(57)【要約】【課題】２つのマルチコアファイバの端面を接続する場合において、ファイバの軸回りの位置合わせを実現する。【解決手段】それぞれ複数のコアが２次元的に配列された、２つのマルチコアファイバの端面どうしを結合する結合方法であって、端面どうしを対向させ、２つのマルチコアファイバの側面に向けて光源から光を照射し、軸回りに沿って等間隔に並んだ３つのコアの像を結像面に結像させる結像ステップと、３つのコアの像が等間隔に並ぶように２つのマルチコアファイバを軸回りに回転させる回転ステップと、２つのマルチコアファイバにおける３つのコアの像のうち中心に位置する像が、マルチコアファイバの軸方向に沿って直線状に並ぶように、２つのマルチコアファイバの位置を調整する位置調整ステップと、軸方向に相対的に移動させることで端面どうしを突き合わせ、コアどうしを融着させる融着工程と、を備える。【選択図】図４
2015004695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のコアが２次元的に配列された、２つのマルチコアファイバの端面どうしを結合する結合方法であって、
前記端面どうしを対向させ、前記２つのマルチコアファイバの側面に向けて光源から光を照射し、前記光により、前記マルチコアファイバの軸回りに沿って等間隔に並んだ３つの前記コアの像を所定の位置に配置された結像面に結像させる結像ステップと、
前記３つのコアの像が等間隔に並ぶように前記２つのマルチコアファイバを軸回りに回転させる回転ステップと、
前記２つのマルチコアファイバにおける前記３つのコアの像のうち中心に位置する像が、前記マルチコアファイバの軸方向に沿って直線状に並ぶように、前記２つのマルチコアファイバの位置を調整する位置調整ステップと、
前記軸方向に相対的に移動させることで前記端面どうしを突き合わせ、前記コアどうしを融着させる融着工程と、
を備えたことを特徴とする結合方法。
【請求項２】
前記光源は、少なくとも互いに特性の異なる２つの光を切り替えて照射可能な光源であって、
前記軸回りにおいて所定の向きに前記マルチコアファイバが配置された場合に、前記２つの光のうち一方の光により、前記中心に位置するコアの像が前記結像面上に結像し、他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像が前記結像面上に結像するように、あらかじめ調整された光学系を、前記マルチコアファイバと前記結像面との間に介在させ、
前記結像ステップにおいて、前記一方の光により、前記中心に位置するコアの像を前記結像面上に結像させ、前記他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像を前記結像面上に結像させることで、前記マルチコアファイバの向きを前記所定の向きに調整することを特徴とする請求項１に記載の結合方法。
【請求項３】
前記結像ステップにおいて、少なくとも異なる２つの方向から前記２つのマルチコアファイバの側面に光を照射し、少なくとも異なる２つの前記結像面それぞれに前記３つのコアの像を結像させ、
前記位置調整ステップにおいて、前記２つの結像面それぞれについて、前記位置の調整を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の結合方法。
【請求項４】
それぞれ中心コアの周りに他のコアが複数配列された、２つのマルチコアファイバの端面どうしを結合する結合方法であって、
前記端面どうしを対向させ、前記マルチコアファイバの側面に向けて光源から光を照射し、前記光により前記中心コアの像と、いずれか１つの前記他のコアの像とを所定の位置に配置された結像面に結像させる結像ステップと、
前記中心コアの像と前記他のコアの像とが重畳するように前記２つのマルチコアファイバを軸回りに回転させる回転ステップと、
前記２つのマルチコアファイバにおける重畳した２つのコアの像が、前記マルチコアファイバの軸方向に沿って直線状に並ぶように、前記２つのマルチコアファイバの位置を調整する位置調整ステップと、
前記軸方向に相対的に移動させることで前記端面どうしを突き合わせ、前記コアどうしを融着させる融着工程と、
を備えたことを特徴とする結合方法。
【請求項５】
前記光源は、少なくとも互いに特性の異なる２つの光を切り替えて照射可能な光源であって、
前記軸回りにおいて所定の向きに前記マルチコアファイバが配置された場合に、前記２つの光のうち一方の光により、前記中心に位置するコアの像が前記結像面上に結像し、他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像が前記結像面上に結像するように、あらかじめ調整された光学系を、前記マルチコアファイバと前記結像面との間に介在させ、
前記結像ステップにおいて、前記一方の光により、前記中心コアの像を前記結像面上に結像させ、前記他方の光により、前記他のコアの像を前記結像面上に結像させることで、前記マルチコアファイバの向きを前記所定の向きに調整することを特徴とする請求項４に記載の結合方法。
【請求項６】
前記結像ステップにおいて、少なくとも異なる２つの方向から前記２つのマルチコアファイバの側面に光を照射し、少なくとも異なる２つの前記結像面それぞれに前記中心コアの像と前記他のコアの像とを結像させ、
前記位置調整ステップにおいて、前記２つの結像面それぞれについて、前記位置の調整を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等に用いられる光学素子の結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求されている。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれている。
【０００３】
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われている。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行うための手段が要求されている。
