(57)【要約】  本実施形態は、実質的に曲げ応力が残留していない状態でその曲率が０．４[１／ｍｍ]以上に維持された領域を含む屈曲部を有する屈曲光ファイバを備えた光接続部品に関する。屈曲光ファイバは、コア、第１クラッド、第２クラッド、第３クラッドを備える。第３クラッドを基準とした、コアの比屈折率差Δ１、第１クラッドの比屈折率差Δ２、および第２クラッドの比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たす。比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ２]未満である。屈曲部の曲率は、当該屈曲部の全長に亘って０．６[１／ｍｍ]以下である。
2017022085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２ガラスを主成分とし、実質的に曲げ応力が残留していない状態でその曲率が０．４[１／ｍｍ]以上に維持された領域を含む屈曲部を有する屈曲光ファイバを備えた光接続部品であって、
前記屈曲光ファイバは、コアと、前記コアを取り囲む第１クラッドと、前記第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、前記第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、を少なくとも備え、
前記第３クラッドに対する前記コアの比屈折率差Δ１、前記第３クラッドに対する前記第１クラッドの比屈折率差Δ２、および前記第３クラッドに対する前記第２クラッドの比屈折率差Δ３は、
Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]
なる関係を満たし、
前記比屈折率差Δ３と前記第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ２]未満であり、
前記屈曲光ファイバにおける前記屈曲部の全長に亘って、前記屈曲部の曲率は、０．６[１／ｍｍ]以下である、
光接続部品。
【請求項２】
前記屈曲光ファイバは、前記屈曲部と、前記屈曲部の一方の端部に連続して形成された区間であって０．１[１／ｍｍ]以下の曲率を有する第１区間と、前記屈曲部の他方の端部に連続して形成された区間であって０．１[１／ｍｍ]以下の曲率を有する第２区間と、を少なくとも有し、
前記屈曲部の両側に位置する前記第１区間および前記第２区間それぞれに沿って伸びた２本の直線のなす角度をθとするとき、波長１．３１[μｍ]における当該屈曲光ファイバの挿入損失は、０．０１×θ[ｄＢ]以下である請求項１に記載の光接続部品。
【請求項３】
前記屈曲光ファイバは、波長１．３１[μｍ]において８．２〜９．０[μｍ]のモードフィールド径と、ファイバ長２２[ｍｍ]で測定したときに１２６０[ｎｍ]以下のカットオフ波長と、８０[μｍ]以上のガラス外径と、波長１．３１[μｍ]において−３０[ｄＢ]以下の多光路干渉を有する請求項１または２に記載の光接続部品。
【請求項４】
前記屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．３[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間において、前記対象区間における最大曲率ｄｍａｘと、前記対象区間の区間エッジから前記最大曲率ｄｍａｘとなる位置までの最短距離ΔＬにより規定される曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、２[１／ｍｍ２]以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の光接続部品。
【請求項５】
前記屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．４[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間において、前記対象区間における最大曲率ｄｍａｘと、前記対象区間の区間エッジから前記最大曲率ｄｍａｘとなる位置までの最短距離ΔＬにより規定される曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、１．５[１／ｍｍ２]以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の光接続部品。
【請求項６】
前記屈曲部の全長に亘って、前記屈曲光ファイバのガラス外径の変動は、１[μｍ]以下である請求項１〜５の何れか一項に記載の光接続部品。
【請求項７】
