(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバ整列収容基板のレーザ損傷が少なく基板物質の融着部への混入が無い、レーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具および光ファイバ融着接続方法を提供する。【解決手段】耐熱性材料で構成され、表面に一ないし複数の光ファイバ１ａ，１ｂを整列して収容するための一ないし複数の平行なＶ溝を設けた光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ、３ｂを２つ対として、両者の対応するＶ溝がそれぞれたがいに一直線上に位置し、光ファイバ融着部１４が空隙に位置するようにＶ溝基板３ａ、３ｂを間隔を設けて配置し、空隙に光ファイバ融着部１４を遮蔽する、遮蔽用基板１５と遮蔽用押さえ板１６からなるシリコン製遮蔽構造体を設け、光ファイバ融着部１４にレーザ７を照射して融着するレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具とした。【選択図】図５
2016206546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザによる光ファイバの融着に用いられる光ファイバ融着治具であって、
耐熱性材料で構成され、表面に一ないし複数の光ファイバを整列して収容するための一ないし複数の平行なＶ溝を設けた光ファイバ整列収容Ｖ溝基板を２つ対として、
両者の対応するＶ溝がそれぞれ互いに一直線上に位置し、両Ｖ溝基板間の空隙に光ファイバ融着部が位置するように間隔を設けて配置し、
前記空隙に、前記レーザ光に対して透過性がよい材料で構成され光ファイバ融着部を遮蔽する遮蔽構造体を設けた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項２】
前記請求項１記載の光ファイバ融着治具において、
前記光ファイバは石英系の光ファイバであり、
用いられる前記レーザはＣＯ2レーザであり、
前記光ファイバ融着部を遮蔽する前記遮蔽構造体の材料としてシリコンを用いた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項３】
前記請求項２記載の光ファイバ融着治具において、
シリコン製の前記遮蔽構造体が、シリコン製遮蔽用基板とシリコン製遮蔽用押さえ板からなり、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部には、シリコン製遮蔽用押さえ板を光ファイバの外径より大きな高さで支持する支持構造が設けられている
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項４】
前記請求項３記載の光ファイバ融着治具において、前記支持構造が、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部に設けられたＶ溝と、
前記Ｖ溝に載置した光ファイバ外径より十分大きな精密外径を有する円柱体形状の遮蔽用ピンゲージで構成され、
前記遮蔽用ピンゲージの円柱体側面に前記シリコン製遮蔽用押さえ板を載せることで形成される空間に前記光ファイバ融着部を収容して遮蔽する
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項５】
前記請求項３記載の光ファイバ融着治具において、前記支持構造が、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部に光ファイバ外径より大きな高さで設けられた基板凸部からなり、
前記基板凸部に前記シリコン製遮蔽用押さえ板を載せることで形成される空間に前記光ファイバ融着部を収容して遮蔽する
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項６】
前記請求項３記載の光ファイバ融着治具において、
前記シリコン製遮蔽用基板と前記シリコン製遮蔽用押さえ板のレーザ照射面に反射防止膜コートを設けた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項７】
前記請求項１記載の光ファイバ融着治具において、
前記２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板を固定し、前記遮蔽構造体を載置するステージを設け、
該ステージの前記遮蔽構造体下部に開口する吸引構造を設けて、前記遮蔽構造体を吸引固定可能とし、
前記遮蔽構造体の両端部と光ファイバ整列収容Ｖ溝基板の間の該ステージ面に開口する少なくとも２つの吸引構造を設けて、漏出したレーザ照射飛散物を吸引排除可能とする
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具。
【請求項８】
前記請求項１〜７記載のレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具を使用して行う光ファイバ融着接続方法であって、
前記２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板のＶ溝に光ファイバを収容することで、対向した光ファイバ同士を光ファイバの伝搬光軸方向を法線とする平面内で無調整で位置合わせする工程と、
光ファイバを光軸方向に移動させ、光ファイバ端面を突合させる工程と、
光ファイバ融着部を遮蔽する遮蔽構造体を構成する工程と、
光ファイバの前記突合部をレーザ照射して融着する工程
