光ファイバ端部構造
【課題】コアが樹脂クラッドで被覆された光ファイバにおいて、クラッドモードを除去した状態でコアに光を伝送することが可能な光ファイバ端部構造を提供する。
【解決手段】光ファイバ端部構造Ｆは、コア１１と、該コア１１を被覆するように設けられた樹脂クラッド１２と、を有する光ファイバ１０と、コア２１と、該コア２１を被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッド２２と、を有するエンドキャップファイバ２０と、上記光ファイバ１０の一端部におけるコア１１と上記エンドキャップファイバ２０のコア２１とを連結する一方、該光ファイバ１０の一端部におけるクラッド１１と該エンドキャップファイバ２０のクラッド２１とを連結しないコア連結部Ｃと、を備えている。
【解決手段】光ファイバ端部構造Ｆは、コア１１と、該コア１１を被覆するように設けられた樹脂クラッド１２と、を有する光ファイバ１０と、コア２１と、該コア２１を被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッド２２と、を有するエンドキャップファイバ２０と、上記光ファイバ１０の一端部におけるコア１１と上記エンドキャップファイバ２０のコア２１とを連結する一方、該光ファイバ１０の一端部におけるクラッド１１と該エンドキャップファイバ２０のクラッド２１とを連結しないコア連結部Ｃと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの一端部にエンドキャップファイバが取り付けられた光ファイバ端部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザーや光学式加速度センサー、光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）等では、ミラー又は光フィルターとして、光ファイバのコア内に回折格子を有する光ファイバブラックグレーティング（Fiber Bragg Grating：以下、ＦＢＧという）が用いられている。
【０００３】
ＦＢＧは、ファイバ中心の石英コアが樹脂からなる樹脂クラッドで被覆された構成の光ファイバであり、所定の領域において、コアに周期的な屈折率変化が設けられた回折格子の構成を有する。
【０００４】
この回折格子は、所定の領域でコアを露出して紫外線を照射してその部分のコアを高屈折率化させることにより形成することができる。このとき、ＦＢＧのクラッドが樹脂で形成されているので、容易にクラッドを剥がして石英コアを露出させることが可能となる。
【０００５】
ところで、光ファイバのコアに光を入射するときクラッドに入射光が漏れてクラッドで光が伝送され、クラッドモードによりクラッドやその周囲に設けられた被覆に損傷を与える虞がある。
【０００６】
光ファイバのクラッドモードを防止するための対策として、特許文献１には、石英コアが石英クラッドで被覆された光ファイバの一端にガラス管が設けられており、ガラス管と石英クラッドとの光屈折率が互いに等しく、且つ、ガラス管の内周面の一端側がクラッドに融着された構成が開示されている。そして、これによればクラッドモード光は、クラッドに融着されたガラス管の一端側の内周面を介して、ガラス管に伝播し、ガラス管を通じて外部へ放射されると記載されている。
【０００７】
特許文献２には、石英コアが石英クラッドで被覆された光ファイバの端末装置として、ファイバ端部において、クラッドの外周に光漏洩部材を設けた構成が開示されている。そして、これによってクラッドモードを吸収することができ、被覆層の損傷を抑制可能であると記載されている。
【特許文献１】特開２００８−１５８０９４号公報
【特許文献２】特開２００１−６６４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２の構成は、例えば石英コアが樹脂クラッドで被覆された構成の光ファイバについては、有効なクラッドモード対策ではない。これらの構成の光ファイバによれば、ガラス管や光漏洩部材でクラッドモードを吸収することができるものの、クラッドモードと同時にコアモードも吸収されてしまうからである。
【０００９】
本発明の目的は、コアが樹脂クラッドで被覆された光ファイバにおいて、クラッドモードを除去した状態でコアに光を伝送することが可能な光ファイバ端部構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光ファイバ端部構造は、コアと、該コアを被覆するように設けられた樹脂クラッドと、を有する光ファイバと、
コアと、該コアを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドと、を有するエンドキャップファイバと、
上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、
を備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、エンドキャップファイバに入射した光のうちエンドキャップファイバの開口数を超えた光の成分はコアから漏れてクラッドモードとなる。クラッドモードは、エンドキャップファイバの側方から放射されたりエアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバのコアに光を伝送することができ、クラッドモードによってクラッドやその他の部材が損傷を受けるのを抑制することができる。
【００１２】
エンドキャップファイバの開口数は上記光ファイバの開口数以下であることが好ましい。
【００１３】
エアクラッドは、エンドキャップファイバのコアの屈折率をｎ、コア径をＴ，及び開口数をＮＡとして、長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ／ｎ）以上であることが好ましい。
【００１４】
