ファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法
【課題】挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能で、高い入力パワー時に発生したファイバヒューズを停止させるファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法を提供する。
【解決手段】ファイバヒューズストッパ２０は、ＰＣＦ又はＨＡＦを用い、ＰＣＦは、コア部２１、空孔２２、及びクラッド部２３からなる。円状の空孔径と空孔間隔を一定に保った周期的な空孔構造とする。
【解決手段】ファイバヒューズストッパ２０は、ＰＣＦ又はＨＡＦを用い、ＰＣＦは、コア部２１、空孔２２、及びクラッド部２３からなる。円状の空孔径と空孔間隔を一定に保った周期的な空孔構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数Ｗ（ワット）オーダの高パワーの光を光ファイバに入力、伝送したときに生じうるファイバヒューズ現象を停止もしくは抑制し、伝送装置や光ファイバ伝送路を保護するファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、インターネットの進展などによって光ファイバ通信の伝送容量の拡大の要求は、日々強まっており、既にコア系の光ネットワークに布設された光ファイバに入力される光の全パワーは１Ｗに近づいてきており、将来的にはさらなる増大が予想される。一方、従来の光ファイバに、数Ｗオーダの光が入力している状況で、曲げ、切断、加熱などの何らかのきっかけが与えられると、ファイバのコアのガラス部分の加熱による溶融が発生し、これが高温のプラズマ状態となって、光源側に向かって伝搬していく現象（ファイバヒューズ現象）が生じることが知られている。
【０００３】
図１は、ファイバヒューズ現象の概念図である。この現象の発生自体は確率的に起こるものであり、特定の条件下においても必ず発生するものではない。しかし、一度発生すると、その伝搬を停止させるには、
１．光源からの入力光のパワーを、ある閾値（ヒューズ伝搬閾値）よりも相対的に小さくする方法、
２．ヒューズが伝搬する前に伝送路自体を切断する方法、
があり、この二つの他に有効な方法は知られていない。発生したファイバヒューズを停止させないと、発生点から光源までの光ファイバ伝送路を破壊するだけに留まらず、光源（伝送装置）までも破壊してしまう。このため、ファイバヒューズ現象を防止、あるいは発生したヒューズを停止させる方法が強く求められるようになってきている。
【０００４】
前記１の方法におけるヒューズの伝搬閾値は、従来の光ファイバでは、光ファイバの種類によって多少の幅があるが、ＳＭＦ（１．３μｍ帯ゼロ分散ファイバ、ＩＴＵ−Ｔ、Ｇ．６５２）における伝搬閾値は１．５Ｗ、ＤＳＦ（分散シフトファイバ、ＩＴＵ−Ｔ、Ｇ．６５３）では１．２Ｗ程度であると報告されている。従来の光ファイバでは、この伝搬閾値は、モードフィールド直径（ＭＦＤ）と強い相関を持ち、両者はほぼ比例の関係にあることが知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００５】
そこで、伝送路における対策として、従来、各種の光ファイバ型のヒューズストッパが提案されている。ヒューズストッパを用いる際は、入力光のパワーをストッパ部分の伝搬閾値以下に設定しておけば、仮にストッパ以外の部分でヒューズが発生したとしても、ストッパ部でヒューズが停止し、残った伝送路と光源部が保護できる。ヒューズストッパとしては、光伝送路の一部に伝搬閾値が特に高いファイバを小型の光部品（ヒューズストッパ）として挿入するものが提案されている。
【０００６】
例えば、非特許文献１では、ＭＦＤの大きいマルチモードファイバ（ＧＩＦ：グレッテッドインデックスファイバ）をＳＭＦに融着接続したもので、２〜３Ｗ程度の入力パワー条件で、伝搬してきたファイバヒューズの停止を実現している。また、非特許文献２では、ＤＳＦの一部分を加熱し、コア径とＭＦＤを拡大し、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバ化する手法が提案されている。また、非特許文献３では、ＳＭＦの１２５μｍφのクラッド部分をエッチングによって外径１０〜３０μｍφ程度まで細くし、ヒューズ伝搬閾値を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】藤田他、「ＧＩファイバによるファイバヒューズの遮断」、２００４年電子情報通信学会通信ソサイエテイ大会、Ｂ−１０−５、２００４
【非特許文献２】柳他、「ファイバ・ヒューズ遮断部品の開発」、信学技報、 ＯＰＥ２００４−１７８、２００４
【非特許文献３】Ｅ．Ｍ．Ｄｉａｎｏｖ．ｅｔ．ａｌ．、「Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、２９、１６、１８５２−１８５４、２００４
【非特許文献４】Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ．ｅｔ．ａｌ．、「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｈｏｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５８ｔｈ ＩＷＣＳ／ＩＩＣＩＴ、２６４−２６９、２００９
【非特許文献５】濱田他、「ホーリーファイバの融着接続方法の検討」、信学技報、ＯＦＴ２００５−１１、２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下に具体的に述べるような課題がある。
【０００９】
非特許文献１では、ファイバヒューズストッパに関して、ＭＦＤの大きいＧＩＦをＳＭＦに融着接続したものを用い、２〜３Ｗ程度の入力パワー条件でファイバヒューズの停止を実現しているが、挿入損失を低減するためにはＧＩＦを数１００μｍオーダで最適長に調節する必要があり、作製が容易ではないという課題がある。具体的には、最適長から５００μｍ程度ずれると５ｄＢ程度余剰の損失が生じることになる。またコア径の大きく異なるＳＭＦとＧＩＦを接続するため、ＧＩＦの部分で高次のモードが発生する要因にもなり、高速信号の伝送時の伝送エラーを回避しなければならないという課題もある。
【００１０】
また、非特許文献２に記載される、光ファイバの一部分を加熱してＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバ化する手法では、ストッパの小型部品化が可能であるが、単一モード条件を保ちながら、ＭＦＤを拡大する際の上限値があり（２０〜３０μｍ程度）、従ってヒューズ伝搬閾値を向上させるにも限界が生じるという課題がある。例えば、非特許文献２では、入力光パワーが２Ｗの条件での有効性の確認に留まっている。また、非特許文献２でもＴＥＣファイバを用いたヒューズストッパの検討結果が示されているが、入力光パワーが４Ｗ程度の条件での有効性の確認に留まっている。また、ＴＥＣ化はコア部に含まれるドーパントを加熱拡散させて行うため、ＭＦＤ特性、つまりはヒューズ伝搬閾値を再現性良く作製することは困難であり、コスト面でも不利である。
【００１１】
また、非特許文献３に記載される、ファイバのクラッド部分をエッチングによって外径１０〜３０μｍφ程度まで細くする方法では、ＭＦＤを初期状態の一定の値に保ちつつ、挿入損失を低くすることも可能であるが、硬質な石英ガラスをエッチングによって十分に細径化加工するには長時間が必要となりコスト面で不利である。また、細径化した部分では、ファイバの樹脂被覆も除去してしまうので、ガラス部分の細径化の影響に加えて、ガラス表面に傷が生じやすくなるため、機械的な強度の低下が課題となる。また、非特許文献３においても、入力光パワーが最大３Ｗの条件での有効性の確認に留まっている。
【００１２】
以上のように、従来の方法では、４Ｗ付近、さらには４Ｗを大きく超えるような大入力パワー時にも有効であるヒューズストッパの実現は極めて困難である。さらには、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、且つ低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能という条件をすべて満たすファイバヒューズストッパの実現は極めて困難であった。
