光ファイバーの接続構造及び接続方法
【課題】 コア径が異なる石英系光ファイバーと非線形光ファイバーとを、伝播ロスがより少なくなるように接続する接続構造を提供する。
【解決手段】 コア径が１μｍ以上２μｍ未満で、コアが石英系光ファイバーとの接続側端面に向かって狭窄し、接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上である非線形光ファイバーと、コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーとを接続し、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる。
【解決手段】 コア径が１μｍ以上２μｍ未満で、コアが石英系光ファイバーとの接続側端面に向かって狭窄し、接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上である非線形光ファイバーと、コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーとを接続し、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア径の異なる石英系光ファイバーと非線形光ファイバーとを接続する接続構造及び接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来見込まれる通信サービスの多様化に対応するために、伝送容量の拡大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。この方式においては、伝送容量を大きくするために、波長を変えることによってチャンネルを多重化している。したがって、この方式においては、ある波長から他の波長への波長変換が容易であることが望まれており、それには非線形光ファイバーの利用が考えられている（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。また、伝送容量の拡大のための他の方法として、時分割多重方式（TDM)も提案されており、TDMにおいて用いられる、４０GHｚを超えるような超高速光スイッチでも、非線形光ファイバーの利用が考えられている（非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】“Bismuth-based optical fiber with nonlinear coefficient of 1360 W-1km-1”, N.Sugimoto, et. al (Optical Fiber Communication Conference and Exposition 2004, PDP 26)
【非特許文献２】.P.Agrawal : "Nonlinear Fiber Optics" Academic Press 1995
【特許文献１】特開２００１−２１３６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非線形光ファイバーの性能は非線形係数γで表されるが、非線形係数γは非線形屈折率に比例し、有効断面積に反比例することが知られている。そのため、非線形光ファイバーの非線形性を高めるには、非線形屈折率の大きな材料を用いるか、有効断面積を小さくすることが有効であり、例えば、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス等の非線形屈折率が大きな材料でコアを形成し、かつコア径の小さい、具体的には１．７μｍ程度の光ファイバーが提案されている。
【０００５】
一方で、光通信システムでは石英系光ファイバーによるネットワークが構築されており、端末に分岐あるいは接続する部分でこの非線形光ファイバーと接続される。しかし、上記のようにコア径が通常１．７μｍ程度である非線形光ファイバーを使用しようとすると、石英系光ファイバーで広く用いられているものは最もコア径の小さいものでも４μｍ程度であることから、両者の接続端面において伝播損失が大きくなるという不具合が生じる。特に、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる光通信システムでは、伝播ロスが著しく大きくなる。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、コア径が異なる石英系光ファイバーと非線形光ファイバーとを、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる場合の伝播ロスがより少なくなるように接続する接続構造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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下に示す光ファイバーの接続構造及び接続方法を提供する。
（１）コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとが接続され、前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の光ファイバーの接続構造であって、
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側において狭窄し、その端面におけるコア径が０．５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバーの接続構造（なお、「前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の」とは「前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射させるために用いられる」の意である）。
（２）前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側端面から少なくとも０．１ｍｍ離間した位置から狭窄していることを特徴とする上記（１）記載の光ファイバーの接続構造。
（３）前記非線形光ファイバーが、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスファイバーであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の光ファイバーの接続構造。
（４）前記非線形光ファイバーと前記石英系光ファイバーとが融着接続されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の光ファイバーの接続構造。
（５）コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとを接続する方法であって、
前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端部に、ガラス製キャピラリを被嵌し、前記キャピラリの外部から加熱を行いつつ該キャピラリ及び前記非線形光ファイバーの両端面または一端面を軸線方向に引っ張り、次いで、前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上で、かつ外径が前記石英系光ファイバーの外径と一致する位置にて切断し、切断面と前記石英系光ファイバーとを接続することを特徴とする光ファイバーの接続方法。
（６）さらに、前記非線形光ファイバーと前記石英系ファイバーとの接続部を融着することを特徴とする上記（５）記載の光ファイバーの接続方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非線形光ファイバーのコアを、石英系光ファイバーとの接続側端面に向かって狭窄する形状としたことにより、コア径の大きな石英系光ファイバー側からコア径の小さな非線形光ファイバーに光を入射しても非線形光ファイバーの接続側端面での入射光の漏れが少なく、良好な光伝送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の光ファイバーの接続構造の基本的概念を説明するための模式図であり、後述する接続方法で用いるキャピラリーは省略してある。図示されるように、本発明の光ファイバーの接続構造は、コア径の大きな石英系光ファイバー２と、コア径の小さい非線形光ファイバー４とを接続してなり、光が石英系光ファイバー２から出射され非線形光ファイバー４に入射される光通信システムに適用される。
