光入出射装置及び光入出射方法
【課題】 光ファイバ側面から信号光を効率よく入射させる光入射技術を提供する。
【解決手段】 本発明に係る光入射装置９は、所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバ４に第二の光ファイバ１４から所定の角度で第一の光ファイバ４の側面上の所定の位置に向けて信号光を出射し、第二の光ファイバ１４から出射した信号光が第一の光ファイバのコアと結合する箇所で第二の光ファイバ１４から出射した信号光のビーム径と第一の光ファイバ４のコア径が等しくあるいは小さくなる機構を備える。これによって、第一の光ファイバ４の側面から第一の光ファイバ４のコアに、信号光を効率よく入射させることができる。
【解決手段】 本発明に係る光入射装置９は、所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバ４に第二の光ファイバ１４から所定の角度で第一の光ファイバ４の側面上の所定の位置に向けて信号光を出射し、第二の光ファイバ１４から出射した信号光が第一の光ファイバのコアと結合する箇所で第二の光ファイバ１４から出射した信号光のビーム径と第一の光ファイバ４のコア径が等しくあるいは小さくなる機構を備える。これによって、第一の光ファイバ４の側面から第一の光ファイバ４のコアに、信号光を効率よく入射させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ファイバケーブルによる通信網の建設・保守に使用される光心線対照器、光パルス試験器あるいは光通信器、サービス切替技術に用いられ、光ファイバの側面から信号光を入出射させる光入出射装置及び光入出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバケーブルによる通信網の建設や保守を行うにあたり、ケーブル内、あるいはユーザ宅の光ファイバにおける心線を識別する必要性が作業現場で生じる。この作業を心線対照と呼ぶ。
従来の心線対照作業では、対照を必要とする光線路（光ファイバ）に対し、曲げ装置を用いて曲げを与え、その光線路の上部側に設置した心線対照用光源から出射される信号光を、光カプラを介して光線路に入射し、その光線路の曲げ部分側面から信号光を放射させ、これを受光器で検出して目的とする心線を特定する手法が一般的に用いられている（特許文献１）。また、心線対照用光源を光パルス試験器に置き換えることによって、光カプラを介して光線路の品質検査や故障位置探査を実行している。
【０００３】
また、異なる複数の作業現場における作業者同士の連絡手段として、光ケーブル内の非現用心線の片端から光信号を入力し、作業現場で心線を切断することなく外部より歪みを加え、偏波特性の変化、あるいは曲げによる損失変化を強度変調に置き換えたりすることで音声信号を作り出すといった手法で光通話を行っている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００４】
これらの作業はいずれも、目的に応じた信号光を安定的に、かつ、効率的に光線路（光ファイバ）に入力することが重要である。このため、現在のところ、信号光入射手段は、所内設備の光カプラか、もしくは非現用心線であることを前提にした屋外設備の光コネクタに限られている。
【０００５】
なお、コネクタがない場合は光線路の心線を切断して簡易コネクタ等を現場で作製し、信号光を入力することもある。現状では、屋外設備の光コネクタからの信号光の入力はほとんど行われず、所内設備の光カプラが唯一の信号光入力手段として用いられている。
【０００６】
また、近年、１本の光線路を光分岐器によって複数本の線路に分岐させる通信方式が実用化されている。この方式においては、所内設備側の光カプラからの入力では、光分岐器により全ての分岐線路に信号光が分配されるため、心線対照や光パルス試験が実施できないという問題もあり、作業者が線路設備側のいずれの場所からも自由に信号光を入射する技術が望まれている。
【０００７】
また、近年、伝送論理リンクを継続しながら信号光を瞬断することなく光線路の切り替えを行う無瞬断切り替え方法および無瞬断切り替え装置に関する技術が検討されている（特許文献４）。ところが、実線路設備においては、光線路を二重化し迂回ルートに切り替える場合には、線路（光ファイバ）の区間の両端に「２入力、Ｎ出力」の光分岐器が設置されていなければ実現することができない。そこで、線路設備の任意の場所において、光ファイバの側面から光を入射する装置が開発されている（特許文献５参照）。
【０００８】
しかしながら、上記装置は光ファイバの最適配置機構が備わっていないため、結合効率（入射効率）が悪く、実用化には至っていない。また、この技術には所外に２入力Ｎ出力の光分岐器が設置されていなければ実施できないという問題もあり、作業者が線路設備のいずれの場所からも自由に信号光を入出射する技術が望まれていた。
【０００９】
以上のように、これまでにも光ファイバの側面から入射したり出射したりする技術として、光入射装置と光出射装置が検討されてきた（特許文献２及び５）。しかしながら、これら装置は入射効率や出射効率の低さが原因で、その適用領域の狭さや信頼性が光ファイバ側面からの入射・受光方式より劣ることから普及してこなかった。特に、光入射装置の場合、入射位置や入射角度やスポットサイズが最適化されていないため、大幅に結合効率を下げてしまい、その調心に必要な機器の大きさや煩雑さにも問題があった。また、光出射装置の場合、漏れ光の一部しか受光していないことも大幅に結合効率を下げてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許３４０７８１２号公報
【特許文献２】特開平７−３８５０２号公報
【特許文献３】特開平１１−６４６９１号公報
【特許文献４】特開２００９−２５３８８４号公報
【特許文献５】特開２００９−２５２１０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「光波工学」、コロナ社、Ｐ.３０〜４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上述べたように、従来の光入出射技術では、最適な入射位置や入射角度からのずれ、あるいは光ファイバのモードフィールド径と入射光や出射光のビーム径の違いによって、結合効率が大幅に低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光入出射装置及び光入出射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光入出射装置は以下のような態様の構成とする。
（１）第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
【００１４】
（２）（１）において、前記所定の曲率半径は、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、前記所定の角度は、（１）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、前記所定の距離は、（６）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である態様とする。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】
【００２０】
【数６】
ただし、ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
【００２１】
また、本発明に係る光入出射方法は以下のような態様の構成とする。
（３）第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
【００２２】
（４）（３）の構成において、前記所定の曲率半径は、（７）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（８）式、（９）式、（１０）式及び（１１）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、前記所定の角度は、（７）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、前記所定の距離は、（１２）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である態様とする。
【００２３】
【数７】
【００２４】
【数８】
【００２５】
【数９】
【００２６】
【数１０】
【００２７】
【数１１】
【００２８】
【数１２】
ただし、ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
【００２９】
（５）（４）の構成において、前記光ファイバ近接手順は、前記所定の位置及び所定の角度で第二の光ファイバを第一の光ファイバに概略突き合わせた後、最も入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、前記高さ方向と入射用光ファイバから照射される光線方向であるｘ軸方向の微調整を繰返し、前記ｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行い、その後、前記ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行い、ｘ軸の微調整を行う毎に高さ方向の微調整を行うという手順を繰返し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、３軸ステージを用いて探索する手順を、３軸の自動ステージを制御することよって自動的に実行する態様とする。
【００３０】
（６）（４）の構成において、前記所定の曲率半径で曲げられた前記第一の光ファイバに、前記第二の光ファイバから前記所定の角度で、前記屈折率整合部材を通過した前記信号光が前記第一の光ファイバの側面上の所定の位置に向けて、前記所定の位置へ入射角ζ３で前記信号光を出射する態様とする。
【００３１】
本発明に係る光入出射装置では、所定の曲率半径で第一の光ファイバを曲げ、所定の位置へ所定の角度から信号光を入射し、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填させる。前記屈折率整合部材は、前記第一の光ファイバの側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めるゲル状の屈折率整合剤又は弾性力のあるプラスチック若しくは合成樹脂であることが好ましく、第一の光ファイバの側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光の散乱や乱回折を防止することができる。
【００３２】
信号光を密着させた屈折率整合部材から前記第一の光ファイバの最外被覆に効率よく透過し、その後、最外被覆からクラッドへ、クラッドからコアへともっとも短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、前記第一の光ファイバのコアに信号光をシングルモードで伝搬させることができる。よって、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、信号光を効率よく入射させることができる。
【００３３】
また、本発明に係る光入出射装置では、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように前記第一の光ファイバと前記第二の光ファイバを保持することが好ましい。
【００３４】
本発明に係る光入出射装置では、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させ、コアに入射されるまでの信号光のビーム径の広がりを抑える機構を備えることにより、入射率を高めることができ、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させた信号光のビーム径は前記第二の光ファイバの端面から所定の距離で光線路のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。例えば、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させる機構とは前記第二の光ファイバの端面の先端に屈折率分布を持つ円柱体のレンズや球レンズを融着した光ファイバや前記第二の光ファイバの端面から先の信号光の進行方向に１枚あるいは複数枚のレンズを設置した機構である。
【００３５】
