JP2007171676A - 光ファイバケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】
製作コストを低減すると共に簡単に製作が可能な光ファイバケーブルを提供する。
【解決手段】
光ファイバ３を被覆材で被覆したケーブル本体２の先端部に端子部１５，１６を装着してなる光ファイバケーブル１に於いて、前記端子部は前記光ファイバと略同一の屈折率の透明なカバー部材１７，１８を有し、少なくとも一方の端子部の前記カバー部材と前記光ファイバとが近接又は接触した状態で溶着し、一体化した。
【選択図】 図１

Description

本発明は通信、計測に於ける光通信の伝達媒体として、又加工、医療等に於ける光エネルギの伝達媒体として使用される光ファイバケーブルに関するものである。

近年、通信媒体として、又エネルギ媒体として、光、レーザ光線の使用が普及し、又光、レーザ光線を導く伝達媒体としての光ファイバケーブルが急速な進歩を遂げている。

図５、図６により、光ファイバケーブルの一般的な構造を説明する。

光ファイバケーブル１は、ケーブル本体２と該ケーブル本体２の端部に装着されるケーブル端子部７，７′から成っている。前記ケーブル本体２は、光ファイバ３と、該光ファイバ３を被覆し、該光ファイバ３を保護する被覆材４によって構成され、前記光ファイバ３は更に中心部に高屈折率を有するコア５と、該コア５の周囲を囲み低屈折率のクラッド６から成っている。前記コア５及びクラッド６の材料としては、主に石英ガラスが使用される。

図７に示される様に、前記コア５の端面から入射角ψで入射すると、該コア５と前記クラッド６の境界面での入射角が、両者の屈折率の差によって決定される臨界角より大きくなって前記境界面で全反射され、光が前記コア５内を進行する。

前記ケーブル本体２の端部に前記ケーブル端子部７，７′が装着され、前記光ファイバケーブル１同士は、コネクタ（図示せず）に前記ケーブル端子部７又はケーブル端子部７′を接続することで接続され、平行光束の場合はケーブル端子部７′の様にコリメータレンズを、集光光束の場合にはケーブル端子部７の様に平行平板を用いている。又前記光ファイバケーブル１を分配器、増幅器（図示せず）等に接続する場合は、前記ケーブル端子部７，７′をそれぞれ前記分配器、増幅器等に接続している。

前記ケーブル端子部７，７′について説明する。

前記ケーブル本体２の先端部の所要長さ分の前記被覆材４が除去され、前記光ファイバ３が露出され、該光ファイバ３の露出部分にフェルール８が装着される。該フェルール８が装着された状態で、前記光ファイバ３の端面が前記フェルール８と共に研磨され、研磨後は端面に反射防止膜（図示せず）が生成される。尚、前記光ファイバ３の端面を前記フェルール８と一体に研磨するのは、該フェルール８によって前記光ファイバ３の強度不足を補う為である。

前記フェルール８に端子部カバー９が嵌装される。該端子部カバー９の先端にはカバーガラス１１が嵌着され、該カバーガラス１１と前記光ファイバ３の先端とは所要の間隙１２が設けられる。前記カバーガラス１１の両端面にはそれぞれ反射防止膜（図示せず）が生成されている。

尚、前記ケーブル端子部７′では、前記カバーガラス１１の代りに端面が凸曲面とされレンズ作用を有するコリメータレンズ１３が用いられている。該コリメータレンズ１３についても両端面にはそれぞれ反射防止膜が形成されている。該コリメータレンズ１３が設けられる場合は、前記ケーブル本体２から射出された光が平行光束とされる。或は、前記コリメータレンズ１３に入射した光が前記ケーブル本体２の前記コア５に集光される。

上記した従来の光ファイバケーブルでは、前記ケーブル本体２に前記ケーブル端子部７，７′を装着する場合に、前記ケーブル本体２での乱反射等光損失を低減する為に端面の研磨が必要であり、更に端面での反射による光損失を低減する為に反射防止膜の生成が必要である。又、前記カバーガラス１１、前記コリメータレンズ１３の端面での反射による光損失を低減するにはやはり反射防止膜を必要とする。

上記した従来の光ファイバケーブルに於ける前記ケーブル本体２の端部処理では、前記ケーブル端子部７を装着する為に前記ケーブル本体２端面の研磨、反射防止膜の生成が必要であり、又前記カバーガラス１１、前記コリメータレンズ１３についても反射防止膜の生成を必要とする等、処理工程が多く、それだけ時間とコストが掛っていた。

更に、前記ケーブル端子部７′に前記コリメータレンズ１３が設けられる場合、該コリメータレンズ１３から射出される光を平行光束とするには、前記ケーブル本体２の端面と前記コリメータレンズ１３の光軸方向の位置関係が厳密でなければならず、前記ケーブル本体２端面とコリメータレンズ１３間の位置合せ（即ち前記間隙１２の間隙寸法）の正確さが要求される。この為、前記フェルール８と前記コリメータレンズ１３間に形成される前記間隙１２を正確な寸法に維持して前記端子部カバー９を被せる作業は手間の掛る面倒なものであった。

