(57)【要約】【課題】光源からの光を光ファイバで伝搬させてから出射するファイバ光源装置において、ファイバ入射端面の汚染を安価な手段によって防止する。【解決手段】光源１と、この光源１からの光Ｂを集光する集光光学系２，３と、集光された光Ｂを入射端面１０ｃから受け入れて伝搬させる光ファイバ１０と、この光ファイバ１０の入射端面１０ｃに近い部分の外周面が接着されて、該光ファイバ１０を保持する筒状の保持部材１２とを備えてなるファイバ光源装置において、光ファイバ１０よりも大口径の光ファイバ１４を、その出射端面１４ｄが前記入射端面１０ｃに接する状態にして保持部材１２内に配設する。そして光ファイバ１０、１４の各外周面と保持部材１２とを、光Ｂに対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤１１により接着し、光ファイバ１０の出射端面１０ｄに、該端面１０ｄに接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体１３を形成する。【選択図】図１
2008250184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
この光源から発せられた光を集光する集光光学系と、
集光された前記光を入射端面から受け入れて伝搬させ、出射端面から出射させる光ファイバと、
この光ファイバの入射端面に近い部分の外周面が接着されて、該光ファイバを保持する筒状の保持部材とを備えてなるファイバ光源装置において、
前記光ファイバよりも大口径の光ファイバが、その出射端面が前記入射端面に接する状態にして前記筒状の保持部材内に配設され、
前記２つの光ファイバの各外周面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着され、
前記光ファイバの出射端面に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることを特徴とするファイバ光源装置。
【請求項２】
光源と、
この光源から発せられた光を集光する集光光学系と、
集光された前記光を入射端面から受け入れて伝搬させ、出射端面から出射させる光ファイバと、
この光ファイバの入射端面に近い部分の外周面が接着されて、該光ファイバを保持する筒状の保持部材とを備えてなるファイバ光源装置において、
前記光ファイバが、前記光の収束位置に対して入射端面が光軸方向にずれた状態に配置され、
前記光ファイバの外周面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着され、
前記光ファイバの出射端面に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることを特徴とするファイバ光源装置。
【請求項３】
集光された光を入射端面から受け入れて伝搬させる前記光ファイバが、マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１または２記載のファイバ光源装置。
【請求項４】
前記光源が、波長４５０ｎｍ以下の光を発するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のファイバ光源装置。
【請求項５】
前記接着剤の屈折率が、該接着剤が接する光ファイバのクラッドの屈折率より大であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のファイバ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はファイバ光源装置、特に詳細には、光源から発せられた光を一旦光ファイバにおいて伝搬させた後に、該光ファイバから射出する構造を有するファイバ光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信等の広範な分野において、レーザ光等の光の伝搬用に光ファイバが広く利用されている。この光ファイバは、例えば特許文献１に示されているように、その端部がフェルールと称される筒状の保持部品内に固定保持され、このフェルールごと光ファイバが取り扱われることが多い。上記フェルールはガラスや金属等から形成され、その内部に光ファイバ端部を固定する際には、該フェルールの内周面と、素線状態とされた光ファイバのクラッド外周面とが接着固定されるのが一般的である。
【０００３】
また例えば特許文献２に記載が有るように、上述のような光ファイバとレーザ装置等の光源と組み合わせてなるファイバ光源装置が公知となっている。このファイバ光源装置は基本的に、半導体レーザや固体レーザ等の光源と、この光源から発せられた光を集光する集光光学系と、集光された光を入射端面から受け入れて伝搬させ、出射端面から出射させる光ファイバとから構成されたものである。
【０００４】
この光源装置におけるように、レーザ光等の比較的高パワーの光を集光して光ファイバの入射端面（より詳しくはコアの入射端面）に照射すると、特にその光が短波長領域の光である場合、空気中に含まれる有機物質により入射端面に汚染が生じやすいという問題が認められている。この汚染の問題を防止するために、従来、特許文献３に示されているように、光ファイバの入射端面に、一般にスタブと称される透明部材を当接させておくことが提案されている。そのような構造においては、光の収束位置となる光ファイバの入射端面上では光のパワー密度が高くなるが、この光ファイバの入射端面はスタブによって空気と隔絶される。その一方、空気と触れるスタブの入射端面上では、収束しつつある比較的ビーム径の大きい光が通過することになるので、該端面上の光のパワー密度は比較的低くなる。以上の点から、光ファイバの入射端面もまたスタブの入射端面も、空気中に含まれる有機物質によって汚染し難くなる。
