JP2008076685A - 端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両端面が束ねられた状態で製造されるため、一方の端面において個々の光ファイバーを１本ずつ独立させて取り扱う。
【解決手段】端面近接多芯光ファイバー２００は、シングルモード光ファイバー１０の少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバー１０の一方および他方の端面では、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がシングルモード光ファイバー１０のコアの直径の２倍以上接続されるマルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバーのコア直径を差し引いた値の０．５倍以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、かつ残りの個々のシングルモード光ファイバー１０が１本ずつ独立してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信および光情報伝送分野において、熱レンズ方式光制御式光スイッチなどに用いられる近接多芯光ファイバーに関する。

通常のシングルモード光ファイバーは屈折率の異なるコアとクラッドからなり、比較的に屈折率の高いコア材からなるコアを、比較的に屈折率の低いクラッド材からなるクラッドで覆った構成である。したがって、コアの断面は円形であり、またクラッドの断面はドーナッツ型である。また、屈折率の異なるコアとクラッドを用いる代わりに、光が進行する実質的コア部分の周辺を「空孔（ホール；屈折率は極めて低い）」で取り囲んだ「ホーリーファイバー」の開発も進められている。このような「コア・クラッド型シングルモード光ファイバー」および「ホーリーファイバー」ともに、光の透過するコア部分の直径約数μｍないし１０μｍに対して、１本の光ファイバー全体としての外径・直径は、通常１００μｍ以上である（非特許文献１）。この直径は、光学的な要請でなく、製造上、断線を避けるための強度を維持するために大きさが定められており、１本の光ファイバーとして、非常に注意深く製造する場合、直径８０μｍ程度までは小さくすることができるとされている。

一方、光通信および光情報伝送分野において、通常、「多芯光ファイバー」とは、通常の光ファイバーを、単純に束ねたものをいう。一般にシングルモードあるいはマルチモードにかかわらず、個々のクラッド直径１２５μｍの多芯光ファイバーが広く用いられている。特許文献１には、光ケーブルのコンパクト性を改善することを可能とするとともに通信ケーブル用の多重導波路型光伝導体の製造を容易にする製造方法を提供することを目的として、前記伝導体が、円筒形シリカブロック内に埋設された複数の円筒形基本光ファイバーを有し、各々の円筒形基本ファイバーがコアおよびクラッドにより形成され、前記基本ファイバーの全てのコアが前記円筒形ブロックと同じ軸線を有する円筒体の母線上に規則的に配置される方法において、前記方法が以下の段階：複数の円筒形基本プレフォームと共に円筒形シリカロッドからプレフォ−ムを形成する段階であって、前記円筒形シリカロッドはその外側表面上の母線に沿って走る複数の溝を有し、前記円筒形基本プレフォームの各々がクラディングガラスにより囲まれたコアガラスから形成され、かつ部分的に前記円筒形シリカロッド内に収容されており、前記プレフォームが、形成されるべき基本ファイバーと同数の基本プレフォームを含み、かつ製造されるべき伝導体と同一の形状を有する段階と、この方法で形成された前記プレフォームにプラズマ技術被覆方法を用いてシリカ粒子を加えることにより均一な円筒形外側表面形状を与える段階と、このように得られたアセンブリからファイバー線引作業を行い、前記ファイバー線引作業の後、基本ファイバーが前記シリカブロックに埋設された前記伝導体を得る段階とからなる通信ケーブル用の多重導波路型円筒形光伝導体の製造方法が開示されており、コアおよびクラッドの直径としては、ファイバー線引作業の後、コアが約８μｍから１０μｍの直径を有し、クラッドが２５μｍから３５μｍの範囲にある外径を有する基本ファイバ−を得るように基本プレフォームの横断寸法を選択する、と記載されている。この製造方法で作成される多芯光ファイバー（特許文献１においては「多重導波路型円筒形光伝導体」と記載されている）は、その製法から明らかなように両端面が束ねられた状態で製造されるため、一方の端面において個々の光ファイバー（導波路型円筒形光伝導体）を１本ずつ独立させて取り扱うこと、たとえば、１本ずつ別々の単独光ファイバーに接続させることは事実上不可能である。

本発明者らは、特願２００６−０４６０２７号、特願２００６−０４６０２８号、特願２００６−０４６０２９号において、一方の端面において複数の隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離を特定の値以下（４０μｍ程度）に接近させて並行に束ねて配置し、一方から制御光を、他方から信号光を出射させることによって、熱レンズ方式光制御式光路偏向光路偏向スイッチを極めて効率的に動作させることができることを開示した。

