JP2554776B2 - 光ファイバ接続部の補強方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、アモルファスカーボン被膜を施した石英ガ
ラス系の光ファイバ融着接続した融着接続部のアモルフ
ァスカーボンの再被覆装置を用いた光ファイバ接続部の
補強方法に関する。

「従来の技術」 一般に光ファイバとしては、石英ガラス系等のガラス
製光ファイバが多く用いられている。上記ガラス製の光
ファイバは、ファイバの表面に損傷等があると、これに
長手方向に引っ張り張力をかけた場合に、その損傷が成
長し、さらに破断してしまうことがある。またファイバ
表面に水分が付着したりすると、その水分の付着した部
分の機械強度が経時的に低下してしまう問題があった。
また水素雰囲気中に光ファイバを曝しておくと、水素ガ
スがファイバ中に拡散し、この拡散した水素により光フ
ァイバの光吸収損失が大きくなる問題があった。また水
素は、ガラスの構造欠陥部分と反応してSiOH基を形成す
るが、これは伝送損失を増大する原因になるという問題
があった。

これらの諸問題を解決する方法として、光ファイバの
表面に気密性の高い被覆を施すことにより、光ファイバ
を損傷や、水素イオン、水等との接触から防ぐ方法が種
々考えられている。例えば、光ファイバの表面に、光フ
ァイバの機械的強度を低下させる水分や伝送損失を増大
させる水素等を透過しないという特徴を有するアモルフ
ァスカーボン被膜（以下、単にカーボン被膜と略記す
る）を、厚さ数100〜1000オングストローム程度に被膜
する方法がある。この上記カーボン被膜を被覆した光フ
ァイバ１は、通常第１図に示すようにコア２、クラッド
３よりなるガラス製光ファイバの表面上に、カーボン被
膜４がハーメチックコートとして被覆され、さらにその
カーボン被膜４の上に、合成樹脂製被膜５を積層したも
のが知られている。

ところで、光ファイバは、実用上その長さが有限であ
るため、これを長距離にわたって敷設する場合は、有限
の長さの光ファイバーを随時接続して用いる必要があ
る。このように光ファイバを接続する方法としては、コ
ネクタ方式、融着接続法等があるが、永続的接続法とし
ては、一般に、光ファイバの端部と端部を突き合わせ、
アーク放電中で溶融して接続する融着接続法が用いられ
ている。この融着接続法を、前述したカーボン被膜を被
覆した光ファイバに適用するには、まず接続しようとす
る各光ファイバ端部の合成樹脂被膜等の被覆を除去し、
その端部同士を突き合わせてアーク放電中で溶融して接
続する。しかし、上記アーク放電による加熱過程におい
て、光ファイバ表面に被覆されているカーボンが燃焼
し、消失してしまう。このため融着接続部分の光ファイ
バ表面が裸の状態に露出してしまい、さらにこの光ファ
イバ表面の露出した融着接続部分に、水分が付着したり
あるいは水素ガスが接触することにより、融着接続部分
付近の機械的強度が低下したり、あるいは光の伝達損失
が増大してしまう恐れがあった。

上記問題を解決するために以下の方法が考えられてい
る。この方法は、サーボン被膜を被覆した光ファイバを
融着接続した後、光ファイバ表面の露出した融着接続部
分をカーボン被膜を被覆するための原料ガスの雰囲気中
に導入し、上記融着接続部分を移動させつつ輻射型熱源
からの一定強度の輻射熱線（例えばレーザ光）を照射し
て、加熱することにより、融着接続部分にカーボン被膜
を再被覆する方法である。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記従来の方法によってカーボン被膜
を融着接続部分に再被覆した場合、その再被覆する部分
を移動する際に、輻射熱線の焦点が加熱対象の融着接続
部分から逸脱することがあり、このため再被覆しようと
する融着接続部分の表面温度を一定にすることが困難で
あった。従って、上記融着接続部分に均一なカーボン被
膜を施すことも困難であり、時には再被覆したカーボン
被膜の一部分に、極度に膜厚の薄い部分が発生したり、
さらにはカーボン被膜が形成されていない部分が発生す
る恐れがあり、従って上記方法には、カーボン被膜の膜
厚をいかにして均一化するかという点で、未だ改良すべ
き点がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、カーボン被
膜を施された光ファイバを加熱融着して接続する際、光
ファイバ表面に被覆されているカーボンが燃焼、消失し
て光ファイバ表面が露出した融着接続部分に、均一な膜
厚のカーボン被膜を被覆することができる光ファイバ接
続部の補強方法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」 上記課題は、カーボン被覆を施した光ファイバの端部
同士を融着接続した後、該融着接続部分を加熱する輻射
型の炉と、上記光ファイバの該融着接続部分を外気から
遮断するための覆いと、該覆いの中に、原料ガスを導入
する機構を有する装置を用いて、該融着接続部分にカー
ボンを再被覆する光ファイバの融着接続部分の補強方法
において、光ファイバを長手方向に移動しながら加熱
し、かつこの際、加熱部分の光ファイバ表面温度を一定
に保つように輻射型熱源の出力を制御することにより解
決される。

