CN101281278A - 光纤端面保护构造 - Google Patents

Abstract

光纤端面保护构造具有：多个光纤，使入射的光从光出射端出射；透光性光学部件，具有与光纤的芯材基本相同的折射率，使从多个光纤的光出射端出射的光从光入射端入射后出射；和保护介质，介于多个光纤的光出射端和透光性光学部件的光入射端之间，用于抑制光出射端和光入射端粘合。透光性光学部件的光入射端面具有多个光纤的光出射端面以上的大小，多个光纤和透光性光学部件经由上述保护介质能够装卸。

Description

光纤端面保护构造

技术领域

本发明涉及到一种光纤的光出射端的保护构造。

背景技术

作为光传送介质而广泛应用的光纤在进行高输出光的传送时，因附着到光纤出射端面的灰尘、污垢会易产生传送损失减小、及附着物发烧焦引起端面损伤，存在稳定性、光束质量下降的问题。尤其是传送450nm以下的能量密度大的短波长光等时，出射端面易被污染。

并且，在光纤中导光时，在光出射端面内，导波光的一部分被反射，产生在光纤内逆行的所谓“返回光”。该返回光与入射光的功率成比例，其功率变大，因此使用高输出的入射光时，即使对光出射端面进行防反射的特殊处理，也会对光纤本身及与其连接的光学设备产生不良影响，这一点是公知的。

特别是使用多个光纤而使来自多个光源的光同时出射的光纤束等情况下，多个光源的功率在光出射端面中集中出射，因此光出射端面的污染物的附着速度及返回光功率较大。并且，在光纤束中，存在返回光对用于使光纤成束的粘合剂等产生影响并造成损伤的可能性，因此优选尽量减少返回光。

专利文献1公开了如下光纤端面构造：无芯光纤熔融连接到光纤的出射端面，在无芯光纤的周围设置具有比无芯光纤的折射率高的折射率的覆盖材料。专利文献1中还记载了：通过无芯光纤可以防止端面损伤，并通过控制无芯光纤长度，在无芯光纤周围从具有比无芯光纤的折射率高的折射率的覆盖材料有效地出射返回光，防止在光纤中的返回光的逆行。

并且，专利文献2公开了如下光纤末端：由具有与芯基本相同且平均的折射率的材料构成的无芯光纤的一个端面粘合到芯-包层构造的光纤的端面而形成，设定无芯光纤的光路长度，使得从光纤入射到无芯光纤的光以无芯光纤的出射端的外径以内的束径出射。根据所述构造，可有效地扩大并出射来自光纤的出射光，增加反射损失，降低返回光量。

专利文献1：日本专利特开2005-303166号公报

专利文献2：国际公开第2004/053547号公报

专利文献1的光纤端面构造及专利文献2的光纤末端中，安装在光纤的出射端的端面保护部件(无芯光纤)均通过熔融等粘合。通过熔融粘合光纤和端面保护部件时，各自的口径差受到限制。熔融的光纤和端面保护部件的口径差较大时，双方的热容量差变大，因此软化速度的差变大，其结果是，在端面保护部件软件过程中，具有较细径的光纤的芯中的掺杂物向包层部扩散。当掺杂物向包层部扩散时，光纤的光闭合效果变差，放射损失增加，光纤本身的传送性能变差。因此，通过熔融粘合的情况下，光纤和端面保护部件的口径差受到限制，难于熔融具有2倍以上口径的端面保护部件。

为了统一保护多个光纤的端面、光纤束的端面，与一个个光纤的口径的2倍以上的端面保护部件熔融。因此，难于通过熔融粘合端面保护部件，专利文献1及专利文献2中也没有记载以多个光纤的端面为对象的情况。

进一步，在污染物附着这一点上，即使保护了光纤出射端，污染速度变慢，但在端面保护部件的出射端也产生同样的现象。因此，端面保护部件优选是可进行维护的可装卸的构造。

作为无需熔融技术等通过热进行软化的步骤、使光纤的光出射端面和端面保护部件连接、且使端面保护部件可装卸的连接方法，包括光学连接，但在光学连接中，对能量密度大的光、特别是450nm以下的短波长光进行导光时、或进行用于去除光纤的出射端的污染物质的UV清洁处理时，在抵接部中，光纤和端面保护部件的构成材料(石英、SiO₂等)产生某些反应而粘合，在装卸时使彼此的抵接面破损，因此本申请人可以确认其难于形成可装卸的构造。

发明内容

本发明鉴于以上事实而产生，其目的在于提供一种可统一保护多个光纤的端面、端面保护部件可装卸的光纤端面保护构造、及具有该光纤端面保护构造的光纤束。

本发明的光纤端面保护构造，具有：多个光纤，使入射的光从光出射端出射；透光性光学部件，具有与该多个光纤的芯材基本相同的折射率，使从上述多个光纤的光出射端出射的光从光入射端入射并出射；和保护介质，介于上述多个光纤的光出射端和上述透光性光学部件的光入射端之间，用于抑制上述光出射端和光入射端粘合，该光纤端面保护构造的特征在于，上述透光性光学部件的光入射端面具有上述多个光纤的光出射端面以上的大小，上述多个光纤和上述透光性光学部件能够经由上述保护介质装卸。

