(57)【要約】【課題】反射防止膜を用いることなく、光ファイバーへ入射する光又は光ファイバーから出射される光の反射を低減する。【解決手段】石英部材３の光ファイバー装着面３ａに光ファイバー１の端面１ａが装着されている。石英部材３は、光ファイバー装着面３ａとは反対側の反射防止構造形成面３ｂに、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造９を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーと、
前記光ファイバーの端面が装着される光ファイバー装着面をもつ石英部材と、を備え、
前記石英部材は、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造を前記光ファイバー装着面とは反対側の反射防止構造形成面に備えている光学部品。
【請求項２】
前記石英部材の前記光ファイバー装着面に複数本の光ファイバーの端面が装着されている請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記石英部材は前記光ファイバーの断面よりも大きな寸法で形成されている請求項１に記載の光学部品。
【請求項４】
使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造がコアの端面に形成されている光ファイバーからなる光学部品。
【請求項５】
前記光ファイバーは１本のクラッド内に複数本のコアが形成されたマルチコアファイバーであり、各コアの端面に前記反射防止構造が形成されている請求項４に記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバーを備えた光学部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバーを用いた技術において、光源からの光が光ファイバー等の光学部品に入射されるとき又は光学部品から出射されるときに、光学部品の内部と外部の光屈折率の差による光反射が生じていた。この光反射は光の伝送効率を低下させるだけでなく、反射光が光源へ入射することで光源そのものに悪影響を及ぼす等の問題があった。
【０００３】
この問題の解決するため、光ファイバーの端面に反射防止膜（ＡＲコート）を装着するなどの方法で対応した技術がある（例えば特許文献１，２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７９４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２５５１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、反射防止膜が端面に装着された光学部品、例えば光ファイバーの端面に装着されたレンズなどの表面に反射防止膜が形成された光学部品にハイパワーレーザーが照射されると、反射防止膜が破壊（昇華）されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、反射防止膜を用いることなく、光ファイバーへ入射する光又は光ファイバーから出射される光の反射を低減できる光学部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる光学部品の一態様は、光ファイバーと、上記光ファイバーの端面が装着される光ファイバー装着面をもつ石英部材と、を備え、上記石英部材は、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造を上記光ファイバー装着面とは反対側の反射防止構造形成面に備えている光学部品である。このような反射防止構造はＡＲＳ（Anti-Reflection Structure）と呼ばれている。
【０００８】
本発明の光学部品において、上記石英部材の上記光ファイバー装着面に複数本の光ファイバーの端面が装着されている例を挙げることができる。ただし、光ファイバー装着面に装着される光ファイバーは１本であってもよい。
【０００９】
また、上記石英部材は上記光ファイバーの断面よりも大きな寸法で形成されている例を挙げることができる。
【００１０】
本発明にかかる光学部品の他の態様は、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造がコアの端面に形成されている光ファイバーからなる光学部品である。
【００１１】
コアの端面に上記反射防止構造が形成されている本発明の態様において、上記光ファイバーは１本のクラッド内に複数本のコアが形成されたマルチコアファイバーであり、各コアの端面に上記反射防止構造が形成されている例を挙げることができる。ただし、上記光ファイバーは１本のクラッド内に１本のコアが形成されたシングルコアファイバーであってもよい。なお、上記石英部材を備えている本発明の態様において、光ファイバーはシングルコアファイバーであってもよいし、マルチコアファイバーであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学部品は、光ファイバーの端面に装着される石英部材の表面又は光ファイバーのコアの端面に、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造を上記光ファイバー装着面とは反対側の反射防止構造形成面に備えているようにしたので、反射防止膜を用いることなく、光ファイバーへ入射する光又は光ファイバーから出射される光の反射を低減できる。さらに、光学部品にハイパワーレーザーが照射される場合であっても、反射防止構造の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例が模式的に示された断面図である。
