专利名称：光纤端部加工方法、光纤端部加工装置及光纤端部的制作方法
技术领域：
本发明涉及对在芯部的周围具有多个空孔的结构的光纤的端部进行加工的光纤端部加工方法、光纤端部加工装置及光纤端部。
背景技术：
近年来，在芯部的周围具有多个空孔的、被称为多孔光纤及光子晶体光纤的新式光纤备受瞩目，并研究在通信用光软线、光学器件等上的广泛的应用(例如，参照非专利文献I)。图10表代表性的多孔光纤的结构。如图10所75,多孔光纤I由芯部2、在芯部 2的周围形成的包层部3、及沿芯部2的轴向形成在包层部3的芯部2周围的多个空孔4构成。若形成于包层部3的空孔4在多孔光纤I的端面开口，则由于水分进入空孔4的内部，或因温度变化而在空孔4内产生结露，有时导致多孔光纤I的机械强度下降或产生光学特性的变动。另外，在使用机械绞接件或MT连接器等连接部件连接光纤彼此的场合，使用在一方的光纤的连接端面和另一方的光纤的连接端面间的间隙中填充液体的折射率调整剂，从而减少在连接端面的反射和损失的方法。在将该连接方法应用于图10所示的多孔光纤I 上的场合，若空孔4在多孔光纤I的端面开口，则液体的折射率调整剂从连接端面流入空孔 4的内部。由此,连接端面的折射率调整剂产生断流,有可能引起大的反射及连接损失。另外，即使在不需要折射率调整剂的单芯光连接器中，在对多孔光纤I的连接端面进行研磨时，进入空孔4的研磨剂及研磨屑在之后排出到外部且被连接端面夹住，存在损伤光纤端面或产生空隙导致光学特性劣化的问题。对于这种问题，以前提出了以下的技术方案。在专利文献I中记载有利用折射率比芯部小的堵塞材料堵塞光子晶体光纤端部的细孔(空孔)的开口的方法。在专利文献2中，作为封闭光纤的空心部(空孔)的方法，记载有通过加热光纤的端面部而使包层部软化并弄扁空心部的方法、以及通过在空心部内填充树脂来封闭空心部的方法。在专利文献3中记载有通过在离开光纤的端面的位置进行电弧放电来熔融并封闭空孔的方法。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004-4320号公报专利文献2 :日本特开2002-323625号公报专利文献3 :日本特开2005-24849号公报非专利文献
非专利文献I :长谷川，“光子晶体光纤及多孔光纤的开发动向”，月刊杂志“光电子学”，光电子学(株)发行，N。· 7，pp. 203-208 (2001) ο上述专利文献2记载的通过加热使具有空孔的光纤自身熔化而封闭空孔的方法能够完全防止水等进入空孔中，因此与专利文献I记载的使用由树脂构成的堵塞材料来封闭空孔的方法相比，具有不用担心时效劣化的优点。但是，熔化光纤端面部的方法存在如下问题由于芯部的形状散乱而容易产生光损失；若加热悬臂的光纤的端面部，则由于成为熔融状态的光纤周向的表面张力的不平衡，加热部分折弯或膨胀而难以做成期望的形状； 以及光纤端部膨胀而导致难以进入连接器用套管的孔中等。另外，在专利文献3中，重要的是将光纤的端部的两个部位分别固定在V槽部，通过提高两个V槽部相互间的位置精度，尽可能抑制V槽部间的光纤的轴偏离或角度偏离， 减少由加热熔融导致的空孔的封闭部的折弯。但是，即使这样提高两个V槽部间的位置精度，也有如下问题。光纤在除去包覆物后放置在V槽部上，但有可能微小的包覆物渣残留在光纤表面，该包覆物渣附着在V槽部或V槽按压件上，使利用V槽部件的光纤的定位精度恶化，从而在光纤的空孔堵塞部上产生变形、弯曲。另外，不限于包覆物渣，悬浮在空中的垃圾、清扫用的棉棒的纤维也有可能带来不良影响。另外，由于V槽部自身的精度、V槽按压件的不完整性，在光纤的空孔堵塞部上产生微小的变形、弯曲，因此若将该空孔堵塞部作为连接器端面，则无法避免产生连接损失的不均。因此，在专利文献3中，连接器端面为非空孔堵塞部，将空孔堵塞部内置在连接器套管内，但在该方法中，由于使空孔堵塞部强制变形，因此长期地看存在该部分断裂的危险。另外，由于空孔在连接器端面露出，因此存在研磨时的磨屑容易残留在空孔中的问题。另外，作为封闭多孔光纤的空孔的方法，也考虑在多孔光纤的连接端面上熔接一般的光纤。但是，在该方法中，容易产生熔接部的轴偏离或角度偏离、膨胀。由于产生这种轴偏离、角度偏离及膨胀，多孔光纤难以安装在套管上，在进行该安装作业时，容易损伤多孔光纤的表面等，在操作性及可靠性上存在问题。另外，即使与上述专利文献3记载的通过加热V槽部间的光纤进行熔融堵塞的方法相比，也容易过剩地产生多孔光纤和光纤的熔接部分的连接损失。
发明内容
本发明的目的在于提供能够大幅地减少伴随在多孔光纤等具有空孔的光纤的端部进行的封闭加工而引起的连接损失的增加的光纤端部加工方法、光纤端部加工装置及光纤端部。本发明的第一方式是加工光纤的端部的光纤端部加工方法，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔，该光纤端部加工方法包括下述工序光纤固定工序，固定上述光纤的两个部位；第一加热熔融区域形成工序，在上述光纤固定工序后，利用加热熔融单元加热上述固定的两个部位的固定部间的上述光纤使其熔融，从而在上述光纤上形成第一加热熔融区域； 第二加热熔融区域形成工序，在上述第一加热熔融区域形成工序后，仍在固定了上述光纤的两个部位的状态下，在利用上述加热熔融单元加热上述固定的两个部位的固定部间的上述光纤使其熔融的同时，使上述加热熔融单元从上述第一加热熔融区域侧向上述光纤的基端部侧，并且与上述加热熔融单元的移动同步地将上述光纤的加热熔融部向缩小其轴向长度的方向推入，从而形成与上述第一加热熔融区域连续且消除了上述光纤的上述空孔的第二加热熔融区域；以及除去工序，在上述第二加热熔融区域形成工序后，在上述第二加热熔融区域内切断上述光纤，从而除去上述第一加热熔融区域。