(57)【要約】【課題】光ファイバの多芯結合構造における結合部から出射される光の品質が損なわれるのを抑制すると共に、光の漏れによる損失を低く抑える。【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１１１ｂとを有する複数の光ファイバ１１１の一端部が束ねられて構成された結合部１３０を備える。結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１と共にそれらよりも細い複数のロッド材１２０が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されている。【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束ねられて構成された結合部を備えた光ファイバの多芯結合構造であって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されてい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、
上記結合部は、上記複数の光ファイバ及び上記複数のロッド材の束がパイプ材内に収容され、それらが溶融一体化して形成されている光ファイバの多芯結合構造。
【請求項３】
請求項２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４】
請求項１乃至３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、
上記パイプ材は、少なくとも内周側部分の屈折率が上記複数の光ファイバのクラッドの屈折率と同一である光ファイバの多芯結合構造。
【請求項５】
請求項１乃至４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、
上記パイプ材は、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コア及びクラッドの軟化温度よりも低い光ファイバの多芯結合構造。
【請求項６】
請求項１乃至５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、
上記複数の光ファイバは、レーザー伝送用の光ファイバと、レーザー伝送用以外の用途の光ファイバ及び/又は不使用の光ファイバと、を含む光ファイバの多芯結合構造。
【請求項７】
請求項１乃至６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、
上記複数のロッド材は、上記複数の光ファイバよりも細い細径光ファイバを含む光ファイバの多芯結合構造。
【請求項８】
請求項７に記載された光ファイバの多芯結合構造において、
上記複数の光ファイバはレーザー伝送用の光ファイバを含み、
上記細径光ファイバはレーザー伝送用以外の用途の光ファイバである光ファイバの多芯結合構造。
【請求項９】
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複数のロッド材と共に束ね、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。
【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】
レーザーガイドを用いたレーザー加工機をハイパワー化する方法として、複数の光ファイバの一端部を束ねた結合部を有する光コンバイナを構成し、そして、それらの他端部に同一性能のレーザー発振器をそれぞれ接続してレーザーを入力することにより、結合部の出射端から複数のレーザー発振器からのレーザーを纏めて出射させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の光ファイバの一端部を束ねて接着剤で固定することにより結合部を構成したのでは、ハイパワーレーザーの熱によって接着剤が焼け、それによってレーザーガイドが破損してしまう場合がある。
【０００５】
また、接着剤を使用せず、複数の光ファイバの一端部を束ねて機械的に固定することにより結合部を構成したのでは、光ファイバ間の隙間に塵や埃が入り込んだとき、実質的にそれらを除去することができないため、ハイパワーレーザーの熱によってそれらの塵や埃が焼け、それによってレーザーガイドが破損してしまう場合がある。
【０００６】
これらの接着剤、或いは、塵や埃の焼けによるレーザーガイドの破損の問題は、複数の光ファイバの一端部を束ねて溶融一体化して結合部を構成することにより解決することができる。
【０００７】
しかしながら、図１３に示すように、光コンバイナ１００’において、複数の光ファイバ１１１’の一端部を束ねて溶融一体化して結合部１３０’を形成した場合、その結合部１３０’において各光ファイバ１１１’のコア１１１ａ’の断面形状の円形が変形し、その変形部分において断面円形の光ファイバ１１１の開口数以上に光が広がってしまい、そのため、レーザーの品質が損なわれると共に、断面円形の光ファイバのバンドルの開口数と同じ開口数の光ファイバに接続すると、開口数以上に広がった光が接続した光ファイバから漏れて損失を生じてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、光ファイバの多芯結合構造における結合部から出射される光の品質が損なわれるのを抑制すると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光ファイバの多芯結合構造は、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束ねられて構成された結合部を備えたものであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されている。
【００１０】
本発明の光ファイバの多芯結合構造の製造方法は、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複数のロッド材と共に束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、結合部が複数の光ファイバと共にそれらよりも細い複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されているので、光ファイバ間の空隙にロッド材が介在することにより光ファイバの溶融による流動が規制され、それによって光ファイバの断面形状の変形が小さく抑えられ、その結果、結合部から出射される光の品質が損なわれるのを抑制することができると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１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】実施形態１の光コンバイナにおける結合部の端面の正面図である。
【図４】実施形態１の光コンバイナの結合部の端面写真である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はパイプ材を用いた場合の結合部の端面の正面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はパイプ材の横断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は図５（ａ）及び（ｂ）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８】実施形態１の光コンバイナの製造方法の説明図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はパイプ材に光ファイバ及びロッド材を充填した状態を示す断面図である。
【図１０】実施形態２の光コンバイナを示す斜視図である。
【図１１】実施形態２の光コンバイナにおける結合部の端面の正面図である。
【図１２】細径光ファイバ心線を示す斜視図である。
【図１３】従来の光コンバイナの結合部の端面写真である。
