(57)【要約】【課題】５μｍ以下の微小領域に光を集光照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】光ファイバの所定位置を加熱手段を用いて加熱する工程と、加熱されている状態若しくは加熱が十分行われている場合は加熱を一端停止した状態で、この光ファイバを長軸方向に左右均等に延伸し、完全に分離させる延伸分離工程と、分離工程により先鋭化された光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬して溶解させる浸漬溶解工程と、浸漬溶解工程により、先鋭化されたこの光ファイバの先端部を加熱手段を用いて曲面化させる曲面化処理工程により、光ファイバの先端部に先端曲面部を備えた先球ファイバを作製する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの所定部分を加熱して軟化溶融させる工程と、
前記光ファイバの軟化溶融部を長軸方向に延伸して分離する延伸分離工程と、
前記延伸分離工程で得られた光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬して、先端部のクラッド材を溶解させ、先鋭化されたコアの先端部を形成させる工程と、
前記先鋭化されたコアの先端部を加熱溶融して先端を球面化する先球化工程と、
を有することを特徴とする先球ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の先球ファイバの製造方法。
【請求項３】
請求項１〜２の何れか１項記載の先球ファイバの製造方法で得られた所定長さの先球ファイバの後端に異種の光ファイバを融着接続したことを特徴とする先球ファイバ。
【請求項４】
前記異種の光ファイバは定偏波光ファイバであることを特徴とする請求項３記載の先球ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小領域に光を集光照射するための、集光機能を備えた先球ファイバと先球ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信網の普及に伴い光機能デバイスの高機能化及び小型化の開発が進んでいる。このような小型化により、光機能デバイスの光取り込み面積が小さくなる一方で、光通信網を伝搬してきた光のモードの径は光取り込み面積よりも大きいために両者間の光結合効率が低いという問題がある。このような現状に対し、デバイス側に設けられている光取り込み面積を拡大する開発や、光を出射するファイバ側の照射スポットサイズを小さくする開発など、スポットサイズコンバータ（Spot Size Combater：ＳＳＣ）に対する市場の要求が強まってきている。
【０００３】
このうちファイバ側の照射スポットサイズを小さくする方法として光ファイバの先端を先鋭化する光ファイバの製造方法が種々提案されている。その一例として特許文献１には、長尺光ファイバの任意点を加熱・溶融延伸して光ファイバを分離し、光ファイバ先端部にファイバの径方向に連続的に減少するテーパ部を設ける先球化光ファイバの製造方法が開示されている。また特許文献２には、光ファイバの端部を研磨機で先鋭研磨加工し、この先端をバーナ等で溶融させて先端部を曲面化することで先端部にレンズを形成するレンズ付き光ファイバの加工方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１−２７００１１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記特許文献１記載の製造方法は、溶融延伸により光ファイバを分離するため分離後の先端部の径が延伸方法や条件に左右され数μｍレベルの小径スポットを出力することができる一定の先球ファイバを常に作製することが困難である。
【０００５】
一方、特許文献２記載の加工方法は、一定の小径スポットを出力させる光ファイバ先端部を作製することができるものの、研磨機を用いた先鋭化には加工限界があることから作製できたとしてもスポットの径は５μｍ〜１０μｍ程度が限度である。
【０００６】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、５μｍ以下の微小領域に光を集光照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【０００７】
また、先球ファイバの先端部がクラッド材で覆われているため伝搬する光信号が減衰するという問題がある。さらにまた、応力付与部を有する定偏波ファイバのような場合は、溶融延伸の際に応力付与部が表面に突出する等して、一様なテーパが形成されないといった問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明は、光ファイバの所定部分を加熱して軟化溶融させる工程と、光ファイバの軟化溶融部を長軸方向に延伸して分離する延伸分離工程と、延伸分離工程で得られた光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬して、先端部のクラッド材を溶解させ、先鋭化されたコアの先端部を形成させる工程と、先鋭化されたコアの先端部を加熱溶融して先端を球面化する先球化工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