前記屈曲部における光ファイバの仮想温度は、１１００[℃]以下である請求項１〜６の何れか一項に記載の光接続部品。
【請求項８】
前記屈曲部の両側に位置するとともに前記屈曲部に連続している２つの区間の一方を直線状に保持する保持部を有するとともに、前記保持部を介して前記２つの区間の一方に固定されたファイバ固定部品をさらに備えた請求項１〜７の何れか一項に記載の光接続部品。
【請求項９】
前記ファイバ固定部品の前記保持部は、貫通孔またはＶ溝を含む請求項８に記載の光接続部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲光ファイバとして低曲げ損失ファイバ（ＢＩＦ：Bend Insensitive optical Fiber、以下、単にＢＩ光ファイバと記す）が適用された光接続部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールの小型化に伴い、該光モジュール近傍で使用される光ファイバの低背化（電子基板等に一端が垂直接続された光ファイバの、該基板からの高さを低く抑えること）が要求されている。【０００３】
光ファイバの低背化には、光ファイバの一方の端部に屈曲部を形成することにより得られる屈曲光ファイバの利用が一般的である。しかしながら、屈曲部を形成するため、単に、光ファイバの一部を例えば３[ｍｍ]以下の曲率半径Ｒ（曲率ｄ[１／ｍｍ]は曲率半径Ｒの逆数）に曲げると、外周への歪量が過度に大きくなる。このような状況では、曲げられた光ファイバが過度の歪により破断する可能性が高まるため、屈曲部を加熱することで該屈曲部の歪を除去する方法がしばしば採用される。以下の特許文献１には、放電を用いた加熱手段により光ファイバを溶融し、屈曲加工を行う技術が開示されている。なお、本明細書では、このように光ファイバを加熱する屈曲加工を、以下、加熱屈曲加工と記す。逆に、光ファイバを加熱しない屈曲加工を、以下、非加熱屈曲加工と記す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８５７１８号公報（日本国特許第５５０６３２２号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、上述のような従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、データセンターや交換局等の構内（以下、構内と記す）で用いられる光ファイバは、構内の大規模化による伝送距離の長距離化に対応するため、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと記す）がしばしば適用される。このため、上述のような光モジュール等に接続される光モジュール配線用の光ファイバには、構内で使用されるＳＭＦとの接続損失の低減も要求される。特に、光モジュール内の限られた小配線スペースに低背化を実現しながら光ファイバを収納するため、当該光ファイバの屈折率構造としてトレンチ構造を有するＢＩ光ファイバを用いることが望ましい。ＢＩ光ファイバは、カットオフ波長の長波長化を抑制してシングルモード動作を実現しつつ曲げ損失の低減が期待できる。したがって、光モジュールと外部伝送路（ＳＭＦ）との間の構内配線の一部として挿入される屈曲光ファイバにシングルモード動作するＢＩ光ファイバを適用することは、技術的に有益である。【０００６】
しかしながら、上記特許文献１には、ＳＭＦの一部を曲率半径Ｒが２．５[ｍｍ]以下（曲率ｄは０．４[１／ｍｍ]以上）になるように曲げ、かつ、所定波長において低い挿入損失を持つ光接続部品については開示されていなかった。【０００７】
発明者らの知見によれば、加熱屈曲加工は、得られる屈曲光ファイバ自体には曲げ応力が残留しない一方、同時に歪による光弾性効果が消滅する。そのため、図５（ｃ）に示されたように、トレンチ構造を構成するガラス領域の、曲げ状態におけるトレンチ部の等価屈折率は、非加熱屈曲加工の場合よりも高くなる（トレンチ構造による光閉じ込め効果の減少）。【０００８】