【０００４】
これに関し、たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを用いることができる（特許文献１、２参照）。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。
【０００５】
光通信においては、このようなマルチコアファイバを、たとえば、シングルコアファイバを複数本束ねたファイバ束や、レーザーダイオード等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子と光学的に結合させて使用する場合がある。以下、マルチコアファイバ、ファイバ束、発光素子及び受光素子の全て或いは一部を「光学素子」という場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１９６５６号公報
【特許文献３】特表２００９−５２２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
相対する２つのファイバの端面どうしを接合する場合には、各ファイバのコアどうしが結合されるように、ファイバ間の位置を調整する必要がある。従来のシングルコアファイバの場合には、各ファイバを平行移動させることで、このコア間の位置合わせを実現することが可能であった。
【０００８】
しかしながら、マルチコアファイバの場合には、ファイバの軸回りの方向に複数のコアが配置されている。そのため、２つのファイバの端面どうしを接合する場合には、ファイバの軸回りの位置合わせについても考慮する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、２つのマルチコアファイバの端面を接続する場合において、ファイバの軸回りの位置合わせを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、それぞれ複数のコアが２次元的に配列された、２つのマルチコアファイバの端面どうしを結合する結合方法であって、前記端面どうしを対向させ、前記２つのマルチコアファイバの側面に向けて光源から光を照射し、前記光により、前記マルチコアファイバの軸回りに沿って等間隔に並んだ３つの前記コアの像を所定の位置に配置された結像面に結像させる結像ステップと、前記３つのコアの像が等間隔に並ぶように前記２つのマルチコアファイバを軸回りに回転させる回転ステップと、前記２つのマルチコアファイバにおける前記３つのコアの像のうち中心に位置する像が、前記マルチコアファイバの軸方向に沿って直線状に並ぶように、前記２つのマルチコアファイバの位置を調整する位置調整ステップと、前記軸方向に相対的に移動させることで前記端面どうしを突き合わせ、前記コアどうしを融着させる融着工程と、を備えたことを特徴とする結合方法である。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の結合方法であって、前記光源は、少なくとも互いに特性の異なる２つの光を切り替えて照射可能な光源であって、前記軸回りにおいて所定の向きに前記マルチコアファイバが配置された場合に、前記２つの光のうち一方の光により、前記中心に位置するコアの像が前記結像面上に結像し、他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像が前記結像面上に結像するように、あらかじめ調整された光学系を、前記マルチコアファイバと前記結像面との間に介在させ、前記結像ステップにおいて、前記一方の光により、前記中心に位置するコアの像を前記結像面上に結像させ、前記他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像を前記結像面上に結像させることで、前記マルチコアファイバの向きを前記所定の向きに調整することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の結合方法であって、前記結像ステップにおいて、少なくとも異なる２つの方向から前記２つのマルチコアファイバの側面に光を照射し、少なくとも異なる２つの前記結像面それぞれに前記３つのコアの像を結像させ、前記位置調整ステップにおいて、前記２つの結像面それぞれについて、前記位置の調整を行うことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、それぞれ中心コアの周りに他のコアが複数配列された、２つのマルチコアファイバの端面どうしを結合する結合方法であって、前記端面どうしを対向させ、前記マルチコアファイバの側面に向けて光源から光を照射し、前記光により前記中心コアの像と、いずれか１つの前記他のコアの像とを所定の位置に配置された結像面に結像させる結像ステップと、前記中心コアの像と前記他のコアの像とが重畳するように前記２つのマルチコアファイバを軸回りに回転させる回転ステップと、前記２つのマルチコアファイバにおける重畳した２つのコアの像が、前記マルチコアファイバの軸方向に沿って直線状に並ぶように、前記２つのマルチコアファイバの位置を調整する位置調整ステップと、前記軸方向に相対的に移動させることで前記端面どうしを突き合わせ、前記コアどうしを融着させる融着工程と、を備えたことを特徴とする結合方法である。