(57)【要約】【課題】偏波保持光ファイバの端面加工で応力付与部にクラックの発生、及び高温高湿の環境下で応力付与部の凹みを小さくすると共に、光ファイバ端面での応力付与部の突き出しを最小限に抑えて、光コネクタのＰＣ接合を妨げない偏波保持光ファイバ及び光コネクタを提供する。【解決手段】コア部２外周のクラッド部３にコア部２を挟むようにＢ２Ｏ３を添加した応力付与部４が配された偏波保持光ファイバ１であって、所定の高温高湿環境下で応力付与部４の光ファイバ端面からの突き出し量を０．１μｍ以下とする。また、応力付与部４のＢ２Ｏ３の平均濃度を１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部外周のクラッド部に前記コア部を挟むようにＢ２Ｏ３を添加した応力付与部が配された偏波保持光ファイバであって、所定の高温高湿の環境下で前記応力付与部の光ファイバ端面からの突き出し量を０．１μｍ以下としたことを特徴とする偏波保持光ファイバ。
【請求項２】
コア部外周のクラッド部に前記コア部を挟むようにＢ２Ｏ３を添加した応力付与部が配された偏波保持光ファイバであって、前記応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％としたことを特徴とする偏波保持光ファイバ。
【請求項３】
前記応力付与部のＢ２Ｏ３の濃度が、中央部ほど大きくなっている濃度分布を有していることを特徴とする請求項２に記載の偏波保持光ファイバ。
【請求項４】
請求項２に記載の偏波保持光ファイバがフェルールに固定され、前記偏波保持光ファイバが突出するように前記フェルールの端面が研磨されていることを特徴とする光コネクタ。
【請求項５】
前記フェルールの端面中央が曲率半径２５ｍｍ以下の凸面であることを特徴とする請求項４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、光源から出射される直線偏向の光を合分波する偏向制御部品やコヒーレントな光を利用した光通信、センサなどに用いられる応力付与型の偏波保持光ファイバ及び光コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏波保持光ファイバは、２つの偏波モード間に伝播定数差を生じさせ、それぞれの偏波モードからもう一方の偏波モードへの結合を抑制する。例えば、直線偏波の光の偏波軸を光ファイバの偏波モードに合わせて入射すると、偏波状態が保たれたまま光ファイバ中を伝播し、出射端においても同じ偏波光のみを得ることができ、偏波状態を保持したまま光を伝播させるには不可欠な光ファイバである。
【０００３】
偏波保持光ファイバ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ）は、一般に、コア部に直交する２方向から異なる応力を与えることにより、等価的に複屈折性を持たせている。この偏波保持光ファイバ１としては、例えば、図１に示すようにコア部２の外周を取り囲むクラッド部３に、コア部２を挟むようにコア部２の両側に応力付与部４を設けた形状のもの知られている。この形状の代表的なものとして、図１（Ａ）に示すように応力付与部４を円柱状に形成したパンダ型光ファイバ、また、図１（Ｂ）に示すように応力付与部４を扇形に形成したボータイ型光ファイバが知られている。
【０００４】
応力付与部４は、通常、ＳｉＯ２のガラス成分にＢ２Ｏ３を添加したガラスで形成され、Ｂ２Ｏ３を添加することにより、ＳｉＯ２と比べて熱膨張率を大きくすることができる。コア部を挟むようにして応力付与部材を配したガラス母材を光ファイバに線引きする際に、その加熱溶融から冷却される過程で、応力付与部４の収縮でコア部２に対して引っ張り応力Ｘが残り、これと直交する方向からは圧縮応力Ｙが残る。コア部２に方向によって異なる応力が加わると、これに応じて屈折率が異なるため複屈折が発生する。Ｂ２Ｏ３の濃度が高いほどコア部２に作用する応力差も大きくなり、複屈折特性も大きくなる。
【０００５】
しかし、応力付与部４のＢ２Ｏ３の濃度を大きくすると、ガラス母材の加熱延伸時にクラッド部３との界面で気泡が生じやすく、光コネクタを形成するために端面研磨を行なうと、応力付与部４にクラックが発生し、結果として複屈折特性が劣化するといわれている（例えば、特許文献１参照）。このため、前記特許文献１においては、応力付与部４のＢ２Ｏ３の濃度を中心ほど大きくなるようにすると共に、クラッド部３と接する外周部のＢ２Ｏ３の濃度が１５ｗｔ％以下となるようにしている。また、応力付与部４のＢ２Ｏ３の平均濃度は、約２０ｗｔ％になるようにされている。
【０００６】
