JP2000512770A - 光ファイバを接続する方法及び相互接続 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 合致した屈折率を有するゲル材料を使用しないメカニカル光ファイバスプライスであって、ファイバ端は緊密な軸方向圧縮接触状態に準備され、ファイバ端面は、スプライス要素を、加熱、弾性変形または可塑性変形する結果として、軸方向圧縮下で光学的に整列した緊密な接触状態にあるスプライス要素内に維持される。固定型締機構（２５）はスプライスネスト（２０）の左側で作動工具（１７）に取り付けられ、ファイバがスプライスを出るときに即座にファイバを把持するように位置決めされた。第２のファイバクランプ（２３）は、およそ０．１インチ（２．５mm）の行程で線状ボールスライド上でスプライスネスト（２０）の右側に装着された。圧縮バネ（２６）はボールスライドに接触しており、スプライスネスト（２０）の反対側にあり、ネジは工具基部に装着され、圧縮バネ（２６）がボールスライドを介してファイバ上にかける力を調節するのに使用された。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバを接続する方法及び相互接続 発明の背景 本発明は、光ファイバの相互接続の改良された方法に関し、１つの態様では、 光ファイバの端が光学的に整列され、一緒に押圧され、スプライシング要素によ る軸方向圧縮下で維持される新規「乾燥」すなわちゲルのないメカニカル光ファ イバ相互接続に関する。 先行技術の記載 光ファイバスプライスは公知であり、当業界はファイバ端を光学的に整列させ てファイバ端の整列を保持する要素であふれている。現在利用可能な大半のメカ ニカルスプライスでは切開したファイバ端が使用されている。これらのスプライ スは、ファイバのコアと同一の屈折率を有する、通常ゲルまたはオイルのカップ リング媒体を含む。この屈折率合致材料を使用して、スプライスする対象の一対 のファイバ端面の間の間隙を満たす。 本発明に使用されるこの型のスプライス要素を示す先行技術は、米国特許第４ ,８２４,１９７号及び第５,１５９,６５３号に開示されている。 メカニカルスプライスはすべて、屈折率合致ゲル材料を含む。変動する温度で 材料の屈折率が変わり、結果として光学信号が変動し、主にリターンロスが上昇 するため、温度サイクルで問題のあるメカニカルスプライスもある。従って、フ ァイバ端に傾斜した切開を使用しないメカニカルスプライスは、問題を呈し、ま ず第１に必ずしも温度サイクル仕様に合致せず、第２に屈折率合致材料が必要で あ る。しかし、メカニカルスプライスは技術者が現場で完成するのが容易である。 メカニカルスプライスを受容可能にし溶融スプライスに容易に匹敵させる方法で メカニカルスプライスを改良することが、方法によって企図されている。接続用 にファイバ端を準備する既存の技術を本発明に使用して、乾燥した、すなわちゲ ルのないメカニカルスプライスを提供する。 発明の開示 本発明は、光ファイバをスプライスするための新規及び改良された方法を提供 する。方法は、ファイバの端をコアの間で緊密に軸方向に圧縮接触するようにス プライスして準備するステップと、ファイバ端をファイバスプライス要素内のフ ァイバ通路の対向する端内に入れるステップと、ファイバ端の界面に圧縮力をか けて、０℃〜４０℃の間の温度サイクルにわたってファイバコアの緊密な軸方向 接触を保持するステップと、を含む。この圧縮接触は、要素を作動する前にスプ ライス要素通路内でファイバに軸方向圧縮力を加えるか、応力が除去されるとき にスプライス要素がファイバ端に軸方向圧縮を加えるように要素の作動前にスプ ライス要素に応力をかけるか、または、作動後に変形圧力を要素に加えて光ファ イバの端に圧縮応力を加えて所望の温度範囲にわたって緊密な軸方向圧縮接触状 態に維持することによって提供される。ファイバ端をスプライス要素に挿入して それを作動する前に、要素を加熱するか、ファイバ通路に沿って要素を曲げるか 伸ばすかすることによって、スプライスに応力を加えることができる。また、フ ァイバ端界面への圧縮力は、力を加えて要素を変形し押圧してファイバ端を緊密 な圧縮接触状態にすることから生じる。更に、これらの手順の組み合わせも企図 されており、すなわち、スプライス要素を加熱し、バネまたは機械的 に加えられた圧縮接触下でファイバ端を要素内に置くことである。 スプライス要素の作動前に金属要素を１００〜１２０℃の温度へ加熱して、作 動はファイバ端を整列させ結合して、スプライスが室温に戻るときにファイバ端 を整列した緊密に軸方向に圧力接触した状態にファイバを効果的に保持するよう 作用する。加える熱の量は、業界では通常広く使用され、ベルコア（ニュージャ ージー州、モリスタウン、ベルコミュニケーションズリサーチ(Bell Communicat ions Research)）文書ＴＡ-ＮＷＴ-000765及びＧＲ-765に公開されている、ベル コア仕様の温度サイクル試験に使用される温度を超える。 ファイバ端をFibrlok^TMスプライスのスプライス要素内に緊密接触状態にした 後、要素に力を加えて、材料を変形させるかまたは応力を加えて、材料にファイ バへ圧縮応力をかけさせて、ファイバを圧縮接触状態にさせる。 