(57)【要約】【課題】クラッドモード光の除去効率が高く、かつ、機械的強度の高い光ファイバを提供する。【解決手段】光ファイバ１００は、コア１０１と、コア１０１の外周を包囲するクラッド１０２とを備える。クラッド１０２には、光ファイバ１００の周方向に連続して形成された溝部１０４が設けられる。溝部１０４におけるクラッド１０２は、光ファイバ１００の径方向に第１の厚みＤ１を有する大径部と、径方向に第１の厚みＤ１よりも小さい第２の厚みＤ２を有する小径部とを有する。大径部は光ファイバ１００の軸方向に複数設けられ、複数の大径部が光ファイバ１００の軸方向に略平行な直接上に設けられている。【選択図】図１
2014010427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、前記コアの外周を包囲するクラッドとを備える光ファイバであって、
前記クラッドには、前記光ファイバの周方向に連続して形成された溝部が設けられ、
前記溝部における前記クラッドは、前記光ファイバの径方向に第１の厚みを有する大径部と、前記径方向に前記第１の厚みよりも小さい第２の厚みを有する小径部とを有し、
前記大径部は前記光ファイバの軸方向に複数設けられ、複数の前記大径部が前記光ファイバの軸方向に略平行な直線上に設けられている、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記溝部は、前記軸方向に所定の間隔をおいて複数形成された環状の溝であり、それぞれの溝部における前記大径部が前記軸方向に略平行な直線上に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記溝部における前記光ファイバの断面が多角形である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
複数の前記溝部における前記断面の形状は互いに略等しい多角形であり、前記断面の角部の位置が前記軸方向において一致している、
ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記クラッドは、前記溝部の底部における厚みが、前記光ファイバの前記コアを伝搬するレーザ光のエバネッセント光が浸み出す領域より厚くなるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記溝部が形成された領域の前記軸方向の長さは、３ｃｍ以上７ｃｍ以下となっている、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記溝部は、前記光ファイバの末端に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記溝部は、前記光ファイバの末端側において密に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバと、
前記光ファイバの端末部を収容し、前端部において前記光ファイバの末端を固定するハウジングと、
前記ハウジングの後端側に設けられ、前記光ファイバを把持する把持部とを備え、
前記光ファイバは、前記クラッドの外周を包囲する被覆部をさらに有し、
前記把持部は、前記被覆部を把持することによって前記光ファイバを把持し、
前記端末部において前記クラッドおよび前記溝部が露出している、
ことを特徴とする光ケーブル。
【請求項１０】
前記光ファイバは請求項７または８に記載の光ファイバであり、
この光ファイバは、端面に光学接触して設けられるとともに前記ハウジングに固定されたエンドキャップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の光ケーブル。
【請求項１１】
前記光ケーブルは、前記ハウジング内に収容され、前記光ファイバの端末部を収容する内側管をさらに備え、
前記内側管は前記ハウジング内に固定されており、前記溝部は、前記内側管が前記ハウジングに固定された固定部を避けるように形成されている、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の光ケーブル。
【請求項１２】
前記光ファイバは、前記光ファイバの端面に、前記溝部が形成されていない領域における前記クラッドと略同径のガラスロッドの一端側が接続されているとともに、前記ガラスロッドの他端側が前記エンドキャップと接続されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度のレーザ光を伝送するのに適した光ファイバおよび光ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高強度の光を伝送するのに用いられる光ファイバや光コネクタとして、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載されたレーザ光用光ファイバは、レーザ光が伝搬するコアと、コアの外周に設けられたクラッドと、クラッドの外周を被覆する保護層とを備える。そして、この保護層が取り除かれて形成されたクラッド露出部に、クラッドを伝搬する光を該クラッドから除去する光除去部材が設けられている。
【０００３】
