(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のファイバの内の少なくとも一方が、ファイバの中心軸方向に延びる多数の細孔が結晶状に配列された多孔部と該多孔部の中心に中実状又は中空状に形成されたコア部とを有するフォトニッククリスタルファイバである該一対のファイバの端部同士を加熱融着させるフォトニッククリスタルファイバの融着方法であって、
上記一対のファイバの端部同士を突き合せた状態にし、
上記ファイバの端部の加熱温度を、上記それぞれのファイバを形成する材料のいずれの軟化温度よりも高くかつ、上記細孔を形成する石英系ガラス材料の軟化温度との温度差が５００℃以下になるように設定し、
流動化を生じさせないで、上記一対のファイバの端部同士を融着させる
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項２】
請求項１において、
ファイバの端部の加熱時間（単位：ｓｅｃ）と温度差（単位：℃）との積の値が５０以上２０００以下となるように設定する
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
ファイバの端部の加熱は、電気抵抗発熱体によって行う
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、
ファイバの端部の加熱は、放電によって行う
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
一対のファイバの双方がフォトニッククリスタルファイバであって、
上記一対のフォトニッククリスタルファイバの端部同士を、その細孔の位置を互いに一致させた状態で融着する
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項６】
請求項５において、
多孔部が断面略６角形状を有しており、
一対のフォトニッククリスタルファイバの端部同士を、上記多孔部の６角形状を観察しながら上記フォトニッククリスタルファイバを中心軸回りに回転させることによって、上記略６角形状の多孔部の向きを互いに一致させた状態で融着する
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
一対のファイバの内の一方がフォトニッククリスタルファイバであって、他方がモードフィールド径が長手方向に変化した単一モード光ファイバであり、
上記一対のファイバの端部同士を、上記単一モード光ファイバの端部におけるモードフィールド径が上記フォトニッククリスタルファイバのモードフィールド径に略一致するように融着する
ことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの融着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ同士、又はフォトニッククリスタルファイバと通常の光ファイバとの融着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コア及びクラッドからなる通常の光ファイバでは得ることのできない大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目されつつある。このものは、ファイバの中心軸方向に延びる多数の細孔が結晶状に配列された多孔部と、該多孔部の中心に中実状又は中空状に形成されたコア部とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の光ファイバの端部同士を融着する際には予加熱融着方法が一般的に用いられている。
【０００４】
この予加熱融着方法は、次の手順で行われる。つまり、一対の光ファイバにおけるコア部の位置を互いに一致させてその端部同士を互いに相対向させた状態にする。次いで、上記端部同士を突き合わせる前に放電によって上記端部を流動性が生じる程度にまで加熱溶融して各端部の成形を行う。そして、上記一対のファイバの端部同士を突き合わせた上で、再び放電によって接続部分を加熱溶融し上記一対の光ファイバの端部を融着する。
【０００５】