本発明の相互接続は、通路のほぼ中間点でファイバの端を受ける長手方向の通 路を有するスプライス要素と、屈折率合致材料を含まずに互いに対して軸方向圧 縮状態に置かれたファイバ端と、を具備する２つの単一モード光ファイバの間の 光スプライスである。 本発明のスプライスは、金属スプライス要素内に位置決めされ型締めされた２ つの光ファイバ端をスプライスすることを企図する。多様な方法の１つを介して 、ファイバ端は、互いに対して光学的に整列された緊密な軸方向圧縮状態に置か れて保持される。本発明のスプライスは屈折率合致材料を含まない。 図面の簡単な説明 添付図面を参照して本発明を更に詳述する。 図１は、切開された光ファイバの端の側面図である。 図２は、切開され面取りされたファイバ端の斜視図である。 図３は、図２の切開され面取りされたファイバ端の側面図である。 図４は、接触状態に置かれた一対の切開されたファイバ端の側面図である。 図５は、一方のファイバの端が切開されて、他方のファイバの端が切開され面 取りされ、端は接触状態に置かれている一緒に圧力をかけられた一対のファイバ 端の側面図である。 図６は、本発明の方法を実行して本発明の所望のメカニカルスプライスを獲得 するためのスプライス工具の上面図である。 図７は、本発明によって準備されたスプライスの試験データを例示するグラフ である。 図８は、ボールスライドに装着された可動ファイバクランプを組み込むスプラ イス工具の上面図である。 図９は、スプライス要素が本発明によって作動されたスプライスの長手方向部 分断面図である。 図１０は、様々な測定可能な圧縮力をファイバに加えてスプライス要素内のフ ァイバ端に圧縮を加える機構を有する修正されたスプライス工具の上面図である 。 図１１は、ファイバ界面のファイバ上に圧縮軸方向力をかけて維持するために 、作動前にスプライス要素を伸ばす修正されたスプライス要素及び修正されたネ スト要素を示す正面図である。 図１２は、図１１のスプライス要素及び工具の端面図である。 図１３は、ファイバ端の挿入のためにスプライシング工具のハウジングに位置 決めされた修正されたスプライス要素の更なる実施例の正面図である。 図１４は、図１３のスプライス要素の端面図である。 図１５は、曲げ圧力を加えて圧力応力をファイバ端にかけるスプ ライス要素の図である。 好適な実施例の詳細な説明 本発明は、改良されたメカニカルスプライスとスプライスを獲得するための新 規方法とに関する。図面において、本発明の新規特徴を例示するよう組み込まれ ており、図面にわたって同一の部品を確認するために同一の符号を使用する。 光ファイバの端を磨くことは可能であるが、時間がかかり、正確を期すのが困 難であるため、現在利用可能な大半のメカニカルスプライス構成には切開したフ ァイバ端が使用される。切開は、まず、光ガラスファイバのクラッドの外周辺上 の極めて小さな点に切り目をつけるか、または切り込む。次に、切り目をつけた ところに、引張荷重または曲げ荷重を加えて、ファイバを、ファイバ軸に対して ほぼ垂直に割る。切開手順により、図１参照のファイバ端面８ができ、ファイバ コア９用に機械的に獲得可能な最も容易に獲得できる欠陥のない表面を有する。 現在利用可能な大半のメカニカルスプライス構成は、ファイバ１０のコア９と同 一の屈折率を有するカップリング媒体、通常はゲルまたはオイルを含む。この屈 折率合致材料を使用して、スプライスされる一対のファイバ端面８、図４参照、 の間の界面で間隙を満たす。この間隙は、切り目痕または切り込みと直接対向す る点で起こりうるへこみまたは突起物１１によって発生する。 この状態は、他の望ましくない状態と同様、通常は切開手順内の固有の問題に よって生じる。多くの異なった工具が先行技術には記載されており、様々な精密 度で、垂直切開操作を行う。精密度は、マイクロ干渉計で測定し、端の平坦度及 び傾斜度の両方を測定する。 切開過程によって生じる望ましくない特徴は、ファイバの端の面 取りを研削することによって除去することができる。単一モードファイバの端で 研削された面取り１３の円錐形状は、手動でも自動でも操作される既存の工具を 使用することによって、容易に生成される。そのような面取り研削工具の１つが 、ミネソタ州、セントポールのミネソタマイニングアンドマニュファクチャリン グ杜、３Ｍ、の１９９５年３月２３日に公開された公開第ＷＯ９５／０７７９４ 号に記載されている。円錐形端部１３の面取り角度または夾角は、４０度〜１６ ０度であるが、工具を簡単に調節することによって容易に獲得することができる 。角度が変わると、端面の寸法が変わる。ファイバの長さは、簡単な取付具で容 易に設定することができ、ひとたび設定されると、生成された角度は、範囲幅は １０度以内でファイバからファイバへ一貫している。端面領域またはその直径は 、ファイバの端から除去される材料の量によって決定される。自動面取り工具で は、これはファイバが研削される時間の量によって制御される。より多くの時間 がかかると、端面の直径は小さくなる。手動面取り工具では、ファイバが研磨媒 体に対して回転する回転数によって制御され、回転数が多くなると、端面の直径 は小さくなる。ひとたび工具パラメータが設定されると、端面直径の制御は一貫 する。端面直径は、研磨媒体が摩耗による交換を要求する前に数多くの面取りサ イクルに対して、通常±０．０００２インチ内で維持することができる。