(57)【要約】【課題】融着点と加熱温度分布の最高温度点の位置のずれによる接続損失を低減した光ファイバの接続方法、及びこの方法により接続された接続部を有する光ファイバを提供すること。【解決手段】第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤより大きい第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを具備する光ファイバの接続方法において、前記加熱処理工程における光ファイバの軸方向の加熱温度分布が最大となる位置を、前記融着点から前記第２の光ファイバ側にずらすことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを少なくとも具備する光ファイバの接続方法において、前記加熱処理工程における光ファイバの軸方向の加熱温度分布が最大となる位置を、前記融着点から前記コアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項２】
前記加熱温度分布が最大となる位置を前記融着点からコアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずらす距離は、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの接続方法。
【請求項３】
第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを具備する光ファイバの接続方法において、加熱熱源の最高温度位置を、前記融着点からコアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項４】
第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを少なくとも具備する光ファイバの接続方法において、前記加熱処理工程における光ファイバの軸方向の加熱温度分布が最大となる位置を、前記融着点から熱処理によるＭＦＤの変化の少ない光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの光ファイバの接続方法により接続された接続部を有することを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ接続方法、及びこの接続方法により接続して得られた光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野では、部品系、線路系を問わず、様々なモードフィールド径（以下、ＭＦＤと略す）を有する光ファイバが用いられているため、それらの光通信デバイスを接続する際には、異なるＭＦＤを有するファイバを融着接続しなければならない。
【０００３】
例えば、分散補償光ファイバ（以下、ＤＣＦと略す）においては、モジュールの入出力部はシングルモード光ファイバのコネクターとなるため、両端にシングルモード光ファイバを接続する必要がある。
【０００４】
一方、通信用石英系光ファイバでは、ドーパントとしてＧｅ（ゲルマニウム）、Ｐ（リン）、Ｂ（ボロン）やＦ（ふっ素）等が用いられているが、これらドーパントを加熱処理によりファイバ中に拡散させて、ＭＦＤを拡大する技術が既に知られている（特許第２５３０８２３号）。このようなＭＦＤ拡大技術を用い、図３に示すように、光ファイバの融着点をマイクロバーナーやヒーターで加熱し、異種ファイバ間のＭＦＤをマッチングさせることにより、接続損失を低減することが出来る。
【０００５】
その際、最小の接続損失を得るため、接続したファイバの損失をリアルタイムで測定しながら加熱処理を行う方法が発明されている（特許第２８０４３５５号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ１は標準のシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと略す）で、光ファイバ２はＤＣＦである。図４に示すように、大きいＭＦＤを有する光ファイバ１と小さいＭＦＤを有する光ファイバ２とを融着により接続する場合、融着点で急激にＭＦＤが変化しているため、接続損失が大きくなる。