(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が１０μｍ以上３０μｍ以下の光ファイバコアおよび直径が２００μｍ以上４００μｍ以下のクラッドを有しかつ開口数ＮＡが０．０９以下のラージモードエリアファイバから成る光ファイバの端面に、上記クラッド径と同一径で上記光ファイバコアと略同一の屈折率を有するコアレスファイバの一端面を接合して成る光ファイバ端末において、
式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さをＬmax（ｍｍ）、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さをＬmin（ｍｍ）としたとき、
Ｌmax＝５×１０-4×（φ−Ｄ）×（０．２×Ｄ＋１０）         （式Ａ）
Ｌmin＝０．００１Ｄ2＋０．０４５３Ｄ＋０．０１６            （式Ｂ）
［式Ａ、式Ｂ中、Ｄはラージモードエリアファイバのコア径（μｍ）、φはラージモードエリアファイバのクラッド径（μｍ）である。］
０．２ｍｍ≦Ｌmax−Ｌmin≦１．８ｍｍの条件を満たし、コアレスファイバの長さが０．５７ｍｍ以上２．９６ｍｍ以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が０°±１°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率９９．８％以上の反射防止膜が形成されていることを特徴とする光ファイバ端末。
【請求項２】
上記光ファイバコアの直径が１０μｍ、開口数が０．０８０〜０．０８５であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが０．５７ｍｍ以上２．３４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端末。
【請求項３】
上記光ファイバコアの直径が１５μｍ、開口数が０．０７５〜０．０８０であり、上記コアレスファイバの直径が２００μｍ、コアレスファイバ長さが０．９２ｍｍ以上１．２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端末。
【請求項４】
上記光ファイバコアの直径が２０μｍ、開口数が０．０６９〜０．０７４であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが１．３２ｍｍ以上２．６６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端末。
【請求項５】
上記光ファイバコアの直径が２５μｍ、開口数が０．０６５〜０．０６８であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが１．７７ｍｍ以上２．８１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端末。
【請求項６】
上記光ファイバコアの直径が３０μｍ、開口数が０．０６０〜０．０６４であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが２．２８ｍｍ以上２．９６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ端面にコアレスファイバの一端面を接合して構成されると共に、光通信、光計測およびレーザ加工等に用いられる光ファイバ端末に係り、特に、高出力で高精度なレーザ加工装置の光学部品に要求される小さな挿入損失および大きな反射減衰量を満たし、かつ、高いビーム品質を有する高出力ファイバレーザ用光ファイバ端末の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信、光計測およびレーザ加工用等の光学装置においては、光路上に多様な光学素子が配置されることから、光結合方法の一つとして、光ファイバ１端面にコアレスファイバ２の一端面を接合して構成される光ファイバ端末の光出射端面近傍に、図１に示すようにコリメートレンズ３を配置して光ファイバ１からの出射光を平行光とし、かつ、図２に示すように受光側にも同一の光学系を組んで光ファイバ１に再び光を結合させる方法が一般に利用されている。尚、光ファイバ１から出射した光束を平行光とする機能を有する素子は一般にファイバコリメータと称されている。
【０００３】
ところで、ファイバコリメータの性能を表す指標としては上記挿入損失および反射減衰量が用いられる。「挿入損失」は光エネルギ伝播の性能を反映する指標であり一般には小さいことが望まれ、使用する光ファイバ１におけるコア１１の開口数、コアレスファイバ２の出射端面形状とコアレスファイバ２の長さＬおよびコリメートレンズ３の性能等に影響され、特に５Ｗ以上の高出力レーザの場合は挿入損失の悪化により、損失となった光エネルギが熱となって発熱周辺の光学部品を破壊する等の問題が起こる。
【０００４】
一方、光ファイバ１の出射端面およびコアレスファイバ２の端面での反射により逆方向に進むビームがレーザ光源に戻る、いわゆる反射戻り光が大きい場合、レーザ光源の安定動作が損なわれるため、光通信では光信号が正しく伝送できなくなり、高出力レーザ加工では光源が破壊される等の重大な問題となっている。
【０００５】
そして、一般に高出力ファイバレーザにおいて、レーザ光源の出力変動を無視できる程度の大きさに抑制するためには、以下の式１に示す「反射減衰量」として４７ｄＢ以上が要求されている。
反射減衰量＝−１０×ｌｏｇ（Ｉｒ／Ｉｉｎ）          （式１）
（Ｉｒは光ファイバコアに戻る反射光量、Ｉｉｎは光ファイバコアからの出射光量である。）
【０００６】
