TWI247151B - Capillary for optical fiber, ferrule for optical connector and capillary with optical fiber - Google Patents
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Description
1247151 10222pif.doc/008 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡 單說明） 發明所屬之領域 本發明是有關於一種光學元件的製造用的光纖用毛細 管、光連接器用套環，以及將光纖插入內孔中的附有光纖 毛細管。 先前技術 近年來’伴隨光通信網路的急速發展，而需要大量的 高性能，並且低價格的光學元件。特別是，在內部設置有 光纖的插頭型的光學元件或插座型的光學元件中，採用在 精密的毛細管中插入光纖並以接著劑固定黏接圓柱狀的光 纖短管之所謂附有光纖毛細管或光連接器插頭。 舉例來說，如第I2圖所示，對附有光纖毛細管的其 中一個末端面進行加工形成凸狀球面，並對另一末端面進 行加工形成傾斜拋光面，而具有作爲光纖短管6之機能。 採用光纖短管6的目的在於接收從鐳射二極體1射出，並 通過透鏡2聚光的光信號，將其傳遞給光連接器3中之光 連接器用套環4中的光纖5，或將從光連接器用套環4的 內孔4a內的光纖5射出的光信號聚光於圖中未示出的光 電二極體等中。 按照下述方式，對該光纖短管6的末端面7b進行拋 光加工，以便在鐳射二極體1 (或光電二極體）側的光纖 用毛細管7的末端面b，使反射光射入鐳射二極體不會造 1247151 10222pif.doc/008 成雜訊（noise )，該方式爲：反射軸與光信號的入射軸之 間形成幾度的夾角。另外，按照以光纖8的末端8a爲中 心的凸狀球面，對相反側的末端面7c進行拋光，以便使 光連接器插頭3與光纖8對接，實現PC ( Physical Contact) 連接。 光連接器插頭3與光纖插頭6之間的連接通過下述PC 連接實現，在PC連接中，如第12圖所示的那樣，在切割 的套筒9內，使光連接器3的按照凸狀球面加工的光纖5 的末端面5a與光纖短管6的光纖8之末端面8a對接。 作爲這樣的光信號的連接，一般有代表性的爲大容量 的光纖通信所採用的光連接器之間的連接。在光連接器的 連接中，如第13圖所示的那樣，對於光連接器插頭1〇， 採用光連接器用套環，其是按照規定的形狀對包括具有可 插入光纖12的內徑的內孔11a的精密的毛細管進行加工 而形成的，在內孔11a中，利用接著劑插入接著光纖12， 並按照凸狀球面對末端面進行加工。光連接器10兩者之 間的連接通過下述PC連接實現，此PC連接係在切割套 筒13內部使光纖12的末端面12a彼此接合。此時的連接 損耗主要由PC連接部的光纖12之軸偏移而產生的。光纖 12的軸偏移是由下述因素累積而產生的，下述因素包括所 採用的光連接器用套環11的外徑差、末端面的內孔11a 圓形度與外周面lib圓形度、光連接器用套環11的內孔ila 與外周面lib的同心度、末端面的內孔lla內的光纖12 的偏心量。其中，光連接器用套環11末端面的內孔11a 1247151 10222pif.doc/008 與外周面lib的同心度、末端面內孔11a內的光纖12偏 心量是導致所對接的光纖軸偏移的最相關因素。由此’在 採用單一模式光纖的通信中，規定光連接器用套環11的 同心度小於14// m。另外，採用內徑11a比所插入的光纖 I2的外徑大0〜l//m的套環。在光纖的纖芯直徑由w表 示的情況下，這樣的光纖12的軸偏移量d與連接損耗Loss (單位dB)由下述公式表示。
Loss =4.34 (d/ (w/2)) 2 在這裏，將連接損耗的主要原因限定爲內孔11a與外 周面lib的同心度以及內孔Ua內的光纖12偏心量而進 行考量。首先，在採用光連接器用套環11的同心度小於1.4 //m，並且內孔lla的內徑比光纖12大1/zm的光連接器 用套環，光纖在內孔11a內，偏心0.5//m的情況下，對 接的另一個套環的偏心量也按照同樣方式考量，在最差的 情況下，軸偏移量爲2.4//m，按照上述數學公式1，最大 連接損耗爲l.OdB。於是，爲了實現小於採用石英系單一 模式光纖的通信用光連接器的規格（JIS-C-6962 )所規定 的0.5dB的連接損耗，必須進行旋轉光纖用套環u的調 芯作業。實際的調芯作業如下述一般是非常花費工夫、麻 煩的作業’亦即，先測定光連接器用套環11的末端面的 內孔Ua與外周面；ilb之間的同心度，按照90°間距（1/4 旋轉間距）在凸緣構件14的側面上，標記偏心方向，按 照使相對接的光連接器用套環的偏心方向保持一致的方式 進行裝配’或實際使光通過，藉由功率計（p0wer meter) 1247151 10222pif.doc/008 等，對光的強度進行監視；同時，按照每次1/4圈的方式’ 使光連接器用套環11旋轉，以連接損耗爲最優的位置進 行裝配。 