(57)【要約】【課題】端面の損傷や空孔に充填されたＵＶ硬化型樹脂の陥没を低減することができ、通常のＳＭＦと低損失で接続することができる光ファイバ、光ファイバ端面部構造及び光コネクタを提供する。【解決手段】コア４１の周囲に複数の空孔４３を有する光ファイバにおいて、光ファイバ端部１６に硬化後の２５℃でのヤング率が８〜５００ＭＰａのＵＶ硬化型光透過性樹脂を充填・硬化し、その光ファイバの端面２０を研磨処理した。【選択図】図１
2009002997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲に複数の空孔を有する光ファイバにおいて、上記空孔は、硬化後に８〜５００ＭＰａのヤング率を有するＵＶ硬化型光透過性樹脂が充填・硬化されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、硬化後の樹脂充填長が０．３ｍｍ以上である請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、その前駆体液の粘度が５Ｐａ・ｓ以下である請求項１または２記載の光ファイバ。
【請求項４】
上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、実使用上の温度領域における屈折率が光ファイバ端部を構成するクラッドの屈折率より低い請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、実使用上の温度領域における屈折率が石英ガラスの屈折率より低い請求項１〜４いずれかに記載の光ファイバ。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の光ファイバの端面に、中実のシングルモード光ファイバを接続したことを特徴とする光ファイバの端面部構造。
【請求項７】
請求項１〜５いずれかに記載の光ファイバの端部をフェルールに接着固定したことを特徴とする光コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアの周囲に複数の空孔を有する光ファイバ、その光ファイバの端面に他の光ファイバを接続する端面部構造、及び光ファイバの端部が接着固定された光コネクタの端面で空孔を封止した高信頼な光コネクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、６穴タイプのホーリー光ファイバ（Hole Assisted Fiber：ＨＡＦ）を示す断面図である。
【０００３】
図４に示すように、ＨＡＦ４０は、コア４１とコア４１を覆うクラッド４２からなる光ファイバにおいて、コア４１の周囲のクラッド４２に複数（図では６個）の空孔４３が形成された光ファイバである。
【０００４】
例えば、ＨＡＦ４０は、コア径約１０μｍ、クラッド径φ１２５μｍに形成され、通常（中実）のシングルモード光ファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）と同様に、コア４１にはゲルマニウムが添加され、純粋石英からなるクラッド４２に対する比屈折率差が０．３５％のものである。コア４１の周囲には、内径約φ１０μｍの空孔４３が円周方向に関して等間隔に光ファイバ全長にわたって形成されている。
【０００５】
ＨＡＦ４０の特徴は、空孔４３の屈折率が約１．０であり、実効的な比屈折率差が通常のＳＭＦよりはるかに大きいことから、コア４１への光の閉じ込め効果が高い。また、比屈折率差が大きいと、ＨＡＦ４０を曲げた時に発生する損失が極めて小さい。
【０００６】
ＨＡＦ４０のような空孔付き光ファイバは、その端部の空孔を封止した上でコネクタ化される（光ファイバの端部を光コネクタに固定される）。その方法としては、加熱によって封止する方法や、ＵＶ（紫外線）硬化型樹脂を注入して封止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
