(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配列した３心以上の光ファイバを、複数個のガス噴出口を２次元的に配列したバーナーで、バーナー火炎が内側から外側に向けて回り込むように加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、光ファイバのモードフィールド径を拡大する方法であって、前記複数個のガス噴出口を２次元的に配列した形状が、前記光ファイバの軸方向に複数個のガス噴出口を配列するとともに、前記光ファイバの軸方向と平行に複数列配列した形状であり、かつ、前記バーナーによる加熱で、前記光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができるように、前記光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱量をバーナー中央部側の加熱量より少なくすることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項２】
前記バーナー中央部側のガス噴出口の開口断面積を、前記バーナー側部側のガス噴出口の開口断面積より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項３】
前記バーナー中央部側のガス噴出口の配列密度を、前記バーナー側部側のガス噴出口の配列密度より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項４】
前記バーナー中央部側の加熱面と前記光ファイバとの距離を、前記バーナー側部側の加熱面と前記光ファイバとの距離より小さくすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項５】
前記バーナーを光ファイバ加熱中に、前記光ファイバの軸方向または直交方向に揺動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項６】
前記光ファイバは、モードフィールド径が異なる異種光ファイバを融着接続されたものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大方法。
【請求項７】
平行に配列した３心以上の光ファイバを、複数個のガス噴出口を２次元的に配列したバーナーで、バーナー火炎が内側から外側に向けて回り込むように加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、光ファイバのモードフィールド径を拡大する装置であって、前記複数個のガス噴出口を２次元的に配列した形状が、前記光ファイバの軸方向に複数個のガス噴出口を配列するとともに、前記光ファイバの軸方向と平行に複数列配列した形状であり、かつ、前記バーナーは、前記光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができるように、前記光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱量をバーナー中央部側の加熱量より少なくされていることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項８】
前記バーナー中央部側のガス噴出口の開口断面積が、前記バーナー側部側のガス噴出口の開口断面積より大きくされていることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項９】
前記バーナー中央部側のガス噴出口の配列密度が、前記バーナー側部側のガス噴出口の配列密度より大きくされていることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項１０】
前記バーナー中央部側の加熱面と前記光ファイバとの距離が、前記バーナー側部側の加熱面と前記光ファイバとの距離より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【請求項１１】
前記バーナーを光ファイバ加熱中に、前記光ファイバの軸方向または直交方向に揺動させるように構成したことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の光ファイバのモードフィールド径拡大装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバをバーナーで加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、光ファイバのモードフィールド径を拡大する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長多重伝送用光ファイバやラマン増幅用光ファイバ等のモードフィールド径を小さくした高機能光ファイバを、モードフィールド径（他に、「コア径」で表現する場合もある）が比較的大きい通常のシングルモード光ファイバと組合わせたハイブリッド光ファイバの開発が進められている。光ファイバのモードフィールド径が異なる前記の高機能光ファイバと、通常のシングルモード光ファイバの接続では、単に融着接続したのみでは実用的な接続損失を得るのが難しい。このため、融着接続部を追加加熱処理して、コア部のドーパントをクラッド部側に熱拡散させ、接続部のモードフィールド径を一致させて滑らかな接続形状にする方法（Thermally Expanded Core 、以下、ＴＥＣという）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は上述のＴＥＣ処理の一例を示す図である。図１２（Ａ）は、モードフィールド径の異なる光ファイバ同士を融着接続した後にＴＥＣ処理する例を示す図、図１２（Ｂ）は、モードフィールド径の小さい側の光ファイバを予めＴＥＣ処理した後に融着接続する例を示す図である。図中、１ａ，１ｂは光ファイバ、２はガラスファイバ部（クラッド部）、３ａ，３ｂはコア部、４はファイバ被覆部、５は融着接続部、６はバーナー、７はモードフィールド径の拡大部を示す。
