JP2004341183A

JP2004341183A - 光ファイバ終端器

Info

Publication number: JP2004341183A
Application number: JP2003137211A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Ishikawa; 隆朗石川; Kunihiko Fujiwara; 邦彦藤原; Sukekazu Tanaka; 祐和田中
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】光ファイバを無反射終端する光ファイバ終端器の変形や劣化等の不都合を抑制する。
【解決手段】光ファイバ４の端面４ｂから出射する出射光Ｌを受光する受光部５と、該受光部５と前記光ファイバ４の端面４ｂとの間に配置された光拡散手段１１と、前記受光部５と前記光ファイバ４の端面４ｂとの間に内部空間７を確保したハウジング１とを有し、前記光ファイバ４の端面４ｂから出射する光Ｌが前記光拡散手段１１によって拡散された状態で前記受光部５に照射されるようにして光ファイバ終端器１０を構成する。これにより、光ファイバ４から出射される光Ｌを広い面積に拡散して受光させることができるので、集中的な照射による局所的な過熱が抑制され、光Ｌが例えば高出力のレーザであっても、長期に亘って安定的に使用可能な光ファイバ終端器１０となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバレーザなどの高出力の光を出射する光ファイバの未使用の端面に用いられる光ファイバ終端器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバが他のファイバ等に接続されず開放されている未使用の端面においては、該端面で光が反射して光ファイバを戻る方向に伝播すると、その戻り光により伝送特性が劣化し、雑音や歪みが増加するという問題がある。しかし、光を透過させて外部に放射すれば、周囲の物品や人体に有害となる。そこで、光ファイバの未使用端面におけるレーザ光の反射および透過を防止するため、終端器を設けて光ファイバの無反射終端処理を行っていた。
光ファイバの未使用端面の終端方法としては、光ファイバを光コネクタにより成端して、該光コネクタに樹脂製キャップを付ける方法（例えば特許文献１〜３を参照）、光ファイバの未使用端面近傍の先端部を、伝送が許容される曲率以上に曲げて、光ファイバの側面から徐々に光を放射する方法（例えば特許文献４を参照）、光ファイバの未使用端面にコアレスファイバを融着接続して、該コアレスファイバから光を拡散させる方法などがある（例えば特許文献５を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３１１４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２８１８４５号公報
【特許文献３】
特開２００１−２９００４６号公報
【特許文献４】
特開平０７−０２０３２７号公報
【特許文献５】
特開平０７−２２５３２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバが、光ファイバレーザなどの高出力の光（２００ｍＷ以上、例えば１Ｗ程度）を出射するものである場合、光コネクタに前述のキャップを装着したときに、出射光が集中的に照射されると、光が熱に変換されて局所的に高温に過熱され、キャップの変形や劣化、寿命の短縮といった不都合が生じる可能性がある。
光ファイバの先端部を曲げた光ファイバ終端器を用いた場合、クラッドに放射した光が減衰すると、光のエネルギーから熱が生じることになる。この結果、曲げた先端部の周囲が局所的に高温に過熱されるおそれがあり、やはり上述のキャップの場合と同様の不都合がある。
【０００５】