また、コア連結部は、長さが４ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバの端部構造によれば、コアと及びそれを被覆するように設けられた樹脂クラッドからなる光ファイバと、コア及びそれを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドからなるエンドキャップファイバと、上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、を備えているので、エンドキャップファイバに入射した光のうちコアから漏れてクラッドモードとなる光はエンドキャップファイバの側方から放射されたり、エアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバのコアに光を伝送することができ、クラッドモードによってクラッドやその他の部材が損傷を受けるのを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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１及び２は、本実施形態にかかる光ファイバ端部構造Ｆを示す。光ファイバ端部構造Ｆは、光ファイバ１０の一端部にエンドキャップファイバ２０が接続されたものであり、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０の接続部分にはコア連結部Ｃが構成されている。
【００１８】
（光ファイバ）
光ファイバ１０は、ファイバ中心のコア１１が樹脂クラッド１２で被覆された構成を有する。光ファイバ１０は、例えば、開口数ＮＡ１が０．２〜０．５、及びファイバ径が２５０〜６００μｍである。この光ファイバ１０は、例えばＦＢＧとして用いられるものである。
【００１９】
コア１１は、例えば、石英ガラス等で形成されている。コア１１が石英ガラスで形成されている場合、純粋石英ガラスで形成されていてもよく、ゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等がドープされて高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよい。コア１１は、例えばコア径が１２５〜４００μｍである。コア１１は、例えば波長１０６０ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が約１．４５である。
【００２０】
なお、光ファイバ１０のコア１１はファイバ中心の第１コアを第２コアが囲うように設けられた構成を有していてもよい。その場合、第１コアは、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等がドープされ高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよく、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｂ）等の希土類元素がドープされていてもよい。また、その場合、例えば、第１コア径が３０〜８０μｍ及び第２コア径が３８０〜４２０μｍである。
【００２１】
樹脂クラッド１２は、コア１１よりも低屈折率の材料で形成されている。樹脂クラッド１２は、光ファイバ１０のクラッドとしての機能に加え、外力からコア１１を保護するための被覆としての機能も備えている。樹脂クラッド１２は、例えば、紫外線硬化型樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂で形成されている。樹脂クラッド１２は、波長１０６０ｎｍの光に対する屈折率が例えば約１．３９である。樹脂クラッド１２は、単一層で構成されていてもよく、また、複数層で構成されていてもよい。被覆層は、層厚さが、例えば５０〜１００μｍである。
【００２２】
光ファイバ１０は、一端部においてクラッドが剥がされてコア１１が露出した部分を有する。コア露出部分は、例えば長さが３〜１０ｍｍである。このコア露出部分が後述するエンドキャップファイバ２０のコア露出部分と共にコア連結部Ｃを構成する。
【００２３】
（エンドキャップファイバ）
エンドキャップファイバ２０は、ファイバ中心のコア２１がエアクラッド２２で被覆された構成を有する。そして、エアクラッド２２の周囲にはサポート層２３が形成されている。エンドキャップファイバ２０は、例えば、開口数ＮＡ２が０．２〜０．５、ファイバ径が２５０〜６００ｍｍ、及び長さが２〜１０００ｍｍである。
【００２４】
エンドキャップファイバ２０のコア２１は、例えば、石英ガラス等で形成されている。コア２１が石英ガラスで形成されている場合、純粋石英ガラスで形成されていてもよく、ゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等がドープされて高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよい。コア２１は、例えばコア径が１２５〜４００μｍである。コア２１は例えば波長が１０６０ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が約１．４５である。
【００２５】
なお、図３に示すように、エンドキャップファイバ２０のコア２１はファイバ中心の第１コア２１ａを第２コア２１ｂが囲うように設けられた構成を有していてもよい。その場合、第１コア２１ａは、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｂ）等がドープされて高屈折率化された構成を有する。また、その場合、例えば、第１コア径が３０〜８０μｍ及び第２コア径が３８０〜４２０μｍである。
【００２６】
エアクラッド２２は、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔（空孔）を含んだ多孔構造に構成されている。複数の細孔のそれぞれは、ファイバ断面において周方向に略均一に配設されている。複数の細孔は、例えば、配設ピッチが２０〜３０μｍに形成され、層数が１〜５層である。複数の細孔のそれぞれは、孔径が例えば１０〜３０μｍに形成されている。相互に隣接する細孔間の隔壁は、壁厚さが例えば０．２〜１μｍに形成されている。
【００２７】
エアクラッド２２は、例えば長さが２〜１０００ｍｍである。エアクラッド２２の最低長さをＬｍｉｎ、エンドキャップファイバ２０のコア径をＴ、屈折率をｎ２、開口数をＮＡ２、コアモードの最大入射角をθｍａｘ（つまり、ＮＡ２）、そのときの出射角をΦｍａｘとおく。このとき、
Φｍａｘ＝θｍａｘ／ｎ２＝ＮＡ２／ｎ２
である。クラッドモードがエアクラッド２２の設けられている部分で必ず反射又は屈折してエアクラッド２２に進入するためには、図４に示すように、