【特許文献１】特開２００５−３００５９６号公報
【特許文献２】特開平５−２８８９６７号公報
【特許文献３】特開２００４−２５３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように光ファイバ端部をフェルール内に接着固定した構造においては、使用を重ねるうちに光ファイバ端部がフェルールから突出して来るという問題が認められる。これは、両者を接着固定している接着剤が劣化することに起因していると考えられる。
【０００６】
図３は以上の問題を分かりやすく示すものである。ここに示すようにコア１０ａおよびその周囲に配されたクラッド１０ｂからなる光ファイバ１０の一端面（入射端面）１０ｃに近い部分の周面が、接着剤層５によって円筒状のフェルール１２の内周面に固定保持されている。正常の状態は同図（１）に示す通りであるが、接着剤層５が劣化して光ファイバ１０の動きを許してしまうと、同図（２）に示すように光ファイバ１０の先端部がフェルール１２から突出してしまう。劣化した接着剤層５は、フェルール１２が透明なガラス等からなるものである場合は、外側から黄変部として認められる。
【０００７】
このような現象が前述のスタブを有するファイバ光源装置において起きると、光ファイバとオプティカルコンタクトで接続しているスタブとの間で光の伝搬損が生じる等の問題を招く。
【０００８】
また、上記のスタブを有するファイバ光源装置においては、特殊なスタブを使用するためにコストが高くなりがちであるという問題も認められている。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、フェルール等の保持部材と光ファイバとを接着固定している接着剤の劣化を防止でき、また光ファイバの入射端面の汚染も防止可能で、しかも低コストで作製することができるファイバ光源装置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】
【００１０】
本発明による第１のファイバ光源装置は、前述したように、
光源と、
この光源から発せられた光を集光する集光光学系と、
集光された前記光を入射端面から受け入れて伝搬させ、出射端面から出射させる光ファイバと、
この光ファイバの入射端面に近い部分の外周面が接着されて、該光ファイバを保持するフェルール等の筒状の保持部材とを備えてなるファイバ光源装置において、
前記光ファイバよりも大口径の光ファイバが、その出射端面が前記入射端面に接する状態にして前記筒状の保持部材内に配設され、
前記２つの光ファイバの各外周面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着され、
前記光ファイバの出射端面に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明による第２のファイバ光源装置は、上記の同様の光源と、集光光学系と、光ファイバと、保持部材とを備えてなるファイバ光源装置において、
前記光ファイバが、前記光の収束位置に対して入射端面が光軸方向にずれた状態に配置され、
前記光ファイバの外周面と前記保持部材とが、前記光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって接着され、
前記光ファイバの出射端面に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
なお本発明のファイバ光源装置は、前述したように集光された光を入射端面から受け入れて伝搬させる光ファイバとして、マルチモード光ファイバが適用されていることを前提として構成されることが特に望ましい。
【００１３】
さらに本発明のファイバ光源装置は、光源として波長４５０ｎｍ以下の光を発するものが適用されていることを前提として構成されることが特に望ましい。
【００１４】
また本発明のファイバ光源装置は、前記接着剤の屈折率が、該接着剤が接する光ファイバのクラッドの屈折率より大であることを前提として構成されることが特に望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者の研究によると、光ファイバとフェルールとを接着固定している接着剤が劣化するという前述の問題は、主に光ファイバの端面で散乱した光がこの接着剤の部分に照射されることによって起きていることが判明した。
【００１６】
すなわち、上述の接着剤としては一般に熱硬化型のものが多く使用され、硬化した接着剤層には、接着の際に受けた熱応力が残留しやすい。この状態でファイバ光源装置が使用されて接着剤層に前述のような光が照射されると、そのとき熱も加わるので、その熱によって残留応力が解放されて接着剤層が動いてしまい、その結果光ファイバが保持部材から突出してしまうと考えられる。従来は、光ファイバと保持部材とを接着固定する接着剤として、導波する光に対する吸収率が９０％以上のものが多く用いられて来たので、以上説明した不具合が発生しやすくなっている。例えば、通信等で標準的に用いられているエポテック社製の熱硬化接着剤３５３ＮＤは、図１２に示す通り、約６００ｎｍ以下の波長の光をほぼ１００％吸収する。また同社製熱硬化接着剤３１４は、図１３に示す通り、約４００ｎｍ以下の波長の光をほぼ１００％吸収する。