コアレスファイバを融着接続した光ファイバ終端器の場合、レーザ光は指向性や直進性が強いので、コアレスファイバを他の光ファイバと融着した側と反対側の端面（特許文献５の図１（ａ）における「反射点」）まで到達してしまい、該端面で光が反射して無視できない強度の戻り光が生じたり、当該反対側の端面から光を十分に拡散できないまま、高い強度でコアレスファイバ外に出射して、終端器のハウジングなどを局所的に過熱してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の問題を解決するために提案されたもので、光ファイバを無反射終端する光ファイバ終端器の変形や劣化等の不都合を抑制することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、光ファイバの端面から出射する光を受光する受光部と、該受光部と光ファイバの端面との間に配置された光拡散手段と、前記受光部と前記光ファイバの端面との間に内部空間を確保したハウジングとを有し、前記光ファイバの端面から出射する光が前記光拡散手段によって拡散された状態で前記受光部に照射されるように構成したことを特徴とする光ファイバ終端器を提供する。
前記光拡散手段として、凸レンズを用いることができ、この場合、凸レンズと前記受光部との距離が凸レンズの焦点距離の２倍よりも長くなるようにする。
また、前記光拡散手段としては、回折格子を用いることもできる。
上記光ファイバ終端器においては、前記光ファイバをフェルールの光ファイバ穴に挿通して、前記光拡散手段を前記フェルールの端面に配設する構成を採用することができる。
さらに本発明は、フェルールの光ファイバ穴に挿通された光ファイバと、該光ファイバの端面から出射する光を受光する受光部と、前記受光部と前記光ファイバの端面との間に内部空間を確保したハウジングとを有し、前記光ファイバの端面が、前記フェルールの端部とともに凸球面研磨されることにより、該光ファイバの端面から出射する光が拡散された状態で前記受光部に照射されるように構成したことを特徴とする光ファイバ終端器を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバ終端器の一例を示す概略構成図であり、図２は、この光ファイバ終端器１０の機能を説明する模式図である。
図１，図２に示すように、この光ファイバ終端器１０は、ハウジング１と、該ハウジング１内に収容され、光ファイバ４を保持したフェルール２を備えている。ハウジング１は、合成樹脂などにより成形されたものであり、スリーブ状の側壁部１ａと、この側壁部１ａの軸方向の一端を塞ぐ底部１ｂとを有する。
フェルール２は、ジルコニア、アルミナなどのセラミックやガラスなどの硬質の材料からなり、該フェルール２の両端２ａ，２ｂ間に亘って光ファイバ穴３が形成されている。光ファイバ４は、光ファイバ穴３に内装されて保持されている。
【０００９】
この光ファイバ終端器１０によって終端すべき光ファイバ２５は、ここでは樹脂被覆を有する光ファイバ心線であり、光コネクタ２０（光コネクタプラグ）によってコネクタ成端されている。より具体的には、先端部の樹脂被覆が除去されて裸光ファイバ２４が露出されており、さらに上記裸光ファイバ２４が光コネクタ２０のフェルール２２内部に形成された光ファイバ穴２３に内装され、フェルール２２によって保持されている。裸光ファイバ２４の端面は、フェルール２２の接合端面２２ａに露出されている。光ファイバ２５は、光コネクタ２０の接合端面２２ａと反対側である後端側（図１の左側）から引き出されている。光コネクタ２０の後端側には、光ファイバ２５を保護するゴム（エラストマー）製のブーツ２６が装着されている。
【００１０】
光ファイバ終端器１０のハウジング１は、光コネクタアダプタ３０に挿入して、光ファイバ４，２４同士を光接続できるように構成されている。光ファイバ終端器１０のフェルール２の端部２ａ，２ｂのうち、ハウジング１の開口１ｃに露出された側の端部２ａは、光コネクタ２０の接合端面２２ａと突き合わせ可能な接合端面となっている（以下、当該端部２ａを接合端面２ａということがある）。光ファイバ終端器１０のフェルール２の接合端面２ａと、光コネクタ２０のフェルール２２の接合端面２２ａとを突き合わせると、これらフェルール２，２２に内装された光ファイバ４，２４は、端面同士が突き合わされて光接続されるようになっている。これにより、終端すべき光ファイバ２４を伝播する光は、接続用光ファイバ４を介して光拡散手段１１まで到達するようになり、途中で外部に漏れることがない。
【００１１】
ここでは、光ファイバ４，２４の光接続を維持するため、割りスリーブ３２が、フェルール２，２２の外周面にまたがって装着されている。割りスリーブ３２は、光コネクタアダプタ３０の内部に形成されたスリーブホルダ３１に保持されている。