具体的には、空孔端末から真空ポンプで減圧しながら加熱手段（ヒータ、放電電極等）を用いて局所的に光ファイバを加熱して外側から空孔を潰して封止した後、必要な長さを隔てた位置（他方の端部）で同様に加熱して空孔を潰し、両端部に所望のコネクタ部品を取り付ける。
【０００８】
他方、ＵＶ硬化型樹脂による封止としては、液状のＵＶ硬化型樹脂（樹脂前駆体）をファイバ端面から注入した後、紫外線を照射して空孔内の液状の樹脂前駆体を硬化させる。ただし、ＵＶ硬化型樹脂の屈折率はクラッドを形成する材質の屈折率より高い。硬化後は通常の光ファイバと同様に、樹脂が充填された光ファイバ端部をフェルールの穴内に挿入して、接着剤でフェルールに固定する。その後、フェルール端面から突き出た光ファイバ端部を研磨し、光コネクタ加工を施す。
【０００９】
空孔に充填するＵＶ硬化型樹脂の粘度は、例えば特許文献２に開示されており、１０Ｐａ・ｓ以上、望ましくは６０Ｐａ・ｓとしている。特許文献２記載の光ファイバでは、樹脂硬化後の研磨作業を考慮せず、またＵＶ硬化型樹脂であるシリコーン接着剤の樹脂充填長が長くなると硬化時に内部気泡が発生することから、比較的短い範囲（樹脂充填長）で制御性良く調整するために樹脂前駆体の粘度を比較的高くしている。
【００１０】
ただし、特許文献１記載の光ファイバは、図５に示すように、屈折率が一様のクラッド５１の中心部を除いて中心部の周囲に直径数μｍの空孔５２が蜂巣状（ハニカム構造状）に３層以上（図では４層）形成され、多数の空孔５２で囲まれた中心部をコア５３とするフォトニック結晶ファイバ（Photonic Crystal Fiber：ＰＣＦ）である。ＰＣＦは、このようなクラッドの多層空間（屈折率の多層構造）を有することにより、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ（Photonic Band Gap：ＰＢＧ）を形成し、ＰＢＧによって光をコアに閉じ込めることができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３２３６２５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の光ファイバ（例えば特許文献１参照）は、空孔に充填するＵＶ硬化型樹脂の屈折率がクラッド部を形成する材料の屈折率より高くしてある。上述のＵＶ硬化型樹脂による封止方法は、空孔が蜂巣状に３層以上形成されたＰＣＦ５０においては有効であるが、図４に示したＨＡＦ４０において、空孔に充填されるＵＶ硬化型光透過性樹脂の屈折率がクラッドより高くなると、コア４１の周囲がサイドコア化して中央のコア４１から光が漏れ出し、実効的な光の伝搬領域であるモードフィールド径（通常はコア径より僅かに大き
い）が極端に大きくなってしまう。そのため、ＵＶ硬化型樹脂を充填した部分はマルチモードファイバ化し伝送損失が大きくなると共に、ＳＭＦと突き合わせ接続する際、ＳＭＦとモードフィールド径（ＭＦＤ）が整合せず接続損失が大きくなってしまう。
【００１３】
また、コアの周囲に複数の空孔を有する光ファイバの端部を光コネクタ加工するためには、空孔に充填される樹脂には種々の特性が要求されるが、従来の光ファイバ（例えば、特許文献１参照）では、充填するＵＶ硬化型光透過性樹脂の性状（屈折率以外のパラメータ）に関して考慮されていなかった。
【００１４】
そのため、ＨＡＦの端部にＵＶ硬化型樹脂を充填した光ファイバの端部を処理（研磨、他の光ファイバとの接続、或いは光コネクタ化等）する際に、その端部に傷が生じる、或いは充填したＵＶ硬化型樹脂が端面で陥没する等の問題が生じていた。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、端面の損傷や空孔に充填されたＵＶ硬化型樹脂の陥没を低減し、通常のＳＭＦと低損失で接続可能な光ファイバ、光ファイバの端面部構造及び光コネクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、コアの周囲に複数の空孔を有する光ファイバにおいて、上記空孔は、硬化後に８〜５００ＭＰａのヤング率を有するＵＶ硬化型光透過性樹脂が充填・硬化されている光ファイバである。
