特開 2024-132935 光ファイバ接続構造およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132935

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】光ファイバ接続構造およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20240920BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20240920BHJP

   G02B 6/255 20060101ALI20240920BHJP

   G02B 6/04 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26

G02B6/02 461

G02B6/255

G02B6/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024033557

(22)【出願日】2024-03-06

(31)【優先権主張番号】P 2023042795

(32)【優先日】2023-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度 国立研究開発法人情報通信研究機構「Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ超大容量無線通信を支える空間多重光ネットワーク・ノード技術の研究開発」産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松野 佑亮

(72)【発明者】

【氏名】高橋 正典

(72)【発明者】

【氏名】杉崎 隆一

(72)【発明者】

【氏名】田邉 明夫

(72)【発明者】

【氏名】新子谷 悦宏

【テーマコード（参考）】

2H036

2H137

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H036MA11

2H036MA12

2H036MA14

2H137AB01

2H137BA18

2H137BA23

2H137CC11

2H137EA08

2H250AB05

2H250AC12

2H250AC25

2H250AC37

2H250AC68

2H250AC83

2H250AC93

2H250AC96

2H250CA68

(57)【要約】

【課題】中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる光ファイバ接続構造およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】光ファイバ接続構造は、それぞれが複数のコアと前記複数のコアの外周を取り囲むクラッドとを備える第１光ファイバと第２光ファイバとが端面において接続されており、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとで前記複数のコアの配列が少なくとも部分的に一致している光ファイバ接続構造であって、前記複数のコアは、第１コアと、前記第１コアよりも前記クラッドの中心軸からの距離が遠い第２コアと、を含み、少なくとも前記端面の近傍の接続領域において、前記第２コアのモードフィールド径が、前記第１コアのモードフィールド径よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが複数のコアと前記複数のコアの外周を取り囲むクラッドとを備える第１光ファイバと第２光ファイバとが端面において接続されており、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとで前記複数のコアの配列が少なくとも部分的に一致している光ファイバ接続構造であって、
前記複数のコアは、第１コアと、前記第１コアよりも前記クラッドの中心軸からの距離が遠い第２コアと、を含み、
少なくとも前記端面の近傍の接続領域において、前記第２コアのモードフィールド径が、前記第１コアのモードフィールド径よりも大きい
光ファイバ接続構造。

【請求項2】

前記接続領域において、前記第２コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第２コアの径方向における存在範囲が、前記第１コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第１コアの径方向における存在範囲よりも広い
請求項１に記載の光ファイバ接続構造。

【請求項3】

波長１５５０ｎｍにおいて、前記コアのモードフィールド径をＭＦＤ［μｍ］とし、コアピッチをｒ［μｍ］とし、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの、中心軸回りの相対的な角度ずれをｘ［度］とし、自然対数の底をｅとし、前記コアの接続損失をＬｏｓｓ［ｄＢ］とすると、少なくとも６μｍ≦ＭＦＤ≦１６μｍの範囲において以下の式（１）が成り立つ
請求項１に記載の光ファイバ接続構造。
ＭＦＤ≧２√（（１０／Ｌｏｓｓ）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・Ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （１）

【請求項4】

波長１５５０ｎｍにおいて、前記第１コアのモードフィールド径をＭＦＤ１［μｍ］とし、前記第２コアのモードフィールド径をＭＦＤ２［μｍ］とし、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバにおけるコアピッチをｒ［μｍ］とし、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの、中心軸回りの相対的な角度ずれをｘ［度］とし、自然対数の底をｅとすると、少なくとも６μｍ≦ＭＦＤ１＜ＭＦＤ２≦１６μｍの範囲において以下の式（２）、（３）が成り立つ
請求項１に記載の光ファイバ接続構造。
ＭＦＤ１≧２√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （２）
ＭＦＤ２≧４√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （３）
ただし、前記クラッドの中心軸から前記第２コアの中心軸までの距離が前記クラッドの中心軸から前記第１コアの中心軸までの距離の２倍である。

【請求項5】

前記ＭＦＤ２は前記ＭＦＤ１の１．８倍以上２．２倍以下である
請求項４に記載の光ファイバ接続構造。

【請求項6】

前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバはマルチコアファイバである
請求項１に記載の光ファイバ接続構造。

【請求項7】

前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバはバンドル型光ファイバである
請求項１に記載の光ファイバ接続構造。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一つに記載の光ファイバ接続構造の製造方法であって、
前記第１光ファイバの端面と前記第２光ファイバの端面とを対向させ、当該対向させた端面付近に放電を行う工程を備え、
前記放電を行う工程において、前記第２コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第２コアの径方向における拡散範囲を、前記第１コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第１コアの径方向における拡散範囲よりも広げる
光ファイバ接続構造の製造方法。

