Method of manufacturing an optical branching coupler |
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申请号 | JP21964290 | 申请日 | 1990-08-20 | 公开(公告)号 | JP2854941B2 | 公开(公告)日 | 1999-02-10 |
申请人 | 住友電装株式会社; | 发明人 | YUNOKI ISATO; ITO TAKEJI; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 【請求項1】プラスチックファイバを2本以上準備し、 予め定めた長さにわたって前記プラスチックファイバを相互に当接させ、さらに超音波加振して、その当接領域で相互に溶着することを特徴とする光分岐結合器の製造方法。 【請求項2】前記プラスチックファイバはコアの外周にクラッドを被覆してなり、前記プラスチックファイバを相互に当接させる前に、前記当接領域にわたってクラッドを除去する請求項1記載の光分岐結合器の製造方法。 【請求項3】前記プラスチックファイバはコアの外周にクラッドを被覆してなる請求項1記載の光分岐結合器の製造方法。 |
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说明书全文 | 【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光の分岐または結合を行う光分岐結合器、特にファイバ溶着型分岐結合器の製造方法に関する。 (従来の技術とその課題) この種の光分岐結合器としては、例えば特開昭62−15 ところで、上記従来例は、コア1aが石英等のガラス材料よりなるガラスファイバに適用されたものであり、コア1aがプラスチック材料よりなるプラスチックファイバに直接適用することは困難である。 というのも、上記において説明したように、各ファイバケーブル1のコア1a また、上記従来例では、コア1aの熱融着に先立って、 さらに、光分岐結合器を用いて情報伝送システムを構築する場合、光分岐結合器の分岐比をその配設位置に応じた値に設定する必要がある。 そのため、ユーザ側から光分岐結合器のメーカー側に、それぞれ異なった分岐比をもつ光分岐結合器の供給が要望されている。 (発明の目的) この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低損失の光分岐結合器を製造することができる光分岐結合器の製造方法を提供することを第1の目的とする。 また、この発明は上記第1の目的を達成した上で、さらに製造工程の簡便化を図ることを第2の目的とする。 (目的を達成するための手段) 請求項1の発明は、上記第1の目的を達成するために、プラスチックファイバを2本以上準備し、予め定めた長さにわたって前記プラスチックファイバを相互に当接させ、さらに超音波加振して、その通節領域で相互に溶着する。 請求項2の発明は、上記第1の目的を達成するために、コアの外周にクラッドを被覆してなるプラスチックファイバを2本以上準備し、各プラスチックファイバのクラッドを予め定めた長さにわたって除去してコアを露出させた後、前記プラスチックファイバのコアを、相互に当接させ、さらに超音波加振して、相互に溶着する。 請求項3の発明は、上記第2の目的を達成するために、コアの外周にクラッドを被覆してなるプラスチックファイバを2本以上準備し、予め定めた長さにわたって前記プラスチックファイバを相互に当接させ、さらに超音波加振して、前記プラスチックファイバの各コアを相互に溶着する。 (作用) 請求項1の発明によれば、複数のプラスチックファイバが予め定めた長さにわたって当接され、さらに超音波加振される。 したがって、各プラスチックファイバは加熱されることなく、その当接領域で相互に溶着される。 請求項2の発明によれば、各プラスチックファイバのクラッドを予め定めた長さにわたって除去してコアを露出させた後、前記複数のプラスチックファイバが相互に当接され、さらに超音波加振される。 したがって、各プラスチックファイバは加熱されることなく、その当接領域で各コアが相互に溶着される。 請求項3の発明によれば、複数のプラスチックファイバが予め定めた長さにわたって当接され、さらに超音波加振される。 したがって、各プラスチックファイバは加熱されることなく、その当接領域で各コアが相互に溶着される。 また、プラスチックファイバのクラッド除去作業が不要となり、製造工程が簡便となる。 (実施例) 第1図はこの発明にかかる光分岐結合器の製造方法を適用可能な光分岐結合器の製造装置(以下においては、 この装置は、コア10a,11aの外周にクラッド10b,11bをそれぞれ被覆してなる2本のプラスチックファイバ10,1 この下部溶着型21の上面にはX方向に伸びた溝部21a なお、23,24はシリコンゴム等の弾性体よりなるスペーサであり、スペーサ23,24が下部および上部溶着型21, また、装置には、第1図に示すように、超音波溶着機構部30が設けられており、超音波溶着機構部30の加振子 さらに、この装置には、超音波溶着機構部30に上方向から所定の押圧力を印加する圧力印加機構部(図示省略)が設けられている。 