【図２】反射防止構造の一例が模式的に示された断面図である。
【図３】反射防止構造の他の例が模式的に示された断面図である。
【図４】反射防止構造のさらに他の例が模式的に示された断面図である。
【図５】反射防止構造のさらに他の例が模式的に示された断面図である。
【図６】反射防止構造のさらに他の例が模式的に示された断面図である。
【図７】本発明の他の実施例が模式的に示された斜視図である。
【図８】図７の実施例の模式的な断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例が模式的に示された斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施例が模式的に示された断面図である。
光学部品は光ファイバー１と石英部材３を備えている。光ファイバー１は例えば石英ガラスからなるコア５とクラッド７を備えている。光ファイバー１の端面１ａは石英部材３の光ファイバー装着面３ａに装着されている。光ファイバーの端面１ａと光ファイバー装着面３ａは熱融着又は接着剤によって密着されている。
【００１５】
石英部材３は、光ファイバー装着面３ａとは反対側の反射防止構造形成面３ｂに反射防止構造９を備えている。反射防止構造９は石英部材３の反射防止構造形成面３ｂが微細加工されて形成されたものである。反射防止構造９は、使用される光の波長よりも短い周期（ピッチ）で形成された凹凸構造からなる。
【００１６】
図２から図６は反射防止構造の例が模式的に示された断面図である。
図２の反射防止構造９において、反射防止構造９のピッチは１２０ｎｍ（ナノメートル）であり、突起の高さは８００ｎｍである。図３の反射防止構造９において、ピッチは３００ｎｍであり、突起の高さは１０００ｎｍである。図４の反射防止構造９において、ピッチは６００ｎｍであり、突起の高さは１２００ｎｍである。図５の反射防止構造９において、ピッチは１５０ｎｍであり、突起の高さは３３０ｎｍである。図６の反射防止構造９において、ピッチは１４０ｎｍであり、突起の高さは８００ｎｍである。
【００１７】
図２から図６の反射防止構造について、使用波長域（ｎｍ）、透過率（％）、反射率（％）、反射防止構造の損傷が発生する照射密度（Ｊ／ｃｍ2）をまとめた結果を表１に示す。なお、使用波長域は一例であり、図２から図６の反射防止構造に関して使用可能な波長域を限定するものではない。透過率及び反射率の数値における括弧数値は測定した波長域を示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
反射防止構造の損傷が発生する照射密度（レーザー耐久性）の測定は次の条件で行なわれた。
照射レーザー波長：３５５ｎｍ、パルスの時間幅：９ナノ秒、スポットサイズ：縦／横＝２００μｍ／２００μｍ（マイクロメートル）、照射角度：０°、偏光：直線偏光。
この条件にて、断続的に照射強度を上げ、反射防止構造について、照射による損傷の有無を確認した。
【００２０】
照射密度（ＤＴｐ）は、ガウス分布のピーク密度（Peak Fluence）であり、次の計算式で求められた。
ＤＴｐ＝２Ｅ／（πｒ2）
ここで、Ｅ：照射エネルギー（Ｊ）、ｒ：ビーム半径（１／ｅ2）である。
【００２１】
図２から図６の反射防止構造について、良好な透過率及び反射防止機能が得られた。
また、照射密度について、光学多層膜によるＡＲコート（参考）は、ＤＴｐ＝１〜２（Ｊ/ｃｍ2）で膜が破壊された。これに対し、図２〜６の反射防止構造は、いずれもＤＴｐ＝４０（Ｊ/ｃｍ2）以上の密度のレーザーが照射されても、損傷等が確認されなかった。
【００２２】
本発明の光学部品では、石英部材又は光ファイバーのコアに直接微細加工が施されている。これにより、膜の界面が存在しないため、光ファイバーを介して得られる高いエネルギーのレーザー光に対して、光エネルギーの吸収による発熱が抑制される。すなわち、本発明の光学部品は光学特性の変化や劣化を抑制できるというメリットがある。
また、光学部品に反射防止膜が用いられている場合、膜界面の密着性の問題がある。さらに、反射防止膜成膜時の突沸（異常蒸発）やコンタミネーションによって異物が膜中に取り込まれるという問題がある。反射防止膜成膜中の異物は、レーザー光エネルギーを熱に変え、反射防止膜成膜の劣化や蒸発（破壊）、光学常数の変化の原因になる。
本発明の光学部品は反射防止膜を備えていないので、耐光性、耐久性の性能に対して非常に高い信頼性が得られる。
【００２３】
さらに、石英部材又は光ファイバーのコアに形成された、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造は、直線偏光、円偏光、無偏光など全ての光に対応できる。さらに、（１）光学素子（ファイバー先端）に対する入射角依存性が少ない、（２）光学特性の波長依存性が少ない、（３）ハイパワーレーザーに対する耐久性が高い（４）熱膨張係数が小さいので温度変化に対して特性の変化が小さい、（５）長期間使用時の特性の変化が小さい、等の多くの利点がある。
【００２４】
本発明の光学部品をファイバーレーザー加工機に適用すれば、これまで実現できなかった高耐久性反射防止機能が実現できる。
図２の反射防止構造９を備えた石英部材３が光ファイバー１に装着された実施例をファイバーレーザー加工機に適用して耐久性の試験を行なった。比較例として光学多層膜からなる反射防止膜が光ファイバーの先端に形成されたもの（従来技術）についても耐久性の試験を行なった。
【００２５】
