(57)【要約】【課題】光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体において、融着面の強度を高めることができる製造方法を提供する。【解決手段】製造方法（Ｍ１）は、光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法（Ｍ１）であって、上記光ファイバの一方の端面を上記ガラスブロックに融着する融着工程（第２の融着工程Ｓ１３）と、融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す熱処理工程（Ｓ１４）と、を含む。【選択図】図２
2020126161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法であって、
上記光ファイバの一方の端面を上記ガラスブロックに融着する融着工程と、
上記融着工程のあとに実施される熱処理工程であって、上記融着工程において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る加熱条件で融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す熱処理工程と、を含む、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
上記融着工程において、上記光ファイバの一部は、第１の固定部により位置が固定されており、且つ、上記ガラスブロックの一部は、上記第１の固定部とは異なる第２の固定部により位置が固定されており、
上記熱処理工程において、上記第１の固定部及び上記第２の固定部の何れか一方は、開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
上記熱処理工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
上記熱処理工程において、上側に上記光ファイバが配置され、且つ、下側に上記ガラスブロックが配置されており、且つ、当該ガラスブロックの位置は固定されていない、
ことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
上記融着工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバと、該光ファイバの一方の端面に融着されたガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光源が生成した大出力なレーザ光を加工対象物に照射することによって、加工対象物を加工するレーザ加工装置が広く利用されている。
【０００３】
このようなレーザ加工装置は、レーザ光源と、デリバリファイバと、ガラスブロックと、光学系とを備えている。例えば、デリバリファイバは、石英ガラス系の光ファイバであり、ガラスブロックは、石英ガラス製である。
【０００４】
デリバリファイバは、上述したように、レーザ光源が生成したレーザ光を加工対象物の近傍まで導波する。ガラスブロックは、上記デリバリファイバにより導波されたレーザ光を、該ガラスブロックの一方の端面から加工対象物に対して出射する。ガラスブロックは、デリバリファイバの一方の端面に接続されているので、デリバリファイバのエンドキャップとも呼ばれる。光学系は、ガラスブロックから出射されたレーザ光を加工対象物の表面において合焦させる。
【０００５】
特許文献１の図３には、光ファイバとガラスブロックとを備え、光ファイバの一方の端面にガラスブロックが融着された構造体が記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の図３に記載されたような構造体では、光ファイバとして直径が全区間において略一定である光ファイバを用いているため、光ファイバとガラスブロックとの融着面の強度が不足する場合がある。
【０００７】
融着面の強度を高めるためには、光ファイバの一方の端面を含む区間において、クラッドの厚みをそれ以外の区間より厚くし（すなわち大径化し）、大径化された光ファイバの一方の端面をガラスブロックに融着することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−１９１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように一方の端面を含む区間が大径化された光ファイバと、ガラスブロックとを融着する場合、以下のような製造方法が考えられる。
【００１０】
まず、光ファイバの一方の端面を含む区間を大径化する。具体的には、以下の何れかの方法を用いて光ファイバの一方の端面を含む区間を大径化する。
【００１１】
（１）全区間に亘って直径が略一定であるデリバリファイバの一方の端面に、クラッドの厚さを厚くすることによって大径化されたブリッジファイバを接合する。
【００１２】
（２）中心軸近傍にデリバリファイバを挿通可能な細孔が形成されたガラス細管を用意し、上記細孔にデリバリファイバを挿通した状態で、デリバリファイバの外側面と、ガラス細管の内側面とを融着する。
【００１３】
このようにして、光ファイバの一方の端面を含み、且つ、大径化された大径区間が形成される。光ファイバの一方の端面でもある大径区間の一方の端面は、研磨されることによって平滑化される。
【００１４】
次に、該光ファイバの一方の端面と、該ガラスブロックの他方の端面とが離間するように、光ファイバ及びガラスブロックの各々を保持する。このとき、光ファイバは、第１のクランプにより把持されており、且つ、ガラスブロックは、第１のクランプとは異なる第２のクランプにより把持されている。
【００１５】
ガラスブロックの他方の端面をバーナーで加熱することにより該他方の端面を溶融させ、光ファイバの一方の端面をガラスブロックの他方の端面にわずかに押し込むことにより、両端面同士を融着する。これにより、光ファイバとガラスブロックとの境界面には、融着面が形成される。
【００１６】
以上のようにして、光ファイバの一方の端面と、ガラスブロックの他方の端面とを接合することができる。
【００１７】
しかしながら、光ファイバの一方の端面とガラスブロックの他方の端面とを融着しただけでは、融着面の外縁に応力が集中しやすい箇所が生じる場合があり、応力が集中しやすい箇所に起因して融着面の強度が不足する場合がある。応力が集中しやすい箇所は、光ファイバの一方の端面をガラスブロックの他方の端面に押し込んだときに融着面の外縁に生じる凹みに起因する場合もあるし、光ファイバの一方の端面を研磨する工程に起因する場合もある。
【００１８】
本発明の一態様に係る製造方法は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体において、融着面の強度を高めることができる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る製造方法は、光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法であって、上記光ファイバの一方の端面を上記ガラスブロックに融着する融着工程と、上記融着工程のあとに実施される熱処理工程であって、上記融着工程において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る加熱条件で融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す熱処理工程と、を含む。
【００２０】
光ファイバの一方の端面には、微小な欠けが生じる場合がある。このような欠けは、本来円形であり曲線のみで構成されている輪郭部分に対して、応力が集中しやすい角を生じさせる。
【００２１】
また、融着工程により光ファイバとガラスブロックとを融着しただけでは、融着面の輪郭部分に応力が集中しやすい凹みが生じる可能性がある。光ファイバの一方の端面近傍における該光ファイバの外側面から、ガラスブロックの他方の端面にかけての表面は、滑らかに連続していることが好ましい。しかし、上述した凹みは、上記表面の一部に不連続な部分を生じさせるので、結果として、応力が集中しやすい部分を生じさせる。
【００２２】
本製造方法によれば、融着工程において設定した条件を下回る条件で融着面の外縁近傍に対して熱処理工程を施すことによって、融着面の中心近傍に与える影響を抑えつつ、上述した応力が集中しやすい箇所の形状をなめらかにすることができる。結果として、本製造方法は、一方の端面を含む区間が大径化された光ファイバと、該光ファイバの一方の端面に融着されたガラスブロックと、を備えた構造体において、融着面の強度を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る製造方法は、上記融着工程において、上記光ファイバの一部は、第１の固定部により位置が固定されており、且つ、上記ガラスブロックの一部は、上記第１の固定部とは異なる第２の固定部により位置が固定されており、上記熱処理工程において、上記第１の固定部及び上記第２の固定部の何れか一方は、開放されている、ことが好ましい。