【００１７】
なお、接着剤が熱硬化型のものではない場合も、上述のような光が照射されることによって接着剤が光化学的に劣化したり、熱によって劣化したりして、光ファイバの突出を招くことがある。
【００１８】
本発明による第１および第２のファイバ光源装置は、この新しい知見に基づいて得られたものであり、光ファイバを導波する光に対する透過率が２８％／ｍｍ以上である接着剤によって該光ファイバ（特に第１のファイバ光源装置においては、それに加えて大口径の光ファイバも）と保持部材とが接着されているので、硬化している接着剤層が極めて光を吸収し難くなっている。そこで、接着剤層が光を吸収して熱等によって劣化することが起こり難くなり、よって光ファイバが動いてしまうことが効果的に防止される。
【００１９】
なお、以上説明した接着剤の劣化は、そこに照射される光のエネルギーが高いほどより起きやすくなる。光ファイバが特にマルチモード光ファイバである場合はシングルモード光ファイバと比べて一般に高出力の光が入力されることが多く、また波長４５０ｎｍ以下の比較的短波長の光はそれ自体、長波長の光よりも高エネルギー状態にある。したがって、このようにマルチモード光ファイバが適用されたファイバ光源装置や、導波する光の波長が４５０ｎｍ以下であるファイバ光源装置に本発明が適用された場合は、接着剤の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。
【００２０】
他方、光ファイバと保持部材とを接着固定している接着剤の屈折率が、該接着剤が接するクラッドの屈折率より大である場合は、光ファイバの入射端面で散乱した光が接着剤の層を導波モードで伝搬することがある。このように接着剤層を光が導波する場合は、そこに単純に光が照射される場合と比べて、接着剤層はより大きいエネルギーを受けることとなる。したがって、このように接着剤の屈折率が、該接着剤が接するクラッドの屈折率より大になっているファイバ光源装置に本発明が適用された場合は、接着剤の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。
【００２１】
また、本発明による第１および第２のファイバ光源装置は、光ファイバの出射端面に、該端面に接触する他の光学部材との接着を抑止する保護膜体が形成されたものであるので、その出射端面を別の光ファイバ等の光学部材とオプティカルコンタクトをさせたときに発生する、両者に含まれる酸化物（石英、ＳｉＯ２）の反応を防ぐことができる。特に、導波する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、酸化物の反応箇所において光ファイバと上記光学部材とが一体化し、両者を離したときに反応箇所が損傷して、再使用不能、あるいは光伝搬損失の増大という問題が生じやすいが、保護膜体によって上記反応を防ぐことができれば、このような問題を防止して、性能が安定したファイバ光源装置を実現できる。
【００２２】
また、特に本発明による第１のファイバ光源装置においては、前述のように本来設けられる光伝搬用の光ファイバよりも大口径の光ファイバが、その出射端面が上記光伝搬用の光ファイバの入射端面に接する状態にして筒状の保持部材内に配設されているので、この大口径光ファイバが前述のスタブと同じ機能を果たすようになる。すなわち、光の収束位置となる本来の光伝搬用光ファイバの入射端面上では光のパワー密度が高くなるが、この光ファイバの入射端面は大口径光ファイバによって空気と隔絶される。その一方、空気と触れる大口径光ファイバの入射端面上では、収束しつつある比較的ビーム径の大きい光が通過することになるので、該端面上の光のパワー密度は比較的低くなる。以上の点から、いずれの光ファイバの入射端面も、空気中に含まれる有機物質によって汚染し難くなる。
【００２３】
そして上述の大口径ファイバとしては、一般に提供されているものを短く切断して使用することができるから、この本発明による第１のファイバ光源装置は、特殊なスタブを用いる従来装置と比べて低コストで作製可能となる。
【００２４】
また、特に本発明による第２のファイバ光源装置においては、光伝搬用の光ファイバが、集光された光の収束位置に対して入射端面が光軸方向にずれた状態に配置されているので、この入射端面上の光のパワー密度は、従来装置のように該入射端面上で光が収束する場合と比べると、比較的低いものとなる。そうであればこの光ファイバの入射端面が、空気中に含まれる有機物質によって汚染し難くなる。
【００２５】
そしてこの本発明による第２のファイバ光源装置は、光ファイバの入射端面の汚染防止のために前述のスタブのような特別の手段は全く用いないので、本装置も、従来装置と比べて低コストで作製可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態によるファイバ光源装置を示すものである。このファイバ光源装置は、半導体レーザ等の光源１と、この光源１から発散光状態で発せられたレーザビームＢを平行光化するコリメーターレンズ２と、平行光となったレーザビームＢを集光する集光レンズ３と、光ファイバ１０と、該光ファイバ１０の両端部をそれぞれ保持する１対の円筒状のフェルール１２とを有している。
【００２８】
ここで用いられている光ファイバ１０は、コア１０ａおよびその周囲に配されたクラッド１０ｂからなるマルチモード光ファイバであり、光ファイバ１０の両端面１０ｃ、１０ｄの各々に近い部分の外周面（より詳しくはクラッド外周面）が、それぞれ接着剤層１１によって円筒状のフェルール１２の内周面に接着固定されている。
