专利名称：光纤耦合器,其制造方法及其制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及偏振依赖性损失或额外损耗较小的宽带光纤耦合器以及可容易并且稳定地制造该光纤耦合器的方法和设备。
波长依赖性较小的光耦合器，比如宽带的光信号分流/耦合的宽带光纤耦合器作为用于一般的光学领域或微小光学领域。以及光通信或光信息处理的领域的各种光部件，可广泛地使用。
在制造这样的宽带光纤耦合器的场合，在过去人们采用下述方法，即对与结构有关的参数相同的2根光纤中的1根预先进行加热拉延，使该2根光纤的与结构有关的参数不同，在将2根光纤绞合的状态，将它们熔接，或采用与结构有关的参数不同的2根光纤，将它们熔接，之后使它们拉伸的方法。
图29～31以示意方式表示上述的已有的宽带光纤的制造步骤。1根光纤1的两端侧通过一对支承台2保持。从位于该对支承台2之间的光纤1的中间部，去除覆盖层(参照图29)。一边通过燃烧器(burner)4，对处于曝露状态的光纤裸线3进行加热，一边加大一对支承台2的间距。对该光纤裸线3的部分进行预先拉伸(参照图30)。在这些光纤裸线3的部分，将按照上述方式获得的预先拉伸光纤5，以及未进行预先拉伸，仅仅将包层从中间部去除掉的光纤1绞合。在此状态，再将这些光纤1，5的两端保持在一对支承台2上。一边再次通过燃烧器(burner)4，对绞合的光纤裸线3的部分进行加热，一边扩大该对支承台2的间距(参照图31)。由此，使2根光纤裸线3在该绞合的部分熔接，使它们拉伸，获得图32所示的光纤耦合器6。
在制造波长依赖性较小的宽带光纤耦合器6的场合，采用与结构有关的参数不同的2根光纤芯线的方法必须要求预先制造2种光纤芯线。由此，其生产成本并不是普通的。
于是，专门进行下述步骤，即制备2个同一种类的光纤芯线，将其中1根预先拉伸，改变与结构有关的参数。
但是，图29～31所示的已有方法必须要求通过燃烧器(burner)4，将光纤裸线4预先拉伸10mm。在该方法中，下述情况几乎是不可能的，该情况指按照不产生线径变化的方式，以比如，数十℃单位，对光纤裸线3的加热温度进行精细控制，另外，由于预先拉伸的光纤裸线3的部分的线径变小，故必须确实使该预先拉伸的光纤裸线3，以及仅去除了覆盖层的光纤1的光纤裸线3紧密接触，为此必须将它们绞合。如图23所示，在将2根光纤绞合的场合，由于必须对这2根光纤1，5均匀地施加拉力，故这些光纤的绞合要求精确的手动调节。于是，已有的方法具有作业复杂，再现性差的不利情况。另外，由于使光纤1施加扭转，故具有下述问题，即由于产生于光纤裸线3本身的内部应力的作用，偏振波依赖性增加，偏波依赖性损耗(在下面，有时称为PDL)增加，并且额外损耗也增加。
图33表示光耦合部为对称结构的对称性光纤耦合器a和光耦合部不是对称结构的非对称结构的宽带光纤耦合器b，c的耦合比，即分支比的波长依赖性。构成光耦合部的2根光纤的与结构有关的参数相同的一般的对称性光纤耦合器a的分支比随光信号的波长在0～100％的范围内周期性地变化。与此相对照，构成光耦合部的2根光纤的与结构有关的参数不同的宽带光纤耦合器b，c通过将比如，包层部的外径分别为115μm，125μm的光纤组合等方式，减小分支比，将其减小到小于100％的特定值。利用该分支比的最大值附近的平直的部分。在图33中，宽带光纤耦合器b的波长为1.4μm的分支比为50％，宽带光纤耦合器c的波长为1.4μm的光分支比为20％。可知道，在它们中，与对称性光纤耦合器a的波长特性相比较，最大分支比附近的变化是平直的。
当制造上述的宽带光纤耦合器时，人们知道在申请号为PCT/GB86/00445的国际专利申请中提出的方法。即，预先拉伸1根单一模式的光纤，将预先拉伸的光纤与未进行预先拉伸的光纤组合，将它们熔接，使它们拉伸，获得图34和表示其XXXV-XXXV方向剖视结构的图35所示的宽带光纤耦合器6。通过预先拉伸作业，使1根单一模式的光纤1的传播常数变化，使该常数和未进行预先拉伸的光纤5的与结构有关的参数不同，使分支比的最大值达到小于100％的特定的值，利用该最大值附近的波长平直性。另外，在图34中，标号7a表示芯部，标号7b表示包层部，标号8表示预先拉伸部，标号9表示熔接拉伸部。
但是，过去的采用预先拉伸的宽带光纤耦合器6的制造方法具有难于进行均匀的预先拉伸的缺点。即，难于对预先拉伸部8进行均匀的加热温度控制，不能够进行精密的形状控制，难于获得拉伸的熔接拉伸部9的外径的均匀性。由此，在对获得的宽带光纤耦合器6进行加工时，具有光纤1，5弯曲的情况，其结果是，具有下述问题，即难于对分支比的设定值进行控制，进而难于获得拉伸的光纤的分支比的平直性的精度，合格率非常低。
作为以上的预先拉伸的问题的改善方法，象JP特开平2-171705号文献所公开的那样，提出有在按照相同的拉伸度分别对具有不同的传播常数的2根光纤进行拉伸后，将它们熔接，接着使它们拉伸的方法，象JP特开平2-259704号文献所公开的那样，提出有下述方法，在该方法中，在包层部的直径不同的2根单一模式的光纤中，将其外径与其中1根的外径相同的光纤预先熔接连接于另1根光纤的两端，之后将2根光纤熔接，使它们拉伸。
但是，同样在这些专利申请中，2根光纤的结构参数是非对称的，分支比的最大值为小于100％的特定值，采用其最大值附近的波长平直性。另外，熔接度也仍然按照耦合紧密的方式变高。
在将与结构有关的参数相同的2根光纤相互熔接，使它们拉伸，制造对称性光纤耦合器的场合，如图33所示，其分支比的最大值达到100％，从使用分支比的最大值附近的观点来说，人们认为不能够制造具有任意的分支比的宽带光纤耦合器。由此，制备包层部的直径等的与结构有关的参数不同的2根光纤，或将预先拉伸的光纤和未预先拉伸的光纤组合，制造宽带光纤耦合器。
