(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバの接続構造であって、
前記第１光ファイバは、第１コア部と、この第１コア部を取り囲む第１クラッド部を有し、
前記第２光ファイバは、第２コア部と、この第２コア部を取り囲む第２クラッド部を有し、前記第２コア部および前記第２クラッド部の少なくとも一方には、軸方向に延びる中空部が形成されており、
前記第２光ファイバの前記中空部における前記第１光ファイバとの接続部には、前記中空部よりも大きな屈折率を有する屈折率整合用物質が入っていることを特徴とする光ファイバの接続構造。
【請求項２】
前記屈折率整合用物質の前記中空部に占める断面積が、前記第２光ファイバにおける前記第１光ファイバとの接続側の反対側に向けて連続的に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項３】
前記屈折率整合用物質が液体であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項４】
前記屈折率整合用物質が硬化性を有する物質であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項５】
前記硬化性を有する物質が、前記第１光ファイバの接続端面と前記第２光ファイバの接続端面との間にも充填されていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバの接続構造。
【請求項６】
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続部分には、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続を補強するための補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項７】
前記第２コア部は中空構造を有し、当該第２コア部により前記中空部を構成しており、
前記屈折率整合用物質の屈折率が前記第２クラッド部を形成する媒質と同等以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項８】
前記中空部は、前記第２クラッド部における前記第２コア部の周囲に複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項９】
前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバが石英系ガラスで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの接続構造。
【請求項１０】
第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバの接続方法であって、
前記第１光ファイバとして、第１コア部と、この第１コア部を取り囲む第１クラッド部を有する光ファイバを用意し、
前記第２光ファイバとして、第２コア部と、この第２コア部を取り囲む第２クラッド部を有し、前記第２コア部および前記第２クラッド部の少なくとも一方に、軸方向に延びる中空部が形成された光ファイバを用意し、
前記第２光ファイバの前記中空部における前記第１光ファイバとの接続部に、前記中空部よりも大きな屈折率を有する屈折率整合用物質を入れて、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとを接続することを特徴とする光ファイバの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ同士を接続する光ファイバの接続構造および光ファイバの接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許第３０７２８４２号公報には、中空であるコアと、このコアの周囲に設けられフォトニックバンドギャップ構造を有するクラッドとを備え、回折格子のブラッグ反射によって光を伝播させる単一モード光ファイバが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の中空コアを有する光ファイバは、光通信や光信号処理を目的としたものであるため、ファイバ長を長くする必要性が生じる。このため、そのような中空コアを有する光ファイバを、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高い通常の光ファイバに接続する場合がある。ところで、通常の光ファイバと中空コアを有する光ファイバとでは、光の導波メカニズムが異なり、光ファイバ断面内の界分布が大きく異なる。従って、中空コアを有する光ファイバと通常の光ファイバとを接続すると、接続損失が大きくなってしまう。しかし、上記従来技術では、中空コアを有する光ファイバと通常の光ファイバとの接続については、全く考慮されていない。
