(57)【要約】【課題】  光ファイバ同士の融着接続、あるいは光ファイバと光導波路との融着接続において、接続部の圧縮量の設定の簡易化を図り、装置の小型化と作業の簡略化を実現する。【解決手段】  光ファイバ同士、あるいは光ファイバと光導波路とを突き合せて、一方の光ファイバを調心部の外側で座屈させた状態で保持し、光ファイバ突き合せ部を融着する。光ファイバのたわみ長さを決めることによって、押圧力を調整することが可能で、融着の方法（放電やレーザ溶融など）に応じて最適な押圧力が得られるとともに、精密なステージ機構や制御機構が不要なため、装置が簡易で小型になる。【選択図】  図１
2007072009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを調心し、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを突き合わせる工程と、
光ファイバを調心部分の外側で座屈させた状態で保持する工程と、
前記突き合わせ部分を加熱により融着する工程と
を有することを特徴とする融着接続方法。
【請求項２】
前記融着する工程が前記突き合わせ部分を放電による加熱により融着する工程であることを特徴とする請求項１に記載の融着接続方法。
【請求項３】
前記融着する工程が前記突き合わせ部分をレーザによる加熱により融着する工程であることを特徴とする請求項１に記載の融着接続方法。
【請求項４】
光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを調心とを調心し、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを突き合わせる調心部材と、
光ファイバを調心部材の外側で座屈させた状態で保持する保持部材と、
前記突き合わせ部分を加熱により融着する加熱手段と
を具備したことを特徴とする融着接続装置。
【請求項５】
前記加熱手段が前記突き合わせ部分を放電による加熱により融着する放電加熱装置であることを特徴とする請求項４に記載の融着接続装置。
【請求項６】
前記加熱手段が前記突き合わせ部分をレーザによる加熱により融着するレーザ加熱装置であることを特徴とする請求項４に記載の融着接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ同士の融着接続、あるいは光導波路と光ファイバの融着接続の方法および装置に関する。なお、本発明はガラス系の光ファイバおよび光導波路を前提とする。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ同士の融着接続、あるいは、光導波路と光ファイバの融着接続において、接続特性の良否は、接続する光軸の調心に加え、接続部の圧縮量に左右される。その接続部において、圧縮量が少ない状態で融着すると、光ファイバの外径が細くなり、圧縮量が多すぎると、光ファイバの外径が太くなる。いずれの場合も、光学的接続損失が増大するため、１０μｍ程度の微小な圧縮量を融着する瞬間に、タイミングよく圧縮量を制御する必要がある。従来の融着接続装置では精密なステージ機構により圧縮量を制御しており、そのため大きな装置となっている。また、光ファイバの長さに余裕がある場合には、融着接続装置まで光ファイバを引き回して接続することが可能であるが、光ファイバの長さに余裕がない場合、あるいは、光ファイバを可能な限り短い長さで接続する必要がある場合に、たとえば、光ボード上などの狭い空間で、複数の光モジュールのピグテイル（pigtail）光ファイバの接続作業は不可能であった。
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１７４７４０号明細書
【非特許文献１】奥村敦史著「材料力学」（増補版）標準機械工学講座６コロナ社P.104-107, P.300-301
【非特許文献２】M. Kobayashi et al.,“Injection-molded single-mode multiple optical fiber connector using buckling force of bare fiber", IEEE. J. Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.5, No.5, pp.1271-1277, 1999.