CN117916642A - 毛细管以及其制造方法 - Google Patents

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CN117916642A CN202380013438.0A CN202380013438A CN117916642A CN 117916642 A CN117916642 A CN 117916642A CN 202380013438 A CN202380013438 A CN 202380013438A CN 117916642 A CN117916642 A CN 117916642A
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川村智昭
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    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • G—PHYSICS
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Abstract

毛细管(3a)具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体(9)。毛细管主体(9)包括用于收容光纤(2a、2b)的一部分的收容部(10)。收容部(10)包括形成于毛细管主体(9)的第一端面(9a)并且用于插入光纤(2a、2b)的开口部(11)。毛细管主体(9)包括：压缩应力层(CSL)，其形成于开口部(11)，并能够通过二维双折射法观察；拉伸应力层(TSL)，其形成于从压缩应力层(CSL)向毛细管主体(9)的第二端面(9b)侧分离的位置，并能够通过二维双折射法观察；以及应力中立层(NSL)，其形成于压缩应力层(CSL)与拉伸应力层(TSL)之间，并能够通过二维双折射法观察。

Description

毛细管以及其制造方法
技术领域
本发明涉及例如光纤保持用的毛细管以及其制造方法。
背景技术
在使用光纤的光通信系统中利用光合波分波器、光隔离器、光循环器等各种光学器件。在将光纤与这种光学器件连接的情况下，为了提高操作性，在光纤的端部安装毛细管。
例如，在专利文献1中公开了由毛细管体构成的毛细管。毛细管的端部为了容易将光纤插入毛细管的内孔而成为朝向外侧扩开的锥(喇叭口)状(参照该文献的第0002段)。
该毛细管中的锥状通过分别交替地重复多次在使不侵蚀玻璃管材料并且不与该玻璃管材料的侵蚀性液体反应的液体(例如水)充满玻璃管的微小直径的内孔之后仅将玻璃管的一端面在侵蚀性液体(由氟酸构成的蚀刻液)中浸渍恒定时间的第一工序以及在浸渍于侵蚀性液体之后清洗玻璃管的内孔的第二工序从而形成(参照该文献的技术方案1、第0017～0019段)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-167161号公报
发明内容
发明要解决的课题
光纤由填充于毛细管的内孔的粘接剂固定于毛细管。在该情况下，毛细管除了构成为锥状的端部的壁厚比其他部分薄这样的强度方面问题以外，还有可能在该端部存在微裂纹的情况下，因由使用光学器件的环境的温度变化带来的粘接剂的膨胀或者收缩而以该微裂纹为起点在该端部产生破裂。
本发明是鉴于上述情况而完成的，技术课题在于防止毛细管的端部处的破裂的产生。
用于解决课题的方案
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，所述毛细管的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度(管玻璃的管长)方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察；以及应力中立层，其形成于所述压缩应力层与所述拉伸应力层之间，并能够通过所述二维双折射法观察。
根据该结构，在毛细管主体中形成有压缩应力层的部分被该压缩应力层强化。由此，能够防止毛细管主体的第一端面以及开口部(以下，将它们一并设为“端部”)处的崩损、破裂的产生。
另外，在毛细管主体中形成有拉伸应力层的部分形成于隔着应力中立层而与压缩应力层分离的位置，从而能够使拉伸应力的最大值尽量小。由此，拉伸应力层难以受到在毛细管主体中使用的粘接剂的膨胀、收缩、毛细管主体的膨胀、收缩的影响。而且，即使在加工毛细管主体时在毛细管主体形成有微小的损伤的情况下，也难以受到该损伤的影响。因而，能够防止以形成有拉伸应力层的部分为起点的破裂的产生。除此之外，通过形成应力中立层，从而在毛细管主体中，形成拉伸应力层的部分形成于与应力中立层的量相应地远离第一端面的位置。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。
以下，在本发明中，通过二维双折射法观察的应力层的状态或者测定的应力值是观察毛细管主体的侧面的情况下的毛细管主体的中心轴(毛细管主体的管轴)的位置处的指标。另外，应力中立层是指存在5.0MPa以下的压缩应力或者拉伸应力的层。
