(57)【要約】【課題】ラージモードエリアファイバと接続部品との接続部において、ラージモードエリアファイバからの出力光の強度分布のばらつきを抑制する。【解決手段】ピグテールファイバモジュール１として、シングルモード光を伝搬するコア３ａ及びコア３ａの外周を囲むクラッド３ｂからなるファイバ芯線３と、ファイバ芯線３の外周を被覆する保護被覆材４とを有するラージモードエリアファイバ２と、ラージモードエリアファイバ２の端部が接続され、当該ラージモードエリアファイバ２の端部付近に位置する保護被覆材４を除去することで露出するファイバ芯線３の露出部分３ｃが挿入可能な挿入孔６を有し、当該挿入孔６内にファイバ芯線３の露出部分３ｃを挿入して接着固定する接続部品５と、を備え、ファイバ芯線３の露出部分３ｃのクラッド３ｂ周面を金属被覆層９で被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモード光を伝搬するコア及び前記コアの外周を囲むクラッドからなるファイバ芯線と、前記ファイバ芯線の外周を被覆する保護被覆材とを有するラージモードエリアファイバと、
前記ラージモードエリアファイバの端部が接続され、当該ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分が挿入可能な挿入孔を有し、当該挿入孔内に前記ファイバ芯線の露出部分を挿入して接着固定する接続部品と、を備え、
前記ファイバ芯線の露出部分のクラッド周面を金属被覆層で被覆することを特徴とするピグテールファイバモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のピグテールファイバモジュールにおいて、
前記ファイバ芯線のクラッド径をｄ（μｍ）、前記金属被覆層の厚さをｔ（μｍ）とすると、ｔ≧ｄ／１０を満たすことを特徴とするピグテールファイバモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のピグテールファイバモジュールにおいて、
前記ファイバ芯線のクラッド径が１２５（μｍ）であるとすると、前記金属被覆層の厚さが１３μｍ以上であることを特徴とするピグテールファイバモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のピグテールファイバモジュールにおいて、
前記金属被覆層は金属めっきにて形成されていることを特徴とするピグテールファイバモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のピグテールファイバモジュールにおいて、
前記ファイバ芯線の露出部分の端部にエンドキャップが固着され、
前記エンドキャップが接続部品の挿入孔内に配置されているときには、前記金属被覆層は前記エンドキャップの周面をも被覆することを特徴とするピグテールファイバモジュール。
【請求項６】
シングルモード光を伝搬するコア及び前記コアの外周を囲むクラッドからなるファイバ芯線と、前記ファイバ芯線の外周を被覆する保護被覆材とを有するラージモードエリアファイバと、
前記ラージモードエリアファイバの端部が接続され、当該ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分が挿入可能な挿入孔を有し、当該挿入孔内に前記ファイバ芯線の露出部分を挿入して接着固定する接続部品と、を備えたピグテールファイバモジュールを製造するに際し、
前記ラージモードエリアファイバと前記接続部品との接続前に、前記ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分のクラッド周面を金属めっきからなる金属被覆層で被覆するめっき工程と、
前記めっき工程を経た前記ラージモードエリアファイバの前記ファイバ芯線の露出部分を前記接続部品の挿入孔に挿入すると共に接着固定する接続工程と、を備えたことを特徴とするピグテールファイバモジュールの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５いずれかに記載のピグテールファイバモジュールと、
前記ピグテールファイバモジュールに組み付けられる光学部品と、を備えたことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばファイバレーザに使用されるラージモードエリアファイバを用いたピグテールファイバモジュールに係り、特に、ラージモードエリアファイバと接続部品との接続部構造を改善したピグテールファイバモジュール及びその製造方法並びに光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピグテールファイバモジュールは、光通信やレーザ加工機等で用いられる光伝送媒体の一種である。近年はレーザ加工機等において透過光のパワーが大きくなり、用いられる光ファイバも多種多様となっている。高出力対応できる光ファイバとして現在主流となっているのが、ラージモードエリアファイバ（Large Mode Area Fiber、以下必要に応じてＬＭＡファイバと略す）である。