另一方面，在前述的第12圖所示的那樣的光學元件 中，也會產生同樣的現象，但是，在將光連接器插頭3與 光纖短管6連接的情況下或在通過透鏡2聚光的光信號（或 所射出的光信號）之光軸與位於光纖短管6所採用的光纖 用毛細管7的內孔7a內的光纖8的中心定位時，由於在 不考慮位於內孔7a內部的光纖8的偏心方向的情況下’ 按照形成幾度夾角的方式，對光纖短管6的光纖用毛細管 7的末端面7b進行拋光加工以進行位置固定，故在結構 上，無法進行調芯作業。因此，在兩者之間的軸偏移中， 不能夠減輕內孔7a內的光纖8偏心造成的軸偏移，而造 成光信號的連接損耗增加之問題。 此外’如第13圖所示，爲了量產下述之尺寸精度非 常準確的光連接器用套環11，在此套環11中，同心度的 公差小於，並且內徑的公差相對光纖12的直徑爲 —0//m/+ ：LG//m，舉例來說，在光連接器用套環u由習 知的氧化銷陶瓷材料形成的情況下，由於對材料的燒結體 進行加工、整形，故必須按照表面粗糙度的Ra値小於Oj // m的方式，對至少內外面進行拋光加工。 在將光纖12插入上述這樣的氧化銷陶瓷形成的光連 接器用套環11所具有的表面粗糙度的Ra値小於〇.1//m 的內孔11a中，並通過接著劑將其固定之情況下，習知技 1247151 10222pif.doc/008 術者都知道光纖12偏向內孔lla的側壁而產生偏心的傾 向時，難以進行內孔11a內的中心的調芯作業，本發明人 也確認有此一事實。於是，在習知的氧化銷陶瓷製等具有 較小的表面粗糙度的光連接器用套環11中，必須進行上 述那樣的麻煩的調芯作業，使其小於作爲石英系的單一模 式光纖通信用光連接器的規格（JIS-C_5962 )中描述的連 接損耗的規定値的0.5dB。如第12圖所示，當光纖短管6 與光連接器插頭3的連接時，會產生同樣的現象，但是由 於在光纖短管6的結構方面，不能夠進行調芯作業，故在 採用習知的氧化銷陶瓷製光纖用毛細管7的情況下，無法 減小內孔7a內的光纖8偏心所造成之軸偏移量，而產生 光信號的損耗增加之問題。 另外，在光通信的用途中，在要求大容量和/或高可 靠性時，其會產生要求連接損耗比作爲光連接器的連接損 耗的規定値的〇.5dB更小之情形。爲了應對這樣的要求， 使第13圖所示的光連接器用套環11的內徑iia的公差或 同心度的公差按照小於標準公差的方式設定，除此以外， 並沒有其他方法。由於按照從多個製造的光連接器用套環 11中，選擇尺寸精度良好的套環等的方式進行製造，故成 本非常高。另外，如第12圖所示，同樣在對附有光纖毛 細管進行加工而得到之光纖短管6中，由於pc連接部的 結構與光連接器用套環相同，同樣在要求較低的連接損耗 的情況下，也無法進行調芯作業，而且由於尺寸精度嚴格， 故具有價格非常高的問題。 10 1247151 10222pif.doc/008 發明內容 本發明之目的在於提供一種容易獲得比過去低的連接 損耗’並且可以較低價格製作的光纖用毛細管、採用該毛 細管的光連接器用套環與附有光纖毛細管。 爲了實現上述目的，本發明人提出了以下這樣的發 明。亦即，本發明的光纖用毛細管包括內孔，該內孔具有 可插入並保持光纖的內徑，其中內孔的表面粗糙度的Ra 値在〇·1〜0.5//m的範圍內。 如果光纖用毛細管的內孔的表面粗糙度的Ra値小於 〇·1# m，由於已插入的光纖具有接近內孔側壁而偏心的傾 向，故無法期待調芯效果。另一方面，在內孔的表面粗糙 度的Ra値大於0.5//m的情況下，由於預想到作爲最大粗 糙度而定義的Ry値也按照相當大的量增加，故具有下述 危險，亦即，與上述相同，相對通過內孔的表面粗糙度的 平均線而形成的圓的中心，內孔的最大內接圓筒的中心位 置偏離的情況變多，而使內孔的本來的同心度本身實質上 變差，或使已插入的光纖表面損傷，而導致強度降低。在 本發明的光纖用毛細管中，使內孔的表面粗糙度的Ra値 在0.1〜0.5//m的範圍內是很重要的。 舉例來說，在採用氧化锆陶瓷製光纖用毛細管構成光 連接器插頭或光纖短管的情況下，爲了滿足光連接器所規 定的連接損耗，按照內孔的表面粗糙度的Ra値小於〇·1// m的方式，以較局的精度進彳了拋光加工’由此’可達到嚴 格的尺寸精度（內徑的公差爲一 〇//m/ + ，同心度 1247151 10222pif.doc/008 的公差小於1.4//m)，但是如果表面粗糙度的Ra値大於〇·5 //m，則難以滿足尺寸精度，幾乎不可能穩定地進行量產。 另外，同樣在採用藉由拉伸成形而製作的結晶化玻璃 製光纖用毛細管構成光連接器插頭或光纖短管的情況下， 如果表面粗糙度的Ra値小於0.5//m，則難以滿足作爲光 纖短管用的毛細管的嚴格的尺寸精度，而難以大量地製造 價格較低的光纖短管。 此外，本發明的光纖用毛細管的特徵在於上述內孔的 表面粗糙度的Ry値小於4.0// m。 在光纖用毛細管的內孔的表面粗糙度的Ry値大於4.0 的情況下，相對由內孔的表面粗糙度的平均線形成的 圓的中心，使得內孔的最大內接圓筒的中心位置偏離，而 造成內孔的本來的圓心度本身實質上變差，此外，在尖銳 地突出的凸部前端處，插入的光纖表面也會產生損傷之情 形。在本發明的光纖用毛細管中，爲了確保內孔的較高的 尺寸精度，使內孔的表面粗糙度的Ry値小於4.0/Z m是很 重要的。 還有，本發明的光纖用毛細管的特徵在於其所採用的 毛細管的內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線的差小於 2.0 /z m 〇 在光纖用毛細管的內孔的按照JIS-B-0601定義的表面 粗糙度的平均線與頂點線的差大於2.0//m的情況下’相 對由內孔的表面粗糙度的平均線形成的圓的中心，使得內 孔的最大內接圓筒的中心位置偏離，而造成內孔的本來的 12 1247151 10222pif.doc/008 圓心度本身實質上變差，此外，在尖銳地突出的凸部前端 處，插入的光纖表面也會產生損傷之情形。