【００２４】
本製造方法によれば、融着工程において光ファイバ及びガラスブロックの各々の位置が、それぞれ、第１の固定部及び第２の固定部により固定されていることにより、上記相対位置を確実に固定することができる。また、本製造方法によれば、熱処理工程において第１の固定部及び第２の固定部の何れか一方が開放されていることにより、上記相対位置を確実に自由にすることができる。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る製造方法は、上記熱処理工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、ことが好ましい。
【００２６】
本製造方法によれば、熱処理工程において光ファイバ及びガラスブロックが鉛直方向に沿って配置されているので、重力は、融着面の法線方向に沿って作用する。したがって、光ファイバ及びガラスブロックが水平方向に沿って配置されている場合と比較して、熱処理工程において生じ得る融着面の歪みを抑えることができる。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る製造方法は、上記熱処理工程において、上側に上記光ファイバが配置され、且つ、下側に上記ガラスブロックが配置されており、且つ、当該ガラスブロックの位置は自由である、ことが好ましい。
【００２８】
光ファイバは、その長さがガラスブロックと比較して長い。そのため、熱処理工程において下側に光ファイバが配置されており、且つ、光ファイバの位置を自由にした場合、光ファイバの全てを完全に自由な状態で宙に浮かせることが困難である。熱処理工程が実施される高さよりも長い光ファイバは、その残りの部分を地面上に載置するか、あるいは、その残りの部分を何らかの把持機構により把持する必要がある。その結果、光ファイバとガラスブロックとの融着面には、該融着面の法線方向に沿って作用する重力に加えて、該法線方向に交わる方向に作用する力が働く。
【００２９】
一方、本製造方法においては、熱処理工程において下側にガラスブロックが配置されており、且つ、ガラスブロックの位置を自由にする。そのため、長さが短いガラスブロックを完全に自由な状態で宙に浮かせることが容易にできる。その結果、光ファイバとガラスブロックとの融着面には、該融着面の法線方向に沿って作用する重力が働く。
【００３０】
したがって、本製造方法は、熱処理工程において下側に光ファイバが配置されており、且つ、光ファイバの位置を自由にした場合と比較して、熱処理工程において生じ得る融着面の歪みを抑えることができる。
【００３１】
また、本発明の一態様に係る製造方法は、上記融着工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、ことが好ましい。
【００３２】
本製造方法によれば、融着工程において上記光ファイバ及び上記ガラスブロックが鉛直方向に沿って配置されているので、重力は、融着面の法線方向に沿って作用する。したがって、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックが水平方向に沿って配置されている場合と比較して、融着工程において生じ得る融着面の歪みを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の一態様によれば、光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体において、融着面の強度を高めることができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る製造方法を用いて製造する構造体の縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した構造体が備えているガラスブロックの出射面を平面視した場合の矢視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る製造方法のフローチャートである。
【図３】（ａ）は、図２に示した融着工程において、バーナーでガラスブロックを加熱している様子を示す概略図である。（ｂ）は、上記融着工程において、ブリッジファイバの一方の端面をガラスブロックの他方の端面に押し込んだ様子を示す概略図である。（ｃ）は、図２に示した熱処理工程の様子を示す概略図である。
【図４】（ａ）は、図２に示した融着工程後のブリッジファイバ及びガラスブロックの縦断面図である。（ｂ）は、図２に示した熱処理工程後のブリッジファイバ及びガラスブロックの縦断面図である。
【図５】（ａ）は、第２のクランプがガラスブロックを把持したままの状態で、図２に示した熱処理工程を実施した結果として得られた構造体におけるレーザ光の強度分布を示す画像である。（ｂ）は、ガラスブロックをフリーにした状態で、図２に示した熱処理工程を実施した結果として得られた構造体におけるレーザ光の強度分布を示す画像である。
【図６】（ａ）は、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した各構造体群における離心率の分布を示すグラフである。（ｂ）は、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した各構造体群における光軸角度の分布を示すグラフである。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の（ａ）に示した構造体の第１の変形例及び第２の変形例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の一実施形態に係る製造方法Ｍ１と、製造方法Ｍ１を用いて製造する構造体１について、図１〜図４を参照して説明する。図１の（ａ）は、構造体１の縦断面図である。図１の（ｂ）は、構造体１が備えているガラスブロック３０の出射面である一方の端面３０Ａを平面視した場合の矢視図である。図２は、製造方法Ｍ１のフローチャートである。図３の（ａ）は、製造方法Ｍ１に含まれる第２の融着工程Ｓ１３において、バーナーでガラスブロック３０を加熱している様子を示す概略図である。図３の（ｂ）は、第２の融着工程Ｓ１３において、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａをガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂに押し込んだ様子を示す概略図である。図３の（ｃ）は、製造方法Ｍ１に含まれる熱処理工程Ｓ１４の様子を示す概略図である。図４の（ａ）は、第２の融着工程Ｓ１３後のブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の縦断面図である。図４の（ｂ）は、熱処理工程Ｓ１４後のブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の縦断面図である。
【００３６】
本実施形態では、構造体１の構成について、図１を参照して説明したあとに、製造方法Ｍ１について、図２〜図４を参照して説明する。
【００３７】
〔構造体１〕
図１の（ａ）に示すように、構造体１は、デリバリファイバ１０と、ブリッジファイバ２０と、ガラスブロック３０と、を備えている。デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とは、特許請求の範囲に記載の光ファイバの一態様である。
【００３８】
構造体１は、例えば、レーザ装置（例えば、レーザ加工機）の出力部として利用される。この場合、レーザ光源（例えば、ファイバレーザ）にて生成されたレーザ光ＬＦは、（１）デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０を導波され、（２）ガラスブロック３０を透過し、（３）ガラスブロック３０の一方の端面３０Ａから外部（例えば、加工対象物）に出力される。すなわち、ガラスブロック３０は、レーザ装置の出力ヘッド（例えば、加工ヘッド）として機能する。
【００３９】
ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂには、光ファイバの一方の端面であるブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａが接合（例えば、融着）されている。ブリッジファイバ２０の他方の端面２０Ｂには、デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａが接合（例えば、融着）されている。光ファイバの他方の端面であるデリバリファイバ１０の他方の端面１０Ｂは、レーザ光源の出力ポートに接合（例えば、融着）可能である。
【００４０】
