(57)【要約】  光ファイバ束部３の端面には、テーパ導波路５が光接続される。テーパ導波路５は、外径がテーパ状に変化するテーパ部６を有する。光ファイバ束部３は、テーパ導波路５の大径側の端面に光接続される。テーパ導波路５は、全体が略均一な屈折率で構成される。テーパ導波路５の小径側の端面には、デリバリファイバ７が光接続される。デリバリファイバ７も、光ファイバ束部３と同様に、キャピラリ９ｂの孔１３ｂに挿通されて固定される。光ファイバ束部３とテーパ導波路５とデリバリファイバ７とが同一軸上に配置されて光接続された状態で、キャピラリ９ａ、９ｂはそれぞれ保持部材１１に固定される。テーパ導波路５は、保持部材１１から浮いた状態で保持され、テーパ導波路５の外側面は、保持部材１１と非接触となる。
2018062484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径がテーパ状に変化するテーパ部を有するテーパ導波路と、
前記テーパ導波路の大径側の端面に光接続され、複数の光ファイバ心線が集合して構成される光ファイバ束部と、
前記テーパ導波路の小径側の端面に光接続されるデリバリファイバと、
を具備し、
前記光ファイバ束部と前記デリバリファイバは、それぞれキャピラリに固定され、
それぞれの前記キャピラリが保持部材に固定され、
前記テーパ導波路の外側面は前記保持部材と非接触であることを特徴とする光接続構造。
【請求項２】
前記保持部材は略円筒状部材であり、前記テーパ導波路の外側面は、隙間をあけて前記保持部材によって覆われることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項３】
前記光ファイバ束部は、複数の光ファイバ心線が束ねられたバンドル構造であることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項４】
前記テーパ導波路は、全体が略均一な屈折率で構成されることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項５】
前記テーパ導波路の内部の少なくとも一部に、エアクラッドが設けられることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項６】
前記テーパ導波路は、コアと前記コアを覆うクラッドと、を具備することを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項７】
前記テーパ導波路は、グレーデッドインデックス型の屈折率分布を有することを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項８】
前記デリバリファイバは、空孔コアファイバであることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項９】
前記空孔コアファイバは、空孔コアＰＢＧＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｆｉｂｅｒ）であることを特徴とする請求項８に記載の光接続構造。
【請求項１０】
前記空孔コアＰＢＧＦは、カゴメファイバであることを特徴とする請求項９に記載の光接続構造。
【請求項１１】
前記テーパ導波路の小径側の端部近傍には、所定長さの略同一径のストレート部が形成され、前記ストレート部の一部が、前記空孔コアファイバに挿入されていることを特徴とする請求項８記載の光接続構造。
【請求項１２】
前記テーパ導波路と前記デリバリファイバは、中間ファイバを介して光接続されることを特徴とする請求項１記載の光接続構造。
【請求項１３】
前記デリバリファイバは、空孔コアファイバであり、前記中間ファイバの一部が、前記空孔コアファイバに挿入されていることを特徴とする請求項１２記載の光接続構造。
【請求項１４】
外径がテーパ状に変化するテーパ部を有するテーパ導波路と、
前記テーパ導波路の大径側の端面に光接続され、複数の光ファイバ心線が集合して構成される光ファイバ束部と、
前記テーパ導波路の小径側の端面に光接続されるデリバリファイバと、
前記テーパ導波路が収容される筐体と、
を具備し、
前記光ファイバ束部と前記デリバリファイバは、それぞれキャピラリに固定され、
それぞれの前記キャピラリが前記筐体に固定され、
前記テーパ導波路の外側面は前記筐体と非接触であり、
前記筐体の内部に流体が封入されるか、または、前記筐体の内部が真空状態であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】
前記筐体には、流路が接続され、前記筐体の内部に流体の循環が可能であることを特徴とする請求項１４記載の光モジュール。
【請求項１６】
それぞれの前記キャピラリが、把持部材で把持され、前記把持部材が前記筐体の内面に接合されることを特徴とする請求項１４記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザなどのハイパワー光をデリバリするデリバリファイバへの光接続構造等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数本の光ファイバ心線を束ねてデリバリファイバへ光を結合するためには、全ての光ファイバ心線を包含する領域を、デリバリファイバのコアよりも小さな領域に絞る必要がある。このため、光ファイバ心線の束とデリバリファイバとの間には、テーパ導波路が光接続される(例えば特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなテーパ導波路の一方の端部は、光を入射する全ての光ファイバ心線の光を内包する円の直径よりも大きなコア径を有し、他方の端部は、デリバリファイバのコア径よりも小さなコア径となる。このように、外径がテーパ状に変化するテーパ導波路を用いることで、複数の光ファイバ心線の光をデリバリファイバに光結合することができる。【０００５】
