(57)【要約】  固定材へのクラッドモード光の入射を防止して固定材の損傷を防止すると共に、更に発光素子又は光ファイバから出射されたレーザ光が直接、固定材に入射される事を防止して、出射光に対する耐性を備えた光ファイバアセンブリと、その光ファイバアセンブリを備えた光結合装置又は光ファイバ結合装置を提供する。  光ファイバアセンブリを少なくとも光ファイバとキャピラリで構成し、キャピラリに光ファイバを挿入すると共に光ファイバの一端をキャピラリの外部に突出し、光ファイバの外周とキャピラリを固定材で固定し、更に光ファイバの外周の全周に亘って接触させると共に光ファイバの軸方向に所定の接触長を有してセラミックスを配置し、光ファイバの一端から見て固定材の位置よりも前方に、セラミックスの配置位置を設定する。
2015155994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光ファイバ及びこの光ファイバを挿入する貫通孔を有するキャピラリで構成され、
更に光ファイバが、コアと、コアの屈折率よりも小さい屈折率を有してコアの周りを包囲するクラッドで構成され、
キャピラリの貫通孔に光ファイバが挿入され、更に光ファイバの一端がキャピラリの外部に突出されており、
光ファイバの外周とキャピラリとが固定材で固定され、
更に光ファイバの外周の全周に亘って接触されると共に光ファイバの軸方向に所定の接触長を有してセラミックスが配置され、
光ファイバの一端から見て、光ファイバ外周と接触される固定材の位置よりも前方に、セラミックスの配置位置が設定されていることを特徴とする光ファイバアセンブリ。
【請求項２】
前記セラミックスに入射された光が散乱されると共に、前記セラミックスの屈折率が前記クラッドの屈折率以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバアセンブリ。
【請求項３】
前記接触長が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバアセンブリ。
【請求項４】
前記光ファイバの前記一端側の前記貫通孔の端部に前記固定材が配置され、更に前記固定材が前記セラミックスで覆われていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光ファイバアセンブリ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の光ファイバアセンブリと発光素子で少なくとも構成され、
発光素子に対向して前記一端が配置されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れかに記載の光ファイバアセンブリを複数備えて構成され、各光ファイバの前記一端が対向配置されていることを特徴とする光ファイバ結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバアセンブリ及び光結合装置又は光ファイバ結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な粒子を流体中に分散させ、その流体を細く流して個々の粒子を光学的に分析する手法として、フローサイトメトリー（ｆｌｏｗ  ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ）が開発されている。そのフローサイトメトリーの励起光源として、紫外線から赤外線範囲の波長帯域を有するレーザ光源が実用化されており、レーザ出力としては５０ｍＷ以上のハイパワーレーザ光が用いられている。更に、このようなレーザ光源を備えた光結合装置、又は紫外線から赤外線範囲の波長帯域のレーザ光を伝搬する光ファイバ結合装置が開発されている。【０００３】
光結合装置は、レーザ光源として筐体内に収容された発光素子の光出射端面と、光ファイバの一端が、筐体内で互いに対向するように配置され、更に光ファイバの他端側が筐体外に引き出された構造を有している。発光素子としては、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）、スーパールミネッセントダイオード（ｓｕｐｅｒ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｄｉｏｄｅ）、又はＹＡＧレーザ等の固体レーザ等が用いられる。【０００４】
一方、光ファイバ結合装置は、フェルールを取り付けた光ファイバ同士を、互いに対向するように筒状のケース内部に両側から取り付け、光ファイバ同士が光学的に結合するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５３０７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光結合装置では、発光素子からの出射光をレンズで収束して、光ファイバに光学的に結合させている。しかし、光ファイバの入射端部においてモードフィールド径（ＭＦＤ：Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ）のミスマッチや、レンズの収差等に起因した、結合損失が発生する。この結合損失により収束された出射光の一部が光ファイバのクラッドに漏れたり、コアの開口数（ＮＡ）よりも大きなＮＡを有する出射光がコアに入射されて出射光の一部がクラッドへと漏れてしまう。このクラッドへの出射光の漏れにより、クラッド層を伝搬するレーザ光（クラッドモード光）が生じてしまう。【０００７】
