(57)【要約】【課題】加熱時の水蒸気の発生や、周辺温度の上昇も少ない熱源を用いた光ファイバカプラの製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ保持台が、２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させる。加熱用光源が、光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、融着すべき部分を加熱する。融着される部分が延伸されるに従って、加熱用光源から出射される光線束の強度が強くなるように、制御装置が、光ファイバ保持台及び加熱用光源を制御する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させる光ファイバ保持台と、
前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、
前記融着される部分が延伸されるに従って、前記加熱用光源から出射される光線束の強度が強くなるように、前記光ファイバ保持台及び前記加熱用光源を制御する制御装置と
を有する光ファイバカプラ製造装置。
【請求項２】
前記光ファイバ保持台は、保持されている２本の光ファイバの融着される部分を一定の速度で延伸させ、さらに、保持されている２本の光ファイバに加わる張力を検出する張力検出装置を有し、
前記制御装置は、前記張力検出装置によって検出された張力が、予め決められている張力上限値以下になるように、前記加熱用光源から出射される光線束の強度を強くする請求項１に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項３】
第１及び第２の光ファイバを、両者の側面同士を接触させて保持し、接触部分に光線束を照射することによって加熱し、該第１及び第２の光ファイバを融着させ、融着した部分を延伸させる工程と、
前記第１及び第２の光ファイバの融着した部分が延伸されるに従って、融着した部分に照射される光線束の強度を強くする工程と
を有する光ファイバカプラの製造方法。
【請求項４】
前記光線束の強度を強くする工程において、前記第１及び第２の光ファイバの融着部分に加わる張力が、予め決められた張力上限値以下になるように、前記光線束の強度を強くする請求項３に記載の光ファイバカプラの製造方法。
【請求項５】
２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させる光ファイバ保持台と、
前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、
前記加熱用光源から出射された光線束の強度を観測する強度観測装置と、
出力指令値を記憶し、前記強度観測装置で観測された強度が、前記出力指令値に近づくように、前記加熱用光源を制御する出力制御装置と
を有する光ファイバカプラ製造装置。
【請求項６】
前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着した部分が延伸されるに従って、前記出力制御装置に記憶されている出力指令値が大きくなるように出力指令値を書き換える主制御装置を有する請求項５に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項７】
さらに、前記光ファイバの融着した部分の該光ファイバの太さを検出する検出装置を有し、前記主制御装置は、該検出装置で検出された太さに基づいて前記出力指令値を決定する請求項６に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項８】
２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させ、該融着される部分に印加される張力を測定することができる光ファイバ保持台と、
前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、
前記融着される部分に印加される張力が、予め決められている張力上限値以下になるように、前記光ファイバ保持台による延伸速度、及び前記加熱用光源から出射される光線束の強度の少なくとも一方を制御する制御装置と
