(57)【要約】【課題】石英系ガラスファイバと、同ファイバよりもＭＦＤが１μｍ以上小さい酸化ビスマス系ガラスファイバとが融着接続され、接続損失が小さいガラスファイバを得る。【解決手段】ＭＦＤがｄＳである石英系ガラスファイバと、ＭＦＤが（ｄＳ−１μｍ）以下、ガラス転移点が３００〜４３０℃である酸化ビスマス系ガラスファイバを融着接続する方法であって、融着時に酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバに対して４μｍ以上押し込むガラスファイバ接続方法。前記石英系ガラスファイバと前記酸化ビスマス系ガラスファイバが前記ガラスファイバ接続方法によって融着接続され、波長１３００ｎｍにおける接続損失が８ｄＢ以下であるガラスファイバ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径がｄＳである石英系ガラスファイバと、同モードフィールド径が（ｄＳ−１μｍ）以下であってガラス転移点が３００〜４３０℃である酸化ビスマス系ガラスファイバを融着接続する方法であって、融着時に酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバに対して４μｍ以上押し込むことを特徴とするガラスファイバ接続方法。
【請求項２】
酸化ビスマス系ガラスファイバのモードフィールド径が３μｍ以下である請求項１に記載のガラスファイバ接続方法。
【請求項３】
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径がｄＳである石英系ガラスファイバと、同モードフィールド径が（ｄＳ−１μｍ）以下であってガラス転移点が３００〜４３０℃である酸化ビスマス系ガラスファイバが請求項１または２に記載のガラスファイバ接続方法によって融着接続されたガラスファイバであって、波長１３００ｎｍにおける接続損失が８ｄＢ以下であるガラスファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
石英系ガラスファイバと、同ファイバよりもモードフィールド径が１μｍ以上小さい酸化ビスマス系ガラスファイバとの融着接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非線形性の大きなガラスファイバとして酸化ビスマス系ガラスファイバが開発されている。
このような酸化ビスマス系ガラスファイバは通常石英系ガラスファイバと接続して使用されるが、そのような接続を行う方法として融着接続方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１８３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非線形性の大きな酸化ビスマス系ガラスファイバは石英系ガラスファイバよりも波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（以下、このモードフィールド径をＭＦＤという。）が典型的には１μｍ以上小さい。
このような酸化ビスマス系ガラスファイバと石英系ガラスファイバとを融着接続すると接続損失が大きいという問題があった。
本発明は前記問題を解決できるガラスファイバ接続方法および酸化ビスマス系ガラスファイバと石英系ガラスファイバが接続されたガラスファイバの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＭＦＤがｄＳである石英系ガラスファイバと、ＭＦＤが（ｄＳ−１μｍ）以下であってガラス転移点が３００〜４３０℃である酸化ビスマス系ガラスファイバを融着接続する方法であって、融着時に酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバに対して４μｍ以上押し込むことを特徴とするガラスファイバ接続方法を提供する。
また、ＭＦＤがｄＳである石英系ガラスファイバと、ＭＦＤが（ｄＳ−１μｍ）以下であってガラス転移点が３００〜４３０℃である酸化ビスマス系ガラスファイバが前記ガラスファイバ接続方法によって融着接続されたガラスファイバであって、波長１３００ｎｍにおける接続損失が８ｄＢ以下であるガラスファイバを提供する。
なお、本発明のガラスファイバにおいては通常、酸化ビスマス系ガラスファイバの両端が本発明のガラスファイバ接続方法によって石英系ガラスファイバと接続される。
【発明の効果】
【０００６】
非線形性の大きな酸化ビスマス系ガラスファイバと石英系ガラスファイバとが接続されたガラスファイバであって、接続損失の小さなガラスファイバが得られる。