反射戻り光を減らし、反射減衰量を大きくするための従来法としては、光ファイバ端面またはコアレスファイバ端面を光軸に対し斜めに配置して反射光をクラッドモードにすることで大きな反射減衰量を比較的簡単に実現できる手法が利用され、現在も主流となっている。例えば、特許文献１には大きな反射減衰量を得るための手法として、光軸に垂直な面に対してコアレスファイバ端面を０°〜６°以内に傾斜させ、かつ、端面に反射防止膜を施すことで６０ｄＢ以上の優れた反射減衰量を得ることが示されている。
【０００７】
更に、特許文献２にはコアレスファイバ端面から外部へ出射するビーム径がコアレスファイバの外形以内であり、コアレスファイバの光路長を１ｍｍ未満とする光ファイバ端末により反射減衰量を５０ｄＢ以上にできると記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術は、光通信分野のシングルモードファイバを用いた光ファイバ端末に対しては極めて有効な手段であるが、高出力ファイバレーザ用のラージモードエリアファイバ（以下、ＬＭＡファイバと略す。）を用いた光ファイバ端末では、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の大きな反射減衰量を実現することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２８１０５４号公報
【特許文献２】国際公開２００４−０５３５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高出力ファイバレーザ用の光ファイバ端末において、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、および、４７ｄＢ以上の反射減衰量を同時に実現する必要があるが、光通信を目的とした反射減衰量に係る特許文献１および特許文献２に記載の技術では、上述したようにこれ等要請を満たす高出力ファイバレーザ用の光ファイバ端末を実現することはできなかった。
【００１１】
例えば、特許文献２では、コアレスファイバ端面から外部へ出射するビーム径がコアレスファイバの外形以内で、かつ、コアレスファイバの光路長を１ｍｍ未満とする光ファイバ端末としており、実施例では、コアレスファイバの直径が１２５μｍでコアレスファイバの長さが０．９ｍｍであるときの出射端のビーム直径が１２０μｍであれば、反射防止膜をコートした光ファイバ端末で５０ｄＢの反射減衰量が実現されるとしている。
【００１２】
しかし、特許文献２では、レーザビーム直径がガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲（レーザビームの強度がピーク値に対し１／ｅ2になった位置でのビーム幅）にあたるため、この場合の挿入損失はおよそ０．２０２ｄＢと計算される。例えば、１００Ｗの高出力レーザ光が入射された場合の損失は約４．６Ｗとなり、４．６Ｗの光エネルギ分が光学部品内で熱となり、場合によっては光学部品を破壊する問題を生じさせる。
【００１３】
更に、高出力ファイバレーザ用の光ファイバ端末には、高出力光を高効率伝送するのに効果的な上記ラージモードエリアファイバ（ＬＭＡファイバ）が用いられるため、数百Ｗを超えるような高出力レーザ光を伝送することもある。このため、より低い挿入損失が必要とされている。
【００１４】
また、特許文献２において、光ファイバ１におけるクラッド１２（図１参照）の直径φが１２５μｍでコアレスファイバ２の長さＬが１ｍｍ未満の場合、反射減衰量を５０ｄＢ以上とするには、光ファイバ１におけるコア１１の開口数が０．１４以上でなければならない。しかし、ＬＭＡファイバにおけるコアの開口数は０．０６から０．０９程度であることから、コアレスファイバの長さが１ｍｍ未満の場合においては５０ｄＢとなる反射減衰量が得られない。
【００１５】
尚、コアレスファイバ２の長さＬが１ｍｍ未満のＬＭＡファイバであっても、特許文献１に記載された技術に基づいてコアレスファイバのビーム出射端面を傾斜させることにより５０ｄＢの反射減衰量を得ることは可能である。しかし、傾斜端面の影響で光ファイバ端末から出射するビーム光の角度が傾いてコリメートレンズに入射するため、レンズ収差の影響が最も少ないコリメートレンズの中心部分にビームを通すことが難しくなり、ビーム品質の低下が起こるという問題が存在する。加えて、光ファイバ端末から出射するビーム光が傾くことにより、光ファイバ端末や光ファイバ端末周辺の光学部品のサイズが大きくなってしまうという問題もある。
【００１６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、高出力ファイバレーザ用のＬＭＡファイバが適用された光ファイバ端末において、０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を実現すると同時に、部品の単純化、小型化による省コストを実現するためビームの軸ずれが小さい光ファイバ端末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、高出力ファイバレーザ用のＬＭＡファイバが適用された光ファイバ端末の挿入損失と反射減衰量について本発明者等が鋭意検討した結果、ＬＭＡファイバにおいては高次のモードの出現によりビーム径が思いのほか大きくなることがあり、コアレスファイバにおけるビーム出射端のビーム径を適切な範囲に設定することで挿入損失と反射減衰量の両立が図れ、かつ、端面角度が０°±１°以下であるコアレスファイバを適用することでビームの軸ずれが小さな光ファイバ端末を提供できることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されている。
【００１８】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
直径が１０μｍ以上３０μｍ以下の光ファイバコアおよび直径が２００μｍ以上４００μｍ以下のクラッドを有しかつ開口数ＮＡが０．０９以下のラージモードエリアファイバから成る光ファイバの端面に、上記クラッド径と同一径で上記光ファイバコアと略同一の屈折率を有するコアレスファイバの一端面を接合して成る光ファイバ端末において、