在以本發明的 光纖用毛細管構成光連接器插頭或光纖短管等附有光纖毛 細管之光纖用毛細管的情況下，從獲得內孔內的光纖的調 芯效果方面來說，同樣在相對表面粗糙度的平均線，凸部 與凹部保持非對稱的情況下，使表面粗糙度的平均線與頂 點線的差小於2.0//m是很重要的。 另外，本發明的光纖用毛細管的特徵在於其由在非晶 質玻璃中析出有晶體的結晶化玻璃所構成，在內孔的表面 析出有晶體顆粒。 在本發明中，作爲非晶質玻璃中析出的晶體，爲了使 光纖用毛細管內孔的表面粗糙度的Ra値在0.1//m〜0.5// m左右，晶體粒徑能夠使用0.1〜1.0/zm之範圍內，舉例 來說，/5-鋰輝石的晶體等是適當的。 還有，本發明的光纖用毛細管的特徵在於在內孔的表 面上，藉由機械加工方式設置上述規定的表面粗糙度。 對於在本發明的光纖用毛細管中，在內孔的表面上’ 設置上述規定的表面粗糙度的機械加工方式’舉例來說’ 在製造氧化锆陶瓷製等的光纖用毛細管時’爲了獲得良好 的尺寸精度，一般可採用磨削絲、砥粒進行內面磨削和拋 光，因此，藉由採用精密拋光前的階段所採用的內面磨削 加工裝置等，而可以專門地設置控制在規定範圍內的表面 粗糙度。藉由這樣的加工方式，可形成表面粗糙度的Ra 値在0.1〜0.5//m的範圍內的內孔' 表面粗糙度的Ra値 13 1247151 10222pif.doc/008 在0.1〜0.5//m的範圍內，並表面粗糙度的Ry値小於4·〇 //m的內孔、表面粗糙度的Ra値在0.1〜〇.5/zm的範圍 內，且平均線與頂點線的差小於2.0//m的內孔與具有這 些表面粗糙度的Ra和Ry値，並且平均線與頂點線的差5 小於2.0// m的內孔。 再者，如果本發明的光纖用毛細管的內孔具有可插入 光纖的內徑，就可以使具有與光纖相同的直徑的銷規通 過，如果內徑比光纖大，則可以使直徑比光纖大 m的銷規通過，使比其大一點的銷規無法通過。如果內孔 與光纖之間的間距爲〇//m，則無法插入光纖，另一方面， 如果內孔與光纖之間的間距大於2.0/zm，由於注入到光纖 的周圍的接著劑沿圓周方向移動而偏離，故內孔內的光纖 的偏心量變大。 此外，本發明的光連接器用套環的特徵在於在上述本 發明的光纖用毛細管中，在其中一個末端形成有對朝向套 筒的插入進行導向的坡口部，在另一末端開口的而形成有 將光纖送向內孔的張開（Flare)部。 作爲本發明的光連接器用套環，可以使用具備有可按 照規定的連接損耗而與其它的光連接器插頭連接的外徑、 內徑、同心度與圓筒度之任一種。另外，作爲對朝向套筒 的插入進行導向的坡口部，如果其具有與已有的光連接器 用套環相同的尺寸形狀，則對使用不會造成妨礙；作爲張 開部較佳是形成可容易將光纖插入內孔的形狀，且其採用 在光纖固定後，環境的溫度變化等造成的連接損耗的變化 14 1247151 10222pif.doc/008 不大的尺寸。此外，也可將作爲插入光纖的內孔末端面中 心拋光成PC連接用的預備凸狀球面，以便可與其它的光 連接器插頭進行PC連接。 還有，本發明的附有光纖的毛細管的特徵在於其是由 上述本發明的光纖用毛細管與插入上述光纖用毛細管的內 孔中之光纖所構成。 作爲本發明的附有光纖毛細管可以使用具有光連接器 插頭、光纖短管以及用於製作它們的較長尺寸的附有光纖 的預備件等，並可採用使光纖正確地位於光纖用毛細管的 中心的類型。 在於精密的套筒內使光連接器插頭與光纖短管等相對 連接的情況下，較佳是至少在光纖用毛細管的一端形成坡 口部’也可進行以光纖的末端面爲中心的凸狀球面的拋 光’以便可實現與其它的光連接器插頭的PC連接。另外， ^可ί女照末端面與光信號的入射軸形成幾度的夾角的方 式’對光纖用毛細管的端面進行拋光加工，以便反射光射 入鐳射二極體而不產生雜訊（n〇ise)。作爲將光纖插入到 光纖用毛細管的內孔中的接著劑，可視實際需要而採用具 有實際效果的環氧樹脂型，作業性優良的紫外線硬化型樹 脂等。 由於本發明的光纖用毛細管之內孔的表面粗糙度Ra 値在0.1〜0.5/zm的範圍內，故高於散佈在內孔表面上的 平均線的凸部產生影響，可考慮藉由使具有適合粘性的環 氧樹脂系接著劑沿圓周方向，穩定地保持在內孔表面上， 15 1247151 10222pif.doc/008 而達到使光纖按照保持在內孔的中間位置的作用。 另外，由於本發明的光纖用毛細管之內孔的表面粗糙 度Ry値小於4.0# m，故相對藉由內孔的表面粗糙度的平 均線而形成圓的中心，使內孔的最大內接圓筒的中心位置 不偏離，可確保內孔的較高的圓形度與外周面的同心度’ 因此，可獲得所需的調芯效果，也不會損傷已插入的光纖 的表面。 此外，由於本發明的光纖用毛細管之內孔的表面粗糙 度的平均線與頂點線的差小於2.0//m，故即使在相對表面 粗糙度平均値之凸部與凹部保持非對稱的情況下，相對藉 由內孔的表面粗糙度的平均線而形成的圓的中心，使內孔 的最大內接圓筒的中心位置仍不偏離，可確保內孔的較高 的圓形度與外周面的同心度，也不會損傷已插入的光纖的 表面，而能夠獲得所需的調芯效果。 