【請求項9】

前記放電を行う工程において、間欠放電を行う
請求項８に記載の光ファイバ接続構造の製造方法。

【請求項10】

前記放電を行う工程において、前記放電を行う一対の電極を、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの長手方向と直交する方向に往復移動させ、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの中心軸付近に与える熱エネルギーを、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの中心軸から、前記一対の電極の往復移動の方向に離れた位置に与える熱エネルギーよりも小さくする
請求項８に記載の光ファイバ接続構造の製造方法。

【請求項11】

前記放電を行う工程において、前記放電を行う３本以上で一組の電極を、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの前記対向させた端面を囲むように配置して、前記放電を行う
請求項８に記載の光ファイバ接続構造の製造方法。

【請求項12】

前記放電において間欠放電を行う
請求項１１に記載の光ファイバ接続構造の製造方法。

【請求項13】

前記放電において放電強度が時間的な周期性をもつ
請求項１１に記載の光ファイバ接続構造の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ接続構造およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、マルチコアファイバは、通信線路用としての利用だけでなく、部品等にも用いられている。このようなマルチコアファイバは、１本の光ファイバ当たりで大容量のトラフィックが可能な複数層構造のコア配置とされることが多くなってきた。ここで、マルチコアファイバとは、複数のコアと、複数のコアの外周を取り囲む共通のクラッドとを備える光ファイバである。マルチコアファイバ同士が接続された接続構造として、特許文献１に記載の構造が開示されている。

【0003】

また、複数のコアを備える光ファイバとして、バンドル型光ファイバが知られている。バンドル型光ファイバは、１つのコアと該１つのコアの外周を取り囲むクラッドとを備えるシングルコア光ファイバを、所定の配列にて束ねて構成された光ファイバである。マルチコアファイバとバンドル型光ファイバとが接続された接続構造として、特許文献２に記載の構造が開示されている。

【0004】

また、特許文献３には、モードフィールド径が互いに異なる光ファイバ同士を接続する技術として、一方の光ファイバのモードフィールド径の拡大と融着接続とを一つの融着接続装置上で行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１５２８６６号公報

【特許文献2】国際公開第２０１２／１２１３２０号

【特許文献3】特開２００４－１６３７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

光ファイバの中心軸からの径方向における距離が互いに異なる２以上のコアを有する２つの光ファイバを接続する場合、２つの光ファイバの中心軸回りに相対的な角度ずれが生じた場合には、以下のような問題が生じる。すなわち、中心軸からの径方向における距離が互いに異なる２つのコアでは、同じ角度ずれであっても、軸回りの周方向のずれ量が互いに異なることとなる。その結果、中心軸に近いコアと遠いコアとで角度ずれに起因する接続損失が異なることとなる。このような接続損失の相違は、２つのコアでの伝送特性の相違の原因となり、好ましくない。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる光ファイバ接続構造およびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、それぞれが複数のコアと前記複数のコアの外周を取り囲むクラッドとを備える第１光ファイバと第２光ファイバとが端面において接続されており、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとで前記複数のコアの配列が少なくとも部分的に一致している光ファイバ接続構造であって、前記複数のコアは、第１コアと、前記第１コアよりも前記クラッドの中心軸からの距離が遠い第２コアと、を含み、少なくとも前記端面の近傍の接続領域において、前記第２コアのモードフィールド径が、前記第１コアのモードフィールド径よりも大きい光ファイバ接続構造である。

【0009】

前記接続領域において、前記第２コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第２コアの径方向における存在範囲が、前記第１コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第１コアの径方向における存在範囲よりも広くてもよい。

【0010】

前記光ファイバ接続構造において、波長１５５０ｎｍにおいて、前記コアのモードフィールド径をＭＦＤ［μｍ］とし、コアピッチをｒ［μｍ］とし、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの、中心軸回りの相対的な角度ずれをｘ［度］とし、自然対数の底をｅとし、前記コアの接続損失をＬｏｓｓ［ｄＢ］とすると、少なくとも６μｍ≦ＭＦＤ≦１６μｍの範囲において以下の式（１）が成り立ってもよい。
ＭＦＤ≧２√（（１０／Ｌｏｓｓ）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・Ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （１）