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の結合方法であって、前記光源は、少なくとも互いに特性の異なる２つの光を切り替えて照射可能な光源であって、前記軸回りにおいて所定の向きに前記マルチコアファイバが配置された場合に、前記２つの光のうち一方の光により、前記中心に位置するコアの像が前記結像面上に結像し、他方の光により、前記中心に位置するコアとは異なる２つのコアの像が前記結像面上に結像するように、あらかじめ調整された光学系を、前記マルチコアファイバと前記結像面との間に介在させ、前記結像ステップにおいて、前記一方の光により、前記中心コアの像を前記結像面上に結像させ、前記他方の光により、前記他のコアの像を前記結像面上に結像させることで、前記マルチコアファイバの向きを前記所定の向きに調整することを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の結合方法であって、前記結像ステップにおいて、少なくとも異なる２つの方向から前記２つのマルチコアファイバの側面に光を照射し、少なくとも異なる２つの前記結像面それぞれに前記中心コアの像と前記他のコアの像とを結像させ、前記位置調整ステップにおいて、前記２つの結像面それぞれについて、前記位置の調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によると、２つのマルチコアファイバの端面を接続する場合において、ファイバの軸回りの位置合わせを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】マルチコアファイバの構成を示した概略的な斜視図である。
【図２】ファイバ結合装置の構成を示したブロック図である。
【図３Ａ】Ｖ溝ステージとマルチコアファイバとの位置関係を示した概略的な斜視図である。
【図３Ｂ】ｚ軸方向から見たＶ溝ステージとマルチコアファイバとの位置関係を示した概略的な側面図である。
【図３Ｃ】ｘ軸方向から見たＶ溝ステージとマルチコアファイバとの位置関係を示した概略的な正面図である。
【図３Ｄ】ｘ軸方向から見たマルチコアファイバの概略的な拡大正面図である。
【図４】ファイバ間の軸回りの位置を調整するための構成を示した概略図である。
【図５】実施形態に係るマルチコアファイバ間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図である。
【図６Ａ】焦点深度の変化について説明するための図である。
【図６Ｂ】焦点深度の変化について説明するための図である。
【図６Ｃ】焦点深度の変化について説明するための図である。
【図７】マルチコアファイバ間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図である。
【図８】マルチコアファイバ間のｘ軸方向及びｙ軸方向の位置合わせについて説明するための図である。
【図９】マルチコアファイバ間の結合に係る一連の処理を示したフローチャートである。
【図１０】変形例に係るマルチコアファイバ間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［マルチコアファイバの構成］
図１を参照して、マルチコアファイバ１の構成について説明する。マルチコアファイバ１は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図１は、マルチコアファイバ１の斜視図である。図１では、マルチコアファイバ１の先端部分のみを示している。
【００１４】
マルチコアファイバ１は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い素材により形成されている。マルチコアファイバ１は、複数のコアＣｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、クラッド２を含んで構成されている。
【００１５】
コアＣｋは、光源（図示なし）からの光を伝送する伝送路である。コアＣｋはそれぞれ端面Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。端面Ｅｋからは、光源（図示なし）で発せられた光が出射される。クラッド２よりも屈折率を高めるために、コアＣｋは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。なお、図１では７つのコアＣ１〜Ｃ７を有する構成を示したが、コアＣｋの数は少なくとも２つ以上であればよい。
【００１６】
クラッド２は、複数のコアＣｋを覆う部材である。クラッド２は、光源（図示なし）からの光をコアＣｋ内に閉じ込める役割を有する。クラッド２は端面２ａを有する。コアＣｋの端面Ｅｋ及びクラッド２の端面２ａは同一面（マルチコアファイバ１の端面１ｂ）を形成している。クラッド２の素材としては、コアＣｋの素材よりも屈折率が低い素材が用いられる。たとえば、コアＣｋの素材が石英ガラスと酸化ゲルマニウムからなる場合には、クラッド２の素材としては石英ガラスを用いる。このように、コアＣｋの屈折率をクラッド２の屈折率よりも高くすることで、光源（図示なし）からの光をコアＣｋとクラッド２の境界面で全反射させる。よって、コアＣｋ内に光を伝送させることができる。
【００１７】
次に図２を参照しながら、マルチコアファイバ１の端面どうしを接合するための、本実施形態に係るファイバ結合装置の構成について説明する。図２は、ファイバ結合装置の構成を示したブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係るファイバ結合装置は、Ｖ溝ステージ１００と、駆動部１１０と、溶接部２００と、光学系２０ａ及び２０ｂと、制御部５００と、表示制御部５１０と、操作部５２１と、表示部５２２とを含んで構成される。光学系２０ａは、光源２１ａと、偏光シャッター２２ａと、複屈折板２３ａと、集光レンズ２４ａと、結像面２５ａとを含んで構成される。光学系２０ｂは、光学系２０ａと同様の構成を成している。即ち、光学系２０ｂは、光源２１ｂと、偏光シャッター２２ｂと、複屈折板２３ｂと、集光レンズ２４ｂと、結像面２５ｂとを含んで構成される。
【００１８】
Ｖ溝ステージ１００は、マルチコアファイバ１を所定の位置に保持するための保持部材である。Ｖ溝ステージ１００の構成と、Ｖ溝ステージ１００とマルチコアファイバ１との位置関係について、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。図３Ａは、Ｖ溝ステージ１００とマルチコアファイバ１との位置関係を示した概略的な斜視図である。なお、以降では、マルチコアファイバ１の軸方向をｚ軸とする。また、マルチコアファイバ１の幅方向（即ち、Ｖ溝ステージ１００の幅方向）をｘ軸方向とし、厚み方向をｙ軸方向とする。図３Ｂは、ｚ軸方向から見たＶ溝ステージ１００及びマルチコアファイバ１の側面図である。また、図３Ｃは、ｘ軸方向から見たＶ溝ステージ１００及びマルチコアファイバ１の正面図である。