本发明的第二方式在第一方式记载的光纤端部加工方法的基础上，上述光纤具有包围上述包层部的外周的心线包覆部，上述光纤固定工序在除去位于上述光纤的端部的上述心线包覆部而使上述包层部的一部分露出之后，在上述光纤的上述露出的包层部的部位和上述心线包覆部的部位这两个部位进行固定。本发明的第三方式在第一或第二方式记载的光纤端部加工方法的基础上，在上述第二加热熔融区域形成工序中，将上述光纤的加热熔融部向缩短其轴向长度的方向推入， 以使位于上述第二加热熔融区域的上述光纤的直径与未利用上述加热熔融单元进行加热的上述光纤的直径实质上相同。本发明的第四方式是加工光纤的端部的光纤端部加工方法，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔，该光纤端部加工方法包括下述工序光纤固定工序，将上述光纤和支撑用光纤以各个端面相对的状态进行固定；连接加热熔融区域形成工序，在上述光纤固定工序后， 利用加热熔融单元加热上述光纤和上述支撑用光纤使其熔融，并且熔接上述光纤和上述支撑用光纤，从而形成连接加热熔融区域；光纤加热熔融区域形成工序，在上述连接加热熔融区域形成工序后，仍在固定了上述光纤及上述支撑用光纤的状态下，在利用上述加热熔融单元加热上述光纤使其熔融的同时，使上述加热熔融单元从上述连接加热熔融区域侧向上述光纤侧移动，并且与上述加热熔融单元的移动同步地将上述光纤的加热熔融部向缩小其轴向长度的方向推入，从而形成与上述连接加热熔融区域连续且消除了上述光纤的上述空孔的光纤加热熔融区域；以及除去工序，在上述光纤加热熔融区域形成工序后，在上述光纤加热熔融区域内切断上述光纤，从而除去上述连接加热熔融区域。本发明的第五方式在第四方式记载的光纤端部加工方法的基础上,在上述光纤加热熔融区域形成工序中，将上述光纤的加热熔融部向缩短其轴向长度的方向推入，以使位于上述光纤加热熔融区域的上述光纤的直径与未利用上述加热熔融单元进行加热的上述光纤的直径实质上相同。本发明的第六方式是光纤端部加工方法，在将利用第一 第五方式中任一方式记载的光纤端部加工方法进行加工的上述光纤的端部插入套管内并粘接固定之后，对上述套管的端面进行研磨，使上述光纤端部的上述空孔的消除区域位于研磨后的上述套管的端面。本发明第七方式是实施第一 第三方式的任一方式记载的光纤端部加工方法的光纤端部加工装置，具备固定上述光纤的两个部位的光纤固定单元；加热上述光纤使其熔融的加热熔融单元；用于控制上述加热熔融单元，从而在由上述光纤固定单元固定的两个部位的上述固定部间的上述光纤上形成上述第一加热熔融区域和上述第二加热熔融区域的控制单元；以及在形成上述第二加热熔融区域时，用于将上述光纤的加热熔融部向缩短其长度的方向推入的推入单元。本发明的第八方式是实施第四或第五方式记载的光纤端部加工方法的光纤端部加工装置，具备分别固定上述光纤和上述支撑用光纤的光纤固定单元；加热上述光纤和上述支撑用光纤使其熔融的加热熔融单元；用于控制上述加热熔融单元，从而在由上述光纤固定单元固定的上述光纤及上述支撑用光纤上形成上述连接加热熔融区域和上述光纤加热熔融区域的控制单元；以及在形成上述光纤加热熔融区域时，用于将上述光纤的加热熔融部向缩短其长度的方向推入的推入单元。本发明的第九方式是光纤端部，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、 以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔，在上述光纤的前端部形成有消除了空孔的空孔消除部，上述光纤的外径和上述空孔消除部的外径之差在 ±1. Oym以内，上述空孔消除部的长度是Imm以上，光纤端部具有上述空孔的直径向上述光纤的前端部的上述空孔消除部以锥状缩小的形状，在上述空孔消除部，上述芯部在其形状上实质上没有台阶差和弯曲，并沿轴向连续。本发明的效果如下。根据本发明，能够操作性良好地得到能够大幅地减少伴随在多孔光纤等具有空孔的光纤的端部的封闭加工而引起的连接损失的增加，且可靠性高的光纤端部。
图I是表示本发明的第一实施方式的光纤端部加工方法的加工工序的工序图。图2是说明本发明的第一实施方式的光纤端部加工方法的加工原理的说明图。图3是表示在利用本发明的一个实施方式的光纤端部加工方法制造的多孔光纤的端部安装套管的多孔光纤端部的纵剖视图。图4是利用本发明的一个实施方式的光纤端部加工方法制造的多孔光纤端部的显微照片。图5是表不用于求出本发明的一个实施方式的光纤推入条件和封闭部外径的关系的计算模型的图。图6是表示理论上的光纤推入速度Vf和封闭部外径D之间的关系的曲线图。图7表示多孔光纤端部的连接器连接损失，(a)是有光纤推入的场合的连接器连接损失的直方图，(b)是没有光纤推入的场合的连接器连接损失的直方图。图8是为了说明是否在光纤的熔融封闭部产生弯曲的不同而表示熔融封闭部和非封闭部的边界附近的图，(a)是有光纤推入的场合的模式图，(b)是没有光纤推入的场合的模式图。图9是表示本发明的第二实施方式的光纤端部加工方法的加工工序的工序图。图10是表示在本发明的一个实施方式中使用的多孔光纤的结构的图，(a)是纵剖视图，(b)是横剖视图。图中I-多孔光纤(光纤)，2-芯部,3-包层部,4-空孔,5-心线包覆部,6-多孔光纤心线，7-支撑用光纤，8-心线包覆部，IO-V槽部件，II-V槽，12-V槽部(固定部)，13-间隙部， 14-1、14-2、14-3-V槽按压件，15-放电电极(加热熔融单元)，16-放电等离子区域，17-推入用移动台(推入单元)，20-心线托座，21-心线托座主体，22-心线限制器，23-心线夹， 24-套管，25-光纤导向孔，26-套管端面，A-第一加热熔融区域，B-第二加热熔融区域，C-切断位置，A'-连接加热熔融区域，B'-光纤加热熔融区域。