Ｌｍｉｎ＝Ｔ／ｔａｎΦｍａｘ
が成り立つ。上記２式より、
Ｌｍｉｎ＝Ｔ／ｔａｎ（ＮＡ２／ｎ２）
となる。
【００２８】
例えば、エンドキャップファイバ２０のコア径Ｔ＝４００μｍ、開口数ＮＡ２＝０．４、コア２１の屈折率ｎ２＝１．４４である場合、Ｌｍｉｎ≒１．４ｍｍである。以上より、エアクラッド２２の長さは２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
サポート層２３は、多孔構造のエアクラッド２２を保護すると共に、エンドキャップファイバ２０の機械的強度を高める機能を有する。サポート層２３は、例えば石英ガラスで形成されている。サポート層２３は例えば厚さが８０〜１２０μｍである。
【００３０】
なお、サポート層２３の周囲に樹脂等による被覆が設けられていてもよいが、クラッドモードはファイバ側方から放射されるため、その放射によって被覆が損傷を受ける虞があるので、被覆が設けられていないことが好ましい。
【００３１】
エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２は、光ファイバ１０の開口数ＮＡ１と等しい又はそれよりも小さいことが好ましい。エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２よりも大きい入射角でエンドキャップファイバ２０のコア２１に入射された光は、コア２１の内壁で反射しないでエアクラッド２２に進入するので、入射角がＮＡ２以下の光だけがエンドキャップファイバ２０のコア２１を伝送されて光ファイバ１０のコア１１に進入することができる。つまり、ＮＡ２がＮＡ１以下であれば、光ファイバ１０に入射される光が全て入射角がＮＡ１以下となるので、光ファイバ１０のコア１１に入射された光は樹脂クラッド１２に漏れ出すことなくコア１１内壁で全反射されて伝送されることができる。
【００３２】
また、光ファイバ１０の開口数ＮＡ１とエンドキャップファイバ２０との開口数ＮＡ２の差は小さいことが好ましく、両者が等しいことがより好ましい。入射角がＮＡ１以下であれば光が光ファイバ１０に進入してもクラッドモードが生じることなくコア１１内を全反射して伝送可能であるにもかかわらず、入射角がＮＡ２より大きくＮＡ１以下の光は、エンドキャップファイバ２０伝送時にクラッドモードとしてエアクラッド２２で除去されてしまう。そのため、ＮＡ１とＮＡ２との差が大きいと、光ファイバ１０全体としての伝送効率の低下の原因になる。
【００３３】
なお、エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２は、空孔の直径や密度等で制御することができる。空孔の直径が大きい、つまり空孔部分が多いと、コア２１とエアクラッド２２の比屈折率が大きくなるので、開口数ＮＡ２も大きくなる。
【００３４】
エンドキャップファイバ２０は、接続端においてエアクラッド２２が設けられていないコア２１が露出した部分を有する。コア露出部分は、例えば長さが２〜２０ｍｍである。このコア露出部分が光ファイバ１０のコア露出部分と共にコア連結部Ｃを構成する。
【００３５】
（コア連結部）
光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とは、それぞれのコア１１，２１が互いに突き合わされて融着接続され、コア連結部Ｃを構成している。コア連結部Ｃでは、樹脂クラッド１２とエアクラッド２２は設けられておらず、各コア２１が表面に露出している。コア連結部Ｃは、例えば、ファイバ軸方向の長さが４〜２０ｍｍである。
【００３６】
光ファイバ１０のコア連結部Ｃは、外力からの保護や作業者のアイセーフのために、保護筐体（図示せず）内にセットされている。保護筐体は、例えばアルミ製である。保護筐体は、例えば、縦３０〜６０ｍｍ、横１０〜３０ｍｍ、高さが１０〜２０ｍｍ、及び厚さが３〜１０ｍｍである。
【００３７】
エンドキャップファイバ２０に入射されてエアクラッド２２に漏れだした光は、コア連結部Ｃにおいてエアクラッド２２と樹脂クラッド１２とが連結されないでコア１１，２１が露出しているので、エアクラッド２２に吸収されたクラッドモードが樹脂クラッド１２に進入するのを防止することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、光ファイバ１０のコア露出部分及びエンドキャップファイバ２０のコア露出部分がコア連結部Ｃを構成しているとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光ファイバにはコア露出部分が設けられておらず、コア連結部がエンドキャップファイバのコア露出部分のみで構成されている場合でも、コア連結部においてエアクラッドと樹脂クラッドとが連結されていないので、エンドキャップファイバのエアクラッドに漏れだした光を空気中に放出することとなり、樹脂クラッドへの進入を防止することができる。また、逆に、エンドキャップファイバにはコア露出部分が設けられておらず、コア連結部が光ファイバのコア露出部分のみで構成されている場合でも同様である。さらに、光ファイバのコアとエンドキャップファイバのコアとが、石英等からなる裸ファイバを介して接続されている場合でも、同様の効果が得られる。
【００３９】
＜光ファイバ端部構造の形成方法＞
次に、本実施形態に係る光ファイバ端部構造Ｆの形成方法を説明する。
【００４０】
（光ファイバ作製工程）
まず、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法、ロッドインチューブ法等によりプリフォームを形成し、これを線引き炉で加熱、延伸してファイバ素線とする。このとき、延伸と同時に樹脂を被覆し、光ファイバ１０を作製する。
【００４１】
次に、引き伸ばしたファイバ素線に樹脂で被覆を行う。この被覆が樹脂クラッド１２を構成する。こうして光ファイバ１０を作製することができる。
【００４２】
（エンドキャップファイバ作製工程）
まず、エアクラッドを備えた光ファイバ作製する。エアクラッド光ファイバの作製では、コア２１となるための１又は複数本のコア用ロッド、エアクラッド２２の空孔を構成するための複数本のキャピラリ、及びサポート管を用意する。これらはすべて、石英ガラス製である。なお、コア２１を第１コア２１ａ及び第２コア２１ｂで構成する場合には、１又は複数本の第１コア用ロッド及び複数本の第２コア用ロッドを用意する。これらを用いて、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法、ロッドインチューブ法等により、サポート管内の中心位置にコア用ロッドが、その周囲にキャピラリが配置されたプリフォームを得る。