【００１３】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能で、高い入力パワー時に発生したファイバヒューズを停止させるファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係るファイバヒューズストッパは、ＰＣＦ又はＨＡＦを用い、その断面中心から空孔までの最短距離を最適な範囲に設定することとした。
【００１５】
具体的には、本発明に係るファイバヒューズストッパは、光伝送経路の一部が、断面中心から空孔までの最短距離Ｒが３．５μｍ以上１１μｍ以下のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）又は空孔アシスト光ファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）である。
【００１６】
本ファイバヒューズストッパは、ＰＣＦやＨＡＦを用いており、非特許文献３のようにファイバのクラッド部分をエッチングで薄くする必要が無い。このため、本発明は、機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能なファイバヒューズストッパを提供することができる。また、本ファイバヒューズストッパを、伝搬する光の波長域において実効的な単一モードとなるように、且つモードフィールド径が接続する単一モード光ファイバのモードフィールド径となるように作成することで、挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる。
【００１７】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの少なくとも一端に単一モード光ファイバが接続されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、伝搬する光の波長領域において、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記単一モード光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする。ＰＣＦやＨＡＦにおいてファイバヒューズが侵入する距離は２００μｍ程度である。このため、ＰＣＦやＨＡＦの長さが前記範囲にあれば、１０Ｗから２０Ｗの入力でのファイバヒューズを十分に停止できる。
【００２０】
本発明に係る光コネクタは、前記ファイバヒューズストッパを備える。ＰＣＦやＨＡＦの長さが前記範囲にあれば、ファイバヒューズストッパを光コネクタ内に収めることができる。
【００２１】
本発明に係る光伝送システムは、２つの光伝送装置間を接続する光ファイバ伝送路を備え、前記光ファイバ伝送路は、少なくとも１つの前記ファイバヒューズストッパと伝送路用光ファイバとが接続されていることを特徴とする。１０Ｗを超える高い入力が可能な光伝送システムとすることができる。
【００２２】
本発明に係る光伝送システムは、伝搬する光の波長領域において、前記伝送路用光ファイバが単一モードで光を伝搬し、前記ファイバヒューズストッパの前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記伝送路用光ファイバのモードフィールド径とが概略等しいことを特徴とする。ファイバヒューズストッパの挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる光伝送システムとすることができる。
【００２３】
本発明に係るファイバヒューズ停止方法は、光ファイバ内のファイバヒューズ現象で生じたヒューズの伝搬を、前記光ファイバに接続したＰＣＦ又はＨＡＦで停止する。ＰＣＦやＨＡＦを用いており、非特許文献３のようにファイバのクラッド部分をエッチングで薄くする必要が無い。このため、本発明は、機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能なファイバヒューズ停止方法を提供することができる。
【００２４】
本発明に係るファイバヒューズ停止方法は、前記光ファイバで単一モードとなる光の波長領域において、実効的な単一モード条件となる前記ＰＣＦ又はＨＡＦを使用することを特徴とする。ファイバヒューズストッパの挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能で、高い入力パワー時に発生したファイバヒューズを停止させるファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ファイバヒューズ現象の概念図を示す図である。
【図２】本発明で用いるＰＣＦの断面図の一例を示す図である。
【図３】本発明で用いるＨＡＦの断面図の一例を示す図である。
【図４】本発明で用いるＨＡＦのファイバヒューズの伝搬閾値の測定評価系の一例を示す図である。
【図５】本発明で用いるファイバヒューズストッパの光伝送路内での使用の一例を示す図である。
【図６】本発明で用いるファイバヒューズストッパの全体構造の例を示す図である。
【図７】本発明で用いるファイバヒューズストッパの通信局内での適用の一例を示す図である。
【図８】本発明で用いるファイバヒューズストッパを光コード化した際の断面構造の一例を示す図である。
【図９】本発明で用いるファイバヒューズストッパの曲げ損失特性の一例を示す図である。
【図１０】本発明で用いるファイバヒューズストッパを光ファイバコネクタに適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２８】
（実施形態１）
本実施形態は、本発明に係るファイバヒューズストッパに用いられるＰＣＦ又はＨＡＦの断面内の構造の例と光伝送路内での使用例に関するものである。
【００２９】
図２は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０に用いるＰＣＦの断面の一例である。ＰＣＦは、コア部２１、空孔２２、及びクラッド部２３から成る。クラッド部２３は、複数の空孔２２で形成される。ＰＣＦは、典型的には、円状の空孔径ｄと空孔間隔Λをほぼ一定に保った周期的な空孔構造を用いれば良い。また、ＰＣＦはこの構造に限定されるものではない。ＰＣＦの材料は、例えば、純石英ガラスを用いることができる。また、光ファイバの材料は純石英ガラスに限定されるものではなく、局所的もしくは全体に各種のドーパントを添加しても良い。また断面中心から空孔２２までの最短距離Ｒは、断面中心からそれぞれの空孔２２への内接円を描いたとき、これらの内接円の半径の最小値と定義される。
【００３０】
図３は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０に用いるＨＡＦの断面図の一例である。ＨＡＦは、コア部３１、クラッド部３２、及び空孔３３から成る。コア部３１とクラッド部３２の比屈折率差Δは典型的には０．３〜０．４％程度の値とし、コア半径ａは典型的には３．５〜５μｍ程度の値とすれば良い。なお、比屈折率差Δ及びコア半径ａはこれらに限定されるものではない。ＨＡＦの材料は、例えば、相対的に屈折率の高いコア部３１にはゲルマニウムなどのドーパントを微量添加した石英ガラス、相対的に屈折率の低いクラッド部３２には純石英ガラスを用いることができる。空孔３３の直径ｄは典型的には２〜１０μｍ程度の値とすれば良く、空孔３３の個数は典型的には１〜２０程度の値とすれば良い。なお、空孔３３の直径ｄ及び個数はこれらに限定されるものではない。断面中心から空孔３３までの最短距離Ｒは、断面中心からそれぞれの空孔３３への内接円を描いたとき、これらの内接円の半径の最小値と定義される。空孔直径ｄが大きいほどファイバヒューズ伝搬を停止させる働きが強くなるので、Ｒが大きい場合にはｄも大きくすることが好ましい。また空孔３３の断面内の位置はクラッド部３２の領域に限定されず、空孔３３の全体または一部がコア部３１の領域に含まれても良い。
【００３１】
図４は、ＰＣＦ又はＨＡＦの伝搬閾値を測定評価する系の一例を示す。ＰＣＦ又はＨＡＦ４１と商用の単一モード光ファイバ４２を融着接続し（接続点４３）、単一モード光ファイバ４２の終端でファイバヒューズを発生させ、接続点４３を通過して、ファイバヒューズがＰＣＦ又はＨＡＦ４１を伝搬するか否かを確認評価した。評価において、光源４４の波長は光通信の代表的な使用波長である１５００ｎｍ付近とし、出力パワーは、使用した光源性能の限界の約１３．５Ｗに設定した。
【００３２】