具体实施例方式以下，说明本发明的光纤端部加工方法、光纤端部加工装置及光纤端部的一个实施方式。第一实施方式图10表在第一实施方式的光纤端部加工方法中使用的多孔光纤。图10(a)是纵剖视图，图10(b)是横剖视图。图10所示的多孔光纤I包括芯部2、形成于芯部2的外周的包层部3、及以包围芯部2的周围的方式沿芯部2的轴向形成在包层部3内的多个空孔 4。在本实施方式的多孔光纤I中，六个空孔4分别设在以芯部2为中心的正六边形的顶点的位置。另外，本实施方式的多孔光纤I由石英系的材料构成，例如在芯部2中添加锗，芯部2的折射率比包层部3的折射率大，多孔光纤I的外周部通常由紫外线固化树脂等树脂包覆部来保护，在与连接器等连接时，剥开端部的包覆部，作为裸露状态的多孔光纤I进行连接。另外，本发明的光纤只要是在芯部的周围具有沿芯部的轴向形成的多个空孔的结构的光纤即可，多孔光纤、光子晶体光纤等都可以。就图10的空孔结构的光纤(多孔光纤) 而言，芯部的折射率比包层部的折射率大，但作为本发明的对象的光纤可以是芯部和包层部由同一材料构成，且具有空孔在芯部的周围有规则地排列的结构的包层部的光纤。这种结构的光纤通常被称为光子晶体光纤，多个(通常为数十个)空孔排列成蜂窝格子状等，形成光子晶体结构或光子带隙结构。图I (a) (f)是表示本发明的第一实施方式的光纤端部加工方法的各工序的图， 是从上方观察使用光纤端部加工装置的光纤端部的加工的俯视图。图1(a)表示用于固定多孔光纤I的端部的V槽部件10。在V槽部件10的两端部存在作为固定部的V槽部12，该V槽部12具有放置多孔光纤I的V槽11。在V槽部12、12 之间具有用于进行多孔光纤I的加热作业的间隙部(空隙部)13。这种结构的V槽部件10 与市场上出售的光纤熔接机所使用的、在中央具有间隙的精密一体加工的V槽部件相同。V 槽部件10的两端的V槽11、11相互没有位置偏离且精密地进行加工，在分别将光纤放置并固定在两侧的V槽11、11中时，两根光纤的轴一致。另外，在最近的熔接机中具有为了也能够连接多心带状心线而形成多条V槽的V槽部件，也可使用这种多条的V槽部件。在该场合，就多孔光纤内置的多心带状心线而言，能够一并地加工多个多孔光纤端部。多孔光纤与其他光纤相同，在包覆树脂包覆部的状态下使用，但在光纤彼此之间的连接或与光学部件连接等时需要除去包覆部。在堵塞、封闭多孔光纤I的空孔4时也首先使多孔光纤I成为除去多孔光纤心线6的心线包覆部5的裸露状态，并且如图1(b)所示，将多孔光纤I的端部的两个部位跨过间隙部13设置在两侧的V槽11中。另外，在V槽部件10的多孔光纤I的前端侧设有推入用移动台(推入单元)17，在推入用移动台17的V 槽18上设置多孔光纤I的前端部。推入用移动台17具有可相对于多孔光纤I的长度方向平行且缓慢地移动的机构，构成为能够将多孔光纤I的前端部推入多孔光纤I的基端部侧。 另外，多孔光纤心线6也固定在支撑底座上而不移动，但省略图示。接着，如图1(c)所示，多孔光纤I由V槽按压件14-1、14-2支撑并固定，以便牢固地容纳在V槽部件10两侧的V槽11、11中。另外，多孔光纤I的前端部由V槽按压件14-3 支撑并固定，以便容纳在推入用移动台17的V槽18中(光纤固定工序)。在后续工序中，为了能够进行利用推入用移动台17的推入作业，利用V槽按压件 14-2，以多孔光纤I可在V槽11中无轴偏离地滑动(可顺畅地与多孔光纤I的长度方向平行且向右方向移动)的结构及保持力固定多孔光纤1，利用V槽按压件(固定单元)14-1、 14-3，以多孔光纤I不会在V槽11、18内分别滑动的方式可靠地固定。接着，通过放电加热使V槽部件10的V槽11、11间的多孔光纤I熔融。放电加热通过在间隙部13配置例如一对放电电极(加热熔融单元)15、15来进行。在放电电极15、 15间形成放电等离子区域16，对放电等离子区域16的多孔光纤I进行加热。在放电电极 15、15上连接与市场上出售的熔接机相同的放电电路即可。在开始放电加热时，首先，如图1(d)所示，加热由V槽按压件14-1、14-2固定的、V 槽11、11间的多孔光纤I中的多孔光纤I前端侧的部位，该加热部位的多孔光纤I熔融而成为可变形的状态(第一加热熔融区域形成工序)。此时，若从多孔光纤心线6除去的心线包覆部5等垃圾附着在V槽11或V槽按压件14-1、14-2上，则多孔光纤I在多孔光纤I两侧的V槽部12、12间以轴偏离、角度偏离的状态被把持，从而在多孔光纤I内产生应力(另外，也存在由于V槽部12的V槽11自身的精度、V槽按压件14-1、14-2的不完整性而产生轴偏离、角度偏离的情况)。因此，由放电加热产生的多孔光纤I的加热熔融部产生变形以缓和非熔融部的应力。使用图2的加工原理的说明图进一步说明该加热熔融部的变形。图2是假设在光纤两侧的V槽部12、12的把持上没有轴偏离的场合而模式地表不的图。图2(a)表不实施上述开始时(初始)的放电加热后的状态。在作为多孔光纤I的前端侧加热部位(放电加热的开始地点)的第一加热熔融区域A上产生变形。