前記所定の曲率半径ρは、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径であり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置であり、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度であり、所定の距離とは前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光がコアに入射されるまでの距離であることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、第二の光ファイバの出射した信号光を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光入出射装置及び光入出射方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る光入射方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すシステムの無瞬断切り替えに用いた光入射装置の一例を示す断面図である。
【図３】図１に示す光線路の素線が曲げられた凸部を拡大して示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る光入射方法を心線対照に適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る光入射方法を光パルス試験に適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
本発明の光入射方法を光通信システムの無瞬断切り替えに適用した例について説明する。図１は、本実施形態に係る光入射方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。図１において、１は所内装置、２及び２’は光遮断フィルタ、４は第一の光線路（第一の光ファイバ）、５は所外装置、６は光入出力ポート、７は無瞬断切り替え用光源、８はパルス光、２２は無瞬断切り替え装置、９は光入射装置、１１は新設光線路（第三の光ファイバ）、１２は第二の光線路（第二の光ファイバ）を示す。
【００４０】
図１に示すシステムでは、第一の光線路４の上部側端に光カプラ３が設置され、下部側端に光入射装置９が設置される。所内装置１から出射された信号光は、光遮断フィルタ２、光カプラ３を介して第一の光線路４に入射され、その出力光は光入射装置９、光遮断フィルタ２’を介して所外装置５に送られる。
【００４１】
光カプラ３は、無瞬断切り替え用光源７から送出されるパルス光を、入出力ポート６を介して入射し、第一の光線路４への信号光に光結合するもので、パルス光が結合された信号光の一部は無瞬断切り替え装置２２を介して第二の光線路１２に入射され、その出射光は光入射装置９に送られる。
【００４２】
ここで、無瞬断切り替え装置（例えば、特許文献４参照）２２により、無瞬断切り替え用光源７から出射されたパルス光８を用いて、第二の光線路１２の光路長を、第一の光線路４との光路長差に基づいてビット符号が一致するように調整する。
次に、光遮断手段（図示せず）を用いて第一の光線路４の信号光を遮断し、その信号光の経路を第一の光線路４から第二の光線路１２に移し替える。続いて無瞬断切り替え用光源７から出射されたパルス光８を用いて、第二の光線路１２と新設光線路１１との光路長差に基づいて双方の光路長が一致するように無瞬断切り替え装置２２を制御し、第２の光線路１２と新設光線路１１を通過する信号光のビット符号が一致するように無瞬断切り替え装置２２を制御し、光遮断手段（図示せず）を用いて第二の光線路１２の信号光を遮断し、信号光の経路を第二の光線路１２から新設光線路１１に移し替える。
【００４３】
図２は、上記無瞬断切り替え方法に用いた光入射装置９の一例である。図２において、４は第二の光線路（第一の光ファイバ）、８は信号光（パルス光）、１３は屈折率整合部材、１４は入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）、１５は光線路４の曲げ部における曲率半径、１６は光線路４の側面への信号光８の入射角すなわち所定の角度である。
【００４４】
また、図３は光線路４の素線が曲げられた凸部の拡大図である。図３において、４は光線路（第一の光ファイバ）、１３は屈折率整合部材、１４は入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）、１９は光線路４の最外被覆、２０は光線路４のクラッド、２１は光線路４のコアを示す。また、Ａ点は光線における屈折率整合部材１３と最外被覆１９との境界点であり、Ｂ点は光線における最外被覆１９とクラッド２０との境界点、Ｃ点は光線におけるクラッド２０とコア２１との境界点を示す。ｘ１はコア２１の半径を示す。ｘ２はクラッド２０の半径を示す。ｘ３は最外被覆１９の半径を示す。
【００４５】
図３では、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９の外径を各々２ｘ１、２ｘ２、２ｘ３と示した。また、光線路４の曲率半径１５（光線路４の素線の曲率中心からコア中心までの距離）をρ、Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光８の入射角を各々ζ３、ζ２、ζ１とした。Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光８の屈折角を各々ψ３、ψ２、ψ１とした。また、光線路４のＤ点からＣ点まで、Ｃ点からＢ点まで、Ｂ点からＡ点までの各方向変化角を各々、δ１、δ２、δ３とした。また、コア２１でのシングルモード伝搬角をθ０、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９、屈折率整合部材１３の屈折率を各々ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４とした。
【００４６】
すなわち、図２に示す光入射装置９は、光線路４を所定の曲率半径１５で曲げられた状態で保持することで、図３に示すような凸部を形成する。光線路４が曲がり始めるまでのＥ部分は入射された信号光８が多モード変換や損失を受けないように直線状であることが好ましい。
【００４７】
上記光入射装置９は、入射用光ファイバ１４を保持し、入射用光ファイバ１４は所定の角度（図３に示すζ３）から光線路４の側面上の所定の位置（図３のＡ点）に向けて信号光８を出射する。例えば、所定の曲率半径１５で曲げられた光線路４を保持するための機構として、円柱体に曲げ半径が一定となるようにＶ溝を刻み、光線路４をＶ溝に沿わせ、光線路４の曲げ部の両端から一定の張力を印加する機構などがある。所定の角度については後述する。
【００４８】
光線路４及び入射用光ファイバ１４の光軸の軸ずれを防止するため、光線路４の曲げ部において、光線路４のコアの中心を全て含む平面に、入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように光線路４と入射用光ファイバ１４を保持することが好ましい。
【００４９】
また、光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に、光線路４の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材１３を充填させることが好ましい。なぜなら、光線路４の表面粗さによって引き起こされる信号光８の散乱や乱回折を防止するためである。その屈折率整合部材１３は、光線路４の側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めることが好ましい。
【００５０】
光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に屈折率整合部材１３を充填させるための機構（図示せず）としては、例えば、屈折率整合部材１３がゲル状であれば、光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間を囲むように柵又は溝を形成しておくとよい。あるいは、屈折率整合部材１３自身が持つ表面張力によって留めておくようにしてもよい。
【００５１】
本実施形態に係る光入射方法は、（Ｓ１）光入射装置設置手順、（Ｓ２）屈折率整合部材密着手順、（Ｓ３）光ファイバ近接手順、（Ｓ４）光入射手順を順に行う。
（Ｓ１）光入射装置設置手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で保持しつつ光線路４を設置する。
（Ｓ２）屈折率整合部材密着手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で曲げられた光線路４の曲げにおける凸部の所定の位置（図３に示すＡ点）に、光線路４の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材１３を密着させる。これによって光線路４の側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光８の散乱や乱回折を防止することができる。
【００５２】
（Ｓ３）光ファイバ近接手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で曲げられた光線路４の最外被覆の側面に、入射用光ファイバ１４の端面を、当該Ａ点の法線方向に対する所定の角度（図３に示すζ３）で近接させる。
ここで、光ファイバ近接手順において、実験的にもっとも効率のよい所定の位置及び所定の角度を３軸ステージを用いて探索する手順を、図３を用いて説明する。
【００５３】
まず、大まかに所定の位置及び所定の角度で入射用光ファイバ１４を突き合せた後、実験的にはもっとも入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、ｘ軸方向の微調整を行い、現在のｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行う。その後、ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行いながらｘ軸の微調整を行う手順を繰返し、もっとも効率のよい所定の位置及び所定の角度の探索を行う。ｘ軸は入射用光ファイバから照射される光線方向とする。
【００５４】
実験的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を３軸ステージを用いて探索する手順をコンピュータ制御で３軸の自動ステージを制御することよって、自動的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を探索することができる。
（Ｓ４）光入射手順では、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光８を、光線路４の最外被覆の側面から光線路４のコアへ入射させる。このとき、光入射装置９は、光線路４の曲げ部において、光線路４のコアの中心を全て含む平面に入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように、光線路４と入射用光ファイバ１４を接近できるようにしておく。この場合、光線路４のコアへ向けて、信号光８を所定の位置に安定して入射させることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る光入射装置９では、入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８を集光させ、コアに入射されるまでの信号光８のビーム径の広がりを抑えることにより、入射率を高めることができる。
但し、入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８を集光させた信号光のビーム径は、入射用光ファイバ１４の端面から所定の距離で光線路４のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。
【００５６】
ここで、所定の距離とは入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８がコアに入射されるまでの距離である。例えば、コアに入射されるまでの信号光８のビーム径の広がりを抑える機構としては、入射用光ファイバ１４に光ファイバの端面の先端に屈折率分布を持つ一つあるいは複数の円柱体のレンズや球レンズを融着した光ファイバや入射用光ファイバの端面から先の信号光の進行方向に１枚あるいは複数枚のレンズを設置した機構である。
