JP2007072225A

JP2007072225A - 光レセプタクル

Info

Publication number: JP2007072225A
Application number: JP2005260037A
Authority: JP
Inventors: Hideki Asano; 秀樹浅野; Masanori Wada; 正紀和田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】半導体レーザが反射戻り光によって損傷することがなく、ゴミが溜まりにくく清掃しやすく、波長３００〜５００ｎｍの光線を高効率で光ファイバに導くことができる光レセプタクルを提供すること。
【解決手段】本発明にかかる光レセプタクルは、スリーブホルダーと、プラグフェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、スリーブの内孔に配設され且つスリーブの軸方向途中位置にプラグフェルールの端面を接触させるための第１端面を有する光透過体とを備え、光透過体は波長３００〜５００ｎｍにおける最低内部光透過率が８５％以上であり、光透過体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなる、もしくは第２端面に反射防止膜が形成されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光レセプタクルに関し、特に３００〜５００ｎｍの波長の光を発するレーザ光源装置に使用される光レセプタクルに関するものである。

従来、露光装置は、光源として超高圧水銀灯が用いられていた。しかし超高圧水銀灯は、寿命が短く頻繁に交換を行う必要があり、しかも消費電力が大きく、その発熱量も大きい等の問題を有していた。

そこで、超高圧水銀灯の替わりに、寿命が長く、消費電力や発熱量が小さい半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子が用いられるようになった。

しかし、１つの発光素子では発光強度が小さいため、光源装置は、複数の発光素子を用い、それらから出射される光を集めるようにしていた。具体的には、例えば特許文献１に記載のレーザ光源装置が提案されている。

図４に示すように、このレーザ光源装置１０は、複数の半導体レーザ１と、半導体レーザ１と同数の光ファイバ２と、半導体レーザ１と光ファイバ２とを接続する光レセプタクル３を備えている。図５に示すように、光レセプタクル３の端面３ａには、スペーサ４を介してフェルールホルダ５が接合されており、フェルールホルダ５に光ファイバ２を内蔵したフェルール６が差し込まれている。尚、スペーサ４は、差し込まれたフェルール６の端面６ａとレーザ光の焦点が一致するように、フェルール６の位置を固定させる。また、光レセプタクル３の第１の貫通孔３ｂには、半導体レーザ１とレンズ７が装着してある。このレーザ光源装置１０では、半導体レーザ１から発せられたレーザ光を、レンズ７を通してフェルール６の端面６ａに集光し、複数の光ファイバ２を通して、集められたレーザ光がレーザ光出射部８から出射される。
特開２００４−３６１４３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ光源装置１０では、半導体レーザ１から発せられたレーザ光のプラグフェルール端面６ａでの反射が大きく（約３〜４％）なる。そのため、反射戻り光が半導体レーザ１を損傷させる虞があり、しかも結合効率が少なくとも反射戻り光の分（約３〜４％）だけ低下してしまう。

また、光レセプタクル３は、第二の貫通孔３ｃが密閉されていないため、第二の貫通孔３ｃの内部にゴミが溜まり易く、しかも光レセプタクル３の端面３ａには、第二の貫通孔３ｃよりも小さい内孔を有するスペーサ４が設置されているため、ゴミの清掃がし難いという問題点も有している。

本発明の目的は、半導体レーザが反射戻り光によって損傷することがなく、ゴミが溜まりにくく清掃しやすく、波長３００〜５００ｎｍの光線を高効率で光ファイバに導くことができる光レセプタクルを提供することである。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかる光レセプタクルは、スリーブホルダーと、プラグフェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、スリーブの内孔に配設され且つスリーブの軸方向途中位置にプラグフェルールの端面を接触させるための第１端面を有する光透過体とを備え、光透過体は波長３００〜５００ｎｍにおける最低内部光透過率が８５％以上であり、光透過体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなる、もしくは第２端面に反射防止膜が形成されてなることを特徴とする。尚、上記スリーブは、スリットのない剛性スリーブやスリットのある割スリーブを含む。

このような構成によれば、本発明の光レセプタクルは、半導体レーザが反射戻り光によって損傷することがなく、ゴミが溜まりにくく清掃しやすく、波長３００〜５００ｎｍの光線を高効率で光ファイバに導くことができる。すなわち、光透過体とプラグフェルールとが接触（ＰＣ接続）しているため、この界面では反射光は生成されにくい。特に、プラグフェルールの内孔内に装着された光ファイバのコア部の屈折率をｎｆ、光透過体の屈折率をｎｂとしたとき、光透過体が、−１０Ｌｏｇ｛（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²｝≧３０を満足する屈折率ｎｂを有すると、反射光はより生成されにくいため好ましい。