光コネクタ２０および光コネクタアダプタ３０としては、特に限定はないが、例えばＪＩＳＣ５９７３等に規定されるＳＣ形光コネクタ（ＳＣ：ＳｉｎｇｌｅｆｉｂｅｒＣｏｕｐｌｉｎｇ）とすることができる。この他、フェルール２２をハウジング２１内に収容した構造の各種光コネクタを採用できる。
本実施の形態では、光コネクタアダプタ３０は特に必須のものではなく、ＭＴ形光コネクタ（ＭＴ：ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙＴｒａｎｓｆｅｒａｂｌｅ。例えばＪＩＳＣ５９８１に制定されるＦ１２形光コネクタ等）といった、いわゆるフェルール自体が光コネクタプラグとして機能するものも採用できる。フェルールをハウジング内に収容した構造の光コネクタプラグや、フェルールとしては、多心用、単心用のいずれも採用可能である。
【００１２】
フェルール２の端部２ａ，２ｂのうち、接合端面２ａと反対側の端部２ｂ（以下、後端部２ｂということがある）は、ハウジング２１の内部空間７に臨んでいる。フェルール２に内装された上記光ファイバ４は、後端部２ｂから上記内部空間７に露出されている。
光ファイバ４の端面４ｂは、ハウジング１の底部１ｂの内面に対向する位置に配置されており、底部１ｂの内面が、光ファイバ４の端面４ｂから出射される光の照射を受ける受光部５となっている。
【００１３】
さらに、光ファイバ４の後端部２ｂ側の端面４ｂには、光拡散手段として、凸レンズ１１が取り付けられている。凸レンズ１１は、例えば周知のマイクロレンズを用いることができ、後端部２ｂへの取り付けは、例えば光学接着剤による接着とすることができる。この他、凸レンズ１１として、フェルールの後端部２ｂに付着させた光学接着剤の液滴を硬化させたもの等を用いても差し支えない。
光ファイバ４のコアと凸レンズ１１との屈折率差は、これらの境界面での反射を極力低減するため、小さいことが好ましく、ほとんど等しいことがより好ましい。
ハウジング１の内部空間７は、凸レンズ１１と受光部５との距離が、凸レンズ１１の焦点距離の少なくとも２倍となる程度の空間として確保されている。この結果、凸レンズ１１の焦点Ｆは、ハウジング１の内部空間７にて結び、かつ、凸レンズ１１に入射したときよりも受光部５に照射されたときのほうが、ビームの直径が広くなるようになっている。
【００１４】
このため、光ファイバ２４を伝播する光は、該光ファイバ２４に接続された光ファイバ終端器１０の光ファイバ４に入射し、さらに、後端部２ｂ側の端面４ｂから内部空間７に放射される。このとき、凸レンズ１１を透過することにより、収束して焦点Ｆを結び、さらに焦点Ｆ以遠ではビームが広がって拡散（発散）する。最終的には受光部５に照射される。受光部５では、ビームＬが発散して広がっているため、光ファイバ４から出射したときよりも放射照度（単位面積当たりのパワー）が低下しており、ビームＬのパワーを受光部５全体に分散して受けさせることができる。
【００１５】
従来のように、光拡散手段を特に設けない場合、高出力のレーザでは、波面がほとんど広がることなく伝播するので、受光部までの距離を長くしても、放射照度が低下することなく、光ファイバの出射端に対向する箇所に集中的に照射され、局所的に高温に過熱されて上述した不都合が生じていた。
これに対して、本発明のように、ビームが広がって空間を伝播する場合、凸レンズ１１から受光部５までの距離の２乗に比例して放射照度が低下するので、前記凸レンズ１１から受光部５までの距離を十分長く確保することにより、出射光Ｌのパワーを分散し、ハウジング１への局所的な照射による著しい過熱を抑制することができる。光ファイバ４から出射される光Ｌを広い面積に拡散して受光させることができるので、集中的な照射による局所的な過熱が抑制され、光Ｌが例えば高出力（例えば出力２００ｍＷ以上）のレーザであっても、長期に亘って安定的に使用可能な光ファイバ終端器１０となる。
【００１６】
例えば、光ファイバ４のコアの直径を約１０μｍとし、受光部５での受光した領域の直径を約５ｍｍとすると、放射照度は、光ファイバ４から出射したときの約２５万分の１倍となる。このためには、凸レンズ１１と受光部５との距離を、凸レンズ１１の焦点距離の約５００倍（５００は２５万の平方根である）とすればよい。
ハウジング１の長さ（図１の左右方向の寸法）を短くするため、凸レンズ１１の焦点距離は十分に短いことが望ましいが、凸レンズ１１の直径は、少なくとも光ファイバ４のコアを覆うように、該コアの直径程度あればよいから、直径が十分に小さいレンズであれば、問題なく製造可能である。
