(57)【要約】【課題】機械的強度が大きく、かつ、クラッドモード光の除去効率が高い光ファイバ構造物を提供する。【解決手段】コア１１とクラッド１２を有する光ファイバ１０と、その軸方向の一部に溶融一体化した概ね軸対称のガラス体２０からなる光ファイバ構造物６０であり、このガラス体２０は光ファイバのクラッド１２より高い屈折率を有しており、さらにこのガラス体２０は光ファイバのクラッド１２よりも低い軟化点を有している。さらに、このガラス体の軸方向における中間部２１が概ね円筒状であり、かつ両端部２２が中間部２１より徐々にガラス体の径方向の肉厚を減少する形状とすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドを有する光ファイバガラスと、その軸方向の一部に溶融一体化した概ね軸対称のガラス体からなる構造物であり、さらに該ガラス体は該光ファイバのクラッドより高い屈折率を有しており、かつ該ガラス体は光ファイバのクラッドよりも低い軟化点を有し、かつ該ガラス体の軸方向における中間部が概ね円筒状であり、かつ該ガラス体の両端部が中間部より徐々に径方向の肉厚を減少する形状であることを特徴とする光ファイバ構造物。
【請求項２】
ガラス体の両端部が徐々に径方向の肉厚を減少し、光ファイバに漸近する形状であることを特徴とする請求項１における光ファイバ構造物。
【請求項３】
ガラス体の少なくとも中間部の軸方向の一部が全周にわたり外周が粗面加工されていることを特徴とする請求項１又は２における光ファイバ構造物。
【請求項４】
ガラス体がホウケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項１又は２又は３における光ファイバ構造物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、光ファイバ構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】    光ファイバは、レーザー光を伝搬し、通信、計測、又は金属等の加工を行う際の伝送媒体として用いられ、光を伝送するガラス製のコアと、コアの外周面を覆うガラス製のクラッドと、コア及びクラッドを保護するプラスチック製の被覆層とを備えている。【０００３】    光ファイバにレーザー光を入射し伝搬させる場合、レーザー光の一部がクラッドに入射される場合がある。クラッドに入射した光はそれがある程度の高エネルギーであった場合、光ファイバの被覆であるプラスチック材料や、光ファイバを固定している端末加工部品等に光が漏れ出し損傷を与えることがある。このようなクラッド内を伝搬する光をクラッドから除去するための光構造物が設けられている。【０００４】    このようにレーザー光がクラッドに入射した場合にクラッド内の光を除去する光構造物として、光ファイバのクラッド外周部にリング状の溝を形成することが、特許文献１に開示されている。【０００５】    特許文献２には、光ファイバ外周に光ファイバのクラッドと同等かそれ以上の屈折率をもつガラス管を接着又は融着することによってクラッドモードを除去する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２０１１−１１８２０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】    光ファイバに光を入射する場合、通常はコア領域のみに光を入射することが想定されている。しかし、光ファイバの入射端にレーザーから光を入射する場合に一部クラッドに入射する場合がある。このようにクラッド領域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）、特に数百ＷからｋＷクラスの高エネルギーの光を伝送するレーザー加工装置のレーザー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。【０００７】    また、光出射端から出射された光の一部が戻り光としてクラッド内に入射する場合が起こり得る。光ファイバから出射した後に集光レンズで集光されたレーザー光の一部が被加工物で反射し、その反射光が集光レンズを通ってコネクタ側に戻ってクラッドに入り、クラッドを伝搬した光が光ファイバのわずかな曲り等の影響でクラッドから漏れ出して、光ファイバの被覆層や光ファイバを固定している筐体等を損傷するという問題がある。【０００８】    上記［０００６］及び［０００７］に示した問題点を解決するために、特許文献１及び特許文献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設けられ、レーザー加工装置等の高強度なレーザー光伝送手段として用いられる光ファイバのクラッドモード光を効率よく除去することができる。【０００９】    しかしながら、特許文献１に記載の構造は図９に示す通り、光ファイバ１０のクラッド１２上にリング状の溝加工部４０を形成するものであるため、光ファイバ１０の強度が著しく劣化し、小さい衝撃でも光ファイバが破断することがありうる。また、特許文献２に記載の構造は、図１０に示す通り、クラッドモード除去部として光ファイバ１０のクラッド１２上にガラス管５０を接着又は溶着するもので、ガラス管５０と光ファイバ１０の軸方向におけるガラス管５０の両端部分で応力が集中し、光ファイバが破断する可能性が高い。特許文献１に記載の構造も特許文献２に記載の構造も光ファイバの機械的強度に起因する信頼性が十分にあるとは言えない。【００１０】    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、機械的強度が高く、かつクラッドモード除去効率が高い光ファイバ構造物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】
