情報通信

光インターコネクション用細径
マルチモード光ファイバ心線の接続技術
大村真

樹 ・大

＊

塚健一郎・田服部

知之・濱田眞村充章弘Technology for Splicing Reduced-Diameter Multi-mode Optical Fibers for Optical Interconnection ─ by Masaki
Ohmura, Kenichiro Ohtsuka, Mitsuaki Tamura, Tomoyuki Hattori and Masahiro Hamada ─ The authors havedeveloped a reduced-diameter multi-mode fiber that can withstand bending and an MT-type high-density multi-fiber
optical connector. To realize easy splicing of optical fibers, the authors have examined the technology for splicingfibers without removing their coatings. This report presents the structure of a mechanical splicer that allows easy
fiber splicing using the V-groove positioning method, and its various optical characteristics.

1.

緒

言

近年の通信伝送容量の増大にともない FTTH に代表されされる（上記要因の③角度ズレ、④端面不整合の影響は小るような長距離通信系から高速伝送機器、情報家電のようさい）。一方、ガラスより寸法精度の出しにくい被覆層をな光インターコネクション領域まで光化が急速に進展して位置決め基準とするため①の軸ズレの影響が大きいと考えいる。我々はこれまで主に高速伝送機器をターゲットとしられる。低損失接続を実現するためには、被覆の偏心精度た光インターコネクション用の接続技術を検討してきた。の向上、および接続部材上での位置決め精度がポイントとその中で高密度／狭小空間配線を実現するため狭ピッチなる。

MT コネクタ、および曲げに強い細径高Δファイバを開発（1）、（2）し機器内配線光化の目処を得た。

2 − 1 細径マルチモード光ファイバ

被覆付き接続用ファイバとして開発した細径マルチモード光ファイバの概

機器内の光配線形態は多心接続がメインだが、受発光素略を図 1 示す。小径曲げ時のガラス応力低減と曲げ損失低子の接続においては単心ファイバを用いるケースも想定さ減の観点から、ファイバ構造に関して、ガラス直径は従来れる。この場合、ファイバの余長収納、および接続性が課の 125um から 80um に細径化し、比屈折率差は従来比約 2題となる。従来の光接続技術では、光ファイバの位置決め倍のΔ1.9 ％とした。小径曲げ時のガラスの破断強度は精度を確保するため、光ファイバ外層の被覆を除去してガMitsunaga の式（5）を用いて計算を行った。ガラスの細径化

ラスを露出させる工程がある。この工程はある一定の作業により曲げ歪を低減した結果、小径曲げ時も十分な信頼性スキルが求められ、また、被覆除去、清掃等で専用工具がが得られることを確認した （FIT ＝ 0.01、曲げ R ＝ 5mm、必要であるという理由から光接続作業の一つの障壁となっ10 ターン（5 年使用時））。ている。そのため被覆除去作業の省略は、光接続の簡易化、（4）。
および作業コストの低減につながると考えられる（3）、

本報告では被覆除去不要な光接続技術として、被覆付きで高精度位置決め可能な細径光ファイバと、それを用いた

図 2 に試作したファイバの曲げ損失の曲げ径依存性を示す。高Δn 化による光の閉じ込め作用の強化により、ファイバ曲げ半径 R ＝ 5 において＜ 0.1dB（10 ターン）の低損失を実現した（測定波長 850nm̲LED）。

簡易接続物品の試作／検討結果について報告する。
（a）標準MMF

2.

設計検討

被覆（2層）（b）細径MMF
密着被覆（1層）∆ ＝1.9％

光ファイバの接続損失はコア部の不連続によって発生する。同種ファイバの接続においては①軸ズレ、②間隙、③角度ズレ、および④端面不整合（反射、端面砕け）等が損失の主要因として挙げられる。今回の被覆付きファイバをコアクラッド用いた簡易接続においては、光ファイバは V 溝基板上での突き当て接続となるため角度ズレは小さく、その接続部には屈折率整合剤を適用するため接続端面の不連続性は補償−（ 50 ）− 光インターコネクション用細径マルチモード光ファイバ心線の接続技術

