(57)【要約】【課題】プラスチッククラッド光ファイバを用い、出射側端部のプラスチッククラッドを除去して、出射端における光軸間距離を縮小して一体化することができ、製造が簡単で低コストの光ファイババンドルとその製造方法を提供する。【解決手段】コア部１４が石英又は光学ガラスで形成され、クラッドのうち少なくとも最外層がプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバを複数本束ねる。そして、光の出射側のプラスチッククラッド１５を除去し、出射端における光軸間距離がプラスチッククラッド光ファイバ１３のクラッド直径より小さくなるように集合配列して出射端部１８とする。【選択図】図１
2005134660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部が石英又は光学ガラスで形成され、クラッドのうち少なくとも最外層がプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバを複数本束ねた光ファイババンドルであって、
光の出射側のプラスチッククラッドが除去され、出射端における光軸間距離が前記プラスチッククラッド光ファイバのクラッド直径より小さくなるように集合配列された出射端部を備えていることを特徴とする光ファイババンドル。
【請求項２】
前記光の出射側のプラスチッククラッドが除去された部分を、前記プラスチッククラッドと同等以下の屈折率を持つ接着剤で固定したことを特徴とする請求項１に記載の光ファイババンドル。
【請求項３】
前記光の出射側のプラスチッククラッドが除去された部分を、前記プラスチッククラッドより薄い厚さでリコートしたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイババンドル。
【請求項４】
前記クラッドが複数層からなる多重クラッドで形成され、少なくとも最内層のクラッドが石英又は光学ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイババンドル。
【請求項５】
石英又は光学ガラスで形成された前記クラッドのうち、最外層のクラッドが断面矩形状であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイババンドル。
【請求項６】
コア部が石英又は光学ガラスで形成され、クラッドのうち少なくとも最外層がプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバを複数本束ねた光ファイババンドルの製造方法であって、
光の出射側のプラスチッククラッドを除去した後、出射端における光軸間距離が前記プラスチッククラッド光ファイバのクラッド直径より小さくなるように集合配列させて出射端部とすることを特徴とする光ファイババンドルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工、レーザ加熱、レーザプリンタ装置等に用いられる光ファイババンドルとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置からの光源を光ファイバに入射し、光ファイバの出射端から出射されたレーザ光を集光レンズ等で集光させて対象物に照射する光ファイバレーザ装置は、レーザ出力の強弱や振動などに影響されない単一モードの質のよいレーザ光を、比較的安価に得ることができる。そして、レーザ加工、レーザ加熱、レーザプリンタ等に用いる高出力のレーザ光を得るには、複数本の光ファイバを出射端で束ね、それぞれの光ファイバからの出射光を集合させる方法が知られている。
【０００３】
この種の装置に用いる光ファイバは、通常、クラッド外径が１２５μｍのガラス光ファイバが用いられる。このため、複数本の光ファイバを束ねてもレーザ光が通るコア部は、広いクラッド領域に点在する形となって、出射端における単位面積当たりの光強度は上げることができない。光強度を上げるために集光レンズで集光させる方法が考えられるが、レンズ部品費、使用時のレンズの焦点合わせ作業が必要となり、製造コスト及びランニングコストが増加する。また、集光レンズで集光された光は、焦点位置のずれにより、光強度密度が大きく変化するため、光強度が安定せず対象物に対する加工品質を低下させることがある。
【０００４】
これを解決する方法として、光ファイバの出射側の所定範囲（軸方向長さ）のクラッドを削り落し、出射端におけるコア部の間隔が縮小するように束ねる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７は、上記の特許文献１に開示のコア部の間隔を縮小する例を示す図である。図７（Ａ）は光ファイババンドルの概略を示す図、図７（Ｂ）は光ファイババンドルの出射端のコア配列の状態を示す図である。図中、１は光ファイババンドル、２は励起光、２ａはレーザ出力光、３は光ファイバ、４はコア部、５はクラッド部、６は研削側面を示す。
【０００５】