また光ファイバ結合装置でも、クラッドモード光が生じてしまう。光ファイバ結合装置におけるクラッドモード光の発生原因としては、対向配置される各光ファイバの端部間の調軸不一致、即ち各光ファイバ同士の光軸が一致しないことによる。【０００８】
光結合装置又は光ファイバ結合装置でクラッドモード光が発生しても、クラッドの外周が空気と接する光ファイバ外周部では、空気の屈折率がクラッド材の屈折率よりも小さい。従って、クラッドモード光がクラッド外周面に入射する角度が臨界角より大きい場合は、クラッドモード光は光ファイバ内に閉じ込められる。しかしクラッド外周が、クラッド材の屈折率以上の屈折率を有する固定材（例えば、接着剤や低融点ガラス、又は半田等）で固定されていると、クラッドから固定材へとクラッドモード光が漏れてしまう。前記のようなレーザ出力が５０ｍＷ以上のハイパワーなレーザ光がクラッドモード光として固定材に漏れると、クラッドモード光が固定材に吸収されて固定材が高温となり、固定材を溶解又は燃やして損傷させてしまうという問題があった。【０００９】
また更なる問題として、発光素子から出射された５０ｍＷ以上のハイパワーなレーザ光が直接、固定材に入射される事が挙げられる。光ファイバとキャピラリ等が固定材で固定され、更にその固定材が光ファイバの入射端部側に配置されている光結合装置を例に取り説明すると共に、図１８にそのような光結合装置におけるレーザ光の入射状態を概念図で示す。図１８より光結合装置１００では、図示しないレンズの収差や、図示しない発光素子と光ファイバ１０１の入射端部との調軸不一致、又はレンズと光ファイバ１０１の入射端部との調軸不一致等により、発光素子から出射されたハイパワーなレーザ光が直接、固定材１０２に入射される虞がある。そしてこのようなレーザ光が直接、固定材１０２に入射されると、固定材１０２が加熱されて損傷してしまうという問題があった。【００１０】
本発明は、上記事情に照らしてなされたものであり、固定材へのクラッドモード光の入射を防止し、固定材の損傷を防止可能な光ファイバアセンブリと、その光ファイバアセンブリを備えた光結合装置又は光ファイバ結合装置の提供を課題とする。【００１１】
更に本発明は上記課題に加えて、発光素子又は光ファイバから出射されたレーザ光が直接、固定材に入射される事を防止して、発光素子又は光ファイバからの出射光に対する耐性を備えた光ファイバアセンブリと、その光ファイバアセンブリを備えた光結合装置又は光ファイバ結合装置の提供も課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題は、以下の本発明により達成される。即ち、
（１）本発明の光ファイバアセンブリは、少なくとも光ファイバ及びこの光ファイバを挿入する貫通孔を有するキャピラリで構成され、更に光ファイバが、コアと、コアの屈折率よりも小さい屈折率を有してコアの周りを包囲するクラッドで構成され、キャピラリの貫通孔に光ファイバが挿入され、更に光ファイバの一端がキャピラリの外部に突出されており、光ファイバの外周とキャピラリとが固定材で固定され、更に光ファイバの外周の全周に亘って接触されると共に光ファイバの軸方向に所定の接触長を有してセラミックスが配置され、光ファイバの一端から見て、光ファイバ外周と接触される固定材の位置よりも前方に、セラミックスの配置位置が設定されていることを特徴とする。【００１３】
（２）本発明の光ファイバアセンブリの一実施形態は、セラミックスに入射された光が散乱されると共に、セラミックスの屈折率がクラッドの屈折率以上に設定されていることが好ましい。【００１４】
（３）本発明の光ファイバアセンブリの他の実施形態は、接触長が０．３ｍｍ以上であることが好ましい。【００１５】
（４）本発明の光ファイバアセンブリの他の実施形態は、光ファイバの一端側の貫通孔の端部に固定材が配置され、更に固定材がセラミックスで覆われていることが好ましい。【００１６】
（５）また、本発明の光結合装置は、前記（１）〜（４）の何れかに記載の光ファイバアセンブリと発光素子で少なくとも構成され、発光素子に対向して一端が配置されていることを特徴とする。【００１７】
（６）また、本発明の光ファイバ結合装置は、前記（１）〜（４）の何れかに記載の光ファイバアセンブリを複数備えて構成され、各光ファイバの一端が対向配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、５、６記載の発明（即ち、前記（１）、（５）、（６）の発明）に依れば、クラッドモード光を散乱し、光ファイバの軸方向の散乱光を除去することで、固定材へのクラッドモード光の入射が防止され、固定材の損傷が防止可能となる。【００１９】