ファイ バの端面の表面積は、ファイバの端を面取りすることによって大幅に減少する。 図５は、切開したファイバ１５を隣の切開して面取りしたファイバ１６と比較す ることによってこの低下を示す。ファイバの端を０．００１５インチへ面取りす ることによって、これはスプライス試験の間に最も使用される直径であるが、フ ァイバ端面の表面積が、９０％減少する。端面の周辺の周りにある切開操作によ る不備は除去される。端面の縁は、ファイ バの端面と側面との間の角度を増大することによって、強化される。スプライス 試験の間に最も使用される角度は、９０度の夾角すなわちファイバの軸から４５ 度であった。 表面積の減少は２つの理由で重要である。第１は、完全に平らな垂直端面を産 することがほとんどないファイバ切開操作に関与する。ファイバ軸に対して垂直 から1 1/2度までの角度が、端面で通常発生する。一対のファイバ１５、１６が かみあい、両方とも傾斜した端面を有するならば、ファイバコア間に間隙が形成 される。図４はこの状態を示す。ファイバの一方のみ、ファイバ１６を面取りす ることによって、傾斜関係をそのまま保ち、ファイバ１６に０．００１５インチ （０．０４mm）直径の端面を使用して、間隙は６６％減少する。 第２の理由は、ファイバコア９が緊密に接触した状態であり、その間に間隙が 存在しない点へ、両方のファイバ端面を弾性的に変形させるのに必要な軸方向圧 力の量に関与する。ファイバ上の圧力が一定を保ち、ファイバ端面の表面積が減 少するのであれば、ファイバ界面で経験する総圧力は増大する。この利益、すな わち、ファイバ端界面圧力を増大してファイバコアの間に緊密な圧力の軸方向接 触を提供することが、重要である。長さ２５０ミクロンのバッファ塗布ファイバ にその端面までずっと伝達することのできる力の量は、極めて小さい。標準長さ １．５００インチ（３８．１mm）のFibrlok^TMスプライスを例として使用して、 ファイバをスプライスに1/2だけ挿入するが、これは、０．７５０インチ（１９m m）の距離である。これは、力を長手方向に端面へ伝達するためにファイバを何 らかの装置によって把持することができる最近接点であろう。２５０ミクロンフ ァイバのガラス部分の直径は０．００５インチ（０．１２５mm）である。これは 、力の伝達には不良な長さ対直径比（１５０対 １）である。スプライス入口穴は、ファイバの外直径の数千倍大きく、隙間を提 供し、軸方向圧力下におかれるとファイバは曲がる。この圧力が大きすぎると、 ファイバは座屈し、損傷または破損が発生する。 ファイバを切開し面取りすることによって得られる利益は、ファイバの端を磨 くことによっても獲得することができる。切開によって発生する望ましくない欠 陥が除去される。面の表面積が大幅に減少する。ファイバ縁強度は通常、使用さ れる端面外形によって改良される。端面外形の制御は、使用される機器及び手順 に左右される。磨きは加熱磨きまたは研磨磨きによって得ることができる。加熱 磨きはファイバ表面の溶融を意味し、研磨磨きは、研磨媒体でガラスを除去する ことを伴う。ファイバの端面にひっかき傷を残す研磨に関連していくつかの不利 点がある。より微細な研磨グリットを使用すると、これらのひっかき傷の大きさ 及び深さが減少し、表面仕上げは改良されるが、ひっかき傷は必ず残る。より微 細な仕上げが所望されればされるほど、より多くの磨き工程が必要となり、より 多くの時間がかかる。 大半の顧客は、光ファイバスプライスが標準ベルコア（Bellcore）性能規格に 適合することを期待する。限界は、−４０℃〜８０℃の温度範囲にわたるターン ロスに定められる。典型的なスプライスは、光屈折率合致材料を含み、これらの 温度の極値で、または極値に近づくと不良リターンロスを表示する。室内用途に は、０℃〜４０℃の間で緊密な接触が維持されなければならない。 メカニカルスプライス内の屈折率合致材料に関する懸念は、光屈折率合致材料 を改良するか、または光屈折率合致媒体を排除することによって解決される。光 屈折率合致媒体を排除するために、ファイバの端を改良して、端面間の緊密な接 触を保証しなければならな い。前述したファイバ端準備手順によって、端面間の緊密な軸方向圧力接触が可 能になり、屈折率合致材料の使用を排除することができる改良されたファイバ端 が生ずる。 これらの改良されたファイバ端面を試験するために、屈折率合致ゲル及び／ま たはオイルを加えずに、すなわち「乾燥」スプライスで、Fibrlok^TMスプライス を工場で製造した。一対の１２５ミクロン単一モードファイバを、垂直から１度 の範囲内で、剥離し切開した。ファイバを次に、９０度夾角及び図５に例示した ファイバ１６に類似した０．００１５インチ直径の端面で面取りした。それらを イソプロパノールの無リント布で湿らせることで清浄にした。すなわち、ファイ バを布で巻き、引っぱり、最後にファイバの先端を布で数回拭いた。ファイバは 次に、標準制定手順でスプライスに挿入され、スプライスを作動した。 Textronics Fibermaster^TM OTDRを使用して、全試験中のスプライスの性能を 測定した。測定は、精度を高めるために、両方のファイバで、スプライスの各端 で１回ずつ取った読取値を平均して行った。いくつかのスプライス試料は室温、 ２６℃で作られ、結果は全試料で類似した。挿入損失は−０．２ｄＢ未満、リタ ーンロス、（後反射）、は−２０ｄＢ〜−４５ｄＢの範囲であった。