在光纤通信中，不仅需要分支比为50％的宽带光纤耦合器，而且需要20％，10％，5％，2％等的各种的分支比的宽带光纤耦合器。另外，每当改变分支比时，必须制备芯体直径或相对折射率，包层部外径等的与结构有关的参数不同的光纤，具有制造成本较高的不利情况。在将通过包层直径的不同的光纤制造的宽带光纤耦合器装配到光通信网中的场合，还必须在光纤耦合器的两端，将包层直径不同的光纤连接。一般，将这样的与结构有关的参数不同的光纤相互串联在技术方面是不容易的，这也是成本上升的原因。
本发明的目的在于提供可容易并且以良好的再现性，制造偏振依赖性损失或额外损耗较小的宽带光纤耦合器的方法和设备。
本发明的另一目的在于提供无需预先拉伸步骤的光纤耦合器，以及可以较低价格制造该光纤耦合器的方法。
本发明的第1种形式涉及一种光纤耦合器，其特征在于其包括2根光纤，该2根光纤分别具有提供光的传送的芯部和围绕该芯部的包层部，它们在同一平面内，基本上平行地延伸；熔接部，该熔接部将上述2根光纤的包层部在基本上处于线接触状态相互熔接，接合。
在本发明的第1种形式的光纤耦合器中，上述2根光纤的包层部的外径可基本上相等。在此场合，即使在光纤耦合器的结合率为100％的情况下，通过使用分支比的斜率较平缓的部分，仍可提供任意的分支比的光纤耦合器。
最好，该光纤耦合器的分支比对应于在光纤内部传播的光的波长而基本上线性地增加，光的波长在1.3～1.55μm的范围内，其变化量小于20％。
光的波长在1.3～1.55μm的范围内，上述分支比可以在1～20％的范围内。
上述2根光纤的包层部的外径可以是不同的。
在上述熔接部的最大宽度由W表示，上述熔接部中的2根光纤的包层部的外径分别由d1，d2表示的场合，由下述式表示的熔接率C，C＝[1-{W/(d1+d2)}]×100该熔接率C在0.5～10％的范围内，最好在1～7％的范围内，该范围相当于在本发明中所称的“基本上线接触状态”。由此，可获得具有良好特性的光纤耦合器。
本发明的第2种形式涉及一种光纤耦合器的制造方法，其特征在于该方法包括下述步骤将分别具有提供光的传送的芯部和围绕该芯部的包层部的2根光纤，平行地并排设置，至少使上述包层部的一部分相互接触；在使上述2根光纤中的至少包层部的一部分，相互接触的状态，对它们加热，在基本上处于线接触的状态，将它们相互熔接；对相互熔接的2根光纤进行加热，使它们拉伸。
在本发明的第2种形式的光纤耦合器的制造方法中，将2根光纤的包层部相互熔接的步骤包括下述步骤，即，将它们加热到1500℃以上。
对相互熔接的2根光纤进行加热，使它们拉伸的步骤可包括下述步骤在2根光纤熔接后，使它们的加热温度降低；在使加热温度降低的状态下，将2根光纤的熔接部分拉伸；从2根光纤的任何的一端侧，射入监视器光，从2根光纤的至少1根的另一端侧，检测上述监视器光，测定其分支比；在上述分支比达到规定值时，停止2根光纤的熔接部分的拉伸。由此，可获得具有所需分支比的光纤耦合器。
在上述熔接部的最大宽度由W表示，上述熔接部中的2根光纤的包层部的外径分别由d1，d2表示的场合，由下述式表示的熔接率C，
C＝[1-{W/(d1+d2)}]×100该熔接率C在0.5～10％的范围内，最好在1～7％的范围内，该范围相当于在本发明中所称的“基本上线接触状态”。由此，可获得具有良好特性的光纤耦合器。
鉴于温度控制的容易性，对光纤的加热最好采用电热式陶瓷微型加热器进行。由此，正确地对光纤进行加热温度的控制，可顺利地改变光纤裸线的线径。其结果是，可制造具有良好特性的光纤耦合器。另外，由于获得较宽范围内的稳定的加热温度，故在预先接近的状态将2根光纤平行地设置的状态，也可仅仅预先拉伸其中1根光纤。
至少包层部的一部分相互接触的2根光纤的包层部的外径可基本上相等。
在至少包层部的一部分相互接触的2根光纤中，与结构有关的参数可以不同。由此，可在不将2根光纤绞合的情况下，使它们熔接，可稳定地获得PDL和额外损耗均很小，高质量的宽带光纤耦合器。
在此场合，还可具有下述步骤，即仅仅对2根光纤中的1根进行预先拉伸，使与结构不同的参数不同。由此，可在不将2根光纤绞合的情况下，将它们熔接，可以较低的成本，稳定地获得PDL和额外损耗均较小的高质量的宽带光纤耦合器。
还可具有下述步骤，即将与结构有关的参数相同的2根光纤平行地并排设置的步骤，和仅仅对2根光纤中的1根进行预先拉伸，使与结构有关的参数不同。由此，可在不将2根光纤绞合的情况下，将它们熔接，可以较低的成本，容易并且稳定地获得PDL和额外损耗均较小的高质量的宽带光纤耦合器。
在此场合，对其中1根光纤进行预先拉伸的步骤可以包括下述步骤，即将2根光纤一同加热到消除变形的温度的步骤，和仅仅使加热的2根光纤中的1根拉伸。或者，上述预先拉伸的步骤可以在其中1根光纤不与另1根光纤熔接的加热温度下进行。由此，可在预先靠近的状态保持2根光纤，可改善作业性，可以较高的效率制造光纤耦合器。
本发明的第3种形式涉及下述光纤耦合器的制造设备，其特征在于该设备包括一对光纤支承台，该对光纤支承台用于保持与结构有关的参数不同的2根光纤的纵向两侧；光纤固定机构，该光纤固定机构设置于上述光纤支承台上，可将上述2根光纤固定于该光纤支承台上；基座，该基座以可沿上述2根光纤的纵向，移动的方式支承上述一对光纤支承台；支承台驱动机构，该支承台驱动机构使上述一对光纤支承台按照它们相对的方向，沿相反的方向移动；光纤偏置机构，该光纤偏置机构设置于上述光纤支承台上，进行偏置使2根光纤的去除掉覆盖层的部分的一部分相互接触；加热器，该加热器沿包含上述2根光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向可移动地安装于上述基座上，该加热器用于对上述2根光纤进行加热。
