高精度真空レベル制御吸着装置による超低損失シングルモード光ファイバー溶融テーパーの作製

高精度真空レベル制御吸着装置による超低損失シングルモード光ファイバー溶融テーパーの作製

概要:融着法のファイバフューズドテーパシステムにおいて,損失の少ないファイバ結合は,光ファイバを吸着・固定するための最適な真空度に相当する。そのため,吸着真空度を精密に制御し,最適な真空度値を見出すことが必要である。本稿では、ファイバ融着テーパシステムを最小限の損失で安定的に一括生産することに着目し、比例流量制御弁FCシリーズを用いた真空システムの改良方式を提案し、真空度の精密制御に到達することができた。

 

1.質問光ファイバテーパシステムにおける光ファイバカプラや光ファイバコーンの製造工程では、一般に2本以上の光ファイバを真空吸着や特殊な治具によって光学台上に位置決めしてクランプし、2本以上の光ファイバを一定の方法で固定する。複数のベアファイバーを回転させながら軸に近づけ、水素・酸素炎やレーザーで加熱・溶融し、一定の速度で両側に引き伸ばし、最後に加熱部にダブルコーン状の特殊な導波路構造を形成する。

現在の光ファイバテーパ技術では,損失0.1以下の光ファイバカプラを安定して一括生産することは困難であり,その主な原因は,光ファイバが真空吸着により強固に固定されているためである。いくつかの文献では、吸着固定用の真空システムを改良し、対応する光ファイバカプラを一連の異なる吸着固定真空度下で作製し、全真空度範囲での結合損失が最小領域を持つことが証明されている、真空度が120mBarの時、図1に示すように最小損失は0.05dBであることが報告されてる。

図1の結果からわかるように、真空度が高ければ良いというわけではありません。真空度が高ければ高いほど、ファイバーはきつく固定され、結合損失は大きくなります。超低損失のファイバ結合装置を得るためには、真空吸着装置の真空度を精密に制御することが必要であることがわかる。

本論文では,ファイバーテーパー法による超低損失光ファイバー結合素子製造プロセスにおける真空度の精密制御の要求に従い,真空度の精密かつ迅速な制御を達成するための真空制御システムの技術スキームとそれを支えるコンテンツを提案する。

Fig.1 異なる真空圧でのカップリングロス
2.技術スキーム左右のストレッチャーの吸着真空度を正確に制御するために、元の真空システムに真空タンクを追加しました。真空槽の真空圧を制御すれば、図2に示すように左右の延伸装置の吸着真空度を制御することができます。

図2に示す真空度制御システムは、主に電子ニードルバルブ、真空計、PIDコントローラ、真空ポンプから構成されている。真空度の精密制御は動的制御方式を採用しており、真空計の測定値と設定値の比較により、PIDコントローラが吸気量と排気量を同時に調整し、迅速に動的バランスを実現し、真空度を設定値に制御している。また、制御精度は±1%を達成することができます。

以上のように、真空度を精密に制御することで、超低損失の光ファイバ結合素子を安定的に量産することが可能となります。

図2 ファイバーテーパーマシン真空度制御システムの模式図