【００１１】    本発明の光ファイバ構造物は、コアとクラッドを有する光ファイバガラスと、その軸方向の一部に溶融一体化した概ね軸対称のガラス体からなる構造物である。さらにこのガラス体は光ファイバのクラッドより高い屈折率を有しており、さらにこのガラス体は光ファイバのクラッドよりも低い軟化点を有している。さらに、このガラス体の軸方向における中間部が概ね円筒状であり、かつ両端部が中間部より徐々に径方向の肉厚を減少する形状であることを特徴とする。【００１２】    また、本発明における光ファイバ構造物において、ガラス体の両端部が徐々に径方向の肉厚を減少し、光ファイバに漸近する形状であることを特徴とすることが好ましい。【００１３】    また、本発明における光ファイバ構造物において、ガラス体の少なくとも中間部の円筒外周が粗面加工されていることを特徴とすることが好ましい。【００１４】    また、本発明における光ファイバ構造物において、ガラス体がホウケイ酸ガラスであることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】    本発明によれば、機械的強度が高く、かつクラッドモード光除去効率の高い光ファイバ構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における光ファイバ構造物の側面図である。
【図２】本発明の実施形態における光ファイバ構造物の側面図の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態における光ファイバ構造物の側面図の拡大図である。
【図４】本発明の実施形態における光ファイバ構造物の側面図の拡大図である。
【図５】本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図６】本発明の別の実施形態における光ファイバ構造物の側面図の拡大図である。
【図７】本発明の別の実施形態における光ファイバ構造物の側面図の拡大図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態を示す側面図である。
【図９】従来技術におけるクラッドモード除去部を示す側面図である。
【図１０】従来技術におけるクラッドモード除去部を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】    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。
【００１８】    図１は本実施形態の光ファイバ構造物６０の側面図である。光ファイバ１０はコア１１とクラッド１２及びプラスチックの被覆層１３からなる。光ファイバ１０はレーザー加工等に用いられる数百Ｗから数ｋＷ程度の高エネルギーのレーザー光を伝送しうるものであり、レーザー加工装置におけるレーザー光伝送手段等に適用されうる。光ファイバは単一のモードを伝搬するよう設計されたシングルモード光ファイバと複数のモードを伝搬するマルチモード光ファイバがあるが、本発明の実施形態ではいずれの光ファイバも適用可能である。
【００１９】    光ファイバ構造物は、ガラス体２０が光ファイバ１０の軸方向の所定の位置に、光ファイバ１０の周方向にほぼ均一に形成されているものである。この構造物は光ファイバ１０の入射端又は出射端の軸方向における近傍等に配置されるもので、光コネクタや、適当な筐体内に収納され、保護されるものである。光ファイバ１０の軸方向の位置は、例えば光ファイバ１０の入射端から軸方向に１０ｃｍ以内、又は出射端から軸方向に１０ｃｍ以内の距離に配置されていることが好ましい。また、光ファイバ構造物はコネクタや適当な筐体内に収納することを考慮して、コンパクトであることが好ましいがクラッドモードを十分に除去できる寸法が必要となる。構造物の最大外径はφ０．４ｍｍ〜２．５ｍｍ、最大長さは８ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】    光ファイバのクラッド上にガラス体を一体化する際、ガラス体の歪点以上に加熱するが、溶融一体化後常温に戻す場合、適当な温度勾配で徐冷したとしても、光ファイバ構造物６０には残留応力があり、そのため光ファイバ構造物６０の機械的強度が小さく成り得る。残留応力は光ファイバ１０側で軸方向に圧縮応力、ガラス体２０側で軸方向に引張り応力が掛かり、これらが集中するのはガラス体の軸方向の両端部２２となり、応力集中した部分での破断が発生しうる。そのため、ガラス体の応力分布を緩和するために、図１に示すようにガラス体両端部２２は軸方向に徐々にその肉厚を減少するように形成する。このような形状を取ることによって、光ファイバ構造物６０の応力集中は緩和され、十分な機械的強度が確保できる。
