(57)【要約】【課題】３本の細系ファイバからなる光ファイバ束と太径ファイバとを融着接続させた光ファイバモジュールにおいて、融着部における光の損失を抑制する。【解決手段】３本の細径光ファイバ１１が三角形状に束ねられた光ファイバ束１０と１本の太径光ファイバ２０とが、融着接続されている光ファイバモジュール１において、融着部２５における細径光ファイバのコア半径はｒ１、クラッド半径はｒ２であり、太径ファイバのコア半径はＲ１、クラッド半径はＲ２である。これらは以下の式を満たしている。      Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１      ４７．２＜３・ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８【選択図】図１
2009265310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本の細径光ファイバが三角形状に束ねられた光ファイバ束と１本の太径光ファイバとが、融着接続されている光ファイバモジュールにおいて、
前記融着部における細径光ファイバのコア半径がｒ１、クラッド半径がｒ２であり、太径ファイバのコア半径がＲ１、クラッド半径がＲ２であり、
Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１
かつ
４７．２＜３ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８
であることを特徴とする光ファイバモジュール。
【請求項２】
前記細径光ファイバがテーパー型ファイバであり、テーパー率が８５％以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来、複数本の細径光ファイバと、一本の太径光ファイバとを融着接続した光ファイバモジュールに関し、特に３本の細径光ファイバと、一本の太径光ファイバとを融着接続した光ファイバモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数本の細径光ファイバと、一本の太径光ファイバとを融着接続した光ファイバモジュールは、光ファイバ増幅器、カプラ（合波器）、スプリッター（分波器）、クラッド増幅レーザを含む広範囲な光応用分野で使われている。中でも光カプラは光の高出力化に寄与する技術であり、複数のレーザ光をファイバを介して合波することで、高出力のレーザ光源が容易に得られることから、レーザ加工、レーザ加熱、レーザ露光装置等に用いられる。
【０００３】
また、近年、露光器などの産業機器においては、よりレーザ光源の高出力化        が求められ、半導体レーザ単素子では出力が足りない場合には、複数のレーザ素子から射出された光を合波して高出力光を実現している。この場合には、複数のファイバのそれぞれの端部へレーザ素子を結合して、多端を狭いエリアに集束することで、高出力光を得ることができる。
【０００４】
しかし、複数の光ファイバを束ねて輝度を高めるのみでは、コアが複数あるため照射エリアに露光むらができ、不均一なエリア照明となることがある。また、その複数のファイバ１本を取り上げた場合、1本1本のファイバコア部の光密度が大きく、紫外付近の波長の光を導波させる場合は、光出射端面に有機物等が集塵堆積し、くもってしまう等の問題があることがわかっている。
【０００５】
それらを解決するために、複数の光ファイバよりなる光ファイバ束と径の大きい１本のファイバとを融着接続した光ファイバモジュールが使用されることがある。光ファイバ束が、出射端近傍では隣接するファイバ素線同士があらかじめ溶融密着されているものも知られている。
【０００６】
このように、複数本の細径光ファイバを束ねた光ファイバ束と一本の太径光ファイバとを融着接続して光ファイバモジュールを作成する場合、太径光ファイバのクラッド径と、光ファイバ束の外接円とがほぼ同径となるように構成して、融着接続が行われることが多い（特許文献１参照）。例えば、図１０に示すように、３本の細径の光ファイバ９０を束ねた光ファイアバ束９１と一本の太径の光ファイバ９２とを融着接続する場合、融着部においては光ファイバ束９１の外接円と太径の光ファイバ９２の外形とが略同一になるように各光ファイバの太さが設定されることが多い。
【特許文献１】特表２００２−５０６２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、上記の図１０に示すような、光ファイバモジュールを用いて融着部における光の透過率の測定を行った。この測定により、このような光ファイバモジュールでは融着部における光の損失が大きく、透過率がかなり低くなってしまうことが判明した。
【０００８】
このことから、太径の光ファイバの径に対して、細径の光ファイバの径が大きすぎることが考えられるが、融着部における光の損失を抑制するために、太径の光ファイバの径に対して、細径の光ファイバの径をどの程度小さくすればよいかについては不明であり、この形態の光ファイバモジュールの信頼性に影響を及ぼすという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、３本の細径ファイバからなる光ファイバ束と太径ファイバとを融着接続させた光ファイバモジュールにおいて、融着部における光の損失を抑制できる光ファイバモジュー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】
【００１０】
本発明の光ファイバモジュールは、３本の細径光ファイバが三角形状に束ねられた光ファイバ束と１本の太径光ファイバとが、融着接続されている光ファイバモジュールにおいて、
前記融着部における細径光ファイバのコア半径がｒ１、クラッド半径がｒ２であり、太径ファイバのコア半径がＲ１、クラッド半径がＲ２であり、
Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１
かつ
４７．２＜３ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８
であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記細径光ファイバがテーパー型ファイバであれば、テーパー率が８５％以上であることが好ましい。ここでテーパー率とは、細径ファイバのテーパー部の最細径部ファイバ外径をテーパー処理されていない初期のファイバ外径で除算した比で定義している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバモジュールにおいては、３本の細径光ファイバが三角形状に束ねられた光ファイバ束と１本の太径光ファイバとが、融着接続されている光ファイバモジュールにおいて、前記融着部における細径光ファイバのコア半径がｒ１、クラッド半径がｒ２であり、太径ファイバのコア半径がＲ１、クラッド半径がＲ２であり、
Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１
であるため、細径ファイバのコア部分は、全て太径ファイバのコア部分へ融着可能であり、かつ
４７．２＜３ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８
であるため、融着部における光損失が抑制される。
【００１３】
また、前記細径光ファイバ先端にテーパー加工することで、上記関係を満たすように調整することが容易に可能で、上記関係を満たすためにファイバを１から製造（プリフォームより線引き製作）することをしなくてもよく、使用される細径ファイバの径の自由度が向上し、かつテーパー率が８５％以上であれば、テーパー部における損失も抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態である光ファイバモジュール１の概略構成図である。図１に示すように、光ファイバモジュール１は３本の細径光ファイバ１１が三角形状に束ねられた光ファイバ束１０と１本の光ファイバ２０とが融着部２５で融着接続されている。図２は融着部２５の模式図である。この図２に示すように、細径ファイバ１１は、コア１２およびクラッド１３とから構成され、コア１２の半径はｒ１、クラッド１３の半径はｒ２である。光ファイバ２０は、コア２１およびクラッド２２とから構成され、コア２１の半径はＲ１、クラッド２２の半径はＲ２である。
【００１５】
ところで、前述したように、本発明者は、３本の細径ファイバからなる光ファイバ束と太径ファイバとを融着接続させた光ファイバモジュールにおいて融着部における光の損失がかなり大きいことから、太径の光ファイバのクラッド径に対して、細径の光ファイバのクラッド径をどのように定めればよいのかについて検討した。まず、融着部における損失の原因について検討し、損失の原因のひとつが、太径ファイバの中心付近において、融着時にファイバが十分に溶融されない状態が生じて、図３に示すように一部のコアが融着されないエリア９９が生じることにあることを突き止めた。融着接続は、外側から熱エネルギーを加えることにより融着を行うが、３本の細径光ファイバを束ねた光ファイバ束と太径光ファイバと接続する場合には、光ファイバ束の断面が円のように安定した形状でないため熱変形しやすくなる。光ファイバ束の断面積が大きい場合、断面形状の変形を防止するためには、断面を完全に溶融させるため十分な熱エネルギーを加えることができず、このような融着されないエリア９９が生じると考えられる。
【００１６】
本発明者は、測定に先立ち、まず光ファイバの融着部における断面積の比率であるスプライス比Ｓを以下の式（３）のように定義した。
【００１７】
Ｓ＝３・ｒ１２／Ｒ１２      （３）
そして、このスプライス比Ｓを種々変化させて、スプライス比Ｓと融着部における透過率の関係を測定した。この測定においては、光ファイバ束のそれぞれの細径光ファイバ側から光を入射し、太径ファイバ側へ透過した光の透過率を測定した。その結果を図４に示す。同図において黒点印が測定点である。実線は、この黒点印で示す測定点のうちスプライス比Ｓが大きく、透過率が低い測定点から求めた漸近線であり、点線はスプライス比Ｓが小さく、透過率が低い測定点から求めた漸近線である。
【００１８】
実線で示すように、スプライス比Ｓが所定値より大きくなると、透過率が低くなっていることがわかる。透過率をＴとすると、実線は下記の式（４）で表すことができる。
【００１９】
Ｔ＝-2.99・Ｓ＋  2.85    （４）
この式（４）から、スプライス比Ｓが６１．８より小さい場合に、透過率Ｔが１（１００％）に近くなることがわかる。このため、スプライス比Ｓ＜６１．８であることが望ましいことがわかる。
【００２０】
また、点線で示すように、スプライス比Ｓが所定値より小さくなると、透過率が低くなっていることがわかる。このような場合に融着部における模式図を図５に示す。発明者は、このスプライス比Ｓが小さい場合の損失の原因について検討し、損失の原因のひとつが、スプライス比が小さくなると、放電融着時のファイバ溶融がコアとクラッドの境界の拡散を引き起こすことにあることを突き止めた。この点線は下記の式（５）で表すことができる。
【００２１】
Ｔ＝0.66・Ｓ＋  0.69      （５）
この式（５）から、スプライス比Ｓが４７．２より大きい場合に、透過率Ｔが１（１００％）に近くなることがわかる。このため、スプライス比Ｓ＞４７．２であることが望ましいことがわかる。
【００２２】
これらの式（４）および式（５）からスプライス比Ｓ＝３・ｒ２２／Ｒ２２は、４７．２より大きく、６１．８より小さいことが望ましいと言える。
【００２３】
