(57)【要約】  【課題】光ファイバカプラに付与する張力が不適切であり挿入損失不良や断線する不具合がある。  【解決手段】被覆を除去した複数本の光ファイバ１０、２０の芯線部１、２を融着、延伸し、基板５上に少なくとも融着部３の両端を接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラであって、−４０から８５℃の温度範囲において、融着部３の内部応力を０〜０．４Ｎの範囲とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に少なくとも融着部の両端を接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラであって、−４０から８５℃の温度範囲における融着部の内部応力が０〜０．４Ｎの範囲であることを特徴とする光ファイバカプラ。
【請求項２】
被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に少なくとも融着部の両端を接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラの製造方法であって、各光ファイバを融着・延伸した後、加熱源を離間後、予め、使用する温度範囲において昇温時の接着剤の膨張により生じるたるみ力以上、かつ降温時の接着剤の収縮により生じる引張力との合計が０．４Ｎ以下となるような張力を付与し、基板上に接合することを特徴とする光ファイバカプラの製造方法。
【請求項３】
上記接着剤の膨張による変位量△Ｌ１（ｍｍ）を、
△ Ｌ１＝α×Ｌ１×△Ｋ
（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、
予め付与する張力Ｆ（Ｎ）の最小値F１を、
Ｆ１＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）
（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、
かつ上記接着剤の収縮による変位量△Ｌ２（ｍｍ）を、
△ Ｌ２＝α×Ｌ１×△Ｋ
（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、
接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）を、Ｆ２＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ２／Ｌ３）
（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ２：収縮による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、
付与する張力Ｆ（Ｎ）の最大値が収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）と合計して０．４Ｎ以下となるように、付与する張力Ｆ（N）、融着部両端の接合部の長さＬ１（ｍｍ）、融着部の断面積Ｓ（ｍｍ２）を制御することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバカプラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合する、または複数波長の光を合波あるいは分波させる融着延伸型光ファイバカプラおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より光通信システム、光伝送技術の進展に伴い、作製方法が容易であり、量産性の高い融着延伸型光ファイバカプラあるいは融着延伸型光合分波器等がさまざまな光通信システム、光計測システム等で利用されている。
【０００３】
光ファイバカプラとは単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合するものであり、また光合分波器とは複数波長の光を合波あるいは分波させるものであるが、以下本発明では両者を総称して光ファイバカプラという。
【０００４】