【００５７】
本発明に係る光入射装置９では、屈折率整合剤部材１３を用いることから、屈折率整合剤部材１３の屈折率中でのレンズ設計が必要である。また、光出射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が大きく、高い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。また、光入射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が小さく、低い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。
【００５８】
また、光出射技術と光入射技術の効率を両立するには入射用光ファイバのコア径が大きく、入射用光ファイバから出射された信号光のビーム径が所定の距離で光線路４のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。また、所定の距離は入射用光ファイバ１４を所定の入射角度と所定の位置を保持しつつ光線路４から離すことによって調整可能である。
【００５９】
図３では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４の側面に対して、入射用光ファイバ１４から信号光８を入射する際の各層の境界面での透過（屈折）と反射の様子を光線学的に示している。
図３において、入射用光ファイバ１４からのビームの中心が通るパスを見ると、ビームの中心は光エネルギーが最も集中しており、ビームの中心で光線の軌跡を代表している。所定の曲率半径ρは、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる必要がある。
【００６０】
【数１３】
すなわち、所定の曲率半径ρは、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光８が、屈折率整合部材１３と光線路４の最外被覆１９、光線路４の最外被覆１９とクラッド２０、光線路４のクラッド２０とコア２１のいずれの面においても全反射せずに光線路４のコア２１に入射する曲率半径である。
【００６１】
所定の位置Ａ点は、光線路４の最外被覆１９の側面における、（２）式、（３）式及び（４）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置である。
【００６２】
【数１４】
【００６３】
【数１５】
【００６４】
【数１６】
また、所定の角度ζ３は、（１）式を用いて算出される所定の位置Ａ点への入射角ζ３である。なお、光ファイバ素線の種別（ファイバパラメータ）、曲率半径ρにより、所定の位置Ａ点の方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）や入射角ζ３（＝ψ３）が異なっていることは言うまでもない。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３の原理については後述する。
【００６５】
密着させた屈折率整合部材１３からの最外被覆１９に効率よく透過し、その後、最外被覆１９からクラッド２０へ、クラッド２０からコア２１へと最も短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、コア２１に入射用光ファイバ１４からの信号光８をシングルモードで伝搬させることができる。所定の距離は、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８が光線路４のコアに達するまでの距離である。
【００６６】
光線路４の側面より入射された光がコア２１内をシングルモードで伝搬するということは、光線学上、光の可逆性を考えれば、シングルモードで伝搬してきた光が、ある曲がり部分においてコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、さらに最外被覆から屈折率整合部材１３へと放射される経路と全く同じである。したがって、コア２１から曲げ部分に放射されていく経路を考察することで、所定の位置や所定の角度、所定の距離の根拠を説明することができる。
【００６７】
図３を用いて上述の説明による根拠に従うと、直線領域Ｅ部分のコア２１内をシングルモード（伝搬角θ０）で反射してきた信号光８は、光線路４の曲がり始めた位置のコア２１とクラッド２０との境界で屈折し、Ｃ点へ角度ψ1で入射する。角度ψ1はπ／２よりも小さくなっており、信号光８はクラッド２０へ角度ζ1で入射する。クラッド２０へ入射した信号光８はＢ点へ角度ψ２で入射する。角度ψ２はπ／２よりも小さくなっており、信号光は最外被覆１９へ角度ζ２で入射する。最外被覆１９へ入射した信号光８はＡ点へ角度ψ３で入射する。角度ψ３はπ／２よりも小さくなっており、信号光８は屈折率整合部材１３へ角度ζ３で入射する。
【００６８】
曲がりによってコア２１、クラッド２０、最外被覆１９及び屈折率整合部材１３の各境界面（Ｃ点、Ｂ点、Ａ点）で臨界角を超えると、その一部がコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、最外被覆１９から屈折率整合部材１３へと透過される。最終的には、この屈折率整合部材１３の中の放射光路の屈折角が、側面入射における入射角ζ３（図２の符号１６）と同じになる。ただし、伝搬角θ０は、開口数に応じてある許容された角度Δθを有することから、入射角ζ３においてもΔζ３分の変動を許すことになる。
【００６９】
上記より、所定の位置Ａ点は、光線路４の直線部分Ｅ部分をシングルモードで伝搬してきた信号光８が、光線路４の最外被覆１９の側面に最初に到達する位置として計算によって特定することができる。
また、所定の角度ζ３は、光線路４の直線部分Ｅ部分を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した信号光８が、光線路４の最外被覆１９から出射する角度ζ３を計算することによって特定することができる。なお、所定の角度ζ３は、光線路４を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した光が、光線路４の最外被覆１９から屈折率整合部材１３中に出射する角度である。
【００７０】
また、所定の距離は、信号光８が光線路４の直線部分Ｅ部分を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した距離を計算することによって入射用光ファイバ１４の端面のコア中心から光線路４までの距離を足し合わせることによって特定することができる。これら所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３は実験によっても確かめることができるので、光線路（図２の符号４）の把持に誤差が生じた場合でも、その誤差を実験的に補正し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度で信号光８を入射することができる。
【００７１】
実験的には、光線路（図２の符号４）の把持による誤差以外に、光線路（図２の符号４）に印加されている張力や温度による光線路（図２の符号４）の屈折率の変化や入射用光ファイバ１４の端面の形状劣化による端面での信号光８の進行方向の変化についても考慮しなければならない。
【００７２】
ここで、図３において、Ｃ点で反射された（コア２１内にとどまった）信号光８は、幾何光線学的には、次のコア２１とクラッド２０との境界点から、Ｃ点と同じ割合で透過され、最終的には別の位置で最外被覆１９の外部へ漏洩されていく。曲げ部分が続けば、同じ挙動が複数回繰り返されることになる。このとき、２回目以降の漏洩においても同じ透過率と反射率の割合で屈折が生じることから、最初に漏洩される光の絶対的な透過量が最大となり、２回目以降の放射光は順次小さくなる。
【００７３】
上記では、信号光８が漏れる挙動を光線学的に述べたが、入射された光についてもまた同様であり、曲がり部分で複数回の反射と屈折を繰り返し、損失を累積するよりは、各境界面において１回の反射と屈折を経た後、直線領域をシングルモードで伝搬させたほうが、より多くの信号光８をコアへ入射することができる。したがって、漏れ光の強度が最大となる最初に到達する位置が、信号光８を入射させる所定の位置（Ａ点）として最適である。
【００７４】
次に、図２及び図４を参照して、心線対照手順について説明する。
ここで、図４（ａ）は、光線路４に光入射装置９を設置し、光線路４のもう片端に受光器１０を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０は、光入射装置９から入射された信号光８”を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７５】
また、図４（ｂ）は、光線路４に光入射装置９を設置し、光線路４のもう片端に光線路４を曲げた曲げ部１８を設け、曲げ部１８に受光器１０’を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０’は、光入射装置９から入射された信号光８の曲げ部１８における光線路４の側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７６】
すなわち、図４（ａ），（ｂ）に示すシステムでは、まず、特定したい光線路（第一の光ファイバ）４に光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介して信号光８”を光線路４に入射する。
上記信号光は心線対照用光源７”によって送出され、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤ（Fabry Perot − Laser Diode）、またはＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Diode Laser Diode）などの光に、２７０Ｈｚ程度の強度変調を加え、信号化したものを用いる。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、光側面入射部９で作る曲げ径を緩和し、通信光に対する曲げ損失を最小限にとどめながら信号光８”を光線路４のコアに効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２，２’と合わせれば、インサービス状態においても心線対照することができる。
【００７７】
このようにして入射された信号光８”を、例えば、光線路４途中のクロージャ内において、心線に所定の曲げを作り（曲げ部１８）、光線路４の側面から信号光８を放射させて受光器１０’で検出したり、あるいはユーザ近くの端末に受光器１０を設置して信号光８を検出したりする。図４（ａ）のシステムでは、受光器１０により、光側面入射部９から入射された信号光８”を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。また、図４（ｂ）のシステムでは、受光器１０’により、光側面入射部９から入射された信号光８の曲げ部１８における光線路４の側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７８】
本実施形態に係る光入射方法又は光入射装置を用いることにより、光線路４の側面から信号光８”を入射し、光線路４の片端（端末）から受光器１０で信号光８を受信することが可能である。また、光線路４の線路途中に曲げを作り（曲げ部１８）、その側面からの信号光８を受光器１０’で受信してすることも可能である。
【００７９】
続いて、図２及び図５を用いて、光パルス試験を行う手順について説明する。
図５は、本実施形態に係る光入射方法を光パルス試験に適用したシステムを示す概略構成図である。光パルス試験においても、心線対照と同様に、まず、試験したい光線路４に光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介してパルス試験光８’を光線路４に入射する。
【００８０】
上記パルス試験光８’は光パルス試験器７’によって送出され、心線対照と同様、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤまたはＤＦＢ−ＬＤなどの光を用いている。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、パルス試験光８’を効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２と２’と合わせれば、インサービスも可能である。このようにして入射されたパルス試験光８’によって、光ファイバの故障位置探査や光線路とユーザ端末との設備故障切り分け等の試験を行うことができる。