末松安晴、伊賀健一、「光ファイバ通信入門（改訂第３版）」、株式会社オーム社（１９８９） 特許第２７８１７１０号明細書

本発明は、少なくとも一方端面が束ねられ、他方端面では個々の光ファイバー（導波路型円筒形光伝導体）を１本ずつ独立させて取り扱うこと、たとえば、１本ずつ別々の単独光ファイバーに接続可能な、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの少なくとも一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、個々の光ファイバーの他方の端面においては、個々の光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法を提供する。

本発明の端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法は、以下の特徴を有する。

（１）コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、個々の光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーである。

（２）コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、個々のシングルモード光ファイバーの他方の端面においても、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、かつ残りの個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーである。

（３）コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも一方端側の前記コア径をそのままとし前記クラッドの外径を縮小成形する工程と、複数のシングルモード光ファイバーのクラッド径縮小成形端側を束ねてフェルールに挿入し固定する工程と、を含む端面近接多芯光ファイバーの製造方法である。

（４）上記（１）または（２）に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、クラッド径が縮小成形され集束された前記端面近接多芯光ファイバーの少なくとも一方端側とマルチモード光ファイバーとが光学的に接続される場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離Ｌは、
下限において、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径の２倍以上であって、
上限においては、前記マルチモード光ファイバーのコアの直径Ｄ、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径ｄ、および、集束された前記シングルモード光ファイバーの本数ｎ（ｎは２、３、４、または、７）として、
ｎ＝２のとき、Ｌ ≦ Ｄ−ｄ
ｎ＝３のとき、Ｌ ≦ √３（Ｄ―ｄ）／２
ｎ＝４のとき、Ｌ ≦ √２（Ｄ−ｄ）／２
ｎ＝７のとき、Ｌ ≦ （Ｄ−ｄ）／２
である端面近接多芯光ファイバーである。

（５）上記（１）または（２）に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、前記端面近接多芯光ファイバーの中心に位置する１本のシングルモード光ファイバーに信号光を、前記端面近接多芯光ファイバーの周辺シングルモード光ファイバーのうちの１本に制御光をそれぞれ入射させ信号光の光路切替を行う場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離は、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径の２倍以上４０μｍ以下である端面近接多芯光ファイバーである。

（６）上記（１）または（２）に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、前記クラッド径縮小成形端側におけるクラッド径が同一であって、かつ、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの本数Ｍが式〔１〕で表される最密充填構成である端面近接多芯光ファイバーである。

本発明によれば、上述の構成にすることにより、一方の端面において個々のシングルモード光ファイバー（導波路型円筒形光伝導体）を１本ずつ独立させて取り扱うこと、たとえば、１本ずつ別々の単独光ファイバーに接続させることが可能となり、さらにたとえば、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーを用い、１本から制御光を、隣接するもう１本から信号光を出射させることによって、熱レンズ方式光制御式光路偏向光路偏向スイッチを極めて効率的に動作させることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる概略構成例である。端面近接多芯光ファイバー１００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバー１０の一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、個々の光ファイバー１０の他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる。

さらに、クラッド径が縮小成形され集束された端面近接多芯光ファイバー１００の少なくとも一方端側とマルチモード光ファイバーとが光学的に接続される場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離は、シングルモード光ファイバー１０のコアの直径の２倍以上であって接続されるマルチモード光ファイバーのコア直径からシングルモード光ファイバー１０のコア直径を差し引いた値の０．５倍以下である。

隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離は、クラッドの直径にほぼ同一であり、その大きさの下限および上限は以下のように規定される。

隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離からコア径を引き算し、さらに２分の１にした値は、ほぼ「クラッドの厚さ」ということができる。通常、クラッド径は光学的制約よりも強度上の制約および末端処理に用いる「フェルール」（フェルールの内径はクラッド径よりも僅かに大きい）の規格を統一した方が経済的であるため、シングルモードおよびマルチモード光ファイバーに共通に、１２５μｍが最も一般的に用いられており、これは、シングルモード光ファイバーのコア径（数μｍないし十数μｍ）に比べて非常に大きく、通常、光学的制約は自動的に満足されている。一方、シングルモード光ファイバーのコア径に対するクラッド径の光学的要求に基づく必要最小サイズに関しては、波動光学的な取り扱いにおいて、コア内を進行する光の電界分布は「クラッド部へしみ出している」（非特許文献１の２４頁）という現象を満足しなければならないという制約がある。さらに、クラッド径を通常の１２５μｍよりも小さくした場合、強度低下によりファイバー全体が蛇行しやすくなり、伝搬損失が大きくなりやすいという強度上の制約が改めて重要になる。これらの光学的制約および強度的制約を勘案して鋭意検討の結果、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離、すなわち、概ねクラッド１５の直径の最小値は、シングルモード光ファイバーのコア径（数μｍないし十数μｍ）の２倍以上であれば好適であることを見いだした。

一方、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離の上限は、本発明の多芯光ファイバーの用途上の制約によって規定される。すなわち、シングルモード光ファイバー１０の中心間距離を、できる限り接近させたいという要求は、以下のような用途において顕在化する。

（１）一方の端面において複数の隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離を特定の値「４０μｍ程度」以下に接近させて並行に束ねて配置し、一方から制御光を、他方から信号光を出射させることによって、熱レンズ方式光制御式光路偏向光路偏向スイッチを極めて効率的に動作させることができる（特願２００６−０４６０２７号、特願２００６−０４６０２８号、特願２００６−０４６０２９号）。この場合の隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離の上限は４０μｍである。

（２）一方の端面において複数の隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離を特定の値「６０ないし８０μｍ」以下に接近させて並行に束ねて配置し、通常のマルチモード光ファイバー（コア径６０ないし８０μｍ前後）の端面に密着させることによって、複数種類のシングルモード光ファイバー透過光をマルチモード光ファイバー内で高効率で合波できる。かかる場合、シングルモード光ファイバー１０の中心間距離の上限は、接続されるマルチモード光ファイバーのコア直径からシングルモード光ファイバー１０のコア直径を差し引いた値の０．５倍以下が好適である。

前述のように、通常の市販シングルモード光ファイバーのコア径は１２５μｍであるため、本発明では、後述の方法によりクラッド径を縮小させて用いている。

さらに、具体的に一例を挙げて以下に説明する。図１に示す端面近接多芯光ファイバー１００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバー１０の一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、個々の光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバー１０が１本ずつ独立してなる。

本実施の形態において、コア径は、波長に応じて、２〜十数μｍの幅を有する。なお、第１の実施の形態のみならず、以下の第２の実施の形態においても、コア径については上記同様の幅を有する。

隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がコアの直径の２倍未満の場合には、コア内を伝播する光の損失が大きくなるという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、既存光ファイバーで実現可能となる。前述のようにクラッド径は、製造工程の機械的強度からの要請により、１２５μｍが一般的であり、本発明では、クラッドを後述する方法により、クラッド径を縮小させて用いている。

上記端面近接多芯光ファイバー１００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０の少なくとも一方端側のコア直径をそのままとしクラッドの外径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるよう成形され、さらに、複数のシングルモード光ファイバー１０をそれらのクラッド直径が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下の一端側を束ねてフェルールに挿入し固定することにより製造することができる。上記製造方法により、上記端面近接多芯光ファイバー１００の一方端において、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になる。

束ねられるシングルモード光ファイバー１０の一方端側のクラッド直径がコアの直径の２倍未満の場合には、コア内を伝播する光の損失が大きくなるという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、既存光ファイバーで実現可能となる。

より具体的に説明すると、図１に示すように、端面近接多芯光ファイバー１００は、シングルモード光ファイバー１０の少なくとも２本以上の一方端面が、図１では７本以上の一方端面が、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図１では４０μｍになるように近接されて並列に束ねられて配置され、個々のシングルモード光ファイバー１０の他方端面では、個々のシングルモード光ファイバー１０が１本ずつ独立してなる。

ここで、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が８０μｍを超えると、多芯光ファイバーの外径が大きくなり、場合によっては使用される用途が限られるおそれがある。

上記端面近接多芯光ファイバー１００は、少なくともシングルモード光ファイバー１０の一方端側のクラッド直径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図１では４０μｍになるように成形され、さらに、図８に示すように複数のシングルモード光ファイバー１０をそれらのクラッド直径４０μｍの一方端側で束ねてフェルール４０に挿入し、接着用樹脂４６で固定することにより製造することができる。接着用樹脂としては、たとえば、通常のエポキシ樹脂系接着剤を好適に用いることができる。