【００１７】
受光部５では、光Ｌを吸収することにより発熱が起きる。例えばレーザの出力が約１Ｗである場合（レーザの波長は特に限定されない）、受光部５で発生する熱は、熱の仕事当量により、約０．２４カロリー毎秒となる。ハウジング１の材料は、エポキシ樹脂、アセタール樹脂、ポリイミド樹脂などの通常のプラスチックでも十分放熱できると考えられる。また、高熱伝導性樹脂（例えば、低融点金属などの高熱伝導性フィラーを充填した樹脂など）を用いることも好ましい。
【００１８】
さらに、受光部５に接して、ヒートシンク６を設けることができる。ここで、ヒートシンク６とは、放熱のため、ハウジング１の表面積を拡大させる構造物、あるいはハウジング１の表面を加工した構造をいう。ヒートシンク６としては、波状やひれ状の構成、多数のピンを有する構成などがあり、また、熱伝導性の高い材料としては、銅などの金属等が挙げられる。これにより、ハウジング１に生じた熱が、ヒートシンク６を経由して効率よく放熱されるようになり、ハウジング１の熱の蓄積および温度上昇が抑制される。
なお、ヒートシンク６は特に必須のものではなく、ハウジング１の外表面から徐々に放熱されるようにしてもよい。また、ヒートシンク６をハウジング１と同一の材料からなるものとし、ヒートシンク６とハウジング１とが一体に形成された構成とすることも可能である。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態の光ファイバ終端器によれば、光ファイバの先端から出射された出射光が、光ファイバに戻ることを防止して、光ファイバを無反射に終端することができる。また、ハウジングの過熱による変形や劣化などの不都合が抑制されるので、長期にわたって安定的に使用することができる。光コネクタプラグと互換性があり、光コネクタアダプタを介して、光ファイバ終端器の光ファイバと、終端すべき光ファイバとの光接続およびその解除を、容易に行うことができ、操作性に優れる。
【００２０】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図３は、光拡散手段として、凸レンズ１１に代えて、凹レンズ１２をフェルール２の後端部２ｂに取り付けた例である。
また、図４は、光拡散手段として、回折格子１３を用いた例である。
これらの光ファイバ終端器１０によっても、図１の光ファイバ終端器１０と同様に、光ファイバ４からの出射光Ｌを拡散した状態で受光部５に照射することができ、ハウジング１の局所的な過熱を抑制することができる。
【００２１】
図５は、本発明の光ファイバ終端器の他の例を示す概略構成図である。この光ファイバ終端器１０は、光ファイバ穴３を有するフェルール２と、該フェルール２の光ファイバ穴３に挿通された光ファイバ４と、該光ファイバ４の端面４ｂから出射する光を受光する受光部５と、前記受光部５と前記光ファイバ４の端面４ｂとの間に内部空間７を確保したハウジング１とを有する。
フェルール２の受光部５と対向する端部２ｂは、凸球面状に研磨されており、これにより、該フェルール２に内挿された光ファイバ４の端面４ｂも、凸球面研磨されている。この研磨量を適宜調節することにより、光ファイバ４の端面４ｂが凸レンズとして機能するように加工されており、該光ファイバ４の端面４ｂから出射する光Ｌが拡散された状態で受光部５に照射されるようになっている。
【００２２】
図５の光ファイバ終端器１０によれば、光ファイバ４の端面４ｂから受光部５までの距離の２乗に比例して放射照度が低下するので、前記光ファイバ４の端面４ｂから受光部５までの距離を十分長く確保することにより、出射光Ｌのパワーを分散し、ハウジング１への局所的な照射による著しい過熱を抑制することができる。光ファイバ４から出射される光Ｌを広い面積に拡散して受光させることができるので、集中的な照射による局所的な過熱が抑制され、光Ｌが例えば高出力（例えば出力２００ｍＷ以上）のレーザであっても、長期に亘って安定的に使用可能な光ファイバ終端器１０となる。
【００２３】
ここで、受光部５で光が拡散するためには、光ファイバ４の端面４ｂから受光部５までの距離を、光ファイバ４の端面４ｂの凸レンズの焦点距離の２倍よりも長くする。例えば、光ファイバ４のコアの直径を約１０μｍとし、受光部５での受光した領域の直径を約５ｍｍとすると、放射照度は、光ファイバ４から出射したときの約２５万分の１倍と著しく低減させることができる。このためには、光ファイバ４の端面４ｂと受光部５との距離を、光ファイバ４の端面４ｂの凸レンズの焦点距離の約５００倍とすればよい。