更に、請求項２記載の発明（即ち、前記（２）の発明）に依れば、請求項１、５、６記載の発明が有する効果に加えて、セラミックスの屈折率をクラッドの屈折率以上に設定することで、セラミックスにクラッドモード光を入射させることを許容した上で散乱させ、光ファイバの軸方向の散乱光を除去して固定材に入射させない構成としている。従って、より確実に固定材の損傷を防止することが出来る。【００２０】
更に、請求項３記載の発明（即ち、前記（３）の発明）に依れば、前記各請求項記載の発明が有する効果に加えて、クラッドモード光の固定材への漏れを防止するために必要となる、光ファイバ外周に対するセラミックスの接触長が０．３ｍｍ以上であることを見出した。従って、クラッドモード光をより確実に散乱して光ファイバの軸方向の散乱光を除去し、より確実に固定材の損傷を防止することが可能となる。【００２１】
更に、請求項４記載の発明（即ち、前記（４）の発明）に依れば、前記各請求項記載の発明が有する効果に加えて、結合漏れした発光素子又は光ファイバからの出射光をセラミックス表面で拡散反射することで、出射光が固定材に直接入射される事を防止し、発光素子又は光ファイバからの出射光に対する耐性を備えて、固定材の損傷を防止可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリにおける、光ファイバ一端側付近の拡大部分断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリを使用した、光結合装置の模式図である。
【図５】第１の実施形態の光ファイバアセンブリにおける、光ファイバ一端側付近の拡大断面と、クラッドモード光の散乱状態を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリを使用した、光ファイバ結合装置の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリにおける、光ファイバ一端側付近の拡大部分断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリを使用した、光結合装置の模式図である。
【図１１】第２の実施形態の光ファイバアセンブリにおける、光ファイバ一端側付近の拡大断面と、クラッドモード光の散乱状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリを使用した、光ファイバ結合装置の一例を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る光ファイバアセンブリに備えられる偏波保持ファイバを光軸と垂直な面で切断したときの断面図である。
【図１４】実施例における、アルミナの状態を示す写真である。
【図１５】比較例における、クラッドモード光が入射された低融点ガラスの拡大写真である。
【図１６】比較例における、レーザ光の直接照射前の低融点ガラスの表面状態を示す写真である。
【図１７】比較例における、レーザ光の直接照射後の低融点ガラスの表面状態を示す写真である。
【図１８】光結合装置において、レーザ光が直接、固定材に入射される状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施形態＞
以下に、本発明に係る光ファイバアセンブリの第１の実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバアセンブリ１ａの構成を示す模式図であり、図２は光ファイバアセンブリ１ａの構成を模式的に示す断面図であり、図３は光ファイバアセンブリ１ａにおける、光ファイバ２の一端側付近の拡大部分断面図である。なお、図２及び図３では見易さを優先し、後述する光ファイバ２とエンドキャップ８のハッチングを省略している。
【００２４】
光ファイバアセンブリ１ａは少なくとも光ファイバ２とキャピラリ３で構成され、更にキャピラリ３の端部を若干突出させて保持するフェルール４とで、主要部が構成される。
【００２５】
光ファイバ２は、入射端部である一端から所定長さ分だけ被覆５が除去されて素線が露出した素線部分（ストリップ部分）となっている。そのストリップ部分がキャピラリ３に挿入される。光ファイバ２は、コアと、そのコアの屈折率よりも小さい屈折率を有してコアの周りを包囲するクラッドで構成され、シングルモード型ファイバやマルチモード型ファイバ、又は偏波保持ファイバが使用される。
【００２６】
シングルモード型ファイバは、石英材で構成された光ファイバを使用する。クラッドの屈折率は、一例として５８７．５６ｎｍの波長で１．４５８５、１０６０．００ｎｍの波長で１．４４９８、１５００．００ｎｍの波長で１．４４４７とし、クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも小さく設定される。
【００２７】
