(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバの先端部におけるクラッドの熱損傷を防ぐ。【解決手段】光ファイバ１００は、第１光ファイバ本体１と、第２光ファイバ本体２とを備える。第１光ファイバ本体１は、第１コア１２、内側ガラスクラッド１３、及び外側樹脂クラッド１４を有する。第２光ファイバ本体２は、第２コア２３と、ガラスクラッド２４とを有する。ガラスクラッド２４はガラス製である。第２コア２４におけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コア１２におけるレーザ媒質の質量含有率よりも低い。【選択図】図１
2015126072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体がドープされた第１コアを有する光路部、及び前記光路部の外周面を覆う外側樹脂クラッド、を有する第１光ファイバ本体と、
第２コア、及び前記第２コアの外周面を覆うガラスクラッド、を有し、第１端面が前記第１光ファイバ本体の先端面に接合する第２光ファイバ本体と、
を備え、
前記第２コアにおけるレーザ媒質の質量含有率は、前記第１コアにおける前記レーザ媒質の質量含有率よりも低い、
光ファイバ。
【請求項２】
前記光路部は、前記第１コアの外周面を覆う内側ガラスクラッドをさらに有する、
請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記第２コアの開口数は、前記内側ガラスクラッドの開口数以下である、
請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第２コアは、前記内側ガラスクラッドよりも径が小さい、
請求項２又は３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記第１コアは、前記第２コアよりも径が小さい、
請求項２から４のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記第１コアは、レーザ媒質がドープされ、
前記第２コアは、前記レーザ媒質がドープされていない、
請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記第１コアは、ＺＢＬＡＮガラスによって形成されている、
請求項１から６のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記レーザ媒質は、エルビウムである、
請求項１から７のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記第１光ファイバ本体と前記第２光ファイバ本体とは、互いに融着している、
請求項１から８のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記第２光ファイバ本体の第２端面に接合する光透過性のエンドキャップをさらに備える、
請求項１から９のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光ファイバを冷却する冷却装置であって、
前記第２光ファイバ本体の前記第２端面側の端部、及び前記エンドキャップを除き、前記光ファイバを収容して冷却するヒートシンクと、
前記エンドキャップと前記ヒートシンクとに亘って形成され、前記第２光ファイバ本体の前記端部を収容する密閉空間を形成する封止部材と、
を備える、冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ、及び冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光ファイバは、ガラス製のコアと、ガラス製のクラッドとによって構成されている。このように構成された光ファイバは、光ファイバ母材を線引きすることによって製造される。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、クラッドを樹脂製とした光ファイバが開示されている。この光ファイバの製造方法は、まず線引きによってコアが形成され、このコアの外周面に樹脂を塗布する。その後、樹脂を加熱することによってクラッド層が形成される。
【０００４】
また、特許文献２には、ダブルクラッド型の光ファイバが開示されている。この光ファイバは、ガラス製のコアと、ガラス製の内側クラッドと、樹脂製の外側クラッドとによって構成されている。この光ファイバの製造方法は、まず、コアと内側クラッドとを線引きによって形成する。そして、内側クラッドの外周面に樹脂を塗布し、この樹脂を加熱することにより、外側クラッドを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２１９７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−０４８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバをファイバレーザの構成部品として使用する場合、すなわち、励起光が光ファイバ内を進行する場合、励起光が吸収されて光ファイバの温度が高くなる。特に励起光が入射する側である先端部の温度が高くなる。このため、ガラス製のクラッドに比べて熱伝導率が低い樹脂製のクラッドは、光ファイバの先端部において熱損傷を受けるおそれがある。
