特許 7405259 光ファイバ及びその接続方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】光ファイバ及びその接続方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/036 20060101AFI20231219BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20231219BHJP

   G02B 6/032 20060101ALI20231219BHJP

   G02B 6/245 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G02B6/036 501

G02B6/02 401

G02B6/02 386

G02B6/032 Z

G02B6/245

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022534514

(86)(22)【出願日】2020-07-06

(86)【国際出願番号】 JP2020026481

(87)【国際公開番号】W WO2022009286

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2022-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】廣田 栄伸

(72)【発明者】

【氏名】植松 卓威

(72)【発明者】

【氏名】飯田 裕之

(72)【発明者】

【氏名】海老根 崇

【審査官】萩田 裕介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０５５８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２３５１７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭５８－０６０７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／０２ － ６／１０

Ｇ０２Ｂ ６／２４５

Ｇ０２Ｂ ６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コアと、
前記コアよりも屈折率の低いクラッド層と、
前記クラッド層の外周を覆う被覆層と、
を備え、
前記クラッド層は、主成分が前記コアと同じ第１クラッド部と、前記第１クラッド部と主成分が異なり、かつ前記第１クラッド部よりも柔らかい第２クラッド部と、を備え、
前記被覆層は、前記第１クラッド部を覆う第１の被覆層と、前記第２クラッド部を覆う第２の被覆層と、を備え、
前記第１クラッド部及び前記第２クラッド部の境界面が前記コアに接し、
前記コア及び前記第１クラッド部の主成分は純石英ガラスであり、
前記第２クラッド部の主成分はジェル状の樹脂であり、
前記第１の被覆層及び前記第２の被覆層の色又は模様が異なる、
光ファイバ。

【請求項2】

前記第１クラッド部と前記第２クラッド部との境界面が、前記コアに接する部分を底面とする凹形状である、
請求項１に記載の光ファイバ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の２本の光ファイバの長手方向の一部の被覆層を剥がし、
前記２本の光ファイバにおけるジェル状の前記第２クラッド部をふき取ることで、前記コアを露出させ、
露出している前記２本の光ファイバの前記コアどうしを接触させる、
光ファイバの接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光信号を入出射する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバは、図１に示すようにコアガラス１１１とその周囲を覆うクラッドガラス１１２から構成されるガラス部、ガラス部を保護するための被覆１１３の３層構造である。コアガラス１１１は純石英ガラスが主成分で、添加物として二酸化ゲルマニウムが用いられている。二酸化ゲルマニウムを添加することで屈折率を高くしている。一方で、クラッドガラス１１２は純石英ガラスのみで構成することで、クラッドガラス１１２はコアガラス１１１よりも低い屈折率になるように設計している。コアガラス１１１とクラッドガラス１１２で屈折率が異なるため、その境界で全反射が生じ光信号がコア内を伝搬する。

【0003】

光通信は、図２に示すように、光ファイバ９２の両端に装置９１－１と装置９１－２を設置する。その装置から光信号を出力し、光ファイバ９２を介することで、互いの装置を認識することで、光通信をさせている。この原理を用いて、お客様にインターネット、電話等のサービスを提供している。新たに装置９１－３を接続する場合（図３Ａ）、光ファイバ９２－１を切断し（図３Ｂ）、信号を分けることができる２分岐スプリッタ９３を取り付ける（図３Ｃ）。図３Ａの状態では、装置９１－１、装置９１－２から光信号が出力され、通信を維持している。図３Ｂの状態では光ファイバ９２－１を切断したため、装置９１－１及び９１－２から出力される光信号が停止する。２分岐スプリッタ９３を用いて装置９１－１、装置９１－２、装置９１－３が接続されると、はじめてそれぞれの装置から光信号を送受信することができる（図３Ｄ）。このように光通信では、新たな装置（図３では装置９１－３が該当）を取り付けるためには、光ファイバを切断しなければならない。光ファイバを切断することは、つまり、装置９１－１と装置９１－２の通信を止めることになるため、ユーザにサービスが提供できなくなる。