また光透過体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなるため、光透過体の第２端面で反射光が生成されても半導体レーザに戻ることがない。もしくは第２端面に反射防止膜が形成されてなるため、反射光が生成しにくく反射戻り光が小さくなる（フレネル反射を抑制できる）とともに結合効率が高くなる。

また、スリーブの内孔に光透過体を備えているため、半導体レーザと光透過体の間の空間は密閉され、ゴミが溜まることがない。しかも、スリーブは内孔が寸胴で且つ光透過体の第１端面側の内孔が開放されているため、ゴミが溜まりにくく、清掃しやすい。

また、光透過体は波長３００〜５００ｎｍにおける最低内部光透過率が８５％以上であるため、波長３００〜５００ｎｍの光線のロスが小さく、高効率で出射光を光ファイバに導くことができる。波長３００〜５００ｎｍでの最低内部光透過率は９０％以上であることがさらに好ましい。

上記した構成において、光透過体が、ガラスからなることが好ましい。このようにすれば、研磨や加工が容易であり、耐環境性が高くなる。

また、上記した構成において、光透過体は、４００ｎｍでの屈折率が１．３８〜１．５５であることが好ましい。このようにすれば、光透過体とプラグフェルールとの界面における反射損失を低下でき、例えば３０ｄＢ以上にできる。光透過体における、４００ｎｍでの屈折率のより好ましい範囲は、１．４５〜１．４８であり、このようにすれば反射損失を４５ｄＢ以上にできる。

また、上記した構成において、光透過体が、ホウケイ酸塩ガラス又は石英ガラスからなることが好ましい。このようにすれば、波長３００〜５００ｎｍにおける光透過体の最低内部光透過率を８５％以上にしやすく、ホウケイ酸塩ガラス又は石英ガラスのＦｅ₂Ｏ₃の含有量が３０ｐｐｍ以下であると、光透過体の内部光透過率を高くすることができるため好ましい。特に合成石英ガラスは、ＳｉＯ₂以外の成分を０．０１ｐｐｍ以下しか含まないので、光透過体が合成石英ガラスからなると、波長３００〜５００ｎｍでの最低内部光透過率を９９％以上にできるためさらに好ましい。

本発明の光レセプタクルは、スリーブホルダーと、プラグフェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、スリーブの内孔に配設され且つスリーブの軸方向途中位置にプラグフェルールの端面を接触させるための第１端面を有する光透過体とを備え、光透過体は波長３００〜５００ｎｍにおける最低内部光透過率が８５％以上であり、光透過体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなる、もしくは第２端面に反射防止膜が形成されてなる。そのため、半導体レーザが反射戻り光によって損傷することがない。またゴミが溜まりにくく清掃しやすく、波長３００〜５００ｎｍの光線を高効率で光ファイバに導くことができる。

以下、本発明の光レセプタクルを実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る光レセプタクルの実施例１の一部破断した説明図であり、図２は、本発明に係る光レセプタクルの実施例２の一部破断した説明図であり、図３は、本発明に係る光レセプタクルの実施例３の一部破断した説明図である。

図１に示すように、実施例１の光レセプタクル２０は、金属製のスリーブホルダー１１と、プラグフェルールを挿入するための内孔１２ａを有する結晶化ガラス製スリーブ１２と、スリーブ１２の内孔１２ａに配設され且つスリーブ１２の軸方向途中位置にプラグフェルールの端面を接触させるための第１端面１３ａを有するファイバレススタブ（光透過体）１３とを備えている。結晶化ガラス製スリーブ１２は、スリットが形成されていない、いわゆる円筒状の剛性スリーブであり、Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系結晶化ガラスからなり、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数が２．７ｐｐｍ／℃である。また、ファイバレススタブ１３は、円柱状の中実の透明体であり、質量％で、ＳｉＯ₂ ８０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ３％、Ｂ₂Ｏ₃ １３％、Ｎａ₂Ｏ４％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ２０ｐｐｍの組成を有し、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数が３．２ｐｐｍ／℃であるホウケイ酸塩ガラスからなり、スリーブ１２の内孔表面１２ｂに融着固定してある。また、ファイバレススタブ１３の第１端面１３ａは、熱的処理により得られた凸曲面であり且つ未研磨面となっている。またファイバレススタブ１３の第２端面１３ｂは、スリーブ１２の軸中心線Ｚに対して垂直な平面となっており、その平面には反射防止膜（図示せず）が形成されている。また、スリーブホルダー１１とスリーブ１２は、低融点ガラス、有機接着剤等によって接着固定することができるが、特に、低融点ガラスで接着固定されていると、短波長光（３００〜５００ｎｍ）による接着部の劣化が防止できる。

