專利名稱：光纖、光纖的連接方法以及光連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在芯部周圍具有多個空孔的光纖，尤其涉及光子晶體光 纖、和模場(mode field)直徑比它大的單模光纖(single mode fiber)之間 的連接方法以及光連接器。
此外，本發(fā)明還涉及具有折射率大的芯部和圍繞它的折射率小的包層 且在該包層中存在朝光纖軸心方向延伸的多個空孔的光纖上的端部的密 封構(gòu)造及其密封方法。
此外，本發(fā)明還涉及具有折射率大的芯部和圍繞它的折射率小的包層 且在該包層中存在朝光纖軸心方向延伸的多個空孔的光纖以及其光纖連 接器。
此外，本發(fā)明還涉及將在芯部周圍的包層內(nèi)具有多個空孔的光纖與其他 的光纖連接的光纖的連接部、以及在筐體內(nèi)收容該連接部而成的光纖連接 器。
背景技術(shù)：
以往， 一般使用的光纖具有閉入光的芯部和覆蓋在芯部的圓周方向且 折射率比該芯部稍小的包層的雙層構(gòu)造，其芯部、包層都由石英系材料形 成。在該雙層構(gòu)造中，由于芯部的折射率比包層的折射率高，因此可通過 該折射率的差距，將光限制在芯部，并在光纖內(nèi)傳輸。
在單模光纖的彼此間連接方法中有借助連接器或者機(jī)械接頭
(mechanical splice)的連接方法。連接器連接是將各個光纖連接到各個光 連接器上而易于裝卸的方法，機(jī)械接頭連接的特征是將設(shè)在其上的V字 型槽等中對正光纖的端面，并牢固保持被連接的兩個光纖。通常的單模光 纖的連接技術(shù)已被充分開發(fā)。
最近，光子晶體光纖(PCF: Photonic Crystal Fiber)倍受關(guān)注。 PCF是在包層具有光子晶體構(gòu)造、即具有折射率的周期性結(jié)構(gòu)的光纖。 通過將該周期性結(jié)構(gòu)減小到光的波長或其數(shù)倍程度為止，在晶體中導(dǎo)入缺 陷或者局部不均勻性，使光局部存在。 利用圖5能夠說明該P(yáng)CF截面構(gòu)造。
PCF41僅由在光纖內(nèi)的折射率都相同的包層42形成，從其中心開始 以六方格子狀排列多個圓柱空孔43，而該圓柱空孔43的長度遍及光纖41 的全長。與以往的芯部相當(dāng)?shù)木哂虚]入光的功能的部件是作為光纖41的 中心部的晶體缺陷部44。
具體地說，關(guān)于包層直徑4)125um的純石英光纖，在包層42中從中 央起周期性地以六方格子狀(4周期性結(jié)構(gòu))配置直徑4> 3 u m的圓柱空孔 43，在其中心不形成空孔(晶體缺陷)而使該部分成為閉入光的芯部44。
閉入光的效果強(qiáng)的PCF和目前用于長距離大容量通信中的單模光纖 (SMF: Single Mode Fiber)之間的連接技術(shù)是必不可少的。
特開2002—243972號公報中公開了通過加熱PCF的連接端部而安裝 在套圈(ferrule)上的PCF和SMF之間的連接方法。
然而上述連接方法僅適用于光纖的芯部由折射率比包層更高的介質(zhì) 形成的PCF。換言之，上述連接方法不適用于芯部和包層的折射率相等， 且借助光子晶體構(gòu)造(畫柱空孔)，在芯部和包層之間等價地設(shè)計折射率 差，并在芯部中閉入光的光纖構(gòu)造。這是因?yàn)楫?dāng)PCF的連接端部被加熱 時，圓柱空孔的壁會被熔敷而使空孔消失，進(jìn)而導(dǎo)致芯部不存在的緣故。 在此情況下，PCF和與其連接的SMF的各自芯部是通過不存在芯部的部 分連接，因此連接損失增大。
另一方面，作為PCF的一種的多孔光纖(HF: Holey Fiber),通過在 以往的光纖的芯部附近的包層部存在有空孔，降低包層的實(shí)際折射率，通
過擴(kuò)大芯部/包層之間的比折射率差，與以往的光纖相比能夠大幅提高彎曲 損失特性(姚兵之外"與多孔光纖的實(shí)用化相關(guān)的一次探討"、信學(xué)技報
(社)電子信息通信學(xué)會、VoI.102， N0.581、 p47 50、長谷川健美"光 子晶體光纖以及多孔光纖的發(fā)展動向"、月刊雜志"光子"、光子(株)發(fā) 行，N0.7， p203 208 (2001))。
這樣的HF在包層存在朝光纖軸心方向延伸的多個空孔，而這些空孔 如果開放端部，則水分會進(jìn)入其中，結(jié)果導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度的劣化、或者由溫 度變化產(chǎn)生的結(jié)露引起光學(xué)性特性的變動。
在特開2002—323625號公報中，為解決這些問題，公開了以下的密 封光纖的空孔的方法(1)用熔敷器(通過氣體放電使光纖熔融而連接的 裝置)加熱光纖的端面部，使包層軟化，壓扁空孔的方法；(2)向中空部 內(nèi)插入硬化性物質(zhì)的方法；(3)從外部在中空部安裝蓋的方法。
然而，在上述(1)的方法中，由于空孔周圍的包層材料被熔融填埋 空孔而密封，因此光纖的外徑(包層直徑)減小與材料的量的變化相應(yīng)的 程度。例如，當(dāng)包層直徑為125um、且具有四個直徑為lOum的空孔的 情況下，如果單純計算，則可得出包層直徑變化為123um程度，減小約 2 li m。該量是在通常的連接器連接中從標(biāo)準(zhǔn)的套圈內(nèi)徑尺寸偏離的程度的 大小。此外，在加熱源是熔敷器的情況下，由于放電氣體的溫度高，因此 在包層表面也會受到蒸發(fā)的影響，使得實(shí)際尺寸進(jìn)一步減小，而在空孔總 截面積更大的情況下該尺寸減小更為明顯。因此，選擇適于密封后的包層 直徑的套圈也變得很麻煩。而且，由于放電氣體將光纖端面和其周圍的包 層表面一同加熱，因此光纖端部的邊緣變圓滑，存在端面周圍的尺寸容易 變化的缺點(diǎn)。
在上述(2)的方法中，由于在硬化性物質(zhì)硬化時伴隨體積收縮，因 此在硬化部內(nèi)產(chǎn)生氣泡。氣泡內(nèi)的空間具有約1的折射率。所以硬化性物 質(zhì)和氣泡之間的折射率差距變得非常大，且如果這樣的折射率變化大的部 分處于芯部附近，則影響光纖的波導(dǎo)路構(gòu)造，成為引起大損失的原因。 在上述(3)的方法中，存在端面周圍的尺寸變化明顯的缺點(diǎn)。 另一方面，在上述多孔光纖中，在進(jìn)行連接器加工時，如果直接對端 面進(jìn)行研磨加工，則研磨粉或者研磨劑會進(jìn)入光纖的空孔內(nèi)，并在連接加
工后也殘留下來。如果反復(fù)進(jìn)行連接器裝卸，則殘留的研磨粉或者研磨劑 有可能從空孔脫離并附著在光纖研磨面上。如果以在光纖研磨面附著研磨 粉或者研磨劑的狀態(tài)下進(jìn)行連接器連接，則妨礙連接器端面相互間的密 接，成為損失增加的主要原因，而且在最壞的情況下，即使對研磨面進(jìn)行 受傷端面的清理作業(yè)，也有可能無法挽回?fù)p失增加的局面。
再次詳細(xì)說明多孔光纖(HF)。如圖17所示，HF361按以下方式構(gòu)成， 即，在純石英中添加鍺而構(gòu)成的芯部362的外周形成由純石英構(gòu)成的包層 363，以在包層363內(nèi)圍住芯部362的方式形成沿軸方向延伸的多個空孔 364 (在圖17中是六個)。雖然沒有詳細(xì)表示，但HF361是作為在包層363 的外周形成被覆層的光纖芯線使用。
芯部362與通常的單模光纖(SMF)的芯部相同。芯部直徑4)是9u m、包層直徑4)是125um、空孔364的內(nèi)徑d>是8 u m。芯部362的折射 率是1.463、包層363的折射率是1.458、芯部362的相對包層363的比折 射率差與通常的SMF相同約是0.35%。
HF361的優(yōu)點(diǎn)是空孔364的折射率為約1，其實(shí)際的比折射率差是 約32%，遠(yuǎn)大于通常的SMF，因此在芯部362閉入光的效果高。因此， HF361具有例如在將HF361彎曲時產(chǎn)生的損失極小的特長。
如圖18所示， 一般的光纖的連接部370，將去除被覆層并進(jìn)行末端處 理的HF361的端面361a經(jīng)由凝膠狀的折射率匹配劑r7，與去除被覆層并 進(jìn)行末端處理的SMF371的端面371a對正連接。SMF371是在具有與 HF361的芯部362相同的折射率且相同直徑的芯部372的外周形成了具有 與HF361的包層363相同的折射率且相同直徑的包層373。
折射率匹配劑是為了降低由以下空氣層引起的折射率差導(dǎo)致的菲涅 耳反射損失而使用的，該空氣層是在對正連接后的HF361的端面361a和 SMF371的端面371a之間有時會由端面處理時的誤差而形成的空氣層。