融着延伸型光ファイバカプラは、図１に示すような構造をなし、先ず、各光ファイバ１０、２０の端部の被覆を除去し、芯線部１、２をアルコール等で洗浄する。次に、芯線部１、２を整列し、その中央部を酸素−プロパン、もしくは水素等のバーナで加熱しながら、光ファイバ１０、２０を長手方向に左右に延伸し、芯線部１、２の中央部に融着部３を形成する。このように作製された光ファイバ１０、２０および融着部３からなるカプラ本体４を石英ガラス等の基板５に載置し、紫外線や可視光線等のエネルギー線にて硬化する接着剤を介して接合する。この接合箇所は、基板５の両端の接合部６が一般的であるが、さらに融着部３の両端の接合部６’で芯線部１、２と基板５を接合することも行われている。また、図示していないが、この基板５の上に基板５と同様な材質である石英ガラス等の基板で蓋をし、さらに金属、セラミック、ガラス等の筒状体で覆うことにより、光ファイバカプラの補強構造が完成する。
【０００５】
しかし、融着部３からバーナ等の加熱源を離間した後も、融着部３のたるみを防止するため、過度に延伸させる場合がある。そのため融着延伸後のカプラ本体４に加わる張力が強くなる。また、接着剤の塗布量が多い場合にもカプラ本体４に加わる張力が強くなり、使用環境下で断線したり、融着部３にマイクロクラックが発生し、挿入損失が増大する場合がある。
【０００６】
一方、断線等の対策としてカプラ本体４に加わる張力を極力少なくしようとして融着部３からバーナ等の加熱源を離間する瞬間、もしくはその前に延伸を停止させる場合がある。すると、張力が弱い状態であるため、融着延伸後のカプラ本体４に加わる張力が弱く、または接着剤の塗布量が少ない場合使用環境下で光ファイバカプラの張力が緩み、挿入損失等の光学特性が変化してしまう場合があった。
【０００７】
これらの問題を解決するために、光ファイバ１０、２０を加熱・融着・延伸後、重りを使って光ファイバ１０、２０を引張り、融着部３に張力を与えることで使用環境下で特性変動の無いカプラ本体４を提供することが開示されている。その引張り強度は重りの質量で規定されており、前者は４〜１４ｇ、後者では１５〜３０ｇであり、実質４〜３０ｇの引張りを付与することが提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００８】
さらに、融着延伸終了後に、延伸ステージの移動距離をモニターしながら光ファイバ１０、２０を引張り、融着部３に張力を与え、所定の長さ、例えば０．０２ｍｍ移動した位置で延伸工程を終了することにより、延伸ステージのモータの回転数をモニターすることから制御良く張力を与え、使用環境下で特性変動の無いカプラ本体４を提供することが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平２−１１５８０７号公報
【特許文献２】特開平８−１７９１５３号公報
【特許文献３】特開平１１−１１９０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２の提案では、重りの質量で光ファイバ１０、２０の張力を制御するため、重りを取り付ける新たな装置が必要となり、また重りにより急激な張力が光ファイバ１０、２０に掛かり、そのストレスにより光ファイバ１０、２０にマイクロクラックが生じ、経時変化により断線する等の問題がある。これを避けるためにはストッパーなど更に装置に工夫が必要となる。
【００１０】
さらに、特許文献３の提案では、融着延伸終了後に移動量を調整して引張りを付与しているため、その移動量によって光ファイバ１０、２０にどれくらいの力が付与されているのかが不明確であり、引張力が強すぎたり弱すぎたりする場合が生じるという問題がある。
【００１１】
また、これら特許文献１〜３では、接合に用いる接着剤の使用環境の温度変化による膨張や収縮、塗布量によるたるみ力や引張力が考慮されていないため、使用環境に温度変化が生じた場合、昇温時に接着剤の膨張にともなうたるみ力が予め付与した張力より大きくなり過ぎて融着部の内部応力が０Ｎ未満の−（マイナス）の値となり、光ファイバの分岐比や挿入損失値が変動してしまうという問題を有していた。また、降温時に接着剤の収縮にともなう引張力が大きくなり過ぎて、予め付与した張力と合計して融着部に作用する内部応力が０．４Ｎを超える大きなものとなり、断線が生じるという問題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光ファイバカプラは、被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に少なくとも融着部の両端を接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラであって、−４０から８５℃の温度範囲において、融着部の内部応力が、０〜０．