マルチモード型ファイバとしては、石英材で構成された屈折率分布型やステップインデックス型の光ファイバを使用する。なお本発明では、コアとそのコアの屈折率よりも小さい屈折率を有してコアの周りを包囲するクラッドで構成される光ファイバに、屈折率分布型のマルチモード型ファイバも含むものとする。
【００２８】
また偏波保持ファイバは、直線偏光状態を保持しつつ光を伝搬することの可能な光ファイバ（いわゆるＰＭＦ；Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ）である。更に、図１３で示すようにその素線１６内部の一例は、石英材で構成されて大きい屈折率であるコア１６ａと、このコア１６ａの周囲に同心円状に形成された比較的小さい屈折率で、コア１６ａよりも小さい屈折率の石英材で構成されたクラッド１６ｂと、クラッド１６ｂ内に設けられた２つの応力付与部１６ｃとから構成されている。
【００２９】
応力付与部１６ｃは、クラッド１６ｂ内でコア１６ａを中心に対称配置されており、その断面は円形である。また、その屈折率はクラッド１６ｂよりも更に小さい。応力付与部１６ｃには、クラッド１６ｂよりも熱膨張係数の大きい材料が用いられており、特にＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラスが利用される。
【００３０】
ＰＭＦには、図１３に示した様なパンダ型以外の光ファイバも使用可能であり、例えば楕円型コアを有するＰＭＦや、圧縮楕円型のＰＭＦ、又はパンダ型を含むボウタイのＰＭＦも使用可能である。
【００３１】
キャピラリ３はその中心部に、長手方向に対し平行に貫通孔が形成され、円筒状に形成されている。更にその貫通孔に光ファイバ２が挿入され、光ファイバ２の一端をキャピラリ３の外部に突出して、光ファイバ２の一端を保持している。
【００３２】
キャピラリ３の材料としては、ジルコニア、アルミナ等の酸化物セラミックス材、その他として炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化物セラミック材や、ほう珪酸ガラス、結晶化ガラス等のガラス材、並びにプラスチックス材、及びその他の金属材等が挙げられる。
【００３３】
これら材料の中でも特にジルコニアは広く使われており、また微細孔を高精度に加工することができ、且つ熱的環境変化に強く、更にエポキシ系接着剤を介して光ファイバ２に接着すると、その接着力が強いことから、キャピラリ３の材料として最も好ましい。
【００３４】
光ファイバ２を挿入したキャピラリ３並びに被覆５が、スリーブ４の孔部に挿入される。キャピラリ３と被覆５の外径寸法は異なるため、スリーブ４の孔部の内周面には、キャピラリ３挿入用と被覆５挿入用の段差部が設けられている。なおスリーブ４の外形は、円筒状に形成されている。
【００３５】
前記貫通孔に挿入された光ファイバ２の外周と、キャピラリ３が、固定材６ａで固定される。光ファイバ２の外周とキャピラリ３との固定は、図２に示すように光ファイバ２の一端側の貫通孔の端部に固定材６ａを配置して固定するか、後述する図８に示すように光ファイバ２の他端側の貫通孔の端部に固定材６ｂを配置して固定するか、又は貫通孔の内径と光ファイバ２の外周との隙間に固定材を配置して固定するか、或いはこれらを組み合わせて固定すれば良い。光ファイバアセンブリ１ａでは、図２に示すように光ファイバ２の一端側の貫通孔の端部に固定材６ａが配置される場合を例に取り説明する。固定材６ａには、接着剤、低融点ガラス、半田等を用いる。なお本発明では、紫外線から赤外線範囲の波長帯域における屈折率で、光ファイバ２のクラッド材の屈折率よりも大きい固定材を用いても良い。固定材を屈折率に関係なく幅広く選択することが可能となり、光ファイバアセンブリ１ａの設計や製造の容易化を図ることが可能となる。
【００３６】
接着剤としては、エポキシ系接着剤（エポキシ樹脂系接着剤）や、ＵＶ系接着剤等の光硬化接着剤、無機接着剤（特に金属アルコキシドをバインダとした接着剤）等を用いることが出来る。しかしキャピラリ３の貫通孔への充填性、接着力（接着強度）、耐熱的環境特性、硬化特性等を考慮すると、特にエポキシ系接着剤が好ましい。なお接着剤にはフィラー（充填剤）を混入しても構わない。
【００３７】
また低融点ガラスとしては、７×１０−６（／℃）の熱膨張係数を持つＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系低融点ガラス、或いは無鉛低融点ガラスを用いれば良い。
【００３８】
また半田には、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ等の接合材を用い、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕのスパッタリング膜を付けておき、Ｎｉ−Ａｕのめっきを施した光ファイバ２及びキャピラリ３に接合材を固定すれば良い。
【００３９】