なお、上述したように、束ねられるシングルモード光ファイバー１０の一方端側のクラッド直径がコア径の２倍未満の場合には、コア内を伝搬する光の損失が大きいという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、多芯光ファイバーの外径が大きくなり、場合によっては使用される用途が限られるおそれがある。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施形態にかかる概略構成例である。図２に示すように、端面近接多芯光ファイバー２００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０の少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバー１０の一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、個々のシングルモード光ファイバー１０の他方の端面においても、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、かつ残りの個々のシングルモード光ファイバー１０が１本ずつ独立してなる。

さらに、クラッド径が縮小成形され集束された端面近接多芯光ファイバー２００の少なくとも一方端側とマルチモード光ファイバーとが光学的に接続される場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離は、シングルモード光ファイバー１０のコアの直径の２倍以上であって接続されるマルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバー１０のコア直径を差し引いた値の０．５倍以下である。

さらに、具体的に一例を挙げて以下に説明する。図２に示す端面近接多芯光ファイバー２００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０の少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバー１０の一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径を縮小させ隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置されている。さらに、個々のシングルモード光ファイバー１０の他方の端面においても、一部のシングルモード光ファイバー１０の前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され該一部のシングルモード光ファイバー１０が隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、かつ残りの個々のシングルモード光ファイバー１０が１本ずつ独立してなる。

第１の実施の形態と同様に、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がコアの直径の２倍未満の場合には、コア内を伝播する光の損失が大きくなるという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、多芯光ファイバーの外径が大きくなり、場合によっては使用される用途が限られるおそれがある。

上記端面近接多芯光ファイバー２００は、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバー１０の一方端側の前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように成形し、さらにシングルモード光ファイバー１０の少なくとも一部の他方端側の前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように成形し、次いで複数のシングルモード光ファイバー１０をそれらのクラッド直径が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下の一方端側と他方端側の少なくとも一方側を束ねてフェルールに挿入し固定することにより製造することができる。上記製造方法により、上記端面近接多芯光ファイバー２００の一方端および／または他方端において、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離が前記コアの直径の２倍以上８０μｍ以下になる。

第１の実施の形態と同様に、束ねられるシングルモード光ファイバー１０の一方端側および他方端側のクラッド直径がコアの直径の２倍未満の場合には、コア内を伝播する光の損失が大きくなるという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、多芯光ファイバーの外径が大きくなり、場合によっては使用される用途が限られるおそれがある。

さらにより具体的に説明すると、図２に示すように、端面近接多芯光ファイバー２００は、シングルモード光ファイバー１０の少なくとも２本以上の一方端面が、図２では７本以上の一方端面が、隣接するシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図２では４０μｍになるように近接されて並列に束ねられて配置され、また、個々のシングルモード光ファイバー１０の他方端面においても、少なくとも２本以上（図２では３本）のシングルモード光ファイバー１０の中心間距離がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図２では４０μｍになるように近接されて並列に束ねられて配置され、かつ残りの１本以上（図２には１本）のシングルモード光ファイバー１０がそれぞれ１本ずつ独立してなる。

上記端面近接多芯光ファイバー２００は、次のように製造される。すなわち、少なくともシングルモード光ファイバー１０の一方端側のクラッド直径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図２では４０μｍになるように成形され、さらに、たとえば１９本のシングルモード光ファイバー１０をクラッド直径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下（図２では４０μｍ）の一方端側で束ねてフェルール４０に挿入し固定し、さらに、１９本のシングルモード光ファイバー１０の他方端側のクラッド直径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下になるように、図２では４０μｍになるように成形し、他方端側も、７本ずつシングルモード光ファイバー１０をクラッド直径がコアの直径の２倍以上８０μｍ以下（図２では４０μｍ）の他方端側で束ねてフェルール４０ａ，４０ｂにそれぞれ挿入し固定して、残り５本をそれぞれ独立にしておくことにより製造することができる。

