(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ファイバと、この第１の光ファイバとファイバ径、およびコア径が実質的に同一の同種の第２の光ファイバを融着接続する工程、
接続部を加熱処理し、接続部における前記第１の光ファイバのＭＦＤと前記第２の光ファイバのＭＦＤとを拡大させる工程、および、
前記接続部の加熱処理工程の終了後に、１００℃／ｓｅｃ以下の徐冷速度で徐冷する工程、を具備し、
前記接続部の加熱処理工程を、前記接続部の接続損失を測定しつつ行い、前記接続損失の測定値が低下して最小値の直前の所定の値に到達したときに、前記接続部の加熱処理工程を停止することを特徴とする同種光ファイバの接続方法。
【請求項２】
前記接続部の加熱処理工程において、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバの軸ずれ量が減少されることを特徴とする請求項１に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項３】
前記徐冷する工程において、５〜３５℃／ｓｅｃ以下の徐冷速度で徐冷することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項４】
前記徐冷工程において、徐冷速度の制御は、加熱処理具を遠ざける、あるいは加熱処理具による加熱量を調整することによって行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項５】
前記接続部の加熱処理工程において、前記接続部の接続損失をパワーメータやＯＴＤＲに測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項６】
前記加熱処理工程において、前記第1の光ファイバまたは前記第2の光ファイバと、光源またはパワーメータやＯＴＤＲとの間にダミーファイバをV溝接続または融着接続によって接続して接続損失の測定を行うことを特徴とする請求項５に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項７】
前記同種のファイバが、加熱前のＭＦＤが７．０μｍ以下の光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項８】
前記同種のファイバには保護層が生成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の同種光ファイバの接続方法。
【請求項９】
融着接続する工程において、前記同種のファイバの融着接続は放電によって行われていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の同種光ファイバの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同種の光ファイバ同士を低損失で接続する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ケーブルの芯線として、複数本の光ファイバを接続した光ファイバが用いられている。このように複数本の光ファイバを接続することによって、所定のケーブル条長で必要な特性を調整することが可能である。この場合、同種のファイバ同士の接続の場合も、異種のファイバ同士の接続の場合も、単に融着機を使用して、複数本のファイバ同士を接続するだけである。
【０００３】
近年、光通信システムの大容量化を図るため、単一モード光ファイバ（１３００ｎｍ零分散光ファイバ）と、この単一モード光ファイバの分散及び分散スロープを補償する分散補償光ファイバ（ＤＣＦ，ＤＳＣＦ，ＲＤＦ等）とを接続し、１５５０ｎｍ帯の高速通信を行う分散マネージメント線路が盛んに検討されている。また、この分散マネージメント線路では、従来と同様に、条長および特性調整のため、同種のファイバの接続も行われる。
【０００４】
単一モード光ファイバ（１３００ｎｍ零分散光ファイバ）の１５５０ｎｍでのＭＦＤは９〜１１μｍであり、更にはＭＦＤ拡大型単一モード光ファイバにおいては、ＭＦＤは１１μｍ以上である。
【０００５】
これに対し、負の高分散特性を有する分散補償光ファイバは、Δ（比屈折率差）が３％前後と高く、コア径が２〜３μｍと通常の単一モード光ファイバに比べて極端に小さい構造である。従って、分散補償光ファイバの１５５０ｎｍでのＭＦＤは５μｍ程度となる。