還有，本發明的光纖用毛細管是由在非晶質玻璃中析 出有晶體的結晶化玻璃所構成，在適合的條件下對結晶性 玻璃進行熱處理，以於內孔表面析出的晶體顆粒，並在內 孔的表面形成凸部，因此，可容易有效地製作具有表面粗 糙度的Ra値在0.1〜0·5μπι的範圍內的內孔、表面粗糙 度的Ra値在0.1〜0.5// m的範圍內，並且表面粗糙度的Ry 値小於4.0//m的內孔的毛細管、表面粗糙度的Ra値在0.1 〜0.5/zm的範圍內，並且平均線與頂點線的差小於2.0// m的內孔的毛細管與具有這些表面粗糙度的Ra和Ry値， 並且平均線與頂點線的差小於2.0//m的內孔的毛細管。 16 1247151 10222pif.doc/008 再者’在本發明的光纖用毛細管中，由於在內孔的表 面藉由機械加工方式，設置規定的表面粗糙度，故可通過 採用內面磨削加工裝置等，在室溫條件下，製作具有表面 粗糙度的Ra値在〇·ι〜〇.5/zm的範圍內的內孔、表面粗 糙度的Ra値在〇·ΐ〜0.5am的範圍內，並且表面粗糙度 的Ry値小於4.0// m的內孔的毛細管、表面粗糙度的Ra 値在0·1〜0.5//m的範圍內，平均線與頂點線的差小於2.〇 //m的內孔的毛細管與具有這些表面粗糙度的Ra和Ry 値，並且平均線與頂點線的差小於2.0//m的內孔的毛細 管。 另外，在本發明的光連接器用套環中，由於在上述本 發明的光纖用毛細管的其中一個末端，形成有對朝向套筒 的插入進行導向的坡口部，在另一端部，形成有將光纖送 向內孔的張開部，故藉由上述本發明的光纖用毛細管的內 孔的表面粗糙度的調芯效果，可正確地使光纖保持在光連 接器用套環的內孔中心。 此外’由於本發明的附有光纖毛細管具有上述本發明 的光纖用毛細管，以及插入該光纖用毛細管的內孔中的光 纖，故藉由上述本發明的光纖用毛細管的內孔表面粗糙度 的調芯效果，可獲得光纖保持在內孔的中心的附有光纖的 毛細管。 爲讓本發明之上述目的、特徵、優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 17 1247151 10222pif.doc/008 實施方式 本發明人採用作爲本發明的光纖用毛細管的一個實 例，舉例來說，具有表一所示成分的結晶化玻璃製光纖用 毛細管。 表—^
18 1247151 10222pif.doc/008 如第1圖（A)所示，製作下述結晶化玻璃製光纖用毛 細管20，其中，內孔20a的表面粗糙度的Ra値例如爲〇.3 // m，Ry例如爲2.0// m，平均線與頂點線的差例如爲1.0 〆m，內孔20a的內徑比光纖大例如1.0//m ( 0.95〜1.05 // m ) 〇 採用光纖用毛細管20,製作第1圖（B)所示的光連接 器用套環21。亦即，所製作的套環21可按照規定的連接 損耗，與其它的光連接器插頭連接，舉例來說，其外徑爲 l,249mm± 0.5// m，具有上述規定的表面粗糙度可插入光 纖的內孔21a的內徑爲0.125mm + 1/ — 0// m，同心度小 於0.7// m，在套環21之一末端21c開口設置有將光纖導 向內孔21a之張開部21e，用以在必要的情況下，固定凸 緣構件2 1 f。另外’在另一*末贿21 b的外周緣部设置有C 形坡口部21d。此外，由於採用結晶化玻璃製光纖用毛細 管20的光連接器用套環21的拋光性優良，故容易直接採 用拋光機等按照凸狀球面進行拋光，以便能夠與其它的光 連接器插頭進行PC連接。另外，在打算縮短拋光時間的 情況下，如第1圖（B)所示的那樣，也可形成以內孔21a 的末端面爲中心的預備的凸狀球面。 另外，採用結晶化玻璃製光纖用毛細管20，製作第1 圖（C)所示的光纖短管22。亦即，在本發明的光纖短管22 中，藉由接著劑24，將光纖23固定於具有上述規定表面 粗糙度的內孔22a中，按照下述方式對末端面2以進行拋 光加工，以使反射光射入鐳射二極體等中不會形成雜訊’ 19 I247l5i l〇222pif.doc/008 其與和光信號的入射軸相垂直的平面的夾角爲8° ’在另 —側的末端面22b的周緣部，設置有C形坡口部’將其拋 光成以光纖23的末端面23a爲中心的PC連接用的凸狀球 面。 實際上，採用表面粗糙度測定儀測定該光纖用毛細管 20的內孔20a表面粗糙度。第2圖表示測定了光纖用毛細 管20的內孔20a表面粗糙度的測定圖之一個實例。在該 光纖用毛細管20的情況下，表面粗糙度Ra値爲0.27/zm ’ Ry値爲2·09// m，平均線與頂點線之間的差6爲1·〇// m。 此外，藉由接著劑將光纖固定於採用光纖用毛細管20 製作的光連接器用套環21中，並使用電子顯微鏡對進行 了拋光整理的末端面進行觀察。用於光纖的固定的接著劑 採用一般使用的環氧樹脂系接著劑，接著劑的硬化條件在 100°C的溫度下保持60分鐘。如第3圖所示，確認有下述 情況，亦即，在內孔的基本中間位置，藉由基本均等的厚 度的接著劑層，光纖按照軸偏移量約束在〇.l#m的方式 定位，與理論的最大軸偏移量量相比較，必須按照〇.4//m 的値進行調芯作業。 還有，本發明人採用與上述相同之光纖用毛細管20， 製作下述光連接器用套環21，其中，同心度小於1.0//m， 內孔21a的內徑比光纖大約l#m，藉由接著劑將光纖固 定於該光連接器用套環21中，對其進行凸狀球面的拋光 整理，而形成光連接器插頭，在前述的第13圖所示的那 樣的狀態，測定在未進行調芯作業的情況下，測定將8個 20 1247151 10222pif.doc/008 取樣任意連接時的連接損耗。