式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さをＬmax（ｍｍ）、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さをＬmin（ｍｍ）としたとき、
Ｌmax＝５×１０-4×（φ−Ｄ）×（０．２×Ｄ＋１０）         （式Ａ）
Ｌmin＝０．００１Ｄ2＋０．０４５３Ｄ＋０．０１６            （式Ｂ）
［式Ａ、式Ｂ中、Ｄはラージモードエリアファイバのコア径（μｍ）、φはラージモードエリアファイバのクラッド径（μｍ）である。］
０．２ｍｍ≦Ｌmax−Ｌmin≦１．８ｍｍの条件を満たし、コアレスファイバの長さが０．５７ｍｍ以上２．９６ｍｍ以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が０°±１°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率９９．８％以上の反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
次に、本発明に係る第２の発明は、
第１の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が１０μｍ、開口数が０．０８０〜０．０８５であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが０．５７ｍｍ以上２．３４ｍｍ以下であることを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が１５μｍ、開口数が０．０７５〜０．０８０であり、上記コアレスファイバの直径が２００μｍ、コアレスファイバ長さが０．９２ｍｍ以上１．２０ｍｍ以下であることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が２０μｍ、開口数が０．０６９〜０．０７４であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが１．３２ｍｍ以上２．６６ｍｍ以下であることを特徴とし、
第５の発明は、
第１の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が２５μｍ、開口数が０．０６５〜０．０６８であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが１．７７ｍｍ以上２．８１ｍｍ以下であることを特徴とし、
また、第６の発明は、
第１の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が３０μｍ、開口数が０．０６０〜０．０６４であり、上記コアレスファイバの直径が４００μｍ、コアレスファイバ長さが２．２８ｍｍ以上２．９６ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
直径が１０μｍ以上３０μｍ以下の光ファイバコアおよび直径が２００μｍ以上４００μｍ以下のクラッドを有しかつ開口数ＮＡが０．０９以下のラージモードエリアファイバから成る光ファイバの端面に、クラッド径と同一径で光ファイバコアと略同一の屈折率を有するコアレスファイバの一端面を接合して成る本発明に係る光ファイバ端末によれば、
式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さをＬmax（ｍｍ）、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さをＬmin（ｍｍ）としたとき、
Ｌmax＝５×１０-4×（φ−Ｄ）×（０．２×Ｄ＋１０）         （式Ａ）
Ｌmin＝０．００１Ｄ2＋０．０４５３Ｄ＋０．０１６            （式Ｂ）
［式Ａ、式Ｂ中、Ｄはラージモードエリアファイバのコア径（μｍ）、φはラージモードエリアファイバのクラッド径（μｍ）である。］
０．２ｍｍ≦Ｌmax−Ｌmin≦１．８ｍｍの条件を満たし、コアレスファイバの長さが０．５７ｍｍ以上２．９６ｍｍ以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が０°±１°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率９９．８％以上の反射防止膜が形成されていることから、
出力５Ｗ以上の高出力ファイバレーザ用のＬＭＡファイバが適用された光ファイバ端末において、０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の大きな反射減衰量を達成することが可能となり、かつ、光ファイバコアの中心軸とコリメートレンズから出射したビームの光軸との軸ずれが出射ビーム直径以内となるため、部品の単純化、小型化による省コストを同時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光出射端面近傍にコリメートレンズが配置された本発明に係る光ファイバ端末の構成説明図。
【図２】光出射端面近傍にコリメートレンズが配置された本発明に係る光ファイバ端末を用いた光結合方法の一例を示す説明図。
【図３】開口数ＮＡとコア径Ｄを変えた５種類のＬＭＡファイバ（ＮＡが０．０８３でＤが１０μｍ、ＮＡが０．０７７でＤが１５μｍ、ＮＡが０．０７１でＤが２０μｍ、ＮＡが０．０６７でＤが２５μｍ、および、ＮＡが０．０６３でＤが３０μｍである５種類のＬＭＡファイバ）端面にコアレスファイバの一端面がそれぞれ接合されて成る５種類の光ファイバ端末について、コアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバの出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍（ガウス分布の確率でいうところの±３σ範囲）との関係を示すグラフ図。