また、クラッドを伝搬する光を該クラッドから除去するクラッドモード除去部を形成した光ファイバとしては、特許文献２に記載されているものも知られている。ここでは、コアと、該コアの外周面を覆うクラッドとを有する光ファイバにおいて、クラッドモード除去部がクラッドの外周面に溝状に形成されている形態を開示している。また、このような光ファイバは、クラッドに対してレーザを照射することによって容易に加工されることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３９９９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１８２０８号公報
【特許文献３】国際公開第０８／１２３６０９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コア／クラッド構造を有する光ファイバを用いて光を伝送する場合、通常はコア領域のみで光を伝送することを想定している。しかし、光ファイバに光を入射する際、コア領域のみならず、クラッド領域にも光が入射する場合がある。また、コア領域はクラッド領域より屈折率の高い材料で構成されるが、コア領域を伝送する光がわずかにクラッド領域に漏れる場合がある。このようにクラッド領域にわずかに入射した光がクラッド領域を伝搬することとなり（クラッドモード光）、特にｋＷ級の高強度の光を伝送するレーザ加工装置のレーザ光伝送手段として光ファイバを用いた場合には、クラッドモード光が加工精度の悪化要因となり得る。このような問題は、特許文献３においても指摘されている。
【０００６】
また、上記の特許文献２のようなクラッドモード光を除去するクラッドモード除去部がクラッドの外周面に溝状に形成されている光ファイバは、クラッドに対してレーザを照射することによって、低コストかつ高精度に製造され得る点において優れている。しかしながら、レーザ加工装置等の高強度なレーザ光伝送手段として用いられる光ファイバには、クラッドモード光を効率よく除去することができるとともに、光ファイバの機械的強度が過度に劣化しないことが求められる。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、クラッドモード光の除去効率が高く、かつ、機械的強度の高い光ファイバを提供することを目的とする。さらに、本発明はこのような光ファイバを用いて、高精度な加工を行うことができるレーザ加工装置の実現に資する光ケーブル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】
【０００８】
本発明の光ファイバは、コアと、コアの外周を包囲するクラッドとを備える光ファイバであって、クラッドには、光ファイバの周方向に連続して形成された溝部が設けられ、溝部におけるクラッドは、上記光ファイバの径方向に第１の厚みを有する大径部と、径方向に第１の厚みよりも小さい第２の厚みを有する小径部とを有し、大径部は光ファイバの軸方向に複数設けられ、複数の大径部が光ファイバの軸方向に略平行な直線上に設けられている、ことを特徴とする。
【０００９】
この光ファイバは、クラッドに周方向に連続して形成された溝部を有し、その溝部における複数の大径部が軸方向に略平行な直線上に設けられている。よって、クラッドモード光は軸方向に複数形成される溝部により確実に除去されることとなるため、クラッドモード光の除去効率を高めることができる。また、溝部は、径方向に第１の厚みを有する大径部と、径方向に第１の厚みよりも小さい第２の厚みを有する小径部とを有する。よって、光ファイバに曲げ応力が付与されたときには、その曲げ応力が大径部に集中することとなり、剪断強度はその外径が大きいほど強くなるから、曲げ応力を大径部に集中させることにより光ファイバの剪断強度が高まるため、機械的強度を高めることができる。
【００１０】
本発明の光ファイバにおいて、溝部は、上記軸方向に所定の間隔をおいて複数形成された環状の溝であり、それぞれの溝部における大径部が上記軸方向に略平行な直線上に設けられていることが好ましい。また、上記の溝部における光ファイバの断面が多角形であることが好ましい。さらに、複数の溝部における断面の形状は互いに略等しい多角形であり、これらの断面の角部の位置が上記軸方向において一致していることが好ましい。
【００１１】
本発明の光ファイバにおいて、クラッドは、上記の溝部の底部における厚みが、光ファイバのコアを伝搬するレーザ光のエバネッセント光が浸み出す領域より厚くなるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の光ファイバにおいて、上記の溝部が形成された領域の軸方向の長さは、３ｃｍ以上７ｃｍ以下となっていることが好ましい。また、上記の溝部は、光ファイバの末端に形成されているのが好ましく、また、上記の溝部は、光ファイバの末端側において密に形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の光ケーブルは、上記の光ファイバと、上記の光ファイバの端末部を収容し、前端部において上記の光ファイバの末端を固定するハウジングと、ハウジングの後端側に設けられ、上記の光ファイバを把持する把持部とを備える。