したがって、圧力印加機構部が作動すると、所定の押圧力が超音波溶着機構部30および上部溶着型22を介してプラスチックファイバ11に与えられて、プラスチックファイバ11がプラスチックファイバ A.第1実施例 次に、上記装置により、2本の未架橋ポリメチルメタクリレート系のプラスチックファイバから1つの光分岐結合器を製造する方法について説明する。 まず、オペレータがプラスチックファイバ10,11を所定位置にセットした(第2A図)後、上記装置の操作盤(図示省略)を介して製造開始指令を与えると、上記装置全体を制御する制御部(図示省略)からの指令にしたがって2本のプラスチックファイバ10,11がジグ20により保持される(第3図)。 その後、圧力印加機構部が作動して、所定の押圧力が超音波溶着機構部30および上部溶着型22を介してプラスチックファイバ11に与えられ、プラスチックファイバ11 上記のようにして、コア10a,10bの部分溶着が完了すると、制御部からの停止指令に応じて、超音波溶着機構部30および圧力印加機構部が停止し、さらにジグ20から上記のようにして形成された光分岐結合器40A(第4 次に、上記の製造方法により光分岐結合器40Aを製造した場合に光分岐結合器40Aの特性について具体的に説明する。 本願発明者は、光分岐結合器40Aの特性評価を行うために、以下の条件で光分岐結合器40Aを上記のようにして製造した。 すなわち、その条件は、 (押圧力)=10kgf (振動周波数)=15kHz (振動振幅)=40μm (振動印加時間)=0.5秒 (分岐結合部分51の長さ)l=20mm である。 そして、その光分岐結合器40Aと同じ長さのクラッド付プラスチックファイバの一方端に安定化光源の出力が接続されたときには同ファイバの他方端から11.74μW
以上のように、この第1実施例によれば、以下の効果が得られる。 (1)この第1実施例では、いわゆる超音波溶着法により光分岐結合器40Aを製造しているので、プラスチックファイバ10,11への熱影響がなく、ファイバ10,11の熱収縮による光損失の劣化はない。 事実、第1表に示すように、この実施例によれば、低損失の光分岐結合器40Aを製造することができた。 (2)また、上記と同様の理由から、プラスチックファイバ10,11の熱変形やクラッド材料のコア10a,11aへの拡散は生じない。 そのため、光分岐結合器40Aの特性を劣化させることなく、光分岐結合器40Aを製造することができる。 (3)クラッド10b,11bの除去工程が不要となり、光分岐結合器40Aの製造工程が簡素化される。 (4)プラスチックファイバ10,11の溶着に要する時間は1秒以内(上記実施例では0.5秒)であり、短時間で光分岐結合器40Aを製造することができる。 B.第2実施例 次に、上記装置により、2本のポリカーボネート系のプラスチックファイバから1つの光分岐結合器を製造する方法について説明する。 まず、プラスチックファイバ そして、上記クラッド除去処理が完了したプラスチックファイバ10,11をオペレータが所定位置にセットした(第2B図)後、上記装置の操作盤(図示省略)を介して製造開始指令を与えると、上記装置全体を制御する制御部(図示省略)からの指令にしたがって2本のプラスチックファイバ10,11がジグ20により保持される(第3 その後、圧力印加機構部が作動して、所定の押圧力が超音波溶着機構部30および凹部溶着型22を介してプラスチックファイバ11に与えられ、露出コア部11a′が露出コア部10a′に圧接される。 それに続いて、超音波溶着機構部30が作動して、所定の押圧力が露光コア部10a′, 上記のようにして、露出コア部10a′,11b′の溶着が完了すると、制御部からの停止指令に応じて、超音波溶着機構部30および圧力印加機構部が停止し、さらにジグ 次に、上記の製造方法により光分岐結合器40Bを製造した場合の光分岐結合器40Bの特性について具体的に説明する。 本願発明者は、光分岐結合器40Bの特性評価を行うために、以下の条件で光分岐結合器40Bを上記のようにして製造した。 すなわち、その条件は、 (露出コア部の長さ)=20mm (押圧力)=10kgf (振動周波数)=15kHz (振動振幅)=40μm (振動印加時間)=0.5秒 (分岐結合部分41の長さ)l=20mm である。 そして、光パワー測定系を用いて、光分岐結合器40B また、上記と同様にして、ファイバ端43にLED光(P 43 これらの結果からわかるように、上記製造方法によれば、低損失の光分岐結合器40Bを製造することができる。 また、このようにして製造された光分岐結合器40B 以上のように、この第2実施例においても、いわゆる超音波溶着法により光分岐結合器40Bを製造しているので、第1実施例と同様に、ファイバ10,11の熱収縮による光損失の劣化はなく、低損失の光分岐結合器40Bを製造することができた。 