CN113508320A - 光纤的光处理构造 - Google Patents
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Abstract
光纤的光处理构造具备：光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，被覆的一部分被去除；导热性保护材料，其设置在光纤的被覆去除区域中的包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物；以及导热性基材，其载置光纤，导热性保护材料包含具有比包覆层的折射率高的折射率的填料，当在包覆层内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到包覆层外的渐逝光存在的区域中存在填料。
Description
技术领域
本发明涉及光纤的光处理构造。
背景技术
例如，已知有应用于光纤激光器领域等，用于去除包覆层模光的光处理构造(包覆层模消除器(stripper))。例如，在专利文献1中公开了如下的光处理构造，即，在光纤的被覆去除区域设置比包覆层低折射率的主体材料，在该主体材料中添加用于使包覆层模光散射并进行去除的漫射体(diffuser)，由此在抑制局部的发热的同时使不需要的包覆层模光均匀地泄漏散射。
此外，在专利文献2中公开了如下的光处理构造，即，在一部分被覆被去除了的光纤的光输出端部设置包含硅酮系导热性化合物的导热性保护材料，添加氮化硼作为该导热性保护材料的填料。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/096364号
专利文献2：日本特开2010-239037号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1、2中公开的光处理构造中，存在如下的问题，即，当在包覆层内传播的、在包覆层模光进行全反射时，在渗出到包覆层外的渐逝(evanescent)光存在的区域中不存在填料的情况下，无法去除包覆层模光。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种能够适当地去除包覆层模光的光纤的光处理构造。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并达成目的，本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，具备：光纤，其具有纤芯(core)、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，所述导热性保护材料包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，当在所述包覆层内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到所述包覆层外的渐逝光存在的区域中存在所述填料。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述导热性保护材料在所述渐逝光存在的区域还包含阻碍所述填料存在的添加物。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述导热性保护材料包含具有折射率随着温度的上升而变低的性质的物质。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，具备：导热性基材，其载置所述光纤，所述导热性基材具有槽部，与所述导热性保护材料相接的所述被覆的端部收容于所述槽部。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，具备：光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，所述导热性保护材料包含具有折射率在常温下比所述包覆层的折射率高且随着温度的上升而变低的性质的物质，在给定的温度范围内，所述导热性保护材料的折射率变得比所述包覆层的折射率低。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述导热性保护材料包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，当在所述包覆层内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到所述包覆层外的渐逝光存在的区域中存在所述填料。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述导热性保护材料在所述渐逝光存在的区域还包含阻碍所述填料存在的添加物。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述导热性保护材料包含直径大的填料和直径小的填料。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，具备：光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，所述导热性保护材料包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，所述导热性保护材料是组合了在常温下折射率比所述包覆层高的导热性保护材料和折射率比所述包覆层低的导热性保护材料的材料。