【０００４】
本発明の目的は、構造の異なる光ファイバ同士を接続した際の接続損失を低減することができる光ファイバの接続構造および光ファイバの接続方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバの接続構造であって、第１光ファイバは、第１コア部と、この第１コア部を取り囲む第１クラッド部を有し、第２光ファイバは、第２コア部と、この第２コア部を取り囲む第２クラッド部を有し、第２コア部および第２クラッド部の少なくとも一方には、軸方向に延びる中空部が形成されており、第２光ファイバの中空部における第１光ファイバとの接続部には、中空部よりも大きな屈折率を有する屈折率整合用物質が入っていることを特徴とするものである。
【０００６】
例えば第１光ファイバとして、第１コア部の屈折率が第１クラッド部の屈折率よりも高い通常一般の光ファイバを使用した場合、上記のように第２光ファイバの中空部における第１光ファイバとの接続部に屈折率整合用物質を入れることにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部での屈折率がほぼ整合される。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部において光のパワー分布の整合性が向上するようになり、接続損失が低減される。
【０００７】
好ましくは、屈折率整合用物質の中空部に占める断面積が、第２光ファイバにおける第１光ファイバとの接続側の反対側に向けて連続的に小さくなるように構成されている。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部での屈折率が、第２光ファイバにおける第１光ファイバとの接続側の反対側に向けて緩やかに変化するような分布となる。従って、屈折率分布の急激な変動に起因する損失増加が抑制されるため、接続損失がより低減される。
【０００８】
また、好ましくは、屈折率整合用物質が液体である。これにより、屈折率整合用物質を第２光ファイバの中空部に容易に入れることができる。
【０００９】
また、屈折率整合用物質が硬化性を有する物質であってもよい。これにより、屈折率整合用物質を第２光ファイバの中空部に容易に入れることができる。また、屈折率整合用物質はその後硬化されるため、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続した後のファイバ特性が安定に保たれる。
【００１０】
この場合、硬化性を有する物質が、第１光ファイバの接続端面と第２光ファイバの接続端面との間にも充填されていることが好ましい。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続時には、硬化性を有する物質が第１光ファイバと第２光ファイバの接続端面同士を接着する機能を果たすことになるため、接続後のファイバ特性がより安定に保たれる。
【００１１】
さらに、好ましくは、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部分には、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続を補強するための補強部材が設けられている。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとがより強固に接続される。
【００１２】
また、好ましくは、第２コア部は中空構造を有し、当該第２コア部により中空部を構成しており、屈折率整合用物質の屈折率が第２クラッド部を形成する媒質と同等以上である。この場合には、例えば第１光ファイバとして、第１コア部の屈折率が第１クラッド部の屈折率よりも高い通常一般の光ファイバを使用した際に、上述したように第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部での屈折率がより整合されるため、接続損失が更に低減される。また、第２光ファイバの第２コア部が中空構造であるにもかかわらず、第１光ファイバの第１コア部と第２光ファイバの第２コア部との接続部分での屈折率がほぼ整合されるため、接続部分での光の反射も低減される。
【００１３】
また、中空部は、第２クラッド部における第２コア部の周囲に複数形成されていてもよい。この場合には、例えば第１光ファイバとして、第１コア部の屈折率が第１クラッド部の屈折率よりも高い通常一般の光ファイバを使用した際に、上述したように第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部での屈折率がほぼ整合されるため、接続損失が低減される。
【００１４】