なお、光ファイバーの微小な蛇行さえ防ぐことができれば、縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの本数は２以上の任意の値でも良いが、本数が２，３，４および７のとき安定、５および６のとき不安定である。さらに、前記クラッド径縮小成形端側におけるクラッド径が同一であって、かつ、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの本数Ｍが式〔１〕で表される最密充填構成である端面近接多芯光ファイバー１００または２００は、前記フェルールの穴の中で最も接近して安定に並列に束ねられて配置されるため、光ファイバーの微小な蛇行による伝搬損失をほぼ完全に無くすことができる。式〔１〕において、Ｎが１，２，３のとき、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの本数Ｍは、各々、７，１９，３７である。図８には、Ｍが７の場合の最密充填の様子が示されている。

第１の実施の形態と同様に、束ねられるシングルモード光ファイバー１０の一方端側および他方端側のクラッド直径がコア径の２倍未満の場合には、コア内を伝搬する光の損失が大きいという不都合が生じ、一方、８０μｍを超えると、多芯光ファイバーの外径が大きくなり、場合によっては使用される用途が限られるおそれがある。

上述のように製造された端面近接多芯光ファイバー２００のフェルール４０ａ，４０ｂに挿入固定された他方端部は、たとえばＬＤ（レーザーディスク）、ＰＤ（相変化ディスク）などにそれぞれ接続されても良い。

（第３の実施の形態）
少なくとも２本以上の、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの一方の端面が束ねられて、コア・クラッド型マルチモード光ファイバーのコアに接続され、２本以上のシングルモード光ファイバー各々を伝搬する光がマルチモード光ファイバーに入射される配置に用いられる本発明の多芯光ファイバーとして、波長１３１０ｎｍ近辺の伝搬に最適化されたコア径９．５μｍで一定かつ束ねれた一端におけるクラッド径２６．５μｍ、および、独立した一端におけるクラッド径１２５μｍのコア・クラッド型シングルモード光ファイバー７本を、クラッド径２７．５μｍの部分で束ね、内径約８１．５μｍ（クラッド径２６．５μｍを７本束ねた場合の最大外径７９．５μｍに２μｍの余裕を持たせた穴径である）に挿入し、接着用樹脂で固定し、束ねたファイバー末端を研磨したものを、前記実施の形態にしたがって製造した。ここで、コア径９．５μｍ、クラッド径２６．５μｍのシングルモード光ファイバーは中心間距離２６．５μｍ（マルチモード光ファイバーのコア径６２．５μｍからシングルモード光ファイバーの直径９．５μｍを差し引き、０．５倍した値）である。

これを末端が研磨された、波長１３１０ｎｍ近辺の伝搬に最適化された、コア径６２．５μｍのコア・クラッド型マルチモード光ファイバーのコア部分と、互いの中心が一致するように接触させ、本発明の多芯光ファイバーの独立した末端７箇所から各々、１３１０ｎｍ±１０ｎｍの波長のレーザーを入射させたところ、必要最小限の損失で、前記シングルモード光ファイバーから前記マルチモード光ファイバーへの伝送が可能となった。仮に、前記多芯光ファイバーのシングルモード光ファイバー中心間距離がマルチモード光ファイバーのコア径からシングルモード光ファイバーの直径を差し引き、０．５倍した値を超えていると、前記多芯光ファイバーのシングルモード光ファイバーの周辺光ファイバーのコアの一部は、前記マルチモード光ファイバーのコアから「はみだす」形になり、円滑な伝送は実現できない。一方、前記シングルモード光ファイバーのクラッド径をさらに小さくし、前記シングルモード光ファイバーのコア中心間距離をさらに小さくした場合、前記シングルモード光ファイバーのクラッド径が前記シングルモード光ファイバーの２倍以上である限り、必要最小限の損失で、前記シングルモード光ファイバーから前記マルチモード光ファイバーへの伝送が可能となった。前記シングルモード光ファイバーのクラッド径が前記シングルモード光ファイバーの２倍以下になると、コア内を伝播する光の損失が大きくなった。