ここで、テーパ導波路からデリバリファイバへの光結合効率について検討する。テーパ導波路への光の入射角度をθｉｎとし、テーパ導波路のテーパ角度をθｔａｐｅｒとし、テーパ導波路からの光の出射角度をθｏｕｔとする。この場合、θｉｎ＜θｏｕｔであり、テーパ部での漏光を防ぐためには、θｏｕｔ＋θｔａｐｅｒが、テーパ導波路の開口数ＮＡｔａｐｅｒで決まるθｍａｘ（＝ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｔａｐｅｒ））を超えないようにする必要がある。すなわちθｏｕｔ＋θｔａｐｅｒ≦ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｔａｐｅｒ）（（１）式）を満たす必要がある。【０００６】
また、デリバリファイバにおける伝播光の漏光を防ぐためには、θｏｕｔが、デリバリファイバの開口数ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙで決まるθｍａｘ（＝ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ））を超えないようにする必要がある。すなわちθｏｕｔ≦ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ）（（２）式）を満たす必要がある。【０００７】
ここで、コア径および開口数が既知のデリバリファイバに最大限のパワーの光を導入するためには、デリバリファイバにおいて伝播光が漏光しない（２）式の条件において、θｏｕｔ＝ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ）（（３）式）となるまでテーパ導波路入口のコア径を広げる必要がある。【０００８】
一方、テーパ導波路において漏光しない必要があるため、（１）式に（３）式を代入して整理すると、ＮＡｔａｐｅｒ≧ｓｉｎ［ａｒｃｓｉｎ（ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ）＋θｔａｐｅｒ］（（４）式）となる。θｏｕｔ（例えば１０〜３０°）に対して、θｔａｐｅｒ（例えば１°程度）は十分に小さいため、（４）式より、デリバリファイバに最大限のパワーの光を導入するためには、ＮＡｔａｐｅｒをＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙよりもわずかに大きくすればよい。【０００９】
ここで、一般的なテーパ導波路として、既存のシリカ系の導波構造を採用したものは、ＮＡｔａｐｅｒが０．３５程度（非屈折率差３％）であり、クラッドとして低屈折率の樹脂を用いた場合でも、ＮＡｔａｐｅｒは０．５程度しか実現できない。したがって、デリバリファイバの開口数が十分に大きな場合であっても、既存のシリカ系のテーパ導波路を用いた場合には、コアとクラッドの屈折率差が足りないため、デリバリファイバに対して限界まで光を結合することができない。【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、効率よくデリバリファイバへ光を導入することが可能な光接続構造等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】
【００１１】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、外径がテーパ状に変化するテーパ部を有するテーパ導波路と、前記テーパ導波路の大径側の端面に光接続され、複数の光ファイバ心線が集合して構成される光ファイバ束部と、前記テーパ導波路の小径側の端面に光接続されるデリバリファイバと、を具備し、前記光ファイバ束部と前記デリバリファイバは、それぞれキャピラリに固定され、それぞれの前記キャピラリが保持部材に固定され、前記テーパ導波路の外側面は前記保持部材と非接触であることを特徴とする光接続構造である。【００１２】
前記保持部材は略円筒状部材であり、前記保持部材は、前記テーパ導波路の外側面と隙間をあけて全周を覆ってもよい。【００１３】
前記光ファイバ束部は、複数の光ファイバ心線が束ねられたバンドル構造であってもよい。【００１４】
前記テーパ導波路は、全体が略均一な屈折率で構成されてもよい。【００１５】
前記テーパ導波路の内部の少なくとも一部に、エアクラッドが設けられてもよい。【００１６】
前記テーパ導波路は、コアと前記コアを覆うクラッドと、を具備してもよい。【００１７】
前記テーパ導波路は、グレーデッドインデックス型の屈折率分布を有していてもよい。【００１８】
前記デリバリファイバは、空孔コアファイバであってもよい。【００１９】
前記空孔コアファイバは、空孔コアＰＢＧＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。【００２０】
前記空孔コアＰＢＧＦは、カゴメファイバであってもよい。【００２１】
前記テーパ導波路の小径側の端部近傍には、所定長さの略同一径のストレート部が形成され、前記ストレート部の一部が、前記空孔コアファイバに挿入されてもよい。【００２２】
前記テーパ導波路と前記デリバリファイバは、中間ファイバを介して光接続されてもよい。【００２３】
前記デリバリファイバは、空孔コアファイバであり、前記中間ファイバの一部が、前記空孔コアファイバに挿入されてもよい。【００２４】
第２の発明は、外径がテーパ状に変化するテーパ部を有するテーパ導波路と、前記テーパ導波路の大径側の端面に光接続され、複数の光ファイバ心線が集合して構成される光ファイバ束部と、前記テーパ導波路の小径側の端面に光接続されるデリバリファイバと、前記テーパ導波路が収容される筐体と、を具備し、前記光ファイバ束部と前記デリバリファイバは、それぞれキャピラリに固定され、それぞれの前記キャピラリが前記筐体に固定され、前記テーパ導波路の外側面は前記筐体と非接触であり、前記筐体の内部に流体が封入されるか、または、前記筐体の内部が真空状態であることを特徴とする光モジュールである。【００２５】
前記筐体には、流路が接続され、前記筐体の内部に流体の循環が可能であってもよい。【００２６】