即，第一加热熔融区域A通过放电加热而熔融的结果是，由于在轴偏离的状态下进行把持，因此在第一加热熔融区域A的部分产生与轴偏离量相应的变形，以便缓和在多孔光纤I上产生的应力。因此，如果放电结束， 则V槽部12、12间的多孔光纤I在整体范围内缓和应力。通过该应力缓和，比第一加热熔融区域A靠基端侧(图2中的右侧)的多孔光纤I成为笔直且没有应力的状态。接着，如图1(e)所示，在开始放电加热，并形成第一加热熔融区域A后，不停止放电而照旧继续进行放电加热，使放电电极15从第一加热熔融区域A侧向多孔光纤I的基端侧(右侧)移动，并使推入用移动台17以适当的速度向与放电电极15相同的方向移动，在将多孔光纤I向其基端侧推入的同时，形成消除空孔4的第二加热熔融区域B (第二加热熔融区域形成工序)。因此，从第一加热熔融区域A —直到第二加热熔融区域B，连续地消除空孔4。另外，第二加热熔融区域B与第一加热熔融区域A相比，消除了空孔4的区域大。在被加热而熔融的多孔光纤I中，由于熔融玻璃的表面张力而内部的空孔4自然地变小，在多孔光纤I缩径的状态下空孔4要消失。然而，由于通过以适当的条件进行多孔光纤I的推入，向空孔4内供给、填充熔融玻璃而封闭，因此能够将封闭部的外径保持为与具有空孔4的非封闭部的外径相同(在放电加热前后，能够将光纤的外径保持为大致一定)。由此，形成作为本来目的的消除了空孔的堵塞部、封闭部。另外，在此，将多孔光纤I的前端部侧推入基端部侧而消除空孔4，但也可以将多孔光纤I的基端部侧推入前端部侧。即，只要将多孔光纤I的加热熔融部向减小其轴向长度的方向推入，并将封闭部的外径保持为与非封闭部的外径相同即可。另外，光纤的推入条件和封闭部外径的关系将在后面进行详细说明。作为放电加热的开始地点的第一加热熔融区域A在由于多孔光纤I的固定部间的轴偏离等导致光纤固定状态差的场合，较大地变形，另外，在通过光的场合产生大的损失。 通过在第一加热熔融区域A上较大地变形，解除多孔光纤I的应力，其结果，在比第一加热熔融区域A靠多孔光纤的基端侧的部分保持为笔直。图2(b)表示形成第二加热熔融区域B后的状态。由于在多孔光纤I上没有作用应力的状态下进行放电，并且直到熔融为止均保持静止状态之后，不反抗熔融玻璃的表面张力而以适当的条件推入，因此第二加热熔融区域B几乎没有外径的变化，成为只消除了空孔4的变形(但是，在最初的部分，也有在推入光纤的时刻外径变化的情况，但如后所述， 由于在第二加热熔融区域B内切断多孔光纤1，因此该外径变化的最初部分也被除去)。因此，保持了多孔光纤I的芯部2的笔直性，因此在传输光时在第二加热熔融区域B的损失增加只有一点点。另外，在光纤端部加工装置上设置控制单元，该控制单元沿由V槽部件10固定的两个部位的V槽11、11间的多孔光纤I的长度方向在较宽的范围内控制由放电电极15、15 加热的放电加热动作，与V槽部件10另外地设置具有能将多孔光纤I的加热熔融部以缩小其长度的方式推入的机构的推入单元和控制推入速度的控制单元，连续地实行上述两个加热熔融区域A、B的形成动作，通过在控制单元上设定与此同步地进行光纤推入的动作程序，可自动地实施放电加热来形成封闭部。接着，在将多孔光纤I从光纤端部加工装置取下后，如图I (f)所示，以至少除去第一加热熔融区域A的方式，在第二加热熔融区域B内、例如第二加热熔融区域B的中间点切断多孔光纤I (除去工序)。另外，在安装在连接器套管上的场合下考虑到研磨量，通过将封闭部(第二加热熔融区域B)的长度设定得长，或调整切断位置C，使包层部3的露出长度变长即可。在本发明的场合，由于封闭部的长度只通过设定放电时的电极移动量就能变长，因此切断位置C 的精度不成问题。图3表示将套管24安装在多孔光纤I的端部上的光纤端部加工方法的一个实施方式。在将在端部具有第二加热熔融区域B的上述端部加工后的多孔光纤I插入套管24 的光纤导向孔25中并粘接固定后，对套管端面26进行研磨。多孔光纤I端部的作为消除了空孔4的空孔消除区域的第二加热熔融区域B位于研磨后的套管端面26。另外，图3的套管24也具有保持多孔光纤心线6的部分，但省略图示。另外，在上述实施方式的图1(e)所示的使放电电极15移动而进行的放电加热中， 通过将多孔光纤I向缩短其长度的方向推入(压缩)，防止或减少由表面张力引起的空孔消除所产生的封闭部(第二加热熔融区域B)的缩颈化。对该优点进行说明。在不实施光纤推入的场合，由于封闭部的外径比非封闭部细，因此即使在封闭部稍微弯曲或轴偏离的场合，也能容易地插入到连接器的套管内。在该场合，在套管前端，光纤的封闭部相对于套管孔偏心，连接器的连接损失变大。该连接损失的不良只有在粘接并固定在套管上后才能发现，在此存在大的问题。另外，也有在判断其是否合格上花费时间的问题。若通过光纤推入能够防止封闭部的外径变化，则在光纤产生弯曲或轴偏离变形的场合，无法通过连接器套管的孔。因此，在光纤向连接器套管的孔插入的工序中能够排除不良，因此具有也不需要特别的检查的优点。另外，在本实施方式中，由于将除去了多孔光纤心线6的心线包覆部5的裸露状态的多孔光纤(裸光纤)1固定在V槽11、11中，因此通过V槽11或V槽按压件14-1的材质选定或表面的平滑化、在表面上涂敷保护涂层等方法，防止在位于多孔光纤I的基端侧(图 I中右侧)，并与V槽11接触的裸光纤的表面产生损伤而导致强度下降。除了这些方法以外，也可以利用V槽按压件14-1按压多孔光纤心线6的心线包覆部5端，利用V槽按压件14-2按压多孔光纤(裸光纤)I。