【０００４】
互いに融着接続される光ファイバ１ａと１ｂは、ガラスファイバ部（クラッド部）２の外径は同じであるが、コア部３ａと３ｂのモードフィールド径（上記特許文献１ではコア径としている）およびその比屈折率差が異なる。光ファイバ１ａと１ｂは、接続端面を対向配置させた後、アーク放電等により接続端面を溶融して突合せ融着接続される。単に融着接続しただけでは、図１２（Ａ）に示すように融着接続部５において、光ファイバ１ａのコア部３ａと光ファイバ１ｂのコア部３ｂのモードフィールド径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなる。
【０００５】
これを改善するために、燃焼ガスを用いたマイクロトーチまたはバーナー６で、融着接続部５の近傍を追加加熱しＴＥＣ処理する。この加熱は、光ファイバ１ａ，１ｂ自身は溶融しないが、コア部３ａ，３ｂに添加されている屈折率を上げるドーパントがクラッド部側に熱拡散する温度と時間で行なわれる。この加熱により、コア部３ａ，３ｂに添加されているドーパントがクラッド部２側に熱拡散して、コア部３ａ，３ｂの融着接続部におけるモードフィールド径が拡大され、拡大部７で示すように滑らかな接続形状が得られる。
【０００６】
なお、モードフィールド径が小さくドーパント濃度が高い方の光ファイバ１ａは、モードフィールド径が大きくドーパント濃度が低い方の光ファイバ１ｂより、ドーパントが多く熱拡散する。したがって、光ファイバ１ａ側のモードフィールド径が、光ファイバ１ｂ側より大きくテーパー状に拡大されて、不連続状態を軽減する。このような異種光ファイバ同士を融着接続する場合は、上述したＴＥＣ処理を行なうことで、モードフィールド径の小さい光ファイバを、他方の光ファイバのモードフィールド径に徐々に近づけ、接続損失を低減できることが明らかになっている。
【０００７】
また、図１２（Ｂ）に示すように、モードフィールド径の小さい光ファイバ１ａの中間部分を、予め加熱してＴＥＣ処理しておき、モードフィールド径の拡大部７を形成しておく。この後、モードフィールド径の拡大部７を中間部分でカットして接続端面５’とし、接続相手の光ファイバ１ｂのモードフィールド径に一致させた状態で融着接続する。この場合も、モードフィールド径の違いにより、接続が不連続となり接続損失が大きくなるのを低減することができる。さらに、このような加熱によるＴＥＣ処理は、同種の光ファイバ同士の接続でも、融着接続部分のコア径を拡大して偏心等による接続損失を低減することに有効であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
上述のＴＥＣ処理は、通常、マイクロトーチまたはバーナーを用いて行なわれ、所定領域を加熱するために光ファイバの軸方向に、マイクロトーチを相対移動させている。また、複数個のマイクロトーチまたはバーナーを対向配置して光ファイバを加熱している。さらに、平行に並べられた光ファイバを同時に加熱するために、光ファイバの配列方向に複数のマイクロトーチまたはバーナーを配置する例（例えば、特許文献３参照）が知られている。また、多心テープファイバの幅寸法に対応した形状のものを用いる例（特許文献４参照）も知られている。
【０００９】
ＴＥＣ処理は、光ファイバの所定領域におけるコア部３ａ，３ｂのドーパントがクラッド部２に熱拡散するのに適切な温度と時間で加熱する必要がある。光ファイバ１ａ，１ｂは融点以下で加熱されるが、加熱が適切に行なわれないと、加熱部分９が軟化して光ファイバの自重で弛みを生じることがある。弛みによる変形が残ると損失増加の一因となる。さらに、バーナーの炎は、不均一な温度分布と広がりを有し、また、外部環境により炎にゆらぎが生じ、一定した加熱状態に管理するのが難しい。
【００１０】
特に、光ファイバテープ心線等で、例えば、８心、１２心、２４心といった多心光ファイバを一括融着接続して、これをＴＥＣ処理することがある。この場合、バーナーの炎は、平行一列に配列された複数の光ファイバを外側から包み込むように加熱するため、外側に配列された光ファイバは、内側に配列された光ファイバより加熱量が多くなり、均一に加熱されない。このため、光ファイバ配列の外側と内側でＴＥＣ処理に差が生じ、各光ファイバの接続損失が一様に低減されず、バラツキが生じるというような問題がある。
【００１１】
ＴＥＣ処理における上記のような問題に対して、加熱用のバーナーの構成が大きく影響する。しかし、上述した従来のバーナーは、いずれも加熱範囲が限定的である。このため、光ファイバの所定領域あるいは多心光ファイバを均一に加熱するのが難しく、また、所望の温度分布を得るのが難しい。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−１３０７０５号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１１７５０８号公報
