(57)【要約】【課題】クラッド径を正しく維持したまま、光ファイバの導波路構造に影響を与えることなく、端面周囲の寸法を維持し得る光ファイバ端部の封止構造およびその封止方法を提供する。【解決手段】軸心方向に伸びる空孔４・・・の先端部分が封止部５により封止され、また、クラッド３の外径が、封止部５が形成されている箇所においても、空孔４・・・が形成されている箇所においても、全く同一に形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部において、前記空孔がガラスからなる封止部によって封止されており、かつ当該封止部が形成されている部分のクラッド外径が、封止部が形成されていない部分のクラッド外径と同一であることを特徴とする光ファイバ端部の封止構造。
【請求項２】
前記封止部は、光ファイバを構成するガラスと同一成分のガラスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ端部の封止構造。
【請求項３】
前記封止部は、光ファイバを構成するガラスよりも低融点のガラスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ端部の封止構造。
【請求項４】
前記光ファイバがコネクタフェルールに装着固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光ファイバ端部の封止構造。
【請求項５】
屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、当該端面から前記光ファイバを構成するガラスと同一の成分のガラス粉末を前記空孔に挿入した後、前記光ファイバの端部を加熱して前記ガラス粉末を溶融させることにより、前記空孔を封止することを特徴とする光ファイバ端部の封止方法。
【請求項６】
屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、当該端面から前記光ファイバを構成するガラスよりも低融点のガラス粉末を前記空孔に挿入した後、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱して前記ガラス粉末を溶融させることにより、前記空孔を封止することを特徴とする光ファイバ端部の封止方法。
【請求項７】
屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱して前記空孔を封止することを特徴とする光ファイバ端部の封止方法。
【請求項８】
炭酸ガスレーザ光を照射することにより、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱溶融させて前記空孔を封止することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光ファイバ端部の封止方法。
【請求項９】
前記光ファイバが予めコネクタフェルールに装着固定されていることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１項記載の光ファイバ端部の封止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さいクラッドを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバにおける端部の封止構造及びその封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フォトニック結晶構造（屈折率の周期構造）をクラッドに設けたフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ）が、従来の光ファイバでは実現し得ないまったく新しい機能を備えた光デバイスを実現しうるものとして注目を集めている。このＰＣＦの一種であるホーリーファイバ（ＨＦ：Ｈｏｌｅｙ  Ｆｉｂｅｒ）は、従来の光ファイバのコア近傍のクラッド部に空孔を存在させることによりクラッドの実効的な屈折率を下げて、コア／クラッド間の比屈折率差を拡大させることで、従来の光ファイバと比較して曲げ損失特性を大幅に向上させることができる（非特許文献１、２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
姚兵ほか「ホーリーファイバの実用化に関する一検討」、信学技報（社）電子情報通信学会、Ｖｏｌ．１０２，Ｎｏ．５８１，ｐ４７〜５０
【非特許文献２】
長谷川健美「フォトニック結晶ファイバおよびホーリーファイバの開発動向」、月刊誌「オプトロニクス」、オプトロニクス（株）発行、Ｎｏ．７，ｐ２０３〜２０８（２００１）．
【０００４】