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するために、光ファイバの融着接続において接続部の圧縮量の設定の簡易化を図り、装置の小型化と作業の簡略化を実現した融着接続方法および融着接続装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の融着接続方法は、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを調心し、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを突き合わせる工程と、光ファイバを調心部分の外側で座屈させた状態で保持する工程と、突き合わせ部分を放電、あるいは、レーザによる加熱により融着する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の融着接続装置は、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを調心とを調心し、光ファイバ同士、あるいは、光導波路と光ファイバとを突き合わせる調心部材と、光ファイバを調心部材の外側で座屈させた状態で保持する保持部材と、突き合わせ部分を放電、あるいは、レーザによる加熱により融着する放電加熱手段、あるいは、レーザ加熱手段を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成により、本発明によれば、光ファイバ同士、あるいは光ファイバと光導波路とを突き合せて、一方の光ファイバを調心部の外側で座屈させた状態で保持し、光ファイバ突き合せ部を融着するので、光ファイバのたわみ長さを決めることによって、押圧力を調整することが可能で、融着の方法（放電やレーザ溶融など）に応じて最適な押圧力が得られるとともに、精密なステージ機構や制御機構が不要なため、装置が簡易で小型になる。
【０００８】
さらに詳述すれば、本発明では、光ファイバ接続部周辺は調心部材と座屈を保持する部材のみで済み、光ファイバ自身の座屈を利用することにより、融着接続に必要な圧縮量を簡易に設定することが可能となる。この結果、本発明によれば、容易に装置が小型となり、光ボード上などの狭い空間で、光ファイバの余長を短くしての接続作業が実現できる。ここで、座屈とは、光ファイバのような梁が限界を超えた軸方向の荷重によって横方向にたわむ現象を言い、塑性変形しなければバネの効果がある。接続部の押圧力は光ファイバをたわませる長さによって決まり、また、接続部の圧縮量は横方向のたわみ量で決まる。しかも、微小な圧縮量に対して大きなたわみ量となるので、逆に、たわみ量を粗く調整するだけで微小な圧縮量を制御できる。本発明では、調心部材を用いるため光ファイバをあらかじめ座屈させておいても光軸ずれはしないので、従来の融着接続装置のようにタイミングを計って圧縮する必要がない。放電強度、あるいは、レーザ強度、加熱時間によって光ファイバの溶融程度が決まり、これに最適な押圧力が決まるが、これも光ファイバのたわみ長さを決めることで容易に設定可能である。したがって、本発明によれば、精密なステージ機構、制御機構が不要であって、光ファイバ接続部周辺は調心部材と座屈を保持する保持部材のみで済み、簡易で小型な装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
（第１の実施形態）
本発明の一実施形態による光ファイバ融着接続装置の構成を図１の縦断面図で示す。光ファイバ１０を調心し保持するための接続治具１１の各支柱１３，１４，１５に、同軸上に並べたマイクロホール１２がほぼ水平に貫通する。マイクロホール１２は、接続するために被覆を剥いた光ファイバ１０の外形よりもわずかに太いサイズに設定される。また、マイクロホール１２は、その角を面取りやテーパー形状にして光ファイバの挿入をし易くしても好ましい。
【００１０】
両端の支柱１３，１５には、出し入れされる光ファイバ１０を留めるためのクランプ（留め具）１６がそれぞれ取り付けられる。クランプ１６としては、ネジやスプリング等を利用した公知のものが利用できる。
【００１１】
左端の支柱１３と中間の支柱１４との間にはほぼ２ｍｍ程度の空間が形成され、この空間を通じて、炭酸ガスレーザ３１のレーザビーム３３（あるいは、加熱用のアーク放電）を対向する光ファイバ１０の接触部（突合せ部分）に照射して、その接触部を融着接続する。実際には、光ファイバ１０の接触位置を顕微鏡モニターしているが本図では図面の簡潔化のため省略している。炭酸ガスレーザ３１のレーザビーム３３の間にミラー（反射鏡）３２を配置したが、炭酸ガスレーザ３１の配置によってはこのミラー３２は省いてもよい。また、ビーム形状を絞るために、ビームエキスパンダー（ビーム拡大器）と対物レンズを炭酸ガスレーザ３１の光軸上に実際には配置したが、本図では図面の簡潔化のため省略している。
【００１２】
中間の支柱１４と右端の支柱１５の間には光ファイバ１０を座屈させるための空間を設け、その梁の長さ（マイクロホール１２間の長さ）２２を例えば２０ｍｍにする。
【００１３】
次いで、本発明の一実施形態による光ファイバ融着接続方法を説明する。
【００１４】
まず、ファイバカッターで切断した端部を持つ２本の光ファイバ１０を接続治具１１のマイクロホール１２にそれぞれ両方向から挿入し、その光ファイバ１０同士を対向接触させる。続いて、右端の支柱１５のクランプ１６で右側の光ファイバ１０を固定する。