折射率匹配劑r7例如具有如圖19的溫度特性線381所示的溫度特性。 為了極力減小菲涅耳反射損失，該折射率匹配劑r7的折射率在室溫附近具 有與在圖18中說明的HF361的芯部362或者SMF371的芯部372的折射 率大致相同的1.463左右。其中，折射率隨著波長的不同而取不同的值， 但在本說明書中除非有特殊說明，都采用由ng表示的測定值，即，使用 Na的D線(波長587.56nm)的在25。C下的測定值。
此外，作為收容光纖的連接部370的以往的光纖連接器的一例，有圖 20所示的單心機(jī)械接頭391 (例如參照特開2000—241660號公報，特開 2002—236234公報)。機(jī)械接頭391具備V槽基板392，具有用于將相 對的光纖相互對正并支撐、定位、調(diào)芯的V槽；蓋部件393，用于重合在 基板392上，擠壓插入V槽的光纖；以及用于夾持基板392和蓋部件393 的夾持部件394。
在基板392和蓋部件393的重合部的側(cè)端部形成有楔插入部395，其 兩端形成有引導(dǎo)孔396?？痼w397由基板392和蓋部件393構(gòu)成。
在機(jī)械接頭391中，預(yù)先在光纖的對正位置(基板392和蓋部件393 的內(nèi)面中央部)填充在圖18和圖19中說明的折射率匹配劑r7，向楔插入 部395插入楔使得在基板392和蓋部件393之間形成間隙，再從引導(dǎo)孔396 向該間隙插入已進(jìn)行末端處理的HF361和SMF371，從而在V槽內(nèi)對正， 之后，將楔拔出，用基板392和蓋部件393把持HF361和SMF371，實(shí)現(xiàn) 固定《連接。
由此，能夠在機(jī)械接頭391的筐體397內(nèi)收容如圖18中說明的光纖 的連接部370，實(shí)現(xiàn)HF361和SMF371的對正連接。
這樣，由于在使用機(jī)械結(jié)構(gòu)391進(jìn)行HF361和SMF371的連接的時候， HF361的包層直徑和SMF371的包層直徑相等，因此能夠與通常的SMF 相互間的連接完全相同地進(jìn)行。
然而，在以往的光纖的連接部370中，由于經(jīng)由折射率匹配劑r7將 HF361和SMF371對正連接，因此折射率匹配劑r7會由毛細(xì)管現(xiàn)象從端 面361a向HF361的各空孔364內(nèi)侵入數(shù)百u m的深度。
包層363的折射率是1.458，各空孔364的折射率是1，而如果向各空 孔364內(nèi)侵入室溫下的折射率為1.463的折射率匹配劑r7，則在中央部的 原本的芯部362周圍形成六個相似的芯部。
因此，連接后的HF361的實(shí)際的芯部直徑、即能傳播光的直徑(模場 直徑MFD)比實(shí)質(zhì)上連接前的9um大。其結(jié)果，產(chǎn)生與SMF371之間 的MFD差，導(dǎo)致HF361和SMF371的連接損失變大的問題。
例如，如果使用圖20中說明的機(jī)械接頭391連接HF361和SMF371，
則波長為L55um的在室溫附近的連接損失增大、約為0.85dB。順便提一 下，芯部直徑相等的通常的SMF相互間的連接損失是O.ldB左右。
在這里，利用圖21表示了在連接后的機(jī)械接頭391的溫度范圍一30 70'C的連接損失的溫度特性。如圖21所示，剛連接后在室溫下的連接損 失超過了0.8dB，但隨著溫度上升，連接損失恢復(fù)到0.1dB左右。
在高溫區(qū)域恢復(fù)連接損失的原因是，如圖19的溫度特性線381所示， 折射率匹配劑r7隨著溫度上升折射率降低，在6(TC附近折射率變得與包 層363的折射率相等而削減了閉入光的效果，從而顯示出與通常的SMF 彼此間同等的連接損失的緣故。
另一方面，在低溫區(qū)域，如圖19的溫度特性線381所示，相反折射 率匹配劑r7的折射率提高，因此與包層363之間的折射率差擴(kuò)大，增大了 光的閉入效果。因而，由原本的芯部362和侵入有折射率匹配劑r7的六個 空孔364形成的實(shí)質(zhì)上的芯部的閉入光的效果增大，與室溫時相比MFD 進(jìn)一步增大，擴(kuò)大了與相對的SMF371之間的MFD差。在一30 1(TC的 連接損失是非常高的ldB。
從而，以往的機(jī)械接頭391具有連接損失的溫度特性變化大、尤其在 低溫區(qū)域的連接損失增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的第一 目的是提供一種能夠抑制連接損失的增加的PCF 類型的光纖、該光纖和SMF之間的連接方法以及光連接器。
本發(fā)明的第二目的是提供一種在將包層直徑維持在正確尺寸的情況 下，不對光纖的波導(dǎo)路構(gòu)造造成影響、且能維持端面周圍的尺寸的光纖端 部的密封構(gòu)造及其密封方法。
本發(fā)明的第三目的是提供一種不使在研磨加工時產(chǎn)生的研磨粉或者 研磨劑殘留在光纖端面的空孔中、能夠低損失連接、且長期可靠性也良好 的光纖以及光纖連接器。
本發(fā)明的第四目的是提供一種連接損失小、連接損失的溫度特性變化 小的光纖的連接部以及光纖連接器。
另一方面，在光纖的連接部370或者機(jī)械接頭391，要求在HF361的
端面361a以及SMF371的端面371a的反射量小。
從而，本發(fā)明的第五目的是提供一種連接損失和反射量小、連接損失以及反 射量的溫度特性變化小的光纖的連接部以及光纖的連接器。 (本發(fā)明的第一方案)
為達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明提供一種光纖，包括由石英系材料構(gòu)成 的芯部；由該石英系材料構(gòu)成的包層；以及在芯部周圍沿光纖軸向的多個 空孔，其中在連接端部附近的空孔中填充有在硬化后折射率比石英系材料 低的UV硬化性樹脂制成的透光性物質(zhì)，確定硬化后的折射率，使得光纖 的模場直徑等于要與光纖的連接端部連接的單模光纖的模場直徑。
所述光纖優(yōu)選是所述空孔從中央周期性地以六方格子狀排列，且中央 有晶體缺陷的光子晶體光纖(PCF)。
所述光纖還可以是在芯部或者包層具有多個沿光纖的軸心方向延伸 的空孔的多孔光纖。
所述光纖中，UV硬化性樹脂硬化后的折射率是1.42。
此外，本發(fā)明提供一種光纖的連接方法，其特征是使用V槽連接器 等，在其V槽上，將所述的光纖和模場直徑比所述光纖更大的光纖對正連 接。
此外，本發(fā)明提供一種光纖連接器，其特征是將所述的光纖安裝在 套圈上，對端面進(jìn)行研磨處理。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，能夠獲得以下效果。
(1) 對于芯部、包層的折射率相等、模場直徑遠(yuǎn)小于通常的SMF的 PCF，也能夠以低損失進(jìn)行與SMF之間的對正連接。
(2) 能防止光纖的強(qiáng)度劣化或者傳輸損失的增加。 (本發(fā)明的第二方案)
為達(dá)到上述第二目的，本發(fā)明提供一種光纖端部的密封構(gòu)造，其特征 是在具備折射率高的芯部和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該包層 存在朝光纖軸心方向延伸的多個空孔的光纖的端部，所述空孔被由微粒直 徑為l"m以下的玻璃粉末熔融構(gòu)成的密封部密封，而且，形成有該密封 部的部分的包層外徑與沒有形成密封部的部分的包層外徑相同。
所述密封部還可以由與構(gòu)成光纖的玻璃相同的成分的玻璃構(gòu)成。
所述密封部也可以由熔點(diǎn)比構(gòu)成光纖的玻璃更低的熔點(diǎn)的玻璃構(gòu)成。 所述光纖可安裝固定在連接器套圈上。
此外，本發(fā)明提供一種光纖端部的密封方法，其特征是在具備折射 率高的芯部和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該包層存在朝光纖軸心 方向延伸的多個空孔的光纖的端部，形成與軸心方向大致垂直的端面，從 該端面向所述空孔插入具有與構(gòu)成光纖的玻璃相同的成分且微粒直徑為1 um以下的玻璃粉末，此后，對所述光纖的端部附加進(jìn)行局部加熱使所述
玻璃粉末熔融，從而密封所述空孔。
此外，本發(fā)明提供一種光纖端部的密封方法，其特征是在具備折射 率高的芯部和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該包層存在朝光纖軸心 方向延伸的多個空孔的光纖的端部，形成與軸心方向大致垂直的端面，從 該端面向所述空孔插入具有比構(gòu)成光纖的玻璃更低熔點(diǎn)且微粒直徑為1^
m以下的玻璃粉末，此后，對所述空孔的端部附近進(jìn)行局部加熱使所述玻
璃粉末熔融，從而密封所述空孔。