デリバリファイバ１０は、コア１０ａと、クラッド１０ｂと、被覆１０ｃとを備えている。コア１０ａは、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、柱状（例えば、円柱状）の構造体である。クラッド１０ｂは、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。被覆１０ｃは、樹脂（例えば、紫外線硬化型樹脂）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。なお、被覆１０ｃは、デリバリファイバ１０の両端面１０Ａ，１０Ｂの近傍において除去されている。
【００４１】
コア１０ａ及びクラッド１０ｂは、クラッド１０ｂの内側面がコア１０ａの外側面を覆うように、一体化されている。コア１０ａ及びクラッド１０ｂの一方又は両方には、コア１０ａの屈折率をクラッド１０ｂの屈折率よりも高くする、又は、クラッド１０ｂの屈折率をコア１０ａの屈折率よりも低くするためのドーパントが添加されている。デリバリファイバ１０の直径φＤは、全区間においておよそ一定であり、例えば、３６０μｍである。
【００４２】
ブリッジファイバ２０は、デリバリファイバ１０とガラスブロック３０との間に挿入された大径ファイバである。ブリッジファイバ２０は、コア２０ａと、クラッド２０ｂとを備えている。コア２０ａは、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、柱状（例えば、円柱状）の構造体である。クラッド２０ｂは、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。コア２０ａ及びクラッド２０ｂは、クラッド２０ｂの内側面がコア２０ａの外側面を覆うように、一体化されている。コア２０ａ及びクラッド２０ｂの一方又は両方には、コア２０ａの屈折率をクラッド２０ｂの屈折率よりも高くする、又は、クラッド２０ｂの屈折率をコア２０ａの屈折率よりも低くするためのドーパントが添加されている。
【００４３】
コア２０ａの屈折率は、コア１０ａの屈折率と同一又は同程度であることが好ましく（本実施形態においては同一）、クラッド２０ｂの屈折率は、クラッド１０ｂの屈折率と同一又は同程度であることが好ましい（本実施形態においては同一）。
【００４４】
また、コア２０ａの直径は、コア１０ａの直径と同一又は同程度であることが好ましい（本実施形態においては同一）。本実施形態においては、クラッド２０ｂの厚みを通常の光ファイバよりも厚くすることによって、ブリッジファイバ２０の大径化を実現している。
【００４５】
ブリッジファイバ２０は、他方の端面２０Ｂを含む傾斜区間２１と、一方の端面２０Ａを含む同径部２２とからなる。
【００４６】
傾斜区間２１は、その直径φＢＲ１が他方の端面２０Ｂから遠ざかるにしたがって大きくなるように構成されている。本実施形態において、傾斜区間２１の形状は、その直径φＢＲ１が他方の端面２０Ｂから一方の端面２０Ａに近づくにしたがって拡大する円錐台である。このように、直径φＢＲ１は、他方の端面２０Ｂからの距離（あるいは一方の端面２０Ａからの距離）に応じて、φＤ＜φＢＲ１≦φＢＲ２の範囲内で変化する。他方の端面における直径φＢＲ１が直径φＤと等しく構成されている場合には、直径φＢＲ１は、φＤ≦φＢＲ１≦φＢＲ２の範囲内で変化する。
【００４７】
他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１は、デリバリファイバ１０の直径φＤ以上となるように構成されている。本実施形態において、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１は、デリバリファイバ１０の直径φＤを上回るように構成されており、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１（すなわち直径φＢＲ１の最小値）は、例えば、７００μｍである。一方、傾斜区間２１と同径部２２との境界面における直径φＢＲ１（すなわち直径φＢＲ１の最大値）は、例えば、４ｍｍである。
【００４８】
上述したように、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１がデリバリファイバ１０の直径φＤを上回るように構成されていることにより、デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａがブリッジファイバ２０の他方の端面２０Ｂに包含された状態で、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とを融着することができる。この構成によれば、一方の端面１０Ａの全面を他方の端面２０Ｂに融着することができるので、構造体１は、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０との接合部の強度を高めることができる。
【００４９】
なお、ブリッジファイバ２０は、例えば、もともと円柱状であるブリッジファイバの他方の端部近傍を円錐状に研削加工を施すことによって製造することができる。この研削加工後のブリッジファイバ２０において、円錐台形状である傾斜区間２１の中心軸（すなわちブリッジファイバ２０の中心軸）と、コア１０ａの中心軸とが一致していることが望ましいが、研削加工時の加工ずれに起因して、円錐台形状である傾斜区間２１の中心軸（すなわちブリッジファイバ２０の中心軸）と、コア１０ａの中心軸とが一致しない場合も生じ得る。傾斜区間２１の中心軸とコア１０ａの中心軸とが一致していない場合であっても、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１をデリバリファイバ１０の直径φＤよりも大きくしておくことによって、一方の端面１０Ａが他方の端面２０Ｂからはみ出し、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０との接合部の接合面積が小さくなること（換言すれば接合部の強度が低下すること）を防ぐことができる。
【００５０】
ただし、一方の端面１０Ａと他方の端面２０Ｂとを光ファイバ融着接続機を用いて融着する場合には、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１が光ファイバ融着接続機を用いて融着可能な所定の範囲内に含まれていることが求められる。光ファイバ融着接続機を用いて融着可能な所定の範囲は、光ファイバ融着接続機ごとに定められた固有の範囲であるが、その一例としては、５０μｍ以上１０００μｍ以下が挙げられる。本実施形態において採用している７００μｍという直径φＢＲ１は、この光ファイバ融着接続機を用いて融着可能な所定の範囲内に含まれている。
【００５１】
以上のように、他方の端面２０Ｂにおける直径φＢＲ１は、デリバリファイバ１０の直径φＤを上回り、且つ、光ファイバ融着接続機を用いて融着可能な所定の範囲内に含まれている範囲内において適宜定めることができる。
【００５２】
同径部２２は、傾斜区間２１と同径部２２との境界面から一方の端面２０Ａまでの全区間に亘って、その直径φＢＲ２がおよそ一定になるように構成されている。本実施形態において、同径部２２の形状は、円柱状である。同径部２２の直径φＢＲ２は、例えば、４ｍｍである。
【００５３】
ブリッジファイバ２０のうち、その直径φＢＲ２がデリバリファイバ１０の直径φＤを上回る区間は、特許請求の範囲に記載の大径区間の一態様である。本実施形態においては、ブリッジファイバ２０のうち、他方の端面２０Ｂを除いた全区間が大径区間に相当する。
【００５４】
傾斜区間２１は、その斜面２１ａとブリッジファイバ２０の光軸との成す角が０°を上回り且つ９０°未満となるように構成されている。斜面２１ａとブリッジファイバ２０の光軸との成す角を小さくすればするほど、他方の端面２０Ｂの熱容量を抑制することができる。一方、斜面２１ａとブリッジファイバ２０の光軸との成す角を大きくすればするほど傾斜区間２１の全長（ブリッジファイバ２０の中心軸に沿った方向の長さ）を短くすることができる。
【００５５】
デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａと、ブリッジファイバ２０の他方の端面２０Ｂとは、後述するように、光ファイバ融着接続機を利用して融着することが好ましい。光ファイバ融着接続機の最大パワーは、該光ファイバ融着接続機の仕様に応じて予め定められている。そのため、他方の端面２０Ｂの熱容量が上記最大パワーに対応する許容値を上回る場合、該光ファイバ融着接続機は、他方の端面２０Ｂを溶融させることができず、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とを融着することができない。
【００５６】
