JP2008032993A - 光ファイバ体およびこれを用いたモード変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】異なったモードフィールド径を持つシングルモードファイバの接続において、低損失で接続する方法を提案する。
【解決手段】第１シングルモードファイバ１１と、該第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１より小さいモードフィールド径を有する第２シングルモードファイバ１２と、一端部が第１シングルモードファイバ１１の一端部に接続され、他端部が第２シングルモードファイバ１２の一端部に接続され、接続された各シングルモードファイバのモードフィールド径を整合するためのグレイテッドインデックスファイバ１３を備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信機器等に使用される光ファイバ同士の接続に関するものである。

光ファイバは、シングルモードファイバとマルチモードファイバに大きく分類されるが、長距離の伝送には、シングルモードファイバが主に使用されている。このシングルモードファイバは、最大の強度に対して、光強度が１／ｅ^２に減衰する領域の直径で規定されたモードフィールド径が１０μｍ前後の仕様が最も多用されていた。

近年、通信内容の多様化から通信量が増大し、各家庭内やオフィスに光ファイバを引き込む必要性が生じてきている。光ファイバを家屋内やオフィスに引き入れる場合は、配線や工事のしやすさから許容曲げ半径をできるだけ小さくするほうがよいとされている。この許容曲げ半径とは、シングルモードファイバを曲げて使用できる限度の半径であり、許容曲げ半径より小さい半径に曲げて使用すると、曲げ箇所において光の伝送損失が増大するため、許容曲げ半径より大きい半径となるようにシングルモードファイバを設置する必要がある。一般に、シングルモードファイバはモードフィールド径が小さい程、許容曲げ半径が小さくなり、このようなシングルモードファイバのモードフィールド径は、６μｍ〜８μｍ程度となっている。

しかしながら、すでに基地局から家屋直前まで配線されたシングルモードファイバのモードフィールド径は約１０μｍ程度であるのに対し、家屋またはオフィスに配線されるシングルモードファイバのモードフィールド径は６〜８ｍｍ程度であるため、モードフィールド径が異なるシングルモードファイバ同士を接続する必要があった。

従来、モードフィールド径が異なるシングルモードファイバの接続には、たとえば融着接続、コネクタ接続、またはメカニカルスプライス等の方法が用いられていた。しかしながら、いずれの接続方法においても、シングルモードファイバのモードフィールド径の違いから、接続損失が増大するという問題があった。たとえば、一方のシングルモードファイバのモードフィールド径が１０．５μｍ、他方のシングルモードファイバのモードフィールド径が６μｍの場合、モードフィールド径の相違だけで、理論上１．３ｄＢの損失が発生し、実際には、さらに軸ズレ等の要因が加わるので、１．８ｄＢ程度の損失が生じる。一般に、同一のモードフィールド径のシングルモードファイバによる接続損失は、コネクタ接続で０．５ｄＢ以下（ＪＩＳ Ｃ５９７１参照）、融着接続で０．１ｄＢ程度である。

このようなモードフィールド径が異なるシングルモードファイバの接続においては、異なるモードフィールド径のシングルモードファイバ同士を融着接続した後、融着接続点を加熱して延伸する方法が提案されている（特許文献１を参照）。この方法では、図８に示すように、第１シングルモードファイバ１１１と第２シングルモードファイバ１１２を融着接続させた後、融着点１０１を加熱して延伸することにより、融着点１０１付近の第１シングルモードファイバ１１１と第２シングルモードファイバ１１２の直径を細径化させるとともに、モードフィールド径Ｗ１１およびＷ１２を細くできるため、融着点１０１における第１シングルモードファイバ１１１のモードフィールド径Ｗ１１と第２シングルモードファイバ１１２のモードフィールド径Ｗ１２の差を小さくすることができる。したがって、この方法では、異なったモードフィールド径のシングルモードファイバを直接接触させて融着接続する場合に比し、モードフィールド径の差を小さくすることが可能となり、ファイバ間の接続損失を低減できた。

