(57)【要約】      （修正有）【課題】光量の損失が抑制された光ファイババンドルを提供する。【解決手段】光ファイバ２同士を溶融一体化し、且つ光ファイバ２と石英管６とを溶融一体化し、石英管６の屈折率をクラッド４の屈折率より低くすることにより、光ファイババンドル１の溶融一体化時にコア３やクラッド４の境界が欠損した場合やドーパントの拡散により屈折率の境界が曖昧になった場合においても、石英管６のクラッドにより光の漏出（損失）を抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス製のコア及びクラッドを有する複数本の光ファイバからなる光ファイバ束と、
前記光ファイバ束の端部を収容する石英管と
を備え、
前記光ファイバ同士が溶融一体化され、且つ前記光ファイバ束の外縁に位置する光ファイバと前記石英管とが溶融一体化され、
前記石英管の屈折率は、前記クラッドの屈折率より低い
ことを特徴とする光ファイババンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数本の光ファイバと石英管とを溶融一体化させた光ファイババンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信においては、その高速化、大規模化等に伴い、光ファイバが多用されている。
【０００３】
その一方、光ファイバの伝送機能と可とう性を利用した照明器具も存在する。この照明器具は、ライトガイドと呼ばれ、複数本の光ファイバを結束させることにより構成された光ファイババンドルを用いたものである。
【０００４】
光ファイババンドルは、その製造段階において、その端部を分岐させることが可能であり、このようにして作製された光ファイババンドルは、光の分岐や合成、つまり同一の光源から入射された光を複数の出射端部から均等に分配して出射させることの他、複数の光源から入射された光を合成して単一の出射端部から出射させることができる。
【０００５】
さらに近年、光ファイババンドルは、半導体製造におけるステッパ技術を始めとする様々な技術分野に応用されている。
【０００６】
上記の光ファイババンドルには様々な種類が存在するが、その一例としては、光ファイバの端部を加熱し、溶融一体化したものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このように溶融一体化された光ファイバにより構成された光ファイババンドルは、耐熱性、気密性、輝度等において優れている。
【特許文献１】特開平７−５６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の光ファイババンドルには以下に示すような解決すべき課題が存在する。  
一般的には、光がある角度に沿って、屈折率の高い物質から低い物質へ進入する際、この光の一部は、屈折率の高い物質と屈折率の低い物質との境界で反射される。これは、スネルの法則といわれる。
【０００９】
また、光の入射角度が一定の角度以上となると全ての光が反射される。この現象は全反射と呼ばれ、前記の角度は臨界角と呼ばれる。
【００１０】
上記のスネルの法則及び臨界角は、光ファイバにおける光の伝搬の基本法則となっており、このため、光ファイバは屈折率の高いコアと、これを包周する屈折率が低いクラッドからなる。
【００１１】
例えば、石英系ガラス光ファイバは、コアとクラッドの両方が石英ガラスで作製されており、ゲルマニウム（Ｇｅ）やフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加することにより屈折率が調整され、クラッドの屈折率がコアの屈折率より０．２％から０．３％程度低くなっている。
【００１２】
このため、一定の角度でコアに入射された光は、コアとクラッドの境界で全反射しながら、このコア中を伝搬する。
【００１３】
また、上記のドーパントは、屈折率だけでなく、融点（軟化温度）も変化させる。  
例えば、フッ素が添加されることにより屈折率が抑制されたクラッドは、１５００度以上の高温における融点がゲルマニウムが添加された屈折率の高いコアの融点より低い。
【００１４】
したがって、コアとクラッドを溶融一体化する際にクラッドが先に溶解し、コアとクラッドの境界の一部が欠損する場合がある。これにより、光がコア内に閉じ込められることなく外部に漏出し、光量に損失が生じてしまう。
【００１５】
また、光ファイバの溶融一体化時に、コアとクラッドに添加されていたドーパントが拡散し、屈折率の境界線が曖昧になる場合がある。これにより、光の閉じ込め効果が低下し、光量に損失が生じてしまう。
【００１６】
また、光ファイバの溶融一体化時に、これらの内部に気泡が生じることや異物が混入することがあり、これらの気泡や異物により光が散乱され、光量に損失が生じる場合もある。
【００１７】
このような事情に鑑み本発明は、光量の損失が抑制された光ファイババンドル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】
【００１８】
請求項１に記載の本発明は、石英ガラス製のコア及びクラッドを有する複数本の光ファイバからなる光ファイバ束と、光ファイバ束の端部を収容する石英管とを備え、光ファイバ同士が溶融一体化され、且つ光ファイバ束の外縁に位置する光ファイバと石英管とが溶融一体化され、石英管の屈折率は、クラッドの屈折率より低いことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、石英管の屈折率が光ファイバのクラッドの屈折率より低いため、光ファイババンドルの外部へ漏出する光の量を低減させることができる。  