【図４】ＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末において、ＬＭＡファイバにおけるコア径Ｄ（μｍ）と反射減衰量４７ｄＢ以上が確保されるコアレスファイバの最短長さＬmin（ｍｍ）との関係を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明は、高出力ファイバレーザ用のＬＭＡファイバが適用された光ファイバ端末において、０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を実現すると同時に、部品の単純化、小型化による省コストを実現するためビームの軸ずれが小さな光ファイバ端末を提供することを目的とし、本発明者等が行った以下の「技術的検討」を経て完成されたものである。
【００２４】
「技術的検討」
（１）５種類の光ファイバ端末
ＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る５種類の光ファイバ端末を検討するに当たり、表１に示されている「ＬＭＡファイバの開口数、コア径、クラッド径」および「コアレスファイバの直径（コアレスファイバ径）」を組み合わせた構成例１〜５について検討を行った。
【００２５】
尚、各光ファイバ端末に入射されるレーザ光の波長は１．０６μｍとしている。
【００２６】
【表１】
0006540310.tif 000002
【００２７】
（２）小さな「挿入損失」を可能とする光ファイバ端末のコアレスファイバ長さＬ
特許文献２においては、上記課題欄に記載したように、コアレスファイバの直径とコアレスファイバ端面から出射するビーム直径が略同一となる条件（コアレスファイバ直径が１２５μｍ、コアレスファイバ端面から出射するビーム直径が１２０μｍ）の場合、挿入損失がおよそ０．２０２ｄＢと計算され、損失が発生する。
【００２８】
本発明では、ＬＭＡファイバに適した小さな「挿入損失」とするため、コアレスファイバの直径をコアレスファイバ出射端におけるビーム径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍以上とすることにより小さな「挿入損失」を実現している。コアレスファイバの直径がコアレスファイバ出射端におけるビーム径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍であれば、コアレスファイバ出射端のビーム径は、ビームがガウシアンであればガウス分布の確率で言う±３σの範囲のビーム、つまり０．０１３ｄＢの小さな「挿入損失」が可能となる。
【００２９】
以下、開口数ＮＡとコア径Ｄを変えた５種類のＬＭＡファイバ（ＮＡが０．０８３でＤが１０μｍ、ＮＡが０．０７７でＤが１５μｍ、ＮＡが０．０７１でＤが２０μｍ、ＮＡが０．０６７でＤが２５μｍ、および、ＮＡが０．０６３でＤが３０μｍである５種類のＬＭＡファイバ）端面にコアレスファイバの一端面がそれぞれ接合されて成る５種類の光ファイバ端末を対象とし、各光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバの出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍（ガウス分布の確率でいうところの±３σ範囲）との関係について、図３のグラフ図に示す。
【００３０】
すなわち、
（ａ）開口数ＮＡが０．０８３でかつコア径Ｄが１０μｍのＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍との関係は図３において直線ａで示され、
（ｂ）開口数ＮＡが０．０７７でかつコア径Ｄが１５μｍのＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍との関係は図３において直線ｂで示され、
（ｃ）開口数ＮＡが０．０７１でかつコア径Ｄが２０μｍのＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍との関係は図３において直線ｃで示され、
（ｄ）開口数ＮＡが０．０６７でかつコア径Ｄが２５μｍのＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍との関係は図３において直線ｄで示され、および、
（ｅ）開口数ＮＡが０．０６３でかつコア径Ｄが３０μｍのＬＭＡファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さＬ（ｍｍ）とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍との関係は図３において直線ｅで示される。
【００３１】
ところで、シングルモードファイバの開口数ＮＡは、コア径をＤ、波長をλとした場合にＮＡ＝λ／πＤとなるが、ＬＭＡファイバはマルチモードであるため、開口数ＮＡは回折拡がりではなく、高次モードのパワー分布に依存するようになる。
【００３２】
このとき、開口数ＮＡは、ＮＡ＝１／（αＤ＋β）［ここで、ＤはＬＭＡファイバのコア径、α、βは定数である。］と表すことができるため、図３に示すＬＭＡファイバから出射したビームがコアレスファイバを伝搬するときの開口数ＮＡは、
ＮＡ＝１／（０．２Ｄ＋１０）と求めることができる。
【００３３】
上記開口数ＮＡのとき、コアレスファイバを伝搬するマルチモードのビーム径は、ＬＭＡファイバのコア径をＤ（μｍ）、コアレスファイバの長さをＬ（ｍｍ）とした場合、
マルチモードのビーム径（ｍｍ）＝Ｄ／１０００＋２×Ｌ×ＮＡ
となるが、このマルチモードのビーム径は基本モードのビーム径の１．５倍に相当している。
【００３４】