被覆／クラッド／コア＝250／125／50μm

図1

被覆／クラッド／コア＝125／80／50μm

標準ファイバおよび細径 MMF の構造

屈折率整合剤

曲げ損失（db）（10ターン）2.0

被覆付きファイバ

細径MMF
標準MMF

1.5

1.0

①接続部

②たわみ部
③固定部

0.5

図40.00510

被覆付きファイバ用簡易スプライスの構成15

曲げ半径（mm）②ファイバたわみ部
図2

細径 MMF の曲げ損失特性

曲げロスが小さく、強度信頼性が十分保障されるファイバ曲げ径で有ること。また、ファイバが挿入出来、突き当てが維持出来るファイバ座屈力を有すること。

S1

被覆③ファイバ固定部ファイバが十分に把持できること。また、ファイバ押付ガラスけによる曲げロスが十分小さいこと。

S2

上記の要求を満たすファイバ接続構造として、（a）キャピラリ方式と（b）V 溝方式の 2 つの形態が考えられた。そS3

れぞれの接続構造の概略を図 5 に示す。（a）のキャピラリ方式はサブミクロンの穴径制御が可能なキャピラリ部品を偏肉率＝S1/S3×100（％）

図3ベース部材に埋め込む構成である。そのため、キャピラリ部品の穴径とファイバ外径のクリアランスを最適化するこ

被覆層偏肉率の定義とで高精度の位置決めが出来、接続損失の低減が可能である。一方、（b）の V 溝方式は、射出成形等でベース部材上被覆構造は被覆薄肉化による被覆外径基準の光軸調心精に V 溝を形成する形態をとるが、一般的に成形ではサブミ度向上を目的として、被覆直径は標準心線径 250um（被覆クロンでの外形寸法精度の確保が困難であるためファイバ層 62.5um）に対して、細径ファイバ径 125um（被覆層の位置決め精度は、キャピラリ方式に比べ劣ると考えられ22.5um）とした。今回試作した細径ファイバの被覆偏心精る。ただし、軸ずれ許容値の大きいマルチモードファイバ度は、図 3 で定義される被覆偏肉率において平均 82.9 ％接続では± 5um 程度の公差でも 1dB 未満の接続特性が見込（最小 80.8 ％）であった。軸ずれ換算で平均 2.1μm（最大める。そこで今回は（b）の V 溝方式を採用して接続性を2.4μm）であり、コア径 50μm のマルチモードファイバ接追及する検討を行った。

続では損失 0.1dB 未満と十分な特性が得られるため今回このファイバを各種評価に用いた。
2 − 2 被覆付きファイバ用簡易スプライス

また、その V 溝は高精度にファイバ位置決めが出来るよう、従来とは異なり形状の一部に段差を持たせてファイバ被覆付きファイバ用簡易スプライスの構成概略を図 4 に示す。簡易スプライスは、大きく①ファイバ接続部、②ファイバたわみ部、③ファイバ固定部の３要素から構成される。従来の（A）キャピラリ接続

溝
ファイバ

メカニカルスプライスは接続部のガラスファイバを V 溝とフタで押圧固定するが、被覆付きファイバの場合、押圧時に被覆が変形し軸ズレが発生する懸念があるため、接続部

ファイバ

丸穴

キャピラリ

接続部断面は一定の摺動性を持たせファイバたわみの座屈荷重で結合を保持する形態とした。各構成部の要求仕様を以下に示す。

（B）段付きV溝接続
フタ■被覆付きファイバ用簡易スプライスの要求仕様

フタ①ファイバ接続部

ファイバ
段差

ファイバが接続穴内でファイバ座屈力の範囲内で摺動可能なように、ファイバ外径と部材穴径は有る一定のクリア

ファイバ

V溝

V溝

接続部断面接続部

ランスを有する。また、軸ずれロスを低減するためにファイバ調心機能を有している。

図5接続部の構造概略

2 0 0 9 年 1 月 ・ SEI テクニカルレビュー ・ 第 174 号 −（ 51 ）−曲げ力を利用して V 溝へファイバを接地させる構造とし40％
N＝20た。この形状の場合、V 溝段差量が大きいほどファイバのave.0.6°
max.1,4°30％