光ファイババンドル１は、複数本（図では１６本使用）の光ファイバ３の出射側を密に束ねてバンドル部１ａとし、入射側は光ファイバ３を分離した状態の分離部１ｂとされる。分離部１ｂの入射端からは励起光２が、それぞれの光ファイバ３に個別に入射され、バンドル部１ａの出射端からレーザ出力光２ａが出力される。出射端のバンドル部１ａでは、各光ファイバ３のコア部４が互いに平行で、クラッド部５を研削側面６で示すような形態で研削（又は切削）し、その研削側面６を接合してバンドル部の中央部側で、コア部４の間隔が密になるように配列される。
【０００６】
図７の光ファイババンドル１の製造は、先ず、光ファイバ３をＶ溝等に固定し、コア部４から５μｍ程度残してクラッド部５の側面をダイシングソーで研削する。このクラッド部５の側面を削った２本の光ファイバ３の研削側面６同士を接合し、一方の光ファイバの側面を同様に研削して、３本目の光ファイバ３を接合する。次いで、一番端の光ファイバの側面を研削して４本目の光ファイバ３を接合し、例えば、４本の光ファイバ３のコア部４を密にして一列に並べた１次元のファイバアレイを作成する。
【０００７】
このような１次元のファイアバアレイを４組準備し、先ず、２組のファイバアレイの１面側を、コア部４から５μｍ程度残してクラッド部５の側面を研削し、研削側面６同士を接合し、４×２の２次元ファイバアレイを作成する。次いで、この４×２の２次元ファイバアレイの一方の側面を同様に研削し、３本目の１次元のファイアバアレイの一方の側面を研削して、研削側面６同士を接合し、４×３の２次元ファイバアレイを作成する。同様にして４本目の１次元のファイアバアレイを接合して、図８（Ｂ）に示すような、４×４の２次元ファイバアレイを作成することができる。
【特許文献１】特開平１１−２３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された光ファイババンドルは、１本の光ファイバを集合させる毎に、ファイバの接着と研削を行なう必要があり、接着硬化のための時間が必要となるうえに、製造コストが高くなる。また、特許文献１において、加工時の機械的強度が問題とならない場合は、全ての光ファイバを所定の形状に細く切削した後、それらを一度に束ねてもよいとの開示もある。しかし、特許文献１では、光ファイバの出射端から１ｃｍ程度にわたってクラッド部の厚さを数μｍまで削り落す必要があり、このため、機械的強度の点から十分な注意が必要で作業性が悪く、歩留まりも低いものと考えられる。
【０００９】
また、特許文献１には、複数本の光ファイバを単純に束ねて接着一体化して、光ファイババンドルを作製し、一方の端部を線引してコア部の間隔を縮小する技術も開示されている。しかし、この方法はクラッド部の縮小とともにコア部も細るため、光が出射端より手前で漏出したり、隣接光ファイバ内に進入し単一モード状態を崩す恐れがある。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバに、少なくとも最外層のクラッドがプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバを用い、複数本の光ファイバの出射側端部のプラスチッククラッドのみを除去した後に、出射端における光軸間距離を縮小して一体化することができ、製造が簡単で低コストの光ファイババンドルとその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光ファイババンドル及びその製造方法は、コア部が石英又は光学ガラスで形成され、クラッドのうち少なくとも最外層がプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバを複数本束ねる。そして、光の出射側のプラスチッククラッドが除去され、出射端における光軸間距離がプラスチッククラッド光ファイバのクラッド直径より小さくなるように集合配列した出射端部を備える。
【００１２】
光の出射側のプラスチッククラッドが除去された部分は、プラスチッククラッドと同等以下の屈折率を持つ接着剤で固定する。また、光の出射側のプラスチッククラッドが除去された部分を、前記プラスチッククラッドより薄い厚さでリコートする。さらに、クラッドが複数層からなる多重クラッドで形成されている場合、少なくとも最内層のクラッドが石英又は光学ガラスで形成されているプラスチッククラッド光ファイバを用いる。また、石英又は光学ガラスのクラッドが複数層で形成されている場合、最外層のクラッドを断面矩形状とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成によれば、光ファイババンドルの出射端部における複数本の光ファイバの光軸間距離を狭めて効率的に集合一体化させ、出射光の光強度を高めることができる。また、光の出射側のプラスチッククラッドを除去が容易で、作業工数も少なく低コストで歩留まりよく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の概略を説明する図、図２は本発明と従来技術との差を説明する図である。図中、１１は光ファイババンドル、１２は入力光、１２ａは出力光、１３は光ファイバ、１４はコア部、１５はプラスチッククラッド、１６はクラッド除去部、１７は出射端面、１８は出射端部、１９は集光レンズ、２０は接着剤、Ｄはクラッド外径、Ｃはコア部外径、Ｐは光軸間距離を示す。