【特許文献３】
特開平４−２６０００７号公報
【特許文献４】
特開平８−８２７２１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバをＴＥＣ処理する加熱で、光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができる光ファイバのモードフィールド径拡大方法および拡大装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバのモードフィールド径拡大方法は、平行に配列した３心以上の光ファイバを、複数個のガス噴出口を２次元的に配列したバーナーで、バーナー火炎が内側から外側に向けて回り込むように加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、光ファイバのモードフィールド径を拡大する方法であって、前記複数個のガス噴出口を２次元的に配列した形状が、前記光ファイバの軸方向に複数個のガス噴出口を配列するとともに、前記光ファイバの軸方向と平行に複数列配列した形状であり、かつ、前記バーナーによる加熱で、前記光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができるように、前記光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱量をバーナー中央部側の加熱量より少なくすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の光ファイバのモードフィールド径拡大装置は、平行に配列した３心以上の光ファイバを、複数個のガス噴出口を２次元的に配列したバーナーで、バーナー火炎が内側から外側に向けて回り込むように加熱することにより、コア部に添加されているドーパントを熱拡散させて、光ファイバのモードフィールド径を拡大する装置であって、前記複数個のガス噴出口を２次元的に配列した形状が、前記光ファイバの軸方向に複数個のガス噴出口を配列するとともに、前記光ファイバの軸方向と平行に複数列配列した形状であり、かつ、前記バーナーは、前記光ファイバの所定範囲を均一に加熱することができるように、前記光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱量をバーナー中央部側の加熱量より少なくされていることを特徴とする。
【００１７】
なお、「２次元的に配列」の意味は、加熱面が一平面をなすこと（ガス噴出口が同一平面状にあること）に限られるものではなく、後述するように、加熱面が複数の平面から構成される場合や、加熱面が曲面となるなど、ガス噴出口の高さに差が生じている場合も含まれるものであり、ガス噴出口の出口側から見て、ガス噴出口の高さに関係なく、ガス噴出口が２次元的に配列されていることを意味するものであり、ガス噴出口の軸線が２次元的に並んでいることを意味するものということもできる。より幾何学的に表現すれば、複数のガス噴出口の軸線と、該軸線と直交する１つの平面との交点が、当該平面上に２次元配列されていることを意味するものということができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１により、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１（Ａ）はＴＥＣ処理の加熱方法の概略を説明する図、図１（Ｂ）は単心または２心の光ファイバを加熱する形態を説明する図、図１（Ｃ）は３心以上の多心光ファイバを加熱する形態を説明する図である。図中、１は光ファイバ、２はガラスファイバ部、４はファイバ被覆部、５は融着接続部、８はファイバフォルダ、９はファイバクランプ、１０は光ファイバの加熱領域（ＴＥＣ領域）、１１はバーナー、１１ａは加熱面、１２はガス噴出口を示す。
【００１９】
光ファイバ１は、例えば、融着接続に引き続いて融着接続部５をＴＥＣ処理するために、図１（Ａ）に示すような形態でモードフィールド径拡大装置にセットされる。前記装置は、ファイバフォルダ８、ファイバクランプ９、バーナー１１を備えており、光ファイバ１の融着接続部５がバーナー１１の中心位置するように、先ず、ファイバクランプ９で光ファイバ１の両側を固定する。バーナー１１は、光ファイバ１の下側に配置し、加熱面１１ａが光ファイバ１に向けて上向きになるように配される。ファイバクランプ９により、光ファイバ１に適度の張力を付与した後、張力を付与した状態で内側のファイバフォルダ８によりファイバ被覆部２の端部を固定し、次いでファイバクランプ側の前記張力を解放する。この張力付与により、加熱中に光ファイバが弛まないようにすることができる。
【００２０】
なお、本発明によるモードフィールド径拡大のためのＴＥＣ処理は、図１２（Ａ）に示した、光ファイバの融着接続部および図１２（Ｂ）の光ファイバ中間部、並びに単心および多心光ファイバに対して適用することができる。
【００２１】
バーナー１１は、図１（Ｂ）または図１（Ｃ）に示すように、バーナー１１の加熱面１１ａに光ファイバ１の軸方向（長手方向）に複数個のガス噴出口１２を配列するとともに、このガス噴出口１２の列を光ファイバの軸方向と平行に複数列配列して構成される。軸方向に配列するガス噴出口１２の数および配列長は、光ファイバの所定の加熱領域（ＴＥＣ領域）１０をカバーする範囲で設けることができる。また、軸方向と平行に設ける配列数は、加熱する光ファイバの本数やファイバ間隔によって、適宜増減させることができる。さらに、複数個のガス噴出口１２の配列パターンを変えることにより、任意の加熱温度分布とすることも可能となる。
