(57)【要約】【課題】  光出射部である光ファイバ芯線のコア面だけの斜め端面角度を、正確かつ簡便に測定する方法および装置を提供する。【解決手段】  測定端面から出射したレーザ光の屈折角（θ４）を測定し、関係式ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ４＋θ１）＝ｎ２／ｎ１（ただし、ｎ１は光ファイバ芯線（９）のコアの屈折率であり、ｎ２は空気の屈折率である）により、光ファイバ芯線（９）のコアの斜め端面角度（θ１）を決定する。ファイバカラー（１３）に開けられ、光ファイバ芯線（９）の外径（Ｄｆ）よりも１０μｍ以上大きい内径（Ｄｗ）で、軸方向に（Ｄｗ−Ｄｆ）／ｔａｎ（０．１°）以上の長さの孔に、光ファイバ芯線（９）の測定端を通し、該孔をガイド孔として光ファイバ芯線（９）を回転させ、測定端面からのレーザ光の出射光がスクリーン（１４）に描く円または楕円の少なくとも一部の大きさを測定することにより、測定端面からのレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ芯線の一端を入射端とし、他端を測定端面として、光ファイバ芯線のコアの斜め端面角度（θ１）を測定する方法において、光ファイバの入射端からレーザ光を入射し、測定端面から出射したレーザ光の屈折角（θ４）を測定し、関係式ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ４＋θ１）＝ｎ２／ｎ１（ただし、ｎ１は光ファイバ芯線のコアの屈折率であり、ｎ２は空気の屈折率である）により、光ファイバ芯線のコアの斜め端面角度（θ１）を決定することを特徴とする光ファイバ芯線の斜め端面角度測定方法。
【請求項２】
光ファイバ芯線の外径（Ｄｆ）よりも１０μｍ以上大きい内径（Ｄｗ）を有し、かつ、軸方向に（Ｄｗ−Ｄｆ）／ｔａｎ（０．１°）以上の長さを有するファイバーカラーを用い、該光ファイバカラーの孔に、光ファイバ芯線の測定端面を通し、測定端面を前記孔の開口縁と合わせて、該孔をガイド孔として光ファイバ芯線を回転させ、測定端面からのレーザ光の出射光がスクリーンに描く円または楕円の少なくとも一部の大きさを測定することにより、測定端面からのレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ芯線の斜め端面角度測定方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、スクリーンに投影されるレーザ光のビーム像の中心がガウシアンビームになる遮断波長か、該遮断波長以上の波長を有することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ芯線の斜め端面角度測定方法。
【請求項４】
測定する光ファイバ芯線を回転可能に保持する回転式ファイバホルダーと、前記光ファイバ芯線の測定端面を挿通可能な孔を有し、かつ、光ファイバ芯線の回転軸がレーザ光の光軸と略同じとなるように光ファイバ芯線を保持するファイバカラーと、光ファイバの入射端からレーザ光を導入するレーザ光源と、測定端面から出射されたレーザ光が像を描く位置関係に設置されたスクリーンと、該スクリーンに描かれた像を撮像する手段と、該像の位置から数値演算によりレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定する計算手段とからなる光ファイバ芯線の斜め端面角度測定装置。
【請求項５】
前記ファイバカラーが、ファイバ芯線の外径（Ｄｆ）よりも１０μｍ以上大きい内径（Ｄｗ）で、軸方向に（Ｄｗ−Ｄｆ）／ｔａｎ（０．１°）以上の長さの孔を有する光ファイバ芯線の斜め端面角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に使用される光ファイバ芯線の斜め端面角度を測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信や光計測に用いられる光ファイバの光ファイバ芯線（コアおよびこれを囲むクラッドから構成される）の端面は、端面からの反射光が、レーザダイオードなどの能動部品に戻ることを避けるために、普通、直角とならないように端面処理を施している。
【０００３】
図２に、光ファイバ芯線の端面を、光軸を含む面での断面図で示した。矢印線は、光軸を示し、１点鎖線は、光軸の延長線および光軸と直角である補助線を示し、破線は、端面と直角である補助線を示す。
【０００４】
レーザ光の光軸（２）に対して光ファイバ芯線の端面は斜めであり、該端面の斜め端面角度（θ１）は一般的に６°〜８°程度である。該端面からの出射光（３）は、屈折角（θ４）を持っている。