４Ｎの範囲であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光ファイバカプラの製造方法は、被覆を除去した複数本の光ファイバの芯線部を融着、延伸し、基板上に少なくとも融着部の両端を接着剤を介して接合してなる光ファイバカプラの製造方法であって、各光ファイバを融着・延伸した後、加熱源を離間後、予め、使用する温度範囲において昇温時の接着剤の膨張により生じるたるみ力以上、かつ降温時の接着剤の収縮により生じる引張力との合計が０．４Ｎ以下となるような張力を付与し、基板上に接合することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の光ファイバカプラの製造方法は、上記接着剤の膨張による変位量△Ｌ１（ｍｍ）を、△Ｌ１＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、予め付与する張力Ｆ（Ｎ）の最小値F１を、Ｆ１＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、かつ上記接着剤の収縮による変位量△Ｌ２（ｍｍ）を、△Ｌ２＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）を、Ｆ２＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ２／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ２：収縮による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、付与する張力Ｆ（Ｎ）の最大値が収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）と合計して０．４Ｎ以下となるように、付与する張力Ｆ（N）、融着部両端の接合部の長さＬ１（ｍｍ）、融着部の断面積Ｓ（ｍｍ２）を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバカプラによれば、−４０から８５℃の温度範囲において、融着部の内部応力が、０Ｎ以上かつ０．４Ｎ以下としているため、高温環境下での使用温度範囲で接着剤の膨張により光ファイバカプラの融着部がたるむことがなく、かつ低温環境下での使用温度範囲で接着剤の収縮により光ファイバカプラの融着部に過度な内部応力が残留することがなく、分岐比変動や挿入損失変動を小さくするとともに、断線を有効に防止することができる。
【００１６】
また、本発明の光ファイバカプラの製造方法によれば、各光ファイバを融着・延伸した後、加熱源を離間後、予め、使用する温度範囲において昇温時の接着剤の膨張により生じるたるみ力以上、かつ降温時の接着剤の収縮により生じる引張力との合計が０．４Ｎ以下となるような張力を付与し、基板上に接合することにより、どのような温度範囲においても接着剤のたるみ力、引張力を考慮した張力が加えられているため、得られた光ファイバカプラの内部応力が安定し、分岐比変動や挿入損失変動を小さくするとともに、断線を有効に防止することができる。
【００１７】
さらに、本発明の光ファイバカプラの製造方法によれば、上記接着剤の膨張による変位量△Ｌ１（ｍｍ）を、△Ｌ１＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、予め付与する張力Ｆ（Ｎ）の最小値F１を、Ｆ１＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、かつ上記接着剤の収縮による変位量△Ｌ２（ｍｍ）を、△Ｌ２＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により、接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）を、Ｆ２＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ２／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ２：収縮による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部両端の接合部間の長さ（ｍｍ））により算出し、付与する張力Ｆ（Ｎ）の最大値が収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）と合計して０．