(57)【要約】【課題】光出力の低下を抑制することができる光デバイス及び露光装置を提供する。【解決手段】光デバイス１０は、短波長（例えば１６０〜５００ｎｍ）のレーザ光を出射するレーザ光源１２、レンズ１４、透明部材１６、及び光ファイバ１８を含んで構成されている。また、透明部材１６と光ファイバ１８との当接面２０における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイスが構成されている。これにより、融着による光出力の低下を抑えることができる。【選択図】図１
2008276007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光を出力する光源と、前記所定波長の光を透過する第１の光学部材と、前記第１の光学部材と当接され前記所定波長の光を透過する第２の光学部材と、を備えた光デバイスであって、
前記所定波長が１６０〜５００［ｎｍ］であり、かつ前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材のうち、前記光が入射又は出射する側の端面であって空気に曝される側の端面における光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第２の光学部材は、光ファイバと当該光ファイバと前記第１の光学部材との間に設けられた第３の光学部材を含み、前記光ファイバと前記第３の光学部材とが融着接続されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光の集光位置が、前記当接面以外の位置であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材は、透過される前記光のビーム径よりも大きい径を各々有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材のうち、前記光が入射する側の端面であって空気に曝される側の端面が、前記光の主軸と直交する方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が石英を含んで成ることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバのコアの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項２〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項２〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバを保持するフェルールの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項２〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバのコアの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバを保持するフェルールの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上であることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記所定波長が３７０〜５００［ｎｍ］であることを特徴とする請求項１〜請求項１３の何れか１項に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記請求項１〜１４の何れか１項に記載の光デバイスを備えた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス及び露光装置に係り、特に、光ファイバや透明部材等の光学部材を接続してレーザ光等の光を伝播させる光デバイス及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバや透明部材等の光学部材を接続してレーザ光を伝播させる光デバイスとして、特許文献１には、ファイバの出力端にコアレスファイバを融着接続し、出射ビームがコアレスファイバ端でけられないように光路長を設定する技術が開示されており、特にコアレスファイバ長を１ｍｍ以下にしたときに、けられが低減されることが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、光ファイバの入力端面に光ファイバのコア部と同一の屈折率で外径が光ファイバの外径と一致した導光ロッドを加熱融着により一体化したデバイスが開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、ピグテール型のレーザモジュールであって、空気に曝されたファイバ入射端面あるいは出射端面における光パワー密度が１５Ｗ／ｍｍ２以下もしくは、６０〜８００Ｗ／ｍｍ２であるレーザモジュールが開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、ファイバ入射端面に透明部材を接触させて、透明部材側から半導体レーザの光を集光させて光ファイバに導くレセプタクル型のレーザモジュールであって、透明部材の入射側の光密度が１０Ｗ／ｍｍ２以下であるレーザモジュールが開示されている。
【特許文献１】国際公開２００４／６８２３０号パンフレット