【０００５】
光ファイバ芯線の端末は、長さ６ｍｍ、直径１ｍｍ程度の金属製の筒やジルコニア製の筒（以下、これらを「フェルール」という）の中央を貫通し、光ファイバ芯線の外径とほぼ同じ内径の孔に挿入され、該孔に接着される。光ファイバ芯線の端面処理としては、フェルールごと斜めに研磨する場合と、フェルールに取り付けずに、光ファイバ芯線そのものをクリーブカットする場合とに分けられる。クリーブカットとは、光ファイバ芯線を局所的に曲げて、応力の分布を作り、ダイヤモンドや超鋼の刃を当てることで、切断する方法である。
【０００６】
斜め端面角度（θ１）が所定の値から外れると、端面加工した光ファイバ芯線を、レーザダイオードモジュールなどに導入して、レーザ等からの光が光ファイバ芯線に正しく入射されるように調芯する際、決められた調整限界内で調整することが困難となる。このため、予め、光ファイバ芯線の斜め端面角度（θ１）を正確に測定する方法が求められている。
【０００７】
斜め端面角度を測定する方法としては、たとえば、光ファイバの光軸に対して垂直な方向から顕微鏡でフェルール端面を観察し、フェルールをその光軸回りに回転させて、端面が観察方向と並行になったときの顕微鏡モニタ画像から測定する場合のように、光ファイバ全体を側面から外形測定する方法がある。また、特開平５−１１８８３２号公報に記載されているように、光の干渉を用いて、凸球面に加工した端面形状を検査する装置や、特開平９−２８１３５７号公報に記載されている、光の干渉を用いて、斜め研磨端面の角度方向を測定する方法のように、光の干渉を用いて、光ファイバ芯線の端面を測定する方法もある。さらに、特開２００２−１０７１３０号公報に記載されるように、レーザー光を光ファイバの先端面に照射し、反射光をスクリーンに当てて、確認する方法もある。
【０００８】
これらの方法は、いずれも光ファイバ芯線の大部分を占めるクラッドの端面、すなわちクラッド面を測定対象として光ファイバ芯線の斜め端面角度を測定しており、クラッド面とコア面が同一平面であることを前提としている。しかし、実際には、クラッド面がきれいな平面でないなど、前提条件が満たされない場合が多く、必ずしも精度の良い測定結果を得ることができていない。
【０００９】
また、フェルールに取り付けられた光ファイバ芯線の斜め端面角度は、フェルール端面と光ファイバ芯線の端面とが、同一平面に研磨されている場合にのみ、フェルール端面を顕微鏡で観察することで、測定可能となる。しかしながら、フェルールに取り付けられた状態での研磨において、光ファイバ芯線の端面を湾曲して研磨する場合も多く、この場合は側面観察で光出射部であるコア面の斜め端面角度を測定することは難しい。
【００１０】
また、フェルールに取り付けられた状態での研磨においては、一般的に、光ファイバ芯線のクラッド面にきれいな平面が得られ、光ファイバ芯線の大部分を占めるクラッド面を測定対象に、光の干渉を用いて、斜め端面角度が測定される。しかし、研磨によってはコア面だけがクラッド面に対して凹になる場合や、凸になる場合があり、コア面の正確な斜め端面角度を知ることはできないことがある。
【００１１】
さらに、フェルールに取り付けることなく、光ファイバ芯線そのものがクリーブカットされる場合、光ファイバ芯線の外径が１２５μｍと小さいために、側面から顕微鏡などで観察しても、被写界深度を得ることが困難である。
【００１２】
また、光の干渉を用いて、クラッド面を含んだ光ファイバ芯線の端面を観察し、斜め端面角度を測定する場合でも、クリーブカットされた光ファイバ芯線の端面は、必ずしも研磨面のようにきれいな平面ではないため、正確に測定することができないことが多い。仮に測定できても、コア面の斜め端面角度を正確に知ることは極めて稀である。
【００１３】
以上のように、光の入出射部分である光ファイバ芯線のコア面のみの斜め端面角度を、正確にかつ簡便に測定する方法が無かった。そのため、端面加工した光ファイバ芯線を、レーザダイオードモジュールなどに導入して、レーザ等からのレーザ光が光ファイバ芯線に正しく入射されるように調芯する場合、決められた調整限界内で調整することが困難となり、不良と判定されることになる光ファイバ芯線の全てを、予め取り除くことはできなかった。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１０７１３０号公報
【００１５】
【特許文献２】特開平５−１１８８３２号公報
【００１６】