【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】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバの多芯結合構造の光コンバイナ１００を示す。この実施形態１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】
実施形態１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２〜３７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。
【００１８】
光ファイバ１１１は、ファイバ中心に設けられた相対的に高屈折率なコア１１１ａとそれを被覆するように同心状に設けられた相対的に低屈折率なクラッド１１１ｂとを有する。光ファイバ１１１のファイバ径は例えば１００〜１５００μｍである。
【００１９】
コア１１１ａは、石英で形成されていることが好ましい。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の軟化温度は約１７００℃である。コア径は例えば５０〜１２００μｍである。
【００２０】
クラッド１１１ｂは、石英で形成されていることが好ましい。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）やボロン（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の軟化温度は約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よりも屈折率が低い。クラッド１１１ｂの厚さは例えば１０〜１５０μｍである。
【００２１】
被覆層１１２は例えば内側からシリコン樹脂層及びポリアミド樹脂層が順に積層された二重層に形成されている。この構成では、ハイパワーレーザーを伝送する場合、被覆層１１２の屈折率が高いと、漏れ光で焼損する可能性があることから、少なくともシリコン樹脂層は、クラッド１１１ｂよりも低屈折率であることが好ましい。
【００２２】
実施形態１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と共にそれらよりも細い複数のロッド材１２０が束ねられ、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。この結合部１３０は、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂとロッド材１２０とが一体となって形成されたクラッド結合部１３１内に複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａが間隔をおいて配設された構成を有する。
【００２３】
図１３に示すように、複数の光ファイバ１１１’の一端部を束ねて溶融一体化して結合部１３０’を形成した従来の光コンバイナ１００’では、結合部１３０’において各光ファイバ１１１’のコア１１１ａ’の断面形状の円形が変形し、その結果、その変形部分において光ファイバ１１１の開口数以上に光が広がってしまうこととなる。しかしながら、この実施形態１の光コンバイナ１００では、結合部１３０が複数の光ファイバ１１１と共にそれらよりも細い複数のロッド材１２０が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されているので、図４に示すように、光ファイバ１１１間の空隙にロッド材１２０が介在することにより光ファイバ１１１、特にクラッド１１１ｂの溶融による流動が規制され、それによって光ファイバ１１１の断面形状の変形が小さく抑えられ、その結果、結合部１３０から出射される光の品質が損なわれるのを抑制することができると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることができる。
【００２４】
複数のロッド材１２０は、材質や形状等が同一のロッド材１２０で構成されていてもよく、また、それらが異なるロッド材１２０が混在して構成されていてもよい。図３に示す構成では、光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に大径のロッド材１２０が設けられ、光ファイバ１１１の束の内側の光ファイバ１１１間に小径のロッド材１２０が設けられている。ロッド材１２０は、石英で形成されていることが好ましく、均一なクラッド結合部１３１を形成する観点から、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂと同一の材質で形成されていてもよい。石英製のロッド材１２０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く、また、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い。ロッド材１２０の断面形状は円形であってもよく、また、三角形等の多角形であってもよい。ロッド材１２０の軟化温度は、約１７００℃であるが、光ファイバ１１１が溶融する前に流動を開始させて光ファイバ１１１間の隙間を封じ、それによって光ファイバ１１１の変形を規制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの軟化温度以下であることが好ましい。ロッド材１２０の屈折率は、均一なクラッド結合部１３１を形成する観点から、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂの屈折率と同一であることが好ましい。ロッド材１２０は、例えば、コア径が４００μｍで７芯の場合、外径が約１５０μｍであるが、最密充填状態に設けた複数の光ファイバ１１１において形成される光ファイバ１１１間の間隙に収容される大きさであることが好ましい。
【００２５】
結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０が規則的に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、不規則に束ねられて溶融一体化していてもよい。
【００２６】
結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０の束を溶融一体化したものがパイプ材１４０内に収容された構成であってもよい。
【００２７】
パイプ材１４０は、石英で形成されていることが好ましく、また、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１４０は、例えば、コア径が４００μｍで７芯の場合、長さが３０〜１００ｍｍ、外径が１．４０〜２．００ｍｍ、また、コア径が１２００μｍで４芯の場合、長さが３０〜１００ｍｍ、外径が４．００〜５．００ｍｍである。
【００２８】
結合部１３０は、図５（ａ）に示すように、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０がパイプ材１４０で束ねられてそれらが一体化した構成であってもよく、また、図５（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ１１１が一体化した部分１３０ａに別体のパイプ材１４０が被せられた構成であってもよい。
【００２９】
結合部１３０はエアクラッドにより光の閉じ込め作用が機能するが、パイプ材１４０が用いられた構成の場合には、より高い光の閉じ込め効果を得る観点から、パイプ材１４０が複数の光ファイバ１１１を形成する材料よりも低屈折率な材料で形成された層を有することが好ましい。具体的には、例えば、パイプ材１４０は、図６（ａ）に示すように、Ｆ（フッ素）やＢ（ボロン）等の屈折率を下げ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１４１のみで構成されていてもよく、また、図６（ｂ）に示すように、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のドープ低屈折率層１４１と外層のノンドープ高屈折率層１４２とを有して構成されていてもよい。なお、図６（ａ）に示す構成において、パイプ材１４０はドーパントがドープされていないノンドープ石英で形成されていてもよい。