このＬＭＡファイバを用いたピグテールファイバモジュールについては例えば特許文献１に記載されている。ＬＭＡファイバは、モードサイズが大きく、かつ高次モードの導波を防ぐ構造を有しており、通常の光ファイバと比べ、クラッドとコアとの屈折率差が小さくなっている。光ファイバに応力を加えると、光弾性効果により屈折率が変調するが、ＬＭＡファイバを用いたピグテールファイバモジュールでは、モジュール組み立てに用いた接着剤の硬化収縮などでクラッド周辺に外部応力が発生すると、光ファイバの屈折率分布に変調を来し、望ましい光強度分布が保てなくなるという懸念があった。
特許文献１には、ピグテールファイバ（ＬＭＡファイバに相当）と、フェルールと、エンドキャップと、熱硬化型接着剤とを備え、フェルールの貫通孔内には、端面にエンドキャップが取り付けられたピグテールファイバの先端部分が挿入され、エンドキャップの端面とフェルールの第１端面とが一致した状態で、フェルールとピグテールファイバとが接着剤により固定され、貫通孔は接着剤で固定されている部分とクラッドとの平均的隙間（（貫通孔の内径−クラッド径）／２）が１μｍ未満となる内径を有する態様のピグテールファイバモジュールが開示されている。
つまり、特許文献１では、ＬＭＡファイバを、貫通孔を有するフェルールに熱硬化型接着剤で固定する際に、ＬＭＡファイバのクラッドとフェルールの貫通孔との隙間を極力小さくすることで、熱硬化型接着剤の硬化収縮による光ファイバへの応力負荷を抑制し、ＬＭＡファイバの出力光強度分布にばらつきが生じないようにしたピグテールファイバモジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２５５９９９号公報（発明を実施するための形態，図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にあるフェルールとクラッドの接着箇所の平均的隙間を１μｍ未満にする方法は、現実的にはフェルール及びＬＭＡファイバの加工精度から考えて非常に難しいということが確認された。
実際のＬＭＡファイバのクラッド径、フェルールの貫通孔径には、ばらつきがあるため、ＬＭＡファイバのクラッドとフェルールの貫通孔の隙間を一定の範囲に収めるには、多数のＬＭＡファイバとフェルールを準備し、相性の良いもの同士の組み合わせを探る必要があり、このような組み立て方法では高コストとなる。しかも、クラッドとフェルールとの接着箇所の平均的隙間が１μｍを超えたとしても、接着剤を硬化させた後に、ピグテールファイバモジュールにレーザ光を入射し、出力光強度分布を測定しないと、前述した平均的隙間が１μｍを超えたという不具合を見い出すことができない。
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ピグテールファイバモジュールのＬＭＡファイバと接続部品との接続部において、ＬＭＡファイバからの出力光の強度分布のばらつきを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の技術的特徴は、シングルモード光を伝搬するコア及び前記コアの外周を囲むクラッドからなるファイバ芯線と、前記ファイバ芯線の外周を被覆する保護被覆材とを有するラージモードエリアファイバと、前記ラージモードエリアファイバの端部が接続され、当該ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分が挿入可能な挿入孔を有し、当該挿入孔内に前記ファイバ芯線の露出部分を挿入して接着固定する接続部品と、を備え、前記ファイバ芯線の露出部分のクラッド周面を金属被覆層で被覆することを特徴とするピグテールファイバモジュールである。
【０００７】
本発明の第２の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えたピグテールファイバモジュールにおいて、前記ファイバ芯線のクラッド径をｄ（μｍ）、前記金属被覆層の厚さをｔ（μｍ）とすると、ｔ≧ｄ／１０を満たすことを特徴とするピグテールファイバモジュールである。
本発明の第３の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えたピグテールファイバモジュールにおいて、前記ファイバ芯線のクラッド径が１２５（μｍ）であるとすると、前記金属被覆層の厚さが１３μｍ以上であることを特徴とするピグテールファイバモジュールである。
本発明の第４の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えたピグテールファイバモジュールにおいて、前記金属被覆層は金属めっきにて形成されていることを特徴とするピグテールファイバモジュールである。
本発明の第５の技術的特徴は、第１の技術的特徴を備えたピグテールファイバモジュールにおいて、前記ファイバ芯線の露出部分の端部にエンドキャップが固着され、前記エンドキャップが接続部品の挿入孔内に配置されているときには、前記金属被覆層は前記エンドキャップの周面をも被覆することを特徴とするピグテールファイバモジュールである。
【０００８】
本発明の第６の技術的特徴は、シングルモード光を伝搬するコア及び前記コアの外周を囲むクラッドからなるファイバ芯線と、前記ファイバ芯線の外周を被覆する保護被覆材とを有するラージモードエリアファイバと、前記ラージモードエリアファイバの端部が接続され、当該ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分が挿入可能な挿入孔を有し、当該挿入孔内に前記ファイバ芯線の露出部分を挿入して接着固定する接続部品と、を備えたピグテールファイバモジュールを製造するに際し、前記ラージモードエリアファイバと前記接続部品との接続前に、前記ラージモードエリアファイバの端部付近に位置する前記保護被覆材を除去することで露出する前記ファイバ芯線の露出部分のクラッド周面を金属めっきからなる金属被覆層で被覆するめっき工程と、前記めっき工程を経た前記ラージモードエリアファイバの前記ファイバ芯線の露出部分を前記接続部品の挿入孔に挿入すると共に接着固定する接続工程と、を備えたことを特徴とするピグテールファイバモジュールの製造方法である。