図１は、後述する図６に示されたサンプル６のＢＩ光ファイバについて、加熱屈曲加工が施された場合と、非加熱屈曲加工が施された場合の比較結果（曲げ損失の曲率半径依存性）を示すグラフである。すなわち、図１中の記号「●」で示されたグループＧ１は、非加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバにおける曲率半径Ｒ[ｍｍ]と曲げ損失[ｄＢ]との関係を示す。また、図１中の記号「■」で示されたグループＧ２は、加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバにおける曲率半径Ｒ[ｍｍ]と曲げ損失[ｄＢ]との関係を示す。なお、加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバ曲げ角θは８２[°]である。また、非加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバにおける曲率半径Ｒ[ｍｍ]と曲げ損失[ｄＢ]との関係は、種々の曲率ｄ（＝１／Ｒ）を有するマンドレルを利用して、用意されたサンプル６のＢＩ光ファイバの一部（屈曲部となる部分）に対して曲げ角θが８２[°]になるように曲げを加えた状態で測定された。なお、測定波長は、１．３１[μｍ]である。【０００９】
図１の比較結果から分かるように、非加熱屈曲加工が施されたＢＩ光ファイバの曲げ損失と比較して、曲率半径Ｒが同一であっても加熱屈曲加工が施されたＢＩ光ファイバの曲げ損失は明確に増加することが分かる。そのため、光モジュール内配線の一部を構成する屈曲光ファイバとして、ＳＭＦ、特にＢＩ光ファイバを単純に適用したのでは、該ＢＩ光ファイバで構成された屈曲光ファイバの挿入損失が増加するため、加熱屈曲加工による屈曲率変化を考慮した光ファイバの屈折率分布の適用、および屈折率分布に応じた適切な曲率分布を与える必要がある。【００１０】
本発明は、上述のような課題を解決する為になされたものであり、挿入損失の増加が効果的に抑制された屈曲光ファイバとして、加熱屈曲加工が施されたＢＩ光ファイバの適用を可能にするための構造を備えた光接続部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態にかかる光接続部品は、ＳｉＯ２ガラスを主成分とし、一定長の区間に屈曲部が形成された屈曲光ファイバを備えた光接続部品である。なお、屈曲部は、実質的に曲げ応力が残留していない状態でその曲率が０．４[１／ｍｍ]以上に維持された領域を含む。特に、屈曲光ファイバは、コアと、該コアを取り囲む第１クラッドと、該第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、該第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、を少なくとも備える。第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ１、第３クラッドに対する第１クラッドの比屈折率差Δ２、および第３クラッドに対する前記第２クラッドの比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たす。比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ２]未満である。さらに、当該屈曲光ファイバにおける屈曲部の全長に亘って、該屈曲部の曲率は、０．６[１／ｍｍ]以下である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、挿入損失の増加が効果的に抑制された屈曲光ファイバとして、加熱屈曲加工が施されたＢＩ光ファイバの適用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】は、非加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバにおける曲率半径Ｒ[ｍｍ]と曲げ損失[ｄＢ]との関係と、加熱屈曲加工されたＢＩ光ファイバにおける曲率半径Ｒ[ｍｍ]と曲げ損失[ｄＢ]との関係の比較結果を示すグラフである。
【図２】は、本実施形態に係る光接続部品の使用状態を説明するための図である。
【図３】は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバの屈曲部とその近傍の構造と曲率分布の例を示す図である。
【図４】は、本実施形態に係る光接続部品に適用されるファイバ固定部品の一例の構造を示す図である。
【図５】は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバとして、ＢＩ光ファイバの断面構造を示す図およびその屈折率分布である。
【図６】は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバとして、ＢＩ光ファイバの種々のサンプルの構造パラメータを纏めた表である。
【図７】は、図６に示されたサンプルそれぞれについて、挿入損失[ｄＢ]とトレンチ構造を規定するボリュームパラメータＶ３の関係を示すグラフである。