それぞれの前記キャピラリが、把持部材で把持され、前記把持部材が前記筐体の内面に接合されてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、効率よくデリバリファイバへ光を導入することが可能な光接続構造等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】光接続構造１を示す概念図。
【図２ａ】光接続構造１の長手方向に垂直な断面図であって、図１のＡ−Ａ線断面図。
【図２ｂ】光接続構造１の長手方向に垂直な断面図であって、図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図２ｃ】光接続構造１の長手方向に垂直な断面図であって、図１のＣ−Ｃ線断面図。
【図３ａ】光ファイバ束部３の他の実施形態を示す図。
【図３ｂ】光ファイバ束部３の他の実施形態を示す図。
【図４ａ】デリバリファイバ７の実施形態を示す図。
【図４ｂ】デリバリファイバ７の実施形態を示す図。
【図５ａ】テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の実施形態を示す図。
【図５ｂ】テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の実施形態を示す図。
【図５ｃ】テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の実施形態を示す図。
【図６ａ】テーパ導波路５ａの側面図。
【図６ｂ】図６ａのＥ−Ｅ線断面図。
【図７ａ】テーパ導波路５ｂの側面図。
【図７ｂ】図７ａのＦ−Ｆ線断面図。
【図８】光接続構造１ａを示す概念図。
【図９ａ】光接続構造１ａの長手方向に垂直な断面図であって、図８のＧ−Ｇ線断面図。
【図９ｂ】光接続構造１ａの長手方向に垂直な断面図であって、図８のＨ−Ｈ線断面図。
【図９ｃ】光接続構造１ａの長手方向に垂直な断面図であって、図８のＩ−Ｉ線断面図。
【図１０ａ】光接続構造１ｂを示す概念図。
【図１０ｂ】光接続構造１ｃを示す概念図。
【図１０ｃ】光接続構造１ｄを示す概念図。
【図１１ａ】テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の他の実施形態を示す図。
【図１１ｂ】テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の他の実施形態を示す図。
【図１２ａ】光モジュール３０を示す概念図。
【図１２ｂ】光モジュール３０ａを示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、光接続構造１について説明する。図１は光接続構造１の軸方向に平行な部分断面図であり、図２ａは、図１のＡ−Ａ線断面図、図２ｂは図１のＢ−Ｂ線断面図、図２ｃは図１のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１は、保持部材１１の透視図である。光接続構造１は、主に、光ファイバ束部３、テーパ導波路５、デリバリファイバ７、キャピラリ９ａ、９ｂ、保持部材１１等から構成される。
【００３０】
図２ａに示すように、光ファイバ束部３は、複数の光ファイバ心線２が集合して構成される。複数の光ファイバ心線２は、キャピラリ９ａの孔１３ａに挿通されて固定される。すなわち、光ファイバ束部３は、キャピラリ９ａに固定される。孔１３ａは、例えば円形であり、光ファイバ心線２は、孔１３ａの内部で、隣り合う光ファイバ心線２同士が互いに接触するように、略最密配置で固定される。すなわち、本実施形態では、光ファイバ束部３は、複数の光ファイバ心線２が束ねられたバンドル構造４である。なお、キャピラリ９ａは、光コネクタのフェルールであってもよい。
【００３１】
バンドル構造４は、例えば、キャピラリ９ａの孔１３ａに接着剤、ゾルゲルガラス、もしくは水ガラスを充填して、光ファイバ心線２を挿入して固定した後、端面を研磨することで形成される。なお、キャピラリ９ａの材質としては、例えば、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ジルコニア、金属などを適用可能である。
【００３２】
なお、バンドル構造４の形態は、図示した例には限られない、例えば、バンドル構造４を構成する光ファイバ心線２の数は特に限定されず、図示したような７心の他、１２心、１９心等任意の本数で構成することができる。また、全ての光ファイバ心線２が同一径でなくてもよく、例えば、中心の光ファイバ心線２の外径を大きくし、その周囲に複数の小径の光ファイバ心線２を互いに接触するように配置してもよい。
【００３３】
また、光ファイバ束部３としては、光ファイバ心線２を直接束ねたバンドル構造４でなくてもよい。例えば、図３ａに示す光ファイバ束部３ａのように、キャピラリ９ａに、複数の孔１３ｃが形成され、それぞれの孔１３ｃに光ファイバ心線２を挿通して固定してもよい。
【００３４】
また、図３ｂに示す光ファイバ束部３ｂのように、キャピラリ９ａを軸方向に垂直な方向に分割構造としてもよい。この場合、それぞれの分割片には、複数のＶ溝１３ｄが併設される。それぞれの分割片のＶ溝１３ｄ同士を対向させて形成される空間に、光ファイバ心線２が配置され、光ファイバアレイが形成される。この場合、分割片のそれぞれのＶ溝１３ｄ同士が互いに対向することで、複数の孔１３ｃを形成するのと同様に機能させることができる。このように、複数の光ファイバ心線２を配列して固定することができれば、光ファイバ束部を固定するキャピラリ９ａの構成は限定されない。
【００３５】
光ファイバ束部３の端面には、テーパ導波路５が光接続される。テーパ導波路５は、外径がテーパ状に変化するテーパ部６を有する。光ファイバ束部３は、テーパ導波路５の大径側の端面に光接続される。なお、光ファイバ束部３とテーパ導波路５の互いの端面の光接続は、例えば、融着であってもよく、接着剤や水ガラスなどによる接着であってもよい。
【００３６】
ここで、図２ａにおいて、光ファイバ束部３の端面に対向するテーパ導波路５の端面の外径を点線で示す。テーパ導波路５の大径側の外径は、光ファイバ束部３における光の存在領域よりも大きい。したがって、各光ファイバ心線２から出射した光を、他に漏らすことなくテーパ導波路５に導入することができる。
