分布図ｚ-ｘｍ分布図であり、図７（ｂ）は、ｚ-ｙｍ分布図である。
【図８】第２の実施形態における、線吸収係数閾値μth変更による融着ファイバの３次元ポリゴン光ファイバ抽出コアの鳥瞰図であり、図８（ａ）は、μth= 34ｃｍ-1の場合を表す図であり、図８（ｂ）は、μth= 35ｃｍ-1の場合を表す図である。
【図９】第２の実施形態における融着ファイバの抽出コア半径のファイバ長手方向(ｚ軸方向)分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施形態）  
図５（ａ）,（ｂ） に、ゲルマニウム酸化物のＫ-吸収端下・上の入射Ｘ線エネルギーで測定された光ファイバ断面ＣＴ観測結果を模式的に示す。図中には光ファイバクラッド部（１１）と光ファイバコア部９，１０の断面ＣＴ像を示している。また、図５（ｃ）,（ｄ）には、ＣＴ像中に示した光ファイバのコアを中心として直径50μｍの円内で得られたＬＡＣ出現頻度ヒストグラム分布の観測結果を示している。
【００２９】
図５（ａ）の光ファイバＣＴ画像で明らかなように、吸収端下のＸ線エネルギーでは光ファイバコアは描像できていない。図５（ｃ）のＬＡＣ出現頻度ヒストグラム分布に示すように、光ファイバのクラッドに相当するＬＡＣ分布（ここではＦ(ＬＡＣ)のクラッド出現頻度関数）を示すのみである。一方、図５（ｂ）での吸収端上でのＸ線エネルギーでのＣＴ画像測定結果では、光ファイバコアの存在が明らかであり、図５（ｄ）に示す吸収端上のＬＡＣ出現頻度ヒストグラム分布では、図５（ｃ）に示すＬＡＣ分布ヒストグラムで観測された単峰の曲線分布ではなく、高いＬＡＣ値を示す新たな分布が複合されている様子が観測された。
【００３０】
このヒストグラムの変化は二酸化ゲルマニウム吸収端上のＸ線エネルギーにより検出されたことから、光ファイバコアの出現によるものと考えることができ、吸収端上で測定されたヒストグラム分布は光ファイバクラッドに対応するＬＡＣ出現頻度分布Ｆ(ＬＡＣ)とコアに対応するＬＡＣ出現頻度分布Ｇ(ＬＡＣ)とで合成されてなる分布Ｍ(ＬＡＣ)と考えることができる。
【００３１】
本実施例においては、Ｆ(ＬＡＣ)，Ｇ(ＬＡＣ)のそれぞれがガウス型分布（確率分布）を示すと仮定して、ルンゲ・クッタ法によって最良近似数値解析を行うことによって、ガウス型分布のパラメータを特徴づけた。その結果として、光ファイバコアに相当するガウス型分布における平均値μcore（ここではμcore= 35ｃｍ-1）を閾値μthとして、光ファイバ全体ＣＴ像から光ファイバコア構造の抽出を試みた。特に、光ファイバコア・クラッドのＬＡＣ分布Ｇ(ＬＡＣ)とＦ(ＬＡＣ)分布では、図５（ｄ）のＬＡＣ出現頻度分布で図示するように、Ｇ(ＬＡＣ)の平均値μcoreにおいて、クラッド部の分布Ｆ(ＬＡＣ)とコア部の分布Ｇ(ＬＡＣ)の重なりが見られるため、閾値設定のみの抽出ではクラッドの抽出が雑音として抽出されることになる。そこで、クラスター法（非特許文献５参照）によって、光ファイバのクラッドから光ファイバのコア部分と含有不純物の弁別抽出を試みた。光ファイバコア分布平均値μcore以上のＬＡＣを持つボクセル（ＬＡＣを付与された単位長を持つ立方体：ここでは単位長として0.5μｍ）を抽出物質として設定した後に、ボクセル集合体であるクラスターをサイズ順に番号付け（ラべリング）する。これにより、ファイバを構成するコア数分に合致するクラスター番号までをコアとして、０より大きい画素値を与え、それ以外のクラスターを画素値として０を与える方法によって、ポリゴン３次元光導波路コア立体構造を得る（コンピュータが計算する）。本実施例では光ファイバコア数は１つであるが、含有不純物の抽出のため、最大３番目までのクラスターを物質として認識させた。その画像処理による３次元ポリゴン像による表示結果を図６に示した。
【００３２】