【0011】

前記光ファイバ接続構造において、波長１５５０ｎｍにおいて、前記第１コアのモードフィールド径をＭＦＤ１［μｍ］とし、前記第２コアのモードフィールド径をＭＦＤ２［μｍ］とし、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバにおけるコアピッチをｒ［μｍ］とし、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの、中心軸回りの相対的な角度ずれをｘ［度］とし、自然対数の底をｅとすると、少なくとも６μｍ≦ＭＦＤ１＜ＭＦＤ２≦１６μｍの範囲において以下の式（２）、（３）が成り立ってもよい。
ＭＦＤ１≧２√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （２）
ＭＦＤ２≧４√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （３）
ただし、前記クラッドの中心軸から前記第２コアの中心軸までの距離が前記クラッドの中心軸から前記第１コアの中心軸までの距離の２倍である。

【0012】

前記ＭＦＤ２は前記ＭＦＤ１の１．８倍以上２．２倍以下でもよい。

【0013】

前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバはマルチコアファイバでもよい。

【0014】

前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバはバンドル型光ファイバでもよい。

【0015】

本発明の一態様は、前記光ファイバ接続構造の製造方法であって、前記第１光ファイバの端面と前記第２光ファイバの端面とを対向させ、当該対向させた端面付近に放電を行う工程を備え、前記放電を行う工程において、前記第２コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第２コアの径方向における拡散範囲を、前記第１コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、前記第１コアの径方向における拡散範囲よりも広げる光ファイバ接続構造の製造方法である。

【0016】

前記放電を行う工程において、間欠放電を行ってもよい。

【0017】

前記放電を行う工程において、前記放電を行う一対の電極を、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの長手方向と直交する方向に往復移動させ、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの中心軸付近に与える熱エネルギーを、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの中心軸から、前記一対の電極の往復移動の方向に離れた位置に与える熱エネルギーよりも小さくしてもよい。

【0018】

前記放電を行う工程において、前記放電を行う３本以上で一組の電極を、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの前記対向させた端面を囲むように配置して、前記放電を行ってもよい。

【0019】

前記放電において間欠放電を行ってもよい。

【0020】

前記放電において放電強度が時間的な周期性をもってもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれは、中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造の長手方向に沿った断面における模式的な断面図である。

【図3】図３は、光ファイバ接続構造における接続の角度ずれを説明する図である。

【図4】図４は、角度ずれと接続損失との関係の一例を示す図である。

【図5】図５は、角度ずれとモードフィールド径との関係の一例を示す図である。

【図6】図６は、角度ずれとモードフィールド径との関係の一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造の製造方法の一例を説明する図である。

【図8】図８は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造の製造方法の他の一例を説明する図である。

【図9】図９は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造の製造方法のさらに他の一例を説明する図である。

【図10】図１０は、実施形態２に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。

【図11】図１１は、実施形態３に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、特に定義しない用語については、国際通信連合（ＩＴＵ）のＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。

【0024】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバ１００Ａの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。光ファイバ１００Ａは、石英系ガラスからなるマルチコアファイバであって、１９個のコア１１０と、コア１１０の外周を取り囲む共通のクラッド１２０とを備えている。１９個のコア１１０は複数のコアの一例である。コア１１０には、クラッド１２０に対して屈折率を上昇させるための、ゲルマニウムなどの添加物が添加されている。コア１１０は、光ファイバ１００Ａの長手方向に垂直な断面において三角格子状に配列されている。コア１１０の中心間距離であるコアピッチはｒである。光ファイバ１００Ａは、１９コア型のマルチコアファイバとも呼ばれる。

【0025】

クラッド１２０は、光ファイバ１００Ａの長手方向に垂直な任意の断面において規定された領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３を有している。領域Ａ１１は、クラッド１２０の中心軸でもある光ファイバ１００Ａの中心軸Ｏ１に最も近くかつ中心軸Ｏ１を含んでいる円状の領域である。領域Ａ１２は、領域Ａ１１よりも中心軸Ｏ１からの距離が遠くかつ領域Ａ１１の外周を取り囲む環状の領域である。領域Ａ１３は、領域Ａ１２よりも中心軸Ｏ１からの距離が遠くかつ領域Ａ１２の外周を取り囲む環状の領域である。

【0026】

コア１１０は、コア１１１、１１２、１１３を含む。具体的には、領域Ａ１１には、中心軸が光ファイバ１００Ａの中心軸Ｏ１と略一致する１個のコア１１１が存在する。領域Ａ１２には、中心軸Ｏ１の周りに正六角形状に配列された６個のコア１１２が存在する。領域Ａ１３には、中心軸Ｏ１の周りに正六角形状に配列された１２個のコア１１３が存在する。したがって、コア１１２は、コア１１１よりも中心軸Ｏ１からの距離が遠い。また、コア１１３は、コア１１１およびコア１１２よりも中心軸Ｏ１からの距離が遠い。