此外，本發(fā)明提供一種光纖端部的密封方法，其特征是在具備折射 率高的芯部和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該包層存在朝光纖軸心 方向延伸的多個空孔的光纖的端部，形成與軸心方向大致垂直的端面，對
所述空孔的端部附近進(jìn)行局部加熱，使微粒直徑為lum以下的玻璃粉末
熔融，從而密封所述空孔。
可通過照射二氧化碳激光，對所述空孔的端部附近進(jìn)行局部加熱，從 而密封所述空孔。
可將所述光纖預(yù)先安裝固定在連接器套圈上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，能夠獲得以下效果。
本發(fā)明的光纖端部的密封構(gòu)造由于是空孔被由玻璃構(gòu)成的密封部密 封，因此能夠防止由水分等的侵入引起的機(jī)械強(qiáng)度的劣化以及由溫度變化 引起的結(jié)露導(dǎo)致的光學(xué)特性的變動。此外，形成有密封部的部分的包層外 徑與沒有形成密封部的部分的包層外徑相同，因此能夠在正確維持包層直 徑的狀態(tài)下，不對光纖的波導(dǎo)路構(gòu)造造成影響，即可維持端面周圍的尺寸。 因此能夠容易地進(jìn)行多孔光纖彼此間的連接、多孔光纖和通常的單模光纖 之間的連接。從而，能夠與今后多樣的應(yīng)用對應(yīng)，其結(jié)果非常有助于今后
光纖應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。
此外，在本發(fā)明的光纖端部的密封方法中，由于向光纖的空孔中插入 具有與構(gòu)成光纖的玻璃相同的成分的玻璃粉末，對光纖的端部進(jìn)行加熱使 玻璃粉末熔融，從而密封空孔，因此能夠確切實(shí)現(xiàn)所述光纖端部的密封構(gòu) 造。此外，由于使用與構(gòu)成光纖的玻璃相同成分的玻璃粉末，因此得到的 密封部不容易產(chǎn)生形變，可靠性優(yōu)越。
并且，在本發(fā)明的光纖端部的密封方法中，由于向所述空孔插入具有 比構(gòu)成光纖的玻璃更低熔點(diǎn)的玻璃粉末，此后，對所述空孔的端部附近進(jìn) 行局部加熱使所述玻璃粉末熔融，從而密封所述空孔，因此，能夠選擇光 纖不烙化的加熱溫度。因此，能夠加熱至包層表面為止，作為加熱機(jī)構(gòu)能 夠選擇以往常用的方法。
此外，在本發(fā)明的光纖端部的密封方法中，由于對所述空孔的端部附 近進(jìn)行局部加熱，從而密封所述空孔，因此能夠不用玻璃粉末，就能以簡 單方法密封空孔端部。
(本發(fā)明的第三方案)
為達(dá)到上述第三目的，本發(fā)明提供一種光纖，是具備折射率高的芯部 和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該芯部形成有朝光纖軸心方向延伸 的多個空孔的光纖，其特征是在所述多個空孔的端部形成有密封部，該
密封部由折射率與所述包層相同或者更小且直徑為100nm以下的石英系 微粒、和折射率與所述包層相同或者更小的光學(xué)粘合劑構(gòu)成。 所述石英系微?？梢允蔷哂?0至40nm的直徑的石英微粒。 所述石英系微?？梢允菗诫s有降低折射率的添加劑的石英微粒。 所述光學(xué)粘合劑可以是紫外線硬化性的光學(xué)粘合劑。 可以在所述的光纖上安裝套圈而構(gòu)成一種光纖連接器。 根據(jù)本發(fā)明的第三方案，能夠獲得以下效果。
本發(fā)明的光纖由于在多個空孔的端部形成密封部，因此研磨粉或者研 磨劑不會殘留在光纖端面，從而能夠提供端面被密封的有可靠性的光纖連 接器。因而，能夠提供一種連接器加工后的可靠性提高的同時、光學(xué)性特 性良好的多孔光纖連接器。此外，由于密封部由折射率與包層相同或者更 小的石英系微粒、和折射率與所述包層相同或者更小的光學(xué)粘合劑構(gòu)成，
因此能夠防止在光纖端部被硬化的粘合劑內(nèi)產(chǎn)生氣泡，實(shí)現(xiàn)低損失化。 (本發(fā)明的第四方案)
為達(dá)到上述第四目的，本發(fā)明提供一種光纖的連接部，是將在芯部周 圍的包層內(nèi)具有多個空孔的光纖連接到其他的光纖上的光纖的連接部，其 特征是經(jīng)由在實(shí)際使用中最低溫度下的折射率比所述芯部低的折射率匹 配劑，將所述光纖與所述其他的光纖對正連接。
此外，本發(fā)明提供一種光纖的連接部，是將在由石英系材料構(gòu)成的芯 部周圍的由純石英構(gòu)成的包層內(nèi)具有多個空孔的光纖連接到其他的光纖 上的光纖的連接部，其特征是經(jīng)由在實(shí)際使用中最低溫度下的折射率比 所述包層低的折射率匹配劑，將所述光纖與所述其他的光纖對正連接。所
述折射率匹配劑在溫度一30'C下的波長1.3 1.55Pm帶域的光的折射率
是1.458以下、且在溫度范圍一30 + 7(TC下的折射率的平均溫度系數(shù)是
一8.0X 1(TVC以上且小于0廠C。
可以在筐體內(nèi)收容所述的光纖的連接部而構(gòu)成一種光纖連接器。 根據(jù)本發(fā)明的第四方案，能夠提供連接損失小、連接損失的溫度特性
變化小的光纖的連接部以及光纖連接器。 (本發(fā)明的第五方案) 為達(dá)到上述第五目的，本發(fā)明提供一種光纖的連接部，是將在由石英
系材料構(gòu)成的芯部周圍的由所述石英系材料構(gòu)成的包層內(nèi)具有多個空孔
的光纖連接到其他的光纖上的光纖的連接部，其特征是經(jīng)由在實(shí)際使用 中的溫度范圍下的折射率為所述包層以下、且含有平均直徑或者平均長度
是100nm以下的微小體的折射率匹配體，將所述光纖與所述其他的光纖連 接，所述微小體是以純石英作為主成分的微粒。
所述折射率匹配體可以是通過在所述折射率匹配劑上混合所述微小
體而構(gòu)成，所述折射率匹配劑和所述微小體之間的混合重量比是10: 1 1:
可以在筐體內(nèi)收容所述的光纖的連接部而構(gòu)成一種光纖連接器。 根據(jù)本發(fā)明的第五方案，能夠提供一種連接損失和反射量小、連接損 失以及反射量的溫度特性變化小的光纖的連接部以及光纖的連接器。


圖1是表示本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式一的光子晶體光纖(PCF)的側(cè) 視圖。
圖2 (a)是表示V槽連接器的立體圖；圖2 (b)是表示使用V槽連 接器連接圖1的光纖和單模光纖的一工序的立體圖；圖2 (c)是表示用V 槽連接器接合圖1的光纖和單模光纖的狀態(tài)的立體圖。
圖3是表示安裝有圖1的光纖的FC連接器用的套圈的截面圖。
圖4是作為另外的適用例的多孔光纖的截面圖。
圖5是表示以往的光子晶體光纖的截面圖。
圖6是表示用于本發(fā)明的光纖端部的密封構(gòu)造的多孔光纖101的構(gòu)造 例，(a)是縱截面圖，(b)是橫截面圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式二的光纖端部的密封構(gòu)造的縱截面圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式三的光纖端部的密封構(gòu)造的縱截面圖。
圖9是表示在本發(fā)明的光纖端部安裝套圈的實(shí)例的縱截面圖。
圖10是表示適用于本發(fā)明的實(shí)施方式四的多孔光纖的橫截面圖。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式四的光纖連接器的縱截面圖。
圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式五的光纖的連接部的側(cè)視圖。
圖13是表示圖12中的折射率匹配劑r的折射率的溫度特性的圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式六的光纖連接器的立體圖。
圖15是表示圖14中的光纖連接器的連接損失的溫度特性的圖。
圖16是表示光學(xué)晶體光纖的一例的橫截面圖。
圖17是表示多孔光纖的一例的橫截面圖。
圖18是表示以往光纖的連接部的側(cè)視圖。
圖19是表示圖18所示的折射率匹配劑r7的折射率的溫度特性的圖。 圖20是表示以往光纖連接器的一例的立體圖。 圖21是表示圖20所示的光纖連接器的連接損失的溫度特性的圖。 圖22是表示本發(fā)明的實(shí)施方式七的光纖的連接部的側(cè)視圖。 圖23是表示圖22中折射率匹配體R的折射率的溫度特性A的圖。 圖24是表示與具有實(shí)施方式七的光纖的連接部的光纖連接器相關(guān)的 反射量的溫度特性的圖。圖25是表示在使用具有圖13所示的特性的低折射率匹配劑的情況下 的、光纖連接器的反射量的溫度特性的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式一。