【0004】

新しく装置を取り付けるために、光ファイバを切断してサービスを止めていては、ユーザにとって不便である。そこで、実際の配線について、図４を用いて述べる。図４はサービスの提供をするための配線形態である。通信ビル内に光加入者線終端装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＯＬＴ）８２、ユーザ宅に光加入者線ネットワーク装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：ＯＮＵ）８１が設置されている。このＯＬＴ８２とＯＮＵ８１が装置９１－１、装置９１－２に該当する。ＯＬＴ８２とＯＮＵ８１間を接続するために、通信ビル内に統合配線架（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ ： ＩＤＭ）８３、通信ビルの外部に光ファイバケーブル８４、８分岐スプリッタ８５を用いる。図３では通信を２つに分けるスプリッタ９３を例にしたが、８分岐スプリッタ８５を用いている。図４ではＯＮＵ８１が１台である例、つまりユーザ１名のみを配線していることを示すが、１台のＯＬＴ８２に複数のＯＮＵ８１を接続させることができる。

【0005】

８分岐スプリッタ８５を配置する位置は、ユーザから申し込みがあったところや、ユーザが申し込みをするであう需要の予測に基づいて決められる。８分岐スプリッタ８５は、最大８名のユーザを収容できるが、このような方式では、８名分がすべて使われていることが少ない。使われていなければ、無駄となる。

【0006】

よって、スプリッタを用いないで、光ファイバのコアを伝搬する光信号を、通信を止めることなく、いつでも、どこでも、光ファイバの外側に取り出せる、もしくは、光ファイバの外からコアに入れることが求められている。

【0007】

そこで、我々は、スプリッタを用いないで光信号を入出力する方法を提案してきた（特許文献１、非特許文献１）。光ファイバを曲げて、その曲げ部近傍に光ファイバプローブを配置する形態である。光ファイバ曲げ部とプローブ間で光信号が結合する原理である。つまり、光ファイバのコアを伝搬する光通信は、光ファイバが曲げられることで曲げ部から漏洩するが、その漏洩光をプローブファイバで受光する。また、プローブファイバの先端から出力される光信号は、曲げられた光ファイバのコアに結合する。よって、曲げファイバとプローブ間で、光信号の入力と出力の同時が成立する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許６１２２７８５号公報

【非特許文献】

【0009】

【文献】Ｈ．Ｈｉｒｏｔａ， Ｔ． Ｋａｗａｎｏ， Ｍ． Ｓｈｉｎｐｏ， Ｋ． Ｎｏｔｏ， Ｔ． Ｕｅｍａｔｓｕ， Ｎ． Ｈｏｎｄａ， Ｔ． Ｋｉｙｏｋｕｒａ， ａｎｄ Ｔ． Ｍａｎａｂｅ， “Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ Ｃｈａｎｇｅｏｖｅｒ Ｔｏｏｌ Ｗｉｔｈ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ． ３４， Ｎｏ． １４， ｐｐ． ３３７９－３３８８， ２０１６．

【文献】立蔵 正男 “厳しい環境での光ファイバ曲がり部の機械的信頼性計算法”， 電子情報通信学会論文誌， Ｂ， Ｖｏｌ． Ｊ９４－Ｂ， ｎｏ．６， ｐｐ．７３８－７４６， ２０１１．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

光ファイバの曲げとプローブファイバを用いた通信方法の課題を述べる。光ファイバは、製造時にガラス表面に無数のクラックが生じている。光ファイバを曲げて、長時間放置するとそのクラックが成長することで、光ファイバ自身が破断する（非特許文献２）。そのため、光ファイバを曲げる方法は、短時間でできる試験や作業に限定されている。

【0011】

そこで、本開示は、光ファイバを曲げることなく、光ファイバのコアを伝搬する光信号を入出射可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、本開示の光ファイバは、コアとクラッド層とを備える光ファイバにおいて、クラッド層の一部をコアガラス及びクラッドガラスから剥離可能な樹脂材料に置き換えた構造を備える。また本開示の光ファイバの接続方法は、それぞれ樹脂材料を剥離した２本の光ファイバのコアどうしを接触させることにより、光ファイバを接続する。