如果采用本发明的第3种形式，可在不将2根光纤绞合的情况下，将它们熔接，可以良好的再现性，制造PDL和额外损耗均较小的高质量的宽带光纤耦合器。
本发明的第4种形式涉及下述光纤耦合器的制造设备，其特征在于该设备包括用于保持第1光纤的纵向两侧的一对第1光纤支承台；第1光纤固定机构，该第1光纤固定机构设置于该对第1光纤支承台上，可将上述第1光纤固定于第1光纤支承台上；一对第2光纤支承台，该对第2光纤支承台用于按照使第2光纤与第1光纤保持平行的方式，保持该对第2光纤的纵向两侧；第2光纤固定机构，该第2光纤固定机构设置于该对第2光纤支承台上，用于将第2光纤固定于第2光纤支承台上；基座，该基座以可沿上述光纤的纵向移动的方式，支承第1和第2光纤；第1支承台驱动机构，该第1支承台驱动机构沿它们相对的方向，按照相反的方向使该对第1光纤支承台移动；第2支承台驱动机构，该第2支承台驱动机构沿它们相对的方向，按照相反的方向使该对第2光纤支承台移动；光纤偏置机构，该光纤偏置机构设置于上述第1和第光纤支承台上，进行偏置使第1光纤和第2光纤的去除掉覆盖层的部分的一部分相互接触；加热器，该加热器沿包含第1和第2光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向可移动地安装于上述基座上，用于对第1和第2光纤进行加热；加热器移动机构，该加热器移动机构沿包含第1和第2光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向，驱动上述加热机构。
按照本发明的第4种形式，可在不将2根光纤绞合的情况下，将它们熔接，可以良好的再现性，制造PDL和额外损耗均较小的高质量的宽带光纤耦合器。
在本发明的第3或第4种形式的光纤耦合器的制造设备中，就温度控制的容易性来说，如果加热区域较宽，则最好对光纤的加热采用电热式陶瓷微型加热器进行。由此，可以正确地进行对于光纤的加热温度的控制，能够平滑地改变光纤裸线的线径，并且可在较长的尺寸范围内，获得具有均匀的线径的拉伸区域。其结果是，可制造具有良好特性的光纤耦合器。另外，在预先靠近的状态，平行地设置2根光纤的状态，可正确地仅仅对其中1根光纤进行拉伸。
在本发明的第4种形式的光纤耦合器的制造设备中，还可包括一对连接机构，该对连接机构将相互接近的第1和第2光纤支承台分别连接成整体。由此，在对2根光纤进行加热熔化，使它们拉伸时，可确实地使它们成一体移动。
上述光纤偏置机构可包括固定销，该固定销固定于第1和第2光纤支承台中的任何一个上；柱塞，其以夹持第1和第2光纤的方式，设置于上述固定销的相对侧，可沿与上述固定销相对的方向移动；柱塞固定机构，该柱塞固定机构用于沿与上述固定销相对的方向，将该柱塞固定于规定位置。由此，可在不将2根光纤绞合的情况下，将它们熔接，可以较低的成本，容易按照良好的再现性，制造PDL和额外损耗均较小的高质量的宽带光纤耦合器。
根据按照附图相对应的方式给出的下面的实施例的描述，会更加明白本发明的上述和其它目的，效果，特征和优点。
图1为表示本发明的光纤耦合器的制造设备的一个实施例的外观的俯视图；图2为图1所示的实施例的主视图；图3为沿图1中的III-III线的剖视图，抽出放大地显示其局部；图4为图1的裸线固定部的部分的抽出放大图；图5为对偏置机构进行操作，处于使光纤裸线相互接触的状态的，对应于图4的放大图；图6为表示本实施例的加热器的加热温度特征的曲线图；图7为与图8，图9，图11，图12，图14，图16，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示2根光纤裸线相互平行地并排的状态；图8为与图7，图9，图11，图12，图14，图15，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示开始加热的状态，以便对其中1根光纤裸线进行预先拉伸；图9为与图7，图8，图11，图12，图14，图15，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示其中1根光纤裸线的预先拉伸状态；
图10为表示本实施例的预先拉伸步骤的时间与加热温度之间的关系的曲线图；图11为与图7～图9，图12，图14，图15，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示结束其中1根光纤裸线的预先拉伸的状态；图12与图7～9，图11，图14，图15，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示开始对2根光纤裸线加热的状态；图13为沿图11中的XIII-XIII线的剖视图；图14为与图7～9，图11，图12，图15，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示对偏置机构进行操作，使2根光纤裸线相互接触的状态；图15为表示本实施例的熔接拉伸步骤的时间与加热温度之间的关系的曲线图；图16为与图7～9，图11，图12，图14，图17一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示开始对2根光纤裸线加热的状态；图17为沿图15中的XVII-XVII线的剖视图；图18为与图7～9，图11，图12，图14，图15一起，表示本实施例的光纤耦合器的制造步骤的作业示意图，其表示结束2根光纤裸线的加热拉延的状态；图19为表示按照本发明制造的光纤耦合器的一个实施例的拉伸时间和分支比之间的关系的曲线图；图20为表示按照本发明制造的光纤耦合器的一个实施例的波长依赖性的曲线图；图21表示其中1根光纤裸线的预先拉伸量与