【図８】は、図６に示されたサンプル６について、２種類の曲率分布の例と、屈曲部における最大曲率ｄｍａｘ[１／ｍｍ]と挿入損失[ｄＢ]との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の対応それぞれを個別に列挙して説明する。
【００１５】
（１）  本実施形態にかかる光接続部品は、ＳｉＯ２ガラスを主成分とし、一定長の区間に屈曲部が形成された屈曲光ファイバを備えた光接続部品である。なお、屈曲部は、実質的に曲げ応力が残留していない状態でその曲率ｄ（曲率半径Ｒの逆数）が０．４[１／ｍｍ]以上に維持された領域を含む。本実施形態の一形態として、屈曲光ファイバは、コアと、該コアを取り囲む第１クラッドと、該第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、該第２クラッドを取り囲む第３クラッドと、を少なくとも備える。第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ１、第３クラッドに対する第１クラッドの比屈折率差Δ２、および第３クラッドに対する前記第２クラッドの比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たす。比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３は、−２００[％・μｍ２]未満である。さらに、当該屈曲光ファイバにおける屈曲部の全長に亘って、該屈曲部の曲率ｄ（＝１／Ｒ）は、０．６[１／ｍｍ]以下である。
【００１６】
（２）本実施形態の一態様として、屈曲光ファイバは、屈曲部と、該屈曲部の一方の端部に連続して形成された区間であって０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する第１区間と、該屈曲部の他方の端部に連続して形成された区間であって０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する第２区間と、を少なくとも有する。この構成において、第２区間の両側に位置する第１区間および第３区間それぞれに沿って伸びた２本の直線のなす角度をθとするとき、波長１．３１[μｍ]における当該屈曲光ファイバの挿入損失は、０．０１×θ[ｄＢ]以下であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、屈曲光ファイバは、波長１．３１[μｍ]において８．２〜９．０[μｍ]（＝８．６±０．４[μｍ]）のモードフィールド径（以下、ＭＦＤと記す）と、ファイバ長２２[ｍｍ]で測定したときに１２６０[ｎｍ]以下のカットオフ波長λｃと、８０[μｍ]以上のガラス外径（第３クラッドの外径に相当）と、波長１．３１[μｍ]において−３０[ｄＢ]以下に多光路干渉（ＭＰＩ：Multi-Path Interference）が抑圧されていることが好ましい。本実施形態の一態様として、屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．３[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間において、該対象区間における最大曲率ｄｍａｘと、該対象区間の区間エッジから最大曲率ｄｍａｘとなる位置までの最短距離ΔＬにより規定される曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、２[１／ｍｍ２]以下であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．４[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間において、該対象区間における最大曲率ｄｍａｘと、該対象区間の区間エッジから最大曲率ｄｍａｘとなる位置までの最短距離ΔＬにより規定される曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、１．５[１／ｍｍ２]以下であるのが好ましい。本実施形態の一態様として、屈曲部の全長に亘って、当該屈曲光ファイバのガラス外径の変動は、１[μｍ]以下であるのが好ましい。なお、「ガラス外径の変動」は、屈曲部における最小ガラス外径と最大ガラス外径の差で規定される。本実施形態の一態様として、屈曲部における仮想温度は、１１００[℃]以下であるのが好ましい。
【００１７】
（３）さらに、本実施形態の一態様として、当該光接続部品は、屈曲部（上述の第２区間に相当）の両側に位置するとともに屈曲部に連続している２つの区間（上述の第１区間および第３区間に相当）の一方を直線状に保持する保持部を有するとともに、前記保持部を介して前記２つの区間の一方に固定されたファイバ固定部品をさらに備えてもよい。また、本実施形態の一態様として、ファイバ固定部品の保持部は、貫通孔またはＶ溝を含むのが好ましい。