【００４３】
続いて、プリフォームを線引き炉で加熱、延伸することによりエアクラッド光ファイバ素線を作製する。
【００４４】
次に、エアクラッド光ファイバを、ファイバカッター等を用いて例えば５０ｍｍ程度に切断し、エンドキャップファイバ２０を得る。
【００４５】
（コア連結工程）
次に、光ファイバ１０のコア１１とエンドキャップファイバ２０のコア２１との接続方法を説明する。
【００４６】
まず、光ファイバ１０の端部において、所定長さの樹脂クラッド１２を剥がしてコア１１を露出させる。具体的には、光ファイバ１０の端から２０ｍｍ程度を被覆除去の専用工具などを用いて剥離する。
【００４７】
一方、エンドキャップファイバ２０の光ファイバ１０との接続端においても、所定長さのエアクラッド２２を剥がしてコア２１を露出させる。具体的には、サポート層にガラス切り又はレーザーを照射して傷を入れ、指でサポート層を引っ張って引き抜く。なお、長いエアクラッド光ファイバを切断してエンドキャップファイバ２０とする際にすでに切断面においてコア露出部分が形成されているときには、この工程は省略可能である。
【００４８】
続いて、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とを、光ファイバ融着接続器にセットして、互いの光軸が一致するように軸合わせを行い、アーク放電等によって融着して両者を接続する。これにより、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とのコア同士を連結することができる。
【００４９】
最後に、接続部分を保護するために、例えばアルミ製の保護筐体に接続部分を収納する。こうして、光ファイバ１０にエンドキャップファイバ２０が取り付けられた構成の光ファイバ端部構造Ｆを形成できる。
【００５０】
（本実施形態の効果）
従来の構成の光ファイバによれば、光ファイバの開口数よりも大きな入射角で光を入射すると、コア内壁で全反射できずにクラッドモードとなり、樹脂クラッドが損傷を受ける問題がある。特に、光コンバイナ等の入射端側から出射端側に向かうに従って縮径するテーパ状の構成の光学部品から本実施形態の光ファイバに光が入射される場合には、テーパ状の内面で反射を繰り返して伝送されることによって光の入射角が大きくなり、クラッドモードによる被覆の損傷の問題がより深刻となる。
【００５１】
しかしながら、本実施形態の光ファイバ端部構造Ｆによれば、コア１１と及びそれを被覆するように設けられた樹脂クラッド１２からなる光ファイバ１０と、コア２１及びそれを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッド２２からなるエンドキャップファイバ２０と、上記光ファイバ１０の一端部におけるコア１１と上記エンドキャップファイバ２０のコア２１とを連結する一方、該光ファイバ１０の一端部における樹脂クラッド１２と該エンドキャップファイバ２０のエアクラッド２２とを連結しないコア連結部Ｃと、を備えているので、エンドキャップファイバ２０に入射した光のうちコア２１から漏れてクラッドモードとなる光はエンドキャップファイバの側方から放射されたり、エアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバ１０のコア１１に光を伝送することができ、クラッドモードによって樹脂クラッド１２やその他の部材が損傷を受けるのを抑制することができる。
【００５２】
エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２が光ファイバ１０の開口数ＮＡ１以下である場合、光ファイバ１０に入射してクラッドモードとなる光（つまり、入射角がＮＡ１よりも大きい光）は開口数がＮＡ２であるエンドキャップファイバ２０のエアクラッド２２で吸収されるので、より効率よくクラッドモードを除去することができる。
【００５３】
また、エアクラッド２２の長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ２／ｎ２）以上である場合、クラッドモードはエンドキャップファイバ２０内でエアクラッド２２が設けられている部分で必ずコア２１内壁に衝突するので、より効率よくクラッドモードを除去することができる。
【００５４】
さらに、コア連結部Ｃの長さが４ｍｍ以上であるので、エアクラッド２２で吸収されたクラッドモードの光ファイバ１０の樹脂クラッド１２への進入を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本発明は、光ファイバの一端部にエンドキャップファイバが取り付けられた光ファイバ端部構造について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態の光ファイバ端部構造を示す図である。
【図２】本実施形態の光ファイバ端部構造を示す断面図である。
【図３】本実施形態の変形例の光ファイバ端部構造を示す図である。
【図４】エアクラッドの長さの説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｃ コア連結部
Ｆ 光ファイバ端部構造
１０ 光ファイバ
１１ コア
１２ 樹脂クラッド
２０ エンドキャップファイバ
２１ コア
２２ エアクラッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの一端部にエンドキャップファイバが取り付けられた光ファイバ端部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザーや光学式加速度センサー、光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ）等では、ミラー又は光フィルターとして、光ファイバのコア内に回折格子を有する光ファイバブラックグレーティング（Fiber Bragg Grating：以下、ＦＢＧという）が用いられている。
【０００３】