第4圖表示實際的連接損耗 的測定結果。在光連接器用套環21的內孔21a的內部， 不進行光纖的調芯作業的情況下’理論的最大軸偏移量爲 2.0 // m，按照前述的數學公式1，最大的連接損耗爲 0.69dB，但是在實際的測定中，則獲得下述結果，其中， 對於無調芯連接之平均連接損耗爲0.08dB，最大連接損耗 爲0.24dB，標準偏差爲〇.〇6dB。爲了推測最大値，在平 均値上，添加標準偏差σ的3倍的値，求出99.7%的槪率 的最大連接損耗，此時，該損耗値爲0.26dB。當連接損耗 爲0.26dB時，根據數學公式計算的軸偏移量爲 因此，對於按照內孔21a的Ra値爲0.27// m，Ry値爲2·09 //m，平均線與頂點線的差5爲1·〇 μ m的表面粗糙度而獲 得的光連接器用套環21，其內孔21a內的光纖的調芯效果 爲0.4// m，內孔21a內的光纖偏心量僅僅爲0.1 A m。其 與第3圖的末端面電子顯微鏡照片的觀察結果保持一致。 還有，採用與上述相同之結晶化玻璃製光纖用毛細管 20，其中，內孔20a的表面粗糙度Ra値例如爲0.3 // m， Ry値例如爲2.0//m，平均線與頂點線的差例如爲1·〇//ηι ’ 製作光連接器用套環21，其中，同心度小於〇·7 μ m，內 孔21a的內徑比光纖約大l//m，藉由接著劑將光纖固定 於該光連接器用套環21中，並按照凸狀球面進行拋光整 理，而形成光連接器插頭，在前述的第13圖所示的那樣 的狀態，測定未進行調芯作業任意地連接14個取樣時的 連接損耗。第5圖表示實際的測定結果。 21 1247151 10222pif.doc/008 在未對光纖進行調芯作業的情況下，理論的最大軸偏 移量爲1.7//m，按照數學公式1，最大的連接損耗爲 0.06dB，但是按照實際的測定，則獲得下述結果，其中， 對於無調芯連接之平均連接損耗爲〇.〇6dB，最大連接損耗 爲0_14dB，標準偏差爲0.03dB。爲了推測最大値，在平 均値上添加標準偏差σ的3倍的値，計算99.7%的槪率的 最大連接損耗，其損耗値爲〇.15dB。此時的，根據數學公 式1計算的最大軸偏移量爲0.9// m。於是，同樣根據該結 果可知道，按照表面粗糙度所獲得的套環21內孔內的光 纖的調芯效果爲0.4//m。此與第3圖的電子顯微鏡的觀察 結果保持一致。 如上述那樣，藉由本發明的光纖用毛細管，可以確認 在不進行調芯作業的情況下，可實現低損耗的光信號的光 連接器連接。 與此相對，作爲比較實例，製備下述氧化锆陶瓷製毛 細管，其中，同心度小於1.0// m，內徑比光纖約大1.0 a m，Ra値小於〇·1 // m，將接著劑注入到內孔內部後，插 入光纖，並以溫度爲100°C、保持60分鐘的硬化條件，對 其進行固定而製作出光連接器。然後，對末端面進行拋光， 並藉由電子顯微鏡觀察端面的樣子。其結果如第6圖所觀 察的那樣，內孔中的一個接著劑層明顯變厚，光纖偏到內 孔的另一側壁。套環21與光纖外周之間的間隙在最窄處 爲0·1 // m，偏離量約爲0.9 // m。 實際上，採用氧化銷陶瓷製毛細管製作光連接器用套 22 1247151 10222pif.doc/008 環，在不調芯的情況下，將8個取樣任意連接。 在沒有進行調芯效果情況下，其尺寸的理論最大軸偏 移重:爲按照數學公式1’最大連接ί貝耗爲0.69dB ’ 但是實際測定的結果是對於無調芯連接，平均連接損耗爲 0.21dB，最大連接損耗爲〇.50dB，標準偏差爲O.ldB，幾 乎未對光纖進行調芯作業。第7圖表示此時的連接損耗分 佈。爲了推測最大値，在平均値上添加標準偏差σ的3倍 的値，計算99.7的槪率的最大連接損耗，該損耗値爲 0.54dB。如果藉由數學公式1進行計算，相當於LM/zm 的軸偏移量，該値基本上與沒有上述調芯效果的情況下之 預測値相一致。另外，該結果也與第6圖所示的末端面的 電子顯微鏡照片的結果相一致。從此結果看來，在表面粗 糙度較小的氧化锆陶瓷製光纖用毛細管中，在內孔內部幾 乎不引起光纖的調芯作業。 另外，在藉由拉伸成形法製作的硼酸玻璃製光纖用毛 細管的情況下，其表面粗糙度爲與氧化锆陶瓷製毛細管相 同或比其小的Ra値。製備與上述的氧化锆陶瓷製毛細管 的情況相同之硼酸玻璃製毛細管，其中，Ra値小於0.1“ m，同心度小於1·0μ m，內徑比光纖約大1.0// m，注入接 著劑後，插入光纖，並在溫度爲l〇〇°C、保持60分鐘的硬 化條件下將其固定，以製作出光連接器插頭◦然後，藉由 電子顯微鏡對末端面進行了拋光的光連接器用套環末端面 進行觀察。其結果是，如第8圖所示，其與氧化锆陶瓷製 毛細管相同，內孔中的其中一個的接著劑層明顯變厚，光 23 1247151 10222pif.doc/008 纖偏離到內孔的另一側壁上。套環內孔與光纖外周之間的 間隙在最窄處爲0.05// m。 實際上，採用上述的硼酸玻璃製光纖用毛細管製作光 連接器用套環，在未進行調芯作業的情況下，將12個取 樣任意地連接。 在沒有調芯效果的情況下，其尺寸的理論最大軸偏移 量爲2.0//m，按照數學公式1，最大連接損耗爲0.69dB， 但是實際的測定結果是對於無調芯連接，平均連接損耗爲 0-24dB，最大連接損耗爲0.58dB，標準偏差爲0.14dB。