そして、上記の光ファイバは、クラッドの外周を包囲する被覆部をさらに有し、把持部は、この被覆部を把持することによって上記の光ファイバを把持し、端末部においてクラッドおよび溝部が露出していることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ケーブルにおいて、上記の光ファイバは、溝部が光ファイバの末端に形成されており、この光ファイバは、端面に光学接触して設けられるとともにハウジングに固定されたエンドキャップをさらに備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の光ケーブルは、ハウジング内に収容され、光ファイバの端末部を収容する内側管をさらに備える。そして、この内側管はハウジング内に固定されており、溝部は、内側管がハウジングに固定された固定部を避けるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の光ケーブルにおいて、光ファイバは、その端面に、溝部が形成されていない領域におけるクラッドと略同径のガラスロッドの一端側が接続されているとともに、このガラスロッドの他端側がエンドキャップと接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、クラッドモード光の除去効率が高く、かつ、機械的強度の高い光ファイバを提供することができる。さらに、本発明によれば、このような光ファイバを用いて、高精度なレーザ加工等を行うことができるレーザ加工装置の実現に資する光ケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態における光ファイバの断面図である。（ｂ）は本発明の一実施形態における光ファイバの側面図である。（ｃ）は図１（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。（ｄ）は図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。（ｅ）は図１（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。（ｆ）は大径部および小径部を説明する図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態における光ファイバの機能を説明する側面図である。（ｂ）は比較例の光ファイバを説明する側面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態における光ファイバの機能を説明する側面図および断面図である。（ｃ）（ｄ）は比較例の光ファイバを説明する側面図および断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の変形例における光ファイバの機能を説明する図である。（ｂ）は本発明の別の変形例における光ファイバの機能を説明する図である。（ｃ）は比較例の光ファイバを説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の光ファイバの製造方法を説明する図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、本発明の光ケーブルの構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１（ａ）は本実施形態の光ファイバの軸方向における断面図（ＸＺ面）であり、図１（ｂ）は当該光ファイバの側面図（Ｘθ面）である。図１（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、図１（ｂ）における、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図であり、図１（ｆ）は、当該光ファイバにおける大径部、小径部について説明する図である。なお、各図において、矢印Ｘは光ファイバの軸方向を示し、矢印θは光ファイバの周方向を示し、矢印Ｚは光ファイバの径方向を示す。
【００２１】
光ファイバ１００は、コア１０１と、クラッド１０２とを備える。クラッド１０２は、クラッド１０２を伝搬するクラッドモード光を除去するクラッドモード光除去部１０３を備える。光ファイバ１００は、レーザ加工を行う高強度（例えば数ｋＷ）のレーザ光を伝送しうるものであり、レーザ加工装置におけるレーザ光伝送手段等に適用され得る。
【００２２】
光ファイバ１００は、石英ガラスで形成されていることが好ましい。また、コア１０１の屈折率はクラッド１０２の屈折率より高く設定される。コア１０１の外径（コア径）は例えば０．２ｍｍであり、クラッド１０２の外径（クラッド径）は例えば１．０ｍｍである。
【００２３】
クラッドモード光除去部１０３は、複数の溝部１０４を含む。図１（ｂ）に示すように、溝部１０４は周方向に連続して形成された環状の溝となっている。そして、溝部１０４は光ファイバ１００の軸方向に所定の間隔をおいて複数形成されていることが好ましい。また、図１（ｃ）に示すように、溝部１０４が設けられていない領域におけるコア１０１およびクラッド１０２の断面形状は円形となっており、図１（ｄ）に示すように、溝部１０４が設けられている領域におけるクラッド１０２の断面形状は正六角形となっている。また、複数の溝部１０４における断面形状は互いに略等しくなっており、図１（ｄ）および図１（ｅ）に示すように、各溝部１０４における断面形状は正六角形となっている。さらに、各溝部１０４における断面の角部の位置は光ファイバ１００の軸方向において略一致している。即ち、各溝部１０４における断面の角部Ｘ（図１（ｆ）参照）を結ぶと、その結んだ線は光ファイバ１００の軸方向と略平行な直線となる。