【００１７】
請求項２の発明は、上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、硬化後の樹脂充填長が０．３ｍｍ以上である請求項１記載の光ファイバである。
【００１８】
請求項３の発明は、上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、その前駆体液の粘度が５Ｐａ・ｓ以下である請求項１または２記載の光ファイバである。
【００１９】
請求項４の発明は、上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、実使用上の温度領域における屈折率が上記光ファイバ端部を構成するクラッドの屈折率より低い請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバである。
【００２０】
請求項５の発明は、上記ＵＶ硬化型光透過性樹脂は、実使用上の温度領域における屈折率が石英ガラスの屈折率より低い請求項１〜４いずれかに記載の光ファイバである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれかに記載の光ファイバの端面に、中実のシングルモード光ファイバを接続した光ファイバの端面部構造である。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜５いずれかに記載の光ファイバの端部をフェルールに接着固定した光コネクタである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、端面の損傷や空孔に充填されたＵＶ硬化型樹脂の陥没を低減し、通常のＳＭＦと低損失で接続することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明者らは、研磨作業に十分な樹脂充填長を確保するためには樹脂前駆体の粘度の限定が必要であること、またフェルール先端研磨面を平滑に仕上げるためには硬化後の樹脂の弾性率の限定が必要であることを見出し、本発明に到った。
【００２５】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
本実施形態の光ファイバは、他の光ファイバと突き合わせ接続される、或いは光コネクタを構成して他の光ファイバと接続されるものである。
【００２７】
図１は、本実施形態の光ファイバの端部が光コネクタ化された光コネクタの一部を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、光コネクタは、フェルール１１に光ファイバ１２を装着してなる光コネクタ本体部１０と、光コネクタ本体部１０を収容する図示しないコネクタハウジングとで構成される。
【００２９】
フェルール１１は、光ファイバ１２を挿入する貫通穴を有し、その貫通穴は、光ファイバの被覆部１４を接着剤１５で接着・固定するファイバ接着穴１３と、ファイバ接着穴１３より縮径して形成され、被覆が除去された光ファイバ端部１６が挿入されるファイバ端部挿入穴１７（図では長さ１０μｍ、内径約１２５μｍ）とからなる。図中、１８は、フェルール１１を図示しないコネクタハウジングに固定するための固定用鍔である。
【００３０】
本実施形態の光ファイバ１２は、図４に示したように、クラッド径φ１２５μｍ、コア４１の周囲のクラッド４２に６つの空孔４３が形成された６穴タイプのホーリー光ファイバ（以下、ＨＡＦ）である。