を含む光ファイバ融着接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザによる光ファイバの融着に用いられる光ファイバ融着治具および光ファイバ融着接続方法に関し、より詳細には、レーザ照射により発生するレーザ照射飛散物（レーザデブリ）を遮蔽する構造を設けた、レーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具および光ファイバ融着接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを低損失で接続するためには、レーザ、特に光ファイバの素材である石英の吸収率が高い波長のレーザ光を発するＣＯ2レーザをもちいて融着することが行われている。
【０００３】
（レーザを用いた光ファイバ融着接続系および融着治具）
図１には、これまで我々が試みてきたＣＯ2レーザによる光ファイバの融着接続方法を実現する、光ファイバ融着接続系および融着治具を示す。
【０００４】
本図１上の図１（ａ）の接続系の全体図において、左右に延在し中央で融着される２つの光ファイバの、一点鎖線で囲んだ部分が光ファイバ融着治具部である。
【０００５】
図１（ａ）において、左右の融着される光ファイバは１ａ、１ｂ、これらの光ファイバを収容・位置決めする左右２つの基板は、例えばジルコニアで構成され、表面に一ないし複数の光ファイバを整列して収容するための一ないし複数の平行なＶ溝を設けた光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ、３ｂである。
【０００６】
光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂは、光ファイバ１ａ，１ｂに対応して左右に２つ１対として、両者の対応するＶ溝がそれぞれ互いに一直線上に位置するように間隔を設けて配置されている。光ファイバ融着部は、基板３ａ，３ｂの間の空隙に位置する。
【０００７】
治具部はそのほかに、ステージ４、前記１対の光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂに対応する１対の押さえ板５ａ，５ｂ、その押さえ板保持アーム６ａ，６ｂで構成される。
【０００８】
更に融着接続系の構成要素として、ＣＯ2レーザ光は７、ガルバノミラーは８、ＣＯ2レーザ発振器は９、光ファイバクランプ１１ａ，１１ｂ、ｘ−ｙ−ｚ微動機構１３ａ、１３ｂである。
【０００９】
左下の図１（ｂ）は、光ファイバ１ａ，１ｂを上下方向（ｚ軸）とした治具部の詳細を示す上面図（ｙ−ｚ面）、右下の図１（ｃ）は光ファイバ１ｂ側断面にあたる治具部の詳細を示す断面図（ｘ−ｙ面）であり、１９ａ１，１９ａ２、１９ｂ１，１９ｂ２は光ファイバ外径＋０．５μｍの外径（例えば、外径約１２５．５μｍ）を有するピンゲージ、２８は押さえ板保持アームのヒンジである。
【００１０】
（光ファイバ融着接続方法の工程）
融着される光ファイバ１ａ，１ｂはそれぞれ、レーザ融着用治具に備えつけられている２つのＶ溝基板３ａ、３ｂの一ないし複数の整列Ｖ溝内にそれぞれ整列収容され、ヒンジ２８に結合点をもつ押さえ板保持アーム６ａ、６ｂを閉じることによって、アームに取り付けられた押さえ板５ａ，５ｂとＶ溝基板３ａ，３ｂの間の空間内に一定クリアランス内に収容された光ファイバ１ａ，１ｂが、ある一定トレランス内に入り、光ファイバ間のｘ−ｙ平面内の無調整位置合せが完了する（図１（ｃ）の治具部断面図参照）。
【００１１】
前述のように、１対の光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂ上に設けられた対応するＶ溝がそれぞれ一直線上に位置し、融着部が空隙に位置するようにＶ溝基板３ａ、３ｂが間隔を設けて設置されている。
【００１２】
前述のように、光ファイバ外径より＋０．５μｍ程度大きい外径を有するピンゲージ１９ａ１，１９ａ２、１９ｂ１，１９ｂ２が、Ｖ溝基板３ａ，３ｂの両脇のＶ溝内に収容されており、これに押え板５ａ，５ｂが搭載されることによって、両光ファイバの位置合わせのためのクリアランスが保たれており、光ファイバの光軸（ｚ軸）方向の微動は可能である。
【００１３】
上記光ファイバのｘ−ｙ面内での位置合せ後に、例えばｘ−ｙ−ｚ微動機構１３ｂの操作により一方の光ファイバ１ｂを光ファイバ１ａ側に向けてｚ方向に進ませることで（たとえば、押し込み量１０μｍ程度）、光ファイバ１ｂに図示のように座屈を生ぜしめ、光ファイバ１ａ、１ｂ端面間の接触面で押圧力を生じさせて突合しておく。
【００１４】
そののちに、光ファイバの端面突合部にＣＯ2レーザ照射することで、融着界面の石英が蒸散・溶融した際に、融着界面間隙に向けて押圧力によって光ファイバ自らの石英材料が供給され、光ファイバ融着が完了する。
【００１５】
複数の光ファイバを融着接続する際は、ガルバノミラー８のｙ軸方向の操作により、未接続の光ファイバの端面突合部にレーザのビーム位置を合わせて、レーザ照射工程を反復する。
【００１６】
（レーザ光によるＶ溝基板の損傷）
本図１に示すように、光ファイバの上下（図中のｘ方向）の両方向からのレーザ照射光学系を用いず、上方向から（図１中座標軸  −ｘ方向）のＣＯ2レーザ光７の照射のみで光ファイバの融着界面全域に亘っての均一な加熱を実現するためには、光ファイバ融着界面の上方にレーザ光７のビームウエストを設け、光ファイバ位置ではＣＯ2レーザビーム照射径を広げたディフォーカス設定を行い、極力光ファイバ側面ならびに下面にレーザ光がまわりこむようにして、光ファイバ融着接続を行うのが望ましい。
【００１７】
特にＣＯ2レーザ照射では前述のように、レーザ波長１０．６μｍでの石英の吸収率が極めて高く、表面での吸収が支配的となるため（下記非特許文献１参照）、融着界面全周に均一に熱が分布するためには、レーザ光７をディフォーカスして光ファイバに照射し、光ファイバの融着界面に極力均一に照射されることが望まれる。