ＦＢＧは、ファイバ中心の石英コアが樹脂からなる樹脂クラッドで被覆された構成の光ファイバであり、所定の領域において、コアに周期的な屈折率変化が設けられた回折格子の構成を有する。
【０００４】
この回折格子は、所定の領域でコアを露出して紫外線を照射してその部分のコアを高屈折率化させることにより形成することができる。このとき、ＦＢＧのクラッドが樹脂で形成されているので、容易にクラッドを剥がして石英コアを露出させることが可能となる。
【０００５】
ところで、光ファイバのコアに光を入射するときクラッドに入射光が漏れてクラッドで光が伝送され、クラッドモードによりクラッドやその周囲に設けられた被覆に損傷を与える虞がある。
【０００６】
光ファイバのクラッドモードを防止するための対策として、特許文献１には、石英コアが石英クラッドで被覆された光ファイバの一端にガラス管が設けられており、ガラス管と石英クラッドとの光屈折率が互いに等しく、且つ、ガラス管の内周面の一端側がクラッドに融着された構成が開示されている。そして、これによればクラッドモード光は、クラッドに融着されたガラス管の一端側の内周面を介して、ガラス管に伝播し、ガラス管を通じて外部へ放射されると記載されている。
【０００７】
特許文献２には、石英コアが石英クラッドで被覆された光ファイバの端末装置として、ファイバ端部において、クラッドの外周に光漏洩部材を設けた構成が開示されている。そして、これによってクラッドモードを吸収することができ、被覆層の損傷を抑制可能であると記載されている。
【特許文献１】特開２００８−１５８０９４号公報
【特許文献２】特開２００１−６６４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２の構成は、例えば石英コアが樹脂クラッドで被覆された構成の光ファイバについては、有効なクラッドモード対策ではない。これらの構成の光ファイバによれば、ガラス管や光漏洩部材でクラッドモードを吸収することができるものの、クラッドモードと同時にコアモードも吸収されてしまうからである。
【０００９】
本発明の目的は、コアが樹脂クラッドで被覆された光ファイバにおいて、クラッドモードを除去した状態でコアに光を伝送することが可能な光ファイバ端部構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光ファイバ端部構造は、コアと、該コアを被覆するように設けられた樹脂クラッドと、を有する光ファイバと、
コアと、該コアを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドと、を有するエンドキャップファイバと、
上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、
を備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、エンドキャップファイバに入射した光のうちエンドキャップファイバの開口数を超えた光の成分はコアから漏れてクラッドモードとなる。クラッドモードは、エンドキャップファイバの側方から放射されたりエアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバのコアに光を伝送することができ、クラッドモードによってクラッドやその他の部材が損傷を受けるのを抑制することができる。
【００１２】
エンドキャップファイバの開口数は上記光ファイバの開口数以下であることが好ましい。
【００１３】
エアクラッドは、エンドキャップファイバのコアの屈折率をｎ、コア径をＴ，及び開口数をＮＡとして、長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ／ｎ）以上であることが好ましい。
【００１４】
また、コア連結部は、長さが４ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光ファイバの端部構造によれば、コアと及びそれを被覆するように設けられた樹脂クラッドからなる光ファイバと、コア及びそれを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドからなるエンドキャップファイバと、上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、を備えているので、エンドキャップファイバに入射した光のうちコアから漏れてクラッドモードとなる光はエンドキャップファイバの側方から放射されたり、エアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバのコアに光を伝送することができ、クラッドモードによってクラッドやその他の部材が損傷を受けるのを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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１及び２は、本実施形態にかかる光ファイバ端部構造Ｆを示す。光ファイバ端部構造Ｆは、光ファイバ１０の一端部にエンドキャップファイバ２０が接続されたものであり、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０の接続部分にはコア連結部Ｃが構成されている。
【００１８】
（光ファイバ）
光ファイバ１０は、ファイバ中心のコア１１が樹脂クラッド１２で被覆された構成を有する。光ファイバ１０は、例えば、開口数ＮＡ１が０．２〜０．５、及びファイバ径が２５０〜６００μｍである。この光ファイバ１０は、例えばＦＢＧとして用いられるものである。
【００１９】
コア１１は、例えば、石英ガラス等で形成されている。コア１１が石英ガラスで形成されている場合、純粋石英ガラスで形成されていてもよく、ゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等がドープされて高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよい。コア１１は、例えばコア径が１２５〜４００μｍである。コア１１は、例えば波長１０６０ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が約１．４５である。
【００２０】