【００３７】
テーパ導波路５は、全体が略均一な屈折率で構成される。すなわち、テーパ導波路５は、コアおよびクラッドのような屈折率の異なる材質や構造を有さず、同一の材質で構成される。テーパ導波路５は、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料で構成される。この場合、テーパ導波路５は、粉末成形によって製作することができる。
【００３８】
テーパ導波路５の小径側の端面には、デリバリファイバ７が光接続される。デリバリファイバ７も、光ファイバ束部３と同様に、キャピラリ９ｂの孔１３ｂに挿通されて固定される。キャピラリ９ｂは、例えばキャピラリ９ａと同様の構成でよい。
【００３９】
ここで、図２ｃにおいて、デリバリファイバ７の端面において対向するテーパ導波路５の端面の外径を点線で示す。テーパ導波路５の小径側の外径は、デリバリファイバ７のコア１５の径よりも小さい。したがって、テーパ導波路５から出射した光を、他に漏らすことなくデリバリファイバ７のコア１５に導入することができる。
【００４０】
なお、デリバリファイバ７は、コア１５の外周にコア１５よりも屈折率の低いクラッドが形成された通常の光ファイバであってもよいが、図４ａに示すように、空孔コアＰＢＧＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。また、図４ｂに示すように、空孔コアＢｒａｇｇファイバであってもよい。空孔コアＰＢＧＦは、中空のコア１５の外周に複数に分割された空気層を有する。また、空孔コアＢｒａｇｇファイバは、中空のコアの外周に高低屈折率が周期的に交互に配置される。空孔コアＰＢＧＦとしては、カゴメ格子形状の中空格子を有するカゴメファイバがよく用いられている。カゴメファイバの構造は、例えば、ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ  Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ２３，２８５９７，「Ｈｙｐｏｃｙｃｌｏｉｄ-ｓｈａｐｅｄ  ｈｏｌｌｏｗ-ｃｏｒｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒ  Ｐａｒｔ  Ｉ:  Ａｒｃ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｌｏｓｓ」に示されている。カゴメファイバは、分割の形状を工夫しており、シングルモード伝搬性の向上や、高ピークパワー伝送を可能にしたファイバである。
【００４１】
いずれのデリバリファイバ７も、コア１５が中空であり、このような空孔コアファイバを用いることで、デリバリファイバ７の開口数を大きく（例えばＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ＝０．７以上）することができる。すなわち、より大きなパワーの光を伝播することができる。なお、以下の説明においては、特に記載がない限り、中空のコア１５を有する場合について説明する。また、以下の図においては、デリバリファイバ７のコア１５の周囲の構造については図示を省略する。
【００４２】
図５ａは、テーパ導波路５とデリバリファイバ７との光接続部の拡大図である。コア１５が中空である場合には、テーパ導波路５の出射端面には光反射防止膜１７が設けられることが望ましい。光反射防止膜１７は、例えば、ＭｇＦ２やＺｒＯ２などの膜である。図示するように、テーパ導波路５の小径側の端面位置を、デリバリファイバ７の端面位置に合わせて配置することで、テーパ導波路５から出射する光をコア１５内に導入することができる。
【００４３】
また、図５ｂに示すように、テーパ導波路５の小径側端部近傍に、所定長さの略同一径のストレート部１９を形成してもよい。例えば、テーパ導波路５は大径側と小径側のそれぞれの端部近傍において、外径が略変化しないストレート部１９が形成される。この場合、ストレート部１９同士の間に、外径が一定の割合で変化するテーパ部６が形成される。
【００４４】
また、図５ｃに示すように、テーパ導波路５の小径側の端部近傍のストレート部１９の一部を、空孔コアファイバであるデリバリファイバ７のコア１５に挿入してもよい。この場合、テーパ導波路５におけるストレート部１９の外側面と、コア１５の内側面とが接触してもよい。このようにすることで、テーパ導波路５の配置が安定し、漏光を防止することができる。漏光は、高出力でかつ緑色光、青色光、紫外光等の波長の短いレーザ光においては、樹脂製の接着剤等で吸収されて発熱の原因になるので、本発明を用いて漏光を防止することは特に有効である。
【００４５】
なお、デリバリファイバ７が通常の光ファイバである場合には、光ファイバ束部３とテーパ導波路５との光接続と同様に、テーパ導波路５とデリバリファイバ７とを融着や接着によって光接続することができる。
【００４６】
図１に示すように、光ファイバ束部３とテーパ導波路５とデリバリファイバ７とが同一軸上に配置されて光接続された状態で、キャピラリ９ａ、９ｂはそれぞれ保持部材１１に固定される。図２ａ〜図２ｃに示すように、保持部材１１にはＶ溝が形成され、Ｖ溝にキャピラリ９ａ、９ｂが配置されて固定される。すなわち、キャピラリ９ａ、９ｂは同一径である。
【００４７】
一方、テーパ導波路５の外径は、キャピラリ９ａ、９ｂの外径よりも小さい。したがって、テーパ導波路５は、保持部材１１から浮いた状態で保持され、テーパ導波路５の外側面は、保持部材１１と非接触となる。すなわち、テーパ導波路５は、他の固体構造と接触せず、周囲には空気層が形成される。
【００４８】
ここで、テーパ導波路５が均一な屈折率からなる場合には、テーパ導波路５の側面の外周に存在する空気が、エアクラッドとして機能する。通常、空気などの気体は、屈折率がガラス等に比べて十分に小さいため、テーパ導波路５の屈折率と、テーパ導波路５の外側面を覆う気体の屈折率との屈折率差が大きくなる。このため、テーパ導波路５の開口数（ＮＡｔａｐｅｒ≒１）を、デリバリファイバ７の開口数（ＮＡｄｅｌｉｖｅｒｙ≒０．７）よりも大きくすることができる。したがって、デリバリファイバ７に対して、限界まで光を結合することができる。