上記光ファイバ融着接続機の上記最大パワーに対応する熱容量の許容値を下回る範囲内において、他方の端面２０Ｂの熱容量を適宜設定することにより、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とを光ファイバ融着接続機を利用して融着することができる。本実施形態では、光ファイバ融着接続機を利用可能な斜面２１ａとブリッジファイバ２０の光軸との成す角の一例として１５°を採用している。なお、本実施形態においては、ブリッジファイバ２０の光軸とデリバリファイバ１０の光軸とが一致するように、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とが接合されている。したがって、ブリッジファイバ２０の光軸は、特許請求の範囲に記載の光ファイバの光軸の一例である。
【００５７】
本実施形態においては、もともと円柱状であるブリッジファイバの他方の端部近傍を円錐状に研削することによって、傾斜区間２１の形状が円錐台であるブリッジファイバ２０を得ている。研削に用いる砥石の粒度を適宜選択することによって、傾斜区間２１の斜面２１ａを、例えばすりガラスの表面のように粗面化することができる。
【００５８】
ガラスブロック３０は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、塊状（例えば、円柱状）の構造体である。ガラスブロック３０の直径φＢＬは、ブリッジファイバ２０の同径部２２の直径φＢＲ２を上回るように設定されている（図１参照）。ガラスブロック３０の屈折率は、デリバリファイバ１０のコア１０ａの屈折率及びブリッジファイバ２０のコア２０ａの屈折率と同一又は同程度であり、デリバリファイバ１０のクラッド１０ｂの屈折率及びブリッジファイバ２０のクラッド２０ｂの屈折率よりも高い。ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａとガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂとは、接合（例えば、融着）されている。
【００５９】
なお、本実施形態において、特許請求の範囲に記載の光ファイバは、デリバリファイバ１０と、デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａに接合されたブリッジファイバ２０とからなるものとして説明した。しかし、特許請求の範囲に記載の光ファイバは、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とが一体成形された１本の光ファイバにより構成されていてもよい。この場合、デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａ近傍において、クラッド１０ｂの厚みを、デリバリファイバ１０の他の区間におけるクラッド１０ｂの厚みよりも厚くすることによって、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とが一体成形された１本の光ファイバを実現することができる。
【００６０】
〔製造方法Ｍ１〕
上述したような構造体１を製造する製造方法Ｍ１は、図２に示すように、研磨工程Ｓ１１と、第１の融着工程Ｓ１２と、第２の融着工程Ｓ１３と、熱処理工程Ｓ１４とを含む。
【００６１】
（研磨工程Ｓ１１）
研磨工程Ｓ１１は、特許請求の範囲に記載の光ファイバの一方の端面であるブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａを研磨することによって平滑化する工程である。研磨工程Ｓ１１は、回転する砥石を用いた機械研磨であり、回転している砥石の表面に一方の端面２０Ａを押し当てることによって実施される。研磨工程Ｓ１１においては、一方の端面２０Ａの輪郭部分（外縁部分）にできるだけ欠けが生じないよう研磨条件を設定するものの、一方の端面２０Ａの輪郭部分には、微小な欠けが生じる場合がある。
【００６２】
（第１の融着工程Ｓ１２）
第１の融着工程Ｓ１２は、デリバリファイバ１０の一方の端面１０Ａと、ブリッジファイバ２０の他方の端面２０Ｂとを融着する工程である。本実施形態において、ブリッジファイバ２０は、傾斜区間２１を含み、他方の端面２０Ｂの直径φＢＲ１がデリバリファイバ１０の直径φＤと同程度になるように構成されている。
【００６３】
この構成によれば、ブリッジファイバ２０のデリバリファイバ１０側の端面２０Ｂの直径φＢＲ１がブリッジファイバ２０のガラスブロック３０側の端面２０Ａの直径φＢＲ２と比べて十分に小さいため、ブリッジファイバ２０のデリバリファイバ１０側の端面２０Ｂの熱容量を抑制することができる。そのため、第１の融着工程Ｓ１２において、光ファイバ融着接続機を用いることができる。光ファイバ融着接続機は、レーザ光ＬＦのビームプロファイルが変形することを抑制しつつ、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とを接合することができる。したがって、第１の融着工程Ｓ１２は、デリバリファイバ１０とブリッジファイバ２０とを接合する場合に生じ得るビームプロファイルの変形を抑制することができる。
【００６４】
（第２の融着工程Ｓ１３）
特許請求の範囲に記載の融着工程の一例である第２の融着工程Ｓ１３は、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａをガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂに融着する工程である。
【００６５】
図３の（ａ）に示す第１のクランプＣ１は、円筒形のブロック状部材である。第１のクランプＣ１の中心軸の近傍には、上底面から下底面に向かって貫通する貫通孔（図３には不図示）が設けられている。この貫通孔の直径は、ブリッジファイバ２０の同径部２２を該貫通孔の内部に収容可能なように定められている。なお、第１のクランプＣ１は、特許請求の範囲に記載の第１の固定部の一例である。
【００６６】
この貫通孔の内壁面には、該内壁面から中心軸に向かって突出した３つの突出部であって、隣接する２つの突出部同士の中心角が何れも１２０°となる３つの突出部が配置されている。３つの突出部の各々は、上記内壁面から突出量を制御可能なように構成されている。
【００６７】
第１のクランプＣ１は、上記貫通孔の内部に同径部２２を収容した状態において、３つの突出部の各々を突出させることによって、ブリッジファイバ２０の位置を固定することができる。また、第１のクランプＣ１は、ブリッジファイバ２０を固定している状態から３つの突出部の各々の突出量を減らすことによって、ブリッジファイバ２０の位置を自由にする（換言すれば、ブリッジファイバ２０を開放する）ことができる。したがって、ブリッジファイバ２０の同径部２２の一部は、第１のクランプＣ１により位置が固定されている。
【００６８】
図２の（ａ）に示す第２のクランプＣ２は、外径と、中心軸の近傍に設けられた貫通孔の直径とを除いて、第１のクランプＣ１と同様に構成されている。第２のクランプＣ２の貫通孔の直径は、ガラスブロック３０を該貫通孔の内部に収容可能なように定められている。なお、第２のクランプＣ２は、特許請求の範囲に記載の第２の固定部の一例である。
【００６９】
第２のクランプＣ２は、第１のクランプＣ１と同様に３つの突出部を有している。第２のクランプＣ２は、上記貫通孔の内部にガラスブロック３０を収容した状態において、３つの突出部の各々の突出量を制御することによって、ガラスブロック３０の位置を固定したり、自由にしたりすることができる。
【００７０】
本実施形態において、第２のクランプＣ２は、テーブルＴの表面上に固定されている。テーブルＴの表面上に第２のクランプＣ２を固定する固定方法は、限定されるものではない。例えば、ボルトのような固定部材を用いて第２のクランプＣ２をテーブルＴに固定してもよいし、第２のクランプＣ２の重量が十分に重い場合には、第２のクランプＣ２の下底面とテーブルＴの表面との摩擦力によって第２のクランプＣ２をテーブルＴに固定してもよい。
【００７１】
第２の融着工程Ｓ１３において、ブリッジファイバ２０とガラスブロック３０との相対位置は、固定されている。本実施形態では、該相対位置を固定するために、上述した第１のクランプＣ１及び第２のクランプＣ２を用いている。
【００７２】
すなわち、第２の融着工程Ｓ１３において、光ファイバの一部であるブリッジファイバ２０の同径部２２の一部は、第１のクランプＣ１により位置が固定されており、且つ、ガラスブロック３０の一部であるガラスブロック３０の下端部近傍は、第１のクランプＣ１とは異なる第２のクランプＣ２により位置が固定されている（図３の（ａ）参照）。
【００７３】
また、ブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の各々は、それぞれの中心軸が鉛直方向沿って配置されており、且つ、それぞれの位置が固定されている。ブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の何れを上側に配置するかは問わないが、本実施形態においては、ブリッジファイバ２０を上側に、ガラスブロック３０を下側に配置している。