【００８１】
本実施形態に係る光入射方法を用いて測定されたＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）波形から光遮断フィルタ２’からの反射位置を示す反射量のピークによって、光線路設備とユーザ端末との設備故障切り分け試験に適用が可能である。また、光遮断フィルタ２’と開放端での反射量のピークの大きさが異なることを利用して、光遮断フィルタ２’の有無を判定することにより、現用光ファイバ心線と非現用光ファイバ心線の区別を推定することができる。
【００８２】
本実施形態に係る光入射方法又は光入射装置を用いることにより、所外装置から所内装置に向かって送信される上り信号フレームをモニタすることによってサービスの利用状況を確認することができる。
以下に、本発明の実施形態に用いた数値について説明する。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３の原理について説明する。
【００８３】
いま、曲率半径ρに対するＡ点、Ｂ点、Ｃ点での透過率Ｔｉと反射率Ｒｉは、（１３）式と（１４）式で表すことができる（例えば、非特許文献１参照）。ただし、信号光の電界面が入射面に垂直である場合を考察する。
【００８４】
【数１７】
【００８５】
【数１８】
また、図３による幾何学的な計算から、ψ１とψｉは、（１５）式で与えられる。
【００８６】
【数１９】
また、図３による幾何光学的な計算から、δ１とδｉ（ｉ＝２、３）は曲率半径ρの関数として（１６）式と（１７）式で表される。
【００８７】
【数２０】
【００８８】
【数２１】
また、屈折の法則より、ζｉは、（１８）式で与えられる。
【００８９】
【数２２】
ただし、添字ｉ（ｉ＝１〜３）はそれぞれＡ点、Ｂ点及びＣ点に対応している。
また、入射用光ファイバ１４から入射する信号光８のコア２１でのシングルモード伝搬角θ０との関係は、（１９）で与えられる。
【００９０】
【数２３】
本実施形態では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４の凸部の所定の位置（Ａ点）に、光線路４の最外被覆１９とほぼ同じ屈折率の屈折率整合部材１３を密着させ、屈折率整合部材１３の中で、光線路４の凸部で光線路４のコアの中心を全て含む平面と入射部において同一高さにコア中心のある入射用光ファイバ１４の端面のコア中心を、所定の位置（Ａ点）における法線方向より所定の角度ζ３で光線路４の凸部の側面に近接させ、入射用光ファイバ１４の端面から送出した信号光８を光線路４のコア２１に対して入射させる。
【００９１】
所定の曲率半径ρを、入射用光ファイバ１４端面から送出される信号光８に対して、光線路４のコア２１とクラッド２０、クラッド２０と最外被覆１９、および最外被覆１９と屈折率整合部材１３のいずれの境界面においても信号光８が全反射しない曲率半径ρを（１３）式から（１８）式より算出し、光線路４の凸部の所定の位置Ａ点となる方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）上の位置、すなわち、光線路４の直線領域をシングルモードで伝搬してきた光が光線路４の凸部の各境界領域で透過（屈折）され、光線路４の最外被覆に最初に到達する位置を（１６）式及び（１７）式より算出し、所定の角度ζ３を（１）式より算出し、最終的に光線路４の側面からコア２１に入射した信号光８がシングルモードで伝搬するように、所定の曲率半径ρと、光線路４の凸部の所定の位置Ａ点と、所定の角度ζ３とを、全てにおいて解を有するように、（１３）式から（１８）式に基づいて決める。
【００９２】
所定の位置は、光線路（図３の符号４）の直線領域をシングルモードで伝搬してきた信号光８が、光線路（図３の符号４）の凸部において、最外被覆１９と屈折率整合部材１３との境界（Ａ点）に最初に到達する位置であり、光線路（図３の符号４）の凸部の曲がり始めてからの角度、すなわち、信号光８がコア２１から屈折率整合部材１３に達するまでに反射や屈折される各境界層（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）間の角度の和（方向変化角：δ１＋δ２＋δ３）として求めることができる。
【００９３】
また、最外被覆１９への入射率を高めるため、最外被覆１９と同じ程度の屈折率（ｎ４≒ｎ３）をもつ屈折率整合部材１３を境界面（Ａ点）に密着させた場合、信号光８は屈折率整合部材１３側から最外被覆１９へほぼ直進する（ζ３≒ψ３）。このとき、光入射用ファイバ１４を点Ａの法線方向に対してψ３だけ傾ければ、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８は、効率よく最外被覆１９へと入射されると同時に、コア２１内をシングルモードで伝搬する。
【００９４】
また、所定の距離は入射用光ファイバ１４から送出された信号光８が光線路４のコアに達するまでの距離であり、すなわち入射用光ファイバ１４の端面のコア中心からＡ点までの距離とＡ点からＢ点までの距離とＢ点からＣ点までの距離の和から入射用光ファイバ１４の端面からＡ点までの距離とＡ点からＢ点までの距離とＢ点からＣ点までの距離とＣ点からＤ点までの距離の和として求められる距離である。いま、Ａ点の直交座標を（Ａｘ，Ａｙ）、Ｂ点の直交座標を（Ｂｘ，Ｂｙ）、Ｃ点の座標を（Ｃｘ，Ｃｙ）、Ｄ点の直交座標を（Ｄｘ，Ｄｙ）は（２０）式から（２３）式で表すことができる。
【００９５】
【数２４】
【００９６】
【数２５】
【００９７】
【数２６】
【００９８】
【数２７】
また、所定の距離fは（２０）式から（２３）式を用いて、（２４）で表すことができる。
【００９９】
【数２８】
ただし、符号aは入射用光ファイバ１４の端面からＡ点までの距離である。
以上の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、光線路４の側面からそのコアに、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。
【０１００】
特に、本発明は、光ファイバケーブル網の建設・保守における光心線対照又は光パルス試験、サービス無瞬断切り替え装置に利用することができる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…所内装置
２，２’…光遮断フィルタ
３，３’…光カプラ
４…光線路（第一の光ファイバ）
５…所外装置
６…光入出力ポート
７…無瞬断切り替え用光源
７’…光パルス試験器
７”…心線対照用光源
８…無瞬断切り替え用光源からのパルス光および所内装置からの信号光
８’…光パルス試験器からのパルス試験光
８”…心線対照用光源からの信号光
９…光入射装置
１０，１０’…受光器
１１…新設光線路
１２…光線路（第二の光ファイバ）
１３…屈折率整合部材
１４…入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）
１５…所定の曲率半径（ρ）
１６…入射角（ζ３）
１７…方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）
１８…曲げ装置
１９…光線路（第一の光ファイバ）の最外被覆
２０…光線路（第一の光ファイバ）のクラッド
２１…光線路（第一の光ファイバ）のコア
２２…無瞬断切り替え装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ファイバケーブルによる通信網の建設・保守に使用される光心線対照器、光パルス試験器あるいは光通信器、サービス切替技術に用いられ、光ファイバの側面から信号光を入出射させる光入出射装置及び光入出射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバケーブルによる通信網の建設や保守を行うにあたり、ケーブル内、あるいはユーザ宅の光ファイバにおける心線を識別する必要性が作業現場で生じる。この作業を心線対照と呼ぶ。
従来の心線対照作業では、対照を必要とする光線路（光ファイバ）に対し、曲げ装置を用いて曲げを与え、その光線路の上部側に設置した心線対照用光源から出射される信号光を、光カプラを介して光線路に入射し、その光線路の曲げ部分側面から信号光を放射させ、これを受光器で検出して目的とする心線を特定する手法が一般的に用いられている（特許文献１）。また、心線対照用光源を光パルス試験器に置き換えることによって、光カプラを介して光線路の品質検査や故障位置探査を実行している。
【０００３】
また、異なる複数の作業現場における作業者同士の連絡手段として、光ケーブル内の非現用心線の片端から光信号を入力し、作業現場で心線を切断することなく外部より歪みを加え、偏波特性の変化、あるいは曲げによる損失変化を強度変調に置き換えたりすることで音声信号を作り出すといった手法で光通話を行っている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００４】
これらの作業はいずれも、目的に応じた信号光を安定的に、かつ、効率的に光線路（光ファイバ）に入力することが重要である。このため、現在のところ、信号光入射手段は、所内設備の光カプラか、もしくは非現用心線であることを前提にした屋外設備の光コネクタに限られている。
【０００５】
なお、コネクタがない場合は光線路の心線を切断して簡易コネクタ等を現場で作製し、信号光を入力することもある。現状では、屋外設備の光コネクタからの信号光の入力はほとんど行われず、所内設備の光カプラが唯一の信号光入力手段として用いられている。
【０００６】
また、近年、１本の光線路を光分岐器によって複数本の線路に分岐させる通信方式が実用化されている。この方式においては、所内設備側の光カプラからの入力では、光分岐器により全ての分岐線路に信号光が分配されるため、心線対照や光パルス試験が実施できないという問題もあり、作業者が線路設備側のいずれの場所からも自由に信号光を入射する技術が望まれている。
【０００７】
また、近年、伝送論理リンクを継続しながら信号光を瞬断することなく光線路の切り替えを行う無瞬断切り替え方法および無瞬断切り替え装置に関する技術が検討されている（特許文献４）。ところが、実線路設備においては、光線路を二重化し迂回ルートに切り替える場合には、線路（光ファイバ）の区間の両端に「２入力、Ｎ出力」の光分岐器が設置されていなければ実現することができない。そこで、線路設備の任意の場所において、光ファイバの側面から光を入射する装置が開発されている（特許文献５参照）。
【０００８】
しかしながら、上記装置は光ファイバの最適配置機構が備わっていないため、結合効率（入射効率）が悪く、実用化には至っていない。また、この技術には所外に２入力Ｎ出力の光分岐器が設置されていなければ実施できないという問題もあり、作業者が線路設備のいずれの場所からも自由に信号光を入出射する技術が望まれていた。
【０００９】
以上のように、これまでにも光ファイバの側面から入射したり出射したりする技術として、光入射装置と光出射装置が検討されてきた（特許文献２及び５）。しかしながら、これら装置は入射効率や出射効率の低さが原因で、その適用領域の狭さや信頼性が光ファイバ側面からの入射・受光方式より劣ることから普及してこなかった。特に、光入射装置の場合、入射位置や入射角度やスポットサイズが最適化されていないため、大幅に結合効率を下げてしまい、その調心に必要な機器の大きさや煩雑さにも問題があった。また、光出射装置の場合、漏れ光の一部しか受光していないことも大幅に結合効率を下げてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許３４０７８１２号公報
【特許文献２】特開平７−３８５０２号公報
【特許文献３】特開平１１−６４６９１号公報
【特許文献４】特開２００９−２５３８８４号公報
【特許文献５】特開２００９−２５２１０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「光波工学」、コロナ社、Ｐ.３０〜４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上述べたように、従来の光入出射技術では、最適な入射位置や入射角度からのずれ、あるいは光ファイバのモードフィールド径と入射光や出射光のビーム径の違いによって、結合効率が大幅に低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光入出射装置及び光入出射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光入出射装置は以下のような態様の構成とする。