【００３０】
図６（ａ）に示すドープ低屈折率層１４１のみで構成されたパイプ材１４０の場合には、結合部１３０は、図７（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１４０のドープ低屈折率層１４１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５０〜５００μｍである。
【００３１】
図６（ｂ）に示す内層がドープ低屈折率層１４１で且つその外側の外層がノンドープ高屈折率層１４２に構成されたパイプ材１４０の場合には、結合部１３０は、図７（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１４０の内周側部分である内層のドープ低屈折率層１４１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１４０の外周側部分である外層のノンドープ高屈折率層１４２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１０〜１００μｍである。
【００３２】
以上の実施形態１の光コンバイナ１００の構成において、パイプ材１４０自体又は少なくとも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のコア１１１ａ及びクラッド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１４０又はその内周側部分である内層のドープ低屈折率層１４１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。
【００３３】
パイプ材１４０自体又は少なくともその内周側部分である内層（図６（ｂ）のドープ低屈折率層１４１）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く、一方、光ファイバ１１１よりも早く溶融して光ファイバ１１１間の空隙に流れ込み、それによってコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの構造の崩れを抑制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂよりも軟化温度が低い材料で形成されていてもよい。
【００３４】
また、パイプ材１４０自体又はその外周側部分である外層（図６（ｂ）のノンドープ高屈折率層１４２）は、パイプ材１４０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１４０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１４０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。
【００３５】
実施形態１の光コンバイナ１００は、パイプ材１４０を用いない図３に示す構成の場合、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、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０を束ねた状態で加熱し、それによってそれらを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。
【００３６】
また、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０がパイプ材１４０で束ねられてそれらが一体化した図５（ａ）に示す構成の場合、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８に示すように、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０をパイプ材１４０に挿入して束ねた状態で加熱し、それによってそれらを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。
【００３７】
さらに、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０が一体化した部分に別体のパイプ材１４０が被せられた図５（ｂ）に示す構成の場合、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、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０を束ねた状態で加熱し、それによってそれらを溶融一体化させ、そして、そこにパイプ材１４０を被せて結合部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。
【００３８】
なお、上記の加熱手段としては、例えばトーチや炭酸レーザー等が挙げられる。加熱温度は、光ファイバ１１１の材質等にもよるが、例えば１２００〜２０００℃である。
【００３９】
実施形態１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。
【００４０】
また、実施形態１の光コンバイナ１００において、複数の光ファイバ１１１の全てをレーザー伝送用に使用してもよいが、かかる使用法以外に、それらの一部のみをレーザー伝送用に使用し、その他を例えばレーザーのモニタ用等のレーザー伝送用以外の用途に用いてもよい。
【００４１】
さらに、特に複数の光ファイバ１１１を最密充填状に設けた構成の場合に、複数の光ファイバ１１１の一部のみをレーザー伝送用に使用し、その他のうち全部又は一部に不使用の光ファイバ１１１を含んでいてもよい。レーザー伝送用に例えば２本乃至３本の光ファイバ１１１が必要である場合、上記方法により２本乃至３本の光ファイバ１１１及びロッド材１２０により結合部１３０を形成したものでは、光ファイバ１１１及びロッド材１２０の束の横断面における光ファイバ１１１の占積率が低くなるため、ロッド材１２０による光ファイバ１１１の断面形状の変形抑制効果は相対的に低いものとなってしまう。しかしながら、かかる場合でも、例えば７本の光ファイバ１１１とロッド材１２０とにより結合部１３０を形成し、そのうちの２本乃至３本の光ファイバ１１１をレーザー伝送用に使用するようにすれば、光ファイバ１１１及びロッド材１２０の束の横断面における光ファイバ１１１の占積率が高くなるため、ロッド材１２０による光ファイバ１１１の断面形状の変形抑制効果は相対的に高くなり、変形の極めて少ない光ファイバ１１１によりレーザー伝送を行うことができる。また、レーザー伝送用に使用した２本乃至３本の光ファイバ１１１に故障が生じたような場合には、残りの不使用の光ファイバ１１１を代替として使用することもできる。
【００４２】
ここで、パイプ材１４０に、各々、ファイバ径が１ｍｍである複数の光ファイバ１１１を、それらの束が内接するように充填すると共に、パイプ材１４０と光ファイバ１１１の束との間、及び最密充填されていない光ファイバ１１１間に嵌るように複数のロッド材１２０を充填したときの横断面における光ファイバ１１１の占積率について説明する。
【００４３】
表１は、図９（ａ）に示すように２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合、図９（ｂ）に示すように３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合、図９（ｃ）に示すように４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合、並びに図９（ｄ）に示すように７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合のそれぞれについて、パイプ材１４０に複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０を充填した状態での横断面におけるパイプ材内空隙占積率及びパイプ材内光ファイバ占積率の計算結果を示す。
【００４４】
【表１】
2011034040.tif 000003
【００４５】