所获得的光纤耦合器的分支比之间的关系的曲线图；图22为表示本发明的光纤耦合器的另一实施例的熔接部的外观的透视图；图23为沿图22中的XXIII-XXIII线的剖视图；图24为表示本发明的光纤耦合器的制造设备的另一实施例的基本结构的示意图；图25为表示采用图24所示的设备的光纤耦合器的熔接拉伸步骤的时间与加热温度之间的关系的曲线图；图26为表示本发明的光纤耦合器的另一实施例的波长依赖性的曲线图；图27为表示本发明的光纤耦合器的又一实施例的波长依赖性的曲线图；图28为表示本发明的光纤耦合器的还一实施例的波长依赖性的曲线图；图29为与图30，图31一起，表示过去的光纤耦合器的制造方法的一个实例的作业示意图，其表示预先拉伸前的光纤裸线的固定状态；图30为与图29，图31一起，表示过去的光纤耦合器的制造方法的一个实例的作业示意图，其表示光纤裸线的预先拉伸状态；图31为与图29，图30一起，表示过去的光纤耦合器的制造方法的一个实例的作业示意图，其表示绞合在一起的2根光纤裸线的固定状态；图32为表示通过图29～31所示的已有的光纤耦合器的制造方法获得的光纤耦合器的外观的透视图；图33为表示过去的对称性光纤耦合器和非对称性光纤耦合器的光分支比的波长依赖性的曲线图；图34为表示过去的光纤耦合器的示意结构的示意图；图35为沿图34中的XXXV-XXXV线的剖视图；图36为表示对称性光纤耦合器的熔接率与分支比之间的关系的曲线图。
下面参照附图1～28，对本发明的实施例进行具体描述，但是本发明不限于这样的实施例，可将它们进一步部分地组合，根据需要，适当进行部分的变换。
图1表示本实施例的光纤耦合器的制造设备的平面形状，图2表示其主视图，图3以局部放大的方式表示图1中的III-III线的剖视图，图4表示图1的裸线固定部的局部的抽出放大形状。在基座11上，铺设相互平行地延伸的2根导轨12，13。在这2根导轨12，13上，按照可分别滑动的方式嵌合有2组光纤支承台14L，14R，15L，15R。在其中1根导轨12上滑动的一对第1光纤支承台14L，14R(在图1中，为顶侧)，在另1根导轨13上滑动的一对第2光纤支承台15L，15R(在图1中，为底侧)具有基本上相同的结构。由于上述情况，分别保持光纤16，17中的所熔接的部分的两侧。在本实施例中，用于在前端侧保持光纤耦合器16，17的具有柔性的光纤压板18L，18R的基端部用螺钉紧固于第2光纤支承台15L，15R(在下面，具有简单地标记为15的场合)上。通过这些光纤压板18L，18R的弹性力，可在使其与相应的覆盖层接触的状态，使设置于第1光纤支承台14L，14R(在下面，具有简单地标记为14的场合)上的其中1根光纤16，以及设置于第2光纤支承台15上的另1根光纤17相互基本上保持平行。该光纤压板18L，18R对光纤16，17的保持力不必那么大。其可仅仅达到防止光纤16，17相对光纤支承台14，15脱落的程度，便足够了。另外，在图1中，左侧的第1光纤支承台14L与第2光纤支承台15L，与右侧的第1光纤支承台14R和第2光纤支承台15R可分别通过可拆卸的连接件19，按照任意的位置关系，相互连接成一体。这些连接件19可适当地采用利用板簧或磁力等的形式。
在导轨12，13的上方，设置有2根进给丝杆20，21，这2根杆在分别穿过上述的支承台14，15的状态，沿与导轨12，13平行的方向延伸。这两根杆20，21的一端侧以可旋转的方式分别支承于设置在基座11上的2个轴承支架22，23上。在各进给丝杆20，21上，以它们的中间部为边界，分别形成在一端侧和另一端侧反向的阳螺纹部26，该阳螺纹部26分别与图中未示出的进给丝母，处于螺纹嵌合的状态，该进给丝母固定于光纤支承台14，15上。在相应的齿轮箱24，25中，分别安装有步进马达27，28，这些马达用于驱动旋转进给丝杆20，21。相应的步进马达27，28和进给丝杆20，21通过装配于齿轮箱24，25的内部的图中未示出的减速齿轮机构，实现连接。
因此，随着各步进马达27，28的正反向旋转，相对应的进给丝杆20，21实现正反向旋转，与此相对应，相对的一对光纤支承台14，15按照相互靠近或离开的方式，沿导轨12，13移动。这些光纤支承台14，15的移动量由对步进马达27，28的驱动脉冲次数限定。
在本实施例中，为了限定一对光纤支承台14，15的原始位置，在基座11上，突设有4个定位块29，30。可与这些定位块29，30相接触的止动件31，32分别突设于相应的光纤支承台14，15的侧面上。即，阻止光纤支承台14L，15L或14R，15R从下述状态，朝向另一光纤支承台14R，15R或14L，15L一侧移动，该状态指位于分别同时与这些止动件31，32所对应的定位块29，30相接触的图1所示的原始位置的状态，可以此位置为基准，按照相互离开的方式分别使左侧的光纤支承台14L，15L和右侧的支承台14R，15R移动。
在图1中，在左侧的光纤支承台14L，15L与右侧的光纤支承台14R，15R之间，设置用于对跨过它们之间的光纤裸线33，34进行加热的加热器35。本实施例的加热器35为可容易并且高精度地对温度进行控制的电热式陶瓷微型加热器，其具有槽型件那样的形状，其内侧具有图6所示的温度分布。因此，通过将该凹入部分的中心附近的温度保持在约1550℃，则可将以这里为中心的约10mm的宽度的加热范围的温度设定在1350℃以上。从图中未示出的电源，向加热器35供电，以便在预先拉伸时，使其中1根光纤16位于加热器35的槽部的中间附近，对其进行加热，使在熔接拉伸时保持在接触状态的2根光纤裸线33，34的中间部位于加热加热器35的槽部的中间附近，对其进行加热。电源的供电量和一对光纤支承台14，15的移动通过图中未示出的控制装置控制。在熔接拉伸步骤中，将具有比如，1.55μm的激振波长的激光二极管作为监视器光源，将其与光纤16，17中的任何一根的一端连接，在这些光纤16，17的另一端，分别连接感光传感器。另外，通过2个感光传感器，检测来自监视器光源的监示器光，实时地测定在拉伸中发生变化的分支比，在获得所需的分支比的时刻，可使加热和拉伸停止。