在本说明书中，“透光性光学部件”定义为：在入射到光学部件的光的波长中，具有透过率90％以上的光学部件。

并且，“用于抑制上述光出射端和上述光入射端粘合的保护介质”定义为：防止常温下处于物理抵接状态的光出射端和光入射端在抵接部中各自的构成材料产生化学反应并因熔融等而粘合的保护介质，当以500g重的负荷使光出射端和光入射端抵接后离开时、或从抵接部相对移动时，抑制粘合，以使得在抵接部中，在两个端面产生的附着物或因附着物引起的表面凹凸为λ/2以下(λ是入射的光的起振波长)。

并且，“透光性光学部件的光入射端面具有上述多个光纤的光出射端面以上的大小”是指，透光性光学部件的光入射端面是至少与多个光纤的所有光出射端面抵接的大小。

本发明的光纤端面保护构造在上述入射光为波长190nm～530nm的光时也能够装卸。

优选上述保护介质相对于上述入射光的起振波长具有透光性，优选光导波方向的光路长度是λ/2的整数倍。

在本说明书中，“上述保护介质相对于上述入射光的起振波长具有透光性”定义为：入射光相对于起振波长的透过率为90％以上。

作为上述保持介质，是由单层膜或层叠了多个膜的多层膜构成的膜体，在上述多个光纤的光出射端及/或上述透光性光学部件的光入射端的表面上形成。

上述保护介质优选含有氟化物，进一步优选含有从由YF₃、LiF、MgF₂、NaF、LaF₃、BaF₂、CaF₂、及AlF₃构成的群中选择的至少一种氟化物。

并且，本发明的光纤端面保护构造优选适用于以下情况：上述多个光纤，是将上述多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使入射到该多个光纤的多个光集聚并出射的光纤束。

本发明的光纤束具有上述本发明的光纤端面保护构造。

作为本发明的光纤束的优选方式，包括第1光纤束和第2光纤束，所述第1光纤束具有：集聚功能光纤束部，将多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使分别入射到上述多个光纤的多个入射光集聚并出射；和平均功能光纤部，使来自该集聚功能光纤束部的出射光平均出射，所述第2光纤束，将上述第1光纤束在该第1光纤束的出射端一侧排列并成束，以使多个该第1光纤束集聚并出射，其中，该平均功能光纤部由光纤构成，该光纤至少在该平均功能光纤部的光入射端面上具有比上述集聚功能光纤束部的光出射端面中的光出射区域大的芯部，上述集聚功能光纤束部的光出射端和上述平均功能光纤部的光入射端抵接，上述集聚功能光纤束部和上述平均功能光纤部能够装卸。

并且，作为本发明的光纤束的其他优选方式，第2集聚功能光纤束部的光出射端与构成上述集聚功能光纤束部的多个光纤中的至少一个光纤的光入射端，经由用于抑制该光出射端和该光入射端粘合的保护介质而抵接，所述第2集聚功能光纤束部将多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使分别入射到多个光纤的多个入射光集聚并出射，上述至少一个光纤在该光纤的光入射端面中具有比上述第2集聚功能光纤束部的光出射端面中的光出射区域大的芯部，上述至少一个光纤和上述第2集聚功能光纤束部能够装卸。

本发明的光纤端面保护构造具有使多个光纤的光出射端和透光性光学部件的光入射端经由用于抑制粘合的保护介质而抵接的构造，作为端面保护部件的透光性光学材料能够装卸。在所述构造下，可统一保护多个光纤的光出射端，并且经由用于抑制透光性光学部件和多个光纤的光出射端面粘合的保护介质而抵接，因此对在装卸时端面之间易粘合并破损的450nm以下的短波长的光、及能量密度大的光进行导波时，或对端面实施UV清洁处理时，可不破损端面地装卸透光性光学部件。因此，根据本发明，可提供一种可统一保护多个光纤的光出射端面、且使端面保护部件可装卸的光纤端面保护构造。

附图说明

图1是表示本发明涉及的实施方式的光纤端面保护构造的构成的截面图。

图2是抵接部粘合的光纤的抵接部的截面图。

图3是表示氧化物膜及氟化物膜的波长248nm的脉冲激光的吸收系数和损伤阈值的关系的图。

图4表示光纤束的光出射端面和透光性光学部件的光入射端面。

图5是用于不同保护膜的出射光的光输出特性评价的光设备的主要部分的概要截面图。

图6是表示保护膜膜厚为λ/2、λ/4、λ/6时的出射光的光输出的经时变化的图。

图7是表示保护膜膜厚为λ/6、λ/12时的出射光的光输出的经时变化的图。

图8是表示保护膜的成膜方法为蒸镀法及离子辅助法时的出射光的光输出的经时变化的图。

图9(a)～(d)是表示光纤束的光出射端面中的平均功能光纤部的排列的图。

图10是表示本发明涉及的实施方式的光纤端面保护构造中的优选方式的光纤束的构造的截面图。

图11是图10所示的光纤束的集聚功能光纤束部的光出射端和平均功能光纤部的光入射端的抵接部中的放大截面图。

图12是图10所示的光纤束的集聚功能光纤束部的光出射端面和平均功能光纤部的光入射端面的概要图。

图13(a)及(b)是表示集聚功能光纤束部的光出射端面的排列的图。

图14是来自平均功能光纤部的出射光的近视野图案的强度分布。

图15是表示使图10的光纤束的集聚功能光纤束部为多级构造时的构成的截面图。

图16是图15所示的光纤束的第2集聚功能光纤束部的光出射端和集聚功能光纤束部的光入射端的抵接部的放大截面图。

图17是从实施例1的光纤端面保护构造的光出射端一侧观察到的、抵接面中的光纤束的出射端面。

图18是表示实施例1及比较例1中的出射光功率的经时变化的图。

图19是表示实施例3中的出射光功率的经时变化的图。

具体实施方式

(光纤端面保护构造、光纤束)