【0027】

図２は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造１０００の長手方向に沿った断面における模式的な断面図である。光ファイバ接続構造１０００は、図１に示す光ファイバ１００Ａと、光ファイバ１００Ａと同一の構成を有する光ファイバ１００Ｂとが、光ファイバ１００Ａの端面１０１Ａと光ファイバ１００Ｂの端面１０１Ｂとにおいて融着接続されたものである。接続部１００１とは、光ファイバ１００Ａの端面１０１Ａと光ファイバ１００Ｂの端面１０１Ｂとが融着接続されることで形成された部分である。光ファイバ１００Ａは第１光ファイバの一例であり、光ファイバ１００Ｂは第２光ファイバの一例である。

【0028】

光ファイバ１００Ａと光ファイバ１００Ｂとは同一の構成を有するので、光ファイバ１００Ａと光ファイバ１００Ｂとでコア１１０の配列は一致している。したがって、光ファイバ接続構造１０００では、光ファイバ１００Ａと光ファイバ１００Ｂとのコア１１１同士が融着接続され、コア１１２同士が融着接続され、コア１１３同士が融着接続される。

【0029】

ここで、少なくとも端面１０１Ａ、１０１Ｂの近傍の接続領域１００２において、領域Ａ１２に存在するコア１１２のモードフィールド径が、領域Ａ１１に存在するコア１１１のモードフィールド径よりも大きい。この場合、領域Ａ１１は第１領域の一例であり、領域Ａ１２は第２領域の一例であり、コア１１１は第１コアの一例であり、コア１１２は第２コアの一例である。

【0030】

また、接続領域１００２において、領域Ａ１３に存在するコア１１３のモードフィールド径が、領域Ａ１１に存在するコア１１１のモードフィールド径よりも大きい。この場合、領域Ａ１１は第１領域の一例であり、領域Ａ１３は第２領域の一例であり、コア１１１は第１コアの一例であり、コア１１３は第２コアの一例である。

【0031】

また、接続領域１００２において、領域Ａ１３に存在するコア１１３のモードフィールド径が、領域Ａ１２に存在するコア１１２のモードフィールド径よりも大きい。この場合、領域Ａ１２は第１領域の一例であり、領域Ａ１３は第２領域の一例であり、コア１１２は第１コアの一例であり、コア１１３は第２コアの一例である。

【0032】

ただし、光ファイバ接続構造１０００において接続領域１００２よりも接続部１００１から離れた領域においては、コア１１０のモードフィールド径はいずれも略等しい。

【0033】

このような光ファイバ接続構造１０００のモードフィールド径を実現するための構成としては、たとえば、接続領域１００２において、第２コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、第２コアの径方向における存在範囲が、第１コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物の、第１コアの径方向における存在範囲よりも広い構成がある。屈折率を上昇させる添加物は、たとえばゲルマニウムである。

【0034】

このように、光ファイバ接続構造１０００では、接続領域１００２において、中心軸Ｏ１からの距離がより遠い第２領域に存在する第２コアのモードフィールド径が、中心軸Ｏ１からの距離がより近い第１コアのモードフィールド径よりも大きい。これにより、軸回りの周方向のずれ量がより大きいコアほど、接続領域１００２においてモードフィールド径が大きいので、中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる。

【0035】

図３は、光ファイバ接続構造における接続の角度ずれを説明する図である。図３は、光ファイバ１００Ａ、光ファイバ１００Ｂの接続部１００１において中心軸回りの角度ずれの量がｘ［度］の場合を示している。なお、図３ではハッチグは省略しており、かつ説明のためにコアに番号を付している。実線の丸は光ファイバ１００Ａのコアを示しており、破線の丸は光ファイバ１００Ｂのコアを示している。

【0036】

図３に示すように、番号１のコアは、光ファイバ１００Ａ、光ファイバ１００Ｂの中心軸付近に存在するので、角度ずれに起因する軸回りの周方向のずれがほとんどない。これに対して、たとえば番号２のコアは領域Ａ１２に存在するコア１１２であるが、角度ずれに起因する軸回りの周方向のずれが大きい。さらに、たとえば番号８のコアは領域Ａ１３に存在するコア１１３であるが、角度ずれに起因する軸回りの周方向のずれがさらに大きい。

【0037】

図４は、角度ずれと接続損失との関係の一例を示す図である。横軸は角度ずれ（Rotation error）であり、縦軸は接続損失（Connection Loss）である。また、凡例において、たとえばＭＦＤｉｎｎｅｒ６とは、内側の領域である領域Ａ１２に存在するコア（番号２～７のコア）のモードフィールド径が波長１５５０ｎｍにおいて６μｍの場合を意味する。また、たとえばＭＦＤｏｕｔｅｒ６とは、外側の領域である領域Ａ１３に存在するコア（番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコア）のモードフィールド径が波長１５５０ｎｍにおいて６μｍの場合を示している。また、コアピッチｒは４０μｍである。したがって、クラッド１２０の中心軸（番号１のコアの中心軸）から番号２～７のコアの中心軸までの距離は４０μｍであり、クラッド１２０の中心軸（番号１のコアの中心軸）から番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアの中心軸までの距離は８０μｍである。したがって、図３、４の場合は、中心軸Ｏ１から番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアの中心軸までの距離が、中心軸Ｏ１から番号２～７のコアの中心軸までの距離の２倍である。