４Ｎ以下となるように、付与する張力Ｆ（N）、融着部両端の接合部の長さＬ１（ｍｍ）、融着部の断面積Ｓ（ｍｍ２）を制御することにより、光ファイバカプラを常に正しい張力および接着剤塗布長を与えることができるため、種々の温度変化による接着剤の膨張によるたるみ力や、降温による接着剤の収縮による引張力が作用しても、融着部の内部応力を小さいものに制御して、分岐比変動や挿入損失変動を小さくするとともに、断線を有効に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】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本発明の光ファイバカプラは、図１に示すように、基板５上に被覆された光ファイバ１０、２０の被覆部を除去した芯線部１、２の一部に融着延伸してなる融着部３を形成し、石英ガラス等の基板５の凹溝５ａ上に接着剤を介して接合してなるものである。また、この接合箇所は、融着部３の両端の接合部６’、また基板５の両端の接合部６とする。
【００２０】
なお、本発明の光ファイバカプラとは、単一波長もしくは複数波長の光を分岐あるいは結合するものであり、また光合分波器とは複数波長の光を合波あるいは分波させるものであるが、ここでは両者を総称して光ファイバカプラという。
【００２１】
本発明の光ファイバカプラは、−４０から８５℃の温度範囲において、融着部３の内部応力が０〜０．４Ｎの範囲であることが重要である。
【００２２】
これにより、高温環境下での使用温度範囲で接着剤が膨張しても光ファイバカプラの融着部がたるむことがなく、かつ低温環境下での使用温度範囲で接着剤の収縮により光ファイバカプラの融着部が収縮しても、融着部３に過度な内部応力が残留することがなく、分岐比変動や挿入損失変動を小さくするとともに、断線を有効に防止することができる。
【００２３】
光ファイバカプラにおける融着部３は、詳細を後述するようにバーナ等によって加熱しながら融着延伸させるが、この延伸を停止すると同時にバーナを隔離させた場合、光ファイバカプラに付加される張力は０Ｎとなる。この状態で接着材を用いて接合すると、例えば８５℃の使用環境下では接合部６’の接着剤が膨張し、その影響によりカプラ本体４、特に融着部３にたるみ力が発生して、光ファイバカプラの分岐比や挿入損失が変動してしまう。
【００２４】
そこで、光ファイバカプラが高温環境下での使用温度範囲において、接着剤が膨張してたるみ力が生じても融着部３には予めそのたるみ力と同等以上の張力を付与して接合することで、融着部３の内部応力、即ち、予め付与した張力からたるみ力を引いた残留応力を
０Ｎ以上とすることで昇温時に光ファイバ１０、２０がたるむことなく分岐比変動や挿入損失変動を非常に小さいものにすることができる。
【００２５】
一方、低温環境下での使用温度範囲においては、接着剤が収縮して引張力が生じても、融着部３に予め付与される張力を調整することで、接着剤の収縮による引張力と合計した値である融着部３の内部応力を０．４Ｎ以下とすることで、光ファイバ１０、２０は断線することはなく、光ファイバカプラの分岐比変動や挿入損失変動を非常に小さいものにすることができる。
【００２６】
なお、融着部３の内部応力を０．４Ｎ以下としたのは、光ファイバカプラの使用温度として考えられる最低温度である−４０℃の環境下において低温放置試験を行った際に融着部３の内部応力が０．４Ｎ以下である場合は大きな特性変動が認められず、高信頼性を確保できることから判明した値である。さらには、上記内部応力が０．０５〜０．３５Ｎの範囲とすることがより好ましい。
【００２７】
このように、光ファイバカプラの融着部３の内部応力を光ファイバカプラが使用される環境の温度を考慮した−４０から８５℃の温度範囲において、−４０℃で接着剤の収縮が最大となり、８５℃で接着剤の膨張が最大になる場合において融着部３に付与される内部応力を制御することで、光ファイバカプラを高信頼性で安定した特性を維持することができる。
【００２８】
なお、融着部３の内部応力は、接合部６’間の融着部３の部分全体を有限要素法による線形応力解析を行うことにより容易に測定が可能である。また、上記接着剤の膨張によるたるみ力および収縮による引張力の測定方法は後述する。
【００２９】
ここで、本発明の光ファイバカプラの製造方法について図２に基づいて説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、例えば、先ず２本の光ファイバ１０、２０の被覆部を一部除去し、露出された芯線部１、２をアルコール等で洗浄する。
【００３１】
その後、図２（ｂ）に示すように、芯線部１、２を整列治具等で並行もしくはクロスさせることにより密着整列し、図２（ｃ）に示すように、酸素−プロパン、もしくは水素等のバーナにより加熱しながら、光ファイバ１０、２０を長手方向に左右に延伸しテーパ状の融着部３を形成する。