圖1是表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式一的光子晶體光纖(PCF)的側(cè)視圖。
首先，本實(shí)施方式的PCF11與圖5中說明的PCF41相同，因此省略 其詳細(xì)說明，但是，光纖以包層周圍被由UV樹脂構(gòu)成的被覆層覆蓋的光 纖芯線的狀態(tài)使用，而與套圈或者其他連接器連接的連接部分以剝掉其被 覆層的方式使用。
如圖1所示，在PCFll的連接端附近12的空孔13中，作為填充材填 充有折射率比石英低的UV硬化性樹脂14。 UV硬化性樹脂14使用前在 常溫下是液體，通過照射紫外線而硬化。在本實(shí)施方式中使用的UV硬化 性樹脂是硬化后的折射率調(diào)整為1.42的環(huán)氧系的含氟UV硬化性樹脂14。
填充到本實(shí)施方式PCF11中的UV硬化性樹脂14的折射率是1.42， 形成PCFll的石英玻璃的折射率是1.458。填充到空孔13中的材料的最佳 折射率必須比折射率1.458小，但每次作為不同條件改變PCFll的空孔直 徑、空孔數(shù)、空孔間隔(密度)時都有必要再選定。填充材的折射率即使 比石英玻璃的折射率低但比最佳折射率大或者小的情況下，分別出于以下 原因增大連接損失。
當(dāng)填充材的折射率大于最佳值時，被填充的空孔13和芯部(石英) 的比折射率差變小，因此向中心芯部的光的閉入效果變?nèi)?，在連接端附近 12的模場直徑(MFD: Mode Field Diameter)變大。從而，產(chǎn)生PCF11 和SMF的MFD不良，導(dǎo)致連接損失增大。
另一方面，當(dāng)填充材的折射率小于最佳值時，被填充的空孔13和芯 部的比折射率差變大，因此向中心芯部的光的閉入效果變強(qiáng)，在連接端附 近12的MFD變小。從而，在與連接處的SMF的MFD相比PCF11的MFD 變更小，同樣產(chǎn)生MFD的不良，導(dǎo)致連接損失增大。
從而，在圓柱空孔13中填充UV硬化性樹脂14之后，有必要以PCF11
和SMF的各模場直徑相等的方式選定填充材的折射率。 接著，說明PCFll的制作工序。
首先剝掉PCFll的被覆部15數(shù)mm，利用光纖切刀將末端部16切斷 成垂直的切斷面，將UV硬化性樹脂14涂敷在端面16。涂敷在端面16的 UV硬化性樹脂14經(jīng)過數(shù)秒至數(shù)分鐘的毛細(xì)管現(xiàn)象，浸透圓柱空孔13。 在進(jìn)行浸透時，保持該P(yáng)CFll的時間很大程度上決定于粘合劑14的粘度、 表面張利、和空孔直徑。當(dāng)通過研磨等削去端面16的情況下，有必要考 慮該量而確保粘合劑14的浸透長度，當(dāng)將PCFll的切斷面直接作為連接 端面16的情況下，100ym以上就很充分。
接著，用紗布等拭去附著在端面16上的剩余粘合劑14，從PCF11側(cè) 面利用紫外線照射裝置等照射UV光，使浸透在空孔13內(nèi)的UV硬化性 樹脂14硬化，完成工序。
下面，對使用V槽連接器連接PCF11和單模光纖(SMF: Single Mode Fiber) 21的方法進(jìn)行說明。
如圖2 (a)所示，V槽連接器是由對兩個光纖11、 21的端面進(jìn)行對 正的對正V字型槽22、在兩端保持各個光纖ll、 21的被覆保持部23、以 及將對正端面的兩光纖從上面擠壓的擠壓蓋24構(gòu)成的光纖連接器。
首先，如圖2 (b)所示，剝掉石英系SMF21的被覆部25，用光纖切 刀切斷端面26。在V字型槽22中對正其SMF21的端面26和PCF11的端 面16。此時，PCF11和SMF21分別由被覆保持部23固定。
最后，如圖2(c)所示，對正V字型槽22從上面壓下擠壓蓋24，固 定兩個光纖ll、 21，完成連接。
以下，對本實(shí)施方式的作用進(jìn)行敘述。
PCF11是，在PCFll的連接端附近12，向多個微小空孔13中填充折 射率比包層低的UV硬化性樹脂14，在通過對其進(jìn)行紫外線照射而使其硬 化，實(shí)現(xiàn)密封空孔13的目的，因此在芯部和包層由具有相同折射率的 PCF11的連接端附近12也形成光子晶體構(gòu)造，能在PCFll的中心閉入光。
從而，能夠與MFD比PCFll大的光纖對正連接。在上述說明的V槽 連接器20中連接PCF11和SMF21的連接損失是很低的值0.55dB。
此外，對PCF11的連接端附近12的空孔13進(jìn)行密封的構(gòu)造能夠防止
在對PCF端面16進(jìn)行研磨時研磨粉或者水分以及其他雜質(zhì)的侵入。
作為另外的實(shí)施方式，對于將實(shí)施方式一的PCFll與FC連接器用套 圈連接的情況進(jìn)行說明。
圖3是表示連接PCFll時的FC連接器用的套圈30的截面圖。 如圖3所示，套圈30是構(gòu)成光連接器的要素部件，其由將剝掉被覆 部15的PCFll進(jìn)行固定的固定部31、和安裝PCFll的被覆部15的光纖 保持部32構(gòu)成。當(dāng)使用單心光連接器的情況下，F(xiàn)C連接器用套圈30呈 圓筒形。PCF11由套圈30和粘合劑固定在保持部31上，而且安裝有PCFll 的套圈30連接到光連接器上，且當(dāng)是FC連接器的情況下，由螺栓或者擠 壓彈簧等緊固部33，固定在光連接器上。
填充有UV硬化性樹脂14的PCFll是，其連接端附近12固定在套管 30的固定部31上，光纖芯線15在保持部32粘接，此后，粘接部的端面 16被研磨。與光連接器連接的套圈30由于PCF11的連接端附近12的空 孔13被UV硬化性樹脂14填充，因此在研磨時不會侵入研磨粉或者水分 以及其他雜質(zhì)，且能抑制由此相伴的傳送損失的增加，而且能抑制光纖強(qiáng) 度的疲勞劣化比通常加快進(jìn)行的情況發(fā)生。
填充到PCFll的連接端附近12的空孔13中的填充材不限于UV硬化 性樹脂14，還可以是玻璃等透光性物質(zhì)。
PCF11不僅限于在上述的機(jī)械接頭等的V槽連接器20或者FC連接 器用套圈30的適用，還可以適用于毛細(xì)管型連接器或者其他市售的連接 器類型。
此外，本發(fā)明的方案，不僅可以使用于在本實(shí)施方式中使用的芯部和 包層的折射率相同的PCFll，還可以使用于芯部和包層的折射率不同的 PCF、或者如圖4所示的多孔光纖34上。多孔光纖34是指在芯部35的周 圍具有多個空孔36的光纖。由于對彎曲或者扭轉(zhuǎn)的耐性強(qiáng)、抑制了彎曲 引起的傳輸損失的增加，因此能很好地適用于直徑小且形成巻曲的光纖巻 線。
以下，參好附圖，對本發(fā)明的第二和第三實(shí)施方式的光纖端部的密封 構(gòu)造及其密封方法進(jìn)行說明。
圖6 (a)、 (b)中表示了使用于上述光纖端部的密封構(gòu)造中的代表性 的多孔光纖101的構(gòu)造例。在該圖6 (a)、 (b)中，多孔光纖101具備折 射率高的芯部102、和圍繞其芯部102而形成的折射率小的包層103，在 該包層內(nèi)的芯部102附近形成有朝光纖軸心方向延伸的四個空孔104。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式二的光纖端部的密封構(gòu)造的截面圖。在該 圖中，比圖6更放大顯示了光纖的端部。在該光纖端部的密封構(gòu)造中，沿 軸心方向延伸的空孔104的前端部分被密封部105密封。該密封部105形 成在多孔光纖101的端面稍微凹陷的位置，即形成在從端面稍微向內(nèi)的內(nèi) 部位置。此外，形成有密封部105的位置、或者未形成密封部105的位置， 包層103的外徑都完全一樣。其中，在圖7中有兩個空孔104被密封部105 密封，但未圖示的其他兩個空孔104的端部也同樣被密封。
接著，對實(shí)現(xiàn)該光纖端部的密封構(gòu)造的密封方法進(jìn)行說明。 首先，在多孔光纖101的端部形成與軸心方向大致垂直的端面之后， 從其端面向空孔104插入微細(xì)的玻璃粉末。玻璃粉末是構(gòu)成光纖的材料即 石英玻璃，且石英粒徑最好在lPm以下?？赏ㄟ^向?qū)⒉ＡХ勰┒逊e成山 峰形狀的地方插入光纖端面，從而將玻璃粉擠入到空孔104中。此外，如 果在玻璃粉末中混入乙醇，使其成糊狀，則可以更簡單地插入到空孔104 中。