図６（ａ）に、光ファイバの融着部外形の３次元構造のポリゴン鳥瞰図の図６（ａ）とクラスターナンバリング法によって、抽出した光ファイバコアを示し、図６（ｂ）に融着界面における光ファイバ不純物の３次元ポリゴン鳥瞰図を示し、光ファイバ不純物の３次元ポリゴン像を削除して、光ファイバコアのみを抽出した３次元ポリゴン鳥瞰図を示す。図６（ｂ）に示すように不純物内包物のサイズは極めて微量であるものの、光ファイバの外形構造を示す図６（ａ）と比較することによって、「融着界面」に含有不純物が存在することが明らかとなった。次に、クラスターナンバリング法で最大のボクセル数を有するクラスターである光ファイバのコアのみを表示した図６（ｃ）を観測すると、光ファイバコアは、光ファイバの外形の長手方向（図６（ａ））とほぼ平行に直線状であり、融着界面において特に変化が本結果のみでは十分に見られない。
【００３３】
図７（ａ）、（ｂ）には図６（ｃ）のコアの３次元ポリゴン像を構成するｘ-ｙ面のコア断面画像から重心抽出によって光ファイバコア重心位置(ｘｍ，ｙｍ)の軌跡をｚ-ｘｍ重心位置座標とｚ-ｙｍ重心位置座標とを示す。図７（ａ）に示すｚ-ｘｍ重心位置座標ではファイバ長手方向であるｚ軸方向とともに、重心位置ｘｍは直線状に変化しており、融着界面位置（ｚ= 380μｍ位置）においても顕著な変化が見られない。一方、図７（ｂ）に示すｚ-ｙｍ重心位置座標では融着界面位置（ｚ= 380μｍ位置）において変化が観測される。特に、ｚ= 400-500μｍで屈曲が観測され、光ファイバコアの角度ずれ（約0.3度）が生じていることが明らかとなった。さらに、この角度ずれにともない、融着界面において、光ファイバ断面方向について光ファイバ間でｙ軸方向に約0.85μｍの偏差が生じていることも明らかとなった。これらの結果をもとに、代表的な光ファイバの損失推定式（非特許文献６参照）に代入することにより、0.17ｄＢと推定損失値が得られ、実験損失値 0.19ｄＢとほぼ同一の結果が得られることが明らかとなった。
【００３４】
なお、本実施例の説明においてクラスターラべリング法によるコア部抽出によって、コア部重心点座標を求める方法について述べたが、コア部抽出方法として、コア部のＬＡＣ分布関数Ｇ(ＬＡＣ)がクラッド部のＬＡＣ分布関数Ｆ(ＬＡＣ)に比べて十分高い出現頻度を示すＬＡＣ値を閾値（μth）として、それ以上をコア部と認識させてコア部の抽出を行い、コア部の重心点座標（ｘｍ，ｙｍ）を求める手法を含めることは言うまでもない。
【００３５】
また、上記で確率分布として示したガウス型分布は、ローレンツ分布、χ二乗分布等であっても良いことは言うまでもない。
【００３６】
（第２の実施形態）  
ここで最低閾ＬＡＣ値（μth）について検討する。
【００３７】
図８（ａ）に閾値μth= 35ｃｍ-1の場合のコア鳥瞰図を示し、図８（ｂ）にμth= 34ｃｍ-1の場合のコア鳥瞰図を示す。図８（ａ）、（ｂ）のコア鳥瞰図は、第１の実施形態で述べた手法によって抽出したポリゴンコア鳥瞰図である。図８（ｂ）に示す抽出されたコアの鳥瞰図は、最低閾ＬＡＣ値μthを低減することによってコア半径が太くなり、図８（ａ）より光ファイバコアの中心からクラッド周辺に向けての描像が行われている。また、図５（ｂ）のＬＡＣ出現頻度分布中でμth= 34ｃｍ-1の位置も示しているが、このＬＡＣ値を設定した場合にはクラッド対応のＬＡＣ値を持つボクセルの分散がμth= 35ｃｍ-1の場合よりもコア部以外で多く発生して、ノイズとして見られる。しかし、図８（ｂ）に示すように、クラスター法をとることによって、コア部のみの立体構造が抽出できる。
【００３８】
図９に、図８の光ファイバ長手方向（ｚ軸）に対する垂直方向（ｘ-ｙ断面）のコア断面像をもとに、抽出コア面積を円として近似することによって、ｚ軸方向の抽出半径分布を解析した結果を示す。
【００３９】