また、他の方法としては、図９に示すように、第１シングルモードファイバ２１１と、この第１シングルモードファイバ２１１のモードフィールド径Ｗ２１よりもモードフィールド径Ｗ２２が小さく、かつ、コア部ドーパント濃度が大きい第２シングルモードファイバ２１２を対向させて融着接続し、融着接続後に融着点２０１を融着接続温度より低い温度で加熱し、第２シングルモードファイバ１１２の融着点２０１側のモードフィールド径Ｗ３２と第１シングルモードファイバの融着点２０１側のモードフィールド径Ｗ３１をほぼ一致させることが提案されている（特許文献２を参照）。この方法によれば、第１シングルモードファイバ１１１と、第２シングルモードファイバ１１２の接続部位におけるモードフィールド径の大きさを同等にすることができたため、接続損失を低減することができた。
特開平４−２１９７０６号公報 特開平５−２１５９３１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、融着点１０１をモードフィールド径の差が小さくなるまで加熱して延伸させる必要があることから、融着点１０１近傍におけるファイバの径が極端に小さくなり、機械的強度が低下するという問題があった。さらに、本方法では、融着点１０１を延伸させるための加熱条件の管理が難しく、加熱時にシングルモードファイバが破断するという問題があった。

また、特許文献２に開示された方法では、シングルモードファイバのコア部に予め加えられたＧｅ等のドーパントを加熱により熱拡散させ、モードフィールド径を拡大することによって、２つのシングルモードファイバのモードフィールド径の大きさを整合させている。しかしながら、このドーパントの熱拡散は、シングルモードファイバの種類によって拡散スピードが異なるとともに、加熱による熱拡散の管理が難しいため、第１シングルモードファイバ２１１と第２シングルモードファイバ２１３のモードフィールド径を一致させることが困難であった。さらに、本方法では、シングルモードファイバに光を入射して接続損失をモニタしながら加熱する必要があるため、製造工程が煩雑になるとともに作製に多大なる時間を要していた。

以上のような課題を鑑み、本発明の光ファイバ体は、第１シングルモードファイバと、該第１シングルモードファイバのモードフィールド径より小さいモードフィールド径を有する第２シングルモードファイバと、一端部が前記第１シングルモードファイバの一端部に接続され、他端部が前記第２シングルモードファイバの一端部に接続され、接続された各シングルモードファイバのモードフィールド径を整合するためのグレイテッドインデックスファイバを備えたことを特徴とする。

また、本発明の光ファイバ体において、グレイテッドインデックスファイバの長さは、該グレイテッドインデックスファイバのピッチ長の０．２２〜０．２８＋０．５ｎ（ｎは０以上の整数）倍であることを特徴とする。

本発明のモード変換器は、貫通孔を有する支持体と、前記貫通孔内に挿入されて接着固定された前記光ファイバ体と、を備えてなることを特徴とする。

また、本発明のモード変換器において、前記光ファイバ体は、前記第１シングルモードファイバおよび前記第２シングルモードファイバが前記グレイテッドインデックスファイバと融着接続されるとともに、該融着部が前記第１シングルモードファイバ、前記第２シングルモードファイバ、および前記グレイテッドインデックスファイバの外径より小さいことを特徴とする
さらに、本発明のモード変換器においては、一端側が前記支持体の一端部における外周部に挿入され、他端側から前記支持体の一端面から露出した前記光ファイバ体の前記第１シングルモードファイバまたは前記第２シングルモードファイバのモードフィールド径と同等のモードフィールド径を有する光ファイバが保持されたプラグが挿入される筒状のスリーブを設けたことを特徴とする

本発明の光ファイバ体によれば、異なるモードフィールド径を有する２つのシングルモードファイバをグレイテッドインデックスファイバを介して接続することにより、接続された各シングルモードファイバのモードフィールド径をグレイテッドインデックスファイバによって整合することができるため、第１シングルモードファイバと第２シングルモードファイバの間で生じる光の接続損失を低減することができる。

さらに、本発明において、グレイテッドインデックスファイバの長さを該グレイテッドインデックスファイバのピッチ長の０．２２〜０．２８＋０．５ｎ（ｎは０以上の整数）倍にすれば、第１シングルモードファイバと第２シングルモードファイバのモード整合の条件を一致させることができるため、最も低損失で接続することができる。