前述のように、光ファイバ２の一端側の貫通孔の端部に固定材６ａが配置されると共に、更に固定材６ａの表面露出部分がセラミックス７ａで覆われる。セラミックス７ａは、光ファイバ２の外周の全周に亘って接触するように設けられると共に、図３に示すように光ファイバ２の軸方向に所定の接触長Ｌを有して配置される。従って、光ファイバ２の一端から見て、光ファイバ２の外周と接触される固定材６ａの位置よりも前方に、セラミックス７ａの配置位置が設定されることとなる。
【００４０】
セラミックス７ａは、紫外線から赤外線範囲（２００ｎｍ以上６０００ｎｍ以下の範囲）の波長帯域において、光ファイバ２のクラッド（特にクラッド外周部）の屈折率以上に設定された屈折率を有する。更に、セラミックス７ａ内部に入射する光を散乱及び除去する特性を有するセラミックス材料を全て網羅するものと定義する。具体的にはアルミナ、ジルコニア、グレーアルミナ、チタニア、アルミナ−チタニアなどが挙げられる。具体的なセラミックス７ａの屈折率の一例としては、１．７６〜１．７７が挙げられる。従って、光ファイバ２の一端からクラッドモード光が入射した場合、セラミックス７ａがクラッド以上の屈折率を有するので、セラミックス７ａ内部にクラッドモード光が入射することを、本発明では許容する。
【００４１】
図３に示すセラミックス７ａと光ファイバ２外周との接触長Ｌは、任意に設定すれば良いが、０．３ｍｍ以上に設定することが特に好ましい。その理由は、セラミックス７ａ内部に入射したクラッドモード光を散乱させ、散乱したクラッドモード光をセラミックス７ａ内部で減衰させ、光ファイバ２の軸方向においてセラミックス７ａ外部に伝搬するクラッドモード光を除去して、セラミックス７ａよりも後部に配置される固定材６ａへの漏れ入射をより確実に防止するためである。なお、セラミックス７ａ内部においてクラッドモード光の散乱が生じない部分まで接触長Ｌを延長する必要は無く、固定材６ａへのクラッドモード光の漏れを防止可能な程度としては、接触長Ｌは０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度がより実用的である。
【００４２】
セラミックス７ａの塗布は、常温域（５℃以上３５℃以下）でペースト状のセラミック材基材の接着剤を固定材６ａ上に塗布し、その後１００℃で加熱して硬化させることで、固定材６ａをセラミックス７ａで覆うこととする。
【００４３】
更に本実施形態では、光ファイバ２の一端側の端面にエンドキャップ８を固定している。エンドキャップ８は、単一屈折率を有するコアレス構造の非ドープ石英材料から構成されると共に、その屈折率は光ファイバ２のコアの屈折率と等価に設定される。また外形は円柱状に形成され、光ファイバ２と同一径に設定される。光ファイバ２とエンドキャップ８とはそれぞれの端部で融着固定される。
【００４４】
更にエンドキャップ８の端部は図３に示すように、光ファイバ２の光軸に垂直な平面に対して角度θ（４度から８度）に研磨され、傾斜状に形成されている。その端面には光学研磨処理が施されると共に、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートが施され、端面からのフレネル反射が抑制されて結合損失が少ない光ファイバアセンブリ１ａが実現される。
【００４５】
なおエンドキャップ８の代わりに、大きなコアのマルチモード型ファイバを使用して良い。
【００４６】
以上の光ファイバアセンブリ１ａを使用した、光結合装置１１の模式図を図４に示す。図４では、光ファイバアセンブリ１ａは断面図で示している。但し見易さを優先して、光ファイバ２とエンドキャップ８のハッチングは省略している。図４に示すように光結合装置１１は、少なくとも光ファイバアセンブリ１ａと発光素子１０で構成され、発光素子１０に対向して光ファイバ２の一端及びエンドキャップ８の端面が配置される。更に図４では、光ファイバ２の一端側にレンズ９を配置し、一端側の端面をレンズ９に対向して配置した光結合装置１１を例示している。
【００４７】
レンズ９（一例は図示のような凸レンズ）は、発光素子１１から発振されたレーザ光を光学面で収束させ、エンドキャップ８の端面（又はエンドキャップ８が無い場合は、光ファイバ２の一端）に焦点を結ぶ。更に焦点は、エンドキャップ８の端面の略中心上（エンドキャップ８が無い場合は、光ファイバ２の光軸上）に設定される。
【００４８】
一方、発光素子１０は、紫外線から赤外線範囲の波長帯域を有すると共に、レーザ出力としては５０ｍＷ以上のハイパワーなレーザ光を発振する光源であり、ＬＤ、スーパールミネッセントダイオード、又はＹＡＧレーザ等の固体レーザ等が用いられる。
【００４９】
発光素子１０を図示しない筐体内部に収納し、レンズ９によるレーザ光の焦点位置に、エンドキャップ８の端面中心を高精度に位置決めし、更に筐体内部に、図示しない支持部品で光ファイバアセンブリ１ａを固定することで、光結合装置１１が作製される。
【００５０】
