(57)【要約】【課題】結合部の側面からの光の漏れを抑制することができ、しかも簡単な加工で得ることができる光ファイバの多芯結合構造を提供する。【解決手段】光ファイバの多芯結合構造１００は、各々、相対的に高屈折率であるコア１１１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率であるクラッドとを有する複数の光ファイバ１１１の一端部がパイプ材１２０によって束ねられ、それらが溶融一体化して結合部１３０が構成されている。パイプ材１２０は、複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａよりも屈折率が低い層を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々、相対的に高屈折率であるコアとそれを被覆する相対的に低屈折率であるクラッドとを有する複数の光ファイバの一端部がパイプ材によって束ねられ、それらが溶融一体化して結合部が構成された光ファイバの多芯結合構造であって、
上記パイプ材は、上記複数の光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有する光ファイバの多芯結合構造。
【請求項２】
請求項１に記載された光ファイバの多芯結合構造において、
上記パイプ材の少なくとも内周側部分の軟化温度が上記複数の光ファイバのクラッドの軟化温度以下である光ファイバの多芯結合構造。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載された光ファイバの多芯結合構造において、
上記パイプ材の少なくとも外周側部分は、該パイプ材のその他の部分並びに上記複数の光ファイバのコア及びクラッドよりも軟化温度が高い光ファイバの多芯結合構造。
【請求項４】
各々、相対的に高屈折率であるコアとそれを被覆する相対的に低屈折率であるクラッドとを有する複数の光ファイバの一端部をパイプ材によって束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光ファイバの多芯結合構造の製造方法であって、
上記パイプ材は、上記複数の光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有する光ファイバの多芯結合構造の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された光ファイバの多芯結合構造の製造方法において、
上記光ファイバの一端部をパイプ材によって束ねた部分を溶融させる際に、パイプ材内を減圧する光ファイバの多芯結合構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの多芯結合構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光源からの光を集めて出射する光デバイスとして、複数の光ファイバの一端部を溶融一体化して結合部を構成した光コンバイナが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、多孔キャピラリの各孔に光ファイバを挿入して溶融一体化することにより結合部を構成した光コンバイナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光コンバイナにおいて、結合部を形成加工する際、光ファイバのコア及びクラッドの構造の崩れ、それによってクラッドが薄肉化した部分が生じると、コアからの光の漏れが生じ易くなり、かかる漏れ光が結合部の側面から出射することにより光ファイバ心線の被覆層や周辺の接着剤が熱により損傷を受けるという問題がある。
【０００６】
これに対して、厚肉のクラッドを有する光ファイバを用いることが考えられるが、その場合、結合部の端面に露出するコアの占有面積が小さくなってしまうというデメリットが生じる。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示された光コンバイナの場合には、多孔キャピラリの各孔に光ファイバを挿入した状態でそれらを溶融一体化させるので、光ファイバのコア及びクラッドの構造の崩れが少なく、そのためコアからの光の漏れも生じにくい。しかしながら、石英に穿孔して多孔キャピラリを形成加工するのは非常に困難である。
【０００８】
本発明の課題は、結合部の側面からの光の漏れを抑制することができ、しかも簡単な加工で得ることができる光ファイバの多芯結合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、各々、相対的に高屈折率であるコアとそれを被覆する相対的に低屈折率であるクラッドとを有する複数の光ファイバの一端部がパイプ材によって束ねられ、それらが溶融一体化して結合部が構成された光ファイバの多芯結合構造であって、
上記パイプ材は、上記複数の光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有する。
【００１０】