また、本発明のモード変換器によれば、本発明の光ファイバ体を支持体の貫通孔内に挿入して接着固定されてなることにより、光ファイバ体を容易に保持することが可能となる。

さらに、本発明のモード変換器において、光ファイバ体の第１シングルモードファイバおよび第２シングルモードファイバをグレイテッドインデックスファイバと融着接続し、該融着部の外径を第１シングルモードファイバ、第２シングルモードファイバ、およびグレイテッドインデックスファイバの外径よりも小さくすることにより、各ファイバ間の接続損失を低減させるとともに、支持体の貫通孔内に容易に光ファイバ体を挿入して固定することができる。

また、本発明のモード変換器において、一端側が前記支持体の一端部における外周部に挿入され、他端側から支持体の一端面から露出した光ファイバ体の第１シングルモードファイバまたは第２シングルモードファイバのモードフィールド径と同等のモードフィールド径を有する光ファイバが保持されたプラグが挿入される筒状のスリーブを設けることにより、異なるモードフィール径を有するシングルモードファイバを備えたプラグ同士をスリーブを介して接続することができる。

以下に本発明の一実施形態に係る光ファイバ体１について図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一部材については、同一符号を付し説明を省略するものとする。

図１（ａ）に示すように、本発明の一実施形態に係る光ファイバ体1は、第１シングルモードファイバ１１、グレイテッドインデックスファイバ１３、第２シングルモードファイバ１２の順で融着されて接続してなる。

第１シングルモードファイバ１１は屈折率が１．４６０〜１．４７０のコア部１１ａ、およびコア部１１ａを覆うように、屈折率が１．４５０〜１．４６０のクラッド部１１ｂが形成されてなり、たとえば石英等のガラスで構成されている。また、第１シングルモードファイバのモードフィールド径は、９〜１１μｍ程度である。

第２シングルモードファイバ１２は屈折率が１．４６０〜１．４７０のコア部１２ａ、およびコア部１２ａを覆うように、屈折率が１．４５０〜１．４６０のクラッド部１２ｂが形成されてなり、たとえば石英等のガラスで構成されている。また、第２シングルモードファイバのモードフィールド径は、６〜８μｍ程度であり、第１シングルモードファイバのモードフィールド径よりも小さい。

グレイテッドインデックスファイバ１３は、屈折率がファイバの中心軸（コア部１３ａの中心軸）からクラッド部１３ｂの外周面に向かって徐々に屈折率が小さくなるような軸対称の屈折率分布を有する光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられている。このグレイテッドインデックスファイバ１３の屈折率分布は、ＧＲＩＮレンズと同様なレンズ効果を有することから、グレイテッドインデックスファイバ１３を適切な長さで用いれば結合光学系を構成することができる。

各種光ファイバにおいて、コア部はクラッド部に比し屈折率が高い領域であり、光を閉じこめる効果を有する。一般に、光は、光ファイバのコア部部分のみを伝送するのではなく、クラッド部にも少ししみ出して伝送するため、光が伝送する領域はコア部の領域よりも実質的に大きくなる。したがって、光ファイバにおける光の挙動を考える場合には、光ファイバのコア部ではなく、一般に、モードフィールドで考える必要がある。モードフィールドとは、光ファイバの最大の光強度に対して光強度が１／ｅ^２に減衰する領域として定義され、その直径をモードフィールド径という。したがって、以下の説明においては、モードフィールドおよびモードフィールド径を用いて説明をする。

図１（ｂ）は、本発明の光ファイバ体１のモードフィールドを示した模式図である。ここで、各光ファイバのモードフィールドは、図中の点線で示している。図１（ｂ）に示すように、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２は、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１より小さい。