【００１８】
以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
【００１９】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る光接続部品の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る光接続部品の使用状態を説明するための図である。特に、図２（ａ）には、光集積回路チップ等を含む電子基板２００と、一方の端部に加熱屈曲加工された屈曲部ＢＡが形成された屈曲光ファイバ１００と、屈曲光ファイバ１００と他の光モジュール内配線用光ファイバまたは外部伝送路のＳＭＦとを光学的に接続するためのコネクタ２５０が示されている。この図２（ａ）の例において、屈曲光ファイバ１００は、ガラスファイバ（裸ファイバ）１１０と、ガラスファイバ１１０を取り囲む樹脂被覆１２０を備え、屈曲部ＢＡが形成された一方の端部の樹脂被覆１２０が除去されている。また、屈曲部ＢＡが形成された一方の端部は、屈曲光ファイバ１００の光入出力端面と光集積回路チップ等が効率よく光学的に接続されるよう、電子基板２００に対して略垂直に設置されている。一方、屈曲光ファイバ１００の他方の端部にはコネクタ２５０が取り付けられている。
【００２１】
図２（ｂ）の例は、屈曲光ファイバ１００の一方の端部と電子基板２００との接続構造が、図２（ａ）の例と異なる。すなわち、図２（ｂ）の例では、屈曲光ファイバ１００の一方の端部にファイバ固定部品３００が固定されている。このように、ファイバ固定部品３００を介して屈曲光ファイバ１００の光入出力端面と光集積回路チップ等とが光学的に接続されることにより、接続部分における機械的強度の向上が図れる。
【００２２】
図３（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）中に示された屈曲光ファイバ１００の端部、すなわち、樹脂被覆１２０が除去されたガラスファイバ１１０の端部に形成された屈曲部ＢＡの近傍の構造を示し図であり、図３（ｂ）は、屈曲部ＢＡとその近傍の曲率分布の例を示す図である。
【００２３】
本実施形態では、図３（ａ）および図３（ｂ）に示されたように、屈曲部ＢＡおよびその近傍（屈曲光ファイバ１００の端部）は、０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する領域Ａ（屈曲部ＢＡに連続する第１区間）と、０．４[１／ｍｍ]以上の曲率ｄを有する領域Ｂ（屈曲部ＢＡに相当する加熱屈曲加工が施された区間）と、０．１[１／ｍｍ]以下の曲率ｄを有する領域Ｃ（屈曲部ＢＡに連続する第２区間）と、で構成されている。ここで、加熱屈曲加工が施された区間（屈曲部ＢＡ）は、図３（ａ）に示されたように、当該区間の両端を固定しなくとも曲げ形状が維持されるため、当該区間には曲げ応力は残留していない。一方、非加熱屈曲加工が施された区間では、当該区間の両端が固定されていなければ曲げ状態を維持することができず、非加熱屈曲加工が施された区間では、曲げ状態が維持されている間、常に曲げ応力が残留している。
【００２４】
なお、図３（ａ）中、Ｒ１は領域Ａと領域Ｂの境界を示し、Ｒ２は領域Ｂと領域Ｃの境界をそれぞれ示しているが、これら領域Ａ〜Ｃは屈曲光ファイバ１００の連続した区間である。また、本明細書において、「曲げ角θ」は、図３（ａ）に示されたように、領域Ｂ（屈曲部ＢＡ）の両側に位置する領域Ａおよび領域Ｃそれぞれに沿って伸びた２本の直線のなす角度により規定される。領域Ａおよび領域Ｃとの成す角度（曲げ角）θにより挿入損失は変化するが、本実施形態では、波長１．３１[μｍ]における当該屈曲光ファイバの挿入損失が０．０１×θ[ｄＢ]以下となるように、屈折率分布（例えば図５（ａ）参照）および曲率分布（例えば８（ａ）参照）が設計される。
【００２５】
屈曲部ＢＡに相当する領域Ｂへの加熱屈曲加工には、バーナー、ＣＯ２レーザー、アーク放電、ヒーター等が利用可能である。ＣＯ２レーザーは、照射強度、照射範囲、照射時間を容易に調整することができるため、曲率分布の精緻な制御に有利な特性を有する。ＣＯ２レーザーの一般的な波長１０［μｍ］付近では、ガラスは不透明であるためＣＯ２レーザーの照射エネルギーは光ファイバの表層で吸収され、再輻射と熱伝導により伝わると考えられる。ＣＯ２レーザーのパワーが高すぎる場合、光ファイバの表層温度がガラスの蒸発温度まで急峻に上昇し、結果、光ファイバの表面形状は維持できなくなる。そのため、ＣＯ２レーザーの照射パワーは、光ファイバの表層ガラスが蒸発せず、かつ加熱部分のファイバ断面において、作業点以上の温度に上昇した状態を所定時間継続させることで歪が除去されるよう、適切に調整される。なお、加熱屈曲加工後の光ファイバ（屈曲光ファイバ）の温度の冷却速度は、１０−４［℃／秒］以下であることが望ましい。