すなわち、接続点４３を越えてＰＣＦ又はＨＡＦ４１で停止した場合は当該のＰＣＦ又はＨＡＦ４１のファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈは１３．５Ｗ以上と判断できる。またこの場合、接続点４３からＰＣＦ又はＨＡＦ４１ヒューズが停止した位置までの距離を侵入長として測定評価した。ファイバヒューズが停止しない場合は、ファイバヒューズ伝搬中に光源４４の出力パワーを徐々に低下させ、ファイバヒューズの伝搬がＰＣＦ又はＨＡＦ４１で停止した際にその地点に到着した光パワーを当該のＰＣＦ又はＨＡＦ４１のファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈとして決定した。
【００３３】
図４の測定評価系を用いて具体的なファイバヒューズストッパのファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈを測定した。測定に用いたファイバヒューズストッパは、断面内構造におけるＲの値が５．０μｍで、空孔数は６０（図２参照）の純石英製のＰＣＦである。この測定評価では単一モード光ファイバ４２をＤＳＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３４】
また、ＨＡＦのファイバヒューズストッパについても測定評価を行った。測定に用いたファイバヒューズストッパは、断面内構造におけるＲの値が４．８μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦである。この測定評価では単一モード光ファイバ４２をＤＳＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３５】
測定に用いたファイバヒューズストッパが、断面内構造におけるＲの値が８．５μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦの場合も測定した。この測定評価では、単一モード光ファイバ４２をＳＭＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３６】
測定に用いたファイバヒューズストッパが、断面内構造におけるＲの値が１０．１μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦの場合も測定した。この測定評価では、単一モード光ファイバ４２をＳＭＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３７】
上記の評価において、接続点４３からファイバヒューズストッパ４１へファイバヒューズが侵入した長さは、最大でも２００μｍ程度である。これは、数ｍｍの長さがあれば１０数Ｗを入力した状態でのファイバヒューズを十分に抑圧できることを意味する。それゆえ、ファイバヒューズストッパを非常に短くできるため、図１０のように現在光ファイバの接続に利用されている光コネクタ１１０のフェルール部に埋め込んだファイバヒューズストッパが作製可能である。
【００３８】
図５は、ファイバヒューズストッパを備える光ファイバ伝送路の一例である。光ファイバ伝送路は２つの光伝送装置間を接続する。図５では、光伝送装置として光源５３と受光器５４を示している。ファイバヒューズストッパ２０は、ＰＣＦ又はＨＡＦである。伝送用光ファイバ５２は、ファイバヒューズストッパ２０よりもヒューズ伝搬閾値が低い。伝送用光ファイバ５２の間にファイバヒューズストッパ２０を挿入して、光源５３の出力光パワーをファイバヒューズストッパ２０のヒューズ伝搬閾値以下にあらかじめ設定しておく。このように設定すれば、仮にファイバヒューズが伝送用光ファイバ５２中の受光器５４近傍の地点で発生した場合、発生したファイバヒューズをファイバヒューズストッパ２０で停止させることができる。ファイバヒューズストッパ２０は光源５３に近い位置に設置することが望ましい。光源５３を確実に保護することができる。また、必要に応じて、複数個のファイバヒューズストッパ２０を複数個所に用いても良いし、光伝送路全てをファイバヒューズストッパ２０で構成してもよい。
【００３９】
つまり、４Ｗ付近、もしくはそれを大きく超えるような大パワーの光を従来の商用光ファイバなどによる光伝送路に入力する場合、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０を伝送路途中の適切な位置に挿入することで、仮にファイバヒューズが発生してもファイバヒューズストッパ２０がこれを停止でき、伝送路及び伝送装置を保護することができる。また、本実施形態のファイバヒューズストッパ自体を光ファイバ伝送路として使用すること、すなわち光ファイバ伝送路全てをＰＣＦ又はＨＡＦで形成することで、ファイバヒューズの発生自体を防ぐことができる。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態は、本発明のファイバヒューズストッパの全体構造と光学的性能に関するものである。
【００４１】
図６は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０の全体構造である。図６（ａ）は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の終端に光ファイバコネクタ６２が付与されている構造の一例である。光ファイバコネクタ６２は、各種の通信用光コネクタを用いれば良く、例えば通信局内の収容架に汎用に使われるＭＵコネクタなどを用いれば良い。図６（ｂ）のように、光ファイバコネクタ６２は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両端に付与してもよい。
【００４２】
ファイバヒューズストッパを通信局内の架間などに用いる場合は、図６（ｂ）の構造が好適となる。一方、コネクタの着脱による端面の汚れの可能性などを避けたい場合は、図６（ａ）の構造、もしくは、両端にコネクタを付与していない構造（不図示）が好適となる。この場合は、コネクタのない端面と光ファイバ伝送路とは融着で接続すれば良い。
【００４３】
ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両側の端面は空孔が開いているため、使用環境によっては、樹脂などを充填して空孔をふさぐか、加熱処理によって溶融封止しても良い。
【００４４】
図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の片端側または両端側に使用される光の波長域において実効的な単一モード条件を満たす単一モード光ファイバ６３が融着接続されているファイバヒューズストッパの構造の一例である。図には記載していないが、図６（ａ）や図６（ｂ）のように、さらに片側または両側にコネクタ付けをしても良い。
【００４５】
光ファイバ伝送路内に使用するという観点から、ファイバヒューズストッパは、挿入（接続）損失が小さく、使用光源波長において単一モードであることが望ましい。ファイバヒューズストッパ内の接続損失を低減するためには、単一モード光ファイバ６３のモードフィールド径とＰＣＦ又はＨＡＦ４１のモードフィールド径を概略一致させることが有効となる。また、光ファイバ伝送路にファイバヒューズストッパを挿入する場合、光ファイバ伝送路として用いられる商用の単一モードファイバ（ＳＭＦやＤＳＦなど）のモードフィールド径とＰＣＦ又はＨＡＦ４１のモードフィールド径を概略一致させることが有効となる。
【００４６】
ＨＡＦのモードフィールド径をＳＭＦと同等に保ちつつ、通信波長域で単一モード条件を満たすＨＡＦ構造の設計方法が、非特許文献４に詳細に示されている。
【００４７】
ＰＣＦのモードフィールド径に関しては次の通りである。図２の周期的な空孔構造を持ち、ｄ／Λの値が０．４２以下の構造の純石英製ＰＣＦは、すべての波長で単一モード条件を満たしている。そして、このＰＣＦのモードフィールド径の値は、例えばこのｄ／Λの値が０．４２以下の構造条件下でｄとΛの値を調整することで、容易に調整することができる。ＰＣＦは、ＳＭＦやＤＳＦなどの従来ファイバと比較するとモードフィールド径の波長依存性が小さいため、ＰＣＦのモードフィールド径を従来ファイバで使用する波長域の最短波長、最長波長、または使用波長域の平均波長のモードフィールド径に一致させることで使用波長域での接続損失を低減させることができる。
【００４８】