また、光分岐結合器40Bの特性を劣化させることなく、光分岐結合器40Bを製造することができる。 しかも、プラスチックファイバ10,11の溶着に要する時間は1秒以内(上記第2実施例でも0.5秒) さらに、上記第2実施例では、いわゆる耐熱樹脂ファイバとして一般的に知られているポリカーボネート系のプラスチックファイバ10,11より光分岐結合器40Bを製造しているために、比較的高い温度範囲においても光分岐結合器40Bを使用することができるという効果も同時に奏する。 C.第3実施例 次に、上記装置により、2本の架橋ポリメチルメタクリレート系のプラスチックファイバから1つの光分岐結合器の製造する方法について説明する。 具体的な製造方法は、第2実施例と同様である。 したがって、ここでは、その詳細な説明は省略する。 次に、第2実施例と同様の製造方法により光分岐結合器40Cを製造した場合の光分岐結合器40Cの特性について具体的に説明する。 本願発明者は、光分岐結合器40Cの特性評価を行うために、以下の条件で光分岐結合器40Cを上記のようにして3つサンプルを製造した。 すなわち、その条件は、 (露出コア部の長さ)=20mm (押圧力)=10kgf (振動周波数)=15kHz (振動振幅)=40μm (振動印加時間)=0.5秒 (分岐結合部分41の長さ)l=20mm である。 そして、光パワー測定系を用いて、各光分岐係合器40 以上のように、この第3実施例においても、第2実施例と同様の効果が得られる。 D.変形例 上記第1ないし第3実施例においては、コアの外周にクラッドを被覆してなるプラスチックファイバ10,11を準備し、それらの2本のプラスチップファイバ10,11より光分岐結合器40A〜40Cを製造する場合についてそれぞれ説明したが、3本以上のプラスチックファイバより光分岐結合器を製造する場合にもこの製造方法を適用することができる。 また、クラッドが被覆されていないプラスチックファイバを複数本準備し、上記と同様の方法によって光分岐結合器を製造することも可能である。 例えば、ベンゾイルパーオキサイドを開始剤とし、メチルメタクリレートを母剤とし、エチレングリコールジメタクリレート(=重量濃度1.0%)を架橋剤とした混合モノマーを、内径1.0mmのテフロンチューブに封入した後、脱酸素雰囲気下で加熱重合することによってコアのみからなる熱硬化性樹脂ファイバが得られる。 こうして製造されたファイバを2本準備し、第1実施例と同様に予め定めた長さにわたってそれらファイバを相互に所定の押圧力をもって圧接させ、さらに超音波加振すると、その圧接領域で各コアが相互に溶着されて、光分岐結合器が形成される。 なお、ファイバからの光の漏れを防止するために、分岐結合部分および各コアの外周部に、コアよりも低い屈折率を有する樹脂、例えばプレポリマをコーティングする。 実際に上記のようにして製造した光分岐結合器の特性を、上記と同様の手段によって求めると、過剰損失は3d また、上記実施例において、押圧力を調整することによって分岐比を適当な値に変更することが可能である。 E.分岐結合部分41の補強 ところで、従来より、分岐結合部分41の強度を補強するために、光分岐結合器40A〜40Cの分岐結合部分41の樹脂をモールドしている。 この樹脂モールド処理は、単に分岐結合部分41の強度を高めるためにだけの目的で行われているわけではなく、光分岐結合器40A〜40Cの1ch,2c しかしながら、上記のようにして製造された光分岐結合器40A〜40Cの分岐結合部分41を樹脂モールドした場合には、光損失が増大する。 例えば、光分岐結合器40Aの分岐結合部分41をエポキシ樹脂によりモールドした後、 すなわち、樹脂モールド処理を行わない場合、光分岐結合器40A〜40Cの分岐結合部分41では、第5図に示すように、ある入射角度で入射された光L 1は空気層(屈折率 そこで、光損失を増加させることなく、分岐結合部分 第7図および第8図は、それぞれ上記目的を達成するために発明者が考案した中空カバーを示す斜視図である。 この中空カバー60は、一体化可能な一対のエポキシ樹脂製のカバー部材61,62により構成されている。 また、カバー部材61の上面およびカバー部材62の下面はそれぞれ光分岐結合器40A(40B,40C)に対応した形状に成形されている。 したがって、光分岐結合器40A(40B,40 一方、分岐結合部分41は、第9図に示すように、空気層に覆われた状態に保持される。 このため、光損失の変化は原理的には生じない。 このことを検証するために、