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，所述毛细管的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；以及拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察，所述毛细管主体的所述长度方向上的所述压缩应力层的长度比所述毛细管主体的所述长度方向上的所述拉伸应力层的长度长。
根据该结构，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的范围与形成压缩应力的范围相比相对较小，因此能够防止在对形成有拉伸应力层的部分作用外力时毛细管主体的端部处的崩损、破裂的产生。除此之外，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的部分能够与将压缩应力层形成得较长相应地远离第一端面。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，所述毛细管的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；以及拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察，所述拉伸应力层从相对于所述第一端面分离0.1mm以上的位置起沿着所述长度方向存在。
根据该结构，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的部分形成于远离第一端面的位置。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。需要说明的是，前述的“拉伸应力层相对于第一端面分离0.1mm以上的位置”指的是从最靠近第一端面的拉伸应力层的端部到第一端面的距离为0.1mm以上。
在本发明的毛细管中，优选的是，所述拉伸应力层中的基于所述二维双折射法的拉伸应力的最大值为20MPa以下。由此，拉伸应力层难以受到在毛细管主体中使用的粘接剂的膨胀、收缩、毛细管主体的膨胀、收缩的影响。而且，即使在加工毛细管主体时在毛细管主体形成有微小的损伤的情况下，也难以受到该损伤的影响。因而，能够防止以形成有拉伸应力层的部分为起点的破裂的产生。
在本发明的毛细管中，优选的是，所述毛细管主体的所述长度方向上的所述应力中立层的长度为0.01mm以上。由此，拉伸应力层形成于相对于压缩应力层分离0.01mm以上的位置，难以受到在毛细管主体中使用的粘接剂的膨胀、收缩、毛细管主体的膨胀、收缩的影响。而且，即使在加工毛细管主体时在毛细管主体形成有微小的损伤的情况下，也难以受到该损伤的影响。
在本发明的毛细管中，也可以是，所述开口部具有构成为锥状的内壁面。根据该结构，容易通过内壁面将光纤插入于毛细管主体的收容部。
在本发明的毛细管中，也可以是，在所述开口部填充粘接剂。由此，能够将光纤固定于毛细管主体。
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，所述毛细管的制造方法的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，并且在所述压缩应力层与所述拉伸应力层之间形成能够通过所述二维双折射法观察的应力中立层。
根据该结构，通过加热工序在毛细管主体中形成有压缩应力层的部分被该压缩应力层强化。由此，能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂的产生。
另外，通过加热工序在毛细管主体中形成有拉伸应力层的部分形成于隔着应力中立层而与压缩应力层分离的位置，从而能够使拉伸应力的最大值尽量小。由此，拉伸应力层难以受到在毛细管主体中使用的粘接剂的膨胀、收缩、毛细管主体的膨胀、收缩的影响。而且，即使在加工毛细管主体时在毛细管主体形成有微小的损伤的情况下，也难以受到该损伤的影响。因而，能够防止以形成有拉伸应力层的部分为起点的破裂的产生。
另外，在毛细管主体中形成有拉伸应力层的部分形成于隔着应力中立层而与压缩应力层分离的位置，从而能够使拉伸应力的最大值尽量小。由此，拉伸应力层难以受到在毛细管主体中使用的粘接剂的膨胀、收缩、毛细管主体的膨胀、收缩的影响。而且，即使在加工毛细管主体时在毛细管主体形成有微小的损伤的情况下，也难以受到该损伤的影响。因而，能够防止以形成有拉伸应力层的部分为起点的破裂的产生。除此之外，通过形成应力中立层，从而在毛细管主体中形成拉伸应力层的部分形成于以与应力中立层的量相应地远离第一端面的位置。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，所述毛细管的制造方法的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，所述毛细管主体的所述长度方向上的所述压缩应力层的长度比所述毛细管主体的所述长度方向上的所述拉伸应力层的长度长。