なお、光ファイバ１０のコア１１はファイバ中心の第１コアを第２コアが囲うように設けられた構成を有していてもよい。その場合、第１コアは、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等がドープされ高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよく、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｂ）等の希土類元素がドープされていてもよい。また、その場合、例えば、第１コア径が３０〜８０μｍ及び第２コア径が３８０〜４２０μｍである。
【００２１】
樹脂クラッド１２は、コア１１よりも低屈折率の材料で形成されている。樹脂クラッド１２は、光ファイバ１０のクラッドとしての機能に加え、外力からコア１１を保護するための被覆としての機能も備えている。樹脂クラッド１２は、例えば、紫外線硬化型樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂で形成されている。樹脂クラッド１２は、波長１０６０ｎｍの光に対する屈折率が例えば約１．３９である。樹脂クラッド１２は、単一層で構成されていてもよく、また、複数層で構成されていてもよい。被覆層は、層厚さが、例えば５０〜１００μｍである。
【００２２】
光ファイバ１０は、一端部においてクラッドが剥がされてコア１１が露出した部分を有する。コア露出部分は、例えば長さが３〜１０ｍｍである。このコア露出部分が後述するエンドキャップファイバ２０のコア露出部分と共にコア連結部Ｃを構成する。
【００２３】
（エンドキャップファイバ）
エンドキャップファイバ２０は、ファイバ中心のコア２１がエアクラッド２２で被覆された構成を有する。そして、エアクラッド２２の周囲にはサポート層２３が形成されている。エンドキャップファイバ２０は、例えば、開口数ＮＡ２が０．２〜０．５、ファイバ径が２５０〜６００ｍｍ、及び長さが２〜１０００ｍｍである。
【００２４】
エンドキャップファイバ２０のコア２１は、例えば、石英ガラス等で形成されている。コア２１が石英ガラスで形成されている場合、純粋石英ガラスで形成されていてもよく、ゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等がドープされて高屈折率化された石英ガラスで形成されていてもよい。コア２１は、例えばコア径が１２５〜４００μｍである。コア２１は例えば波長が１０６０ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が約１．４５である。
【００２５】
なお、図３に示すように、エンドキャップファイバ２０のコア２１はファイバ中心の第１コア２１ａを第２コア２１ｂが囲うように設けられた構成を有していてもよい。その場合、第１コア２１ａは、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｂ）等がドープされて高屈折率化された構成を有する。また、その場合、例えば、第１コア径が３０〜８０μｍ及び第２コア径が３８０〜４２０μｍである。
【００２６】
エアクラッド２２は、ファイバ軸方向に延びる多数の細孔（空孔）を含んだ多孔構造に構成されている。複数の細孔のそれぞれは、ファイバ断面において周方向に略均一に配設されている。複数の細孔は、例えば、配設ピッチが２０〜３０μｍに形成され、層数が１〜５層である。複数の細孔のそれぞれは、孔径が例えば１０〜３０μｍに形成されている。相互に隣接する細孔間の隔壁は、壁厚さが例えば０．２〜１μｍに形成されている。
【００２７】
エアクラッド２２は、例えば長さが２〜１０００ｍｍである。エアクラッド２２の最低長さをＬｍｉｎ、エンドキャップファイバ２０のコア径をＴ、屈折率をｎ２、開口数をＮＡ２、コアモードの最大入射角をθｍａｘ（つまり、ＮＡ２）、そのときの出射角をΦｍａｘとおく。このとき、
Φｍａｘ＝θｍａｘ／ｎ２＝ＮＡ２／ｎ２
である。クラッドモードがエアクラッド２２の設けられている部分で必ず反射又は屈折してエアクラッド２２に進入するためには、図４に示すように、
Ｌｍｉｎ＝Ｔ／ｔａｎΦｍａｘ
が成り立つ。上記２式より、
Ｌｍｉｎ＝Ｔ／ｔａｎ（ＮＡ２／ｎ２）
となる。
【００２８】
例えば、エンドキャップファイバ２０のコア径Ｔ＝４００μｍ、開口数ＮＡ２＝０．４、コア２１の屈折率ｎ２＝１．４４である場合、Ｌｍｉｎ≒１．４ｍｍである。以上より、エアクラッド２２の長さは２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
サポート層２３は、多孔構造のエアクラッド２２を保護すると共に、エンドキャップファイバ２０の機械的強度を高める機能を有する。サポート層２３は、例えば石英ガラスで形成されている。サポート層２３は例えば厚さが８０〜１２０μｍである。
【００３０】
なお、サポート層２３の周囲に樹脂等による被覆が設けられていてもよいが、クラッドモードはファイバ側方から放射されるため、その放射によって被覆が損傷を受ける虞があるので、被覆が設けられていないことが好ましい。
【００３１】
エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２は、光ファイバ１０の開口数ＮＡ１と等しい又はそれよりも小さいことが好ましい。エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２よりも大きい入射角でエンドキャップファイバ２０のコア２１に入射された光は、コア２１の内壁で反射しないでエアクラッド２２に進入するので、入射角がＮＡ２以下の光だけがエンドキャップファイバ２０のコア２１を伝送されて光ファイバ１０のコア１１に進入することができる。つまり、ＮＡ２がＮＡ１以下であれば、光ファイバ１０に入射される光が全て入射角がＮＡ１以下となるので、光ファイバ１０のコア１１に入射された光は樹脂クラッド１２に漏れ出すことなくコア１１内壁で全反射されて伝送されることができる。
【００３２】
また、光ファイバ１０の開口数ＮＡ１とエンドキャップファイバ２０との開口数ＮＡ２の差は小さいことが好ましく、両者が等しいことがより好ましい。入射角がＮＡ１以下であれば光が光ファイバ１０に進入してもクラッドモードが生じることなくコア１１内を全反射して伝送可能であるにもかかわらず、入射角がＮＡ２より大きくＮＡ１以下の光は、エンドキャップファイバ２０伝送時にクラッドモードとしてエアクラッド２２で除去されてしまう。そのため、ＮＡ１とＮＡ２との差が大きいと、光ファイバ１０全体としての伝送効率の低下の原因になる。