【００２２】
図１（Ｂ）の例のように、加熱する光ファイバが単心または２心のように少ない場合、バーナー１１の火炎は、光ファイバ１の内側と外側から、光ファイバ１の所定範囲の加熱領域１０を加熱する。この加熱領域１０は、複数個のガス噴出口１２によりバーナー１１を軸方向に移動させなくても、ほぼ均一に加熱することができる。この結果、波長依存性（損失量が波長により変わる）の少ないモードフィールド径変換を行なうことができる。なお、後述する駆動機構により、バーナー１１を光ファイバの軸方向に揺動させることにより、さらに、均一な温度分布で加熱することができる。なお、光ファイバのガラスファイバ部２の外径は、通常、０．１２５ｍｍである。
【００２３】
また、図１（Ｃ）の例のように、テープ状に平行一列に配した３心以上の複数の光ファイバ１を加熱する場合も、図１（Ｂ）の例と同様に、各光ファイバの加熱領域１０は、複数個のガス噴出口１２によりバーナー１１を軸方向に移動させなくても、ほぼ均一に加熱することができる。この結果、複数の光ファイバの全てに対して、モードフィールド径の変換を一様に行なうことができる。なお、後述する駆動機構により、バーナー１１を光ファイバの軸方向または配列方向に揺動させることにより、より均一な温度分布で加熱することもできる。
【００２４】
単心および多心の光ファイバのいずれの場合も、上述したように、複数個のガス噴出口１２を加熱面１１ａに設けることにより、バーナーを移動させることなく光ファイバの所定領域を広範囲に、均一または所望の温度分布が得られるように加熱することが可能となる。また、従来例のように、光ファイバの軸方向にバーナーを移動させて所定領域を加熱するのに比べ、少ない加熱時間でモードフィールド径を拡大することができる。
【００２５】
図２は、本発明に用いられるバーナーの一例を示す図で、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）はａ−ａ断面図、図２（Ｃ）は右側面図である。図中、１１ａは加熱面、１１ｂはバーナー本体、１１ｃはガス導入室、１１ｄはガス導入ポート、１２はガス噴出口を示す。
【００２６】
バーナー１１は耐熱性の金属等で、１ｃｍ3 以下の立方体形状で形成され、バーナー本体１１ｂにガス導入ポート１１ｄを取付けて構成される。バーナー本体１１ｂの内部は、ガス導入室１１ｃで形成され、光ファイバを加熱する加熱面１１ａには、上述した複数個のガス噴出口１２がガス導入室１１ｃに連通して設けられる。ガス噴出口１２は、例えば、直径０．３ｍｍ程度の孔で、０．７ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のピッチで光ファイバの軸方向および軸方向に直交する方向にマトリックス状に設けられる。
【００２７】
図３および図４は、単心または２心の光ファイバをＴＥＣ処理する例を示す図である。図３（Ａ）はバーナーの加熱状態を示す図、図３（Ｂ）は加熱の温度分布を示す図、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）はバーナー形状の例を示す図である。図中の符号は、図１，図２に用いたのと同じ符号を用いることにより、説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、加熱する光ファイバ１が単心ないし２心のように少ない場合、多心光ファイバのように光ファイバ間でのバラツキは考慮する必要がない。しかし、複数個のガス噴出口１２で長手方向に火炎を生じさせて加熱する場合、バーナーの両端側より中央部側が強く加熱される。このため、図３（Ｂ）のｆで示すように加熱される光ファイバ１の温度分布も、バーナー中央部側の温度が高く両端側で低くなる山形となる。光ファイバの所定領域を均一にＴＥＣ処理するには、加熱される温度分布も図３（Ｂ）のｈで示すような、比較的フラットな状態になるように加熱されるのが望ましい。
【００２９】
図４は、上記の温度分布をフラット化するに適したバーナー形状の例を示すもので、光ファイバの軸方向と直交するバーナー端部側の加熱量が、バーナー中央部側の加熱量より多くなるように構成する。図４（Ａ）は、光ファイバの軸方向と直交するバーナー端部側のガス噴出口１２ｂの開口断面積を、バーナー中央部側のガス噴出口１２ａの開口断面積より大きくすることにより、バーナー端部側の加熱量がバーナー中央部側の加熱量より多くなるようにしたものである。
【００３０】
図４（Ｂ）は、ガス噴出口１２の開口断面積は同じとし、光ファイバの軸方向と直交するバーナー端部側のガス噴出口１２ｂの個数を、バーナー中央部側のガス噴出口１２ａの個数より多くする。言い換えると、中央部側のガス噴出口１２ａの配列密度をバーナー端部側のガス噴出口１２ｂの配列密度より小さくすることにより、バーナー端部側の加熱量がバーナー中央部側の加熱量より多くなるようにしたものである。
【００３１】
図４（Ｃ）は、ガス噴出口の開口断面積と配列密度は同じとし、バーナーの加熱面１１ａと光ファイバ１との距離が、光ファイバの軸方向と直交するバーナー端部側で小さく、バーナー中央部側で大きくなるようにする。これにより、バーナー端部側の加熱量がバーナー中央部側の加熱量より多くなるようにしたものである。このためのバーナーの加熱面１１ａの形状は、例えば、図４（Ｃ−ロ）に示すように中央部に凹部１１ｅを設けるか、図４（Ｃ−ハ）に示すように中央部に向けて徐々に窪ませた傾斜凹部１１ｅを設けた形状とする。