本発明は、各々、相対的に高屈折率であるコアとそれを被覆する相対的に低屈折率であるクラッドとを有する複数の光ファイバの一端部をパイプ材によって束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光ファイバの多芯結合構造の製造方法であって、
上記パイプ材は、上記複数の光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有するパイプ材を用い、それによって複数の光ファイバの一端部を束ね、それらを溶融一体化して結合部を形成するといった簡単な加工により製造することができ、また、パイプ材が光ファイバのコアよりも屈折率が低い層を有し、それによる光の閉じ込め作用により結合部の側面からの光の漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の光コンバイナを示す斜視図である。
【図２】光ファイバ心線を示す斜視図である。
【図３】結合部の端面の正面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）はパイプ材の横断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応するモード結合部の端面の正面図である。
【図６】光コンバイナの製造方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る光ファイバの多芯結合構造を有する光コンバイナ１００を示す。本実施形態の光コンバイナ１００は、例えば、複数のレーザー発振器等からのレーザー光を集めて出射するために用いられる光デバイスである。
【００１５】
本実施形態の光コンバイナ１００は複数の光ファイバ心線１１０を備えている。光ファイバ心線１１０の本数は例えば３〜３７本である（図１では７本）。
【００１６】
図２は光ファイバ心線１１０を示す。
【００１７】
複数の光ファイバ心線１１０は、同一の光ファイバ心線１１０で構成されていてもよく、また、異なる光ファイバ心線１１０が混在して構成されていてもよい。複数の光ファイバ心線１１０のそれぞれは、光ファイバ１１１が被覆層１１２で被覆された構成を有する。光ファイバ心線１１０は、例えば、心線長が５００〜５０００ｍｍ、及び心線径が２５０〜６００μｍである。
【００１８】
光ファイバ１１１は、ファイバ中心に設けられたコア１１１ａとそれを被覆するように同心状に設けられたクラッド１１１ｂとを有する。クラッド１１１ｂにはコア１１１ａを囲うように、各々、コア１１１ａに沿って延びる複数の細孔が形成されていてもよい。光ファイバ１１１のファイバ径は例えば１２５〜４５０μｍである。
【００１９】
コア１１１ａは、石英で形成されていてもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂で形成されていてもよい。石英製のコア１１１ａは、屈折率を高めるゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントがドープされていてもよいが、ドーパントがドープされていないノンドープ石英であることが好ましい。コア１１１ａの軟化温度は例えば１６００〜１７００℃である。コア１１１ａは、相対的に高屈折率であって、例えば波長０．９７５μｍの光に対して約１．４４７である。コア径は例えば１００〜４００μｍである。
【００２０】
クラッド１１１ｂは、石英で形成されていてもよく、また、アクリル系の紫外線硬化型樹脂等の樹脂で形成されていてもよい。石英製のクラッド１１１ｂは、ドーパントがドープされていないノンドープ石英であってもよく、また、屈折率を低めるフッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等のドーパントがドープされていてもよい。クラッド１１１ｂの軟化温度は例えば１４００〜１６００℃である。クラッド１１１ｂは、相対的に低屈折率であって、コア１１１ａより屈折率が低く、例えば波長０．９７５μｍの光に対して約１．４０４である。クラッド１１１ｂの厚さは例えば５０〜２００μｍである。
【００２１】
被覆層１１２は例えば光硬化型樹脂で形成されており、その厚さは例えば５０〜２００μｍである。
【００２２】
本実施形態の光コンバイナ１００は、図３に示すように、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において、各々、被覆層１１２が剥がされた複数の光ファイバ１１１がパイプ材１２０によって束ねられ、それらが溶融一体化して形成された結合部１３０が構成されている。なお、複数の光ファイバ１１１は基本的にはマルチモードファイバであるが、結合部１３０で中央に配置される光ファイバ１１１は、マルチモードファイバであってもよく、また、シングルモードファイバであってもよい。
【００２３】
パイプ材１２０は、石英で形成されていてもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、光ファイバ１１１と同一の材質で形成されていることが好ましい。パイプ材１２０は、例えば、長さが１０〜５０ｍｍ、外径が４５０〜１８００ｍｍ、及び内径が４００〜１４００ｍｍである。
【００２４】