図２は、グレイテッドインデックスファイバを伝送する光線の挙動を示す模式図である。図２に示すように、グレイテッドインデックスファイバ１３を伝送する光線は、サインカーブの挙動を示し、グレイテッドインデックスファイバの長さをその光線挙動の周期に対応させてピッチ（Ｐ）で表わす。ここで、図２では、横軸はピッチを表わし、縦軸はグレイテッドインデックスファイバ内における光線の位置を示し、最も光が広がった箇所を縦軸の１もしくは−１として相対的に図示したものである。なお、Ｐ＝１は、サインカーブの１周期（２π）に相当する。たとえば、グレイテッドインデックスファイバから出射される光を平行光とするためには、Ｐ＝０．２５であり、グレイテッドインデックスファイバの光の出射部で光を点に収束させるにはＰ＝０．５とすればよい。ここで、Ｐ＝０．２５の場合は、平行光（コリメート光）として光が出射され、グレイテッドインデックスファイバがＧＲＩＮレンズのように作用する。グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長Ｐは、グレイテッドインデックスファイバの長さをＬ、コア部の半径をｒ、屈折率が最も高いコア部の中心とクラッド部の比屈折率をΔとすると、以下の式で表される。

そして、本発明の一実施形態に係る光ファイバ体１は、グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長Ｐ、コア部の半径ｒ、屈折率差Δが、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１と、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２のモードの整合が取れるように調整されている。そのため、グレイテッドインデックスファイバ１３におけるモードフィールド１６は、接続部１４における直径がモードフィールド径Ｗ１と一致し、一方、接続部１５における直径がモードフィールド径Ｗ２に一致している。

このとき、グレイテッドインデックスファイバ１３の長さは、グレイテッドインデックスファイバのピッチ長が０．２２〜０．２８となるように設定することが好ましい。これは、ピッチ長が０．２５に近い方がコリメート光として光が出射されるため、第１および第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ１およびＷ２とのモードの整合を光の損失を少なく実現できる。

次に、光ファイバ体１の具体的な形態について説明する。図３は、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１が１０．５μｍ、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２が６μｍ、そしてグレイテッドインデックスファイバ１３の比屈折率Δが０．０５、ピッチ長がＰ＝０．２５、コア部の半径が１５．５μｍの場合の光ファイバ体１におけるモードフィールド径の計算結果を示すグラフである。

図３には、横軸を距離（光ファイバの長さ）とし、縦軸を光ファイバのモードフィールド径とし、グレイテッドインデックスファイバ１３の長さと各光ファイバのモードフィールド径との関係が示されている。図３において、０μｍ未満の領域が第１シングルモードファイバ１１、０〜７７μｍの領域がグレイテッドインデックスファイバ１３、７７μｍ以上の領域が第２シングルモードファイバ１２である。すなわち、上述したモードフィールド径Ｗ１およびＷ２を有する光ファイバ体１では、グレイテッドインデックスファイバ１３が７７μｍであれば、接続損失を小さく、第１シングルモードファイバ１１および第２シングルモードファイバ１２のモード整合をすることができる。

図４は、光ファイバ体１の他の形態におけるモードフィールド径の計算結果を示すグラフである。図４においては、第１シングルモードファイバ１１および第２シングルモードファイバ１２は図３で示されたモードフィールド径を有するものを用い、グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長をＰ＝０．７５とした場合のグレイテッドインデックスファイバ１３の長さを算出している。

図４において、０μｍ未満の領域が第１シングルモードファイバ１１、０〜７７μｍの領域がグレイテッドインデックスファイバ１３、２３１μｍ以上の領域が第２シングルモードファイバ１２である。すなわち、上述したモードフィールド径Ｗ１およびＷ２を有する光ファイバ体１では、グレイテッドインデックスファイバ１３が２３１μｍであれば、接続損失を小さく、第１シングルモードファイバ１１および第２シングルモードファイバ１２のモード整合をすることができる。

このように、グレイテッドインデックスファイバ１３は、図２にも示したように、ピッチ長Ｐ＝１の周期に対して、０．５ピッチ毎で元の位置に戻るため、ピッチ長は、０．２２〜０．２８＋０．５ｎ倍（ｎは０以上の整数）であればよい。但し、グレイテッドインデックスファイバ１３内での屈折率分布は、製造上、理想の分布から若干ずれる場合がある。そのため、ｎが大きくなった場合には、誤差の影響を受ける可能性が高くなるため、ｎは小さい方がのぞましい。また、ｎが大きくなれば、グレイテッドインデックスファイバ１３の長さも長くなり、光ファイバ体が大型化するため、グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長は、０．２２〜０．２８、好ましくは０．２４〜０．２６に設定するとよい。