本発明の第７の技術的特徴は、第１乃至第５のいずれかの技術的特徴を備えたピグテールファイバモジュールと、前記ピグテールファイバモジュールに組み付けられる光学部品と、を備えたことを特徴とする光伝送装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の技術的特徴によれば、ラージモードエリアファイバとの接続部において、ラージモードエリアファイバからの出力光の強度分布のばらつきを抑制することができる。
本発明の第２の技術的特徴によれば、クラッド径との関係から金属被覆層として必要最小限の厚みを容易に選定することができる。
本発明の第３の技術的特徴によれば、クラッド径１２５μｍのファイバに対して金属被覆層として必要最小限の厚みを選定することができる。
本発明の第４の技術的特徴によれば、クラッド周面に周方向に対して略均一な厚みの金属被覆層を容易に形成することができる。
本発明の第５の技術的特徴によれば、接続部品の挿入孔に、エンドキャップ付きのファイバ芯線を、接着剤による応力負荷を抑制した状態で接続することができる。
本発明の第６の技術的特徴によれば、ラージモードエリアファイバとの接続部において、ラージモードエリアファイバからの出力光の強度分布のばらつきを抑制することが可能なピグテールファイバモジュールを容易に製造することができる。
本発明の第７の技術的特徴によれば、ラージモードエリアファイバとの接続部において、ラージモードエリアファイバからの出力光の強度分布のばらつきを抑制することが可能なピグテールファイバモジュールを含む光伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明が適用されたピグテールファイバモジュールの実施の形態の概要を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示すピグテールファイバモジュールの部品分解説明図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面説明図、（ｄ）は比較の形態における（ａ）中のＣ―Ｃ線断面説明図である。
【図２】（ａ）は実施の形態１に係るピグテールファイバモジュールの構成例を示す説明図、（ｂ）はラージモードエリアファイバの構成例を示す説明図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面説明図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１に係るピグテールファイバモジュールのうち金属被覆層で被覆されたファイバ芯線の露出部分の寸法及び作用応力を示す説明図、（ｂ）は金属被覆層で被覆されたファイバ芯線の露出部分に径方向荷重Ｆが働いたときの歪み状態を示す模式図、（ｃ）は金属被覆層を除いた円柱状のファイバ芯線の露出部分に径方向荷重Ｆが働いたときの歪み状態を示す模式図、（ｄ）はファイバ芯線の露出部分に形成された円筒状の金属被覆層に径方向荷重Ｆが働いたときの歪み状態を示す模式図である。
【図４】実施例１に係るピグテールファイバモジュールにおいて、横穴付き金属フェルールの貫通孔に対する金属被覆層付きのファイバ芯線の露出部分の配置例及び周辺の接着剤の厚さ分布例を示す説明図である。
【図５】（ａ）は実施例１に係るピグテールファイバモジュールにおいて、エンドキャップ端面から出射された光をビームプロファイラに映し出した写真画像のうち、熱硬化型接着剤の硬化前における写真画像を示し、（ｂ）は同写真画像のうち、熱硬化型接着剤の硬化後における写真画像を示す説明図である。
【図６】（ａ）は比較例１に係るピグテールファイバモジュールにおいて、エンドキャップ端面から出射された光をビームプロファイラに映し出した写真画像のうち、熱硬化型接着剤の硬化前における写真画像を示し、（ｂ）は同写真画像のうち、熱硬化型接着剤の硬化後における写真画像を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
◎実施の形態の概要
図１（ａ）は本発明が適用されたピグテールファイバモジュールの実施の形態の概要を示し、同図（ｂ）はピグテールファイバモジュールの部品分解説明図を示す。
同図において、ピグテールファイバモジュール１は、シングルモード光を伝搬するコア３ａ及びコア３ａの外周を囲むクラッド３ｂからなるファイバ芯線３と、ファイバ芯線３の外周を被覆する保護被覆材４とを有するラージモードエリアファイバ（ＬＭＡファイバ）２と、ＬＭＡファイバ２の端部が接続され、当該ＬＭＡファイバ２の端部付近に位置する保護被覆材４を除去することで露出するファイバ芯線３の露出部分３ｃが挿入可能な挿入孔６を有し、当該挿入孔６内にファイバ芯線３の露出部分３ｃを挿入して接着固定する接続部品５と、を備え、ファイバ芯線３の露出部分３ｃのクラッド３ｂ周面を金属被覆層９で被覆するものである。尚、図１（ａ）（ｂ）中、符号７は例えば熱硬化型エポキシ樹脂等からなる熱硬化型接着剤を示す。
