(57)【要約】【課題】  部分的な加熱集中を避け、光ファイバの外径細りを防止するためのモードフィールド拡大装置及び方法を提供するものである。【解決手段】  マイクロバーナ１８ａと１８ｂとを、光ファイバ１２に対して対称の位置を保ったまま、光ファイバ１２と平行する方向に往復走査することにより被覆除去部１２ａを加熱する。往復走査の折り返し部２１で、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂの炎を一度光ファイバ１２から遠ざける。この遠ざける位置は、折り返し部２１から約１．０ｍｍ内側の場所とし、光ファイバ１２と直交する方向への移動する距離は約５．０ｍｍとしている。この動作は、Ｘステージ１４ａ、１４ｂを光ファイバ１２の固定軸方向に平行な方向に走査しながら、折り返し部２１の約１．０ｍｍ内側の場所で、Ｙステージ１５ａ、１５ｂを光ファイバ１２から遠ざける方向に走査することにより行われる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを間にして配設され、該光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を前記光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査する走査手段と、
前記加熱手段からの前記光ファイバへの熱の伝達を、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近以外の部分における熱の伝達に比べて、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で抑制する熱伝達抑制手段と、
を有することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項２】
光ファイバを間にして配設され、該光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を前記光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で、前記光ファイバから前記加熱手段を遠ざける走査手段と、
を有する光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項３】
前記熱伝達抑制手段は、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近、かつ、前記加熱手段と前記光ファイバとの間に設置された熱障壁であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項４】
前記熱伝達抑制手段は、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で、前記加熱手段の温度を下げる温度調節手段であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項５】
加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、
前記加熱手段からの前記光ファイバへの熱の伝達を、前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近以外の部分における熱の伝達に比べて、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で抑制することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項６】
加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、
前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段を前記光ファイバから遠ざけることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項７】
加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、
前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段と前記光ファイバとの間に熱障壁を挿入することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項８】
加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、
前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段の温度を下げることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光測定等に用いられる光ファイバを加熱することによってコアのドーパントを拡散させ、光ファイバのモードフィールド径を拡大させるための装置及び方法に関し、特に、加熱時の光ファイバの外径細りを防止するためのモードフィールド拡大装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの接続を容易にし、光ファイバの接続損失を低減する目的で、光ファイバのモードフィールド径を拡大させる方法が種々提案されている。一般的に、光ファイバを構成するコア及びクラッドにＧｅ、Ｆ等のドーパントを添加し、ドーパントを熱拡散させることによりコアの屈折率を高くしたり、クラッドの屈折率を低くしたりする方法がある。例えば、被覆を除去した光ファイバを固定し、光ファイバの両側に配置したマイクロバーナを光ファイバ固定軸と平行方向に走査させることにより光ファイバを加熱して、ドーパントを拡散させることにより、モードフィールド径を拡大させる方法が知られている（特許文献１）。この方法により、簡易に光ファイバのモードフィールド径を拡大させることが可能となる。尚、モードフィールド径とは、光強度（パワー密度）がコアの中心の最大値に対して１／ｅ２（ｅは自然対数の底）となるところの径のことである。