为此，重要的是，位于V槽按压件14-1的V槽11的形状尺寸也与多孔光纤心线6 —致地变更，在利用V槽按压件14-1、V 槽按压件14-2支撑并固定时，难以在多孔光纤I的两固定部位间产生芯部2的相对的轴偏离。如果在由于包覆尺寸或按压力的不均等产生数十微米的大的轴偏离的场合形成第一加热熔融区域A，则该第一加热熔融区域A的变形变大，该变形传递给之后的第二加热熔融区域B，难以得到笔直的第二加热熔融区域B。因此，在可能产生大的轴偏离的场合，通过充分地加长第二加热熔融区域B的长度，使第一加热熔融区域A的变形的影响渐渐地变小，从而得到笔直的第二加热熔融区域B。例如，在利用V槽按压件14-1按压多孔光纤心线6的心线包覆部5端等可能产生大的轴偏离的场合，将第二加热熔融区域B做成5mm以上，并在该第二加热熔融区域B的中间点切断即可。另外，若使放电电极15、15高速地移动，则由于形成第一加热熔融区域A时(静止加热时)的光纤温度和形成第二熔融加热用区域B时(移动加热时)的光纤温度之差变大， 因此熔融的玻璃的粘度的不同，从而具有在第一加热熔融区域A产生的变形难以向第二加热熔融区域B传递的效果。因此，也可以更积极地使施加在放电电极15、15上的放电电流发生变化，使得只在形成第一加热熔融区域A时(静止加热时)光纤温度变高。这样，在本发明中，由于能够使轴偏离的影响非常小，因此在心线包覆部5端按压的方法能够更简单地防止在裸光纤的表面产生损伤而导致强度下降的情况，并且，能够在与其他光纤连接时减少连接损失。图4是利用图I所示的方法，在形成第二加热熔融区域B的同时进行光纤推入动作而制造的光纤端部的显微照片。作为光纤使用了多孔光纤，但可以知道，封闭部(第二加热熔融区域B)的外径和具有空孔4的非封闭部(多孔光纤部)的外径沿该长度方向不变化而是恒定的(外径 125 μ m)，空孔4的直径向光纤的前端(图4左侧)逐渐变细，空孔4以锥状的形状被消除。由于空孔端以锥状连续变化的结构使传输光的模场不会急剧地变化，因此具有光的连接损失变小且难以产生高次模等良好的效果。对图4所示的光纤端部的具体制造方法进行说明。该光纤端部如下制造而成，最初使放电电极15静止I秒钟进行放电加热，形成第一加热熔融区域A，之后继续进行9秒钟的移动放电加热和光纤的推入动作，形成第二加热
12熔融区域B，然后在第二加热熔融区域B的中间点切断光纤。电极的移动速度(放电电极15的移动速度)VeS0.5mm/秒，光纤的推入与放电电极15的移动同时开始，推入速度(推入用移动台17的移动速度)Vf为15 μ m/秒。另外， 光纤推入的结束时刻与放电结束一致。全部加热熔融区域(=第一加热熔融区域A+第二加热熔融区域B)的长度大约是5_。另外，优选切断后的光纤端部的消除了空孔的第二加热熔融区域(空孔消除部)B的长度为Imm以上。由于第一加热熔融区域A(但是，在图1(f)所示的工序中，由于该部分被除去，因此在图4中未表示)利用推入的外径补偿少，因此第一加热熔融区域A的外径比非加热部小，但第二加热熔融区域B的外径与非加热部的外径之差在±1 μ m的测定精度内，实质上与非加热部是相同外径。另外，如果在放电电极15移动之前先开始进行光纤推入，则能够改善第一加热熔融区域A(静止加热部)的外径收缩，但由于是除去部分，因此只要确保第二加热熔融区域 B的精度(笔直性)，则不需要调整外径。由稍微的轴偏离引起的应力在形成第一加热熔融区域A时(静止加热熔融时)被解除，第一加热熔融区域A的微小变形与加热熔融部的移动一起被缓和，熔融部变得笔直。 如果封闭部的外径变化量在±1 μ m以内，则不存在安装连接器时的问题。这是因为光纤自身的外径变动也容许该程度。由于封闭部的外径D由电极的移动速度V6和光纤的推入速度Vf —起决定，因此能通过调整这些速度来进行外径D的调整。但是，若改变电极的移动速度I，则光纤加热温度变化，因此优选只调整推入速度Vf。图5是表示用于求出光纤的推入条件和封闭部外径的关系的计算模型的图。在熔融部的外径为恒定状态时，如果使图5 (a)为某时刻t的状态，则其Λ t秒后的时刻t+At的状态为图5(b)。若忽略熔融时的石英玻璃的蒸发，且体积没有变化，则下式
(I)成立。数IA0L0+A0VeX Δ t+AjL = A0L0+A1 (VeX Δ t+L—Vf X Δ t) (I)式(I)的左边是图5(a)的状态下的体积，右边是图5(b)状态下的体积。图5表示在体积计算中作为对象的光纤区域(体积的计算对象的区域)。在此，A0是在非封闭部的剖面的石英玻璃部分的剖面面积，A1是在封闭部的石英玻璃的剖面面积，L0是光纤前端部的非封闭部的长度，L是在时刻t的封闭部的长度，Ve是加热单元(放电电极15)的移动速度，Vf是光纤的推入速度。若整理式(I)，则求出下式⑵。数2A0Ve = A1 (Ve-Vf)(2)如果将多孔光纤I的封闭前的外径设为df，将空孔4的直径设为dh，将空孔4的个数设为4，将封闭部的外径设为D，则，数3Ao = ~{dj-),Al =~^2(3)
因此，若将式⑶代入(式)2并进行整理，则封闭部的外径D为式(4)。数4D =f2-ndh2)(4)在该式(4)中，若入接近Vf，则D变大，但这是由于偏离图5的计算模型。在实际的制造条件下，由于VJ Vf,因此在精度上没有问题。就用于得到D = df的Vf的值而言，将D = df代入式(4)，则求出式(5)。数5
ndhVf =( 2 )Ve(5)