また、このようなガラスファイバを組み込んだ非線形光学素子、たとえば波長変換素子、超連続白色光発生素子（超連続白色光による超広帯域光源）、光スイッチ素子等は通信用石英系ガラスファイバとの接続が容易であり、石英系ガラスファイバを使用する従来の光通信システムに広く使用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明における酸化ビスマス系ガラスファイバ（以下、単に酸化ビスマス系ガラスファイバということがある。）は典型的にはコア／クラッド構造を有するガラスファイバであるが、それに限られずたとえばホーリ−ファイバ、フォトニッククリスタルファイバ等の内部に空気層を有するものであってもよい。
酸化ビスマス系ガラスファイバとしては非線形ファイバが典型的であり、その３次非線形係数はたとえば１０〜５０００Ｗ−１ｋｍ−１である。
【０００８】
酸化ビスマス系ガラスファイバは典型的にはＢｉ２Ｏ３を２０〜８０モル％含有する。
酸化ビスマス系ガラスファイバが非線形ファイバである場合、モル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３  １２〜４５％、Ｇａ２Ｏ３  １〜２０％、Ｉｎ２Ｏ３  １〜２０％、ＺｎＯ  ０〜２０％、ＢａＯ  ０〜１５％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２  ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ  ０〜１５％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３  ０〜１０％、ＣｅＯ２  ０〜５％、から本質的になることが好ましい。当該好ましい酸化ビスマス系ガラスファイバは上記成分から本質的になるが、非線形ファイバを得るという目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよく、その場合当該その他の成分の含有量の合計は１０モル％以下であることが好ましい。なお、コア／クラッド構造を有するものにあっては上記記載はコアガラスに係るものであるが、通常はクラッドガラスに対しても該当する。
酸化ビスマス系ガラスファイバのガラス転移点Ｔｇは３００〜４３０℃であるが、典型的には３２０〜４００℃である。
【０００９】
酸化ビスマス系ガラスファイバのＭＦＤ（ｄＢ）は典型的には１〜３μｍであり、本発明における石英系ガラスファイバのＭＦＤ（ｄＳ）は典型的には３〜８μｍであって（ｄＳ−ｄＢ）は１μｍ以上である。典型的には、（ｄＳ−ｄＢ）は１．５μｍ以上であり、また３μｍ以下である。
【００１０】
酸化ビスマス系ガラスファイバおよび石英系ガラスファイバがコア／クラッド構造を有するものである場合、前者のコア径は１〜４μｍ、クラッド径は１２０〜１３０μｍ、後者のコア径は２〜１０μｍ、クラッド径は１２０〜１３０μｍ、後者コア径から前者コア径を減じた値Δは１μｍ以上、がそれぞれ典型的である。Δは１〜３μｍがより典型的である。
【００１１】
次に、本発明のガラスファイバ接続方法を説明する。
接続されるべき酸化ビスマス系ガラスファイバと石英系ガラスファイバの融着されるべき端面同士を突き合わせ、石英系ガラスファイバを加熱する。当該加熱は前記端面から典型的には１０〜３００μｍ離れた部分に対して行い、通常、相対する電極間に発生させた放電を用いて行われるが、レーザーによる加熱、水素バーナによる加熱、ヒータの抵抗による加熱等を用いてもよい。石英系ガラスファイバのみを加熱することをせず、たとえば突き合わされた端面を加熱すると、酸化ビスマス系ガラスファイバの端面において顕著な軟化流動または揮散が起り突き合わされた端面を融合できなくなるおそれがある。
【００１２】
前記端面は平らであることが好ましい。このようにすることにより、酸化ビスマス系ガラスファイバおよび石英系ガラスファイバの端面が全面にわたって互いに接触するようにできる。
前記端面と各ガラスファイバの軸のなす角度αは９０°であってもよいが、９０°未満であることが好ましい場合がある。たとえばαが９０°では、両端面が融着された面（接続面）で反射して帰還する光がレーザーの発振を不安定にする、スプリアスを増大するなどの不具合が生じるおそれがある。このような場合、αは７５〜８７°であることが好ましい。
【００１３】