このようなＨＦは、クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在するが、これらの空孔は、端部が開放されていると、水分が内部に進入する結果、機械的強度の劣化が生じたり、温度変化による露結によって光学的特性の変動が生じたりすることがある。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１では、（１）光ファイバの端面部を融着器（気体放電により光ファイバを溶融させて接続する装置）で加熱してクラッドを軟化させ空孔をつぶす方法、（２）中空部内に硬化性物質を挿入する方法、（３）中空部に外部から蓋を取り付ける方法、により光ファイバの空孔を封止する方法が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３２３６２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）の光ファイバの端面部を加熱してクラッドを軟化させ空孔をつぶす方法では、空孔へ周囲のクラッド材が流入することにより封止できるのであるから、材料の量が変わらない分、光ファイバの外径（クラッド径）は小さくなってしまう。たとえば、クラッド径が１２５μｍで、直径が１０μｍの空孔が４つあった場合を考えると、単純計算ではクラッド径は１２３μｍ程度となり、約２μｍ小さくなってしまう。この量は通常のコネクタ接続にあたっての標準的フェルールの内径寸法から外れるほど大きいものである。
【０００８】
また、加熱源が融着器の場合には、放電気体の温度が高くなるためにクラッド表面での蒸発の影響もあって実際の寸法はさらに小さくなり、空孔の総断面積がもっと大きな場合は寸法の減少がより顕著となる。このため、封止後のクラッド系に適合するフェルールの選択にも手間がかかることになる。しかも、放電気体が光ファイバ端面とその周囲のクラッド表面を一緒に加熱することになるため、光ファイバ端部のエッジが丸まってしまうため、端面周囲の寸法が変化しやすい欠点がある。
【０００９】
また、（２）の中空部内に硬化性物質を挿入する方法では、硬化する際に体積収縮を伴うので、硬化部内に気泡が発生する。気泡内は空間のためその屈折率は約１である。そのため、硬化性物質と気泡との屈折率差が非常に大きくなり、そのような屈折率変化の大きな部分がコア近傍にあると、光ファイバの導波路構造に影響を与え、大きな損失を発生させる原因となってしまう。
【００１０】
更に、（３）の中空部に外部から蓋を取り付ける方法では、端面周囲の寸法が変化しやすいという欠点があった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、従来技術の上記欠点に鑑み、クラッド径を正しく維持したまま、光ファイバの導波路構造に影響を与えることなく、端面周囲の寸法を維持し得る光ファイバ端部の封止構造およびその封止方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光ファイバ端部の封止構造は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部において、前記空孔がガラスからなる封止部によって封止されており、かつ当該封止部が形成されている部分のクラッド外径が、封止部が形成されていない部分のクラッド外径と同一であることを特徴とする。
【００１３】
前記封止部を、光ファイバを構成するガラスと同一成分のガラスで構成することができる。
【００１４】
前記封止部を、光ファイバを構成するガラスよりも低融点のガラスで構成することもできる。
【００１５】
前記光ファイバはコネクタフェルールに装着固定されていてもよい。
【００１６】
また、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、当該端面から前記光ファイバを構成するガラスと同一の成分のガラス粉末を前記空孔に挿入した後、前記光ファイバの端部を加熱して前記ガラス粉末を溶融させることにより、前記空孔を封止することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、当該端面から前記光ファイバを構成するガラスよりも低融点のガラス粉末を前記空孔に挿入した後、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱して前記ガラス粉末を溶融させることにより、前記空孔を封止することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、屈折率の高いコアとこれを取り囲む屈折率の小さなクラッドとを有し、当該クラッドにファイバ軸心方向に延びた複数の空孔が存在する光ファイバの端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成し、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱して前記空孔を封止することを特徴とする。
【００１９】