【００１８】
このため、レーザ光７は直接、または融着部からの放射光として間接的に、近傍の光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂにあたることが避けられない。
【００１９】
このようなレーザを用いた光ファイバ融着治具は、耐熱性が望まれ、そのため前述のようにレーザ光の照射される光ファイバ融着位置に近いＶ溝基板３ａ，３ｂや押さえ板５ａ、５ｂには耐熱性の高い部分安定化ジルコニアなどが用いられているが、以下に説明するように、レーザ照射に際して、光ファイバ融着部から光ファイバ被覆材などの残渣が飛散・蒸散して発生するレーザデブリの付着により、ジルコニア製Ｖ溝基板などの損傷が促進されることが判明した。
【００２０】
（Ｖ溝基板の損傷部の顕微鏡観察結果）
図２（ａ）には、ＣＯ2レーザ（主波長：１０．６μｍ）を出力６Ｗにて照射した部分安定化ジルコニア基板の損傷状態を示している。また、同図２（ｂ）には、光ファイバから一次被覆コートを剥離し、剥離した樹脂材料を擬似的なレーザデブリとして部分安定化ジルコニア基板に設置し、３Ｗレーザ照射を行った基板損傷状態を示している。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、デブリのない場合でも６Ｗでの照射では、そのジルコニア基板のレーザ照射部でクラックが生じている様子が見られる（図２（ａ）矢印部）。
【００２２】
一方、レーザ融着時と同様な３ＷのパワーにてＣＯ2レーザを疑似的なデブリを設置した部分安定化ジルコニア基板に向けて照射した場合には、図２（ｂ）中破線矢印に示すように、図２（ａ）の場合の半分の出力であるにもかかわらず、デブリを起源とするクラックが生成された様子を観測することができた。
【００２３】
（基板表面の拡大顕微鏡写真）
図３（ａ）と（ｂ）には対物レンズ１００倍の共焦点顕微鏡によって、デブリの無い場合とある場合とで３Ｗのレーザ照射後の部分安定化ジルコニア基板表面状態を顕微鏡観察したものである。
【００２４】
図３（ａ）に示すようにデブリの無い場合は、３Ｗのレーザ照射後でも顕著な変化が見られない。
【００２５】
一方、デブリのある場合は、３Ｗのレーザ照射後には、図３（ｂ）（図２（ｂ）の○で示したクラック部を一部拡大して観察した）に見られるように、デブリから進展した入り組んだクラックが伝搬した状態が観察できる。
【００２６】
（基板表面のラマンスペクトラム観測結果）
図４には、図３（ａ）と（ｂ）のクロスポイントで示した顕微鏡観測位置におけるラマンスペクトラムの観測結果を示した。励起光源波長は５３２ｎｍとした。
【００２７】
図４中で、実線のラマンスペクトラム（図３（ａ）のデブリ無い場合の観測結果）に示すように、３Ｗレーザ照射エリア内であってもデブリが無い場合には、典型的なイットリアを含有する部分安定化ジルコニア（立方晶）のラマンバンドが観測されるにとどまっている（２６０ｃｍ−１のピーク）。
【００２８】
しかしながら、図４中で、点線のラマンスペクトラム（図３（ｂ）デブリ有のクラック形成部での観測結果）にあるように、デブリ存在下でレーザ照射によって生成したクラック近傍位置では、典型的な斜方晶のジルコニアのラマンバンド（１７７ｃｍ−１のピーク）が出現している（下記非特許文献２参照）。
【００２９】
本結果から、部分安定化による破壊強度が高い立方晶構造により、昇降温による線形的な膨張収縮を示す状態からヒステリシスを描く斜方晶構造へと相変態（立方晶→斜方晶）を起こし、破壊強度が劣化する状態となることが明らかとなった。（下記非特許文献３参照）。
【００３０】
これらの結果から、ジルコニア基板上のデブリへのレーザ照射により、ジルコニア基板単体でのレーザ照射時の昇温以上に温度が高まり、相変態ならびにクラックが生じたものと考えられる。
【００３１】
これまでの光ファイバ融着治具においては十分なレーザデブリ対策を講じておらず、飛散デブリの蓄積量を低減するために、ファイバスティッククリーナを用いた部分安定化ジルコニアＶ溝基板上のデブリを清掃するのみであった。
【００３２】
このため、従来の光ファイバ融着治具では、光ファイバ整列Ｖ溝基板や押さえ板の内側側壁への微小なデブリ低減は十分ではなく、度重なるレーザ融着操作により微細レーザデブリが発生し、ジルコニア基板上に飛散して、デブリの載った基板材料へのレーザ照射によって昇降温の熱履歴を生じ基板などの破損劣化を招いており、基板の劣化を抑えつつ、高品質の融着が可能な光ファイバ融着治具を作成することは困難であった。
【００３３】
また、逆に破損した基板などのジルコニアが光ファイバ融着部に付着し、融着光ファイバ内に含有されるという結果が、放射光ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Tｏｍｏｇｒａｐｈｙ）とＸＲＦ（Ｘ―Rａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｅｎｔ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって明らかとされてきており（下記非特許文献４参照）、このレーザ照射基板損傷にともなう基板物質の光ファイバ内への混入・含有の低減は、融着品質を高めるために重要な課題であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３４】
【非特許文献１】北村直之、福味幸平、西井準治  「３外部場操作技術」NEW GLASS −特集ナノガラスプロジェクトの成果と展望―  Vol.21 No.2 pp.25-30, 2006.