【００３１】
さて、本実施形態のＨＡＦ１２は、ファイバ端部１６に硬化後の２５℃でのヤング率が８〜５００ＭＰａのＵＶ硬化型光透過性樹脂（以下、ＵＶ硬化型樹脂という）を充填・硬化し、端面２０が研磨処理されたものである。
【００３２】
ＨＡＦ１２は、その端面２０から光ファイバ長手方向に所定長（樹脂充填長とする）充填された樹脂充填部１９を有し、樹脂充填長は０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００３３】
ＵＶ硬化型樹脂は、その前駆体液（硬化する前の状態）の室温（２５℃）での粘度が５Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましい。
【００３４】
ＵＶ硬化型樹脂の硬化後の屈折率は、実使用上の温度領域（−３０〜７０℃）において空孔部のガラス（充填されたＵＶ硬化型樹脂の周囲のクラッド）の屈折率より低いことが好ましい。より好ましくは、実使用上の温度領域（−３０〜７０℃）においてクラッド４２を構成する石英ガラス（純粋石英）の屈折率より低いのがよい。
【００３５】
次に、光ファイバ１２を用いたＦＣコネクタの作製手順を説明する。
【００３６】
まず、ＨＡＦ１２の端部の被覆を除去した後、専用のファイバカッタで切断し、ファイバ端面から被覆剥ぎ際までが１２．０ｍｍの切断ファイバ（光ファイバ端部）を得る。専用のファイバカッタは加傷刃が被覆剥ぎ際から１２．０ｍｍに位置するように予め調整されたものである。
【００３７】
切断ファイバを得た後、端面に針等を用いて微量のＵＶ硬化型樹脂を塗布する。ＵＶ硬化型樹脂は、前駆体液の粘度が１．５Ｐａ・ｓ、硬化後の波長１．３μｍでの屈折率が１．４２に調整されたエポキシ系の含フッ素ＵＶ硬化型接着剤である。
【００３８】
端面にＵＶ硬化型樹脂を塗布した後、約９０秒保持してＵＶ硬化型樹脂が毛管現象で空孔内に浸透して行くのを待つ。空孔径φ１０μｍ、前駆体液の粘度１．５Ｐａ・ｓのＵＶ硬化型樹脂を用いた本実施形態のＨＡＦ１２では、約９０秒後の樹脂充填長が４〜５ｍｍであった。保持時間（樹脂浸透に要する時間）は前駆体液の粘度、表面張力及び空孔径に依存するので、ＵＶ硬化型樹脂の種類及び空孔径が本実施形態と異なる場合は、その都度保持時間を決定するのがよい。
【００３９】
端面に残った余剰ＵＶ硬化型樹脂をガーゼ等で払拭して、ＨＡＦ１２の樹脂充填部２１（図２参照）の側面からＵＶ光を照射して浸透した前駆体液を硬化させる。硬化後の室温（２５℃）でのヤング率は９０ＭＰａである。
【００４０】
光ファイバ端部（被覆除去されたガラスファイバ部分）を、その表面をアルコールを含浸させたガーゼ等によって払拭洗浄した後、ＦＣコネクタ用フェルール１１に挿入し、接着剤（エポキシ系接着剤）１５で接着固定する。
【００４１】
図２に示すように、本実施形態では、ＦＣコネクタ用フェルール１１の光ファイバ端部挿入穴１７（内径約１２５μｍ）の長さは１０．０ｍｍであるので、光ファイバ端部１６を固定した段階では、光ファイバ端部１６がフェルール１１の先端から約２ｍｍ突き出た状態で接着固定されることになる。図中、２２は光ファイバ端面に付着し硬化した（払拭洗浄されずに硬化した）ＵＶ硬化型樹脂である。
【００４２】
光ファイバ端部１６を接着固定した後、慣用の光ファイバの端面処理プロセスによって、フェルール１１の先端を研磨することにより、図１の光ファイバ端面２０が形成され、光コネクタ本体部１０が得られる。光コネクタ本体部１０をコネクタハウジングに組み込み光コネクタが得られる。
【００４３】
フェルール１１内の光ファイバ端部１６は見えないが、研磨前の樹脂充填長が約５ｍｍであり、フェルール先端から突き出た約２ｍｍの光ファイバ端部が研磨工程で除去されているので、完成後の樹脂充填長は約３ｍｍである。
【００４４】