df图6是用式(4)计算的推入速度Vf和封闭部外径D的关系。与上述图4所示的制造条件的场合对应，设为Ve = O. 5mm/秒，η = 6, dh = 8. 5 μ m, df = 125. 0 μ m。从该图6可以看出，作为制造条件所赋予的Vf= 15 μ m/秒与将外径保持为125 μ m 的条件大致一致。从式(5)求出VfS 13. 9 μ m/秒，但从图6可以看出，由推入速度Vf的不同导致的封闭部外径D的变化很小。在无法忽略熔融时的石英玻璃的蒸发的加热条件下，优选将由式(5)求出的Vf的值解释为下限值，根据实验求出更大的Vf的最佳值。另外，式(4)、(5)是使光线推入的方向与放电电极的移动方向一致的场合，但在光纤推入方向和放电电极的移动方向相反的场合，利用同样的计算方法，导出分别与式 ⑷、式(5)对应的式(6)、式(7)，因此使用式(6)、式(7)决定制造条件即可。数6
2^=(-^-)Fe(7)
"/ -η4图7(a)是在上述图4的制造条件下制造的20个封闭部的连接器连接损失的直方图。封闭部制造、连接器组装在不必担心垃圾的净化间实施，测定与主连接器(由单模光纤制造的偏心极小的高精度连接器)的连接损失。测定光的波长是I. 55 μ m。连接损失的平均值是O. 12dB，标准偏差是O. 053dB。由于平均连接损失O. 12dB与单模光纤的特性相同地是低损失，因此证明了由熔融封闭导致的光纤外形的变形及芯部的变形是微小的。在20次的封闭部加工中，不存在连接损失在O. 3dB以上的不合格品，能够再现性良好地得到稳定的特性。图7 (b)是将上述图4的制造条件的光纤推入速度V = 15 μ m/秒变更为光纤推入速度Vf = 0μπι/秒的场合(没有推入光纤的场合)的连接器连接损失的直方图。样品数是 30。连接损失的平均值是O. 34dB，标准偏差是O. 14dB。由于省略了光纤推入，连接损失增大近三倍。若观察连接器的套管端面，则由于在多个样品中光纤在套管的光纤导向孔25内偏心，由此可知这就是损失增大的原因。这意味着在光纤的熔融封闭部产生弯曲。若省略光纤推入，则光纤外径变小，但由于在其数倍长度的非封闭部进行在光纤导向孔内的定位， 因此若在封闭部不产生弯曲，则只由封闭部外径的缩小不会产生上述偏心。另一方面，可以看出，由于图7(a)的实施光纤推入时的熔融封闭部与外径变化无关而安装在套管中时，也能够无抵抗地插入光纤导向孔内，因此不产生这种弯曲。以下说明产生在上述光纤的熔融封闭部是否产生弯曲的不同的理由、过程。图8 是存在轴偏离的场合的熔融封闭部和非封闭部的边界附近的模式图，图8(a)是利用光纤推入，使熔融封闭部的外径D与非封闭部的外径df相同的场合(本发明的实施方式的场合)，图8(b)是没有光纤推入，熔融封闭部的外径D缩小的场合。将表面倾斜地描绘的部位是伴随加热单元(放电电极)的移动而生成的新熔融部，是消除了空孔的部位。空孔在图8中未图示。另外，在图8中，δ表示非封闭部和熔融封闭部间的轴偏离，！\、T2表示在熔融部的各个位置的表面张力，XpX2表示在熔融部的各个位置的熔融封闭部和非封闭部的表面的偏离。在图8(a)中，减少轴偏离δ的方向的力F作用在左侧的熔融封闭部上。力F是表面张力 \、τ2的各个分力τχ1、τχ2的合力，即使τχ1、τχ2的大小不同，也向相同方向作用，因此F作为稳定的自身调心力而持续地发挥作用。因此，即使在某时刻在熔融封闭部和非封闭部产生轴偏离，其轴偏离也与熔融部的移动一起利用上述自身调心力F变小。另一方面,在图8(b)的场合，同样地由表面张力产生自身调心力F,但不稳定。因为表面张力的分力Txl、Tx2方向相反，因此F为Txl和Tx2之之差。因此，若表面张力的分力 Txl> Tx2的大小有波动，则力F的作用方向自身变得不稳定。表面张力的波动大的原因是加热的不均和熔融部表面的流动。由于一对电极间的放电等离子不均匀地分布，因此光纤周向的表面温度也产生某种程度的不均匀性。另外，由此，熔融部表面各处的粘度产生不同。另外，在熔融部外径缩小的过程中，由于熔融部表面不得不减小，因此还产生向光纤内部的流动成分，在熔融部表面产生不稳定的流动，与各处的粘度的不同相应，在表面张力的作用上也产生不均、波动。因此认为，由于自身调心力F 方向及大小不稳定，因此封闭部容易产生弯曲。在图8(a)的场合，由于防止了外径收缩，因此在熔融部表面不产生流动，表面张力稳定地作用，因此即使存在加热不均，自身调心力的方向也不混乱，因此能得到笔直形状的封闭部。另外，到此为止的说明对封闭光纤一心进行了说明，但如果将V槽部件上的V槽做成多条，在推入用移动台上固定平行地排列的裸光纤的前端，则能够将多心一并地进行封闭。光纤列和放电电极的空间配置可以与市场上出售的多心熔接机相同。由此，能够简单地实施MT连接器或MPO连接器向多心带状心线的安装。第二实施方式在本发明的第二实施方式中，除了多孔光纤外，使用支撑用光纤进行了多孔光纤端部加工。图9(a) (e)是表示本发明的第二实施方式的光纤端部加工方法的各工序的图， 是从上方观察使用光纤端部加工装置的光纤端部的加工的俯视图。首先，如图9(a)所示，将作为加工对象的多孔光纤I和石英系的支撑用光纤7安装在光纤端部加工装置上。在本实施方式中，作为光纤端部加工装置，使用市场上出售的带调心功能的熔接机。支撑用光纤7在除去端部的心线包覆部8后安装在熔接机上。支撑用光纤7用于熔接在多孔光纤I上之后的、多孔光纤I的加热熔融时的机械式支撑上，光学特性没有特别的要求。因此，支撑用光纤7可以是任意种类的光纤，例如可以是没有芯部的石英玻璃棒(石英玻璃线)。熔接机有直接将心线包覆部安装在微动台上的方式，但在此，以安装在熔接机的心线托座20上后，再安装在微动台上的方式为前提进行说明(在该方式中，由于不需要使光纤裸露部与V槽等其他部件接触，因此具有不会对包层部表面带来损伤，连接部可靠性高的优点)。