スプライス は温度サイクルチャンバ内に入れられ、−４０℃〜８０℃のベルコアパターン試 験を受けた。各温度で１時間ずつで、各温度の間に１時間半の移行期をおいた。 この試験の間中、挿入損失は全スプライスで安定しており、変動は１／１０ｄＢ 末満であり、全スプライスのリターンロスは、４０℃を超える温度で−１８ｄＢ 範囲へ上昇することが注目された。０℃未満では、全スプライスは、最初の室温 測定値から改良し、−４０ｄＢ〜−６０ｄＢの範囲であった。 これらの結果の説明は下記の通りである。Fibrlok^TM要素はアル ミニウム製である。アルミニウムの熱膨張率は１℃当たりの単位長さで０．００ ００２３８である。ガラスの熱膨張率は０．００００１０２〜０．００００００ ０５であり、その化学組成に左右される。従って、アルミニウムはガラスよりも 速い速度で膨張し収縮する。Fibrlok^TM要素は作動時にガラスファイバを把持す る。ファイバは実際に要素表面に軽く包埋されており、ファイバと要素との間に 滑りは発生しない。試験スプライスが室温で作られるとき、ファイバ端が変形し ないように、ファイバ端は標準スプライスアセンブリ手順を使用して互いに軽い 呼び接触に置かれ、この手順はスプライス外部のファイバのバッファ部を曲げる ことから生じる力を利用して、ファイバ端面がスプライス内部と接触することを 保証する。熱試験チャンバの温度が、スプライスが組み立てられた温度を超えて 上昇すると、アルミニウム要素はガラスファイバよりも速い速度で膨張して、フ ァイバ界面の全圧力が解除されファイバが分離し始める。ファイバが分離すると 、ガラス／空気／ガラスの界面のため、高いリターンロスが測定される。この状 態は、熱チャンバ温度がスプライス組立温度より下がると、逆転する。温度が室 温より下に下がると、アルミニウム要素は、ガラスファイバよりも速い速度で収 縮し、低いリターンロス読取値を産するガラス／空気／ガラス界面を減少させ排 除する。リターンロスパターンは、１つのサイクルから次のサイクルまで一貫し たままである。 これらの試験が本発明を導く。本発明の方法は、スプライスが今まで受けた最 高の温度よりも高い温度まで乾燥Fibrlok^TMスプライスを加熱して、ファイバを この「熱い」スプライスに挿入して、作動することを含む。これは、ファイバ端 面が、低いリターンロスを産する目標の操作温度内で常に緊密接触をしているこ とを保証する。 例として、市販のFibrlok^TMスプライス作動工具１７を図６に例 示するように修正して、スプライスに熱を加えた。プラスチックスプライス保留 ネストを機械にかけて工具の基部から外し、アルミニウム製の新しいネスト２０ と取り替えた。このネスト２０は、直径１／８インチ（３．１７mm）、長さ１イ ンチ（２５．４mm）で電動式の２本の２５ワットカートリッジヒーター２１、２ ２を収容した。ヒーターは、オグデン（Ogden）デジタル制御器によって、＋／ １℃の精度で制御された。スプライスネストは、できるだけ速く熱をスプライス に伝達するために、機能に影響を与えずにできるだけ多くのスプライスを囲繞す るように設計された。熱電対を金属製Fibrlok^TMスプライス要素の中央の内部に 置き、それをスプライスに組み立てて、スプライスを修正工具内に置いた。スプ ライスは別個に４回、室温から１００℃まで加熱した。スプライス要素が目標温 度に到達する平均時間は５０秒であった。スプライスを工具から取り除いたとき 、スプライス要素を室温まで冷却するのに３〜４分必要であった。 スプライスは試験され、第１のスプライス試験用の温度制御は１００℃に設定 されたが、これはベルコア試験手順に記載の最高温度より２０度高いものであっ た。乾燥Fibrlok^TMスプライスを加熱したアルミニウムネストに挿入し、１００ ℃の温度で１分間ソーキングした。一対のファイバを１度以内で切開して、０． ００２インチ（０．０５mm）直径の端面に面取りした。ファイバは加熱したスプ ライスに挿入され、スプライスは作動され、冷却され、温度試験チャンバに置か れた。室温で取られた第１の性能測定値は、−０．１０ｄＢの挿入損失を示し、 総変動は０．０２ｄＢであった。平均リターンロスは−５６．７ｄＢであり、総 変動は３．７ｄＢであった。結果は、光学信号の安定性を示した。通常のバッフ ァされたファイバ抑制２３及び作動レバー２４は工具１７上に残った。 別のスプライスを準備して、先のスプライス試験と同一のパラメータを使用し て組み立てた。この試験データを例示するグラフを図７に示す。室温で取られた 第１のリターンロス測定値は−５７．５ｄＢであった。スプライスは徐々に１０ ０℃まで熱し戻され、６０℃から５度ごとに測定した。リターンロスは８０℃ま で徐々に減少し、この点から、９０℃で−８３ｄＢでピークに達するまでは、速 い速度で減少した。９０℃〜１００℃の間では、リターンロスは急激に上昇し、 １００℃で−３６ｄＢに達した。スプライスは次に冷却した。第３の冷却サイク ルの実行は、第１と類似の結果を得たが、ピークが９４℃（−９３ｄＢ）で観察 されたことが異なる。このサイクルの間に、スプライス冷却傾向を記録した。冷 却の間に、リターンロスは速い速度で減少し、８３℃で−９３ｄＢのピークにな った。次に７０℃で−６３ｄＢまで急激に上昇し、その後、緩徐な上昇になった 。