【００１９】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、Ｖ溝ステージ１００は、ｚ軸方向に沿ってＶ溝１０１が設けられている。マルチコアファイバ１は、Ｖ溝１０１上に載置されることにより、Ｖ溝ステージ１００に保持される。図３Ａに示すように、２つのＶ溝ステージ１００は、それぞれに載置されたマルチコアファイバ１の端面１ｂどうしが対向するように配置される。また、図３Ａ及び図３Ｃに示すように、各マルチコアファイバ１の端面１ｂ側は、Ｖ溝ステージ１００からｚ軸方向に沿って他方のマルチコアファイバ１側に向けて突出している。このマルチコアファイバ１の突出している部分を突出部１ｃと呼ぶ。
【００２０】
駆動部１１０は、操作部５２１または制御部５００からの指示に基づきＶ溝ステージ１００の位置及び向きを移動させる。駆動部１１０は、平行移動機構と回転移動機構とを備えている。平行移動機構は、受けた指示に基づき、各Ｖ溝ステージ１００を、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向に沿って、それぞれ独立に平行移動させる。また、回転移動機構は、受けた指示に基づき、各Ｖ溝ステージ１００を、ｘｙ平面上においてマルチコアファイバ１の軸を中心に、それぞれ独立に回転移動させる。
【００２１】
ここで、図３Ｄを参照する。図３Ｄは、ｘ軸方向から見たマルチコアファイバ１の概略的な拡大正面図である。図３Ｄに示すように、端面１ｂは、コアＣ１〜Ｃ７が端面１ｂ上に露出するようにあらかじめ加工されている。２つのマルチコアファイバ１の各端面１ｂ上に露出したコアＣ１〜Ｃ７どうしが、溶接部２００により溶接されることで融着する。溶接部２００については後述する。
【００２２】
次に、図４を参照しながら、光学系２０ａ及び２０ｂの構成について、光学系２０ａを例に説明する。光学系２０ａは、光源２１ａと、偏光シャッター２２ａと、複屈折板２３ａと、集光レンズ２４ａと、結像面２５ａとを含んで構成される。ｙ軸方向に沿って突出部１ｃを挟むように、光源２１ａと結像面２５ａとが配置されている。光源２１ａは、突出部１ｃに向けて光を照射する。
【００２３】
光源２１ａと突出部１ｃとの間には、偏光シャッター２２ａが介在する。偏光シャッター２２ａは、制御部５００からの制御に基づき、少なくとも異なる２つのモード（第１及び第２のモード）で動作する。偏光シャッター２２ａは、第１のモードで動作する場合と、第２のモードで動作する場合とで、光源２１ａからの光の成分のうちそれぞれ異なる成分のみを透過させ、他の成分を遮断するように構成されている。例えば、偏光シャッター２２ａは、第１のモードで動作する場合には、光源２１ａからの光のうちＰ波のみを透過させ、第２のモードで動作する場合には、Ｓ波のみを透過させる。以降では、偏光シャッター２２ａは、第１のモードで動作する場合にはＰ波のみを透過させ、第２のモードで動作する場合にはＳ波のみを透過させるものとして説明する。
【００２４】
突出部１ｃと結像面２５ａとの間には、複屈折板２３ａと集光レンズ２４ａとが、突出部１ｃから結像面２５ａに向けて、この順序で配置されている。光源２１ａから照射された光は、突出部１ｃ内をｙ軸方向に向けて透過する。このとき、マルチコアファイバ１中の、コアＣ１〜Ｃ７により構成される部分と、クラッド２により構成される部分とは、それそれが異なる焦点位置に向けて光源２１ａからの光を集光させ、集光後は所定の発散角を持って発散させる。複屈折板２３ａ及び集光レンズ２４ａは、コアＣ１〜Ｃ７のいずれかが所定の位置に保持されたときに、そのコアにより集光され、後に発散する光を、結像面２５ａ上に集光させるように配置されている。これにより、このコアの像が結像面２５ａ上に結像する。
【００２５】
本実施形態に係るマルチコアファイバ１間の接合方法では、この結像面２５ａ上に結像したコアの像を基に、マルチコアファイバ１間の軸回りの位置を調整する。このマルチコアファイバ１間の軸回りの位置調整の方法について、図５及び図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら以下に具体的に説明する。図５は、マルチコアファイバ１間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図であり、コアＣ２〜Ｃ４を透過した光が複屈折板２３ａ及び集光レンズ２４ａにより集光され、結像面２５ａ上に集光される様子を示している。また、図６Ａ〜図６Ｃは、焦点深度の変化について説明するための図である。なお、図５及び図６Ａ〜図６Ｃでは、コアＣ２〜Ｃ４による集光部分の光路を省略し、集光後の発散部分の光路のみを概略的に示している。
【００２６】
まず、図６Ａを参照する。図６Ａは、突出部１ｃ内のコアＣ２と集光レンズ２４ａとの間に物質（例えば、複屈折板２３ａ）が存在しない場合（または、その物質の屈折率が１の場合）を示している。ｙ軸方向に沿ったコアＣ２の位置をＰ１１とするとき、コアＣ２を透過して、所定の発散角でｙ軸方向に向けて進む光は、集光レンズ２４ａにより位置Ｐ２１で集光し、コアＣ２の像Ｆ２が位置Ｐ２１に結像する。
【００２７】
次に、図６Ｂを参照する。図６Ｂは、図６Ａの状態を基準として、コアＣ２と集光レンズ２４ａの間に所定の屈折率を有する屈折板２３ａが介在する場合を示している。屈折板２３ａの屈折率が１より大きい場合には、像Ｆ２は、コアＣ２から見て位置Ｐ２１よりもｙ軸方向に沿って遠い位置Ｐ２２で結像する。
【００２８】
次に、図６Ｃを参照する。図６Ｃは、図６Ｂの状態を基準として、像Ｆ２が位置Ｐ２１で結像するように、コアＣ２の位置を、集光レンズ２４ａから見て位置Ｐ１１からさらにｙ軸方に沿って離間した位置Ｐ１２にシフトさせた場合を示している。このとき、位置Ｐ１１と位置Ｐ１２との間の距離Ｌ３１は、屈折板２３ａの屈折率をｎ、屈折板２３ａのｙ軸方向に沿った厚みをＬ３２とした場合に、以下に示す式［数１］により導かれる。