【００１５】
次に、左側の光ファイバ１０を押し込んで、右側の光ファイバ１０を中間の支柱１４と右端の支柱１５の間の空間でたわませ、光ファイバ１０の対向接触ポイントをマーキング位置に合わせる。さらに詳しくは、予め、アーク放電、あるいは、レーザビーム３３のあたる位置を顕微鏡モニター（図示しない）上にマーキングしてあり、光ファイバ１０、１０の対向接触ポイントをそのマーキング位置により所定の圧縮量２１である１０μｍ外側に合わせる。続いて、左側の支柱１３のクランプ１６で左側の光ファイバ１０を固定する。この時、例えば、約９ｇｆ（グラム重量）の突き合せ押圧と約２８０μｍのたわみ２３が生じる。
【００１６】
このたわみ量を生かして逆に圧縮量を設定することもできる。この場合、ファイバカッターで切断した端部を持つ光ファイバ１０同士を接続治具１１のマイクロホール１２に挿入し、対向接触させるまでは、前に記載と同じである。図２に示すように、約２８０μｍのたわみ２３を発生させるサイズの駒２４を予め用意し、この駒２４をたわみ２３の中心位置に挟む。次いで、光ファイバ１０を動かして対向接触ポイントをマーキング位置に合わせる。光ファイバを両側のクランプ１６で固定する。次に、駒２０を外すことで、約９ｇｆの突き合せ押圧と約１０μｍの圧縮量が実現できる。
【００１７】
この構成における、融着接続時の押圧力は、光ファイバ１０の座屈力Ｐbである。この座屈力Ｐbは非特許文献１から次式で算出される。
【００１８】
【数１】
2007072009.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｅは光ファイバ１０の弾性係数（７．６ＧＰａ＝７．８×１０3ｋｇ／ｍｍ2）、Ｉは断面２次モーメント、ｄは光ファイバ１０の直径（０．１２５ｍｍ）、Ｌは梁の長さ２２である。Ｌ＝２０ｍｍのとき、Ｐb＝０．０９Ｎ＝９ｇｆとなる。
【００２０】
また、圧縮量ΔＬとたわみ量δの関係は、非特許文献２から次式となる。
【００２１】
【数２】
2007072009.tif 000004
【００２２】
ここで、Ellipticは第２種完全楕円積分である。Ｌ＝２０ｍｍ、ΔＬ＝１０μｍのとき、δ＝２８０μｍとなる。（ちなみ、ΔＬ＝８μｍのとき、δ＝２５０μｍ（光ファイバ２５０μｍ心線１本分）である。）
ここでは、Ｌ＝２０ｍｍ、δ＝２８０μｍとしたが、融着接続する光ファイバや光導波路に合わせて最適な値を採用すればよい。
【００２３】
上述の光ファイバ１０の突き合せ部を、アーク放電あるいはレーザビームで加熱することで、挿入損失０．１ｄＢ以下の良好な融着接続が実現できた。融着後は両クランプ１６を解除してファイバ１０のたわみがない状態とする。
【００２４】
アーク放電の利点は、図３に示すように、放電電極３４を２本対向させて設置すればよいので、装置全体が小型となる点である。ただし、電極の間隔に限度があるため、複数の光ファイバを一括接続する場合には、心数に制限がある。
【００２５】
レーザとしては、炭酸ガスレーザが波長１０μｍ程度でガラスの吸収がよく、加熱に最適である。レーザの利点としては、上方からのみの照射で融着接続が可能で点である。そのため、本発明のような座屈を利用した圧縮量調整機構と組み合わせることにより、複数の光ファイバであっても、個別に接続面に押圧がかかっているので、１本ずつ照射し、融着していくことが可能であり、このため心数に制限がない。これに対し、前述の従来技術のようにステージによる圧縮制御では、複数のファイバを一括して移動させるので、一気に全心を溶融する必要があり、そのため心数に制限が生じてしまう。ボード上でレーザを用いて多心の光ファイバを融着する場合には、ミラー３２を駆動することでレーザ光を振って多心光ファイバへ順次照射する方法と、レーザ光を振らずにボードそのものを移動させて多心光ファイバへレーザ光を順次照射する方法とがある。ボードを動かして、多心光ファイバアレイの各光ファイバへ照射する方法は、レーザ系に駆動する部品が不要なため、装置構成を簡素化でき、メンテナンスも容易になる。
【００２６】
なお、レーザで融着する場合は、レーザビームを複数の心数にわたって高速に振って一括溶融してもよいし、１心ずつ行うと隣のたわみ状態の影響を受けるが、徐々に溶融を行い、これを繰り返してもよい。
【００２７】
（第１の実施形態の変形例）
本発明の光ファイバ融着接続装置で用いられ得る調心構造、および、座屈保持構造にはいろいろな形態が適用できる。
【００２８】
図４（Ａ），（Ｂ）および図５に示すように、マイクロホール１２をマイクロホールアレイとすれば、上述したように多心光ファイバを一括融着接続できる。
【００２９】
図６に示すように、支柱１３，１４，１５はマイクロホール１２の軸中心で割り、光ファイバ１０を挟み込む機構にしてもよい。
【００３０】