【００２６】
瞬間的な加熱が行われると、光ファイバへ歪が残留するため、機械的な衝撃、荷重に対し屈曲部が破断しやすくなる。そこで、本実施形態では、ガラスの熱履歴を示す仮想温度（Fictive Temperature）が１１００[℃]以下となるように加熱することで、２．５[ｍｍ]以下の曲率半径Ｒ（曲率０．４[１／ｍｍ]以上）で曲げても、高い機械的信頼性を持つ屈曲光ファイバが得られる。屈曲光ファイバとなるべき光ファイバの仮想温度は、ラマン散乱スペクトル、ＩＲ（Infra-Red）吸収スペクトルを測定することで評価ができる。ＩＲ吸収スペクトルと仮想温度の関係は、例えばD.-L.Kim et al., J.Non-Cryst.Solids, vol.286, (2001) pp.136-138（非特許文献１）に記載された方法を用いて得ることが可能である。
【００２７】
また、加熱屈曲加工が施された屈曲部ＢＡの曲率ｄは、市販の高精度ステージを具備した顕微鏡型形状測定機（例えば、株式会社ミツトヨ製のQuick Vision Apex Pro）により好適に測定可能である。上記顕微鏡型形状測定機によれば、図３（ｂ）に示されたように、得られた屈曲光ファイバ１００の屈曲部ＢＡおよびその近傍の外表面の座標を評価し、取得した二次元座標より各位置における曲率半径Ｒを得ることが可能である。なお、使用する評価機の精度、評価対象となる屈曲光ファイバの外周の異物等により、見かけの曲率ｄおよび曲率変化率が大きくなる場合は、異常点を除去または移動平均による曲率値の平滑化により補正可能である。
【００２８】
図４は、本実施形態に係る光接続部品に適用されるファイバ固定部品の一例の構造を示す図である。なお、図４（ａ）は、屈曲光ファイバ１００の樹脂被覆１２０が除去された端部（ガラスファイバ１１０）に固定されたファイバ固定部品３００の斜視図であり、図４（ｂ）は、ファイバ固定部品３００の底面構造を示す平面図である。
【００２９】
これら図４（ａ）および図４（ｂ）の例では、ファイバ固定部品３００は、屈曲光ファイバ１００の端部すなわちガラスファイバ１１０の端部のうち図３（ａ）の領域Ａに相当する区間が設置されるＶ溝３１１が設けられたＶ溝基板３１０と、ガラスファイバ１１０の端部をＶ溝３１１に押し付けるためのリッド３２０を備える。なお、ガラスファイバ１１の、ファイバ固定部品３００から露出している区間は、屈曲部ＢＡを保護するためのポッティング樹脂４００により覆われている。また、図４（ｂ）に示されたように、Ｖ溝３１１とリッド３２０は、ガラスファイバ１１０の端部を保持する貫通孔として機能している。したがって、ファイバ固定部品３００は、上述のＶ溝基板３１０およびリッド３２０に替え、複数の貫通孔が設けられた単一部材で構成されてもよい。
【００３０】
ファイバ固定部品３００が貫通孔を有する単一部材で構成されている場合、ファイバ固定部品３００としては、ＦＣ、ＳＣ、ＬＣ等の一心光コネクタ、ＭＰＯ、ＭＴ等の多心コネクタが適用可能である。一方、Ｖ溝基板３１０の材料は、パイレックス（登録商標）等の多成分ガラス、Ｓｉ基板等が適用可能である。ただし、光集積回路とＵＶ硬化樹脂を用いて接着を行うためには、ＵＶ光が透過する材料を用いることが好ましい。さらに、屈曲部ＢＡを保護するためのポッティング樹脂４００の外周のヤング率は２０ＭＰａ以上であることが望ましい。さらに望ましいヤング率は１０００ＭＰａ以上である。
【００３１】
上述のように、ファイバ固定部品３００が、屈曲部ＢＡが形成されたガラスファイバ１１０の端部を直線状に保持する保持部（Ｖ溝または貫通孔）を有することで、低背化が実現される。また、屈曲光ファイバ１００の一方の端部に図４（ａ）および図４（ｂ）に示された構造を有するファイバ固定部品３００が固定されることにより、上述の電子基板２００、その他の光学部品、コネクタ等への接続が容易になる。
【００３２】
さらに、ファイバ固定部品３００が固定されている屈曲光ファイバ１００の光入出端面は、ファイバ軸（図５（ａ）に示された光軸ＡＸ）に対し、一定の角度を有してもよい。例えばファイバ軸に対して光入出力端面が８［°］傾斜することにより、当該ファイバ固定部品３００の底面に接続する光源、受光器、導波路との反射損失を大きく取ることができ、安定した伝送性能を得ることが可能になる。
【００３３】