したがって、光量の損失が抑制された光ファイババンドルを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の光ファイババンドルについての説明を行う。  
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。  
また、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、これに関する反復説明は省略する。
【実施例】
【００２１】
本発明の一実施例に係る光ファイババンドルは、後述する光ファイバ束と石英管とが溶融一体化されたものであり、図１（ａ）は、溶融一体化前の断面を示す図であり、図１（ｂ）は、溶融一体化前の側面を示す図である。  
また、図２（ａ）は、溶融一体化後の断面を示す図であり、図２（ｂ）は、溶融一体化後の側面を示す図である。
【００２２】
図１に示すとおり、本発明の光ファイババンドル１は、複数本の光ファイバ２からなる光ファイバ束５と、石英管６とから構成される。
【００２３】
光ファイバ２は、少なくともコア３とクラッド４からなり、これらはともに石英ガラス製である。
【００２４】
また、コア３及びクラッド４の屈折率は前記のドーパントを添加することにより調整されており、クラッド４の屈折率がコア３の屈折率より０．２％から０．３％程度低くなっている。
【００２５】
石英管６は、光ファイバ束の端部を収容可能となるようにその寸法等が調整されている。
【００２６】
なお、図示するような溶融一体化前の状態においては、光ファイバ２の断面形状は円形であり、隣接する光ファイバ２の間には空間が存在し、光ファイバ２と石英管６の間にも空間が存在する。
【００２７】
上記の光ファイバ束５と石英管６とを溶融一体化するにあたっては、光ファイバ束５の端部と、これを収容する石英管６とをバーナ等により加熱する。
【００２８】
石英管６は加熱されることにより収縮し、また、光ファイバ２も変形する。これにより、石英管６の内壁面と光ファイバ束５の外縁に位置する光ファイバ２とが溶融一体化される。さらに光ファイバ２同士も溶融一体化される。
【００２９】
上記の加熱処理を経て溶融一体化された光ファイバ束５及び石英管６においては、図２（ａ）に示すように、隣接する光ファイバ２の間ならびに光ファイバ２と石英管６の間には空間が存在しない。
【００３０】
また、図２（ｂ）に示すとおり、石英管６は、図１（ｂ）の状態に比べ、その直径が縮小されている。
【００３１】
以上のように、本発明の光ファイババンドル１においては、光ファイバ束５及び石英管６が溶融一体化されているため、高耐熱性、高気密性を有し、輝度も確保できる。
【００３２】
なお、以降の説明においては、溶融一体化された光ファイバ束５を適宜“溶融一体化部７”と呼称する。
【００３３】
また、上記の石英管６の屈折率は、ドーパントを添加することにより光ファイバ２のクラッド４の屈折率よりも低くなるように調整されている。
【００３４】
また、本実施例においては、石英管６に添加されるドーパントとしてフッ素が用いられる場合を示しており、図３に示すように、石英管６の比屈折率差Δは、フッ素の添加量（重量パーセント：ｗｔ％）に比例して増大する。
【００３５】
また、比屈折率差Δは、以下の式（１）により求められる。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
なお、式中のｎ１はクラッド４の屈折率を指し、ｎ２は石英管６の屈折率を指す。
【００３８】
上記のように、石英管６の屈折率をクラッド４の屈折率より低くすることで石英管６に従来技術におけるクラッドの機能を付与することができる。
【００３９】
したがって、本発明の光ファイババンドル１は、溶融一体化時にコア３とクラッド４の境界が欠損した場合やドーパントの拡散により屈折率の境界線が曖昧になった場合においても、石英管６、換言すれば第２のクラッドにより光の漏出（損失）を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の光ファイババンドル１は、溶融一体化部に気泡もしくは異物が存在する際にも光の損失を抑制することができる。以下、この詳細説明を気泡が存在する場合を例として行う。
【００４１】
図４（ａ）は、光９が溶融一体化部７中に存在する気泡８に向けて、溶融一体化部７を構成する図示しない光ファイバ（図２の光ファイバ２）中を伝搬している模様を示している。
【００４２】
気泡８に到達した光９は、気泡８表面への入射角度によって３種類の挙動を示す。以下、図４（ｂ）を提示しつつ、前記の挙動の詳細について説明する。
【００４３】
図４（ｂ）においては、図４（ａ）の光９を気泡８表面への入射角度別に９ａ、９ｂ及び９ｃに分類している。
【００４４】
光９ａのように、その光軸が気泡８への入射点を通る接線１０ａと直交している場合、光は屈折・反射することなく気泡８を通過する。
【００４５】