【００３２】
次いで、図２（ｄ）に示すように、バーナ隔離後、ステージを移動することにより融着部３に一定の張力を付加する。
【００３３】
このようにして得られたカプラ本体４を図１に示すように石英ガラス等の基板５に設けられた凹溝５ａ上に載置し、紫外線や可視光線等のエネルギー線にて硬化する接着剤を介して接合するものである。
【００３４】
ここで、上記図２（ｃ）、（ｄ）に示す工程において、融着・延伸のプロセスについて１５５０ｎｍのシングルモード光ファイバ１０、２０を用いた場合を例に詳細に説明する。
【００３５】
光ファイバ１０、２０の芯線部１、２を加熱する際、一方の光ファイバ１０に１５５０ｎｍのＬＤ光源からの光を例えば１００μＷ程度入射させる。この光パワーを初期値としてコンピューターに記憶する。ここで、光源から光を入射する光ファイバ１０を入力光ファイバ１０として、光ファイバカプラにおけるスルーポートとなる光ファイバを示す。
【００３６】
出力側の光ファイバ１０、２０にはパワーメータを接続して常時、出力される光パワーを検出しながら分岐が完了するまで損失の状態を把握する。
【００３７】
加熱には、酸素を１６×１０−６ｍ3／ｓｅｃ、プロパンを８×１０−６ｍ3／ｓｅｃの流量にてなる酸素−プロパンの混合ガスを、直径０．５ｍｍの吹き出し口から噴出するバーナを左右４ｍｍの範囲で光ファイバ１０、２０の長手方向に２．４ｍｍ／ｓｅｃのスピードで摺動させて４０秒間加熱した。
【００３８】
バーナと芯線部１、２との距離は光ファイバ１０、２０の上方からバーナの炎をあてた場合、炎の最先端が芯線部１、２の最下部から若干出る程度が好ましい。
【００３９】
そして、４０秒間の融着後、光ファイバ１０、２０を０．０８ｍｍ／ｓｅｃの速度で延伸を開始する。
【００４０】
以上の条件にて光ファイバ１０、２０の光パワーの分岐比が５０％となる時点、延伸長が１２．５ｍｍ程度となった時点で延伸を停止させた。
【００４１】
延伸を停止させると同時にバーナを離間した場合、カプラ本体４に付加される張力は０Ｎである。この状態で接着剤を介して接合すると、例えば８５℃の使用環境下では接着剤が膨張し、その影響によりカプラ本体４、特に融着部３は緩んでしまい、分岐比や挿入損失が変動してしまう。
【００４２】
ここで、本発明の光ファイバカプラの製造方法では、融着部３の内部応力が０〜０．４Ｎの範囲となるように、以下のような方法を用いることが重要である。
【００４３】
先ず、カプラ本体４にバーナ等の加熱源を離間した後、延伸ステージをさらに移動させ一定の張力を付与する。付与する張力は、予め、使用する温度範囲において最高温度までの昇温によって接着剤が膨張することによって生じるたるみ力以上、かつ最低温度までの降温によって接着剤が収縮することによって生じる引張力との合計が０．４Ｎ以下となるように制御する。
【００４４】
このように、基板上に接合する前に予め張力を付与することで、得られた光ファイバカプラの融着部における内部応力が０〜０．４Ｎの範囲とすることができるものである。
【００４５】
なお、使用された接着剤の種類、塗布量によって昇温時にはその膨張によるたるみ力を、降温時にはその収縮による引張力をそれぞれ考慮して調整する。
【００４６】
ここで、上記予め付与する張力は、以下の考え方に基づき決定することが好ましい。
【００４７】
先ず、使用環境が昇温する場合、昇温にともなう接着剤の膨張による変位量△Ｌ１は、△Ｌ１（ｍｍ）＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部３両端の接合部６’の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により算出できる。
【００４８】
例えば、図１において、温度が２０℃（常温）から８５℃に昇温した場合、接合部６’について説明すると、この接合に用いた接着剤の線膨張係数α＝２．５×１０−５／℃、接合部６’の長さＬ１＝４ｍｍ、温度変位△Ｋ＝６５℃（＝８５−２０℃）となり、膨張による変位量△Ｌ１は接着剤１箇所あたり６．５×１０−３ｍｍとなる。
【００４９】
これに基づいて、接着剤の膨張によるたるみ力Ｆ’（Ｎ）は、Ｆ’（Ｎ）＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）（Ｅ：光ファイバ１０、２０を成す石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部３の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：上述で算出する膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：勇着部３の両端の接合部６’間の長さ（ｍｍ））により算出できる。このような接着剤、接合量、接合箇所、温度条件の下では、融着部３がたるまないようにするため付与する張力Ｆ１を上記たるみ力Ｆ’（Ｎ）以上とすればよい。