分别将多孔光纤I的心线包覆部5及支撑用光纤7的心线包覆部8安装在心线托座20上。在心线托座20的心线托座主体21上形成有心线限制器22，通过使心线包覆部5、8的包覆端与心线限制部22接触，对包覆端进行定位。标号23是心线夹。在刚刚将双方的光纤I、7安装在心线托座20上之后的状态下，如图9 (a)所示，相互的光纤1、7的轴偏离得较大。因此，首先，作为轴对齐的事前处理，根据摄像机图像数据使两光纤1、7的端面接近。图9(b)表示之后的轴对齐状态。以光纤1、7的外形为基准，并根据摄像机图像数据自动地进行调心。在图9中，使安装在右侧的心线托座20上的多孔光纤I与纸面平行地在纸面的上下方向上水平微动，使安装在左侧的心线托座20上的支撑用光纤7在与纸面垂直的方向上垂直微动而进行调心。之后，如图9(c)所示，熔接多孔光纤I和支撑用光纤7。在熔接时，与第一实施方式相同，例如使用一对放电电极15，利用形成于放电电极15、15间的放电等离子区域16进行加热(连接加热熔融区域形成工序)。由于被加热熔融的熔接部的光学性能不成问题，因此不需要调整熔接时的细小条件。只要持续放电直到由连接加热产生的光纤熔融部的流动结束即可。在通常的熔接条件下数秒即可。若在多孔光纤I和支撑用光纤7之间存在轴偏离或角度偏离，则在熔接部位的连接加热熔融区域V上产生变形。另外，由于熔接机的调心功能的精度高，因此如果使熔接条件最佳化，则可减少轴偏离，但无法消除安装心线托座20时产生的两光纤1、7间的角度偏离。由该角度偏离引起的连接加热熔融区域A'的变形在例如将光纤插入连接器套管内的光纤导向孔中时成为障碍。接着，在形成连接加热熔融区域A'后，如图9(d)所示，不停止放电而照旧继续进行放电加热，同时将放电电极15从连接加热熔融区域V向多孔光纤I侧方向(图9中右侧方向)移动，并且将安装有支撑用光纤7的心线托座20向多孔光纤I侧、即熔融部推入， 从而形成光纤加热熔融区域B'(光纤加热熔融区域形成工序)。该光纤加热熔融区域B' 相当于第一实施方式的第二加热熔融区域B。另外，也可以将多孔光纤I的心线托座20推入支撑用光纤7侧而形成光纤加热熔融区域B'。推入动作的开始不需要与放电电极15的移动开始一致，但必须在多孔光纤I熔融后进行。支撑用光纤7的推入速度(微动台的移动速度)与第一实施方式相同，设定为光纤加热熔融区域B'的外径不变化。这样，无外径变化而消除多孔光纤I的空孔4。由此， 在多孔光纤I上形成作为目的的空孔消除区域即光纤加热熔融区域B'。之后，如图9(e)所示，为了除去作为熔接部的连接加热熔融区域A'，只要在多孔光纤I的光纤加热熔融区域B'内的切断位置C进行切断即可(除去工序)。上述的本实施方式的放电电极15的移动动作可利用市场上出售的带调心功能的熔接机进行。带调心功能的熔接机例如具备被称为扫描放电的功能，在熔接后能够使放电电极15往复移动而进行加热处理。另外，利用熔接机自动地实施本实施方式的放电加热动作可以稍微改变熔接机的工作程序来实现。加热多孔光纤I使其熔融并同时实施光纤推入，不使外径变化而形成光纤加热熔融区域B'，这也可以通过工作程序的变更来容易实现。另外，熔接机通过设置在心线托座20上的心线限制器22而已知心线包覆部5的心线包覆端的位置信息，因此能够正确地控制从心线包覆端到光纤加热熔融区域B'的中央的长度。另外，在市场上出售的光纤切断机中，可在将心线安装在熔接机的心线托座上的状态下进行切断操作，因此可得到高精度的切断位置。另外，以上说明的熔接机带调心功能，但即使在利用第一实施方式的V槽部件相当品的以轴对齐为原理的固定V槽方式的熔接机中，构成为利用电极移动可进行扫描放电，并安装工作程序，则也能够实施本发明。在该场合，在连接加热熔融区域A'，与第一实施方式中的第一加热熔融区域A相同，产生反映初期轴偏离的弯曲。另外，在固定V槽方式中，因为可利用多条V槽进行多心带状心线彼此的连接，因此具有可进行与在多孔光纤的多心带状心线上安装MT连接器的场合对应的多心一并封闭处理的优点。另外，在具有这种功能的多心熔接机中，如果裸光纤部分能够固定能够进行光纤推入的一侧的心线托座，则可进行作业更简单的根据第一实施方式的多心一并封闭。另外，在上述第一、第二实施方式的说明中，叙述了在光纤的加热上使用放电的场合，但除了放电以外，也可以将熔接所使用的二氧化碳激光器或石墨加热器作为加热熔融单元来使用。另外，本发明的光纤端部加工方法能够在具有空孔的光纤的空孔封闭中保持高可靠性且抑制损失增加，不只是单心，也可应用于多心的连接器安装或绞接，也可有助于具有空孔的多孔光纤、光子晶体光纤等的今后的多种利用。
权利要求
1.一种光纤端部加工方法，用于加工光纤的端部，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔， 该光纤端部加工方法的特征在于，包括下述工序光纤固定工序，固定上述光纤的两个部位；第一加热熔融区域形成工序，在上述光纤固定工序后，利用加热熔融单元加热上述固定的两个部位的固定部间的上述光纤使其熔融，从而在上述光纤上形成第一加热熔融区域；第二加热熔融区域形成工序，在上述第一加热熔融区域形成工序后，仍在固定了上述光纤的两个部位的状态下，在利用上述加热熔融单元加热上述固定的两个部位的固定部间的上述光纤使其熔融的同时，使上述加热熔融单元从上述第一加热熔融区域侧向上述光纤的基端部侧移动，并且与上述加热熔融单元的移动同步地将上述光纤的加热熔融部向缩小其轴向长度的方向推入，从而形成与上述第一加热熔融区域连续且消除了上述光纤的上述空孔的第二加热熔融区域；以及除去工序，在上述第二加热熔融区域形成工序后，在上述第二加热熔融区域内切断上述光纤，从而除去上述第一加热熔融区域。