そして、光ファイバ端末を製造する場合、ＬＭＡファイバ端面とコアレスファイバ端面を融着するため、ＬＭＡファイバのクラッド径とコアレスファイバの直径は同一径であることが求められる。このため、ＬＭＡファイバのコア径をＤ（μｍ）、ＬＭＡファイバのクラッド径をφ（μｍ）とした場合、上記コアレスファイバ出射端におけるビーム直径（基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±２σ範囲のビーム径）の１．５倍がコアレスファイバの直径となるコアレスファイバの最長長さＬmaxは、上記マルチモードのビーム径がコアレスファイバの直径になったときの長さであるので、下記式Ａにより求められる。
Ｌmax＝５×１０-4×（φ−Ｄ）×（０．２×Ｄ＋１０）         （式Ａ）
［但し、式Ａ中、ＤはＬＭＡファイバのコア径（μｍ）、φはＬＭＡファイバのクラッド径（μｍ）である。］
【００３５】
そして、コアレスファイバの長さが上記式Ａで定義されるＬmax以下であれば、挿入損失０．２ｄＢ以下の光ファイバ端末を実現できるため、光ファイバ端末周辺に配置された光学部品の破壊を回避することが可能となる。
【００３６】
例えば、ＬＭＡファイバのコア径Ｄが１０μｍ、ＬＭＡファイバのクラッド径φおよびコアレスファイバ直径が４００μｍである構成例１（表１参照）の光ファイバ端末におけるコアレスファイバの最長長さＬmaxが２．３４ｍｍと計算される。
【００３７】
（３）反射減衰量を４７ｄＢ以上とする光ファイバ端末のコアレスファイバ長さＬ
ＬＭＡファイバで構成される光ファイバ１端面に、石英ガラス等で構成される光ファイバコア１１と略同一の屈折率を有するコアレスファイバ２を接合して成る図１の光ファイバ端末においては、光ファイバコア１１から出射した光がコアレスファイバ２中を拡がりながら伝搬した後にコアレスファイバ２の出射端面でビームの一部が反射し、その反射光がビーム進行方向とは反対方向に向かってビーム径を拡大しながら伝搬し、更にその光の一部が再び光ファイバコア１１に戻る。その光の割合を示しているのが前記式１から求められる反射減衰量であり、通信用途において上記反射減衰量は５０ｄＢ以上であることが一般的な仕様となっている。その理由は、光通信では高密度で微弱な光信号を正確に伝搬する必要があるためであり、反射光の影響でレーザ光源の出力が揺らいでしまうと光信号の正確さが失われてしまう。これに対し、高出力ファイバレーザでは、レーザ光のパワー伝搬が達成できれば良く、光信号としての正確さは求められないため、４７ｄＢであっても良好なレーザ加工の品質が得られる。
【００３８】
そこで、表１の構成例１〜構成例５毎に反射減衰量が４７ｄＢ以上となるコアレスファイバの最短長さを求め、これをグラフ化したものが図４である。
【００３９】
図４のグラフ図に示すように、ＬＭＡファイバのコア径Ｄ（μｍ）を変数とし、反射減衰量が４７ｄＢとなるコアレスファイバの最短長さＬminを求めると、
Ｌmin＝０．００１Ｄ2＋０．０４５３Ｄ＋０．０１６            （式Ｂ）
［但し、式Ｂ中、ＤはＬＭＡファイバのコア径（μｍ）である。］
となり、ＬＭＡファイバのコア径が１０μｍである構成例１に係る光ファイバ端末においては、コアレスファイバの最短長さＬminは０．５７ｍｍと計算される。
【００４０】
（４）０．２ｍｍ≦（Ｌmax−Ｌmin）≦１．８ｍｍの条件について
上記（２）（３）の技術的検討から構成例１〜構成例５毎にコアレスファイバの最適長さが存在しており、挿入損失が０．２ｄＢ以下でかつ反射減衰量が４７ｄＢ以上の光ファイバ端末を実現するには、表２に示すコアレスファイバの長さに設定する必要がある。
【００４１】
ところで、光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さは、ＬＭＡファイバとコアレスファイバを融着した後、コアレスファイバ端面を研磨して調整されるため、コアレスファイバの最長長さＬmaxとコアレスファイバの最短長さＬminの差（Ｌmax−Ｌmin）が小さい場合、コアレスファイバの長さ調整作業が難しくなり、かつ、長さ調整作業に高い加工精度が求められる問題を生ずる。
【００４２】
そこで、これ等の問題を回避するため、コアレスファイバの最長長さＬmaxとコアレスファイバの最短長さＬminの差（Ｌmax−Ｌmin）は０．２ｍｍ以上であることを要する。
【００４３】
一方、上記コアレスファイバの最長長さＬmaxとコアレスファイバの最短長さＬminの差（Ｌmax−Ｌmin）が大きい場合、このような状態はＬＭＡファイバのクラッド径およびコアレスファイバの直径を大きくすることで実現できるが、このような状態の光ファイバ端末は柔軟性に欠け、取扱いが困難となる問題を生ずる。
【００４４】
そこで、この問題を回避するため、コアレスファイバの最長長さＬmaxとコアレスファイバの最短長さＬminの差（Ｌmax−Ｌmin）は１．８ｍｍ以下であることを要する。
【００４５】
すなわち、コアレスファイバの最長長さＬmaxと最短長さＬminの差（Ｌmax−Ｌmin）は、０．２ｍｍ≦（Ｌmax−Ｌmin）≦１．８ｍｍの範囲に設定されることを要する。
【００４６】
【表２】
0006540310.tif 000003
【実施例】
【００４７】
以下、実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。
【００４８】
尚、図１は、光ファイバ端末の光出射端面近傍にコリメートレンズ３が配置された光コリメータを示し、図２は、図１に示す光コリメータの一つを出射コリメータとし、対向側にもう一つの光コリメータを受光コリメータとして配置した光結合系を示している。
【００４９】
光ファイバ端末から出射された光は、図２に示すようにコリメートレンズ３を通過してコリメート光となり、受光側のコリメートレンズ３で集光され、受光側光ファイバ端末の光ファイバコア１１に結合する。
【００５０】