図５は、本実施形態に係る光接続部品に適用される屈曲光ファイバ１００として、ＢＩ光ファイバの断面構造を示す図およびその屈折率分布である。なお、図５（ａ）は、ＢＩ光ファイバの断面構造を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたＢＩ光ファイバの屈折率分布であり、図５（ｃ）は、図５（ｃ）に示されたＢＩ光ファイバの屈曲加工が施された状態での等価屈折率分布である。
【００３４】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示されたように、ＢＩ光ファイバは、所定軸（光軸ＡＸ）に沿って伸びた半径ｒ１のコア１１１と、コア１１１の外周面上に設けられた半径ｒ２の第１クラッド１１２と、第１クラッド１１２の外周面上に設けられた半径ｒ３の第２クラッド１１３と、第２クラッド１１３の外周面上に設けられた第３クラッド１１４（当該ＢＩ光ファイバのトレンチ構造を構成する領域）と、を備える。また、コア１１１の屈折率はｎ１、第１クラッド１１２の屈折率はｎ２（＜ｎ１）、第２クラッド１１３の屈折率はｎ３（＜ｎ２）、第３クラッド１１４の屈折率はｎ４（＜ｎ１、＞ｎ３）である。さらに、第３クラッド１１４に対するコア１１１の比屈折率差Δ１、第３クラッド１１４に対する第１クラッド１１２の比屈折率差Δ２、および第３クラッド１１４に対する第２クラッド１１３の比屈折率差Δ３は、Δ１＞Δ２＞Δ３かつΔ３＜−０．５[％]なる関係を満たしている。
【００３５】
第３クラッド１１４を基準とした各部の比屈折率差（Δ）は、ＥＳＩ(Equivalent Step Index)により判定した値である。第１〜第３クラッド１１２、１１３、１１４の各外径は、クラッド間の境界付近において屈折率の径方向変化の微分値が最大となる位置を判定した値を利用して決定される。
【００３６】
また、上述のような構造を有するＢＩ光ファイバの組成は、ＳｉＯ２ガラスに適宜屈折率制御用ドーパントを添加することで製造される。一例として、コア１１１は、ＧｅＯ２が添加されたＳｉＯ２ガラスからなり、第１クラッド１１２は、純ＳｉＯ２ガラスからなり、トレンチ構造を構成する第２クラッド１１３は、フッ素が添加されたＳｉＯ２ガラスからなり、第３クラッド１１４は、純ＳｉＯ２ガラスからなる。このようなガラス組成は、経済性および形状制御性の観点から優れている。なお、第３クラッド１１４には、Ｃｌが添加されてもよい。また、コア１１１には、ＧｅＯ２とフッ素が共添加されていてもよい。
【００３７】
本実施形態に係る光接続部品の屈曲光ファイバ１００として適用されるＢＩ光ファイバＩＴＵ−ＴＧ．６５２に準ずる汎用的なＳＭＦ（以下、ＳＳＭＦと記す）と同等の伝送特性を持ち、他のＳＳＭＦに対して低損失かつ経済的に接続できることが望ましい。低曲げ損失性を有するＢＩ光ファイバでは、高次モードの曲げ損失も低いため、一般にＭＰＩが高くなる傾向がある。したがって、本実施形態では、ファイバ長２２ｍで測定されたカットオフ波長λｃが１２６０[ｎｍ]以下となるようにコア１１１の屈折率構造が設定される。これにより、高次モードとの干渉により発生するＭＰＩが−３０ｄＢ以下となるＢＩ光ファイバが得られ、デジタル信号に必要な信号品質を維持できる。また、波長１．３１[μｍ]におけるＭＦＤが８．６±０．４[μｍ]であれば、ＳＳＭＦと同等であり、低損失でＳＳＭＦと接続することが可能になる。なお、ファイバ径（ガラスファイバ１１０の外径）を細くすると、曲げを与えた際の歪が小さくなる。この場合、収容性が高くなる効果が得られるが、一方で、ファイバ形を細くし過ぎると、成形法で製造されるような多芯光コネクタのフェルールの成形精度が低減するため、本実施形態の屈曲光ファイバ１００に適用可能なＢＩ光ファイバは、８０[μｍ]以上かつ１２５[μｍ]以下のガラス外径を有するのが好ましい。
【００３８】
なお、上述のように、ＢＩ光ファイバに屈曲部が形成された場合、図５（ｃ）に示されたように、歪による光弾性効果が消滅するため、曲げ状態におけるコア１１１を取り囲む第１〜第３クラッド１１２、１１３、１１４の等価屈折率は、加熱屈曲加工を行う前の屈折率より高くなる。図５（ｃ）において、Ｐ１００は、非加熱屈曲加工により形成された曲率半径Ｒ＝２ｍｍの屈曲部を有するＢＩ光ファイバの等価屈折率分布であり、Ｐ２００は、加熱屈曲加工により形成された曲率半径Ｒ＝２ｍｍの屈曲部を有するＢＩ光ファイバの等価屈折率分布である。この場合、ＢＩ光ファイバにおけるトレンチ構造の効果（光の閉じ込め効果）が低下するため、曲げ損失が増大してしまう。そこで、発明者らは、ＢＩ光ファイバのようなＳＭＦを本実施形態の屈曲光ファイバ１００に適用するため、光弾性効果の消滅を予め考慮した、曲率、曲率分布、およびトレンチ構造の最適条件について検討した。
【００３９】