ファイバレススタブ１３は、第１端面から第２端面までの長さ（全長）が１．８ｍｍであり、その長さでの波長４００ｎｍにおける内部光透過率が９８．６６％であった。またファイバレススタブ１３とプラグフェルールとのＰＣ接続面での反射率（損失）は略ゼロ（０．００３２％）であり、実施例１の光レセプタクルの光損失は１．６３％と低かった。尚、この光損失が、フレネル反射損失、内部光透過損失（１００−内部光透過率）及びＰＣ接続面の反射損失の合計であるとすると、ファイバレススタブ１３の第２端面でのフレネル反射は０．２５％であると推定される。

図２に示すように、実施例２の光レセプタクル３０は、光透過体として光ファイバ２３ａを使用し、ファイバレススタブ１３の替わりに光ファイバ２３ａを円筒体２３ｂの内孔に備えたファイバスタブ２３を使用した以外は実施例１と同様に構成してある。円筒体２３ｂは結晶化ガラス又はガラスからなるため、第１端面２３ｃをＰＣ研磨（ＰＣ接続を行うために、凸球面状に研磨すること）する際、光ファイバ２３ａとの研磨速度が近いために光ファイバ２３ａの突き出しや引き込みが起こりにくい。光ファイバ２３ａは、コア部とそれを囲むクラッド部からなり（図示せず）、コア部は何もドープされていない石英ガラスからなり、クラッド部はフッ素を添加した石英ガラスからなる。光ファイバ２３ａは結晶化ガラス円筒体２３ｂの内孔に融着固定又は接着剤固定されている。特に光ファイバ２３ａが結晶化ガラス円筒体２３ｂの内孔に融着固定してあると、ファイバスタブ２３の作製が容易になるとともに、有機接着剤を使用しないためエネルギーの大きい短波長光（３００〜５００ｎｍの光）によって光ファイバ２３ａと円筒体２３ｂとの接着が経時的に劣化することがない。また、ファイバスタブ２３は、スリーブ１２の内孔表面１２ｂに低融点ガラス又は有機接着剤によって固定されており、第２端面２３ｄは、スリーブ１２の軸中心線Ｚと垂直な面に対して４°傾斜した平面である。尚、光ファイバとして、コア部とクラッド部を備えた光ファイバを用いたが、全反射が必要ないようにレーザ光を集光すれば石英ガラス製のコアレスファイバを使用することもできる。

ファイバスタブ２３は、第１端面２３ｃから第２端面２３ｄまでの長さ（全長）が３ｍｍであり、光ファイバ２３ａは、その長さでの波長４００ｎｍにおける内部光透過率が９９．９％であった。ファイバスタブ２３とプラグフェルールとのＰＣ接続面での反射率（損失）は略ゼロ（〜０％）であり、実施例２の光レセプタクルの光損失は３．７％と低かった。尚、この光損失が、フレネル反射損失、内部光透過損失（１００−内部光透過率）及びＰＣ接続面の反射損失の合計であるとすると、ファイバスタブ２３の第２端面２３ｄでのフレネル反射は３．６％であると推定される。

図３に示すように、実施例３の光レセプタクル４０は、ファイバレススタブ１３の替わりに光透過体として合成石英ガラスからなるシリカロッド３３を使用した以外は実施例１と同様に構成してある。このシリカロッド３３は、中実の透明体であり、スリーブ１２の内孔表面１２ｂに低融点ガラス又は有機接着剤によって固定されている。シリカロッド３３の第１端面３３ａは、ＰＣ研磨され、第２端面３３ｂは、スリーブ１２の軸中心線Ｚに対して垂直な平面となっており、その平面には反射防止膜（図示せず）が形成されている。

シリカロッド３３は、第１端面３３ａから第２端面３３ｂまでの長さ（全長）が３ｍｍであり、その長さでの波長４００ｎｍにおける内部光透過率は９９．９％であった。シリカロッド３３とプラグフェルールとのＰＣ接続面での反射率（損失）は略ゼロ（〜０％）であり、実施例３の光レセプタクルの光損失は０．３５％と低かった。尚、この光損失が、フレネル反射損失、内部光透過損失（１００−内部光透過率）及びＰＣ接続面の反射損失の合計であるとすると、シリカロッド３３の第２端面３３ｂでのフレネル反射は０．２５％であると推定される。