ところが、例えば一対のフォトニッククリスタルファイバの端部同士又はフォトニッククリスタルファイバと通常の光ファイバの端部同士の融着に、上記予加熱融着方法を適用すると、ファイバの端部が加熱される温度である加熱温度が極めて高温であるため、上記フォトニッククリスタルファイバに形成された多数の細孔が塞がれてしまったり、上記細孔の結晶状配列が崩壊してしまったりする虞がある。このように上記ファイバの融着部において多孔部の構造が壊れてしまうと、フォトニッククリスタルファイバとして設計されていたバンドギャップ構造が失われ、正常に伝送が行われなくなったり、融着部における接続損失が大きくなったりする等の不都合が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フォトニッククリスタルファイバの多孔部の構造を壊すことなく確実に融着させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ファイバの端部の加熱温度及び加熱時間を調整することによって、フォトニッククリスタルファイバの多孔部の構造を壊すことなく確実に融着することとした。
【０００８】
具体的に、請求項１記載の発明は、一対のファイバの内の少なくとも一方が、ファイバの中心軸方向に延びる多数の細孔が結晶状に配列された多孔部と該多孔部の中心に中実状又は中空状に形成されたコア部とを有するフォトニッククリスタルファイバである該一対のファイバの端部同士を加熱融着させるフォトニッククリスタルファイバの融着方法を対象とする。
【０００９】
そして、上記一対のファイバの端部同士を突き合せた状態にし、上記ファイバの端部の加熱温度を、上記それぞれのファイバを形成する材料のいずれの軟化温度よりも高くかつ、上記細孔を形成する石英系ガラス材料の軟化温度との温度差が５００℃以下になるように設定し、流動化を生じさせないで、上記一対のファイバの端部同士を融着させることを特定事項とするものである。
【００１０】
ここで、上記フォトニッククリスタルファイバの細孔を形成する材料としては、例えば石英（ＳｉＯ2）としてもよい。
【００１１】
請求項１記載の発明によると、細孔を形成する材料の軟化温度と加熱温度との温度差が比較的小さいため、該加熱温度でファイバの端部を加熱しても流動化が生じない。このため、フォトニッククリスタルファイバの細孔を潰したり、該細孔の結晶状配列を崩壊させたりすること等の多孔部の構造の破壊が回避されると共に、ファイバの端部同士を確実に融着することが可能になる。
【００１２】
ここで、上記加熱温度と軟化温度との温度差は、請求項１記載の如く５００℃以下が好ましく、より好ましくは４００℃以下である。そして、上記温度差を３００℃以下とすれば、多孔部の構造の破壊をより確実に防止しつつ、ファイバの端部を確実に融着することが可能になる。
【００１３】
そして、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ファイバの端部の加熱時間（単位：ｓｅｃ）と、温度差（加熱温度と軟化温度との温度差（単位：℃））との積の値を５０以上２０００以下となるように設定することを特定事項とするものである。
【００１４】
すなわち、温度差が大きいときは加熱時間を短くする一方、温度差が小さいときは加熱時間を長くするのがよい。これにより、多孔部の構造を破壊することなく、ファイバの端部同士をより一層確実に融着することが可能になる。
【００１５】
尚、上記積の値は、細孔を構成する材料に応じて上記の範囲で調整するのがよい。
【００１６】
このような融着を行う際のファイバの端部の加熱は、請求項３記載の如く、電気抵抗発熱体によって行うのがよい。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、加熱温度の制御が容易になると共に、ファイバ端部を緩やかにかつ比較的低温で加熱することが可能になる。その結果、フォトニッククリスタルファイバの多孔部の構造を破壊することなく、ファイバの端部同士をより確実に融着することが可能になる。
【００１８】
また、請求項４記載の如く、ファイバの端部の加熱を、放電によって行ってもよい。
【００１９】
請求項５記載の発明は、一対のファイバの双方がフォトニッククリスタルファイバである場合に適した方法であり、具体的には、上記一対のフォトニッククリスタルファイバの端部同士を、その細孔の位置を互いに一致させた状態で融着することを特定事項とするものである。
【００２０】
すなわち、フォトニッククリスタルファイバの端部同士を接続する際には、該一対のフォトニッククリスタルファイバのコア部の位置を互いに一致させるのに加えて、上記一対のフォトニッククリスタルファイバの細孔の位置を互いに一致させた上で端部同士を融着するようにするのがよい。