【００７４】
第２の融着工程Ｓ１３では、まず、図３の（ａ）に示すように、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａと、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂとを離間させた状態で、４つのバーナーＢ１〜Ｂ４を用いて他方の端面３０Ｂの中心近傍がわずかに溶融する程度に、他方の端面３０Ｂを加熱することが好ましい。このとき、各バーナーＢ１〜Ｂ４は、ガラスブロック３０の中心軸に対して等方的に配置されている。また、ブリッジファイバ２０は、他方の端面３０Ｂを加熱するバーナーの熱の影響を受けないように、ガラスブロック３０から離間されている。なお、本実施形態では、バーナーＢ１〜Ｂ４のうちバーナーＢ１，Ｂ３のみを図３の（ａ）に図示している。また、本実施形態では、複数のバーナーＢ１〜Ｂ４の数を４つにしているが、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。
【００７５】
本実施形態では、バーナーＢ１〜Ｂ４として、酸水素ガスバーナーを採用している。酸水素ガスバーナーは、酸素ガスと水素ガスとの混合ガスである酸水素ガスを燃料とする。酸水素ガスバーナーの火力は、酸素ガス及び水素ガスの各々の流量に依存する。酸水素ガスバーナーの火力は、酸素ガス及び水素ガスの各々の流量を増やせば増やすほど増す。
【００７６】
第２の融着工程Ｓ１３の加熱条件は、酸素ガス及び水素ガスの各々の流量によって定まる酸水素ガスバーナーの火力と、加熱時間とにより定められるものであって、他方の端面３０Ｂの中心近傍がわずかに溶融する程度に適宜定めることができる。
【００７７】
第２の融着工程Ｓ１３では、次に、他方の端面３０Ｂの中心近傍がわずかに溶融した状態において、第１のクランプＣ１を下方向に向かって並進させることによって、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａを、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂにわずかに押し込む（図３の（ｂ）参照）。これにより、一方の端面２０Ａと、他方の端面３０Ｂの中心近傍とが融着され、一方の端面２０Ａと他方の端面３０Ｂとの境界に融着面Ｓｆが形成される。
【００７８】
（熱処理工程Ｓ１４）
熱処理工程Ｓ１４は、第２の融着工程Ｓ１３のあとに実施される工程である。熱処理工程Ｓ１４は、第２の融着工程Ｓ１３において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る加熱条件で融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す工程である。
【００７９】
熱処理工程Ｓ１４では、図３の（ｃ）に示すように、４つのバーナーＢ１〜Ｂ４を用いて、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂのうち融着面Ｓｆの外縁近傍がわずかに溶融する程度に、他方の端面３０Ｂを加熱することが好ましい。
【００８０】
熱処理工程Ｓ１４において、ブリッジファイバ２０とガラスブロック３０との相対位置は、自由である。該相対位置を自由にするために、本実施形態では、第２のクランプＣ２の３つの突出部の各々の突出量を減らすことによってガラスブロック３０を開放し、且つ、第１のクランプＣ１を上方向に向かって並進させることによって、該相対位置を自由にするために、ガラスブロック３０の一方の端面３０ＡをテーブルＴの表面から離間させている（図３の（ｃ）参照）。
【００８１】
図３の（ｃ）に示す状態では、ガラスブロック３０の位置は、融着面Ｓｆを介してブリッジファイバ２０により保持されている。すなわち、ガラスブロック３０に対して鉛直方向下向きに作用する重力と、ガラスブロック３０に対して鉛直方向上向きに作用する保持力であって、ブリッジファイバ２０による保持力とが釣り合うことによって、ガラスブロック３０の位置は、固定されている。図３の（ｃ）に示す状態において、ガラスブロック３０は、第２のクランプＣ２及びテーブルＴの表面の何れによっても固定されておらず、重力及びブリッジファイバ２０による保持力以外の外力が作用していない状態である。
【００８２】
熱処理工程Ｓ１４において、ブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の各々は、それぞれの中心軸が鉛直方向に沿って配置されており、且つ、ブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０のうち上側に配置された部材であるブリッジファイバ２０の位置が固定されており、ブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０のうち下側に配置された部材の位置が自由である。
【００８３】
熱処理工程Ｓ１４においても、第２の融着工程Ｓ１３において用いたバーナーＢ１〜Ｂ４を用いる。ただし、熱処理工程Ｓ１４の加熱条件は、上述したように、第２の融着工程Ｓ１３において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る範囲内において、適宜設定することができる。本実施形態では、熱処理工程Ｓ１４の加熱条件は、第２の融着工程Ｓ１３において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の両方が下回るように設定している。
【００８４】
熱処理工程Ｓ１４の加熱条件は、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂのうち、融着面Ｓｆの外縁近傍がわずかに溶融する程度に適宜定めることができる。
【００８５】
（第１の固定部及び第２の固定部のバリエーション）
本実施形態では、図３に示したように、第１の固定部及び第２の固定部の各々の一例として、それぞれ、第１のクランプＣ１及び第２のクランプＣ２を採用している。しかし、第１の固定部及び第２の固定部は、これらに限定されるものではない。第１の固定部は、ブリッジファイバ２０の位置を固定可能であれば、如何なる構造を採用していてもよい。同様に、第２の固定部は、ガラスブロック３０の位置を固定可能であれば、如何なる構造を採用していてもよい。
【００８６】
第２の融着工程Ｓ１３において、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａを、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂにわずかに押し込むときに加える荷重は、例えば、１ｋｇｆ程度である。第１の固定部がブリッジファイバ２０を固定する固定力、及び、第２の固定部がガラスブロック３０を固定する力は、何れも、上述した荷重を加えられたブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０が動かない範囲内で適宜定めることができる。
【００８７】
例えば、第２の固定部として、第２のクランプＣ２以外の構成を採用する場合、エアーを吸引することによって、ガラスブロック３０を吸着する真空チャックを採用することができる。第１の固定部としても同様に、第１のクランプＣ１の代わりに真空着を採用してもよい。
【００８８】
〔製造方法Ｍ１のまとめ〕
以上のように、図２に示した製造方法Ｍ１は、光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）と、ガラスブロック３０と、を備えた構造体１の製造方法Ｍ１であって、光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）の一方の端面２０Ａをガラスブロック３０に融着する融着工程（第２の融着工程Ｓ１３）と、融着工程（第２の融着工程Ｓ１３）のあとに実施される熱処理工程Ｓ１４であって、上記融着工程において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る加熱条件で融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す熱処理工程Ｓ１４と、を含む。
【００８９】
ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａは、上述したように研磨されることによって平滑化されている。しかし、一方の端面２０Ａの輪郭部分には、研磨したときに微小な欠けが生じる場合がある。このような欠けは、本来円形であり曲線のみで構成されている輪郭部分に対して、応力が集中しやすい角を生じさせる。
【００９０】