ＳＭＦとの接続損失に関しては、融着条件を適切に設定することで、ＨＡＦ−ＳＭＦの融着接続で０．１ｄＢ以下、ＰＣＦ−ＳＭＦの接続で０．２ｄＢ程度の値が実現できることが非特許文献５に示されている。従って、図６（ｃ）及び図（ｄ）の構造のファイバヒューズストッパは、低い挿入損失（０．５ｄＢ程度もしくはそれ以下）で単一モード条件を実現することができる。
【００４９】
（実施形態３）
本実施形態は、本発明のファイバヒューズストッパの通信局内での適用に関するものである。
【００５０】
図７は、本実施形態のファイバヒューズストッパを通信局内で適用する一例を説明する図である。図７の光通信システムは、光源を含む伝送装置７１、光ファイバコード（７２、７３、７４）、光ファイバケーブル７５、通信局内の光ファイバ心線の局内側収容架７６、通信局内の光ファイバ心線の伝送路側収容架７７である。ユーザ宅にも伝送装置がある（不図示）。光ファイバコード（７２、７３、７４）及び光ファイバケーブル７５で光ファイバ伝送を構成する。
【００５１】
伝送装置７１を確実に防護するという観点からは、ファイバヒューズストッパは伝送装置７１に近い、ユーザビルや宅内、通信局内に用いることが望ましい。図７の構成において、ファイバヒューズストッパは、光ファイバコード（７２、７３、７４）のうちの一部もしくはすべてに用いることができる。
【００５２】
特に、収容架７６と収容架７７とをつなぐ光ファイバコード７３は、多数の収容心線が輻輳し、移転や切り替えに伴う心線の保守作業が生じ、曲げや衝撃などが加わる可能性がある。ＨＡＦは曲げ損失や衝撃による損失が小さい。このため、光ファイバコード７３には、光コード加工して十分な機械的強度を保持した状態のＨＡＦを用いることが好適である。
【００５３】
図８は、断面内構造におけるＲの値が８．２μｍで空孔数は６、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上のＨＡＦを光コード化した際の断面構造である。８１はＨＡＦ、８２は紫外線硬化樹脂被覆、８３は抗張力繊維、８４は光コード外被である。ＨＡＦ８１は、コードとして用いる数ｍ程度の長さ条件で通信波長帯における単一モード条件を満たし、かつ、モードフィールド径がＳＭＦと同等である。このため、ＨＡＦ８１は、高速信号の伝送時も伝送エラー発生を抑えることができる。また、ＨＡＦ８１は、両端にＭＵコネクタを付けた場合、ＳＭＦ伝送路への挿入損失が０．５ｄＢ程度と十分に小さい。
【００５４】
図９は、図８の構造のファイバヒューズストッパの曲げ損失特性の一例である。比較のために、ＳＭＦ（ファイバヒューズ伝搬閾値１．５Ｗ程度）による同様な構造の光コードの特性も図中に示した。ＨＡＦによるファイバヒューズストッパの曲げ損失は波長１６５０ｎｍ、曲げ半径５ｍｍの条件下で０．１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であり、この値はＳＭＦと比べて十分に小さい。従って、図８の構造のＨＡＦを用いたファイバヒューズストッパは、１０Ｗを超える大入力パワーでの高速信号伝送が可能であり、挿入損失を十分小さくでき、且つ曲げ損失の懸念のない保守作業を可能とできる。
【００５５】
（実施形態４）
本実施例は、本発明のファイバヒューズストッパのＳＣ、ＦＣ、ＭＵなどの光コネクタへの適用に関するものである。
【００５６】
実施形態１から３で説明したファイバヒューズストッパのＰＣＦ又はＨＡＦはファイバヒューズの侵入長が長くても数百μｍである。このため、数ｍｍ程度の長さのＨＡＦ又はＰＣＦを光コネクタの内部に設置すれば、光コネクタでファイバヒューズを停止させることができる。
【００５７】
図１０は、本実施形態のファイバヒューズストッパを内蔵する光コネクタ１１０を説明する図である。既存の光ファイバ１０１は従来のＳＭＦ又はＤＳＦである。光コネクタ１１０は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１を光ファイバ１０１の間に設置する。光コネクタ１１０は光ファイバ１０１の間にＨＡＦ又はＰＣＦ４１を設置するが、この構造に限定されない。ＨＡＦ又はＰＣＦ４１がフェルール先端または後段に配置されていても良く、フェルール部全体がＰＣＦ又はＨＡＦ４１であってもよい。
【００５８】
さらに、実施形態２で説明したようにＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両側の端面は空孔が開いているため、使用環境によっては樹脂などを充填して空孔をふさぐか、加熱処理によって溶融封止しても良い。また、ＳＣ、ＦＣなどのコネクタ形状には依存せず、フェルール先端はＡＰＣ（Ａｎｇｌｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）を含めて従来の研磨方法を適用することが可能である。
【００５９】
実施形態１から４では、現在光通信で主に使用されている波長１５００ｎｍ近傍でのファイバヒューズを停止することで説明した。さらに短波長帯、例えば、１０００ｎｍ帯や可視域などの波長域用のファイバヒューズストッパは、短波長化に伴いＭＦＤが減少するためＲの値を１５００ｎｍ帯の場合よりも小さく設定するとよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０：光ファイバ
２０：ファイバヒューズストッパ
２１：コア部
２２：空孔
２３：クラッド部
３１：コア部
３２：クラッド部
３３：空孔
４１：ＰＣＦ又はＨＡＦ（ファイバヒューズストッパ）
４２：単一モード光ファイバ
４３：接続点
４４：光源
５１：ヒューズストッパ
５２：伝送用光ファイバ
５３：光源
５４：受光器
６２：光ファイバコネクタ
６３：単一モード光ファイバ
７１：伝送装置
７２、７３、７４：光ファイバコード
７５：光ファイバ伝送路又は光ファイバケーブル
７６、７７：収容架
８１：ＨＡＦ
８２：紫外線硬化樹脂被覆
８３：抗張力繊維
８４：光コード外被
１０１：光ファイバ
１１０：光コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数Ｗ（ワット）オーダの高パワーの光を光ファイバに入力、伝送したときに生じうるファイバヒューズ現象を停止もしくは抑制し、伝送装置や光ファイバ伝送路を保護するファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、インターネットの進展などによって光ファイバ通信の伝送容量の拡大の要求は、日々強まっており、既にコア系の光ネットワークに布設された光ファイバに入力される光の全パワーは１Ｗに近づいてきており、将来的にはさらなる増大が予想される。一方、従来の光ファイバに、数Ｗオーダの光が入力している状況で、曲げ、切断、加熱などの何らかのきっかけが与えられると、ファイバのコアのガラス部分の加熱による溶融が発生し、これが高温のプラズマ状態となって、光源側に向かって伝搬していく現象（ファイバヒューズ現象）が生じることが知られている。
【０００３】
図１は、ファイバヒューズ現象の概念図である。この現象の発生自体は確率的に起こるものであり、特定の条件下においても必ず発生するものではない。しかし、一度発生すると、その伝搬を停止させるには、
１．光源からの入力光のパワーを、ある閾値（ヒューズ伝搬閾値）よりも相対的に小さくする方法、
２．ヒューズが伝搬する前に伝送路自体を切断する方法、
があり、この二つの他に有効な方法は知られていない。発生したファイバヒューズを停止させないと、発生点から光源までの光ファイバ伝送路を破壊するだけに留まらず、光源（伝送装置）までも破壊してしまう。このため、ファイバヒューズ現象を防止、あるいは発生したヒューズを停止させる方法が強く求められるようになってきている。
【０００４】
前記１の方法におけるヒューズの伝搬閾値は、従来の光ファイバでは、光ファイバの種類によって多少の幅があるが、ＳＭＦ（１．３μｍ帯ゼロ分散ファイバ、ＩＴＵ−Ｔ、Ｇ．６５２）における伝搬閾値は１．５Ｗ、ＤＳＦ（分散シフトファイバ、ＩＴＵ−Ｔ、Ｇ．６５３）では１．２Ｗ程度であると報告されている。従来の光ファイバでは、この伝搬閾値は、モードフィールド直径（ＭＦＤ）と強い相関を持ち、両者はほぼ比例の関係にあることが知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００５】