【００４９】
なお、テーパ導波路５は、均一な屈折率のみで構成されなくてもよい。図６ａは、テーパ導波路５ａを示す図で、図６ｂは図６ａのＥ−Ｅ線断面図である。テーパ導波路５ａの内部の少なくとも一部には、略円形のエアクラッド２１が形成される。エアクラッド２１は、大径側の端部から小径側の端部近傍まで連続して形成される。エアクラッド２１は、テーパ導波路５のテーパ部６の外径変化に沿って、小径側端部に行くにつれて徐々に径が小さくなる。なお、テーパ導波路５の小径側端部にはエアクラッド２１が形成されず、断面が完全な中実となる。
【００５０】
この場合には、光ファイバ束部３からの光は、エアクラッド２１の内部の中実部に導入される。すなわち、エアクラッド２１で囲まれた部位がコアとして機能する（以下、エアクラッド２１で囲まれた部位を、単に「コア部」と称する）。なお、小径側端部において、エアクラッド２１の径が小さくなり、コア部に光が閉じ込められなくなった以後は、テーパ導波路の周囲の空気層がエアクラッドとして機能し、テーパ導波路の外部に光が漏れだすことが抑制される。このようにすることで、高い開口数を得ることができる。また、埃などがコア部の外周面へ付着することによる漏光や、発熱を抑制することができる。特に、高出力でかつ緑色光、青色光、紫外光等の波長の短いレーザ光においては、漏光や、発熱を抑制するより大きな効果がある。
【００５１】
図７ａは、テーパ導波路５ｂを示す図で、図７ｂは図７ａのＦ−Ｆ線断面図である。テーパ導波路５ｂは、エアクラッド２１がテーパ導波路５ｂの全長にわたって形成される。この場合には、コア部とコア部を覆う外周部とは、支持部２２で連結される。例えば、コア部の外周部に、周方向に所定の間隔で支持部２２を設け、支持部２２によってコア部とコア部を覆う外周部とを連結することで、コア部と、コア部を覆う外周部との隙間（エアクラッド２１）を維持することができる。
ここで、支持部２２の厚さをコア部を伝播する光の波長以下とすることで、支持部２２が存在しても支持部２２から光が漏れることを抑制できる。
【００５２】
また、図示は省略するが、コアと、コアを覆うクラッドとを有する中実なテーパ導波路を用いてもよい。この場合には、光ファイバの加熱溶融によってテーパ導波路を形成することができる。
【００５３】
また、テーパ導波路としては、コアとクラッドとの界面において屈折率が変化するステップインデックス型の屈折率分布ではなく、屈折率が連続して変化するグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有するものであってもよい。このようにすることで、テーパ導波路内の光は、テーパ導波路の中心部に集中する。
【００５４】
なお、テーパ導波路がコアとクラッドを有する中実のものである場合には、コアとクラッドの屈折率差は、前述したエアクラッド２１を有する場合における、コア部とエアクラッドとの屈折率差よりも小さい。このため、クラッドへ光が漏れ出す恐れがある。しかし、クラッドに漏れた光も、テーパ導波路の周囲の空気層がエアクラッドとして機能するため、テーパ導波路の外部に光が漏れだすことが抑制される。したがって、テーパ導波路によって光ファイバ束部３からデリバリファイバ７へ効率よく光を伝播することができる。
【００５５】
以上、本実施の形態によれば、光ファイバ束部３およびデリバリファイバ７が、キャピラリ９ａ、９ｂに固定され、キャピラリ９ａ、９ｂが保持部材１１に固定される。また、テーパ導波路５は、光ファイバ束部３と接合される。このため、光ファイバ束部３、テーパ導波路５およびデリバリファイバ７が、それぞれ光接続された状態で固定することができる。
【００５６】
また、この際、テーパ導波路５の外側面は、保持部材１１およびその他の固体構造と接触しない。すなわち、テーパ導波路５の全外側面に空気層が形成される。したがって、テーパ導波路５の外周をエアクラッドとして機能させることができる。このため、テーパ導波路５を構成する材質の屈折率と空気の屈折率との差を大きくすることができ、テーパ導波路５の開口数を大きくすることができる。したがって、ロスを最小限に抑えて、大きなパワーの光をデリバリファイバ７へ光接続することができる。
【００５７】
また、光ファイバ束部３がバンドル構造４であるため、光ファイバ心線２を最密で配置することが可能である。このため、効率よく光をテーパ導波路５へ導入することができる。
【００５８】
また、全体が略均一な屈折率となるテーパ導波路５ではなく、内部にエアクラッド２１を有するテーパ導波路５ａ、５ｂを用いても、同様の効果を得ることができる。また、この場合、コア部に埃等が付着することを抑制することができる。
【００５９】
また、グレーデッドインデックス型の屈折率分布を有するテーパ導波路を用いることで、テーパ導波路を伝播する光を中心部に集めることができる。このため、例えばテーパ導波路の外側面に付着した埃等の影響を受けにくくすることができる。
【００６０】
また、デリバリファイバ７のコア１５が中空コアを有する空孔コアファイバであれば、デリバリファイバ７の開口数を大きくすることができる。また、テーパ導波路５の小径側の端部近傍にストレート部１９を形成し、ストレート部１９の先端の一部を空孔コアに挿入することで、デリバリファイバ７とテーパ導波路５との軸ずれ等を抑制することができる。
【００６１】
次に、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態にかかる光接続構造１ａを示す概念図であり、図９ａは、図８のＧ−Ｇ線断面図、図９ｂは図８のＨ−Ｈ線断面図、図９ｃは図８のＩ−Ｉ線断面図である。なお、以下の説明において、光接続構造１と同様の機能を奏する構成については、図１〜図７と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明では、テーパ導波路５を適用した例について説明するが、テーパ導波路５ａ、５ｂを適用することもできる。
【００６２】