端面を突き合わせる力を調整して、端面融合中に酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバ側に４μｍ以上押し込んで酸化ビスマス系ガラスファイバのＭＦＤを拡大させる。４μｍ未満では接続損失が大きくなるおそれがある。また、前記押し込む距離は典型的には７μｍ以下である。７μｍ超では融合端面の変形が顕著になり、端面融合が適切に行われなくなる、軸ずれが生じる、接続損失の増大を招く等のおそれがある。
【００１４】
前記加熱を放電によって行う場合、相対する放電電極の先端を結ぶ直線は通常石英系ガラスファイバの軸と直交するようにされる。
また、この酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバ側に押し込む際、２本のガラスファイバが接触して端面同士が突き合わされる前に前放電処理を行うことが好ましい。前放電処理を行わないと酸化ビスマス系ガラスファイバが軟化していない状態で押し込まれ、軸ずれが生じるおそれがある。
【００１５】
前放電処理とは２本のファイバを突き合わせて放電融着させる直前に行う放電であり、事前にファイバ両端を軟化させ突き合わせる際の衝撃による軸ずれを防ぐことを目的として行われるものである。前放電処理における放電回数ｎ０は通常１回で、適切な放電電流Ｉ０（たとえば１〜１００ｍＡ）と放電時間ｔ０（たとえば０．０１〜０．１秒）が選択される。
【実施例】
【００１６】
（例１）
ＭＦＤが２．０μｍ、コア径が１．７μｍ、クラッド径が１２５μｍ、開口数（ＮＡ）が０．６、コアの波長１５５０ｎｍにおける屈折率（ｎ）が２．２２であり、コアガラスがモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ６５．５％、Ｂ２Ｏ３  １４％、Ｇａ２Ｏ３  ９．５％、Ｉｎ２Ｏ３  ６％、ＺｎＯ  ３．５％、ＢａＯ  １．５％、からなるものであってそのＴｇが３６９℃であり、クラッドガラスが同表示で、Ｂｉ２Ｏ３  ５６％、Ｂ２Ｏ３  ２３％、Ｇａ２Ｏ３  １０％、Ｉｎ２Ｏ３  ２．５％、ＺｎＯ  ４％、ＢａＯ  ３．５％、Ｎａ２Ｏ  １％、からなり、３次非線形係数が１３３０Ｗ−１ｋｍ−１、前記αが９０°、長さが４０００ｍｍである酸化ビスマス系ガラスファイバを用意した。
また、ＭＦＤが６．６μｍ、コア径が４．２μｍ、クラッド径が１２５μｍ、ＮＡが０．２、コアのｎが１．４６、αが９０°、長さが１０００ｍｍである石英系ガラスファイバを用意した。
【００１７】
２本のガラスファイバを突き合わせる前に１μｍの間隔をあけてパワー調芯を行い、その後、ｎ０＝１回、Ｉ０＝１８ｍＡ、ｔ０＝０．０４秒の条件で前放電処理を行い、次に、２本のガラスファイバを突き合わせて放電電流＝１８ｍＡ、放電時間＝０．０１秒、放電回数＝３０回、放電休止時間＝０．０４秒の条件で放電を行った。その際、酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバに対して６μｍ押し込んだ。
放電電極としては先端円錐部分の底面部分直径が１ｍｍ、高さが１．２ｍｍであるタングステン電極を用い、相対する電極先端間の距離を１．０ｍｍとし、放電電極先端を結ぶ直線が石英系ガラスファイバの軸と直交しその交点から融合すべき端面までの距離を２６０μｍとした。
【００１８】
接続された面を目視観察したところ、顕著な軟化流動および揮散のいずれも認められず突き合わされた端面が良好に融合されていた。また、接続強度は十分大きく、手で引っ張ったぐらいでは両ファイバが離れることはなかった。
また、この２本のファイバが接続されたガラスファイバについて次のようにして接続損失を測定した。すなわち、石英系ガラスファイバのみで０ｄＢｍ入力となるよう入射パワーを調整した。次に、酸化ビスマス系ガラスファイバを２５ｃｍずつ切断してはパワーメーターで出力信号を読み取る方法（カットバック法）によって伝送損失を見積もり、酸化ビスマス系ガラスファイバの長さに対する出力パワーの関係から同ガラスファイバの長さ０ｍｍにおける伝送損失を読み取り、これを接続損失とした。その結果、波長１３００ｎｍの光に対する接続損失は７．４ｄＢであった。
【００１９】
（例２）
酸化ビスマス系ガラスファイバとしては例１と同じものを用意し、石英系ガラスファイバとしては、ＭＦＤが４．０μｍ、コア径が２．３μｍ、クラッド径が１２５μｍ、ＮＡが０．３５、コアのｎが１．４７、αが９０°、長さが１０００ｍｍであるものを用意した。
【００２０】
これら２本のガラスファイバを、Ｉ０を１５ｍＡ、ｔ０を０．０６秒、酸化ビスマス系ガラスファイバを石英系ガラスファイバに対して５μｍ押し込んだ点を除き例１と同様にして接続した。
得られたガラスファイバは例１と同様に良好に融着されており、またその接続強度は十分大きかった。また、その接続損失は１．７ｄＢであった。