そこで、伝送路における対策として、従来、各種の光ファイバ型のヒューズストッパが提案されている。ヒューズストッパを用いる際は、入力光のパワーをストッパ部分の伝搬閾値以下に設定しておけば、仮にストッパ以外の部分でヒューズが発生したとしても、ストッパ部でヒューズが停止し、残った伝送路と光源部が保護できる。ヒューズストッパとしては、光伝送路の一部に伝搬閾値が特に高いファイバを小型の光部品（ヒューズストッパ）として挿入するものが提案されている。
【０００６】
例えば、非特許文献１では、ＭＦＤの大きいマルチモードファイバ（ＧＩＦ：グレッテッドインデックスファイバ）をＳＭＦに融着接続したもので、２〜３Ｗ程度の入力パワー条件で、伝搬してきたファイバヒューズの停止を実現している。また、非特許文献２では、ＤＳＦの一部分を加熱し、コア径とＭＦＤを拡大し、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバ化する手法が提案されている。また、非特許文献３では、ＳＭＦの１２５μｍφのクラッド部分をエッチングによって外径１０〜３０μｍφ程度まで細くし、ヒューズ伝搬閾値を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】藤田他、「ＧＩファイバによるファイバヒューズの遮断」、２００４年電子情報通信学会通信ソサイエテイ大会、Ｂ−１０−５、２００４
【非特許文献２】柳他、「ファイバ・ヒューズ遮断部品の開発」、信学技報、 ＯＰＥ２００４−１７８、２００４
【非特許文献３】Ｅ．Ｍ．Ｄｉａｎｏｖ．ｅｔ．ａｌ．、「Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、２９、１６、１８５２−１８５４、２００４
【非特許文献４】Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ．ｅｔ．ａｌ．、「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｈｏｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５８ｔｈ ＩＷＣＳ／ＩＩＣＩＴ、２６４−２６９、２００９
【非特許文献５】濱田他、「ホーリーファイバの融着接続方法の検討」、信学技報、ＯＦＴ２００５−１１、２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下に具体的に述べるような課題がある。
【０００９】
非特許文献１では、ファイバヒューズストッパに関して、ＭＦＤの大きいＧＩＦをＳＭＦに融着接続したものを用い、２〜３Ｗ程度の入力パワー条件でファイバヒューズの停止を実現しているが、挿入損失を低減するためにはＧＩＦを数１００μｍオーダで最適長に調節する必要があり、作製が容易ではないという課題がある。具体的には、最適長から５００μｍ程度ずれると５ｄＢ程度余剰の損失が生じることになる。またコア径の大きく異なるＳＭＦとＧＩＦを接続するため、ＧＩＦの部分で高次のモードが発生する要因にもなり、高速信号の伝送時の伝送エラーを回避しなければならないという課題もある。
【００１０】
また、非特許文献２に記載される、光ファイバの一部分を加熱してＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ）ファイバ化する手法では、ストッパの小型部品化が可能であるが、単一モード条件を保ちながら、ＭＦＤを拡大する際の上限値があり（２０〜３０μｍ程度）、従ってヒューズ伝搬閾値を向上させるにも限界が生じるという課題がある。例えば、非特許文献２では、入力光パワーが２Ｗの条件での有効性の確認に留まっている。また、非特許文献２でもＴＥＣファイバを用いたヒューズストッパの検討結果が示されているが、入力光パワーが４Ｗ程度の条件での有効性の確認に留まっている。また、ＴＥＣ化はコア部に含まれるドーパントを加熱拡散させて行うため、ＭＦＤ特性、つまりはヒューズ伝搬閾値を再現性良く作製することは困難であり、コスト面でも不利である。
【００１１】
また、非特許文献３に記載される、ファイバのクラッド部分をエッチングによって外径１０〜３０μｍφ程度まで細くする方法では、ＭＦＤを初期状態の一定の値に保ちつつ、挿入損失を低くすることも可能であるが、硬質な石英ガラスをエッチングによって十分に細径化加工するには長時間が必要となりコスト面で不利である。また、細径化した部分では、ファイバの樹脂被覆も除去してしまうので、ガラス部分の細径化の影響に加えて、ガラス表面に傷が生じやすくなるため、機械的な強度の低下が課題となる。また、非特許文献３においても、入力光パワーが最大３Ｗの条件での有効性の確認に留まっている。
【００１２】
以上のように、従来の方法では、４Ｗ付近、さらには４Ｗを大きく超えるような大入力パワー時にも有効であるヒューズストッパの実現は極めて困難である。さらには、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、且つ低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能という条件をすべて満たすファイバヒューズストッパの実現は極めて困難であった。
【００１３】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能で、高い入力パワー時に発生したファイバヒューズを停止させるファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係るファイバヒューズストッパは、ＰＣＦ又はＨＡＦを用い、その断面中心から空孔までの最短距離を最適な範囲に設定することとした。
【００１５】
具体的には、本発明に係るファイバヒューズストッパは、光伝送経路の一部が、断面中心から空孔までの最短距離Ｒが３．５μｍ以上１１μｍ以下のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）又は空孔アシスト光ファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）である。
【００１６】
本ファイバヒューズストッパは、ＰＣＦやＨＡＦを用いており、非特許文献３のようにファイバのクラッド部分をエッチングで薄くする必要が無い。このため、本発明は、機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能なファイバヒューズストッパを提供することができる。また、本ファイバヒューズストッパを、伝搬する光の波長域において実効的な単一モードとなるように、且つモードフィールド径が接続する単一モード光ファイバのモードフィールド径となるように作成することで、挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる。
【００１７】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの少なくとも一端に単一モード光ファイバが接続されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、伝搬する光の波長領域において、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記単一モード光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るファイバヒューズストッパは、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする。ＰＣＦやＨＡＦにおいてファイバヒューズが侵入する距離は２００μｍ程度である。このため、ＰＣＦやＨＡＦの長さが前記範囲にあれば、１０Ｗから２０Ｗの入力でのファイバヒューズを十分に停止できる。
【００２０】
本発明に係る光コネクタは、前記ファイバヒューズストッパを備える。ＰＣＦやＨＡＦの長さが前記範囲にあれば、ファイバヒューズストッパを光コネクタ内に収めることができる。
【００２１】
本発明に係る光伝送システムは、２つの光伝送装置間を接続する光ファイバ伝送路を備え、前記光ファイバ伝送路は、少なくとも１つの前記ファイバヒューズストッパと伝送路用光ファイバとが接続されていることを特徴とする。１０Ｗを超える高い入力が可能な光伝送システムとすることができる。
【００２２】
本発明に係る光伝送システムは、伝搬する光の波長領域において、前記伝送路用光ファイバが単一モードで光を伝搬し、前記ファイバヒューズストッパの前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記伝送路用光ファイバのモードフィールド径とが概略等しいことを特徴とする。ファイバヒューズストッパの挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる光伝送システムとすることができる。