光接続構造１ａは、光接続構造１とほぼ同様の構成であるが、保持部材１１ａが用いられる点で異なる。保持部材１１ａは、は略円筒状部材である。なお、保持部材１１ａは、長手方向に沿って割りを有していてもよい。
【００６３】
保持部材１１ａの内部には、キャピラリ９ａ、９ｂが固定される。前述したように、テーパ導波路５の外径は、キャピラリ９ａ、９ｂの外径よりも小さいため、保持部材１１ａとテーパ導波路５とは非接触である。すなわち、保持部材１１ａは、テーパ導波路５の外側面を、隙間をあけて覆うものである。
【００６４】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、テーパ導波路５の外側面が、保持部材１１ａによって覆われるため、埃などがテーパ導波路５の外側面へ付着することによる漏光や、発熱を抑制することができる。特に、高出力でかつ緑色光、青色光、紫外光等の波長の短いレーザ光においては、漏光や、発熱を抑制するより大きな効果がある。
【００６５】
なお、保持部材１１ａが割り部のない完全な筒形状であり、テーパ導波路５の全周を覆う場合には、保持部材１１ａの両端がキャピラリ９ａ、９ｂで塞がれるため、保持部材１１ａの内部への異物の混入を確実に防止することができる。また、この場合には、テーパ導波路５と保持部材１１ａとの間の空間に、空気に代えて、水などの液体や他の気体などの流体を封入することもできる。例えば、水などの液体であれば、テーパ導波路５の冷却効果を高めることができる。
【００６６】
次に、第３の実施形態について説明する。図１０ａは、第３の実施形態にかかる光接続構造１ｂを示す概念図である。光接続構造１ｂは、光接続構造１ａとほぼ同様の構成であるが、中間ファイバ２３が用いられる点で異なる。
【００６７】
テーパ導波路５とデリバリファイバ７とは、中間ファイバ２３を介して光接続される。すなわち、中間ファイバ２３の一方の端部は、テーパ導波路５の小径側端面と光接続される。また、中間ファイバ２３の他方の端部は、デリバリファイバ７の端面（コア１５）と光接続される。なお、中間ファイバ２３は、コアと、コアを覆うクラッドとからなり、中間ファイバ２３のコア径は、テーパ導波路５の小径側の外径よりも大きく、デリバリファイバ７のコア径よりも小さい。
【００６８】
なお、中間ファイバ２３としては、エアクラッドを有するものであってもよい。この場合、例えば、図７ｂの断面形状のように、エアクラッドの内面側と外面側とが、支持部２２によって連結されればよい。
【００６９】
中間ファイバ２３は、キャピラリ２３ａに固定される。中間ファイバ２３の両端面はキャピラリ２３ａの両端面に露出する。すなわち、中間ファイバ２３とキャピラリ２３ａは、いわゆるスタブである。キャピラリ２３ａは、キャピラリ９ａ、９ｂと同一外径であり、それぞれ保持部材１１ａに接合されて固定される。
【００７０】
前述したように、光ファイバ束部３からデリバリファイバ７へ効率よく光を導入するためには、テーパ導波路５の開口数＞中間ファイバ２３の開口数＞デリバリファイバ７の開口数となるように設定することが望ましい。例えば、テーパ導波路５の開口数が約０．９５であり、中間ファイバ２３の開口数が約０．８であり、デリバリファイバ７の開口数が約０．７程度であればよい。
【００７１】
なお、テーパ導波路５と中間ファイバ２３とは、例えば、融着または接着剤によって接続される。また、デリバリファイバ７（キャピラリ９ｂ）と、中間ファイバ２３（キャピラリ９ｂ）とは、例えば、融着または接着剤によって接続される。なお、デリバリファイバ７が空孔コアファイバである場合には、デリバリファイバ７と対向する中間ファイバ２３の端面に、光反射防止膜１７が形成される。
【００７２】
光接続構造１ｂは、例えば、以下のように製造される。まず、光ファイバ束部３（バンドル構造４）をキャピラリ９ａに固定する。同様に、中間ファイバ２３をキャピラリ２３ａに固定する。次に、互いに端面が研磨された光ファイバ束部３とテーパ導波路５とを光接続する。同様に、互いに端面が研磨された、中間ファイバ２３とテーパ導波路５とを光接続する。
【００７３】
次に、これらを保持部材１１に挿入してキャピラリ９ａ、２３ａを保持部材１１ａに固定する。最後に、キャピラリ９ｂに固定されたデリバリファイバ７を保持部材１１ａに挿入し、デリバリファイバ７と中間ファイバ２３とを光接続し、キャピラリ９ｂを保持部材１１ａに固定する。以上により、光接続構造１ｂを得ることができる。
【００７４】
このように、中間ファイバ２３を用いることで、テーパ導波路５とデリバリファイバ７とを直接光接続する場合と比較して、光接続構造の製造が容易である。特に、デリバリファイバ７が空孔コアファイバである場合には、テーパ導波路５の小径側端部とデリバリファイバ７のコア１５との光軸調整を、保持部材１１ａ内で行うことが難しいが、中間ファイバ２３を用いることで、作業が容易となる。
【００７５】
なお、中間ファイバ２３を用いた光接続構造としては、図９ｂに示す光接続構造１ｃであってもよい。光接続構造１ｃは、光接続構造１ｂとほぼ同様の構成であるが、中間ファイバ２３の保持方法が異なる。
【００７６】
光接続構造１ｃでは、中間ファイバ２３は、デリバリファイバ７を保持するキャピラリ９ｂに固定される。すなわち、中間ファイバ２３とデリバリファイバ７の外径は略同一である。中間ファイバ２３の一方の端面は、キャピラリ９ｂの端部に露出する。中間ファイバ２３の他方の端面は、キャピラリ９ｂの内部で、デリバリファイバ７と光接続される。なお、テーパ導波路５と中間ファイバ２３との光接続および中間ファイバ２３とデリバリファイバ７との光接続は、光接続構造１ｂと同様である。
【００７７】
光接続構造１ｃは、例えば、以下のように製造される。まず、光ファイバ束部３（バンドル構造４）をキャピラリ９ａに固定する。同様に、中間ファイバ２３とデリバリファイバ７とを光接続し、キャピラリ９ｂに固定する。次に、互いに端面が研磨された、光ファイバ束部３とテーパ導波路５とを光接続する。同様に、互いに端面が研磨された、中間ファイバ２３とテーパ導波路５とを光接続する。
【００７８】