【0038】

図４に示すように、ＭＦＤｉｎｎｅｒ６の場合の曲線Ｌ１とＭＦＤｏｕｔｅｒ１２の場合の曲線Ｌ２とは一致する。ＭＦＤｉｎｎｅｒ６の場合とは、番号２～７のコアのモードフィールド径が６μｍの場合であり、ＭＦＤｏｕｔｅｒ１２の場合とは、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアのモードフィールド径が１２μｍの場合である。また、ＭＦＤｉｎｎｅｒ８の場合の曲線Ｌ３とＭＦＤｏｕｔｅｒ１６の場合の曲線Ｌ４とは一致する。ＭＦＤｉｎｎｅｒ８の場合とは、番号２～７のコアのモードフィールド径が８μｍの場合であり、ＭＦＤｏｕｔｅｒ１６の場合とは、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアのモードフィールド径が１６μｍの場合である。このことは、中心軸Ｏ１から所定の距離に中心軸がある番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアのモードフィールド径が、中心軸Ｏ１から当該所定の距離の１／２の距離に中心軸がある番号２～７のコアのモードフィールド径の２倍であれば、両者の接続損失を一致させることができることを示している。

【0039】

ここで、接続損失をＬｏｓｓ［ｄＢ］、クラッド部の中心軸からのコアの中心軸の距離をＲ［μｍ］コアのモードフィールド径をＭＦＤ［μｍ］とすると、波長１５５０ｎｍにおいて以下の２つの式が成り立つ（D. Marcuse,“Loss analysis of single-mode fiber splice,”Bell Syst.Tech. J. vol.56, pp. 703-718（1977）を参照）。
Ｌｏｓｓ＝－１０・ｌｏｇ（ｅｘｐ（－ｄ^２／（ＭＦＤ／２）^２））
ｄ＝π・Ｒ・ｘ／１８０

【0040】

上記２式から下記式が導出される。なお、ｅは自然対数の底である。
ＭＦＤ＝２√（（１０／Ｌｏｓｓ）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・Ｒ・ｘ／１８０）
したがって、以下の式（１）が成り立つＭＦＤであれば、任意の値のＬｏｓｓ［ｄＢ］以下の接続損失を得ることができる。
ＭＦＤ≧２√（（１０／Ｌｏｓｓ）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・Ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （１）

【0041】

また、Ｒをコアピッチｒで表すと、番号２～７のコアについてはＲ＝ｒであり、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアについてはＲ＝２・ｒである。したがって、番号２～７のコアのモードフィールド径をＭＦＤ１とし、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアのモードフィールド径をＭＦＤ２とすると、波長１５５０ｎｍかつ少なくとも６μｍ≦ＭＦＤ１＜ＭＦＤ２≦１６μｍの範囲において下記の式（２）、（３）が成り立てば、接続損失を１．５ｄＢ以下とできる。
ＭＦＤ１≧２√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （２）
ＭＦＤ２≧４√（（１０／１．５）・ｌｏｇ（ｅ））・（π・ｒ・ｘ／１８０）
・・・ （３）

【0042】

図５は、角度ずれとモードフィールド径（ＭＦＤ）との関係の一例を示す図である。式（３）において、Ｒ＝４０μｍとし、Ｌｏｓｓ＝１．５ｄＢとすると、図５の「Ｉｎｎｅｒ」の線となる。また、式（３）において、Ｒ＝８０μｍとし、Ｌｏｓｓ＝１．５ｄＢとすると、図５の「Ｏｕｔｅｒ」の線となる。また、図５において、線Ｌ５はモードフィールド径が６μｍのラインを示しており、線Ｌ６は角度ずれが１．２７度のラインを示している。したがって、少なくともＭＦＤが６μｍ以上１６μｍ以下の範囲にて、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアについては、モードフィールド径が「Ｏｕｔｅｒ」の線以上の領域であれば、接続損失を１．５ｄＢ以下にできる。また、少なくともＭＦＤが６μｍ以上１６μｍ以下の範囲にて、番号２～７のコアについては、モードフィールド径が「Ｉｎｎｅｒ」の線以上の領域であれば、接続損失を１．５ｄＢ以下にできる。また、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアについては、モードフィールド径が６μｍ場合は、接続損失を１．５ｄＢ以下にするには、角度ずれを１．２７度以下にする必要がある。