【０００６】
従って、単一モード光ファイバと分散補償光ファイバのような異種ファイバを単に接続したのでは、ＭＦＤに差があり、接続部において光漏れが起こってしまう。この光漏れを低減するために、加熱や放電などの手段によってドーパントを拡散させてコアを拡大させる方法がある。これにより、ＭＦＤの小さなファイバのＭＦＤがＭＦＤの大きなファイバのＭＦＤに合うようになり、滑らかな接続部でファイバを結合することができる。
【０００７】
ＭＦＤの異なる光ファイバ同士の接続損失は、それぞれの光ファイバのＭＦＤ半径をＷ１，Ｗ２とし、突き合わせたときの軸ずれ量をｄとすると、次式で表される。
【０００８】
【数１】
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軸ずれ（ｄ＝１〜５μｍ）のある同種のファイバを接続する場合のＭＦＤと理論接続損失の関係を図７に示す。同種ファイバでは、Ｗ１≒Ｗ２であり、分散補償光ファイバのＭＦＤは約５μｍである。
【０００９】
例えば、４．９μｍのＭＦＤの分散補償光ファイバにおいて、軸ずれ量ｄ＝２μｍ、３μｍ、４μｍで、光ファイバを突き合わせ、接続した場合の接続損失は、それぞれ、０．７２ｄＢ、１．６３ｄＢ、２．８９ｄＢであり、軸ずれ量の増加に伴い、接続損失は急激に増加することがわかる。
【００１０】
また、特にＭＦＤが小さい同種ファイバの接続となると、僅かな軸ずれでも接続損失に与える影響は非常に大きくなる。
【００１１】
そこで、上述したように、異種ファイバの融着接続部に追加放電を施すなどの手法を用いて、コア内のＧｅを拡散させ、低損失化する方法もある。しかしながら、放電が非常に局所的であること、放電では、高温で比較的短時間処理して急冷することから、ガラスの歪みが生じ、拡散状態が不安定になる。また、追加放電を複数回繰り返すことにより、ファイバ外径変動（くびれ）等の不具合が発生するため、追加放電条件の選定が非常に困難となる。従って、放電のみによる低損失化には限界がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような同種ファイバの接続を含む分散マネージメント線路を、例えば光海底ケーブル等に使用する場合、低損失で且つ高強度の接続部が要求されることとなる。
【００１３】
同種ファイバの高強度の接続を行う通常の方法は、例えば図９に示すような手順で行われる。図９に示す手順では、融着接続前に強度劣化要因（ファイバカッター、融着接続機のＶ溝、ファイバクランプ等への接触）を除去するため、或いはその影響を軽減するために、保護層を形成している。
【００１４】
ところが、十分に硬化あるいは乾燥しても、その表面には少なからずタック性が残るため、融着接続時のファイバの直進性が損なわれ、融着接続後の軸ずれ量は保護層が無い場合と比較して、非常に大きくなる。この理由は、融着接続時にファイバが蛇行したり、前進すべきタイミングで前進しないためである。
【００１５】
また、ＭＦＤの小さなファイバ同士を高強度で接続しようとした場合、僅かな軸ずれも生じないように接続しなければ、接続損失を低減することができない。
【００１６】
従って、高強度を要求される場合でも、同種ファイバを低損失で接続するためには、上記のような問題を解決する必要がある。
【００１７】
本発明は、このような事情の下になされ、同種光ファイバを、バラツキなく、低損失で、しかも高い強度で接続することを可能とする同種光ファイバの接続方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【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の光ファイバと、この第１の光ファイバと同種の第２の光ファイバを融着接続する工程、および接続部を加熱処理し、接続部における前記第１の光ファイバのＭＦＤと前記第２の光ファイバのＭＦＤとが適合するように、ＭＦＤを拡大させる工程を具備することを特徴とする同種光ファイバの接続方法を提供する。
【００１９】
なお、本発明において、同種光ファイバとは、工程内のバラツキの範囲内において、実質的に同一の屈折率分布のコアを有し、工程内のバラツキの範囲内において、実質的に同一のファイバ径およびコア径を有するものを言う。
【００２０】