さらに、好ましくは、第１光ファイバ及び第２光ファイバが石英系ガラスで形成されている。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの整合性を確実に高めることができる。
【００１５】
また、本発明は、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバの接続方法であって、第１光ファイバとして、第１コア部と、この第１コア部を取り囲む第１クラッド部を有する光ファイバを用意し、第２光ファイバとして、第２コア部と、この第２コア部を取り囲む第２クラッド部を有し、第２コア部および第２クラッド部の少なくとも一方に、軸方向に延びる中空部が形成された光ファイバを用意し、第２光ファイバの中空部における第１光ファイバとの接続部に、中空部よりも大きな屈折率を有する屈折率整合用物質を入れて、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する。
【００１６】
例えば第１光ファイバとして、第１コア部の屈折率が第１クラッド部の屈折率よりも高い通常一般の光ファイバを使用した場合、上記のように第２光ファイバの中空部における第１光ファイバとの接続部に屈折率整合用物質を入れることにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部での屈折率がほぼ整合される。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部において光のパワー分布の整合性が向上するようになり、接続損失が低減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光ファイバの接続構造および光ファイバの接続方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
まず、本発明に係わる光ファイバの接続構造の第１の実施形態を図１〜図５により説明する。図１は、本実施形態による光ファイバの接続構造を示す断面図である。
【００１９】
同図において、本実施形態の光ファイバ接続構造は、光ファイバ１と光ファイバ２とを接続するものである。光ファイバ１は、石英ガラスで形成された通常一般の光ファイバであり、コア部３と、このコア部３を取り囲むクラッド部４とからなっている。コア部３にはＧｅＯ2等のドーパントが添加されており、これによりコア部３の屈折率がクラッド部４の屈折率よりも高くなっている（図４（ａ）参照）。このような光ファイバ１においては、コア部３とクラッド部４との屈折率差によって、光ファイバ１に入射した光がコア部３に閉じ込められて光ファイバ１中を伝播する。
【００２０】
光ファイバ２は、中空構造を有するコア部（以下、中空コア部）５と、石英ガラスで形成され、中空コア部５を取り囲むクラッド部６とからなり、中空コア部５の屈折率がクラッド部６の屈折率よりも低くなっている（図４（ｂ）参照）。光ファイバ２の径（クラッド部６の径）は、光ファイバ１と同じ１２５μｍである。また、中空コア部５の径は、光ファイバ１のコア部３の径と同等である。
【００２１】
クラッド部６には、図２に示すように、光ファイバ２の軸方向に延びる複数の屈折率変化部７が断面内で放射状に形成されている。この屈折率変化部７は、屈折率の周期的な変調をもたせるものである。なお、屈折率変化部７は、空孔としてもよいし、所定の屈折率を有するドーパントを添加したロッドをクラッド部６中に埋め込んで形成してもよい。
【００２２】
このような光ファイバ２においては、光ファイバ２に入射した光が、屈折率の周期的な変調によって形成された屈折率変化部７のブラッグ反射によって、特定の波長の光が選択的に閉じ込められて中空コア部５中を伝播する。このような中空コア部５を有する光ファイバ２を用いることで、非線形光学効果の影響の軽減や、大きな構造分散の変化をもたらすことが可能となる。
【００２３】
上記の光ファイバ１と光ファイバ２とを接続する工程を図３により説明する。まず、光ファイバ１，２を準備する（図３（ａ）参照）。
【００２４】
そして、光ファイバ２の中空コア部５における光ファイバ１との接続側の端部に、マッチングオイルＭを注入する（図３（ｂ）参照）。このマッチングオイルＭは、クラッド部６を形成する媒質よりも高い屈折率を有する屈折率整合用物質である。なお、マッチングオイルＭの屈折率は、光ファイバ１，２を接続した時に、その接続部において光のパワー分布が整合するような屈折率とする。例えば、マッチングオイルＭとクラッド部６を形成する材質との間の比屈折率差は、０．３〜０．５％である。
【００２５】
このように中空コア５部に注入する屈折率整合用物質として液体状のマッチングオイルＭを使用するので、中空コア部５への屈折率整合用物質の注入が容易に行える。このとき、中空コア部５の端部に注入されたマッチングオイルＭは、ある程度の粘性を有しているため、そのまま中空コア部５の端部に維持される。このとき、マッチングオイルＭの表面張力によって、マッチングオイルＭの中空コア部５に占める断面積は、光ファイバ２における光ファイバ１との接続側の反対側に向けて連続的に小さくなる。