第 9圖表示此時的連接損耗分佈。爲了推測最大値，在平均 値上添加標準偏差σ的3倍的値，計算99.7的槪率的最大 連接損耗，該損耗値爲〇.66dB。如果藉由數學公式1進行 計算相當於1.95//m的軸偏移量。該値基本上與沒有上述 的調芯效果的情況下的預測値保持一致。同樣根據該結果 知道，亦即，在採用表面粗糙度極小的硼酸玻璃製光纖用 毛細管的光纖短管中，在內孔內部幾乎不進行光纖的調芯 作業。還有，該結果還與第8圖的電子顯微鏡照片的結果 保持一致。 如上述那樣，由於在表面粗糙度的Ra値小於0.1//m， 在光連接器用套環的內孔內會使光纖偏心，故除了光連接 器用套環的內外面的同心度以外，還將內孔的內徑與光纖 的直徑之間的差，與光連接器連接時的軸偏移量相加。 下面對本發明的光纖用毛細管，採用該管的光連接器 用套環，以及附有光纖毛細管的製作方法進行描述。 24 1247151 10222pif.doc/008 在製作本發明的光纖用毛細管的情況下，舉例來說， 製備由按照約50/50的比例包含玻璃相與晶體相的結晶化 玻璃形成的母材，在12〇〇°C附近的成形溫度下，藉由作爲 與光纖相同的製造法的線拉伸加工，而採用該結晶化玻璃 製作毛細管。在拉伸成形的最終階段之前的期間，進行與 該母材的晶體析出條件相對應的熱處理，由此，製作下述 毛細管，其中，所析出的晶體粒徑在0.1〜1.0//Π1的範圍 內，例如，在對/3-鋰輝石等的晶體粒徑進行控制同時， 使該晶體析出，這樣製作出具有表面粗糙度的Ra値在0.1 〜0.5//m的範圍內的內孔。或者，可製作下述毛細管，其 具有表面粗糙度的Ra値在0.1〜0.5//m的範圍內，表面 粗糙度的Ry値小於4.0# m的內孔、表面粗糙度的Ra値 在〇·1〜0.5//m的範圍內，平均線與頂點線之間的差σ小 於2.0/zm的內孔、具有該表面粗糙度的Ra値和Ry値， 並且平均線與頂點線之間的差σ小於2.0//m的內孔。 另外，也可藉由對成形後、加工後的結晶化玻璃形成 的毛細管進行熱處理，製作具有表面粗糙度的Ra値在0·1 〜〇·5// m的範圍內的內孔的毛細管、具有表面粗糙度的Ra 値在0·1〜0.5/zm的範圍內，表面粗糙度的Ry値小於4·0 的內孔的毛細管、具有表面粗糙度的Ra値在〇·ΐ〜0.5 的範圍內，平均線與頂點線之間的差σ小於2.0//m 的內孔的毛細管 '包括上述表面粗糙度的Ra値和Ry値， 並且具有平均線與頂點線之間的差σ小於2.0//m的內孔 的毛細管。 25 1247151 10222pif.doc/008 在藉由機械方式製作毛細管的情況下，材料也可採用 結晶化玻璃、玻璃、陶瓷中的任何一種，在製作氧化锆陶 瓷製等的毛細管時，採用在精密拋光前的階段所使用的內 面拋光加工裝置等，對應具有尺寸形狀的材料的硬度、耐 磨耗性，適當地有選擇地使用絲（wire)的尺寸形狀，砥 粒的種類和粒徑等，加工成表面粗糙度的Ra値在0.1〜0.5 //m的範圍內的內孔以製作出毛細管、製作出具有表面粗 糙度的Ra値在0.1〜0.5// m的範圍內，表面粗糙度的Ry 値小於4.0/zm的內孔的毛細管、製作具有表面粗糙度的 Ra在0.1〜0.5// m的範圍內，平均線與頂點線之間的差σ 小於2.0//m的內孔的毛細管、或具有這些表面粗糙度的 Ra和Ry値，並且平均線與頂點線之間的差σ小於2.0//m 的內孔的毛細管。 採用如這樣製作的毛細管，製作下述第1圖（A)所示 的那樣的光纖用毛細管20，其中，內孔20a的表面粗糙度 的Ra値例如爲〇.3/zm，Ry例如爲2.0//m，平均線與頂 點線之間的差例如爲1.0// m，內孔20a的內徑比光纖約大 1.0/zm (0.95 〜1.05//m)。 下述說明製作本發明的光纖連接器用套環的情況下的 一個實例’在與按照上述方法製作的第1圖（A)所示的光 纖用毛細管20的中心線相垂直的末端面20b的外周緣部， 進行C形坡口加工，在必要的情況下，進行以內孔20a的 末端面爲中心的預備的凸狀球面硏磨加工，在形成有將光 纖送向內孔20a的張開部21e的末端面21c上，固定凸緣 26 1247151 10222pif.doc/008 構件21f’由此，製作出第1圖（B)所示的光連接器用套環 2卜 接著’說明製作第1圖（C)所示的本發明的附有光纖 毛細管的情況下的一個實例，製備藉由前述的方法製作的 結晶化玻璃形成的毛細管，或藉由機械方式製作的毛細 管。如第10圖所示，該毛細管25爲外徑是1.249mm± 0.5 //m的尺寸，具有較高的圓形度，內孔25a相對i25//m 的石英系光纖的直徑，爲6/zm+/-〇//m，並且可相對 同心度在l.〇//m以內，標稱直徑D爲1.25mm的呈圓柱 狀的光連接器用套環21，將光纖正確地定位保持。在毛細 管25的末端面上，形成有使光纖22容易導向插入的呈圓 錐狀的張開部25e。 在製作附有光纖的毛細管的情況下，首先，在毛細管 25的內孔25a中，如第10圖（A)所示，預先採用毛細現象、 真空吸引器或加壓注入器塡充接著劑26，然後，如第10 圖（B)所示，從張開部25e插入去除了覆蓋層的光纖27。 此時’在插入光纖27的同時，於內孔25a與光纖27的間 隙中’以不產生氣泡等的方式塡充接著劑26。