【特許文献２】特開平５−２８８９６７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５４３１号公報
【特許文献４】特開２００６−２８６８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術をピグテール型のレーザモジュールの入射部に用いた場合、光出力が高いとコアレスファイバ端が汚染される場合があり、短寿命化することがあるという問題があった。一方、レセプタクル型のレーザモジュールに用いる場合、スタブなどの透明部材に光ファイバを突き当てることでビーム伝搬方向におけるファイバ端を位置決めすることが考えられるが、光出力が高い場合、レーザ点灯中にコアレスファイバとスタブとの間で融着する現象が生じる。この場合、融着部分が振動等によって簡単に剥離し、光ファイバへの結合損失が増大するという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載された技術では、特許文献１の技術と同様にレセプタクル型のレーザモジュールに用いる場合において光出力が高い場合、前記融着の現象が生じ、光ファイバへの結合損失が増大するという問題がある。また、入射光の出力が高い場合、ファイバ端面で汚染が生ずるという問題もあった。
【０００８】
また、特許文献３に記載された技術では、ファイバ入射端面あるいは出射端面において、仮に１５Ｗ／ｍｍ２を超えた光密度になると汚染を防止できなくなるが、ファイバ入射端のコア径が決まっているため、光出力の上限がファイバ径で決まってしまい、光出力をあまり高くすることができないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献４に記載された技術では、特許文献１の技術と同様に前記融着の現象が生じ、光ファイバへの結合損失が増大するという問題があった。
【００１０】
例えば波長が４０５ｎｍなどの短波長の光源を用いた場合、ファイバ端において汚染が発生して光出力低下が起こり、品質上問題になることが知られている。特に、光出力密度が高くなると、ガラスなどの透明部材と空気とが接している表面において、汚染による出力の低下が顕著になることが知られている。
【００１１】
この汚染による光出力の低下を抑えるため、光出力密度を下げることが考えられるが、従来では、どの程度光出力密度を下げれば汚染による光出力の低下を抑えることができるのかが不明であった。
【００１２】
また、前述したように透明部材をファイバ端に接続した構成において高出力の光を入射させた場合、両者の端面でガラス同士の融着が起きる可能性があるが、融着が起こると、光ファイバに加わったわずかな振動でも剥離する可能性があり、剥離表面の凹凸による光散乱等で、透過損失が増大し、信頼性に影響を及ぼすという問題があった。
【００１３】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、光出力の低下を抑制することができる光デバイス及び露光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】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、所定波長の光を出力する光源と、前記所定波長の光を透過する第１の光学部材と、前記第１の光学部材と当接され前記所定波長の光を透過する第２の光学部材と、を備えた光デバイスであって、前記所定波長が１６０〜５００［ｎｍ］であり、かつ前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、所定波長の光が透過する第１の光学部材と第２の光学部材との当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイスを構成するので、当接面における融着を防ぎ、光出力が低下するのを抑えることができる。
【００１６】
なお、請求項２に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材のうち、前記光が入射又は出射する側の端面であって空気に曝される側の端面における光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下である構成とすることにより、前記端面の汚染を防ぎ、光出力の低下を抑えることができる。
【００１７】
また、請求項３に記載したように、前記第２の光学部材は、光ファイバと当該光ファイバと前記第１の光学部材との間に設けられた第３の光学部材を含み、前記光ファイバと前記第３の光学部材とが融着接続された構成としてもよい。また、第３の光学部材は、複数の光学部材を融着接続して形成してもよい。
【００１８】
また、請求項４に記載したように、前記光の集光位置が、前記当接面以外の位置である構成とすることが好ましい。
【００１９】
また、請求項５に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材は、透過される前記光のビーム径よりも大きい径を各々有することが好ましい。
【００２０】
また、請求項６に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材のうち、前記光が入射する側の端面であって空気に曝される側の端面が、前記光の主軸と直交する方向に対して傾いていることが好ましい。
【００２１】
また、請求項７に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が石英を含んで成る構成としてもよい。