【非特許文献２】C. G. Kontoyannis, M. Orkoula, “Quantitative determination of the cubic, tetragonal and monoclinic phases in partially stabilized zirconias by Raman spectroscopy, “ Journal of Materials Science 29, pp.5316-5320, (1994).
【非特許文献３】Eugene Ryshkewitch, Oxide Ceramics Physical Chemistry and Technology, (Academic Press, New York, 1960)  5. Zirconia, p. 377.
【非特許文献４】S. Koike et al., “SPring-8 X-ray Ｍicro-Tomography Observations of Zirconium Inclusions in CO2 laser Fusion Splice for Single Mode Optical Fibers,” IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, 1 [1] pp.100-110, (2011).
【非特許文献５】Yufang Lv, Jiazhi Ma, Xin Wang, “Research of anistropic etching in KOH water solution with isopropyl alchol,” Communications, Circuits and Systems and West Sino Expositions, IEEE2002 International conference on vol.2 pp. 1779-1783, (2002).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザを用いた光ファイバ融着治具において、レーザ損傷が少なく基板物質の融着部への混入も無い、光ファイバ融着治具構成を得ることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、このような目的を達成するために、
レーザによる光ファイバの融着に用いられる光ファイバ融着治具であって、
耐熱性材料で構成され、表面に一ないし複数の光ファイバを整列して収容するための一ないし複数の平行なＶ溝を設けた光ファイバ整列収容Ｖ溝基板を２つ対として、
両者の対応するＶ溝がそれぞれ互いに一直線上に位置し、両Ｖ溝基板間の空隙に光ファイバ融着部が位置するように間隔を設けて配置し、
前記空隙に、前記レーザ光に対して透過性がよい材料で構成され光ファイバ融着部を遮蔽する遮蔽構造体を設けた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００３７】
また、前記の光ファイバ融着治具において、
前記光ファイバは石英系の光ファイバであり、
用いられる前記レーザはＣＯ2レーザであり、
前記光ファイバ融着部を遮蔽する前記遮蔽構造体の材料としてシリコンを用いた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００３８】
また、前記の光ファイバ融着治具において、
シリコン製の前記遮蔽構造体が、シリコン製遮蔽用基板とシリコン製遮蔽用押さえ板からなり、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部には、シリコン製遮蔽用押さえ板を光ファイバの外径より大きな高さで支持する支持構造が設けられている
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００３９】
また、前記の光ファイバ融着治具において、前記支持構造が、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部に設けられたＶ溝と、
前記Ｖ溝に載置した光ファイバ外径より十分大きな精密外径を有する円柱体形状の遮蔽用ピンゲージで構成され、
前記遮蔽用ピンゲージの円柱体側面に前記シリコン製遮蔽用押さえ板を載せることで形成される空間に前記光ファイバ融着部を収容して遮蔽する
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００４０】
また、前記の光ファイバ融着治具において、前記支持構造が、
シリコン製遮蔽用基板の光ファイバ収容面の光ファイバ長手方向に沿った両側部に光ファイバ外径より大きな高さで設けられた基板凸部からなり、