然後，使該 接著劑26硬化，而將光纖27固定於毛細管25上。 另外’在接著劑26具有熱硬化性的情況下，如第10 H(C)所示’將上述製品放入到按照規定的溫度程式編程 的加熱區域，使毛細管25內的接著劑26硬化。此時，舉 例來說’在按照於l〇〇°C的溫度下保持1個小時以上的方 式進行硬化的接著劑的情況下，在20〜70°C的範圍內的溫 27 1247151 10222pif.doc/008 度下，將其保持5個小時以上，並在100°C以上的溫度下 使接著劑硬化；在降溫時，則在7〇〜2〇°C的範圍內，使其 保持1個小時以上，由此’可減小接著劑硬化時所產生的 收縮應力與氣泡的發生。 接著，在製作光纖短管的情況下，如第11圖所示， 切製全長約爲250mm的附有光纖27的較長尺寸毛細管 25，將其分割爲全長L1爲12.5mm (規定長度：6mmx 2 +切斷損耗量：0.4mm+拋光量：0.1mm)的附有光纖27 毛細管31。對附有光纖27毛細管31的兩個末端面31b， 31c進行45°的C形坡口 3 Id加工後，對C形坡口 3 Id與 側面所形成的角部進行倒圓加工。接著，按照凸狀球面對 兩個端面31b、31c進行PC拋光加工，由此製作附有光纖 的構件32。 然後，如第11圖（D)所示，按照與以中心軸爲法線的 面的夾角爲8°的方式，將附有光纖的構件32的中間部分 切斷。接著，按照鏡面方式，對已切斷的8。的傾斜部分 進行拋光以製作出光纖短管22。 或者，對作爲全長L1爲6mm的附有光纖27的毛細 管31的端面31b進行45。的C形坡口 3 Id的加工後，對 C形坡口 31d與側面所形成的角部進行倒圓加工。按照凸 狀球面對末端面31a進行PC拋光加工。按照以8。的角度 傾斜的方式對末端面31c進行拋光處理，最後，將其拋光 成鏡面，對該末端面31c進行精密加工，以製作出光纖短 管22。 28 1247151 10222pif.doc/008 另外，光纖用毛細管的內孔的表面粗糙度的Ra値是 採用金剛石指針與取樣表面接觸的傳感方式的東京精密株 式會社生產的Surfcom，在垂直倍率爲10000倍、水平倍 率爲50倍、測定速度爲〇.3mm/秒的條件下進行測定的。 另外，電阻顯微鏡照片是按照700倍的倍率進行拍攝的。 按照本發明，可製作採用設置於內孔中的規定表面粗 糙度，能夠實現伴隨光通信技術的發展而要求的低連接損 耗的光纖用毛細管、光連接器用套環以及附有光纖毛細 管，可提供不必要求調芯作業，獲得良好的連接損耗，並 且可以較低成本製作的光纖用毛細管的光連接器與採用附 有光纖毛細管的光學元件。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 jgl式簡單說明 第1圖（A)爲實施例的光纖用毛細管的說明圖；（B)爲 光連接器用套環的說明圖：（C)爲纖維短管的說明圖； 第2圖爲實施例的光纖用毛細管內孔的表面粗糙度的 測定圖； 第3圖爲採用拋光後的結晶化玻璃製毛細管的光連接 器用套環端面的電子顯微鏡照片； 第4圖爲採用同心度小於的結晶化玻璃製毛 細管的光連接器的無調芯連接的連接損耗分佈； 29 1247151 10222pif.doc/008 第5圖爲採用同心度小於0.7//m的結晶化玻璃製毛 細管的光連接器的無調芯連接的連接損耗分佈； 第6圖爲採用拋光後的氧化锆陶瓷製毛細管的光連接 器用套環端面的電子顯微鏡照片； 第7圖爲採用同心度小於的氧化锆製毛細管 的光連接器的無調芯連接的連接損耗分佈； 第8圖爲採用拋光後的硼酸玻璃製毛細管的光連接器 用套環端面的電子顯微鏡照片； 第9圖爲採用同心度小於1.0//m的硼酸玻璃製毛細 管的光連接器的無調芯連接的連接損耗分佈； 第10圖（A)爲將接著劑塡充於光纖用毛細管中的說明 圖；（B)爲將光纖插入第1〇圖（A)的光纖用毛細管中的說明 圖：（C)爲將接著劑固化的說明圖； 第11圖（A)爲採用附有光纖的較長尺寸的毛細管，按 照規定長度切斷的較短尺寸的附有光纖的，細管的說明 圖：（B)爲對端面進行坡口加工的較短尺寸的附有光纖的 毛細管的說明圖：（C)爲附有光纖的構件的說明圖；（D)爲 沿斜向將附有光纖的構件切斷的說明圖：（E)爲光纖短管 的說明圖； 第I2圖爲對用於光學元件的附有光纖的毛細管進行 了加工的光纖短管的說明圖； 第I3圖爲PC連接的光連接器的主要部分的說明圖。 圖式檩示說明: 1 :鐳射二極體 30 1247151 10222pif.doc/008 2 :透鏡 3 :光連接器 4、 11 :光連接器用套環 4a、7a、11a、20a、21a、22a、25a :內孔 5、 8、12、23、27 :光纖 5a、7b、7c、8a、12a、20b、22c、22b、23a、31b、31c : 末端面 6、 22 :光纖短管 7、 20 :光纖用毛細管 9、13 :套筒 1〇 :光連接器插頭 lib :外周面 I4、2if :凸緣構件 21 :光連接器用套環 21b、21c :末端 21e、25e :張開部 21d、31d :坡口部 24、26 :接著劑 25 =毛細管 31 :附有光纖毛細管 32 :附有光纖的構件 擾、申請專利範圍 1· 一種光纖用毛細管，該光纖用毛細管包括一內孔， 31
Claims (1)