接著，通過照射二氧化碳激光，對多孔光纖101的端部進(jìn)行加熱。由 于二氧化碳激光的波長是10um左右，因此能夠很好地被玻璃吸收并發(fā) 熱。作為對激光進(jìn)行聚光的聚光透鏡，可使用在該波長域中透明的以硒化 鋅或者鍺作為材料的透鏡。關(guān)于這樣的光纖端部的激光加熱光學(xué)系統(tǒng)，特 開平7—318756號公報有詳細(xì)記載。借助利用這樣的二氧化碳激光的光學(xué) 系統(tǒng)，對芯部102和周圍的空孔104附近用激光同時加熱，但也可以移動 激光的聚光點(diǎn)，而部分地依次進(jìn)行加熱。對玻璃粉末進(jìn)行充分熔融而停止 加熱，則玻璃被固定，并如圖7所示，在多孔光纖101的端面具有凹陷的 部分形成有密封部105。
在該密封方法中，由于將玻璃粉末熔融而密封空孔104，因此包層材 的流入量少，能夠防止包層直徑變化。此外，由于作為加熱機(jī)構(gòu)使用二氧 化碳激光，因此能夠用透鏡聚光系統(tǒng)聚光至比包層外徑(一般是125um) 充分小的點(diǎn)，以不加熱包層的周圍的狀態(tài)進(jìn)加熱端面部的一部分，因此由
該點(diǎn)能夠防止包層直徑的變化。此外，由于作為玻璃粉末使用構(gòu)成光纖的
石英玻璃，因此很難在密封部105產(chǎn)生形變，有利于可靠性。
此外，作為形成密封部105的另外的方法，可以使用熔點(diǎn)比石英玻璃 更低的其他成分的玻璃粉末，從多孔光纖101的端面擠入空孔104內(nèi)，使 用加熱機(jī)構(gòu)(光纖熔敷器的氣體放電、氣體燃燒器、電熱絲)充分熔融玻 璃粉末，形成密封部105。
在該風(fēng)發(fā)中，也通過熔融玻璃粉末而密封空孔104，因此包層材的流 入量少，能夠防止包層直徑變化。此外，由于作為密封劑使用熔點(diǎn)比石英 玻璃低的種類的玻璃，因此可以選擇光纖不熔化的范圍的加熱溫度，包括 包層表面在內(nèi)允許加熱。從而，作為加熱機(jī)構(gòu)可以自由選擇光纖熔敷器的 氣體放電、氣體燃燒器、電熱絲等以往的加熱機(jī)構(gòu)，而這是一個優(yōu)點(diǎn)。當(dāng) 然也可以使用二氧化碳激光加熱法。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式三的光纖端部的密封構(gòu)造的圖。在該端部 構(gòu)造中，沿軸心方向延伸的空孔104的前端部分被密封部106密封。此外， 形成有密封部106的位置、或者未形成密封部106的位置，包層103的外 徑都完全一樣。其中，多孔光纖101的端部的凹陷與圖7的凹陷相比稍微 深一些。
形成該密封部106的方法如下，g卩，在多孔光纖101的端部形成與軸 心方向大致直角的端面之后，不插入玻璃粉末，而直接采用利用上述二氧 化碳激光的加熱法，對端面進(jìn)行局部加熱。由此，通過從端面流入被熔融 的包層材，密封空孔。
此時，如圖6所示，由于空孔104的開口面積比包層103的截面積充 分小，且通過二氧化碳激光局部加熱端部附近，因此從多孔光纖101的端 面，包層材向空孔104深處流入，密封多孔光纖101的端部、且包層直徑 不變化。
如圖7或者8所示，如果成形多孔光纖101的端部，則可以利用一般 的光纖的連接法、例如可利用成為機(jī)械接頭的應(yīng)用V槽的機(jī)械連接法。此 外，還可以安裝在MT連接器或者單心連接器的套圈，實(shí)施光連接器連接。
在套圈安裝中，在套圈前端設(shè)置限制器，從后方插入多孔光纖101的 情況下，如圖9所示，多孔光纖101的端面和連接器套圈106的端面對齊。
如果有必要，可以在此后與一般的光纖的情況相同，對連接器套圈106的 端面進(jìn)行研磨。
其中，還可以將多孔光纖101安裝在連接器套圈106上研磨后再加熱， 密封空孔。此時，由于通過加熱改變了多孔光纖101端部的形狀，因此還 可以對套圈106的端面進(jìn)行再研磨而調(diào)整形狀。由于空孔的密封位置比端 面稍微凹陷去，因此通過研磨，可將留在端面上的凹陷部位消除。
下面，參照附圖，對本發(fā)明實(shí)施方式四的光纖以及光纖連接器進(jìn)行說明。
圖10表示本發(fā)明的實(shí)施方式四使用的多孔光纖210的端面構(gòu)造。在 該圖中，多孔光纖210具有折射率高的芯部211、和圍繞芯部211而形成 的折射率小的包層213，且在包層213的芯部211附近形成有以芯部211 的中心部作為對稱軸線對稱、且成等間隔的四根空孔215。
作為多孔光纖210通?？墒褂?.3nm帶域單模光纖。此外，空孔215 的內(nèi)徑最好在3^m以上10ym以下，例如可設(shè)為7ym。各空孔215的 中心例如可位于從芯部211的中心起半徑12um的圓周上。在空孔215 內(nèi)填充有空氣或者惰性氣體，其空孔215內(nèi)的折射率是1。此外，包層213 的折射率是例如1.458，芯部211中為比包層213的折射率高而添加6 9 摩爾％程度的鍺。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式四的光纖連接器的縱截面圖。在光纖連 接器220中，多孔光纖210的朝光纖軸心方向延伸的空孔215的前端部分 被密封部221密封，在多孔光纖210的外周安裝有套圈223。其中，多孔 光纖210的兩個空孔215被密封部221密封，而未圖示的另外兩個空孔215 的端部也同樣被密封。
該密封部221由石英微粒和紫外線硬化性光學(xué)粘合劑構(gòu)成。構(gòu)成該密 封部221的石英微粒和紫外線硬化性光學(xué)粘合劑的折射率都必須相等或者 小于包層213的折射率。以下說明其理由。
多孔光纖210的優(yōu)良的彎曲特性源于在芯部211附近存在空孔215， 但如果假設(shè)將折射率比包層13更高的光學(xué)材料填充在空孔215中而作為 密封部221，則折射率比包層213更高的部分還在除了原本的芯部211以 外的部分產(chǎn)生，因此處于存在多個芯部211的狀態(tài)。如果這樣，則當(dāng)多孔
光纖210的芯部211和空孔215的間隔接近光的波長級別的情況下，產(chǎn)生 光的耦合現(xiàn)象，使本來在芯部11中傳播的光轉(zhuǎn)移到空孔215中。被轉(zhuǎn)移 的光在密封部221中傳播，但在沒有形成密封部221的空間部中不傳播， 因此成為大損失的原因。因此，最好使密封多孔光纖210的空孔215的密 封部的折射率不高于包層213的折射率。此外，假設(shè)將具有與包層213相 同的折射率的光學(xué)材料填充在空孔215中而作為密封部221的情況下，成 為猶如與沒有空孔215的通常的光纖相同的構(gòu)造，因此損害了多孔光纖 210的具有良好彎曲特性的特征。因此，密封多孔光纖210的空孔215的 密封部221的折射率最好比包層213的折射率低。
構(gòu)成密封部221的石英微粒的粒子直徑最好在1 U m以下、更優(yōu)選在 100nm以下、尤其優(yōu)選在30 40nm范圍。如果粒子直徑為100nm以下， 則在密封部221中的石英微粒的體積比能夠上升，即，能夠提高對于光學(xué)
粘合劑的石英微粒的混合率，因此能夠抑制光學(xué)粘合劑硬化時的氣泡產(chǎn)生 率。石英微粒的折射率與構(gòu)成多孔光纖210的包層213的石英相同(1.458)，
但通過使用在石英微粒中添加氟的氟添加石英納米粒子，能夠?qū)⒄凵渎式?低一0.5 一0.7%程度。
另一方面，紫外線硬化性的光學(xué)粘合劑可以使用折射率在室溫下為 1.430的環(huán)氧系紫外線硬化性粘合劑(商品名"才7。卜夕'^乂 1100" (DAIKIN工業(yè)制))。 一般來說光學(xué)折射率材料的折射率具有溫度特性， 即隨著溫度降低折射率提高，因此必須考慮溫度的影響，但上述光學(xué)粘合 劑即使在一3(TC下折射率也是1.45左右，從而能夠使其小于包層的折射率 1.458。
石英微粒和光學(xué)粘合劑的混合比例是石英微粒的比例越高，光學(xué)粘 合劑硬化后的氣泡的產(chǎn)生率就低，但如果比例過高，則硬化前的包含石英 微粒的光學(xué)粘合劑的流動性喪失，很難向多孔光纖210的空孔215填充。 根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光學(xué)粘合劑和石英微粒的重量比是1: 1 10: 1之間時，在實(shí)用方面能夠同時滿足抑制氣泡產(chǎn)生和向空孔215的填充作
業(yè)的作業(yè)性。
石英微粒的折射率的溫度特性與光學(xué)粘合劑的該特性相比小到可忽
略，因此可以將在空孔215中填充的密封部221的整體折射率穩(wěn)定地設(shè)定
為小于構(gòu)成包層213的石英水平。因此，能夠?qū)Π瑥澢匦缘墓鈱W(xué)特性 進(jìn)行穩(wěn)定化。
以下，說明光纖連接器220的制作方法。
首先，在多孔光纖210的端部形成與軸心方向大致垂直的端面之后， 從多孔光纖210的端面向空孔104插入石英微粒和紫外線硬化性光學(xué)粘合 劑的混合物，照射紫外線，硬化光學(xué)粘合劑，形成密封部221。接著，將 套圈223安裝在多孔光纖210上，使多孔光纖210的端面與套圈223的端 面對齊。如果有必要，則在此后，與一般的光纖的情況相同，還可以研磨 套圈223的端面。
