(57)【要約】【課題】ハイパワー伝送用の光ファイバの接続に用いることが可能な光コネクタを実現すること。【解決手段】光ファイバの端面同士を荷重をかけて密着させることにより接続する光コネクタにおいて、接続する光ファイバ４のそれぞれのコア４１を接続端面４３に向かってテーパ状に拡大させることにより、接続部での単位面積当たりの光パワーを低減させ、ピークパワーを小さくすることによってハイパワーの光信号（もしくは励起光）の伝播を可能とする。【選択図】　　　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの端面同士を荷重をかけて密着させることにより接続する光コネクタにおいて、
接続する光ファイバのそれぞれのコアを接続端面に向かってテーパ状に拡大させた
ことを特徴とする光コネクタ。
【請求項２】
テーパ状の部分における損失ができるだけ発生しないように、コアの拡大率及びテーパ状の部分の長さを適切に調整したことを特徴とする請求項１に記載のハイパワー伝送用光コネクタ。
【請求項３】
接続部における損失ができるだけ発生しないように、球面に研磨された接続端面の曲率半径及び端面間の荷重を適切に調整したことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイパワー伝送用光コネクタ。
【請求項４】
接続する光ファイバ間に、一端から入射された光信号の位置による強度分布の差を小さくして他端より出射するパワー分布制御部品もしくは部材を挿入したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭやラマン増幅などを用いた伝送方式において、ハイパワー（例えば１Ｗ以上）の光信号が光ファイバ内を伝播する際においても、その接続部で使用可能な光コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いた通信方式はますます需要が大きくなっている。マルチモード型光ファイバ、シングルモード型光ファイバなど、様々な光ファイバが用いられており、その接続部には様々な光コネクタが用いられている。
【０００３】
光コネクタは、その光損失を低減するために、接続した際の光ファイバ同士の軸ずれ、傾き、間隙が小さくなるように設計されてきた。これらのパラメータを制御することにより、様々な低損失な光コネクタを実現してきた。特に、Ｐｈｉｓｉｃａｌ　Ｃｏｎｔａｃｔ型（以下、ＰＣ型）の光コネクタの場合、光ファイバ同士を密着させることにより、接続損失や反射を低減させてきた。
【０００４】
図１はＰＣ型光コネクタの一例、ここでは周知のＳＣコネクタを示すもので、接続しようとする光ファイバ１の端部を構成要素として含む光コネクタプラグ２と、一対の光コネクタプラグ２（但し、図１では１つのみ示している。）を着脱自在に接続するアダプタ（なお、一方の光コネクタプラグと一体化されたものもある）３とからなり、一対の光コネクタプラグ２をアダプタ３に装着した状態においてそれぞれの光ファイバ１の端面同士を荷重をかけて密着させ、接続する如くなっている。
【０００５】
図２は従来のＰＣ型光コネクタにおける光ファイバ同士の接続の概要を示すもので、同図（ａ）は接続直前、同図（ｂ）は接続状態の光ファイバの拡大図である（なお、ここでは光ファイバ素線の状態を光ファイバ１としているが、図１ではこの光ファイバ素線に被覆を施した状態を光ファイバ１とした。）。
【０００６】
光ファイバ１はコア１１及びクラッド１２から構成されており、光信号（または励起光）はこのコア１１の中に閉じ込められながら伝播していく。コア１１の半径はシングルモード光ファイバにおいては約５μｍとたいへん小さい。ＰＣ型光コネクタにおいては、コア１１同士を密着させるために、光ファイバ１の先端の端面１３を球面に研磨し、かつ光ファイバ１の両側から荷重をかけて、その密着を実現している。
【０００７】
即ち、図２（ｂ）に示すように、矢印で示した荷重Ｐ０を光ファイバ１に加えることにより、光ファイバ１の端面１３は変形し、光ファイバのコア１１同士が密着することとなる。これにより光信号（または励起光）が伝播するコア１１が密着することになり、良好な接続特性を得ることが可能となる。
【０００８】
ところで、光コネクタの設計を完璧に行っても、光ファイバの端面に小さな傷などがあると、接続損失増加の要因となる。規定の接続損失以下であれば問題は無いが、規定値以上であれば端面の再研磨を行って傷をなくしていた。
【０００９】
また、光コネクタは着脱を頻繁に行う箇所で用いられることが多いため、端面にゴミが付着して光接続損失を増加させることがあった。その場合も、規定値以下の損失であれば問題は無いし、規定値以上であれば一旦、接続を解除し、端面の清掃を行った後、改めて接続すれば回避可能であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近、ＷＤＭ伝送技術やラマン増幅による伝送技術の発展により、シングルモード光ファイバにハイパワーの光信号（もしくは励起光）を入射する場合が生じてきた。その場合、シングルモード光ファイバにおいては、そのコア（半径約５μｍ）の内部に大きなパワーの光が伝播するため、様々な問題が指摘され始めた。