【０００３】
この従来技術では、被覆の一部を除去した光ファイバに対して、光ファイバの両側からマイクロバーナにより加熱する。このとき、マイクロバーナを光ファイバと平行方向に往復走査させることにより、一定の領域で光ファイバのモードフィールド径を拡大させることが可能となる。
【０００４】
具体的には、マイクロバーナ間の距離を５．３ｍｍ、光ファイバの加熱区間（モードフィールド径を拡大したい区間）の長さを６．０ｍｍ、マイクロバーナの移動速度を８ｍｍ／ｓ、光ファイバを往復する回数を２０回として連続的に加熱を行った後、マイクロバーナを一旦退避させた。この一連の動作を２０回繰り返した後の、光ファイバの外径を図４に示す。図４において、横軸は光ファイバの加熱区間の中心からの距離を表しており、縦軸は光ファイバの外径の大きさを表している。また、加熱区間の長さを６．０ｍｍとした場合、加熱中心からの距離が±３ｍｍの部分がマイクロバーナの折り返し部（モードフィールド径を拡大させる部分の端部）となる。この動作により加熱中心部付近（加熱中心からの距離が０［ｍｍ］付近）のモードフィールド径は約２倍に拡大されたが、加熱中心からの距離が約±２［ｍｍ］付近において、光ファイバの外径細りが発生した。加熱する前の光ファイバの外径は１２５μｍであったが、加熱後には約１１５μｍとなり、約１０μｍほど外径が細くなった。
【０００５】
【特許文献１】特許第２６９３６４９号公報（段落［００１４］―［００２６］、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コア内部のドーパントを拡散させるためには、光ファイバをある程度の時間、高温に保持する必要がある。そして、モードフィールド径拡大領域を制御するためには、従来技術のように、熱源を光ファイバ固定軸方向と平行する方向に連続的に往復走査して温度を保持する必要がある。しかしながら、折り返し部付近（モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近）でステージ（マイクロバーナに設けられ、マイクロバーナを走査する機構）が減速することにより、往復走査の折り返し部付近が必要以上に加熱されてしまうと、図４に示すように、折り返し部付近において光ファイバの外径が細くなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、光ファイバ加熱用熱源を走査して光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱するとき、モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で熱源から光ファイバへの熱の伝達を抑制することにより、部分的な加熱集中を避け、光ファイバの外径細りを防止するためのモードフィールド拡大装置及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、光ファイバを間にして配設され、該光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を前記光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査する走査手段と、前記加熱手段からの前記光ファイバへの熱の伝達を、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近以外の部分における熱の伝達に比べて、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で抑制する熱伝達抑制手段と、を有することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、光ファイバを間にして配設され、該光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を前記光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で、前記光ファイバから前記加熱手段を遠ざける走査手段と、を有する光ファイバのモードフィールド径拡大装置である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置であって、前記熱伝達抑制手段は、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近、かつ、前記加熱手段と前記光ファイバとの間に設置された熱障壁であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置であって、前記熱伝達抑制手段は、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で、前記加熱手段の温度を下げる温度調節手段であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、前記加熱手段からの前記光ファイバへの熱の伝達を、前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近以外の部分における熱の伝達に比べて、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で抑制することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段を前記光ファイバから遠ざけることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法である。