炭酸ガスレーザ光を照射することにより、前記空孔の端部近傍を局所的に加熱溶融させて前記空孔を封止することができる。
【００２０】
また、前記光ファイバが予めコネクタフェルールに装着固定されていてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバ端部の封止構造及びその封止方法について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明の光ファイバ端部の封止構造に用いられる代表的なホーリーファイバ１の構造例を示す。同図（ａ）、（ｂ）において、ホーリーファイバ１は、屈折率の高いコア２と、そのコア２を取り囲んで形成された屈折率の小さいクラッド３とを有し、該クラッド３内のコア２近傍に、ファイバ軸心方向に延びた４つの空孔４・・・が形成された構造となっている。
【００２３】
図２は、本発明に係る光ファイバ端部の封止構造の第一の実施態様を示す断面図である。同図においては、図１より光ファイバの端部を拡大して示している。この光ファイバ端部の封止構造においては、軸心方向に伸びる空孔４・・・の先端部分が封止部５により封止されている。この封止部５は、ホーリーファイバ１の端面が窪んだ箇所、即ち、端面からやや内部の位置に形成されている。また、クラッド３の外径は、封止部５が形成されている箇所においても、空孔４・・・が形成されている箇所においても、全く同一となっている。なお、図２では２つの空孔４・・・が封止部５により封止されているが、図示されていない他の２つの空孔４・・・の端部も同様に、封止されている。
【００２４】
次に、この光ファイバ端部の封止構造を実現する封止方法について説明する。まず、ホーリーファイバ１の端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成した後、この端面から空孔４・・・に微細なガラス粉末を挿入する。ガラス粉末は、光ファイバを構成する材料である石英ガラスであり、粒径が１μｍ以下のものを好適に用いることができる。このガラス粉末を盛って山にしたところに光ファイバ端面を挿入することにより、ガラス粉末を空孔４・・・に押し込むことができる。またガラス粉末にアルコールを混ぜて、ペースト状にすれば、より簡単に空孔４・・・に挿入できる。
【００２５】
次に、ホーリーファイバ１の端部に、炭酸ガスレーザ光を照射して加熱を行う。炭酸ガスレーザ光の波長は１０μｍ程度であるため、ガラスによく吸収されて熱を発生する。レーザ光を集光する集光レンズには、この波長域で透明な、セレン化亜鉛、またはゲルマニウムを材料とするレンズが使用できる。このようなファイバ端部のレーザ加熱光学系については、特開平７−３１８７５６号公報に詳しく記述されている。このような炭酸ガスレーザ光による光学系を用いて、コア２と周囲の空孔４・・・近傍をレーザ光で同時に加熱するが、レーザの集光スポットを動かして、部分的な加熱を逐次行うようにしてもよい。ガラス粉末を充分溶融させて加熱を停止すると、ガラスが固まって図２に示すように、ホーリーファイバ１の端面に窪みを有する部分に封止部５が形成される。
【００２６】
この封止方法では、ガラス粉末を溶融させて空孔４を封止するため、クラッド材の流入する量が少なくなり、クラッド径の変化を防止することができる。また、加熱手段として炭酸ガスレーザ光を用いているため、レンズ集光系により、クラッド外径（一般的には１２５μｍ）よりも充分小さなスポットに絞れるため、クラッドの周囲を加熟しない状態で、端面部の一部だけを加熱することができ、この点からもクラッド径の変化を防止することができる。また、ガラス粉末として光ファイバを構成する石英ガラスを用いているので、封止部５にひずみが生じにくく、信頼性面で有利となる。
【００２７】
また、封止部５を形成する別の方法として、石英ガラスよりも低融点の他成分ガラス粉末を用いて、ホーリーファイバ１の端面から空孔４・・・に押し込み、加熱手段（光ファイバ融着器の気体放電、ガスバーナー、電熱線）により、ガラス粉末を充分溶融させることによっても、封止部５を形成することができる。
【００２８】
この封止方法においても、ガラス粉末を溶融させて空孔４を封止するため、クラッド材の流入する量が少なくなり、クラッド径の変化を防止することができる。また、封止剤として石英ガラスよりも融点が低い種類のガラスを用いているため、加熱温度として光ファイバが溶融しない温度を選べるため、クラッド表面まで加熱するようにしてもかまわない。従って、加熱手段としては光ファイバ融着器の気体放電、ガスバーナー、電熱線等、従来の加熱手段を広く選ぶことができる利点がある。もちろん、炭酸レーザ加熱法を適用することもできる。
【００２９】
次に、図３に、本発明に係る光ファイバ端部の封止構造の第二の実施態様を示す。この図に示す端部構造においても、軸心方向に伸びる空孔４・・・の先端部分が封止部６により封止されている。また、クラッド３の外径は、封止部６が形成されている箇所においても、空孔４・・・が形成されている箇所においても、全く同一となっている。なお、ホーリーファイバ１の端部の窪みは図２の窪みよりやや深くなっている。