参照附图说明本发明的一个实施方式的光纤端面保护构造及光纤束。图1是本实施方式的光纤端面保护构造1的光导波方向截面图。在本说明书中，为了使附图易于识别，构成要素的比例与实际相比进行了适当地改变。

如图1所示，光纤端面保护构造1是光纤束(多个光纤)2的端面保护构造，包括光纤束2、透光性光学部件3、套筒(保持部件)4等，通过透光性光学部件3保护光纤束2的光出射端面。

光纤束2的光出射端21一侧插入到套管2a中，光出射端面21a被研磨加工。光出射端面21a的端面形状只要是减少连接损失的形状即可，没有特别限定，可加工为半球面状、平面状等。透光性光学部件3的光入射端面31a上成膜有保护膜(保护介质)10，在套筒4内，光纤束2的光出射端21和透光性光学部件3的光入射端31经由保护膜10而通过光学连接器抵接。抵接部的抵接压力优选为4.9N～11.8N。由于光纤束2和透光性光学部件3通过光学连接器抵接，因此光纤端面保护构造1可装卸光纤束2和透光性光学部件3。

在光纤束2中导波来的光L1通过光纤束2的光出射端21出射，并经由保护膜10从光入射端31入射到透光性光学部件3内，并从光出射端32出射(L2)。

光纤束2的材质没有特别限定，根据导光的光的波长选择适当的材料即可。例如，对紫外光进行导光时，构成光纤束2的光纤优选以SiO₂、石英等为主要成分的玻璃类光纤。

透光性光学部件3的材质只要是具有与光纤束2的芯材基本相同的折射率的材料即可，与光纤束2一样，可根据导光的光的波长选择适当的材料。

保护膜10是在光入射端面31a上成膜的膜体，用于抑制光纤束2的光出射端21和透光性光学部件3的光入射端31的粘合。保护膜10可直接成膜在光入射端面31a上，也可经由辅助膜成膜。通过光学连接器抵接SiO₂、石英等玻璃类光学部件之间时，导光的光是能量密度大的光、紫外光、例如起振波长190nm～530nm的光的情况下，或对抵接面实施UV清洁处理等的情况下，在抵接部中，两个抵接面的氧化物产生某些反应，反应部分一体化粘合，之后离开时粘合的部分破损，光损失增加，进而成为不可再使用的状态，本申请人通过以下方式确认了这一点。

图2表示对光纤和玻璃进行UV清洁后，以约500g的负荷使该光纤的截面和玻璃抵接，放置了约100小时时的光纤100的抵接面。101是包层，102是芯。103是清洗后通过抵接、挤压光纤100和玻璃(省略图示)而使光纤100和玻璃中含有的石英、氧化物发生反应的地点，是光纤100和玻璃一体化的部分。当反应地点一体化时，在使光纤100和玻璃离开时，反应地点受到很大损伤，或者反应地点附着到光纤100的截面或玻璃上。此外，抵接前的光纤的表面粗糙度Ra＝2[nm]。这种现象在通过光学连接器使光纤抵接时也发生。并且上述现象在表面粗糙度Ra＜5[nm]以下时易于发生，进一步在对能量密度大的短波长的光进行导光时易于发生。

保护膜10用于防止上述现象产生，因此相对入射光L1的起振波长λ具有透光性，并且光纤束2及透光性光学部件3由以SiO₂、石英等为主要成分的玻璃材料构成时，优选在常温下使它们物理抵接时，可抑制光出射端21和光入射端31的粘合。因此，作为保护膜10，优选不易于使光纤束2及透光性光学部件3中含有的SiO₂、石英反应的、对波长190nm～530nm的光呈现惰性的膜，例如含有氟化物的膜。作为氟化物，优选不含有氧(O)的，进一步优选从由YF₃、LiF、MgF₂、NaF、LaF₃、BaF₂、CaF₂、及AlF₃构成的群中选择的至少一种氟化物。这些氟化物相对于波长190nm～410nm的光呈惰性，相对于410nm～530nm的波长其活性镀较差。并且，随着波长变长，其能量密度变小，因此可对410nm以上的波长的光形成良好的保护膜10。

保护膜10可是单层膜，也可是多层膜。是多层膜时，优选保护膜10的最上层含有上述材料，最上层膜以外的下层膜优选含有不含Si的氧化物。

进一步，优选保护膜10的存在引起的光损失越小越好，因此优选对导光的光的波长光吸收较少的材料。图3表示使用波长248nm的脉冲激光时的各种氟化物膜及氧化物膜的吸收系数和其损伤阈值的关系(引用“High damage threshold fluoride UV mirrors made by Ion BeamSputtering”，J.Dijion，et.，al.，SPIE vol.3244，pp406-418，1998)。从该图表可知，相对于紫外光，氟化物膜的损伤阈值较大，因此从光吸收的角度而言，作为保护膜10优选氟化物。进一步，导波的光为紫外光时，如图表所示，在氟化物膜中，YF₃、LiF等的损伤阈值较大，优选使用。

通过上述构造的保护膜10，可防止光纤束2和透光性光学部件3的抵接部中的化学反应，抑制抵接部的损伤。例如，对抵接部以50g以上1kg以下(更优选500g以下)的负荷挤压后使之离开时，可再使用光纤束2和透光性光学部件3，也就是可装卸。