【００１２】
このような技術的手段において、ＬＭＡファイバ２は、ファイバ芯線３（コア３ａ＋クラッド３ｂ）と周囲を囲む保護被覆材４とを有し、例えば保護被覆材４を除去することでファイバ端部付近のファイバ芯線３を露出させ、接続部品５と接続することで、ピグテールファイバモジュール１として製造される。
また、接続部品５は例えばフェルールと称される部品に相当し、図１（ａ）（ｂ）では説明を簡略化する上で一つの挿入孔６を有するパーツを用いた態様が示されているが、後述する実施の形態１に示すように、横孔付き金属フェルールの端部にジルコニアフェルールを有した態様のように、異なる内径の挿入孔６を有する複数のパーツからなるものが代表的態様として多く用いられる。
更に、接続部品５とＬＭＡファイバ２との接続部については、少なくともファイバ芯線３の露出部分３ｃが挿入孔６内に挿入される構造であることが必要である。これは、光ファイバの終端部では保護被覆材４の除去が必要不可欠になることによる。例えばファイバ芯線３の端部にエンドキャップ８（図１（ａ）参照）を融着する場合には保護被覆材４を除去してファイバ芯線３を露出させることが必要になるし、また、光ファイバの端面加工として例えば光線の歪みや散乱が無い状態とするために光ファイバの端面を鏡面に加工する場合があり、この種の方法には研磨、メカニカルクリーブ、レーザークリーブが実用化されているが、いずれの方法においても保護被覆材４を除去してファイバ芯線３を露出することが必要になる。尚、図１（ａ）（ｂ）では接続部品５の挿入孔６内に保護被覆材４が除去されたファイバ芯線３の露出部分３ｃのみを挿入した態様が示されているが、これに限られるものではなく、接続部品５の挿入孔６内に保護被覆材４で被覆されたファイバ芯線３の領域が一部含まれる態様でもよいことは勿論である。
【００１３】
また、金属被覆層９は例えば金属めっき層で形成されており、クラッド３ｂ周面に回転対称で略均一な厚みの膜であることから、金属被覆層９自体がファイバ芯線３に応力の偏りに起因する応力負荷を与える懸念は少ない。そして、本例では、ファイバ芯線３の露出部分３ｃのクラッド３ｂ周面に金属被覆層９が形成されているため、ＬＭＡファイバ２を接続部品５に接着固定する際に、接着剤７がクラッド３ｂに直接触れず、金属被覆層９の周面に接触することから、接着剤７の硬化収縮による応力負荷は金属被覆層９にて有効に緩衝され、図１（ｃ）に示すように、ファイバ芯線３の周方向に亘って分散し、ファイバ芯線３の径方向に対して略同等の応力ｐ０として作用することになり、ファイバ芯線３への応力負荷を抑制する。このため、ＬＭＡファイバ２の出力光強度分布がばらつきにくい。尚、保護被覆材４で被覆したままのファイバ芯線３を接続部品５の挿入孔６内に挿入した領域では、保護被覆材４が通常弾性材で構成されていることから、接着剤７が硬化収縮したとしても、その変形は保護被覆材４で吸収され、ファイバ芯線３への応力負荷は抑制される。
この点、図１（ｄ）に示す比較の形態（図１（ｃ）に示す金属被覆層９を具備しない態様）にあっては、ファイバ芯線３の周方向に亘って熱硬化型接着剤７の充填量がばらつくと、接着剤７の硬化収縮の程度が異なるため、ファイバ芯線３の周面には異なる応力ｐ１〜ｐ３（例えばｐ１＞ｐ２＞ｐ３）が働くことになり、ファイバ芯線３の周面に偏った応力負荷が働いてしまい、ＬＭＡファイバ２の出力光強度分布がばらつき易くなる。つまり、熱硬化型エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤では、数パーセント程度の硬化収縮が避けられず、かつ、接着剤硬度が大きいため、ファイバ芯線３の露出部分３ｃに対し大きな残留応力を発生する。ファイバ芯線３では通常コア３ａとクラッド３ｂとの屈折率差が小さいために、前述したような残留応力に対して敏感で、高い頻度でＬＭＡファイバ２からの出力光強度分布にばらつきを発生させていた。
更に、本例では、ファイバ芯線３の周面に金属被覆層９が形成されているが、当該金属被覆層９がクラッド３ｂの屈折率に影響を与える懸念は少なく、ファイバ芯線３による光の伝送性能は良好に保たれる。
ここで、金属被覆層９が例えば金属めっき層である態様を例に挙げると、一般論としては、めっきが膨張、収縮の応力を発生し、剥離や膨れの原因になることが知られている。光ファイバ周面のめっきを考えたとき、第一に密着性が高く、加熱等によって剥離が起こりにくい材料を選び、適切な条件を設定するということが応力の発生を抑制する処方になると考えられる。また、多少の膨張、収縮応力が発生しても、応力分布が回転対称になっており、クラッド３ｂの屈折率、コア３ａの屈折率を等しく増加させる、もしくは、減少させるということを想定しても、ビームは歪まず、またサイズの変化も軽微なものとなることが予想される。この点、金属被覆層９による被覆がない態様では、前述したように、熱硬化型接着剤の応力がファイバ芯線３の周面に直接作用することになるが、熱硬化型接着剤の応力は対称性の悪い不均一な応力であることが問題になると考えられる。つまり、金属被覆層９は、不均一な応力分布の熱硬化型接着剤に比べ、光の伝送性能に与える影響が小さいということが推測される。
【００１４】
次に、本実施の形態で用いられる代表的態様又は好ましい態様について説明する。