【００２３】
本発明に係るファイバヒューズ停止方法は、光ファイバ内のファイバヒューズ現象で生じたヒューズの伝搬を、前記光ファイバに接続したＰＣＦ又はＨＡＦで停止する。ＰＣＦやＨＡＦを用いており、非特許文献３のようにファイバのクラッド部分をエッチングで薄くする必要が無い。このため、本発明は、機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能なファイバヒューズ停止方法を提供することができる。
【００２４】
本発明に係るファイバヒューズ停止方法は、前記光ファイバで単一モードとなる光の波長領域において、実効的な単一モード条件となる前記ＰＣＦ又はＨＡＦを使用することを特徴とする。ファイバヒューズストッパの挿入損失を十分に低くでき、高次モード発生も低減できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、挿入損失が十分に低く、高次モード発生や機械的強度の低下の懸念などが小さく、低いコストで性能の歩留まりの良く作製が可能で、高い入力パワー時に発生したファイバヒューズを停止させるファイバヒューズストッパ、光コネクタ、光伝送システム、及びファイバヒューズ停止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ファイバヒューズ現象の概念図を示す図である。
【図２】本発明で用いるＰＣＦの断面図の一例を示す図である。
【図３】本発明で用いるＨＡＦの断面図の一例を示す図である。
【図４】本発明で用いるＨＡＦのファイバヒューズの伝搬閾値の測定評価系の一例を示す図である。
【図５】本発明で用いるファイバヒューズストッパの光伝送路内での使用の一例を示す図である。
【図６】本発明で用いるファイバヒューズストッパの全体構造の例を示す図である。
【図７】本発明で用いるファイバヒューズストッパの通信局内での適用の一例を示す図である。
【図８】本発明で用いるファイバヒューズストッパを光コード化した際の断面構造の一例を示す図である。
【図９】本発明で用いるファイバヒューズストッパの曲げ損失特性の一例を示す図である。
【図１０】本発明で用いるファイバヒューズストッパを光ファイバコネクタに適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２８】
（実施形態１）
本実施形態は、本発明に係るファイバヒューズストッパに用いられるＰＣＦ又はＨＡＦの断面内の構造の例と光伝送路内での使用例に関するものである。
【００２９】
図２は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０に用いるＰＣＦの断面の一例である。ＰＣＦは、コア部２１、空孔２２、及びクラッド部２３から成る。クラッド部２３は、複数の空孔２２で形成される。ＰＣＦは、典型的には、円状の空孔径ｄと空孔間隔Λをほぼ一定に保った周期的な空孔構造を用いれば良い。また、ＰＣＦはこの構造に限定されるものではない。ＰＣＦの材料は、例えば、純石英ガラスを用いることができる。また、光ファイバの材料は純石英ガラスに限定されるものではなく、局所的もしくは全体に各種のドーパントを添加しても良い。また断面中心から空孔２２までの最短距離Ｒは、断面中心からそれぞれの空孔２２への内接円を描いたとき、これらの内接円の半径の最小値と定義される。
【００３０】
図３は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０に用いるＨＡＦの断面図の一例である。ＨＡＦは、コア部３１、クラッド部３２、及び空孔３３から成る。コア部３１とクラッド部３２の比屈折率差Δは典型的には０．３〜０．４％程度の値とし、コア半径ａは典型的には３．５〜５μｍ程度の値とすれば良い。なお、比屈折率差Δ及びコア半径ａはこれらに限定されるものではない。ＨＡＦの材料は、例えば、相対的に屈折率の高いコア部３１にはゲルマニウムなどのドーパントを微量添加した石英ガラス、相対的に屈折率の低いクラッド部３２には純石英ガラスを用いることができる。空孔３３の直径ｄは典型的には２〜１０μｍ程度の値とすれば良く、空孔３３の個数は典型的には１〜２０程度の値とすれば良い。なお、空孔３３の直径ｄ及び個数はこれらに限定されるものではない。断面中心から空孔３３までの最短距離Ｒは、断面中心からそれぞれの空孔３３への内接円を描いたとき、これらの内接円の半径の最小値と定義される。空孔直径ｄが大きいほどファイバヒューズ伝搬を停止させる働きが強くなるので、Ｒが大きい場合にはｄも大きくすることが好ましい。また空孔３３の断面内の位置はクラッド部３２の領域に限定されず、空孔３３の全体または一部がコア部３１の領域に含まれても良い。
【００３１】
図４は、ＰＣＦ又はＨＡＦの伝搬閾値を測定評価する系の一例を示す。ＰＣＦ又はＨＡＦ４１と商用の単一モード光ファイバ４２を融着接続し（接続点４３）、単一モード光ファイバ４２の終端でファイバヒューズを発生させ、接続点４３を通過して、ファイバヒューズがＰＣＦ又はＨＡＦ４１を伝搬するか否かを確認評価した。評価において、光源４４の波長は光通信の代表的な使用波長である１５００ｎｍ付近とし、出力パワーは、使用した光源性能の限界の約１３．５Ｗに設定した。
【００３２】
すなわち、接続点４３を越えてＰＣＦ又はＨＡＦ４１で停止した場合は当該のＰＣＦ又はＨＡＦ４１のファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈは１３．５Ｗ以上と判断できる。またこの場合、接続点４３からＰＣＦ又はＨＡＦ４１ヒューズが停止した位置までの距離を侵入長として測定評価した。ファイバヒューズが停止しない場合は、ファイバヒューズ伝搬中に光源４４の出力パワーを徐々に低下させ、ファイバヒューズの伝搬がＰＣＦ又はＨＡＦ４１で停止した際にその地点に到着した光パワーを当該のＰＣＦ又はＨＡＦ４１のファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈとして決定した。
【００３３】
図４の測定評価系を用いて具体的なファイバヒューズストッパのファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈを測定した。測定に用いたファイバヒューズストッパは、断面内構造におけるＲの値が５．０μｍで、空孔数は６０（図２参照）の純石英製のＰＣＦである。この測定評価では単一モード光ファイバ４２をＤＳＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３４】
また、ＨＡＦのファイバヒューズストッパについても測定評価を行った。測定に用いたファイバヒューズストッパは、断面内構造におけるＲの値が４．８μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦである。この測定評価では単一モード光ファイバ４２をＤＳＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３５】
測定に用いたファイバヒューズストッパが、断面内構造におけるＲの値が８．５μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦの場合も測定した。この測定評価では、単一モード光ファイバ４２をＳＭＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３６】
測定に用いたファイバヒューズストッパが、断面内構造におけるＲの値が１０．１μｍで、空孔数は６（図３参照）のＨＡＦの場合も測定した。この測定評価では、単一モード光ファイバ４２をＳＭＦとした。測定結果は、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上であった。
【００３７】
上記の評価において、接続点４３からファイバヒューズストッパ４１へファイバヒューズが侵入した長さは、最大でも２００μｍ程度である。これは、数ｍｍの長さがあれば１０数Ｗを入力した状態でのファイバヒューズを十分に抑圧できることを意味する。それゆえ、ファイバヒューズストッパを非常に短くできるため、図１０のように現在光ファイバの接続に利用されている光コネクタ１１０のフェルール部に埋め込んだファイバヒューズストッパが作製可能である。