【０００７】
本発明の課題は、光ファイバの先端部におけるクラッドの熱損傷を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面に係る光ファイバは、第１光ファイバ本体と、第２光ファイバ本体とを備える。第１光ファイバ本体は、光路部と、外側樹脂クラッドとを有する。光路部は、レーザ媒体がドープされた第１コアを有する。外側樹脂クラッドは、光路部の外周面を覆う。外側樹脂クラッドは樹脂製である。第２光ファイバ本体は、第２コアと、ガラスクラッドとを有する。ガラスクラッドは、第２コアの外周面を覆う。ガラスクラッドはガラス製である。第２光ファイバ本体の第１端面は、第１光ファイバ本体の先端面に接合する。第２コアにおけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コアにおける前記レーザ媒質の質量含有率よりも低い。
【０００９】
この構成によれば、第１光ファイバ本体は先端に第２光ファイバ本体が接合されており、この第２光ファイバ本体の第２コアはレーザ媒質の質量含有率が第１コアにおけるレーザ媒質の質量含有率よりも低い。このため、第２光ファイバ本体が励起光を導光する場合であっても、第２光ファイバ本体における発熱を抑えることができる。また、第２光ファイバ本体のクラッドがガラス製であるため、第２光ファイバ本体における熱損傷を防ぐことができる。また、第１光ファイバ本体によって導光される励起光は、第２光ファイバ本体によって導光された後の励起光であるため、第１光ファイバ本体における発熱を抑えることができる。この結果、第１光ファイバ本体における熱損傷も防ぐことができる。
【００１０】
好ましくは、光路部は、第１コアの外周面を覆う内側ガラスクラッドをさらに有する。内側ガラスクラッドはガラス製である。この構成によれば、内側ガラスクラッドによって励起光を導光することができ、ひいては、第１光ファイバ本体での発熱を抑えることができる。
【００１１】
好ましくは、第２コアの開口数は、内側ガラスクラッドの開口数以下である。この構成によれば、第２コアによって導光された励起光を、内側ガラスクラッドに効率的に入射させることができる。
【００１２】
好ましくは、第２コアの径は、内側ガラスクラッドの径以下である。この構成によれば、第２コアによって導光された励起光を、内側ガラスクラッドに効率的に入射させることができる。
【００１３】
好ましくは、第１コアは、第２コアよりも径が小さい。この構成によれば、第１コアによって生じた出力光を第２コアへ効率的に入射させることができる。
【００１４】
好ましくは、第１コアはレーザ媒質がドープされ、第２コアはレーザ媒質がドープされていない。
【００１５】
好ましくは、第１コアは、ＺＢＬＡＮガラスによって形成されている。
【００１６】
好ましくは、レーザ媒質は、エルビウムである。
【００１７】
好ましくは、第１光ファイバ本体と第２光ファイバ本体とは、互いに融着している。詳細には、第１光ファイバ本体の先端面と、第２光ファイバ本体の第１端面とが互いに融着している。
【００１８】
好ましくは、光ファイバは、第２光ファイバ本体の第２端面に接合する光透過性のエンドキャップをさらに備える。この構成によれば、第２光ファイバ本体の第２端面を、エンドキャップによって保護することができる。
【００１９】
本発明の第２側面に係る冷却装置は、上述した光ファイバを冷却する冷却装置である。この冷却装置は、ヒートシンクと、封止部材と、を備える。ヒートシンクは、光ファイバを収容して冷却する。なお、第２光ファイバ本体の第２端面側の端部、及びエンドキャップは、ヒートシンクに収容されない。封止部材は、エンドキャップとヒートシンクとに亘って形成される。封止部材は、第２光ファイバ本体の端部を収容する密閉空間を形成する。
【００２０】
この構成によれば、冷却装置によって光ファイバを冷却することができる。また、第２光ファイバ本体の第２端面側の端部は、密閉空間内に収容される。このため、第２光ファイバ本体が潮解性を有する場合であっても、大気中の水分によって劣化することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光ファイバの先端部におけるクラッドの熱損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光ファイバの側面断面図。
【図２】冷却装置の側面断面図。
【図３】変形例１に係る光ファイバの側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る光ファイバの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は光ファイバの側面断面図である。
【００２４】
図１に示すように、光ファイバ１００は、第１光ファイバ本体１と、第２光ファイバ本体２とを備えている。第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２とは、接合している。詳細には、第１光ファイバ本体１の先端面１１と、第２光ファイバ本体２の第１端面２１とが融着している。第１光ファイバ本体１は光ファイバ１００の本体部であり、第２光ファイバ本体２は光ファイバ１００の先端部に相当する。
【００２５】