【００１１】
石英系光ファイバー２のコア１の直径は２．５μｍ以上であるが、光通信システムに使用されている流通品ではコア径が４μｍ以上であり、本発明ではこの一般的な光通信システム用の石英系光ファイバーを用いることが典型的である。また、本発明においては、石英系光ファイバー２に関して、コア径以外は何ら制限されない。
【００１２】
本発明において、非線形光ファイバー４とは、波長が１５５０ｎｍの光に対する非線形係数γが１０Ｗ−１ｋｍ−１以上の光ファイバーを意味する。非線形光ファイバー４は、そのコア径が１μｍ以上２μｍ未満であり、かつ、石英系光ファイバー２との接続側端面６に向かって漸次狭窄しており、さらに接続側端面６におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上となるように規定されている。図１において、点線はモードフィールド径（ＭＦＤ）を示すが、このＭＦＤはコア径が小さくなるのに比例して大きくなる特性を有し、図示されるように、非線形光ファイバー４のコア３が狭窄するのに伴ってＭＦＤが漸次大きくなっている。本発明では、非線形光ファイバー４のコア３を狭窄させてＭＦＤを石英系光ファイバー２のコア径あるいはＭＦＤに一致もしくは近似させることで、石英系光ファイバー２からの光を非線形光ファイバー４に効率よく導き、伝送ロスを抑える。このような作用を十分に発現させるためには、後述する実施例にも示すように、非線形光ファイバー４の接続側端面６におけるコア径（ｒ５）を０．５μｍ以上にする必要がある。また、コア径（ｒ５）の上限は、典型的には１．３μｍである。
【００１３】
また、上記の作用をより効果的に発現させるためには、非線形光ファイバー４のコア３の狭窄部５は緩やかなテーパで形成されていることが好ましく、具体的には接続側端面６からの距離（Ｌ５）として０．１ｍｍ以上、より好ましくは、入射する光の波長の１００倍以上である。
【００１４】
本発明において、非線形光ファイバー４は、上記のように非線形係数γが１０Ｗ−１ｋｍ−１以上のものが対象となるが、非線形係数γが１０００Ｗ−１ｋｍ−１以上のものが好ましい。このような高非線形係数を有する非線形光ファイバー４として、コア３が、モル％表示（以下、単に％）で、Ｂｉ2Ｏ3：３９〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：１０〜５５％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：５〜２０％、ＣｅＯ2：０．０１〜５％、からなるＢｉ２Ｏ３系ガラスからなる光ファイバーが好ましく、典型的にはＢｉ2Ｏ3が６２〜７０％、ＳｉＯ2が１２〜１６％、Ｇａ2Ｏ3が８〜１２％、ＣｅＯ2が０．１〜０．３％であるＢｉ２Ｏ３系ガラスからなるコア３を有する光ファイバーを例示できる。
【００１５】
上記Ｂｉ２Ｏ３系ガラスにおいて、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が３９％未満では、三次非線形光学効果が小さくなりすぎる。好ましくは４０％以上である。７０％超ではガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に結晶が析出しファイバ加工が困難になる。
【００１６】
Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2はいずれもネットワークフォーマであり、少なくともいずれか一種を含有しなければならない。Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2の含有量の合計が５％未満ではガラス化が困難になる、またはファイバ加工が困難になる。好ましくは１０％以上である。５５％超では、三次非線形光学効果が小さくなりすぎる。好ましくは５０％以下である。
【００１７】
Ｂ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは１０％以上である。また、前記含有量は、好ましくは４０％以下、より好ましくは３５％以下である。
【００１８】
ＳｉＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。また、前記含有量は、好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下である。
【００１９】
Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3はいずれもファイバー加工時の結晶化を抑制する成分であり、少なくともいずれか一種を含有しなければならない。Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3の含有量の合計が５％未満では、前記結晶化を抑制する効果が小さい。２０％超では、ガラス作製時に結晶化しやすくなる。
【００２０】
Ａｌ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は０．５％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。また、前記含有量は、好ましくは１５％以下である。
【００２１】
Ｇａ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。
【００２２】
ＣｅＯ2は必須ではないが、Ｂｉ2Ｏ3がガラス融液中に金属ビスマスとして析出することを抑制し、ガラスの透明性の低下を抑制する効果を有し５％まで含有してもよい。５％超ではガラス形成が困難になり、また三次非線形光学効果が低下する。好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下、特に好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ2はガラスを黄色またはオレンジ色に着色する傾向を有する成分であるが、この着色による透過率の低下を抑制したい場合はＣｅＯ2を含有しないことが好ましい。
【００２３】
ＣｅＯ2を含有する場合、その含有量は０．０１％以上であることが好ましい。０．０１％未満では金属ビスマス析出によるガラスの透明性低下を抑制する効果が小さい。より好ましくは０．１％以上である。
【００２４】
その他の成分として、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＳｎＯ2、ＴｅＯ2等を合計で１０％まで含有してもよい。なお、Ａｓ、Ｓ、Ｓｅはいずれも含有しないことが好ましい。また、Ｅｒは、９８０ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯の波長域の光を吸収し該波長域における透過率を低下させるので、含有しないことが好ましい。
【００２５】
また、非線形光ファイバー４において、コア２の屈折率のｎ1とクラッドの屈折率ｎ2との間には次式の関係が成り立っていることが好ましい。
０．０００５≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１
【００２６】
このような関係を満足するクラッド用ガラスとしては、Ｂｉ2Ｏ3：２５〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：５〜７４．８９％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：０．１〜３０％、ＣｅＯ2：０〜１０％、からなることが好ましい。また、コア２がＣｅＯ2を０．１〜１０％含有する場合、前記好ましいクラッドガラスにおいてＣｅＯ2が０．１〜１０％であることがより好ましい。