（１）第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
【００１４】
（２）（１）において、前記所定の曲率半径は、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、前記所定の角度は、（１）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、前記所定の距離は、（６）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である態様とする。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】
【００２０】
【数６】
ただし、ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
【００２１】
また、本発明に係る光入出射方法は以下のような態様の構成とする。
（３）第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順とを具備し、前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とする態様とする。
【００２２】
（４）（３）の構成において、前記所定の曲率半径は、（７）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（８）式、（９）式、（１０）式及び（１１）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、前記所定の角度は、（７）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、前記所定の距離は、（１２）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である態様とする。
【００２３】
【数７】
【００２４】
【数８】
【００２５】
【数９】
【００２６】
【数１０】
【００２７】
【数１１】
【００２８】
【数１２】
ただし、ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
【００２９】
（５）（４）の構成において、前記光ファイバ近接手順は、前記所定の位置及び所定の角度で第二の光ファイバを第一の光ファイバに概略突き合わせた後、最も入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、前記高さ方向と入射用光ファイバから照射される光線方向であるｘ軸方向の微調整を繰返し、前記ｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行い、その後、前記ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行い、ｘ軸の微調整を行う毎に高さ方向の微調整を行うという手順を繰返し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、３軸ステージを用いて探索する手順を、３軸の自動ステージを制御することよって自動的に実行する態様とする。
【００３０】
（６）（４）の構成において、前記所定の曲率半径で曲げられた前記第一の光ファイバに、前記第二の光ファイバから前記所定の角度で、前記屈折率整合部材を通過した前記信号光が前記第一の光ファイバの側面上の所定の位置に向けて、前記所定の位置へ入射角ζ３で前記信号光を出射する態様とする。
【００３１】
本発明に係る光入出射装置では、所定の曲率半径で第一の光ファイバを曲げ、所定の位置へ所定の角度から信号光を入射し、前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填させる。前記屈折率整合部材は、前記第一の光ファイバの側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めるゲル状の屈折率整合剤又は弾性力のあるプラスチック若しくは合成樹脂であることが好ましく、第一の光ファイバの側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光の散乱や乱回折を防止することができる。
【００３２】
信号光を密着させた屈折率整合部材から前記第一の光ファイバの最外被覆に効率よく透過し、その後、最外被覆からクラッドへ、クラッドからコアへともっとも短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、前記第一の光ファイバのコアに信号光をシングルモードで伝搬させることができる。よって、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、信号光を効率よく入射させることができる。
【００３３】
また、本発明に係る光入出射装置では、前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように前記第一の光ファイバと前記第二の光ファイバを保持することが好ましい。
【００３４】
本発明に係る光入出射装置では、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させ、コアに入射されるまでの信号光のビーム径の広がりを抑える機構を備えることにより、入射率を高めることができ、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させた信号光のビーム径は前記第二の光ファイバの端面から所定の距離で光線路のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。例えば、前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光を集光させる機構とは前記第二の光ファイバの端面の先端に屈折率分布を持つ円柱体のレンズや球レンズを融着した光ファイバや前記第二の光ファイバの端面から先の信号光の進行方向に１枚あるいは複数枚のレンズを設置した機構である。
【００３５】
前記所定の曲率半径ρは、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径であり、前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置であり、前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度であり、所定の距離とは前記第二の光ファイバの端面から出射された信号光がコアに入射されるまでの距離であることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、第一の光ファイバの側面から第一の光ファイバのコアに、第二の光ファイバの出射した信号光を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、光ファイバ側面から信号光を効率よく入出射させることのできる光入出射装置及び光入出射方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る光入射方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すシステムの無瞬断切り替えに用いた光入射装置の一例を示す断面図である。
【図３】図１に示す光線路の素線が曲げられた凸部を拡大して示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る光入射方法を心線対照に適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る光入射方法を光パルス試験に適用した光通信システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
本発明の光入射方法を光通信システムの無瞬断切り替えに適用した例について説明する。図１は、本実施形態に係る光入射方法を無瞬断切り替えに適用した光通信システムを示す概略構成図である。図１において、１は所内装置、２及び２’は光遮断フィルタ、４は第一の光線路（第一の光ファイバ）、５は所外装置、６は光入出力ポート、７は無瞬断切り替え用光源、８はパルス光、２２は無瞬断切り替え装置、９は光入射装置、１１は新設光線路（第三の光ファイバ）、１２は第二の光線路（第二の光ファイバ）を示す。
【００４０】
図１に示すシステムでは、第一の光線路４の上部側端に光カプラ３が設置され、下部側端に光入射装置９が設置される。所内装置１から出射された信号光は、光遮断フィルタ２、光カプラ３を介して第一の光線路４に入射され、その出力光は光入射装置９、光遮断フィルタ２’を介して所外装置５に送られる。
【００４１】
光カプラ３は、無瞬断切り替え用光源７から送出されるパルス光を、入出力ポート６を介して入射し、第一の光線路４への信号光に光結合するもので、パルス光が結合された信号光の一部は無瞬断切り替え装置２２を介して第二の光線路１２に入射され、その出射光は光入射装置９に送られる。
【００４２】
ここで、無瞬断切り替え装置（例えば、特許文献４参照）２２により、無瞬断切り替え用光源７から出射されたパルス光８を用いて、第二の光線路１２の光路長を、第一の光線路４との光路長差に基づいてビット符号が一致するように調整する。
次に、光遮断手段（図示せず）を用いて第一の光線路４の信号光を遮断し、その信号光の経路を第一の光線路４から第二の光線路１２に移し替える。続いて無瞬断切り替え用光源７から出射されたパルス光８を用いて、第二の光線路１２と新設光線路１１との光路長差に基づいて双方の光路長が一致するように無瞬断切り替え装置２２を制御し、第２の光線路１２と新設光線路１１を通過する信号光のビット符号が一致するように無瞬断切り替え装置２２を制御し、光遮断手段（図示せず）を用いて第二の光線路１２の信号光を遮断し、信号光の経路を第二の光線路１２から新設光線路１１に移し替える。
【００４３】
図２は、上記無瞬断切り替え方法に用いた光入射装置９の一例である。図２において、４は第二の光線路（第一の光ファイバ）、８は信号光（パルス光）、１３は屈折率整合部材、１４は入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）、１５は光線路４の曲げ部における曲率半径、１６は光線路４の側面への信号光８の入射角すなわち所定の角度である。
【００４４】
また、図３は光線路４の素線が曲げられた凸部の拡大図である。図３において、４は光線路（第一の光ファイバ）、１３は屈折率整合部材、１４は入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）、１９は光線路４の最外被覆、２０は光線路４のクラッド、２１は光線路４のコアを示す。また、Ａ点は光線における屈折率整合部材１３と最外被覆１９との境界点であり、Ｂ点は光線における最外被覆１９とクラッド２０との境界点、Ｃ点は光線におけるクラッド２０とコア２１との境界点を示す。ｘ１はコア２１の半径を示す。ｘ２はクラッド２０の半径を示す。ｘ３は最外被覆１９の半径を示す。
【００４５】
図３では、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９の外径を各々２ｘ１、２ｘ２、２ｘ３と示した。また、光線路４の曲率半径１５（光線路４の素線の曲率中心からコア中心までの距離）をρ、Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光８の入射角を各々ζ３、ζ２、ζ１とした。Ａ点、Ｂ点及びＣ点での信号光８の屈折角を各々ψ３、ψ２、ψ１とした。また、光線路４のＤ点からＣ点まで、Ｃ点からＢ点まで、Ｂ点からＡ点までの各方向変化角を各々、δ１、δ２、δ３とした。また、コア２１でのシングルモード伝搬角をθ０、コア２１、クラッド２０、最外被覆１９、屈折率整合部材１３の屈折率を各々ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４とした。
【００４６】
すなわち、図２に示す光入射装置９は、光線路４を所定の曲率半径１５で曲げられた状態で保持することで、図３に示すような凸部を形成する。光線路４が曲がり始めるまでのＥ部分は入射された信号光８が多モード変換や損失を受けないように直線状であることが好ましい。
【００４７】
上記光入射装置９は、入射用光ファイバ１４を保持し、入射用光ファイバ１４は所定の角度（図３に示すζ３）から光線路４の側面上の所定の位置（図３のＡ点）に向けて信号光８を出射する。例えば、所定の曲率半径１５で曲げられた光線路４を保持するための機構として、円柱体に曲げ半径が一定となるようにＶ溝を刻み、光線路４をＶ溝に沿わせ、光線路４の曲げ部の両端から一定の張力を印加する機構などがある。所定の角度については後述する。