しかし、この融着点を加熱処理することにより、図３に示すように、ＭＤＦをなめらかにすることができ、それによって接続損失を減少させることが可能である。なお、図４において位置ａは融着点を示し、図３と図４とは、ＭＦＤの大きい光ファイバと小さい光ファイバの位置が逆になっている。光ファイバ１，２は共に、コアにはＧｅがドープされ、クラッドはシリカより成る光ファイバが用いられている。光ファイバ１は比屈折率差ΔがΔ＝０．３〜０．４％、ＭＦＤが８〜１２μｍのものが用いられている。光ファイバ２は比屈折率差ΔがΔ＝１．５〜３％、ＭＦＤが４〜５μｍのものが用いられている。
【０００７】
その際、図５に示すように、加熱位置の温度分布の最高温度点を融着点に合わせて加熱処理を行うことが理想であるが、光ファイバ１，２のセット時の位置ずれ、加熱源の位置ずれ、火炎の揺らぎ等の加熱温度分布の位置ずれなどの要因により、実際には、光ファイバ１側と光ファイバ２側のいずれかに、微小距離（０．１〜１ｍｍ程度）、加熱温度分布の最高温度点の位置ｂがずれてしまう。
【０００８】
しかし、図６に示すように、加熱温度分布の最高温度点位置ｂが、融着点からＭＦＤの小さな光ファイバ２側にずれると、加熱の温度分布により、光ファイバにドープされたドーパントの拡散速度は光ファイバの長手方向で異なるので、光ファイバの径方向の拡散速度が最高温度点で最も速くなるため、位置ｂのＭＦＤが領域ｃのような変化を生じてしまい、その結果、接続損失が大きくなってしまうことがあった。
【０００９】
このように、最高温度点がＭＦＤの小さな光ファイバ２（ドーパント濃度の高い）側にずれることで、ドーパントの拡散速度分布の変化が、光ファイバ１から光ファイバ２に向かって滑らかに変化せず、位置ｂ付近で凹凸を有する分布になり、それに伴い、ＭＦＤの変化も位置ｂ付近で領域ｃのように変化の乱れを生じ、接続損失を十分に低減することができないことが度々起きた。
【００１０】
本発明は、このような事情の下になされ、融着点と加熱処理位置具体的には加熱温度分布の最高温度点の位置のずれによる接続損失のばらつきを低減した光ファイバの接続方法、及びこの方法により接続された接続部を有する光ファイバを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを少なくとも具備する光ファイバの接続方法において、前記加熱処理工程における光ファイバの軸方向の加熱温度分布が最大となる位置を、前記融着点から前記コアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法を提供する。
【００１２】
本発明において、加熱温度分布が最大となる位置を融着点からコアのドーパント濃度の低い光ファイバ側、即ちＭＦＤが大きい光ファイバ側にずらす距離は、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、０．１〜０．６ｍｍである。ずらす距離が１ｍｍを越えると、接続損失が増加する傾向となる。また、処理時間も長くなる傾向となった。
【００１３】
また、本発明は、第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを具備する光ファイバの接続方法において、加熱熱源の最高温度位置を、前記融着点からコアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法を提供する。
【００１４】
更に、本発明は、第１のＭＦＤを有する第１の光ファイバと、前記第１のＭＦＤ以上の第２のＭＦＤを有する第２の光ファイバとを融着する工程と、前記第１および第２の光ファイバの融着点を加熱処理して、融着点における前記第１および第２の光ファイバのＭＦＤを接近させる加熱処理工程とを少なくとも具備する光ファイバの接続方法において、前記加熱処理工程における光ファイバの軸方向の加熱温度分布が最大となる位置を、前記融着点から熱処理によるＭＦＤの変化の少ない光ファイバ側にずらすことを特徴とする光ファイバの接続方法を提供する。
【００１５】
更にまた、本発明は以上のような光ファイバの接続方法により接続された接続部を有することを特徴とする光ファイバを提供する。
【００１６】
以下、本発明の原理について説明する。