前記基板凸部に前記シリコン製遮蔽用押さえ板を載せることで形成される空間に前記光ファイバ融着部を収容して遮蔽する
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００４１】
また、前記の光ファイバ融着治具において、
前記シリコン製遮蔽用基板と前記シリコン製遮蔽用押さえ板のレーザ照射面に反射防止膜コートを設けた
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００４２】
また、前記の光ファイバ融着治具において、
前記２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板を固定し、前記遮蔽構造体を載置するステージを設け、
該ステージの前記遮蔽構造体下部に開口する吸引構造を設けて、前記遮蔽構造体を吸引固定可能とし、
前記遮蔽構造体の両端部と光ファイバ整列収容Ｖ溝基板の間の該ステージ面に開口する少なくとも２つの吸引構造を設けて、漏出したレーザ照射飛散物を吸引排除可能とする
ことを特徴とするレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具、
としたものである。 
【００４３】
また、前記のレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具を使用して行う光ファイバ融着接続方法であって、
前記２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板のＶ溝に光ファイバを収容することで、対向した光ファイバ同士を光ファイバの伝搬光軸方向を法線とする平面内で無調整で位置合わせする工程と、
光ファイバを光軸方向に移動させ、光ファイバ端面を突合させる工程と、
光ファイバ融着部を遮蔽する遮蔽構造体を構成する工程と、
光ファイバの前記突合部をレーザ照射して融着する工程
を含む光ファイバ融着接続方法、
としたものである。 
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続にあたり、レーザ照射による光ファイバ整列基板へのレーザデブリ蓄積と、蓄積部へのレーザ照射による整列基板の損傷劣化と、損傷した基板物質の光ファイバ融着部への内包や混入を低減でき、融着光ファイバの品質向上に資することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】光ファイバ融着接続系および融着治具
【図２】Ｖ溝基板表面の損傷部の顕微鏡観察結果（ａ）６ＷのＣＯ2レーザ光照射時の基板表面観察結果（ｂ）３ＷのＣＯ2レーザ光照射時の疑似デブリ周辺の基板表面観察結果
【図３】３ＷのＣＯ2レーザ光照射時の基板表面の拡大顕微鏡写真（ａ）レーザデブリが無い基板表面（ｂ）疑似レーザデブリが有る基板表面
【図４】図３の基板表面のラマンスペクトラム観測結果
【図５】本発明による第１実施例の説明図
【図６】本発明による第２実施例の説明図
【図７】本発明による第３実施例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら、本発明のレーザ照射飛散物遮蔽構造付光ファイバ融着治具の実施形態について詳細に説明する。
【００４７】
［第１実施例］
図５に、本発明の第１実施例として、図１の構成に加え新たにレーザデブリ遮蔽用の遮蔽用基板１５と遮蔽用押さえ板１６からなる光ファイバ融着部遮蔽構造体を具備した光ファイバ融着治具構造と、それを用いた融着プロセスについて述べる。
【００４８】
遮蔽用基板１５と遮蔽用押さえ板１６の材料は、融着に用いられるレーザ光に対する透過性の良い材料であればよいが、ここではＣＯ2レーザ１０．６μｍ光に対して透過性が良く加工性も良いシリコン製とした。
【００４９】
これらのシリコン製部材は、シリコン基板のＫＯＨエッチングによって形成することができる。
【００５０】
特に、本図５では、融着手法の説明を行った図１中の、融着治具部に対応する部分の改良箇所を拡大して記載している（図１中の一点鎖線による囲み部に対応）。
【００５１】
図５（ｂ）中、図１と同じ部分には同じ番号を付しており、融着される光ファイバは１ａ，１ｂ、対応する光ファイバ整列収容Ｖ溝基板（例えば部分安定化ジルコニア）は３ａ，３ｂ、押さえ板（例えば部分安定化ジルコニア）５ａ，５ｂ、押さえ板保持アーム６ａ，６ｂ、ＣＯ2レーザ光は７、である。
【００５２】
また新たな図番として、光ファイバ１ａ，１ｂの突合部にあたる融着界面を１４（レーザ照射後は融着部となる）として示す。
【００５３】
そして、本発明のレーザ融着治具では、左右２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂの間に設けられた部材として、シリコン製遮蔽用基板１５、シリコン製遮蔽用押さえ板１６が融着部１４を囲む遮蔽構造体を構成しており、遮蔽用押さえ板保持アームは１７ａ，１７ｂである。