光ファイバ端末の「挿入損失」は、レーザ光源（図示せず）から光ファイバ端末の光ファイバコア１１に導かれた光が図２に示すようにコアレスファイバ２を透過し、更にコリメートレンズ３を透過する間に受けた損失として評価した。また「結合損失」は、レーザ光源（図示せず）から光ファイバ端末の光ファイバコア１１に導かれた光が図２に示すようにコアレスファイバ２、コリメートレンズ３を透過し、かつ、受光側のコリメートレンズ３で集光されて受光側光ファイバ端末の光ファイバコア１１に結合し、透過した後に光検出器（図示せず）で測定して求めた。更に「反射減衰量」は、前記式１に基づいて求められている。
【００５１】
［実施例１］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが１０μｍ、開口数が０．０８、光ファイバのクラッド径φが４００μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−１０／４００光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径４００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−４００−ＦＡコアレスファイバ」を用いると共に、ＬＭＡファイバとコアレスファイバの各端面を対向させて株式会社フジクラ製の「ＦＳＭ−１００Ｍ型の光ファイバ融着接続機」にて接合して実施例１に係る光ファイバ端末を作製した。
【００５２】
次に、光ファイバコア１１の光軸に垂直な面に対して角度０°かつ加工公差±１°の条件でコアレスファイバの出射端面を研磨し、更に、コアレスファイバの出射端面表面に透過率９９．８％以上の反射防止膜を形成した。
【００５３】
実施例１に係る光ファイバ端末の上記コアレスファイバの最長長さＬmaxは２．３４ｍｍ、コアレスファイバの最短長さＬminは０．５７ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は、１．７７ｍｍであることからコアレスファイバ端面を±０．８８ｍｍの加工精度で研磨すればよく、高度で高価な加工技術を用いることなく、低価格で高出力ファイバレーザに適した光ファイバ端末の実現が可能となった。
【００５４】
次に、コアレスファイバ長を０．７９ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。挿入損失、結合損失を評価する場合は、焦点距離が４ｍｍのコリメートレンズを用い、結合損失を評価する場合は、コリメートレンズ間の距離を４０ｍｍとした。
【００５５】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９８の真円度を実現できた。
【００５６】
また、実施例１に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．８８ｍｍで上述したように加工が極めて容易となり、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することができる。
【００５７】
［実施例２］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが１５μｍ、開口数が０．０８、光ファイバのクラッド径φが２００μｍである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径２００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−２００−ＦＡコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例２に係る光ファイバ端末を作製した。
【００５８】
実施例２に係る光ファイバ端末の上記コアレスファイバの最長長さＬmaxは１．２０ｍｍ、コアレスファイバの最短長さＬminは０．９２ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は、０．２８ｍｍであることからコアレスファイバ端面を±０．１４ｍｍの加工精度で研磨すればよく、容易に高性能光ファイバ端末の実現が可能となった。
【００５９】
次に、コアレスファイバ長を１．１０ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、実施例１と同様に出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。
【００６０】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９６の真円度を実現できた。
【００６１】
また、実施例２に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．１４ｍｍで上述したように加工が極めて容易となり、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することができる。
【００６２】
［実施例３］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが２０μｍ、開口数が０．０７、光ファイバのクラッド径φが４００μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−２０／４００−Ｍ光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径４００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−４００−ＦＡコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例３に係る光ファイバ端末を作製した。
【００６３】
実施例３に係る光ファイバ端末の上記コアレスファイバの最長長さＬmaxは２．６６ｍｍ、コアレスファイバの最短長さＬminは１．３２ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は、１．３４ｍｍであることからコアレスファイバ端面を±０．６７ｍｍの加工精度で研磨すればよく、容易に高性能光ファイバ端末の実現が可能となった。