従来の方法では融着点を加熱処理する際、最高温度点または加熱源の中心位置で融着点を加熱していたが、接続損失がばらついて再現性がわるいという問題があった。
【００１７】
本発明者は、ＭＦＤの異なる２つの光ファイバを融着接続し、加熱処理して両者のＭＦＤを合わせる際に、融着点のファイバ把持装置（図２におけるファイバホルダ）や加熱源の位置と融着点との相対位置のずれ、加熱源の温度分布に大気の流れや乱れ等により揺らぎが発生したり、また、最高温度の位置ずれにより、加熱温度分布が光ファイバの軸方向や径方向にずれ、それによってドーパントの拡散が変化することによりＭＦＤの時間的・位置的変化に乱れが生じ、接続損失のばらつきが大きくなって、接続損失の再現性が悪いという問題が生じていたことをつきとめた。
【００１８】
本発明者は、このような接続損失の増大は、特に、加熱温度分布、即ち最高温度点がＭＦＤの小さい光ファイバの側にずれた際に生ずることを見出した。
本発明は、このような知見の下になされ、あらかじめ最高温度点をＭＦＤの大きい光ファイバ（コアのドーパント濃度の低い光ファイバ）の側にずらしておくことにより、接続損失を十分に低減しようとするものである。
【００１９】
即ち、図１に示すように、加熱温度分布の最高温度点の位置ｂを、融着点の位置ａよりもｄ２だけＭＦＤの大きい光ファイバの側にずらしておくことにより、ＭＦＤの変化の乱れを少なくし、それによって接続損失を十分に低減することが可能となった。なお、図１の（ａ）は、急峻な加熱温度分布の場合、（ｂ）ピーク温度が幅を持った加熱温度分布の場合、（ｃ）は、２つのピークを持った加熱温度分布の場合をそれぞれ示す。
【００２０】
このように、加熱温度分布の最高温度点の位置あるいは加熱熱源の最高温度位置（加熱源の温度分布が極大となる位置）をＭＦＤの大きい光ファイバの側にずらしておくことにより、ＭＦＤの変化の乱れを少なくすることが出来るのは、次のような理由による。
【００２１】
即ち、一般に、ＭＦＤの大きな光ファイバは、ドーパントの濃度が低く、温度変化による拡散スピードの変化が小さい。そのため、加熱温度分布の最高温度点の位置をずらし、ＭＦＤの大きな光ファイバの融着点近傍の加熱温度を上げても、その部分におけるＭＦＤの変化は大きくならず、そのため、ＭＦＤの軸方向の変化の乱れは小さい。また、コアのドーパント濃度の高い光ファイバは融着点が長手方向位置で最高温度となり、融着点から離れるに従い温度が下がるため、光ファイバの軸方向、径方向のドーパントの拡散速度は徐々に変化することになる。その結果、ＭＦＤは長手方向になだらかに変化する。よって、図６に示すような分布となることはなく、接続損失の低減を十分にはかることが可能となる。
【００２２】
また、熱処理をするためには、装置に融着後のファイバをセットする必要があり、また、融着され一体となった２本のファイバをセットする際に、加熱源が邪魔になるために、加熱源はセット時には十分に待避させている。ファイバをセットする時、融着点は一定の位置にくるとは限らず、加熱範囲の位置ずれが生じる可能性があり、又、火炎の揺らぎ等の加熱温度分布の位置ずれなどの要因で加熱温度分布の最高温度点位置が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度ずれてしまう場合があるが、このような場合でも、最高温度点の位置あるいは加熱熱源の最高温度位置（加熱源の温度分布が極大となる位置）をＭＦＤの大きい光ファイバの側にずらしておくことにより、最高温度点が融着点を超えて光ファイバ２側にずれることはなく、接続損失を十分に小さくすることが出来た。
【００２３】
なお、本方法において、加熱温度分布を左右対称とする必要はなく、また、最高温度点が幅をもった場合や２つ以上ある場合等にも適用可能であった。
以上のように、本発明によると、融着されて一体となった光ファイバの融着点の取付け装置や加熱源の温度分布に揺らぎが発生したり位置ずれが多少あっても、安定して接続損失を低減することが再現性よく出来、またそれによって低接続損失で融着されたＭＦＤの異なる光ファイバを得ることが出来た。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