【００５０】
したがって、予め付与する張力Ｆ（Ｎ）の最小値Ｆ１（Ｎ）は上記たるみ力Ｆ’（Ｎ）以上として算出できることから、付与する張力Ｆ（Ｎ）の最小値Ｆ１（Ｎ）は、上記たるみ力Ｆ’と同様にＦ１（Ｎ）＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）（Ｅ：光ファイバを成す石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部３の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：上述で算出する膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部３の両端の接合部６’間の長さ（ｍｍ）により算出できる。
【００５１】
例えば、石英ガラスのヤング率Ｅ＝７１６３８Ｎ／ｍｍ２、融着部３の断面積Ｓ＝１．２６×１０−３ｍｍ２（断面積の直径を約４０μｍと考えた場合）、△Ｌ１＝６．５×１０−３ｍｍ、融着部３の両端の接合部６’間の長さＬ３＝１２ｍｍとなり、付与する張力Ｆの最小値Ｆ１は０．０９８Ｎとなる。
【００５２】
よって、このような接着剤、接合量、接合箇所、温度条件の下では、融着部３がたるまないようにするため付与する張力Ｆ１を０．０９８Ｎ以上とすることで昇温時の接着剤の膨張によって生じるたるみ力の影響を受けることなく融着部３を固定し、光ファイバ１０、２０がたるむことなく分岐比変動や挿入損失変動を非常に小さいものにすることができる。
【００５３】
なお、上記接着剤の線膨張係数は、接着剤メーカの材料証明書のデータ等を用いるか、もしくはＪＩＳ規格  Ｋ  ７１９７に従って測定し、融着部３両端の接合部６’の長さおよび融着部３の両端の接合部６’間の長さはノギスによって測定し、光ファイバ１０、２０の芯線部１、２を構成する石英ガラスのヤング率は一般的な値である７１６３８Ｎ／ｍｍ２を用いる。また、融着部３の断面積は、融着部３の中央部の直径を投影機等にて測定する。なお、上記融着部３とは、２本の光ファイバ１０、２０が融着開始している基点から基点までをいう。ここでその２箇所の基点を探すのは光ファイバカプラを観察しても見つけるのは非常に困難であるが、融着開始基点は、融着延伸条件を一定に光ファイバカプラを作製できれば殆ど再現性があり、位置ずれはほとんど生じることはない。特に、延伸長に大きく影響されるため、延伸長が変化したとしてもその時点での融着開始基点を予め解体調査を行い、延伸長と融着開始基点の位置関係を把握しておくことで正しい境界点を常に把握することができる。
【００５４】
次に、使用環境が降温する場合について説明する。この場合も昇温時と同様な式を用いて各種値を算出する。降温での接着剤の収縮による変位量△Ｌ２（ｍｍ）を、△Ｌ２＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ、△Ｋ：温度変位）により、接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）を、Ｆ２＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ２／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率、Ｓ：融着部３の断面積、△Ｌ２：収縮による変位量、Ｌ３：融着部両端の接着部間の長さ）により算出し、付与する張力Ｆ（Ｎ）が、収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）と合計して０．４Ｎ以下となるように、それぞれ付与する張力Ｆ（N）、接着剤の塗布長さＬ１（ｍｍ）、融着部３の断面積Ｓ（ｍｍ２）を制御する。
【００５５】
例えば、温度が２０℃から−４０℃に降温した場合、接合部６’における接着剤は降温にともなって収縮する。接合に用いた接着剤の線膨張係数α＝２．５×１０−５／℃、接合部６’の長さＬ１＝４ｍｍ、温度変位△Ｋ＝６０℃（２０−（−４０）℃）となり、接着剤の収縮による変位量△Ｌ２は接着剤１箇所あたり６×１０−３ｍｍとなる。
【００５６】