【0043】

図６は、角度ずれとモードフィールド径（ＭＦＤ）との関係の一例を示す図である。具体的には、図６は、番号２～７のコアのモードフィールド径が６μｍ～１６μｍの値の場合に、これらのコアの接続損失と、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアの接続損失との差が０．５ｄＢとなるような番号８、１０、１２、１４、１６、１８のモードフィールド径の下限を示している。たとえば、凡例における「ＭＦＤiｎｎｅｒ＝６」は、番号２～７のコアのモードフィールド径が６μｍ場合に、これらのコアの接続損失と、番号８、１０、１２、１４、１６、１８のコアの接続損失との差（接続損失差）が０．５ｄＢとなるような番号８、１０、１２、１４、１６、１８のモードフィールド径（ＭＦＤｏｕｔｅｒ）の下限の線を示している。したがって、ＭＦＤｏｕｔｅｒが図６における各ＭＦＤｉｎｎｅｒの値に応じた線以上の領域にあれば、前記接続損失差を０．５ｄＢ以下にすることができる。

【0044】

ただし、図４からも分かるように、第２コアのモードフィールド径を第１コアのモードフィールド径に対して大きくし過ぎると、かえって接続損失差が増加してしまう場合がある。たとえば、第２コアのモードフィールド径は、第１コアのモードフィールド径の１．８倍以上２．２倍以下が好ましい。

【0045】

なお、本実施形態において、接続領域１００２の長さは特に限定されないが、長すぎると、接続領域１００２においてモードフィールド径が大きい影響で、コア間クロストークや曲げ損失の増大のおそれがある。したがって、接続領域１００２の長さはたとえば１ｍｍ～５ｍｍ程度が適切である。また、特に、領域Ａ１１や領域Ａ１２のように、より内側に存在するコア１１０については、その周囲に隣接しているコアの数がより多いで、モードフィールド径が大きいとコア間クロストークのトータルの値が大きくなりやすい。したがって、より内側に存在するコア１１０についてはモードフィールド径をそれほど大きく設定せずに、より外側に存在するコア１１０のモードフィールド径を大きく設定することが好ましい。

【0046】

（光ファイバ接続構造の製造方法）
本実施形態に係る光ファイバ接続構造１０００は、たとえば図７に示すように、公知の融着接続装置を用いて実行できる。すなわち、光ファイバ１００Ａの端面１０１Ａと光ファイバ１００Ｂの端面１０１Ｂとを対向させ、当該対向させた端面１０１Ａ、１０１Ｂ付近に、一対の電極Ｅ１、Ｅ２から放電Ｄを行う工程を実行し、融着接続を行う。ここで、放電Ｄによって端面１０１Ａ、１０１Ｂ付近に熱エネルギーを与えることによって、光ファイバ１００Ａおよび光ファイバ１００Ｂの各コアに含まれる屈折率を上昇させる添加物がコアの径方向において拡散し、これに伴ってモードフィールド径が広がる。放電を行う工程において、接続領域１００２となる領域において、クラッドの中心軸からの距離がより遠い第２コアに含まれる添加物の拡散範囲を、クラッドの中心軸からの距離がより近い第１コアに含まれる添加物の拡散範囲よりも広げることで、第２コアのモードフィールド径が第１コアのモードフィールド径よりも大きくなるようにモードフィールド径の拡大を行うことができる。

【0047】

また、放電を行う工程において、間欠放電を行ってもよい。間欠放電を行うことによって、１回の短い放電では光ファイバ１００Ａと光ファイバ１００Ｂとの融着接続はされないが、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの外周面付近が高温になる状態が形成される。この状態では、１回の放電が終了すると光ファイバ１００Ａ、１００Ｂは急激に温度が低下するので、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの中心軸側には熱が伝わりにくい。このような放電を間欠的に繰り返すことによって、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの中心軸側よりも外周側を効果的に加熱することができる。その結果、第２コアのモードフィールド径が第１コアのモードフィールド径よりも大きくなるようにモードフィールド径の拡大を行うことができる。

【0048】

間欠放電の設定としては、たとえば放電がオンの場合に放電電流を１５ｍＡ～３０ｍＡとし、放電のオン時間を１０ｍｓ～３０ｍｓとし、オフ時間を４０ｍＡ～１００ｍＡとするが、設定はこれらの数値には限定されてない。