【００２１】    光ファイバ構造物６０は、光ファイバの周囲にガラス体を形成するものであり、その際、光ファイバがガラス体の形成プロセスの影響で変形をすることは、光ファイバの伝送特性上好ましくない。ガラス体をクラッドに溶融一体化するためには、ガラス体をその軟化点以上まで加熱するが、その際光ファイバが加熱により変形することを抑えるためには、ガラスの軟化点がクラッドより低いガラス体を使用し、クラッドガラスの軟化点より低い温度でガラス体が溶融一体化されることが好ましい。
【００２２】    光ファイバ構造物６０のガラス体２０の屈折率は光ファイバクラッド１２より大きい材料を使用する。この構造物はクラッド上にクラッド１２より屈折率が高いガラス体２０が溶融一体化しており、光学的にも接しているため、光ファイバクラッド１２内に入射した光はこの構造物のクラッド１２とガラス体２０の界面を介してクラッド１２からガラス体２０側に効率よく除去することができる。
【００２３】    図２は本実施形態の光ファイバ構造物６０の部分拡大図である。ガラス体２０の軸方向における両端部２２の肉厚の減少度合いは、クラッド１２とガラス体２０の接触角θで表すことができ、接触角θの値は小さいことが好ましく例えば４５度以下であることが好ましい。
【００２４】    図３、及び図４は本実施形態でガラス体２０を溶融一体化した際に実現しうる形状である。図３ではガラス体２０の肉厚の減少は直線的ではなく、ガラス体２０の端部２２は凸面を形成しつつ肉厚が減少している。図４においては、ガラス体２０の中間部２１の一部が膨らんだ形状となり端部２２において凸面を形成しつつ肉厚を減少させているものである。これら図３、図４に示す形状においても、接触角θが小さいことが好ましく、例えば４５度以下であることが好ましい。このような形状においても機械的強度の問題はなく、またクラッドモード除去の効果は他の実施形態と変わらない効果を得られる。
【００２５】    図５及び図６に示すように、別の実施形態では、光ファイバ構造物６０を形成するガラス体２０の軸方向における両端部２２の形状を、光ファイバ１０のクラッド１２に軸方向に漸近する構造としたものである。このような構造では軸方向における残留応力の集中がより緩和されるため、光ファイバ構造物６０の機械的強度はさらに向上する。
【００２６】    また、図７に示すように、ガラス体２０の中間部２１の一部が膨らんだ形状となり端部において凸面を形成しつつ肉厚を減少させてクラッド１２に軸方向に漸近する構造となっているものが形成しうる。この構造についてもガラス体２０の両端部２２においてガラス体の肉厚が減少しクラッドに漸近する構造となっていることで、機械的強度の問題はなく、またクラッドモード除去の効果は他の実施形態と変わらない効果を得られる。
【００２７】    図８はさらに別の実施形態を示すものである。光ファイバ構造物６０において、除去されたクラッドモード光はコア１１内に再結合されることなく除去されることが望まれる。またクラッド１２からガラス体２０に入射した光がガラス体２０内部で反射し、ガラス体２０から出射した光が光ファイバ構造物６０を保護する筐体等のある箇所に集中し、その箇所を損傷する可能性が除去されることが望まれる。これらの実現のためガラス体２０の少なくとも中間部２１の一部に全周にわたり粗面加工３０を施すことが好ましい。ガラス体２０の中間部２１の一部を全周粗面化することによって、ガラス体２０内で何度も反射しクラッド１２内に戻る可能性が低くなるとともに、ガラス体２０から出射した光が筐体等を損傷する可能性は低くなる。粗面加工３０は光ファイバ１０そのものには強度的に影響のないところに施されるので、図８に示すように直接光ファイバクラッド１２に加工を施す構造に比較して機械的強度は劣化しない。この粗面加工３０は、緩衝フッ酸によるエッチング、ＣＯ２レーザー照射による加工、サンドブラスト等物理的な研削、等の方法で形成される。
【００２８】    ガラス体２０は光ファイバクラッド１２より屈折率が高いもので、かつ軟化点が低いものであり、溶融一体化後に残留応力の少ないものとして、線膨張係数が光ファイバクラッド１２に近いことから、ホウケイ酸ガラスであることが好ましい。一般的にホウケイ酸ガラスは屈折率が１．４７１、軟化点が８２０℃のものが知られており、これらを光ファイバのクラッドである石英と比較してみると、石英の屈折率が１．４５８、軟化点が１，７２０℃であることから、本発明の光ファイバ構造物を構成するガラス体として、適当であることがわかる。また、加工後の残留応力の原因となる線膨張係数は石英の５倍程度であり、他のガラスと比べてその差が小さいため、残留応力を比較的小さくできる。また一般的に耐熱ガラスとして広く使用されており、品質も安定し入手が簡単であること等を考えると本光ファイバ構造物６０のガラス体２０として優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】    以上説明したように、本発明は機械的強度が高い構造で、光ファイバのクラッドモードを十分に除去するという効果が得られることから、産業上の利用価値は極めて高い。
【符号の説明】
【００３０】１０  光ファイバ
１１  コア
１２  クラッド
１３  被覆層
２０  ガラス体
２１  ガラス体中間部
２２  ガラス体端部
３０  粗面加工部
４０  溝加工部
５０  ジャケット管
６０  光ファイバ構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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