【００２９】
そして光ファイバ１０の図中右側の端面（出射端面）１０ｄには、後に詳述する保護膜体１３が形成されている。また光ファイバ１０の図中左側の端面（入射端面）１０ｃには、大口径光ファイバ１４が当接され、この大口径光ファイバ１４も接着剤層１１によって円筒状のフェルール１２の内周面に接着固定されている。
【００３０】
なお２０は、光ファイバ１０を他の光ファイバと接続するためのコネクタハウジングである。本実施形態のファイバ光源装置は、一例としてピグテール型光源装置を構成するものであって、上記コネクタハウジング２０が取り付けられた方の光ファイバ１０の端部つまり出射端面１０ｄ側の端部は図示外のケースから外に出され、それと反対側の光ファイバ１０の端部つまり入射端面１０ｃ側の端部は、光源１および両レンズ２、３とともに上記ケースの中に収められている。
【００３１】
光ファイバ１０としては、コア径が６０μｍ程度のものが用いられている。それに対して大口径光ファイバ１４としては、コア１４ａの径が一例として１０５μｍのものが用いられている。なお光ファイバ１０のクラッド１０ｂの外径と、大口径光ファイバ１４のクラッド１４ｂの外径は互いに同じであり、例えば１２５μｍ等とされる。そして光ファイバ１０の入射端面１０ｃと、大口径光ファイバ１４の出射端面１４ｄとは、互いにオプティカルコンタクトによって接続している。
【００３２】
このファイバ光源装置においては、光源１から一例として波長が４０５ｎｍ、出力が２００ｍＷのレーザビームＢが発せられ、このレーザビームＢは上記両レンズ２、３の作用で例えばビーム径約３０μｍに収束する。光ファイバ１０は、入射端面１０ｃが上記レーザビームＢの収束位置に有る状態に配設されている。そこでこのレーザビームＢは上記入射端面側からコア１０ａに入射し、そこを導波して、図中右側の端面１０ｄつまり出射端面から出射する。
【００３３】
本実施形態では、接着剤層１１となる接着剤として、例えば米国エポキシテクノロジー社製の熱硬化型接着剤モデル３１４が用いられている。この接着剤は、波長４０５ｎｍのレーザビームＢに対する透過率が２８％／ｍｍ程度のものである。
【００３４】
レーザビームＢはコア１０ａに入射する際やそこから出射する際に、図中左側の端面（入射端面）１０ｃや右側の端面（出射端面）１０ｃにおいて一部が散乱し、その散乱光が接着剤層１１を照射することもある。しかし本実施形態では、上述のように吸収率が低い接着剤が用いられていることにより、接着剤層１１は上記散乱光を吸収し難くなっている。そこで、この接着剤層１１が光を吸収して熱等によって劣化することが起こり難くなり、よって光ファイバ１０がフェルール１２に対して動いてしまうことが防止される。なお、もし光ファイバ１０がその入射端面側でフェルール１２に対して動いてしまうと、それに当接している大口径光ファイバ１４とのオプティカルコンタクトが損なわれ、両光ファイバ１０、１４間で光伝搬損失が生じることも有る。
【００３５】
なお本実施形態では、光ファイバ１０としてマルチモード光ファイバが適用されて、そこに２００ｍＷと高出力のレーザビームＢが入力されるようになっている。また、レーザビームＢは４０５ｎｍと短波長であって、赤外域や近赤外域のレーザビームと比べるとより高エネルギーのものである。このような場合、接着剤層１１はより高エネルギーの散乱光を受けて本来劣化しやすくなっているで、劣化防止の効果は特に顕著なものとなる。
【００３６】
また、以上のようにして光ファイバ端面１０ｃからコア１０ａにレーザビームＢを入力させる場合、光ファイバ１０のクラッド１０ｂよりも接着剤層１１の屈折率が大きいと、端面１０ｃで散乱した光が、この接着剤層１１を導波モードで伝搬することがある。このように接着剤層１１を光が導波する場合は、そこに単純に光が照射される場合と比べて、接着剤層１１はより大きいエネルギーを受けることになるので、本来劣化しやすくなっている。したがって、このような構成において、接着剤層１１となる接着剤として低吸収のものを適用しておけば、接着剤層１１の劣化を防止する効果がより顕著なものとなる。
【００３７】
本実施形態では、光ファイバ１０の出射端部側でも、それとフェルール１２とを接着するために、前述した米国エポキシテクノロジー社製の熱硬化型接着剤モデル３１４が用いられている。そこで本実施形態では、光ファイバ１０の出射端部側の接着剤層１１が劣化することも防止される。
【００３８】
なお保護膜体１３は、光ファイバ１０と、それにオプティカルコンタクトする別の光ファイバ（図示せず）同士の化学反応を抑止する膜体であり、常温での両者の物理的当接下においてその化学反応を抑止する。そのような膜体として具体的には、フッ化物（ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２）等を含む膜体が挙げられる。この保護膜体１３が形成されていることにより、光ファイバ１０と別の光ファイバとを離したときに、両光ファイバに含まれる酸化物の反応箇所が損傷して、再使用不能、あるいは光伝搬損失の増大といった問題を招くことを防止できる。
【００３９】
ここで保護膜体１３は、光ファイバ１０と別の光ファイバとを１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着した後に両光ファイバを引き離しても、該保護膜体１３および両光ファイバの損傷が最低限であって、両光ファイバが再使用可能な状態を維持できるものであることがさらに望ましい。