次に、これらを保持部材１１に挿入してキャピラリ９ａ、９ｂを保持部材１１ａに固定する。以上により、光接続構造１ｃを得ることができる。このように中間ファイバ２３を用いることで、デリバリファイバ７の中空コアとテーパ導波路５の小径側端部と直接保持部材１１ａ内で光軸調整を行う場合と比較して、作業が容易となる。
【００７９】
また、中間ファイバ２３を用いた光接続構造としては、図９ｃに示す光接続構造１ｄであってもよい。光接続構造１ｄは、光接続構造１ｂとほぼ同様の構成であるが、中間ファイバ２３の保持方法が異なる。
【００８０】
光接続構造１ｄでは、中間ファイバ２３は、キャピラリに固定されず、テーパ導波路５の小径側端部に、融着または接着で接続される。本実施形態では、空孔コアファイバであるデリバリファイバ７の中空コアに、中間ファイバ２３の先端の一部が挿入される。このように、中間ファイバ２３の先端を、デリバリファイバ７のコア１５に挿入して光接続してもよい。
【００８１】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、中間ファイバ２３を用いることで、光接続構造の製造が容易となる。
【００８２】
なお、デリバリファイバ７が空孔コアファイバである場合において、テーパ導波路５または中間ファイバ２３の先端の一部を挿入する場合には、デリバリファイバ７の端部を縮径してもよい。
【００８３】
図１１ａは、光接続構造１ｄのように、中間ファイバ２３の先端をデリバリファイバ７のコア１５に挿入した状態を示す図である。中間ファイバ２３の外径が、コア１５に対して十分に大きい場合には、コア１５内で中間ファイバ２３の先端位置がぶれる恐れがある。このため、中間ファイバ２３の先端がデリバリファイバ７に挿入された状態で、デリバリファイバ７及びキャピラリ９ｂの端部を縮径して、デリバリファイバ７と中間ファイバ２３とを融着してもよい。このようにすることで、デリバリファイバ７の端部で中間ファイバ２３の端部を支持することができる。
【００８４】
また、このような構成は、図１１ｂに示すように、中間ファイバ２３を用いず、テーパ導波路５の小径側端部のストレート部１９の先端をデリバリファイバ７に挿入した場合にも、適用可能である。すなわち、ストレート部１９の先端がデリバリファイバ７に挿入された状態で、デリバリファイバ７及びキャピラリ９ｂの端部を縮径して、デリバリファイバ７とストレート部１９とを融着してもよい。このようにすることで、デリバリファイバ７の端部でストレート部１９の端部を支持することができる。
【００８５】
次に、第４の実施形態について説明する。図１２ａは、光モジュール３０を示す図である。光モジュール３０は、光ファイバ束部３、テーパ導波路５、デリバリファイバ７、キャピラリ９ａ、９ｂ、把持部材３５ａ、３５ｂ、筐体３１等から構成される。すなわち、光モジュール３０は、テーパ導波路５を含む前述した光接続構造の一部の構成を、筐体３１の内部に収容したものである。
【００８６】
キャピラリ９ａは、略筒状の把持部材３５ａに把持されて固定される。キャピラリ９ｂは、略筒状の把持部材３５ｂに把持されて固定される。把持部材３５ａ、３５ｂは、略同一の外径である。把持部材３５ａ、３５ｂは、筐体３１の内面に接合されて固定される。すなわち、キャピラリ９ａ、９ｂは、それぞれ把持部材３５ａ、３５ｂを介して筐体３１へ固定される。なお、把持部材３５ａ、３５ｂを用いずに、キャピラリ９ａ、９ｂを直接筐体３１へ固定してもよい。
【００８７】
前述したように、テーパ導波路５の外径は、キャピラリ９ａ、９ｂの外径よりも小さい。したがって、テーパ導波路５の外側面と筐体３１の内面とは非接触であり、テーパ導波路５の外側面は、他の固体構造とは接触しない。
【００８８】
テーパ導波路５の外側面と筐体３１の内面との間の空間には、流体３３が封入される。流体３３は、例えば空気、窒素、アルゴンなどの気体であってもよく、純水などの液体であってもよい。気体や液体であれば、例えばガラス製のテーパ導波路５の屈折率よりも十分に小さいため、テーパ導波路５の開口数を大きくすることができる。
【００８９】
なお、筐体３１の内部に流体３３を封入するのに代えて、筐体３１の内部を排気して真空状態としてもよい。このようにしても、テーパ導波路５と他の固体構造との接触を防ぎ、テーパ導波路５の開口数を大きくすることができる。
【００９０】
なお、把持部材３５ａ、３５ｂは、例えば、金属製やガラス製である。把持部材３５ａ、３５ｂがガラス製である場合には、キャピラリ９ａ、９ｂと把持部材３５ａ、３５ｂとは、例えばＣＯ２レーザによる溶接や接着によって固定される。また、把持部材３５ａ、３５ｂが金属製である場合には、キャピラリ９ａ、９ｂと把持部材３５ａ、３５ｂとは、例えばＹＡＧレーザによる溶接や接着によって固定される。
【００９１】
また、筐体３１は、例えば金属製である。この場合、把持部材３５ａ、３５ｂと筐体３１とは、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザによる溶接や接着によって固定される。なお、把持部材３５ａ、３５ｂを高粘度の樹脂（シリコーン等）やゴム製としてもよい。
【００９２】
ここで、キャピラリ９ａ、９ｂ、把持部材３５ａ、３５ｂ、筐体３１等を互いに固定した後、それらの一部にレーザ等を照射して、部材を変形させることもできる。例えば、各部材の固定後に、光軸調整のため、キャピラリ９ａ、９ｂ、テーパ導波路５などの部材の位置や向きを微調整するために、把持部材３５ａ、３５ｂ等にレーザを照射して変形させ、各部の配置等の微調整を行うことができる。
【００９３】
また、筐体３１の内部に流体３３を封入する場合には、図１２ｂに示す光モジュール３０ａのように、筐体３１に流路３７を接続してもよい。流路３７は、筐体３１の内外に連通し、例えば、入側と出側の１対形成される。流路３７は、図示を省略したポンプ等に接続され、筐体３１の内部に、流体３３を循環させることができる。このようにすることで、筐体３１の内部の光接続構造の冷却を行うことができる。
【００９４】
第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、光接続構造が筐体３１の内部に収容されるため、テーパ導波路５の外側面に埃等が付着することを防止することができる。また、筐体３１によって、内部の光接続構造を保護することができる。