以上のように、コア径およびクラッド径が各々同一の７本の、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの一方の端面が束ねられて、コア・クラッド型マルチモード光ファイバーのコアに接続され、前記７本のシングルモード光ファイバー各々を伝搬する光がマルチモード光ファイバーに入射される配置において、前記７本のシングルモード光ファイバーが、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離が前記シングルモード光ファイバーのコア直径の２倍以上、前記マルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバーのコア直径を差し引いた値の０．５倍以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、個々の前記シングルモード光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーを用いることで、必要最小限の損失で、前記シングルモード光ファイバーから前記マルチモード光ファイバーへの伝送が可能となる。同様にして、束ねたとき比較的安定な、２、３、および、４本のコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの一方の端面が束ねられて、コア・クラッド型マルチモード光ファイバーのコアに接続され、各々、２、３、および、４本のシングルモード光ファイバー各々を伝搬する光がマルチモード光ファイバーに入射される配置において、前記２、３、および、４本のシングルモード光ファイバーが、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離が前記シングルモード光ファイバーのコア直径の２倍以上、２本束ねた場合は、前記マルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバーのコア直径を差し引いた値以下であり、３本束ねた場合は、前記マルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバーのコア直径を差し引いた値の（√３）／２倍以下、４本束ねた場合は、前記マルチモード光ファイバーのコア直径から前記シングルモード光ファイバーのコア直径を差し引いた値の（√２）／２倍以下、になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、個々の前記シングルモード光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーを用いることで、必要最小限の損失で、前記シングルモード光ファイバーから前記マルチモード光ファイバーへの伝送が可能となる。

以上まとめると、２、３、４、または７本を束ねた端面近接多芯光ファイバーにおいて、クラッド径が縮小成形され集束された前記端面近接多芯光ファイバーの少なくとも一方端側とマルチモード光ファイバーとが光学的に接続される場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離Ｌは、
下限において、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径の２倍以上であって、
上限においては、前記マルチモード光ファイバーのコアの直径Ｄ、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径ｄ、および、集束された前記シングルモード光ファイバーの本数ｎ（ｎは２、３、４、または、７）として、
ｎ＝２のとき、Ｌ ≦ Ｄ−ｄ
ｎ＝３のとき、Ｌ ≦ √３（Ｄ―ｄ）／２
ｎ＝４のとき、Ｌ ≦ √２（Ｄ−ｄ）／２
ｎ＝７のとき、Ｌ ≦ （Ｄ−ｄ）／２
であるとき、必要最小限の損失で、前記シングルモード光ファイバーから前記マルチモード光ファイバーへの伝送が可能となる。

（応用例）
本発明の多芯光ファイバーとして、波長１５５０ｎｍおよび９８０ｎｍのレーザー透過に最適化されたコア径９．５μｍで一定かつ束ねた一端におけるクラッド径３９．０μｍ、および、独立した一端におけるクラッド径１２５μｍのコア・クラッド型シングルモード光ファイバー７本を、クラッド径３９．０μｍの部分で束ね、内径約１１９μｍ（クラッド径３９．０μｍを７本束ねた場合の最大外径１１７μｍに２μｍの余裕を持たせた穴径である）に挿入し、接着用樹脂で固定し、束ねたファイバー末端を研磨したものを、前記実施の形態にしたがって製造した。これを用いて、特願２００６−０４６０２９号に記載の、熱レンズ方式の光路切替装置を構成し、前記多芯光ファイバーの中心ファイバーに信号光を、周辺光ファイバーのどれか１つに制御光を各々入射させ光路切替を行ったところ、３５ｄＢ以上の高い消光比で、円滑に光路切替を行うことができた。

同様にして、コア・クラッド型シングルモード光ファイバーのコア径は９．５μｍで一定とし、束ねた一端におけるクラッド径が１５．２μｍ、１９．０μｍ、２５μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍおよび５０μｍのシングルモード光ファイバーを各々７本、一端で束ねた多芯光ファイバーを製造し、これらを用いて、特願２００６−０４６０２９号に記載の、熱レンズ方式の光路切替装置を構成し、前記多芯光ファイバーの中心ファイバーに信号光を、周辺光ファイバーのどれか１つに制御光を各々入射させ光路切替を行ったところ、束ねた一端におけるクラッド径が１５．２μｍ（コア径９．５μｍの１．６倍）のものは、コア内を伝播する光の損失が大きくなり、使用困難であった。一方、束ねた一端におけるクラッド径が１９．０μｍ（コア径９．５μｍの２．０倍）以上のものは、コア内を伝播する光の損失の点で全く問題なかった。しかるに、束ねた一端におけるクラッド径が４５μｍのものは、光路切替の消光比が１５ないし２０ｄＢに悪化し光路切替の用途に不適合となった。さらに、束ねた一端におけるクラッド径が５０μｍのものを用いても、熱レンズ方式の光路切替を行うことができなかった。これは、隣接する信号光ビームと制御光ビームの垂直方向の距離が離れすぎ、制御光によって形成された熱レンズの影響が信号光ビームへ及ばなくなったためである。