【００５４】
本発明の第１の実施例では、図５（ａ）左図にあるように、シリコン製遮蔽用基板１５上の光ファイバ収容面２０ａの両側に光ファイバ長手方向に沿って設けられたＶ溝があり、このＶ溝に光ファイバ外径より充分大きな精密外径を有する円柱体形状の遮蔽用ピンゲージ２９ａ，２９ｂを載置して支持構造として、そのピンゲージ円柱体側面上に図５（ａ）右図のシリコン製遮蔽用押さえ板１６を載せて光ファイバ融着部１４を余裕を持って囲む空間を形成し、光ファイバ融着部１４を収容して遮蔽するシリコン製光ファイバ融着部遮蔽構造体を構成する。
【００５５】
なお、図５（ｂ）で１８は治具ステージであり、図１中のステージ４に対応するものであるが、左右２つの光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，ｂの間に新たにシリコン製遮蔽用基板１５を載置するので別の番号とした。
【００５６】
（第１実施例の光ファイバ融着接続方法の工程）
レーザ融着に際して、図１で述べたのと同様の手法にて光ファイバ１ａならびに１ｂを左右のジルコニア製Ｖ溝基板３ａ，ｂのＶ溝部にそれぞれ整列収容後に、押さえ板アーム６ａ，ｂを閉じ、押さえ板５ａ，ｂをピンゲージ１９ａ，ｂ（図５では図示せず）に載せることによって、光ファイバ１ａと１ｂが一定トレランスでｘ−ｙ平面内に無調整で位置合わせされることになる。
【００５７】
図５に図示は無いが図１と同様に、ジルコニア製Ｖ溝基板３ａ，ｂ内の光ファイバ収容位置の両脇にＶ溝をそれぞれ２列設けており、本溝に光ファイバ外径よりもわずかに大きな精密外径を有するピンゲージ１９ａ，ｂを設置することによって、上記光ファイバ収容のクリアランスが保たれることになる。（図１（ｂ）および（ｃ）参照）
そして、これも図１と同様に、光ファイバ１ａ、１ｂをそれぞれ−ｚ方向と＋ｚ方向に進ませることによって、光ファイバ１ａと１ｂを突合させて、光ファイバ位置合わせが完了する。
【００５８】
なお、この時点で、図５（ａ）左図のシリコン製遮蔽用基板１５は、光ファイバ融着界面１４下の対応位置に光ファイバ収容面２０ａをあわせて、ステージ１８上に予め搭載されており、融着部１４となる光ファイバ１ａ，１ｂの突合部はシリコン製遮蔽用基板１５の光ファイバ収容面２０ａ上の空間に位置している。
【００５９】
次に、さらに光ファイバ１ｂを−ｚ方向に例えば１０μｍ前進させることによって、光ファイバ１ｂに座屈を発生させて押圧力を生ぜしめる。
【００６０】
この段階までは、治具の斜め上方向（ｘ−ｙ平面においてｙ軸からｘ軸に向かって約４５度をなす方向）から、例えば図示しないレンズ付きＣＣＤ鏡筒によって、光ファイバ位置合わせ状態を観測しながら行い、光ファイバ整列ならびに突合を確認する。
【００６１】
その後に、図５（ａ）右図のシリコン製遮蔽用押さえ板１６を、シリコン製遮蔽用基板１５上に載置し、遮蔽用押さえ板保持アーム１７ａ，ｂを倒して、光ファイバ融着部を遮蔽してシリコン製光ファイバ融着部遮蔽構造体とする。
【００６２】
この第１の実施例では、図５（ａ）左図のシリコン製遮蔽用基板１５の光ファイバ収容面２０の両側のＶ溝には、光ファイバ外径１２５μｍよりも十分大きい外径を有する遮蔽用ピンゲージ―２９ａ，ｂ（たとえば２５０μｍ外径）が載置されている。
【００６３】
したがって、図５（ａ）右図のシリコン製遮蔽用押さえ板１６は、遮蔽用ピンゲージ２９ａ，２９ｂを支持構造として、シリコン製遮蔽用基板１５と共に、光ファイバ融着部１４を充分な間隔を持って収容するシリコン製光ファイバ融着部遮蔽構造体を構成しており、
光ファイバ融着部１４は、シリコン製遮蔽用基板１５とシリコン製遮蔽用押さえ板１６のそれぞれの光ファイバ収容面２０ａ，ｂの間の空間内にて充分な余裕を持って遮蔽された構成となる。
【００６４】
次に、ＣＯ2レーザ光７をファイバ突合部の融着界面１４に向けて、シリコン製遮蔽用押さえ板１６を通して照射する。
【００６５】
シリコン製遮蔽用押さえ板１６は、シリコン製であるためＣＯ2レーザ１０．６μｍ光に対しても透過性がよく、レーザ光７はシリコン製遮蔽用押さえ板１６を透過して、光ファイバ１ａ，１ｂの突合部に照射され、光ファイバ融着界面１４において光ファイバ自体の石英ガラスが溶け込むことで融着接続が完了することになる。
【００６６】
融着に際して、光ファイバ融着部１４から光ファイバ１次被覆材残渣などのレーザデブリが蒸散するものの、シリコン製遮蔽用基板１５とシリコン製遮蔽用押さえ板１６からなるシリコン製光ファイバ遮蔽構造体により遮蔽されているため、レーザデブリは主に光ファイバ収容面２０ａ，ｂに付着することになり、ジルコニア光ファイバ整列収容Ｖ溝基板３ａ，３ｂならびに押さえ板５ａ，５ｂにはレーザデブリの付着を低減できる結果となった。