また、第２の融着工程Ｓ１３によりブリッジファイバ２０とガラスブロック３０とを融着しただけでは、他方の端面３０Ｂのうち融着面Ｓｆの輪郭部分Ｒ１に、応力が集中しやすい凹み３０Ｂ１が生じる可能性がある（図４の（ａ）参照）。ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａ近傍におけるブリッジファイバの外側面から、ガラスブロック３０の他方の端面３０Ｂにかけての表面は、滑らかに連続していることが好ましい。しかし、上述した凹み３０Ｂ１は、上記表面の一部に不連続な部分を生じさせるので、結果として、応力が集中しやすい部分を生じさせる。
【００９１】
製造方法Ｍ１によれば、第２の融着工程Ｓ１３において設定した条件を下回る加熱条件で融着面Ｓｆの外縁近傍に対して熱処理を施す熱処理工程Ｓ１４を含むことによって、融着面Ｓｆの中心近傍に与える影響を抑えつつ、上述した応力が集中しやすい箇所である凹み３０Ｂ１の形状をなめらかにすることができる。また、加熱条件を適宜定めることによって、図４の（ｂ）に示すように、凹み３０Ｂ１の形状をなめらかにしたうえで、他方の端面３０Ｂのうち融着面Ｓｆの輪郭部分Ｒ１に、フィレット３０Ｂ２を形成することができる。
【００９２】
その結果として、製造方法Ｍ１は、一方の端面（ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａ）を含む区間（すなわちブリッジファイバ２０の区間）が該区間以外の区間（すなわちデリバリファイバ１０の区間）よりも大径化された光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）と、該光ファイバの上記一方の端面に融着されたガラスブロック３０と、を備えた構造体１において、融着面Ｓｆの強度を高めることができる。
【００９３】
また、製造方法Ｍ１は、第２の融着工程Ｓ１３において、上記光ファイバの一部であるブリッジファイバ２０の同径部２２の一部は、第１のクランプＣ１により位置が固定されており、且つ、上記ガラスブロック３０の一部は、第１のクランプＣ１とは異なる第２のクランプＣ２により位置が固定されており、熱処理工程Ｓ１４において、第１のクランプＣ１及び第２のクランプＣ２の何れか一方は、開放されている、ことが好ましい。
【００９４】
製造方法Ｍ１によれば、第２の融着工程Ｓ１３において光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０の各々の位置が、それぞれ、第１のクランプＣ１及び第２のクランプＣ２により固定されていることにより、上記相対位置を確実に固定することができる。また、製造方法Ｍ１によれば、熱処理工程Ｓ１４において第１のクランプＣ１及び第２のクランプＣ２の何れか一方が開放されていることにより、上記相対位置を確実に自由にすることができる。
【００９５】
また、製造方法Ｍ１は、熱処理工程Ｓ１４において、上記光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０は、鉛直方向に沿って配置されている、ことが好ましい。
【００９６】
製造方法Ｍ１によれば、熱処理工程Ｓ１４において上記光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０が鉛直方向に沿って配置されているので、重力は、融着面Ｓｆの法線方向に沿って作用する。したがって、上記光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０が水平方向に沿って配置されている場合と比較して、熱処理工程Ｓ１４において生じ得る融着面Ｓｆの歪みを抑えることができる。
【００９７】
また、製造方法Ｍ１は、熱処理工程Ｓ１４において、上側に上記光ファイバの一部を構成するブリッジファイバ２０が配置され、且つ、下側にガラスブロック３０が配置されており、且つ、ガラスブロック３０の位置は、固定されておらず且つ自由である、ことが好ましい。
【００９８】
光ファイバの一部を構成するデリバリファイバ１０は、その長さがガラスブロック３０と比較して長い。そのため、熱処理工程Ｓ１４において下側に光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）が配置されており、且つ、光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）の位置を自由にした場合、光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０のうち特にデリバリファイバ１０）の全てを完全に自由な状態で宙に浮かせることが困難である。熱処理工程Ｓ１４が実施される高さよりも長いデリバリファイバ１０は、その残りの部分を地面上に載置するか、あるいは、その残りの部分を何らかの把持機構により把持する必要がある。その結果、ブリッジファイバ２０とガラスブロック３０との融着面には、該融着面の法線方向に沿って作用する重力に加えて、該法線方向に交わる方向に作用する力が働く。
【００９９】
一方、製造方法Ｍ１においては、熱処理工程Ｓ１４において下側にガラスブロック３０が配置されており、且つ、ガラスブロック３０の位置を固定することなく自由にする。そのため、長さが短いガラスブロック３０を完全に自由な状態で宙に浮かせることが容易にできる。その結果、ブリッジファイバ２０とガラスブロック３０との融着面には、該融着面の法線方向に沿って作用する重力が働く。
【０１００】
したがって、製造方法Ｍ１は、熱処理工程Ｓ１４において下側に光ファイバ（デリバリファイバ１０及びブリッジファイバ２０）が配置されており、且つ、光ファイバの位置を固定することなく自由にした場合と比較して、熱処理工程Ｓ１４において生じ得る上記融着面の歪みを抑えることができる。
【０１０１】
また、製造方法Ｍ１は、第２の融着工程Ｓ１３において、上記光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０は、鉛直方向に沿って配置されている、ことが好ましい。
【０１０２】
製造方法Ｍ１によれば、第２の融着工程Ｓ１３において上記光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及びガラスブロック３０が鉛直方向に沿って配置されているので、重力は、融着面Ｓｆの法線方向に沿って作用する。したがって、光ファイバを構成するブリッジファイバ２０及び上記ガラスブロックが水平方向に沿って配置されている場合と比較して、第２の融着工程Ｓ１３において生じ得る融着面Ｓｆの歪みを抑えることができる。
【０１０３】
〔実施例〕
製造方法Ｍ１の実施例を用いて製造した構造体１と、製造方法Ｍ１の比較例を用いて製造した構造体１とについて、図５及び図６を参照して説明する。本実施例では、製造方法Ｍ１の実施例を用いて複数の構造体１を製造し、また、製造方法Ｍ１の比較例を用いて複数の構造体１を製造した。以下において、これらの複数の構造体１のことを構造体群と称する。
【０１０４】
図５の（ａ）は、第２のクランプＣ２がガラスブロック３０を固定したままの状態で、図２に示した熱処理工程Ｓ１４を実施した結果として得られた構造体１におけるレーザ光ＬＦの強度分布を示す画像である。図５の（ａ）に示した強度分布は、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａから出射されたレーザ光を集光することによって得られたスポットにおいて測定したものである。すなわち、製造方法Ｍ１の比較例を用いて製造した構造体１におけるレーザ光ＬＦのニアフィールドパターン（ＮＦＰ）は、図５の（ａ）に示した強度分布と同様の形状を有する。図５の（ｂ）は、ガラスブロック３０を自由にした状態で、熱処理工程Ｓ１４を実施した結果として得られた構造体１におけるレーザ光ＬＦの強度分布を示す画像である。図５の（ａ）と同様に、図５の（ｂ）に示した強度分布は、ブリッジファイバ２０の一方の端面２０Ａから出射されたレーザ光を集光することによって得られたスポットにおいて測定したものである。すなわち、製造方法Ｍ１の実施例を用いて製造した構造体１におけるレーザ光ＬＦのＮＦＰは、図５の（ｂ）に示した強度分布と同様の形状を有する。図６の（ａ）は、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した各構造体群における離心率の分布を示すグラフである。図６の（ｂ）は、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した各構造体群における光軸角度の分布を示すグラフである。
【０１０５】
図５の（ａ）に示すように、製造方法Ｍ１の比較例を用いて製造した構造体１におけるレーザ光ＬＦの強度分布の重心は、ブリッジファイバ２０の中心（すなわちコア２０ａの中心）から離心（偏心とも表現できる）している。
【０１０６】
図６の（ａ）の横軸に示した離心率は、レーザ光ＬＦの強度分布の重心の、ブリッジファイバ２０の中心からの偏り具合を定量化したものである。図６の（ａ）の縦軸は、構造体群に含まれる各構造体１について測定した離心率の標準偏差の倍数σを示す。
【０１０７】