根据该结构，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的范围与形成压缩应力的范围相比相对较小，因此能够防止在对形成拉伸应力层的部分作用外力时毛细管主体的端部处的崩损、破裂的产生。除此之外，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的部分能够与将压缩应力层形成得较长相应地远离第一端面。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。
本发明为用于解决上述的课题的一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，所述毛细管的制造方法的特征在于，所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，所述拉伸应力层形成为从相对于所述第一端面分离0.1mm以上的位置起沿着所述长度方向存在。
根据该结构，在毛细管主体中，形成拉伸应力层的部分形成于远离第一端面的位置。对于毛细管而言，第一端面为外在接触较多的部位，因此通过将拉伸应力层远离第一端面，从而能够防止毛细管主体的端部处的崩损、破裂产生。需要说明的是，前述的“拉伸应力层相对于第一端面分离0.1mm以上的位置”指的是从最靠近第一端面的拉伸应力层的端部到第一端面的距离为0.1mm以上。
也可以是，本发明的毛细管的制造方法包括以100℃/秒以下的冷却速度将所述第一端面以及所述开口部冷却的冷却工序。由此，能够使形成于毛细管主体的拉伸应力层中的拉伸应力的最大值尽量降低。
在本发明的毛细管的制造方法中，也可以是，所述激光为CO2激光。
发明效果
根据本发明，能够防止毛细管的端部处的破裂的产生。
附图说明
图1是光学器件的剖视图。
图2是第一毛细管的剖视图。
图3是第二毛细管的剖视图。
图4是示出毛细管主体的剖视图。
图5是毛细管主体的端部的剖视图。
图6是示出测定毛细管主体的应力的装置的侧视图。
图7是示出毛细管的制造方法的流程图。
图8是示出毛细管的制造方法中的准备工序的流程图。
图9是示出毛细管的制造方法中的加工工序的剖视图。
图10是示出毛细管的制造方法中的加工工序的剖视图。
图11是示出毛细管的制造方法中的加热工序的侧视图。
图12是图11的XII-XII向视线的俯视图。
图13是示出比较例的毛细管主体的加热方法的俯视图。
图14是实施例1的毛细管主体的应力状态图。
图15是实施例2的毛细管主体的应力状态图。
图16是实施例3的毛细管主体的应力状态图。
图17是比较例的毛细管主体的应力状态图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1至图12示出本发明的毛细管以及其制造方法的一实施方式。
图1示出使用本发明的毛细管而构成的光学器件。在本实施方式中，作为光学器件的一例而示出光分波合波器。光学器件1主要具备多个光纤2a～2c、用于保持光纤2a～2c的第一毛细管3a及第二毛细管3b、透镜4a、4b、光学滤波器5以及收容构件6。
光纤2a～2c包括保持于第一毛细管3a的第一光纤2a及第二光纤2b以及保持于第二毛细管3b的第三光纤2c。各光纤2a～2c具备包层7以及覆盖包层7的覆盖部8。在各光纤2a～2c的前端部，包层7成为从覆盖部8露出的状态。
如图1至图3所示，第一毛细管3a以及第二毛细管3b具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体9。具体而言，毛细管主体9优选为由硼硅酸玻璃构成，但并不局限于此，也可以由石英玻璃、钠钙玻璃、结晶化玻璃、其他各种玻璃构成。毛细管主体9的热膨胀系数例如在30～380℃的温度范围内优选为-3×10-7/℃以上，更优选为0×10-7/℃以上，优选为100×10-7/℃以下，更优选为80×10-7/℃以下。
毛细管主体9由圆筒状的毛细管构成，但毛细管主体9的形状并不限定于本实施方式。毛细管主体9的长度尺寸L1(参照图2)优选为3～15mm。毛细管主体9的外径优选为0.5～3mm。
如图1以及图2所示，第一毛细管3a的毛细管主体9包括：收容部(以下称作“第一收容部”)10，其收容第一光纤2a的一部分及第二光纤2b的一部分；第一端面9a，其形成于毛细管主体9的长度方向的一端部；以及第二端面9b，其形成于毛细管主体9的长度方向的另一端部。
第一收容部10包括：开口部(锥状)11，其能够插入第一光纤2a及第二光纤2b的包层7；以及贯通孔12，其能够收容第一光纤2a的包层7及第二光纤2b的包层7。
在本实施方式中，在形成于第一收容部10的一个贯通孔12插入有第一光纤2a的包层7及第二光纤2b的包层7。贯通孔12能够由剖视圆形形状、矩形形状等各种形状构成。在第一光纤2a的包层7的外径与第二光纤2b的包层7的外径不同的情况下，贯通孔12也可以以保持各包层7的外表面的方式具备曲率半径不同的凹状曲面。贯通孔12的孔尺寸优选为0.05～1.0mm。
并不局限于上述的结构，例如，也可以是，在第一收容部10形成多个(可以为三个以上)贯通孔，将多个(可以为三个以上)光纤的包层单独地向各贯通孔插入。