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段と前記光ファイバとの間に熱障壁を挿入することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、加熱手段を光ファイバの軸方向と平行する方向あるいは軸方向と直交する方向に走査することにより、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分を加熱し、前記光ファイバのモードフィールド径を拡大させるモードフィールド径拡大方法であって、前記モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近で前記加熱手段の温度を下げることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光ファイバへの加熱が集中するモードフィールド径を拡大させる部分の端部付近に、熱の伝達を抑制する手段を設けることにより、必要以上に加熱されるのを防止し、光ファイバのモードフィールド径を拡大しつつ、光ファイバの外径の細りを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係るモードフィールド径拡大装置及びモードフィールド径拡大方法について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモードフィールド径拡大装置の概略構成を示す上面図である。図２は、モードフィールド径を拡大した後のコアの外径を示すグラフである。図３は、本発明の実施形態に係る別のモードフィールド径拡大装置の概略構成を示す上面図である。
【００１８】
（構成）
本発明の実施形態の係るモードフィールド径拡大装置の構成について図１を参照しつつ説明する。同図に示すように、基台（図示しない）の上には、モードフィールド径を拡大したい区間の被覆を除去した光ファイバ１２を固定する光ファイバ固定台１３ａ、１３ｂが同一軸上に設置されている。
【００１９】
一方、光ファイバ１２の被覆除去部１２ａのモードフィールド径を拡大したい部分には、同一寸法のマイクロバーナ１８ａ、１８ｂが光ファイバ１２の固定軸方向と直交する方向で、且つ光ファイバ１２を介して等距離間隔を有して対向するように配設されている。マイクロバーナ１８ａ、１８ｂが本発明の「加熱手段」に相当する。尚、マイクロバーナは等距離間隔に配設されていなくてもよい。各マイクロバーナに供給するガスの圧力や、各マイクロバーナの径の大きさが異なることにより、炎の大きさがそれぞれ異なる場合は、異なる距離間隔にそれぞれのマイクロバーナを配設する。更に、３つのマイクロバーナを使用し、それらを１２０°間隔で光ファイバ１２を中心に点対称に配置する等してもよい。
【００２０】
このマイクロバーナ１８ａ、１８ｂには、図示しないプロパンガスボンベ及び酸素ボンベからのガスが各々配管を介して供給されている。尚、これら２種類のガスの供給は各々ガス流量制御器が配管の中に設けられており、一定量のガスを常に安定して供給するようにしている。
【００２１】
また、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂには光ファイバ１２の固定軸方向に平行する方向（Ｘ方向）及び直交する方向（Ｙ方向）に走査するバーナ走査機構が設けられている。このバーナ走査機構は、Ｘステージ１４ａ、１４ｂとＹステージ１５ａ、１５ｂとからなり、光ファイバ１２に対して対称な位置を保ったまま、Ｘステージ１４ａ、１４ｂは光ファイバ１２の固定軸方向と平行する方向（Ｘ方向）に走査されるようになっていて、Ｙステージ１５ａ、１５ｂは光ファイバ１２の固定軸方向と直交する方向（Ｙ方向）に走査されるようになっている。尚、バーナ走査機構が本発明の「走査手段」に相当する。
【００２２】
（作用）
次に、本実施形態に係るモードフィールド径拡大装置の作用及びこの装置を用いた光ファイバのモードフィールド径拡大方法について説明する。本実施形態の装置を用いて光ファイバ１２のモードフィールド径を拡大するためには、まず、モードフィールド径の拡大したい区間の近傍の被覆を除去した光ファイバ１２の両端を固定台１３ａ、１３ｂに固定する。また、光ファイバ１２を真っ直ぐに伸ばす場合は、光ファイバ１２の一方の端に分銅等のおもりを接続し、鉛直方向へそのおもりを垂らすことにより、光ファイバ１２に張力を印加して光ファイバ１２を真っ直ぐに伸ばす。尚、本実施形態における光ファイバ１２には、シングルモードの石英系光ファイバを用いた。その後、被覆除去部１２ａをマイクロバーナ１８ａ、１８ｂで加熱し、光ファイバ１２中のＧｅやＦ等の添加物を熱拡散させてモードフィールド径を拡大する。このとき、マイクロバーナ１８ａと１８ｂとを、光ファイバ１２に対して対称の位置を保ったまま、光ファイバ１２と平行する方向（Ｘ方向）に往復走査することにより被覆除去部１２ａを加熱する。尚、被覆除去部１２ａの一部が本発明の「光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分」に相当する。
【００２３】
具体的には、マイクロバーナ１８ａ及び１８ｂの間の距離を５．３ｍｍ、光ファイバ１２の加熱区間を６．０ｍｍ、マイクロバーナの移動速度を８ｍｍ／ｓ、往復回数を２０回として連続的に加熱を行った。また、マイクロバーナ１８ａと１８ｂの炎の大きさが等しくなるように、それぞれに供給されるガスの量を調整した。この条件は、従来技術の条件と同じ条件である。そして、往復走査の折り返し部２１（本発明の「光ファイバのモードフィールド径を拡大させる部分の端部」に相当する）での加熱集中を避けるため、往復の折り返し時にマイクロバーナ１８ａ、１８ｂの炎を一度光ファイバ１２から遠ざける。この遠ざける位置は、被覆除去部１２ａの両端の折り返し部２１から約１．０ｍｍ内側の場所とし、光ファイバ１２と直交する方向への移動する距離は約５．０ｍｍとしている。この動作は、Ｘステージ１４ａ、１４ｂを光ファイバ１２の固定軸方向に平行な方向（Ｘ方向）に走査しながら、折り返し部２１の約１．０ｍｍ内側の場所で、Ｙステージ１５ａ、１５ｂを光ファイバ１２から遠ざける方向に走査することにより行われる（図１における経路２０ａ、２０ｂに沿って走査する）。