パイプ材内空隙占積率は、２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合が２８％、３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合が２０％、４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合が１７％、並びに７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合が１４％である。
【００４６】
パイプ材内光ファイバ占積率は、２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合が５０％、３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合が６５％、４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合が６９％、並びに７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合が７８％である。
【００４７】
この結果によれば、光ファイバ１１１の本数が多くなるのに伴って、パイプ材内空隙占積率は低く、一方、パイプ材内光ファイバ占積率は高くなることが分かる。
【００４８】
（実施形態２）
図１０及び１１は、実施形態２に係る光ファイバの多芯結合構造の光コンバイナ１００を示す。この実施形態２の光コンバイナ１００も、例えば、複数のレーザー発振器等からのレーザーを集めて出射するために用いられる光デバイスである。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００４９】
実施形態２の光コンバイナ１００では、実施形態１の光コンバイナ１００において、光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に設けられた大径のロッド材１２０に代わって光ファイバ１１１よりも細い細径光ファイバ１５１が設けられた構成を有する。具体的には、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が束ねられると共に、それらよりも細い複数の細径光ファイバ心線１５０（ロッド材）の一端部において、各々、被覆層１５２が剥がされた複数の細径光ファイバ１５１が光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に配され、また、光ファイバ１１１の束の内側の光ファイバ１１１間にロッド材１２０が配されるように束ねられ、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。これらの複数の細径光ファイバ１５１は、レーザーのモニタ用等、レーザー伝送用以外の用途として用いることができる。
【００５０】
図１２は細径光ファイバ心線１５０を示す。
【００５１】
複数の細径光ファイバ心線１５０は、同一の細径光ファイバ心線１５０で構成されていてもよく、また、異なる細径光ファイバ心線１５０が混在して構成されていてもよい。複数の細径光ファイバ心線１５０のそれぞれは、細径光ファイバ１５１が被覆層１５２で被覆された構成を有する。
【００５２】
細径光ファイバ１５１は、ファイバ中心に設けられた相対的に高屈折率なコア１５１ａとそれを被覆するように同心状に設けられた相対的に低屈折率なクラッド１５１ｂとを有する。細径光ファイバ１５１のファイバ径は例えば１００〜５００μｍである。
【００５３】
コア１５１ａは、石英で形成されていることが好ましい。石英製のコア１５１ａ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１５１ａの軟化温度は約１７００℃である。コア径は例えば５０〜４００μｍである。
【００５４】
クラッド１５１ｂは、石英で形成されていることが好ましい。石英製のクラッド１５１ｂ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）やボロン（Ｂ）等のドーパントがドープされていてもよい。クラッド１５１ｂの軟化温度は、光ファイバ１１１が溶融する前に流動を開始させて光ファイバ１１１間の隙間を封じ、それによって光ファイバ１１１の変形を規制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの軟化温度以下であることが好ましい。クラッド１５１ｂは、相対的に低屈折率であって、コア１５１ａよりも屈折率が低い。クラッド１５１ｂの厚さは例えば２５〜２２５μｍである。
【００５５】
被覆層１５２は例えば紫外線硬化型のアクリル樹脂等で形成されている。
【００５６】
その他の構成及び製造方法、並びに作用効果は実施形態１と同一である。
【００５７】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、一端部に結合部１３０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。
【００５８】
また、上記実施形態１及び２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石英ロッド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】
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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  ロッド材
１３０  結合部
１３１  クラッド結合部
１３２  低屈折率層
１３３  サポート層
１４０  パイプ材
１４１  ドープ低屈折率層（内周側部分）
１４２  ノンドープ高屈折率層
１５０  細径光ファイバ心線
１５１  細径光ファイバ（ロッド材）
１５１ａ  コア
１５１ｂ  クラッド
１５２  被覆層
【図１】
2011034040.tif 000004
【図２】
2011034040.tif 000005
【図３】
2011034040.tif 000006
【図５】
2011034040.tif 000007
【図６】
2011034040.tif 000008
【図７】
2011034040.tif 000009
【図８】
2011034040.tif 000010
【図９】
2011034040.tif 000011
【図１０】
2011034040.tif 000012
【図１１】
2011034040.tif 000013
【図１２】
2011034040.tif 000014
【図４】
2011034040.tif 000015
【図１３】
2011034040.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光コンバイナ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーガイドを用いたレーザー加工機をハイパワー化する方法として、複数の光ファイバの一端部を束ねた結合部を有する光コンバイナを構成し、そして、それらの他端部に同一性能のレーザー発振器をそれぞれ接続してレーザーを入力することにより、結合部の出射端から複数のレーザー発振器からのレーザーを纏めて出射させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の光ファイバの一端部を束ねて接着剤で固定することにより結合部を構成したのでは、ハイパワーレーザーの熱によって接着剤が焼け、それによってレーザーガイドが破損してしまう場合がある。
【０００５】
また、接着剤を使用せず、複数の光ファイバの一端部を束ねて機械的に固定することにより結合部を構成したのでは、光ファイバ間の隙間に塵や埃が入り込んだとき、実質的にそれらを除去することができないため、ハイパワーレーザーの熱によってそれらの塵や埃が焼け、それによってレーザーガイドが破損してしまう場合がある。
【０００６】
これらの接着剤、或いは、塵や埃の焼けによるレーザーガイドの破損の問題は、複数の光ファイバの一端部を束ねて溶融一体化して結合部を構成することにより解決することができる。
【０００７】