以上のように、コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離がコア径の２倍以上４０μｍ以下になるよう近接させて並列に束ねられて配置され、個々の光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバーを用いることで、熱レンズ方式の光路切替を高い消光比で実施することが可能となる。

次に、本発明の端面近接多芯光ファイバーの製造方法の一例を、図３ないし図８を用いて説明する。

図３に示すように、たとえば通常市販されているシングルモード光ファイバー１１を用いた場合の製造例について説明する。シングルモード光ファイバー１１は、比較的屈折率の高いコアからなり直径１０μのコア１２と、コア１２の外周を覆うようにコア１２に比べ屈折率の低く直径１２５μｍのクラッド１４と、上記コア１２およびクラッド１４を収容する直径０．９ｍｍのジャケット１８と、上記クラッド１４とジャケット１８との間に設けられ樹脂等からなり厚み０．４ｍｍの緩衝層１６とからなる。

端面近接多芯光ファイバーとなる一方端側を形成するために、まず、図４に示す構成のシングルモード光ファイバー１０の先端から４０ｍｍのところまで、上記ジャケット１８と緩衝層１６と剥離し、クラッド１４を露出させる。

次に、図５に示すように、材質がたとえばポリエチレンからなる筒状容器２０内に、クラッド１４を浸食可能な透明液体２２、たとえば４６％フッ酸水溶液を入れておき、この浸食可能な透明液体２２に、ストリップしたシングルモード光ファイバー１１の先端から４０ｍｍまでのクラッド１４を浸す。一方、実体顕微鏡３０を用いて、筒状容器２０の外側からクラッド１４の浸食による細線化を確認し、クラッド１４の直径が３９μｍになったところでシングルモード光ファイバーを取り出し、図６に示すような、直径３９μｍ（約４０μｍ）の細線化したクラッド１５を有するシングルモード光ファイバー１０を作製した。

次に、細線化したクラッド１５を有するシングルモード光ファイバー１０を７本作製し、この７本のシングルモード光ファイバー１０の細線化したクラッド１５の端部を、内径０．１１９ｍｍ、外径１．４ｍｍ、長さ３ｍｍのセラミックキャピラリー４２にそれぞれ挿入し、さらに、セラミックキャピラリー４２、クラッド１５およびシングルモード光ファイバー１０の外周の一部を、外径６ｍｍ、長さ５０ｍｍのコネクタ４４にて保護する。ここで、セラミックキャピラリー４２とコネクタ４４により、フェルール４０が構成される。

さらに、図７のＡ−Ａ’線に沿った断面を図８に示す。図８に示すように、フェルール４０内には、コア１２とその外周を覆う細線化したクラッド１５とからなるコア・クラッドが、中央に１本、さらにこの１本を囲むように６本の同芯状に挿入し、接着用樹脂４６を充填して固定する。その後、端面を鏡面研磨して、端面近接多芯光ファイバーを作製する。

以上、端面近接７芯光ファイバーを例に取ったが、これに限るものではなく、偶数芯でも奇数芯の端面近接多芯光ファイバーに、本発明は適当することができる。

なお、上述したコア１２は、通常、溶融石英で作られたチューブからなる。また、クラッド１４（クラッド層）は、コア１２上に、たとえば、一般に「スート(soot)」法と称される方法を用いることによって形成される。すなわち、酸素、気体でケイ素を有する化合物、および場合によっては気体でドーパントを有する化合物を含む前駆体の反応物質のガス流をガラス・チューブに通す。火炎のような移動性の熱源がチューブに沿って送られることで移動性の高温ゾーンを作り出し、それがチューブおよび移動性高温ゾーンを通って流れるガス流の部分を加熱する。高温ゾーンを通過する前駆体反応物質は均一な反応を受け、そこでガラスの粒子（本願明細書では「スート」とも称される）が気相中で、すなわち媒介表面を伴なわずに形成される。ガス流がガラス粒子を移動させ、それらが形成される場所から下流のチューブ上で堆積させられる。チューブに付着するスートはその後、チューブ上でガラスの層を形成するために焼結処理される。クラッド層の１つまたは複数の部分層は、たとえばＳｉＣｌ_４とＯ_２の前駆体混合物から形成されることが可能である。場合によっては、クラッド層（またはその部分層のうちのいずれか）は次の種、すなわち（ＰＯＣｌ_３前駆体による）リン、（ＧｅＣｌ_４前駆体による）ゲルマニウム、（Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６、またはＳｉＦ_４前駆体による）フッ素、（ＢＣｌ_３前駆体による）ホウ素、および（ＡｌＣｌ_３前駆体による）アルミニウムのうちの１つまたは複数でドープされることが可能である。加熱は、酸素／水素トーチを含めたいずれかの知られている可動性熱源であって、チューブの長さを縦走してチューブの壁を約１７００℃から約２３５０℃の範囲の温度に加熱する熱源を使用して遂行されることが可能である。