【００３２】
図５および図６は、３心以上の光ファイバまたはテープ化された光ファイバをＴＥＣ処理する例を示す図である。図５（Ａ）はバーナーの加熱状態を示す図、図５（Ｂ）は加熱の温度分布を示す図、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）はバーナー形状の例を示す図である。図中の符号は、図１，図２に用いたのと同じ符号を用いることにより、説明を省略する。
【００３３】
図５に示すように、加熱する光ファイバ１が複数本で平行一列に配列されている場合、複数列のガス噴出口１２から出る火炎で全光ファイバが一様に加熱される。しかし、複数列のガス噴出口１２で光ファイバ１の配列方向に火炎を生じさせて加熱する場合、バーナー火炎は、内側から外側に向けて回り込むため、内側に配列された光ファイバより外側に配列された光ファイバの方が強く加熱される。このため、図５（Ｂ）のｆで示すように、光ファイバの配列位置によって受ける加熱量が異なり、内側の光ファイバの加熱温度は低く、外側の光ファイバの加熱温度は高くなる。複数本の光ファイバ１が、均一にＴＥＣ処理されるには、加熱温度分も図５（Ｂ）のｈで示すような、比較的フラットな状態になるように加熱されるのが望ましい。
【００３４】
図６は、上記の温度分布をフラット化するに適したバーナー形状の例を示すもので、光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱量をバーナー中央部側の加熱量より少なくなるように構成する。図６（Ａ）は、光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側のガス噴出口１２ｂの開口断面積を、バーナー中央部側のガス噴出口１２ａの開口断面積より小さくし、バーナー中央部側の加熱量がバーナー側部側の加熱量より多くなるようにしたものである。
【００３５】
図６（Ｂ）は、ガス噴出口１２の開口断面積は同じとし、光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側のガス噴出口１２ｂの数を、バーナー中央部側のガス噴出口１２ａの数より少なくする。言い換えると、中央部側のガス噴出口１２ａの配列密度をバーナー側部側のガス噴出口１２ｂの配列密度より大きくすることにより、バーナー中央側の加熱量がバーナー側部側の加熱量より多くなるようにしたものである。
【００３６】
図６（Ｃ）は、ガス噴出口の開口断面積と配列密度は同じとし、光ファイバの軸方向と平行するバーナー側部側の加熱面と光ファイバとの距離を、バーナー中央部側の加熱面と光ファイバとの距離より大きくする。これにより、バーナー中央側の加熱量がバーナー側部側の加熱量より多くなるようにしたものである。このためのバーナーの加熱面１１ａの形状は、例えば、図６（Ｃ−ロ）に示すように中央部に凸部１１ｆを設けるか、図６（Ｃ−ハ）に示すように中央部側に向けて徐々に高くした傾斜凸部１１ｆを設けた形状とする。
【００３７】
上述した説明では、ガス噴出口は、いずれも、軸方向（長手方向）に複数個のガス噴出口を配列するとともに、このガス噴出口の列を光ファイバの軸方向と平行に複数列配列して構成されたものでる。しかしながら、本発明は、厳密に、軸方向（長手方向）に複数個のガス噴出口を配列し、かつ、ガス噴出口の列を光ファイバの軸方向と平行に複数列配列される必要はない。所定の加熱領域（ＴＥＣ領域）をカバーできるように、ガス噴出口が２次元的に配列されればよい。「２次元的に配列」の意義については、上述したとおりである。
【００３８】
図７は本発明の第２の実施の形態を説明する図である。図中の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。この実施の形態は、バーナー１１を光ファイバ１の上方に配置し、バーナー１１の加熱面１１ａを下方に向けて加熱する。バーナー１１自体の形状、構造は、図１，図２，図４，図６に示したものと同じものを使用することができる。
【００３９】
バーナー１１を下向きにして光ファイバ１を上方から加熱する場合も、火炎の噴出する勢いにより第１の実施の形態と同様に、光ファイバ１の所定領域を均一に加熱することが可能となる。バーナー１１を下向きにして加熱する場合、図７に示すように、バーナー火炎は光ファイバ１に突き当たって光ファイバ１を直接加熱した後、火炎は上方に流れるように向かう。このため、バーナー火炎が、光ファイバ１の内側から外側に回り込んで光ファイバを包み込むような状態がなくなる。この結果、外側に配列された光ファイバが内側に配列された光ファイバより強く加熱されるという状態が解消される。
【００４０】
単心ないし２心の光ファイバを加熱する場合においては、バーナー１１が上下いずれの側にあっても、光ファイバの配列方向での加熱のアンバランスは生じない。しかし、図３で説明したように、バーナー１１を光ファイバ１の下側に配して加熱すると、バーナーの両端部側より中央部側が強く加熱されるが、バーナー１１を下向きにして加熱することにより、これを改善することができ、より均一な加熱を行なうことが可能となる。なお、図７では多心の光ファイバに対する形態を示したが、単心または２心光ファイバについても前記の如く有用である。なお、図４，図６のバーナー形状のもので実施してもよい。
【００４１】