先ず、金属被覆層９の厚さの好ましい態様としては、ファイバ芯線３のクラッド３ｂ径をｄ（μｍ）、金属被覆層９の厚さをｔ（μｍ）とすると、ｔ≧ｄ／１０を満たす態様が挙げられる。本例は、クラッド３ｂの変形が金属被覆層９によって緩和される条件として、一定の応力下でクラッド３ｂ単体の弾性変形量が金属被覆層９で支えられて低減する条件を求め、この条件からｔ≧ｄ／１０を満たすことを見出した。
例えばファイバ芯線３のクラッド３ｂ径ｄが１２５（μｍ）であるとすると、金属被覆層９の厚さｔが１３μｍ以上であればよい。
【００１５】
また、金属被覆層９の代表的態様としては金属めっきにて形成されている態様が挙げられる。ここで、金属めっきとしてはニッケルを始め適宜選定して差し支えなく、金属めっきにて金属被覆層９を形成すると、クラッド３ｂ周面に略均一な厚みの金属被覆層９を容易に形成することが可能である。
更に、ピグテールファイバモジュール１の代表的態様としては、ファイバ芯線３の露出部分３ｃの端部にエンドキャップ８が固着され、エンドキャップ８が接続部品５の挿入孔６内に配置されているときには、金属被覆層９はエンドキャップ８の周面をも被覆する態様が挙げられる。本例は、ピグテールファイバモジュール１の代表的態様として、ファイバ芯線３の露出部分３ｃの端部にエンドキャップ８を固着した態様である。このとき、エンドキャップ８が接続部品５の挿入孔６内に配置されているときには当該エンドキャップ８の周面にも金属被覆層９を形成することで、接着剤７の硬化収縮によりエンドキャップ８への応力負荷をも抑制することができる点で好ましい。
【００１６】
また、ピグテールファイバモジュール１の製造方法としては、ピグテールファイバモジュール１を製造するに際し、ＬＭＡファイバ２と接続部品５との接続前に、ＬＭＡファイバ２の端部付近に位置する保護被覆材４を除去することで露出するファイバ芯線３の露出部分３ｃのクラッド３ｂ周面を金属めっきからなる金属被覆層９で被覆するめっき工程と、めっき工程を経たＬＭＡファイバ２のファイバ芯線３の露出部分３ｃを接続部品５の挿入孔６に挿入すると共に接着固定する接続工程と、を備えたものが挙げられる。
本例は、ＬＭＡファイバ２と接続部品５との接続前にめっき工程を行い、しかる後に、両者を接続する接続工程を行うようにしたものである。ここで、めっき工程は保護被覆材４を除去することでファイバ芯線３を露出させる箇所に金属めっきを形成するようにすればよく、保護被覆材４を除去した後に行われる。
更に、本実施の形態のピグテールファイバモジュール１は光学部品（例えばＬＤ等の光源や偏波無依存光アイソレーターコア）を組み付けることで様々な光伝送装置として構成される。
【００１７】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２（ａ）は実施の形態１に係るピグテールファイバモジュールの構成例を示す。
同図において、ピグテールファイバモジュール１０は、ＬＭＡファイバ２０と、これに接続される接続部品としてのフェルール３０とを備えている。
本例において、ＬＭＡファイバ２０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、シングルモード光を伝搬するコア２１ａ及びコア２１ａの外周を囲むクラッド２１ｂからなるファイバ芯線２１と、ファイバ芯線２１の外周を被覆する保護被覆材としてのルーズチューブ２２とを有している。
そして、本例では、ＬＭＡファイバ２０の一端部付近はルーズチューブ２２が除去されてファイバ芯線２１の露出部分２１ｃとして構成されている。そして、このファイバ芯線２１の露出部分２１ｃの先端には例えば石英ガラス製ロッドからなるエンドキャップ２３が融着されている。このエンドキャップ２３は、例えばファイバ芯線２１を伝搬する高出力光の出力端におけるエネルギ密度を下げ、ファイバ芯線２１端面の損傷を防止するためのものである。このような構造を採用するに際し、ＬＭＡファイバ２０の端部にエンドキャップ２３を融着する手法が採られることが多く、エンドキャップ２３を融着するには、ＬＭＡファイバ２０のルーズチューブ２２を除去することでファイバ芯線２１を剥き出しにする必要があり、前述したようなファイバ芯線２１の露出部分２１ｃが必要不可欠になる。
【００１８】
本例において、フェルール３０は、ＬＭＡファイバ２０の端部付近が接続される横孔付き金属フェルール３１を有し、この金属フェルール３１にはＬＭＡファイバ２０のルーズチューブ２２で囲まれた部分が挿入可能な内径ｈ１の貫通孔３２を形成すると共に、この貫通孔３２の先端側に段付き孔部３３を形成すると共に、貫通孔３２の段付き孔部３３以外の箇所に熱硬化型接着剤３８を注入するための横孔３４を形成し、更に、金属フェルール３１の段付き孔部３３には例えばジルコニア製の円筒状の小径フェルール３５を嵌め込んで固着し、小径フェルール３５の内径ｈ２（本例ではｈ２＜ｈ１）の貫通孔３６にはＬＭＡファイバ２０のうちファイバ芯線２１の露出部分２１ｃの過半部及びエンドキャップ２３を挿入配置するようになっている。
そして、フェルール３０とＬＭＡファイバ２０とは、金属フェルール３１の貫通孔３２にＬＭＡファイバ２０の一方の端部付近（本例では、ファイバ芯線２１の露出部分２１ｃとこれに隣接するルーズチューブ２２で囲まれた部分をも含む）を挿入し、金属フェルール３１の横孔３４から接着剤３８を注入することで、金属フェルール３１の貫通孔３２から小径フェルール３５の貫通孔３６に至るまでの領域にてこれらの貫通孔３２，３６とＬＭＡファイバ２０の端部付近の周面との隙間に接着剤３８を充填し、フェルール３０にＬＭＡファイバ２０の端部付近を接続固定することで完成部品であるピグテールファイバモジュール１０として製造される。