其中，密封部221距光纖連接器端面的形成位置，只要能堵塞空孔215 且具有機(jī)械強(qiáng)度，則沒有特別限定，但考慮到長期可靠性，最好深I(lǐng)OOH m以上。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的光纖連接器，能夠獲得以下效果。
(1) 由于用密封部221密封空孔215的端部，因此能夠提供一種不 會在光纖端面殘留研磨粉或者研磨劑、端面被密封的可靠性高的光纖連接 器°
(2) 由于密封部221由紫外線硬化性光學(xué)粘合劑和石英微粒構(gòu)成， 因此在光學(xué)粘合劑硬化時，能利用石英微粒抑制體積收縮。因此能夠防止 在光纖端部硬化的粘合劑內(nèi)產(chǎn)生氣泡，實(shí)現(xiàn)低損失化。
(3) 由于利用折射率比包層213小的密封部221密封空孔215，因此
能夠?qū)Π◤澢匦缘墓鈱W(xué)特性進(jìn)行穩(wěn)定化。
下面，參照附圖，對本發(fā)明實(shí)施方式五的光纖連接部以及光纖連接器 進(jìn)行說明。
圖12是表示本發(fā)明的合適的實(shí)施方式五的光纖的連接部的側(cè)視圖。 如圖12所示，本實(shí)施方式的光纖的連接部301，使用與在如圖17和 圖18說明的多孔光纖(HF) 361以及單模光纖371相同的對象，對于去 除被覆層并進(jìn)行末端處理的HF361的端面361a，經(jīng)由在實(shí)際使用中的最 低溫度一30。C下的折射率比HF361的芯部362以及SMF371的芯部372 更低的折射率匹配劑r，與去除被覆層并進(jìn)行末端處理的sMF371的端面 371a進(jìn)行對正連接。
折射率匹配劑r的使用目的如下由于在對正連接后的HF361的端面 361a和SMF371的端面371a之間形成由末端處理時的誤差引起的空氣層， 因此使用它是為了降低由該空氣層產(chǎn)生的折射率差導(dǎo)致的菲涅耳反射損 失。
折射率匹配劑r例如由高分子聚合物系、硅樹脂系、紫外線硬化性樹 脂構(gòu)成。作為折射率匹配劑r，可使用在溫度一3(TC下的波長1.3 1.55ii m帶域的光的折射率是1.458以下、且在溫度范圍一30 + 7(TC下的折射 率的平均溫度系數(shù)是—8.0X10—VC以上、小于O廠C的折射率匹配劑。
這里，所謂折射率的平均溫度系數(shù)是指在某個溫度范圍內(nèi)的每rc的
折射率變化量。
在本例中，使用了具有如圖13所示的橫軸取溫度rc)、縱軸取折射
率時的溫度特性線321的溫度特性的凝膠狀的硅系折射率匹配劑r。更詳 細(xì)的說，溫度特性線321在一3(TC下的折射率是1.455、在2(TC下的折射 率是1.435、在7(TC下的折射率是1.417、在溫度范圍一30 +7(TC下的折 射率的平均溫度系數(shù)是約一4.0 X 10_4/'C 。
使用在溫度一3(TC下的波長1.3 1.55 y m帶域的光的折射率為1.458 以下的折射率匹配劑r，是為了防止在連接后的HF361的空孔364中侵入 折射率匹配劑r而形成假芯部，防止連接后的HF361的實(shí)際性的MFD的 擴(kuò)大。
數(shù)值范圍限定為上述范圍是考慮到以下情況而確定的。 一般來說，作 為折射率匹配劑r使用由高分子聚合物系構(gòu)成的折射率匹配劑，但其折射 率具有隨溫度上升下降的傾向。一30。C是實(shí)際使用上的最低溫度，如果折 射率匹配劑r在一3(TC下的折射率與包層363相等或在其以下，則在一30 °C以上的溫度區(qū)域不會形成假芯部。由于最普及的石英系光纖的包層是純 石英，因此考慮到其折射率1.458，將在溫度一3(TC的光的折射率設(shè)為了 1.458以下。此外， 一般在石英系光纖中傳輸?shù)墓獾牟ㄩL是1.3 1.55um。
使用在溫度范圍一30 + 70'C下的折射率的平均溫度系數(shù)是一8.0X
I(TV'C以上、小于0/'C的折射率匹配劑r是為了降低在高溫區(qū)域下在連接 部上的反射衰減量。
數(shù)值范圍定為上述范圍是考慮到以下情況而確定的。十7(TC是實(shí)際使
用中的最高溫度，在該高溫區(qū)域，有可能由折射率匹配劑r的折射率降低 而在連接部出現(xiàn)反射特性的劣化。因此在實(shí)際使用上的反射衰減量的界限 定在了 30dBm以上。這里，反射衰減量是由芯部362及折射率匹配劑r 的折射率的差決定的量。根據(jù)菲涅耳反射的式子，如果將芯部362的折射 率設(shè)為nl、將折射率匹配劑r的折射率設(shè)為n2，則反射衰減量Lr可通過 以下公式求出。
反射衰減量Lr= —10XlogR (dBm)
但是，R= (nl—n2) 2/ (nl+n2) 2
根據(jù)該式，當(dāng)將芯部362的折射率設(shè)為1.463時，為確保30dBm以上 的反射衰減量，有必要將折射率匹配劑r設(shè)為1.39以上。從一3(TC到+70 。C之間的溫度差是IOO'C，折射率匹配劑r要求的平均溫度系數(shù)是一8.0X IO一VC以上、小于O廠C。
下面說明本實(shí)施方式的作用。
在光纖的連接部301中，由于將HF361經(jīng)由折射率匹配劑r，與 SMF371對正連接，因此由毛細(xì)管現(xiàn)象，HF361的各空孔364內(nèi)的折射率 匹配劑r從端面361a侵入數(shù)百u m的深度。
在這里，如圖13的溫度特性線321所示，折射率匹配劑r的折射率 隨著溫度升高漸漸降低，在實(shí)際使用中的最低溫度一3(TC下是1.455、在 實(shí)際使用中的最高溫度+7(TC下是1.417。
從而，折射率匹配劑r的折射率在一3(TC以上的溫度區(qū)域， 一直比 HF361的芯部362 (本例中是包層363)的折射率低，因此即使折射率匹 配劑r侵入到各空孔364內(nèi)，也不會在中央部的原本的芯部362周圍形成 假芯部。
因此，光纖的連接部301的連接后的HF361的實(shí)際的芯部直徑、即模 場直徑(MFD)在連接前后沒有變化，因此HF361和SMF371之間的連 接損失小。
在上述實(shí)施方式中，對HF361和SMF371連接的實(shí)例進(jìn)行了說明，但 也可以連接兩個HF361。此外，替代與包層363相比芯部362的折射率更 高的HF361，可使用芯部和包層的折射率相互相等的HF。在該情況下， 也可以獲得與上述相同的效果。
此外，替代HF361，使用如圖16所示的光子晶體光纖(PCF) 351， 也能獲得與上述相同的作用效果。PCF351在芯部352的周圍形成包層353， 以在該包層353內(nèi)圍繞芯部352的方式蜂巢狀配列形成朝芯部352的軸方 向延伸的多個空孔354，構(gòu)成光子能帶隙構(gòu)造的衍射光柵。
本實(shí)施方式的光纖的連接部301并不局限于使用的HF或者PCF的空 孔的個數(shù)、在包層內(nèi)分布的空孔分布直徑。
下面，對收容有光纖的連接部301的對正型光纖連接器的一例進(jìn)行說明。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式六的光纖連接器的立體圖。
如圖14所示，本實(shí)施方式的單心機(jī)械接頭331除了使用在圖12和圖
13中說明的折射率匹配劑r這一點(diǎn)之外，具有與圖20中說明的機(jī)械接頭
391相同的構(gòu)成。
艮P，機(jī)械接頭331具備V槽基板，具備將相對的光纖相互對正并支 撐、定位、調(diào)芯的V槽；重合在基板332上并擠壓向V槽插入的光纖的 蓋部件333;用于夾持基板332和蓋部件333的夾持部件334。
在基板332和蓋部件333的重合部的側(cè)端部形成有楔插入部335，其 兩端形成有引導(dǎo)孔336?？痼w337由基板332和蓋部件333構(gòu)成。
在機(jī)械接頭331中，預(yù)先在光纖的對正位置(基板332和蓋部件333 的內(nèi)面中央部)填充在圖12和圖13中說明的折射率匹配劑r，向楔插入 部335插入楔使得在基板332和蓋部件333之間形成間隙，再從引導(dǎo)孔336 向該間隙插入已進(jìn)行末端處理的HF361和SMF371，從而在V槽內(nèi)對正， 之后，將楔拔出，用基板332和蓋部件333把持HF361和SMF371，實(shí)現(xiàn) 固定連接。
由此，能夠在機(jī)械接頭331的筐體337內(nèi)收容如圖12中說明的光纖 的連接部301，實(shí)現(xiàn)HF361和SMF371的對正連接。