パイプ材１２０は、複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａよりも屈折率が低い層を有する。具体的には、例えばコア１１１ａを形成する材料がドーパントがドープされていない純粋石英の場合、パイプ材１２０は、図４（ａ）に示すように、フッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等の屈折率を低くするドーパントがドープされた石英で形成されたドープ低屈折率層１２１のみで構成されていてもよく、また、図４（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）にそれぞれ示すように、かかるドーパントがドープされた石英で形成された内層、中間層、又は外層のドープ低屈折率層１２１とそれ以外のノンドープ高屈折率層１２２とを有して構成されていてもよい。ドープ低屈折率層１２１の軟化温度は例えば１４００〜１６００℃であり、ノンドープ高屈折率層１２２の軟化温度は例えば１６００〜１７００℃である。ドープ低屈折率層１２１の屈折率は例えば波長０．９７５μｍの光に対して約１．４０４であり、ノンドープ高屈折率層１２２の屈折率は例えば波長０．９７５μｍの光に対して約１．４４７である。結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１がパイプ材１２０内で最密状に束ねられて溶融一体化していることが好ましいが、パイプ材１２０内でファイバ間に間隔を有して束ねられて溶融一体化したものであってもよい。結合部１３０は、均一な太さに形成されていてもよく、また、被接続先の形状に対応するように端部に向かって先細り状に形成されていてもよい。結合部１３０は、例えば、長さが５〜３０ｍｍ、及び外径が４００〜１４００μｍである。
【００２５】
図４（ａ）に示すドープ低屈折率層１２１のみで構成されたパイプ材１２０の場合には、結合部１３０は、図５（ａ）に示すように、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂ同士が結合したクラッド結合部１３１内に相互に間隔をおいて複数のコア１１１ａが配設され、そして、それらを被覆するようにパイプ材１２０による低屈折率層１３２が設けられた構成となる。低屈折率層１３２の厚さは例えば２５〜２００μｍである。
【００２６】
図４（ｂ）に示す内層がドープ低屈折率層１２１で且つその外側の外層がノンドープ高屈折率層１２２に構成されたパイプ材１２０の場合には、結合部１３０は、図５（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂ同士が結合したクラッド結合部１３１内に相互に間隔をおいて複数のコア１１１ａが配設され、そして、それらを被覆するようにパイプ材１２０の内周側部分である内層による低屈折率層１３２が設けられ、さらにそれを被覆するようにパイプ材１２０の外周側部分である外層によるサポート層１３３が設けられた構成となる。低屈折率層１３２の厚さは例えば５〜１００μｍである。
【００２７】
図４（ｃ）に示す中間層がドープ低屈折率層１２１で且つその内側の内層及び外側の外層がノンドープ高屈折率層１２２に構成されたパイプ材１２０の場合には、結合部１３０は、図５（ｃ）に示すように、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂ同士が結合したクラッド結合部１３１内に相互に間隔をおいて複数のコア１１１ａが配設され、そして、それらを被覆するようにパイプ材１２０の内周側部分である内層によるノンドープ中間層１３４が設けられ、また、それを被覆するようにパイプ材１２０の中間層による低屈折率層１３２が設けられ、さらにそれを被覆するようにパイプ材１２０の外周側部分である外層によるサポート層１３３が設けられた構成となる。低屈折率層１３２の厚さは例えば５〜１００μｍである。
【００２８】
図４（ｄ）に示す内層がノンドープ部分１２２で且つその外側の外層がドープ部分１２１に構成されたパイプ材１２０の場合には、結合部１３０は、図５（ｄ）に示すように、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂ同士が結合したクラッド結合部１３１内に相互に間隔をおいて複数のコア１１１ａが配設され、そして、それらを被覆するようにパイプ材１２０の内周側部分である内層によるノンドープ中間層１３４が設けられ、さらにそれを被覆するようにパイプ材１２０の外周側部分である外層による低屈折率層１３２が設けられた構成となる。低屈折率層１３２の厚さは例えば５〜１００μｍである。
【００２９】
以上の本実施形態の光コンバイナ１００の構成において、パイプ材１２０自体又はその内周側部分である内層の軟化温度は複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂの軟化温度以下であることが好ましい。かかる構成によれば、溶融加工時に、クラッド１１１ｂよりも早く溶融したパイプ材１２０又はその内周側部分である内層が光ファイバ１１１間の空隙に流れ込み、それによって光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの構造の崩れを抑制することができる。従って、光ファイバ１１１間での光の移行を抑制することができ、例えばレンズ系に出射するときの出射パターンにムラが生じるのを抑制することができる。