【００２１】
これにより、融着された接続部の断面における電界分布（電磁界分布）が互いに一致し、接続損失の低減化等が図られると共に、接続端面における中実部分（細孔以外の部分）の全てが融着されることになり、機械的な強度の向上も図られる。
【００２２】
この細孔の位置を互いに一致させた状態で融着する方法としては、例えば請求項６記載の如く、多孔部が断面略６角形状を有している場合、一対のフォトニッククリスタルファイバの端部同士を、上記多孔部の６角形状を観察しながら上記フォトニッククリスタルファイバを中心軸回りに回転させることによって、上記略６角形状の多孔部の向きを互いに一致させた状態で融着してもよい。
【００２３】
このように多孔部の形状を観察することによって、コア部の位置及び細孔の位置を互いに一致させることが容易になる。
【００２４】
上記請求項５又は請求項６記載の発明に対し、一対のファイバの内の一方がフォトニッククリスタルファイバであって、他方がモードフィールド径が長手方向に変化した単一モード光ファイバである場合には、例えば請求項７記載の如く、上記一対のファイバの端部同士を、上記単一モード光ファイバの端部におけるモードフィールド径が上記フォトニッククリスタルファイバのモードフィールド径に略一致するように融着するのがよい。
【００２５】
このように融着端部におけるモードフィールド径を互いに略一致させることで、接続損失の低減化等が図られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明におけるフォトニッククリスタルファイバの融着方法によれば、加熱温度を比較的低温にすることによって、多孔部の構造を破壊させることなく、フォトニッククリスタルファイバ同士又はフォトニッククリスタルファイバと通常の光ファイバとを確実に融着することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ１を示し、該フォトニッククリスタルファイバ１は、ファイバ中心を長手方向に延びかつ中実状に形成されたコア部１１と、該コア部１１の外周部を囲むように設けられ、該コア部に沿って延びる多数の細孔１２ａを有する多孔部１２と、これらを被覆するように設けられたサポート部１３とを備えている。
【００２９】
上記フォトニッククリスタルファイバ１の製造方法を図２により説明する。
【００３０】
すなわち、ＳｉＯ2製の円柱体の中心部に断面正６角形の孔２ａを中心軸に沿って設けたサポート管２と、互いに同一径を有する複数本の円筒状のＳｉＯ2製キャピラリ３と、これらキャピラリ３と同一径を有する１本の円柱状のＳｉＯ2製コア部材４とを準備する。
【００３１】
そして、上記キャピラリ３を上記サポート管２の正６角形状孔２ａ内に充填していく。このとき、この正６角形状孔２ａの内壁における一つの面に対してキャピラリ３を並列に並べるようにして第１層を形成し、該形成された第１層における相隣接する一対のキャピラリ３，３の間に新たなキャピラリ３を載置していくようにして、続く第２層を形成する。このようなキャピラリ管の載置を繰り返すことによって上記正６角形状孔２ａ内にキャピラリ３を結晶状に配列させて充填するが、上記正６角形状孔２ａの中心位置には、キャピラリ３ではなくてコア部材４を配置しておく。
【００３２】
以上の工程により、サポート管２内にキャピラリ３が結晶状に配列した状態で充填されかつその中心位置にコア部材４が配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム５が完成する。
【００３３】
上記プリフォーム５は、線引き炉内で加熱した後に延伸する線引き加工を施して細径化（ファイバ化）する。この線引き加工の際に隣接するキャピラリ３，３同士、上記キャピラリ３とサポート管２、及びキャピラリ３とコア部材４とは互いに融着して一体化される。その結果、図１に示すように、ファイバ中心を長手方向に延びかつ中実に形成されたコア部１１と、該コア部１１を囲むように上記コア部１１に沿って延びる多数の細孔１２ａ結晶状に配列して設けられた多孔部１２と、これらを被覆するサポート部１３とを備えたフォトニッククリスタルファイバ１が完成する。
【００３４】
尚、上記フォトニッククリスタルファイバの製造方法としては、上記に限るものではない。
【００３５】
次に、上記フォトニッククリスタルファイバ１の端部同士の融着方法について説明しつつ、実施形態の作用・効果について説明する。
【００３６】