【００２４】
なお、この他の改変例としては、終端すべき光ファイバを他に漏れることなく光拡散手段に誘導することができれば、フェルールに内装した接続用の光ファイバを介する必要はなく、終端すべき光ファイバから直接または間接的に光拡散手段に光接続するようにする構成であればよい。
例えば、光コネクタ用のキャップの内側に凸レンズなどの光拡散手段を配設して、終端すべき光ファイバを成端した光コネクタの先端に上記キャップを装着したときに、前記光拡散手段が前記終端すべき光ファイバの端面に当接するように構成することも可能である。また、ＡＲコートや屈折率整合剤などを用いて、界面での光の反射を抑制できるのであれば、終端すべき光ファイバと光拡散手段とを当接させる必要もない。
さらに、終端すべき光ファイバと光拡散手段とを適切に光接続できるのであれば、終端すべき光ファイバを光コネクタで成端することも必須でない。
終端すべき光ファイバとしては、通信用光ファイバ、計測用光ファイバの他、光カプラや光スプリッタなどの光部品に用いられる光ファイバなど、特に限定されることなく、本発明を適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ終端器によれば、光ファイバから出射される出射光を広い面積に拡散して受光させることができるので、集中的な照射による局所的な過熱が抑制される。従って、光が例えば高出力のレーザであっても、長期に亘って安定的に使用可能な光ファイバ終端器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ終端器の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の光ファイバ終端器の機能を説明する模式図である。
【図３】本発明の光ファイバ終端器の第２例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の光ファイバ終端器の第３例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の光ファイバ終端器の第４例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…ハウジング、２…フェルール、２ｂ…フェルールの端部、３…光ファイバ穴、４…光ファイバ、４ｂ…光ファイバの端面、５…受光部、７…ハウジングの内部空間、１０…光ファイバ終端器、１１…光拡散手段（凸レンズ）、１２…光拡散手段（凹レンズ）、１３…光拡散手段（回折格子）。

Claims

光ファイバ（４）の端面（４ｂ）から出射する光を受光する受光部（５）と、該受光部と前記光ファイバの端面との間に配置された光拡散手段（１１，１２，１３）と、前記受光部と前記光ファイバの端面との間に内部空間（７）を確保したハウジング（１）とを有し、前記光ファイバの端面から出射する光が前記光拡散手段によって拡散された状態で前記受光部に照射されるように構成したことを特徴とする光ファイバ終端器（１０）。
前記光拡散手段が凸レンズ（１１）であり、前記光拡散手段と前記受光部との距離が前記凸レンズの焦点距離の２倍よりも長くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ終端器。
前記光拡散手段が、回折格子（１３）であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ終端器。
前記光ファイバがフェルール（２）の光ファイバ穴（３）に挿通されており、前記光拡散手段が前記フェルールの端部（２ｂ）に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ終端器。
フェルール（２）の光ファイバ穴（３）に挿通された光ファイバ（４）と、該光ファイバの端面（４ｂ）から出射する光を受光する受光部（５）と、前記受光部と前記光ファイバの端面との間に内部空間（７）を確保したハウジング（１）とを有し、前記光ファイバの端面が、前記フェルールの端部（２ｂ）とともに凸球面研磨されることにより、該光ファイバの端面から出射する光が拡散された状態で前記受光部に照射されるように構成したことを特徴とする光ファイバ終端器（１０）。