【００１１】
特に、光接続部においてその問題は顕著となり、光ファイバ端面間に挟まれたゴミがハイパワーの光信号によって発火・燃焼し、端面を破壊するというファイバフューズ現象（但し、正確な原因は不明）など、光コネクタの接続部の端面を基点とした、光ファイバの破壊などの現象もこれまで報告されてきた。
【００１２】
本発明の目的は、ハイパワー伝送用の光ファイバの接続に用いることが可能な光コネクタを実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
シングルモード光ファイバと各種の光学光素子とを接続する際、そのスポットサイズの違いが問題になるところから、シングルモード光ファイバのコアを拡大して光素子のスポットサイズと合わせるという「コア拡大ファイバ」の技術が報告されている。この技術では、コアを拡大することが可能であるため、接続部におけるエネルギー強度分布が変化すると考えられる。
【００１４】
本発明では前記課題を解決するため、前述したコア拡大ファイバの技術を採用して接続部での単位面積当たりの光パワーを低減させ、ハイパワーの光信号（もしくは励起光）を問題なく伝播可能な光コネクタを実現する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の光コネクタの実施の形態の一例、ここでは請求項１、２、３に対応する実施の形態における光ファイバ同士の接続の概要を示すもので、同図（ａ）は接続直前、同図（ｂ）は接続状態の光ファイバの拡大図である。
【００１６】
光ファイバ４はコア４１及びクラッド４２から構成されており、光信号（または励起光）はこのコア４１の中に閉じ込められながら伝播していく。コア４１は所定の位置から接続端面４３に向かってテーパ状に拡大する構造を備えている。即ち、所定の位置以前のコア４１の半径ａはシングルモード光ファイバと同一の約５μｍであるが、接続端面４３に近づくにつれて次第に拡大し、接続端面４３において最大の半径ａｍａｘをとる構造となっている。
【００１７】
光ファイバ４の端面４３は、従来の場合と同様、コア４１同士を密着させるために球面に研磨されており、図３（ｂ）に示すように、矢印で示した荷重Ｐを光ファイバ４に加えることにより、光ファイバ４の端面４３が変形し、コア４１同士が密着することとなる。これにより光信号（または励起光）を伝播するコア４１が密着することになり、良好な接続特性を得ることが可能となる。
【００１８】
図４は本発明の光コネクタにおける光パワーの変化の様子を示すものである。シングルモード光ファイバ内において、光信号（及び励起光）はコア４１に閉じ込められ、ガウス分布を持った状態で伝播される。コア４１を伝播する光は、接続端面４３の付近でコア４１が拡大していることにより、そのパワーが空間的に広がり、その結果、ピークパワーが減少していることが分かる。接続部におけるピークパワーは、その接続端面のコア４１の半径ａの大きさに逆比例して小さくなることが分かる。
【００１９】
このように、請求項１の発明によれば、接続部の光ファイバのコアを拡大することにより、接続部での光パワー密度を低減させることができる。
【００２０】
本発明の光コネクタにおいては、コア４１が通常の光ファイバのコアよりも大きくなっているため、図３（ｂ）に示したようなＰＣ接続を実現するためには、光ファイバの接続端面４３の曲率半径Ｒと端面４３間の荷重Ｐとを適切に設計する必要がある。
【００２１】
ここで、球面研磨され、曲率半径Ｒを有する接続端面４３が荷重Ｐによって変形した場合、その変形した接続面の半径ｒは、
ｒ＝〔｛３・（１−ν２）・Ｐ・Ｒ｝／（４・Ｅ）〕１／３　　　……（１）
で計算される。但し、Ｒは接続端面の曲率半径、Ｅはヤング率、νはポアソン比、Ｐは端面間にかかる荷重である。式（１）を用いて、端面間の荷重Ｐと半径ｒとの関係を示したグラフを図５に示す。
【００２２】
例えば、接続端面４３における最大のコア半径ａｍａｘを通常部分のコア半径ａの３倍にした場合（ａ＝１５μｍ）を考えると、単純な面積計算でピークパワーを１／９に減少させることができることから、この値はピークパワーの低減には有効な値だと考えられる。図５より、接続端面４３の曲率半径Ｒ＝１０ｍｍの場合、曲率半径Ｒ＝１００ｍｍの場合、いずれも荷重Ｐが０．１ｋｇでｒ＞ａｍａｘとなり、この接続端面４３でＰＣ接続が実現できるようになる。０．１ｋｇという値は光コネクタの設計上は全く問題の無い値と言える。
【００２３】
また、光ファイバのコアをテーパ状に拡大した場合、コアの拡大率γとテーパ状の部分の長さＬとを適当な値に設計しないと、その部分で損失が発生することとなる。ここで、コア拡大ファイバの理論によれば、接続部での接続損失を無視すればコア拡大部分の損失は、