【００２４】
このようにしてモードフィールド径を拡大した後の光ファイバの外径の大きさを図２に示す。光ファイバ１２の外径はほぼ一定となっており、従来技術と比較して、加熱中心からの距離が約２ｍｍでの外径細りが抑制されている。尚、加熱中心付近のモードフィールド径は約２倍に拡大されていた。また、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂの移動速度、往復回数等の条件を変化させることにより、更にモードフィールド径を拡大させることが可能である。
【００２５】
尚、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂを折り返し部２１から光ファイバ１２に対して垂直方向に遠ざける経路も考えられる。しかしながら、垂直方向に遠ざける場合、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂの走査が折り返し部２１で不連続となってしまい、その部分が加熱集中されてしまう。従って、垂直方向に遠ざけるよりも、本実施形態における経路２０ａ、２０ｂのように斜めに遠ざける方が、連続的に（滑らかに）マイクロバーナ１８ａ、１８ｂを走査することができるため、折り返し部２１での加熱集中をより抑制することが可能となる。
【００２６】
尚、本発明は上述の実施形態に限られない。ここで、他の実施形態に係るモードフィールド径拡大装置について図３を参照しつつ説明する。この実施形態に係るモードフィールド径拡大装置は、上述した実施形態のモードフィールド装置とほぼ同じ構成をなしているが、往復走査の折り返し部２１付近（モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近）においてマイクロバーナ１８ａ、１８ｂと光ファイバ１２との間にセラミック材料等からなる熱障壁３０が設けられている点が異なる。尚、本実施形態においてＹステージ１５ａ、１５ｂは特に必要とされないが、設けられていてもよい。そして、Ｘステージ１４ａ、１４ｂを光ファイバ１２の固定軸方向に平行な方向（Ｘ方向）に往復走査する（図３における矢印２２ａ、２２ｂに沿って走査する）ことで、被覆除去部１２ａを加熱し、光ファイバ１２のモードフィールド径を拡大する。Ｘステージ１４ａ、１４ｂの折り返し部２１付近には熱障壁３０が設置されているため、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂから光ファイバ１２への熱の伝達が抑制される。その結果、折り返し部２１付近が過度に加熱されることがなくなり、モードフィールド径を拡大させつつ、光ファイバ１２の外径細りを防止することができる。
【００２７】
更に、折り返し部２１付近でマイクロバーナ１８ａ、１８ｂの温度を低下させてもよい。例えば、Ｘステージ１４ａ、１４ｂを光ファイバ１２の固定軸方向に平行な方向（Ｘ方向）に往復走査させているとき、折り返し部２１付近（モードフィールド径を拡大させる部分の端部付近）でマイクロバーナ１８ａ、１８ｂに供給するガスの量を減少させることにより、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂの火力を弱くして温度を下げる。その結果、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂから光ファイバ１２への熱の伝達が抑制され、折り返し部２１付近が過度に加熱されることがなくなり、光ファイバ１２の外径細りを防止することができる。また、折り返し部２１付近に冷却風を送ることにより、折り返し部２１以外の部分と比較して、折り返し部２１の温度を下げてもよい。
【００２８】
また、バーナ走査機構によってマイクロバーナ１８ａ、１８ｂを略円状に走査して光ファイバ１２の被覆除去部１２ａを加熱してもよい。例えば、被覆除去部１２ａの中心部付近で被覆除去部１２ａに最も接近させ、被覆除去部１２ａの一方の端部付近で被覆除去部１２ａから徐々に遠ざけ、他方の端部付近で被覆除去部１２ａに徐々に近づけるように、マイクロバーナ１８ａ、１８ｂを走査することにより、被覆除去部１２ａを加熱してモードフィールド径を拡大することもできる。また、略円状ではなく略楕円状に走査してもよい。
【００２９】
尚、上述の実施形態では、マイクロバーナに供給するガスとしてプロパンガスを使用したが、本発明はそれに限られず、アセチレンガス等を使用してもよい。また、マイクロバーナを走査して加熱する方法やガスを用いて加熱する方法に限られず、有効に加熱できればよく、例えば、マイクロバーナの代わりにセラミックヒータ等を加熱手段として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るモードフィールド径拡大装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態のモードフィールド径拡大方法によりモードフィールド径を拡大した後の、光ファイバの外径を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る別のモードフィールド径拡大装置の概略図である。
【図４】従来技術のモードフィールド径拡大装置によりモードフィールド径を拡大した後の、光ファイバの外径を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１２  光ファイバ
１２ａ  被覆除去部
１３ａ、１３ｂ  光ファイバ固定台
１４ａ、１４ｂ  Ｘステージ
１５ａ、１５ｂ  Ｙステージ
１８ａ、１８ｂ  マイクロバーナ
３０  熱障壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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