［数１］
2015004695.tif 000003
【００２９】
以上のことから、コアＣ２と集光レンズ２４ａとの間に介在する物質（例えば、屈折板２３ａ）の屈折率に応じて、位置Ｐ２１に像Ｆ２を結像させる場合の、コアＣ２のｙ軸方向に沿った位置が異なる。即ち、この物質の屈折率が、図６Ａに示すように１の場合には、Ｐ１１上に保持されたコアＣ２の像Ｆ２を位置Ｐ２１に結像させる。また、この物質の屈折率が、図６Ｃに示すようにｎの場合には、Ｐ１２上に保持されたコアＣ２の像Ｆ２を位置Ｐ２１に結像させる。
【００３０】
ここで、複屈折板２３ａについて説明する。複屈折板２３ａは、第１のモードで動作する場合に入射する光（即ち、Ｐ波）と、第２のモードで動作する場合に入射する光（即ち、Ｓ波）とで屈折率が異なる。そのため、例えば、図６Ｃの屈折板２３ａとして、複屈折板２３ａを用いると、光源２１ａからＰ波を照射した場合と、Ｓ波を照射した場合とで、それぞれ異なる位置に保持されたコアＣ２の像Ｆ２を、位置Ｐ２１で結像させることが可能となる。Ｐ波に対する複屈折板２３ａの屈折率をｎｐ、Ｓ波に対する複屈折板２３ａの屈折率をｎｓとする。光源２１ａからＰ波を照射した場合のシフト量Ｌ３１をＬ３１ｐとした場合には、Ｌ３１ｐは、以下に示す式［数２］により導かれる。
［数２］
2015004695.tif 000004
【００３１】
また、光源２１ａからＳ波を照射した場合のシフト量Ｌ３１をＬ３１ｓとした場合には、Ｌ３１ｓは、以下に示す式［数３］により導かれる。
［数３］
2015004695.tif 000005
【００３２】
Ｌ３１ｐだけシフトした位置と、Ｌ３１ｓだけシフトした位置との距離を、ΔＬ３１＝Ｌ３１ｐ−Ｌ３１ｓとした場合には、ΔＬ３１は、以下に示す式［数４］により導かれる。
［数４］
2015004695.tif 000006
【００３３】
ここで、図５を参照する。図５では、突出部１ｃ（即ち、マルチコアファイバ１）の軸回りに沿って隣接したコアＣ２〜コアＣ４のうち、両端に位置するコアＣ２及びＣ４が、ｙ軸方向に沿った同じ位置に保持されている状態を示している。このときのコアＣ２及びＣ４とコアＣ３との間のｙ軸方向に沿った距離をＬ１１とする。
【００３４】
図５に示すように、距離Ｌ１１＝ΔＬ３１であり、かつ、結像面２５ａが、図６Ｃに示す位置Ｐ２１に相当する位置となるように、複屈折板２３ａ、集光レンズ２４ａ、及び結像面２５ａが配置されている。これにより、光源２１ａからＰ波を照射したとき、コアのｙ軸方向に沿った位置がＷ１１で示された範囲内の場合には、そのコアの像が結像面２５ａ上に結像する。また、光源２１ａからＳ波を照射したとき、コアのｙ軸方向に沿った位置がＷ１２で示された範囲内の場合には、そのコアの像が結像面２５ａ上に結像する。即ち、図５に示すように、Ｗ１１で示された範囲内にコアＣ３が位置し、Ｗ１２で示された範囲内にコアＣ２及びＣ４が位置する場合に、Ｐ波を照射することでコアＣ３の像Ｆ３ａが結像面２５ａ上に結像し、Ｓ波を照射することでのコアＣ２及びＣ４の像Ｆ２ａ及びＦ４ａが結像面２５ａ上に結像する。
【００３５】
また、コアＣ２〜Ｃ４が図５に示す状態からマルチコアファイバ１の軸回りに回転し、各コアの位置がＷ１１またはＷ１２で示された範囲外にずれると、結像面２５ａ上に像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像しない。即ち、光源２１ａからの光をＰ波及びＳ波に切り替えながら、結像面２５ａ上に像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像するようにマルチコアファイバ１を軸回りに回転させることで、マルチコアファイバ１の軸回りの大まかな位置合わせを行うことが可能となる。
【００３６】
なお、結像面２５ａ上に像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像可能な範囲Ｗ１１及びＷ１２には幅がある。そのため、結像面２５ａ上に像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像の判断のみでは、コアＣ２〜Ｃ４の位置について、マルチコアファイバ１の軸回りの位置に誤差が生じる場合がある。そのため、本実施形態では、像Ｆ２ａ及びＦ３ａの間の距離Ｌ２１と、像Ｆ３ａ及びＦ４ａの間の距離Ｌ２２とを基に、この誤差を補正する。この誤差の補正方法について、図５及び図７を参照しながら以下に説明する。図７は、実施形態に係るマルチコアファイバ間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図である。
【００３７】
まず、図５を参照する。コアＣ２〜Ｃ４はマルチコアファイバ１の軸回り沿って等間隔に並んでいる。即ち、コアＣ２及びＣ３の軸回りの間隔と、コアＣ２及びＣ３の軸回りの間隔とは等しい。このとき、図５に示すように、コアＣ２及びＣ４が、ｙ軸方向に沿った同じ位置に保持されている場合に、コアＣ３のｘ軸方向に沿った位置は、コアＣ２及びＣ４のｘ軸方向に沿った位置の中心となる。そのため、像Ｆ３ａは、像Ｆ２ａ及び像Ｆ４ａの中心に結像し、距離Ｌ２１と距離Ｌ２２とは等しくなる（Ｌ２１＝Ｌ２２となる）。
【００３８】
次に、図７を参照する。図７は、図５の状態を基準として、突出部１ｃ（即ち、マルチコアファイバ１）が軸回りに沿って、コアＣ３から見てコアＣ２側に回転した状態を示している。図７において、コアＣ２’、Ｃ３’、及びＣ４’は、それぞれ、回転後のコアＣ２’、Ｃ３’、及びＣ４’を示している。また、像Ｆ２ａ’、Ｆ３ａ’、及びＦ４ａ’は、回転後の像Ｆ２ａ、Ｆ３ａ、及びＦ４ａを示している。このとき、マルチコアファイバ１の回転によるコアＣ３のｘ軸方向に沿った移動量は、コアＣ２及びＣ４のｘ軸方向に沿った移動量よりも大きい。そのため、図７に示すように、像Ｆ３ａ’は、像Ｆ２ａ’及びＦ４ａ’の中心よりもＦ２ａ’側に移動する。そのため、像Ｆ２ａ’及びＦ３ａ’の間の距離をＬ２１’、像Ｆ３ａ’及びＦ４ａ’の間の距離をＬ２２’とすると、Ｌ２１’は、Ｌ２２’よりも小さくなる（Ｌ２１’＜Ｌ２２’となる）。同様にして、図５の状態を基準として、突出部１ｃ（即ち、マルチコアファイバ１）を軸回りに沿って、コアＣ３から見てコアＣ４側に回転させると、像Ｆ３ａ’は、像Ｆ２ａ’及びＦ４ａ’の中心よりもＦ４ａ’側に移動する。即ち、Ｌ２１’は、Ｌ２２’よりも大きくなる（Ｌ２１’＝Ｌ２２’となる）。以上のように、距離Ｌ２１と距離Ｌ２２とが等しくなるように（Ｌ２１＝Ｌ２２となるように）、マルチコアファイバ１を軸回りに回転させることで、マルチコアファイバ１の軸回りの詳細な位置合わせを行うことが可能となる。