試験は次の条件で行なわれた。光ファイバーの直径Φ：０.６ｍｍ（ミリメートル）、照射レーザー波長：３５５ｎｍ、パルスの時間幅：１０ミリ秒、パルスエネルギー：１１０Ｊ、パルスの繰返し周波数：６Ｈｚ。
【００２６】
従来技術については、５分後には反射防止膜が破壊された。実施例については全くダメージが発生しなかった。これにより、本発明の光学部品の耐久性が確認された。
【００２７】
図７は本発明の他の実施例が模式的に示された斜視図である。図８はこの実施例の模式的な断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００２８】
この実施例では、石英部材３は光ファイバー１の断面よりも大きな寸法で形成されている。さらに、石英部材３の光ファイバー装着面３ａに複数本の光ファイバー１の端面１ａが装着されている。
【００２９】
反射防止構造９は平面状に形成されているので、石英部材３は多チャンネル用ファイバーに共通部品として使用できる。さらに、石英部材３の光ファイバー装着面３ａに複数本の光ファイバー１の端面１ａが装着されているので、アレイファイバーに対応可能である。例えば、複数の光ファイバーがアレイ状に配列される波長分離素子の出力側の端子に適用できる。
さらに、石英部材３を光ファイバー１よりも大きな寸法とすることで、外周位置決め機能を担わせることができる。なお、石英部材３を光ファイバー１よりも大きな寸法とする構成は図１に示された実施例にも適用できる。
【００３０】
図１に示された実施例ならびに図７及び図８に示された実施例は、１本のクラッド７内に１本のコア５が形成された光ファイバー１を備えているが、光ファイバー１に替えて、１本のクラッド内に複数本のコアが形成されたマルチコアファイバーを備えていてもよい。
【００３１】
また、石英部材３の反射防止構造形成面３ｂに、光の拡散、平行化、収束などを制御する光学的構造が形成されていてもよい。その場合、石英部材の反射防止構造形成面に形成された光学的構造の表面に、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造が形成される。ここで、光学的構造は、例えば回折格子、凸レンズ、凹レンズである。
【００３２】
図９は、本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００３３】
石英部材３の反射防止構造形成面３ｂに凹凸構造からなる回折格子３ｃが形成されている。回折格子３ｃの凸部の表面及び凹部の底面に、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造９が形成されている。反射防止構造９の形状は例えば図２から図６に示されたものである。反射防止構造９により、回折格子３ｃの表面における光の反射が低減される。なお、回折格子３ｃの凹凸の周期は等間隔であってもよい。
【００３４】
図１０は、本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００３５】
石英部材３の反射防止構造形成面３ｂに球面３ｄが形成されている。石英部材３は平凸レンズを形成している。球面３ｄの表面に、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造９が形成されている。反射防止構造９の形状は例えば図２から図６に示されたものである。反射防止構造９により、球面３ｄにおける光の反射が低減される。なお、球面３ｄは、非球面であってもよいし、凹面であってもよい。
【００３６】
図１１は本発明のさらに他の実施例が模式的に示された断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００３７】
コア５とクラッド７を備えた光ファイバー１１において、コア５の端面５ａに、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造９が形成されている。反射防止構造９の形状は例えば図２から図６に示されたものである。
【００３８】
この実施例についても、表１に示された結果と同様の測定結果が得られた。
この実施例でも、反射防止膜を備えていないので、耐光性、耐久性の性能に対して非常に高い信頼性が得られる。
【００３９】
図１２は本発明のさらに他の実施例が模式的に示された斜視図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００４０】
この実施例は、１本のクラッド７内に複数本のコア５が形成されたマルチコアファイバー１３によって構成されている。マルチコアファイバー１３はクラッド７を覆う被覆１５を備えている。各コア５の端面５ａに、使用される光の波長よりも短い周期で形成された凹凸構造からなる反射防止構造（図示は省略）が形成されている。反射防止構造の形状は例えば図２から図６に示されたものである。
【００４１】
この実施例でも、図１に示された実施例と同様に反射防止膜を備えていないので、耐光性、耐久性の性能に対して非常に高い信頼性が得られる。
【００４２】
以上、本発明の実施例が説明されたが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  光ファイバー
１ａ  光ファイバーの端面
３  石英部材
３ａ  光ファイバー装着面
３ｂ  反射防止構造形成面
５  コア
５ａ  コアの端面
７  クラッド
９  反射防止構造
１１  光ファイバー
１３  マルチコアファイバー
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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