また、上記輻射型熱源の制御は、カーボン生成時に発
せられる光強度を判定し、これを輻射型熱源にフィード
バックして該輻射型熱源出力を制御するのが望ましい。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の光ファイバ接続部の補強方法は、光ファイバ
を融着接続した後、この融着接続部分を輻射型熱源によ
り原料ガス雰囲気中で加熱して、該融着接続部分にカー
ボン被膜を施す際、そのカーボン被膜生成の反応温度を
一定となるように制御することにより、均一なカーボン
被膜を再被覆する方法である。

上記方法を行うための装置は、融着接続部分を加熱す
る輻射型熱源と、ガラス製光ファイバの融着接続部分を
外気から遮断する覆いと、この覆い内に原料ガスを導入
する機構と、上記カーボン被覆生成反応時において、被
膜を施される光ファイバ表面より発生する光の光強度を
測定する受光器、あるいは同じくカーボン被膜生成反応
時におけるカーボン被膜生成部分の温度を測定するため
の温度計と、これらにより得られたカーボン被膜生成時
におけるカーボン被膜生成部分の状態を示す情報を輻射
型熱源にフィードバックする機構と、このフィードバッ
クされた情報に基づいて輻射型熱源の出力を調節する制
御装置より構成されている。

上記輻射型熱源としては、赤外線であるCO₂レーザを
用い、反射ミラー、レンズ、放射面ミラーを有する光学
的手段を介して、光ファイバ表面に均一に照射するのが
望ましく、温度調整はEOM（電気光学変調器）によるレ
ーザの外部出力調整が望ましい。

次に本発明の光ファイバ接続部の補強方法の一例を図
面を用いてさらに詳しく説明する。第２図は、本法にお
いて好適に用いられる装置の一例を示すもので、この装
置は、炭酸ガスレーザを発振する発振器１と、1/4λ板
２と、カーボン被膜生成時において被膜生成部位より発
せられる光を受光する受光器３と、受光器３からの情報
により、発振器１より発せられたレーザ光４をCdTe（カ
ドミウムテルル）EOM（以下、単にEOMと略記する）５通
過時において制御するPID制御器（比例微分積分制御
器）６と、反応系を外気より遮断するためのチャンバ７
と、チャンバ７内に原料ガスを導入するガス導入装置８
より構成されている。

上記構成の装置を用いて、光ファイバー接続部にカー
ボン被膜を再被覆するには、まず発振器１より炭酸ガス
レーザ光４を発振する。発振されたレーザ光４は、1/4
λ板３を通過した後、EOM5を通過し、炭酸ガスレーザ光
４の強度が制御される。EMO5通過後のレーザ光４は、反
射光等により、放物面鏡９の面上に誘導される。なおこ
の反射鏡や放物面鏡９には、光ファイバを通過させるた
めのスリット10,11が設けられている。上記放物面鏡９
に誘導されたレーザ光４は、チャンバ７内の光ファイバ
12表面上の一点に集光され、この一点のみが高温とな
る。また、この時チャンバ７内はガス導入装置８より導
入された原料ガスの雰囲気となっている。従って上記高
温部分の光ファイバ表面上で原料ガスが反応してカーボ
ン被膜が被覆される。また上記光ファイバは、その表面
上に均一な被膜を施すために、トラバーサ13により長手
方向に移動される。なお、このとき用いられる原料ガス
としては、直鎖炭化水素、ベンゼン、フロン等が好適で
ある。

また、上記レーザ光強度の制御は、カーボン被膜生成
時において被膜生成部位14より発せられる光を受光器３
により受光し、この光強度の情報がPID制御器６に送ら
れ、さらにこのPID制御器６がEOM5を制御することによ
り行われる。またこの方法によりカーボン被膜を被覆す
る光ファイバとしては、融着接続した部分だけでなく、
局部的にカーボン被膜のされていない部分に適用するこ
とも可能である。