【００４０】
なお保護膜体１３は、単層膜、多層膜のいずれでもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面（最上層）の膜が光ファイバ１０に含まれる石英やＳｉＯ２と容易に反応しないものであることが望ましい。また、保護膜体１３としては、後述で詳細に説明する形態を適用することができる。
【００４１】
ここで、レーザビームＢの収束位置となる光ファイバ１０の入射端面１０ｃ上では、該レーザビームＢのパワー密度が高くなるが、この光ファイバの入射端面１０ｃは大口径光ファイバ１４によって空気と隔絶されている。その一方、空気と触れる大口径光ファイバ１４の入射端面１４ｃ上では、収束しつつある比較的ビーム径の大きいレーザビームＢが通過することになるので、該端面１４ｃ上のレーザビームｂのパワー密度は比較的低くなる。以上の点から、いずれの光ファイバの入射端面１０ｃ、１４ｃも、空気中に含まれる有機物質によって汚染し難くなる。
【００４２】
なお、上述のようにレーザビームＢを光ファイバ１０の入射端面１０ｃ上で収束させるためには、大口径光ファイバ１４のコア径をＤ、長さをＬ、入射側開口数をＮＡとすると、Ｄ≦２・Ｌ・ＮＡであることが必要である。
【００４３】
また大口径光ファイバ１４としては、一般に提供されているものを短く切断して使用することができるから、このファイバ光源装置は光ファイバ１０の入射端面１０ｃの汚染を防止できるものでありながら、この汚染防止のために特殊なスタブ等を用いる従来装置と比べて低コストで作製可能となる。
【００４４】
次に図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００４５】
図２のファイバ光源装置は、図１に示したものと比べると基本的に、大口径光ファイバ１４が省かれている点が異なるものである。その代わりに本実施形態では、光ファイバ１０の入射端面１０ｃ上におけるレーザビームＢのビーム径が、第１の実施形態におけるよりも大きくされている。すなわち、第１の実施形態ではこの入射端面１０ｃ上にレーザビームＢの収束位置が有る状態とされて、該入射端面１０ｃ上でのビーム径は３０〜５０μｍとされている。それに対して本実施形態では、レーザビームＢの収束位置が入射端面１０ｃから光軸方向にずれた状態とされて、該入射端面１０ｃ上でのビーム径は１００μｍ程度とされている。
【００４６】
以上のように、空気に触れる入射端面１０ｃ上のレーザビームＢのパワー密度は、従来装置のように該入射端面１０ｃ上でレーザビームＢが収束する場合と比べると、比較的低いものとなる。そうであればこの光ファイバ１０の入射端面１０ｃが、空気中に含まれる有機物質によって汚染し難くなる。
【００４７】
そしてこの第２の実施形態のファイバ光源装置は、光ファイバ１０の入射端面１０ｃの汚染防止のために前述のスタブのような特別の手段は全く用いないので、従来装置と比べて低コストで作製可能となる。
【００４８】
[接続構造及び保護膜体]
次に、本発明のファイバ光源装置を他の光デバイスと接続する構造の例について説明する。図４はこの種の接続構造の一例を示すものである。ここに示す接続構造５０は、例えば図１や図２に示したように光ファイバ１０に保持部材としてのフェルール１２が接着固定されてなる接続部を、別の光デバイスの同様の接続部に光学的に接続するものである。なお、この別の光デバイスの接続部も、基本的にはこれまで説明したものと同様の光ファイバ１０およびフェルール１２からなるものであるが、区別するためにそれらは各々１０′、１２′として示す。またここでは、フェルール１２、１２′の端部が半球面状に研磨されている場合について説明するが、これらの端部は図１や図２に示したように光ファイバ軸に対して垂直に形成されていても構わない。
【００４９】
フェルール１２の端面１２ｃおよび光ファイバ１０の端面１０ｃには、前述したような保護膜体１３が成膜されている。この保護膜体１３の材質は、短波長領域（１９０〜５３０ｎｍ）で高い透明性を持つ材質であり、例えばフッ化物（ＹＦ３、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＮａＦ、ＬａＦ３、ＢａＦ２、ＣａＦ２およびＡｌＦ３）等を含む膜体が好ましい。また、フェルール１２、１２′の先端形状は曲率半径が７〜２５ｍｍであり、外径は１．２５ｍｍまたは２．５ｍｍとする。そしてフェルール１２と１２′の当接部における接圧は４．９Ｎ〜１１．８Ｎ程度とすることが望ましい。
【００５０】
端面１２ｃに保護膜体１３が成膜されたフェルール１２とフェルール１２′は、保護膜体１３の最表面とフェルール１２′（光ファイバ１０′）とが当接するようにスリーブ５１内に挿入される。
【００５１】
従来、このような構造において光ファイバ同士を光学的に接続するためには、オプティカルコンタクトが用いられていた。導光する光が長波長帯域の光である場合やエネルギー密度がそれ程高くない場合は、オプティカルコンタクトを採用することによって光伝搬効率が良くなることが知られている。
【００５２】
しかし、導光する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、光ファイバ同士の当接部における酸化物が反応を起こして反応部分が一体化し、該反応後にフェルールをスリーブから抜くと、反応を起こした部分が破損して光コネクタとして再使用不能になったり、光損失が増大するといった問題が生じていた。特に、導光する光が短波長の場合、導光する光に有機物が反応することによって光ファイバの端部が汚染されることを防ぐためにＵＶクリーニングを行うと、光ファイバ同士の接着が生じて問題となることを、以下のようにして本出願人が確認した。