【００１５】
光ファイババンドル１１は、例えば、図１（Ａ）に示すように複数本（図では７本の例で示してある）の光ファイバ１３を束ね、一方の端部側でレーザ装置等の光源ＬＤから、レーザ光等の入力光１２を入射させ、他方の端部側で出力光１２ａが出射されるように構成される。光の出射端側は、各光ファイバ１３からの出力光が集合されるように所定の配列と密度で一体化されているが、光の入射端側は、各光ファイバ１３に入力光が所定のモードで入射されればよく、配列状態を規定するものではなく、また、中間部分も同じである。
【００１６】
本発明による光ファイババンドル１１を構成する光ファイバ１３は、コア部分を石英又は光学ガラスからなるガラスコアで形成し、クラッド部分を少なくとも最外層がプラスチックで形成されたプラスチッククラッド光ファイバ（以下、単に光ファイバという）が使用される。なお、クラッド部分はガラスコアの外側に低屈折率のガラスで囲い、外側のプラスチッククラッドと合わせて多層のクラッドで形成される場合もある。
【００１７】
光ファイバ１３の出射側の先端部は、図１（Ｂ）に示すように、プラスチッククラッド１５のみを所定長さ（例えば、特許文献１と同様に５ｍｍ〜１０ｍｍ程度）除去して、クラッド除去部１６とされる。クラッド除去部１６は、ガラスのコア部１４のみが残って外径が縮小された状態となる。そこで、図１（Ａ）に示すように、複数本の光ファイバはクラッド除去部１６の先端が互いに接近するようにして集合配列して、屈折率の低い接着剤２０等を用いて一体化し、出射端部１８とされる。
【００１８】
出射端部１８の出射端面１７は所定の面を形成するように接着剤の除去、或いは所定の面になるように研磨される。これにより、複数本の光ファイバ１３の出射端面１７（以下、先端面１７という）からそれぞれ出射された光は、例えば、各光ファイバ１３の光軸が交わるＡ点に集光させることができる。集光点Ａで集合された複数本の光ファイバ１３からの光は、光強度の大きい出力光１２ａとなる。なお、集光レンズ１９を用いて集光点Ａを変更したり、或いは、平行光とすることもできる。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、出射端部の出射端面における各光ファイバ１３の光軸間の距離Ｐが、光ファイバ１３のクラッド外径Ｄ（直径）より小さくなるように、互いに接近させて集合配列する。例えば、コア部１４の外径Ｃを３０μｍ、プラスチッククラッド１５の外径Ｄを１２５μｍ、光軸間距離Ｐを４０ｍｍ、光ファイバの光強度を１０ｍＷ／本とすると、本発明の光強度密度は５Ｗ／ｍｍ２となる。これに対し、図２（Ｂ）の比較例に示すように、クラッド除去を行なわずに単に光ファイバ１３を集合させた場合、光ファイバ１３のクラッド外径Ｄを同じく１２５μｍとすると、出射端部からの光出力密度は、０.８Ｗ／ｍｍ２となる。すなわち、本発明による出射端部は、比較例の６倍の光出力密度を得ることが可能となる。
【００２０】
図３〜図５は、本発明の実施に適した具体例を説明する図である。図３は光ファイバのクラッド除去部を低屈折率の接着剤で一体化する例を説明する図、図４は光ファイバのクラッド除去部をリコートする例を説明する図、図５は光ファイバの最内層のクラッドがガラスクラッドで形成されている例を説明する図である。図中、２１はリコート、２２はガラスクラッドを示し、その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２１】
図３に示す光ファイババンドルの例は、図１及び図２で説明した実施形態と同様な構成で、プラスチッククラッド１５からなる光ファイバ１３の出射側の先端部は、図に示すように、プラスチッククラッド１５のみを所定長さ除去し、クラッド除去部１６を形成する。このクラッド除去部１６は、ガラスのコア部１４のみが残って外径が縮小された状態となる。そこで、図３に示すように、クラッド除去部１６の先端が互いに接近するようにして集合配列して接着剤２０で一体化し、出射端部１８とされる。
【００２２】
接着剤２０は、光ファイバ１３で使用されているプラスチッククラッド１５と同程度以下の低屈折率を有するものが好ましい。この低屈折率の接着剤を用いることにより、表面が露出されたコア部１４の外周を、プラスチッククラッド１５と同様に低屈折率の材料で覆うことになるので、コア部１４の側面からの光の漏出を抑制し、光の出射効率が低減するのを防止することができる。
【００２３】
図４に示す光ファイババンドルの例は、プラスチッククラッド１５からなる光ファイバ１３の出射側の先端部は、図３の場合と同様にプラスチッククラッド１５のみを所定長さ除去し、クラッド除去部１６を形成する。そして、このクラッド除去部１６のコア部１４の外周に、プラスチッククラッド１５より薄い厚さでリコート２１を形成する。このリコート２１を形成することにより、コア部１４が互いに接触してコア部間で光の漏出が生じるのを防止することができる。
【００２４】