また、このバーナー１１は、光ファイバ１の配列方向および軸方向に揺動させて使用するのが望ましい。バーナー１１の揺動量に特に制限はないが、例えば、８心のテープ心線の場合、光ファイバの配列幅は２．０ｍｍ程度であるので、この場合は、２．０ｍｍ前後で揺動させればよい。バーナー１１を揺動させることにより、全光ファイバに対する加熱の均一化を一層高め、また、光ファイバの軸方向に揺動させることで加熱領域を均一に拡大することができる。
【００４２】
本発明によるＴＥＣ処理は、図１２で示したようなモードフィールド径の異なるコア部３ａ，３ｂを有する異種光ファイバ１ａと１ｂとの融着接続部５に対して行なうのが好ましい。この異種光ファイバの融着接続部５に、上述した加熱を行なうことにより、接続部のモードフィールド径の拡大を良好に行なうことができ、接続部の損失増加を抑制することができる。
【００４３】
次に、図８，図９，図１０により、本発明の具体的なモードフィールド径拡大装置の駆動機構と動作方法について説明する。図８は光ファイバの支持機構を示し、図中、１は光ファイバ、５は融着接続部、８はファイバフォルダ、８ａはファイバフォルダ台、９はファイバクランプ、９ａはファイバクランプ台、１１はバーナー、１３はベース台、１４は摺動台、１５は摺動溝、１６は滑車、１７は錘、１８はエアボンベ、１９はエアバルブ、２０は配管、２１はエア制御装置を示す。図９はバーナーの駆動機構を示し、図中、２２はバーナー保持部、２２ａはバーナー保持部台、２３は上下方向駆動台、２３ａは摺動溝、２４は保持アーム、２４ａは保持アーム台、２５は前後方向駆動台、２５ａは摺動溝、２６はガイド部、２７，２８は駆動モータ、２９はベース台、３１はガスボンベ、３２は酸素ボンベ、３３は配管、３４はガス流量制御弁、３５はガス流量制御装置、３６は制御装置を示す。図１０はバーナーの動作フローを示す図である。
【００４４】
図８において、光ファイバ１のＴＥＣ処理を必要とする融着接続部５を、バーナー１１の下方に位置するように、光ファイバ１の両側をファイバクランプ９で把持固定する。ファイバクランプ９は、ファイバクランプ台９ａに取付けられ、ベース台１３に設けられた摺動台１４の摺動溝１５に沿って、ファイバクランプ台９ａと共に摺動可能となっている。ファイバクランプ台９ａは、滑車１６と錘１７により外方向に引張り力が付与されると共に、摺動台１４上でエア圧力により移動制御されるようになっている。制御用のエアは、エアボンベ１８からエアバルブ１９、配管２０を経て供給され、エア供給の制御は、エア制御装置２１でエアバルブ１９を制御して行なわれる。
【００４５】
光ファイバ１の両側をファイバクランプ９で把持固定したのち、ファイバクランプ台９ａの移動をフリー状態とすることにより、光ファイバ１には、錘１７による引張り力が加えられる。この後、光ファイバ１に引張り力が加えられた状態で、ファイバフォルダ台８ａ上に設けられたファイバフォルダ８で、光ファイバ１のファイバ被覆端を把持固定する。ファイバフォルダ８で光ファイバ１を固定した後は、エア制御装置２１により光ファイバ１への引張り力を解放する。
【００４６】
光ファイバ１が上記の如くにセットされたら、バーナー１１の位置調整と加熱が開始される。図９において、バーナー１１は、バーナー保持部台２２ａに設けられたバーナー保持部２２に取付け支持されている。バーナー保持部台２２ａは、駆動モータ２７により上下方向駆動台２３の摺動溝２３ａに沿って上下方向（矢印Ｙで示す）に移動可能とされている。上下方向駆動台２３は、保持アーム台２４ａに設けられた保持アーム２４により支持されている。保持アーム台２４ａは、駆動モータ２８により摺動溝２５ａに沿って前後方向駆動台２５上を前後方向（矢印Ｘで示す）に移動可能とされている。
【００４７】
また、前後方向駆動台２５は、ベース台２９上にガイド部２６により横方向（紙面と直交する方向で、便宜的に矢印Ｚで示す）に移動可能とされる。また、前後方向駆動台２５は、ベース台２９上を横方向に駆動するための駆動モータ（図示せず）によって駆動制御される。
【００４８】
バーナー１１には、バーナー保持部２２を介して燃焼ガスが供給される。燃焼ガスには、プロパン、アセチレン、水素等のガスと酸素ガスの混合ガスが用いられ、ガスボンベ３１および酸素ボンベ３２から配管３３を経て供給される。これらのガスは、ガス流量制御装置３５によりガス流量調整弁３４を調節して、所定量供給される。なお、ガス流量制御装置３５および駆動モータ２７，２８等は、コンピュータを用いた制御装置３６により制御される。
【００４９】
次に、図１０に示すバーナーの動作フローにより、前記機構の動作を説明する。先ず、スタートのステップＳ１で、制御装置３６に設定条件を入力または読込ます。次いで、ステップＳ２でバーナーの点火位置への移動命令が発せられ、ステップＳ３で点火座標位置への移動が完了したら、バーナーを点火し加熱スタート命令が発せられる。
【００５０】
バーナーが点火されたら、ステップＳ４で制御装置３６に入力された設定条件に基づいてバーナーに供給されるガス流量が所定値に調節される。ガス流量の調節が終了すると、ステップＳ５でバーナーの加熱位置への移動命令が発せられ、バーナーの現在位置とバーナーの加熱座標位置までの移動量を算出し、駆動モータを駆動してバーナーを加熱座標位置に移動させる。
【００５１】