損失（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ（Ｔ１・Ｔ１・Ｔ２）　　　　　……（２）
但し、Ｔ１＝〔１＋｛（１／２）・（γ−１）・（（π・ｎ０・ω２）／（λ・Ｌ））｝２〕−１
Ｔ２＝〔１＋｛γ・（γ−１）・（（π・ｎ０・ω２）／（λ・Ｌ））｝２〕−１
γ＝ａｍａｘ／ａ
で示される。なお、ここで、ｎ０はコアの屈折率、ωはモードフィールド径、λは伝播する光信号（励起光）の波長を示す。
【００２４】
また、Ｌの取り得る値の最小値Ｌｃは、
Ｌｃ＝｛γ・（γ−１）｝１／２・｛（π・ｎ０・ω２）／（λ・Ｌ）｝……（３）
で示される。
【００２５】
また、コアの拡大率γが２〜３倍の時、Ｌは１〜３ｍｍ必要であることが分かっている。式（２）、（３）と併せてこれらのことを考慮するとコアの拡大率γを３倍にした場合、Ｌは約３ｍｍで、挿入損失約０．０５ｄＢというが得られる。
【００２６】
この長さＬは、一般に用いられているＳＣコネクタやＭＴコネクタのコネクタフェルールの内部に十分納まる長さであることから、上記設計は光コネクタに適用できると考えられる。従って、本発明によれば、図１に示したような周知のＳＣコネクタに適用した場合も、外見上や設計上も問題なく用いることができる。
【００２７】
図６は本発明の光コネクタの実施の形態の他の例、ここでは請求項１、２、３、４に対応する実施の形態における光ファイバ同士の接続の概要を示すもので、光ファイバ４の接続端面４３間に、一端から入射された光信号の位置による強度分布の差を小さくして他端より出射する光パワー分布制御部品もしくは部材５を挿入している。これにより、図７に示すように、一方の光ファイバからの光信号（もしくは励起光）のエネルギー密度の空間分布ガウス分布６１が、光パワー分布制御部品もしくは部材５を通過することによって、矩形に近い分布６２を有することになり、ピークパワーを低減することが可能となる。
【００２８】
本技術も、例えば図８に示すようにＳＣコネクタのアダプタ３に光パワー分布制御部品もしくは部材５を組み込むことによって、従来の光コネクタの形状を変えることなく使用することが可能となる。
【００２９】
図９は光パワー分布制御部品もしくは部材の一例、ここではビームホモジナイザを示すもので、図中、５１はビーム拡大レンズ、５２，５３は集光レンズ、５４はレンズアレイ、５５は集光面である。
【００３０】
ビームホモジナイザはレーザービームを光ファイバに入射する際に用いられているが、集光面５５でのスポットサイズＤ及び周縁光線が光軸となす角度θは、
Ｄ＝ω２・（ｆ２／ｆ１）
ｔａｎθ＝（１／２）・｛（ω１／ｆ２）＋（ω２／ｆ１）｝……（４）
で示される。ここで、ｆ１，ｆ２はレンズアレイ５４及び集光レンズ５３の焦点距離、ω１，ω２はレンズアレイ５４に入射するレーザービームの幅とレンズアレイを構成する小レンズの幅である。
【００３１】
ビームホモジナイザを用いることにより、一方の光ファイバからの光のピークパワーを低減させて、他方の光ファイバで受光することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高いピークパワーを用いる光伝送路の接続部において、本発明の技術を組み込んだ高いピークパワーをもった光信号（もしくは励起光）にも耐えられる光コネクタを用いることによって、本来接続が危険視されていた箇所にも、光コネクタ技術が用いられることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＣ型光コネクタの一例を示す斜視図
【図２】従来のＰＣ型光コネクタにおける光ファイバ同士の接続の概要図
【図３】本発明の光コネクタの実施の形態の一例を示す光ファイバ同士の接続の概要図
【図４】本発明の光コネクタにおける光パワーの変化の様子を示す説明図
【図５】端面間の荷重と変形した接続面の半径との関係を示すグラフ
【図６】本発明の光コネクタの実施の形態の他の例を示す光ファイバ同士の接続の概要図
【図７】光パワー分布制御部品もしくは部材による光パワー分布の変化の様子を示す説明図
【図８】光パワー分布制御部品もしくは部材を組み込んだ光コネクタの一例を示す説明図
【図９】光パワー分布制御部品もしくは部材の一例を示す構成図
【符号の説明】
２：光コネクタプラグ、３：アダプタ、４：コア拡大光ファイバ、４１：コア、４２：クラッド、４３：接続端面、５：光パワー分布制御部品もしくは部材、５１：ビーム拡大レンズ、５２，５３：集光レンズ、５４：レンズアレイ、５５：集光面、６１：信号光（もしくは励起光）のエネルギー密度の空間分布（ガウス型）、６２：信号光（もしくは励起光）のエネルギー密度の空間分布（矩形型）。
【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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【図９】
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