【００３０】
パイプ材１２０自体又はその内周側部分である内層は、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂと屈折率が同一であることが好ましく、また、複数の光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂと同一の材料で形成されていてもよい。
【００３１】
また、パイプ材１２０自体又はその外周側部分である外層は、パイプ材１２０のその他の部分並びに複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂよりも軟化温度が高いことが好ましい。かかる構成によれば、溶融加工時に、パイプ材１２０又はその外周側部分である外層が最も溶融しにくく、それによってパイプ材１２０の外形を保形した状態で結合部１３０を形成することができる。
【００３２】
以上の本実施形態の光コンバイナ１００は、複数の光ファイバ１１１に光源或いはファイバレーザ等から光を入射し、それを伝搬して結合部１３０から出射する用途で用いることができるが、結合部１３０に光源から光を入射し、それを伝搬して複数の光ファイバ１１１から分配して出射する用途でも用いることができる。
【００３３】
本実施形態の光コンバイナ１００は、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において被覆層１１２を剥がし、図６に示すように、複数の光ファイバ１１１の一端部をパイプ材１２０によって束ね、それらを加熱して溶融一体化させて結合部１３０を形成し、そして、その部分を劈開して端面を形成すると共にその端面を研磨することにより製造することができる。このとき、パイプ材１２０内には空隙が形成されないようにすることが好ましく、そのために、光ファイバ１１１を最密充填状に設けることが好ましく、ファイバ間の隙間にクラッド１１１ｂと同一材質の充填材を設けてもよい。また、パイプ材１２０内を減圧することが好ましく、その圧力は例えば０．０１〜０．１ＭＰａである。加熱手段としては、例えばトーチや炭酸ガスレーザー等が挙げられる。加熱温度は、光ファイバ１１１及びパイプ材１２０の材質等にもよるが、例えば１４００〜１８００℃である。パイプ材１２０自体又はその外周側部分である外層の軟化温度がパイプ材１２０のその他の部分並びに複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの軟化温度よりも高い場合には、パイプ材１２０の外形を保形した状態で結合部１３０を形成する観点から、加熱温度を前者と後者の中間の温度とすることが好ましい。
【００３４】
以上の構成の本実施形態の光コンバイナ１００によれば、光ファイバ１１１のコア１１１ａよりも屈折率が低い層を有するパイプ材１２０を用い、それによって複数の光ファイバ１１１の一端部を束ね、それらを溶融一体化して結合部１３０を形成するといった簡単な加工により製造することができ、また、パイプ材１２０が光ファイバ１１１のコア１１１ａよりも屈折率が低い層を有し、それによる光の閉じ込め作用により結合部１３０の側面からの光の漏れを抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、一端部に結合部を有する耐光コンバイナ１００を例としたが、特にこれに限定されるものではなく、両端部に結合部を有する耐熱バンドル等であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では結合部１３０を出射端としたが、特にこれに限定されるものではなく、結合部１３０を出射端に他の光ファイバ心線が接続された構成であってもよく、また、純粋石英等の単一材からなるロッド材を接続すれば光結合デバイスを構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は光ファイバの多芯結合構造及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  光コンバイナ（光ファイバの多芯結合構造）
１１０  光ファイバ心線
１１１  光ファイバ
１１１ａ  コア
１１１ｂ  クラッド
１１２  被覆層
１２０  パイプ材
１２１  ドープ低屈折率層  
１２２  ノンドープ高屈折率層
１３０  結合部
１３１  クラッド結合部
１３２  低屈折率層
１３３  サポート層
１３４  ノンドープ中間層
【図１】
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【図２】
2011022540.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011022540.tif 000006
【図５】
2011022540.tif 000007
【図６】
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