【特許文献３】特開平９−２８１３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、光出射部である光ファイバ芯線のコア面だけの斜め端面角度を、正確かつ簡便に測定する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の方法は、光ファイバ芯線の一端を入射端とし、他端を測定端面として、光ファイバ芯線の斜め端面角度（θ１）を測定する方法であり、光ファイバの入射端からレーザ光を入射し、測定端面から出射したレーザ光の屈折角（θ４）を測定し、関係式ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ４＋θ１）＝ｎ２／ｎ１（ただし、ｎ１は光ファイバ芯線のコアの屈折率であり、ｎ２は空気の屈折率である）により、光ファイバ芯線のコアの斜め端面角度（θ１）を決定することを特徴とする。
【００１９】
より具体的には、光ファイバ芯線の外径（Ｄｆ）よりも１０μｍ以上大きい内径（Ｄｗ）を有し、かつ、軸方向に（Ｄｗ−Ｄｆ）／ｔａｎ（０．１°）以上の長さを有するファイバーカラーを用い、該ファイバカラーの孔に、光ファイバ芯線の測定端面を通し、測定端面を前記孔の開口縁に合わせて、該孔をガイド孔として光ファイバ芯線を回転させ、測定端面からのレーザ光の出射光がスクリーンに描く円または楕円の少なくとも一部の大きさを測定することにより、測定端面からのレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定する。
【００２０】
前記レーザ光は、スクリーンに投影されるレーザ光のビーム像の中心がガウシアンビームになる遮断波長か、該遮断波長以上の波長を有することが好ましい。
【００２１】
かかる方法を実施するための測定装置は、測定する光ファイバ芯線を回転可能に保持する回転式ファイバホルダーと、前記光ファイバ芯線の測定端面を挿通可能な孔を有し、かつ、光ファイバ芯線の回転軸がレーザ光の光軸と略同じとなるように光ファイバ芯線を保持するファイバカラーと、光ファイバの入射端からレーザ光を導入するレーザ光源と、測定端面から出射されたレーザ光が像を描く位置関係に設置されたスクリーンと、該スクリーンに描かれた像を撮像する手段と、該像の位置から数値演算によりレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定する計算手段とから構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、光出射部である光ファイバ芯線のコア面だけの斜め端面角度を、特にクリーブカットされた光ファイバ芯線の端面測定において、正確かつ簡便に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図４は、本発明の原理であるスネルの法則の説明図である。実線は、レーザ光および媒質の界面を示し、破線は、界面と垂直な補助線を示す。屈折率が異なる２つの媒質（１）および媒質（２）が、界面で接し、媒質（１）の屈折率（ｎ１）、媒質（２）の屈折率（ｎ２）、媒質（１）から界面に入射した光の入射角（θ１）、および界面から媒質（２）に出射した光の出射角（θ２）の間には、ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ２）＝ｎ２／ｎ１の関係がある。この関係は、スネルの法則として知られている。
【００２４】
この関係を、斜めに先端をカットした光ファイバ芯線に適用すると、図２のようになる。図２は、光ファイバの端面を、光の経路を含む面で示した断面図である。
【００２５】
光ファイバ芯線（１）のコアの屈折率（ｎ１）、空気の屈折率（ｎ２）により、ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ２）＝ｎ２／ｎ１が成立している。また、入射角（θ１）は、斜め端面角度（θ１）と等しいので、出射角（θ２）を知ることができれば、斜め端面角度（θ１）を計算することができる。しかし、実際の測定においては、斜め端面に垂直な線（４）を知ることができないので、出射光（３）を特定できても、出射角（θ２）は求められない。
【００２６】
しかし、図２に示されるように、出射光（３）の屈折角（θ４）により、θ４＋θ１＝θ２の関係から、ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ４＋θ１）＝ｎ２／ｎ１が得られ、光ファイバ芯線（１）の端面からの出射光（３）の屈折角（θ４）が分かれば、屈折率（ｎ１）は波長の関数で、既知であり、屈折率（ｎ２）は１であるから、入射角（θ１）を求めることができ、よって、斜め端面角度（θ１）を知ることができる。本発明者らは、出射光（３）の屈折角（θ４）を、正確かつ簡便に測定する方法を鋭意検討し、本発明を完成させた。
【００２７】