开口部11是用于容易将第一光纤2a的包层7以及第二光纤2b的包层7插入贯通孔12的引导部。开口部11形成于毛细管主体9的第一端面9a侧。需要说明的是，在毛细管主体9形成多个贯通孔12的情况下，开口部11优选为构成为与全部的贯通孔12连通。
开口部11具有构成为锥状的内壁面11a。该内壁面11a是从毛细管主体9的第二端面9b侧随着趋向第一端面9a而逐渐扩径的面。
毛细管主体9的长度方向上的开口部11的长度尺寸L2(参照图2)优选为0.5～7mm。开口部11的最大口径优选为0.5～1.5mm。开口部11的最小口径优选为0.3～1.3mm。
在开口部11填充有粘接剂13，以便将收容于第一收容部10的第一光纤2a的一部分以及第二光纤2b的一部分固定。即，由开口部11的内壁面11a形成的空间作为供粘接剂13填充的填充部而发挥功能。填充于开口部11的粘接剂13夹设于第一光纤2a以及第二光纤2b与内壁面11a之间，从而将各光纤2a、2b固定于第一毛细管3a。需要说明的是，虽未图示，但该粘接剂13也填充于贯通孔12(贯通孔12的内表面与包层7的外表面之间)。
作为粘接剂13，例如，使用环氧系粘接剂，但并不局限于此，也可以使用硅酮系、丙烯酸系的粘接剂、光固化型粘接剂(例如紫外线固化型粘接剂)等。粘接剂13的热膨胀系数为10×10-6/℃～100×10-6/℃。
毛细管主体9的第一端面9a是以相对于毛细管主体9的长度方向正交的方式形成的面。毛细管主体9的第二端面9b是相对于与毛细管主体9的长度方向正交的方向倾斜的面。第二端面9b的倾斜角度θ(参照图2)优选为3～10°。
插入到贯通孔12的第一光纤2a以及第二光纤2b的包层7的前端部成为与第二端面9b共面的倾斜面。
如图1以及图3所示，第二毛细管3b的毛细管主体9包括用于收容第三光纤2c的一部分的收容部(以下称作“第二收容部”)14。第二收容部14包括能够将第三光纤2c插入的开口部11以及供第三光纤2c的包层7插入的贯通孔12。第二毛细管3b中的其他结构与第一毛细管3a相同。对在第二毛细管3b中与第一毛细管3a共通的构成要素标注共通的附图标记。
图4以及图5示出安装光纤2a～2c之前的毛细管主体9。毛细管主体9包括：压缩应力层CSL，其形成于第一端面9a及开口部11；拉伸应力层TSL，其形成于从压缩应力层CSL向第二端面9b侧分离的位置；以及应力中立层NSL，其形成于压缩应力层CSL与拉伸应力层TSL之间。
压缩应力层CSL、拉伸应力层TSL以及应力中立层NSL的应力的方向的观察、应力的值的测定通过二维双折射法进行。图6示出能够执行二维折射法的测定装置。作为测定装置MD，能够使用市售的装置(例如photonic-lattice公司制的二维双折射评价系统WPA一100型)。
测定装置MD具备：工作台S，其设置作为测定对象物的毛细管主体9；光源LS，其设置于工作台S的下方；偏振构件P，其设置于光源LS与工作台S之间；以及测定部H，其设置于工作台S的上方。此外，测定装置MD具备：运算装置，其对由测定部H测定出的数据进行运算处理；以及显示装置，其显示测定结果。
工作台S具有开口部Sa，能够使从光源LS照射的光通过该开口部Sa而向上方通过。毛细管主体9以与工作台S的开口部Sa重叠的方式载置于该工作台S。毛细管主体9以其侧面与工作台S接触、即毛细管主体9的中心轴O与工作台S的载置面平行的方式载置于该工作台S。
测定部H例如由偏振成像相机构成。测定部H例如具有物镜、对由物镜成像的像进行拍摄的偏振阵列、CCD器件等。
从光源LS照射的光在透过了偏振构件P之后，向毛细管主体9照射。之后，该光透过毛细管主体9而到达测定部H。在该情况下，光在透过毛细管主体9的下侧部分9c并通过了作为空洞部分的开口部11之后，透过毛细管主体9的上侧部分9d。
运算装置对由测定部H测定出的偏振光所涉及的数据实施规定的运算处理，从而计算偏振光所涉及的相位差。进而，运算装置基于该相位差对毛细管主体9的应力值进行计算。相位差与应力的关系由以下的式(1)表示。
δ＝β×F×d (1)
这里，δ为相位差(nm)，β为光弹性常数(10-12/Pa)，F为应力(105Pa)，d为毛细管主体9的壁厚(cm)。
由上述的测定装置MD进行的应力的测定期望为仅对毛细管主体9的下侧部分9c或者仅对上侧部分9d进行。但是，在上述那样的测定装置MD的构造以及毛细管主体9的形状中，难以进行这种测定。在此，从毛细管主体9的上方利用测定部H对透过了载置于工作台S的毛细管主体9的下侧部分9c与上侧部分9d的偏振光进行测定。即，测定部H在毛细管主体9的上方对下侧部分9c与上侧部分9d重叠的部分进行测定。因此，在本实施方式中，对于上述的式(1)中的毛细管主体的壁厚d而言，使用下侧部分9c的壁厚与上侧部分9d的壁厚之和、即毛细管主体9的壁厚d的二倍(2d)的值计算相位差δ。换言之，毛细管主体9的壁厚d能够由毛细管主体9的外径与内径之差计算出。需要说明的是，在开口部11的内壁面11a形成为锥状的情况下，严格来说根据测定部位而毛细管主体9的壁厚d随时变化，但由于根据测定部位而重新设定壁厚d的值是繁琐的，因此为了方便，在本发明中，以第一端面9a中的毛细管主体9的外径与内径的值固定而计算相位差δ。