【００２６】
続いて、光ファイバ１の一端側と光ファイバ２におけるマッチングオイルＭが注入された側とを、補強部材としてのガラスパイプ８に挿入し、光ファイバ１の端面と光ファイバ２の端面とを突き合わせる（図３（ｃ）参照）。これにより、光ファイバ２の中空コア部５に満たされたマッチングオイルＭが、光ファイバ１のコア部３の端面に接触することになる。光ファイバ１，２の接続に用いるガラスパイプ８としては、線膨張係数が石英ガラスと同等か、石英ガラスよりも小さい材質のものを使用するのが好ましい。なお、ガラスパイプ８の内径は１２７μｍ程度である。そして、ガラスパイプ８の両端部と光ファイバ１，２とを、接着剤等により固定する。これにより、光ファイバ１，２が強固に接続されるため、光ファイバ１，２の接続が外れることが確実に防止される。また、ガラスパイプ８を用いることで、光ファイバ１，２の接続作業が簡便に行える。
【００２７】
以上のようにして通常一般の光ファイバ１と中空コア部５を有する光ファイバ２とを接続することにより、光ファイバ１，２で光の導波メカニズムが異なるにもかかわらず、光ファイバ１，２の接続部における屈折率がほぼ整合されるようになる。即ち、中空コア部５にマッチングオイルＭが注入される前には、光ファイバ２における光ファイバ１との接続部では、図４（ｂ）に示すように、中空コア部５の屈折率がクラッド部６の屈折率よりも低い等価屈折率分布を有している。これに対し、中空コア部５にマッチングオイルＭを注入した場合には、光ファイバ２における光ファイバ１との接続部では、図４（ｃ）に示すように、中空コア部５の屈折率がクラッド部６の屈折率よりも高い等価屈折率分布をもつようになる。これにより、光ファイバ１，２の接続部において光のパワー分布の整合性が向上する。従って、光ファイバ１，２の接続損失が低減される。さらに、マッチングオイルＭの中空コア部５に占める断面積は、光ファイバ２における光ファイバ１との接続側の反対側（反接続側）に向けて連続的に小さくなる状態に保たれるので、中空コア部５の屈折率分布が反接続側に向けて緩やかに変化する。このため、中空コア部５の屈折率分布の急激な変動に起因する損失増加が抑制される。
【００２８】
また、光ファイバ１のコア部３が石英ガラスで形成され、光ファイバ２の中空コア部５は気体からなるため、光ファイバ１と光ファイバ２とを単に接続するだけでは、コア部３と中空コア部５との接続界面での屈折率差が大きく異なり、その結果として光ファイバ１，２の接続部での光の反射が大きくなる。これに対し本実施形態では、中空コア部５に注入したマッチングオイルＭによって、コア部３と中空コア部５との接続部における屈折率がほぼ整合されるため、光ファイバ１，２の接続部での光の反射も低減される。
【００２９】
光ファイバ１と光ファイバ２とを接続する他の方法を図５により説明する。まず、光ファイバ１，２を準備する（図５（ａ）参照）。続いて、光ファイバ１の一端側をガラスパイプ８の途中まで挿入する（図５（ｂ）参照）。
【００３０】
そして、ガラスパイプ８の開口側を上方に向けた状態で、ガラスパイプ８の開口側よりガラスパイプ８内に紫外線硬化樹脂Ｓを注入する（図５（ｃ）参照）。これにより、光ファイバ１の端面上に紫外線硬化樹脂Ｓがたまる。この紫外線硬化樹脂Ｓは、光ファイバ２のクラッド部６を形成する材質よりも高い屈折率を有する屈折率整合用物質である。なお、紫外線硬化樹脂Ｓの屈折率も、光ファイバ１，２を接続した時に、その接続部分において光のパワー分布が整合するような屈折率とする。
【００３１】
続いて、ガラスパイプ８の開口側より光ファイバ２の一端側を挿入し、光ファイバ１，２の端面同士を突き合わせる。これにより、光ファイバ１，２の接続部付近において、光ファイバ２の中空コア部５に紫外線硬化樹脂Ｓが注入された状態となる（図５（ｄ）参照）。このとき、光ファイバ１のクラッド部４と光ファイバ２のクラッド部６との間にも、紫外線硬化樹脂Ｓが満たされることとなる。また、紫外線硬化樹脂Ｓの表面張力によって、紫外線硬化樹脂Ｓの中空コア部５に占める断面積は反接続側に向けて連続的に小さくなる状態に保たれる。
【００３２】
続いて、光ファイバ１，２の接続部分に、ガラスパイプ８の外側より紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂Ｓを硬化させる。そして、ガラスパイプ８の両端部と光ファイバ１，２とを接着剤等により固定する（図５（ｅ）参照）。これにより、光ファイバ１，２の接続後の特性が安定化すると共に、光ファイバ１のクラッド部４と光ファイバ２のクラッド部６の接続端面同士が接着されることになるため、光ファイバ１，２がより強固に接続される。
【００３３】