在抵接部中，为了使从光纤束2的光出射端21出射的光全部入射到透光性光学部件3的光入射端31，光入射端面31a具有光出射端面21a以上的大小。图4以透光性光学部件3的形状为棒状、光纤束2在出射端中将多个光纤线状(一维状)排列成束的情况(图4(a))及同心圆状(二维状)成束的情况(图4(b))为例，表示光出射端面21a和光入射端面31a的截面。在图4中，以斜线表示光出射端面21a中的光出射区域及光入射端面31a的光入射区域。光出射端面21a具有比光入射端面31a的斜线部分大的区域即可，当透光性光学部件3为棒状时，光入射端面31a的形状为圆形，因此如图所示，具有含有所有光出射区域的光出射端21a的外切圆以上的大小。

透光性光学部件3优选可从光出射端32出射所有入射的光L1。导波方向的厚度越大，光的扩展越大，因此光出射端面32a的大小优选考虑光纤束2的孔径光阑及厚度来决定。

光纤束2的光出射端面21由透光性光学部件3保护时，基本不会产生在出射端面21a附着灰尘、污垢，但取而代之光出射面32a成为灰尘、污垢的附着面。灰尘、污垢的附着在光的功率密度越小时越难产生，因此透光性光学部件3的导波方向的厚度大、光出射端面32a的大小较大时，光的功率被分散，可减缓污染速度。因此，优选光出射端面32a较大。

如果具有上述光出射端面32a，则透光性光学部件3的形状没有特别限定，而作为广泛使用的廉价的光学部件的形状，包括光入射端面31a和光出射端面32a基本相同的棒状光学部件。在棒状的情况下，要增大光出射端面32a时，光入射端面31a也增大。

如背景技术中所述，熔融时，端面保护部件的光入射端面的大小受限，但本实施方式的光纤端面保护构造1中，作为端面保护部件的透光性光学部件3和光纤束2不熔融，是抵接并可装卸的构造。因此，作为端面保护部件的透光性光学部件3的光入射端面31a的大小没有限制，例如在图4中，可与具有光纤束2的光出射端面21a中的光出射区域的外切圆的直径的2倍以上的直径的透光性光学部件3抵接。因此，可形成统一保护光纤束2这样的多个光纤的光纤端面保护构造，但也可设置透光性光学部件3，以便进一步扩大光入射端面31a，充分降低光出射端面32a的污染速度。

并且，在背景技术中阐述了，传送高输出光时，光纤在光出射端面中反射导波光的一部分而在光纤内逆行产生所谓的返回光，对光纤本身及连接的光学设备产生不良影响。因此，光出射端面32a优选实施防反射的特殊处理。但是，当光的功率变大时，即使进行防反射特殊处理，返回光量的也超过了可忽略对光纤等的影响的范围，因此优选使光出射端面中的反射光尽量不再入射到光纤内，而可从端面保护部件出射到外部。如上所述，如果可扩大作为端面保护部件的透光性光学部件的口径，则可使更多的反射光不再入射到光纤而有效地从端面保护部件出射到外部，因此根据本实施方式，可减少返回光产生的影响。

在本实施方式中，保护膜10成膜在透光性光学部件3的光入射面31a上，但也可成膜在光纤束2的光出射端面21a上，或成膜在光入射端面31a及光出射端面21a两者上。

保护膜10优选不会在装卸透光性光学部件3和光纤束2时从成膜的端面剥离。因此，保护膜10成膜于光出射端面21a或光入射端面31a的任意一个时，成膜有保护膜10的端面和保护膜10的密接性优选大于未成膜有保护膜10的端面和保护膜10的密接性。并且，在两个端面成膜时，成膜有保护膜10的端面和保护膜10的密接性优选大于在两个端面成膜的膜之间的密接性。进一步，保护膜10为多层膜时，构成多层膜的膜之间同样优选密接性高的。

保护膜10的存在引起的光损失除了受到上述保护膜10的材料的影响外，还受到膜厚影响。因此，保护膜10的膜厚优选是不对光损失产生影响的膜厚。作为保护膜10中的光损失的主要原因，包括反射产生的损失、及吸收产生的损失。因此，保护膜10的膜厚优选考虑反射及吸收对光损失的影响而决定。

为了使反射产生的损失最小化，保护膜10的膜厚优选为不对光损失产生影响的膜厚。在光入射端面31a或光纤束2的光出身端面21a的任意一个上成膜有保护膜10时，保护膜10的光导波方向的光路长度(d×N，其中d是光导波方向的膜厚，N是保护膜10的折射率)和被导光的光的波长λ优选满足下述公式(1)。

d×N＝(λ/2)×n  …(1)

(其中n是1以上的整数)

在光入射端面31a及光纤束2的光出射端面21a两者上成膜有保护膜10时，在两者上成膜的保护膜10具有同一折射率时，在公式(1)中，d为保护膜10的总膜厚即可。但是，在两者上成膜时，为了使在两个端面上成膜的保护膜之间不因抵接而反应、或一体化等，各端面上成膜的保护膜10优选至少位于最表面的最上层由不同材料构成。这种情况下，光纤束2的光出射端21a上成膜的保护膜10的膜厚为d_f、同一折射率为N_f、在透光性光学部件3的光入射端31a上成膜的保护膜10的膜厚为d_g、同一折射率为N_g时，优选满足下述公式(2)：