【００２７】
上記のコア３が狭窄した非線形光ファイバー４はたとえば以下のようにして得られる。すなわち、先ず、上記のコア用およびクラッド用のガラスを用いて定法に従ってコア径及び外径が一定の非線形光ファイバー４を作製する。次いで、図２に示すように、典型的にはこの非線形光ファイバー４のクラッド用ガラスと同一、あるいは組成が近似するガラスからなり、内径がファイバー外径と同一で所定長の円筒状のキャピラリ７を、その端面７ａが非線形光ファイバー４の接続側端面６と面一となるように被嵌し、キャピラリ７の端面７ａ及び非線形光ファイバー４の接続側端面６に適当な接着剤（例えば、住友化学社製「スミセラム」）を塗布し、両者を固着させる。次いで、非線形ファイバー４を鉛直に支持し、キャピラリ７の端面７ａに近い部分を２枚の金属板８，８で挟持し、金属板８，８に錘９を吊り下げる。そして、この状態でキャピラリ７の外周を加熱することにより、キャピラリ７及び非線形光ファイバー４が軟化、延伸して非線形光ファイバー４のキャピラリ被嵌部分が狭窄する。この加熱はキャピラリ７の外周を局所的に加熱して行うことが好ましく、図示されるように、キャピラリ７の長手方向中央部の外側に、カンタル線等のヒータ線を数回旋回させたコイルヒータ１０を配置して行うことが好ましい。そして、図４に示すように、非線形光ファイバー４のコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上で、キャピラリ７の端面７ａの径（Ｒ）が、接続する石英系光ファイバーのファイバー径と一致する位置にてキャピラリ７及び非線形光ファイバー４を切断する。
【００２８】
尚、キャピラリ７の肉厚は、キャピラリ自体の全長や錘９の重量等を考慮して適宜設定されるが、０．２５〜２．５ｍｍが適当である。また、必要に応じて、切断後に、突出している外周部分を元の非線形光ファイバー４の外径に合わせて切削してもよい。
【００２９】
本発明の接続構造では、上記の非線形光ファイバー４と石英系光ファイバー２とを、適当な固定治具を用いて両端面を当接させた状態で固定してもよいが、接続部の強度や安定性を増すためには、両光ファイバーを融着することが好ましい。その際、非線形光ファイバー４のコア３を形成するＢｉ２Ｏ３系ガラスのガラス転移点は概ね６００℃以下であり、石英系光ファイバー２のコア１のガラス転移点が概ね１０００℃以上であるため、両光ファイバーの接合面を直接加熱して融着させようとすると、非線形光ファイバー４の接続側端面６において顕著な軟化流動または揮散が起り、両者の端面を融合できない。そこで、以下に示す融着方法を採用することが好ましい。
【００３０】
即ち、図４に模式的に示すように（尚、キャピラリ７は非線形光ファイバー４の外径に合わせて加工してある）、先ず、非線形光ファイバー４と石英系光ファイバー２とを両光ファイバーの軸が一致するように突き合わせ、コア用ガラスのガラス転移点が高い石英系光ファイバー２の接続側端面２ａから所定距離（ｘ）離れている部分が最も高温になるように、加熱手段１１、例えば放電加熱用電極を配置する。ここで、距離ｘは、非線形光ファイバー４のコア３と石英系光ファイバー２のコア１とのガラス転移点または軟化点の差を考慮して選択されるが、１μｍ以上が適当である。
【００３１】
また、非線形光ファイバー４の接続側端面６および石英系光ファイバー２の接続側端面２ａは共に平ら、即ち、非線形光ファイバー４の軸とその接続側端面６とがなす角度、石英系光ファイバー２の軸とその接続側端面２ａとがなす角度が共に９０°であってもよいが、前記角度を９０°未満とすることが好ましい。前記角度が９０°では生成する融合面において、両光ファイバーの屈折率の違いによって生ずる光の反射が多くなり、その結果帰還する光が多くなり、不要信号（スプリアス）を増大させるおそれがある。より好ましい前記角度は８７°以下である。前記角度の下限値は６０°であり、６０°未満では端面加工が難しくなって端面の平坦度が低下する等の問題が起るおそれがあり、好ましくは７５°以上、より好ましくは８０°以上である。
【００３２】
このような融着方法によれば、非線形光ファイバ−４の接続側端面６は、放電領域中心部より放電エネルギー密度が低くなり、接続側端面６において顕著な軟化流動および揮散のいずれもが起ることなく、石英系光ファイバー２の接続側端面２ａと良好な融合がなされる。
【００３３】
また、端面融合をより適切に行うために、両接続側端面６，２ａを突き合わせる力を調整して、端面融合中に一方の光ファイバーを他方の光ファイバー側に動かしてもよい。この移動量は５０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ超では融合端面の変形が顕著になり、端面融合が適切に行われなくなるおそれがある。
【００３４】
融着条件である距離（ｘ）、放電加熱用電極１１，１１の先端間の距離、放電電流、放電時間、放電回数、放電休止時間、光ファイバーの押し込み量等は適宜選択されるが、例えば放電回数は、好ましくは１０００以下、より好ましくは１００以下である。また、１回当たりの放電時間は、好ましくは０．００１〜１秒、より好ましくは０．００１〜０．１秒、特に好ましくは０．０１〜０．１秒である。また、放電休止時間は、好ましくは０．００１〜１秒、より好ましくは０．００１〜０．５秒、特に好ましくは０．０１〜０．１秒である。また、押し込み量は、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、特に好ましくは０μｍである。
【実施例】
【００３５】
以下に示すシミュレーションにより、本発明を更に説明する。
（シミュレーション１）
コア径１．７μｍ、コアの屈折率２．２２、クラッドの屈折率２．１３２、狭窄部の長さ（Ｌ５）０．２５ｍｍ、狭窄部以外の部分の長さ１ｍｍの非線形光ファイバーと、コア径５．２μｍ、コアの屈折率１．４６、クラッドの屈折率１．４５４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーとを接合し、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射した場合を想定し、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）を変化させたときの接続効率を、ビーム伝播法（Beam Propagation method）を基に計算した。
【００３６】
結果を図５にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍで接続効率が４０％を越えており、実用上問題の無い接続効率が得られる。但し、コア径（ｒ５）が１．３μｍを越えると接続効率が４０％未満となり、実用上好ましくない。
【００３７】
（シミュレーション２）
コア径４．１７μｍ、コアの屈折率１．４５９、クラッドの屈折率１．４４４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーを用いた以外はシミュレーション１と同様にして接続効率を計算した。
【００３８】
結果を図６にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍで接続効率が約４０％であり、実用上問題の無い接続効率が得られる。但し、コア径（ｒ５）が１．３μｍを越えると接続効率が４０％未満となり、実用上好ましくない。
【００３９】
（シミュレーション３）
コア径２．３μｍ、コアの屈折率１．４８、クラッドの屈折率１．４４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーを用いた以外はシミュレーション１と同様にして接続効率を計算した。
【００４０】
結果を図７にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍでは接続効率が約２０％であり、実用上好ましくない。
【００４１】
上記のシミュレーションから、コア径が２．５μｍ以上の石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満で、接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上となるように狭窄したコアを有する非線形光ダイバーとを接続することにより、伝播損失が抑えられて良好な光伝送が可能になることがわかる。