図中には、ＬＡＣ閾値μth= 34ｃｍ-1, 35ｃｍ-1とした場合の、結果を示している。本図に示すように、両者ともに、ほぼ均一な光ファイバコア抽出半径分布が光ファイバ長手方向（ｚ軸）で得られており、測定領域全体の平均値として、μth= 34ｃｍ-1と35ｃｍ-1において、コア抽出半径5.05μｍ， 4.50μｍとの結果がそれぞれ得られた。 1.31μｍを伝搬光とした場合のシングルモード光ファイバのモードフィールド半径は4.75-μｍであり、これらのμthのほぼ中間で、モードフィールド半径とほぼ同一半径が光ファイバコアとして抽出できることが明らかとなり、モードフィールド半径抽出のために、最低閾値としてμth= 34.5ｃｍ-1とした。一方、図９に示すように、ファイバ長手方向(ｚ軸)にわたる抽出半径の変化を観測すると、閾値μthの低減によっても、抽出半径の変化の様子は同一であり、ゲルマニウム酸化物のクラッドへの拡散は、線吸収係数μth= 35ｃｍ-1と同様の傾向を示すことが推定される。（閾値μthの低減によって得られる抽出半径はより濃度のうすい拡散ドーパントの分布状態を示すことと同義であると仮定している。）
次に、その抽出半径値の変動指標として標準偏差σを見ると、μth= 35ｃｍ-1において観測したファイバ長手方向全体では標準偏差σ= 0.27μｍである。しかしながら、融着界面位置（ｚ= 380μｍ）を境として、光ファイバIとIIにて分けて平均コア抽出半径を求めた場合には、4.38+/- 0.26μｍ、4.60+/-0.21μｍとの結果が得られ、両ファイバ抽出コア半径間で差異がみられており、融着時の座屈力の負荷の影響など推定される結果が得られた。
【００４０】
以上、実施例とともに詳しく説明したように、二酸化ゲルマニウムＫ吸収端をもちいたＸ線ＣＴによる光ファイバ構造観測において、光ファイバ中の光信号伝送線路として重要なコアの３次元立体構造抽出方法について述べた。本方法により、融着界面で見られる含有不純物が及ぼす光ファイバコアの幾何学的変形構造への影響を定量的に観測することが可能となる。また、光学顕微鏡的手法による観測によってはファイバ融着部のクラッド部表面構造欠陥や不純物内包の結果により、コア構造観測が困難であったが、本手法では上記状態でも観測を行うことができる。
【００４１】
本願では光導波路のひとつとしての光ファイバを説明しただけであって、請求項に記載の光導波路は、光ファイバに限定されない。
【００４２】
また、光ファイバ接続を中心に述べたが、光導波路間接続においても本質的に同様であり、光ファイバ-光導波路間融着接続を始めとする集積型光導波路デバイスの接続部の観測において本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００４３】
さらに、マルチコアファイバなど複数のコアをファイバ内に有した場合には、光学顕微鏡的手法でコア同士が光学的に干渉した結果、融着などで生じるファイバとコアの構造変形の観測が困難であったが、本発明の手法により、効率良く複数コアの３次元立体構造を観測可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＣＯ2レーザ発振装置
２  ガルバノミラー装置
４  光ファイバI
５  光ファイバII
６  光ファイバ整列部材
７，８  押さえクランプ
９，９−ａ，９−ｂ，９−ｃ  光ファイバIのコア
１０，１０−ａ，１０−ｂ，１０−ｃ  光ファイバIIのコア
１１  光ファイバクラッド
１２  オフセットアーチファクト
１３  融着光ファイバ含有不純物
【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９】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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