第１光ファイバ本体１は、円柱状である。第１光ファイバ本体１は、第１コア１２と、内側ガラスクラッド１３と、外側樹脂クラッド１４とを有する。第１コア１２と内側ガラスクラッド１３とが、本発明の光路部に相当する。この光路部は、線引き工程によって形成することができる。
【００２６】
第１コア１２は、円柱状に形成されている。第１コア１２は、ガラス製であって、好ましくは、フッ化物ガラス製である。例えば、コア２は、ＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスなどによって形成されている。第１コア１２は、レーザ媒質がドープされている。レーザ媒質は、希土類元素を例示することができ、エルビウムとすることが好ましい。
【００２７】
内側ガラスクラッド１３は、第１コア１２の外周面を覆うように形成されている。内側ガラスクラッド１３は、第１コア１２よりも屈折率が低い。内側ガラスクラッド１３は、ガラス製であって、好ましくはフッ化物ガラス製である。例えば、内側ガラスクラッド１３は、ＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスなどによって形成されている。なお、内側ガラスクラッド１３におけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コア１２におけるレーザ媒質の質量含有率よりも低く、好ましくは内側ガラスクラッド１３にはレーザ媒質が含まれていない。
【００２８】
外側樹脂クラッド１４は、第３クラッド１３の外周面を覆うように形成されている。すなわち、外側樹脂クラッド１４は、光路部の外周面を覆うように形成されている。外側樹脂クラッド１４は、内側ガラスクラッド１３よりも屈折率が低い。外側樹脂クラッド１４は、樹脂製であって、好ましくは紫外線硬化樹脂又は熱硬化性樹脂である。例えば、外側樹脂クラッド１４は、樹脂製であって、フッ素系アクリル樹脂によって形成される。この外側樹脂クラッド１４は、内側ガラスクラッド１３の外周面に樹脂を塗布して硬化させることによって形成される。なお、紫外線硬化樹脂を塗布した場合は紫外線を照射することによって樹脂を硬化させ、熱硬化性樹脂を塗布した場合は加熱することによって樹脂を硬化させる。
【００２９】
第２光ファイバ本体２は、円柱状であり、第１端面２１と第２端面２２とを有している。上述したように、第２光ファイバ本体２の第１端面２１は、第１光ファイバ本体１の先端面１１と融着している。第２光ファイバ本体２は、第２コア２３と、ガラスクラッド２４とを有している。
【００３０】
第２コア２３は、円柱状に形成されている。第２コア２３の径は、内側ガラスクラッド１３の径以下であることが好ましい。また、第２コア２３の径は、第１コア１２の径よりも大きいことが好ましい。第２コア２３の長さは、第１光ファイバ本体１からの出力光がガラスクラッド２４まで広がらない程度の寸法に設計することが好ましい。
【００３１】
第２コア２３の開口数は、内側ガラスクラッド１３の開口数以下であることが好ましく、内側ガラスクラッド１３の開口数よりも小さいことがより好ましい。第２コア２３は、ガラス製とすることができ、好ましくはフッ化物ガラス製である。例えば、第２コア２３は、ＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスなどによって形成されている。なお、第２コア２３におけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コア１２におけるレーザ媒質の質量含有率よりも低く、好ましくは第２コア２３にはレーザ媒質は含有されていない。
【００３２】
ガラスクラッド２４は、第２コア２３の外周面を覆うように形成されている。ガラスクラッド２４の径は、内側ガラスクラッド１３の径とほぼ同じとすることが好ましい。これによって、第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２との溶着強度を上げることができる。
【００３３】
ガラスクラッド２４は、第２コア２３よりも屈折率が低い。ガラスクラッド２４は、ガラス製であり、好ましくは、フッ化物ガラス製である。例えば、ガラスクラッド２４は、ＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスなどによって形成されている。なお、ガラスクラッド２４におけるレーザ媒質の質量含有率は、第１コア１２におけるレーザ媒質の質量含有率よりも低く、好ましくはガラスクラッド２４にはレーザ媒質は含有されていない。
【００３４】
このように構成された光ファイバ１００をレーザファイバの構成部品として用いる場合、励起光を第２光ファイバ本体２の第２端面２２に入射させる。第２光ファイバ本体２内を進んだ励起光は、先端面１１から第１光ファイバ本体１の内側ガラスクラッド１３に入射される。第１コア１２は、内側ガラスクラッド１３内を伝搬する励起光を吸収することによって、出力光を放出する。
【００３５】
次に、上述した光ファイバ１００の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２とを準備する。そして、第１光ファイバ本体１の先端面１１と第２光ファイバ本体２の第１端面２１とを融着する。ここで、第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２とを融着する際、熱によって第１光ファイバ本体１の外側樹脂クラッド１４が損傷してしまうおそれがある。