の本発明は、請求項１記載の先球ファイバの製造方法であって、光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の本発明は、請求項１〜２の何れか１項記載の先球ファイバの製造方法で得られた所定長さの先球ファイバの後端に異種の光ファイバを融着接続したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の本発明は、異種の光ファイバは定偏波光ファイバであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、先鋭な先端曲面部を備える先球ファイバの製造方法を提供することにより、これまで光照射が困難であった５μｍ以下、より好適には３μｍ以下の微小領域に光を集光照射することができるようになる。これにより伝搬光と高機能光デバイスの光結合効率を従来よりも向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係る先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図である。
【００１５】
本実施の形態で加工対象として使用する光ファイバとしては、シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと称す。）１である。またこの光ファイバを加熱する加熱手段としては、ガスバーナー等の加熱手段が挙げられるが、具体的に本実施の形態では、光ファイバ融着接続器を用いた。
【００１６】
まず図１（ａ）に示すように、ＳＭＦ１を上記光ファイバ融着接続器のファイバ固定手段（図示せず）に固定する。そしてＳＭＦ１を挟んで対向する位置に一対の放電電極１０を配置して放電・加熱を開始する。
【００１７】
次に図１（ｂ）に示すように、加熱した状態若しくは加熱が十分行われている場合は加熱を一端止めた状態で、ＳＭＦ１を長軸方向に左右均等に延伸する。このとき左右均等に延伸するために予めＳＭＦ１の固定手段をレールに配置してＳＭＦ１が左右均等に延伸されるように適宜延伸方法を工夫しても良い。
【００１８】
最終的に上記延伸によりＳＭＦ１を完全に分離する。図１（ｃ）に延伸分離後のＳＭＦ１のイメージ図を示す。延伸分離後のＳＭＦ１の先端は、先鋭化された縮径形状を有するとともに先端部のコア１ａがクラッド１ｂからなる薄い層で覆われている。
【００１９】
そこで図２（ａ）に示すように、このクラッド１ｂを除去するためにエッチング液を用いＳＭＦ１の先端部を浸漬させることでエッチングを行う。このエッチング液は、フッ化アンモニウム４０％水溶液、フッ化水素酸、水を、１．７：１：１の割合で混合したものである。これを温度３０℃に保持した状態で延伸分離後のＳＭＦ１の先端部を４〜６分間浸漬させる。このエッチング液の混合割合、温度、浸漬時間は、ファイバの種類や加工後の先端部の状態により適宜変更されるものであり、上記条件に限定されるものではない。
【００２０】
上記エッチング処理により図２（ｂ）に示すように先端部のコア１ａを覆っていたクラッド１ｂが溶解してコア１ａが露出する。すなわちエッチング液に浸漬することにより、クラッド１ｂの外側から均一にクラッドが溶解する一方で、クラッド１ｂの溶解により露出したコア１ａの先端も同時に溶解が開始するので、図２（ｂ）に示すように、先端部全体が鋭角な角度を有した先鋭加工がなされる。
【００２１】
ここで図２（ｃ）に示すように、再び光ファイバ融着接続器を用いてエッチング処理された先端部を加熱し、このコア先端の曲面化処理を行う。
【００２２】
以上の作製条件及び作製工程で作製した先球ファイバ１１の先端部を計測したところ、先端部の曲率半径は３μｍであった。またこの先球ファイバの他端（先鋭加工された側とは逆の端）から波長１５５０ｎｍの光を入射させ、先端部からの出射光を測定した結果、ファイバ端から６μｍの地点でニアフィールドパターン（Near Field Pattern、１／ｅ２）２．５μｍを得ることができた。
【００２３】
上記結果から５μｍ以下の微小領域に光を照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバを作製することができ、更には３μｍ以下の微小領域に光を照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバを作製できた。
【００２４】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の先球ファイバは、第１の実施の形態がＳＭＦ１のみを用いて作製するのに対し、偏波面保持ファイバ（以下、ＰＭＦと称す。）の端にＳＭＦ１を接続し、このＳＭＦ１の端部に先端部を形成する点が異なる。
【００２５】
ＰＭＦに第１の実施例の加工を施すと、溶融延伸の際に応力付与部が突き出してしまい、先鋭な形状にならないという問題が生ずる。本発明の第２の実施例はこの問題を解決することができる。
【００２６】
図３及び図４は、本実施の形態に係るＳＭＦ１とＰＭＦ２を接続してなる先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図である。
【００２７】