図３は、上記一対のフォトニッククリスタルファイバ１，１の端部同士を融着させる抵抗融着装置６を示していて、このものは、略Ω状の電気抵抗発熱体６１と、該発熱体６１を挟んだ両側に配設された一対のファイバガイド６２，６２とを備えている。
【００３７】
まず、各フォトニッククリスタルファイバ１を各ファイバガイド６２に形成されたＶ溝６２ａ内に載置する。
【００３８】
そして、例えば通常の光ファイバ同士の融着の際にコアの位置合わせのために行われるコア直視法によって、上記フォトニッククリスタルファイバ１のコア部１１の位置合わせ及び細孔１２ａの位置合わせを行う。すなわち、上記フォトニッククリスタルファイバ１に対して中心軸方向に直交する方向から光をあてることによってコア部１１及び細孔１２ａの位置を確認しながら、上記フォトニッククリスタルファイバ１を中心軸周りに回転させることによって、上記一対のフォトニッククリスタルファイバ１，１のコア部１１，１１の位置を互いに一致させると共に、細孔１２ａ，１２ａの位置を互いに一致させる。
【００３９】
尚、上記フォトニッククリスタルファイバ１，１のコア部１１，１１の位置合わせは、例えば次のようにしてもよい。
【００４０】
すなわち、上記と同様に、フォトニッククリスタルファイバ１に対して中心軸方向に直交する方向から光をあてることによって、断面正６角形状の多孔部１２の像を観察し、上記フォトニッククリスタルファイバ１を中心軸回りに回転させることによって、上記多孔部１２の向きを互いに一致させ、さらに、コア部１１，１１の位置を互いに一致させてもよい。
【００４１】
また、上記コア部１１，１１の位置合わせは、上記コア直視法の他に、通常の光ファイバの融着に用いられているパワーモニター法を用いてもよい。
【００４２】
こうしてコア部１１，１１の位置及び細孔１２ａ，１２ａの位置が互いに一致すれば、上記一対のフォトニッククリスタルファイバ１，１を中心軸方向に移動させて上記発熱体６１の位置でその端部同士を突き合わせた状態にする。
【００４３】
そして、この状態で上記発熱体６１を通電することによって、上記一対のフォトニッククリスタルファイバ１，１の端部を加熱し、その端部を軟化させて両者１，１を融着させる。
【００４４】
このとき、上記加熱温度は、ＳｉＯ2の軟化温度との温度差が５００℃以下であるのがよく、このようにすれば、フォトニッククリスタルファイバ１の細孔１２ａを潰したり、細孔１２ａの結晶構造を破壊させたりすることなく、融着を行うことができる。
【００４５】
上記温度差としては、より好ましくは４００℃以下とすればよく、上記温度差を３００℃以下とすれば、フォトニッククリスタルファイバ１の上記多孔部１２の構造の破壊を確実に回避しつつ、端部同士の融着を確実に行うことができる。
【００４６】
尚、上記加熱温度は、例えば電気抵抗発熱体６１の電力値から検知してもよいし、ファイバ端部の色温度で検知してもよい。
【００４７】
また、上記温度差と加熱時間との関係は、該温度差が大きい程加熱時間を短くするのがよく、例えば図４に示すように、上記加熱温度をＴｈ（単位：℃）、ＳｉＯ2の軟化温度をＴｃ（単位：℃）とし、加熱時間をＴｉｍｅ（単位：ｓｅｃ）としたときに、
５０≦（Ｔｈ−Ｔｃ）×Ｔｉｍｅ≦２０００
となるようにするのがよい。
【００４８】
このようにすれば、多孔部１２の構造を破壊することなく、フォトニッククリスタルファイバ１の端部同士をより一層確実に融着することができる。
【００４９】
尚、上記積の値（（Ｔｈ−Ｔｃ）×Ｔｉｍｅ）は、細孔１２ａを構成する材料に応じて上記の範囲で調整するのがよい。
【００５０】
また、フォトニッククリスタルファイバ１，１の端部同士の融着に抵抗融着装置６を用いることによって、加熱温度の制御が容易になると共に上記端部の温度上昇が緩やかになりかつ該端部を比較的低温で加熱することができる。その結果、多孔部１２の構造を崩壊させることなく、フォトニッククリスタルファイバ１，１の端部同士を確実に融着することができる。
【００５１】
また、一対のフォトニッククリスタルファイバ１，１のコア部１１，１１及び細孔１２ａ，１２ａの位置を互いに一致させた上で、上記フォトニッククリスタルファイバ１，１の端部同士を融着することによって、融着部の断面における電界分布（電磁界分布）が互いに一致し、接続損失の低減化等を図ることができると共に、接続端面における中実部分（細孔１２ａを除く多孔部１２、コア部１１及びサポート部１３）の全てが融着されることになり、機械的な強度の向上を図ることができる。
【００５２】