「実施例」 前述した第２図に示す装置を用いて、光ファイバの融
着接続部分にカーボン被膜を被覆した。輻射型熱源には
出力20Wの炭酸ガスレーザを使用した。またレーザ光の
発振波長は10.6μｍとした。なおこの波長のレーザ光
は、石英系ガラスに対し極めて良好に吸収されるため、
効率のよい加熱が可能となる。またレーザ光強度は受光
器３で検出される反応光強度が一定となるように受光器
３、EOM5、PID制御器６により制御した。またチャンバ
７内には、ベンゼンをArガスで10％の濃度に希釈した混
合ガスをあらかじめ導入しておき、さらに被覆をする光
ファイバをそのカーボン被膜を施そうとする部分に集光
されたレーザ光が当たるようにチャンバ７内部にセット
した。またチャンバ７内の光ファイバは、トラバーサ13
により10mm/分の速さで移動させた。

上記条件の下、光ファイバの端部同士を融着接続した
ものをサンプルとして20本用意して、その融着接続部分
にカーボン被膜を被覆したところ、膜厚が均一の約100
オングストロームのアモルファスカーボン被膜が被覆さ
れた。

（比較例） 上記実施例において用いたのと同様の装置を、受光器
３、EOM5、PID制御器６等によるレーザ光の制御を行わ
ず常にレーザ光の強度が一定（出力20W）になるように
した以外は同様の条件で同様の操作を行い、光ファイバ
の端部同士を融着接続したサンプルを20本用意し、その
融着接続部分にアモルファスカーボン被膜を被覆したと
ころ、カーボン被膜の膜厚にムラのあるサンプルや、一
部被膜が施されていないサンプルがみられた。

上記実施例のサンプル20本および比較例のサンプル20
本、各々のサンプルについて平均引っ張り強度、引っ張
り強度の標準偏差、静疲労係数を測定した。結果を以下
第１表に示す。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の光ファイバ接続部に補
強方法によれば、光ファイバを長手方向に移動しながら
加熱し、かつこの際、加熱部分の光ファイバ表面温度を
一定に保つように輻射型熱源の出力を制御する機構を用
いたので、光ファイバの接続部分の均一な膜厚のカーボ
ン被膜を再被覆することができる。従って融着接続部分
の機械強度をムラなく全般的に高め、水、水素がカーボ
ン被膜を通過して光ファイバのガラス部分に接触するこ
とがないので、光ファイバの機械的強度の低下や、光の
伝送損失を良好に防ぐことができる。

また、上記輻射型熱源の制御機構を、カーボン生成時
に発せられる光強度を測定し、これを輻射型熱源出力に
フィードバックして熱源出力を制御する機構としたの
で、輻射型熱源による上記光ファイバ接続部への加熱の
度合の調節が正確に行うことができるため、上記したカ
ーボン被膜の均一性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カーボン被膜を施した光ファイバの横断面
図、第２図は、本発明の光ファイバ接続部の補強方法に
おいて好適に用いられる装置の一例を示す概略図であ
る。 １……レーザ光発振器、 ３……受光器、 ４……レーザ光、 ５……EOM、 ６……PID制御器、 ７……チャンバ、 ８……ガス導入装置、 12……光ファイバ、 14……被膜生成部位、 15……光ファイバ、 18……カーボン被膜。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アモルファスカーボン被覆を施した光ファ
   イバの端部同士を融着接続した後、該融着接続部分を加
   熱する輻射型の炉と、該光ファイバの該融着接続部分を
   外気から遮断するための覆いと、該覆いの中に、原料ガ
   スを導入する機構を有する装置を用いて、該融着接続部
   分とアモルファスカーボンを再被覆する光ファイバ接続
   部の補強方法において、 光ファイバを長手方向に移動しながら加熱し、かつ加熱
   部分の光ファイバ表面温度を一定に保つように輻射型熱
   源の出力を制御することを特徴とする光ファイバ接続部
   の補強方法。
2. 【請求項２】上記輻射型熱源の制御が、アモルファスカ
   ーボン生成時に発せられる光強度を測定し、これを輻射
   型熱源にフィールドバックして該輻射型熱源出力を制御
   することによりなされることを特徴とする請求項１記載
   の光ファイバ接続部の補強方法。