【００６４】
次に、コアレスファイバ長を２．３８ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、実施例１と同様に出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。
【００６５】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９６の真円度を実現できた。
【００６６】
また、実施例３に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．６７ｍｍで上述したように加工が極めて容易となり、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することができる。
【００６７】
［参考例４］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが２５μｍ、開口数が０．０７、光ファイバのクラッド径φが４００μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−２５／４００光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径４００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−４００−ＦＡコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例１と同様にして参考例４に係る光ファイバ端末を作製した。
【００６８】
参考例４に係る光ファイバ端末の上記コアレスファイバの最長長さＬmaxは２．８１ｍｍ、コアレスファイバの最短長さＬminは１．７７ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は、１．０４ｍｍであることからコアレスファイバ端面を±０．５２ｍｍの加工精度で研磨すればよく、容易に高性能光ファイバ端末の実現が可能となった。
【００６９】
次に、コアレスファイバ長を２．１０ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、実施例１と同様に出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。
【００７０】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９８の真円度を実現できた。
【００７１】
また、参考例４に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．５２ｍｍで上述したように加工が極めて容易となり、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することができる。
【００７２】
［実施例５］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが３０μｍ、開口数が０．０６、光ファイバのクラッド径φが４００μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−３０／４００−Ｍ光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径４００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−４００−ＦＡコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例５に係る光ファイバ端末を作製した。
【００７３】
実施例５に係る光ファイバ端末の上記コアレスファイバの最長長さＬmaxは２．９６ｍｍ、コアレスファイバの最短長さＬminは２．２８ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は、０．６８ｍｍであることからコアレスファイバ端面を±０．３４ｍｍの加工精度で研磨すればよく、容易に高性能光ファイバ端末の実現が可能となった。
【００７４】
次に、コアレスファイバ長を２．４９ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、実施例１と同様に出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。
【００７５】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９８の真円度を実現できた。
【００７６】
また、実施例５に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．３４ｍｍで上述したように加工が極めて容易となり、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することができる。
【００７７】
［比較例１］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが１０μｍ、開口数が０．０９、光ファイバのクラッド径φが１２５μｍである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径１２５μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−１２５−ＦＡコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る光ファイバ端末を作製した。
【００７８】
