(57)【要約】【課題】環境温度の変動の影響を受けにくい光ファイバカプラ製造装置を提供する。【解決手段】レーザ光源がレーザビームを出射する。延伸ステージが、少なくとも２本の光ファイバを、その側面同士が接触するように保持し、接触した部分を延伸させる。レーザ光源から出射されたレーザビームが、延伸ステージに保持された光ファイバの相互に接触する部分に入射する。延伸ステージに保持された光ファイバの、レーザビームに照射される部分の温度が非接触型温度計で測定される。【選択図】  図１
2005010289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
少なくとも２本の光ファイバを、その側面同士が接触するように保持し、接触した部分を延伸させることができる延伸ステージと、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記延伸ステージに保持された光ファイバの相互に接触する部分に入射させる伝搬光学系と、
前記延伸ステージに保持された光ファイバの、レーザビームに照射される部分の温度を測定する非接触型温度計と
を有する光ファイバカプラ製造装置。
【請求項２】
前記伝搬光学系が、前記延伸ステージに保持された光ファイバの配置された位置におけるレーザビームのパワー密度を調節することができ、
さらに、前記非接触型温度計により測定された光ファイバの温度に基づいて、前記レーザビームのパワー密度を調節するように、前記伝搬光学系を制御する制御装置を含む請求項１に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項３】
前記制御装置は、目標温度の時間変化情報を記憶する目標温度記憶手段を含み、前記非接触型温度計で測定された光ファイバの温度が、前記目標温度記憶手段に記憶されている温度の時間変化情報で規定される温度に追随するように、前記伝搬光学系を制御する請求項２に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記非接触型温度計で測定された光ファイバの温度の時間変化情報を記憶する測定温度記憶手段を含み、該測定温度記憶手段に記憶されている温度の時間変化情報を、前記目標温度記憶手段に記憶させることができる請求項３に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項５】
さらに、前記非接触型温度計で測定された光ファイバの温度が、予め記憶されている延伸開始温度に到達したら、前記延伸ステージが光ファイバの延伸を開始するように該延伸ステージを制御する制御装置を含む請求項１に記載の光ファイバカプラ製造装置。
【請求項６】
（ａ）少なくとも２本の光ファイバを、両者の側面同士が接触するように保持する工程と、
（ｂ）保持された光ファイバの相互に接触した部分にレーザビームを照射して加熱しながら、加熱された部分を融着させ、延伸させる工程と
を含み、
前記工程（ｂ）において、前記光ファイバの加熱された部分の温度を測定しながら、測定された温度が予め規定されている温度の時間変化に追随するように、前記光ファイバの配置された位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させる光ファイバカプラ製造方法。
【請求項７】
少なくとも２本の光ファイバを、両者の側面同士が接触するように保持する工程と、
保持された光ファイバの相互に接触した部分にレーザビームを照射して加熱し、両者を融着させる工程と、
前記光ファイバの加熱された部分の温度が、予め決められている延伸開始温度に到達したら、光ファイバの融着した部分の延伸を開始する工程と
を有する光ファイバカプラ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバカプラ製造装置及び製造方法に関し、特に少なくとも２本の光ファイバを、その側面同士を接触させて融着させ、融着部分を延伸させる光ファイバカプラ製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバカプラは、少なくとも２本の光ファイバを、相互に接触するように並べ、両者の溶融、融着、及び延伸を行うことにより作製される。光ファイバを加熱する方法として、従来、プロパンガスや水素ガスを燃焼させて加熱する方法、及びセラミックヒータを用いて加熱する方法が知られている。近年、炭酸ガスレーザを照射することにより、光ファイバを加熱する方法が注目されている。
【０００３】