【００２４】
また、クラッド１０２は、図１（ａ）に示すように、その溝部１０４が設けられていない領域における径方向の厚みがＲ１となっており、溝部１０４の深さはＲ１より小さいＲ２となっている。溝部１０４は、クラッド１０２の表面に形成される開口部１０５と、底部１０６とを有する。また、溝部１０４におけるクラッド１０２は、図１（ｆ）に示すように、光ファイバ１００の径方向に第１の厚みＤ１を有する大径部と、光ファイバ１００の径方向に第１の厚みＤ１よりも小さい第２の厚みＤ２を有する小径部とを有する。クラッド１０２において、大径部は溝部１０４の断面における角部Ｘであり、小径部は溝部１０４の断面における辺部Ｙである。そして、光ファイバ１００の軸方向に複数設けられた溝部１０４において、大径部（角部Ｘ）は光ファイバ１００の軸方向に略平行な直線上に設けられている。また、溝部１０４は、その底部１０６が滑らかになるように加工されていることが好ましい。
【００２５】
このような光ファイバ１００を用いて、レーザ光を伝送する場合を考える。図２（ａ）は本実施形態の光ファイバ１００の一端に入射した光のうち、クラッド１０２に入射した光Ｌ１〜Ｌ５が伝送される様子を説明する図である。図２（ｂ）は比較例の光ファイバ２００の一端に入射した光のうち、クラッド２０２に入射した光Ｌ１’〜Ｌ５’が伝送される様子を説明する図である。このような光Ｌ１〜Ｌ５および光Ｌ１’〜Ｌ５’としては、光ファイバ１００，２００のコア１０１，２０１から出射されたレーザ光の一部が、加工対象から反射されて再び光ファイバ１００，２００に入射する場合が想定される。比較例の光ファイバ２００は、本実施形態の光ファイバ１００とは、溝部２０４が光ファイバ２００の周方向に連続して形成されていない点において相違し、その他の構成については本実施形態の光ファイバ１００の構成と同様である。
【００２６】
光ファイバ１００，２００に入射した光のうち、コア１０１，２０１に入射しなかった光は、クラッド１０２，２０２内を伝送し、複数の溝部１０４，２０４を有するクラッドモード光除去部１０３，２０３に到達する。このとき、クラッドモード光除去部１０３，２０３に到達した光は、開口部１０５，２０５との界面において反射および散乱され、クラッド１０２，２０２の外部に放出される。即ち、クラッドモード光が除去される。
【００２７】
このとき、図２（ａ）、（ｂ）において、クラッド１０２，２０２内を伝送する光Ｌ１〜Ｌ５および光Ｌ１’〜Ｌ５’について考える。溝部１０４，２０４の開口部１０５，２０５に到達した光は散乱されてクラッド１０２，２０２の外部に放出される。ここで、本実施形態の光ファイバ１００では、溝部１０４が光ファイバ１００の周方向に連続して形成されているから、光Ｌ１〜Ｌ５の全ての光がクラッド１０２から除去される。一方、比較例の光ファイバ２００については、軸方向（Ｘ方向）における溝部２０４が形成されていない領域に到達した光Ｌ２’、Ｌ４’は、クラッド２０２から除去されることなくクラッド２０２内を伝送する。
【００２８】
このように、光ファイバ１００では、クラッドモード光除去部１０３において、溝部１０４が光ファイバ１００の周方向に連続して形成されているから、クラッドモード光除去部１０３におけるクラッドモード光の除去効率を向上させることができる。
【００２９】
次に、光ファイバ１００の機械的強度について考える。図３（ａ）は本実施形態の光ファイバ１００に曲げが加えられた場合における、応力の集中する領域を説明する図である。図３（ｂ）は比較例の光ファイバ３００に曲げが加えられた場合における、応力の集中する領域を説明する図である。比較例の光ファイバ３００は、本実施形態の光ファイバ１００とは、クラッドモード光除去部３０３に、周方向に連続して形成された溝部３０４が設けられている点において共通する。しかし、光ファイバ３００は、図３（ｄ）に示すように、その溝部３０４が設けられている領域におけるコア３０１およびクラッド３０２の断面形状が円形となっており、光ファイバ１００のような大径部および小径部を有しない点が光ファイバ１００と相違している。光ファイバ３００のその他の構成については、本実施形態の光ファイバ１００の構成と同様である。
【００３０】
本実施形態の光ファイバ１００に曲げが付与されると、図３（ｂ）に示すように、外径の大きい領域、即ち大径部である角部Ｘに応力Ｆ１が集中する。このように、クラッドモード光除去部１０３において、大径部に応力Ｆ１を集中させることにより、小径部（辺部Ｙ）に付与される曲げ応力Ｆ１を軽減させることができる。ここで、光ファイバ１００の剪断強度は、その外径が大きいほど強くなるから、曲げ応力Ｆ１をクラッド厚が大きい大径部に集中させることにより、光ファイバ１００の剪断強度を高めることができる。
【００３１】
一方、比較例の光ファイバ３００に曲げが付与されると、曲げ応力Ｆ２が溝部３０４の底部３０６に集中する。即ち、クラッド厚が小さい領域である底部３０６に曲げ応力Ｌ２が集中することとなるから、本実施形態の光ファイバ１００と比較して、剪断強度が低くなることが分かる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の光ファイバ１００は、クラッド１０２に、その周方向に連続して形成された溝部１０４が設けられ、溝部１０４におけるクラッド１０２は、光ファイバ１００の径方向に第１の厚みＤ１（図１（ｆ）参照）を有する大径部と、径方向に第１の厚みＤ１よりも小さい第２の厚みＤ２（図１（ｆ）参照）を有する小径部とを有し、上記大径部は光ファイバ１００の軸方向に複数設けられ、複数の大径部が光ファイバ１００の軸方向に略平行な直線上に設けられていることにより、クラッドモード光の除去効率の向上と、機械的強度の向上とを両立する効果が得られる。