【００３３】
なお、エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２は、空孔の直径や密度等で制御することができる。空孔の直径が大きい、つまり空孔部分が多いと、コア２１とエアクラッド２２の比屈折率が大きくなるので、開口数ＮＡ２も大きくなる。
【００３４】
エンドキャップファイバ２０は、接続端においてエアクラッド２２が設けられていないコア２１が露出した部分を有する。コア露出部分は、例えば長さが２〜２０ｍｍである。このコア露出部分が光ファイバ１０のコア露出部分と共にコア連結部Ｃを構成する。
【００３５】
（コア連結部）
光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とは、それぞれのコア１１，２１が互いに突き合わされて融着接続され、コア連結部Ｃを構成している。コア連結部Ｃでは、樹脂クラッド１２とエアクラッド２２は設けられておらず、各コア２１が表面に露出している。コア連結部Ｃは、例えば、ファイバ軸方向の長さが４〜２０ｍｍである。
【００３６】
光ファイバ１０のコア連結部Ｃは、外力からの保護や作業者のアイセーフのために、保護筐体（図示せず）内にセットされている。保護筐体は、例えばアルミ製である。保護筐体は、例えば、縦３０〜６０ｍｍ、横１０〜３０ｍｍ、高さが１０〜２０ｍｍ、及び厚さが３〜１０ｍｍである。
【００３７】
エンドキャップファイバ２０に入射されてエアクラッド２２に漏れだした光は、コア連結部Ｃにおいてエアクラッド２２と樹脂クラッド１２とが連結されないでコア１１，２１が露出しているので、エアクラッド２２に吸収されたクラッドモードが樹脂クラッド１２に進入するのを防止することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、光ファイバ１０のコア露出部分及びエンドキャップファイバ２０のコア露出部分がコア連結部Ｃを構成しているとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光ファイバにはコア露出部分が設けられておらず、コア連結部がエンドキャップファイバのコア露出部分のみで構成されている場合でも、コア連結部においてエアクラッドと樹脂クラッドとが連結されていないので、エンドキャップファイバのエアクラッドに漏れだした光を空気中に放出することとなり、樹脂クラッドへの進入を防止することができる。また、逆に、エンドキャップファイバにはコア露出部分が設けられておらず、コア連結部が光ファイバのコア露出部分のみで構成されている場合でも同様である。さらに、光ファイバのコアとエンドキャップファイバのコアとが、石英等からなる裸ファイバを介して接続されている場合でも、同様の効果が得られる。
【００３９】
＜光ファイバ端部構造の形成方法＞
次に、本実施形態に係る光ファイバ端部構造Ｆの形成方法を説明する。
【００４０】
（光ファイバ作製工程）
まず、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法、ロッドインチューブ法等によりプリフォームを形成し、これを線引き炉で加熱、延伸してファイバ素線とする。このとき、延伸と同時に樹脂を被覆し、光ファイバ１０を作製する。
【００４１】
次に、引き伸ばしたファイバ素線に樹脂で被覆を行う。この被覆が樹脂クラッド１２を構成する。こうして光ファイバ１０を作製することができる。
【００４２】
（エンドキャップファイバ作製工程）
まず、エアクラッドを備えた光ファイバ作製する。エアクラッド光ファイバの作製では、コア２１となるための１又は複数本のコア用ロッド、エアクラッド２２の空孔を構成するための複数本のキャピラリ、及びサポート管を用意する。これらはすべて、石英ガラス製である。なお、コア２１を第１コア２１ａ及び第２コア２１ｂで構成する場合には、１又は複数本の第１コア用ロッド及び複数本の第２コア用ロッドを用意する。これらを用いて、ＯＶＤ法、ＶＡＤ法、ロッドインチューブ法等により、サポート管内の中心位置にコア用ロッドが、その周囲にキャピラリが配置されたプリフォームを得る。
【００４３】
続いて、プリフォームを線引き炉で加熱、延伸することによりエアクラッド光ファイバ素線を作製する。
【００４４】
次に、エアクラッド光ファイバを、ファイバカッター等を用いて例えば５０ｍｍ程度に切断し、エンドキャップファイバ２０を得る。
【００４５】
（コア連結工程）
次に、光ファイバ１０のコア１１とエンドキャップファイバ２０のコア２１との接続方法を説明する。
【００４６】
まず、光ファイバ１０の端部において、所定長さの樹脂クラッド１２を剥がしてコア１１を露出させる。具体的には、光ファイバ１０の端から２０ｍｍ程度を被覆除去の専用工具などを用いて剥離する。
【００４７】
一方、エンドキャップファイバ２０の光ファイバ１０との接続端においても、所定長さのエアクラッド２２を剥がしてコア２１を露出させる。具体的には、サポート層にガラス切り又はレーザーを照射して傷を入れ、指でサポート層を引っ張って引き抜く。なお、長いエアクラッド光ファイバを切断してエンドキャップファイバ２０とする際にすでに切断面においてコア露出部分が形成されているときには、この工程は省略可能である。
【００４８】
続いて、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とを、光ファイバ融着接続器にセットして、互いの光軸が一致するように軸合わせを行い、アーク放電等によって融着して両者を接続する。これにより、光ファイバ１０とエンドキャップファイバ２０とのコア同士を連結することができる。
【００４９】
最後に、接続部分を保護するために、例えばアルミ製の保護筐体に接続部分を収納する。こうして、光ファイバ１０にエンドキャップファイバ２０が取り付けられた構成の光ファイバ端部構造Ｆを形成できる。
【００５０】
（本実施形態の効果）
従来の構成の光ファイバによれば、光ファイバの開口数よりも大きな入射角で光を入射すると、コア内壁で全反射できずにクラッドモードとなり、樹脂クラッドが損傷を受ける問題がある。特に、光コンバイナ等の入射端側から出射端側に向かうに従って縮径するテーパ状の構成の光学部品から本実施形態の光ファイバに光が入射される場合には、テーパ状の内面で反射を繰り返して伝送されることによって光の入射角が大きくなり、クラッドモードによる被覆の損傷の問題がより深刻となる。