本発明による光ファバイ芯線の斜め端面角度測定方法を図３を参照しながら説明する。図３には、光ファイバの端面を、光の経路を含む面の断面図で示してある。光ファイバ（１）からの出射光（３）は、端面からの距離とともに、コアを通るレーザ光の光軸（２）からの距離を増しながら、スクリーン（６）に当たり、光軸（２）を回転軸として、光ファイバ芯線（１）をなるべく正確に回転させると、出射光（３）のビーム像の軌跡が、スクリーン（６）上に円または楕円の少なくとも一部を描く。この円の中心（７）を求めることにより、円の直径を測定し、スクリーン（６）までの距離を与えると、出射光（３）の屈折角（θ４）を求めることができる。
【００２８】
円の中心（７）を精度良く求めるためには、スクリーン（６）上でのビーム形状が単一横モードとなるように、すなわち、スクリーン（６）に投影されるビーム像の中心が、一番強度の高いガウシアンビームとなるように、レーザの波長を選ぶことが望ましい。この波長を、遮断波長と呼び、レーザの波長は、該遮断波長以上とすることが望ましい。例えば、コア径１０μｍのシングルモード光ファイバで、コアの屈折率が１．４６３、クラッドの屈折率が１．４６０の場合には、遮断波長は１．２２μｍである。従って、この場合には、斜め端面での出射角の屈折角を測定するために用いるレーザ光の波長は１．２２μｍ以上であることが望ましい。レーザ光の波長が、遮断波長より短い場合には、いくつかのモードが出現し、スクリーン（６）上にいくつかの強度の山を生ずるため、ビーム像の中心を正確に決定することが難しい。
【００２９】
次に、本発明による測定方法を実施するための測定装置について、図１を参照しながら説明する。なお、測定対象の光ファイバ芯線は、一端を入射端とし、他端を測定端面とする。本発明による測定装置は、光ファイバ芯線を回転可能に保持する回転式ファイバホルダー（１２）と、前記光ファイバ芯線を測定端面から挿通可能な孔を開けたファイバカラー（１３）と、前記入射端からレーザ光を導入するレーザ光源（１０）と、測定端面からのレーザ光の出射光が像を描く位置関係に設置されたスクリーン（１４）と、たとえば、赤外カメラなどの該スクリーンに描かれた像を撮像する手段（１５）、および、コンピュータなどの該像の位置を数値演算する計算手段（図示せず）とから構成される。
【００３０】
精度良く円の中心を求めるためには、レーザ光のビーム像の軌跡を、Ｘステージ（１６）上に設けたスクリーン（１４）上に描かせ、ＩＲ（赤外）カメラ（１５）で観察し、ビーム像の軌跡の中で、Ｘ方向（図中、矢印が示す方向）で一番離れた２点の位置をＸステージ（１６）で測定し、円の直径とすればよい。
【００３１】
光ファイバーを回転させる回転式ファイバホルダー（１２）には、例えば、ファイバ回転ホルダ（駿河精機製、ＥＦ２６４）など従来から一般に使用されているものを採用できる。
【００３２】
回転させるに際して、光ファイバの芯線（９）を、コアを通るレーザ光の光軸を回転軸として、なるべく正確に回転させる必要がある。例えば、ポンプを用いて光ファイバをファイバ固定ジグに吸い付け、光ファイバが回転ぶれを起こさないように回転させる方法など、通常の方法を採用することも可能であるが、表面状態に微妙に凹凸のあるメタライズ光ファイバなどでは、光ファイバが吸着部分から外れてしまい、正しく回転しない場合が発生する。
【００３３】
そのため、本発明では、ファイバカラー（１３）を採用する。ファイバカラーとは、光ファイバ芯線（９）の外形よりもわずかに大きい孔を、軸方向に長く開けて、その孔の中に光ファイバ芯線（９）を導入して回転させる。これにより、ビーム像の描く円の中心を、精度良く測定することが可能となる。すなわち、光ファイバ芯線（９）をファイバカラー（１３）に通し、被覆部を図５に示すように、回転式ファイバホルダ（１２）に固定し、回転させる。
【００３４】
ファイバカラー（１３）の孔の内径は、光ファイバ芯線（９）の外径よりも１０μｍ以上、大きいことが望ましい。例えば、光ファイバ芯線（９）の外径が１２５μｍであれば、孔の内径は１３５μｍ程度であればよい。最低１０μｍは大きくないと、光ファイバがファイバカラー（１３）の孔の中に正しく挿入されず、折れてしまう。
【００３５】
該孔の軸方向の長さ（Ｌ）は、必要な測定精度と、内径とから決定される。例えば、光ファイバ芯線の外径が１２５μｍであり、孔の内径は１３５μｍとし、光ファイバ芯線の偏芯角度（θｄ）は、θｄ＝ｔａｎ-1（０．０１／Ｌ）で求められる。斜め端面角度（θ１）として要求される測定精度は０．５°程度であるが、測定による誤差があるので、測定装置として許される光ファイバの偏芯角度（θｄ）は０．１°以内とする。すなわち、光ファイバ芯線の外径（Ｄｆ）よりも１０μｍ以上大きい内径（Ｄｗ）で、軸方向に（Ｄｗ−Ｄｆ）／ｔａｎ（０．１°）以上の長さ（Ｌ）の孔とする。この場合には、前式より孔の軸方向の長さ（Ｌ）は５．７ｍｍ以上とする。
