(57)【要約】【課題】本発明は、光ファイバの端部の加工方法を提供することを課題とし、より詳しくは、光ファイバの端面に凹部を形成するための加工方法と、そのように加工された光ファイバを提供することを課題とする。【解決手段】光ファイバの端部をエッチング溶液に浸し、光ファイバ端面に凹部を形成することを特徴とする光ファイバの加工方法による。また、前記光ファイバの加工方法において、前記凹部が略放物面状であることを特徴とする。凹部形成のためには、質量基準でＮＨ４Ｆ濃度と同じか又はより高濃度のＨＦが含まれているエッチング溶液、或いは、ＨＦが含まれＮＨ４Ｆが含まれていないエッチング溶液を使用する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの端部をエッチング溶液に浸し、光ファイバ端面に凹部を形成することを特徴とする光ファイバの加工方法。
【請求項２】
前記凹部が、略放物面状であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの加工方法。
【請求項３】
前記エッチング溶液には、質量基準でＮＨ４Ｆ濃度と同じか、又はより高濃度のＨＦが含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバの加工方法。
【請求項４】
前記エッチング溶液には、ＨＦが含まれ、ＮＨ４Ｆが含まれていないことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバの加工方法。
【請求項５】
端面に凹部が形成されてなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
前記凹部が、略放物面状であることを特徴とする請求項５記載の光ファイバ。
【請求項７】
光ファイバ先端部をエッチング溶液に浸す方法により、前記凹部が形成されてなることを特徴とする請求項５又は６記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記エッチング溶液には、質量基準でＮＨ４Ｆ濃度と同じか、又はより高濃度のＨＦが含まれていることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記エッチング溶液には、ＨＦが含まれ、ＮＨ４Ｆが含まれていないことを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバの加工方法、及び光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、光を伝えるために屈折率の高いガラスからなるコア部と、該コア部より屈折率の低いクラッド部とから構成されたものであり、測定機器分野、電気電子分野、光通信機器分野、その他光学分野等において広く用いられている。
【０００３】
例えば、該光ファイバがレーザー流速計やレーザードップラー流速計として使用される場合、血流等の局所流速を正確に且つ簡易に測定すべく血管等に挿入されるカテーテル型プローブとして用いられる。また、各種プラント用としては、安全性や制御性を向上させるべく、各種流体中に挿入されて監視又は測定用として用いられる。
よって、光ファイバを、このようなレーザー流速計などの用途として用いる場合には、先端形状によってその測定精度が大きく影響されるために、これを所望の放物面形状に加工することが求められる。
【０００４】
また、本来の光ファイバの主用途である光通信用として使用する際にも、その接続部分で光のロスをできるだけ少なくして光の伝達を行う必要があり、このような観点からも光ファイバ先端部は光の授受に好ましい形状に加工することが求められる。
さらに、このような流速計や光通信用以外の各種用途に用いるためにも、光ファイバ先端部を所望の形状に加工する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、光ファイバの加工方法としては、光ファイバ先端を局部的に加熱してガラスを溶融させる方法や、研磨装置を用いて光ファイバ先端部を研磨する方法が知られている。しかしながら、斯かる従来の加工方法では、光ファイバの先端部が非常に細い故に、その加工は極めて困難であり、加工費用も高くなるという問題がある。
【０００６】
また、従来、光ファイバをエッチング溶液に浸漬し、その端部を所望の形状に加工する方法が知られているが、従来のエッチング方法で加工できる光ファイバ端部の形状は、中央部が突出したいわゆる凸型に限られており、その用途としても凸レンズ機能を果たす用途に制約されるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような光ファイバの端部の加工方法を提供することを課題とし、より詳しくは、光ファイバの端面に凹部を形成するための加工方法と、そのように加工された光ファイバを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、光ファイバの端部をエッチング溶液に浸し、光ファイバ端面に凹部を形成することを特徴とする光ファイバの加工方法を提供する。また、本発明は、前記光ファイバの加工方法において、前記凹部が略放物面状であることを特徴とする。凹部形成のためには、前記エッチング溶液には、質量基準でＮＨ４Ｆ濃度と同じか又はより高濃度のＨＦが含まれていること、或いは、ＨＦが含まれＮＨ４Ｆが含まれていないことが必要である。