σ0.23°度

曲げ力が増加して V 溝接地力が向上する一方、ファイバの20％頻挿入性が損なわれる。たわみ部の設計において細径ファイバのたわみ時の座屈力は 5 〜 8gf 程度と小さい。この座屈力でファイバ挿入でき、かつ、低ロス性（V 溝接地性）を10％両立する V 溝段差量、ファイバ挿入角度は実験評価により設定した。
2−30

被覆付きファイバ切断方法

0.0

ファイバを相互

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.82.1

端面角度（°）に接続する場合、ファイバ切断面は軸に直角で、かつ鏡面状態であることが望まれる。裸ファイバの切断では、ファ図8

イバ表面に微小傷をつけた後、適切な曲率で引張応力を与被覆付きファイバのカット面角度える応力破断法がよく用いられている。被覆付きファイバの場合、ガラス表面を保護している被覆層を切断しつつ、かつ、ガラス表面に適切な初期傷を導入するかが技術的に3.

評価結果試作した細径マルチモード光ファイバ、および被覆付き重要な点となる。
通常の裸ファイバ用カッタでは、ガラス表面に直接加傷する条件となっているため刃圧が低く、被覆付きファイバを切断することが出来ない。図 6 に示す超硬刃を用いたファイバ用カッタを用いて簡易スプライスの光学特性評価を行った。
3−1

初期特性

図 9 に示す方法で簡易スプライス「スクラッチ＆ベンド式」カッタの場合、刃の高さで加傷の挿入損失を測定した。測定光源は波長 0.85um の LED 光力（刃圧）が調整出来る。今回、被覆付きファイバを切断源を用い、定常モード励振とするため光源側にモードコン可能な条件を実験、および解析にて評価した。実験では刃ディショナーを接続した。

高さを上げるに従い、カット面の鏡面領域が大きくなり、

図 10 に簡易スプライスの挿入損失測定結果を示す。評ある刃圧以上において図 7 に示すような良好カット面が得

価数 N ＝ 30 において挿入損失の平均は 0.07dB、最大られることを確認した。この条件において細径被覆付き0.11dB と良好な結果が得られた。細径マルチモードファイ

ファイバをカットしたときのガラス部の端面角度を図 8 にバの被覆偏肉から推定される軸ズレ損失と簡易スプライス示す。その端面角度は平均 0.6 °、最大 1.4 °であった。また、砕け、リップ／欠け等の端面不良も無く、被覆除去が必要な
モードコンディショナー

融着以外の接続では十分な特性が得られると考えられる。

λ0.85um

細径MMFLED
光源

枕PD
クランプ

ファイバ

簡易スプライス

刃高さ

図9クランプ

超硬刃

挿入損失測定系

超硬刃

刃圧

図660％

スクラッチ&ベンド式カッタの概要

λ0.85um

N＝30
Ave.0.07db

50％

Max.0.11db

被覆（φ125）頻度40％ガラス（φ80）

30％
20％
10％

初期傷

金属顕微鏡写真

0％干渉縞顕微鏡写真

0.000.050.100.15

0.200.25

挿入損失（db）

図7

被覆付きファイバのカット端面−（ 52 ）− 光インターコネクション用細径マルチモード光ファイバ心線の接続技術

図 10

簡易スプライスの挿入損失

0.30

の挿入損失はほぼ一致していることから、本溝構造（段付4.