冷却サイクルは−４０℃で停止し、リターンロス読取値は−５６．８ｄＢであ った。第３のサイクルを行ったが、第２と同一のパターンをたどり、わずかに結 果が良好であった。図７のグラフを見ると、リターンロスは、およそ２０度の範 囲で、急激な上昇の後、急激な減少がある。ピーク、すなわち最低の読取値は、 ピークの熱い方の側でファイバの接触と分離との間の転移点である。冷たい方の 側では、収縮するアルミニウムによってファイバ界面で生成された圧縮力がガラ ス密度を変えさせ、それが屈折率を変えると理論づけられる。これが結局安定化 させ、温度が低下したときにリターンロスの上昇がほぼ横ばいになる。光学信号 は、ベルコア操作温度及び試験範囲の−４０℃〜８０℃で、かなり安定であるこ とが注目される。 第２の工具修正を図８に示すが、ここでは、固定圧締機構２５がスプライスネ スト２０の左側で作動工具１７に取り付けられ、ファ イバがスプライスを出るときに即座にファイバを把持できるように位置決めされ る。第２のファイバクランプ２６は、スプライスネスト２０の右側に、線状ボー ルスライド上におよそ０．１インチ（２．５mm）の行程で装着された。圧縮バネ ２８はボールスライドと接触状態にあり、スプライスネスト２０の反対側にあっ た。ネジ２９は工具基部に装着され、圧縮バネ２８がボールスライドを介してフ ァイバにかけた力を調節するために使用された。 乾燥Fibrlok^TMスプライスは工具内に置かれ、一対のファイバは、１度未満の 切開角度と、各ファイバ端で０．００１５インチ（０．０３８mm）の面取り直径 と、を有して準備された。工具は１００℃まで加熱され、ファイバの１つはスプ ライスのほぼ真ん中で左手側に置かれ、圧締めされた。第２のファイバは、第１ のファイバに接触するまでスプライスの右手側に入れられ、圧締めされた。力調 節ネジは、およそ０．３ポンドの圧縮力が生成されるまで回転され、次にスプラ イスを作動して、ファイバ端を圧締めした。次に両方の圧締めを解除した。リタ ーンロスは−５６．９ｄＢであり、スプライスは工具内で依然として１００℃で であった。次にスプライスを冷却した。測定値はこの冷却サイクル中に取られた 。結果を記入した。スプライスは−４０℃まで冷却された。リターンロスは−５ １．８ｄＢまで上がり、挿入損失は−０．１１ｄＢのままであった。次にスプラ イスを加熱し、５度ごとに測定した。１５１℃で転移部に達し、そこでは−８０ ．３ｄＢの測定値が記録された。この温度を超えると、リターンロスは急激に上 昇した。スプライスは１６５℃の温度から再度冷却された。１３４℃で転移部に 達し、測定値は−８０．３ｄＢであった。その後、リターンロスは１５〜２０度 の間で急激に上昇し、次に上昇は極めて緩徐になった。 圧縮バネファイバ予圧に加えられた軸方向の圧縮が、ファイバが 分離する温度を上げ、一方、リターンロスを先の試験と比較して低い温度に保っ た。光学信号は、ベルコア操作温度試験範囲で、かなり安定であった。 一連の試験は、圧縮バネ予圧法を使用してスプライスを組み立てることを含ん で実行されたが、スプライス要素に熱は使用しなかった。乾燥Fibrlok^TMスプラ イスは、室温に保たれた工具ネスト内に置かれた。一対のファイバが、切開角度 が１度未満で、面取り直径が０．００１５インチ（０．０３８mm）で、準備され た。ファイバは、先の試験と同様にクランプに把持された。およそ２ポンド（０ ．９ニュートン）の圧縮力をファイバの右側に加え、次にスプライスを作動して 、すべての圧締め力を除去した。加熱用のファイバ端面転移部は、１２９℃〜１ ３４℃の間であった。冷却用の転移部は、１１４℃〜１２０℃の間であった。第 １の加熱サイクル後、すべての残りのサイクルパターンは、ベルコア操作温度試 験範囲の中で互いに極めて一貫していた。 図９に示すFibrlok^TMスプライスの本体２８及びキャップ２９は、３０％ガラ ス添加液晶ポリマーから形成され、有害作用を伴わず上述の温度に耐えることが でき、スプライス要素３０はアルミニウムから形成される。 作動工具１７の更なる修正を図１０に示す。修正は、固定されたファイバ圧締 め工具２５の反対側のスプライスネスト２０の左手側の隣に置かれるフォースゲ ージ３５を追加することであった。フォースゲージ測定プローブは、ピボットア ームの一端を押しつけ、ピボットアームは次に可動ファイバクランプを押しつけ た。ピボットは、フォースゲージ／線状スライド圧縮によって生成される力が１ ０対１まで低下するように位置決めされた。これは、スプライスを作る可動ファ イバの力測定の精度を改良する。 ４つのFibrlok^TMスプライスを、新規作動工具を使用して組み立てた。ファイ バ端面軸方向圧縮予圧を、フォースゲージ／線状スライドアセンブリで加えた。 加熱されたスプライスネスト２０は使用せず、熱は加えなかった。４つのスプラ イスのうちの２つは、面取りしたファイバ界面に対して面取りされたファイバを 有し、残りの２つのスプライスは、切開したファイバ界面に対して面取りされた ファイバを有した。４つの完成したスプライスを、長時間のベルコアパターン温 度サイクル試験のために熱温度サイクルチャンバ内に置いた。サイクルパターン は、４時間完全サイクルに早められ、（１）−４０℃で1/2時間、（２）−４０ ℃から８０℃への転移時間が1 1/2時間、（３）８０℃で1/2時間、（４）８０℃ から−４０℃の転移時間が1 1/2時間、を連続して繰り返す。