本発明の同種光ファイバの接続方法では、前記接続部の加熱処理工程において、前記第１の光ファイバと第２の光ファイバの位置ずれが修正される。
【００２１】
また、前記接続部の加熱処理工程の終了時に、１００℃／ｓｅｃ以下の徐冷速度で徐冷することが望ましい。特に好ましい徐冷速度は、５〜３５℃／ｓｅｃである。徐冷速度が１００℃／ｓｅｃを越えると、急冷と同様に拡散状態が不安定となり、ガラスにひずみが生じるので、好ましくない。
【００２２】
なお、徐冷速度の制御は、加熱処理具を遠ざけたり、加熱処理具による加熱量を調整することにより行うことが出来る。
【００２３】
また、前記接続部の加熱処理工程を、前記接続部の接続損失を測定しつつ行い、前記接続損失の測定値が低下して所定の値に到達したときに、前記接続部の加熱処理工程を停止することが望ましい。即ち、加熱処理中に、接続損失をパワーメータやＯＴＤＲにより測定し、測定値が最小値になる直前に、加熱処理を停止するのである。なお、加熱処理を停止した後、上述のように１００℃／ｓｅｃ以下の徐冷速度で徐冷することが望ましい。
【００２４】
なお、本発明は、特に、ＭＦＤ＝７．０μｍ以下の光ファイバの接続に有効に適用することが出来る。
【００２５】
以下、本発明について、より具体的に説明する。
【００２６】
図１〜３は、接続部の加熱処理中に接続損失を測定する状態を模式的に示す図であり、図１ではＯＴＤＲにより、図２，図３ではパワーメータにより、それぞれ接続損失を測定している。
【００２７】
なお、図１〜３において、ダミーファイバは、励振のために使用されている。ダミーファイバと光ファイバとの接続は、Ｖ溝接続または融着接続により行われている。
【００２８】
本発明の同種光ファイバの接続方法では、図１〜図３に示すように、光ファイバ１と、これと同種の光ファイバ２とを融着接続した後、その接続部を加熱する。加熱は、その接続部における光ファイバ１と光ファイバ２のミスマッチを無くすよう、ＭＦＤを拡大するように行われる。
【００２９】
図７から明らかなように、同種のファイバの融着接続部を加熱してＭＦＤを拡大することにより、接続損失を容易に低減することが可能である。また、実際の軸ずれ量は毎回異なるものの、或る範囲内（好ましくは０．９μｍ以下）に抑えておけば、単にＭＦＤを拡大することにより、接続損失を０．１ｄＢ以下とすることが可能である。
【００３０】
更に、所望の軸ずれ範囲を超えてしまった場合においても、ＭＦＤの拡大と同時に軸ずれ量も低減するため、接続損失のバラツキを小さくすることができ、且つ低い接続損失が得られる。
【００３１】
また、加熱処理工程中に、図１〜図３に示すように、パワーメータやＯＴＤＲで接続損失の測定を行い、所望の接続損失、例えば最小の接続損失になる直前に加熱を停止する。その結果、目的とする低い接続損失を得ることが可能である。
【００３２】
更に、加熱処理工程の終了時に、徐冷速度１００℃／ｓｅｃ以下で徐冷することにより、光ファイバに微小クラックや収縮歪みが発生するのを防ぐことができ、また急冷によるドーパントの拡散の不平衡を防止することができる。それによって、低い接続損失を得ることが可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
まず、次のような光ファイバを用意した。
【００３５】
（１）分散補償光ファイバ［ＲＤＦ］：コアがＧｅＯ2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。ＭＦＤ＝４．９μｍ。
【００３６】
（２）分散補償光ファイバ［ＲＤＦ］：コアがＧｅＯ2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。ＭＦＤ＝４．９μｍ。
【００３７】
（３）分散補償光ファイバ［ＤＣＦ］：コアがＧｅＯ2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。ＭＦＤ＝４．３μｍ。
【００３８】
（４）分散補償光ファイバ［ＤＣＦ］：コアがＧｅＯ2 高濃度ドープシリカからなり、クラッドが純シリカからなる。ＭＦＤ＝４．３μｍ。
【００３９】
上記光ファイバのうちの２つを融着して接続サンプルを作製し、その接続損失及びＭＦＤを調べた。即ち、図１〜３に示すように、光ファイバ１と光ファイバ２を接続し、バーナーを用いて加熱処理し、ＯＴＤＲ（optical time domain reflectometer)（図１）およびパワーメータ（図２，図３）で接続損失を測定した。