【００３３】
なお、クラッド１０２の表面、および溝部１０４の内壁は滑らかな表面を有していることが好ましい。即ち、鑢等で加傷して形成するスクラッチ傷等によるクラッドモード光除去部よりも、上記のように滑らかな表面を有することにより光ファイバ１００の剪断強度を高め、機械的強度を向上することができる。特に、図１等に示すように、底部１０６が丸みを帯びた滑らかな形状とされていることが好ましい。また、クラッドモード光を効率よく除去するためには、溝部１０４の深さＲ２（図１（ａ）参照）は少なくとも５０μｍ以上であることが好ましい。最適な深さＲ２はクラッド厚によって異なるが、本実施形態の光ファイバ１００では、従来の鑢等による加傷や湿式エッチングにより形成されたクラッドモード光除去部に対して優位なクラッドモード光除去効率を得ることができる。このような条件を満たすことにより、本実施形態の光ファイバ１００は、従来の鑢等による加傷や湿式エッチングにより形成されたクラッドモード光除去部とは区別され得る。
【００３４】
また、溝部１０４は、光ファイバ１００の軸方向に所定の間隔をおいて複数形成された環状の溝であることが好ましい。図２においては簡略化のために、光Ｌ１〜Ｌ５等を用いて光線を限定して説明したが、レーザ光はクラッド１０２内をさまざまなモード（伝送経路）をもって伝送する。そのため、１つの溝部１０４では除去しきれなかったクラッドモード光も、光ファイバ１００の軸方向に複数設けられた他の溝部１０４により、確実に除去することができる。
【００３５】
さらに、溝部１０４における光ファイバ１００の断面が多角形であれば、大径部と小径部とを有することとなり、クラッド１０２の径は大径部から小径部へと連続的に変化することとなる。よって、光ファイバ１００に加わる応力を大径部から小径部へと徐々に小さくなるように分散させることができ、大径部に付与される応力を高めると共に小径部に付与される応力を低減させることが可能となり機械的強度を高めることができる。また、小径部に加わる応力をより低減させるためには、大径部が光ファイバ１００の軸方向に存在する全ての溝部１０４に形成されており、この大径部が光ファイバ１００の軸方向に略平行な直線上に設けられていることが好適である。以上の観点から、複数の溝部１０４における断面形状は互いに略等しい多角形であり、断面の角部の位置が光ファイバ１００の軸方向において一致していることが、光ファイバ１００の機械的強度を確保する上で好ましい。
【００３６】
また、溝部１０４が形成された領域であるクラッドモード光除去部１０３の軸方向（Ｘ方向）の長さは、３ｃｍ以上７ｃｍ以下となっていることが好ましい。このように、クラッドモード光除去部１０３の長さを３ｃｍ以上７ｃｍ以下とすることによって、クラッドモード光の高い除去効率を実現できるとともに、光ファイバ１００の剪断強度の低下を防止することができる。
【００３７】
一方、クラッド１０２は、その溝部１０４の小径部における第２の厚みＤ２が、光ファイバ１００のコア１０１を伝搬するレーザ光のエバネッセント光が浸み出る領域より厚くなるように構成されていることが好適である。光が屈折率の異なる媒質を伝搬する際、全反射におけるエネルギー反射率を求めると、反射光エネルギーは入射光エネルギーと等しくなるが、エバネッセント波は境界面の反対側にもわずかに浸み出ることが知られている。このエバネッセント波の成分の進入深さはλ／２π（λは伝搬領域の屈折率における波長）程度に近似することができ、例えばエバネッセント光が浸み出る領域はコア１０１の外周からλ／２πとなっている。
【００３８】
ここで、このエバネッセント光が浸み出る領域にまで溝部が到達している場合、コアを伝搬する光の一部が溝部から放射され損失を生じる。従って、クラッドモード光除去部１０３において、コア１０１を伝搬する光に損失を生じることなく、クラッドモード光を効率よく除去するためには、小径部におけるクラッド１０２の第２の厚みＤ２がコア１０１を伝搬するレーザ光のエバネッセント光が浸み出る領域よりも厚くなっていることが好ましい。よって、例えばレーザ光としてＹＡＧレーザ（波長１．０６４μｍ）を用いる場合には、上述した近似を用いて、第２の厚みＤ２を０．３μｍ以上とすることができ、好ましくは伝搬光の波長程度である１μｍ以上、さらに好ましくは波長の５倍程度である５μｍ以上とすればよい。
【００３９】
次に、本発明の変形例について、図４を用いて説明する。図４は、変形例に係る光ファイバ１１０，１２０について、クラッドモード光除去部１１３，１２３、およびこれに含まれる溝部１１４，１２４に関する変形例を説明するものである。
【００４０】
図４（ａ）（ｂ）は本発明の変形例に係る光ファイバ１１０，１２０を示す図であり、図４（ｃ）は光ファイバ１１０，１２０との比較のために用いる比較例の光ファイバ４００を示す図である。本変形例に係る光ファイバ１１０は、クラッドモード光除去部１１３が光ファイバ１１０の末端に形成されている点において、光ファイバ１００と相違する。ここで、光ファイバ１１０の末端とは、例えば光ファイバ１１０の両端のうちのいずれかの一端であって、その端面からクラッドモード光除去部１１３までの距離がクラッドモード光除去部１１３内に形成される溝部１１４間の距離より小さい位置である。比較例の光ファイバ４００は、本変形例の光ファイバ１１０とは、クラッドモード光除去部４０３が光ファイバ４００の末端に形成されていない点において相違する。なお、光ファイバ１１０と光ファイバ４００において、溝部１１４，４０４の底部１１６，４０６には、所定の厚みを有するクラッド１１２，４０２が形成されている。