この試験の目的は 、乾燥したファイバ界面がベルコア温度試験パターンの繰り返し試験に耐えるこ とができるのを実証し、最初から最後まで光学信号の一貫性を調べることである 。この取付具で組み立てられた４つのスプライスは、５３０回の完全サイクルに 耐え、８９日かかった。測定は、より正確を期すために、スプライスの各端で１ 度ずつ、両ファイバから取った読取値を平均することによって、ＯＴＤＲで行っ た。 スプライス１、２は、面取りしたファイバ界面に対して面取りされたファイバ を有し、スプライス３、４は、切開したファイバ界面に対して面取りされたファ イバを有した。スプライス１は、直径０．００１５インチ（０．０３８mm）の端 面を有し、０．２２ポンド（０．９ニュートン）のファイバ予圧力で組み立てら れた。総リターンロス変動は９．５ｄＢであり、挿入損失変動は０．０５ｄＢで あった。スプライス２は、直径０．００１５インチ（０．０３８mm）の端面を有 し、０．２ポンド（０．８９ニュートン）のファイバ予圧力で組み立てられた。 総リターンロス変動は１４ｄＢであり、挿入損失 変動は０．０５ｄＢであった。スプライス３は、直径０．００１５インチ（０． ０３８mm）の１つの端面を有し、０．３ポンド（１．３３ニュートン）のファイ バ予圧力で組み立てられた。総リターンロス変動は３１ｄＢであり、挿入損失変 動は０．１１ｄＢであった。スプライス４は、直径０．００１インチ（０．０２ ５mm）の１つの端面を有し、０．１ポンド（０．４４５ニュートン）のファイバ 予圧力で組み立てられた。総ロス変動は６ｄＢであり、挿入損失変動は０．０５ ｄＢであった。スプライス３を除いて、結果は良好で安定な信号を示し、試験の 最初から最後まで性能に変化はなかった。スプライス３は高温では性能が不良で あった。ＯＴＤＲでより厳密に試験すると、８０℃でファイバ端面は転移部に達 したことがわかった。いくつかのサイクルでは、端面は接触した状態であり、優 秀なリターンロスを産したが、他方、８０℃の時間期間で端に向けて分離するサ イクルもあり、リターンロスは不良であった。 図１０に例示する作動工具及び乾燥Fibrlok^TMスプライスを使用して、端面予 圧力の効果とリターンロスとの相関関係を示す試験を行った。一対の２５０μｍ バッファ直径単一モードファイバを、切開角度は１度未満で切開して直径０．０ ０１５インチの端面に面取りした。両方のファイバをスプライスに挿入して、各 々をそれぞれのホルダ内に圧締めした。力は、０ポンドからスプライス外部のフ ァイバが座屈を開始する点まで増加した。座屈は通常０．３ポンド（１．３ニュ ートン）で発生した。開始時には１ポンドの数千分の一ほどの低いインクレメン トを使用し、試験のその後の段階の間には、１ポンドの数百分の一（１ニュート ンの十分の一以下）がよく作用した。各スプライス及びファイバ対で数回試行し 、異なるファイバ対を使用して数回試験を行った。試験結果は実質的に同一であ った。低いリターンロスは通常、０．０１２〜０．０２６ポンド（０． ０５〜０．１ニュートン）で発生した。 Fibrlok^TMスプライス、すなわちスプライス要素がアルミニウム以外の材料か ら製造され、ガラスに近い熱膨張率を有する場合、スプライスを作動する前にフ ァイバ圧縮法を使用すると、リターンロス性能は改良する。アルミニウムほど延 性がありコスト効果の高い利用可能な材料の広い選択はない。銅が近く、この理 論を試験するために選択された。銅の熱膨張率は、１℃当たりの単位長さで０． ００００１４１であり、アルミニウムの熱膨張率は０．００００２３８である。 いくつかの要素を製造し、乾燥銅スプライスを組み立てた。一対のファイバを切 開して直径０．００１７インチ（０．０４３mm）の端面に面取りした。ファイバ 端面は０．２５ポンド（１．１ニュートン）に予圧され、スプライスを作動した 。 試験は、銅を使用すると性能が驚くべきほど良好であることを示した。リター ンロス性能は、第１の加熱サイクル後、ほぼ１０ｄＢほど改良し、残りのサイク ルの間中そのレベルを維持した。より低い温度へ向かう転移点からの湾曲は、ア ルミニウム要素に比較すると平らであるが、膨張率が異なることによると思われ る。より高い温度へ向かう転移点からの湾曲は、アルミニウム要素と同一の急激 な増加である。転移点自体は、アルミニウム要素を使用した先の試験と同一の温 度範囲内にあった。 高品質切開法を使用しファイバの一方または両方に面取り形状を加えて準備さ れ、熱または圧力またはその両方を使用して、「乾燥」すなわちゲルのないFibr lok^TMスプライス内部のファイバ界面に圧縮力の生成によって結合した光ファイ バは、屈折率合致材料を使用せずにベルコア温度サイクル試験の間に溶融スプラ イスと同等の、安定したリターンロス及び挿入損失を産することができる。 スプライス要素に応力を置いて、スプライスが完成するとファイ バの端の間に軸方向圧縮力を維持する別の方法について述べる。そのような方法 の１つは、端からファイバ界面へ向けて金属スプライス要素の内部可塑性変形を 起こさせるのに十分な圧縮を、作動したスプライスの端に加えることである。ス プライス要素は、次の加熱及び冷却環境の間中ずっと界面に圧縮力を加えて維持 する。 