図５は、光ファイバアセンブリ１ａにおける、光ファイバ２の一端側付近の拡大断面と、発光素子１０から出射されたレーザ光の少なくとも一部が光ファイバ２内でクラッドモード光として伝搬し、そのクラッドモード光がセラミックス７ａ内部で散乱する状態を幾何的に示す模式図である。なお、クラッドモード光の散乱状態の見易さの確保のため、キャピラリ３以外の各部のハッチングは省略している。
【００５１】
まず発光素子１０より、紫外線から赤外線範囲の波長帯域のレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、レンズ９で収束されてエンドキャップ８端面に入射し、更に光ファイバ２に入射される。理想的な場合は、発光素子１０から出射されるレーザ光に対するレンズ９の位置決めや、レンズ９とエンドキャップ８端面間の位置決めが正確に行われているため、エンドキャップ８の端面中心に収束光が入射される。レンズ９からの収束光がエンドキャップ８に入射されると、エンドキャップ８内部をレーザ光が伝搬して行き  、光ファイバ２の一端に所定内の開口数ＮＡで入射され、コア２ａ内部を臨界角以下で全反射しながら伝搬して行く。
【００５２】
しかし、レンズ９で収差が発生したり、発光素子１０とレンズ９間の位置決めやレンズ９とエンドキャップ８端面間の位置決め（調軸）が不正確な場合は、その程度に応じて図５に示すようにエンドキャップ８の端面でレーザ光が屈折し、入射角度を変えて内部を伝搬し、光ファイバ２に入射する。エンドキャップ８に入射したレーザ光は、エンドキャップ８内部で緩やかに屈折しながら光ファイバ２へと入射されて、ＭＦＤのミスマッチが生じたレーザ光やコア２ａの開口数ＮＡよりも大きなＮＡを有するレーザ光が光ファイバ２に入射され、クラッドモード光が発生する。
【００５３】
図５に示すように、空気と接するクラッド２ｂ外周では、空気の屈折率（約１．００）がクラッド２ｂの屈折率（前記より約１．４７）よりも小さいため、クラッドモード光がクラッド外周面に入射する角度が臨界角より大きい場合は、クラッドモード光は光ファイバ２内に閉じ込められる。しかしクラッド２ｂ外周がセラミックス７ａと接触する部分まで伝搬していくと、セラミックス７ａの屈折率はクラッド２ｂの屈折率以上に設定されているため、クラッドモード光は固定材６ａよりも前方に配置されたセラミックス７ａ内部に入射する。
【００５４】
セラミックス７ａ内部に入射したクラッドモード光は、セラミックス７ａ内部で散乱し、更に散乱したクラッドモード光はセラミックス７ａ内部で減衰される。光ファイバ２の一端から見て、固定材６ａの位置よりも前方にセラミックス７ａが配置されているため、クラッドモード光はセラミックス７ａ内部で散乱、減衰される。更に、セラミックス７ａは光ファイバ２の軸方向に所定の接触長Ｌ分だけ接触しているため、クラッドモード光はセラミックス７ａ内部で減衰されながら、光ファイバ２の軸方向において徐々に減衰されて行く。以上により、光ファイバ２の軸方向において、セラミックス７ａ外部に伝搬するクラッドモード光が散乱され、光ファイバ２の軸方向の散乱光が除去されて、固定材６ａへのクラッドモード光の入射が防止され、固定材６ａの損傷が防止可能となる。
【００５５】
更に、セラミックス７ａの屈折率をクラッド２ｂの屈折率以上に設定することで、セラミックス７ａにクラッドモード光を入射させることを許容した上で散乱させ、光ファイバ２の軸方向の散乱光を除去して固定材６ａに入射させない構成としている。従って、より確実に固定材６ａの損傷を防止することが出来る。
【００５６】
接触長Ｌは、クラッドモード光の固定材６ａへの漏れ防止との効果が得られる範囲で所定長さに設定すれば良い。本出願人は、特に、固定材６ａへのクラッドモード光の漏れを完全に防止する長さとして、０．３ｍｍ以上が必要であることを検証により見出した。従って、接触長Ｌを０．３ｍｍ以上に設定することにより、クラッドモード光をより確実に散乱して、光ファイバ２の軸方向の散乱光を除去し、より確実に固定材６ａの損傷を防止することが可能となる。
【００５７】
更に、光ファイバアセンブリ１ａでは、セラミックス７ａが固定材６ａの前方に配置されるように、固定材６ａの露出部分をセラミックス７ａで覆っている。従って、レンズ９の収差や、発光素子１０と光ファイバ２の入射端部（又はエンドキャップ８端面）との調軸不一致、又はレンズ９と光ファイバ２の入射端部（又はエンドキャップ８端面）との調軸不一致等により、発光素子１０から出射されたハイパワーなレーザ光が直接、固定材６ａ方向に出射されても、そのレーザ光はセラミックス７ａ表面で拡散反射され、固定材６ａには入射されない。従って、結合漏れした発光素子１０からの出射光を拡散反射することで、出射光が固定材６ａに直接入射される事が防止され、発光素子１０からの出射光に対する耐性を備えて、固定材６ａの損傷が防止可能となる。
【００５８】