該機(jī)械接頭331與采用通過粘合劑或者熔敷進(jìn)行永久連接的方法的光 纖連接器不同，能夠反復(fù)使用。機(jī)械接頭331在波長1.55 um下、室溫附 近的連接損失是約0.08dB。
在這里，圖15表示連接后的機(jī)械接頭331的在溫度范圍一3(rC 十 7(TC的連接損失的溫度特性。在圖15中，橫軸表示時間，左縱軸表示溫
度(°C)、右縱軸表示連接損失(dB)，并將在每規(guī)定時間變化5'C的溫度
用黑色矩形塊表示、將此時的連接損失用黑色菱形塊表示。
如圖15所示，連接后的機(jī)械接頭331的連接損失在整個溫度范圍內(nèi) 小于O.ldB,很穩(wěn)定。在使用折射率如此低的折射率匹配劑r時要注意的 是，折射率匹配劑r的折射率在高溫區(qū)域進(jìn)一步降低時在連接部的反射衰 減量的大小。然而，機(jī)械接頭331在+ 7(TC下的反射衰減量是37dBm、在 實(shí)際使用上的反射衰減量的界限是滿足30dBm以上。
這樣，機(jī)械接頭331由于預(yù)先填充有折射率匹配劑r，因此能夠以低 損失連接HF361和SMF371。連接損失值與通常的SMF彼此的連接損失 值相等。
此外，機(jī)械接頭331由于預(yù)先填充有折射率匹配劑r，因此連接后的 連接損失的溫度特性穩(wěn)定。連接損失值的變動幅度與通常的SMF彼此間 的連接損失的變動幅度相等。即，機(jī)械接頭331的連接損失的溫度特性變 化小，尤其即使在低溫區(qū)域連接損失也低。
上述實(shí)施方式是表示了 HF361和SMF371通過機(jī)械接頭331連接的實(shí) 例，但也可以HF361相互間、PCF351禾卩SMF361、 PCF351相互間通過機(jī) 械接頭331連接。在此情況下，能夠獲得與上述相同的效果。
作為對正型的光纖連接器，上面對使用V槽型的機(jī)械接頭331的實(shí)例 進(jìn)行了說明，但可以使用其他V槽連接器、毛細(xì)管型連接器等所有對正型 光纖連接器。
此外，除了可反復(fù)使用的這些光纖連接器以外，還可以使用采用環(huán)氧 系紫外線硬化性粘合劑兼作折射率匹配劑r的永久連接方法的光纖連接 器。
以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式七的光纖的連接部以及光纖連 接器進(jìn)行說明。
首先，作為在所述的機(jī)械接頭391上的連接損失的溫度特性變化大的 問題的對策，本發(fā)明者們嘗試使用了折射率比圖18和圖19的折射率匹配 劑r7低、遵從圖13所示的溫度特性線321的低折射率匹配劑。該低折射 率匹配劑在一3(TC下的折射率是1.455、在2(TC下的折射率是1.435、在 70。C下的折射率是1.417、在溫度范圍一30 + 70'C下的折射率的平均溫
度系數(shù)是約一4.0X10—VC。
在圖20所示的機(jī)械接頭391中，替代折射率匹配劑r7使用低折射率 匹配劑的情況下，如圖15所示，在波長1.55iim下的連接損失是在20'C 的環(huán)境下為0.08dB。此外，連接后的機(jī)械接頭391的在溫度范圍一3(TC 十7(TC的連接損失也小于0.1dB，很穩(wěn)定。
然而，在使用這樣的低折射率匹配劑的情況下?lián)牡氖?，?dāng)在高溫區(qū) 域，低折射率匹配劑的折射率進(jìn)一步降低時，HF361和SMF371的連接部 上的光的反射量的大小。
圖25表示在使用低折射率匹配劑的情況下的機(jī)械接頭391的反射量 的溫度特性。當(dāng)芯部的比折射率差相對包層相當(dāng)于0.35%時，HF361和 SMF371的芯部362、 363的折射率是1.463，但如圖25所示，例如在70 。C時，產(chǎn)生的反射量是一36dB，不能充分滿足實(shí)用上必要的一40dB以下 的要求。
為此，本發(fā)明人經(jīng)過潛心研究的結(jié)果，想到了能同時減小連接損失和 反射量雙方的光纖的連接部以及光纖連接器。
以下參照附圖，對本發(fā)明實(shí)施方式七的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 圖22是表示本發(fā)明的實(shí)施方式七的光纖的連接部的側(cè)視圖。 如圖22所示，本實(shí)施方式的光纖的連接部301，使用與在如圖17和 圖18說明的多孔光纖(HF) 361以及單模光纖371相同的對象，對于去 除被覆層并進(jìn)行末端處理的HF361的端面361a，經(jīng)由在實(shí)際使用中的最 低溫度范圍一30 + 70。C下的折射率為HF361的包層363以及SMF371 的包層373以下、且含有平均直徑或者平均長度為100nm以下的微小體的 折射率匹配體R，與去除被覆層并進(jìn)行末端處理的sMF371的端面371a進(jìn) 行對正連接。
折射率匹配體R的使用目的如下由于在對正連接后的HF361的端 面361a和SMF371的端面371a之間形成由末端處理時的誤差引起的空氣 層，因此使用它是為了降低由該空氣層產(chǎn)生的折射率差導(dǎo)致的菲涅耳反射 損失。
折射率匹配體R是例如在高分子聚合物系或者硅樹脂系的折射率匹 配劑或者紫外線硬化性樹脂中混合作為微小體的平均直徑在100nm以下
的微粒(納米粉末)、或者平均長度為100ixm以下的薄的扁平狀的帶狀體、 管體、纖維體而構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，作為折射率匹配體R使用了在高 分子聚合物系的折射率匹配劑中混合了以純石英為主成分的納米粉末而 構(gòu)成的物質(zhì)。
此外，折射率匹配劑和微小體的混合重量比例如取10: 1 1: 1。
在溫度范圍一30 + 70'C的折射率匹配體R的折射率設(shè)為HF361的 包層363以及SMF371的包層373的折射率以下是為了即使折射率匹配 體R從HF361的端面361a侵入到空孔364內(nèi)，也能防止在端面361a附近 形成假芯部，防止從原本的芯部、即從HF361的芯部362和SMF371的芯 部372產(chǎn)生光的耦合現(xiàn)象。
一般來說，作為折射率匹配劑使用高分子聚合物系的折射率匹配劑， 但其折射率具有隨溫度上升而下降的傾向?！?0'C是實(shí)際使用上的最低溫 度，因此如果折射率匹配劑在一30。C下的折射率是包層363、 373的折射 率以下，則在一30。C溫度區(qū)域、即使在實(shí)際使用上的最高溫度一7(TC，也 不會在端面361a附近形成假芯部。
使用含有平均直徑或者平均長度為100nm以下的微小體的折射率匹 配體R是為了防止光的散亂。此外，如果微小體的平均直徑或者平均長度 超過100nm，則當(dāng)對正HF361和SMF371時，在HF361和SMF371之間 的光軸偏離，引發(fā)由軸偏離引起的連接損失。
作為微小體使用以純石英作為主成分的納米粉末是因?yàn)榧兪⒕哂?與HF361的包層363以及SM371的包層373大致相等的折射率，以純石 英作為主成分的納米粉末的折射率的溫度特性在一30 + 7(TC幾乎沒有 變化，基本穩(wěn)定的緣故。從而，通過作為母材的高分子聚合物系的折射率 匹配劑含有以純石英作為主成分的納米粉末，可以緩和折射率匹配體R的 折射率的溫度特性變化。
此外，將折射率匹配劑和微小體的混合重量比設(shè)為10: 1 1: l是因
為當(dāng)混合重量比小于10: l時，通過含有微小體而緩和折射率匹配體R
的折射率的溫度特性變化的效果不明顯，在實(shí)際應(yīng)用上沒有意義。此外，
如果混合重量比超過l: 1，則折射率匹配體R的粘性提高，很難向HF361 和SMF371的連接部進(jìn)行涂敷和安裝。
接著，對折射率匹配體R—例進(jìn)行說明。
對于在一3(TC下的折射率為1.458的高分子聚合物系的折射率匹配劑 中，將納米粉末(示y力17 $夕口y社制、粒徑37nm的Si02微粒)以高 分子聚合物系的折射率匹配劑和納米粉末的混合重量比成10: 5的方式進(jìn) 行混合，制作折射率匹配體R。
如圖23所示，高分子聚合物系的折射率匹配劑具有將橫軸設(shè)為溫度 (°C)、縱軸設(shè)為折射率時的遵從由點(diǎn)線表示的溫度特性線B所示的溫度 特性。溫度特性線B中，在一30'C下的折射率是1.458、在+ 70'C下的折 射率是1.42、在溫度范圍一30 +70'C下的折射率的平均溫度系數(shù)是約一 4.0X10—V。C。在這里，所謂折射率的平均溫度系數(shù)是指在某個溫度范圍內(nèi)
的每rc的折射率變化量。