【００３９】
結像面２５ａには、例えば、カメラや受光素子などのように、結像面２５ａ上に到達した光（例えば、結像した像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａ）を検知可能な構成を用いる。結像面２５ａは、検知された光を示す情報を、例えば、画像情報として表示制御部５１０に出力する。表示制御部５１０は、この画像情報を表示部５２２に表示させる。これにより、操作者は、表示部５２２を確認しながら、像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像するように、操作部５２１を介して駆動部１１０を制御してマルチコアファイバ１の位置合わせを行うことが可能となる。また、結像面２５ａは画像情報を制御部５００に出力するように動作させてもよい。この場合には、制御部５００が、受けた画像情報に基づき、像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像し、かつＬ２１＝Ｌ２２となるように、駆動部１１０を制御してマルチコアファイバ１の位置合わせを行うことが可能となる。
【００４０】
光学系２０ｂの構成は、光学系２０ａの構成と同様である。即ち、光学系２０ｂにおける光源２１ｂ、偏光シャッター２２ｂ、複屈折板２３ｂ、集光レンズ２４ｂ、及び結像面２５ｂが、光学系２０ａにおける光源２１ａ、偏光シャッター２２ａ、複屈折板２３ａ、集光レンズ２４ａ、及び結像面２５ａに対応している。また、光学系２０ｂは、結像面２５ａに像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像する場合に、コアＣ２〜Ｃ４の組とは異なり、かつマルチコアファイバ１の軸回りに沿って等間隔に並んだ他の３つのコアの像が結像面２５ｂに結像するように配置されている。例えば、図４では、光学系２０ａと光学系２０ｂとでは、各光源からの光の光軸が１２０°ずれるように配置されている。この場合には、結像面２５ａに像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａが結像する場合に、結像面２５ｂには、コアＣ２、Ｃ７、及びＣ６の像Ｆ２ｂ、Ｆ７ｂ、及びＦ６ｂが結像する。光学系２０ｂについては、光源２１ｂからの光が進行する方向をｙ’方向とし、ｚ軸方向及びｙ’方向に直交する方向をｘ’方向とする。
【００４１】
なお、上記では、光学系２０ａ及び２０ｂのそれぞれに光源及び偏光シャッターを設けていたが、例えば、図４に示すように、光学系２０ａ及び２０ｂ間で共通の光源２１ｃ及び偏光シャッター２２ｃを設けてもよい。この場合には、光源２１ｃから照射された光により、結像面２５ａ及び２５ｂのそれぞれにコアの像が結像するように、光路を適宜調整すればよい。また、上記ではＰ波とＳ波を切り替える構成について説明したが、例えば、波長の違い等により、複屈折板２３ａ及び２３ｂについて互いに屈折率の異なる光であれば、上述した偏波に限定されない。この場合には、光学系２０ａ及び２０ｂの各構成を適宜変更すればよい。例えば、波長を切り替える場合には、偏光シャッター２２ａ及び２２ｂの構成を透過させる波長を切り替え可能な構成に置き換えればよい。また、上述した例では、マルチコアファイバ１の軸回りに沿って隣接する３つのコアの像を用いる例について説明したが、３つのコアが軸回りに沿って等間隔に並んでいれば、これらは必ずしも隣接している必要はない。
【００４２】
本実施形態に係る結合方法では、端面１ｂが対向する２つのマルチコアファイバ１それぞれに対して、軸回りの位置を調整した後は、各マルチコアファイバ１のｘ軸方向の位置及びｙ軸方向の位置を調整する。この位置の調整方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、マルチコアファイバ１間のｘ軸方向及びｙ軸方向の位置合わせについて説明するための図である。図８に示すように、２つのマルチコアファイバ１間の対応するコアの像どうしがｚ軸方向に沿って直線状に並ぶように、各マルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って平行移動させる。
【００４３】
例えば、図８の例では、結像面２５ａにおいて、一方のマルチコアファイバ１の像Ｆ２ａと、他方のマルチコアファイバ１の像Ｆ２ａとが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並んでいる。同様に、像Ｆ３ａどうし、及び像Ｆ４ａどうしが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並んでいる。これを、光学系２０ａ及び２０ｂの双方について同時に満たすように２つのマルチコアファイバ１を平行移動させる。即ち、結像面２５ｂにおいて、２つのマルチコアファイバ１の像Ｆ２ｂどうし、像Ｆ６ｂどうし、及び像Ｆ７ｂどうしのそれぞれが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並ぶように、各マルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向に平行移動させる。
【００４４】
ｘ軸方向及びｙ軸方向の位置合わせが完了したら、各マルチコアファイバ１をｚ軸方向に沿って移動させることで、端面１ｂどうしを接触させ、溶接部２００により端面１ｂどうしを溶接することで融着させる。溶接部２００の詳細については以下に説明する。