(d_f×N_f)+(d_g×N_g)＝(λ/2)×n…(2)

(其中n为1以上的整数)

为了减少吸收产生的损失，保护膜10优选膜厚较薄。膜厚越大膜的光能量吸收越大，因此保护膜因吸收的能量而热退化，易于产生与之相伴的变色、裂纹等。因此，在上述公式(1)及(2)中优选n为1。

但是，根据吸收对损失的影响程度，和反射的影响相比，吸收的影响较大。此时，在上述公式(1)及(2)中，在比n＝1时的膜厚薄的膜厚下，可减少光损失。

为了研究保护膜10的优选膜厚，制造出图5所示的光设备110，测定使用不同膜厚的保护膜10时的出射光的光输出的经时变化。如图所示，光设备110由光纤111a、111b、套管112a、112b、套筒113等构成，在套筒113内使插入到各套管中的光纤111a、111b经由膜厚d的保护膜10抵接。在抵接面中，套管的端部被研磨为半球面状，保护膜10成膜在光纤111a一侧的端面上。

使用保护膜10的膜厚d为λ/2、λ/4、λ/6的光设备110，测定将波长405nm、输出160mW的激光入射到光纤111a时的、来自光纤111b的出射光的光输出的经时变化。保护膜10的成膜方法使用蒸镀法。图6是表示该测定结果的图，纵轴表示出射光的输出值相对于入射光的输出值的比例。此时，激光通过各膜中的直径约60μm的区域。

如图6所示，膜厚d越小，出射光的光输出下降越少(即光损失越少)。并且，用显微镜观察实验后的各保护膜10时，基本未发现d＝λ/6的膜的外观变化，但d＝λ/4及λ/2的膜确认了激光通过部分的区域的变色。进一步，d＝λ/2的膜在变色部分的周边确认了膜的裂纹。d＝λ/2及d＝λ/4的膜中看到的变色被认为是由于激光的热引起的膜的熔解(热退化)造成的。根据该结果，膜厚d越大，膜对激光的能量吸收越大，膜质因该吸收而变化，光损失变大。

并且，图7表示使保护膜10的膜厚为d＝λ/6及λ/12的MgF₂膜、和上述测定一样测定光损失值的经时变化的结果。保护膜10的成膜通过离子辅助法进行。如图7所示，在d＝λ/6和d＝λ/12的膜中，光输出的变化方式基本相同，在1000小时后的出射光的光输出的下降率均小于10％。

根据该结果，在保护膜10为MgF₂膜、入射的光为波长405nm、输出160mW的激光的情况下，对光损失的影响中，和反射的影响相比，吸收的影响较大，如果保护膜10的膜厚d为λ/6以下，1000小时后的出射光的光输出的下降率控制得小于10％，较为优选。

反射对光损失的影响及吸收对光损失的影响的比率因激光的输出、波长、及保护膜10的材质而不同，存在优选为满足公式(1)或公式(2)时的膜厚的情况，也存在优选膜厚d为λ/6以下的情况。但是，波长190nm～530nm的光的能量密度较大，因此虽然也取决于输出，但保护膜10的膜厚d优选为λ/6以下。此外，在抵接部中，在光入射端面及光输出面两者上成膜有保护膜10时，膜厚是在两者上成膜的保护膜10的膜厚的合计(d＝d_f+d_g)。

保护膜10的成膜方法没有限制，但为了减少保护膜10和成膜的端面之间的界面的光损失，优选成膜前可进行被成膜面的清洁的成膜方法。并且，膜的致密性越高，使光能量密度大的光导波时保护膜10本身的光的能量吸收引起的膜质变化越少，因此优选可成膜为更致密的膜的成膜方法。作为成膜前可清洁被成膜面、且可成膜为致密性高的成膜方法，包括离子辅助法、离子涂覆法、溅射法等。

可以在成膜前进行被成膜面的清洁，且作为可成膜为致密性高的膜的成膜方法，包括离子辅助法、离子涂覆法、溅射法等。

图8表示使用蒸镀法和离子辅助法各方法成膜的膜厚λ/6的保护膜10(MgF₂膜)，和上述测定一样测定光损失值的经时变化的结果。如图8所示，和蒸镀法相比，使用由离子辅助法成膜的保护膜10时，光输出的下降较少，因此优选使用。

在光纤束2中，成束的光纤20的个数、束部的排列图案没有特别限制。作为束部的排列，包括一维状(线状)、二维状(含同心圆状)等，根据要求的出射图案排列即可。图9(a)～(d)表示排列图案的例子。

作为光纤束2的优选方式，包括图10所示的光纤束4。参照图10说明光纤束4。图10是光纤束4的光导波方向的概要截面图。

光纤束4具有第1光纤束部7和第2光纤束部8，所述第1光纤束部7具有：集聚功能光纤束部5，将多个光纤50在光出射端52一侧排列并成束，以使分别入射到多个光纤50的多个入射光L1集聚出射；和平均功能光纤部6，具有使来自集聚功能光纤束部5的出射光平均化地出射的光纤60，所述第2光纤束部8，将多个第1光纤束部的平均功能光纤部7在光出射端82一侧排列并成束，以使来自多个第1光纤束部7的出射光集聚出射。

在图10中，集聚功能光纤束部5的光出射端52和平均功能光纤部6的光入射端61分别插入到套管60a、70a(图10中省略图示)中，在套筒80(保持部件)内经由保护膜10通过光学连接器抵接。因此，集聚功能光纤束部5和平均功能光纤束部6可装卸。