此外，折射率匹配體R具有遵從由實(shí)線表示的溫度特性線A的溫度 特性。溫度特性線A中，在一3(TC下的折射率是1.458、在+ 7(TC下的折 射率是1.44、在溫度范圍一30 + 7(TC下的折射率的平均溫度系數(shù)是約一 2.0X10—VC。由于折射率匹配體R含有納米粉末，因此緩和了折射率的 溫度特性變化，與不含有納米粉末的高分子聚合物系的折射率匹配劑相 比，折射率的平均溫度系數(shù)變成一半的值。
以下，說明本實(shí)施方式的作用。
在光纖的連接部301中，由于將HF361經(jīng)由折射率匹配體R，與 SMF371對正連接，因此由毛細(xì)管現(xiàn)象，HF361的各空孔364內(nèi)的折射率 匹配體R從端面361a侵入數(shù)百u m的深度。
在這里，如圖23的溫度特性線A所示，折射率匹配體R的折射率隨 著溫度升高漸漸降低，在實(shí)際使用中的最低溫度一30'C下是1.458、在實(shí) 際使用中的最高溫度+ 70'C下是1.44。
從而，折射率匹配體R的折射率在一30。C以上的溫度區(qū)域， 一直處于 HF361的包層363的折射率以下，因此即使折射率匹配體R侵入到各空孔 364內(nèi)，也不會在中央部的原本的芯部362周圍形成假芯部。
因此，光纖的連接部301是，在實(shí)際使用中的溫度范圍(一30 + 70 。C)內(nèi)，能夠防止從原本的芯部(HF361的芯部362以及SMF371的芯部 372)的光的耦合現(xiàn)象。換言之，由于連接后的HF361的實(shí)際的芯部直徑(模場直徑(MFD))在連接前后不變，因此HF361和SMF371之間的連
接損失小。
此外，在光纖的連接部301，由于折射率匹配體R含有以折射率的溫
度特性變化幾乎沒有的純石英作為主成分的納米粉末，因此在實(shí)際使用上 的溫度范圍，緩和折射率匹配體R的折射率的溫度特性變化，抑制了HF361 的端面361a以及SMF371的端面371a的光反射，從而反射量小。因此， 能夠以低反射連接HF361和SMF371。
在上述實(shí)施方式中，對HF361和SMF371連接的實(shí)例進(jìn)行了說明，但 也可以連接HF361彼此間。此外，替代與包層363相比芯部362的折射率 更高的HF361，也可使用芯部和包層的折射率相互相等的HF。在該情況 下，也可以獲得與上述相同的效果。
此外，替代HF361，使用如圖16所示的光子晶體光纖(PCF) 351， 也能獲得與上述相同的作用效果。PCF351在芯部352的周圍形成包層353， 以在該包層353內(nèi)圍繞芯部352的方式蜂巢狀配列形成朝芯部352的軸方 向延伸的多個空孔354，構(gòu)成光子能帶隙構(gòu)造的衍射光柵。
本實(shí)施方式的光纖的連接部301并不局限于使用的HF或者PCF的空 孔的個數(shù)、在包層內(nèi)分布的空孔分布直徑。
下面，對收容有光纖的連接部301的對正型光纖連接器的一例進(jìn)行說明。
如圖14所示，本實(shí)施方式的單心機(jī)械接頭331除了使用在圖22和圖 23中說明的折射率匹配體R這一點(diǎn)之外，具有與圖20中說明的機(jī)械接頭 391相同的構(gòu)成。
艮口，機(jī)械接頭331具備V槽基板，具備將相對的光纖相互對正并支 撐、定位調(diào)芯的V槽；與基板332重合，并擠壓向V槽插入的光纖的蓋 部件333;用于夾持基板332和蓋部件333的夾持部件334。
在基板332和蓋部件333的重合部的側(cè)端部形成有楔插入部335，其 兩端形成有引導(dǎo)孔336?？痼w337由基板332和蓋部件333構(gòu)成。
在機(jī)械接頭331中，預(yù)先在光纖的對正位置(基板332和蓋部件333 的內(nèi)面中央部)填充在圖22和圖23中說明的折射率匹配體R，在使基板 332和蓋部件333被夾持部件334夾持的狀態(tài)，向楔插入部335插入楔使
得在基板332和蓋部件333之間形成間隙，再從引導(dǎo)孔336向該間隙插入 已進(jìn)行末端處理的HF361和SMF371，從而在V槽內(nèi)對正，之后，將楔拔 出，用基板332和蓋部件333把持HF361和SMF371，實(shí)現(xiàn)固定連接。
由此，能夠在機(jī)械接頭331的筐體337內(nèi)收容如圖22中說明的光纖 的連接部301，實(shí)現(xiàn)HF361和SMF371的對正連接。
該機(jī)械接頭331與采用通過粘合劑或者熔敷進(jìn)行永久連接的方法的光 纖連接器不同，能夠反復(fù)使用。機(jī)械接頭331在波長1.55 um下、室溫附 近的連接損失是約0.08dB。
圖24表示連接后的機(jī)械接頭331的在溫度范圍一3(TC + 7(TC上的 反射量的溫度特性。在圖24中，橫軸表示時間，左縱軸表示溫度CC)、 右縱軸表示反射量(dB)，并將在每規(guī)定時間變化5。C的溫度用黑色矩形 塊表示、將此時的反射量用黑色菱形塊表示。
如圖24所示，連接后的機(jī)械接頭331的反射量在整個溫度范圍內(nèi)小 于一41dB，相對實(shí)用上的充分的值(一40dB)很穩(wěn)定。此外，雖然未圖示， 但在波長1.551im下的連接損失，也在所有溫度范圍內(nèi)小于0.1dB，很穩(wěn) 定。
這樣，機(jī)械接頭331由于預(yù)先填充有折射率匹配體R，因此能夠以低 損失且低反射連接HF361和SMF371。連接損失值與通常的SMF彼此的 連接損失值相等。
此外，機(jī)械接頭331由于預(yù)先填充有折射率匹配體R，因此連接后的 連接損失以及反射量的溫度特性穩(wěn)定。反射量值的變動幅度與通常的SMF 彼此間的連接損失和反射量的變動幅度相等。即，機(jī)械接頭331的連接損 失和反射量的溫度特性變化小，尤其即使在低溫區(qū)域連接損失及反射量也 低。
上述實(shí)施方式是表示了 HF361和SMF371通過機(jī)械接頭331連接的實(shí) 例，但也可以HF361相互間、PCF351和SMF371、 PCF351相互間通過機(jī) 械接頭331連接。在此情況下，也能夠獲得與上述相同的效果。
作為對正型的光纖連接器，上面對使用V槽型的機(jī)械接頭331的實(shí)例 進(jìn)行了說明，但可以使用其他V槽連接器、毛細(xì)管型連接器等所有對正型 光纖連接器。
此外，除了可反復(fù)使用的這些光纖連接器以外，還可以使用采用環(huán)氧
系紫外線硬化性粘合劑兼作折射率匹配體R的永久連接方法的光纖連接器。
本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)， 在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易聯(lián)想到的范圍內(nèi)的各種變形都包含在本發(fā)明 當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種光纖，具備折射率高的芯部和圍繞該芯部的折射率小的包層、且在該包層形成有沿光纖軸向延伸的多個空孔，其特征是在所述多個空孔的端部形成有密封部，該密封部由折射率與所述包層相同或者更小且直徑為100nm以下的石英系微粒、和折射率與所述包層相同或者更小的光學(xué)粘合劑構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求l所述的光纖，其特征是 所述石英系微粒是具有30至40nm的直徑的石英微粒。
3. 如權(quán)利要求2所述的光纖，其特征是所述石英系微粒是摻雜有用于降低折射率的添加劑的石英微粒。
4. 如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征是 所述光學(xué)粘合劑是紫外線硬化性的光學(xué)粘合劑。
5. —種光纖連接器，其特征是在權(quán)利要求1所述的光纖上安裝套圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖、光纖的連接方法以及光連接器。光纖在芯部周圍具有多個空孔的光纖的連接端部附近的空孔中填充有折射率比石英系材料低的樹脂或者玻璃等透光性物質(zhì)。該光纖的連接部將在芯部周圍的包層內(nèi)具有多個空孔的光纖連接到其他的光纖上，其中，經(jīng)由在實(shí)際使用中最低溫度下的折射率比所述芯部低的折射率匹配劑，將所述光纖與所述其他的光纖對正連接。
文檔編號G02B6/26GK101173999SQ20071018484
公開日2008年5月7日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者中居久典, 倉島利雄, 大園和正, 兵 姚, 平松克美, 立藏正男, 荒木榮次, 黑澤芳宣 申請人:日立電線株式會社;日本電信電話株式會社