ステップＳ６で点火座標位置への移動が完了したら、バーナーを揺動させるか否かを選択する。設定条件がＮｏに設定されていれば、設定に基づいて所定時間だけ光ファイバを加熱する。所定時間の加熱が終了すると、ステップＳ７でバーナーの退避座標位置への移動命令が発せられる。この移動命令により、バーナーの現在位置とバーナーの退避座標位置までの移動量を算出し、駆動モータを駆動してバーナーを退避座標位置に移動させる。
【００５２】
バーナーの揺動がＹｅｓに設定されていれば、ステップＳ１１とステップＳ１２で揺動座標位置にバーナーを移動させ、次いで、ステップＳ１３とステップＳ１４で元の加熱座標位置にバーナーを移動させ、これを所定回数繰り返してバーナーが揺動される。この揺動所定回数が所定値に達したら、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、上述したようにバーナーを退避座標位置への移動命令が発せられ、同様にバーナーを退避座標位置に移動させる。
【００５３】
ステップＳ８でバーナーが退避座標位置に移動が完了し、加熱回数が設定条件に達していれば、ステップＳ９でバーナーのガス流量がゼロにされ、次いで、ステップＳ１０で装置が停止される。ステップＳ８でバーナーが退避座標位置に移動が完了し、加熱回数が設定条件に達していなければ、所定の時間経過後ステップＳ４に戻って、再度加熱が開始され、所定の加熱回数が行なわれるまで、このサイクルが繰り返される。
【００５４】
図１１は、８心のテープ心線を本発明の方法でＴＥＣ処理したときの、一例を示す接続損失測定したグラフである。光ファイバは、通常のシングルモード光ファイバ（モードフィールド径が１０μｍ前後）とモードフィールド径が５μｍ前後の高機能光ファイバを多心一括融着接続したものである。バーナーには、ガス噴出口の数が５×６を有するものを用い、図７の下向きで光ファイバを加熱した。加熱は、初めは連続で所定時間加熱し、この後、短い時間で断続的に加熱した。接続損失は、波長１．５５μｍでパワーモニタで常時監視した。
【００５５】
この結果、図に示すように、融着接続部の接続損失の初期値は、各光ファイバで０．６５ｄＢ〜１．３５ｄＢと、かなりのバラツキがある。これは、多心一括融着接続時の、各光ファイバの接続端面の切断角の違い、端面間の距離の違い、外側ファイバと内側ファイバで加熱量の違い等、種々の要因がある。しかし、所定時間の加熱でＴＥＣ処理が進むと、各光ファイバの接続損失のバラツキは小さくなり、いずれもシングルモード光ファイバ同士の接続損失並の０．０５ｄＢ近くまで低減させることができた。
【００５６】
接続損失は、ＴＥＣ処理の時間（加熱時間）が進むことにより、次第に減少していくが、ある程度の時間で徐々に飽和状態に近くなる。ある程度、接続損失が低減された後に、短い時間で間欠的に加熱してみたが、低減の度合いは小さいが最終的には、いずれも０．０５ｄＢ以下の使用上問題のない値にすることができた。
【００５７】
上述した実施に形態で説明したように、本発明では、光ファイバをバーナーで加熱する。バーナーは、ガス噴出口から噴出する可燃性ガスと酸素との混合気体が燃焼するから、その影響でバーナー自体も加熱される。特に、図１３に示すように、バーナー１１を下向きにして光ファイバ１を上方から加熱する場合は、火炎によって、バーナー１１が加熱される影響が大きい。バーナー１１が加熱されて高温になると、加熱面が変形し、ガス噴出口の大きさも変化し、加熱状態が変化してしまい、モードフィールド径の所望の拡大を行なうことができない。また、バーナー１１が赤熱状態となるような高温に達することもあり、バーナー１１とガス導入ポート１１ｄとの接合部の蝋付け部分が外れてしまうこともある。外れないまでも、バーナー１１の位置に変化が生じてしまう。
【００５８】
図１４は、バーナーが過熱状態とならないようにするために冷却手段を設けた実施の形態の一例の説明図である。図中、図１〜７，図９と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。３７は放熱体である。
【００５９】
この実施の形態では、パッシブ（受動的）な冷却手段を用いた。すなわち、バーナー１１の上面に放熱体３７を取り付けて、自然冷却を行なった。放熱体３７は、熱伝導率が大きい材料、例えば、金属材料を用い、バーナー１１と熱抵抗が小さいように結合した。図１４では、放熱体３７をブロック状に図示した。もちろん、金属ブロックを用いてもよいが、放熱フィンを形成して、放熱面積を大きくなるようにしてもよい。バーナー１１で光ファイバ１を加熱する際に、バーナー１１の熱を放熱体３７を通して放散させて、バーナー１１の温度上昇を抑えることができる。なお、バーナー１１を金属材料で形成した場合には、バーナー１１と放熱体３７とを一体形成してもよい。
【００６０】
図１５は、図１４における放熱体３７をバーナー保持部２２に結合できるように延長した実施の形態の説明図である。この実施の形態も、パッシブ（受動的）な冷却手段を用いたものであり、放熱体３７は、金属ブロックを用いてもよく、放熱フィンを形成して放熱面積が大きくなるようにしてもよい。図１４で説明した実施の形態に比べて、ガス導入ポート１１ｄと放熱体３７の両方によってバーナー１１の保持がされるので、より強固な保持が可能となる。この実施の形態において、バーナー保持部２２（特に、ケース）を、熱伝導率の大きい材料、例えば、金属材料で形成して、放熱体３７を熱的にも結合すると、バーナー保持部２２も放熱体として用いられ、より良好な放熱が可能となる。
【００６１】