更に、図１１は、Fibrlok^TMスプライス要素に匹敵する修正したスプライス要 素３５を概略的に示し、側面に沿って材料を除去するよう修正され、各端に隣接 するカム表面３６を形成し、このカム表面は、図１２参照のファイバ通路３８の 軸に対して傾斜関係にある。作動工具は展開カム３９を形成して有する。展開カ ム３９はカム表面４０を備えて形成され、カム表面４０は、カム表面３６に係合 して、矢印４１で例示するようにスプライス要素３５に力を加えるとスプライス 要素３５を伸ばすように形成される。長手方向におけるスプライス要素の弾性変 形の長さは、スプライス要素が展開カム３９上に押圧される距離によって制御さ れる。あるいは、要素上のカム表面は、結果として所望の広がりになる選択され た力で剪断するよう設計される。準備したファイバ端を挿入した後、要素を閉じ てファイバを適所に型締めして、要素上に先に置かれた展開力を除去する。展開 力を除去すると、要素内に保存されたエネルギが要素３５を収縮させ、ファイバ の対向した光学的に整列した端を長手方向に圧縮させるかまたは緊密軸方向接触 させる。 図１２は、修正した要素３６と展開カム３９との端面図を概略的に示す。 図１３、１４は、更なる修正を示し、スプライス要素４５は矩形であり、上表 面に沿って長手方向にＶ字型溝４６を有し、ファイバの端はＶ字型溝内に置かれ て、スプライス要素４５及びＶ字型溝４６の長手方向近傍で固く接触している。 ファイバは次に長手方向溝 の対向する端で固く固定される。図１５を参照すると、要素の端の位置をハウジ ング内に固定しながら、要素内に曲げを誘発するために力４８を要素４５の頂面 に垂直に加える。加えられる曲げ力４８は、要素４５を弓形形状に可塑性変形さ せるのに十分でなければならず、ファイバは内部表面に固定される。要素の可塑 性変形の結果として、要素の底面に沿った材料は伸長し、一方、要素の頂面に沿 った材料は、これもファイバを保持するＶ字型溝を含むが、圧縮される。ファイ バ端面を軸方向、すなわち、長手方向に圧縮するのは、要素４５へのこの差応力 及び頂面に沿った材料の圧縮である。要素の可塑性変形は、圧縮力をファイバ端 の界面で維持する。 本発明を記載してきたが、材料または寸法に修正を施すことは可能であり、添 付請求の範囲に規定する本発明の精神から逸脱しないと認められるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ (72)発明者 メイス，マイケル エー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ポスト オフィス ボッ クス 33427 (72)発明者 パターソン，リチャード エー. アメリカ合衆国，テキサス 78726―9000, オースティン，リバー プレイス ブルー バード 6801

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光伝送コアを有する光ファイバをスプライスする方法であって、ファイバ の端を、 ａ．当接関係でスプライスして準備するステップと、 ｂ．ファイバ端を、該ファイバ端が互いに接触する状態になるまで、ファイバ スプライス要素内のファイバ整列通路の対向する端の各々に入れるステップと、 ｃ.該ファイバ端にある該スプライス要素を作動するステップと、 ｄ．該要素内の該ファイバ端の界面で軸方向圧縮力を維持して、０℃〜４０℃ の間の温度サイクルにわたって該ファイバコアの緊密接触を保持するステップと 、 を含む光ファイバのスプライス方法。 ２．前記スプライス要素を作動する前に、前記圧縮力を前記ファイバに加える 請求項１記載の光ファイバのスプライス方法。 ３．前記軸方向圧縮力は、前記要素の作動前に該要素を８０℃を超えて加熱し て、次に該要素を冷却することによって、加えられる請求項１記載の光ファイバ のスプライス方法。 ４．前記圧縮力は、作動前に前記要素を伸長して該要素を弾性的に変形するこ とによって加えられる請求項１記載の光ファイバのスプライス方法。 ５．前記要素は、作動して前記ファイバ端を型締めする前に、ファイバ整列通 路の長手方向に弾性的に変形される請求項１記載の光ファイバのスプライス方法 。 ６．前記要素は、作動して圧縮力を前記界面の前記ファイバ端にかけた後に、 可塑性変形を受ける請求項１記載の光ファイバのスプライス方法。 ７．光ファイバの端をスプライス方法であって、 ａ．スプライスする対象の該ファイバの該端を切開するステップと、 ｂ．少なくとも１つの該ファイバの該切開した端を面取りするステップと、 ｃ．該面取りしたファイバの該端を、スプライス要素の整列通路内で当接関係 にするステップと、 ｄ．該スプライス要素を物理的応力下に置くステップと、 ｅ．該スプライス要素は該応力下にありながら、該ファイバの該端上で該スプ ライス要素を閉じるステップと、 ｆ．該スプライス要素を通常状態に戻らせて、それによって、圧縮荷重を該対 向する当接するファイバ端にかけるステップと、 を含む光ファイバ端のスプライス方法。 ８．前記応力は前記要素の加熱による請求項７記載の光ファイバ端のスプライ ス方法。 ９．前記応力は前記要素を弾性的に伸長することによる請求項７記載の光ファ イバ端のスプライス方法。 １０．光ファイバをスプライスする方法であって、 ａ．スプライスする対象の該ファイバの各々の端を金属製ファイバスプライス 要素内のファイバ通路の対向する端に、該端が該スプライス要素の中央近傍で互 いに接触する状態になるまで、入れるステップと、 ｂ．