次に、本発明のモード変換器の第１実施形態について説明する。モード変換器２０は、図２（ａ）に示すように、光ファイバ体１と、支持体２１と、を備えている。

支持体２１は、貫通孔内に挿入される光ファイバ体１を保持するための部材であり、たとえば円筒体、貫通孔を有する角柱体等で構成される。この支持体２１が円筒体で構成され、かつ光ファイバ体１の外径が０．１２５ｍｍであれば、たとえば支持体２１は、直径がφ１．２４〜φ２．６mm、貫通孔の直径がφ０．１２５〜φ０．１２８ｍｍ程度で構成される。支持体２１の材質は、光ファイバ体１を固定できれば、セラミックス、ガラス、金属等、特に限定されるものではないが、加工性および靭性等の観点からジルコニアセラミックスが好適である。また、支持体２１の一端部２１ａは、後述するプラグ４０との接触による光ファイバの接続を好適にするために、研磨等によって球面状としてもよい。

モード変換器２０は、支持体２１の貫通孔内に光ファイバ体１を挿入し、支持体２１と光ファイバ体１との間にエポキシ樹脂等の接着剤を介在させて光ファイバ体１を接着固定することにより作製される。

また、モード変換器２０は、図２（ａ）に示すように、支持体２１の他端部２１ｂに第１シングルモードファイバ１１の被覆部１１ｃを接着してもよく、一方で、金属やプラスチック等で形成されたハウジング（図示なし）を介して被覆部１１ｃに接着される構造であってもよい。

さらに、モード変換器２０は、図２（ａ）に示すように、支持体２１の一端部２１ａにおける外周部に挿入されたスリーブ３１を具備していてもよい。このスリーブ３１は、支持体２１が挿入された一端部側とは反対の他端部側に位置する貫通孔の開口部からプラグ４０が挿入される部材であり、筒状体で構成されている。このスリーブ３１の材質は、たとえばリン青銅等の金属、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。

このようなモード変換器２０では、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径と同等の光ファイバを有するプラグ４０をスリーブ３１の他端部側から挿入し、支持体２１の一端部２１ａにおける端面から露出した光ファイバ体１の第２シングルモードファイバ１２と接続することにより、プラグ４０の光ファイバのモードフィールドをグレイテッドインデックスファイバ１３を介して第１シングルモードファイバのモードフィールド径に変換することができる。

また、モード変換器２０は、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ体１が支持体２１の貫通孔内に収納されるファイバスタブ型であってもよい。なお、モード変換器２０は、第２シングルモードファイバ１２が支持体２１の一端部２１ａ側に配置されているが、第１シングルモードファイバ１１が支持体２１の一端部２１ａ側に配置されていてもよい。

このようなモード変換器２０は、支持体２１の一端部２１ａの端面に、第２シングルモードファイバ１２と同等のモードフィールド径を有する光ファイバを備えたプラグ（図示なし）が当接することにより、プラグの光ファイバから出射される光を光ファイバ体１の第２シングルモードファイバ１２に入射させ、グレイテッドインデックスファイバ１３を介してモード整合を行い、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１に変換する機能を有している。

ここで、モード変換器２０に用いられる光ファイバ体１は、第１シングルモードファイバ１１とグレイテッドインデックスファイバ１３の接続部１４、およびグレイテッドインデックスファイバ１３と第２シングルモードファイバ１２の接続部１５は、融着接続するとともに、この融着部（融着接続部）が第１シングルモードファイバ１１、第２シングルモードファイバ１２、およびグレイテッドインデックスファイバ１３の外径より小さくすることが望ましい。これは、光ファイバ体１を構成する光ファイバ同士を融着接続すれば、各光ファイバ間で生じる光の接続損失を低減させることができるからである。