加熱手段として図２に示す構成の接続装置を用いて、ＭＦＤの異なる光ファイバを接続した。この接続装置は、ノズルの内径がφ０．５ｍｍ〜φ１．２ｍｍである２本のバーナーを用いている。これら２本のバーナーは、４〜８ｍｍの間隔で水平に対向して配置されている。
【００２５】
互いにＭＦＤの異なる光ファイバ１と光ファイバ２が、クランプによりファイバホルダー５にまっすぐに固定される。バーナー４は、光ファイバ融着点３の近傍を加熱することができる位置に置かれている。バーナー４は、アクチュエーター８によってファイバ１，２の長手方向と、長手方向に垂直な方向の任意の場所に移動可能である。
【００２６】
接続損失測定装置７は、光ファイバ１，２の任意の端部からレーザ光を入射し、他端から出射するレーザ光の強度をパワーメータまたはＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）で監視し、接続損失を測定するものである。ガス供給装置１１は、燃焼ガスであるプロパン（Ｃ３  Ｈ８  ）、メタン（ＣＨ４  ）、エタン（Ｃ２  Ｈ６  ）あるいは都市ガスと、Ｏ２  またはエアの流量制御を行いつつ、これらガスをバーナー４に供給する。本実施形態において、Ｃ３  Ｈ８  の流量は７〜１０リットル／分、Ｏ２  の流量は４〜１７リットル／分とした。
【００２７】
ロードセル５は、ファイバ１，２のセット時及び加熱処理中の張力を測定するものである。また、ファイバ１，２は張力計に固定されており、張力計はＸＹＺ方向に移動することの可能なステージを有しており、このステージを調整することにより、ファイバの芯出しとファイバの張力を調整することが出来る。
【００２８】
参照符号１０は制御装置を示し、この制御装置１０により、バーナー位置、接続損失値、ガス流量、張力の各データーを収集し、記録し、表示することが出来る。それらのデータに基づいて、既定のプログラムに従い、アクチュエータードライバー９、接続損失測定装置７、ガス供給装置１１に指令を出し、レーザー光のＯＮ−ＯＦＦ、バーナー位置、ガス流量を制御することが出来る。
【００２９】
次に、以上説明した図２に示す接続装置を用いて、ＭＦＤの異なる２本の光ファイバ１，２の接続を行う手順について説明する。
【００３０】
まず、光ファイバ１，２の端部樹脂被覆を取り除き、放電融着接続機を用いて光ファイバ１，２を融着接続した。次いで、ＯＴＤＲを用いて、融着部の接続損失を計測した。次に、融着接続された光ファイバ１，２をファイバフォルダー５にセットし、クランプにて固定した。この時、一方の固定部は張力計に固定され、光ファイバがファイバフォルダー５の溝部に対し、真っ直ぐになるように調整した後、セット時の張力が毎回一定となるように、張力計のＸＹＺステージを調整した。
【００３１】
バーナー４はあらかじめ点火してあり、アクチュエーター８を用いて既定の位置まで光ファイバ１，２に接近させて、ファイバ融着点付近を加熱した。この加熱により、光ファイバ１，２中のドーパントが拡散し、接続された光ファイバ１，２のＭＦＤが近づいていき、接続損失が減少するようになる。この時、目視によりバーナー先端が融着点よりＭＦＤの大きいコアのドーパント濃度の低い光ファイバ側にずれていることを確認した。
【００３２】
加熱処理中は、接続損失を接続損失測定装置７により監視し、接続損失が十分下がったところで加熱を中止した。
【００３３】
その後、接続処理後の融着部の接続損失を、ＯＴＤＲを用いて測定した。
【００３４】
以上の接続処理に用いた光ファイバとして以下のものを用いた。
【００３５】
（１）シングルモード光ファイバ
屈折率分布：矩形型
外径：１２５μｍ
ＭＦＤ：１０μｍ
センタ比屈折率差：０．３４％
（２）ＤＣＦ（分散補償光ファイバ）
屈折率分布：Ｗ型又はＷ−セグメント型
外径：１２５μｍ
ＭＦＤ：５μｍ
センタ比屈折率差：２．０９％
（３）ＤＳＣＦ（分散及び分散スロープ補償光ファイバ）
屈折率分布：Ｗ型又はＷ−セグメント型
外径：１２５μｍ
ＭＦＤ：５μｍ
センタ比屈折率差：２．０５％
（３）ＥＤＦ（エルビウムドープ光ファイバ）
屈折率分布：矩形型
外径：１２５μｍ
ＭＦＤ：６．５μｍ
センタ比屈折率差：１．４％
Ｅｒドープ量：１０００ｐｐｍ
バーナー４の位置を種々ずらして、加熱処理前および加熱処理後のそれぞれの接続損失を測定した。その結果を下記表１に示す。