研磨後のファイバ端面２０のＵＶ硬化樹脂が充填された部分は、ファイバ端面２０のクラッドの部分に比べてやや陥没するものの、陥没量は０．５μｍ未満であり、研磨面に研磨屑等の取り込みは見られなかった。
【００４５】
検査のためにＨＡＦを内蔵したＦＣコネクタと通常のＳＭＦのＦＣコネクタとの接続損失を測定したところ、波長１．３１μｍで０．１８ｄＢ、波長１．５５μｍで０．１６ｄＢであった。また、反射減衰量は−５５ｄＢｍであり、いずれも通常のＳＭＦ同士を接続した場合の接続損失と同等の値であった。
【００４６】
次に、ＵＶ硬化型樹脂の弾性率、樹脂充填長及びＵＶ硬化型樹脂の前駆体液の粘度の数値範囲の根拠をそれぞれ説明する。
【００４７】
硬化後のヤング率が１〜３００ＭＰａ（１，６，８，１１，２５，５０，１２０，３００ＭＰａ）である複数のＵＶ硬化型エポキシ系樹脂をそれぞれＨＡＦに充填・硬化した後、フェルール１１に接着固定し、研磨処理した端面２０の状況を観察した。その結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2009002997.tif 000003
【００４９】
観察の結果、弾性率１ＭＰａのＵＶ硬化型樹脂を用いた光ファイバ、及び弾性率６ＭＰａのＵＶ硬化型樹脂を用いた光ファイバは、それぞれ研磨中に発生した研磨屑が樹脂に食い込んで残り、ＵＶ硬化型樹脂に食い込んだ研磨屑の影響でガラス面に傷も発生してしまった。ＵＶ硬化型樹脂のヤング率が低いと、初期粗研磨段階で樹脂で封止した端面に食い込んだ比較的粒径の大きな砥石や石英の粒が次工程の並研磨・仕上げ研磨時に樹脂から脱落し、ファイバ端面に深い傷をつけてしまうためである。
【００５０】
また、ＵＶ硬化型樹脂の弾性率１ＭＰａ、６ＭＰａの光ファイバには、ＵＶ硬化型樹脂が充填された空孔部（樹脂充填部１９）に２μｍ以上の陥没が発生すると共に、ＵＶ硬化型樹脂が空孔以外のガラス面に流れて付着し、研磨面を汚染するという問題も発生した。
【００５１】
一方、弾性率が８ＭＰａ以上のＵＶ硬化型樹脂を充填した光ファイバでは研磨傷は発生せず、樹脂封止部２１の陥没量も０．５μｍ未満と問題なく通常ＳＭＦと同様に研磨できた。
【００５２】
また、硬化後のヤング率の上限値を５００ＭＰａとしたのは、硬化後のヤング率が５００ＭＰａを超えるＵＶ硬化型樹脂を用いると、ＵＶ硬化型樹脂が空孔内に浸透しないからである。
【００５３】
表２に、硬化後のヤング率が８〜３００ＭＰａ（８，２５，５０，３００ＭＰａ）である複数のＵＶ硬化型のエポキシ系樹脂を用い、それぞれ樹脂充填長を０．１〜３ｍｍの範囲で変えて充填・硬化した後、フェルールに接着固定し、研磨処理した光ファイバの端面の状況を観察した結果を示す。
【００５４】
【表２】
2009002997.tif 000004
【００５５】
樹脂弾性率５０ＭＰａでは充填長０．１ｍｍ、３００ＭＰａでは０．２ｍｍ以下の時、空孔周囲にＵＶ硬化型樹脂の剥離（接着界面の発生）が見られ、研磨中に研磨液が剥離部分に浸入し、その後研磨液がにじみ出る現象が見られた。
【００５６】
さらに、表３に、これらのフェルールサンプルに−３０〜＋７０℃の温度サイクルを５０サイクル与えた後、剥離の有無を確認した結果を示す。剥離発生の有無は研磨液を端面に付着させた後、不織布で払拭し、研磨液がにじみ出るか否かで判定した。
【００５７】
【表３】
2009002997.tif 000005
【００５８】
樹脂充填長０．１ｍｍのサンプルでは、ヤング率がいずれのサンプルでも剥離が発生し、樹脂充填長０．２ｍｍでは新たに２５ＭＰａ及び５０ＭＰａのサンプルで空孔周囲に剥離が発した。
【００５９】
以上の結果から、弾性率８ＭＰａ以上のＵＶ硬化型樹脂を用いることで、研磨面の傷、樹脂部の陥没は発生しないものの、ＵＶ硬化型樹脂の界面剥離を防ぐためには、ＵＶ硬化型樹脂の充填長を０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００６０】