【００５１】
しかしながら、本実施形態の光ファイバ端部構造Ｆによれば、コア１１と及びそれを被覆するように設けられた樹脂クラッド１２からなる光ファイバ１０と、コア２１及びそれを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッド２２からなるエンドキャップファイバ２０と、上記光ファイバ１０の一端部におけるコア１１と上記エンドキャップファイバ２０のコア２１とを連結する一方、該光ファイバ１０の一端部における樹脂クラッド１２と該エンドキャップファイバ２０のエアクラッド２２とを連結しないコア連結部Ｃと、を備えているので、エンドキャップファイバ２０に入射した光のうちコア２１から漏れてクラッドモードとなる光はエンドキャップファイバの側方から放射されたり、エアクラッドで散乱吸収されたりする。このため、クラッドモードを除去した状態で光ファイバ１０のコア１１に光を伝送することができ、クラッドモードによって樹脂クラッド１２やその他の部材が損傷を受けるのを抑制することができる。
【００５２】
エンドキャップファイバ２０の開口数ＮＡ２が光ファイバ１０の開口数ＮＡ１以下である場合、光ファイバ１０に入射してクラッドモードとなる光（つまり、入射角がＮＡ１よりも大きい光）は開口数がＮＡ２であるエンドキャップファイバ２０のエアクラッド２２で吸収されるので、より効率よくクラッドモードを除去することができる。
【００５３】
また、エアクラッド２２の長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ２／ｎ２）以上である場合、クラッドモードはエンドキャップファイバ２０内でエアクラッド２２が設けられている部分で必ずコア２１内壁に衝突するので、より効率よくクラッドモードを除去することができる。
【００５４】
さらに、コア連結部Ｃの長さが４ｍｍ以上であるので、エアクラッド２２で吸収されたクラッドモードの光ファイバ１０の樹脂クラッド１２への進入を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本発明は、光ファイバの一端部にエンドキャップファイバが取り付けられた光ファイバ端部構造について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態の光ファイバ端部構造を示す図である。
【図２】本実施形態の光ファイバ端部構造を示す断面図である。
【図３】本実施形態の変形例の光ファイバ端部構造を示す図である。
【図４】エアクラッドの長さの説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｃ コア連結部
Ｆ 光ファイバ端部構造
１０ 光ファイバ
１１ コア
１２ 樹脂クラッド
２０ エンドキャップファイバ
２１ コア
２２ エアクラッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、該コアを被覆するように設けられた樹脂クラッドと、を有する光ファイバと、
コアと、該コアを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドと、を有するエンドキャップファイバと、
上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、
を備えた光ファイバ端部構造。
【請求項２】
請求項１に記載された光ファイバの端部構造において、
上記エンドキャップファイバの開口数が上記光ファイバの開口数以下であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された光ファイバ端部構造において、
上記エアクラッドは、上記エンドキャップファイバのコアの屈折率をｎ、コア径をＴ，及び開口数をＮＡとして、長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ／ｎ）以上であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された光ファイバ端部構造において、
上記コア連結部は、長さが４ｍｍ以上であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【請求項１】
コアと、該コアを被覆するように設けられた樹脂クラッドと、を有する光ファイバと、
コアと、該コアを被覆するように設けられ空孔が形成されたエアクラッドと、を有するエンドキャップファイバと、
上記光ファイバの一端部におけるコアと上記エンドキャップファイバのコアとを連結する一方、該光ファイバの一端部におけるクラッドと該エンドキャップファイバのクラッドとを連結しないコア連結部と、
を備えた光ファイバ端部構造。
【請求項２】
請求項１に記載された光ファイバの端部構造において、
上記エンドキャップファイバの開口数が上記光ファイバの開口数以下であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された光ファイバ端部構造において、
上記エアクラッドは、上記エンドキャップファイバのコアの屈折率をｎ、コア径をＴ，及び開口数をＮＡとして、長さがＴ／ｔａｎ（ＮＡ／ｎ）以上であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された光ファイバ端部構造において、
上記コア連結部は、長さが４ｍｍ以上であることを特徴とする光ファイバ端部構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２１７６６６（Ｐ２０１０−２１７６６６Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６５９１５（Ｐ２００９−６５９１５）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００３２６３）三菱電線工業株式会社 (734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００３２６３）三菱電線工業株式会社 (734)
【Ｆターム（参考）】
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