また、光９ｂのように、光軸と、気泡８表面上の入射点を通る接線１０ｂと直交し、且つ入射点を始点とする法線１１ｂとがなす角度Ａ、つまり入射角度が臨界角に満たない場合、この光の一部は屈折し、気泡８を通過する（図中の９ｂ１）。これとともに、他の一部は反射する（図中の９ｂ２）。
【００４６】
また、光９ｃのように、光軸と、気泡８表面上の入射点を通る接線１０ｃと直交し、且つ入射点を始点とする法線１１ｃとがなす角度Ｂ、つまり入射角度が臨界角以上である場合、この光は全反射する。
【００４７】
つまり入射角度が大きくなるにつれて、屈折光の割合が減少し、反射光の割合が増加することになる。
【００４８】
上記の光９ａ、９ｂ１、９ｂ２及び９ｃは、散乱光として溶融一体化部７内を伝搬し、外部に漏出することがあり、これは光量損失の原因となる。
【００４９】
例えば、図５（ａ）に示すように、石英管６の屈折率ｎ２が溶融一体化部７の屈折率ｎ１より高い場合（ｎ２＞ｎ１）、散乱光１２の全ては、石英管６において屈折し、外部へ漏出してしまう。
【００５０】
しかし、前記のとおり本発明においては、石英管６の屈折率を図２のクラッド４の屈折率より低くしているため、石英管６の屈折率ｎ２は、溶融一体化部７の屈折率ｎ１（図２のコア３の屈折率とクラッド４の屈折率の平均値）より低い（ｎ２＜ｎ１）。
【００５１】
したがって、図５（ｂ）に示すとおり、散乱光１２の光軸と、石英管６と溶融一体化部７の境界と直交し、且つ上の入射点を始点とする法線１３とがなす角度Ｃ、つまり散乱光１２の入射角度が臨界角に満たない場合、散乱光１２の一部は屈折し（図中の１２ａ）、これとともに、他の一部は反射し、溶融一体化部７内に留まることになる（図中の１２ｂ）。
【００５２】
つまり、損失される光は屈折光１２ａのみであり、図５（ａ）に示した場合に比べ光の損失が抑制される。
【００５３】
また、図５（ｃ）に示すとおり、散乱光１２の光軸と、石英管６と溶融一体化部７の境界と直交し、且つ入射点を始点とする法線１３とがなす角度Ｃ、つまり散乱光１２の入射角度が臨界角以上である場合、散乱光１２は全反射され、溶融一体化部７内に留まることになり、光の損失を抑制（防止）することができる。
【００５４】
また、上記の臨界角θは、以下の式（２）に示すように、比屈折率差Δから求められる。
【００５５】
【数２】
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【００５６】
なお、式中の比屈折率差Δは、上記の式（１）により求められ、この場合の式（１）及び式（２）中のｎ１は溶融一体化部７の屈折率を指す。
【００５７】
例えば、溶融一体化部７の屈折率ｎ１が１．４３、石英管６の屈折率ｎ２が１．４０である場合、比屈折率差Δは２．０パーセントであり、臨界角θは７３．１度である。
【００５８】
また、溶融一体化部７の屈折率ｎ１が１．４３、石英管６の屈折率ｎ２が１．３８である場合、比屈折率差Δは３．５パーセントであり、臨界角θは６８．０度である。
【００５９】
このように、石英管６の屈折率ｎ２が低いほど臨界角の値は小さくなる。臨界角の値が小さくなるということは、様々な角度でもって石英管６と溶融一体化部７の境界に入射する散乱光１２のうち、より多くの光を全反射させることにより溶融一体化部７内に留めることができることを示している。
【００６０】
なお、光ファイバ束を溶融一体化する光ファイババンドルを作製するにあたっては、上記の石英管に代えて金属製のチューブ等の口金を用いることも可能であるが、この場合、口金と溶融一体化部を接着剤により一体化する必要がある。
【００６１】
上記の接着剤には溶融一体化部より屈折率の低いものも存在するが、これは高価であり、成形が困難であることから、通常の接着剤を用いざるをえず、この場合は、接着剤が光を吸収するため、光の損失が生じてしまう。
【００６２】
したがって、光の損失を抑制するには、本発明の石英管を用いることが望ましい。
【００６３】
以上のとおり本発明においては、屈折率がクラッドのそれより低い石英管を用いるため、光量の損失が抑制された光ファイババンドルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）溶融一体化前の光ファイバ束及び石英管の断面図である。（ｂ）溶融一体化前の光ファイバ及び石英管の側面図である。
【図２】（ａ）溶融一体化後の光ファイバ束及び石英管の断面図である。（ｂ）溶融一体化後の光ファイバ及び石英管の側面図である。
【図３】フッ素の添加量と屈折率変化との関係を示す図である。
【図４】（ａ）溶融一体化部内で発生した気泡を示す図である。（ｂ）気泡に到達した散乱光の挙動を示す図である
【図５】（ａ）石英管の屈折率が溶融一体化部の屈折率より高い場合の散乱光の挙動を示す図である。（ｂ）石英管の屈折率が溶融一体化部の屈折率より低い場合の散乱光の挙動を示す図である。（ｃ）石英管の屈折率が溶融一体化部の屈折率より低く、且つ散乱光の入射角度が臨界角以上である場合の散乱光の挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    光ファイババンドル
２    光ファイバ
３    コア
４    クラッド
５    光ファイバ束
６    石英管
７    溶融一体化部
【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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