上述のように、ドーパントを有するクラッド１４は、上記４６％フッ酸水溶液により浸食して容易に細線化することができるが、これに限るものではなく、ホウフッ化水素酸水溶液、ヘキサフルオロリン酸水溶液などを用いることもできる。

本発明の端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法は、光通信分野および光情報処理分野において有効に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態の端面近接多芯光ファイバーの概念構成図である。 従来のシングルモード光ファイバーの断面図である。 図３に示すシングルモード光ファイバーの端部において外周被覆部を剥離した状態を説明する斜視図である。 細線化クラッドを作製する方法の一例を説明する図である。 細線化クラッドを有する本発明のシングルモード光ファイバーの一例を示す斜視図である。 本発明の端面近接多芯光ファイバーの一方端の構成を説明する断面図である。 図７のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

符号の説明

１０，１１ シングルモード光ファイバー、１２ コア、１４，１５ クラッド、１６ 緩衝層、１８ ジャケット、２０ 筒状容器、２２ 透明液体、３０ 実体顕微鏡、４０，４０ａ，４０ｂ フェルール、４２ セラミックキャピラリー、４４ コネクタ、４６ 接着用樹脂、１００，２００ 端面近接多芯光ファイバー。

Claims (6)

1. コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、
   個々の光ファイバーの他方の端面においては、個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバー。
2. コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも２本以上が、個々のシングルモード光ファイバーの一方の端面において、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、
   個々のシングルモード光ファイバーの他方の端面においても、前記コア径はそのままとし前記クラッドの外径が縮小され近接されて並列に束ねられ配置され、かつ残りの個々のシングルモード光ファイバーが１本ずつ独立してなる端面近接多芯光ファイバー。
3. コアの外周にクラッドが設けられているコア・クラッド型シングルモード光ファイバーの少なくとも一方端側の前記コア径をそのままとし前記クラッドの外径を縮小成形する工程と、
   複数のシングルモード光ファイバーのクラッド径縮小成形端側を束ねてフェルールに挿入し固定する工程と、
   を含む端面近接多芯光ファイバーの製造方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、
   クラッド径が縮小成形され集束された前記端面近接多芯光ファイバーの少なくとも一方端側とマルチモード光ファイバーとが光学的に接続される場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離Ｌは、
   下限において、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径の２倍以上であって、
   上限においては、前記マルチモード光ファイバーのコアの直径Ｄ、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径ｄ、および、集束された前記シングルモード光ファイバーの本数ｎ（ｎは２、３、４、または、７）として、
   ｎ＝２のとき、Ｌ ≦ Ｄ−ｄ
   ｎ＝３のとき、Ｌ ≦ √３（Ｄ―ｄ）／２
   ｎ＝４のとき、Ｌ ≦ √２（Ｄ−ｄ）／２
   ｎ＝７のとき、Ｌ ≦ （Ｄ−ｄ）／２
   である端面近接多芯光ファイバー。
5. 請求項１または請求項２に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、
   前記端面近接多芯光ファイバーの中心に位置する１本のシングルモード光ファイバーに信号光を、前記端面近接多芯光ファイバーの周辺シングルモード光ファイバーのうちの１本に制御光をそれぞれ入射させ信号光の光路切替を行う場合、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの中心間距離は、前記シングルモード光ファイバーのコアの直径の２倍以上４０μｍ以下である端面近接多芯光ファイバー。
6. 請求項１または請求項２に記載の端面近接多芯光ファイバーにおいて、
   前記クラッド径縮小成形端側におけるクラッド径が同一であって、かつ、前記クラッド径縮小成形端側における隣接するシングルモード光ファイバーの本数Ｍが式〔１〕で表される最密充填構成である端面近接多芯光ファイバー。
   

   

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