本发明的一个方式所涉及的光纤的光处理构造的特征在于，所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
发明效果
根据本发明，由于在渐逝光存在的区域中存在折射率比包覆层高的填料，能够适当地去除包覆层模光。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的光纤的光处理构造的结构的剖视图。
图2是示出在图1的X-X线的位置切断了本发明的实施方式所涉及的光纤的光处理构造的状态的剖视图。
图3是示出导热性保护材料的温度与折射率的关系的曲线图。
图4是用于说明在导热性保护材料中未添加填料的情况下的包覆层模光的传播的情形的说明图。
图5是用于说明在导热性保护材料中添加有少量的填料的情况下的包覆层模光的传播的情形的说明图。
图6是用于说明在导热性保护材料中添加有大量的填料的情况下的包覆层模光的传播的情形的说明图。
图7是用于说明控制了渐逝区域的填料的量的情况下的包覆层模光的传播的情形的说明图。
图8是用于说明从包覆层向导热性保护材料的入射角的图。
图9是示出光纤的开口数NA与“Depth/λ”的关系的曲线图。
图10是示出导热性保护材料所包含的填料的量与从光纤去除的包覆层模光的关系的曲线图。
图11是示出本发明的实施方式所涉及的光纤的光处理构造的变形例的结构的剖视图。
具体实施方式
参照附图对本发明所涉及的光纤的光处理构造进行说明。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在以下的实施方式中的构成要素中包含本领域技术人员能够置换且容易置换的构成要素或者实质上相同的构成要素。
图1是示出本发明的实施方式所涉及的光纤的光处理构造的结构的剖视图，图2是示出在图1的X-X线的位置切断了光纤的光处理构造的状态的剖视图。光纤的光处理构造具备光纤10、导热性保护材料20、以及载置有光纤10以及导热性保护材料20的导热性基材30。
光纤10具备位于该光纤10的中心的纤芯11、覆盖纤芯11的外周的包覆层12、以及覆盖包覆层12的外周的被覆13。
纤芯11以及包覆层12均包含石英系玻璃。纤芯11例如包含添加了锗(Ge)、氟(F)等折射率调整用的掺杂剂的石英玻璃。包覆层12包含具有比纤芯11的最大折射率低的折射率的物质。包覆层12例如包含未包含折射率调整用的掺杂剂的纯石英玻璃。
光纤10具有被覆13的一部分被去除了的被覆去除区域14。在该被覆去除区域14设置有作为去除包覆层模光的包覆层模消除器发挥功能的导热性保护材料20。
导热性保护材料20例如包含硅酮系导热性化合物，设置在被覆去除区域14中的包覆层12的周围。此外，在导热性保护材料20中包含有具有比包覆层12的折射率高的折射率的填料。该填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
图3是示出导热性保护材料20的温度与折射率的关系的曲线图。在曲线图中，示出了物质A以及物质B的特性。导热性保护材料20可以包含具有折射率随着温度的上升而变低的性质的物质(物质A)。由此，随着成为高温，在包覆层12内传播的包覆层模光不易向包覆层12外传播，由此导热性保护材料20以及与该导热性保护材料20相接的被覆13的端部13a的温度不易上升。
此外，导热性保护材料20也可以包含具有如下性质的物质(物质B)，即，即使在其折射率比包覆层12的折射率(大约1.46)高的情况下，折射率也随着温度的上升而变低。由此，在导热性保护材料20的折射率比包覆层12的折射率变低的温度范围，即比图3中的温度Tth(导热性保护材料20的折射率和包覆层12的折射率相同的温度)高的温度范围内，在包覆层12内传播的包覆层模光不易向包覆层12外传播，由此导热性保护材料20以及与该导热性保护材料20相接的被覆13的端部13a的温度不易上升。
在使用折射率比包覆层12低的导热性保护材料20来去除在包覆层12中传播的包覆层光的情况下，由于从包覆层12去除了的光被导热性保护材料20中的填料散射而返回到光纤10的包覆层，因此即使使光去除区域长度变长，也存在不能完全地去除包覆层光的情况。在该情况下，通过组合在常温下折射率比包覆层12高的导热性保护材料20和折射率比包覆层12低的导热性保护材料20，能够不使从光纤10去除了的包覆层光返回到光纤10而进行去除。
导热性基材30例如包含导热性高的铝，作为对光纤10以及导热性保护材料20的热进行散热的散热器发挥功能。在导热性基材30的表面形成有给定深度的槽部31。在该槽部31收容有光纤10以及导热性保护材料20。此外，在槽部31收容有与导热性保护材料20相接的被覆13的端部13a。
在此，参照图4～图7对在包覆层12内传播的包覆层模光与导热性保护材料20所包含的填料的关系进行说明。另外，在同图中，省略了各构件的剖面的描绘。此外，在同图中，通过点阴影线示意性地示出导热性保护材料20所包含的填料。
首先，如图4所示，考虑在导热性保护材料121中完全未包含填料的情况。在该情况下，当在包覆层12内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到包覆层12外的渐逝光存在的区域(以下，称为“渐逝区域”)中不存在填料。因此，如同图的箭头线所示，包覆层模光不辐射到包覆层12外，而直接在包覆层12内传播。