【００４１】
ここで、外部からクラッド１１２，４０２内に入射した光Ｌ６，Ｌ６’について考える。光Ｌ６，Ｌ６’は、所定値以上の角度である大きな入射角でクラッド１１２，４０２内に入射した後、クラッド１１２，４０２の側面において多重反射し、様々な角度でクラッド１１２，４０２内を伝搬するように平均化される。一般に、コア１１１，４０１に向けて集光されるように光学系は調整されるから、クラッド１１２，４０２内に入射する光としては大きな入射角で入射する光Ｌ６，Ｌ６’のような形態が典型的である。
【００４２】
ここで、変形例に係る光ファイバ１１０においては、クラッドモード光除去部１１３が光ファイバ１１０の末端に形成されているから、光Ｌ６は、クラッド１１２内に入射した直後にクラッドモード光除去部１１３に到達する。即ち、光Ｌ６が様々な伝搬モードに平均化される前にクラッドモード光除去部１１３に到達する。ここで、前述したように、コアを伝搬する光の損失を回避するために、溝部の底部に所定の厚みを有するクラッドが形成されている場合には、伝搬角（クラッドと空気の界面における反射角）の小さな光はクラッドモード光除去部において除去されずに、所定の厚みを有するクラッド内を伝搬するおそれがある。しかし、光ファイバ１１０では、光Ｌ６が平均化される前にクラッドモード光除去部１１３に到達するため、大きな伝搬角を有した光Ｌ６を確実に溝部１１４の開口部１１５に導くことができる。
【００４３】
これに対し、図４（ｃ）に示す比較例の光ファイバ４００は、クラッドモード光除去部４０３が光ファイバ４００の末端に形成されておらず、クラッドモード光除去部４０３の末端からの距離は所定値以上となっているため、光Ｌ６’はクラッドモード光除去部４０３に到達する前に様々な伝搬モードに平均化される。その結果、溝部４０４の底部４０６の内側に位置するクラッド４０２を透過する光の成分が増加し、クラッド４０２内を伝搬するクラッドモード光が増加することとなるため、クラッドモード光の除去効率が低下し得る。
【００４４】
以上のように、本変形例に係る光ファイバ１１０によれば、クラッドモード光除去部１１３が光ファイバ１１０の末端に形成されていることにより、クラッドモード光の除去効率を向上することができる。さらに、別の変形例に係る光ファイバ１２０によれば、光ファイバ１２０の末端側において溝部１２４が密に形成されている。即ち、光ファイバ１２０のクラッドモード光除去部１２３において、溝部１２４の数が末端側に向かうにつれて増加するようになっている。このため、光ファイバ１２０においても、平均化される前に光Ｌ７をクラッドモード光除去部１２３に到達させることができ、光Ｌ７を確実に溝部１２４の開口部１２５に導くことができるため、光ファイバ１１０と同様の効果が得られる。
【００４５】
さらに、本発明に係る光ファイバは、その趣旨に反しない範囲において変形することが可能である。例えば、図１では、溝部１０４は、θ方向（周方向）に延びるように形成されているが、θ方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。また、溝部の底部の形状も図１等の形状に限られず、例えばテーパ形状に開口させる等、適宜変更させてもよい。例えばテーパ形状に開口させる場合、クラッドモード光の溝部における反射角の角度を調整することが可能となり、好適にクラッドモード光をクラッドから外部に放射することができる。
【００４６】
このような本発明の光ファイバによるクラッドモード光の除去効率を評価した結果を説明する。ここでは、クラッドの一端に光を入射し、クラッドの他端から出射される光の強度を測定し、測定した光の強度と入射した光の強度とを比較した。条件は下記の通りである。
コア径：０．２ｍｍ、
クラッド径：１．０ｍｍ
複数の溝部における光ファイバの断面形状：略正六角形
溝部の小径部におけるクラッド厚（第２の厚みＤ２）：５０μｍ
溝部の大径部におけるクラッド厚（第１の厚みＤ１）：５８μｍ
クラッドモード光除去部：光ファイバの軸方向に５ｃｍにわたって形成
溝部の間隔（ピッチ）：２５０μｍ
溝部の幅：５００μｍ
その結果、測定した光の強度は入射光の強度の２０％程度となり、入射光の８０％程度の光がクラッドから除去されていることを確認した（即ち、クラッドモード光除去効率８０％程度）。また、剪断強度は２Ｎであった。
【００４７】
一方、クラッドモード光除去部を、溝部の断面形状が円形であり、直径が５０μｍとした光ファイバの場合、クラッドモード光除去効率は８０％程度であったが、剪断強度は０．８Ｎであり、剪断強度が本発明の光ファイバより小さいことを確認した。
【００４８】
以上より、本発明によれば、クラッドモード光の除去効率が高く、かつ、機械的強度の高い光ファイバを提供することが可能であった。
【００４９】