比較例１に係る光ファイバ端末の式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さＬmaxは０．６９ｍｍ、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さＬminは０．５７ｍｍで、その差（Ｌmax−Ｌmin）は０．１２ｍｍで、コアレスファイバ端面を±０．０６ｍｍの加工精度で研磨することが要求されるため、コアレスファイバの長さ調整作業が難しくなった。
【００７９】
次に、コアレスファイバ長を０．５７ｍｍに設定して光ファイバ端末を作製し、実施例１と同様に出射ビームの真円度、反射減衰量、挿入損失、結合損失を評価した。
【００８０】
表３に評価結果を示すが、０．２ｄＢ以下の低挿入損失、４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たしており、かつ、出射ビームについても０．９５の真円度を実現できた。
【００８１】
しかし、比較例１に係るコアレスファイバ長さの公差は±０．０６ｍｍであるため高い加工精度が求められ、上述したようにコアレスファイバの長さ調整加工が非常に難しくなった。このため、工業的に低価格の光ファイバ端末を提供することは困難であった。
【００８２】
［比較例２］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが２０μｍ、開口数が０．０７、光ファイバのクラッド径φが２００μｍである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径２００μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−２００−ＦＡコアレスファイバ」を用いて比較例２に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
【００８３】
しかし、比較例２に係る光ファイバ端末の式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さＬmaxは１．２６ｍｍ（コア径Ｄが２０μｍである図３の直線ｃにおける縦軸「ビーム直径の１．５倍」欄の２００μｍに対応した横軸「コアレスファイバ長さＬ」欄の数値となる）、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さＬminは１．３３ｍｍとなるため、比較例２に係る光ファイバ端末では０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を実現できないことが確認される。
【００８４】
［比較例３］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが２５μｍ、開口数が０．０６７、光ファイバのクラッド径φが２５０μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−２５／２５０−Ｍ光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径２５０μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−２５０−ＦＡコアレスファイバ」を用いて比較例３に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
【００８５】
しかし、比較例３に係る光ファイバ端末の式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さＬmaxは１．６９ｍｍ、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さＬminは１．７８ｍｍとなるため、比較例３に係る光ファイバ端末では０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を実現できないことが確認される。
【００８６】
［比較例４］
ＬＭＡファイバとして、光ファイバのコア径Ｄが３０μｍ、開口数が０．０６、光ファイバのクラッド径φが２５０μｍである米国ニューファン社製の「ＬＭＡ−ＧＤＦ−３０／２５０−Ｍ光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径２５０μｍの米国ニューファン社製の「ＭＭ−２５０−ＦＡコアレスファイバ」を用いて比較例４に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
【００８７】
しかし、比較例４に係る光ファイバ端末の式Ａで定義されるコアレスファイバの最長長さＬmaxは１．７６ｍｍ、式Ｂで定義されるコアレスファイバの最短長さＬminは２．２８ｍｍとなるため、比較例４に係る光ファイバ端末では０．２ｄＢ以下の低挿入損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を実現できないことが確認される。
【００８８】
【表３】
0006540310.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る光ファイバ端末によれば、高出力ファイバレーザの光学部品に要求される０．２ｄＢ以下の低透過損失および４７ｄＢ以上の反射減衰量を満たし、かつ、光ファイバコアの中心軸とコリメートレンズから出射したビームの光軸との軸ずれが出射ビーム直径以内となるため、高いビーム品質を有する高出力ファイバレーザ用のファイバ端末に利用される産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００９０】
１  光ファイバ
２  コアレスファイバ
３  コリメートレンズ
１１  光ファイバコア
１２  光ファイバクラッド
Ｄ  光ファイバの直径（コア径）
φ  光ファイバクラッドの直径（クラッド径）
Ｌ  コアレスファイバの長さ
【図１】
0006540310.tif 000005
【図２】
0006540310.tif 000006
【図３】
0006540310.tif 000007
【図４】
0006540310.tif 000008