また図６に示すように、光ファイバアセンブリ１ａを複数、各光ファイバ２の一端が対向するように、複数の円筒状のケース１２内に配置して備えることで、光ファイバ結合装置１３を構成しても良い。なお、光結合装置１１と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。図６では光ファイバ結合装置の一例として、光ファイバ２同士のコア軸が同一直線上に配置されると共に、対向配置された各光ファイバ２の一端同士が互いに接触するように構成された光ファイバ結合装置１３を図示している。なお図６でも、見易さを優先して、光ファイバ２とエンドキャップ８のハッチングを省略している。勿論、各光ファイバ２の一端同士を離しても良いし、更に離した各光ファイバ２の間にコリメートレンズやフィルタ、又は光アイソレータ等の光学素子を配置しても良い。
【００５９】
光ファイバ結合装置１３においても、各光ファイバ２同士の一端間の調軸不一致により、各光ファイバ２のコアのＮＡよりも大きなＮＡを有するレーザ光の結合や、ＭＦＤのミスマッチが生じたレーザ光の結合により、クラッドモード光が生じる場合がある。しかしながら、各光ファイバ２において固定材６ａよりも前方にセラミックス７ａを配置しているので、光結合装置１１と同様にクラッドモード光はセラミックス７ａ内部で散乱、減衰、除去され、固定材６ａへのクラッドモード光の入射が防止されて、固定材６ａの損傷が防止される。
【００６０】
更に、各光ファイバ２同士の一端間の調軸不一致により、一方の光ファイバ２から出射されたレーザ光が直接、もう一方の光ファイバ２における固定材６ａ方向に出射されても、そのレーザ光はセラミックス７ａ表面で拡散反射される。従って、出射光が固定材６ａに直接入射される事が防止され、出射光に対する耐性を備えて、固定材６ａの損傷が防止可能となる。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る光ファイバアセンブリの第２の実施形態について、図７から図９を参照しながら説明すると共に、第２の実施形態の光ファイバアセンブリを使用した光結合装置の構成と動作を図１０及び図１１を参照しながら説明する。また、第２の実施形態の光ファイバアセンブリを使用した光ファイバ結合装置の構成と動作を、図１２を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。図８から図１０、及び図１２でも見易さを優先して、光ファイバ２とエンドキャップ８のハッチングを省略している。更に、図１１ではキャピラリ３以外の各部のハッチングは省略している。
【００６２】
第２の実施形態に係る光ファイバアセンブリ１ｂが、前記光ファイバアセンブリ１ａと異なる点は、光ファイバ２の一端側とは反対側の他端側のキャピラリ３貫通孔端部に、固定材６ｂが配置されており、更に光ファイバ２の一端側の前記貫通孔の端部には、セラミックス７ｂのみが配置されている点である。
【００６３】
光ファイバアセンブリ１ｂにおける光ファイバ２の外周とキャピラリ３との固定は、図８に示すように光ファイバ２の他端側の貫通孔の端部に固定材６ｂを配置することで行われる。固定材６ｂには、前記接着剤又は前記半田等を用いれば良い。但し低融点ガラスは、加熱温度により光ファイバ２の被覆５が燃える虞が有るため、固定材６ｂの配置位置には使用を控えた方が望ましい。
【００６４】
セラミックス７ｂは、光ファイバ２の外周の全周に亘って接触するように設けられると共に、図９に示すように光ファイバ２の軸方向に所定の接触長Ｌを有して配置される。従って、光ファイバ２の一端から見て、光ファイバ２の外周と接触される固定材６ｂの位置よりも前方に、セラミックス７ｂの配置位置が設定されることとなる。
【００６５】
セラミックス７ｂもセラミックス７ａと同様、紫外線から赤外線範囲の波長帯域において、光ファイバ２のクラッド（特にクラッド外周部）の屈折率以上に設定された屈折率を有する。更に、セラミックス７ｂ内部に入射する光を散乱及び除去する特性を有するセラミックス材料を全て網羅する。従って、光ファイバ２の一端からクラッドモード光が入射した場合、セラミックス７ｂ内部にクラッドモード光が入射する。
【００６６】
セラミックス７ｂの塗布は、常温域（５℃以上３５℃以下）でペースト状のセラミック材基材の接着剤を、光ファイバ２の一端側のキャピラリ３の貫通孔端部に塗布し、その後１００℃で加熱して硬化させて行う。
【００６７】
光結合装置１１と同様に図１０の光結合装置１４でもクラッドモード光が発生すると、図１１に示すように、空気と接するクラッド２ｂ外周では、空気の屈折率（約１．００）がクラッド２ｂの屈折率（約１．４７）よりも小さいため、クラッドモード光がクラッド外周面に入射する角度が臨界角より大きい場合は、クラッドモード光は光ファイバ２内に閉じ込められる。しかしクラッド２ｂ外周がセラミックス７ｂと接触する部分まで伝搬していくと、セラミックス７ｂの屈折率はクラッド２ｂの屈折率以上に設定されているため、クラッドモード光は固定材６ｂよりも前方に配置されたセラミックス７ｂ内部に入射する。
【００６８】
セラミックス７ｂ内部に入射したクラッドモード光は、セラミックス７ｂ内部で散乱し、減衰される。更に、セラミックス７ｂは光ファイバ２の軸方向に所定の接触長Ｌ分だけ接触しているため、光ファイバ２の軸方向において徐々に減衰されて行く。以上により、光ファイバ２の軸方向の散乱光が除去されて、固定材６ｂへのクラッドモード光の入射が防止され、固定材６ｂの損傷が防止可能となる。