特許文献１に、２本の光ファイバに炭酸ガスレーザを照射して融着させることにより、光ファイバカプラを製造する方法が開示されている。作製時にレーザパワーを上昇させつつ、溶融範囲を短くして延伸を行うことにより、光ファイバカプラの長さを短くすることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４６４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックヒータを用いて光ファイバを加熱する場合、例えばヒータの温度が１４９９〜１５００℃の範囲になるように、ヒータに流す電流が制御される。水素ガス等を燃焼させて光ファイバを加熱する場合にも、温度の揺らぎが同等になるように、ガスの流量やトーチと光ファイバとの間隔が制御される。炭酸ガスレーザを用いて加熱する場合には、レーザビームのパワー密度が制御される。また、時間の経過とともに目標温度を変化させる場合には、設定された目標温度になるように、電流、ガス流量等の時間変化が予めプログラムされる。
【０００６】
光ファイバカプラを製造する環境温度は、必ずしも一定ではない。このため、加熱される前の光ファイバの温度も一定ではない。従って、セラミックヒータに流す電流、ガス流量、レーザビームのパワー密度等を高精度に制御しても、光ファイバ自体の温度が目標温度になるとは限らない。
【０００７】
さらに、炭酸ガスレーザを用いて加熱する場合には、レーザ発振器の出力のゆらぎにより、光ファイバの温度にゆらぎが生じてしまう。
【０００８】
本発明の目的は、環境温度の変動の影響を受けにくい光ファイバカプラ製造装置及び製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、少なくとも２本の光ファイバを、その側面同士が接触するように保持し、接触した部分を延伸させることができる延伸ステージと、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記延伸ステージに保持された光ファイバの相互に接触する部分に入射させる伝搬光学系と、前記延伸ステージに保持された光ファイバの、レーザビームに照射される部分の温度を測定する非接触型温度計とを有する光ファイバカプラ製造装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によると、（ａ）少なくとも２本の光ファイバを、両者の側面同士が接触するように保持する工程と、（ｂ）保持された光ファイバの相互に接触した部分にレーザビームを照射して加熱しながら、加熱された部分を融着させ、延伸させる工程とを含み、前記工程（ｂ）において、前記光ファイバの加熱された部分の温度を測定しながら、測定された温度が予め規定されている温度の時間変化に追随するように、前記光ファイバの配置された位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させる光ファイバカプラ製造方法が提供される。
【００１１】
レーザビームが照射されている光ファイバの温度を測定することにより、環境温度の変動に起因する光ファイバ自体の温度変動を抑制し、製造時の温度条件のばらつきを少なくすることができる。
【００１２】
本発明のさらに他の観点によると、少なくとも２本の光ファイバを、両者の側面同士が接触するように保持する工程と、保持された光ファイバの相互に接触した部分にレーザビームを照射して加熱し、両者を融着させる工程と、前記光ファイバの加熱された部分の温度が、予め決められている延伸開始温度に到達したら、光ファイバの融着した部分の延伸を開始する工程とを有する光ファイバカプラ製造方法が提供される。
【００１３】
延伸開始時を光ファイバの温度で決定するため、製造時における温度条件の再現性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に、それぞれ実施例による光ファイバカプラ製造装置の概略正面図及び側面図を示す。図３に、光ファイバを保持する延伸ステージの平面図を示す。
【００１５】
図１及び図２に示すように、基台１の上に、延伸ステージ２が搭載されている。２本の光ファイバ２１及び２２が、延伸ステージ２に取り付けられたファイバクランプ３により保持されている。図３に示すように、光ファイバ２１及び２２の一部の被覆が取り除かれ、クラッドの側面同士が接触している。光ファイバ２１及び２２の相互に接触した部分は、中空に支持される。
【００１６】
基台１から上方にレンズ支柱４が延びる。レンズ支柱４に、その上方から下方に向かって、部分反射鏡５、凹シリンドリカルレンズ６、凸シリンドリカルレンズ７がこの順番に取り付けられている。部分反射鏡５及び凹シリンドリカルレンズ６は、レンズ支柱４に固定され、凸シリンドリカルレンズ７は昇降可能に保持されている。
【００１７】
レーザ光源１０がレーザビームを出射する。レーザ光源１０は、例えば炭酸ガスレーザ発振器である。レーザ光源１０から出射されたレーザビームが、部分反射鏡５に入射する。部分反射鏡５は、レーザビームの９５％を下方に反射し、５％を透過させる。下方に反射されたレーザビームは、凹シリンドリカルレンズ６、及び凸シリンドリカルレンズ７を透過して、光ファイバ２１及び２２の相互に接触している部分に入射する。
【００１８】