結言

き V 溝）にてファイバの高精度位置決めが出来ていると考光インターコネクション用の簡易接続としてファイバたえられる。また、反射減衰量は、OCWR 法（JDSU 製 Back

わみ力を利用した V 溝調心方式によるマルチモードファイ

Reflection Meter）による測定を行い、測定波長 0.85um にバの被覆付き簡易スプライスを開発した。ファイバの被覆て平均-49.0dB、最大-46.5dB であった。

偏心精度から推定される軸ズレ損失と簡易スプライスの挿3−2環境特性、および機械特性

次に簡易スプラ入損失がほぼ一致していることから本接続方式の原理を実イスの環境特性について示す。試験条件は、温度-40 〜証した。ファイバの偏肉精度の向上、および V 溝設計パラ

70 ℃、時間 6hr/cycle × 10cycle ＝ 60hr にて行った。また、メータの最適化で更なる特性向上が可能と考えられる。

測定光源は波長 1.31um の LED 光源を用いた。
試験中の損失変動量を図 11 に示す。評価数 N ＝ 10 において最大損失変動量は± 0.03dB 未満であり、良好な結果が参得られた。その他の機械特性、および環境特性を表 1 に示

（1）Masaki Ohmura, Kenichiro Ohtsuka, Kazuto Saitoh,Super High-density Optical Circuits using Downsized
Fiber and Multi-fiber Opitcal Connectors, Proc.
International Conference on Electronics Packaging（ICEP2005）, pp230-235, Tokyo, Japan（Apr. 2005）

す。機械特性項目の中で振動、および衝撃試験では他の試験項目よりも若干損失が大きい傾向が確認される。V 溝へのファイバ接地力よりも大きな衝撃力が加わった際に接続部にズレが発生したものと推定される。更なる信頼性向上

0.3

5000.24000.1300

0.0

200度（℃）-0.1

100

温ΔIL（db）に向けて V 溝接地パラメータの最適化が課題と考えられる。

-0.20-0.3
0102030時

図 114050（4）孫均、木原満、小山良、冨田茂、「被覆付き光ファイバ接続用スプラ
イ ス の 開 発 」 信 学 技 報 、 TECHNICAL, REPORT OF IEICE.
OFT2007-33（2007-10）-10060（5）Y. Mitsunaga, Failure Prediction for Long-Length OpticalFiber Based on Proof Testing,J.Appl.Phys. 53[7],4847-4853（1982）

ヒートサイクル試験時の損失変動

簡易スプライスの機械特性、および環境特性

3N

屈曲±90°0.05N引張曲げ10回

衝環
境特性撃者 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------真 樹＊：光通信研究所 光部品研究部 主査
光ファイバコネクタなどの通信用光部品の開発に従事。電子情報通信学会正員。

Ave.-0.01
Max..0.00

張動

筆大村

損失増加量
（db）

条件

引振献（3）Hitoshi SON, Mitsuru KIHARA, and Shigeru TOMITA,
New Easily Assembled Mechanical Splicer for Direct
Coated Optical Fibre Connection without Stripping andCleaning Proc. 33nd European Conf. on Opt. Commun.,no.5, pp43-44, Berlin, Germany, Sept（2006）

間（hr）

試験項目

機械
特性文（2）Masaki Ohmura, Kazuhito Saito,
High-density Optical
Wiring Technologies for Optical Backplane Intercon
nection using Downsized Fibers and Pre-installed Fiber
Type Multi Optical Connectors , in Proc. Conf. OpticalFiber Communication（OFC 06）, OWI71（2006）

執表1

考1分

全振幅1.5mm、10-55Hz

3軸

2hrs

Ave.-0.00
Max..0.01

大 塚 健 一 郎 ：光機器事業部

技術部

Ave.0.04
Max..0.14

田村充 章 ：光通信研究所

光部品研究部

服部知 之 ：光通信研究所

光材料機能応用研究部

各3回

Ave.0.01
Max..0.10

6hrs/cyc×10cyc

Ave.0.02
Max..0.03

100G 6ms 3軸

温度
サイクル

-40〜70℃

温湿度
サイクル-10〜65℃/93％RH 24hrs/cyc×10cy

Ave.0.07
Max..0.08

高温70℃ 240hrs

Ave.0.03
Max..0.05

低温-40℃ 240hrs

Ave.0.01
Max..0.03

主席
プロジェクトリーダ
グループ長

濱 田 眞 弘 ：光機器事業部 技術部 グループ長--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

2 0 0 9 年 1 月 ・ SEI テクニカルレビュー ・ 第 174 号 −（ 53 ）−