运算处理装置能够使表示毛细管主体9中的应力的分布状态的图(以下称作“应力状态图”)显示于显示装置。能够基于由显示装置显示的应力状态图测定毛细管主体9的长度方向上的各应力层CSL、TSL、NSL的长度L3～L5。
压缩应力层CSL形成于毛细管主体9的第一端面9a及其表层部分。另外，压缩应力层CSL形成于开口部11的缘部(内壁面11a与第一端面9a的边界部)以及第一端面9a的附近的开口部11的内壁面11a的一部分。压缩应力层CSL也可以处于其端部(第一端面9a侧的端部)与第一端面9a分离的位置。在该情况下，第一端面9a与压缩应力层CSL的端部的分离距离优选为0mm～0.5mm，更优选为0mm～0.1mm。
毛细管主体9的长度方向上的压缩应力层CSL的长度(宽度)尺寸L3(参照图5)优选为0.01～2mm，更优选为0.1～1.5mm，进一步优选为0.4～1.2mm。压缩应力层CSL中的压缩应力的最大值优选为超过5MPa且15MPa以下。
拉伸应力层TSL在从压缩应力层CSL向第二端面9b侧分离的位置处形成于开口部11的内壁面11a与毛细管主体9的外表面之间的区域(毛细管主体9的内部)。
毛细管主体9的长度方向上的拉伸应力层TSL的长度(宽度)尺寸L4(参照图5)优选为0.1～1mm，更优选为0.1～0.7mm，进一步优选为0.2～0.5mm。拉伸应力层TSL的最大值优选为超过5MPa且20MPa以下。
应力中立层NSL是在压缩应力层CSL与拉伸应力层TSL之间存在5MPa以下的压缩应力或者拉伸应力的层。
毛细管主体9的长度方向上的应力中立层NSL的长度(宽度)尺寸L5(参照图5)、即压缩应力层CSL与拉伸应力层TSL的分离距离优选为0.01～1mm，更优选为0.05～0.5mm，进一步优选为0.05～0.1mm。
光纤2a～2c被固定之前的毛细管主体9的第二端面9b如在图4中实线所示那样构成为与毛细管主体9的长度方向正交的平坦面。第二端面9b在光纤2a～2c的包层7插入贯通孔12中且各光纤2a～2c被粘接剂13固定于贯通孔12之后被研磨。由此，第二端面9b成为如在图4中双点划线所示那样相对于与毛细管主体9的长度方向正交的方向倾斜的面。
透镜4a、4b包括：第一透镜4a，其配置于第一毛细管3a与光学滤波器5之间；以及第二透镜4b，其配置于第二毛细管3b与光学滤波器5之间。各透镜4a、4b例如由将部分球面状的透镜面设置于一端部而成的均匀折射率的圆柱状透镜(所谓的C透镜)、折射率分布型的圆柱状透镜(所谓的GRIN透镜)构成，但并不限定于此，也可以使用将具有相同的曲率中心的两个部分球面状的透镜面设置于两端得到的均匀折射率的透镜(所谓的鼓型透镜)等各种透镜。
如图1所示，第一透镜4a保持于在收容构件6的内部配置的第一支承构件15a。第一支承构件15a由玻璃制的圆筒构件构成。第一透镜4a的一部分插入于第一支承构件15a的一端部。在第一支承构件15a的另一端部插入有第一毛细管3a的毛细管主体9的一部分。第二透镜4b保持于在收容构件6的内部配置的第二支承构件15b。第二支承构件15b由玻璃制的圆筒构件构成。第二透镜4b的一部分插入于第二支承构件15b的一端部。在第二支承构件15b的另一端部插入有第二毛细管3b的毛细管主体9的一部分。各支承构件15a、15b被粘接剂(未图示)固定于收容构件6的内部。
光学滤波器5例如由WDM滤波器构成，但并不局限于此，也可以是其他光学元件。光学滤波器5在收容构件6的内部配置于第一透镜4a与第二透镜4b之间。光学滤波器5被粘接剂(未图示)固定于第一透镜4a的一端部。
收容构件6构成为圆筒状，但并不限定于该形状。收容构件6在其内部收容第一透镜4a、第二透镜4b、光学滤波器5、第一支承构件15a及第二支承构件15b、第一毛细管3a及第二毛细管3b。
在具有上述结构的光学器件1中具有两种使用方式。第一使用方式是在从第一光纤2a例如出射两波长的多重光的情况下一个波长的光在光学滤波器5的一端面反射而向第二光纤2b入射且其他波长的光透过光学滤波器5而向第三光纤2c入射的分波的方式。第二使用方式是在从第一光纤2a与第三光纤2c分别出射不同的波长的单一光的情况下使该两种单一光均向第二光纤2b入射的合波的方式。
以下，对制造上述结构的毛细管主体9的方法进行说明。如图7所示，本方法包括准备工序S1、加热工序S2以及冷却工序S3。
准备工序S1是准备毛细管主体9的工序。如图8所示，准备工序S1包括成形工序S11、切断工序S12、研磨工序S13以及加工工序S14。
在成形工序S11中，例如通过再拉法成形玻璃管(毛细管)。在再拉法中，将玻璃预成型件加热从而使其一部分延伸，并成形期望的直径的玻璃管。在切断工序S12中，将由成形工序S11成形的玻璃管切断为规定的长度。之后，将切断的多个玻璃管捆扎，并将这些玻璃管的束进一步短地切断。
在研磨工序S13中，利用磨石等研磨工具对由切断工序S12形成的玻璃管的长度方向上的各端面进行研磨。由此，能够将由于切断工序S12而在玻璃管的端面形成的裂纹等去除。需要说明的是，若是玻璃管的端面的裂纹较少的状态，则能够省略研磨工序S13。