図６は、曲率およびトレンチ構造の最適条件を決定するために用意されたＢＩ光ファイバの種々のサンプルの構造パラメータを纏めた表である。なお、図６には、用意されたサンプル１〜７のそれぞれについて、第３クラッドに対するコアの比屈折率差Δ１、第３クラッドに対する第１クラッドの比屈折率差Δ２、第３クラッドに対する第２クラッドの比屈折率差Δ３、コアの半径ｒ１（外径２ｒ１）、第１クラッドの半径ｒ２（外径２ｒ２）、第２クラッドの半径ｒ３（外径２ｒ３）、コアと第１クラッドの外径比ｒ１／ｒ２、第１クラッドと第２クラッドの外径比ｒ２／ｒ３、トレンチ構造を構成する第２クラッドの比屈折率差Δ３と第２クラッドの断面積Ｓとの積Ｖ３（トレンチ構造を規定する屈折率ボリューム）、波長１．３１[μｍ]における挿入損失（平均値、最大値、最小値）が示されている。なお、挿入損失は、サンプル１〜７それぞれに、曲率半径Ｒが２．０[ｍｍ]〜２．５[ｍｍ]（曲率０．４〜０．５）の状態で曲げ角度θが８２[°]になるよう加熱屈曲加工を施した状態で測定された。
【００４０】
図７は、図６に示されたサンプル１〜７（加熱屈曲加工後）それぞれの、挿入損失[ｄＢ]とトレンチ構造を規定する屈折率ボリュームＶ３の関係を示すグラフである。図７から分かるように、曲率半径Ｒ＝２．５[ｍｍ]以下において、波長１．３１[μｍ]における挿入損失を１「ｄＢ」以下に抑制するためには、トレンチ構造の屈折率ボリュームＶ３は、−２００[％・μｍ２]以下が適している。
【００４１】
また、図８（ａ）は、図６に示されたサンプル６について、２種類の曲率分布の例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、屈曲部における最大曲率ｄｍａｘ[１／ｍｍ]と挿入損失[ｄＢ]との関係を示すグラフである。
【００４２】
図８（ａ）において、グラフＧ１１０およびＧ１２０は、屈曲部における曲率ｄの平均値が略同一のサンプルの例であるが、グラフＧ１１０は、屈曲部における曲率の最大値ｄｍａｘが０．６[１／ｍｍ]以下に抑えられたサンプルの曲率分布であり、波長１．３１[μｍ]における挿入損失は０．２０[ｄＢ]であった。一方、グラフＧ１２０は、屈曲部における曲率の変動幅が０．６[１／ｍｍ]を挟んで拡大しているサンプルの曲率分布であり、波長１．３１[μｍ]における挿入損失は１．７０[ｄＢ]であった。
【００４３】
上述のように、屈曲部における曲率ｄの平均値は略同一であっても、加工部の一部に曲率０．６[１／ｍｍ]を超える部分があると損失が急激に上昇する。なお、屈曲部ＢＡにおける曲率分布の状態は、低挿入損失を維持するためには急峻な変化がない方が好ましい。本実施形態では、屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．３[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間において、該対象区間における最大曲率ｄｍａｘと、該対象区間の区間エッジから最大曲率ｄｍａｘとなる位置までの最短距離ΔＬにより規定される曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、２[１／ｍｍ２]以下である。なお、屈曲光ファイバの長手方向に沿って設定された０．４[１／ｍｍ]以上の曲率を有する対象区間においては、曲率変化率ｄｍａｘ／ΔＬの絶対値は、１．５[１／ｍｍ２]以下が好ましい。また、当該屈曲光ファイバ１００の長手方向に沿った曲率ｄの変動を抑制するため、本実施形態では、屈曲部ＢＡの全長に亘って、屈曲光ファイバ１００のガラス外径の変動は、１[μｍ]以下である。なお、屈曲光ファイバ１００のガラス外径は、ガラスファイバ１１０の外径を意味し、実質的に第３クラッドの外径に一致している。
【００４４】
なお、図８（ｂ）から分かるように、屈曲部における最大曲率ｄｍａｘを０．６[１／ｍｍ]以下にすることで、得られる屈曲光ファイバの挿入損失を１[ｄＢ]以下に抑えることができる。なお、より好ましくは、曲率ｄは０．５[１／ｍｍ]以下である。
【符号の説明】
【００４５】
１００…屈曲光ファイバ（ＢＩ光ファイバ）、１１０…ガラスファイバ（裸ファイバ）、１１１…コア、１１２…第１クラッド、１１３…第２クラッド、１１４…第３クラッド、ＢＡ…屈曲部、３００…ファイバ固定部品、３１０…Ｖ溝基板、３１１…Ｖ溝、３２０…リッド。
【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７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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