上記した内部光透過率は、光透過体を構成する材質からなる２種類の厚みのガラス板Ｇ₁（厚みＬ₁＝３ｍｍ）、ガラス板Ｇ₂（厚みＬ₂＝５ｍｍ）を作製し、それらを測定して求めた波長４００ｎｍにおける光透過率Ｔ₁、Ｔ₂から算出した。すなわち、まず、ガラス板Ｇ₁とＧ₂の表面反射率Ｒが等しく、さらにガラス板Ｇ₁とＧ₂の単位長さあたりの光透過率Ｔ_Uが等しいと仮定すると、それぞれ実測した光透過率Ｔ₁、Ｔ₂は、以下のような式で表すことができる。
Ｔ₁＝１００−（２×Ｒ＋Ｔ_U・Ｌ₁）
Ｔ₂＝１００−（２×Ｒ＋Ｔ_U・Ｌ₂）
次に、これら式から、単位長さ当たりの内部光透過率Ｔ_Uは、
Ｔ_U＝（Ｔ₁−Ｔ₂）／（Ｌ₂−Ｌ₁）となり、所定長さＬでの波長４００ｎｍにおける内部光透過率Ｔは、Ｔ＝Ｔ_U×Ｌとして算出した。

また、ＰＣ接続面での反射率（損失）Ｒ_PCは、下記の式によって算出した。
Ｒ_PC＝（ｎｆ−ｎｂ）²／（ｎｆ＋ｎｂ）²
ここで、ｎｆは、プラグフェルールの内孔に装着された光ファイバのコア部の波長４００ｎｍでの屈折率（１．４６７）であり、ｎｂは、光透過体の波長４００ｎｍでの屈折率である。

また、光レセプタクルの光損失Ｐ_Lは、以下のようにして測定した。まず半導体レーザの前に光を集光させるためのレンズを装着した半導体レーザ装置の出射孔に光パワーメータの検出部を置き、半導体レーザから出射しレンズを通過したレーザ光の光強度（Ｐ₀）を測定する。次に、この半導体レーザ装置を上記光レセプタクルと接合し、プラグフェルールを光レセプタクルに挿入し、プラグフェルールの光ファイバの出射端に光パワーメータの検出部を置き、半導体レーザから出射されレンズと光透過体を通過し、光ファイバに入射されたレーザ光の光強度（Ｐ₁）を測定する。光損失Ｐ_Lはこれらの測定値から次式によって求めた。
Ｐ_L＝（Ｐ₀−Ｐ₁）／Ｐ₀×１００

以上説明したように、本発明の光レセプタクルは、半導体レーザが反射戻り光によって損傷することがなく、ゴミが溜まりにくく清掃しやすく、波長３００〜５００ｎｍの光線を高効率で光ファイバに導くことができるため、光源装置、特に３００〜５００ｎｍの波長の光を発するレーザ光源装置に適用可能である。

本発明に係る実施例１の一部破断した光レセプタクルの説明図である。本発明に係る実施例２の一部破断した光レセプタクルの説明図である。本発明に係る実施例３の一部破断した光レセプタクルの説明図である。従来のレーザ光源装置の説明図である。従来のレーザ光源装置に用いる光レセプタクルの模式断面図である。

符号の説明

１１スリーブホルダー
１２スリーブ
１２ａ内孔
１２ｂ内孔表面
１３ファイバレススタブ
１３ａ、２３ｃ、３３ａ第１端面
１３ｂ、２３ｄ、３３ｂ第２端面
２０、３０、４０光レセプタクル
２３ファイバスタブ
２３ａ光ファイバ
２３ｂ円筒体
３３シリカロッド
Ｚ中心軸

Claims

スリーブホルダーと、プラグフェルールを挿入するための内孔を有するスリーブと、スリーブの内孔に配設され且つスリーブの軸方向途中位置にプラグフェルールの端面を接触させるための第1端面を有する光透過体とを備え、光透過体は波長３００〜５００ｎｍにおける最低内部光透過率が８５％以上あり、光透過体の第１端面とは反対側の第２端面に、スリーブの軸直角面に対して傾斜した平面が形成されてなる、もしくは第２端面に反射防止膜が形成されてなることを特徴とする光レセプタクル。
光透過体が、ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の光レセプタクル。
光透過体は、４００ｎｍでの屈折率が１．３８〜１．５５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光レセプタクル。
光透過体が、ホウケイ酸塩ガラス又は石英ガラスからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光レセプタクル。