しかしながら、図１３に示すように、光コンバイナ１００’において、複数の光ファイバ１１１’の一端部を束ねて溶融一体化して結合部１３０’を形成した場合、その結合部１３０’において各光ファイバ１１１’のコア１１１ａ’の断面形状の円形が変形し、その変形部分において断面円形の光ファイバ１１１の開口数以上に光が広がってしまい、そのため、レーザーの品質が損なわれると共に、断面円形の光ファイバのバンドルの開口数と同じ開口数の光ファイバに接続すると、開口数以上に広がった光が接続した光ファイバから漏れて損失を生じてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、光コンバイナにおける結合部から出射される光の品質が損なわれるのを抑制すると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることである。
【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ノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されている。
【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石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、且つ該複数の光ファイバ及び該複数のロッド材の束が、屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された層を有する石英製のパイプ材内に収容され、それらが溶融一体化して形成されている。
【００１１】
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石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成され、
上記複数のロッド材は、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の細径光ファイバを含む。
【００１２】
本発明は、各々、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法である。
【００１３】
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石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、該複数の光ファイバ及び該複数のロッド材の束を、屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された層を有する石英製のパイプ材内に収容し、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法である。
【００１４】
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石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法であって、
上記複数のロッド材は、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の細径光ファイバを含む光コンバイナの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、結合部が複数の光ファイバと共にそれらよりも細い複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されているので、光ファイバ間の空隙にロッド材が介在することにより光ファイバの溶融による流動が規制され、それによって光ファイバの断面形状の変形が小さく抑えられ、その結果、結合部から出射される光の品質が損なわれるのを抑制することができると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１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】実施形態１の光コンバイナにおける結合部の端面の正面図である。
【図４】実施形態１の光コンバイナの結合部の端面写真である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はパイプ材を用いた場合の結合部の端面の正面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はパイプ材の横断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は図５（ａ）及び（ｂ）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８】実施形態１の光コンバイナの製造方法の説明図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はパイプ材に光ファイバ及びロッド材を充填した状態を示す断面図である。
【図１０】実施形態２の光コンバイナを示す斜視図である。
【図１１】実施形態２の光コンバイナにおける結合部の端面の正面図である。
【図１２】細径光ファイバ心線を示す斜視図である。
【図１３】従来の光コンバイナの結合部の端面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバの多芯結合構造の光コンバイナ１００を示す。この実施形態１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を集めて出射するために用いられる光デバイスである。
【００１９】
実施形態１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２〜３７本である（図１では７本）。
【００２０】
図２は光ファイバ心線１１０を示す。
【００２１】
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。
【００２２】
光ファイバ１１１は、ファイバ中心に設けられた相対的に高屈折率なコア１１１ａとそれを被覆するように同心状に設けられた相対的に低屈折率なクラッド１１１ｂとを有する。光ファイバ１１１のファイバ径は例えば１００〜１５００μｍである。
【００２３】
コア１１１ａは、石英で形成されていることが好ましい。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の軟化温度は約１７００℃である。コア径は例えば５０〜１２００μｍである。
【００２４】
クラッド１１１ｂは、石英で形成されていることが好ましい。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）やボロン（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の軟化温度は約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よりも屈折率が低い。クラッド１１１ｂの厚さは例えば１０〜１５０μｍである。
【００２５】
被覆層１１２は例えば内側からシリコン樹脂層及びポリアミド樹脂層が順に積層された二重層に形成されている。この構成では、ハイパワーレーザーを伝送する場合、被覆層１１２の屈折率が高いと、漏れ光で焼損する可能性があることから、少なくともシリコン樹脂層は、クラッド１１１ｂよりも低屈折率であることが好ましい。
【００２６】
実施形態１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と共にそれらよりも細い複数のロッド材１２０が束ねられ、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。この結合部１３０は、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂとロッド材１２０とが一体となって形成されたクラッド結合部１３１内に複数の光ファイバ１１１のコア１１１ａが間隔をおいて配設された構成を有する。
【００２７】