【００４２】
（シミュレーション１に相当する実施例）
非線形ファイバー４のコア３、クラッドおよび狭窄部作成用キャピラリ７に用いられるガラスを次のようにして作製した。すなわち、表１にモル％表示で示す組成となるように原料を調合、混合し２５０ｇの調合原料を作製した。この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中で１１００℃に２時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、引続き表１のＴｇの欄に℃単位で示す温度に４時間保持後常温まで冷却する徐冷を行った。
【００４３】
【表１】
【００４４】
コアガラスおよびクラッドガラスを用い、ロッドインチューブ法を用いて非線形光ファイバ４を次のようにして作製した。
まず、コアガラスを溶融して内径が１０ｍｍ、高さが１８０ｍｍであるＳＵＳ３１０Ｓ製の茶筒状モールド（底面を有する円筒状モールド）に流し出し、徐冷してロッド状ガラスとした。次に、このロッド状ガラスを４３０℃でリドローし直径５ｍｍのロッドガラスとした。
【００４５】
一方、クラッドガラスからなり、外径が１５ｍｍ、内径が７ｍｍ、高さが１５０ｍｍであるガラス管を４本作製した。前記ロッドガラスを前記ガラス管のうちの１本に入れ、ガラス管内部を真空ポンプで真空に保ちつつ４４０℃でガラス管とロッドガラスを同時にリドローし、直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。このガラスロッドを前記ガラス管の残り３本のうちの１本に入れ、同様にしてリドローして直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。
【００４６】
前記ガラス管の残りの２本を用いてこれをさらに２回繰り返し、コア径が０．０６ｍｍ、外径が５ｍｍであるプリフォームを作製した。このプリフォームを４４５℃で線引きし、コア径が１．７２μｍ、ファイバー径が１２５μｍである非線形光ファイバー４を作製した。
この非線形光ファイバー４のＭＦＤは２．０μｍ、γは１２００Ｗ−１ｋｍ−１であった。
【００４７】
また、キャピラリガラスからなり、外径が１５ｍｍ、内径が７.５ｍｍ、高さが１５０ｍｍであるガラス管を作製した。このガラス管をリドローし、外径５ｍｍのガラスプリフォームを作製した。このプリフォームを４４５℃で線引きし、内径１３２μｍ、外径が２６２μｍであるガラス管とし、そのガラス管から長さが５．５ｃｍのキャピラリ７を作製した。
【００４８】
非線形ファイバー４の狭窄部５の作製は、先に図２を用いて説明した方法とやや異なる方法によって行った。
すなわち、まず、非線形光ファイバー４の先端部をキャピラリ７に挿入し、キャピラリ７を狭窄部作成用鉛直板に固定する。キャピラリ７の鉛直板への固定は、ゴム板とテフロン（登録商標）ワッシャを用意しこれらの間にキャピラリ７の一端に近い部分をはさみ、ゴム板を鉛直板に接触させ、ワッシャを鉛直板にネジ止めしてキャピラリ７をゴム板とともに鉛直板に固定して行う。固定後、非線形ファイバー４のキャピラリ７の下端面からはみ出している部分を折り取る。
キャピラリ７の下端に近い部分（前記ネジ止めした箇所からの距離は５ｃｍ）も同様にしてゴム板およびテフロンワッシャによってネジ等を用いてはさまれるが、鉛直板に対しては固定されない。なお、ゴム板およびテフロンワッシャ、ネジ等の総重量は５０ｇであった。
【００４９】
キャピラリ７の中央部の加熱を、コイルヒータ１０に電圧を印加して行った。
コイルヒータ１０は抵抗が０．６Ωのカンタル線からなり、そのコイル形状は直径４ｍｍ、高さ３ｍｍである。
加熱は、まず０．３７Ｖで予熱し、その後０．６５Ｖに昇圧して行った。昇圧後、加熱された部分が軟化し、その部分より下の部分が落下し、前記加熱された部分が延伸後切断される。なお、落下する部分をはさんでいたゴム板等はガイドに沿って下方に移動するようにされ、この加熱延伸は約１分で終了した。
次に、延伸部先端を研磨し、Ｒが１２０μｍ、Ｌ５が８００μｍである狭窄部５を得た。なお、この形状寸法から計算して得られたｒ５は０．８２μｍであった。
【００５０】
コア径が５．２μｍ、コア１の屈折率が１．４６、クラッド屈折率が１．４５４である石英系シングルモードファイバ２を用意しその一端を、長さが１５０ｃｍの非線形ファイバ４の接続側端面６と密着させ、中心波長が１５５０ｎｍであるＬＥＤからの光を石英系シングルモードファイバ２に入射し透過光量を測定したところ−５６．８ｄＢｍであった。
比較のために狭窄部５を形成していない直径が１２５μｍ、長さが１４６ｃｍである非線形ファイバーを用いて同様の測定を行ったところ透過光量は−６１．５ｄＢｍであった。
ここで用いた非線形ファイバーの伝播損失は約２．２ｄＢ／ｍであるので、狭窄部５の形成によって損失は５．３ｄＢ減少したことになる。なお、シミュレーション１の結果からはこの損失の減少は６ｄＢと見込まれ、両者は概ね一致しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る非線形光ファイバーと石英系光ファイバーとの接続構造を示す模式図である。
【図２】非線形光ファイバーの接続側端面を狭窄させる方法を説明するための模式図である。
【図３】図２に示す方法により得られる非線形光ファイバーを示す模式図である。
【図４】非線形光ファイバーと石英系光ファイバーとの融着方法を説明するための模式図である。
【図５】シミュレーション１により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【図６】シミュレーション２により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【図７】シミュレーション３により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 石英系光ファイバーのコア
２ 石英系光ファイバー
３ 非線形光ファイバーのコア
４ 非線形光ファイバー
５ 狭窄部
６ 接続側端面
７ キャピラリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア径の異なる石英系光ファイバーと非線形光ファイバーとを接続する接続構造及び接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来見込まれる通信サービスの多様化に対応するために、伝送容量の拡大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。この方式においては、伝送容量を大きくするために、波長を変えることによってチャンネルを多重化している。したがって、この方式においては、ある波長から他の波長への波長変換が容易であることが望まれており、それには非線形光ファイバーの利用が考えられている（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。また、伝送容量の拡大のための他の方法として、時分割多重方式（TDM)も提案されており、TDMにおいて用いられる、４０GHｚを超えるような超高速光スイッチでも、非線形光ファイバーの利用が考えられている（非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】“Bismuth-based optical fiber with nonlinear coefficient of 1360 W-1km-1”, N.Sugimoto, et. al (Optical Fiber Communication Conference and Exposition 2004, PDP 26)
【非特許文献２】.P.Agrawal : "Nonlinear Fiber Optics" Academic Press 1995