【００４５】
溶接部２００は、マルチコアファイバ１間を溶接するための構成である。溶接部２００は、例えば、アーク溶接によりマルチコアファイバ１間を溶接する。この場合には、マルチコアファイバ１の側面を挟み込むように、対向する端面１ｂの近傍に１対の電極が配置される。溶接部２００は、この電極間で電気放電を発生させ、端面１ｂ近傍を加熱することで端面１ｂ間を溶接することで融着させる。これにより、２つのマルチコアファイバ１の各端面１ｂ上に露出したコアＣ１〜Ｃ７どうしが融着する。なお、マルチコアファイバ１間を溶接できれば、溶接部２００による溶接方法は、アーク溶接に限られない。即ち、適用する溶接方法に応じて、溶接部２００の構成を適宜切り替えれば良い。なお、以降では、溶接部２００は、アーク溶接によりマルチコアファイバ１間を融着させるものとして説明する。
【００４６】
制御部５００は、光源２１ａ及び２１ｂと、偏光シャッター２２ａ及び２２ｂとの動作を制御する。具体的には、制御部５００は、操作部５２１を介した操作者の指示に基づき、光源２１ａ及び２１ｂに光を照射させ、偏光シャッター２２ａ及び２２ｂのモードを切り替える。これにより、光源２１ａ及び２２ｂから突出部１ｃに向けて、動作するモードに応じてＰ波またはＳ波が照射される。
【００４７】
また、制御部５００は、結像面２５ａ及び２５ｂから画像情報を受けて、この画像情報に基づき駆動部１１０の動作を制御し、マルチコアファイバ１の位置合わせを行うように動作させてもよい。具体的には、制御部５００は、各マルチコアファイバ１の位置を調整しながら、結像面２５ａ及び２５ｂのそれぞれから出力される画像情報に対して解析を施し、像Ｆ２ａ、Ｆ３ａ、及びＦ４ａと、像Ｆ２ｂ、Ｆ６ｂ、及びＦ７ｂとを検出する。また、制御部５００は、検出された各像の位置を算出し、算出された各像の位置を示す情報を基に駆動部１１０を制御し、前述した位置合わせの手順に従い、マルチコアファイバ１の位置合わせを行う。このように動作させることで、ファイバ結合装置に、マルチコアファイバ１間の位置合わせを自動で行わせることが可能となる。
【００４８】
また、制御部５００は、溶接部２００の動作を制御する。具体的には、制御部５００は、溶接部２００に電力を供給することで、溶接部２００の電極間に電圧を印加し放電現象を発生させる。これにより、端面１ｂ間が溶接される。
【００４９】
次に、マルチコアファイバ１間の結合に係る一連の処理の流れについて、図９を参照しながら説明する。図９は、マルチコアファイバ１間の結合に係る一連の処理を示したフローチャートである。
【００５０】
（ステップＳ１１）
まず、２つのマルチコアファイバ１を、それぞれＶ溝ステージ１００に設けられたＶ溝１０１上に載置することで、Ｖ溝ステージに保持する。なお、各マルチコアファイバ１の端面１ｂ側は、Ｖ溝ステージ１００からｚ軸方向に沿って突出している。この突出している部分を突出部１ｃと呼ぶ。
【００５１】
（ステップＳ１２）
各Ｖ溝ステージ１００にマルチコアファイバ１を保持したら、２つのマルチコアファイバ１の端面１ｂどうしが対向するように、各Ｖ溝ステージ１００を配置する。
【００５２】
（ステップＳ１３）
次に、光源２１ａ及び２１ｂのそれぞれから、突出部１ｃの側面に向けて光を照射させる。偏光シャッター２２ａ及び２２ｂのモードを切り替えながら、マルチコアファイバ１を軸回りに回転させながら、ｘ軸方向及びｙ軸方向に平行移動させ、結像面２５ａ及び２５ｂのそれぞれに、軸回りに隣接する３つのコアの像を結像させる。このとき結像面２５ａには、Ｐ波が照射されている場合には、コアＣ３の像Ｆ３ａが結像し、Ｓ波が照射されている場合には、コアＣ２及びＣ４の像Ｆ２ａ及びＦ４ａが結像する。また、結像面２５ｂには、Ｐ波が照射されている場合には、コアＣ７の像Ｆ７ａが結像し、Ｓ波が照射されている場合には、コアＣ２及びＣ６の像Ｆ２ｂ及びＦ７ｂが結像する。
【００５３】
（ステップＳ１４）
次に、結像面２５ａにおいて、像Ｆ２ａ及びＦ３ａの間の距離Ｌ２１と、像Ｆ３ａ及びＦ４ａの間の距離Ｌ２２とが等しくなるように、各マルチコアファイバ１を軸回りに回転させる。このとき、結像面２５ｂにおいても、同様に、像Ｆ２ｂ及びＦ７ｂの間の距離と、像Ｆ７ｂ及びＦ６ｂの間の距離とが等しくなるようにマルチコアファイバ１の位置を調整する。以上により、２つのマルチコアファイバ１間における軸回りの位置合わせが行われる。
【００５４】
（ステップＳ１５）
次に、各マルチコアファイバ１のｘ軸方向の位置及びｙ軸方向の位置を調整する。具体的には、図８に示すように、２つのマルチコアファイバ１間の対応するコアの像どうしがｚ軸方向に沿って直線状に並ぶように、各マルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向に沿って平行移動させる。
【００５５】
例えば、図８の例では、結像面２５ａにおいて、一方のマルチコアファイバ１の像Ｆ２ａと、他方のマルチコアファイバ１の像Ｆ２ａとが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並んでいる。同様に、像Ｆ３ａどうし、及び像Ｆ４ａどうしが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並んでいる。これを、光学系２０ａ及び２０ｂの双方について同時に満たすように２つのマルチコアファイバ１を平行移動させる。即ち、結像面２５ｂにおいて、２つのマルチコアファイバ１の像Ｆ２ｂどうし、像Ｆ６ｂどうし、及び像Ｆ７ｂどうしのそれぞれが対向し、ｚ軸方向に沿って直線状に並ぶように、各マルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向に平行移動させる。
【００５６】
（ステップＳ１６）
ｘ軸方向及びｙ軸方向の位置合わせが完了したら、各マルチコアファイバ１をｚ軸方向に沿って移動させることで、端面１ｂどうしを接触させ、溶接部２００により端面１ｂどうしを溶接することで融着させる。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係るマルチコアファイバ１間の結合方法に依れば、２つのマルチコアファイバ１間で軸回りの精密な位置調整が可能となる。これにより、２つのマルチコアファイバ１に含まれるコアどうしを正確に結合することが可能となる。