【００２２】
また、請求項８に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバのコアの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２３】
また、請求項９に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２４】
また、請求項１０に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバを保持するフェルールの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２５】
また、請求項１１に記載したように、記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバのコアの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２６】
また、請求項１２に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２７】
また、請求項１３に記載したように、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方が光ファイバであり、前記光の出力が、前記光ファイバを保持するフェルールの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である構成としてもよい。
【００２８】
また、請求項１４に記載したように、前記所定波長が３７０〜５００［ｎｍ］である構成としてもよい。
【００２９】
請求項１５記載の発明の露光装置は、前記請求項１〜１４の何れか１項に記載の光デバイスを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光出力の低下を抑制することができる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１には、本発明の実施形態に係る光デバイス１０の概略構成を示した。同図に示すように、光デバイス１０は、レーザ光源１２、集光光学系としてのレンズ１４、透明部材１６、及び光ファイバ１８を含んで構成されている。
【００３３】
レーザ光源１２は、例えば半導体レーザで構成され、短波長（例えば１６０〜５００ｎｍ）のレーザ光を出射する。なお、１６０ｎｍ未満の波長は、透明部材１６の光吸収を考慮すると実用上使用できない波長であり、５００ｎｍを越える波長は、レーザ光源１２の構成材料として例えばガリウムナイトライト等を用いた場合は発振できない波長である。従って、本実施形態では、短波長領域を１６０〜５００ｎｍとして定義する。
【００３４】
レンズ１４は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光Ｌを所定の倍率（例えば４倍）で透明部材１６と光ファイバ１８との当接面付近に集光させる。なお、レーザ光Ｌの集光位置は、当接面からレーザ光Ｌの主軸方向にずらし、光ファイバ１８内又は透明部材１６内とすることが好ましい。これにより当接面の光密度を低下させることができる。
【００３５】
透明部材１６は、例えば石英から成るガラス部材で構成され、光ファイバ１８と例えばオプティカルコンタクトされる。光ファイバ１８は、コア１８Ａの周囲にクラッド１８Ｂが形成された構成である。なお、透明部材１６は、これを透過するレーザ光Ｌのビーム径よりも大きな外径を有し、レーザ光Ｌがけられない構成となっている。
【００３６】
また、透明部材１６は、その入射端面１６Ａが、レーザ光Ｌの主軸方向と直交する方向に対して角度θを成すように斜めにカットされている。これにより、レーザ光源１２側への戻り光を少なくすることができ、光ファイバ１８に対する結合効率も向上させることができる。なお、斜めにカットせずに入射端面１６ＡにＡＲコートを施した構成としてもよい。これにより戻り光を少なくすることができる。
【００３７】
ところで、波長が３７０〜５００ｎｍのレーザ光が石英ガラスで構成された透明部材（ガラススタブ）を透過するとき、その透明部材の入出射端が光密度に応じて汚染し、透過率を低下させる汚染物が付着することは知られているが、本発明者は、鋭意検討の結果、出力低下の度合いと光密度との間に直線的な相関関係があることを見出した。これについて以下に説明する。
【００３８】
本発明者は、５０〜４００ｍＷで駆動したレーザの出射光を所定のパワー密度になるようにレンズで集光し、その集光点にガラス部材で構成された透明部材を配置し、その透明部材をレーザ光の主軸に沿って移動させることにより光密度を変えながらレーザ光の透過率の経時変化を測定した。
【００３９】
その結果を図２に示す。横軸は透明部材のレーザ光の入射端面における光密度（Ｗ／ｍｍ２）であり、縦軸は汚染による光出力低下の度合い、すなわち透明部材を透過した光の時間当たりの透過率低下の度合いを示している。なお、縦軸は透過率の低下同図において○印が実際の測定点であり、同図に示す直線は、各測定点を最小自乗法で求めた直線である。そして、その直線を表わす式は次のようになった。
【００４０】
ＬｏｇＲ＝−６．５＋０．９×Ｌｏｇ（Ｐ／Ｓ）    ・・・（１）
ここで、Ｒは時間当たりの透過率低下の度合いであり、Ｐはレーザ光の出力値（Ｗ）、Ｓは透明部材の入射端面におけるビーム面積（ｍｍ２）である。