接着，如图5所示，考虑在导热性保护材料122中包含有少量的填料的情况。在该情况下，如果在渐逝区域中存在填料，则如同图的箭头线所示，包覆层模光与导热性保护材料122内的填料接触而散射，辐射到包覆层12外。
此外，在导热性保护材料122所包含的填料的量少的情况下，在渐逝区域中存在的填料的量也变少。因此，在包覆层12的长边方向上，包覆层模光在宽的范围内传播，一边在该长边方向上均匀地分散，一边被去除。即，直至包覆层模光完全地被去除为止的距离变长。此外，在导热性保护材料122所包含的填料的量少的情况下，由于该导热性保护材料122的导热性整体地下降，与填料的量多的情况比较，散热性变差。
接着，如图6所示，考虑在导热性保护材料123中包含有大量的填料的情况。在该情况下，如果在渐逝区域中存在填料，则如同图的箭头线所示，包覆层模光与导热性保护材料123内的填料接触而散射，辐射到包覆层12外。
此外，在导热性保护材料123所包含的填料的量多的情况下，在渐逝区域中存在的填料的量也变多。因此，在包覆层12的长边方向上，包覆层模光在窄的范围内传播，与填料的量少的情况(参照图5)比较，包覆层模光在更靠跟前侧被去除。即，直至包覆层模光完全地被去除为止的距离变短。因此，导热性保护材料123局部地发热，有可能构成该导热性保护材料123的树脂劣化。此外，在导热性保护材料123所包含的填料的量多的情况下，由于该导热性保护材料123的导热性整体地提高，因此与填料的量少的情况比较，散热性变得优异。
如以上那样，存在如下的问题，即，在导热性保护材料20中不包含填料的情况(参照图4)下，不能去除包覆层模光，在导热性保护材料20所包含的填料的量少的情况(参照图5)下，散热性差，在导热性保护材料20所包含的填料的量多的情况(参照图6)下，构成导热性保护材料20的树脂劣化。此外，即使在导热性保护材料20中包含有少量或大量的填料的情况下，如果在渐逝区域中不存在填料，则不能去除包覆层模光。
因此，在本实施方式所涉及的光处理构造中，如图7所示，通过使渐逝区域中存在填料且控制该填料的量，从而使其兼顾包覆层模光的去除、散热性以及耐久性等。
在本实施方式所涉及的光处理构造中，例如基于下述数式(1)、(2)，预先计算包覆层模光渗出到包覆层12外的渐逝区域的深度Depth，控制与计算出的渐逝区域的深度Depth相当的导热性保护材料20的区域所包含的填料的量。即，通过调节填料向导热性保护材料20的添加浓度来调节包覆层模光的去除特性。另外，预先通过实验求出添加到导热性保护材料20的填料的量。
[数式1]
另外，在上述数式(1)、(2)中，λ为入射光的波长，n1为包覆层12的折射率，n2为导热性保护材料20的折射率，θ12为从包覆层12向导热性保护材料20的入射角，NA为光纤10的开口数。
此外，图8是示意性地示出从包覆层12向导热性保护材料20的入射角θ12的图，图9是示出光纤10的开口数NA与“Depth/λ”的关系的曲线图。在图9中，设为“n1＝1.45”、“n2＝1.414”，根据上述数式(1)、(2)计算“Depth/λ”。
在本实施方式所涉及的光处理构造中，如前所述，作为控制渐逝区域的填料的量的方法，可以将导热性保护材料20所包含的填料的量调节为适量，也可以通过在渐逝区域中添加阻碍填料存在的添加物来控制该渐逝区域中的填料的量。
在该情况下，在将给定量的填料添加到导热性保护材料20后，在渐逝区域中添加阻碍填料存在的添加物(以下，称为“阻碍添加物”)。作为该阻碍添加物，例如可列举AEROSIL(注册商标)等微粒。另外，预先通过实验求出在导热性保护材料20中添加的填料以及阻碍添加物的量。
根据具备如以上那样的结构的本实施方式所涉及的光处理构造，由于在导热性保护材料20中的渐逝区域中存在折射率比包覆层12高的填料，能够适当地去除包覆层模光。
此外，根据本实施方式所涉及的光处理构造，由于在导热性保护材料20中的渐逝区域中存在阻碍添加物，能够将该渐逝区域中的填料的量控制为适当的量。即，由于在填料与光纤10之间进入有阻碍添加物，能够调整填料与光纤10的接近程度。由此，在包覆层12的长边方向上，能够使包覆层模光均匀地分散并进行去除，因此能够抑制光纤10的局部的发热。
此外，根据本实施方式所涉及的光处理构造，由于在导热性保护材料20中的渐逝区域中存在阻碍添加物，能够在维持导热性保护材料20的导热率的状态下适当地去除包覆层模光。
此外，在本实施方式所涉及的光处理构造中，通过组合直径大(例如，平均为30～50μm)的填料和直径小(例如，平均为10μm左右)的填料进行最密填充，从而能够兼顾包覆层模光的去除、散热性以及耐久性等。
实施例
以下，列举实施例对本发明进行更具体的说明。图10是示出导热性保护材料所包含的填料的量(浓度)与从光纤去除的包覆层模光的关系的曲线图。
在图10中，No.1示出具备包含作为填料的氮化硼(BN)20vol％的导热性保护材料的光纤，No.2示出具备包含氮化硼25vol％的导热性保护材料的光纤，No.3示出具备包含氮化硼30vol％的导热性保护材料的光纤，No.4示出具备包含氮化硼40vol％的导热性保护材料的光纤。此外，以下的表1示出了从图10所示的光纤去除的包覆层模光的去除梯度。
[表1]
(表1)
| BN量[vol％] | 去除梯度 | |
| No.1 | 20 | 0.69 |
| No.2 | 25 | 0.78 |
| No.3 | 30 | 0.81 |
| No.4 | 40 | 0.83 |