【００１９】
更に、本実施の形態では、エンドキャップ２３の先端面で反射した光がＬＭＡファイバ２０に戻ることを避けるため、図２（ｂ）に示すように、エンドキャップ２３の先端面を予め決められた角度θ（数度）傾けて研磨する処理がなされている。この研磨処理は、エンドキャップ２３が融着されたＬＭＡファイバ２０をフェルール３０の貫通孔３２，３６に挿入して熱硬化型接着剤３８で硬化し、ピグテールファイバモジュール１０として製造された段階で、フェルール３０のうち小径フェルール３５の先端面と共にエンドキャップ２３の先端面を斜め加工するようにしたものである。
【００２０】
特に、本実施の形態では、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＭＡファイバ２０のうちファイバ芯線２１の露出部分２１ｃ及びエンドキャップ２３の周面には金属被覆層としてのめっき層４０が形成されている。
以下に、このようなめっき層４０が形成されている理由について説明する。
今、前述しためっき層４０を形成しない比較の形態１に係るピグテールファイバモジュール１０、つまり、フェルール３０の貫通孔３２，３６にＬＭＡファイバ２０のエンドキャップ２３付きのファイバ芯線２１の露出部分２１ｃを挿入し、ファイバ芯線２１の露出部分２１ｃが挿入されたフェルール３０の貫通孔３２，３６内に熱硬化型接着剤３８を充填した態様において、出力光の強度分布を調べたところ、高い頻度でピグテールファイバモジュール１０からの出力光の強度分布にばらつきが出ることが判明した。本発明者らは、これらの要因についてＬＭＡファイバ２０とフェルール３０との接着固定に使用される熱硬化型接着剤３８に着目した。この種の熱硬化型接着剤３８は、数パーセント程度の硬化収縮が避けられず、かつ、接着剤硬度が大きいため、ファイバ芯線２１の露出部分２１ｃに対し大きな残留応力を発生させ、ファイバ芯線２１の露出部分２１ｃでは、コア２１ａとクラッド２１ｂとの屈折率差が小さいことから、前述したような残留応力に対して敏感で、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布がばらつくものと推測される。
【００２１】
そこで、ＬＭＡファイバ２０に対してどのような応力が発生すれば出力光の強度分布にばらつきが発生するのかを調べたところ、ファイバ芯線２１の露出部分２１ｃのクラッド２１ｂ周面に熱硬化型接着剤３８が付着、硬化することになるが、クラッド２１ｂ周面の接着剤３８の充填分布は通常クラッド２１ｂの周方向にばらつくことから、クラッド２１ｂの周面に対して接着剤３８の硬化収縮による収縮応力が局部的負荷として作用し、クラッド２１ｂ周面には局部的な引張応力が働き、出力光の強度分布のばらつきの要因になっているものと推測される。
ここで、クラッド２１ｂ周面に対して接着剤３８が完全に回転対称な分布で充填されるようにすれば、クラッド２１ｂに加わる応力分布はコア２１ａに対しても回転対称な応力を加えるものになり、ＬＭＡファイバ２０の出力光の強度分布の真円度が損なわれることはない。しかしながら、ファイバ芯線２１の中心とフェルール３０の貫通孔３２，３６の中心とは一致しないことが普通で、接着剤３８の厚さは三日月状の不均一なものになることが多い。そうなると、接着剤３８の厚い部分が大きな硬化収縮を起こすため、クラッド２１ｂが楕円状に変形する応力分布になってしまい、クラッド２１ｂ周面には局部的な応力負荷が作用する。
【００２２】
このような応力負荷を緩和する手法として、弾性係数の小さな接着剤を使う方法が考えられるが、弾性係数の小さな接着剤を使用すると、ＬＭＡファイバ２０の引張強度を十分な値に保つことができなかった。各種接着剤を用い、引張強度を測定したが、弾性係数の小さな柔らかい接着剤では、５Ｎ以上の引張応力に耐える接着剤を見出すことができなかった。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、前述した応力負荷を緩和する手法として、クラッド２１ｂ周面に剛性の高い緩衝用バッファ層で保護する手法を考え、図２（ｃ）に示すように、クラッド２１ｂ周面に金属被覆層として例えばＮｉめっきによるめっき層４０を施したところ、図３（ａ）に示すように、めっき層４０上で接着剤３８が付着・硬化したとしても、めっき層４０がない比較の形態１に比べて、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布のばらつきがほとんど発生しないことが確認された。これは、前述したように、クラッド２１ｂ周面の接着剤３８の厚さは不均一で、その応力負荷Ｆ（Ｆ１≠Ｆ２≠Ｆ３≠Ｆ４）がクラッド２１ｂの周方向にばらついたものになったとしても、偏った応力負荷Ｆがめっき層４０によって緩和され、クラッド２１ｂの周面に分散して略同等の応力ｐ０が作用しているものと想定される。
尚、本例では、フェルール３０の貫通孔３２，３６内において、ＬＭＡファイバ２０のうちファイバ芯線２１の露出部分２１ｃに隣接するルーズチューブ２２で囲まれている部分上にも接着剤３８が付着・硬化しているが、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布のばらつきには影響しないことが確認されている。ルーズチューブ２２は硬度の低い材料が選択されており、接着剤３８の残留応力が十分に緩和され、ファイバ芯線２１のクラッド２１ｂ周面に直接的に作用することがないと考えられる。