1247151 10222pif.doc/008 2 :透鏡 3 :光連接器 4、 11 :光連接器用套環 4a、7a、11a、20a、21a、22a、25a :內孔 5、 8、12、23、27 :光纖 5a、7b、7c、8a、12a、20b、22c、22b、23a、31b、31c : 末端面 6、 22 :光纖短管 7、 20 :光纖用毛細管 9、13 :套筒 1〇 :光連接器插頭 lib :外周面 I4、2if :凸緣構件 21 :光連接器用套環 21b、21c :末端 21e、25e :張開部 21d、31d :坡口部 24、26 :接著劑 25 =毛細管 31 :附有光纖毛細管 32 :附有光纖的構件 擾、申請專利範圍 1· 一種光纖用毛細管，該光纖用毛細管包括一內孔， 31 1247151 10222pif.doc/008 該內孔具有可插入並保持一光纖的內徑，該內孔的表面粗 糙度的Ra値在0.1〜0.5// m的範圍內。 2. 如申請專利範圍第1項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度的Ry値小於4.0//m。 3. 如申請專利範圍第1項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線的差小 於 2 · 0 // m。 4. 如申請專利範圍第2項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線之差小 於 2.0 // m。 5. 如申請專利範圍第1項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該光纖用毛細管是由在非晶質玻璃中析出有晶 體的結晶化玻璃所構成，且在該內孔的表面析出有晶體顆 粒。 6. 如申請專利範圍第2項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該光纖用毛細管是由在非晶質玻璃中析出有晶 體的結晶化玻璃所構成，在該內孔的表面析出有晶體顆 粒。 7. 如申請專利範圍第3項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該光纖用毛細管是由在非晶質玻璃中析出有晶 體的結晶化玻璃所構成，在該內孔的表面析出有晶體顆 粒。 8. 如申請專利範圍第4項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該光纖用毛細管是由在非晶質玻璃中析出有晶 32 1247151 10222pif.doc/008 體的結晶化玻璃所構成，在該內孔的表面析出有晶體顆 松。 9. 如申請專利範圍第1項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度是藉由機械加工方式設 置。 10. 如申請專利範圍第2項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度是藉由機械加工方式設 置。 11. 如申請專利範圍第3項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度是藉由機械加工方式設 置。 12. 如申請專利範圍第4項所述的光纖用毛細管，其 特徵在於：該內孔的表面粗糙度是藉由機械加工方式設 置。 13. —種光連接器用套環，其具有一光纖用毛細管， 該光纖用毛細管包括一內孔，該內孔具有可插入保持一光 纖的內徑，該內孔的表面粗糙度的Ra値在0.1〜0.5//m 的範圍內，在該光纖用毛細管的其中一個末端形成有對朝 向一套筒的插入進行導向的一坡口部，在另一末端形成有 將該光纖送向該內孔的一張開部。 14. 如申請專利範圍第13項所述的光連接器用套環， 其特徵在於：該內孔的表面粗糙度的Ry値小於4.0//m。 15. 如申請專利範圍第13項所述的光連接器用套環， 其特徵在於：該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線之間 33 1247151 10222pif.doc/008 的差小於2.0 // m。 16. 如申請專利範圍第14項所述的光連接器用套環’ 其特徵在於··該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線之間 的差小於2.0 // m。 17. —種附有光纖毛細管，該附有光纖毛細管包括： 一光纖用毛細管，具有一內孔，該內孔具有可插入保 持一光纖的內徑，該內孔的表面粗糙度的Ra値在〇·1〜〇_5 // m的範圍內；以及 一光纖，該光纖插於該附有光纖毛細管的該內孔中。 18. 如申請專利範圍第17項所述的附有光纖的毛細 管，其特徵在於：該內孔的表面粗糙度的Ry値小於4·〇ν m ° I9·如申請專利範圍第I7項所述的附有光纖的毛細 管，其特徵在於：該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線 之間的差小於2·0// m。 20·如申請專利範圍第18項所述的附有光纖的毛細 管，其特徵在於：該內孔的表面粗糙度的平均線與頂點線 之間的差小於2.0// m。 34
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