【００４０】
このようにして接続された光ファイバ１と光ファイバ２の接続サンプルの加熱処理中の接続損失の測定結果を図４および図５に示す。
【００４１】
図４から、加熱処理により、接続損失は減少し、最小領域では０．０５ｄＢにもなることがわかる。また、図５から、接続損失の初期値がいずれの値であっても、熱処理により接続損失は減少することがわかる。
【００４２】
なお、加熱処理前の接続損失は平均して２．０５ｄＢであり、加熱処理条件は１５５０ｎｍでの接続損失が０．０７ｄＢ以下となったところ（図４の最小領域内）で、前記バーナーを前記接続サンプルから遠ざけて徐冷し始め、その遠ざける速度を調整することにより、１００℃／ｓｅｃ以下の遅い徐冷速度、この場合、１０℃／ｓｅｃで徐冷した。尚、バーナーのガス流量を変化させて徐冷し始め、そのガス流量の変化量を変えて徐冷速度を制御するようにしてもよい。その結果、最終的に接続損失は平均で０．０５ｄＢであった。
【００４３】
加熱処理前の軸ずれ量ｄを上記式（１）、式（２）により計算すると、ｄ＝３．３７μｍ（実測値は３μｍ）であった。
【００４４】
また、分散補償ファイバ３と分散補償ファイバ４の接続サンプルについても、加熱処理中の接続損失を測定した。その結果を図６に示す。図６から、初期接続損失（平均値）は６．９６ｄＢと高く、バラツキも３．０３ｄＢと大きい。しかし、加熱により平均で０．０５ｄＢまで接続損失を低減することができ、バラツキも０．００ｄＢと小さくできることがわかる。
【００４５】
更に、分散補償ファイバ３と分散補償ファイバ４の接続サンプルについて、分散補償ファイバ１と分散補償ファイバ２の接続サンプルの場合と同様に、軸ずれ量ｄを計算したところ、加熱処理前でｄ＝６．２０μｍであった。
【００４６】
図７に、種々の軸ずれ量ｄにおけるＭＦＤと理論接続損失の関係を示す。また、図８は、図７の縦軸レンジを拡大して示すグラフである。図７から、光ファイバ１と光ファイバ２について上述の計算で得た軸ずれ量ｄ＝３．３７μｍが変らなければ、加熱によってＭＦＤが１０．５１μｍまで広がったとしても、０．４９ｄＢの接続損失しか得られない。
【００４７】
しかし、接続損失が０．０５ｄＢで、ＭＦＤが１０．５１μｍならば、式（１）、式（２）より軸ずれ量はｄ＝０．９７μｍとなるはずであり、加熱処理前の軸ずれ量ｄ＝３．３７μｍの半分以下に減少する。
【００４８】
光ファイバ３と光ファイバ４ではさらに顕著であり、加熱処理により、軸ずれ量は６．２０μｍから０．９７μｍまで大幅に減少できることになる。
【００４９】
このように、本実施形態から、同種光ファイバの接続部の加熱処理により、ＭＦＤが拡大し、軸ずれ量が減少し、その結果、接続損失を大幅に減少し得ることが明らかである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同種光ファイバを、バラツキなく、低損失で、しかも高い強度で接続することが可能であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＯＴＤＲを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図２】パワーメータを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図３】パワーメータを用いた、接続部の加熱処理中の損失測定系の一例を示す図。
【図４】分散補償ファイバ１および２の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値および理論値と、ＭＦＤの実測値とを示す特性図。
【図５】分散補償ファイバ１および２の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値を示す特性図。
【図６】分散補償ファイバ１および２の接続部を加熱処理したときの接続損失の実測値を示す特性図。
【図７】理論接続損失のＭＦＤ依存性を示す特性図。
【図８】理論接続損失のＭＦＤ依存性を拡大して示す特性図。
【図９】従来技術による高強度接続プロセスのフローを示す図。
【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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