この光ファイバの融着接続は、光ファイバを構成するガラスがたとえば放電による熱で溶かして接続するため、接続部１４および接続部１５の外径が接続される各光ファイバの外径より太くなる。しかし、光ファイバ体１の接続部１４、１５における外径が太くなると、支持体２１の貫通孔内への挿入が困難になる。これに伴い、支持体２１の貫通孔の径を大きくすれば、光ファイバ体１の軸ずれが大きくなり、プラグとの光の接続損失が大きくなる可能性が高まる。そこで、各光ファイバの融着接続時において、融解によって光ファイバ同士が接続されたときに、各光ファイバに引っ張りをかけて延伸させ、接続部におおける外径を細くすることが好ましい。なお、この接続部における融着延伸は、図８に示したモードフィールド径が整合するようになるまで融着点１０１近傍を極端に長く融着延伸させる光ファイバ体とは異なり、外径が不要に増大した部分のみを延伸させて外径を小さくすればよい。そのため、光ファイバ体１の接続部１４、１５における融着延伸部の長さは極めて微小であり、光ファイバの強度にほとんど影響を与えない。

次に、本発明の他の実施形態に係るモード変換器３０について説明する。モード変換器３０は、図６に示すように、上述したモード変換器２０と、スリーブ３１と、を備えてなり、モード変換器２０がスリーブの貫通孔内に収容されている。

スリーブ３１は、貫通孔内でモード変換器２０を保持するとともに、両端に位置する貫通孔の開口部からプラグ４０、４０’が挿入される部材であり、筒状体で構成されている。

このスリーブ３１の材質は、たとえばリン青銅等の金属、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。

モード変換器３０は、異なるモードフィールド径を有する光ファイバを備えたプラグ４０およびプラグ４０’を光のモードを整合し、光の損失を低減させて接続するための部材である。具体的には、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１と同等のモードフィールド径を有する光ファイバを備えたプラグ４０が、支持体２１の他端部２１ｂの端面に当接するようにスリーブ３１内に挿入され、一方で、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２と同等のモードフィールド径を有する光ファイバを備えたプラグ４０’が、支持体２１の一端部２１ａの端面に当接するようにスリーブ３１内に挿入される。これにより、モード変換器３０では、異なるモードフィールド径を有する光ファイバを備えたプラグ４０およびプラグ４０’を接続損失少なく、かつ容易に光学的に接続することが可能となる。

以下に、本発明の光ファイバ体１およびモード変換器２０の製造方法について説明する。まず、第１シングルモードファイバ１１とグレイテッドインデックスファイバ１３を放電によって融着接続し、その後、劈開を用いてグレイテッドインデックスファイバ１３を定められたピッチ長（たとえばＰ＝０．２５）で切断する。その後、第２シングルモードファイバ１２をグレイテッドインデックスファイバ１３に融着接続することにより、光ファイバ体１を作製することができる。

また、モード変換器２０は、光ファイバ体１を支持体２１に挿入し、たとえばエポキシ系の接着剤を用いて接着固定し、その後、ダイヤモンド粉粒等の研磨シートを用いて、支持体２１の端部２１ａ、２１ｂを研磨することによって作製される。なお、スリーブ３１を具備したモード変換器３０は、金属またはセラミックス等で構成された円筒状のスリーブ３１内にモード変換器２０を圧入、もしくは挿入した後に接着固定することにより作製することができる。

本発明の第１の実施例について説明する。この第１の実施例では、モードフィールド径が１０．５μｍ、６μｍと異なったシングルモードファイバを本発明と従来の方法で融着接続し、接続損失を測定した。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。まず、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１が１０．５μｍ、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２が６μｍ、グレイテッドインデックスファイバ１３の比屈折率Δが０．０５、コア部の半径が１５．５μｍのファイバを準備した。そして、グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長が０．１８〜０．２２、０．２２〜０．２８、０．２８〜０．３２となる長さのグレイテッドインデックスファイバ１３を第１シングルモードファイバ１１および第２シングルモードファイバ１２と融着接続させてなる光ファイバ体１をそれぞれ５個ずつ作製し、本発明の実施例に係るサンプルとした。

次に、比較例として、図９に示す光ファイバの接続部におけるモードフィールド径を拡大させて接続したサンプルを作製した。第１シングルモードファイバ２１１のモードフィールド径Ｗ３１が１０．５μｍ、第２シングルモードファイバ２１２のモードフィールド径Ｗ３２が６μｍのシングルモードファイバ同士を融着接続し、融着部２０１が溶けない条件で放電を繰り返し行い、接続部付近のモードフィールド径を拡大させてなる光ファイバ体を５個作製し、比較例のサンプルとした。