また、応力付与部４の中心のＢ２Ｏ３濃度が高濃度であると、湿熱環境下で応力付与部４が溶解し、応力付与部４に凹みが生じることがある。そして、応力付与部４に凹みが生じると、コア部２に一定の応力付与ができなくなるため、偏波保持依存特性が低下し、偏波クロストークが起こる場合があるといわれている（例えば、特許文献２参照）。このため、前記特許文献２においては、応力付与部４のＢ２Ｏ３の平均濃度が１７〜２１ｗｔ％であり、かつＢ２Ｏ３の最大濃度が１７〜２２ｗｔ％になるようにされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１０１３２３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１４４６５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
応力付与部４のＢ２Ｏ３の濃度が低い場合、偏波保持光ファイバ１を高温、高湿の環境下に長時間曝すと、応力付与部が光ファイバ端面から突き出るという現象が生じることがある。偏波保持光ファイバ１を用いて光コネクタを形成する場合、応力付与部４が光ファイバ端面から突き出ると、コア部２の先端同士が接触する前に、応力付与部の突き出た部分での接触が生じ、コア部２の接合（ＰｈｙｓｉｃａｌＣｏｎｔａｃｔ：通称ＰＣ接合といわれている）が妨げられ、接続損失や反射にバラツキが生じる。
【０００９】
また、上記特許文献２において、応力付与部４のＢ２Ｏ３濃度の最大値が２２ｗｔ％を超えると、湿熱環境下では、Ｂ２Ｏ３の潮解性により侵食されるとされている。しかし、Ｂ２Ｏ３の濃度が１７ｗｔ％の場合でも湿気により侵食が生じることがある。さらに、上記特許文献２において、Ｂ２Ｏ３の濃度が１７ｗｔ％未満であると、コア部に十分な応力を与えることができず、偏波面が保存されなくなるとされている。しかし、応力付与部４のＢ２Ｏ３の平均濃度が１４ｗｔ％であっても、コア部２と応力付与部４との間隔を小さくすることにより、偏波保持の性能を維持することができる。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、偏波保持光ファイバの端面加工で応力付与部にクラックの発生、及び湿熱環境下で応力付与部の凹みを小さくすると共に、光ファイバ端面での応力付与部の突き出しを最小限に抑えて、光コネクタのＰＣ接合を妨げない偏波保持光ファイバ及び光コネクタの提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による偏波保持光ファイバは、コア部外周のクラッド部にコア部を挟むようにＢ２Ｏ３を添加した応力付与部が配された偏波保持光ファイバであって、所定の高温高湿環境下で応力付与部の光ファイバ端面からの突き出し量を０．１μｍ以下とする。また、応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％とする。さらに、本発明による光コネクタは、この偏波保持光ファイバを用いて、フェルールと共に端面研磨して構成するものである。なお、所定の高温高湿環境下とは、温度８５℃，湿度８５ＲＨ％、３３６ｈをいうものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は、従来技術の説明において用いたもので、偏波保持光ファイバの断面を示し、図１（Ａ）はパンダ型光ファイバ、図１（Ｂ）はボータイ型光ファイバを示す図である。図中、１は偏波保持光ファイバ、２はコア部、３はクラッド部、４は応力付与部を示す。
【００１３】
本発明の対象とする偏波保持光ファイバ１は、従来技術で説明したのと同様に、コア部２に直交する２方向から異なる応力を与えることにより、等価的に複屈折性を持たせたものである。この偏波保持光ファイバ１としては、図１に示すようにコア部２の外周を取り囲むクラッド部３に、コア部２を挟むようにコア部２の両側に応力付与部４を設けた形状のものである。この形状の代表的なものとして、図１（Ａ）に示すように応力付与部を円柱状に形成したパンダ型光ファイバ、また、図１（Ｂ）に示すように応力付与部を扇形に形成したボータイ型光ファイバがある。
【００１４】
応力付与部４は、ＳｉＯ２のガラス成分にＢ２Ｏ３を添加することにより、クラッド部３を形成するＳｉＯ２ガラスと比べて熱膨張率を大きくすることができる。応力付与部材をコア部両側に配したガラス母材を光ファイバに線引きした際に、加熱溶融から冷却される過程で、応力付与部４の収縮でコア部２に対して引っ張り応力Ｘがファイバ内に残り、これと直交する方向からは圧縮応力Ｙがファイバ内に残る。コア部２にＸ方向とＹ方向の２方向で異なる応力が加わると、これに応じて屈折率が異なりコア部２に複屈折が発生する。