【００５３】
図６に、光ファイバとガラスをＵＶクリーニングした後、該光ファイバの断面とガラスを約５００ｇの荷重で当接させ、約１００時間放置したときの光ファイバ９０の当接面を概略的に示す。ここで９１はクラッド、９２はコアである。９９は、洗浄後に光ファイバ９０とガラス（不図示）とを当接、圧着させたことによって、光ファイバ９０とガラスに含まれる石英や酸化物が反応を起こして、光ファイバ９０とガラスとが一体化した部分を示す。
【００５４】
このように反応箇所が一体化すると、光ファイバ９０とガラスとを離間させたときに反応箇所が大きく損傷してしまい、あるいは反応箇所が光ファイバ９０の断面またはガラスに付着してしまうことが分かった。なお、当接前のファイバの表面粗さはＲａ＝２ｎｍである。このような現象が、光ファイバ同士をオプティカルコンタクトによって当接させた場合においても発生していた。また上記現象は、表面粗さＲａが５ｎｍ以下の場合に生じやすく、また、エネルギー密度の高い短波長の光が光ファイバを導光した場合に生じやすい。
【００５５】
それに対して、図４に示した接続構造５０におけるように、フェルール１２および光ファイバ１０の端面に短波長領域において透明性の高い保護膜体１３を成膜することにより、光ファイバ１０と１０′は直接当接せずに保護膜体１３を介して当接するようになる。したがって、光ファイバ１０と１０′の当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ2等）の反応を防いで、当接部の損傷をなくし、安定した性能を持つ接続構造５０を実現することができる。
【００５６】
ここで保護膜体１３とは、光ファイバ１０と１０′の当接部における両者の化学反応を抑止する膜体であり、より詳しくは、常温での物理的当接下で光ファイバ１０と１０′同士の化学反応を抑止するものである。具体的には上述したフッ化物（ＬｉＦ、ＢａＦ2、ＭｇＦ2、ＣａＦ2）等を含む膜体が挙げられる。
【００５７】
さらに望ましくは、保護膜体１３は、光ファイバ１０と１０′の当接部に対して１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着した後に、フェルール１２および／またはフェルール１２′をスリーブ５１から抜いても、保護膜体１３および／または光ファイバ１０、１０′の損傷が最低限であって、光ファイバ１０および１０′が再使用可能な状態を維持する膜体であると望ましい。上記構成とすることで、フェルール１２および１２′をスリーブ５１に挿入して接続する際に、それらが１ｋｇ重以下（より望ましくは５００ｇ重以下）で５０ｇ重以上の荷重で圧着されることがあっても、光ファイバ１０と１０′の当接部における損傷を防ぐことができる。
【００５８】
なお保護膜体１３は、単層膜、多層膜の何れであってもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面（最上層）の膜が、光ファイバに含まれる石英やＳｉＯ2と容易に反応しないものであることが望ましい。また保護膜体１３は、フェルール１２の端面１２ｃおよび光ファイバ１０の端面１０ｃに直接成膜されてもよいし、端面１２ｃ、１０ｃにアシスト膜が成膜された後に保護膜体１３が成膜されてもよい。
【００５９】
また保護膜体１３の膜厚は、大きな光損失を招かない程度の膜厚とする。光ファイバ１０の屈折率と保護膜体１３の屈折率は異なるため、保護膜体１３の光導波方向の膜厚ｄ１と保護膜体の屈折率Ｎと導波光波長λの関係は、
ｄ１×Ｎ＝（λ／２）×ｎ  ・・・（１）
（ただし、ｎは１以上の整数）
であることが望ましい。
【００６０】
また図５に示す接続構造６０のように、以上説明した保護膜体１３を設けた上でさらに、フェルール１２′の端面１２ｃ（勿論光ファイバ１０′の端面を含む）に保護膜体１３′を成膜してもよい。この場合、保護膜体１３、１３′の当接部において反応や一体化が発生しないように、それらの最表面の膜は容易に反応が起こらない異種材料によって構成されることが望ましい。また、保護膜体１３、１３′の膜厚の合計は前記式（１）を満足することが望ましい。つまり例えば、保護膜体１３、１３′の膜厚がそれぞれｄ２で等しく、各膜体の屈折率もそれぞれＮで等しい場合、導波光波長λとの関係は、
ｄ２×Ｎ＝（λ／４）×ｎ  ・・・（２）
（ただし、ｎは１以上の整数）
を満足することが望ましい。一方、保護膜体１３、１３′の膜厚がそれぞれ異なり、かつそれらが異種材料によって構成されて屈折率も異なる場合、保護膜体１３の膜厚をｄ２ａ、屈折率をＮａ、保護膜体１３′の膜厚をｄ２ｂ、屈折率をＮｂとしたとき、導波光波長λとの関係は、
（ｄ２ａ×Ｎａ）＋（ｄ２ｂ×Ｎｂ）＝（λ／２）×ｎ  ・・・（３）
を満足することが望ましい。
【００６１】
各保護膜体の膜厚を上記の方法で設定する他に、保護膜体の膜厚をλ／２未満のフッ化物膜とすることによって、膜質の経時変化を少なくすることができ、長時間に渡ってレーザ光を入射したときの光損失増大を抑えることができることを出願人は確認した。以下、その点について詳しく説明する。蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ2膜をそれぞれフェルール端面１２ｃに成膜してなる３種類の接続構造５０（図４参照）を用意した。そして、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき別の光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した結果を図７に示す。なおこの場合、レーザ光は保護膜体１３の直径約３０μｍの領域を通過する。