【００４８】
光線路４及び入射用光ファイバ１４の光軸の軸ずれを防止するため、光線路４の曲げ部において、光線路４のコアの中心を全て含む平面に、入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように光線路４と入射用光ファイバ１４を保持することが好ましい。
【００４９】
また、光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に、光線路４の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材１３を充填させることが好ましい。なぜなら、光線路４の表面粗さによって引き起こされる信号光８の散乱や乱回折を防止するためである。その屈折率整合部材１３は、光線路４の側面のマイクロメートルオーダ以下の凹凸を隙間なく埋めることが好ましい。
【００５０】
光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間に屈折率整合部材１３を充填させるための機構（図示せず）としては、例えば、屈折率整合部材１３がゲル状であれば、光線路４の側面と入射用光ファイバ１４の端面との間を囲むように柵又は溝を形成しておくとよい。あるいは、屈折率整合部材１３自身が持つ表面張力によって留めておくようにしてもよい。
【００５１】
本実施形態に係る光入射方法は、（Ｓ１）光入射装置設置手順、（Ｓ２）屈折率整合部材密着手順、（Ｓ３）光ファイバ近接手順、（Ｓ４）光入射手順を順に行う。
（Ｓ１）光入射装置設置手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で保持しつつ光線路４を設置する。
（Ｓ２）屈折率整合部材密着手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で曲げられた光線路４の曲げにおける凸部の所定の位置（図３に示すＡ点）に、光線路４の最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材１３を密着させる。これによって光線路４の側面すなわち最外被覆の表面粗さによって引き起こされる信号光８の散乱や乱回折を防止することができる。
【００５２】
（Ｓ３）光ファイバ近接手順では、所定の曲率半径１５（図３に示すρ）で曲げられた光線路４の最外被覆の側面に、入射用光ファイバ１４の端面を、当該Ａ点の法線方向に対する所定の角度（図３に示すζ３）で近接させる。
ここで、光ファイバ近接手順において、実験的にもっとも効率のよい所定の位置及び所定の角度を３軸ステージを用いて探索する手順を、図３を用いて説明する。
【００５３】
まず、大まかに所定の位置及び所定の角度で入射用光ファイバ１４を突き合せた後、実験的にはもっとも入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、ｘ軸方向の微調整を行い、現在のｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行う。その後、ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行いながらｘ軸の微調整を行う手順を繰返し、もっとも効率のよい所定の位置及び所定の角度の探索を行う。ｘ軸は入射用光ファイバから照射される光線方向とする。
【００５４】
実験的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を３軸ステージを用いて探索する手順をコンピュータ制御で３軸の自動ステージを制御することよって、自動的に最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を探索することができる。
（Ｓ４）光入射手順では、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光８を、光線路４の最外被覆の側面から光線路４のコアへ入射させる。このとき、光入射装置９は、光線路４の曲げ部において、光線路４のコアの中心を全て含む平面に入射部における入射用光ファイバ１４の中心を結ぶ直線が含まれるように、光線路４と入射用光ファイバ１４を接近できるようにしておく。この場合、光線路４のコアへ向けて、信号光８を所定の位置に安定して入射させることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る光入射装置９では、入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８を集光させ、コアに入射されるまでの信号光８のビーム径の広がりを抑えることにより、入射率を高めることができる。
但し、入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８を集光させた信号光のビーム径は、入射用光ファイバ１４の端面から所定の距離で光線路４のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。
【００５６】
ここで、所定の距離とは入射用光ファイバ１４の端面から出射された信号光８がコアに入射されるまでの距離である。例えば、コアに入射されるまでの信号光８のビーム径の広がりを抑える機構としては、入射用光ファイバ１４に光ファイバの端面の先端に屈折率分布を持つ一つあるいは複数の円柱体のレンズや球レンズを融着した光ファイバや入射用光ファイバの端面から先の信号光の進行方向に１枚あるいは複数枚のレンズを設置した機構である。
【００５７】
本発明に係る光入射装置９では、屈折率整合剤部材１３を用いることから、屈折率整合剤部材１３の屈折率中でのレンズ設計が必要である。また、光出射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が大きく、高い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。また、光入射技術については入射用光ファイバ１４にコア径が小さく、低い開口数をもつ光ファイバを使用することが好ましい。
【００５８】
また、光出射技術と光入射技術の効率を両立するには入射用光ファイバのコア径が大きく、入射用光ファイバから出射された信号光のビーム径が所定の距離で光線路４のコア径と等しいあるいは小さいことが好ましい。また、所定の距離は入射用光ファイバ１４を所定の入射角度と所定の位置を保持しつつ光線路４から離すことによって調整可能である。
【００５９】
図３では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４の側面に対して、入射用光ファイバ１４から信号光８を入射する際の各層の境界面での透過（屈折）と反射の様子を光線学的に示している。
図３において、入射用光ファイバ１４からのビームの中心が通るパスを見ると、ビームの中心は光エネルギーが最も集中しており、ビームの中心で光線の軌跡を代表している。所定の曲率半径ρは、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる必要がある。
【００６０】
【数１３】
すなわち、所定の曲率半径ρは、入射用光ファイバ１４の端面から送出された信号光８が、屈折率整合部材１３と光線路４の最外被覆１９、光線路４の最外被覆１９とクラッド２０、光線路４のクラッド２０とコア２１のいずれの面においても全反射せずに光線路４のコア２１に入射する曲率半径である。
【００６１】
所定の位置Ａ点は、光線路４の最外被覆１９の側面における、（２）式、（３）式及び（４）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置である。
【００６２】
【数１４】
【００６３】
【数１５】
【００６４】
【数１６】
また、所定の角度ζ３は、（１）式を用いて算出される所定の位置Ａ点への入射角ζ３である。なお、光ファイバ素線の種別（ファイバパラメータ）、曲率半径ρにより、所定の位置Ａ点の方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）や入射角ζ３（＝ψ３）が異なっていることは言うまでもない。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３の原理については後述する。
【００６５】
密着させた屈折率整合部材１３からの最外被覆１９に効率よく透過し、その後、最外被覆１９からクラッド２０へ、クラッド２０からコア２１へと最も短い光路で、かつ、全反射することなく入射させ、かつ、コア２１に入射用光ファイバ１４からの信号光８をシングルモードで伝搬させることができる。所定の距離は、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８が光線路４のコアに達するまでの距離である。
【００６６】
光線路４の側面より入射された光がコア２１内をシングルモードで伝搬するということは、光線学上、光の可逆性を考えれば、シングルモードで伝搬してきた光が、ある曲がり部分においてコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、さらに最外被覆から屈折率整合部材１３へと放射される経路と全く同じである。したがって、コア２１から曲げ部分に放射されていく経路を考察することで、所定の位置や所定の角度、所定の距離の根拠を説明することができる。
【００６７】
図３を用いて上述の説明による根拠に従うと、直線領域Ｅ部分のコア２１内をシングルモード（伝搬角θ０）で反射してきた信号光８は、光線路４の曲がり始めた位置のコア２１とクラッド２０との境界で屈折し、Ｃ点へ角度ψ1で入射する。角度ψ1はπ／２よりも小さくなっており、信号光８はクラッド２０へ角度ζ1で入射する。クラッド２０へ入射した信号光８はＢ点へ角度ψ２で入射する。角度ψ２はπ／２よりも小さくなっており、信号光は最外被覆１９へ角度ζ２で入射する。最外被覆１９へ入射した信号光８はＡ点へ角度ψ３で入射する。角度ψ３はπ／２よりも小さくなっており、信号光８は屈折率整合部材１３へ角度ζ３で入射する。
【００６８】
曲がりによってコア２１、クラッド２０、最外被覆１９及び屈折率整合部材１３の各境界面（Ｃ点、Ｂ点、Ａ点）で臨界角を超えると、その一部がコア２１からクラッド２０へ、クラッド２０から最外被覆１９へ、最外被覆１９から屈折率整合部材１３へと透過される。最終的には、この屈折率整合部材１３の中の放射光路の屈折角が、側面入射における入射角ζ３（図２の符号１６）と同じになる。ただし、伝搬角θ０は、開口数に応じてある許容された角度Δθを有することから、入射角ζ３においてもΔζ３分の変動を許すことになる。
【００６９】
上記より、所定の位置Ａ点は、光線路４の直線部分Ｅ部分をシングルモードで伝搬してきた信号光８が、光線路４の最外被覆１９の側面に最初に到達する位置として計算によって特定することができる。
また、所定の角度ζ３は、光線路４の直線部分Ｅ部分を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した信号光８が、光線路４の最外被覆１９から出射する角度ζ３を計算することによって特定することができる。なお、所定の角度ζ３は、光線路４を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した光が、光線路４の最外被覆１９から屈折率整合部材１３中に出射する角度である。
【００７０】
また、所定の距離は、信号光８が光線路４の直線部分Ｅ部分を伝搬し、所定の位置Ａ点に到達した距離を計算することによって入射用光ファイバ１４の端面のコア中心から光線路４までの距離を足し合わせることによって特定することができる。これら所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３は実験によっても確かめることができるので、光線路（図２の符号４）の把持に誤差が生じた場合でも、その誤差を実験的に補正し、最も効率のよい所定の位置及び所定の角度で信号光８を入射することができる。
【００７１】
実験的には、光線路（図２の符号４）の把持による誤差以外に、光線路（図２の符号４）に印加されている張力や温度による光線路（図２の符号４）の屈折率の変化や入射用光ファイバ１４の端面の形状劣化による端面での信号光８の進行方向の変化についても考慮しなければならない。
【００７２】