次に、本発明の光ファイバの製造方法を説明する。本発明の光ファイバの製造方法は、クラッドモード光除去部において、クラッドの厚みより小さい深さである溝部を形成可能であれば特に限定されるものではないが、光ファイバのクラッドにレーザ光を集光照射して溝部を形成することが好ましい。このようにすれば、クラッドの表面に無用な傷が加わることを防止でき、また、溝部の底部を滑らかな形状に形成できることから、機械的強度が高い光ファイバを製造することができる。
【００５０】
上記のように溝部を形成する手法としては、集光したレーザ光を走査する手法、ライン状に整形したレーザ光を用いる手法が好適である。また、光ファイバに向けて所定の方向からレーザ光を照射し、複数のライン状の溝部を形成した後、照射する方向を変更して同様の操作を繰り返すことにより、容易に大径部及び小径部を備えた溝部を形成することができる。
【００５１】
レーザ光の照射によって光ファイバを製造する方法について図５を参照して説明する。ここでは、本発明の光ファイバのうち、上述したクラッド１０２を有する光ファイバ１００を例示して説明する。まず、光ファイバ１００を用意して、光ファイバ１００をＸ方向、θ方向、Ｚ方向、並びにＸ方向およびＺ方向に対して垂直なＹ方向、の４方向に移動可能な治具１５０に把持させる。治具１５０としては、例えば特開２００７−２０９９９２号公報に記載されているような、公知のＸＹＺθ４軸制御ステージを用いることができる。
【００５２】
そして、所定強度のレーザ光を照射するように設定されたレーザ照射器（図示せず）からレーザ光ｒを出射し、このレーザ光ｒをクラッド１０２に所定時間照射する。これにより、クラッド１０２には、所定深さの溝部１０４が形成され得る。このとき、軸方向に対して所定の角度を有するレーザ光ｒを光ファイバ１００に照射して、光ファイバ１００にライン状の溝を形成する。
【００５３】
次に、治具１５０を調整して光ファイバ１００をレーザ照射器に対してＸ方向に相対移動させ、再びレーザ光ｒを照射して溝部１０４を形成する。このような工程を繰り返すことにより、クラッド１０２に複数の溝部１０４を形成する。
【００５４】
次に、治具１５０を調整し、光ファイバ１００をレーザ照射器に対してθ方向に相対移動させ、光ファイバ１００を軸の周りに所定角度だけ回転させて同様の操作を行い、ライン状の溝がつながるようにさらにライン状の溝を形成する。具体的には、例えば溝部１０４の断面形状を正六角形にする場合には、図５（ｂ）〜（ｈ）に示すように、光ファイバ１００を軸周りに６０度ずつ回転させながらレーザ光ｒを照射し、これにより大径部と小径部を有する溝部１０４が設けられた光ファイバ１００を製造することができる。ここで、光ファイバ１００の溝部１０４がない部分における断面形状は円形であるから、中心部（即ちレーザ光出射部に近い領域）の近傍に焦点を設定した場合には深い溝部１０４が形成され、焦点位置を中心部から離すに従って浅い溝部が形成される。即ち、レーザ光ｒの焦点位置を変更することにより、容易に大径部と小径部を備えた溝部１０４を形成することができ、光ファイバ１００の加工を容易に行うことができる。
【００５５】
このようにして、クラッド１０２に対するレーザ照射位置を調整して溝部１０４の深さを変えながら加工を行うことにより、クラッドモード光除去部１０３は、周方向に連続して形成された溝部１０４を有することとなり、溝部１０４におけるクラッド１０２は、光ファイバ１００の径方向に第１の厚みＤ１を有する大径部と、径方向に第１の厚みＤ１よりも小さい第２の厚みＤ２を有する小径部とを有し、大径部は光ファイバ１００の軸方向に複数設けられ、複数の大径部が光ファイバ１００の軸方向に略平行な直線上に設けられることにより、光ファイバ１００が製造される。また、レーザ光の照射位置・方向を適宜変更することにより、変形例に示した光ファイバ１１０，１２０を製造することができる。
【００５６】
次に、本発明の光ファイバを用いた光ケーブルについて、図６を用いて説明する。図６は、本発明の光ファイバを備える光ケーブル１の構成図である。なお、光ケーブル１は、光ファイバ１００，１１０，１２０のうち、いずれの光ファイバを搭載することも可能であるが、ここでは、光ファイバ１００を搭載する例について説明する。この図６に示された光ケーブル１は、高強度（例えば２ｋＷ〜１０ｋＷ）のレーザ光を照射して、例えば車両のボデー等の鉄板を溶接・切断するレーザ加工機のレーザ光伝送手段として使用され得る。
【００５７】
光ケーブル１は、レーザ光を伝搬する光ファイバ１００と、この光ファイバ１００の末端を収容するハウジング２と、ハウジング２の後端側に設けられ、光ファイバ１００を把持する把持部３とを備える。
【００５８】
光ファイバ１００は、クラッド１０２の外周を包囲する被覆部１０７を有し、把持部３は被覆部１０７を把持することによって光ファイバ１００を把持することが好ましい。そして、ハウジング２において、クラッド１０２およびクラッドモード光除去部１０３は露出するようになっている。
【００５９】
このように構成することにより、クラッドモード光、具体的には、アライメントのずれによりコア１０１に入射されなかった光（ミスアライメント光）や光ファイバ１００から出射されて加工対象（鉄板等）で反射して戻ってきた光（反射戻り光）をクラッド１０２から除去し、ハウジング２内に放射することができる。
【００６０】