【００５８】
（変形例）
次に、上記した実施形態の変形例について説明する。上記の実施例では、中心に位置するコアＣ１以外の、軸回りに隣接するコア（例えば、コアＣ２〜Ｃ４）の像（例えば、像Ｆ２ａ〜Ｆ４ａ）を基に、軸回りの位置合わせを行っていた。変形例に係るマルチコアファイバ１間の結合方法では、中心に位置するコアＣ１の像Ｆ１ａと、中心以外に位置するコアＣ２〜Ｃ７のいずれか１つの像（例えば、像Ｆ３ａ）とを基に、軸回りの位置合わせを行う。変形例に係るマルチコアファイバ１間の結合方法について、軸回りの位置合わせに着目し、図１０を参照しながら説明する。図１０は、変形例に係るマルチコアファイバ１間の軸回りの位置を調整する方法について説明するための図である。
【００５９】
図１０の例では、コアＣ１の像Ｆ１ａとコアＣ３の像Ｆ３ａとに基づき、軸回りの位置を調整する場合について示している。図１０では、コアＣ１及びＣ３がｘ軸方向に沿った同じ位置に保持されている状態を示している。このときの、コアＣ１とコアＣ３とのｙ軸方向に沿った距離をＬ１２とする。
【００６０】
複屈折板２３ａ、集光レンズ２４ａ、及び結像面２５ａは、図１０に示すように、距離Ｌ１２＝ΔＬ３１であり、かつ、結像面２５ａが、図６Ｃに示す位置Ｐ２１に相当する位置となるように配置されている。これにより、光源２１ａからＰ波を照射したとき、コアのｙ軸方向に沿った位置がＷ２１で示された範囲内の場合には、そのコアの像が結像面２５ａ上に結像する。また、光源２１ａからＳ波を照射したとき、コアのｙ軸方向に沿った位置がＷ２２で示された範囲内の場合には、そのコアの像が結像面２５ａ上に結像する。即ち、図５に示すように、Ｗ２１で示された範囲内にコアＣ３が位置し、Ｗ２２で示された範囲内にコアＣ１が位置する場合に、Ｐ波を照射することでコアＣ３の像Ｆ３ａが結像面２５ａ上に結像し、Ｓ波を照射することでのコアＣ１の像Ｆ１ａが結像面２５ａ上に結像する。
【００６１】
また、コアＣ１及びＣ３が図１０に示す状態から移動し、各コアの位置がＷ１１またはＷ１２で示された範囲外にずれると、結像面２５ａ上に像Ｆ１ａ及びＦ３ａが結像しない。即ち、光源２１ａからの光をＰ波及びＳ波に切り替えながら、結像面２５ａ上に像Ｆ１ａ及びＦ３ａが結像するようにマルチコアファイバ１を軸回りに回転させることで、マルチコアファイバ１の軸回りの大まかな位置合わせを行うことが可能となる。具体的には、まず、突出部１ｃに向けてＳ波を照射し、マルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向に平行移動させ、結像面２５ａ上に像Ｆ１ａを結像させる。その後、突出部１ｃに向けてＰ波を照射し、マルチコアファイバ１を軸回りに回転させながら結像面２５ａ上に像Ｆ３ａを結像させればよい。
【００６２】
次に、結像面２５ａ上において、像Ｆ１ａの位置と像Ｆ３ａの位置が一致するように、マルチコアファイバ１を軸回りに回転させる。図１０に示すように、コアＣ１及びＣ３がｘ軸方向に沿った同じ位置に保持されている場合には、像Ｆ１ａと像Ｆ３ａとが結像面２５ａ上の同じ位置に結像する。即ち、像Ｆ１ａの位置と像Ｆ３ａの位置が一致するように、マルチコアファイバ１を軸回りに回転させることで、コアＣ１及びＣ３をｘ軸方向に沿った同じ位置に保持することが可能となる。以上のように、マルチコアファイバ１の軸回りに沿った位置を調整することで、結像面２５ａ上に像Ｆ１ａ及びＦ３ａが結像可能な範囲Ｗ２１及びＷ２２の幅に伴う、マルチコアファイバ１の軸回りの位置に関する誤差を補正することが可能となる。
【００６３】
なお、以降の手順については、前述した実施形態と同様である。即ち、２つのマルチコアファイバ１をｘ軸方向及びｙ軸方向の位置を調整し、端面１ｂどうしを溶接により融着させればよい。
【００６４】
以上のように、変形例に係るマルチコアファイバ１間の結合方法に依れば、像Ｆ１ａの位置と像Ｆ３ａの位置が一致するか否かに基づきマルチコアファイバ１を軸回りの位置合わせを行うことが可能となる。これにより、上述した実施形態に比べて、距離Ｌ２１及びＬ２２の測定する処理が不要となり、軸回りの位置合わせに係る処理を簡略化することが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１  マルチコアファイバ
１ｂ  端面
１ｃ  突出部
２  クラッド
２ａ  端面
２０ａ、２０ｂ  光学系
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  光源
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  偏光シャッター
２３ａ、２３ｂ  複屈折板
２４ａ、２４ｂ  集光レンズ
２５ａ、２５ｂ  結像面
１００  Ｖ溝ステージ
１０１  Ｖ溝
１１０  駆動部
２００  溶接部
５００  制御部
５１０  表示制御部
５２１  操作部
５２２  表示部
【図１】
2015004695.tif 000007
【図２】
2015004695.tif 000008
【図３Ａ】
2015004695.tif 000009
【図３Ｂ】
2015004695.tif 000010
【図３Ｃ】
2015004695.tif 000011
【図３Ｄ】
2015004695.tif 000012
【図４】
2015004695.tif 000013
【図５】
2015004695.tif 000014
【図６Ａ】
2015004695.tif 000015
【図６Ｂ】
2015004695.tif 000016
【図６Ｃ】
2015004695.tif 000017
【図７】
2015004695.tif 000018
【図８】
2015004695.tif 000019
【図９】
2015004695.tif 000020
【図１０】
2015004695.tif 000021