【０００９】
さらに、本発明は、端面に凹部が形成されてなることを特徴とする光ファイバを提供する。また、前記光ファイバにおいて、前記凹部が略放物面状であることを特徴とする。前記凹部の形成は、光ファイバ先端部をエッチング溶液に浸すことにより行う。エッチング溶液には、質量基準でＮＨ４Ｆ濃度と同じか又はより高濃度のＨＦが含まれていること、或いは、ＨＦが含まれＮＨ４Ｆが含まれていないことが必要である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光ファイバの加工方法は、光ファイバの端部を所定のエッチング溶液に浸すことにより、該光ファイバの端部のうち主にコア部端面に放物面形状の凹部を形成するものである。
【００１１】
エッチング溶液としては、ＨＦ−ＮＨ４Ｆ溶液を使用できるが、そのＨＦおよびＮＨ４Ｆ濃度や浸漬時間についてはエッチングの対象となる光ファイバの材質や、目的とする先端形状に応じて調整することができる。
【００１２】
従来のエッチング溶液には、ＨＦと水に加えて多量のフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）が含まれていたが、本発明において使用するエッチング溶液には、該フッ化アンモニウムが少量含まれているか、或いは全く含まれていないものを使用するものとする。
例えば、該エッチング溶液としては、ＨＦ溶液（５０重量％）とＮＨ４Ｆ溶液（４０重量％）とを重量比で１：０〜１の割合で混合したものを使用することができる。
また、ＨＦ−ＮＨ４Ｆ混合溶液と純水との重量比は特に限定するものではないが、０．１：１〜１：１程度の割合で混合すると、エッチング速度のコントロールが比較的容易になる。
【００１３】
斯かる濃度のＨＦ−ＮＨ４Ｆ溶液をエッチング溶液として用いることにより、光ファイバのコア部端面を速やかに溶解させることができる。光ファイバとしては、グレーディッドインデックスマルチモードファイバ（以下、「ＧＩファイバ」という）やステップインデックスシングルモードファイバ（以下、「ＳＩファイバ」という）のいずれを該エッチング液でエッチングした場合にも、端面の中心部が放物面形状の凹型に窪んだものとなる。
【００１４】
以下、エッチング溶液を構成するＨＦ溶液（５０重量％）とＮＨ４Ｆ溶液（４０重量％）と純水との重量比をＸ：Ｙ：Ｚとして表し、エッチング溶液の構成が異なる場合に凹部形状に及ぼす影響について説明する。
【００１５】
まず、前記エッチング溶液としてＹ＝０、Ｚ＝１に固定し、Ｘの値を変化させた場合、即ち、ＮＨ４Ｆを含まずにＨＦ濃度のみを変化させた場合には、ＨＦ濃度が高くなるにつれ、より速やかに中央部が溶解されて短時間で曲率半径の小さい凹部が形成されることとなる。
このようなＨＦ濃度が高い溶液としては、例えば、Ｘが０．４以上であるものを例示できる。
【００１６】
逆に、ＨＦ濃度を低くした場合には、浸漬時間を長くすることによって同程度の曲率半径の凹部を形成することができる。さらに、ＨＦ濃度が低い場合には、光ファイバ直径がほとんど減少しないという効果がある。
このようなＨＦ濃度が低い溶液としては、例えば、Ｘが０．４未満のものを例示できる。
【００１７】
従って、エッチング溶液のＮＨ４Ｆ濃度をＨＦ濃度以下に設定し、ＨＦ濃度と浸漬する時間とを選択することにより、所望の曲率半径Ｒ（μｍ）の凹部と、所望のファイバ直径ｄ（μｍ）とを有する光ファイバを得ることができる。
【００１８】
一方、前記エッチング溶液としてＸとＺとを一定とし、Ｙの値、即ち、ＮＨ４Ｆ濃度を変化させた場合には、ＮＨ４Ｆ濃度を高くするにつれてＨＦによるエッチング作用は緩和される傾向にあるが、曲率半径の大きな凹部を形成することができる。逆に、ＮＨ４Ｆ濃度の低いエッチング溶液を用いた場合には、このような緩和作用が弱まり、ＨＦの作用によって曲率半径の小さな凹部が形成されることとなる
【００１９】
このように、ＮＨ４Ｆ濃度が低いか、或いはＮＨ４Ｆを含まないエッチング溶液を用いた場合と、従来のようにＮＨ４Ｆ濃度の高いエッチング溶液を用いた場合とでは、該エッチング溶液によるエッチング作用が全く異なるものとなる。
ＮＨ４Ｆ濃度の低いエッチング溶液を使用した場合のこのような作用のメカニズムは定かではないが、光ファイバ端面においてコア部の溶解によって生じた何らかの物質が触媒的な作用を及ぼし、該物質がコア部の中心ほど拡散されにくいことが、コア部中心の溶解を促進する原因であると推測される。
また、ＧＩ型光ファイバであれば、屈折率の高い中心部ほどドープされる添加物量が多いため該物質の生成量が多くなり、中心部の溶解がより一層速やかに進行すると推測される。
【００２０】
以上のように、本発明の加工方法によれば、ＧＩファイバやＳＩファイバのいずれにおいても、その端面に略放物面状の凹部を形成することができる。
【００２１】