【００４１】
例えばレーザ光の透過率が予め定めた所定の透過率から２０％低下した時をレーザ光源の寿命と定義した場合において、寿命１万（１０４）時間のレーザを使用した場合、汚染による出力低下分を、レーザ光源の寿命までの透過率の低下分に対して１／１０以下、すなわち２％以下に抑えることを目標とすると、その低下分は０．０２／１０４＝２．０×１０−６となる。この値に対応する光密度は、図２より８［Ｗ／ｍｍ２］となる。
【００４２】
従って、図１の構成において、透明部材１６の入射端面１６Ａにおける光密度が例えば８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるようにすることにより、汚染による光出力の低下を抑えることができる。具体的には、透明部材１６の入射端面１６Ａにおける光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように、レーザ光源１２の出力値、レンズ１４の倍率、透明部材１６のレーザ光の主軸方向における長さ、透明部材１６の屈折率等を設定する。
【００４３】
また、波長が３７０〜５００ｎｍのレーザ光を石英ガラスで構成された透明部材（ガラススタブ）と石英で構成された光ファイバとがオプティカルコンタクトされた当接面に照射すると、その当接面が融着する場合がある。この融着部分は、わずかな振動などで剥離しやすい、剥離がおこるとその表面の凹凸による光散乱などにより透過損失が急激に増大し突発故障につながる。
【００４４】
本発明者は、鋭意検討の結果、突発故障率と、透明部材及び光ファイバの当接面における光密度と、の関係を測定し、図３に示すような結果を得た。
【００４５】
同図に示すように、当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下であれば、突発故障が起こらないことが判った。従って、図１の構成において、透明部材１６と光ファイバ１８との当接面２０における光密度が例えば１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるようにすることにより、融着による光出力の低下を抑えることができる。具体的には、透明部材１６と光ファイバ１８との当接面２０における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように、レーザ光源１２の出力値、レンズ１４の倍率、透明部材１６のレーザ光の主軸方向における長さ、透明部材１６の屈折率等を設定する。
【００４６】
ここで、突発故障とは、経時試験において、透明部材及び光ファイバを透過したレーザ光の出力値をモニタし、ＡＣＣ（Ａｕｔｏ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動を行った際の光出力が急に変化して通常状態における光出力の０．８倍以下になった場合、あるいは、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動を行った際のレーザ光源の駆動電流が急に変化して通常状態における駆動電流の１．２倍以上になった場合をいい、特に急に変化する前の光出力あるいは駆動電流の変化の度合いからは予測できない場合をいう。
【００４７】
以上より、透明部材１６の空気に曝された入射端面１６Ａにおけるビーム面積をＳ１［ｍｍ２］、透明部材１６と光ファイバ１８との当接面２０におけるビーム面積をＳ２［ｍｍ２］とすると、光デバイス１０における光出力Ｐが次式を満たすようにすることで汚染又は融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００４８】
Ｐ［Ｗ］  ≦  ８［Ｗ／ｍｍ２］×Ｓ１［ｍｍ２］  ・・・（２）
Ｐ［Ｗ］  ≦  １４０［Ｗ／ｍｍ２］×Ｓ２［ｍｍ２］  ・・・（３）
なお、（２）、（３）の両方の条件を満たすようにＰを設定すれば、汚染及び融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００４９】
このように、本実施形態では、透明部材１６の入射端面１６Ａにおける光密度を８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成したので、汚染による光出力の低下を抑えることができる。
【００５０】
また、透明部材１６と光ファイバ１８との当接面２０における光密度を１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成したので、融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、レーザ光源１２からのレーザ光がレンズ１４及び透明部材１６を透過して光ファイバ１８に入射される構成の光デバイス１０について本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、光ファイバ１８に入射されたレーザ光を透明部材１６側へ出力する構成、すなわち透明部材１６及び光ファイバ１８をレーザ光の出射部として用いる場合や、これを複数束ねたバンドルファイバにも本発明を適用可能である。
【００５２】