【００１５】
上述の偏波保持光ファイバ１を高湿高温の環境下で長時間使用していると、応力付与部４が光ファイバ端面から突き出る現象が生じる。図２は応力付与部の突き出し形状の観測例を示す図で、最大値が１．５μｍに達する山形状に突き出る。このような現象は、特にＢ２Ｏ３の平均濃度が１３ｗｔ％以下の場合に多く見られる。
【００１６】
この現象についての調査、解明を行なったところ、応力付与部４に添加したホウ素（Ｂ）が消失されていることが判明した。ホウ素（Ｂ）の消失理由は明らかでないが、ホウ素（Ｂ）消失後のシリコン（Ｓｉ）の結合手が高温高湿下の水酸基（ＯＨ）と結びついて、結合手の長いＳｉ−ＯＨが形成され、これにより体積変化が生じ、応力付与部の突き出しが生じるものと考えられる。
【００１７】
図３は高温高湿試験後における応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度と突き出し量の関係を調べた図である。高温高湿試験には、プレッシャクッカ試験装置を用い、温度１２０℃、湿度９０ＲＥ％、圧力０．１２ＭＰａ、５４ｈで行なった。なお、このプレッシャクッカ試験条件（温度１２０℃、湿度９０ＲＥ％、圧力０．１２ＭＰａ）は、通常の高温高湿試験における温度８５℃、湿度８５％の１０倍程度に相当する加速試験である。この図３の結果から、応力付与部における凹凸が０．１μｍ前後の小さくなる範囲は、Ｂ２Ｏ３の平均濃度が１４．０〜１４．５ｗｔ％の範囲で、この範囲未満では応力付与部の突き出しが生じ、この範囲を超えると凹む傾向にあることも判明した。
【００１８】
Ｂ２Ｏ３の平均濃度が大きくなると、上述した特許文献２においても開示されているように、湿気によりホウ素（Ｂ）の侵食が進行し、光ファイバ端面で応力付与部に凹みが生じる。応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度が小さくなると、湿気によるホウ素（Ｂ）の侵食よりもシリコン（Ｓｉ）の結合手の水酸基（ＯＨ）との反応の方が支配的となり、応力付与部が突き出すと考えられる。なお、プレッシャクッカ試験装置で同様な試験を１００ｈで行なったが、図３とほぼ同様な結果で、応力付与部の凹凸が小さくなる範囲は、Ｂ２Ｏ３の平均濃度が１４．０〜１４．５ｗｔ％の範囲であった。
【００１９】
図４は上述の偏波保持光ファイバを用いて光コネクタ接続を行なう一例を説明する図である。図４（Ａ）は光コネクタの断面図、図４（Ｂ）は光ファイバ端面の拡大図を示す。図中、５はフェルール、５ａはフェルール端面、５ｂは光ファイバ孔、５ｃはファイバ被覆挿入孔、６は接続キー、７は保持具、７ａは貫通孔、８は接着剤を示す。その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２０】
光コネクタは、図４（Ａ）に示すように、フェルール５内に偏波保持光ファイバ１を挿入固定し、フェルール５を保持具７等に保持固定して構成される。偏波保持光ファイバ１は、被覆を除去した先端部を、フェルール５の先端部側に形成した光ファイバ孔５ｂに挿入して位置決めされ、ファイバ被覆挿入孔５ｃ及び保持具７の貫通孔７ａに接着剤８を充填して接着固定される。なお、フェルール５又は保持具７には、偏波方向を一致させて接続するための接続キー６等を設けてある。
【００２１】
光コネクタを用いて光ファイバを突き合わせ接続する場合、光ファイバ同士がＰＣ接合されるように、光ファイバ端面１ａをフェルール端面５ａと共に凸面に研磨してフェルール端面から突出させることがある。これにより、図４（Ｂ）に光ファイバ同士の接合状態を拡大して示すように、弧状に研磨された光ファイバ端面１ａは、中心位置のコア部２の先端が互いに物理的に接触して低損失の接続を形成することができる。
【００２２】
しかし、応力付与部３に突き出し部４ａが生じると、コア部２が接触する前に突き出し部分での接触が生じ、コア部２同士の接合が妨げられる。このため、コア部端面からの反射や、突き合わせ間隔が広がって一定とならず、接続損失の増加やバラツキが起こる。
【００２３】
上述の調査、検証により、本発明においては、偏波保持光ファイバを所定の高温高湿の環境下（温度８５℃，湿度８５ＲＨ％、３３６ｈ）に曝した後の光ファイバ端面からの応力付与部の突き出し量Δを、０．１μｍ以下とした。突き出し量Δが０．１μｍ以下であれば、光コネクタでフェルール端面５ａと共に光ファイバ端面１ａを凸面に研磨した場合、コア部２同士の接合の妨げにはならず、接続損失の増加やバラツキの発生を低減することができる。
【００２４】