以上のように作製されたサンプルに、ＬＤ（レーザダイオード）光源の光を第１シングルモードファイバ１１に入力し、第２シングルモードファイバ１２から出力された光をパワーメータで測定した。ＬＤ光源としては、１５５０nmの波長を用いた。第１シングルモードファイバ１１に入力したパワーをＰｏ、第２シングルモードファイバ１２から出力されたパワーをＰとした場合、接続損失は−１０Ｌｏｇ（Ｐ／Ｐｏ)で求められる。全てのサンプルで接続損失を測定した結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例のサンプルでは、光の接続損失が平均０．４７ｄＢであったのに対し、本発明のサンプルでは、光の接続損失が平均０．２２〜０．３１ｄＢであり、接続損失の低減をすることができた。さらに、本発明の実施例においてもピッチ長が０．２２〜０．２８の場合の平均接続損失が０．２４ｄＢに対して、ピッチ長が０．１８〜０．２２の場合の平均接続損失が０．３１ｄＢ、ピッチ長が０．２８〜０．３２の場合の平均接続損失が０．３１ｄＢとなり、ピッチ長が０．２２〜０．２８の場合が最も接続損失が小さくなっていることがわかる。

以上の結果から、本発明の光ファイバ体１によれば、第１シングルモードファイバ１１と、該第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１より小さいモードフィールド径Ｗ２を有する第２シングルモードファイバ１８と、一端部が前記第１シングルモードファイバ１１の一端部に接続され、他端部が前記第２シングルモードファイバ１２の一端部に接続され、接続された各シングルモードファイバのモードフィールド径を整合するためのグレイテッドインデックスファイバ１３を備えたことにより、第１シングルモードファイバ１１と、第２シングルモードファイバ１２のモードを整合することができるために、第１シングルモードファイバ１１と第２シングルモードファイバ１２の接続損失を低減することができる。

また、グレイテッドインデックスファイバ１３の長さは、該グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長の０．２２〜０．２８＋０．５ｎ（ｎは０以上の整数）倍である場合が、もっとも望ましいことがわかる。

次に本発明の第２の実施例として、光ファイバ体１を支持体２１に挿入固定してなるモード変換器２０がスリーブ３１内に収容されてなるモード変換器３０を作製し、その接続損失を評価した。

本発明の第２の実施例では、光ファイバ体として、第１シングルモードファイバ１１のモードフィールド径Ｗ１が１０．５μｍ、第２シングルモードファイバ１２のモードフィールド径Ｗ２が６μｍ、グレイテッドインデックスファイバ１３の屈折率差Δが０．５％、コア部半径が１５．５μｍのグレイテッドインデックスファイバを用いた。また、グレイテッドインデックスファイバ１３のピッチ長を０．２２〜０．２８とした。この光ファイバ体１を外径φ２．４９９±０．０００５μｍ、内径φ０．１２６±０．０００５μｍ、長さ１０．５ｍｍのジルコニア製の支持体２１に挿入し、エポキシ系接着剤を用いて接着固定し、支持体２１の端面２１ａ、２１ｂを研磨後に、全長２０ｍｍのスリーブ３１に挿入固定してなるモード変換器３０を５個作製し、さらに、両端に光コネクタプラグがついたモードフィールド径が１０．５μｍのシングルモードファイバと、両端に光コネクタプラグがついたモードフィールド径が６μｍのシングルモードファイバを各５セット用意した。これらを用いて、光コネクタプラグの間に介在させるモード変換器３０の有無で接続損失を評価した。

具体的には、図７に示す接続損失方法で次の述べる手順にて測定を実施した。まず、図７（ａ）に示すように、１５５０ｎｍの光を照射するＬＤ光源７１にモードフィールド径１０．５μｍの入射側シングルモードファイバ７３を接続し、逆端の光コネクタプラグ７４から出射する光をパワーメータ７２にて読みとり、このときの出力をＰｏとした。次に、図７（ｂ）に示すように、モードフィールド径が６μｍの出射側シングルモードファイバ７７の光コネクタプラグ７５を、光コネクタプラグ７４と当接させて接続する従来方法を用い、光コネクタプラグ７６から出射する光をパワーメータ７２にて読みとり、そのときの出力をＰ１とした。なお、出力がＰ１の場合、接続損失は、−１０Ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐｏ）で求められる。