まず、加工対象ファイバとしてＳＭＦ１とＰＭＦ２を用意する。ＳＭＦ１とＰＭＦ２をクリーブカットした後、光ファイバ融着器を用いて融着する。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、２本を融着接続したファイバを光ファイバ融着接続器に固定し、所望の加熱位置を挟んで対向する位置に一対の放電電極１０を配置する。本実施の形態においては、ＳＭＦ１とＰＭＦ２の融着点から２〜３ｍｍ離れた位置を加熱位置とした。そして図３（ｃ）に示すように、この加熱位置を加熱した状態若しくは加熱が十分行われている場合は加熱を一端止めた状態で、ＰＭＦ２の端とＳＭＦ１の端を長軸方向に左右均等に延伸する。このとき左右均等に延伸するために上述した固定金具やレールを用いても良い。
【００２９】
そして上記延伸によりＳＭＦ１を完全に分離させる。図４（ａ）に延伸分離後のイメージ図を示す。以下、図４（ｂ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態の図２（ａ）〜（ｃ）で説明したＳＭＦ１の先端加工と同じ加工方法である。すなわち、延伸分離後のコア先端部はクラッド１ｂで覆われているため、エッチング液に浸漬させてクラッド１ｂを除去する。エッチング液は、フッ化アンモニウム４０％水溶液、フッ化水素酸、水を、１．７：１：１の割合で混合させた水溶液である。これを温度３０℃に保持した状態でＳＭＦ１の先端部を４〜６分間浸漬させた。その結果、図４（ｃ）に示すように先端部が先鋭化された光ファイバが得られた。このようにしてなる先端部を、図４（ｄ）に示すように放電加熱してコア先端を曲面化処理した。
【００３０】
以上の作製条件及び作製工程により、ＰＭＦ２の先端にＳＭＦ１からなる先鋭加工された先端部を備えた先球ファイバ１２を作製することができる。完成した先球ファイバ１２の先端を測定したところ、先端部の曲率半径は３μｍであった。またＰＭＦ２の開放端側から波長１５５０ｎｍの光を入射させ、先端部からの出射光を測定した結果、ファイバ端から６μｍの地点でニアフィールドパターン（Near Field Pattern、１／ｅ２）２．５μｍを得ることができた。
【００３１】
また、この先球ファイバ１２の消光比を測定し比較した。具体的には測定のためにＳＭＦ１からなる先端部の長さを１，２，３，４，５ｍｍと異なる５段階のものを用意して、各々の先球ファイバの消光比を測定した。その結果、何れの先球ファイバも消光比は−３０ｄＢ以下であった。
【００３２】
以上の結果からＰＭＦ２の先端に５ｍｍ以下のＳＭＦ１を接続し、このＳＭＦ１の端部に先端部を形成することで消光比が劣化（これは通常問題にならないレベルである）するものの、ＰＭＦでありながら、５μｍ以下の微小領域に光を照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバを作製することができ、更には３μｍ以下の微小領域に光を照射することができる先鋭な先端曲面部を備えた先球ファイバを作製できた。また更には本発明の先端曲面部を備える先球ファイバは、従来の消光比−４０ｄＢを−３０ｄＢまで低減させること効果を誘引するものであることが示された。
【００３３】
尚、上記第２の実施の形態の他の実施例として、ＳＭＦ１をＧＩ型マルチモード光ファイバ（以下、ＧＩ型ＭＭＦと称す。）に代替した先球ファイバ１３を作製した。図５に、本実施例に係るＰＭＦ２にＧＩ型ＭＭＦ３からなる先端部を設けた先球ファイバ１３の横断面図を示す。
【００３４】
この先球ファイバも上記第２の実施の形態の効果と同様に、ＰＭＦの消光比−４０ｄＢが−２５ｄＢまで劣化するものの、微小領域に光を集光照射する機能を有することが実験により示された。
【００３５】
以上のことから、本発明によれば、先鋭な先端曲面部を備える先球ファイバの製造方法を提供することにより、これまで光照射が困難であった５μｍ以下、より好適には３μｍ以下の微小領域に光を集光照射することができるようになる。これにより伝搬光と高機能光デバイスの光結合効率を従来よりも向上させることができる。更に、本発明によれば、ＳＭＦとＰＭＦの両ファイバにおいて上記機能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図（その１）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図（その２）である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図（その１）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る先球ファイバの作製方法を説明するための作製工程図（その２）である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の他の実施例に係る先球ファイバの横断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）
１ａ…コア
１ｂ…クラッド
２…偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ）
３…ＧＩ型マルチモード光ファイバ（ＧＩ型ＭＭＦ）
１０…放電電極
１１、１２、１３…先球ファイバ
【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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