なお、上記においては、カバー部材61,62をエポキシ樹脂製としたが、カバー部材61,62の材質はこれに限定されるものではない。 F.分岐比の調整 以上のように、上記第1ないし第3実施例によれば、 そこで、本願発明者は、押圧力を変化させることなく、分岐比を簡便に変更することができる技術をさらに発明した。 <第1の分岐比調整技術> 第10図は、分岐結合部分41での光の伝搬の様子を示す模式図である。 ただし、同図(a)における分岐結合部分41の長さl=l 1であり、同図(b)におけるその長さl=l 2 (>l 1 )である。 いま、例えば同図に示すように、ファイバ端42にある入射角度で入射されて、プラスチックファイバ内で全反射されながら分岐結合部分41に伝搬される光L 10に着目する。 この光L 10は、同図(a),(b)の光路で示されるように、分岐結合部分 そこで、分岐結合部分41の長さlと分岐比との関係を調べるために、分岐結合部分41の長さlを10mm,15mm,20 <第2の分岐比調整技術> 第11図は、分岐結合部分41での光の伝搬の様子を示す模式図である。 ただし、同図(a),(b)はそれぞれファイバ角度θをθ=0゜とした場合および0゜<θ< いま、例えば第11図に示すように、ファイバ端42にある入射角度で入射されて、プラスチックファイバ内で全反射されながら分岐結合部分41に伝搬される光L 20に着目する。 この光L 20は、ファイバ角度θ=0゜のときには、同図(a)の光路で示されるようにファイバ端44に伝搬される一方、0゜<θ<90゜内の所定の角度の場合には、同図(b)の光路で示されるようにファイバ端45 そこで、ファイバ角度θと分岐比との関係を調べるために、ファイバ角度θを10゜に設定し(但し、それ以外の製造条件は上記第1実施例と同一である)、光分岐結合器40A′を製造した後、先の実施例と同様にしてそれらの分岐比を求めた。 第10表はその結果をまとめたものである。 ところで、上記のようにして製造された光分岐結合器40
<その他> 以上説明したように、(i)分岐結合部分41の長さl そこで、本願発明者は、分岐比へのファイバ角度θおよび分岐結合部分41の長さlの影響を調べるため、以下のコンピュータ・シミュレーションを行った。 第12図は、このシミュレーション条件を説明するための図である。 このコンピュータ・シミュレーションでは、 (a)ファイバ端42に光L 30が入射される、 (b)プラスチックファイバ11の中心軸に対する光L 30 そして、分岐結合部分41の長さlを10mm,15mm,20mmとし、上記コンピュータ・シミュレーションをそれぞれ行って、ファイバ角度θと分岐比との関係を求めた。 第13 ところで、この種の光分岐結合器では、一般的に、分岐比がより1:1に近いものとなるように設計製造することが望まれている。 したがって、上記シミュレーション結果から好適な分岐結合部分41の長さlとファイバ角度θとの関係を求めることができる。 例えば、長さlを10 また、分岐比が1:1から0.5(dB)程度ずれたとしても、1:1の分岐比を持つ光分岐結合器として実使用に十分に耐える。 なお、上記のように分岐比を単位(dB)で評価する場合には、次の式に基づいて行う。 分岐比(dB)=−10・log(P 3 /P 2 ) ただし、P 2 ,P 3は、あるファイバ端に光信号を入力したとき、それに対向する2つのファイバ端から出力される強度である。 したがって、例えば長さlを10mmとした場合には、好適なファイバ角度θは2゜(第13図の黒丸印)から4.5 θ L =0.60l−2.08 一方、直線L Uは長さlと好適なファイバ角度θの上限値θ Uとの関係を示すものであり、次式の関係を有している。 θ U =0.63l−0.39 したがって、上記のようにして製造された光分岐結合器のファイバ角度θと分岐結合部分41の長さlとが、次の不等式 0.60l−2.08≦θ≦0.63l−0.39 を満足するように設定すれば、分岐比はほぼ1:1となると予想される。 (発明の効果) 以上のように、請求項1の発明によれば、予め定めた長さにわたって複数のプラスチックファイバを相互に当接させ、さらに超音波加振して、その当接領域で各コアを相互に溶着するようにしているので、各プラスチックファイバは熱影響を受けることなく、所定領域で溶着する。 したがって、低損失の光分岐結合器を製造することができる。 請求項2の発明によれば、各プラスチックファイバのクラッドを予め定めた長さにわたって除去してコアを露出させた後、前記複数のプラスチックファイバを相互に当接させ、さらに超音波加振して、その当接領域で各コアを相互に溶着しているので、上記請求項1の発明の同様の効果を得ることができる。 請求項3の発明によれば、複数のプラスチックファイバを予め定めた長さにわたって当接させ、さらに超音波加振して、その通節領域で各コアが相互に溶着しているので、上記請求項1の発明の同様の効果を得ることができる。 しかも、プラスチックファイバのクラッド除去作業が不要となり、製造工程が簡便となる。 第1図はこの発明にかかる光分岐結合器の製造方法を適用可能な光分岐結合器の製造装置を示す図、第2A図,第 フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平2−208345 (32)優先日 平2(1990)8月6日 (33)優先権主張国 日本(JP) (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) G02B 6/28 JICSTファイル(JOIS) |