を有する光ファイバカプラ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバカプラの製造装置及び製造方法に関し、特に２本の光ファイバの側面同士を接触させて融着させた光ファイバカプラの製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２本の光ファイバを平行に配置して両者の側面同士を接触させ、接触部分を加熱して融着させることにより、光ファイバカプラを作製することができる。接触部分を加熱するための熱源として、水素ガスまたはプロパンガス等を燃焼させるマイクロトーチ型のものと、白金薄膜抵抗やセラミック抵抗等の抵抗体に電流を流してジュール熱を発生させる電気ヒータ型のものとが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロトーチ型の熱源を用いた場合には、ガスの燃焼により発生した水蒸気が、高温に加熱された光ファイバ内に拡散する。水蒸気が光ファイバ内に拡散すると、水酸基（ＯＨ基）による光の吸収によって、光信号の伝搬損失が増加してしまう。光ファイバの伝送波長帯域が狭いときには、この損失が伝送特性に与える影響は少ない。ところが、波長多重伝送によって伝送帯域が広くなってくると、この損失による影響が顕在化してくる。
【０００４】
電気ヒータ型の熱源を用いた場合には、加熱による水蒸気の発生はない。ところが、電気ヒータで光ファイバを約１５００℃まで加熱する必要があるため、電気ヒータの消耗が激しい。また、電気ヒータの近くに配置された２本の光ファイバを相互に密着させるためのクランプ機構の温度も上昇してしまう。これにより、光ファイバを固定する部材が変形してしまう場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、加熱時の水蒸気の発生や、周辺温度の上昇も少ない熱源を用いた光ファイバカプラの製造装置及び製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させる光ファイバ保持台と、前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、前記融着される部分が延伸されるに従って、前記加熱用光源から出射される光線束の強度が強くなるように、前記光ファイバ保持台及び前記加熱用光源を制御する制御装置とを有する光ファイバカプラ製造装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、第１及び第２の光ファイバを、両者の側面同士を接触させて保持し、接触部分に光線束を照射することによって加熱し、該第１及び第２の光ファイバを融着させ、融着した部分を延伸させる工程と、前記第１及び第２の光ファイバの融着した部分が延伸されるに従って、融着した部分に照射される光線束の強度を強くする工程とを有する光ファイバカプラの製造方法が提供される。
【０００８】
光線束で光ファイバを加熱するため、水蒸気の発生や、周辺温度の上昇を防止することができる。光ファイバが延伸されるに従って光線束の強度を強くすることにより、高性能の光ファイバカプラを得ることができる。
【０００９】
本発明の他の観点によると、２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させる光ファイバ保持台と、前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、前記加熱用光源から出射された光線束の強度を観測する強度観測装置と、出力指令値を記憶し、前記強度観測装置で観測された強度が、前記出力指令値に近づくように、前記加熱用光源を制御する出力制御装置とを有する光ファイバカプラ製造装置が提供される。
【００１０】
加熱用光源の出力をフィードバック制御することにより、出力の安定性を高め、光ファイバカプラの製造歩留まりを向上させることができる。
【００１１】
本発明の他の観点によると、２本の光ファイバの融着すべき部分を、その側面同士が接触するように保持するとともに、融着される部分を延伸させ、該融着される部分に印加される張力を測定することができる光ファイバ保持台と、前記光ファイバ保持台に保持された２本の光ファイバの融着すべき部分に光線束を照射して、該融着すべき部分を加熱する加熱用光源と、前記融着される部分に印加される張力が、予め決められている張力上限値以下になるように、前記光ファイバ保持台による延伸速度、及び前記加熱用光源から出射される光線束の強度の少なくとも一方を制御する制御装置とを有する光ファイバカプラ製造装置が提供される。
【００１２】