次いで、接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）は、石英ガラスのヤング率Ｅ＝７１６３８Ｎ／ｍｍ２、融着部３の断面積Ｓ＝１．２６×１０−３ｍｍ２（断面積の直径を約４０μｍと考えた場合）、△Ｌ２＝６×１０−３ｍｍ、融着部３の両端の接合部６’間の長さＬ３＝１２ｍｍとすると、接着剤の収縮による引張力Ｆ２は０．０９Ｎとなる。
【００５７】
したがって、予め付与した張力Ｆを０．１Ｎとした場合、−４０℃ではさらに０．０９Ｎの引張力Ｆ２が付与されるため、全体の張力は０．１９Ｎとなる。ここで果たして−４０℃にてどのくらいまでの張力が許容されるか確認試験を行った場合、−４０℃の低温放置試験により確認したところによると、０．４Ｎが最大許容張力であり、０．４Ｎを越える場合挿入損失変動や断線等が確認できた。
【００５８】
そこで、付与する張力Ｆ（Ｎ）の最大値が収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）と合計して０．４Ｎ以下となるように、予め付与する張力Ｆ（Ｎ）、接着剤の塗布長さＬ１（ｍｍ）、融着部３の断面積Ｓ（ｍｍ２）を制御することで、上記の温度条件、接着条件下では、付与する張力Ｆは０．３１Ｎ以下とすればよい。
【００５９】
したがって、−４０から８５℃で使用される光ファイバカプラにおいては、上述の接着剤の昇温時、降温時の膨張、収縮を考慮して光ファイバ１０、２０の内部応力を適正なものにするには、予め付与する張力Ｆを０．０９８〜０．３１Ｎと設定すれば得られた光ファイバカプラの融着部３における内部応力を０〜０．４Ｎとすることができ、信頼性の高い光ファイバカプラを得ることができるものである。
【００６０】
また、このように付与する張力Ｆを調整するには、融着延伸装置の移動ステージにロードセルを付けることにより容易に制御できる。このロードセルとは、歪みゲージを使用して加重がかかったときの歪みの変化を電気抵抗の変化として測定するものであり、そのときの電気抵抗変化を荷重の大きさに変換してどの程度引張り荷重がかかるか測定するものである。この値を見ながらバーナ離間後のステージの移動量を調整して張力Ｆを制御する。
【００６１】
なお、融着部３の内部応力は、接合部６’間の融着部３の部分全体を有限要素法による線形応力解析を行うことにより容易に測定が可能である。
【００６２】
また、本発明の光ファイバカプラの製造方法は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【実施例】
【００６３】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００６４】
図１に示すような光ファイバカプラ試料を１５５０ｎｍ用シングルモードファイバ２本を用いて、分岐比が５０±３％、過剰損失が０．１ｄＢ以下を目標値として作製した。
【００６５】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すような製法によって、先ず、酸素を１６×１０−６ｍ3／ｓｅｃ、プロパンを８×１０−６ｍ3／ｓｅｃの火炎ガス条件で融着部３を形成した。
【００６６】
直径０．５ｍｍの吹き出し口から噴出するバーナを左右４ｍｍの範囲で光ファイバ１０、２０の長手方向に２．４ｍｍ／ｓｅｃのスピードで摺動させて４０秒間加熱した。バーナと芯線部１、２との距離は光ファイバ１０、２０の上方からバーナの炎をあて、初期ガス流量で炎の最先端が芯線部１、２の最下部から１．５ｍｍ出るよう設定した。
【００６７】
そして、４０秒間の融着後、光ファイバ１０、２０を０．０８５ｍｍ／ｓｅｃの速度で延伸を開始した。
【００６８】
以上の条件にて光ファイバ１０、２０の光パワーの分岐比が約５０％となる時点で延伸を停止させた。
【００６９】
ここで、光ファイバカプラに張力をそれぞれ０．１Ｎ、０．２Ｎ、０．３Ｎ、０．４Ｎ、０．５Ｎ、０．６Ｎ、０．７Ｎ付与した試料を各１０個ずつ作製した。
【００７０】
接着剤は、線膨張係数がα＝２．５×１０−５／℃、融着部３の両端の接合部６’の長さＬ１＝４ｍｍ、融着部３の両端の接合部６’間の長さＬ３＝１２ｍｍとした。
【００７１】
また、融着延伸を同条件で行った試料を作製し、融着部３の中心部分の直径を測定したところ約４０μｍであった。
【００７２】
ここで、昇温にともなう接着剤の膨張による変位量△Ｌ１は、△Ｌ１（ｍｍ）＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数（／℃）、Ｌ１：融着部３両端の接合部６’の長さ（ｍｍ）、△Ｋ：温度変位（℃））により予め算出できる。
【００７３】