凹シリンドリカルレンズ６は、レーザビームを光ファイバ２１及び２２の長さ方向に発散させる。凸シリンドリカルレンズ７は、レーザビームを、光ファイバ２１及び２２の長さ方向と直交する方向に収束させる。これにより、光ファイバ２１及び２２が配置された位置におけるレーザビームの断面は、光ファイバ２１及び２２の長さ方向に長い楕円状または長円状になる。
【００１９】
部分反射鏡５を透過したレーザビームは、パワーメータ９に入射する。パワーメータ９は、入射したレーザビームのパワーを測定し、測定値を制御装置２０に入力する。
【００２０】
基台１に、非接触型温度計８が取り付けられている。非接触型温度計８は、例えば赤外線温度計であり、延伸ステージ２に保持された光ファイバ２１及び２２の加熱された部分の温度を測定する。非接触型温度計８で測定された光ファイバの温度が制御装置２０に入力される。
【００２１】
図２に示すように、レンズ支柱４にリニアガイドのレール１３が取り付けられ、可動部１２がレール１３に沿って昇降可能に保持されている。凸シリンドリカルレンズ７が、リニアガイドの可動部１２に固定されている。レンズ支柱４に、プーリ１４及び１５が取り付けられている。プーリ１４及び１５は、それぞれレール１３の上端及び下端の高さに相当する位置に取り付けられている。
【００２２】
レンズ支柱４にモータ１７が取り付けられている。モータ１７の回転軸に取り付けられたプーリ１６、プーリ１４及び１５に、タイミングベルト１８が架けられている。タイミングベルト１８のうち、プーリ１４と１５との間の位置に、リニアガイドの可動部１２が把持金具により固定されている。モータ１７を動作させることにより、可動部１２及び凸シリンドリカルレンズ７を昇降させることができる。図１に示すように、モータ１７は、制御装置２０により制御される。
【００２３】
凸シリンドリカルレンズ７を昇降させると、光ファイバ２１及び２２の配置された位置におけるビーム断面の幅が変化する。例えば、図２に示したように、凸シリンドリカルレンズ７の焦点を通過した後、光ファイバ２１及び２２の長さ方向と直交する方向に発散する光線束が光ファイバ２１及び２２に入射する場合、凸シリンドリカルレンズ７を上昇させるとビーム断面の幅が広くなり、下降させるとビーム断面の幅が細くなる。ビーム断面の幅を変えることにより、光ファイバ２１及び２２の配置された位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させることができる。
【００２４】
制御装置２０は、目標温度メモリ２０Ａ、測定温度メモリ２０Ｂ、及びレーザ出力メモリ２０Ｃを含む。測定温度メモリ２０Ｂに、非接触温度計８で測定された光ファイバ２１及び２２の温度の時間変化情報が記憶される。目標温度メモリ２０Ａに、光ファイバ２１及び２２の加熱時における目標温度の時間変化情報が記憶される。レーザ出力メモリ２０Ｃに、レーザ光源１０から出射されるレーザビームの出力（パワー）の時間変化情報が記憶される。
【００２５】
延伸ステージ２、レーザ光源１０、及びモータ１７は、制御装置２０により制御される。
【００２６】
次に、実施例による光ファイバカプラの製造方法について説明する。まず、２本の光ファイバ２１及び２２の一部の被覆を取り除きクラッドを露出させる。露出したクラッドの側面同士が接触するように、光ファイバ２１及び２２をファイバクランプ３で固定し、延伸ステージ２に保持する。
【００２７】
光ファイバ２１及び２２の位置におけるビーム断面の幅が例えば０．６ｍｍになるように、凸シリンドリカルレンズ７の位置を調節しておく。レーザ光源１０を動作させ、光ファイバ２１及び２２にレーザビームを照射して溶融させる。光ファイバ２１及び２２が融着する。延伸ステージ２を制御し、両者の融着した部分を延伸させる。レーザ光源１０から出射されるレーザビームのパワーは、レーザ出力メモリ２０Ｃに記憶されているパワーの時間変化情報に基づいて、制御装置２０により制御される。
【００２８】
光ファイバ延伸中に、非接触型温度計８で測定された光ファイバ２１及び２２の温度が制御装置２０に入力される。入力された温度の測定値が、一定の時間隔毎に、測定温度メモリ２０Ｂに記憶される。これにより、測定温度メモリ２０Ｂに、測定された温度の時間変化情報が記憶されることになる。
【００２９】
制御装置２０は、測定された光ファイバ２１及び２２の温度と、目標温度メモリ２０Ａに記憶されている温度の現時点の目標温度とを比較する。この比較は、一定の周期で、例えば１０ｍｓごとに行われる。測定された温度が目標温度よりも高い場合には、図１及び図２に示した凸シリンドリカルレンズ７を上昇させて、光ファイバ２１及び２２の位置におけるレーザビームのパワー密度を減少させる。逆に、測定された温度が目標温度よりも低い場合には、凸シリンドリカルレンズ７を下降させて、光ファイバ２１及び２２の位置におけるレーザビームのパワー密度を増加させる。
【００３０】
これにより、光ファイバ２１及び２２の被加熱部分の温度が目標温度に近づく。なお、凸シリンドリカルレンズ７の移動速度及び移動量の好適値は、目標温度と測定温度との差、測定温度の絶対値、レーザ出力等に依存すると考えられる。この好適値は、種々の条件で評価実験を行うことにより決定することができる。