端面に放物面状の凹部が形成された本発明の光ファイバは、従来の凸型の光ファイバでは成し得なかった凹レンズ機能を備えたものとなるため、光ファイバケーブルの接続や各種レーザー流速計、或いは内視鏡等として、広く使用できるものと考えられる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍのＧＩ型石英光ファイバ（（株）フジクラ製、ＧＣ　５０／１２５）を２０ｃｍほどの長さに切断し、ファイバを覆っているビニール被膜を除去してクラッド部を剥き出しにし、先端をファイバカッターを用いて切断した。そして、該光ファイバの先端をエッチング溶液に浸し、３０分おきに形状変化を測定した。尚、エッチング溶液は、５０重量％のＨＦ水溶液、４０重量％のＮＨ４Ｆ水溶液、及び純水の混合比をＸ：Ｙ：Ｚとした場合に、Ｙ＝０、Ｚ＝１に固定し、Ｘを０．１、０．２、０．３、０．４、０．６、０．８と変化させたものを用いた。
【００２３】
光ファイバ先端部に凹部が形成される様子を側面拡大写真によって図１〜６に示す。また、Ｘ＝０．３のエッチング溶液を用いた場合の浸漬前、１時間、２時間、３時間経過後の光ファイバ先端形状を電子顕微鏡で撮影した写真を図７に示す。
【００２４】
また、得られた結果について、エッチング時間Ｔ（Ｈｏｕｒ）と形成された凹部の曲率半径Ｒ（μｍ）との関係、および、エッチング時間Ｔ（Ｈｏｕｒ）と光ファイバの直径ｄ（μｍ）との関係を、それぞれ図８に示す。
【００２５】
図１〜６に示した側面拡大写真によると、ＨＦ濃度の低いエッチング溶液を用いた場合、凹部の形成に長時間を要するものの、光ファイバ径が維持されやすいことがわかる。
逆に、ＨＦ濃度の高いエッチング溶液を用いた場合、凹部の形成が速やかであると共に、光ファイバ径が急速に減少していることがわかる。
【００２６】
また、図８によれば、いずれの実施例においても、形成された凹部の曲率半径Ｒは、約２５μｍに収束していることがわかる。
【００２７】
（実施例２）
エッチング溶液として、５０重量％のＨＦ水溶液、４０重量％のＮＨ４Ｆ水溶液、及び純水の混合比をＸ：Ｙ：Ｚとした場合に、Ｘ＝１、Ｚ＝１に固定し、且つＹを０．２、０．４、０．６、０．８、１．０と変化させたものを用いる他は実施例１と同様にして試験を行った。結果を図９〜１３に示す。
【００２８】
図９〜１３に示した結果によると、ＮＨ４Ｆ濃度が高くなるにつれてエッチング作用は徐々に緩和され曲率半径の大きな凹部が形成される傾向にあることがわかる。
【００２９】
（実施例３）
コア径６μｍ、クラッド径１２５μｍのＳＩ型石英光ファイバ（（株）フジクラ製、ＳＭ６／１２５）を用いる以外は実施例１と同様にして光ファイバの先端をエッチング溶液に浸し、３０分おきに形状変化を測定した。
【００３０】
光ファイバ先端部に凹部が形成される様子を側面拡大写真によって図１４〜１９に示す。また、Ｘ＝０．３のエッチング溶液を用いた場合の２時間、４時間、５時間経過後の光ファイバ先端形状を電子顕微鏡で撮影した写真を図２０に示す。
【００３１】
図１４〜１９に示した側面拡大写真によると、ＧＩ型光ファイバを用いた場合よりも進行は遅くなっているものの、略同様の放物面状の凹部が形成されていることがわかる。
また、ＨＦ濃度の異なるエッチング溶液を使用することにより、凹部の形成に要する時間と光ファイバ径の関係については、前記ＧＩ型光ファイバと略同様の傾向を示していることがわかる。
【００３２】
（実施例４）
エッチング溶液として、５０重量％のＨＦ水溶液、４０重量％のＮＨ４Ｆ水溶液、及び純水の混合比をＸ：Ｙ：Ｚとした場合に、Ｘ＝１、Ｚ＝１に固定し、且つＹを０．２、０．４、０．６、０．８、１．０と変化させたものを用いる他は実施例３と同様にして試験を行った。結果を図２１〜２５に示す。
【００３３】
図２１〜２５に示した結果によると、ＮＨ４Ｆ濃度が高くなるにつれてエッチング作用は徐々に緩和され、曲率半径の大きな凹部が形成される傾向にあることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光ファイバの加工方法によれば、光ファイバの先端面に凹部を形成することが可能となり、また、用途に応じて所望の曲率半径の凹部およびファイバ径を備えた光ファイバに加工することが可能となる。
【００３５】
そして、本発明に係る光ファイバは、従来にはない凹レンズ機能を備えたものとなるため、光ファイバケーブルの接続や各種レーザー流速計、或いは内視鏡等として、広く使用できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．１：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．２：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図３】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．３：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図４】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．４：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図５】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．６：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図６】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．８：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図７】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．３：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した電子顕微鏡写真。
【図８】ＧＩ型光ファイバを用いてＸ：Ｙ：Ｚ＝０．１〜０．８：０：１．０とした場合の、エッチング時間Ｔ（Ｈｏｕｒ）と曲率半径Ｒ（μｍ）との関係、および、エッチング時間Ｔ（Ｈｏｕｒ）と光ファイバの直径ｄ（μｍ）との関係を示したグラフ。
【図９】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．２：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１０】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．４：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１１】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．６：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１２】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．８：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１３】ＧＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：１．０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１４】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．１：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１５】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．２：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１６】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．３：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１７】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．４：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１８】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．６：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図１９】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．８：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２０】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝０．３：０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した電子顕微鏡写真。
【図２１】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．２：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２２】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．４：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２３】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．６：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２４】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：０．８：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【図２５】ＳＩ型光ファイバを用い、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１．０：１．０：１．０のエッチング溶液を用いた場合の光ファイバ先端部を撮影した側面拡大写真。
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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