加热器35支承于加热器移动装置36上，该加热器移动装置36通过图中未示出的支架，安装于基座11上。该加热器移动装置36包括柱塞37，其可沿横切2根光纤裸线33，34的方向作往复移动。加热器35与该柱塞37的前端部连接。安装于柱塞37上的加热器35可实现下述第1次加热，以及第2次加热，该第2次加热指对通过将支承于第1光纤支承台14L，14R上的其中1根光纤16中的覆盖层去除而曝露的光纤裸线33的纵向中间部进行加热，对其进行预先拉伸，该第2次加热指同时对2根光纤裸线33，34的纵向中间部进行加热熔接，进一步对其拉伸。通过控制装置对供电量进行控制，可进行数十℃单位的精确的温度控制。
在一对光纤支承台14，15中的相对的一侧，用于设置本发明的偏置机构的裸线固定部38，39以突出的方式，分别成整体形成。具有柔性的裸线固定板40通过小螺钉41，可取下地以螺纹方式紧固于第1光纤支承台14的裸线固定部38的前端部，该裸线固定板40用于将去除了覆盖层的光纤裸线33，成整体固定于裸线固定部38上。通过该裸线固定板40的弹力，将其中1根光纤裸线33成整体固定在第1光纤支承台14的裸线固定部38上，从而可将上述的加热器35移动到规定位置，对该裸线进行预先拉伸。
在第1光纤支承台14的裸线固定部38上，以插入方式设置有支承销42，其可与通过下述方式而处于曝露状态的光纤裸线33的侧端接触，该方式为从设置于第1光纤支承台14上的光纤16的中间部，去除覆盖层。下述推杆43以可滑动的方式，与其基端侧安装于第2光纤支承台15的裸线固定部39上的杆操作部件44嵌合，该推杆43夹持通过下述方式处于曝露状态的光纤裸线34，以及第1光纤支承台14上的光纤裸线33，其前端部与上述支承销42相对，该下述方式为从设置于第2光纤支承台15上的光纤17的中间部，去除覆盖层。该推杆43可在下述后退位置和前进位置之间切换，在该后退位置，如图4所示，其前端部朝向后面将要描述的支架一侧退回，在该前进位置，如图5所示，通过其前端部和支承销42，以接触方式夹持2根光纤裸线33，34。在本实施例中，支承销42，推杆43，杆操作部件44等用作本发明的偏置机构。
该杆操作部件44通过调整螺钉45，安装于固定在第2光纤支承台15的裸线固定部39上的支架46上。对于该支架46，可对应于光纤裸线33，34的线径，相对第2光纤支承台15的裸线固定部39，沿与推杆43的滑动方向保持平行的方向，对其位置进行细微调整。另外，具有柔性的裸线固定板47通过小螺钉48，可拆下地以螺纹方式紧固于第2光纤支承台15的裸线固定部39的基端部，该裸线固定板47用于将去除了覆盖层的光纤裸线34成整体固定于裸线固定部39上。通过该裸线固定板47的弹力，将另一光纤裸线34成一体固定于第2光纤支承台15的裸线固定部39上，将上述的加热器35移动到规定位置，可同时对两个光纤裸线33，34加热，使它们熔接，进一步将它们成整体地拉伸。
在上述的实施例中，可分别独立地驱动2组光纤支承台14，15，但是在使用连接件19，在图1中，可分别将左侧的第1光纤支承台14L和第2光纤支承台15L，与右侧的第1光纤支承台14R和第2光纤支承台15R成整体形成的场合，也可省略第2光纤支承台15一侧的进给丝杆21，齿轮箱25和步进马达28，简化驱动机构。
下面参照图7～18，对使用图1～5所示的光纤耦合器的制造设备，制造采用本发明方法的光纤耦合器的步骤进行描。通过光纤压板18L，18R，将预先分别去除了中间部的覆盖层的2根光纤16，17分别安装于位于原始位置的光纤支承台14，15上(参照图7)。另外，通过裸线固定部40，成整体将其中1根光纤裸线33成整体固定于裸线固定部38上。接着，在通过加热器35，对其中1根光纤裸线33进行加热的同时(参照图8)，驱动步进马达27，将第1光纤支承台14相互拉开，预先将光纤16拉伸(参照图9)。在本实施例中，由于通过采用电热式陶瓷微型加热器的加热器35，对其中一根光纤裸线33进行加热，故可通过对加热温度的正确控制，使光纤裸线33的线径顺利地发生变化。
图10表示这样的实施例的预先拉伸处理中的加热时间和加热温度的变化之间的关系。最初，在通过加热器35加热到1200℃，去除光纤裸线33的变形后，进行预先拉伸用的加热。该加热温度可在300～1550℃的范围内任意地设定。在本实施例中，将上述温度设定在1400℃，按照每秒数个～数十个微米的速度，对光纤16进行预先拉伸。
在按照上述方式，进行了预先拉伸的光纤16和未拉伸的光纤17之间，如图11所示，在与覆盖层的厚度相对应的光纤裸线33，34的部分，产生间隙(在本实施例中，产生125μm的间隙)。由此，预先解除裸线固定板40对其中1根光纤裸线33的约束，通过支承销42和压板43，使2根光纤裸线33，34的相应的未拉伸区域的部分相接触(参照图12，图13)。在此状态，通过裸线固定板40，47，将2根光纤裸线33，34分别成整体固定于裸线固定部38，39上(参照图5)。另外，使用连接件19，将左侧的第1光纤支承台14L和第2光纤支承台15L，以及右侧的第1光纤支承台14R和第2光纤支承台15R成整体连接，在图13的标号中，标号50分别表示供光信号传送的光纤裸线33，34的芯部。标号51表示分别包围这些芯部50的包层部。