在加工工序S14中，如图9所示那样利用捆扎带等保持构件16保持多个玻璃管G，从而构成玻璃管G的束。之后，如图10所示，将玻璃管G的束浸渍于在蚀刻槽ET收容的由氟酸等形成的蚀刻液ES。由此，对玻璃管G的端面以及内表面实施蚀刻处理。另外，通过该蚀刻处理，在玻璃管G的一端部形成具有锥状的开口部11。保持构件16的长度可以与玻璃管G的长度相同。保持构件16以其端部与玻璃管G的端部一致的方式保持玻璃管G，从而能够防止对玻璃管G的侧面进行不必要的蚀刻处理。
根据以上，准备在第一端面9a形成开口部11的毛细管主体9。
需要说明的是，在加工工序S14中，并不局限于上述的蚀刻加工，也可以通过机械加工(例如由钻头等进行的磨削加工)而在玻璃管G的一端部形成开口部11(内壁面11a)。
接下来，在加热工序S2中，将激光L向毛细管主体9的第一端面9a以及开口部11照射，从而将该第一端面9a以及开口部11加热。
具体而言，如图11所示，以毛细管主体9的第一端面9a朝向上方的方式利用支承装置17支承毛细管主体9。之后，从停止在支承装置17的上方的激光照射装置18朝向毛细管主体9的第一端面9a照射激光L(点照射)。向毛细管主体9照射的激光L优选为CO2激光，但激光L的种类并不限定于本实施方式。
在加热工序S2中，激光照射装置18的输出优选为3～50W。激光L的照射时间优选为1～10秒。如图12所示，优选为，在加热工序S2中，将具有比第一端面9a的直径大的光束直径BD的激光L向第一端面9a以及开口部11照射。光束直径BD的直径优选为第一端面9a的直径的1.1倍～2.5倍。
在上述那样的激光L的照射的作用下，第一端面9a的整个面软化，残留于第一端面9a与开口部11的微裂纹消失。另外，在激光L的照射的作用下，第一端面9a的周缘部(第一端面9a与外周面的边界部)与开口部11的缘部以及内壁面11a的一部分软化，对这些部位实施倒角处理。
激光照射装置18在对毛细管主体9的第一端面9a进行激光L的点照射的结束后，中止激光L的照射。之后，通过使激光照射装置18与支承装置17相对移动，从而如在图11中双点划线所示那样接下来的毛细管主体9配置于激光照射装置18的下方。之后，激光照射装置18在停止的状态下朝向接下来的毛细管主体9的第一端面9a点照射激光L。如此，激光照射装置18在相对于被支承装置17支承的多个毛细管主体9分别不移动而是停止的状态下重复进行加热工序S2。
另外，在本方法中，能够通过该加热工序S2以及后述的冷却工序S3在毛细管主体9形成压缩应力层CSL、拉伸应力层TSL以及应力中立层NSL。
在冷却工序S3中，为了在毛细管主体9形成压缩应力层CSL、拉伸应力层TSL以及应力中立层NSL，优选为将毛细管主体9退火。毛细管主体9的退火所涉及的冷却速度优选为10℃/秒～100℃/秒，更优选为20℃/秒～80℃/秒，更优选为30℃/秒～70℃/秒。若冷却速度的上限为上述范围，则能够在压缩应力层CSL与拉伸应力层TSL之间形成应力中立层NSL，而且能够使拉伸应力层TSL中的拉伸应力的最大值为20MPa以下，而且能够使应力中立层NSL的长度为0.01mm以上。另外，若冷却速度的下限为上述范围，则能够避免生产效率降低。需要说明的是，若激光L的照射方法为点照射，则能够将冷却速度控制在上述范围。这里冷却速度是指在第一端面9a的整个面通过加热而软化之后通过冷却而到达应变点的温度范围的速度。需要说明的是，冷却工序S3优选为在进行了温度管理的空间内进行。冷却工序S3也能够通过使激光L的输出逐渐降低而实施。
根据以上说明的本实施方式的毛细管主体9及其制造方法，由加热工序S2以及冷却工序S3在毛细管主体9形成压缩应力层CSL，从而能够利用该压缩应力层CSL将毛细管主体9的第一端面9a以及开口部11强化。由此，能够防止毛细管主体9的端部(第一端面9a以及开口部11)处的崩损、破裂的产生。
除了上述的效果以外，本发明人等反复进行深刻研究的结果是，对本发明还发现了以下那样的效果。
在光学器件1的使用环境的温度变化的作用下，填充于开口部11的粘接剂13要膨胀以及收缩。在该情况下，开口部11的内壁面11a以追随粘接剂13的膨胀的形式膨胀。由此，有时以开口部11内在的微裂纹为起点而在开口部11产生破裂。特别是，在拉伸应力层TSL中的拉伸应力的值(最大值)较大的情况下，该现象显著。
为了防止这种毛细管主体9的破裂，在与压缩应力层CSL分离的位置形成拉伸应力层TSL、即在压缩应力层CSL与拉伸应力层TSL之间形成应力中立层NSL，从而能够使拉伸应力层TSL中的拉伸应力的值(最大值)尽量降低。由此，即使在以与开口部11重叠的方式形成有拉伸应力层TSL的情况下，也能够防止由粘接剂13的膨胀以及收缩引起的毛细管主体9的端部处的破裂。
实施例
本发明人等为了确认本发明的效果而进行了验证试验。以下，对本发明的实施例进行了说明，但本发明并不限定于该实施例。
首先，得到经过图8的工序而制作出的长度为8mm、外径为1.8mm、贯通孔的孔尺寸为0.51×0.51mm的矩形的具有锥状的玻璃制的毛细管主体。需要说明的是，使用的玻璃是以质量％记而SiO2为70％、B2O3为15％、Al2O3为5％、CaO为1％、BaO为1％、Na2O为7％、K2O为1％的硼硅酸玻璃。