【００３８】
図５は、ファイバヒューズストッパを備える光ファイバ伝送路の一例である。光ファイバ伝送路は２つの光伝送装置間を接続する。図５では、光伝送装置として光源５３と受光器５４を示している。ファイバヒューズストッパ２０は、ＰＣＦ又はＨＡＦである。伝送用光ファイバ５２は、ファイバヒューズストッパ２０よりもヒューズ伝搬閾値が低い。伝送用光ファイバ５２の間にファイバヒューズストッパ２０を挿入して、光源５３の出力光パワーをファイバヒューズストッパ２０のヒューズ伝搬閾値以下にあらかじめ設定しておく。このように設定すれば、仮にファイバヒューズが伝送用光ファイバ５２中の受光器５４近傍の地点で発生した場合、発生したファイバヒューズをファイバヒューズストッパ２０で停止させることができる。ファイバヒューズストッパ２０は光源５３に近い位置に設置することが望ましい。光源５３を確実に保護することができる。また、必要に応じて、複数個のファイバヒューズストッパ２０を複数個所に用いても良いし、光伝送路全てをファイバヒューズストッパ２０で構成してもよい。
【００３９】
つまり、４Ｗ付近、もしくはそれを大きく超えるような大パワーの光を従来の商用光ファイバなどによる光伝送路に入力する場合、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０を伝送路途中の適切な位置に挿入することで、仮にファイバヒューズが発生してもファイバヒューズストッパ２０がこれを停止でき、伝送路及び伝送装置を保護することができる。また、本実施形態のファイバヒューズストッパ自体を光ファイバ伝送路として使用すること、すなわち光ファイバ伝送路全てをＰＣＦ又はＨＡＦで形成することで、ファイバヒューズの発生自体を防ぐことができる。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態は、本発明のファイバヒューズストッパの全体構造と光学的性能に関するものである。
【００４１】
図６は、本実施形態のファイバヒューズストッパ２０の全体構造である。図６（ａ）は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の終端に光ファイバコネクタ６２が付与されている構造の一例である。光ファイバコネクタ６２は、各種の通信用光コネクタを用いれば良く、例えば通信局内の収容架に汎用に使われるＭＵコネクタなどを用いれば良い。図６（ｂ）のように、光ファイバコネクタ６２は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両端に付与してもよい。
【００４２】
ファイバヒューズストッパを通信局内の架間などに用いる場合は、図６（ｂ）の構造が好適となる。一方、コネクタの着脱による端面の汚れの可能性などを避けたい場合は、図６（ａ）の構造、もしくは、両端にコネクタを付与していない構造（不図示）が好適となる。この場合は、コネクタのない端面と光ファイバ伝送路とは融着で接続すれば良い。
【００４３】
ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両側の端面は空孔が開いているため、使用環境によっては、樹脂などを充填して空孔をふさぐか、加熱処理によって溶融封止しても良い。
【００４４】
図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１の片端側または両端側に使用される光の波長域において実効的な単一モード条件を満たす単一モード光ファイバ６３が融着接続されているファイバヒューズストッパの構造の一例である。図には記載していないが、図６（ａ）や図６（ｂ）のように、さらに片側または両側にコネクタ付けをしても良い。
【００４５】
光ファイバ伝送路内に使用するという観点から、ファイバヒューズストッパは、挿入（接続）損失が小さく、使用光源波長において単一モードであることが望ましい。ファイバヒューズストッパ内の接続損失を低減するためには、単一モード光ファイバ６３のモードフィールド径とＰＣＦ又はＨＡＦ４１のモードフィールド径を概略一致させることが有効となる。また、光ファイバ伝送路にファイバヒューズストッパを挿入する場合、光ファイバ伝送路として用いられる商用の単一モードファイバ（ＳＭＦやＤＳＦなど）のモードフィールド径とＰＣＦ又はＨＡＦ４１のモードフィールド径を概略一致させることが有効となる。
【００４６】
ＨＡＦのモードフィールド径をＳＭＦと同等に保ちつつ、通信波長域で単一モード条件を満たすＨＡＦ構造の設計方法が、非特許文献４に詳細に示されている。
【００４７】
ＰＣＦのモードフィールド径に関しては次の通りである。図２の周期的な空孔構造を持ち、ｄ／Λの値が０．４２以下の構造の純石英製ＰＣＦは、すべての波長で単一モード条件を満たしている。そして、このＰＣＦのモードフィールド径の値は、例えばこのｄ／Λの値が０．４２以下の構造条件下でｄとΛの値を調整することで、容易に調整することができる。ＰＣＦは、ＳＭＦやＤＳＦなどの従来ファイバと比較するとモードフィールド径の波長依存性が小さいため、ＰＣＦのモードフィールド径を従来ファイバで使用する波長域の最短波長、最長波長、または使用波長域の平均波長のモードフィールド径に一致させることで使用波長域での接続損失を低減させることができる。
【００４８】
ＳＭＦとの接続損失に関しては、融着条件を適切に設定することで、ＨＡＦ−ＳＭＦの融着接続で０．１ｄＢ以下、ＰＣＦ−ＳＭＦの接続で０．２ｄＢ程度の値が実現できることが非特許文献５に示されている。従って、図６（ｃ）及び図（ｄ）の構造のファイバヒューズストッパは、低い挿入損失（０．５ｄＢ程度もしくはそれ以下）で単一モード条件を実現することができる。
【００４９】
（実施形態３）
本実施形態は、本発明のファイバヒューズストッパの通信局内での適用に関するものである。
【００５０】
図７は、本実施形態のファイバヒューズストッパを通信局内で適用する一例を説明する図である。図７の光通信システムは、光源を含む伝送装置７１、光ファイバコード（７２、７３、７４）、光ファイバケーブル７５、通信局内の光ファイバ心線の局内側収容架７６、通信局内の光ファイバ心線の伝送路側収容架７７である。ユーザ宅にも伝送装置がある（不図示）。光ファイバコード（７２、７３、７４）及び光ファイバケーブル７５で光ファイバ伝送を構成する。
【００５１】
伝送装置７１を確実に防護するという観点からは、ファイバヒューズストッパは伝送装置７１に近い、ユーザビルや宅内、通信局内に用いることが望ましい。図７の構成において、ファイバヒューズストッパは、光ファイバコード（７２、７３、７４）のうちの一部もしくはすべてに用いることができる。
【００５２】
特に、収容架７６と収容架７７とをつなぐ光ファイバコード７３は、多数の収容心線が輻輳し、移転や切り替えに伴う心線の保守作業が生じ、曲げや衝撃などが加わる可能性がある。ＨＡＦは曲げ損失や衝撃による損失が小さい。このため、光ファイバコード７３には、光コード加工して十分な機械的強度を保持した状態のＨＡＦを用いることが好適である。
【００５３】
図８は、断面内構造におけるＲの値が８．２μｍで空孔数は６、ファイバヒューズ伝搬閾値Ｐｔｈが１３．５Ｗ以上のＨＡＦを光コード化した際の断面構造である。８１はＨＡＦ、８２は紫外線硬化樹脂被覆、８３は抗張力繊維、８４は光コード外被である。ＨＡＦ８１は、コードとして用いる数ｍ程度の長さ条件で通信波長帯における単一モード条件を満たし、かつ、モードフィールド径がＳＭＦと同等である。このため、ＨＡＦ８１は、高速信号の伝送時も伝送エラー発生を抑えることができる。また、ＨＡＦ８１は、両端にＭＵコネクタを付けた場合、ＳＭＦ伝送路への挿入損失が０．５ｄＢ程度と十分に小さい。
【００５４】
図９は、図８の構造のファイバヒューズストッパの曲げ損失特性の一例である。比較のために、ＳＭＦ（ファイバヒューズ伝搬閾値１．５Ｗ程度）による同様な構造の光コードの特性も図中に示した。ＨＡＦによるファイバヒューズストッパの曲げ損失は波長１６５０ｎｍ、曲げ半径５ｍｍの条件下で０．１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下であり、この値はＳＭＦと比べて十分に小さい。従って、図８の構造のＨＡＦを用いたファイバヒューズストッパは、１０Ｗを超える大入力パワーでの高速信号伝送が可能であり、挿入損失を十分小さくでき、且つ曲げ損失の懸念のない保守作業を可能とできる。
【００５５】
（実施形態４）