本発明に係わる光ファイバの接続構造の第２の実施形態を図６〜図８により説明する。図中、第１の実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図６は、本実施形態による光ファイバの接続構造を示す断面図である。同図において、本実施形態の光ファイバ接続構造は、上述した通常一般の光ファイバ１と光ファイバ１２とを接続するものである。
【００３５】
光ファイバ１２は、石英ガラスで形成された光ファイバであり、コア部１３と、このコア部１３を取り囲むクラッド部１４とからなっている。コア部１３にはＧｅＯ2等のドーパントが添加されており、これによりコア部１３の屈折率がクラッド部１４の屈折率よりも高くなっている（図８（ｂ）参照）。クラッド部１４におけるコア部１３の周囲には、図７に示すように、光ファイバ１２の軸方向に延びる複数の中空部１５が形成されている。このような中空部１５をクラッド部１４に設けることで、非線形光学効果の影響の軽減や、大きな構造分散の変化をもたらすことが可能となる。
【００３６】
このような光ファイバ１２は、図６に示すようなマッチングオイルＭを用いる方法によって光ファイバ１と接続される。即ち、光ファイバ１２の中空部１５における光ファイバ１との接続側端部に、マッチングオイルＭを注入する。このマッチングオイルＭの屈折率は、クラッド部１４を形成する媒質の屈折率とほぼ同等である。続いて、光ファイバ１の一端側と光ファイバ１２におけるマッチングオイルＭが注入された側とをガラスパイプ８に挿入し、光ファイバ１，１２の端面同士を突き合わせる。これにより、光ファイバ１２の中空部１５に満たされたマッチングオイルＭが、光ファイバ１のクラッド部４の端面に接触することになる。
【００３７】
なお、光ファイバ１，１２の接続は、図５に示すような紫外線硬化樹脂Ｓを用いる方法によって行っても良い。また、マッチングオイルＭの屈折率は、中空部１５よりも大きければ良い。
【００３８】
このように光ファイバ１，１２を接続することにより、光ファイバ１２における光ファイバ１との接続部での等価屈折率分布は、図８（ｃ）に示すように、光ファイバ１の屈折率分布（図８（ａ）参照）と類似した分布となる。これにより、光ファイバ１，１２の接続部において光のパワー分布の整合性が向上し、光ファイバ１，１２の接続損失が低減される。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、通常一般の光ファイバと中空コア部を有する光ファイバとの接続構造または通常一般の光ファイバとクラッド部のみに中空部を有する光ファイバとの接続構造についてであるが、特にそのような形態には限定されない。
【００４０】
例えば、本発明は、中空コア部を有する光ファイバとクラッド部のみに中空部を有する光ファイバとの接続にも適用できる。また、中空コア部を有する光ファイバ同士の接続についても、本発明が適用可能であるし、クラッド部のみに中空部を有する光ファイバ同士の接続についても、本発明が適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、第２光ファイバの中空部における第１光ファイバとの接続部に、中空部よりも大きな屈折率整合用物質を入れたので、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部における接続損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光ファイバの接続構造の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す光ファイバを接続するための工程を示す図である。
【図４】図１に示す光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【図５】図１に示す光ファイバを接続するための他の方法を示す図である。
【図６】本発明に係わる光ファイバの接続構造の第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図６に示す光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【符号の説明】
１…光ファイバ（第１光ファイバ）、２…光ファイバ（第２光ファイバ）、３…コア部（第１コア部）、４…クラッド部（第１クラッド部）、５…中空コア部（第２コア部、中空部）、６…クラッド部（第２クラッド部）、８…ガラスパイプ（補強部材）、１２…光ファイバ（第２光ファイバ）、１３…コア部（第２コア部）、１４…クラッド部（第２クラッド部）、１５…中空部、Ｍ…マッチングオイル（屈折率整合用物質）、Ｓ…紫外線硬化樹脂（屈折率整合用物質）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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