【特許文献１】特開２００１−２１３６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非線形光ファイバーの性能は非線形係数γで表されるが、非線形係数γは非線形屈折率に比例し、有効断面積に反比例することが知られている。そのため、非線形光ファイバーの非線形性を高めるには、非線形屈折率の大きな材料を用いるか、有効断面積を小さくすることが有効であり、例えば、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス等の非線形屈折率が大きな材料でコアを形成し、かつコア径の小さい、具体的には１．７μｍ程度の光ファイバーが提案されている。
【０００５】
一方で、光通信システムでは石英系光ファイバーによるネットワークが構築されており、端末に分岐あるいは接続する部分でこの非線形光ファイバーと接続される。しかし、上記のようにコア径が通常１．７μｍ程度である非線形光ファイバーを使用しようとすると、石英系光ファイバーで広く用いられているものは最もコア径の小さいものでも４μｍ程度であることから、両者の接続端面において伝播損失が大きくなるという不具合が生じる。特に、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる光通信システムでは、伝播ロスが著しく大きくなる。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、コア径が異なる石英系光ファイバーと非線形光ファイバーとを、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射させる場合の伝播ロスがより少なくなるように接続する接続構造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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下に示す光ファイバーの接続構造及び接続方法を提供する。
（１）コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとが接続され、前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の光ファイバーの接続構造であって、
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側において狭窄し、その端面におけるコア径が０．５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバーの接続構造（なお、「前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の」とは「前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射させるために用いられる」の意である）。
（２）前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側端面から少なくとも０．１ｍｍ離間した位置から狭窄していることを特徴とする上記（１）記載の光ファイバーの接続構造。
（３）前記非線形光ファイバーが、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスファイバーであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の光ファイバーの接続構造。
（４）前記非線形光ファイバーと前記石英系光ファイバーとが融着接続されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の光ファイバーの接続構造。
（５）コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとを接続する方法であって、
前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端部に、ガラス製キャピラリを被嵌し、前記キャピラリの外部から加熱を行いつつ該キャピラリ及び前記非線形光ファイバーの両端面または一端面を軸線方向に引っ張り、次いで、前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上で、かつ外径が前記石英系光ファイバーの外径と一致する位置にて切断し、切断面と前記石英系光ファイバーとを接続することを特徴とする光ファイバーの接続方法。
（６）さらに、前記非線形光ファイバーと前記石英系ファイバーとの接続部を融着することを特徴とする上記（５）記載の光ファイバーの接続方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非線形光ファイバーのコアを、石英系光ファイバーとの接続側端面に向かって狭窄する形状としたことにより、コア径の大きな石英系光ファイバー側からコア径の小さな非線形光ファイバーに光を入射しても非線形光ファイバーの接続側端面での入射光の漏れが少なく、良好な光伝送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の光ファイバーの接続構造の基本的概念を説明するための模式図であり、後述する接続方法で用いるキャピラリーは省略してある。図示されるように、本発明の光ファイバーの接続構造は、コア径の大きな石英系光ファイバー２と、コア径の小さい非線形光ファイバー４とを接続してなり、光が石英系光ファイバー２から出射され非線形光ファイバー４に入射される光通信システムに適用される。
【００１１】
石英系光ファイバー２のコア１の直径は２．５μｍ以上であるが、光通信システムに使用されている流通品ではコア径が４μｍ以上であり、本発明ではこの一般的な光通信システム用の石英系光ファイバーを用いることが典型的である。また、本発明においては、石英系光ファイバー２に関して、コア径以外は何ら制限されない。
【００１２】
本発明において、非線形光ファイバー４とは、波長が１５５０ｎｍの光に対する非線形係数γが１０Ｗ−１ｋｍ−１以上の光ファイバーを意味する。非線形光ファイバー４は、そのコア径が１μｍ以上２μｍ未満であり、かつ、石英系光ファイバー２との接続側端面６に向かって漸次狭窄しており、さらに接続側端面６におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上となるように規定されている。図１において、点線はモードフィールド径（ＭＦＤ）を示すが、このＭＦＤはコア径が小さくなるのに比例して大きくなる特性を有し、図示されるように、非線形光ファイバー４のコア３が狭窄するのに伴ってＭＦＤが漸次大きくなっている。本発明では、非線形光ファイバー４のコア３を狭窄させてＭＦＤを石英系光ファイバー２のコア径あるいはＭＦＤに一致もしくは近似させることで、石英系光ファイバー２からの光を非線形光ファイバー４に効率よく導き、伝送ロスを抑える。このような作用を十分に発現させるためには、後述する実施例にも示すように、非線形光ファイバー４の接続側端面６におけるコア径（ｒ５）を０．５μｍ以上にする必要がある。また、コア径（ｒ５）の上限は、典型的には１．３μｍである。
【００１３】
また、上記の作用をより効果的に発現させるためには、非線形光ファイバー４のコア３の狭窄部５は緩やかなテーパで形成されていることが好ましく、具体的には接続側端面６からの距離（Ｌ５）として０．１ｍｍ以上、より好ましくは、入射する光の波長の１００倍以上である。
【００１４】
本発明において、非線形光ファイバー４は、上記のように非線形係数γが１０Ｗ−１ｋｍ−１以上のものが対象となるが、非線形係数γが１０００Ｗ−１ｋｍ−１以上のものが好ましい。このような高非線形係数を有する非線形光ファイバー４として、コア３が、モル％表示（以下、単に％）で、Ｂｉ2Ｏ3：３９〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：１０〜５５％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：５〜２０％、ＣｅＯ2：０．０１〜５％、からなるＢｉ２Ｏ３系ガラスからなる光ファイバーが好ましく、典型的にはＢｉ2Ｏ3が６２〜７０％、ＳｉＯ2が１２〜１６％、Ｇａ2Ｏ3が８〜１２％、ＣｅＯ2が０．１〜０．３％であるＢｉ２Ｏ３系ガラスからなるコア３を有する光ファイバーを例示できる。