図３に、前駆体液の粘度が０．５〜１２Ｐａ・ｓ（０．５，１．５，３，５，８，１２Ｐａ・ｓ）である複数種のＵＶ硬化型のエポキシ系樹脂を準備し、内径φ１０μｍの空孔内への表面張力による樹脂充填長（浸透長）の時間依存性を測定した結果を示す。
【００６１】
図３に示すように、樹脂充填開始１０分後の樹脂充填長はそれぞれ、５Ｐａ・ｓの光ファイバで３．０ｍｍ（グラフ３４）、８Ｐａ・ｓの光ファイバで１．３ｍｍ（グラフ３
５）、１２Ｐａ・ｓの光ファイバで０．６ｍｍ（グラフ３６）であった。また、前駆体液の粘度が０．５Ｐａ・ｓ（グラフ３１）、１．５Ｐａ・ｓ（グラフ３２）、３Ｐａ・ｓ（グラフ３３）の各光ファイバにおける樹脂充填長は、樹脂充填開始１０分以内でいずれも８ｍｍ以上あった。
【００６２】
この結果より、実用上必要な樹脂充填長の下限を約３ｍｍ、作業時間の上限を１０分とすると、前駆体液の粘度の上限は室温（２５℃）で５Ｐａ・ｓとするのが好ましい。
【００６３】
本実施形態の光ファイバ１２によれば、ＵＶ硬化型樹脂のヤング率を８〜５００ＭＰａとすることにより、光ファイバ端面２０を通常のＳＭＦの場合と同様に傷無く研磨仕上げでき、それにより他の光ファイバと接続した際の接続損失を低く抑えることができる。また、研磨作業の歩留まりを落とすことなく通常のＳＭＦと同等の研磨生産性を得ることができる。
【００６４】
また、硬化後のＵＶ硬化型樹脂の−３０℃における屈折率を空孔部のガラスの屈折率より低くしたことにより、使用温度範囲内でモードフィールド径が拡大することなく通常のＳＭＦと低損失で突き合わせ接続することができる。
【００６５】
本実施形態の光ファイバ１２は、ＵＶ硬化型樹脂の樹脂充填長を０．３ｍｍ以上としたことにより、研磨作業中或いは温度サイクル時の空孔内面での樹脂剥離を防止でき、高信頼なＨＡＦ用コネクタを得ることができる。
【００６６】
本実施形態の光ファイバ１２は、ＵＶ硬化型樹脂の前駆体液の粘度を５Ｐａ・ｓ以下とすることにより、短時間で空孔内に前駆体液を充填させる（浸透させる）ことができ、光コネクタ組立作業時間の短縮、光コネクタの低コスト化に貢献できる。
【００６７】
また、本実施形態の光ファイバは、通常（中実）のシングルモード光ファイバと接続して端面部構造を構成する。ＨＡＦ１２とＳＭＦとを接続した端面部構造によれば、上述したように、ＨＡＦが研磨傷のないファイバ端面が形成されたものであるから生産性よく端面部構造を作製することができると共に、ＨＡＦの接続端面近傍のモードフィールド径をＳＭＦのモードフィールド径と等しくすることができるので、低損失でＳＭＦと突き合わせ接続することができる。
【００６８】
本実施形態の光コネクタによれば、上述したように、挿入されるＨＡＦが研磨傷のないファイバ端面が形成されたものであるので、生産性よく光コネクタを作製することができると共に、他の光コネクタと低損失で光学的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る好適な実施形態の光コネクタを示す断面図である。
【図２】図１の光コネクタの作製手順において、樹脂充填後・研磨前の状態を示す断面図である。
【図３】前駆体液の粘度と樹脂充填長の相関関係を示すグラフである。
【図４】ホーリー光ファイバを示す断面図である。
【図５】フォトニック結晶ファイバを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  光コネクタ本体部
１１  フェルール
１２  光ファイバ
１６  光ファイバ端部
２０  光ファイバ端面
４１  コア
４２  クラッド
４３  空孔
【図１】
2009002997.tif 000006
【図２】
2009002997.tif 000007
【図３】
2009002997.tif 000008
【図４】
2009002997.tif 000009
【図５】
2009002997.tif 000010