【００６７】
本実施例で述べた本発明の構成要素である光ファイバの遮蔽構造体を構成するシリコン製遮蔽用基板１５とシリコン製遮蔽用押さえ板１６とは、光ファイバ同士のようなサブミクロンでの精密位置合わせが不要であることから、脱着を容易に行うことができ、融着のたびごとに、基板や押さえ板を清掃したり、もしくは取り替えてもよいことは言うまでもない。
【００６８】
［第２実施例］
図６には、本発明の第２実施例による光ファイバ融着のためのＣＯ2レーザ照射治具構成を示す。
【００６９】
図６中、図１と同じ部分には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００７０】
また、図５の本発明の第１実施例と同様に、１４は光ファイバ融着界面（融着部）を、１５は本発明によるシリコン製遮蔽用基板を、１６はシリコン製遮蔽用押さえ板、１７ａ，ｂは遮蔽用押さえ板保持アームを、１８はステージを、２９ａ，ｂは遮蔽用ピンゲージを、２０ａ，ｂは光ファイバ収容面を示す。
【００７１】
また、第２実施例の新たな構成として、図６（ａ）の２１ａ，２１ｂはシリコン製遮蔽用基板１５中の光ファイバ収容面２０へのＣＯ2レーザ光の反射防止膜コートを、２２ａ，２２ｂはシリコン製遮蔽用押さえ板１６のＣＯ2レーザ光の反射防止膜コートを、図６（ｂ）の２３ａ、２３ｂは、ステージ１８に設けられたレーザデブリ飛散防止用吸気孔を、２４はシリコン製遮蔽用基板１５の位置決め用吸気孔を、２５は吸気通路である。
【００７２】
本発明における第２実施例のレーザ融着の光ファイバ位置決めからレーザ照射・光ファイバ融着の基本工程は第１の実施例で述べたものと同様であるため、本実施例の説明においては融着基本工程の説明を割愛し、本発明の特徴的な部品であるシリコン製遮蔽用基板１５とシリコン製遮蔽用押さえ板１６を用いた第２実施例の特有の構造と機構、ならびにその効果について述べる。
【００７３】
（第２実施例の特徴点）
図６記載の本発明の第２の実施例においては、第１の特徴点として、シリコン製遮蔽用押さえ板１６ならびにシリコン製遮蔽用基板１５のＣＯ2レーザ光の透過性を高めるために、誘電体多層膜で構成された反射防止膜コート２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂを施した。
【００７４】
これによりＣＯ2レーザ光７を、光ファイバ融着部１４へ効率的に入射させることが可能となる。
【００７５】
また、図５の本発明の第１実施例の構成では、シリコン製遮蔽用基板１５ならびに遮蔽用押さえ板１６の光ファイバ収容位置によりｘ方向に関してはデブリの飛散が十分に低減できるが、光ファイバに沿った±ｚ方向に平行な方向に飛散するレーザデブリ、もしくはシリコン製遮蔽用基板１５と遮蔽用押さえ板１６の間隙を高繰り返し衝突によっても運動エネルギーを失わない飛散レーザデブリが、ジルコニア製Ｖ溝基板３ａ，ｂならびに押さえ板５ａ，ｂに到達して付着することまでは防げない。
【００７６】
これらのデブリを十分に低減するために、図６記載の第２実施例においては、第２の特徴点として、遮蔽用基板１５の光軸方向前後（±Ｚ軸）の位置のステージ１８面上に２つのレーザデブリ飛散防止用吸気孔２３ａ，２３ｂを設けている。
【００７７】
これら２つの吸気孔２３ａ，２３ｂが、遮蔽構造体の両端部と光ファイバ整列収容Ｖ溝基板の間のステージ面に開口する、少なくとも２つの吸引構造としてレーザデブリを吸引することにより、レーザデブリの飛散を防止しジルコニア製光ファイバ整列用Ｖ溝基板３ａ，ｂと押え板５ａ，ｂへの付着を抑えることができる。
【００７８】
また、位置決め用吸気孔２４は、シリコン製遮蔽用基板１５直下のステージ１８の面に設けられ、遮蔽構造体下部に向けて開口する吸引構造として、遮蔽構造体を吸引固定可能とするものである。
【００７９】
なお、本発明の第２実施例においては、シリコン製遮蔽用押さえ板１６は押さえ板保持アーム１７ａ，ｂに装着されており、光ファイバ１ａ，ｂの位置合わせ完了後にアーム１７ａ，ｂをシリコン製遮蔽用基板１５側に倒して光ファイバを遮蔽する構造としているが、真空吸引孔を設置したアーム１７ａ，ｂとすることもできる。
【００８０】
この場合、まず真空吸引によってシリコン製遮蔽用押え板１６をアーム１７ａ，ｂに保持し、アーム１７ａ，ｂを遮蔽用基板１５側上に倒し、シリコン製遮蔽用押え板１６をピンゲージ―２９ａ，ｂ上に載せて、押え板１６を静置後に、アームの真空吸引を止めて、アーム１７から押え板１６を外し遮蔽構造体を構成し、ＣＯ2レーザ光７を光ファイバ融着部１４を収容・遮蔽しているシリコン製遮蔽用押え板１６の反射防止膜コート２２ａ，ｂ面に向けて照射する構成としてもよい。