【００６２】
ここに示すｇ１、ｇ２、ｇ３がそれぞれ、膜厚がλ／２、λ／４、λ／６の場合の特性である。なおこの図７のグラフの縦軸は、入射光出力を１としたときの出射光の相対出力を示している。すなわち、この光出力が小さいほど光損失が大きいことになる。ここに示される通り、膜厚が小さいほど出射光の光出力の低下が少ない、つまり光損失が少ないことが分かる。
【００６３】
また、実験後のそれぞれの保護膜体１３を顕微鏡観察したところ、膜厚λ／６の膜の外観変化はほとんど見られなかったが、膜厚λ／４およびλ／２の膜はレーザ光の通過部分と思われる領域の変色が確認された。さらに、膜厚λ／２の膜は、変色した部分の周辺に膜のひび割れが確認された。膜厚λ／２とλ／４の膜に見られた変色は、レーザ光の熱によって膜が融解したためと考えられる。この結果より、保護膜体１３の膜厚が大きいほど、膜によるレーザ光のエネルギー吸収が大きく、この吸収によって膜質が変化し、光損失が大きくなると考えられる。
【００６４】
また本出願人は、蒸着法よりもイオンアシスト法で成膜した膜の方が、光損失をより低減できることを確認した。以下、この点について詳しく説明する。蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ２膜をフェルール端面１２ｃに成膜した２種類の接続構造５０（図４参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき別の光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。図８はその測定結果を示すグラフであり、ｇ４が蒸着法、ｇ５がイオンアシスト法で成膜した場合の測定結果を示している。
【００６５】
この図８より、蒸着法よりイオンアシスト法で成膜した膜を用いた方が、光出力の低下が少ないことが分かる。また、曲線ｇ４よりより曲線ｇ５の方が傾きがやや小さいので、図示はしていないが、１０００時間以上経過した後は両成膜法における光出力の差が拡大しているであろうと推察される。
【００６６】
なおイオンアシスト法の場合、成膜前にイオンビーム等でターゲット（光ファイバ１０の端面）をクリーニング処理することができる。このため、ターゲットと膜の界面における損失を少なくでき、蒸着法よりも光損失を低減させることができたと考えられる。さらに、蒸着法よりイオンアシスト法の方がより緻密な膜質の膜を成膜することができる。したがって、イオンアシスト法による膜の方がレーザ光のエネルギー吸収による膜質変化が少なく、光損失を低減させることができたと考えられる。成膜前にターゲットのクリーニングが可能で、蒸着法より緻密な膜質の膜を成膜可能な方法としては、イオンアシスト法の他にイオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。
【００６７】
また、イオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ２膜をフェルール端面１２ｃにそれぞれ成膜した２種類の接続構造５０（図４参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させた。そのとき光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。図９はそのときの測定結果を示すものであり、ｇ６が膜厚λ／６、ｇ７が膜厚λ／１２の場合を示している。この図９より、膜厚λ／６と膜厚λ／１２の膜とで、光出力の変化の様子がほぼ同じであることが分かる。したがって、レーザ光の条件が光出力＝１６０ｍＷでλ＝４０５ｎｍであって、膜厚がλ／６以下であれば、経時による出射光の出力変化特性はほぼ同じになると考えられる。
【００６８】
また本出願人は、吸収係数の低い材料を使用した膜の方が光損失の低減化を図れることを確認した。図１０は波長２４８ｎｍのパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示したグラフである（"High damage threshold fluoride UV mirrors made by Ion Beam Sputtering",J.Dijion,et.,al.,SPIE Vol.3244,pp406-418,1998より引用）。このグラフより、フッ化物膜は損傷閾値が高く、フッ化物膜の中でもＭｇＦ２に比べてＹＦ3３やＬｉＦの方が損傷閾値が高いことが分かる。
【００６９】