図１３に示すように、複数の光ファイバ１１１’の一端部を束ねて溶融一体化して結合部１３０’を形成した従来の光コンバイナ１００’では、結合部１３０’において各光ファイバ１１１’のコア１１１ａ’の断面形状の円形が変形し、その結果、その変形部分において光ファイバ１１１の開口数以上に光が広がってしまうこととなる。しかしながら、この実施形態１の光コンバイナ１００では、結合部１３０が複数の光ファイバ１１１と共にそれらよりも細い複数のロッド材１２０が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されているので、図４に示すように、光ファイバ１１１間の空隙にロッド材１２０が介在することにより光ファイバ１１１、特にクラッド１１１ｂの溶融による流動が規制され、それによって光ファイバ１１１の断面形状の変形が小さく抑えられ、その結果、結合部１３０から出射される光の品質が損なわれるのを抑制することができると共に、光の漏れによる損失を低く抑えることができる。
【００２８】
複数のロッド材１２０は、材質や形状等が同一のロッド材１２０で構成されていてもよく、また、それらが異なるロッド材１２０が混在して構成されていてもよい。図３に示す構成では、光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に大径のロッド材１２０が設けられ、光ファイバ１１１の束の内側の光ファイバ１１１間に小径のロッド材１２０が設けられている。ロッド材１２０は、石英で形成されていることが好ましく、均一なクラッド結合部１３１を形成する観点から、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂと同一の材質で形成されていてもよい。石英製のロッド材１２０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く、また、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い。ロッド材１２０の断面形状は円形であってもよく、また、三角形等の多角形であってもよい。ロッド材１２０の軟化温度は、約１７００℃であるが、光ファイバ１１１が溶融する前に流動を開始させて光ファイバ１１１間の隙間を封じ、それによって光ファイバ１１１の変形を規制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの軟化温度以下であることが好ましい。ロッド材１２０の屈折率は、均一なクラッド結合部１３１を形成する観点から、光ファイバ１１１のクラッド１１１ｂの屈折率と同一であることが好ましい。ロッド材１２０は、例えば、コア径が４００μｍで７芯の場合、外径が約１５０μｍであるが、最密充填状態に設けた複数の光ファイバ１１１において形成される光ファイバ１１１間の間隙に収容される大きさであることが好ましい。
【００２９】
結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０が規則的に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、不規則に束ねられて溶融一体化していてもよい。
【００３０】
結合部１３０は、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０の束を溶融一体化したものがパイプ材１４０内に収容された構成であってもよい。
【００３１】
パイプ材１４０は、石英で形成されていることが好ましく、また、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１４０は、例えば、コア径が４００μｍで７芯の場合、長さが３０〜１００ｍｍ、外径が１．４０〜２．００ｍｍ、また、コア径が１２００μｍで４芯の場合、長さが３０〜１００ｍｍ、外径が４．００〜５．００ｍｍである。
【００３２】
結合部１３０は、図５（ａ）に示すように、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０がパイプ材１４０で束ねられてそれらが一体化した構成であってもよく、また、図５（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ１１１が一体化した部分１３０ａに別体のパイプ材１４０が被せられた構成であってもよい。
【００３３】
結合部１３０はエアクラッドにより光の閉じ込め作用が機能するが、パイプ材１４０が用いられた構成の場合には、より高い光の閉じ込め効果を得る観点から、パイプ材１４０が複数の光ファイバ１１１を形成する材料よりも低屈折率な材料で形成された層を有することが好ましい。具体的には、例えば、パイプ材１４０は、図６（ａ）に示すように、Ｆ（フッ素）やＢ（ボロン）等の屈折率を下げ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１４１のみで構成されていてもよく、また、図６（ｂ）に示すように、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のドープ低屈折率層１４１と外層のノンドープ高屈折率層１４２とを有して構成されていてもよい。なお、図６（ａ）に示す構成において、パイプ材１４０はドーパントがドープされていないノンドープ石英で形成されていてもよい。
【００３４】
図６（ａ）に示すドープ低屈折率層１４１のみで構成されたパイプ材１４０の場合には、結合部１３０は、図７（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１４０のドープ低屈折率層１４１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５０〜５００μｍである。
【００３５】
図６（ｂ）に示す内層がドープ低屈折率層１４１で且つその外側の外層がノンドープ高屈折率層１４２に構成されたパイプ材１４０の場合には、結合部１３０は、図７（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１４０の内周側部分である内層のドープ低屈折率層１４１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１４０の外周側部分である外層のノンドープ高屈折率層１４２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１０〜１００μｍである。
【００３６】
以上の実施形態１の光コンバイナ１００の構成において、パイプ材１４０自体又は少なくとも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のコア１１１ａ及びクラッド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１４０又はその内周側部分である内層のドープ低屈折率層１４１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。
【００３７】
パイプ材１４０自体又は少なくともその内周側部分である内層（図６（ｂ）のドープ低屈折率層１４１）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く、一方、光ファイバ１１１よりも早く溶融して光ファイバ１１１間の空隙に流れ込み、それによってコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの構造の崩れを抑制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂよりも軟化温度が低い材料で形成されていてもよい。
【００３８】
また、パイプ材１４０自体又はその外周側部分である外層（図６（ｂ）のノンドープ高屈折率層１４２）は、パイプ材１４０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１４０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１４０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。
【００３９】