光ファイバに加わる張力がある上限値以下になるようにして延伸を行うことにより、光ファイバカプラの製造歩留まりを高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、熱源として炭酸ガスレーザを用いた光ファイバカプラ製造装置を試作し、その評価を行った。本願発明の実施例を説明する前に、その評価結果について説明する。
【００１４】
光ファイバカプラに使用する光ファイバは、シングルモードファイバである。そのクラッドの外周の直径は１２５μｍであり、その材質は透明度の高い石英ガラスである。石英ガラスの融点は１６００℃である。光ファイバの形状を保ちつつ融着を行うために、光ファイバの温度を、その融点以下の１５００℃程度まで加熱して、加熱部分の延伸を行う。
【００１５】
光ファイバカプラの性能は、光の分岐比や光損失等により評価される。光ファイバの製造過程における延伸速度及び温度が、光ファイバカプラの性能に大きな影響を与える。例えば、光ファイバの温度が高くなりすぎると、光ファイバが過度に溶融してしまい、コア及びクラッドの屈折率分布等が崩れて光損失が大きくなってしまう。光ファイバの温度が低くて溶融が不足すると、延伸による張力が過大になり、光ファイバが切断されてしまう。光ファイバの延伸中には、引き伸ばされて細くなる光ファイバの直径に依存して、光ファイバの温度を最適に制御する必要がある。従来は、光ファイバの温度が設定温度を中心として±１０℃以下になるように制御されていた。
【００１６】
熱源として炭酸ガスレーザを使用する場合には、光ファイバの温度を制御するための直接の制御対象は、レーザ発振器の出力になる。光ファイバカプラを作製する際には、２本の光ファイバを相互に接触させ、わずかに張力が発生するように保持する。炭酸ガスレーザを接触部分に照射し、光ファイバに加わる張力がほぼ０の状態を維持しながら、光ファイバの延伸を行う。
【００１７】
この方法で光ファイバカプラを製造したところ、歩留まりが悪い結果となってしまった。本願発明者は、歩留まりの悪い原因が、レーザ発振器の出力の不安定性であると考えた。実際にレーザ出力をパワーメータで測定したところ、出力波形が矩形状、円弧状、またはパルス状に変動し、その周期も数十秒から数分であり、一定ではないことがわかった。
【００１８】
マイクロトーチ型や電気ヒータ型の熱源を使用する場合には、加熱部分の温度が制御されているとともに、加熱部周辺の空気層が加熱されており、また輻射熱もある。このため、光ファイバの急激な温度変化が防止されていると考えられる。炭酸ガスレーザを照射する場合には、光ファイバの周囲の空気層が加熱されず、輻射熱もほとんどない。このため、レーザ発振器の出力の変動が、光ファイバの温度の変動に直結し、光ファイバの加熱部分の温度が不安定になると考えられる。以下に説明する実施例では、レーザ発振器の出力の不安定性を解消することができる。
【００１９】
図１に、本発明の第１の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図を示す。基台１０に、一対の延伸ステージ（光ファイバ保持台）１１が取り付けられている。延伸ステージ１１に設けられたファイバクランプ１２が、２本の光ファイバ２０を、両者の側面同士が接触するように保持する。
【００２０】
炭酸ガスレーザ発振器１が、赤外領域のレーザビームを出射する。炭酸ガスレーザ発振器１から出射されたレーザビームが、部分反射鏡２により、２本の光線束に分岐される。部分反射鏡２により反射するレーザビーム及び部分反射鏡２を透過するレーザビームの強度は、それぞれ元のレーザビームの強度の９５％及び５％である。
【００２１】
部分反射鏡２を透過したレーザビームは、パワーメータ３に入射する。パワーメータ３は、入射するレーザビームの強度を測定し、測定結果をレーザ出力制御装置１６に送信する。
【００２２】
部分反射鏡２で反射したレーザビームは、シリンドリカルレンズ４を透過し、延伸ステージ１１に保持されている２本の光ファイバの相互に接触している部分に照射される。シリンドリカルレンズ４は、レーザビームの断面が、光ファイバの長さ方向に長い形状になるように、レーザビームを１次元方向に発散させる。これにより、２本の光ファイバ２０の所定の長さ部分に効率的にレーザビームを照射することができる。部分反射鏡２、パワーメータ３、及びシリンドリカルレンズ４は、支柱５に固定されている。
【００２３】
延伸ステージ１１は、光ファイバ２０の融着した部分を一定の速度で引き伸ばす。主制御装置１５が、延伸ステージ１１及びレーザ出力制御装置１６を制御する。レーザ出力制御装置１６は、炭酸ガスレーザ発振器１の出力を制御する。