【００２４】
更に、図３（ａ）に示すように、めっき層４０の厚さｔを厚くしても、めっき層４０自体の応力でファイバ芯線２１の出力光の強度分布の真円度が損なわれることは無かった。これは、めっき層４０がクラッド２１ｂ周面に回転対称で均一な厚さｔの膜を形成するためと考えられる。めっき層４０自体が応力を発生することは無いので、めっき層４０を厚くするほどバッファ層効果（緩衝効果）が大きくなると考えられる。
但し、厚いめっき層４０を形成するには加工時間が長く、コストを増大させる点で好ましくないので、本実施の形態では、めっき層４０として必要最小限の厚さｔをどの程度に設定すればよいかの選定基準について検討することにした。
クラッド２１ｂの変形が、めっき層４０によって緩和されるためには、一定の応力下でクラッド２１ｂ単体の弾性変形量がめっき層４０で支えられて有意に低減する条件が必要である。
【００２５】
今、図３（ｂ）に示すように、ファイバ芯線２１の周囲にめっき層４０を施した態様につき、ファイバ芯線２１を直径ｄの円柱状部材とし、めっき層４０を外径Ｄ、内径ｄの円筒状部材と仮定し、径方向外側から垂直荷重Ｆを加えたときの歪量δを求める。
ここで、図３（ｃ）に示すように、円柱状のファイバ芯線２１の歪量をδ１、断面二次モーメントをＩ、ヤング率をＥｇ、ａを定数とすると、以下の式１の様に表せる。
δ１＝−ａｄ３／ＥｇＩ          ・・・（式１）
そして、円柱の断面二次モーメントＩは、以下の式２の様になる。
Ｉ＝πｄ４／６４              ・・・（式２）
また、図３（ｄ）に示すように、円筒状のめっき層４０の歪量をδ２、断面二次モーメントをＩ、ヤング率をＥｍ、ａを定数とすると、以下の式３の様に表せる。
δ２＝−ａＤ３／ＥｍＩ          ・・・（式３）
そして、円筒の断面二次モーメントＩは、以下の式４の様になる。
Ｉ＝π（Ｄ４−ｄ４）／６４    ・・・（式４）
このとき、円柱状のファイバ芯線２１の歪量δ１と、円筒状のめっき層４０の歪量δ２とが等しくなり、めっき層４０によってファイバ芯線２１の歪量δ１が半分に緩和される条件を求めると、以下の式５のように表すことができる。
δ１＝δ２                    ・・・（式５）
ここで、式１〜式４によれば、
δ１＝−（ａｄ３／Ｅｇ）・（６４／πｄ４）＝−（６４ａ／π）／Ｅｇｄ
δ２＝−（ａＤ３／Ｅｍ）・６４／π（Ｄ４−ｄ４）
＝−（６４ａ／π）・Ｄ３／Ｅｍ（Ｄ４−ｄ４）
であるから、これらを式５に当てはめると、以下の式５’の様になる。
１／Ｅｇｄ＝Ｄ３／Ｅｍ（Ｄ４−ｄ４）      ・・・（式５’）
これをまとめると、以下の式６の様になる。
ＥｍＤ４−Ｅｇｄ Ｄ３−Ｅｍｄ４＝０          ・・・（式６）
つまり、ＬＭＡファイバ２０のクラッド径ｄと有効に応力緩和が期待できるめっき層４０を含めたＬＭＡファイバ２０の外径Ｄとの関係が式６を満たすようにめっき層４０の厚さｔ（（Ｄ−ｄ）／２）を選定すればよい。
【００２６】
本実施の形態において、ファイバ芯線２１のヤング率Ｅｇ（例えばガラスのヤング率：７．１×１０３Ｎ／ｍｍ２）、めっき層４０のヤング率Ｅｍ（例えばＮｉのヤング率：２０．４×１０３Ｎ／ｍｍ２）を用いて計算すると、以下の表１に示す結果が得られた。
尚、表１においては、各クラッド径ｄに対しめっき層４０の厚さｔを変えながら式６を満たすか否かを計算し、めっき層４０の厚さｔとして必要最小限の値を求めた。
表１によれば、クラッド径ｄとめっき層４０の厚さ（めっき厚）ｔとは比例関係にあり、少なくともめっき厚がクラッド径ｄの１／１０以上であればよいことが確認された。
【００２７】
【表１】
2018045168.tif 000003
【００２８】
また、表１の結果を確認するために、各クラッド径ｄのＬＭＡファイバを用いて以下の試験を行った。
クラッド径ｄが例えば１００μｍのＬＭＡファイバを用い、めっき厚ｔを２μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍと変化させ、内径２５０μｍの金属フェルールに二液性熱硬化型エポキシ樹脂で接着固定した。接着剤を熱硬化した後、ＬＭＡファイバ端面を斜め研磨加工した。
このように作製した試験品の出力光の強度分布につき真円度を測定したところ、めっき厚ｔが１０μｍ以上では問題ない値が得られた。尚、他のクラッド径ｄ（１２５μｍ〜５００μｍ）のＬＭＡファイバを用いて同様な試験を行ったところ、表１に示す結果が裏付けられた。
したがって、めっき層４０によって接着剤３８の硬化収縮に起因する応力を半分程度に緩和すれば、ＬＭＡファイバの光出力を良好に保つことが可能と考えられる。
【実施例】
【００２９】
◎実施例１
本実施例は実施の形態１に係るピグテールファイバモジュールを具現化したものである。
まず、ＬＭＡファイバ２０（コア径φ１０μｍ、クラッド径φ１２５μｍ）から保護被覆材としてのルーズチューブ２２を除去し、被覆除去部であるファイバ芯線２１の露出部分２１ｃの先端にエンドキャップ２３を融着した。次に、ＬＭＡファイバ２０の被覆除去部とエンドキャップ２３の周面に、ニッケル（本例ではＮｉ／Ａｕ）めっきによるめっき層４０を、めっき厚が１３μｍとなるように施した。