実施形態１の光コンバイナ１００は、パイプ材１４０を用いない図３に示す構成の場合、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、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０を束ねた状態で加熱し、それによってそれらを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。
【００４０】
また、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０がパイプ材１４０で束ねられてそれらが一体化した図５（ａ）に示す構成の場合、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８に示すように、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０をパイプ材１４０に挿入して束ねた状態で加熱し、それによってそれらを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。
【００４１】
さらに、複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０が一体化した部分に別体のパイプ材１４０が被せられた図５（ｂ）に示す構成の場合、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、複数の光ファイバ１１１の一端部及び複数のロッド材１２０を束ねた状態で加熱し、それによってそれらを溶融一体化させ、そして、そこにパイプ材１４０を被せて結合部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。
【００４２】
なお、上記の加熱手段としては、例えばトーチや炭酸レーザー等が挙げられる。加熱温度は、光ファイバ１１１の材質等にもよるが、例えば１２００〜２０００℃である。
【００４３】
実施形態１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。
【００４４】
また、実施形態１の光コンバイナ１００において、複数の光ファイバ１１１の全てをレーザー伝送用に使用してもよいが、かかる使用法以外に、それらの一部のみをレーザー伝送用に使用し、その他を例えばレーザーのモニタ用等のレーザー伝送用以外の用途に用いてもよい。
【００４５】
さらに、特に複数の光ファイバ１１１を最密充填状に設けた構成の場合に、複数の光ファイバ１１１の一部のみをレーザー伝送用に使用し、その他のうち全部又は一部に不使用の光ファイバ１１１を含んでいてもよい。レーザー伝送用に例えば２本乃至３本の光ファイバ１１１が必要である場合、上記方法により２本乃至３本の光ファイバ１１１及びロッド材１２０により結合部１３０を形成したものでは、光ファイバ１１１及びロッド材１２０の束の横断面における光ファイバ１１１の占積率が低くなるため、ロッド材１２０による光ファイバ１１１の断面形状の変形抑制効果は相対的に低いものとなってしまう。しかしながら、かかる場合でも、例えば７本の光ファイバ１１１とロッド材１２０とにより結合部１３０を形成し、そのうちの２本乃至３本の光ファイバ１１１をレーザー伝送用に使用するようにすれば、光ファイバ１１１及びロッド材１２０の束の横断面における光ファイバ１１１の占積率が高くなるため、ロッド材１２０による光ファイバ１１１の断面形状の変形抑制効果は相対的に高くなり、変形の極めて少ない光ファイバ１１１によりレーザー伝送を行うことができる。また、レーザー伝送用に使用した２本乃至３本の光ファイバ１１１に故障が生じたような場合には、残りの不使用の光ファイバ１１１を代替として使用することもできる。
【００４６】
ここで、パイプ材１４０に、各々、ファイバ径が１ｍｍである複数の光ファイバ１１１を、それらの束が内接するように充填すると共に、パイプ材１４０と光ファイバ１１１の束との間、及び最密充填されていない光ファイバ１１１間に嵌るように複数のロッド材１２０を充填したときの横断面における光ファイバ１１１の占積率について説明する。
【００４７】
表１は、図９（ａ）に示すように２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合、図９（ｂ）に示すように３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合、図９（ｃ）に示すように４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合、並びに図９（ｄ）に示すように７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合のそれぞれについて、パイプ材１４０に複数の光ファイバ１１１及び複数のロッド材１２０を充填した状態での横断面におけるパイプ材内空隙占積率及びパイプ材内光ファイバ占積率の計算結果を示す。
【００４８】
【表１】
2011034040.tif 000017
【００４９】
パイプ材内空隙占積率は、２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合が２８％、３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合が２０％、４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合が１７％、並びに７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合が１４％である。
【００５０】
パイプ材内光ファイバ占積率は、２本の光ファイバ１１１及び２本のロッド材１２０の場合が５０％、３本の光ファイバ１１１及び３本のロッド材１２０の場合が６５％、４本の光ファイバ１１１及び５本のロッド材１２０の場合が６９％、並びに７本の光ファイバ１１１及び６本のロッド材１２０の場合が７８％である。
【００５１】
この結果によれば、光ファイバ１１１の本数が多くなるのに伴って、パイプ材内空隙占積率は低く、一方、パイプ材内光ファイバ占積率は高くなることが分かる。
【００５２】
（実施形態２）
図１０及び１１は、実施形態２に係る光ファイバの多芯結合構造の光コンバイナ１００を示す。この実施形態２の光コンバイナ１００も、例えば、複数のレーザー発振器等からのレーザーを集めて出射するために用いられる光デバイスである。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。
【００５３】
実施形態２の光コンバイナ１００では、実施形態１の光コンバイナ１００において、光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に設けられた大径のロッド材１２０に代わって光ファイバ１１１よりも細い細径光ファイバ１５１が設けられた構成を有する。具体的には、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が束ねられると共に、それらよりも細い複数の細径光ファイバ心線１５０（ロッド材）の一端部において、各々、被覆層１５２が剥がされた複数の細径光ファイバ１５１が光ファイバ１１１の束の外側の光ファイバ１１１間に配され、また、光ファイバ１１１の束の内側の光ファイバ１１１間にロッド材１２０が配されるように束ねられ、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。これらの複数の細径光ファイバ１５１は、レーザーのモニタ用等、レーザー伝送用以外の用途として用いることができる。
【００５４】
図１２は細径光ファイバ心線１５０を示す。
【００５５】
複数の細径光ファイバ心線１５０は、同一の細径光ファイバ心線１５０で構成されていてもよく、また、異なる細径光ファイバ心線１５０が混在して構成されていてもよい。複数の細径光ファイバ心線１５０のそれぞれは、細径光ファイバ１５１が被覆層１５２で被覆された構成を有する。
【００５６】
細径光ファイバ１５１は、ファイバ中心に設けられた相対的に高屈折率なコア１５１ａとそれを被覆するように同心状に設けられた相対的に低屈折率なクラッド１５１ｂとを有する。細径光ファイバ１５１のファイバ径は例えば１００〜５００μｍである。