2.根据权利要求I所述的光纤端部加工方法，其特征在于，上述光纤具有包围上述包层部的外周的心线包覆部，上述光纤固定工序在除去位于上述光纤的端部的上述心线包覆部而使上述包层部的一部分露出之后，在上述光纤的上述露出的包层部的部位和上述心线包覆部的部位这两个部位进行固定。
3.根据权利要求I或2所述的光纤端部加工方法，其特征在于，在上述第二加热熔融区域形成工序中，将上述光纤的加热熔融部向缩短其轴向长度的方向推入，以使位于上述第二加热熔融区域的上述光纤的直径与未利用上述加热熔融单元进行加热的上述光纤的直径实质上相同。
4.一种光纤端部加工方法，用于加工光纤的端部，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔， 该光纤端部加工方法的特征在于，包括下述工序光纤固定工序，将上述光纤和支撑用光纤以各个端面相对的状态进行固定；连接加热熔融区域形成工序，在上述光纤固定工序后，利用加热熔融单元加热上述光纤和上述支撑用光纤使其熔融，并且熔接上述光纤和上述支撑用光纤，从而形成连接加热熔融区域；光纤加热熔融区域形成工序，在上述连接加热熔融区域形成工序后，仍在固定了上述光纤及上述支撑用光纤的状态下，在利用上述加热熔融单元加热上述光纤使其熔融的同时，使上述加热熔融单元从上述连接加热熔融区域侧向上述光纤侧移动，并且与上述加热熔融单元的移动同步地将上述光纤的加热熔融部向缩小其轴向长度的方向推入，从而形成与上述连接加热熔融区域连续且消除了上述光纤的上述空孔的光纤加热熔融区域；以及除去工序，在上述光纤加热熔融区域形成工序后，在上述光纤加热熔融区域内切断上述光纤，从而除去上述连接加热熔融区域。
5.根据权利要求4所述的光纤端部加工方法，其特征在于，在上述光纤加热熔融区域形成工序中，将上述光纤的加热熔融部向缩短其轴向长度的方向推入，以使位于上述光纤加热熔融区域的上述光纤的直径与未利用上述加热熔融单元进行加热的上述光纤的直径实质上相同。
6.一种光纤端部加工方法，其特征在于，在将使用权利要求I 5中任一项所述的光纤端部加工方法进行加工的上述光纤的端部插入套管内并粘接固定之后，对上述套管的端面进行研磨，使上述光纤端部的上述空孔的消除区域位于研磨后的上述套管的端面。
7.一种光纤端部加工装置，用于实施权利要求I 3中任一项所述的光纤端部加工方法，其特征在于，具备固定上述光纤的两个部位的光纤固定单元；加热上述光纤使其熔融的加热熔融单元；用于控制上述加热熔融单元，从而在由上述光纤固定单元固定的两个部位的上述固定部间的上述光纤上形成上述第一加热熔融区域和上述第二加热熔融区域的控制单元；以及在形成上述第二加热熔融区域时，用于将上述光纤的加热熔融部向缩短其长度的方向推入的推入单元。
8.一种光纤端部加工装置，用于实施权利要求4或5所述的光纤端部加工方法，其特征在于，具备分别固定上述光纤和上述支撑用光纤的光纤固定单元；加热上述光纤和上述支撑用光纤使其熔融的加热熔融单元；用于控制上述加热熔融单元，从而在由上述光纤固定单元固定的上述光纤及上述支撑用光纤上形成上述连接加热熔融区域和上述光纤加热熔融区域的控制单元；以及在形成上述光纤加热熔融区域时，用于将上述光纤的加热熔融部向缩短其长度的方向推入的推入单元。
9.一种光纤端部，该光纤具有芯部、包围上述芯部的外周的包层部、以及在上述包层部内的上述芯部的周围沿上述芯部的轴向形成的多个空孔，该光纤端部的特征在于，在上述光纤的前端部形成有消除了空孔的空孔消除部，上述光纤的外径和上述空孔消除部的外径之差在± I. Oym以内，上述空孔消除部的长度是Imm以上，上述光纤端部具有上述空孔的直径向上述光纤的前端部的上述空孔消除部以锥状缩小的形状，在上述空孔消除部，上述芯部在其形状上实质上没有台阶差或弯曲，并沿轴向连续。
10.一种光纤端部加工方法,其特征在于，包括下述工序将在包层部具有沿轴向延伸的空孔的光纤在两个部位固定的光纤固定工序；对利用上述光纤固定工序固定的两个部位间的上述光纤进行加热的加热工序；以及在利用上述加热工序加热上述光纤时，推入上述光纤，以便缩短上述两个部位间的上述光纤的长度的光纤推入工序。
11.根据权利要求10所述的光纤端部加工方法，其特征在于， 上述加热工序从上述光纤的前端侧向基端侧进行加热。
全文摘要
本发明提供光纤端部加工方法、光纤端部加工装置及光纤端部。包括固定具有多个空孔的光纤的两个部位的工序；利用加热熔融单元加热被固定的两个部位的固定部间的光纤使其熔融，从而在光纤上形成第一加热熔融区域的工序；第二加热熔融区域形成工序，仍在固定了光纤的两个部位的状态下，利用加热熔融单元加热被固定的两个部位的固定部间的光纤使其熔融，同时使加热熔融单元从第一加热熔融区域侧向光纤的基端部侧移动，并且与加热熔融单元的移动同步地将光纤的加热熔融部向缩小其轴向长度的方向推入，从而形成与第一加热熔融区域连续且消除了光纤的空孔的第二加热熔融区域；以及在第二加热熔融区域内切断光纤，从而除去第一加热熔融区域的工序。
文档编号G02B6/255GK102590945SQ20111040692
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年1月5日
发明者宫田文, 寺冈达夫, 平本嘉之, 椎名则文, 立藏正男, 藏渕光正 申请人:日立电线株式会社