なお、バーナー４の位置は、融着点の位置を０とし、ＭＦＤの大きいファイバ（シングルモードファイバ）側にずらした場合をプラスとし、ＭＦＤの小さいファイバ側にずらした場合をマイナスとする。接続損失の値は、それぞれ１０回測定した値の平均値である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記表１から、バーナー位置を接続点よりＭＦＤの大きいファイバ側に０〜＋１ｍｍずらすことにより、より低い接続損失を得ることが出来ることがわかる。バーナー位置０での接続損失の平均値が、バーナー位置＋０．５、バーナー位置＋１ｍｍの場合より若干悪いのは、人によるファイバの固定位置のばらつきによるものであり、加熱中心がＭＦＤの小さなファイバ側にずれる場合があるためである。
【００３８】
融着点のセット時のずれは、人がセットするため、±０．３ｍｍ程度はある。従って、０．３〜０．６ｍｍ以上、ＭＦＤの大きいファイバ側にずらすことが好ましい。
【００３９】
ＣＣＤカメラや光学式のセンサを用いる場合は、融着点と加熱源との位置ずれを０．１ｍｍ以下に低減することができるが、加熱源による光ファイバの温度分布は細径（φ０．２５ｍｍ）の熱電対で測定したが、熱電対を挿入することにより温度場が乱れたり、熱電対を介して熱が逃げたりしてしまうため、最高温度位置を厳密に求めることが困難なことや、周囲の環境あるいは部品の交換等により温度分布のずれは０．１ｍｍ程度は生ずるので、このような場合も０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度、ＭＦＤの大きいファイバ側にずらすことが好ましい。また、好ましくは加熱源により作られる温度分布、あるいは光ファイバの最高温度位置を融着点よりも０．１〜０．５ｍｍＭＦＤの大きいファイバ側にずらすことがよい。
【００４０】
本実施形態においては、目視でのファイバのセットが容易となり、従来１０分程度必要だったファイバセット等の処理準備時間を５分以下に短縮することが出来た。また、処理後の接続損失のばらつきを半分以下とすることが出来、接続損失がまだ大きい場合の再接続、再処理等のやり直しが大幅に少なくなり、一ヵ所の接続部当りの処理時間を従来の１／２以下にすることが可能となった。
【００４１】
尚、本実施形態において、加熱処理工程におけるバーナー先端は、融着点よりＭＦＤの大きい光ファイバ側にずらしたが、複雑なプロファイルや複数のドーパントが用いられている光ファイバを接続する場合は、バーナー先端を、加熱処理によるＭＦＤの変化の少ない光ファイバ側にずらすようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、光ファイバの融着点の取付け装置や加熱源の位置と融着点との相対位置がずれたり、加熱源としてバーナー火炎を用いた時の炎の揺らぎや位置ずれが多少あっても、安定して接続損失を低減することが出来、またそれによって低接続損失で融着されたＭＦＤの異なる光ファイバを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、加熱温度分布最高点を融着点からｄ２  だけ光ファイバ１側にずらした場合のＭＦＤの変化を示す特性図。
【図２】本発明の一実施形態において用いた接続装置を示す図。
【図３】加熱処理によるＭＦＤ拡大処理の説明図。
【図４】ＭＦＤの異なる光ファイバの軸方向におけるＭＦＤの変化を示す図。
【図５】加熱温度分布最高点を融着点に合わせた場合のＭＦＤの変化を示す図。
【図６】加熱温度分布最高点を融着点からｄ１  だけ光ファイバ２側にずらした場合のＭＦＤの変化を示す図。
【符号の説明】
１・・・第１の光ファイバ
２・・・第２の光ファイバ
３・・・光ファイバ融着点
４・・・バーナー
５・・・ファイバフォルダー
６・・・聴力測定用ロードセル
７・・・接続損失測定装置
８・・・バーナー移動用アクチュエーター
９・・・アクチュエータードライバー
１０・・・制御装置
１１・・・ガス供給装置
【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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