【００５７】
コア１５１ａは、石英で形成されていることが好ましい。石英製のコア１５１ａ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１５１ａの軟化温度は約１７００℃である。コア径は例えば５０〜４００μｍである。
【００５８】
クラッド１５１ｂは、石英で形成されていることが好ましい。石英製のクラッド１５１ｂ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）やボロン（Ｂ）等のドーパントがドープされていてもよい。クラッド１５１ｂの軟化温度は、光ファイバ１１１が溶融する前に流動を開始させて光ファイバ１１１間の隙間を封じ、それによって光ファイバ１１１の変形を規制する観点から、光ファイバ１１１のコア１１１ａ及びクラッド１１１ｂの軟化温度以下であることが好ましい。クラッド１５１ｂは、相対的に低屈折率であって、コア１５１ａよりも屈折率が低い。クラッド１５１ｂの厚さは例えば２５〜２２５μｍである。
【００５９】
被覆層１５２は例えば紫外線硬化型のアクリル樹脂等で形成されている。
【００６０】
その他の構成及び製造方法、並びに作用効果は実施形態１と同一である。
【００６１】
（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、一端部に結合部１３０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。
【００６２】
また、上記実施形態１及び２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石英ロッド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】
【００６３】
本発明は光コンバイナ及びその製造方法に関する。
【符号の説明】
【００６４】
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  ロッド材
１３０  結合部
１３１  クラッド結合部
１３２  低屈折率層
１３３  サポート層
１４０  パイプ材
１４１  ドープ低屈折率層（内周側部分）
１４２  ノンドープ高屈折率層
１５０  細径光ファイバ心線
１５１  細径光ファイバ（ロッド材）
１５１ａ  コア
１５１ｂ  クラッド
１５２  被覆層
【手続補正２】
【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】
各々、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成されている光コンバイナ。
【請求項２】
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石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、且つ該複数の光ファイバ及び該複数のロッド材の束が、屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された層を有する石英製のパイプ材内に収容され、それらが溶融一体化して形成されている光コンバイナ。
【請求項３】
請求項２に記載された光コンバイナにおいて、
上記パイプ材の屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された層は、上記複数の光ファイバのコアよりも屈折率が低い光コンバイナ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された光コンバイナにおいて、
上記パイプ材は、少なくとも内周側部分の屈折率が上記複数の光ファイバのクラッドの屈折率と同一である光コンバイナ。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記パイプ材は、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コア及びクラッドの軟化温度よりも低い光コンバイナ。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記パイプ材は、屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された内層のドープ低屈折率層と、ノンドープ石英で形成された外層のノンドープ高屈折率層と、を有する光コンバイナ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記複数の光ファイバは、レーザー伝送用の光ファイバと、レーザー伝送用以外の用途の光ファイバ及び/又は不使用の光ファイバと、を含む光コンバイナ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記複数のロッド材は、上記複数の光ファイバの上記クラッドと同一の材質で形成されている光コンバイナ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記複数のロッド材は、相対的に大径のロッド材と相対的に小径のロッド材とを含む光コンバイナ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記複数のロッド材の軟化温度は、上記複数の光ファイバの上記コア及び上記クラッドの軟化温度以下である光コンバイナ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
上記複数のロッド材の屈折率は、上記複数の光ファイバの上記クラッドの屈折率と同一である光コンバイナ。
【請求項１２】
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石英製の複数の光ファイバの一端部が束ねられて構成された結合部を備えた光コンバイナであって、
上記結合部は、上記複数の光ファイバと共に該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材が束ねられ、それらが溶融一体化して形成され、
上記複数のロッド材は、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の細径光ファイバを含む光コンバイナ。
【請求項１３】
請求項１２に記載された光コンバイナにおいて、
上記複数の光ファイバはレーザー伝送用の光ファイバを含み、
上記細径光ファイバはレーザー伝送用以外の用途の光ファイバである光コンバイナ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載された光コンバイナにおいて、
レーザー加工機に用いられる光コンバイナ。
【請求項１５】
各々、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法。
【請求項１６】
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石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、該複数の光ファイバ及び該複数のロッド材の束を、屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された層を有する石英製のパイプ材内に収容し、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法。
【請求項１７】
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石英製の複数の光ファイバの一端部を、該複数の光ファイバよりも細い石英製の複数のロッド材と共に束ね、それらを溶融一体化させて結合部を形成する光コンバイナの製造方法であって、
上記複数のロッド材は、相対的に高屈折率であるノンドープ石英で形成されたコアとそれを被覆する相対的に低屈折率である屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッドとを有する石英製の細径光ファイバを含む光コンバイナの製造方法。