上記めっきを施したＬＭＡファイバ２０を、貫通孔３６の内径が０．２ｍｍの小径フェルール３５としてのジルコニアフェルールを嵌入した最大内径が０．２５ｍｍの横孔付き金属フェルール３１に挿入し、樹脂充填用横孔３４から接着固定用樹脂として熱硬化型エポキシ樹脂からなる接着剤３８を流し込み、接着剤３８を加熱硬化した後、ジルコニアフェルール３５先端をエンドキャップ２３と共に研磨し、ピグテールファイバモジュール１０を作製した。
【００３０】
本実施例にて実際に作製したピグテールファイバモジュール１０の横孔付き金属フェルール３１の最大内径０．２５ｍｍの貫通孔部分の断面を図４に示す。
同図によれば、厚さ１３μｍのめっき層４０を含めたＬＭＡファイバ径が１５１μｍであるのに横孔付き金属フェルール３１の貫通孔３２の最大内径が０．２５ｍｍと寸法差が大きいため、両者の中心は同軸とはならず、接着剤３８の厚みは偏ったものになっていることが理解される。このとき、接着剤３８の厚みが完全な回転対称からずれるために、接着剤３８による硬化収縮はＬＭＡファイバ２０のめっき層４０に対し扁平に変形させるような応力を発生すると考えられるが、本実施例に係るピグテールファイバモジュール１０はめっき層４０からなる金属被覆層により、ＬＭＡファイバ２０への応力負荷を抑制しているため、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布にはばらつきが生じていない。
【００３１】
ここで、接着剤硬化前後でのＬＭＡファイバ２０からの出力光をビームプロファイラ（出力光の強度分布及び形状を測定する装置）で測定した結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。ＬＭＡファイバ２０からの出力光は本来シングルモード光となるため、理想の形状は真円となり、その強度分布はガウシアン分布で表されたガウシアンビームとなる。
接着剤硬化前後で、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布における真円度（１が理想）は０．９８、ガウシアンフィッティング値（Ｘ成分とＹ成分が理想とするガウシアン分布にどれだけ近いものかを示す指標で１が理想）は０．９５と変化が見られず、本実施例の構造を用いることで、ＬＭＡファイバ２０からの出力光の強度分布が殆ど変異していない結果が得られた。
また、本実施に係るピグテールファイバモジュール１０においては、一般的にモジュール１０からＬＭＡファイバ２０を引っ張った際に、１０Ｎ程度の引張強度（即ちモジュール１０からＬＭＡファイバ２０を引っ張って抜こうとする時に、どの程度の引張耐性があるか）が求められる。本実施例の試作品の引張強度を測定したところ、２０Ｎ以上の結果が得られた。
【００３２】
◎比較例１
比較例１は、ＬＭＡファイバの被覆除去部にめっきを施さなかったこと以外は実施例１と同様にしてピグテールファイバモジュールを作製した。
実施例１と同様に、接着剤硬化前後でのＬＭＡファイバからの出力光をビームプロファイラで測定した結果を図６（ａ）（ｂ）に示す。
接着剤硬化前の状態においては、図６（ａ）に示すように、ＬＭＡファイバからの出力光の強度分布における真円度が０．９９、ガウシアンフィッティング値が０．９５で、それぞれ高い値を示しているのに対し、接着剤硬化後では、図６（ｂ）に示すように、真円度が０．９４、ガウシアンフィッティング値は０．８９と劣化していることが理解される。このように、ＬＭＡファイバからの出力光の強度分布にばらつきが生じると、ＬＭＡファイバからの出力光を集光させて再度光ファイバに入光させる際に大きな損失が生じる懸念がある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本実施の形態に係るピグテールファイバモジュールによれば、ＬＭＡファイバからの出力光の強度分布にばらつきが生じないため、例えば加工用レーザ装置におけるレーザヘッドの一部、あるいは、光コネクタの一部として適用することが可能であり、他の光学部品と組み合わせることで広く光伝送装置を構築することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ピグテールファイバモジュール
２  ラージモードエリアファイバ（ＬＭＡファイバ）
３  ファイバ芯線
３ａ  コア
３ｂ  クラッド
３ｃ  ファイバ芯線の露出部分
４  保護被覆材
５  接続部品
６  挿入孔
７  接着剤
８  エンドキャップ
９  金属被覆層
１０  ピグテールファイバモジュール
２０  ラージモードエリアファイバ（ＬＭＡファイバ）
２１  ファイバ芯線
２１ａ  コア
２１ｂ  クラッド
２１ｃ  ファイバ芯線の露出部分
２２  ルーズチューブ
２３  エンドキャップ
３０  フェルール
３１  金属フェルール
３２  貫通孔
３３  段付き孔部
３４  横孔
３５  小径フェルール
３６  貫通孔
３８  接着剤
４０  めっき層（金属被覆層）
【図１】
2018045168.tif 000004
【図２】
2018045168.tif 000005
【図３】
2018045168.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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