【００１５】
上記Ｂｉ２Ｏ３系ガラスにおいて、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が３９％未満では、三次非線形光学効果が小さくなりすぎる。好ましくは４０％以上である。７０％超ではガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に結晶が析出しファイバ加工が困難になる。
【００１６】
Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2はいずれもネットワークフォーマであり、少なくともいずれか一種を含有しなければならない。Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2の含有量の合計が５％未満ではガラス化が困難になる、またはファイバ加工が困難になる。好ましくは１０％以上である。５５％超では、三次非線形光学効果が小さくなりすぎる。好ましくは５０％以下である。
【００１７】
Ｂ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは１０％以上である。また、前記含有量は、好ましくは４０％以下、より好ましくは３５％以下である。
【００１８】
ＳｉＯ2を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。また、前記含有量は、好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下である。
【００１９】
Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3はいずれもファイバー加工時の結晶化を抑制する成分であり、少なくともいずれか一種を含有しなければならない。Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3の含有量の合計が５％未満では、前記結晶化を抑制する効果が小さい。２０％超では、ガラス作製時に結晶化しやすくなる。
【００２０】
Ａｌ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は０．５％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。また、前記含有量は、好ましくは１５％以下である。
【００２１】
Ｇａ2Ｏ3を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは３％以上、特に好ましくは５％以上である。
【００２２】
ＣｅＯ2は必須ではないが、Ｂｉ2Ｏ3がガラス融液中に金属ビスマスとして析出することを抑制し、ガラスの透明性の低下を抑制する効果を有し５％まで含有してもよい。５％超ではガラス形成が困難になり、また三次非線形光学効果が低下する。好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下、特に好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ2はガラスを黄色またはオレンジ色に着色する傾向を有する成分であるが、この着色による透過率の低下を抑制したい場合はＣｅＯ2を含有しないことが好ましい。
【００２３】
ＣｅＯ2を含有する場合、その含有量は０．０１％以上であることが好ましい。０．０１％未満では金属ビスマス析出によるガラスの透明性低下を抑制する効果が小さい。より好ましくは０．１％以上である。
【００２４】
その他の成分として、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＳｎＯ2、ＴｅＯ2等を合計で１０％まで含有してもよい。なお、Ａｓ、Ｓ、Ｓｅはいずれも含有しないことが好ましい。また、Ｅｒは、９８０ｎｍ帯および１５５０ｎｍ帯の波長域の光を吸収し該波長域における透過率を低下させるので、含有しないことが好ましい。
【００２５】
また、非線形光ファイバー４において、コア２の屈折率のｎ1とクラッドの屈折率ｎ2との間には次式の関係が成り立っていることが好ましい。
０．０００５≦（ｎ1−ｎ2）／ｎ1≦０．１
【００２６】
このような関係を満足するクラッド用ガラスとしては、Ｂｉ2Ｏ3：２５〜７０％、Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2：５〜７４．８９％、Ａｌ2Ｏ3＋Ｇａ2Ｏ3：０．１〜３０％、ＣｅＯ2：０〜１０％、からなることが好ましい。また、コア２がＣｅＯ2を０．１〜１０％含有する場合、前記好ましいクラッドガラスにおいてＣｅＯ2が０．１〜１０％であることがより好ましい。
【００２７】
上記のコア３が狭窄した非線形光ファイバー４はたとえば以下のようにして得られる。すなわち、先ず、上記のコア用およびクラッド用のガラスを用いて定法に従ってコア径及び外径が一定の非線形光ファイバー４を作製する。次いで、図２に示すように、典型的にはこの非線形光ファイバー４のクラッド用ガラスと同一、あるいは組成が近似するガラスからなり、内径がファイバー外径と同一で所定長の円筒状のキャピラリ７を、その端面７ａが非線形光ファイバー４の接続側端面６と面一となるように被嵌し、キャピラリ７の端面７ａ及び非線形光ファイバー４の接続側端面６に適当な接着剤（例えば、住友化学社製「スミセラム」）を塗布し、両者を固着させる。次いで、非線形ファイバー４を鉛直に支持し、キャピラリ７の端面７ａに近い部分を２枚の金属板８，８で挟持し、金属板８，８に錘９を吊り下げる。そして、この状態でキャピラリ７の外周を加熱することにより、キャピラリ７及び非線形光ファイバー４が軟化、延伸して非線形光ファイバー４のキャピラリ被嵌部分が狭窄する。この加熱はキャピラリ７の外周を局所的に加熱して行うことが好ましく、図示されるように、キャピラリ７の長手方向中央部の外側に、カンタル線等のヒータ線を数回旋回させたコイルヒータ１０を配置して行うことが好ましい。そして、図４に示すように、非線形光ファイバー４のコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上で、キャピラリ７の端面７ａの径（Ｒ）が、接続する石英系光ファイバーのファイバー径と一致する位置にてキャピラリ７及び非線形光ファイバー４を切断する。
【００２８】
尚、キャピラリ７の肉厚は、キャピラリ自体の全長や錘９の重量等を考慮して適宜設定されるが、０．２５〜２．５ｍｍが適当である。また、必要に応じて、切断後に、突出している外周部分を元の非線形光ファイバー４の外径に合わせて切削してもよい。
【００２９】
本発明の接続構造では、上記の非線形光ファイバー４と石英系光ファイバー２とを、適当な固定治具を用いて両端面を当接させた状態で固定してもよいが、接続部の強度や安定性を増すためには、両光ファイバーを融着することが好ましい。その際、非線形光ファイバー４のコア３を形成するＢｉ２Ｏ３系ガラスのガラス転移点は概ね６００℃以下であり、石英系光ファイバー２のコア１のガラス転移点が概ね１０００℃以上であるため、両光ファイバーの接合面を直接加熱して融着させようとすると、非線形光ファイバー４の接続側端面６において顕著な軟化流動または揮散が起り、両者の端面を融合できない。そこで、以下に示す融着方法を採用することが好ましい。
【００３０】
即ち、図４に模式的に示すように（尚、キャピラリ７は非線形光ファイバー４の外径に合わせて加工してある）、先ず、非線形光ファイバー４と石英系光ファイバー２とを両光ファイバーの軸が一致するように突き合わせ、コア用ガラスのガラス転移点が高い石英系光ファイバー２の接続側端面２ａから所定距離（ｘ）離れている部分が最も高温になるように、加熱手段１１、例えば放電加熱用電極を配置する。ここで、距離ｘは、非線形光ファイバー４のコア３と石英系光ファイバー２のコア１とのガラス転移点または軟化点の差を考慮して選択されるが、１μｍ以上が適当である。