【００３７】
この外側樹脂クラッド１４の熱損傷を防止するため、融着工程の前に、第１光ファイバ本体１の先端面１１側の端部（先端部）に形成された外側樹脂クラッド１４を除去する。なお、予め、第１光ファイバ本体１の先端部には外側樹脂クラッド１４が形成されていなくてもよい。
【００３８】
次に、第１光ファイバ本体１と第２光ファイバ本体２とを融着する。そして、外側樹脂クラッド１４が形成されていない第１光ファイバ本体１の先端部に、外側樹脂クラッド１４と同じ材料の樹脂を塗布する。塗布された樹脂が紫外線硬化樹脂の場合は、樹脂が塗布された部分に紫外線を照射し、樹脂を硬化させる。また、塗布された樹脂が熱硬化性樹脂の場合は、樹脂が塗布された部分を加熱することにより、樹脂を硬化させる。以上により、上述した構成の光ファイバ１００を形成することができる。
【００３９】
次に、上述した光ファイバ１００を冷却する冷却装置について図面を参照しつつ説明する。図２は冷却装置の側面断面図である。
【００４０】
図２に示すように、光ファイバ１００は、エンドキャップ３をさらに備えている。エンドキャップ３は、第２光ファイバ本体２の第２端面２２に接合されている。詳細には、エンドキャップ３は、第２光ファイバ本体２の第２端面２２に融着されている。
【００４１】
エンドキャップ３は、励起光及びレーザ光を透過する光透過性である。また、エンドキャップ３は、潮解性を有さない。第２光ファイバ本体２の第２端面２２の冷却のために、エンドキャップ３の熱伝導率は第２ファイバ本体２の熱伝導率よりも高いことが好ましい。また、エンドキャップ３は、第２光ファイバ本体２との接合を強固にするために、線膨張係数が第２光ファイバ本体２と同程度のものが好ましい。具体的には、エンドキャップ３は、フッ化カルシウムなどの結晶とすることができる。エンドキャップ３は、他にもフッ化マグネシウムなどの結晶、又は石英などのガラスであってもよい。
【００４２】
冷却装置５は、上述したような光ファイバ１００を冷却するための装置である。冷却装置５は、ヒートシンク５１と、封止部材５２とを備えている。
【００４３】
ヒートシンク５１は、ホルダ５１１、押さえ部材５１２、及び冷却部材５１３を有している。ホルダ５１１は、略直方体状に形成されており、上面に溝部が形成されている。ホルダ５１１は、例えば銅製である。このホルダ５１１の溝部内に、光ファイバ１００が収容されている。なお、エンドキャップ３と、第２光ファイバ本体２の第２端面２２側の端部（先端部）２５とは、ホルダ５１１の溝部に収容されていない。
【００４４】
押さえ部材５１２は、ホルダ５１１の溝内に収容された光ファイバ１００を押さえるための部材である。押さえ部材５１２によって押さえられることで、光ファイバ１００は、ホルダ５１１と確実に接触する。押さえ部材５１２は、光ファイバ１００を押さえた状態で、ボルトなどの固定部材によってホルダ５１１に固定される。
【００４５】
なお、ホルダ５１１と光ファイバ１００との密着性を向上させるために、ホルダ５１１の溝部内には、充填材５１４が充填されている。充填材５１４としては、熱伝導性の観点から金属材料とすることが好ましく、例えばインジウムとすることができる。
【００４６】
冷却部材５１３は、ホルダ５１１を冷却するための部材である。例えば、冷却部材５１３は、内部に冷却水が流れる流路５１５が形成されている。そして、冷却部材５１３の流路５１５内を流れる冷却水によって冷却された冷却部材５１３によって、ホルダ５１１の熱を吸収してホルダ５１１を冷却する。これにより、ホルダ５１１内に収容された光ファイバ１００を冷却することができる。
【００４７】
封止部材５２は、エンドキャップ３とヒートシンク５１とに亘って形成されている。そして、封止部材５２は、ヒートシンク５１とエンドキャップ３と協働して、密閉空間５３を形成する。この密閉空間５３は、第２光ファイバ本体２の先端部２５を収容する空間である。このように第２光ファイバ本体２の先端部２５を密閉空間５３に収容することによって、第２光ファイバ本体２の先端部２５が湿度によって劣化することを抑制できる。なお、封止部材５２は、例えばコーキング剤によって形成することができる。
【００４８】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４９】
変形例１
図３に示すように、光ファイバ１００の光路部は、第１コア１２のみを有しており、内側ガラスクラッド１３を有していなくてもよい。この場合、第１コア１２の径と第２コア２３の径とを同じにすることが好ましい。この構成によれば、第１コア１２から第２コア２３への導光、および第２コア２３から第１コア１２への導光、の両方の損失を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００    光ファイバ
１    第１光ファイバ本体
１１    先端面
１２    第１コア
１３    内側ガラスクラッド
１４    外側樹脂クラッド
２    第２光ファイバ本体
２１    第１端面
２２    第２端面
２３    第２コア
２４    ガラスクラッド
３    エンドキャップ
５    冷却装置
５１    ヒートシンク
５２    封止部材
【図１】
2015126072.tif 000003
【図２】
2015126072.tif 000004
【図３】
2015126072.tif 000005