応力付与部の突き出し量を０．１μｍ以下とするには、図３の結果から応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を、１４ｗｔ％以上とするのが望ましい。一方、応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度が大きくなると、応力付与部の端面で凹みが生じるが、これは光コネクタの接合に対しての妨げにはならない。しかし、応力付与部のＢ２Ｏ３の濃度が大きくなると、特許文献１においても開示されているように光ファイバ端面の研磨時に、応力付与部にクラックが発生しやすくなる。また、特許文献２で開示されているように、湿熱環境下にされると応力付与部が侵食され、偏波クロストークが劣化する恐れがある。
【００２５】
しかし、応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を１６ｗｔ％以下とすることにより、応力付与部におけるクラックの発生及び凹み量の増加によるクロストーク劣化については、実質的に障害となるような問題は生じなかった。したがって、偏波保持光ファイバの応力付与部のＢ２Ｏ３平均濃度を、１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％とすることにより、高温高湿の環境下で使用される光コネクタに対して、応力付与部の突き出しを最小限に抑え、端面研磨によるクラックの発生を少なくし、凹みの発生に対しては実質的に問題ない程度に抑えることができる。
【００２６】
また、応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％に維持して、中央部側の濃度を大きくすることによって、クラッドと接する外周面側のＢ２Ｏ３の濃度を小さくすることができる。このため、前記特許文献１で開示されているように応力付与部材を配したガラス母材を延伸加熱する時、クラッド部と応力付与部材との界面における気泡の発生が少なく、クラックの発生をさらに少なくすることができる。
【００２７】
上述の所定の高温高湿環境下（温度８５℃，湿度８５ＲＨ％、３３６ｈ）に曝した後の光ファイバ端面からの応力付与部の突き出し量が、０．１μｍ以下である偏波保持光ファイバ、又は、応力付与部のＢ２Ｏ３の平均濃度を１４ｗｔ％〜１６ｗｔ％とした偏波保持光ファイバ用いて、図４に示すような光コネクタを作成した。このとき接続端面側をフェルールの端面といっしょに中央の曲率半径２５ｍｍ以下（例えば、２０ｍｍ）の凸面に研磨して、光ファイバ端面がフェルール面から突出するようにした。
【００２８】
上記の構成で作製された光コネクタは、端面研磨によって応力付与部にクラックが発生することは全くなかった。また、上記の高温高湿の環境下に曝した後の応力付与部の突き出し量は０．１μｍ以下であった。さらに、光コネクタの着脱による接続特性について検証したが、接続損失のバラツキは±０．１ｄＢ以下であり、反射減衰量についても４５ｄＢ〜５０ｄＢで、光コネクタ着脱によるバラツキは小さかった。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、偏波保持光ファイバの端面加工で応力付与部にクラックの発生を少なくし、かつ高温多湿の環境下での使用に対して、応力付与部の凹みの発生を実質的には影響がない程度に抑えて、光ファイバ端面での応力付与部の突き出しを最小限に抑えることができる。この結果、偏波保持光ファイバを光コネクでＰＣ接合する場合にも、偏波特性を損なわずに接続損失の増加とバラツキを少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏波保持光ファイバの構成を説明する図である。
【図２】偏波保持光ファイバの応力付与部の突き出し状態を説明する図である。
【図３】偏波保持光ファイバの応力付与部のＢ２Ｏ３平均濃度と突き出し量の関係を説明する図である。
【図４】偏波保持光ファイバを用いた光コネクタの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１…偏波保持光ファイバ、１ａ…光ファイバ端面、２…コア部、３…クラッド部、４…応力付与部、４ａ…突き出し部、５…フェルール、５ａ…フェルール端面、５ｂ…光ファイバ孔、５ｃ…ファイバ被覆挿入孔、６…接続キー、７…保持具、７ａ…貫通孔、８…接着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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