【００３６】
光ファイバ芯線の測定端面を前記孔の開口縁と略同一水準にした状態で、該孔をガイド孔として光ファイバ芯線を回転させ、測定端面からのレーザ光の出射光がスクリーンに描く円または楕円の少なくとも一部の大きさを測定することにより、測定端面からのレーザ光の出射光の屈折角（θ４）を測定する。
【００３７】
測定できる対象としては、例えば研磨、クリーブカット、レーザー加工のような通常の方法で端面処理された光ファイバ芯線の全てである。クラッド面は、コア部のみが平坦であればどのような面でも良い。なお、クリーブカットされた光ファイバ芯線のクラッド面は、研磨面のようにきれいな平面でないために、外形測定する方法や、光の干渉などによる従来の方法では、光ファイバ芯線の端面の測定ができず、仮に測定できても、コア面の斜め端面角度を正確に知ることは極めて難しかった。従って、本発明は特に、クリーブカットされた光ファイバ芯線の端面測定に有効である。
【実施例】
【００３８】
図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例を示す斜視図である。
【００３９】
コア径１０μｍのシングルモード光ファイバ（８）の一端を、ＦＣコネクタなどで終端処理し、他端の被覆を除去して、光ファイバ芯線（９）を出し、光ファイバ芯線（９）にメタライズを施した後、表面を洗浄して、クリーブカットした。
【００４０】
両端を処理したシングルモード光ファイバ（８）の前記一端を入射面とし、他端を測定端面として、ＦＣコネクタをレーザ光源（１０）に取り付けた。レーザ光源（１０）としては、出射ビーム形状が単一ガウシアンモードとなるように、波長が１．３μｍの光源を用いた。
【００４１】
光ファイバ芯線（９）の先端をクリーブカットした光ファイバ（８）は、固定台上の回転式ファイバホルダー（１２）に固定した。光ファイバ芯線（９）の外径の１２５μｍよりもわずかに大きい１３５μｍの内径を持ち、軸方向の長さが６ｍｍと、十分に長い孔を有するファイバー用カラー（１３）に、光ファイバ芯線（９）を挿入した。
【００４２】
レーザ光源（１０）のスイッチを入れ、続いて光ファイバ芯線（９）を、孔の中で３６０°回転させ、スクリーン（１４）上に出射ビームの軌跡を描かせ、出射ビームの軌跡をＩＲカメラ（１５）で観察した。出射ビームの軌跡の中で、Ｘ方向に一番離れた２点の位置を、Ｘステージ（１６）で測定した。実際のスクリーン（１６）に映るビームは広がりを持ち、スクリーン（１４）と光ファイバ芯線（９）の測定端面との距離を極端に遠くすると、出射ビームが描く軌跡は見えにくくなるので、この距離は５０ｍｍとした。
【００４３】
以上のように、両端を処理した同一試料のシングルモード光ファイバ（８）を用いて、レーザ光源（１０）への固定から測定までを、２０回繰り返した。得られた斜め端面での出射光の屈折角は、すべて１５．５°−０．１°〜１５．５°＋０．１°の範囲内にあり、相当する斜め端面角度は、１０．５°−０．０７°〜１０．５°＋０．０７°の範囲内であった。このように、クリーブカット後のコア面の斜め端面角度（測定端面）が、繰り返し測定精度０．１°以内で得られた。
【００４４】
以上のように、本発明を用いることで、従来は測定が極めて困難であったクリーブカット後の斜め端面角度が、正確かつ簡便に測定可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】光の経路を含む面で切断することにより、光ファイバの端面を示す断面図である。
【図３】光の経路を含む面で切断することにより、光ファイバの端面を示す断面図である。
【図４】本発明の原理であるスネルの法則の説明図である。
【図５】本発明において、光ファイバ芯線をファイバカラーに挿通した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  光ファイバ芯線
２  光軸
３  出射光
４  斜め端面の法線
５  光軸に垂直な線
６  スクリーン
７  円の中心
８  コア径１０μｍのシングルモード光ファイバ
９  光ファイバ芯線
１０  レーザ光源
１２  回転式ファイバホルダー
１３  ファイバカラー
１４  スクリーン
１５  ＩＲカメラ
１６  Ｘステージ
θ１  入射角、斜め端面角度
θ２  出射角
θ４  出射光の屈折角
【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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