【0013】

具体的には、本開示の光ファイバは、
コアと、
前記コアよりも屈折率の低いクラッド層と、
前記クラッド層の外周を覆う被覆層と、
を備え、
前記クラッド層は、
主成分が前記コアと同じ第１クラッド部と、
前記第１クラッド部と主成分が異なり、かつ前記第１クラッド部よりも柔らかい第２クラッド部と、
を備え、
前記第１クラッド部及び前記第２クラッド部の境界面が前記コアに接している。

【0014】

具体的には、本開示の光ファイバの接続方法は、
本開示に係る２本の光ファイバの長手方向の一部の被覆層を除去し、
除去された被覆層から前記２本の光ファイバの前記第２クラッド部を除去して前記コアを露出させ、
露出している前記２本の光ファイバの前記コアどうしを接触させる。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、光ファイバを曲げることなく、コアに伝搬する光信号を容易に入出射させることができ、光ファイバの長時間の曲げによる破断を避けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】光ファイバの構造の一例を示す。

【図2】光通信の構成の一例を示す。

【図3A】本開示に関連する光ファイバ接続方法を説明する第１図である。

【図3B】本開示に関連する光ファイバ接続方法を説明する第２図である。

【図3C】本開示に関連する光ファイバ接続方法を説明する第３図である。

【図3D】本開示に関連する光ファイバ接続方法を説明する第４図である。

【図4】８分岐スプリッタを用いた配線の一例を示す。

【図5】実施形態例１に係る光ファイバの構成例を示す断面図である。

【図6】本開示の光ファイバにおける光の伝搬状態の一例を示す説明図である。

【図7A】被覆層を除去後の光ファイバの一例を示す。

【図7B】第２クラッド部を除去後の光ファイバの一例を示す。

【図8】本開示の光ファイバを用いた光信号の出力方法の一例を示す説明図である。

【図9】本開示の光ファイバを用いた光信号の入力方法の一例を示す説明図である。

【図10】実施形態例２に係る第１の光ファイバの構造の一例である。

【図11】第２クラッド部を除去後の光ファイバの一例を示す。

【図12】実施形態例２に係る第２の光ファイバの構造の一例である。

【図13】第２クラッド部を除去後の光ファイバの一例を示す。

【図14】光ファイバが接続されている状態の一例を示す。

【図15】本開示に係る光ファイバの構成例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0018】

（実施形態例１）
光ファイバの構造について、実施例１について述べる。図５は、本開示に係る光ファイバの一例を示す断面図である。中心部にコア１１があり、その周辺をクラッド層１２で覆っている。さらに、クラッド層１２との外側を被覆層１３で覆っている。コア１１とクラッド層１２の屈折率を比べると、コア１１の屈折率が高い。このため、コア１１とクラッド層１２の表面で反射を起こすことで、図６に示すように、光ファイバのコア１１に光信号が伝搬する。図６は光ファイバ長手方向の断面図であり、図中に示す破線は光信号を示す。

【0019】

本発明のクラッド層１２は、材料の異なる２つのクラッド部１２Ａ及び１２Ｂを含む。１つ目のクラッド部１２Ａの主成分はコア１１と同じガラス材料であり、もう１つのクラッド部１２Ｂの主成分はガラス材料以外の材料である。クラッド部１２Ｂに含まれるガラス以外の材料は、例えば、ポリマー樹脂、アクリル樹脂が挙げられ、予め定められた屈折率を有する任意の材料の適用ができる。本開示では、クラッド部１２Ａを第１クラッド部又はガラスクラッドと称する場合があり、クラッド部１２Ｂを第２クラッド部と称する場合がある。

【0020】

クラッド層１２の屈折率について述べる。コア１１に光を伝搬させるためには、コア１１の屈折率は、クラッド層１２の屈折率より高いことが必要である。クラッド層１２は２つの異なる材料から構成されるが、２つのクラッド部１２Ａ及び１２Ｂの屈折率はコア１１の屈折率より低いことが必要である。また、２つのクラッド部１２Ａ及び１２Ｂにおいても、屈折率が同一であることが望まれるが、材料が異なるため屈折率が近似していても、コア１１とクラッド層１２とで反射が生じるため、十分効果は得られる。