本実施の形態においては、細径ファイバ１１のコア１２の半径ｒ１、クラッド１３の半径ｒ２と太径ファイバ２０のコア２１の半径Ｒ１、クラッド２２の半径Ｒ２とは以下の式（１）および式（２）を満たしている。
【００２４】
Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１          （１）
４７．２＜３・ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８     （２）
なお、上記の式（１）は、細径ファイバのコア部分は、全て太径ファイバのコア部分へ融着可能であるための条件であり、この式（１）を満たす場合には、融着部において損失がない場合には、細径ファイバ１１のコア１２から射出された光は、全て太径ファイバ２０のコア２１へ入射することができる。
【００２５】
また、光ファイバモジュール１においては、スプライス比Ｓ＝３・ｒ２２／Ｒ２２が式（２）を満たしているため、融着部における光の損失を抑制できる。
【００２６】
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態である光ファイバモジュール２について説明する。図６は第２の実施の形態である光ファイバモジュール１の概略構成図である。図６に示すように、光ファイバモジュール２は３本のテーパー型ファイバ３１が三角形状に束ねられたテーパー型光ファイバ束３０と１本の光ファイバ２０とが融着部３５で融着接続されている。図７は融着部３５の模式図である。この図７に示すように、テーパーファイバ３１は、コア３２およびクラッド３３とから構成され、融着部３５におけるコア３２の半径はｒ１、クラッド３３の半径はｒ２である。光ファイバ２０は、コア２１およびクラッド２２とから構成され、コア２１の半径はＲ１、クラッド２２の半径はＲ２である。
【００２７】
本実施の形態においても、第１の実施似形態と同様に、テーパー型ファイバ３１の融着部におけるコア半径ｒ１、クラッド半径ｒ２と太径ファイバ２０のコア半径Ｒ１、クラッド半径Ｒ２とは以下の式（１）および式（２）を満たしている。
【００２８】
Ｒ１＞(ｒ２／ｃｏｓ３０°)+ｒ１          （１）
４７．２＜３・ｒ２２／Ｒ２２＜６１．８     （２）
以下、光ファイバモジュール２の製造方法について説明する。まず、テーパー型光ファイバ束３１を作成する。３本の同一の光ファイバを、三角形状に束ね、その３本ファイバ束の一部を延伸加熱器にて加熱しながら引っ張りテンションをかけて隣接している部分を溶融密着させる。この溶融延伸により、３本ファイバ束の一部に図８に示すようなテーパー部が生じる。その後、このテーパー部の中心部を切断する。
【００２９】
切断する際には、まず、テーパー部の中心部へダイアモンド刃の先端を接触させ、３本のファイバの内いずれか１本のクラッド円周上に傷を入れる。その後、ファイバ束を一直線上に伸ばしたまま、１ｍｍ／秒以下のスピードで延伸していく。断続的に引っ張り→停止→引っ張り→停止→…を繰り返し、ファイバが切れるまで続ける。ファイバが切断すると、クリーブ面が得られる。なお、溶融の際の延伸量により、テーパー率が制御できる。すなわちテーパーをかけた後のファイバ直径を制御することができる。
【００３０】
切断（クリーブ）した端面の観察と洗浄を行い、端面をコンタミ等の汚れがない状態に仕上げる。また、太径ファイバを用意し、一端を切断（クリーブ）し、端面の汚れを除去する。光ファイバ束のクリープ面と、太径ファイバのクリープ面とを対面突き合わせ状態にセットし、光ファイバ融着器（フジクラ社製ＦＳＭ−４０ＰＭ）を用いて電極（アーク）放電により融着接続する。その際、放電のプロファイル（強度、時間等）をファイバの形態に併せて作成・調整する。
【００３１】
なお、図８に示すような、一部にテーパー部を形成した光ファイバに対して、片方から光を入射して、もう片方から出る光をフォトディテクターで受けると、テーパー率に依存した出力変化（損失）を測定することができる。本発明者は、このテーパー率を種々変化させて、波長４００〜４１０ｎｍのレーザ光源を用いてテーパー率と損失の関係を測定した。その結果を図９に示す。この図からテーパー率が８５％を下回ると、テーパーによる損失が顕著になることがわかる。
【００３２】
本実施の形態においては、テーパー型光ファイバ束３０を用いているため、テーパー型ファイバ３１の径の自由度が向上し、かつテーパー率が８５％以上であるため、テーパー部における損失も抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施の形態における光ファイバモジュールの概略構成図
【図２】融着部の模式図
【図３】融着部の模式図
【図４】スプライス比と透過率の関係を示す図
【図５】融着部の模式図
【図６】第１の実施の形態における光ファイバモジュールの概略構成図
【図７】融着部の模式図
【図８】テーパー形成の際の状態図
【図９】テーパー率と透過損失の関係を示す図
【図１０】従来における光ファイバモジュールの融着部の模式図
【符号の説明】
【００３４】
１、２    光ファイバモジュール  合波光源
１０    光ファイバ束
１１    細径光ファイバ
１２、２１、３２    コア
１３、２２、３３    クラッド
２０    太径光ファイバ
２５、３５    融着部
３０    テーパー型光ファイバ束
３１    テーパー型光ファイバ
ｒ１、Ｒ１    コア半径
ｒ２、Ｒ２    クラッド半径
【図１】
2009265310.tif 000003
【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】
2009265310.tif 000009
【図８】
2009265310.tif 000010
【図９】
2009265310.tif 000011
【図１０】
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