従って、温度を２０℃から８５℃に昇温した場合、接合部６’に用いた接着剤の線膨張係数α＝２．５×１０−５／℃、接合部６’の長さＬ１＝４ｍｍ、温度変位△Ｋ＝６５℃（８５−２０℃）となり、膨張による変位量△Ｌ１は接着剤１箇所あたり６．５×１０−３ｍｍとなり、これによる接着剤のたるみ力Ｆ’＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ１／Ｌ３）（Ｅ：光ファイバを成す石英ガラスのヤング率（Ｎ／ｍｍ２）、Ｓ：融着部３の断面積（ｍｍ２）、△Ｌ１：上述で算出する膨張による変位量（ｍｍ）、Ｌ３：融着部３の両端の接合部６’間の長さ（ｍｍ）により算出されるため、石英ガラスのヤング率Ｅ＝７１６３８Ｎ／ｍｍ２、融着部３の断面積Ｓ＝１．２６×１０−３ｍｍ２（断面積の直径を約４０μｍと考えた場合）、△Ｌ１＝６．５×１０−３ｍｍ、融着部３の両端の接合部６’間の長さＬ３＝１２ｍｍとなり、たるみ力Ｆ’は０．０９８Ｎとなる。
【００７４】
そのため、８５℃における融着部３にかかる内部応力は、「予め付与する張力−０．０９８Ｎ」として算出できる。
【００７５】
さらに、降温での接着剤の収縮による変位量△Ｌ２（ｍｍ）を、△Ｌ２＝α×Ｌ１×△Ｋ（α：接着剤の線膨張係数、Ｌ１：融着部両端の接合部の長さ、△Ｋ：温度変位）により、接着剤の収縮による引張力Ｆ２（Ｎ）を、Ｆ２＝Ｅ×Ｓ×（２△Ｌ２／Ｌ３）（Ｅ：石英ガラスのヤング率、Ｓ：融着部の断面積、△Ｌ２：収縮による変位量、Ｌ３：融着部両端の接着部間の長さ）により算出する。
【００７６】
したがって、温度が２０℃から−４０℃に降温した場合、接着剤の線膨張係数α＝２．５×１０−５／℃、接合部６’の長さＬ１＝４ｍｍ、温度変位△Ｋ＝６０℃（２０−（−４０）℃）となり、接着剤の収縮による変位量△Ｌ２は接着剤１箇所あたり６×１０−３ｍｍとなり、この接着剤の収縮による引張力Ｆ２は、石英ガラスのヤング率Ｅ＝７１６３８Ｎ／ｍｍ２、融着部３の断面積Ｓ＝１．２６×１０−３ｍｍ２、△Ｌ２＝６×１０−３ｍｍ、融着部３の両端の接合部６’間の長さＬ３＝１２ｍｍとすると、接着剤の収縮による引張力Ｆ２は０．０９Ｎとなる。
【００７７】
そのため、−４０℃での融着部３にかかる内部応力は「予め付与する張力＋０．０９Ｎ」として算出できる。
【００７８】
これら試料を上述の計算に基づいて、それぞれ８５℃の高温放置試験２０００時間で挿入損失変動値を確認した。さらに−４０℃の低温放置試験２０００時間で挿入損失変動値を確認した。
【００７９】
以上それぞれの時間後の挿入損失値を測定比較した。
【００８０】
ここで挿入損失の測定は以下の様に行った。
【００８１】
入力側光ファイバ１０にＬＤ光源を接続し、１００μＷ程度の光を入力した。出力側光ファイバ１０，２０をパワーメータに接続し、出力側光ファイバ１０，２０の光パワーを測定した。
【００８２】
挿入損失は、延伸開始前の入力側光ファイバ１０の光パワーをＰ０、出力側光ファイバ１０の光パワーをＰ１、出力側光ファイバ２０の光パワーをＰ２とすると、計算式：挿入損失１０側（ｄＢ）＝−１０Ｌｏｇ１０Ｐ１／Ｐ０、挿入損失２０側（ｄＢ）＝−１０Ｌｏｇ１０Ｐ２／Ｐ０で計算した。
【００８３】
判定基準は挿入損失変動値が０．３ｄＢを合否の境界とした。
【００８４】
その結果は表１に示す通りであった。
【表１】
2005338410.tif 000003
【００８５】
表１の結果より、８５℃の高温放置試験において内部応力が０．４０２Ｎ、０．５０２Ｎ、０．６０２Ｎのサンプルにおいて挿入損失変動が規格外が発生した。
【００８６】
−４０℃の低温放置試験においては内部応力が０．４９Ｎ、０．５９Ｎ、０．６９Ｎ、０．７９Ｎのサンプルにおいて挿入損失の規格外や断線が発生した。
【００８７】
これに対し、−４０から８５℃の温度範囲において、融着部の内部応力が０〜０．４Ｎの範囲である表１における「本発明範囲内」のサンプルは挿入損失変動が規格内であり、高信頼性を達成できた。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】光ファイバカプラの構造を示す平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光ファイバカプラの製造方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１、２：芯線部
３：融着部
４：カプラ本体
５：基板
５ａ：凹溝
６、６’：接合部
１０、２０：光ファイバ
【図１】
2005338410.tif 000004
【図２】
2005338410.tif 000005