如图10以及表1所示，可知导热性保护材料所包含的填料的量越多，包覆层模光越容易从导热性保护材料漏出。即，按No.4(氮化硼：40vol％)、No.3(氮化硼：30vol％)、No.2(氮化硼：25vol％)、No.1(氮化硼：20vol％)的顺序，包覆层模光容易漏出。
以上，通过用于实施发明的方式以及实施例对本发明所涉及的实施方式所涉及的光纤的光处理构造进行了具体地说明，但本发明的主旨并不限定于这些记载，必须基于权利要求书的记载而广泛地解释。此外，基于这些记载进行的各种变更、改变等也包含于本发明的主旨中，这是不言而喻的。
例如，在前述的光处理构造中，示出了光纤10为一根的情况下的例子，但也可以是具备纤芯直径不同的多个光纤的结构。例如，图11所示的光处理构造具备被覆13的一部分被去除了的光纤10A、被覆13的一部分被去除了的光纤10B、导热性保护材料20以及导热性基材30。
光纤10A具备位于该光纤10A的中心的小径的纤芯11A、覆盖纤芯11A的外周的包覆层12A、以及覆盖包覆层12A的外周的被覆13。此外，光纤10B具备位于该光纤10B的中心的大径的纤芯11B、覆盖纤芯11B的外周的包覆层12B、以及覆盖包覆层12B的外周的被覆13。该光纤10A、10B在图11的A部熔接。另外，被覆去除区域14中的包覆层12A、12B的外径可以形成为锥形状。通过使被覆去除区域14中的包覆层12A、12B的外径形成为锥形状，包覆层模光变得更容易漏出到包覆层12A、12B外。
即使在这样的光处理构造中，也能够通过控制导热性保护材料20中的渐逝区域所包含的填料的量来适当地去除包覆层模光。或者，通过在渐逝区域添加阻碍添加物，能够在包覆层12A、12B的长边方向上使包覆层模光均匀地分散并进行去除，能够抑制光纤10A、10B的局部的发热。
产业上的可利用性
本发明能够利用于光纤的光处理构造。
符号说明
10、10A、10B：光纤；
11、11A、11B：纤芯；
12、12A、12B：包覆层；
13：被覆；
13a：端部；
14：被覆去除区域；
20、121、122、123：导热性保护材料；
30：导热性基材；
31：槽部。
Claims (12)
1.一种光纤的光处理构造，其特征在于，具备：
光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，
所述导热性保护材料，
包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，
当在所述包覆层内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到所述包覆层外的渐逝光存在的区域中存在所述填料。
2.根据权利要求1所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
3.根据权利要求1或2所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述导热性保护材料在所述渐逝光存在的区域还包含阻碍所述填料存在的添加物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述导热性保护材料包含具有折射率随着温度的上升而变低的性质的物质。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
具备：导热性基材，其载置所述光纤，
所述导热性基材具有槽部，
与所述导热性保护材料相接的所述被覆的端部收容于所述槽部。
6.一种光纤的光处理构造，其特征在于，具备：
光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，
所述导热性保护材料包含具有折射率在常温下比所述包覆层的折射率高且随着温度的上升而变低的性质的物质，
在给定的温度范围内，所述导热性保护材料的折射率变得比所述包覆层的折射率低。
7.根据权利要求6所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述导热性保护材料，
包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，
当在所述包覆层内传播的包覆层模光进行全反射时，在渗出到所述包覆层外的渐逝光存在的区域中存在所述填料。
8.根据权利要求7所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
9.根据权利要求7或8所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述导热性保护材料在所述渐逝光存在的区域还包含阻碍所述填料存在的添加物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述导热性保护材料包含直径大的填料和直径小的填料。
11.一种光纤的光处理构造，其特征在于，具备：
光纤，其具有纤芯、包覆层以及被覆，所述被覆的一部分被去除；以及导热性保护材料，其设置在所述光纤的被覆去除区域中的所述包覆层的周围，并且包含硅酮系导热性化合物，
所述导热性保护材料，
包含具有比所述包覆层的折射率高的折射率的填料，
所述导热性保护材料是组合了在常温下折射率比所述包覆层高的导热性保护材料和折射率比所述包覆层低的导热性保护材料的材料。
12.根据权利要求11所述的光纤的光处理构造，其特征在于，
所述填料包含氮化硼或氮化铝中的任一者。
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