また、図６の（ｂ）の横軸に示した光軸角度は、ガラスブロック３０の中心軸と、レーザ光ＬＦの光軸との成す角を表す。図６の（ｂ）の縦軸は、各構造体群に含まれる各構造体１について測定した光軸角度の標準偏差の倍数σを示す。
【０１０８】
図６の（ａ）及び（ｂ）において、標準偏差の倍数σは、大きければ大きいほど、構造体群における分散が大きいことを示す。また、標準偏差の倍数σを近似した直線のｘ切片は、構造体群における平均値を表す。
【０１０９】
図６の（ａ）を参照すれば、製造方法Ｍ１の実施例を用いて製造した構造体１の構造体群については、平均の離心率が１．１８％であり、標準偏差の倍数σが０．７％であった。一方、製造方法Ｍ１の比較例を用いて製造した構造体１の構造体群については、平均の離心率が２．６％であり、標準偏差の倍数σが１．５３％であった。以上の結果より、製造方法Ｍ１の実施例を用いることによって、製造方法Ｍ１の比較例を用いた場合と比較して、離心率を抑制可能であることが分かった。以上のように、製造方法Ｍ１は、構造体１において、融着面Ｓｆの強度を高めることができるとともに、離心率を抑制することができる。
【０１１０】
図６の（ｂ）を参照すれば、製造方法Ｍ１の実施例を用いて製造した構造体１の構造体群については、平均の光軸角度が４．２ｍｒａｄ．であり、標準偏差の倍数σが１．４ｍｒａｄ．であった。一方、製造方法Ｍ１の比較例を用いて製造した構造体１の構造体群については、平均の光軸角度が９．９ｍｒａｄ．であり、標準偏差の倍数σが５．５ｍｒａｄ．であった。以上の結果より、製造方法Ｍ１の実施例を用いることによって、製造方法Ｍ１の比較例を用いた場合と比較して、光軸角度を抑制可能であることが分かった。以上のように、製造方法Ｍ１は、構造体１において、融着面Ｓｆの強度を高めることができるとともに、光軸角度を抑制することができる。
【０１１１】
また、製造方法Ｍ１の実施例を用いることによって、製造方法Ｍ１の比較例を用いた場合と比較して、離心率及び光軸角度の何れにおいても、構造体群に含まれる各構造体１の個体差に起因する分散を抑制できることが分かった。したがって、製造方法Ｍ１の実施例を用いることによって、各構造体１の公差を抑制することができる。
【０１１２】
〔構造体１の変形例〕
（第１の変形例）
図１に示した構造体１の第１の変形例である構造体１０１について、図７の（ａ）を参照して説明する。図７の（ａ）は、構造体１０１の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法Ｍ１は、構造体１の製造と同様に、構造体１０１の製造にも用いることができる。
【０１１３】
図７の（ａ）に示すように、構造体１０１は、デリバリファイバ１１０と、ガラス細管１２０と、ガラスブロック１３０と、を備えている。デリバリファイバ１１０とガラス細管１２０とは、特許請求の範囲に記載の光ファイバの一態様である。構造体１０１は、構造体１と同様に、レーザ装置の出力ヘッドとして機能する。
【０１１４】
ガラスブロック１３０の他方の端面１３０Ｂには、光ファイバの一方の端面であるデリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａ及びガラス細管１２０の一方の端面１２０Ａが接合（例えば、融着）されている。光ファイバの他方の端面であるデリバリファイバ１１０の他方の端面１１０Ｂは、レーザ光源の出力ポートに接合（例えば、融着）可能である。
【０１１５】
デリバリファイバ１１０は、図１に図示したデリバリファイバ１０と同様に構成されている。すなわち、デリバリファイバ１１０は、コア１１０ａと、クラッド１１０ｂと、被覆１１０ｃとを備えている。コア１１０ａ、クラッド１１０ｂ、及び、被覆１１０ｃの各々は、それぞれ、デリバリファイバ１０のコア１０ａ、クラッド１０ｂ、及び、被覆１０ｃに対応する。
【０１１６】
ただし、デリバリファイバ１０は、一方の端面１０Ａがブリッジファイバ２０の他方の端面２０Ｂに接合されている。それに対して、デリバリファイバ１１０は、一方の端面１１０Ａが後述するガラス細管１２０の細孔中を挿通し、且つ、一方の端面１１０Ａ近傍の外側面が、ガラス細管１２０の一方の端面１２０Ａ近傍の内側面に接合（例えば、融着）されている。そのうえで、デリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａは、ガラス細管１２０の一方の端面１２０Ａとともにガラスブロック１３０の他方の端面１３０Ｂに接合（例えば、融着）されている。デリバリファイバ１１０は、デリバリファイバ１０と比較して、これらの点が異なる。
【０１１７】
ガラス細管１２０は、図１に示したブリッジファイバ２０の大径化されたクラッド２０ｂに対応する部材である。ガラス細管１２０は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。本実施形態においては、ガラス細管１２０の中心軸近傍に細孔が形成されている。該細孔の内径は、デリバリファイバ１１０の直径φＤをわずかに上回るように構成されている。すなわち、上記細孔の上記内径は、細い。したがって、ガラス細管１２０は、毛細管（キャピラリ）と称されることもある。ガラス細管１２０には、コア１１０ａの屈折率をガラス細管１２０の屈折率よりも高くする、又は、ガラス細管１２０の屈折率をコア１１０ａの屈折率よりも低くするためのドーパントが添加されている。ガラス細管１２０の屈折率は、クラッド１１０ｂの屈折率と同一又は同程度であることが好ましい（本実施形態においては同一）。
【０１１８】
ガラス細管１２０は、その細孔中にデリバリファイバ１１０を挿通した状態で、一方の端面１２０Ａの近傍を加熱される。この加熱により、ガラス細管１２０の一方の端面１２０Ａの近傍区間１２２１の内側面は、デリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａ近傍の外側面に融着される。言い換えれば、ガラス細管１２０の内側面の少なくとも一部と、デリバリファイバ１１０のうちガラス細管１２０の細孔中に挿通された区間の外側面の少なくとも一部とは、融着されることによって互いに固定されている。したがって、ガラス細管１２０は、デリバリファイバ１１０を覆っている。
【０１１９】
このように融着された一方の端面１１０Ａ及び一方の端面１２０Ａをともに研磨されることによって、特許請求の範囲に記載の光ファイバが得られる。本実施形態では、以上のように、デリバリファイバ１１０に対してガラス細管１２０を装着することによって、光ファイバの大径化を実現している。
【０１２０】
ガラス細管１２０は、他方の端面１２０Ｂを含む傾斜区間１２１と、一方の端面１２０Ａを含む同径部１２２とからなる。
【０１２１】
傾斜区間１２１は、その直径φＣＰ１が他方の端面１２０Ｂから遠ざかるにしたがって大きくなるように構成されている。本実施形態において、傾斜区間１２１の外形の形状は、その直径φＣＰ１が他方の端面１２０Ｂから一方の端面１２０Ａに近づくにしたがって拡大する円錐台である。
【０１２２】
他方の端面１２０Ｂにおける直径φＣＰ１は、デリバリファイバ１０の直径φＤと同程度になるように構成されている。他方の端面１２０Ｂにおける直径φＣＰ１は、例えば、４００μｍである。傾斜区間１２１と同径部１２２との境界面における直径φＣＰ１（すなわち直径φＢＲ１の最大値）は、例えば、４ｍｍである。
【０１２３】
同径部１２２は、傾斜区間１２１と同径部１２２との境界面から一方の端面１２０Ａまでの全区間に亘って、その直径φＣＰ２がおよそ一定になるように構成されている。本実施形態において、同径部１２２の形状は、円管状である。同径部１２２の直径φＣＰ２は、例えば、４ｍｍである。
【０１２４】
デリバリファイバ１１０のうち、ガラス細管１２０が装着されている区間は、特許請求の範囲に記載の大径区間の一態様である。
【０１２５】
傾斜区間１２１は、その斜面１２１ａとデリバリファイバ１１０の光軸との成す角が０°を上回り且つ９０°未満となるように構成されている。ガラス細管１２０は、その細孔中にデリバリファイバ１１０を挿通されている。そのため、図１に示したブリッジファイバ２０の場合とは異なり、光ファイバ融着接続機を用いてデリバリファイバ１１０とガラス細管１２０とを融着することはできない。したがって、斜面１２１ａとデリバリファイバ１１０の光軸との成す角は、光ファイバ融着接続機の利用を想定することなく、適宜定めることができる。本実施形態では、第１の実施形態の場合と同様に、斜面１２１ａとデリバリファイバ１１０の光軸との成す角の一例として１５°を採用している。
【０１２６】
本実施形態においては、もともと円管状であるガラス管の他方の端部近傍を円錐状に研削することによって、傾斜区間１２１の外形の形状が円錐台であるガラス細管１２０を得ている。研削に用いる砥石の粒度を適宜選択することによって、傾斜区間１２１の斜面１２１ａを、例えばすりガラスの表面のように粗面化することができる。
【０１２７】