光ファイバ１００の端面には、円柱状のエンドキャップ４が接続されている。エンドキャップ４は、コア１０１と同等の屈折率をもって形成されていると共に、コア１０１よりも大きな径を有している。このようなエンドキャップ４を設けることにより、光ファイバ１００の端面において、外部（空気）との界面における光のエネルギー密度が低下するため、ゴミ等の不純物が付着して焼き付くことによる損傷が生じにくくなる。エンドキャップ４は、例えば融着等により光ファイバ１００の端面に光学接触した構造となっている。エンドキャップ４は、ハウジング２の先端の凹部２ａに収容されて固定される。
【００６１】
光ケーブル１は、光ファイバ１００の端末部を収容する内側管５に包囲された状態でハウジング２内に収容されることが好適である。内側管５は、例えば銅やアルミニウム等のような光を反射させやすい材料で構成されている。これにより、クラッドモード光除去部１０３によって除去され、クラッドモード光除去部１０３から放射されたクラッドモード光が直接ハウジング２に吸収されることとなるため、過度に発熱することによる破損を防止することができる。また、内側管５の内壁面５ａを反射コーティングすることにより、一部の光だけが内側管５に吸収されることとなり、この場合、内側管５の過度の発熱をも防止することができ、さらに好ましい。
【００６２】
ハウジング２と内側管５との間には、冷却水を流すための冷却用スペース６が設けられている。また、ハウジング２には、冷却用スペース６に冷却水を流入させるための入口部７と、冷却用スペース６から冷却水を流出させるための出口部８とが形成されている。レーザ加工機の使用時には、冷却ファンを含む循環系（図示せず）によって冷却水が冷却用スペース６を循環する。これにより、内側管５が効率よく冷却されるようになっている。
【００６３】
内側管５は、ハウジング２内に固定され得る。この固定方法としては、接着剤Ｓによる接着固定や、Ｏ−リング等のパッキンを用いた封止固定が好ましい。このように固定することにより冷却水が内側管５内に流入することを確実に防止できる。そして、クラッドモード光除去部１０３は、内側管５がハウジング２に固定された領域５ｂを避ける位置に設けられている。このように構成すれば、ハウジング２と内側管５とを固定する領域５ｂに設けられた接着剤ＳやＯ−リング等に過度の熱が加わることを防止でき、高強度のレーザ光を伝送する場合における損傷を防止できる。
【００６４】
また、光ファイバ１００は、その端面にクラッド１０２と略同径でコア１０１と同等の屈折率を有するガラスロッド１０８の一端側が光学接続されていると共に、ガラスロッド１０８の他端側がエンドキャップ４と光学接続されていることが好ましい。このようにすれば、クラッドモード光の除去効率を高く維持できると共に、光ファイバ１００の先端側に位置するエンドキャップ４の固定部や領域５ｂと、クラッドモード光除去部１０３とを容易に離間させることができる。また、光ファイバ１００とエンドキャップ４を融着接続する場合には、両者の熱容量差に起因したコア１０１の変形を防止できるため、製造における歩留まりを向上することができる。このような効果は、光ファイバ１００の末端にクラッドモード光除去部１０３が形成されている場合において、より確実にクラッドモード光を除去できる点で特に有利となる。
【００６５】
なお、光ファイバ１００のコア１０１から出射されたレーザビームＲは、拡がりながらガラスロッド１０８及びエンドキャップ４の内部を伝搬する。ここで、ガラスロッド１０８の軸方向の長さは、レーザビームＲがガラスロッド１０８の外周面（側面）１０８ａに達しないような寸法に設定されていればよい。これにより、レーザビームＲがガラスロッド１０８の外周面１０８ａで反射してビーム品質が劣化することが防止される。
【００６６】
ガラスロッド１０８内を通過するレーザビームの拡がり角をＢとすると、この拡がり角Ｂは、光ファイバ１００の開口数ＮＡおよび屈折率ｎを用いて、下記式から得られる。
ＮＡ＝ｎｓｉｎＢ
【００６７】
ここで、光ファイバ１００のコア径を０．２ｍｍ、光ファイバ１００の開口数ＮＡを０．２、コア１０１の屈折率ｎを１．４５、クラッド径を１．０ｍｍとする場合、レーザビームＲがガラスロッド１０８の外周面１０８ａに届かないようにするためには、ガラスロッド１０８の長さを２．９ｍｍとすればよい。
【００６８】
本発明の光ファイバおよび光ケーブルは、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。即ち、光ファイバとしては、断面形状が円形のコアであるもののほか、断面形状が矩形状のコアであるものを用いてもよく、コアの断面形状は特に限定されない。また、光ファイバの種類としては、石英製光ファイバ、プラスチック製光ファイバ等、あらゆる種類の光ファイバを使用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００…光ファイバ、１０２…クラッド、１０３…クラッドモード光除去部、１０４…溝部、１０５…開口部、１０６…底部、１０７…被覆部、１０８…ガラスロッド、１０８ａ…外周面、１…光ケーブル、２…ハウジング、３…把持部、４…エンドキャップ、５…内側管、５ａ…内壁面、５ｂ…固定部、６…冷却用スペース、７…入口部、８…出口部、Ｄ１…大径部、Ｄ２…小径部、Ｒ…レーザビーム、Ｘ…角部、Ｙ…辺部。
【図１】
2014010427.tif 000003
【図２】
2014010427.tif 000004
【図３】
2014010427.tif 000005
【図４】
2014010427.tif 000006
【図５】
2014010427.tif 000007
【図６】
2014010427.tif 000008