ここで、図３において、Ｃ点で反射された（コア２１内にとどまった）信号光８は、幾何光線学的には、次のコア２１とクラッド２０との境界点から、Ｃ点と同じ割合で透過され、最終的には別の位置で最外被覆１９の外部へ漏洩されていく。曲げ部分が続けば、同じ挙動が複数回繰り返されることになる。このとき、２回目以降の漏洩においても同じ透過率と反射率の割合で屈折が生じることから、最初に漏洩される光の絶対的な透過量が最大となり、２回目以降の放射光は順次小さくなる。
【００７３】
上記では、信号光８が漏れる挙動を光線学的に述べたが、入射された光についてもまた同様であり、曲がり部分で複数回の反射と屈折を繰り返し、損失を累積するよりは、各境界面において１回の反射と屈折を経た後、直線領域をシングルモードで伝搬させたほうが、より多くの信号光８をコアへ入射することができる。したがって、漏れ光の強度が最大となる最初に到達する位置が、信号光８を入射させる所定の位置（Ａ点）として最適である。
【００７４】
次に、図２及び図４を参照して、心線対照手順について説明する。
ここで、図４（ａ）は、光線路４に光入射装置９を設置し、光線路４のもう片端に受光器１０を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０は、光入射装置９から入射された信号光８”を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７５】
また、図４（ｂ）は、光線路４に光入射装置９を設置し、光線路４のもう片端に光線路４を曲げた曲げ部１８を設け、曲げ部１８に受光器１０’を設置した場合の光通信システムを示している。受光器１０’は、光入射装置９から入射された信号光８の曲げ部１８における光線路４の側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７６】
すなわち、図４（ａ），（ｂ）に示すシステムでは、まず、特定したい光線路（第一の光ファイバ）４に光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介して信号光８”を光線路４に入射する。
上記信号光は心線対照用光源７”によって送出され、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤ（Fabry Perot − Laser Diode）、またはＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Diode Laser Diode）などの光に、２７０Ｈｚ程度の強度変調を加え、信号化したものを用いる。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、光側面入射部９で作る曲げ径を緩和し、通信光に対する曲げ損失を最小限にとどめながら信号光８”を光線路４のコアに効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２，２’と合わせれば、インサービス状態においても心線対照することができる。
【００７７】
このようにして入射された信号光８”を、例えば、光線路４途中のクロージャ内において、心線に所定の曲げを作り（曲げ部１８）、光線路４の側面から信号光８を放射させて受光器１０’で検出したり、あるいはユーザ近くの端末に受光器１０を設置して信号光８を検出したりする。図４（ａ）のシステムでは、受光器１０により、光側面入射部９から入射された信号光８”を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。また、図４（ｂ）のシステムでは、受光器１０’により、光側面入射部９から入射された信号光８の曲げ部１８における光線路４の側面からの漏洩光を受信して、その受光の有無によって目的とする心線を特定する。
【００７８】
本実施形態に係る光入射方法又は光入射装置を用いることにより、光線路４の側面から信号光８”を入射し、光線路４の片端（端末）から受光器１０で信号光８を受信することが可能である。また、光線路４の線路途中に曲げを作り（曲げ部１８）、その側面からの信号光８を受光器１０’で受信してすることも可能である。
【００７９】
続いて、図２及び図５を用いて、光パルス試験を行う手順について説明する。
図５は、本実施形態に係る光入射方法を光パルス試験に適用したシステムを示す概略構成図である。光パルス試験においても、心線対照と同様に、まず、試験したい光線路４に光入射装置９を設置する。次に、この光入射装置９を介してパルス試験光８’を光線路４に入射する。
【００８０】
上記パルス試験光８’は光パルス試験器７’によって送出され、心線対照と同様、通信光よりも波長の長いＦＰ−ＬＤまたはＤＦＢ−ＬＤなどの光を用いている。通信波長とは異なる波長であることと同時に、長波長光を用いていることから、パルス試験光８’を効率的に入射することができる。また、光遮断フィルタ２と２’と合わせれば、インサービスも可能である。このようにして入射されたパルス試験光８’によって、光ファイバの故障位置探査や光線路とユーザ端末との設備故障切り分け等の試験を行うことができる。
【００８１】
本実施形態に係る光入射方法を用いて測定されたＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）波形から光遮断フィルタ２’からの反射位置を示す反射量のピークによって、光線路設備とユーザ端末との設備故障切り分け試験に適用が可能である。また、光遮断フィルタ２’と開放端での反射量のピークの大きさが異なることを利用して、光遮断フィルタ２’の有無を判定することにより、現用光ファイバ心線と非現用光ファイバ心線の区別を推定することができる。
【００８２】
本実施形態に係る光入射方法又は光入射装置を用いることにより、所外装置から所内装置に向かって送信される上り信号フレームをモニタすることによってサービスの利用状況を確認することができる。
以下に、本発明の実施形態に用いた数値について説明する。所定の位置Ａ点及び所定の角度ζ３の原理について説明する。
【００８３】
いま、曲率半径ρに対するＡ点、Ｂ点、Ｃ点での透過率Ｔｉと反射率Ｒｉは、（１３）式と（１４）式で表すことができる（例えば、非特許文献１参照）。ただし、信号光の電界面が入射面に垂直である場合を考察する。
【００８４】
【数１７】
【００８５】
【数１８】
また、図３による幾何学的な計算から、ψ１とψｉは、（１５）式で与えられる。
【００８６】
【数１９】
また、図３による幾何光学的な計算から、δ１とδｉ（ｉ＝２、３）は曲率半径ρの関数として（１６）式と（１７）式で表される。
【００８７】
【数２０】
【００８８】
【数２１】
また、屈折の法則より、ζｉは、（１８）式で与えられる。
【００８９】
【数２２】
ただし、添字ｉ（ｉ＝１〜３）はそれぞれＡ点、Ｂ点及びＣ点に対応している。
また、入射用光ファイバ１４から入射する信号光８のコア２１でのシングルモード伝搬角θ０との関係は、（１９）で与えられる。
【００９０】
【数２３】
本実施形態では、所定の曲率半径ρで曲げられた光線路４の凸部の所定の位置（Ａ点）に、光線路４の最外被覆１９とほぼ同じ屈折率の屈折率整合部材１３を密着させ、屈折率整合部材１３の中で、光線路４の凸部で光線路４のコアの中心を全て含む平面と入射部において同一高さにコア中心のある入射用光ファイバ１４の端面のコア中心を、所定の位置（Ａ点）における法線方向より所定の角度ζ３で光線路４の凸部の側面に近接させ、入射用光ファイバ１４の端面から送出した信号光８を光線路４のコア２１に対して入射させる。
【００９１】
所定の曲率半径ρを、入射用光ファイバ１４端面から送出される信号光８に対して、光線路４のコア２１とクラッド２０、クラッド２０と最外被覆１９、および最外被覆１９と屈折率整合部材１３のいずれの境界面においても信号光８が全反射しない曲率半径ρを（１３）式から（１８）式より算出し、光線路４の凸部の所定の位置Ａ点となる方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）上の位置、すなわち、光線路４の直線領域をシングルモードで伝搬してきた光が光線路４の凸部の各境界領域で透過（屈折）され、光線路４の最外被覆に最初に到達する位置を（１６）式及び（１７）式より算出し、所定の角度ζ３を（１）式より算出し、最終的に光線路４の側面からコア２１に入射した信号光８がシングルモードで伝搬するように、所定の曲率半径ρと、光線路４の凸部の所定の位置Ａ点と、所定の角度ζ３とを、全てにおいて解を有するように、（１３）式から（１８）式に基づいて決める。
【００９２】
所定の位置は、光線路（図３の符号４）の直線領域をシングルモードで伝搬してきた信号光８が、光線路（図３の符号４）の凸部において、最外被覆１９と屈折率整合部材１３との境界（Ａ点）に最初に到達する位置であり、光線路（図３の符号４）の凸部の曲がり始めてからの角度、すなわち、信号光８がコア２１から屈折率整合部材１３に達するまでに反射や屈折される各境界層（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点）間の角度の和（方向変化角：δ１＋δ２＋δ３）として求めることができる。
【００９３】
また、最外被覆１９への入射率を高めるため、最外被覆１９と同じ程度の屈折率（ｎ４≒ｎ３）をもつ屈折率整合部材１３を境界面（Ａ点）に密着させた場合、信号光８は屈折率整合部材１３側から最外被覆１９へほぼ直進する（ζ３≒ψ３）。このとき、光入射用ファイバ１４を点Ａの法線方向に対してψ３だけ傾ければ、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８は、効率よく最外被覆１９へと入射されると同時に、コア２１内をシングルモードで伝搬する。
【００９４】
また、所定の距離は入射用光ファイバ１４から送出された信号光８が光線路４のコアに達するまでの距離であり、すなわち入射用光ファイバ１４の端面のコア中心からＡ点までの距離とＡ点からＢ点までの距離とＢ点からＣ点までの距離の和から入射用光ファイバ１４の端面からＡ点までの距離とＡ点からＢ点までの距離とＢ点からＣ点までの距離とＣ点からＤ点までの距離の和として求められる距離である。いま、Ａ点の直交座標を（Ａｘ，Ａｙ）、Ｂ点の直交座標を（Ｂｘ，Ｂｙ）、Ｃ点の座標を（Ｃｘ，Ｃｙ）、Ｄ点の直交座標を（Ｄｘ，Ｄｙ）は（２０）式から（２３）式で表すことができる。
【００９５】
【数２４】
【００９６】
【数２５】
【００９７】
【数２６】
【００９８】
【数２７】
また、所定の距離fは（２０）式から（２３）式を用いて、（２４）で表すことができる。
【００９９】
【数２８】
ただし、符号aは入射用光ファイバ１４の端面からＡ点までの距離である。
以上の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、光線路４の側面からそのコアに、入射用光ファイバ１４から送出された信号光８を効率よく入射させることができる。これによって、作業現場において簡便に、かつ、線路設備に比較的制約されることなく心線対照や光パルス試験及び光通話、サービス切り替えが可能となる。
【０１００】
特に、本発明は、光ファイバケーブル網の建設・保守における光心線対照又は光パルス試験、サービス無瞬断切り替え装置に利用することができる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…所内装置
２，２’…光遮断フィルタ
３，３’…光カプラ
４…光線路（第一の光ファイバ）
５…所外装置
６…光入出力ポート
７…無瞬断切り替え用光源
７’…光パルス試験器
７”…心線対照用光源
８…無瞬断切り替え用光源からのパルス光および所内装置からの信号光
８’…光パルス試験器からのパルス試験光
８”…心線対照用光源からの信号光
９…光入射装置
１０，１０’…受光器
１１…新設光線路
１２…光線路（第二の光ファイバ）
１３…屈折率整合部材
１４…入射用光ファイバ（第二の光ファイバ）
１５…所定の曲率半径（ρ）
１６…入射角（ζ３）
１７…方向変化角（δ１＋δ２＋δ３）
１８…曲げ装置
１９…光線路（第一の光ファイバ）の最外被覆
２０…光線路（第一の光ファイバ）のクラッド
２１…光線路（第一の光ファイバ）のコア
２２…無瞬断切り替え装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、
第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、
前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、
前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、
前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とすることを特徴とする光入射装置。