【0021】

本開示の光ファイバは、公知の線引き技術を用いて製造することができる。線引き技術とは、光ファイバの母材であるガラスロッドを１０００℃以上の高温の環境下に置くことで、ガラスを溶かし、引っ張ることで細くする。本発明の光ファイバは、例えば、コア１１とガラスクラッド１２Ａを構成するための母材を線引き技術を用いて細くする。この際、線引き装置から出てきた光ファイバ素線のクラッド層に境界面１４を構成する。境界面１４は、コア１１の少なくとも一部を露出可能な任意の形状の面であり、例えば平坦面である。そして、その境界面１４に屈折率がガラスクラッド１２Ａと略同一のジェル状の物質を塗布する。これにより、コア１１の外周がクラッド層１２で覆われた素線が作製される。さらに、クラッド層１２の周囲を被覆層１３で覆う。これにより、本開示の光ファイバを製造することができる。

【0022】

（実施形態例２）
本実施形態では、光ファイバのコア１１を伝搬する光信号を光ファイバの外部に取り出す方法を示す。図５は本開示の光ファイバの一例を示す断面図である。コア１１とガラスクラッド１２Ａは一体化されていてはがれることはない。ガラス以外の異なる材料から構成されるクラッド部１２Ｂは、液体やジェル状の柔らかい物質で構成させているため、コア１１と一体化していない、つまりはがれやすい。

【0023】

剥がし方を図７に示す。まずは、図７Ａに示すように、ガラス以外の材料からなるクラッド部１２Ｂが露出するよう被覆層１３を剥がす。そして、被覆層１３の下にあるクラッド層１２が露出するが、クラッド部１２Ｂは柔らかい材料で構成されているため、例えば、綿棒のようなものでふき取る。さらにエタノールで清掃をすることで、完全にクラッド部１２Ｂを取り除くことができる。その結果、図７Ｂに示すように平面な境界面１４が構成され、その中心部にコア１１が露出する。

【0024】

本開示の光ファイバ１０は、境界面１４がコア１１に接している。このため、クラッド層１２からクラッド部１２Ｂを除去すると、クラッド部１２Ｂのうちのコア１１に接している部分はコア１１の光を反射しない。このため、光ファイバ１０のコア１１を伝搬する光信号を入出射可能にすることができる。

【0025】

（実施形態例３）
図８に光信号を取り出す方法を示す。本実施形態では光ファイバ１０及び２０が用いられる。光ファイバ１０及び２０は図７に示す光ファイバ１０と同じ構成を備える。下側の光ファイバ１０は図７Ｂと同じであり、境界面１４が形成されている。光信号を取り出すために、図７Ｂのコア１１及びガラスクラッド１２Ａと同じコア２１及びガラスクラッド２２Ａから構成され、かつ境界面２４が露出している光ファイバ２０を準備する。二つの光ファイバ１０及び２０をコア１１及び２１が接するように配置すると、研磨した側のコア１１から張り付けた光ファイバ２０のコア２１側に光信号が漏れ出す。図面中の矢印がコア１１からコア２１側に光信号が移ることを示している。よって、光ファイバのコア１１を伝搬する光信号をコア２１に取り出すことができる。

【0026】

また、図９は、コア２１側に光信号が伝搬していることを前提とする。図８と同じく光信号が、コア２１からコア１１側に伝搬する。つまり、外部から光信号を光ファイバに入れることができる。

【0027】

また、図８では出すこと、図９では入れることを示したが、それぞれのコア１１とコア２１に同時に光信号を入れれば、光信号の入出斜を同時に行うことができる。

【0028】

（実施形態例４）
図７に示すように、光ファイバ１０の境界面１４が平面である場合、コア１１の露出箇所が判別しにくい。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、境界面１４が溝構造を備える。具体的には、境界面１４は、コア１１に接する底面１４１と、底面１４１に隣接する側面１４２及び１４３を備える。本実施形態では、光ファイバ２０との接続の際に、図１１に示すように、側面１４２及び１４３に沿って被覆層１３を除去する。