【0049】

また、放電を行う工程において、図８に示すようにしてもよい。図８は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造１０００の製造方法の他の一例を説明する図であって、光ファイバ１００Ａの端面を光ファイバ１００Ｂの端面側から見た図である。図８における方向Ｄ１は光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの長手方向である。方向Ｄ２は方向Ｄ１と直交方向であり、一対の電極Ｅ１、Ｅ２の配列方向である。方向Ｄ３は方向Ｄ１、Ｄ２と直交する方向である。

【0050】

図８では、両矢印で示すように、放電を行う一対の電極Ｅ１、Ｅ２を、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの長手方向と直交する方向（方向Ｄ３）に往復移動させる。これにより、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの中心軸（図８では中心軸Ｏ１）付近に与える熱エネルギーＱ１を、中心軸Ｏ１から方向Ｄ３に離れた位置に与える熱エネルギーＱ２よりも小さくする。ここで方向Ｄ３は、往復移動の方向の一例である。その結果、第２コアのモードフィールド径が第１コアのモードフィールド径よりも大きくなるようにモードフィールド径の拡大を行うことができる。なお、Ｑ１をＱ２よりも小さくすることは、たとえば、電極Ｅ１、Ｅ２からの放電Ｄの中心（線Ｌ７で示す）が中心軸Ｏ１の付近を通過するときに、移動速度を早くしたり放電電流を小さくしたりすることで、より効果的に実現できる。なお、放電電流を小さくすることには、放電電流をゼロにすることも含まれる。

【0051】

また、放電を行う工程において、図９に示すようにしてもよい。図９は、実施形態１に係る光ファイバ接続構造１０００の製造方法の他の一例を説明する図である。図９では、放電を行う３本で一組の電極Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５を、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの対向させた端面１０１Ａ、１０１Ｂを囲むように配置して、放電を行う。これにより放電Ｄが端面１０１Ａ、１０１Ｂを囲むように形成されるので、第２コアのモードフィールド径が第１コアのモードフィールド径よりも大きくなるようにモードフィールド径の拡大を行うことができる。

【0052】

なお、図９に示すような３本で一組の電極Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５でオン、オフを繰り返す間欠放電を行ってもよい。これにより、２本で一対の電極による放電（２極放電とも呼ばれる）の場合と同様に、光ファイバ１００Ａ、１００Ｂの中心軸側よりも外周側を効果的に加熱することができる。さらに、３本で一組の電極Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５による放電期間において放電電流を一定に維持するのではなく、電流の変化に周期性（例えばサイン周期）をもたせ、時間的に放電強度を変化させて放電に強弱をつけてもよい。これにより、単に放電のオン、オフを繰り返すよりも光ファイバの径方向での温度変化をなだらかにすることができ、内側のコアと外側のコアとのモードフィールド径の変化量をより細かく制御することができる。

【0053】

また、図９では３本で一組の電極Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５を用いているが、一組の電極は４本以上の電極で構成されていてもよい。

【0054】

（その他の実施形態）
実施形態１に係る光ファイバ接続構造１０００は、接続される光ファイバ１００Ａが１９コア型のマルチコアファイバであるが、その他の実施形態に係る光ファイバ接続構造では、他の構造のマルチコアファイバが接続されてもよい。

【0055】

図１０は、実施形態２に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバ２００Ａの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。光ファイバ２００Ａは、石英系ガラスからなるマルチコアファイバであって、７個のコア２１０と、コア２１０の外周を取り囲む共通のクラッド２２０とを備えている。７個のコア２１０は複数のコアの一例である。コア２１０には、クラッド２２０に対して屈折率を上昇させるための、ゲルマニウムなどの添加物が添加されている。コア２１０は、光ファイバ２００Ａの長手方向に垂直な断面において三角格子状に配列されている。光ファイバ２００Ａは、７コア型のマルチコアファイバとも呼ばれる。

【0056】

クラッド２２０は、光ファイバ２００Ａの長手方向に垂直な任意の断面において規定された領域Ａ２１、Ａ２２を有している。領域Ａ２１は、クラッド２２０の中心軸でもある光ファイバ２００Ａの中心軸Ｏ２に最も近くかつ中心軸Ｏ２を含んでいる円状の領域である。領域Ａ２２は、領域Ａ２１よりも中心軸Ｏ２からの距離が遠くかつ領域Ａ２１の外周を取り囲む環状の領域である。

【0057】

コア２１０は、コア２１１、２１２を含む。具体的には、領域Ａ２１には、中心軸が光ファイバ２００Ａの中心軸Ｏ２と略一致する１個のコア２１１が存在する。領域Ａ２２には、中心軸Ｏ２の周りに正六角形状に配列された６個のコア２１２が存在する。