図１６は、アクティブ（能動的）な冷却手段を用いた実施の形態の一例の説明図である。図中、図１４と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。３８は給水管、３９は配水管である。放熱体３７に冷却媒体、例えば、水を流すことによって、強制冷却を行なう冷却手段とした。以下の説明では、冷却媒体として水を用いた例で説明するが、本発明が水に限られるものでないことを述べておく。
【００６２】
放熱体３７には、冷却水が通る管路が形成されている。管路の形成は適宜でよく、ブロック状の放熱体３７に、ドリルで管路を形成するように孔を開けてもよく、あるいは、全体を壁で形成して、内部を空洞とするなど、放熱体３７のほぼ全体を水が通って、バーナー１１から放熱体３７に伝達された熱を水で冷却できれるようにすればよい。バーナー保持部２２には、水冷装置が設けられ、吸水部で冷却水を吸水し、排水部で排水を受け取るようにされている。吸水量を制御する制御手段が設けられてもよい。放熱体３７の冷却水の吸水口に、バーナー保持部２２の吸水部に接続された給水管３８が接続され、放熱体３７の冷却水の排水口に、バーナー保持部２２の排水部に接続された排水管３９が接続されている。バーナー保持部２２に設けられた吸水部は、水量が調節できるようにするのがよい。水道水を用いてもよく、その場合は、吸水部が水道管に接続される。排水部で受けた加熱された冷却水は、捨ててもよく、ラジエータ等を通して放熱させた後、吸水部に戻すようにした循環方式を採用してもよい。また、バーナー１１の温度を検出できる温度検出手段を用いて、バーナー保持部２２の水冷装置にフィードバックすることにより、効率的な冷却を行なうことができる。
【００６３】
アクティブ（能動的）な冷却手段としては、冷却媒体を用いることに限られるものではなく、ペルチエ素子等を用いて、強制冷却を行なうようにすることができる。
【００６４】
このように、冷却手段を設けることによって、バーナーの火力を上げることができ、冷却手段を設けない場合に比して、加熱時間を短くできるので、生産性を向上させることが可能となる。
【００６５】
図１７は、バーナー１１と放熱体３７との結合態様を説明するための斜視図である。図中、図１４〜図１６と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。図１７（Ａ）は、バーナー１１の上面のみに放熱体３７が結合されたものである。図１７（Ｂ）は、バーナー１１の上面を側面の一部を覆うように放熱体３７が結合されたものである。図１７（Ｃ）は、バーナー１１の上面を側面の全部を覆うように放熱体３７が結合されたものである。バーナー１１の前部は後部の適宜の部分も覆うようにしても放熱体３７が結合されたものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光ファイバの所定領域を均一に加熱することができる。この結果、光ファイバのモードフィールド径の拡大変換をバラツキなく行なうことができ、個々の光ファイバの融着接続部においては、接続損失の波長特性の改善ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明の実施に用いるバーナーの一例を示す図である。
【図３】単心または２心の光ファイバを加熱する例を説明する図である。
【図４】単心または２心の光ファイバを加熱する場合のバーナーの例を示す図である。
【図５】３心以上の光ファイバを加熱する例を説明する図である。
【図６】３心以上の光ファイバを加熱する場合のバーナーの例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を説明する図である。
【図８】本発明における光ファイバの支持機構を説明する図である。
【図９】本発明におけるバーナーの駆動機構を説明する図である。
【図１０】本発明におけるバーナーの動作フローを示す図である
【図１１】本発明によるモードフィールド径の拡大方法で実施したときの光ファイバ接続損失改善のグラフである。
【図１２】従来のモードフィールド径の拡大方法を説明する図である。
【図１３】バーナーを下向きにして光ファイバを上方から加熱する場合の説明図である。
【図１４】パッシブな冷却手段を用いた実施の形態の説明図である。
【図１５】パッシブな冷却手段を用いた他の実施の形態の説明図である。
【図１６】アクティブな冷却手段を用いた実施の形態の説明図である。
【図１７】バーナーと放熱体との結合態様を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１…光ファイバ、２…ガラスファイバ部、４…ファイバ被覆部、５…融着接続部、８…ファイバフォルダ、９…ファイバクランプ、１０…光ファイバの加熱領域（ＴＥＣ領域）、１１…バーナー、１１ａ…加熱面、１１ｂ…バーナー本体、１１ｃ…ガス導入室、１１ｄ…ガス導入ポート、１２，１２ａ，１２ｂ…ガス噴出口、１３…ベース台、１４…摺動台、１５…摺動溝、１６…滑車、１７…錘、１８…エアボンベ、１９…エアバルブ、２０…配管、２１…エア制御装置、２２…バーナー保持部、２３…上下方向駆動台、２４…保持アーム、２５…前後方向駆動台、２６…ガイド部、２７，２８…駆動モータ、２９…ベース台、３１…ガスボンベ、３２…酸素ボンベ、３３…配管、３４…ガス流量制御弁、３５…ガス流量制御装置、３６…制御装置、３７…放熱体、３８…給水管、３９…配水管。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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