然后，设定加热器35的位置(参照图14)，进行熔接拉伸处理，以便在加热器35中，使光纤裸线33，34的中间部位于加热器35的槽部的中心附近。图15表示本实施例的熔接拉伸处理中的加热时间和加热温度之间的关系。即，最初，通过加热器35，加热到1200℃，去除光纤裸线33，34的变形。然后，将加热最高温度设定在比如，1550℃，进行熔接用的加热(参照图16，17)。接着，同步驱动步进马达27，28，将图中的左侧的光纤支承台14L，15L和右侧的光纤支承台14R，15R相互拉开，按照规定时间对光纤16，17拉伸。一边使本实施例中的拉伸处理的加热温度从作为熔接处理中的加热温度的1550℃分段降低，一边按照每秒数个～数十个微米的速度，将2根光纤16，17拉伸。另外，在1550℃的加热温度下仅仅进行熔接，进行拉伸处理的场合，也可不加热温度降低到1520℃，在由此分段使温度降低的同时，将光纤16，17拉伸。
按照上述方式，获得具有图18所示的已拉伸的熔接部52的光纤耦合器49。按照上述方式，分多个阶段改变加热温度而进行拉伸是为了预防产生缺陷，改善合格率，确实获得具有所需的分支比的光纤耦合器49。按照本实施例，获得已拉伸的熔接部52的熔接率C为4％的，基本处于线接触状态的光纤耦合器49。
制备光纤16，17的芯部50的直径为8μm，包层部51的外径为125μm，它们的折射率差为0.3％的光纤。通过按照上述步骤，将其中1根光纤裸线33预先拉伸0.3mm，另外对2根光纤16，17进行加热熔接，使它们拉伸，由此，获得本发明的一个实施例的光纤耦合器49。图19表示此最终步骤的加热拉延时间，与所获得的光纤耦合器49的分支比之间的关系。另外，图20表示与所获得的光纤耦合器49的分支比有关的波长依赖特性。这些特性与熔接部52的熔接率C为4％的，在基本上处于线接触的状态熔接而接合的本实施例的光纤耦合器49相对应。从该图19和图20可容易确认，形成了下述光纤耦合器49，其中波长基本上在1.2～1.6μm的范围内，相对50％的分支比的振幅基本上在±5％，波长依赖性极小。另外，可确认形成了PDL和额外损耗均小的高品质的光纤耦合器49。
在上述的实施例中，预先将2根光纤16，17相互保持平行地排列，在此状态，对其中1根光纤16进行预先拉伸，由此，可使作业性提高。但是，为了确实避免在预先拉伸时，对另一光纤的热影响，也可从光纤支承台14，15上取下另一光纤17，在仅仅对其中1根光纤16进行预先拉伸后，将未进行预先拉伸的另一光纤17安装于光纤支承台14，15上，将它们按照相互保持平行的方式排列，同时对2根光纤16，17进行加热拉延。在此场合，可省略上述实施例的2组光纤支承台14，15或它们的驱动机构等中的一个，可使设备成本大幅度降低。
即使在采用这样的方法的情况下，仍可制造相对50％的分支比，波长依赖性权仅为±5％的宽带光纤耦合器。可确认该光纤耦合器的额外损耗为0.05dB，PDL为0.02dB，形成极高品质的光纤耦合器。
另外，图21表示在最初的加热步骤中，预先拉伸的光纤16的预先拉伸量，与按照本发明获得的光纤耦合器的分支比之间的关系。从图21可容易知道，还可通过改变其中1根光纤16的预先拉伸量，制造具有任意分支比的光纤耦合器。
上述的实施例对采用在熔接时包层部51的外径不同的2根光纤16，17的光纤耦合器49进行了描述，但是，也可采用在熔接时包层部51的外径相同的2根光纤的光纤耦合器。
图22表示这样的本发明的光纤耦合器的另一实施例的主要部分的结构，图23表示沿XXIII-XXIII线的剖面结构，与前面的实施例相同功能的部件采用相同的标号，故省略重复的描述。即，在图22中，光纤裸线33，34的与结构有关的参数，比如，芯部50的直径或包层部51的直径，相对折射率和截止波长是相同的。这些光纤裸线33，34的包层部51的直径d为125μm。相对包层部51，其直径为6.5μm的芯部50的折射率差为0.3％。当由W表示该熔接部52的最大宽度时，则已拉伸的熔接部52的熔接度C由下述式表示C＝{1-(W/2d)}×100在本实施例中，该熔接度C小于5％，处于接近线熔接的状态。此熔接度C特别是最好小于7％，最大也要小于10％。
在制造上述光纤耦合器49的场合，由于不象上述实施例那样，需要预先拉伸步骤，故也可采用图1～5所示的光纤耦合器的制造设备。但是，可采用具有在图1的大致为上半的部分所示结构的图24所示的更加简单的结构光纤耦合器的制造设备。通过光纤压板18L，18R，分别将下述2根光纤16，17安装于位于原始位置的光纤支承台14上，在该2根光纤16，17中，与分别预先去除了中间部的覆盖层的结构有关的参数是相同的，采用图中未示出的支承销42和压杆43(参照图5)，使2根光纤裸线33，34的相应的未拉伸区域的部分接触。在此状态，采用裸线固定板40，将2根光纤裸线33，34与裸线固定部38(参照图5)成整体固定。
此后，按照在加热器35中，2根光纤裸线33，34的中间部位于加热器35的槽部的中心附近的方式，设定加热器35的位置，进行熔接拉伸处理。从电源53，向加热器35供给电流，对形成光纤裸线33，34的熔接部52的部分进行加热，使其熔接。由电源53产生的供电和光纤支承台14的移动通过控制装置控制。在最初进行作业的场合，在进行拉伸步骤之前，使加热器35退回移动到等待位置。另外通过显微镜，观察熔接部52的熔接状态，确定适合的熔接温度和熔接时间。最好将上述参数存储于控制装置54中。如果按照上述方式，确定适合的熔接温度和熔接时间，则可从下次作业，连续地进行熔接步骤和拉伸步骤。在拉伸步骤中，一边在监视器光源55产生的规定的波长为1.55μm的条件下测定分支比，一边进行拉伸作业。在此场合，将振荡波长为1.55μm的激光二极管作为监视器光源55，与其中1根光纤16的一端连接。将感光传感器56与该光纤的另一端连接，另外将感光传感器57将另1根光纤17的另一端连接。分别采用监视器光源55产生的1.55μm的波长的光，测定其分支比。将该分支比反馈给控制装置54，在分支比比如，达到10％的时刻，结束拉伸作业。