【請求項２】
前記所定の曲率半径は、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、
【数２９】
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、
【数３０】
【数３１】
【数３２】
【数３３】
前記所定の角度は、（１）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、
前記所定の距離は、（６）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
【数３４】
ただし、
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
ことを特徴とする請求項１記載の光入射装置。
【請求項３】
第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、
前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、
前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、
前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、
前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とすることを特徴とする光入射方法。
【請求項４】
前記所定の曲率半径は、（７）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、
【数３５】
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（８）式、（９）式、（１０）式及び（１１）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、
【数３６】
【数３７】
【数３８】
【数３９】
前記所定の角度は、（７）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、
前記所定の距離は、（１２）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
【数４０】
ただし、
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
ことを特徴とする請求項３記載の光入射方法。
【請求項５】
前記光ファイバ近接手順は、
前記所定の位置及び所定の角度で第二の光ファイバを第一の光ファイバに概略突き合わせた後、最も入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、前記高さ方向と入射用光ファイバから照射される光線方向であるｘ軸方向の微調整を繰返し、
前記ｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行い、その後、前記ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行い、ｘ軸の微調整を行う毎に高さ方向の微調整を行うという手順を繰返し、
最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、３軸ステージを用いて探索する手順を、３軸の自動ステージを制御することよって自動的に実行することを特徴とする請求項３記載の光入射方法。
【請求項６】
前記所定の曲率半径で曲げられた前記第一の光ファイバに、前記第二の光ファイバから前記所定の角度で、前記屈折率整合部材を通過した前記信号光が前記第一の光ファイバの側面上の所定の位置に向けて、前記所定の位置へ入射角ζ３で前記信号光を出射することを特徴とする請求項４に記載の光入射方法。
【請求項１】
第一の光ファイバの任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて保持する第一の保持手段と、
第二の光ファイバを所定の位置に保持する第二の保持手段と、
前記第二の光ファイバから所定の角度で前記第一の光ファイバの側面上に向けて信号光を出射するように、かつ、所定の距離で前記第二の光ファイバから出射される前記信号光のビーム径が前記第一の光ファイバのコア径と等しくあるいは小さくなるように調整する調整手段と、
前記第一の光ファイバの側面と前記第二の光ファイバの端面との間に、前記第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を充填してなる充填手段と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆から出射する角度とし、
前記所定の距離は、前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とすることを特徴とする光入射装置。
【請求項２】
前記所定の曲率半径は、（１）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、
【数２９】
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（２）式、（３）式、（４）式及び（５）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、
【数３０】
【数３１】
【数３２】
【数３３】
前記所定の角度は、（１）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、
前記所定の距離は、（６）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
【数３４】
ただし、
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
ことを特徴とする請求項１記載の光入射装置。
【請求項３】
第一の光ファイバを、その任意の箇所を所定の曲率半径で曲げて凸部を形成した状態で設置する光ファイバ設置手順と、
前記光ファイバ設置手順で所定の曲率半径で曲げられた第一の光ファイバの前記曲げにおける凸部の所定の位置に、当該第一の光ファイバの最外被覆の屈折率と等しい屈折率の屈折率整合部材を密着させる屈折率整合部材密着手順と、
前記第一の光ファイバの曲げ部において前記第一の光ファイバのコアの中心を全て含む平面に入射部における前記第二の光ファイバのコア中心から照射される光線が含まれるように設置した第二の光ファイバの端面のコア中心を、当該屈折率整合部材内の前記所定の位置に、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面の法線方向を基準とした所定の角度の方向から近接させる光ファイバ近接手順と、
前記第二の光ファイバの端面から送出される特定波長の信号光を、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面から前記第一の光ファイバのコアへ入射させる光入射手順と
を具備し、
前記所定の曲率半径は、前記第二の光ファイバの端面から送出された前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面、前記第一の光ファイバの最外被覆とクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドとコアのいずれの面においても全反射せずに前記第一の光ファイバのコアに入射する曲率半径とし、
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの直線領域をシングルモードで伝搬してきた前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に最初に到達する位置とし、
前記所定の角度は、前記第一の光ファイバを伝搬し、前記所定の位置に到達した前記信号光が、前記第一の光ファイバの最外被覆と前記屈折率整合部材の境界面から前記屈折率整合部材中へ出射する角度とし、
前記所定の距離は前記前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射した前記信号光が前記第一の光ファイバのコアと結合するまでの距離とすることを特徴とする光入射方法。
【請求項４】
前記所定の曲率半径は、（７）式を用いて算出される入射角ζ３、ζ２、ζ１がいずれもπ／２より小さくなる曲率半径ρであり、
【数３５】
前記所定の位置は、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面における、（８）式、（９）式、（１０）式及び（１１）式を用いて算出される方向変化角δ１、δ２及びδ３の総和（δ１＋δ２＋δ３）の角度上の位置であり、
【数３６】
【数３７】
【数３８】
【数３９】
前記所定の角度は、（７）式を用いて算出される前記所定の位置への入射角ζ３であり、
前記所定の距離は、（１２）式を用いて算出される前記第二の光ファイバの端面のコア中心から出射された前記信号光がコアに入射されるまでの距離である
【数４０】
ただし、
ρは、前記所定の曲率における曲率中心から前記第一の光ファイバのコア中心までの距離であり、
２ｘ１、２ｘ２及び２ｘ３は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド及び最外被覆の外径であり、
ζ３、ζ２、ζ１、ψ３、ψ２及びψ１は各々、前記第一の光ファイバのコアとクラッド、前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆、及び、前記第一の光ファイバの最外被覆の側面での、前記信号光の入射角および屈折角であり、
δ１は前記第一の光ファイバがファイバガイドによって曲がり始めた位置から前記信号光が前記コアと前記クラッドの境界層に到達する位置（Ｃ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ２は当該Ｃ点から前記信号光が前記第一の光ファイバのクラッドと最外被覆の境界面に到達する位置（Ｂ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
δ３は当該Ｂ点から前記信号光が前記第一の光ファイバの最外被覆の側面に到達する位置（Ａ点）までの前記第一の光ファイバの曲率中心における方向変化角であり、
ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は各々、前記第一の光ファイバのコア、クラッド、最外被覆及び最外被覆と前記第二の光ファイバのコアとの間の媒介物質の屈折率であり、
θ０は前記第一の光ファイバのコアにおける前記信号光のシングルモード伝搬角であり、上記Ａ点の直交座標は（Ａｘ，Ａｙ）、上記Ｂ点の直交座標は（Ｂｘ，Ｂｙ）、上記Ｃ点の直交座標は（Ｃｘ，Ｃｙ）、上記Ｄ点の直交座標は（Ｄｘ，Ｄｙ）であり、符号aは前記第二の光ファイバの端面のコア中心からＡ点までの距離である。
ことを特徴とする請求項３記載の光入射方法。
【請求項５】
前記光ファイバ近接手順は、
前記所定の位置及び所定の角度で第二の光ファイバを第一の光ファイバに概略突き合わせた後、最も入射率の減少に影響がある高さ方向のｚ軸の微調整を行い、その後、前記高さ方向と入射用光ファイバから照射される光線方向であるｘ軸方向の微調整を繰返し、
前記ｙ軸の値で最も効率のよい所定の位置及び所定の角度の計測を行い、その後、前記ｙ軸を微動させ高さ方向の微調整を行い、ｘ軸の微調整を行う毎に高さ方向の微調整を行うという手順を繰返し、
最も効率のよい所定の位置及び所定の角度を、３軸ステージを用いて探索する手順を、３軸の自動ステージを制御することよって自動的に実行することを特徴とする請求項３記載の光入射方法。
【請求項６】
前記所定の曲率半径で曲げられた前記第一の光ファイバに、前記第二の光ファイバから前記所定の角度で、前記屈折率整合部材を通過した前記信号光が前記第一の光ファイバの側面上の所定の位置に向けて、前記所定の位置へ入射角ζ３で前記信号光を出射することを特徴とする請求項４に記載の光入射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５４８４３（Ｐ２０１２−１５４８４３Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２７２（Ｐ２０１１−１５２７２）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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