そこで、蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ２膜、ＹＦ3膜をフェルール端面１２ｃにそれぞれ成膜した２種類の接続構造５０（図４参照）を用意し、光出力＝１６０ｍＷ、波長λ＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に入射させ、そのとき光ファイバ１０′から出射した光の光出力の時間変化を測定した。この測定結果を図１１に示す。このグラフにおいてｇ８がＭｇＦ２膜、ｇ９がＹＦ3膜を用いた場合の特性を示している。この図１１より、ＭｇＦ２膜よりＹＦ3膜の方が光出力の低下が少ないことが分かる。また、ＭｇＦ２膜の場合ＹＦ3膜の場合の方がグラフの傾きがやや小さいため、図示していないが、１０００時間以上経過した後は両膜における光出力の差が拡大しているであろうと推察される。したがって、光損失を低減するためには、フッ化物膜（例えばＹＦ3、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＮａＦ、ＬａＦ3、ＢａＦ２、ＣａＦ２およびＡｌＦ3の何れか）を用いることが好ましく、さらには吸収係数の小さいＹＦ3等を用いることがより好ましい。
【００７０】
以上より、光出力＝１６０ｍＷ、波長＝４０５ｎｍのレーザ光を光ファイバ１０に１０００時間以上に渡って入射させたとき、入射直後の出射光の光出力に対する１０００時間後の出射光の光出力の低下率を１０％未満に抑えるためには、光ファイバ１０の端面に成膜する膜の膜厚はλ／６以下であることが望ましい。さらに、成膜方法はイオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、成膜前にターゲットのクリーニングが可能であって、膜質の緻密な膜を成膜可能な方法を用いることが望ましい。さらに、レーザ光のエネルギー吸収が少ない膜であることが望ましい。
【００７１】
また、導波する光の波長が短波長領域（１９０〜５３０ｎｍ）の場合には、有機物による汚染を防ぐため、図４の構成において、保護膜体１３が成膜されていないフェルール１２′の端面および／またはフェルール１２の端面１２ｃにＵＶクリーニングを施してもよい。上述したフッ化物（ＹＦ3、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＮａＦ、ＬａＦ3、ＢａＦ２、ＣａＦ２およびＡｌＦ3の何れか）を含む膜体はＵＶ領域（１９０〜４１０ｎｍ）の光に不活性であり、フェルール１２に上記フッ化物からなる保護膜体１３が成膜されているため、光ファイバ１０と１０′の当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ２等）の反応を防いで、当接部の損傷を抑制することができる。また、図５の構成において有機物による汚染を防ぐために、フェルール１２′および／または１２の端面１２ｃにＵＶクリーニングを施す場合も、光ファイバ１０および１０′同士の当接部における化学反応を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるファイバ光源装置を示す概略側面図
【図２】本発明の第２の実施形態によるファイバ光源装置を示す概略側面図
【図３】従来技術の問題を説明する図
【図４】本発明のファイバ光源装置を他の光デバイスと接続する構造の一例を示す概略側断面図
【図５】本発明のファイバ光源装置を他の光デバイスと接続する構造の別の例を示す概略側断面図
【図６】当接部が破損した光ファイバを示す概略断面図
【図７】蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ
【図８】蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ２膜を成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ
【図９】イオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ
【図１０】波長２４８ｎｍのパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示すグラフ
【図１１】蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ２膜、ＹＦ３膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示すグラフ
【図１２】熱硬化接着剤の吸収特性の一例を示すグラフ
【図１３】熱硬化接着剤の吸収特性の別の例を示すグラフ
【符号の説明】
【００７３】
１      光源
２      コリメーターレンズ
３      集光レンズ
１０    光ファイバ
１０ａ  光ファイバのコア
１０ｂ  光ファイバのクラッド
１０ｃ  光ファイバの入射端面
１０ｄ  光ファイバの出射端面
１１    接着剤層
１２    フェルール
１３    保護膜体
１４    大口径光ファイバ
１４ａ  大口径光ファイバのコア
１４ｂ  大口径光ファイバのクラッド
１４ｃ  大口径光ファイバの入射端面
１４ｄ  大口径光ファイバの出射端面
２０    コネクタハウジング
Ｂ      レーザビーム
【図１】
2008250184.tif 000003
【図２】
2008250184.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008250184.tif 000008
【図７】
2008250184.tif 000009
【図８】
2008250184.tif 000010
【図９】
2008250184.tif 000011
【図１０】
2008250184.tif 000012
【図１１】
2008250184.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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