【００９５】
また、内部に流体を封入し、循環させることで、内部の光接続構造を冷却することができる。
【００９６】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ………光接続構造
２………光ファイバ心線
３、３ａ、３ｂ………ファイバ束部
４………バンドル構造
５、５ａ、５ｂ………テーパ導波路
６………テーパ部
７………デリバリファイバ
９ａ、９ｂ………キャピラリ
１１、１１ａ………保持部材
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ………孔
１３ｄ………Ｖ溝
１５………コア
１７………光反射防止膜
１９………ストレート部
２１………エアクラッド
２２………支持部
２３………中間ファイバ
２３ａ………キャピラリ
３０、３０ａ………光モジュール
３１………筐体
３３………流体
３５ａ、３５ｂ………把持部材
３７………流路
【図１】
2018062484.tif 000003
【図２ａ】
2018062484.tif 000004
【図２ｂ】
2018062484.tif 000005
【図２ｃ】
2018062484.tif 000006
【図３ａ】
2018062484.tif 000007
【図３ｂ】
2018062484.tif 000008
【図４ａ】
2018062484.tif 000009
【図４ｂ】
2018062484.tif 000010
【図５ａ】
2018062484.tif 000011
【図５ｂ】
2018062484.tif 000012
【図５ｃ】
2018062484.tif 000013
【図６ａ】
2018062484.tif 000014
【図６ｂ】
2018062484.tif 000015
【図７ａ】
2018062484.tif 000016
【図７ｂ】
2018062484.tif 000017
【図８】
2018062484.tif 000018
【図９ａ】
2018062484.tif 000019
【図９ｂ】
2018062484.tif 000020
【図９ｃ】
2018062484.tif 000021
【図１０ａ】
2018062484.tif 000022
【図１０ｂ】
2018062484.tif 000023
【図１０ｃ】
2018062484.tif 000024
【図１１ａ】
2018062484.tif 000025
【図１１ｂ】
2018062484.tif 000026
【図１２ａ】
2018062484.tif 000027
【図１２ｂ】
2018062484.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
なお、テーパ導波路５は、均一な屈折率のみで構成されなくてもよい。図６ａは、テーパ導波路５ａを示す図で、図６ｂは図６ａのＥ−Ｅ線断面図である。テーパ導波路５ａの内部の少なくとも一部には、略円形のエアクラッド２１が形成される。エアクラッド２１は、大径側の端部から小径側の端部近傍まで連続して形成される。エアクラッド２１は、テーパ導波路５ａのテーパ部６の外径変化に沿って、小径側端部に行くにつれて徐々に径が小さくなる。なお、テーパ導波路５ａの小径側端部にはエアクラッド２１が形成されず、断面が完全な中実となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
中間ファイバ２３は、キャピラリ２３ａに固定される。中間ファイバ２３の両端面はキャピラリ２３ａの両端面に露出する。すなわち、中間ファイバ２３とキャピラリ２３ａは、いわゆるスタブである。キャピラリ２３ａは、キャピラリ９ａ、９ｂと同一外径であり、保持部材１１ａに接合されて固定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
なお、テーパ導波路５と中間ファイバ２３とは、例えば、融着または接着剤によって接続される。また、デリバリファイバ７（キャピラリ９ｂ）と、中間ファイバ２３（キャピラリ２３ａ）とは、例えば、融着または接着剤によって接続される。なお、デリバリファイバ７が空孔コアファイバである場合には、デリバリファイバ７と対向する中間ファイバ２３の端面に、光反射防止膜１７が形成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
次に、これらを保持部材１１ａに挿入してキャピラリ９ａ、２３ａを保持部材１１ａに固定する。最後に、キャピラリ９ｂに固定されたデリバリファイバ７を保持部材１１ａに挿入し、デリバリファイバ７と中間ファイバ２３とを光接続し、キャピラリ９ｂを保持部材１１ａに固定する。以上により、光接続構造１ｂを得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
なお、中間ファイバ２３を用いた光接続構造としては、図１０ｂに示す光接続構造１ｃであってもよい。光接続構造１ｃは、光接続構造１ｂとほぼ同様の構成であるが、中間ファイバ２３の保持方法が異なる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
次に、これらを保持部材１１ａに挿入してキャピラリ９ａ、９ｂを保持部材１１ａに固定する。以上により、光接続構造１ｃを得ることができる。このように中間ファイバ２３を用いることで、デリバリファイバ７の中空コアとテーパ導波路５の小径側端部と直接保持部材１１ａ内で光軸調整を行う場合と比較して、作業が容易となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
また、中間ファイバ２３を用いた光接続構造としては、図１０ｃに示す光接続構造１ｄであってもよい。光接続構造１ｄは、光接続構造１ｂとほぼ同様の構成であるが、中間ファイバ２３の保持方法が異なる。
【国際調査報告】
2018062484.tif 000029
2018062484.tif 000030
2018062484.tif 000031
2018062484.tif 000032