插入到套管50a及60a中的两个端面被研磨加工，其端面形状只要是可减少连接损失的形状即可，没有特别限定，包括半球面状、平面状等。作为套管50a及60a使用SC套管时，作为套筒80可使用SC连接器。

图11是图10的集聚功能光纤束部5的光出射端52和平均功能光纤部6的光入射端61的抵接部中的放大截面图，图12是图10的集聚功能光纤束部5的光出射端面52a和平均功能光纤部6的光入射端61a的概要图。如图12所示，平均功能光纤部6的光纤60至少在光入射端面61a中具有与集聚功能光纤束部5的光出射端面52a中的光出射区域52r同等以上的大小的芯部61r。通过该构成，平均功能光纤部6可全部接收来自集聚功能光纤束部5的出射光，并平均化地出射。

多个光纤50的材料没有特别限制，包括以SiO₂、石英等为主要成分的玻璃类光纤等，可根据入射光L1的波长选择恰当的材料。光纤的种类没有特别限制，考虑到对光源等的应用等，优选为多模光纤。

多个光纤50构成集聚功能光纤束部5，因此为了可高密度地集聚，优选其光纤直径为更细径。但是，光纤直径越小，处理越困难，光纤长度从处理困难性、生产成品率的角度出发也不得不短，因此设计自由度有限。并且，如在背景技术中所述，使非常细的光纤高密度集聚的光纤束的电缆处理非常困难。因此，优选尽量以粗径的光纤形成集聚构造。光纤束4是将平均功能光纤部6进一步成束集聚的二级集聚构造，该平均功能光纤部6使来自集聚功能光纤束部5的出射光平均出射。因此，当要求的光量确定时，这种二级集聚构造和通常的单一集聚构造相比，一次集聚的光纤个数较少即可。即，和单一集聚构造相比，可通过大口径的光纤形成集聚功能光纤束部5。例如，在单一集聚构造的情况下，使外径50μm左右的光纤集聚时，在图10所示的构造下，可以使外径为80μm左右。如果具有这种程度的光纤直径，则光纤长度也可以是易于处理的50cm～1m左右的长度。

并且，当集聚的光纤个数多时，例如超过20根时，不易处理，因此使光纤成束时所使用的粘合剂的量容易产生不均，因该粘合不均，研磨光纤束的光出射端面时产生影响，可能会使研磨状态不稳定。如上所述，光纤束4可减少由集聚功能光纤束部5集聚的光纤的个数，因此可难以产生粘合不均。进一步，针对集聚度的高密度化的要求，通过使下述集聚功能光纤束部为多级构造，可使一个集聚根数在保持易处理性的根数的同时，提高集聚度。

在集聚功能光纤束部5中，多个光纤50的排列图案没有特别限定，但如果是图13(a)及(b)所示的同心圆状(二维状)地紧密结合而成束的排列时，优选易于使细径的光纤成束。最终的出射图案由第2光纤束部8的光出射端82中的平均功能光纤部6的排列图案决定，因此在光纤束4中，可通过易集聚的同心圆状的排列成束。

平均功能光纤部6由一根多模光纤60构成，其材料没有特别限定，由于是使来自多个光纤50成束的集聚功能光纤束部5的出射光平均出射，因此优选是与多个光纤50相同材料的光纤。

如上所述，集聚功能光纤束部5集聚了细径光纤，因此高密度集聚时，因处理困难，无法使光纤长度太长。平均功能光纤部6使来自由多个光纤构成的集聚功能光纤束部5的出射光，通过使由多模光纤构成的光纤60在导光过程中产生的光的干扰、模式之间的相互作用等，而平均地出射，因此光纤60的长度优选较长。因此，可通过平均功能光纤部6调整光纤束整体长度。考虑到导光中的光损失，光纤束60的长度优选为10cm以上5cm以下，进一步优选1m以上5m以下。

来自平均功能光纤部6的出射光通过近视野图案测定其强度分布，平均性较高。图14是作为构成集聚功能光纤束部5的多个光纤50使用芯径60μm、外径80μm的石英类多模光纤4根，作为平均功能光纤部6的光纤60使用芯径230μm、外径250μm的石英类多模光纤而制造的第1光纤束部7中入射光线时的出射光的近视野图案。在图14中，纵轴表示以出射光最大值为1.0、各位置下的输出光相对于最大值的强度比。如图14所示，来自第1光纤束部7的出射光图案在芯部具有基本平均的强度分布。因此，即使是只有第1光纤束部7的构造，也可提供出射光平均性高的光纤束。

光纤束4的光出射端是第2光纤束8的光出射端82。因此，来自光纤束4的出射光L2的出射图案可因光出射端82中的平均功能光纤部6的光纤60的排列而变化(参照图9(a)～(d))。

例如，将长四角的反射镜全体作为照射光源使用时，如图9(a)或(b)所示，以一维状紧密结合的排列图案排列光纤60即可。仅以细径光纤集聚图9(a)或(b)所示的图案时，因处理较难，易于变为无效区域多的出射图案，其结果是，易于变为平均性差的光源。如上所述，本实施方式的光纤束4，在集聚功能光纤束部5中，是易集聚的同心状的排列，通过使易处理的口径大的平均功能光纤部6的光纤60为所需排列并成束，可形成出射图案，因此制造简单，且可出射平均性良好的光。