また、リコート２１があることによりリコート２１の側面が互いに接触するように集合配列させることができ、これにより、光軸間距離が自動的に定まり出射側先端の位置決めが行ないやすくなる。なお、このリコート材にとして、プラスチッククラッド１５の屈折率と同程度以下の低屈折の材料で覆うことにより、光の出射効率が低減するのを抑制することができる。
【００２５】
図５に示す光ファイババンドルは、クラッド部分が多重クラッドで形成され、ガラスのコア部１４の外側に石英又は光学ガラスで形成された最内層のガラスクラッド２２を備えた光ファイバ１３を用いた例を示すものである。また、ガラスクラッド２２は、複数層で形成することができ、コア部１４と同心の円形であってもよいし、複数層のガラスクラッドのうち、最外層のクラッドは図に示すような断面矩形状としてもよい。この光ファイバ１３の出射側の先端部は、図３の場合と同様にプラスチッククラッド１５のみを所定長さ除去し、ガラスのコア部１４とガラスクラッド２２を残したクラッド除去部１６を形成する。
【００２６】
プラスチッククラッド１５の除去によって、このクラッド除去部１６は、ガラスのコア部１４とガラスクラッド２２からなる外径が縮小された先端部が得られる。そこで、このクラッド除去部１６の先端が互いに接触するようにして集合配列することができ、光軸間距離が自動的に定まり出射側先端の位置決めが行ないやすくなる。また、最内層のガラスクラッド２２は、除去されずに残るので、コア部１４の側面の表面が露出されず、光の漏出を抑制することができる。なお、図示のようにガラスクラッドのうち、最外層のガラスクラッド２２が矩形状であると、矩形の一辺に相当する間隔で光軸間距離が均一になるように容易に集合配列することができる。これにより、例えば、各コア部１４からの出射光をレーザプリンタのドットに対応させて用いるような場合、ドット間距離を精度よく容易に形成することが可能となる。
【００２７】
図６は、光ファイバ先端部のプラスチッククラッドの除去方法を示す図で、図６（Ａ）は燃焼する例を示す図、図６（Ｂ）は溶液で溶かす例を示す図、図６（Ｃ）は剥ぎ取る例を示す図である。図中、２３は燃焼装置、２４は浸漬装置、２５はカッターを示し、その他の符号は図１で用いたのと同じ符号を用いることで説明を省略する。
有機材料からなるプラスチッククラッド１５と無機材料のガラスのコア部１４は、軟化温度、燃焼温度等の熱的安定性、耐薬品性等の化学的安定性、硬さ等の物性が大きく異なるので、これらの差を利用することにより、プラスチッククラッド１５のみを部分的に容易に除去することができる。
【００２８】
図６（Ａ）のように、アルコールランプ等の燃焼装置２３で、光ファイバ１３の先端部を加熱することにより、先端のプラスチッククラッド１５のみを燃焼させて除去することができる。ガラスのコア部１４は、この加熱温度では溶融するに至らず、形状変化を起こすことなく残すことができる。なお、プラスチッククラッド１５の燃焼により生じる燃焼屑等は、アルコール等の溶剤で拭取ればよい。
【００２９】
図６（Ｂ）のように、硫酸等の溶液を入れた浸漬装置２４内に光ファイバ１３の先端を浸し、プラスチッククラッド１５をのみ溶解除去することができる。溶解液としては、ガラスのコア部１４に対しては耐食性があるが、プラスチッククラッド１５を容易に溶解させることができる溶液であればよい。
【００３０】
また、図６（Ｃ）のように、カッター２５を用いて先端のプラスチッククラッド１５のみを物理的に剥ぎ取ることができる。カッター２５は、通常の光ファイバの保護被覆除去に用いている被覆除去用のカッターを利用することもできる。なお、カッター２５でプラスチッククラッド１５を除去する際に、メチルエチルケトンのような溶剤や加熱により予め軟化させておくことにより、剥ぎ取りをより容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の概略を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明で、光ファイバのクラッド除去部を低屈折率の接着剤で一体化する例を説明する図である。
【図４】本発明で、光ファイバのクラッド除去部をリコートする例を説明する図である。
【図５】本発明で、光ファイバの最内層のクラッドがガラスクラッドで形成されている例を説明する図である。
【図６】本発明で、光ファイバ先端部のプラスチッククラッドの除去方法を説明する図である。
【図７】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１…光ファイババンドル、１２…入力光、１２ａ…出力光、１３…光ファイバ、１４…コア部、１５…プラスチッククラッド、１６…クラッド除去部、１７…出射端面、１８……出射端部、１９…集光レンズ、２０…接着剤、２１…リコート、２２…ガラスクラッド、２３…燃焼装置、２４…浸漬装置、２５…カッター。
【図１】
2005134660.tif 000003
【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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