ガラスブロック１３０は、図１に示したガラスブロック３０と同一に構成されている。したがって、本実施形態では、ガラスブロック１３０の説明を省略する。
【０１２８】
（第２の変形例）
図１に示した構造体１の第２の変形例である構造体２０１について、図７の（ｂ）を参照して説明する。図７の（ｂ）は、構造体２０１の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法Ｍ１は、構造体１及び構造体１０１の製造と同様に、構造体２０１の製造にも用いることができる。なお、構造体２０１は、第１の変形例である構造体１０１の変形例であるとも言える。そこで、本変形例では、構造体２０１について、構造体１０１と異なっている点についてのみ説明する。なお、構造体２０１においても、デリバリファイバ及びガラスブロックの各々には、構造体１０１と同じ符号１１０及び１３０を付している。
【０１２９】
図７の（ｂ）に示すように、構造体２０１は、構造体１０１をベースにして、構造体１０１が備えていたガラス細管１２０をガラス細管２２０に置換し、且つ、ガラスブロック２４０を更に追加することによって得られる。
【０１３０】
ガラスブロック２４０は、ガラスブロック１３０と同じガラスにより構成された、塊状（本変形例においては、円柱状）の構造体である。ガラスブロック２４０の直径は、全区間においておよそ一定であり、デリバリファイバ１１０の直径φＤと同程度（好ましくは同じ）になるように構成されている。すなわち、ガラスブロック２４０の直径は、ガラスブロック１３０の直径φＢＬよりも小さい。ガラスブロック２４０の直径は、例えば、３６０μｍである。また、ガラスブロック２４０の長さは、ガラスブロック１３０の長さよりも短い。
【０１３１】
構造体２０１において、デリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａは、ガラスブロック２４０の他方の端面２４０Ｂに接合（例えば、融着）されている。このように接合された一方の端面１１０Ａ及びガラスブロック２４０は、ガラス細管２２０の細孔中を挿通し、且つ、ガラスブロック２４０の外側面と、一方の端面１１０Ａ近傍の外側面とが、ガラス細管２２０の一方の端面２２０Ａ近傍の内側面に接合（例えば、融着）されている。そのうえで、ガラスブロック２４０の一方の端面２４０Ａは、ガラス細管２２０の一方の端面２２０Ａとともにガラスブロック１３０の他方の端面１３０Ｂに接合（例えば、融着）されている。
【０１３２】
ガラス細管２２０は、ガラス細管１２０から傾斜区間１２１を省略することによって得られる。別の言い方をすれば、ガラス細管２２０は、ガラス細管１２０の同径部１２２のみにより構成されている。したがって、ガラス細管２２０は、一方の端面２２０Ａから他方の端面２２０Ｂまでの全区間に亘って、その直径φＣＰがおよそ一定になるように構成された、円管状のガラス部材である。ガラス細管２２０の直径φＣＰは、例えば４ｍｍである。
【０１３３】
ガラス細管２２０は、その細孔中にデリバリファイバ１１０及びガラスブロック２４０を挿通した状態で、一方の端面２２０Ａの近傍を加熱される。この加熱により、ガラス細管２２０の一方の端面２２０Ａの近傍区間２２０１の内側面は、デリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａ近傍の外側面及びガラスブロック２４０の外側面に融着される。言い換えれば、ガラス細管２２０の内側面の少なくとも一部と、デリバリファイバ１１０のうちガラス細管１２０の細孔中に挿通された区間の外側面の少なくとも一部とは、融着されることによって互いに固定されており、且つ、ガラス細管２２０の内側面の少なくとも一部と、ガラスブロック２４０の外側面とは、融着されることによって互いに固定されている。したがって、ガラス細管２２０は、デリバリファイバ１１０及びガラスブロック２４０を覆っている。
【０１３４】
一方の端面２４０Ａ及び一方の端面２２０Ａをともに研磨されることによって、特許請求の範囲に記載の光ファイバが得られる。本実施形態では、以上のように、ガラスブロック２４０を接合したデリバリファイバ１１０に対してガラス細管１２０を装着することによって、光ファイバの大径化を実現している。
【０１３５】
以上のように、構造体２０１は、第１のガラスブロックであるガラスブロック２４０と、第２のガラスブロックであるガラスブロック１３０とを備えている。ガラスブロック２４０は、ガラスブロック１３０と比較して、体積が小さい。したがって、ガラスブロック２４０の熱容量は、ガラスブロック１３０の熱容量より小さい。
【０１３６】
したがって、ガラスブロック２４０の一部を溶融させるために要する熱量は、ガラスブロック１３０を溶融させるために要する熱量より低い。
【０１３７】
そのため、デリバリファイバ１１０の一方の端面１１０Ａをガラスブロック２４０に融着するときに一方の端面１１０Ａ近傍が受ける熱の影響は、一方の端面１１０Ａを直接ガラスブロック１３０に融着すると仮定した場合におけるときに一方の端面１１０Ａ近傍が受ける熱の影響より小さい。したがって、デリバリファイバ１１０をガラスブロック２４０に融着することによって、デリバリファイバ１１０をガラスブロック１３０に融着する場合と比較して、例えば、デリバリファイバ１１０のコア１１０ａとクラッド１１０ｂとの境界面が変形したり、コア１１０ａの光軸が所定の方向から逸れたりすることを抑制することができる。
【０１３８】
また、ガラスブロック２４０の一方の端面２４０Ａは、熱容量が大きなガラスブロック１３０に融着されるため、一方の端面２４０Ａ近傍は、一方の端面１１０Ａ近傍よりも熱の影響を大きく受ける。しかし、ガラスブロック２４０は、コア及びクラッドが形成されていない単なるガラスブロックであるため、熱の影響を大きく受けた場合であっても、例えば、コアとクラッドとの境界面が変形したり、コアの光軸が所定の方向から逸れたりすることがない。
【０１３９】
したがって、構造体２０１は、ファイバに生じる歪みを低減することができるため、ビームプロファイルに生じる変形を低減できる。
【０１４０】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４１】
１，１０１  構造体
１０，１１０  デリバリファイバ（光ファイバの一部）
２０  ブリッジファイバ（光ファイバの一部）
１２０  ガラス細管（光ファイバの一部）
２１，１２１  傾斜区間
２２，１２２  同径部
３０，１３０  ガラスブロック
Ｃ１，Ｃ２  クランプ（第１の固定部，第２の固定部）
Ｍ１  製造方法
Ｓ１１  研磨工程
Ｓ１２  第１の融着工程
Ｓ１３  第２の融着工程（融着工程）
Ｓ１４  熱処理工程
【図１】
2020126161.tif 000003
【図２】
2020126161.tif 000004
【図３】
2020126161.tif 000005
【図４】
2020126161.tif 000006
【図５】
2020126161.tif 000007
【図６】
2020126161.tif 000008
【図７】
2020126161.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月7日(2020.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端面を含む大径区間の直径が上記大径区間以外の区間の直径を上回る光ファイバと、ガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法であって、
上記一方の端面を上記ガラスブロックに融着する融着工程と、
上記融着工程のあとに実施される熱処理工程であって、上記融着工程において設定した火力及び加熱時間と比較して、火力及び加熱時間の何れか一方が下回る加熱条件で融着面の外縁近傍を加熱することにより熱処理を施す熱処理工程と、を含む、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
上記融着工程において、上記光ファイバの一部は、第１の固定部により位置が固定されており、且つ、上記ガラスブロックの一部は、上記第１の固定部とは異なる第２の固定部により位置が固定されており、
上記熱処理工程において、上記第１の固定部及び上記第２の固定部の何れか一方は、開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
上記熱処理工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
上記熱処理工程において、上側に上記光ファイバが配置され、且つ、下側に上記ガラスブロックが配置されており、且つ、当該ガラスブロックの位置は固定されていない、
ことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
上記融着工程において、上記光ファイバ及び上記ガラスブロックは、鉛直方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。