一方、本発明の実施例として、図７（ｃ）に示すように、光コネクタプラグ７４と光コネクタプラグ７５の間に、モード変換器３０を挿入し、光コネクタプラグ７６から出射する光をパワーメータ７２にて読みとった。このときの出力をＰ２とすると本発明のモード変換器３０を用いた接続方法における接続損失は、−１０Ｌｏｇ（Ｐ２／Ｐｏ）で求められる。各５個について、従来の接続方法、および本発明のモード変換器を用いた接続方法との接続損失を比較した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、従来の接続方法では、平均１．５１ｄＢの接続損失に対して、本発明のモード変換器を用いた接続方法では、平均０．５０ｄＢの接続損失となり、本発明のモード変換器を用いることで、接続損失を小さくすることができた。

本発明の光ファイバ体の一実施形態を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、光ファイバ体のモードフィールドを示す模式図である。 グレイテッドインデックスファイバの光の態様を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光ファイバ体を透過する光の態様を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る光ファイバ体を透過する光の態様を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るモード変換器を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るモード変換器を示す断面図である。 光の接続損失の測定方法を説明するための概略図であり、（ａ）は基準値測定、（ｂ）が従来の接続方法での出射光測定（ｃ）が本発明のモード変換器での出射光測定を示す。 従来の光ファイバ体を示す概略図である。 従来の光ファイバ体を示す概略図である。

符号の説明

１・・・光ファイバ体
２・・・モード変換器
１１・・・第１シングルモードファイバ
１１ａ・・・コア部
１１ｂ・・・クラッド部
１１ｃ・・・被覆部
１２・・・第２シングルモードファイバ
１２ａ・・・コア部
１２ｂ・・・クラッド部
１３・・・グレイテッドインデックスファイバ
１３ａ・・・コア部
１３ｂ・・・クラッド部
１４、１５・・・接続部
１６・・・モードフィールド
２１・・・支持体
７１・・・光源
７２・・・パワーメータ
７３・・・入射側シングルモードファイバ
７４〜７６・・・光コネクタプラグ
７７・・・出射側シングルモードファイバ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ１１、Ｗ１２，Ｗ２１，Ｗ２２・・・モードフィールド径

Claims (5)

1. 第１シングルモードファイバと、
   該第１シングルモードファイバのモードフィールド径より小さいモードフィールド径を有する第２シングルモードファイバと、
   一端部が前記第１シングルモードファイバの一端部に接続され、他端部が前記第２シングルモードファイバの一端部に接続され、接続された各シングルモードファイバのモードフィールド径を整合するためのグレイテッドインデックスファイバと、を備えた光ファイバ体。
2. 前記グレイテッドインデックスファイバの長さは、該グレイテッドインデックスファイバのピッチ長の０．２２〜０．２８＋０．５ｎ（ｎは０以上の整数）倍であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ体。
3. 貫通孔を有する支持体と、
   前記貫通孔内に挿入されて接着固定された請求項１または請求項２に記載の光ファイバ体と、を備えたモード変換器。
4. 前記光ファイバ体は、前記第１シングルモードファイバおよび前記第２シングルモードファイバが前記グレイテッドインデックスファイバと融着接続されるとともに、該融着部が前記第１シングルモードファイバ、前記第２シングルモードファイバ、および前記グレイテッドインデックスファイバの外径より小さいことを特徴とする請求項３に記載のモード変換器。
5. 一端側が前記支持体の一端部における外周部に挿入され、他端側から前記支持体の一端面から露出した前記光ファイバ体の前記第１シングルモードファイバまたは前記第２シングルモードファイバのモードフィールド径と同等のモードフィールド径を有する光ファイバが保持されたプラグが挿入される筒状のスリーブを設けたことを特徴とする請求項３または４に記載のモード変換器。
   

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