また、透明部材１６を複数の部材で構成してもよい。この場合、複数の部材のうちレーザ光が入射される部材の入射端面の光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるようにすることで汚染による光出力の低下を抑えることができる。また、複数の部材同士の当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるようにすることで融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００５３】
また、光デバイス１０は、これを露光用の光源とした露光装置、例えばプリント基板の配線形成用に露光するための露光装置等に用いることができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
図４に本実施形態にかかる光デバイス１０Ａの概略構成を示した。同図に示すように、光デバイス１０Ａは、透明部材１６と光ファイバ１８との間に光ファイバ１８の外径と同一の外径を有する第２の透明部材２２が設けられている点が図１に示す光デバイス１０と異なる。
【００５６】
第２の透明部材２２は、これを透過するレーザ光Ｌのビーム径よりも大きい外径を有し、レーザ光Ｌがけられない構成となっている。この第２の透明部材２２は、例えば石英から成るガラススタブとすることができる。また、コアレスファイバとしてもよいし、図５に示すように、透過するレーザ光Ｌのビーム径よりも大きいコア径を有するコア２２Ａ及ぶクラッド２２Ｂで構成された光ファイバから成るファイバスタブとしてもよい。
【００５７】
また、透明部材１６と第２の透明部材２２との当接面２４はオプティカルコンタクトされ、第２の透明部材２２と光ファイバ１８との当接面２０は融着接続されている。
【００５８】
このような構成の場合においても、透明部材１６の入射端面１６Ａにおける光密度を８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成することで、汚染による光出力の低下を抑えることができる。
【００５９】
また、透明部材１６と第２の透明部材２２との当接面２４における光密度を１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成することにより、融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００６０】
このように、本実施形態では、透明部材１６と光ファイバ１８との間に第２の透明部材２２を設けた構成としているので、図１に示した光デバイス１０と比較して、透明部材１６の入射端面１６Ａにおける光密度及び透明部材１６と第２の透明部材２２との当接面２４における光密度を低下させることができ、汚染や融着による光出力の低下をより抑えることができる。
【００６１】
なお、透明部材１６を複数の透明部材で構成するようにしてもよい。この場合においても、空気に曝される側の透明部材、すなわち最もレンズ１４に近い位置の透明部材の入射端面における光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成することで汚染による光出力の低下を抑えることができ、透明部材同士の当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように光デバイス１０を構成することで融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００６２】
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバ１８に入射されたレーザ光を第２の透明部材２２、透明部材１６側へ出力する構成、すなわち透明部材１６、第２の透明部材２２、及び光ファイバ１８をレーザ光の出射部として用いる場合や、これを複数束ねたバンドルファイバにも本発明を適用可能である。
【００６３】
また、本実施形態では、第２の透明部材２２が光ファイバ１８の外径と同一である場合について説明したが、これに限らず、光ファイバ１８の外径よりも大きい外径を有する構成としてもよい。さらに、図６に示すように、第２の透明部材２２の外径が、光ファイバ１８との当接面２０において光ファイバ１８の外径と同一であり、透明部材１６側に向かうに従って外径が大きくなるようなテーパ型の部材としてもよい。
【００６４】
更に、第２の透明部材２２を複数の径の異なるファイバスタブやコアレスファイバ、または石英スタブを融着接続したものとしてもよい。その場合、光ファイバ１８側から段階的に径が大きくなるような構成とすることで第２の透明部材２２と透明部材１６との当接面２４の表面積を大きくすることができ、開口を大きくすることが可能となる。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００６６】
現在入手可能な波長である３７０ｎｍから５００ｎｍの半導体レーザと、当該半導体レーザから出射されるレーザ光を４倍の倍率で光ファイバ側に集光するレンズ、光ファイバと集光点で接続できるようにスリーブと一体化された石英から成る透明部材を配置し、光ファイバをスリーブから抜き差し可能にしたレセプタクル型の光デバイスを作製した。
【００６７】
光ファイバの入射側には、透明部材及び光ファイバと外径が同一のコアレスファイバを融着接続したのち、コアレスファイバ（第２の透明部材に相当）を所望の長さ近傍で切り取り、研磨を行うことにより所望の長さのコアレスファイバ長としたファイバを得た。このファイバをスリーブ内に挿入して透明部材と当接（オプティカルコンタクト）させ、ファイバに光を入射させて汚染と融着による故障について調べた。
【００６８】