图25表示本实施例的熔接拉伸处理中的加热时间和加热温度之间的关系。最初，通过加热器35加热到1150℃，在消除光纤裸线33，34的变形后，将加热最高温度设定在比如，1530℃，进行用于熔接的加热。另外，驱动步进马达27(参照图1)，将图24中的，左侧的光纤支承台14L与右侧的光纤支承台14R相互拉开，按照规定时间将处于熔接状态的光纤裸线33，34拉伸。本实施例中的拉伸处理的加热温度从作为熔接处理中的加热温度的1530℃，下降到1400℃，一边分阶段从此温度使上述温度降低，一边按照每秒数个～数十个微米的速度，将2根光纤裸线33，34拉伸。按照上述方式，获得具有熔接率C为10％的，基本上处于线接触状态的图22所示熔接部52的光纤耦合器49。
图26表示按照上述方式制作的光纤耦合器的波长特性。在图26中，波长在1.1～1.7μm的范围内，分支比基本上线性地增加，并且分支比限制在2～12％的范围内。使用波长区域在1.3～1.5μm的范围内，分支比限制在5～10％的范围内(即，变化量小于5％)，这是十分平直的。该情况可理解为光纤耦合器49是实用的。即使在考虑到每批制造产品之间的误差的情况下，分支比的误差的大部分仍被限制在20％以内。
在上述实施例中，在分支比为10％时，停止拉伸，但是在制造分支比为5％的光纤耦合器49的场合，可按照除了在测定中的分支比为5％时结束拉伸的方面，其它的与上述的实施例相同的方式，进行制造。图27表示分支比为5％的光纤耦合器的波长特性。波长在1.1～1.7μm的范围内，分支比基本上线性地增加，并且分支比限制在2～7％的范围内。使用波长范围在1.3～1.55μm的范围内，分支比限制在2.5～5％的范围内(即，其误差在3.5％的范围内)。因此，可知道，分支比是十分平直的，光纤耦合器是可实用的。
按照上述方式，不采用与结构有关的参数不同的2根光纤，仅仅改变结束拉伸的分支比的设定，可制造所需的分支比的宽带光纤耦合器。
即使在包层部的外径相同的情况下，也可采用前述实施例的芯部的直径，比折射率，截止频率等的与结构有关的参数不同的2根光纤，获得耦合器。比如，采用下述光纤耦合器，其中作为与结构有关的参数，具体地仅仅改变芯部的直径，其中1根光纤的芯部的直径为6μm，另1根光纤的芯部的直径为10μm。图28表示通过这样的实施例制造的光纤耦合器。波长在1.1～1.7μm的范围内，分支比线性地增加，并且在1.3～1.5μm的波长范围内，分支比限制在4～9％的范围内(即，其误差在5％以内)。按照上述方式，可知道，即使在将结构参数不同的光纤组合的情况下，仍可没有问题地制造光纤耦合器。
上面根据优选的实施例，对本发明进行了具体描述，对于本领域的普通技术人员来说，根据上面的描述显然知道，在不脱离本发明的情况下可在更宽的解释内进行变更或修改，因此，在后面所附的权利要求的范围内的发明包含应属于本发明的本身的精神的变更或修改。
权利要求
1.一种光纤耦合器，其特征在于其包括2根光纤，该2根光纤分别具有提供光的传送的芯部和围绕该芯部的包层部，它们在同一平面内，基本上平行地延伸；熔接部，该熔接部将上述2根光纤的包层部在基本上处于线接触状态相互熔接。
2.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于上述2根光纤的包层部的外径基本上相等。
3.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于分支比对应于在上述光纤内部传播的光的波长而基本上线性地增加，光的波长在1.3～1.55μm的范围内，其变化量小于20％。
4.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于上述光的波长在1.3～1.55μm的范围内，上述分支比在1～20％的范围内。
5.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于上述2根光纤的包层部的外径是不同的。
6.根据权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于在上述熔接部的最大宽度由W表示，上述熔接部中的2根光纤的包层部的外径分别由d1，d2表示的场合，由下述式表示的熔接率C，C＝[1-{W/(d1+d2)}]×100该熔接率C在0.5～10％的范围内，最好在1～7％的范围内。
7.一种光纤耦合器的制造方法，其特征在于该方法包括下述步骤将分别具有提供光的传送的芯部和围绕该芯部的包层部的2根光纤，平行地并排设置，至少使上述包层部的一部分相互接触；在使上述2根光纤中的至少包层部的一部分相互接触的状态，对它们加热，在基本上处于线接触的状态，将它们相互熔接；对相互熔接的2根光纤进行加热，使它们拉伸。
8.根据权利要求7所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于使上述2根光纤的上述包层部相互熔接的步骤包括下述步骤，将它们加热到1500℃以上。
9.根据权利要求7或8中的任何一项所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于对相互熔接的上述2根光纤进行加热，使它们拉伸的步骤还包括下述步骤在上述2根光纤熔接后，使它们的加热温度降低；在使加热温度降低的状态下，使2根光纤的熔接部分拉伸；从2根光纤的任何的一端侧，射入监视器光，从2根光纤的至少1根的另一端侧，检测上述监视器光，测定其分支比；在上述分支比达到规定值时，停止2根光纤的熔接部分的拉伸。