【００６９】
また、図１２の光ファイバ結合装置１５においても、各光ファイバ２同士の一端間の調軸不一致により、各光ファイバ２のコアのＮＡよりも大きなＮＡを有するレーザ光の結合や、ＭＦＤのミスマッチが生じたレーザ光の結合により、クラッドモード光が生じる場合がある。しかしながら、各光ファイバ２において固定材６ｂよりも前方にセラミックス７ｂを配置しているので、光結合装置１４と同様にクラッドモード光はセラミックス７ｂ内部で散乱、減衰、除去され、固定材６ｂへのクラッドモード光の入射が防止されて、固定材６ｂの損傷が防止される。
【実施例】
【００７０】
（実施例）
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。本実施例に係る光ファイバアセンブリは、図２に示す光ファイバアセンブリ１ａの構成とし、光ファイバとしてパンダ型の偏波保持ファイバを用いた。また、固定材としてＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系低融点ガラスを用いると共に、セラミックスにはアルミナを用いた。更に、接触長Ｌは光ファイバの全周に亘って０．５ｍｍから１．０ｍｍ内に収まるように設定した。一方発光素子には、波長４０５、４５０、４８８ｎｍの青色帯域を有すると共に、レーザ出力が５０ｍＷの光源を用いた。【００７１】
前記光源からレーザ光を光ファイバに入射し、光ファイバ内部でクラッドモード光を伝搬させて、アルミナの状態を観察した。アルミナの状態を図１４に示す。図１４よりアルミナの状態には何らの変化も観察されず、低融点ガラスにも変化は見られなかった。従って、アルミナ内部でクラッドモード光が散乱し、除去されていることが確認された。【００７２】
更に光源からレーザ光をアルミナ表面に焦点を結ぶように、直接入射させて耐性を評価した。その結果、レーザ光はアルミナ表面で拡散反射し、図１４に示すようにアルミナの状態には何らの変化も生じないことが観察された。従って、本実施例が光源からの出射光に対する耐性を備えているとの評価結果が得られた。【００７３】
（比較例）
次に比較例として、図２に示す光ファイバアセンブリ１ａにおいてセラミックス７ａを備えない光ファイバアセンブリを、サンプルとして用意した。セラミックスの有無以外は、前記実施例と同一の構成とした。なお発光素子には、実施例と同一の光源を使用した。【００７４】
前記光源からレーザ光を光ファイバに入射し、光ファイバ内部でクラッドモード光を伝搬させて、低融点ガラスの状態を観察した。低融点ガラスの状態を図１５に示す。図１５より、低融点ガラスの黒化が観察された。従って、クラッドモード光の漏れにより固定材の損傷発生が確認された。【００７５】
更に光源からレーザ光を低融点ガラス表面に焦点を結ぶように、直接入射させて耐性を評価した。図１６にレーザ光の直接照射前の低融点ガラスの表面状態を示すと共に、図１７にレーザ光の直接照射後の低融点ガラスの表面状態を示す。図１７に示すように、レーザ光照射後の低融点ガラス表面のレーザ光集光部には黒化が生じ、その周囲には白い析出物が観察された。従って、比較例では光源からの出射光に対する耐性を備えていないとの評価結果が得られた。【００７６】
以上、実施例と比較例の各評価結果により、接触長さＬを有してセラミックスを設けることが、クラッドモード光による固定材の損傷防止と、発光素子からの直接入射光に対する固定材の耐性付与と云う点で、有効であることが確認された。
【符号の説明】
【００７７】
１ａ、１ｂ    光ファイバアセンブリ
２            光ファイバ
２ａ          コア
２ｂ          クラッド
３            キャピラリ
４            スリーブ
５            被覆
６ａ、６ｂ    固定材
７ａ、７ｂ    セラミックス
８            エンドキャップ
９            レンズ
１０          発光素子
１１、１４    光結合装置
１２          ケース
１３、１５    光ファイバ結合装置
１６          偏波保持ファイバの素線
１６ａ        偏波保持ファイバのコア
１６ｂ        偏波保持ファイバのクラッド
１６ｃ        偏波保持ファイバの応力付与部
Ｌ            光ファイバ外周とセラミックスとの接触長
θ            エンドキャップ端部の傾斜角度
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１８】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2015155994.tif 000022
2015155994.tif 000023
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