【００２４】
図２に、延伸ステージ１１の、より詳細な概略図を示す。基台１０にレール３０が固定されている。左延伸ステージ３２Ａ及び右延伸ステージ３２Ｂが、それぞれリニアガイド３１Ａ及び３１Ｂにより、延伸方向に並進移動可能に支持されている。左延伸ステージ３２Ａに左ねじれナット３３Ａが固定され、右延伸ステージ３２Ｂに右ねじれナット３３Ｂが固定されている。ボールねじ３４が、左ねじれナット３３Ａ及び右ねじれナット３３Ｂに螺合する。ボールねじ３４を回転させることにより、左延伸ステージ３２Ａと右延伸ステージ３２Ｂとを、相互に離れる向きに、または近づく向きに移動させることができる。
【００２５】
クランプ台３６が、リニアガイド３７を介して左延伸ステージ３２Ａに、延伸方向に並進移動可能に支持されている。クランプ台３６及び右延伸ステージ３２Ｂの各々にクランプ１２が取り付けられている。クランプ台３６は、左延伸ステージ３２Ａに固定されたロードセル３５に連結されている。左延伸ステージ３２Ａと右延伸ステージ３２Ｂとを、両者が遠ざかる向きに移動させると、クランプ１２に固定された光ファイバ２０に張力が発生する。ロードセル３５は、光ファイバ２０に発生した張力を検出することができる。
【００２６】
図３に、レーザ出力制御装置１６のブロック図を示す。レーザ出力制御装置１６は、出力指令値を記憶するメモリ１６Ａ、及び比例積分微分演算（ＰＩＤ演算）を行う演算回路１６Ｂを有する。メモリ１６Ａに、主制御装置１５から指示された出力指令値が記憶される。演算回路１６Ｂは、パワーメータ３で測定されたレーザビームの強度と、メモリ１６Ａに記憶されている出力指令値との偏差が小さくなるように、レーザ発振器１に駆動信号を送出する。
【００２７】
このように、炭酸ガスレーザ発振器１の出力をフィードバック制御することにより、出力の安定化を図ることができる。また、主制御装置１５により、レーザ出力制御装置１６内のメモリ１６Ａに記憶されている出力指令値を書き換えることにより、炭酸ガスレーザ発振器１の出力を、メモリ１６Ａに新しく記憶された出力指令値に追随させることができる。
【００２８】
図４に、炭酸ガスレーザ発振器１の出力の時間変動を示す。横軸は経過時間を表し、１目盛りが１分に相当する。縦軸は、図１に示したシリンドリカルレンズ４と延伸ステージ１１との間にパワーメータを配置して測定したレーザビームの強度を単位「Ｗ」で表す。
【００２９】
時刻ｔ０以前の期間はフィードバック制御を行わなかった場合、及び時刻ｔ０以降の期間はフィードバック制御を行った場合のレーザビームの強度を示す。フィードバック制御を行わない場合には、レーザビームの強度の変動幅が約１．７Ｗであった。これに対し、フィードバック制御を行った場合には、レーザビームの強度の変動幅が０．１Ｗ程度まで小さくなった。このように、フィードバック制御を行うことにより、レーザビームの強度の時間的変動を抑制することができる。
【００３０】
図５に、図３に示したメモリ１６Ａに記憶された出力指令値を徐々に増加させた場合のレーザビームの強度の時間変動を示す。横軸は経過時間を表し、１目盛りが１分に相当する。縦軸はレーザビームの強度を単位「Ｗ」で表す。曲線ＦＢが、フィードバック制御を行った場合のレーザビームの強度を示し、曲線ＮＦ１及びＮＦ２が、フィードバック制御を行わなかった場合のレーザビームの強度を示す。
【００３１】
フィードバック制御を行った場合には、レーザビームの強度はほぼ滑らかに増加している。なお、フィードバック制御を行った場合については４回の測定を行ったが、４回の測定結果は曲線ＦＢに重なり、良好な再現性が得られることがわかった。これに対し、フィードバック制御を行わなかった場合には、凹凸を周期的に繰り返しながら、強度が増加している。このように、フィードバック制御を行うことにより、レーザビームの強度を、小さな偏差で出力指令値に追随させることができる。
【００３２】
上記第１の実施例のように、レーザ発振器の出力を安定させることにより、光ファイバカプラの製造歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
光ファイバの融着した部分を延伸させると、光ファイバが徐々に細くなる。光ファイバが細くなると、レーザビームの照射される表面積が小さくなり、吸熱量が少なくなる。吸熱量の減少を補うために、光ファイバの融着部分の延伸が進むに従って、レーザ発振器の出力を徐々に高くすることが好ましい。なお、図１に示した画像認識装置２５で、融着した部分の光ファイバの太さを検出し、検出結果に基づいてレーザ出力を制御してもよい。