并且，如图9(d)所示，从离开的出射位置出射多个光线等情况下，在各出射点中，可出射平均性高的光。

光纤束4是集聚功能光纤束部5和平均功能光纤部6通过光学连接器抵接的构造。因此，易于装卸集聚功能光纤束部5和平均功能光纤部6。现有的单一集聚构造等情况下，构成光纤束的多个光纤中，当一根产生故障或功能下降时、或作为光源的规格变更时，必须按照每个光纤束进行更换，与使来自光纤束的出射光入射的光学元件等的位置匹配等也需要届时进行校正。本实施方式的光纤束4可仅装卸集聚功能光纤束部5来进行替换，因此可不使与光学元件等位置匹配的平均功能光纤部6移动地进行维护。

例如，如图9(d)所示，使2点同时发光并分别入射到其他光学系统的情况下，希望按照各点设定出射光强度、波长等时，仅使在各点连接的第1光纤束部7的集聚功能光纤束部5变更为与规格匹配即可，因此无需届时进行各点到光学系统的位置调整等，可自由变更从各点出射的光的特性。

光纤束4如图15所示，第2集聚功能光纤束部9的光出射端92与构成光纤束4的集聚功能光纤束部5的多个光纤50中的至少一个光纤50的光入射端51抵接，上述第2集聚功能光纤束部9将多个光纤90在光纤90的出射端92一侧排列并成束(图16)，以使分别入射到多个光纤90的多个入射光L1集聚出射，从而可形成使集聚功能光纤束部多级化的构造。图15表示使集聚功能光纤束部为二级构造时的例子。此时，至少一个光纤50在光纤50的光入射端面51a中具有大于第2集聚功能光纤束部9的光出射端面92a中的光出射区域92r的芯部51r(参照图12)。

第2集聚光纤束部9具有与光纤束4的集聚功能光纤束部5一样的构造，并且，多级化时的抵接部的构造也和光纤束4一样。因此，和光纤束4一样可装卸，并且由于集聚功能光纤束部多级化，因此可高密度地集聚光。在图15中图示了集聚功能光纤束部为二级构造的情况，通过同样的构造可增加集聚功能光纤束部以进一步多级化。

在光纤束4中，导光的光为光能量密度大的短波长的光等时，在上述抵接部中，同样产生装卸时损伤端面的现象。因此，这种情况下，优选在抵接地点存在保护膜10。

如光纤带4所示，当集聚构造多级化时，返回光影响各集聚部，因此受到影响的地点较多。因此光纤端面保护构造1优选适用于光纤束4。

光纤端面保护构造1具有以上构造。

光纤端面保护构造1具有使光线束(多个光纤)2的光出射端面21和透光性光学部件3的光入射端31经由用于抑制粘合的保护介质10而抵接的构造，作为端面保护部件的透光性光学部件3可装卸。在所述构造中，可统一保护光纤束2的光出射端21a，且经由用于抑制透光性光学部件3和光出射端面21a粘合的保护介质10而抵接，因此在对在装卸时端面之间易粘合而破损的450nm以下的短波长的光、及能量密度大的光进行导波时，或对端面实施UV清洁处理时，可不破损端面地装卸透光性光学部件3。因此，根据本发明，可提供一种可统一保护光纤束2的光出射端面21a、且端面保护部件可装卸的光纤端面保护构造1。

(设计变更)

在本实施方式中，作为多个光纤2以光纤束为例进行了说明，除了光纤束外，例如也可适用于光纤阵列等。

并且，说明了保护介质10为膜体时的情况，但不限为膜体。

(实施例)

说明本发明涉及的实施例。

(实施例1)

如下制造图1所示的光纤端面保护构造。

首先，制造出具有图10所示的二级集聚构造的光纤束。作为集聚功能光纤束部的光纤，准备光纤长度1m、芯径60μm、外径80μm的石英类多模光纤12根，将每四根光纤在一个端部成束，制造出三个集聚功能光纤束部。成束如图9(a)所示，4根光纤二维状结合排列地成束后，通过粘合剂固定。

接着，作为平均功能光纤部的光纤，准备3根芯径205μm、外径250μm的石英类多模光纤，同样使3根光纤的一端成束。成束的排列与集聚功能光纤束部不同，是图13所示的线状(一维状)地紧密结合的排列，在出射端上安装了FC套管。各平均功能光纤部的光入射端面中成膜有由MgF₂构成的保护膜。

将集聚功能光纤束部的光入射端及光出射端、平均功能光纤部的光入射端插入导SC套管中后，通过SC连接器使集聚功能光纤束部的光出射端和平均功能光纤部的光入射端抵接，获得总通道数为12的光纤束。

接着，准备直径6.5mm、长10mm的石英玻璃棒，在一个端面上配置防反射膜，另一个端面上成膜由MgF₂膜构成的保护膜，作为端面保护部件，使光纤束的光出射端面和端面保护部件的成膜有保护膜的面在套筒内抵接，制造出光纤端面保护构造。图17是在获得的光纤端面保护构造中，从光纤端面保护构造的出射端一侧观察抵接面中的光纤束的出射端面的图。

使波长405nm、输出100mW的激光入射到获得的光纤端面保护构造的光纤束的12根的光入射端，测定出射光功率的经时变化(总输入功率1.2W)。

(实施例2)

作为平均功能光纤部的光纤，使用芯径比实施例1大的光纤(芯径230μm、外径250μm)，用同样的方法制造光纤束，并通过同样的端面保护部件制造光纤端面保护构造。和实施例1一样，测定出射光功率的经时变化。

(实施例3)