上記のようなレセプタクル型の光デバイスの場合、融着による故障はコアレスファイバと光ファイバとの接続面ではそもそも融着接続されているため発生せず、透明部材１６とコアレスファイバとの当接面で発生する。この当接面は、コアレスファイバを設けない場合と比較してコアレスファイバの長さ分だけレーザ光の主軸方向にシフトしているため、その当接面における光密度を低下させることができる。従って、より高出力な光源を用いた信頼性の高いレセプタクル型の光デバイスを作製することが可能となる。
【００６９】
このような構成の光デバイスにおいて、透明部材とコアレスファイバとの当接面における光密度が１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下、透明部材の入射端面における光密度が８［Ｗ／ｍｍ２］以下となるように設計した。
【００７０】
具体的には、半導体レーザの出力Ｐ［Ｗ］ビーム面積Ｓ１が上記（２）式を満たすようにすればよいが、ビーム面積Ｓ１は、ビームの形状が楕円であるとすると、長軸半径をｒ１、短軸半径をｒ２とすると（ｒ１×ｒ２×π）で表される。ここで、半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射半角をＮＡ⊥、水平方向の放射半角をＮＡ／／、透明部材のレーザ光の主軸方向における長さをＬｓｔａｂ、透明部材の屈折率をｎｓｔａｂ、コアレスファイバのレーザ光の主軸方向における長さをＬｃｆ、レンズの倍率をαとした場合、長軸半径ｒ１、短軸半径ｒ２は次式で表される。
【００７１】
ｒ１＝（Ｌｓｔａｂ＋Ｌｃｆ）×ＮＡ⊥／ｎｓｔａｂ×１／α      ・・・（４）
ｒ２＝（Ｌｓｔａｂ＋Ｌｃｆ）×ＮＡ／／／ｎｓｔａｂ×１／α    ・・・（５）
従って、次式を満たすように透明部材の長さＬｓｔａｂやコアレスファイバの長さＬｃｆを設定することで汚染による光出力の低下を抑えることができる。
【００７２】
Ｐ≦８×（Ｌｓｔａｂ＋Ｌｃｆ）×ＮＡ⊥／ｎｓｔａｂ×１／α×
（Ｌｓｔａｂ＋Ｌｃｆ）×ＮＡ／／／ｎｓｔａｂ×１／α ×π    ・・・（６）
同様に、ビーム面積Ｓ２は、ビームの形状が楕円であるとすると、長軸半径をｒ３、短軸半径をｒ４とすると、（ｒ３×ｒ４×π）で表される。長軸半径ｒ３、短軸半径ｒ４は次式で表される。
【００７３】
ｒ３＝Ｌｃｆ×ＮＡ⊥／ｎｓｔａｂ×１／α      ・・・（７）
ｒ４＝Ｌｃｆ×ＮＡ／／／ｎｓｔａｂ×１／α    ・・・（８）
従って、次式を満たすように透明部材の長さＬｓｔａｂやコアレスファイバの長さＬｃｆを設定することで融着による光出力の低下を抑えることができる。
【００７４】
Ｐ≦１４０×Ｌｃｆ×ＮＡ⊥／ｎｓｔａｂ×１／α×
Ｌｃｆ×ＮＡ／／／ｎｓｔａｂ×１／α×π    ・・・（９）
さらに、次式を全て満たすように透明部材の直径φｓｔａｂを設定することでビームがけられない構成とすることができる。
【００７５】
φｓｔａｂ  ＜  ｒ１×２      ・・・（１０）
φｓｔａｂ  ＜  ｒ２×２      ・・・（１１）
また、次式を全て満たすように透明部材の直径φｃｆを設定することでビームがけられない構成とすることができる。
【００７６】
φｃｆ  ＜  ｒ３×２      ・・・（１２）
φｃｆ  ＜  ｒ４×２      ・・・（１３）
なお、作製した光デバイスにおける半導体レーザの端面の発光形状の面積Ｓは７×１［μｍ２］、垂直方向の放射角θ⊥は４２°、水平方向の放射角θ//は１６°、レーザ光の出力Ｐは５００ｍＷであった。この構成において、コアレスファイバの長さＬｃｆを０．９ｍｍとし、透明部材の長さＬｓｔａｂは３．０ｍｍとした。透明部材とコアレスファイバとの当接面での光密度は４２Ｗ／ｍｍ２であり、融着による故障が起こらないことを確認した。また、透明部材の入射端面での光出力密度は６．１Ｗ／ｍｍ２であり、汚染による光出力の低下も無視できる程度であった。
【００７７】
この構成において、外径が１２５μｍの光ファイバを用いた場合に、コアレスファイバの入射面でＦａｓｔ方向に１２５μｍのビーム径になるように設計し、コアレスファイバ入射面の光出力が１４０［Ｗ／ｍｍ２］になるように設計した場合、最も高出力な光源が実現できるが、このときの出力は約６３０ｍＷとなる。
【００７８】
また、透明部材の長さＬｓｔａｂを２．０ｍｍと短くし、半導体レーザの出力Ｐを５００ｍＷとしたところ、汚染による光出力の低下が発生した。これは、透明部材の入射端面の光密度が１２［Ｗ／ｍｍ２］になっていたためであることが分かった。そして、上記（６）式を満たすように、透明部材の長さＬｓｔａｂを再設定した。具体的には、ＮＡ⊥＝０．３８３、ＮＡ//＝０．１４１、ｎstab＝１．４６であり、Ｐ＝５００ｍＷであるから、Ｌｓｔａｂ＝３．０ｍｍ以上、直径５２０μｍ以上の透明部材を用いることで汚染による劣化が無視できる光源を作製することができた。
【００７９】
また、上記のレセプタクル型の光デバイスにおいて透明部材の外径を１２５μｍとし、透明部材の入射端面における光密度が、汚染が発生しないための上限値である８［Ｗ／ｍｍ２］となるように光デバイスを構成して前記入射端面において汚染が発生するレーザ光の出力を測定したところ、約１００ｍＷであった。従って、この構成の場合において透明部材の入射端面における光密度を８［Ｗ／ｍｍ２］以下にすれば、レーザ光の出力を１００ｍＷ以上とすることが可能となる。
【００８０】