【0029】

図１２は張り付ける光ファイバ２０の構造を示す。今までの説明では境界面が平面であったが、図１０に示す境界面１４に整合するよう境界面２４に角度を持たせている。例えば、境界面２４は、コア２１と接する底面２４１と、底面２４１に隣接する側面２４２及び２４３を備える。本実施形態では、光ファイバ１０との接続の際に、図１３に示すように、側面２４２及び２４３に沿って被覆層２３及び第２クラッド部２２Ｂを除去する。

【0030】

図１４は、図１１の光ファイバ１０と図１３の光ファイバ２０の接続時の状態の一例を示す。境界面１４と境界面２４が勘合する。このように、本実施形態は、境界面１４及び２４が溝構造を有するため、コア１１とコア２１が一致することになる。よって、本実施形態は、コア１１とコア２１の位置を調節することなく、コア間の光信号を隣接するコアに移動させることができる。

【0031】

本実施形態の光ファイバ１０は、境界面１４がコの字形状である例を示すが、Ｖ字形状やＵ字形状など、任意の凹形状を採用することができる。また、本実施形態の光ファイバ２０についても、境界面２４がコの字形状である例を示すが、Ｖ字形状やＵ字形状など、任意の凸形状を採用することができる。

【0032】

また、コア１１に接する底面１４１、及びコア２１に接する底面２４１は、境界面のうちのコアの外周に接する面が平面であり、断面図にした場合にコアの外周の１点のみが露出する構成になっている。しかし、境界面のうちのコアの外周に接する面は、コア１１を露出可能な任意の形状を採用することができる。例えば、図１５に示すようなコア１１の外周の１／４の領域が露出するような境界面１４であってもよい。ただし、コア１１と第２クラッド部１２Ｂとの接する領域が増えると、コア１１内を伝搬する光信号の損失が増えるため、境界面１４が露出させるコア１１は外周の半分未満であることが好ましい。

【0033】

また、図１５に示すように、被覆層１３は、第１クラッド部１２Ａを覆う被覆層１３Ａ及び第２クラッド部１２Ｂを覆う被覆層１３Ｂを備えていてもよい。第１クラッド部１２Ａ及び第２クラッド部１２Ｂが識別可能であるよう、被覆層１３Ａ及び１３Ｂの色や模様が異なる。

【0034】

（得られる効果）
以上のように、今までは光ファイバを曲げることで、光信号を取出してきた。光ファイバを曲げると断線する課題があった。しかし、本考案した構造を用いることで、光ファイバを曲げることなく、コアに伝搬する光信号を取り出す、入れることができるため、長時間設置できる。このため、今までは短時間の作業でしか使えなかった試験用、作業用のみへの適用であったが、本考案方法は光ファイバを曲げなくてよいため、長時間の作業や試験を行なうことができる。
さらに、本開示の光ファイバは、コアを露出させることが容易であり、サービスを使いたいユーザが現れたときに、被覆とクラッドを削り、光ファイバを簡単につなげることができる。
さらに、今までは８分岐のスプリッタを用いており、その８分岐スプリッタも一部は使われていない。本考案は、従来の８分岐スプリッタも不要になる。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本開示は情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0036】

１０、２０：光ファイバ
１１、２１：コア
１２、２２：クラッド層
１２Ａ、２２Ａ：第１クラッド部
１２Ｂ、２２Ｂ：第２クラッド部
１３：被覆層
１３Ａ：
１３Ｂ：
１４、２４：境界面
８１：ＯＮＵ
８２：ＯＬＴ
８３：ＩＤＭ
８４：光ファイバケーブル
８５：８分岐スプリッタ
９１－１、９１－２、９１－３：装置
９２：光ファイバ
９３：２分岐プリッタ
１１１：コアガラス
１１２：クラッドガラス
１１３：被覆

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】