【００８１】
［第３実施例］
図７には、本発明の第３の実施例によるＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着用治具構成を示す。図７中、図６の第２実施例と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明は省略する。
【００８２】
図７の本発明の第３実施例による新たな構成は、図５、図６の本発明の第１、第２実施例にあるピンゲージ２９ａ，ｂを載せるＶ溝を有するシリコン製遮蔽用基板１５に替えて、Ｖ溝の位置に基板凸部２７ａ，２７ｂを設けたシリコン製凸部形成遮蔽用基板２６とした点である。
【００８３】
本発明の第３実施例におけるレーザ融着の実施基本工程は第２実施例で述べたものと同様であるため、基本工程についても説明を割愛する。ここでは本発明の第３実施例の新規構造の特徴とその効果を中心に述べる。
【００８４】
本第３実施例による光ファイバのレーザ融着部シリコン製遮蔽構造体のシリコン製凸部形成遮蔽用基板２６では、シリコン＜１００＞基板のＫＯＨエッチングによって、シリコンウエハ基板を平板状態から約２００μｍの深さ方向にエッチングし、５４．７°の傾きを有し光ファイバ外径よりも充分に大きな高さが精密に保持された基板凸部２７ａ，２７ｂとして、光ファイバ収容面２０ａの両側に光ファイバ長手方向に沿って形成する。
【００８５】
この基板凸部２７ａ，２７ｂを支持構造として、その上にシリコン製遮蔽用押え板１６を搭載することによって、光ファイバのレーザ融着部のシリコン製遮蔽構造体を実現している。
【００８６】
第２の実施例で述べたシリコン製遮蔽構造体では、精密に外径が製作されたピンゲージ２９ａ，２９ｂを遮蔽用基板１５のＶ溝内に収容して支持構造を形成し、これに遮蔽用押え板１６を搭載する構成であった。そのために、融着終了後に遮蔽用基板１５の内面の清掃時におけるピンゲージはずれの問題や、基板交換時に精密外径ピンゲージ２９ａ，２９ｂの遮蔽用基板１５への再搭載と基板への組み付けが要求されていたが、この工程が不要となり、遮蔽用基板２６の清掃も簡単となり、光ファイバ融着部遮蔽構造体の取り替えが一層容易となり、作業性を向上することができる。
【００８７】
一般にピンゲージの搭載は作業性を低下させるので、シリコン製遮蔽用基板のみならず更には、従来構成の左右一対のジルコニア製Ｖ溝基板３ａ，ｂにおいても、工作精度は要求されるもののピンゲージ１９ａ，ｂを搭載する両脇のＶ溝部に換えて凸部を設けた構成とすることもできる。
【００８８】
本発明の第３実施例によっても、レーザデブリのジルコニア基板などへの付着を抑えることができる。また、光ファイバ遮蔽基板などの清掃や交換を容易に行うことができ、かつシリコン基板にコートした誘電体多層膜によるＣＯ2レーザ光の透過効果も保つことができ、レーザデブリの蓄積による融着プロセス繰り返しによる融着品質劣化がない効率的な融着が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＯ2レーザ照射による光ファイバ融着接続にあたり、シリコン製遮蔽構造体を設けることによりレーザ照射による光ファイバ整列基板などへのレーザデブリ蓄積を低減し、レーザ照射による光ファイバ整列基板などの損傷劣化を防ぎ、損傷した基板物質などの光ファイバ融着界面への内包や混入を低減でき、融着光ファイバの品質向上に資することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１ａ，１ｂ  融着される光ファイバ
３ａ，３ｂ  光ファイバ整列収容Ｖ溝基板
４  治具ステージ
５ａ，５ｂ  押さえ板
６ａ，６ｂ  押さえ板保持アーム
７  ＣＯ2レーザ光  
８  ガルバノミラー
９  ＣＯ2レーザ発振器
１１ａ，１１ｂ  光ファイバクランプ
１３ａ，１３ｂ  ｘ−ｙ−ｚ微動機構
１４  融着界面、融着部
１５  遮蔽用基板
１６  遮蔽用押さえ板
１７ａ，１７ｂ  遮蔽用押さえ板保持アーム
１８  治具ステージ
１９ａ１，１９ａ２，１９ｂ１，１９ｂ２  ピンゲージ
２０ａ，ｂ  光ファイバ収容面
２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ  反射防止膜コート
２３ａ，ｂ  レーザデブリ飛散防止用吸気孔
２４  位置決め用吸気孔
２５  吸気通路
２６  シリコン製凸部形成遮蔽用基板
２７ａ，２７ｂ  基板凸部
２８  ヒンジ
２９ａ，２９ｂ  遮蔽用ピンゲージ
【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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