实施例1～3的毛细管主体经过图7的工序并通过使用点照射作为激光的照射方法的上述实施方式的制造方法得到。另一方面，比较例的毛细管主体虽然经过图7的工序，但通过使用扫描式照射作为激光的照射方法而得到(参照图13)。如图13所示，在扫描式照射中，使用了具有比毛细管主体9中的第一端面9a的直径大的长度L6的线状的激光L。在该情况下，在图13中如箭头A1、A2所示，使激光L不停止而是直线移动，并在毛细管主体9的端部上通过。
之后，从开口部朝向贯通孔插入16根光纤，之后，向开口部填充粘接剂，从而制作光纤保持用毛细管。
使用在实施例1～3以及比较例中得到的样品各1000根，进行了温度循环试验(将温度范围-40℃～85℃重复24次)。之后，使用光学显微镜对端部(第一端面以及开口部)的破裂的产生的有无进行了确认。
将实施例1～3以及比较例的试验结果表示在表1、图14至图17。图14是实施例1的应力状态图，图15是实施例2的应力状态图，图16是实施例3的应力状态图，图17是比较例的应力状态图。需要说明的是，各样品的应力的观察与测定由能够执行二维双折射法的测定装置(photonic-lattice公司制的WPA-100型)进行。
[表1]
实施例1 实施例2 实施例3 比较例
激光的照射方法 点 点 点 扫描型
激光输出(w) 18 18 18 10
激光照射时间(秒) 3 4.5 7 -
激光扫描速度(mm/分钟) - - - 500
毛细管的冷却速度(℃/秒) 20 30 40 15
应力中立层的有无 有 有 有 无
压缩应力层(CSL)的长度(长度方向的宽度)(mm) 0.45 0.77 1.15 0.05
应力中立层(NSL)的长度(长度方向的宽度)(mm) 0.07 0.10 0.10 -
拉伸应力层(TSL)的长度(长度方向的宽度)(mm) 0.31 0.36 0.41 0.59
拉伸应力层距第一端面的距离(mm) 0.52 0.87 1.25 0.05
拉伸应力层中的拉伸应力的最大值(MPa) 14.5 15.2 15.7 30.4
毛细管主体的端部的破裂的产生率(％) 0.2 0.9 1.0 21.7
如表1、图14至图16所示，实施例1～3的样品在压缩应力层与拉伸应力层之间形成0.01mm以上的应力中立层，压缩应力层的长度比拉伸应力层的长度长，拉伸应力层从相对于第一端面分离0.1mm以上的位置起存在。另外，拉伸应力层的拉伸应力的最大值为20MPa以下。由此，在毛细管主体的端部破损的产生显著低。
另一方面，如表1、图17所示，比较例的样品在压缩应力层与拉伸应力层之间未形成应力中立层，拉伸应力层的拉伸应力的最大值超过了20MPa。另外，拉伸应力层距第一端面的距离也为0.05mm这样短。由此，在毛细管主体的端部破裂的产生显著高。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式的结构，并不限定于上述的作用效果。本发明能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
在上述的实施方式中，示出在加热工序S2中将毛细管主体9一个个加热的例子，但本发明并不限定于该结构。也可以是，在加热工序S2中，将多个毛细管主体9以各第一端面9a一致的方式捆扎，利用激光L将上述多个毛细管主体9的第一端面9a以及开口部11加热。
在上述中，以具有应力中立层NSL的毛细管主体9的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该方式。也可以是，代替设置应力中立层NSL，使压缩应力层CSL的长度尺寸L3比拉伸应力层TSL的长度尺寸L4长，从而使拉伸应力层TSL的端部(压缩应力层CSL的边界部分)与第一端面9a分离。在该方式中，压缩应力层CSL的长度尺寸L3优选为拉伸应力层TSL的长度尺寸L4的1.1倍～4倍，更优选为1.2倍～3倍，进一步优选为2倍～3倍。另外，也可以是，在设置有应力中立层NSL的基础上，使压缩应力层CSL的长度尺寸L3比拉伸应力层TSL的长度尺寸L4长。
在上述中，以具有应力中立层NSL的毛细管主体9的实施方式、压缩应力层CSL的长度尺寸L3比拉伸应力层TSL的长度尺寸L4长的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。也可以是，设为如下毛细管主体9：无论压缩应力层CSL的长度尺寸L3的长度如何，都使与压缩应力层CSL对应的拉伸应力层TSL的端部(第一端面9a侧的端部)相对于第一端面9a分离0.1mm以上。在该实施方式的情况下，拉伸应力层TSL的端部优选为相对于第一端面9a分离0.1mm以上，更优选为分离0.5mm以上，进一步优选为分离1mm以上。另一方面，第一端面9a与拉伸应力层TSL的端部的分离距离优选为3mm以下，更优选为2mm以下。
附图标记说明
2a 第一光纤
2b 第二光纤
2c 第三光纤
3a 第一毛细管
3b 第二毛细管
9 毛细管主体
9a 毛细管主体的第一端面
9b 毛细管主体的第二端面
10 毛细管主体的第一收容部
11 毛细管主体的开口部
11a 开口部的内壁面
12 贯通孔
13 粘接剂
14 毛细管主体的第二收容部