使用和实施例1一样的光纤端面保护构造，使入射光的总输入功率为4.13W，同样测定出射光功率的经时变化。

(比较例1)

在和实施例1一样的光纤束中，对不具有光纤端面保护构造的装置，和实施例1一样地测定出射光功率的经时变化。

(评价)

图18表示实施例1及比较例1中的出射光功率的经时变化。在图18中，纵轴表示出射光的最大值为1.0、各位置下的输出光相对于最大值的强度比。实施例2中，作为光纤束，使用了比实施例1大口径化的平均功能光纤部，可获得和实施例1基本的相同的结果，因此省略图示。如图所示，具有实施例1的光纤端面保护构造的装置在300小时后输出光功率也基本不会变化，在不具有光纤端面保护构造的比较例1中，不仅很快输出变得不稳定，而且出射光功率随着时间的经过而下降。根据这些结果可知，通过光纤端面保护构造可保护光纤束的出射端面，有效延缓端面污染造成的出射光功率的下降。并且，实施例1中输出基本没有降低，从而可知通过光纤端面保护构造，可有效抑制返回光产生的光纤束的退化。

并且，图19表示实施例3中的出射光功率的经时变化。图19和图18不同，纵轴表示出射光的输出值。在图19中，出射光功率的下降在600小时后也基本不会发生。总输入功率超过4.0W时，可知通过光纤端面保护构造可有效延缓端面污染引起的出射光功率的下降。

从以上结果可知，本发明的光纤端面保护构造是有效的。

本发明的光纤端面保护构造优选作为紫外光用的光纤及光纤束的端面保护构造使用。

Claims (15)

1.一种光纤端面保护构造，具有：

多个光纤，使入射的光从光出射端出射；

透光性光学部件，具有与该多个光纤的芯材基本相同的折射率，使从上述多个光纤的光出射端出射的光从光入射端入射并出射；和

保护介质，介于上述多个光纤的光出射端和上述透光性光学部件的光入射端之间，用于抑制上述光出射端和光入射端粘合，

该光纤端面保护构造的特征在于，

上述透光性光学部件的光入射端面具有上述多个光纤的光出射端面以上的大小，

上述多个光纤和上述透光性光学部件能够经由上述保护介质装卸。

2.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述透光性光学部件具有：光入射端面，具有能够使从上述多个光纤的光出射端出射的光全部入射的大小；和光出射端面，具有能够使入射到该光入射端面的光全部出射的大小。

3.根据权利要求1或2所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质，在上述多个光纤的光出射端和上述透光性光学部件的光入射端以500g重的负荷抵接后离开时，抑制该光出射端和该光入射端的粘合，以使得该光出射端和该光入射端能够再使用。

4.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述入射光是波长190nm～530nm的光。

5.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质相对于上述入射光的起振波长具有透光性。

6.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保持介质是由单层膜或层叠了多个膜的多层膜构成的膜体，在上述多个光纤的光出射端及/或上述透光性光学部件的光入射端的表面上形成。

7.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质的光导波方向的光路长度是λ/2的整数倍，其中，λ是上述入射光的起振波长。

8.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质的光导波方向的厚度是λ/2以下，其中，λ是上述入射光的起振波长。

9.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质含有氟化物。

10.根据权利要求9所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述保护介质含有从由YF₃、LiF、MgF₂、NaF、LaF₃、BaF₂、CaF₂、及AlF₃构成的群中选择的至少一种氟化物。

11.根据权利要求1所述的光纤端面保护构造，其特征在于，上述多个光纤，是将上述多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使入射到该多个光纤的多个光集聚并出射的光纤束。

12.一种光纤束，具有权利要求11所述的光纤端面保护构造。

13.根据权利要求12所述的光纤束，其特征在于，

包括第1光纤束和第2光纤束，

所述第1光纤束具有：集聚功能光纤束部，将多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使分别入射到上述多个光纤的多个入射光集聚并出射；和

平均功能光纤部，使来自该集聚功能光纤束部的出射光平均出射，

所述第2光纤束，将上述第1光纤束在该第1光纤束的出射端一侧排列并成束，以使多个该第1光纤束集聚并出射，

其中，该平均功能光纤部由光纤构成，该光纤至少在该平均功能光纤部的光入射端面上具有比上述集聚功能光纤束部的光出射端面中的光出射区域大的芯部，

上述集聚功能光纤束部的光出射端和上述平均功能光纤部的光入射端抵接，

上述集聚功能光纤束部和上述平均功能光纤部能够装卸。

14.根据权利要求12所述的光纤束，其特征在于，

第2集聚功能光纤束部的光出射端与构成上述集聚功能光纤束部的多个光纤中的至少一个光纤的光入射端，经由用于抑制该光出射端和该光入射端粘合的保护介质而抵接，所述第2集聚功能光纤束部将多个光纤在该光纤的出射端一侧排列并成束，以使分别入射到多个光纤的多个入射光集聚并出射，

上述至少一个光纤在该光纤的光入射端面中具有比上述第2集聚功能光纤束部的光出射端面中的光出射区域大的芯部，

上述至少一个光纤和上述第2集聚功能光纤束部能够装卸。

15.根据权利要求13或14所述的光纤束，其特征在于，

上述集聚功能光纤束部的光出射端和上述平均功能光纤部的光入射端，经由用于抑制该光出射端和该光入射端粘合的保护介质而抵接，

上述集聚功能光纤束部和上述平均功能光纤部能够经由上述保护介质装卸。

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