【００３４】
また、高性能の光ファイバカプラを得るためには、延伸中に光ファイバに加わる張力が、所定の張力上限値以下になるように、加熱量すなわち炭酸ガスレーザ発振器１の出力を制御することが好ましい。この張力上限値は、ほぼ０であることが好ましい。なお、張力を張力上限値以下に維持させるために、炭酸ガスレーザ発振器の出力を増加させる代わりに、延伸速度を遅くしてもよい。また、炭酸ガスレーザ発振器の出力と延伸速度との双方を制御してもよい。
【００３５】
図６に、第２の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図を示す。図１に示した第１の実施例では、炭酸ガスレーザ発振器１から出射されたレーザビームを部分反射鏡２で分岐させていたが、第２の実施例では、部分反射鏡２の代わりに全反射鏡２ａが配置されている。図１に示したパワーメータ３の代わりに、パワーメータ３ａが、延伸ステージ１１に保持された光ファイバ２０の下方に配置されている。
【００３６】
光ファイバ２０によって遮られなかったレーザビームがパワーメータ３ａに入射する。パワーメータ３ａに入射するレーザビームは、シリンドリカルレンズ４で発散されているため、パワーメータ３ａへの入射位置におけるパワー密度が低下している。このため、パワーメータ３ａの受けるダメージを少なくすることができる。
【００３７】
図７に、第３の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図を示す。第３の実施例では、炭酸ガスレーザ発振器１ａが、支柱５の先端に直接取り付けられている。炭酸ガスレーザ発振器１ａから、延伸ステージ１１に保持された光ファイバ２０に向けてレーザビームが出射される。一部のレーザビーム、例えば全パワーの５％のレーザビームが、部分反射鏡２ｂにより反射され、パワーメータ３に入射する。全パワーの９５％のレーザビームは部分反射鏡２ｂを透過し、光ファイバ２０に照射される。その他の構成は、第１の実施例による光ファイバカプラ製造装置の構成と同様である。第３の実施例の構成でも、上記第１の実施例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
上記実施例では、光ファイバの加熱用光源として炭酸ガスレーザ発振器を使用したが、光ファイバを加熱することが可能であれば、その他のレーザ発振器を使用してもよい。
【００３９】
また、上記実施例では、レーザ発振器の出力を安定させるために、レーザ発振器の出力自体を制御したが、減衰量可変のアッテネータを用いて、レーザビームの強度を安定化させることも可能である。
【００４０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱用光源の出力を安定化させることにより、光ファイバカプラの製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図である。
【図２】第１の実施例による光ファイバカプラ製造装置の延伸ステージの概略図である。
【図３】第１の実施例による光ファイバカプラ製造装置に用いられているレーザ出力制御装置のブロック図である。
【図４】炭酸ガスレーザ発振器の出力の時間変動を示すグラフである。
【図５】出力指令値を徐々に増加させたときの、炭酸ガスレーザ発振器の出力の時間変動を示すグラフである。
【図６】第２の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図である。
【図７】第３の実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略図である。
【符号の説明】
１、１ａ　炭酸ガスレーザ発振器
２、２ｂ　部分反射鏡
２ａ　全反射鏡
３、３ａ　パワーメータ
４　シリンドリカルレンズ
５　支柱
１０　基台
１１　延伸ステージ
１２　クランプ
１５　主制御装置
１６　レーザ出力制御装置
１６Ａ　メモリ
１６Ｂ　ＰＩＤ演算回路
２０　光ファイバ
２５　画像認識装置
３０　レール
３１Ａ、３１Ｂ、３７　リニアガイド
３２Ａ　左延伸ステージ
３２Ｂ　右延伸ステージ
３３Ａ　左ねじれナット
３３Ｂ　右ねじれナット
３４　ボールねじ
３５　ロードセル
３６　クランプ台
【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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