【００３１】
また、非線形光ファイバー４の接続側端面６および石英系光ファイバー２の接続側端面２ａは共に平ら、即ち、非線形光ファイバー４の軸とその接続側端面６とがなす角度、石英系光ファイバー２の軸とその接続側端面２ａとがなす角度が共に９０°であってもよいが、前記角度を９０°未満とすることが好ましい。前記角度が９０°では生成する融合面において、両光ファイバーの屈折率の違いによって生ずる光の反射が多くなり、その結果帰還する光が多くなり、不要信号（スプリアス）を増大させるおそれがある。より好ましい前記角度は８７°以下である。前記角度の下限値は６０°であり、６０°未満では端面加工が難しくなって端面の平坦度が低下する等の問題が起るおそれがあり、好ましくは７５°以上、より好ましくは８０°以上である。
【００３２】
このような融着方法によれば、非線形光ファイバ−４の接続側端面６は、放電領域中心部より放電エネルギー密度が低くなり、接続側端面６において顕著な軟化流動および揮散のいずれもが起ることなく、石英系光ファイバー２の接続側端面２ａと良好な融合がなされる。
【００３３】
また、端面融合をより適切に行うために、両接続側端面６，２ａを突き合わせる力を調整して、端面融合中に一方の光ファイバーを他方の光ファイバー側に動かしてもよい。この移動量は５０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ超では融合端面の変形が顕著になり、端面融合が適切に行われなくなるおそれがある。
【００３４】
融着条件である距離（ｘ）、放電加熱用電極１１，１１の先端間の距離、放電電流、放電時間、放電回数、放電休止時間、光ファイバーの押し込み量等は適宜選択されるが、例えば放電回数は、好ましくは１０００以下、より好ましくは１００以下である。また、１回当たりの放電時間は、好ましくは０．００１〜１秒、より好ましくは０．００１〜０．１秒、特に好ましくは０．０１〜０．１秒である。また、放電休止時間は、好ましくは０．００１〜１秒、より好ましくは０．００１〜０．５秒、特に好ましくは０．０１〜０．１秒である。また、押し込み量は、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、特に好ましくは０μｍである。
【実施例】
【００３５】
以下に示すシミュレーションにより、本発明を更に説明する。
（シミュレーション１）
コア径１．７μｍ、コアの屈折率２．２２、クラッドの屈折率２．１３２、狭窄部の長さ（Ｌ５）０．２５ｍｍ、狭窄部以外の部分の長さ１ｍｍの非線形光ファイバーと、コア径５．２μｍ、コアの屈折率１．４６、クラッドの屈折率１．４５４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーとを接合し、石英系光ファイバーから非線形光ファイバーに光を入射した場合を想定し、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）を変化させたときの接続効率を、ビーム伝播法（Beam Propagation method）を基に計算した。
【００３６】
結果を図５にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍで接続効率が４０％を越えており、実用上問題の無い接続効率が得られる。但し、コア径（ｒ５）が１．３μｍを越えると接続効率が４０％未満となり、実用上好ましくない。
【００３７】
（シミュレーション２）
コア径４．１７μｍ、コアの屈折率１．４５９、クラッドの屈折率１．４４４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーを用いた以外はシミュレーション１と同様にして接続効率を計算した。
【００３８】
結果を図６にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍで接続効率が約４０％であり、実用上問題の無い接続効率が得られる。但し、コア径（ｒ５）が１．３μｍを越えると接続効率が４０％未満となり、実用上好ましくない。
【００３９】
（シミュレーション３）
コア径２．３μｍ、コアの屈折率１．４８、クラッドの屈折率１．４４、全長０．２５ｍｍの石英系光ファイバーを用いた以外はシミュレーション１と同様にして接続効率を計算した。
【００４０】
結果を図７にグラフ化して示すが、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍでは接続効率が約２０％であり、実用上好ましくない。
【００４１】
上記のシミュレーションから、コア径が２．５μｍ以上の石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満で、接続側端面におけるコア径（ｒ５）が０．５μｍ以上となるように狭窄したコアを有する非線形光ダイバーとを接続することにより、伝播損失が抑えられて良好な光伝送が可能になることがわかる。
【００４２】
（シミュレーション１に相当する実施例）
非線形ファイバー４のコア３、クラッドおよび狭窄部作成用キャピラリ７に用いられるガラスを次のようにして作製した。すなわち、表１にモル％表示で示す組成となるように原料を調合、混合し２５０ｇの調合原料を作製した。この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中で１１００℃に２時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、引続き表１のＴｇの欄に℃単位で示す温度に４時間保持後常温まで冷却する徐冷を行った。
【００４３】
【表１】
【００４４】
コアガラスおよびクラッドガラスを用い、ロッドインチューブ法を用いて非線形光ファイバ４を次のようにして作製した。
まず、コアガラスを溶融して内径が１０ｍｍ、高さが１８０ｍｍであるＳＵＳ３１０Ｓ製の茶筒状モールド（底面を有する円筒状モールド）に流し出し、徐冷してロッド状ガラスとした。次に、このロッド状ガラスを４３０℃でリドローし直径５ｍｍのロッドガラスとした。
【００４５】
一方、クラッドガラスからなり、外径が１５ｍｍ、内径が７ｍｍ、高さが１５０ｍｍであるガラス管を４本作製した。前記ロッドガラスを前記ガラス管のうちの１本に入れ、ガラス管内部を真空ポンプで真空に保ちつつ４４０℃でガラス管とロッドガラスを同時にリドローし、直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。このガラスロッドを前記ガラス管の残り３本のうちの１本に入れ、同様にしてリドローして直径５ｍｍのガラスロッドを作製した。
【００４６】
前記ガラス管の残りの２本を用いてこれをさらに２回繰り返し、コア径が０．０６ｍｍ、外径が５ｍｍであるプリフォームを作製した。このプリフォームを４４５℃で線引きし、コア径が１．７２μｍ、ファイバー径が１２５μｍである非線形光ファイバー４を作製した。
この非線形光ファイバー４のＭＦＤは２．０μｍ、γは１２００Ｗ−１ｋｍ−１であった。
【００４７】
また、キャピラリガラスからなり、外径が１５ｍｍ、内径が７.５ｍｍ、高さが１５０ｍｍであるガラス管を作製した。このガラス管をリドローし、外径５ｍｍのガラスプリフォームを作製した。このプリフォームを４４５℃で線引きし、内径１３２μｍ、外径が２６２μｍであるガラス管とし、そのガラス管から長さが５．５ｃｍのキャピラリ７を作製した。
【００４８】
非線形ファイバー４の狭窄部５の作製は、先に図２を用いて説明した方法とやや異なる方法によって行った。
すなわち、まず、非線形光ファイバー４の先端部をキャピラリ７に挿入し、キャピラリ７を狭窄部作成用鉛直板に固定する。キャピラリ７の鉛直板への固定は、ゴム板とテフロン（登録商標）ワッシャを用意しこれらの間にキャピラリ７の一端に近い部分をはさみ、ゴム板を鉛直板に接触させ、ワッシャを鉛直板にネジ止めしてキャピラリ７をゴム板とともに鉛直板に固定して行う。固定後、非線形ファイバー４のキャピラリ７の下端面からはみ出している部分を折り取る。