該金属製ファイバスプライス要素を８０℃を超える温度まで加熱するステ ップと、 ｃ．該スプライス要素を作動して該ファイバ端を型締めして、該ファイバ端を 緊密に接触した状態に維持しながら該スプライス要素を冷却し、それによって軸 方向圧縮力を該ファイバの該端の間にあ る界面にかけて維持するステップと、 を含む光ファイバ端のスプライス方法。 １１．スプライスする対象の前記ファイバの前記端を切開するステップを含む 請求項１０記載の光ファイバ端のスプライス方法。 １２．スプライスする対象の前記ファイバの前記端を切開するステップと、少 なくとも１つの該ファイバの該端を面取りして該少なくとも１つのファイバに切 り面または円錐端を形成するステップと、 を含む請求項１０記載の光ファイバ端のスプライス方法。 １３．前ファイバ端は、前記スプライス要素を作動する前に、該スプライス要 素内に圧縮接触状態にする請求項１０記載の光ファイバ端のスプライス方法。 １４．２つの単一モード光ファイバの間にある光スプライスであって該光スプ ライスは、 長手方向の通路を有して該通路のおよそ中間点で該ファイバの端を受けるスプ ライス要素を具備し、 該ファイバ端は、いずれの屈折率合致材料を含まず互いに対して軸方向圧縮に される光スプライス。 １５．少なくとも１つの前記光ファイバの前記端は切開され面取りされる請求 項１４記載の光スプライス。 １６.前記ファイバ端は磨かれる請求項１４記載の光スプライス。 １７．前記ファイバの前記端は、該ファイバ端にかかる圧縮力のため０℃〜４ ０℃の間のいずれの温度で緊密な接触状態にある請求項１４記載の光スプライス 。 １８．前記ファイバの前記端の間の前記軸方向圧縮力は、該端を前記通路に挿 入した後前記スプライス要素が熱収縮して該通路内で型締めされる結果である請 求項１４記載の光スプライス。 １９．前記ファイバ端は、前記スプライス要素の可塑性変形及び 該端の間の該スプライス要素材料の変位の結果、前記界面で緊密な接触状態にあ る請求項１４記載の光スプライス。 ２０．前記切開して面取りしたファイバの前記端は、前記界面で直径が０．０ ０１インチ〜０．００２インチ（０．０２５〜０．０５mm）の間である請求項１ ４記載の光スプライス。 ２１．前記スプライス要素は、前記端の間で曲がって変形して、前記通路を圧 縮状態にして、該ファイバ端を圧縮状態にする請求項１４記載の光スプライス。 ２２．前記スプライス要素は金属製である請求項１８記載の光スプライス。 ２３．前記スプライス要素は金属から形成される請求項１４記載の光スプライ ス。 ２４．前記金属はアルミニウムである請求項２３記載の光スプライス。 ２５．前記ファイバ端は、前記スプライス要素を閉じて該端上で型締めする前 に軸方向圧縮力下で接触状態にされる請求項２４記載の光スプライス。 ２６．前記ファイバ端は、８０℃を超える温度まで加熱されるファイバスプラ イス要素内に、該要素の作動前に、最初から置かれ、該要素を冷却することによ って前記圧縮力が加えられる請求項２４記載の光スプライス。 ２７．前記スプライス要素は、該要素を作動する前に、伸長されて該要素を弾 性的に変形して、該伸長力の解除時に前記圧縮力を前記ファイバ端上に加える請 求項２４記載の光スプライス。 ２８．前記要素は、作動する前に、前記ファイバの整列通路の長手方向に弾性 的に変形されて前記ファイバ端を型締めする請求項１４記載の光スプライス。 ２９．前記要素は、作動後に、可塑性変形を受けて、圧縮力を前記ファイバ端 の前記界面にかける請求項２４記載の光スプライス。 ３０．２つの光ファイバの間にスプライスを完成するのに使用する工具であっ て、 基部と、 スプライス要素を受けるために該基部上に置かれたネストと、 該ネスト内に置かれた該スプライス要素を加熱するために該ネスト内にある加 熱手段と、 該スプライス要素内に置かれた端でファイバを支持する手段と、 を具備するスプライス用工具。 ３１．前記基部は、前記ファイバの少なくとも１つに力を加えて、前記スプラ イス要素内の前記ファイバ界面間に軸方向圧縮を提供する手段を支持する請求項 ３０記載のスプライス用工具。 ３２．２つの光ファイバの間にスプライスを完成するのに使用する工具であっ て、 基部と、 スプライス要素を受けるために該基部上に置かれたネストと、 該ネスト内に置かれた該スプライス要素を作動するよう位置決めされ、スプラ イスする対象の２つの光ファイバの端を把持する作動レバーと、 該スプライス要素内のほぼ中程に位置決めされた端を有する該ファイバの一方 を型締めするための該基部上の手段と、 該光ファイバの他方を型締めして、該スプライス要素の界面で該ファイバへ軸 方向圧縮力をかけるスライド手段と、 を具備するスプライス用工具。 ３３．前記ネストは前記スプライス要素を加熱する手段を含む請求項３１記載 のスプライス用工具。 ３４．前記光ファイバの他方を型締めする前記スライド手段は、圧縮バネを有 して軸方向圧縮力を光ファイバへかける線状ボールスライドを含む請求項３２記 載のスプライス用工具。 ３５．前記光ファイバの他方を型締めする前記スライド手段は、可動ファイバ クランプと、該可動ファイバクランプを前記ネストに向けて押圧して前記軸方向 圧縮力を光ファイバへ加えるフォースゲージと、を含む請求項３２記載のスプラ イス用工具。