【００３０】
この封止部６を形成する方法としては、ホーリーファイバ１の端部に、軸心方向とほぼ直角の端面を形成した後、ガラス粉末を挿入せずに、そのまま上記の炭酸ガスレーザによる加熱法を適用し、端面を局所的に加熱する。これより、端面から溶融したクラッド材が流入することにより、空孔が封止される。
【００３１】
この際、図１に示すように空孔４・・・の開口面積がクラッド３の断面積より充分小さく、かつ炭酸ガスレーザにより、端部近傍を局所的に加熱しているので、ホーリーファイバ１の端面からクラッド材が空孔４・・・の奥に向かって流れ込むことでホーリーファイバ１の端部を封止でき、かつクラッド径は変化しない。
【００３２】
このようにして、図２または図３に示すようなホーリーファイバ１の端部の形状にしてあれば、一般の光ファイバの接続法、たとえばメカ二カルスプライスと呼ばれるＶ溝利用の機械的接続法も利用できる。また、ＭＴコネクタや単心コネクタのフェルールに装着して光コネクタ接続を実施することができる。フェルール装着においては、フェルール先端にストッパーを設け、後方からホーリーファイバ１を挿入したとき、図４に示すように、ホーリーファイバ１の端面がコネクタフェルール６の端面に揃うようにする。必要なら、その後、一般の光ファイバの場合と同様に、コネクタフェルール６の端面を研磨すればよい。
【００３３】
なお、ホーリーファイバ１をコネクタフェルール６に取付けて研磨した後に加熱して、空孔を封止してもよい。この場合、加熱によりホーリーファイバ１端部の形状が変形するので、フェルール６端面を再研磨して形状を整えることにしてもよい。空孔の封止箇所は、端面より少し奥まったところになるので、研磨により、端面に残った窪みを消滅させることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ端部の封止構造は、空孔がガラスからなる封止部によって封止されているので、水分等の侵入による機械的強度の劣化や温度変化による露結による光学的特性の変動を防止できる。また、封止部が形成されている部分のクラッド外径が、封止部が形成されていない部分のクラッド外径と同一であるので、クラッド径を正しく維持したまま、光ファイバの導波路構造に影響を与えることなく、端面周囲の寸法を維持し得るものとなる。このため、ホーリーファイバ同士の接続、ホーリーファイバと通常のシングルモードファイバの接続を容易することができる。したがって今後多様な応用が可能になる結果、今後の光ファイバ応用技術の進展に大いに寄与できる。
【００３５】
また、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、光ファイバを構成するガラスと同一の成分のガラス粉末を光ファイバの空孔に挿入し、光ファイバの端部を加熱してガラス粉末を溶融させることにより空孔を封止しているので、前記の光ファイバ端部の封止構造を確実に実現することが可能となる。また、光ファイバを構成するガラスと同一の成分のガラス粉末を用いているので、得られた封止部はひずみが生じにくく、信頼性に優れたものとなる。
【００３６】
更に、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、光ファイバを構成するガラスよりも低融点のガラス粉末を空孔に挿入し、空孔の端部近傍を局所的に加熱してガラス粉末を溶融させることにより空孔を封止しているので、加熱温度として光ファイバが溶融しない温度を選ぶことができる。このため、クラッド表面まで加熱することができ、加熱手段として従来の方法を広く選ぶことが可能となる。
【００３７】
また、本発明の光ファイバ端部の封止方法は、空孔の端部近傍を局所的に加熱して空孔を封止しているので、ガラス粉末を用いることなく簡便な方法で、空孔の端部を封止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ端部の封止構造に用いられるホーリーファイバ１の構造例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】本発明に係る光ファイバ端部の封止構造の第一の実施態様を示す縦断面図である
【図３】本発明に係る光ファイバ端部の封止構造の第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る光ファイバ端部の封止構造の他の実施態様を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  ホーリーファイバ
２  コア
３  クラッド
４  空孔
６  コネクタフェルール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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