【0058】

実施形態２に係る光ファイバ接続構造は、図１０に示す光ファイバ２００Ａと、光ファイバ２００Ａと同一の構成を有する光ファイバとが、端面同士で融着接続されたものである。光ファイバ２００Ａとこれに融着接続される光ファイバとは同一の構成を有するので、両者でコア２１０の配列は一致している。

【0059】

実施形態２に係る光ファイバ接続構造でも、融着接続される端面の近傍の接続領域において、領域Ａ２２に存在するコア２１２のモードフィールド径が、領域Ａ２１に存在するコア２１１のモードフィールド径よりも大きい。この場合、領域Ａ２１は第１領域の一例であり、領域Ａ２２は第２領域の一例であり、コア２１１は第１コアの一例であり、コア２１２は第２コアの一例である。

【0060】

ただし、実施形態２に係る光ファイバ接続構造において接続領域よりも接続部から離れた領域においては、コア２１０のモードフィールド径はいずれも略等しい。

【0061】

実施形態２に係る光ファイバ接続構造においても、実施形態１と同様に、中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる。

【0062】

図１１は、実施形態３に係る光ファイバ接続構造において接続される光ファイバ３００Ａの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。光ファイバ３００Ａは、石英系ガラスからなるマルチコアファイバであって、２個のコア３１０と、コア３１０の外周を取り囲む共通のクラッド３２０とを備えている。２個のコア３１０は複数のコアの一例である。コア３１０には、クラッド３２０に対して屈折率を上昇させるための、ゲルマニウムなどの添加物が添加されている。光ファイバ３００Ａは、２コア型のマルチコアファイバとも呼ばれる。

【0063】

クラッド３２０は、光ファイバ３００Ａの長手方向に垂直な任意の断面において規定された領域Ａ３１、Ａ３２を有している。領域Ａ３１は、クラッド３２０の中心軸でもある光ファイバ３００Ａの中心軸Ｏ３に最も近くかつ中心軸Ｏ３を含んでいる円状の領域である。領域Ａ３２は、領域Ａ３１よりも中心軸Ｏ３からの距離が遠い円状の領域である。

【0064】

コア３１０は、コア３１１、３１２を含む。具体的には、領域Ａ３１にはコア３１１が存在し、領域Ａ３２にはコア２１２が存在する。

【0065】

実施形態３に係る光ファイバ接続構造は、図１１に示す光ファイバ３００Ａと、光ファイバ３００Ａと同一の構成を有する光ファイバとが、端面同士で融着接続されたものである。光ファイバ３００Ａとこれに融着接続される光ファイバとは同一の構成を有するので、両者でコア３１０の配列は一致している。

【0066】

実施形態３に係る光ファイバ接続構造でも、融着接続される端面の近傍の接続領域において、領域Ａ３２に存在するコア３１２のモードフィールド径が、領域Ａ３１に存在するコア３１１のモードフィールド径よりも大きい。この場合、領域Ａ３１は第１領域の一例であり、領域Ａ３２は第２領域の一例であり、コア３１１は第１コアの一例であり、コア３１２は第２コアの一例である。

【0067】

ただし、実施形態３に係る光ファイバ接続構造において接続領域よりも接続部から離れた領域においては、コア３１０のモードフィールド径はいずれも略等しい。

【0068】

実施形態３に係る光ファイバ接続構造においても、実施形態１、２と同様に、中心軸からの径方向における距離が異なるコアであっても接続損失の相違を抑制できる。

【0069】

なお、上記実施形態では、同一の構成を有し、コアの配列が一致している光ファイバ同士が接続されているが、コアの配列が部分的に一致している光ファイバ同士が接続されてもよい。たとえば、図１に示すような光ファイバ１００Ａと、光ファイバ１００Ａからコア１１１を削除した構成の光ファイバとを接続する場合も、本発明を適用できる。

【0070】

また、上記実施形態では、第１光ファイバおよび第２光ファイバの両方がマルチコアファイバであるが、第１光ファイバおよび第２光ファイバの少なくとも一方がバンドル型光ファイバでもよい。すなわち、第１光ファイバおよび第２光ファイバの一方がマルチコアファイバであり他の一方がバンドル型光ファイバでもよいし、第１光ファイバおよび第２光ファイバの両方がバンドル型光ファイバでもよい。

【0071】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0072】

１００Ａ、１００Ｂ、２００Ａ、３００Ａ：光ファイバ
１０１Ａ、１０１Ｂ：端面
１１０、１１１、１１２、１１３、２１０、２１１、２１２、３１０、３１１，３１２：コア
１２０、２２０、３２０：クラッド
１０００ ：光ファイバ接続構造
１００１ ：接続部
１００２ ：接続領域
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ３１、Ａ３２：領域
Ｄ ：放電
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３：方向
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５：電極
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３：中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】