本実施例は、本発明のファイバヒューズストッパのＳＣ、ＦＣ、ＭＵなどの光コネクタへの適用に関するものである。
【００５６】
実施形態１から３で説明したファイバヒューズストッパのＰＣＦ又はＨＡＦはファイバヒューズの侵入長が長くても数百μｍである。このため、数ｍｍ程度の長さのＨＡＦ又はＰＣＦを光コネクタの内部に設置すれば、光コネクタでファイバヒューズを停止させることができる。
【００５７】
図１０は、本実施形態のファイバヒューズストッパを内蔵する光コネクタ１１０を説明する図である。既存の光ファイバ１０１は従来のＳＭＦ又はＤＳＦである。光コネクタ１１０は、ＰＣＦ又はＨＡＦ４１を光ファイバ１０１の間に設置する。光コネクタ１１０は光ファイバ１０１の間にＨＡＦ又はＰＣＦ４１を設置するが、この構造に限定されない。ＨＡＦ又はＰＣＦ４１がフェルール先端または後段に配置されていても良く、フェルール部全体がＰＣＦ又はＨＡＦ４１であってもよい。
【００５８】
さらに、実施形態２で説明したようにＰＣＦ又はＨＡＦ４１の両側の端面は空孔が開いているため、使用環境によっては樹脂などを充填して空孔をふさぐか、加熱処理によって溶融封止しても良い。また、ＳＣ、ＦＣなどのコネクタ形状には依存せず、フェルール先端はＡＰＣ（Ａｎｇｌｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）を含めて従来の研磨方法を適用することが可能である。
【００５９】
実施形態１から４では、現在光通信で主に使用されている波長１５００ｎｍ近傍でのファイバヒューズを停止することで説明した。さらに短波長帯、例えば、１０００ｎｍ帯や可視域などの波長域用のファイバヒューズストッパは、短波長化に伴いＭＦＤが減少するためＲの値を１５００ｎｍ帯の場合よりも小さく設定するとよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０：光ファイバ
２０：ファイバヒューズストッパ
２１：コア部
２２：空孔
２３：クラッド部
３１：コア部
３２：クラッド部
３３：空孔
４１：ＰＣＦ又はＨＡＦ（ファイバヒューズストッパ）
４２：単一モード光ファイバ
４３：接続点
４４：光源
５１：ヒューズストッパ
５２：伝送用光ファイバ
５３：光源
５４：受光器
６２：光ファイバコネクタ
６３：単一モード光ファイバ
７１：伝送装置
７２、７３、７４：光ファイバコード
７５：光ファイバ伝送路又は光ファイバケーブル
７６、７７：収容架
８１：ＨＡＦ
８２：紫外線硬化樹脂被覆
８３：抗張力繊維
８４：光コード外被
１０１：光ファイバ
１１０：光コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送経路の一部が、断面中心から空孔までの最短距離Ｒが３．５μｍ以上１１μｍ以下のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）又は空孔アシスト光ファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）であるファイバヒューズストッパ。
【請求項２】
前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの少なくとも一端に単一モード光ファイバが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項３】
伝搬する光の波長領域において、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記単一モード光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする請求項２に記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項４】
前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のファイバヒューズストッパを備える光コネクタ。
【請求項６】
２つの光伝送装置間を接続する光ファイバ伝送路を備え、
前記光ファイバ伝送路は、
請求項１から４のいずれかに記載の少なくとも１つのファイバヒューズストッパと伝送路用光ファイバとが接続されていることを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】
伝搬する光の波長領域において、前記伝送路用光ファイバが単一モードで光を伝搬し、
前記ファイバヒューズストッパの前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記伝送路用光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
【請求項８】
光ファイバ内のファイバヒューズ現象で生じたヒューズの伝搬を、前記光ファイバに接続したＰＣＦ又はＨＡＦで停止するファイバヒューズ停止方法。
【請求項９】
前記光ファイバで単一モードとなる光の波長領域において、
実効的な単一モード条件となる前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦを使用することを特徴とする請求項８に記載のファイバヒューズ停止方法。
【請求項１】
光伝送経路の一部が、断面中心から空孔までの最短距離Ｒが３．５μｍ以上１１μｍ以下のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）又は空孔アシスト光ファイバ（ＨＡＦ：Ｈｏｌｅ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）であるファイバヒューズストッパ。
【請求項２】
前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの少なくとも一端に単一モード光ファイバが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項３】
伝搬する光の波長領域において、前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記単一モード光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする請求項２に記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項４】
前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦの長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のファイバヒューズストッパ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のファイバヒューズストッパを備える光コネクタ。
【請求項６】
２つの光伝送装置間を接続する光ファイバ伝送路を備え、
前記光ファイバ伝送路は、
請求項１から４のいずれかに記載の少なくとも１つのファイバヒューズストッパと伝送路用光ファイバとが接続されていることを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】
伝搬する光の波長領域において、前記伝送路用光ファイバが単一モードで光を伝搬し、
前記ファイバヒューズストッパの前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦのモードフィールド径と前記伝送路用光ファイバのモードフィールド径とが略等しいことを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
【請求項８】
光ファイバ内のファイバヒューズ現象で生じたヒューズの伝搬を、前記光ファイバに接続したＰＣＦ又はＨＡＦで停止するファイバヒューズ停止方法。
【請求項９】
前記光ファイバで単一モードとなる光の波長領域において、
実効的な単一モード条件となる前記ＰＣＦ又は前記ＨＡＦを使用することを特徴とする請求項８に記載のファイバヒューズ停止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６３８０２（Ｐ２０１２−１６３８０２Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６７７（Ｐ２０１１−２４６７７）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]