10.根据权利要求7所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于在上述熔接部的最大宽度由W表示，上述熔接部中的2根光纤的包层部的外径分别由d1，d，表示的场合，由下述式表示的熔接率C，C＝[1-{W/(d1+d2)}]×100该熔接率C在0.5～10％的范围内，最好在1～7％的范围内。
11.根据权利要求7所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于对上述光纤的加热使用电热式陶瓷微型加热器进行。
12.根据权利要求7所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于使至少上述包层部的一部分相互接触的2根光纤的，包层部的外径基本上相等。
13.根据权利要求7所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于使至少上述包层部的一部分相互接触的2根光纤的，与结构有关的参数是不同的。
14.根据权利要求13所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于该方法还包括下述步骤仅仅对2根光纤中的其中1根进行预先拉伸，使与结构有关的参数不同。
15.根据权利要求13所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于该方法还包括下述步骤，使与结构有关的参数相同的2根光纤相互平行地并排设置，仅仅对2根光纤中的其中1根进行预先拉伸，使与结构有关的参数不同。
16.根据权利要求14所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于对上述其中1根光纤进行预先拉伸的步骤包括下述步骤，将2根光纤共同地加热到消除变形的温度以上的步骤，和仅仅对加热的2根光纤中的其中1根进行拉伸的步骤。
17.根据权利要求14所述的光纤耦合器的制造方法，其特征在于对上述其中1根光纤进行预先拉伸的步骤是在该其中1根光纤不与另一光纤熔接的加热温度下进行的。
18.一种光纤耦合器的制造设备，其特征在于该设备包括一对光纤支承台，该对光纤支承台用于保持与结构有关的参数不同的2根光纤的纵向两侧；光纤固定机构，该光纤固定机构设置于上述光纤支承台上，可将上述2根光纤固定于该光纤支承台上；基座，该基座以可沿上述2根光纤的纵向移动的方式支承上述一对光纤支承台；支承台驱动机构，该支承台驱动机构使上述一对光纤支承台按照它们相对的方向，沿相反的方向移动；光纤偏置机构，该光纤偏置机构设置于上述光纤支承台上，进行偏置使2根光纤的去除掉覆盖层的部分的一部分相互接触；加热器，该加热器沿包含上述2根光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向可移动地安装于上述基座上，该加热器用于对上述2根光纤进行加热。
19.一种光纤耦合器的制造设备，其特征在于该设备包括用于保持第1光纤的纵向两侧的一对第1光纤支承台；第1光纤固定机构，该第1光纤固定机构设置于该对第1光纤支承台上，可将上述第1光纤固定于第1光纤支承台上；一对第2光纤支承台，该对第2光纤支承台用于按照使第2光纤与第1光纤保持平行的方式，保持该对第2光纤的纵向两侧；第2光纤固定机构，该第2光纤固定机构设置于该对第2光纤支承台上，用于将第2光纤固定于第2光纤支承台上；基座，该基座以可沿上述光纤的纵向移动的方式，支承第1和第2光纤；第1支承台驱动机构，该第1支承台驱动机构沿它们相对的方向，按照相反的方向使该对第1光纤支承台移动；第2支承台驱动机构，该第2支承台驱动机构沿它们相对的方向，按照相反的方向使该对第2光纤支承台移动；光纤偏置机构，该光纤偏置机构设置于上述第1和第光纤支承台上，进行偏置使第1光纤和第2光纤的去除掉覆盖层的部分的一部分相互接触；加热器，该加热器沿包含第1和第2光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向可移动地安装于上述基座上，用于对第1和第2光纤进行加热；加热器移动机构，该加热器移动机构沿包含第1和第2光纤的平面，在相对这些光纤的长度方向交叉的方向，驱动上述加热机构。
20.根据权利要求19所述的光纤耦合器的制造设备，其特征在于该设备还包括一对连接机构，该对连接机构将相互接近的第1和第2光纤支承台分别连接成整体。
21.根据权利要求19所述的光纤耦合器的制造设备，其特征在于上述光纤偏置机构包括固定销，该固定销固定于第1和第2光纤支承台中的任何一个上；柱塞，其以夹持第1和第2光纤的方式，设置于上述固定销的相对侧，可沿与上述固定销相对的方向移动；柱塞固定机构，该柱塞固定机构用于沿与上述固定销相对的方向，将该柱塞固定于规定位置。
22.根据权利要求18所述的光纤耦合器的制造设备，其特征在于上述加热器为电热式陶瓷微型加热器。
全文摘要
本发明的光纤耦合器包括2根光纤,该2根光纤分别具有提供光的传送的芯部和围绕该芯部的包层部,它们在同一平面内基本上平行地拉伸;熔接部,该熔接部将2根光纤中的包层部在基本上线接触状态相互熔接。该光纤耦合器这样制造,使2根光纤相互平行地并排设置,使至少包层部的一部分相互接触,在此状态,对这2根光纤进行加热,在基本上线接触的状态,使它们相互熔接,另外,一边对2根光纤进行加热,一边对其拉伸。在对光纤进行加热的场合,最好采用电热式陶瓷微型加热器。
文档编号G02B6/287GK1373375SQ0112216
公开日2002年10月9日 申请日期2001年3月30日 优先权日2001年3月2日
发明者都丸晓, 小林修, 植竹孝 申请人:Ntt前进技术株式会社