【００３１】
融着部分を延伸している期間は、一方の光ファイバ２１の入力端から観測用の光信号を入力し、光ファイバ２１及び２２の出力端から出力される光信号の強度を観測する。光信号の所望の分岐比が得られた時点で、延伸及びレーザビームの照射を停止する。融着部分を保護部材で覆い、光ファイバカプラが完成する。
【００３２】
上記実施例では、光ファイバの加熱中に、光ファイバの温度の測定値と、当該時刻における目標温度とを比較し、レーザビームのパワー密度を制御している。これにより、光ファイバの温度変化を、目標の温度変化に追随させることができる。
【００３３】
損失の少ない高品質の光ファイバカプラが得られたときに、測定温度メモリ２０ｂの内容を、目標温度メモリ２０ａに記憶させる。次の光ファイバカプラの製造時に、目標温度メモリ２０ａに記憶されている情報に基づいて凸シリンドリカルレンズ７の昇降制御が行われる。このため、光ファイバの被加熱部分の温度変化が、高品質の光ファイバカプラの製造時の温度変化に追随することになる。これにより、高品質の光ファイバカプラを再現性良く製造することが可能になる。
【００３４】
上記実施例では、非接触型の赤外線温度計を用いて光ファイバの温度を測定している。従来のトーチを用いて加熱する装置や、セラミックヒータを用いて加熱する装置の場合には、光ファイバの被加熱部の周囲に、光ファイバよりも温度の高い炎やヒータが存在する。これらの高温部分が、赤外線温度計の計測範囲に入ってしまい、光ファイバ自体の温度を測定することが困難である。上記実施例のようにレーザビームを用いて光ファイバを加熱する場合には、光ファイバの周囲に高温の部材が存在しない。このため、光ファイバ自体の温度を容易に測定することができる。光ファイバ自体の温度を測定することが可能であるため、環境温度が変動しても、加工時の光ファイバの温度は、その変動の影響を受けにくい。
【００３５】
次に、光ファイバの延伸開始時点の検出方法について説明する。光ファイバにレーザビームを照射して光ファイバが溶融を始めると、光ファイバに加わっている張力が減少する。本願発明者は、張力がほぼ０になった後に光ファイバの延伸を開始することにより、損失の少ない光ファイバカプラを作製することができることを見出した。ところが、張力がほぼ０になった後、最適な延伸開始時を判定するのは困難であり、この困難さが再現性低下の原因になっていた。
【００３６】
上記実施例による光ファイバカプラ製造装置を使用すれば、加熱中の光ファイバの温度を測定することができる。光ファイバの張力がほぼ０になった後、種々の温度で延伸を開始させて複数の光ファイバカプラを作製し、その損失を測定することにより、延伸開始の最適な温度条件を見出すことができる。光ファイバの温度が、延伸開始の最適な温度になった時点で、延伸を開始することにより、損失の少ない光ファイバカプラを再現性良く作製することが可能になる。
【００３７】
上記実施例では、図１及び図２に示した凸シリンドリカルレンズ７を昇降させることにより、光ファイバ２１及び２２の配置された位置におけるレーザビームのパワー密度を変化させたが、その他の方法でパワー密度を変化させてもよい。例えば、バリアブルアッテネータを用いてもよいし、レーザ光源１０の出力を変化させてもよい。
【００３８】
上記実施例では、２本の光ファイバを融着させて２分岐の光ファイバカプラを製造する場合を説明したが、３本以上の光ファイバを融着させて多分岐を光ファイバカプラを製造する場合にも、上記実施例による装置及び方法を適用することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加熱される光ファイバの温度を測定し、その温度に基づいてレーザビームのパワー密度を調節することにより、光ファイバの温度が、目標とする温度変化に追随するように光ファイバを加熱することができる。これにより、再現性良く低損失の光ファイバカプラを作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による光ファイバカプラ製造装置の正面図である。
【図２】実施例による光ファイバカプラ製造装置の側面図である。
【図３】実施例による光ファイバカプラ製造装置の延伸テージ部分の平面図である。
【符号の説明】
１  基台
２  延伸ステージ
３  ファイバクランプ
４  支柱
５  部分反射鏡
６  凹シリンドリカルレンズ
７  凸シリンドリカルレンズ
８  非接触型温度計
９  パワーメータ
１０  レーザ光源
１２  可動部
１３  レール
１４、１５  プーリ
１６  回転軸のプーリ
１７  モータ
１８  タイミングベルト
２０  制御装置
２１、２２  光ファイバ
【図１】
2005010289.tif 000003
【図２】
2005010289.tif 000004
【図３】
2005010289.tif 000005