尚、上記実施形態では、フォトニッククリスタルファイバ１，１の端部同士の融着について説明したが、これに限らず、フォトニッククリスタルファイバ１と、コア及びクラッドを有する通常の光ファイバとの融着の際にも本実施形態に係る融着方法を適用してもよい。この場合も、フォトニッククリスタルファイバ１の多孔部の構造を破壊することなく、上記フォトニッククリスタルファイバ１と通常の光ファイバとの融着を確実に行うことができる。
【００５３】
このように、フォトニッククリスタルファイバ１と、通常の光ファイバとの融着の際も、上記コア直視法又はパワーモニター法によって、両ファイバの軸合わせを確実に行うことができる。
【００５４】
また、フォトニッククリスタルファイバ１と、通常の光ファイバ（特に、モードフィールド径が長手方向に変化した単一モード光ファイバ）との融着の場合は、上記一対のファイバの端部同士を、上記光ファイバの端部におけるモードフィールド径が上記フォトニッククリスタルファイバ１のモードフィールド径に略一致するように融着するのがよい。このようにすれば、接続損失の低減化を図ることができる。
【００５５】
＜他の実施形態＞
上記実施形態では、フォトニッククリスタルファイバ１のコア部１１を中実状としたが、上記コア部１１は中空状であってもよい。コア部１１が中空状に形成されたフォトニッククリスタルファイバを製造するには、そのプリフォームを製造する際に、コア部材４を配置しないで空隙とし、キャピラリ３のみをサポート管２の正６角形状孔２ａ内に充填するようにしてもよいし、キャピラリ３及びコア部材４を上記正６角形状孔２ａ内に充填した後に上記コア部材４のみを正６角形状孔２ａ内から抜いて空隙を形成するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、電気抵抗発熱体６１によって、フォトニッククリスタルファイバ１，１の端部を加熱するようにしているが、これに限らず、加熱温度が、上記細孔１２ａを形成する材料の軟化温度との温度差が５００℃以下になるように設定すると共に、５０≦（Ｔｈ−Ｔｃ）×Ｔｉｍｅ≦２０００を満たすのであれば、放電によってフォトニッククリスタルファイバ１，１の端部を加熱してもよい。
【００５７】
さらに、コア部１１及び細孔１２ａの位置合わせを容易にするには、例えば図５に示すように、フォトニッククリスタルファイバ１のサポート部１３にマーカー１３ａ，１３ａを設けてもよい。つまり、例えばサポート部１３における多孔部１２′を挟んだ両側位置に、上記フォトニッククリスタルファイバ１の長手方向に延びるようにマーカー１３ａ，１３ａを設け、コア部１１及び細孔１２ａの位置合わせを、このマーカー１３ａ，１３ａの像を観察することによって行うようにしてもよい。このマーカー１３ａは、空隙、又はサポート部１３とは屈折率が異なるものとすればよい。これは特に、融着させるフォトニッククリスタルファイバ１が、多孔部１２′が断面略円形状に形成されたフォトニッククリスタルファイバ１である場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォトニッククリスタルファイバを示す斜視図である。
【図２】フォトニッククリスタルファイバのプリフォームを示す断面図である。
【図３】抵抗融着装置を示す斜視図である。
【図４】加熱温度と軟化温度との温度差に対する加熱時間の関係を示す斜視図である。
【図５】マーカーを設けたフォトニッククリスタルファイバを示す断面図である。
【符号の説明】
１            フォトニッククリスタルファイバ
２            サポート管
３            キャピラリ
４            コア部材
５            プリフォーム
６            抵抗融着装置
１１          コア部
１２，１２′  多孔部
１３          サポート部
６１          電気抵抗発熱体
６２          ファイバガイド
２ａ          正６角形状孔（プリフォーム）
１２ａ        細孔
６２ａ        Ｖ溝
【図１】
0003756056.tif 000002
【図２】
0003756056.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003756056.tif 000005
【図５】
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