同様に、上記のレセプタクル型の光デバイスにおいて透明部材の外径を１２５μｍとし、透明部材とコアレスファイバとの当接面における光密度が、融着が発生しないための上限値である１４０［Ｗ／ｍｍ２］となるように光デバイスを構成して前記当接面において融着が発生するレーザ光の出力を測定したところ、約１．７Ｗであった。従って、この構成の場合において前記当接面における光密度を１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下にする場合は、レーザ光の出力を１．７Ｗ以上とすることが可能となる。
【００８１】
また、上記のレセプタクル型の光デバイスにおいて光ファイバのコア径を６０μｍとし、透明部材とコアレスファイバとの当接面における光密度が、融着が発生しないための上限値である１４０［Ｗ／ｍｍ２］となるように光デバイスを構成して前記当接面において融着が発生するレーザ光の出力を測定したところ、約４００ｍＷであった。従って、この構成の場合において前記当接面における光密度を１４０［Ｗ／ｍｍ２］以下にする場合は、レーザ光の出力を４００ｍＷ以上とすることが可能となる。
【００８２】
また、上記の結果は、コアレスファイバではなくファイバスタブを用いた場合でも同様の結果であった。
【００８３】
なお、本発明の構成とすることで従来の光デバイスに比して高出力の光源を使用することができる。具体的には、光源の出力が前記光ファイバのコアの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、例えば従来のピグテイル型レーザで透明部材を介さず光ファイアバーのコアに直接入力する形態では外気と接するファイバ端面の界面に汚染物が生じるが、本発明の構成とすることで光源の出力を上記出力としても前述したように外気と接する光学部材の端面で汚染の発生を抑制することができる。
【００８４】
また、光源の出力が前記光ファイバの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、例えば従来のコアレスファイバを先端に融着したファイバに直接入力する形態では外気と接するファイバ端面の界面に汚染物が生じるが、本発明の構成とすることで光源の出力を上記出力としても前述したように外気と接する光学部材の端面で汚染の発生を抑制することができる。
【００８５】
また、光源の出力がフェルールの断面積×８［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、従来のフェルールによって周囲を保持された光ファイバに直接入射する形態では外気と接するファイバ端面の界面に汚染物が生じるが、本発明の構成とすることで光源の出力を上記出力としても前述したように外気と接する光学部材の端面で汚染の発生を抑制することができる。
【００８６】
また、光源の出力が前記光ファイバのコアの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、従来のガラススタブとファイバを当接して使用するレセプタクルの形態では融着問題が生じうるが、本発明の構成とすることで光源の出力が上記出力であっても前述したように融着を抑制し高出力の光源を使用することができる。
【００８７】
また、光源の出力が前記光ファイバの断面積×１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、単にコアレスファイバやファイバスタブを融着した光ファイバをガラススタブに当接して使用するレセプタクルの形態においては融着問題が生じうるが、本発明の構成とすることで光源の出力が上記出力であっても前述したように融着を抑制し高出力の光源を使用することができる。
【００８８】
また、光源の出力がフェルールの断面積１４０［Ｗ／ｍｍ２］以上である場合には、従来のガラススタブとフェルールに周囲を保持されたファイバを当接して使用するレセプタクルの形態では融着問題が生じうるが、本発明の構成とすることで光源の出力が上記出力であっても前述したように融着を抑制し高出力の光源を使用することができる。
【００８９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１実施形態に係る光デバイスの概略構成図である。
【図２】光密度と汚染による光出力の低下との関係を示すグラフである。
【図３】光密度と突発故障率との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係る光デバイスの概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係る光デバイスの変形例を示す概略構成図である。
【図６】第２実施形態に係る光デバイスの変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０、１０Ａ      光デバイス
１２      レーザ光源（光源）
１４      レンズ
１６      透明部材（第１の光学部材）
１６Ａ      入射端面
１８      光ファイバ
１８Ａ      コア
１８Ｂ      クラッド
２０      当接面
２２      透明部材（第３の光学部材）
【図１】
2008276007.tif 000003
【図２】
2008276007.tif 000004
【図３】
2008276007.tif 000005
【図４】
2008276007.tif 000006
【図５】
2008276007.tif 000007
【図６】
2008276007.tif 000008