BD 激光的光束直径
CSL 压缩应力层
L 激光
NSL 应力中立层
S1 准备工序
S2 加热工序
S3 冷却工序
TSL 拉伸应力层
A1 激光的行进方向
A2 激光的行进方向。

Claims (12)

1.一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察；以及应力中立层，其形成于所述压缩应力层与所述拉伸应力层之间，并能够通过所述二维双折射法观察。
2.一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；以及拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察，
所述毛细管主体的所述长度方向上的所述压缩应力层的长度比所述毛细管主体的所述长度方向上的所述拉伸应力层的长度长。
3.一种毛细管，具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体且为光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管主体包括：压缩应力层，其形成于所述开口部，并能够通过二维双折射法观察；以及拉伸应力层，其形成于从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置，并能够通过所述二维双折射法观察，
所述拉伸应力层从相对于所述第一端面分离0.1mm以上的位置起沿着所述长度方向存在。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的毛细管，其中，
所述拉伸应力层中的基于所述二维双折射法的拉伸应力的最大值为20MPa以下。
5.根据权利要求1所述的毛细管，其中，
所述毛细管主体的所述长度方向上的所述应力中立层的长度为0.01mm以上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的毛细管，其中，
所述开口部具有构成为锥状的内壁面。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的毛细管，其中，
在所述开口部填充粘接剂。
8.一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的制造方法的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，
在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，
在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，并且在所述压缩应力层与所述拉伸应力层之间形成能够通过所述二维双折射法观察的应力中立层。
9.一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的制造方法的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，
在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，
在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，
所述毛细管主体的所述长度方向上的所述压缩应力层的长度比所述毛细管主体的所述长度方向上的所述拉伸应力层的长度长。
10.一种毛细管的制造方法，制造具备构成为长条状的玻璃制的毛细管主体的光纤保持用的毛细管，
所述毛细管的制造方法的特征在于，
所述毛细管主体包括用于收容光纤的一部分的收容部、形成于所述毛细管主体的长度方向的一端部的第一端面以及形成于所述毛细管主体的所述长度方向的另一端部的第二端面，
所述收容部包括形成于所述第一端面并且用于插入所述光纤的开口部，
所述毛细管的制造方法包括准备所述毛细管主体的准备工序以及加热所述毛细管主体的所述第一端面及所述开口部的加热工序，
在所述加热工序中，将具有比所述第一端面大的光束直径的激光向所述第一端面以及所述开口部照射，
在所述加热工序中，加热所述第一端面以及所述开口部，从而在所述开口部形成能够通过二维双折射法观察的压缩应力层，在从所述压缩应力层向所述第二端面侧分离的位置形成能够通过所述二维双折射法观察的拉伸应力层，
所述拉伸应力层形成为从相对于所述第一端面分离0.1mm以上的位置起沿着所述长度方向存在。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的毛细管的制造方法，其中，
所述毛细管的制造方法包括以100℃/秒以下的冷却速度将所述第一端面以及所述开口部冷却的冷却工序。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的毛细管的制造方法，其中，
所述激光为CO2激光。
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