また、図７に示すように、マイクロホール１２の代わりにＶ溝１２１にしてもよい。この場合、割り型の片方のみＶ溝１２１を形成し、そのＶ溝１２１の上に平板を搭載するようにしても良い。
【００３１】
Ｖ溝１２１による調心部材では、図８に示すように、Ｖ溝１２１の一部分のみに平板１３１，１４１を搭載してマイクロホールとし、平板１３１，１４１が搭載されていないＶ溝１２１の部分を光ファイバのガイド（案内溝）として利用するようにしても良い。この構造により、マイクロホールへの光ファイバの挿入をより容易にすることができる。
【００３２】
図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、光ファイバ１０の被覆１０１をたわみ部まで残しておいてもよい。この状態の方が、被覆除去長さが減少し、光ファイバの断線の可能性が減る。
【００３３】
また、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、テープファイバ１０２のままたわませることも可能である。
【００３４】
光ファイバ１０は支柱１３，１４の間の空間に融着部をもつ。その融着部をレーザ等の加熱により融着した後に、その支柱１３，１４間に熱硬化樹脂を注入し、炭酸ガスレーザを照射することで樹脂を硬化させ、これにより融着接続部を保護することも可能である。熱硬化樹脂の硬化の際のレーザ光は、融着部に照射される場合よりも低い強度とする。また、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂を注入してＵＶ光により樹脂を硬化することもできる。図５，図６，図７，図８の支柱１３，１４間の空間部を樹脂等により埋めることで、図５，図６，図７，図８に示した部品を調心のみならずファイバの保護部品とすることができる。
【００３５】
光導波路と光ファイバを融着接続する場合は、図１１に示すように、左側の光ファイバ１０を除いて支柱１３に光導波路５０を搭載する。その場合、マイクロホール１２等の調心部材の位置を光導波路５０の光軸にあらかじめ合わせておく。この状態は、たとえば、調心部材に光ファイバを通し、通光して、そのパワーが最大になる位置で、光導波路と調心部材を接着剤などで固定し、その後、光ファイバを引き抜くことにより実現できる。
【００３６】
（その他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本願発明の一実施形態における光ファイバ融着接続装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】たわみ量を生かして圧縮量を設定する駒を示す縦断面図である。
【図３】加熱源にアーク放電を採用した場合の構成を示す平面図である。
【図４】マイクロホールをアレイにし、多心一括融着するための接続治具の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図５】マイクロホールをアレイにし、多心一括融着するための接続治具を示す透視図である。
【図６】マイクロホールに割りを入れて、光ファイバを挟み込む機構にした構造を示す分解斜視図である。
【図７】マイクロホールの代わりにＶ溝を用いた構造を示す分解斜視図である。
【図８】Ｖ溝をマイクロホールへのガイドとする整列治具を示す斜視図である。
【図９】光ファイバの被覆をたわみ部まで残した状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図１０】テープファイバのままたわませた状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図１１】光導波路と光ファイバの融着接続の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  光ファイバ
１１  接続治具
１２  マイクロホール
１３〜１５  支柱
１６  クランプ
２１  圧縮量
２２  梁の長さ
２２  たわみ
２４  駒
３１  炭酸ガスレーザ
３２  ミラー
３３  レーザビーム
３４  アーク放電の電極
５０  光導波路
１０１  光ファイバの被覆
１０２  テープファイバ
１２１  Ｖ溝
１３１、１４１  平板
【図１】
2007072009.tif 000005
【図２】
2007072009.tif 000006
【図３】
2007072009.tif 000007
【図４】
2007072009.tif 000008
【図５】
2007072009.tif 000009
【図６】
2007072009.tif 000010
【図７】
2007072009.tif 000011
【図８】
2007072009.tif 000012
【図９】
2007072009.tif 000013
【図１０】
2007072009.tif 000014
【図１１】
2007072009.tif 000015