キャピラリ７の下端に近い部分（前記ネジ止めした箇所からの距離は５ｃｍ）も同様にしてゴム板およびテフロンワッシャによってネジ等を用いてはさまれるが、鉛直板に対しては固定されない。なお、ゴム板およびテフロンワッシャ、ネジ等の総重量は５０ｇであった。
【００４９】
キャピラリ７の中央部の加熱を、コイルヒータ１０に電圧を印加して行った。
コイルヒータ１０は抵抗が０．６Ωのカンタル線からなり、そのコイル形状は直径４ｍｍ、高さ３ｍｍである。
加熱は、まず０．３７Ｖで予熱し、その後０．６５Ｖに昇圧して行った。昇圧後、加熱された部分が軟化し、その部分より下の部分が落下し、前記加熱された部分が延伸後切断される。なお、落下する部分をはさんでいたゴム板等はガイドに沿って下方に移動するようにされ、この加熱延伸は約１分で終了した。
次に、延伸部先端を研磨し、Ｒが１２０μｍ、Ｌ５が８００μｍである狭窄部５を得た。なお、この形状寸法から計算して得られたｒ５は０．８２μｍであった。
【００５０】
コア径が５．２μｍ、コア１の屈折率が１．４６、クラッド屈折率が１．４５４である石英系シングルモードファイバ２を用意しその一端を、長さが１５０ｃｍの非線形ファイバ４の接続側端面６と密着させ、中心波長が１５５０ｎｍであるＬＥＤからの光を石英系シングルモードファイバ２に入射し透過光量を測定したところ−５６．８ｄＢｍであった。
比較のために狭窄部５を形成していない直径が１２５μｍ、長さが１４６ｃｍである非線形ファイバーを用いて同様の測定を行ったところ透過光量は−６１．５ｄＢｍであった。
ここで用いた非線形ファイバーの伝播損失は約２．２ｄＢ／ｍであるので、狭窄部５の形成によって損失は５．３ｄＢ減少したことになる。なお、シミュレーション１の結果からはこの損失の減少は６ｄＢと見込まれ、両者は概ね一致しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る非線形光ファイバーと石英系光ファイバーとの接続構造を示す模式図である。
【図２】非線形光ファイバーの接続側端面を狭窄させる方法を説明するための模式図である。
【図３】図２に示す方法により得られる非線形光ファイバーを示す模式図である。
【図４】非線形光ファイバーと石英系光ファイバーとの融着方法を説明するための模式図である。
【図５】シミュレーション１により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【図６】シミュレーション２により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【図７】シミュレーション３により得られた、非線形光ファイバーの接続側端面におけるコア径（ｒ５）と接続効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 石英系光ファイバーのコア
２ 石英系光ファイバー
３ 非線形光ファイバーのコア
４ 非線形光ファイバー
５ 狭窄部
６ 接続側端面
７ キャピラリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとが接続され、前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の光ファイバーの接続構造であって、
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側において狭窄し、その端面におけるコア径が０．５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバの接続構造。
【請求項２】
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側端面から少なくとも０．１ｍｍ離間した位置から狭窄していることを特徴とする請求項１記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項３】
前記非線形光ファイバーが、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスファイバーであることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項４】
前記非線形光ファイバーと前記石英系光ファイバーとが融着接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項５】
コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとを接続する方法であって、
前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端部に、ガラス製キャピラリを被嵌し、前記キャピラリの外部から加熱を行いつつ該キャピラリ及び前記非線形光ファイバーの両端面または一端面を軸線方向に引っ張り、次いで、前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上で、かつ外径が前記石英系光ファイバーの外径と一致する位置にて切断し、切断面と前記石英系光ファイバーとを接続することを特徴とする光ファイバーの接続方法。
【請求項６】
さらに、前記非線形光ファイバーと前記石英系ファイバーとの接続部を融着することを特徴とする請求項５記載の光ファイバーの接続方法。
【請求項１】
コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとが接続され、前記石英系光ファイバーから光が出射され前記非線形光ファイバーに入射する構成の光ファイバーの接続構造であって、
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側において狭窄し、その端面におけるコア径が０．５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバの接続構造。
【請求項２】
前記非線形光ファイバーのコアが、前記石英系光ファイバーとの接続側端面から少なくとも０．１ｍｍ離間した位置から狭窄していることを特徴とする請求項１記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項３】
前記非線形光ファイバーが、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスファイバーであることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項４】
前記非線形光ファイバーと前記石英系光ファイバーとが融着接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバーの接続構造。
【請求項５】
コア径が２．５μｍ以上である石英系光ファイバーと、コア径が１μｍ以上２μｍ未満である非線形光ファイバーとを接続する方法であって、
前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端部に、ガラス製キャピラリを被嵌し、前記キャピラリの外部から加熱を行いつつ該キャピラリ及び前記非線形光ファイバーの両端面または一端面を軸線方向に引っ張り、次いで、前記非線形光ファイバーの前記石英系光ファイバーとの接続側端面におけるコア径が０．５μｍ以上で、かつ外径が前記石英系光ファイバーの外径と一致する位置にて切断し、切断面と前記石英系光ファイバーとを接続することを特徴とする光ファイバーの接続方法。
【請求項６】
さらに、前記非線形光ファイバーと前記石英系ファイバーとの接続部を融着することを特徴とする請求項５記載の光ファイバーの接続方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１４２０（Ｐ２００６−１１４２０Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５２５５９（Ｐ２００５−１５２５５９）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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