本発明は斯かる実情に鑑み、製作コストを低減すると共に簡単に製作が可能な光ファイバケーブルを提供するものである。

本発明は、光ファイバを被覆材で被覆したケーブル本体の先端部に端子部を装着して成る光ファイバケーブルに於いて、前記端子部は前記光ファイバと略同一の屈折率の透明なカバー部材を有し、少なくとも一方の端子部の前記カバー部材と前記光ファイバとが近接又は接触した状態で溶着し、一体化した光ファイバケーブルに係り、又前記カバー部材を端子部カバーで被覆し、該端子部カバーにより前記ケーブル本体と前記カバー部材とを固定した光ファイバケーブルに係り、又前記ケーブル本体の先端部所要長さの被覆材を除去して前記光ファイバを露出させ、露出した該光ファイバをフェルールに挿通し、前記光ファイバの貫通した端面を前記カバー部材に溶着した光ファイバケーブルに係り、又前記端子部カバーは前記カバー部材と前記フェルール間に掛渡って被覆した光ファイバケーブルに係り、又溶着される前記光ファイバの先端面は、劈開された面である光ファイバケーブルに係り、又溶着された前記光ファイバの先端部周囲は接着剤で補強された光ファイバケーブルに係り、又前記光ファイバ、前記カバー部材は軟化、溶融温度が異なり、該カバー部材の軟化、溶融温度が前記光ファイバより低く、溶着は前記カバー部材を軟化、溶融させて行う光ファイバケーブルに係り、又前記カバー部材の入力端面が入力光を屈折させるレンズ形状を有し、前記入力光を直接光ファイバに導く光ファイバケーブルに係り、更に又前記カバー部材の出力端面に回折格子が形成され、出力光を回折する光ファイバケーブルに係るものである。

本発明によれば、光ファイバを被覆材で被覆したケーブル本体の先端部に端子部を装着して成る光ファイバケーブルに於いて、前記端子部は前記光ファイバと略同一の屈折率の透明なカバー部材を有し、少なくとも一方の端子部の前記カバー部材と前記光ファイバとが近接又は接触した状態で溶着し、一体化したので、光ファイバ端面とカバー部材間に間隙がなく、端面での損傷や反射による光損失がなくなり、光伝達効率が向上し、又光ファイバの端面研磨、反射防止膜の生成等の処理工程を省略でき製作コストの低減を図れる。

又本発明によれば、溶着される前記光ファイバの先端面は、劈開された面であるので、溶着する為の端面処理が省略でき、溶着作業の簡略化が図れる。

又本発明によれば、溶着された前記光ファイバの先端部周囲は接着剤で補強されるので、溶着の信頼性、耐久性能が向上する。

更に又本発明によれば、前記光ファイバ、前記カバー部材は軟化、溶融温度が異なり、該カバー部材の軟化、溶融温度が前記光ファイバより低く、溶着は前記カバー部材を軟化、溶融させて行うので、溶着後の光ファイバの端面の位置が変ることなく、光ファイバとカバー部材との光学的な位置変化を防止できる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は本発明に係る光ファイバケーブルを示している。

尚、図１中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

ケーブル本体２は図６、図７で示したと同等の構成を有し、該ケーブル本体２の端部には、それぞれ端子部１５，１６が装着される。前記端子部１５のカバー部材としては、レンズ作用を持たない透明なカバーガラス１７が用いられ、前記端子部１６のカバー部材としては、外端面にレンズ部１９が形成されレンズ作用を有する透明なコリメータレンズ１８が用いられている。尚、以下の説明では、前記コア５に石英製のガラスが用いられた場合を示している。

前記端子部１５、前記端子部１６について説明する。

前記ケーブル本体２端部の被覆材４が所要長さ劈開等により除去され、露出された光ファイバ３にフェルール８が装着される。該フェルール８が装着された状態で、前記光ファイバ３は前記フェルール８を貫通して先端部が突出しており、前記光ファイバ３の先端がカバーガラス１７の内端面１７ａに溶着される。前記カバーガラス１７、前記フェルール８に掛渡って端子部カバー９が被覆固着される。尚、前記光ファイバ３即ちコア５の屈折率と前記カバーガラス１７とは同一、又は略同一のものが採用される。

前記端子部１６についても同様にして前記光ファイバ３の先端と前記コリメータレンズ１８の内端面１８ａとが溶着され、端子部カバー９が被覆固着される。又、前記光ファイバ３即ちコア５の屈折率と前記コリメータレンズ１８とは同一、又は略同一のものが採用される。

尚、前記カバーガラス１７、前記コリメータレンズ１８の外端面にはそれぞれ反射防止膜を生成することが好ましい。又、前記フェルール８は省略してもよい。この場合、前記端子部カバー９と前記ケーブル本体２間に接着剤等を充填する等して、該ケーブル本体２の先端部を端子部カバー９に固定する。

本発明の光ファイバケーブル２に於いては、前記光ファイバ３を前記カバーガラス１７、前記コリメータレンズ１８に直接溶着するので、溶着面での反射はなく、前記光ファイバ３の先端面を研磨する必要がなく、又先端面に反射防止膜を生成する必要がなくなる。又、前記カバーガラス１７の内端面１７ａ、前記コリメータレンズ１８の内端面１８ａについても研磨、反射防止膜の生成が省略される。

而して、前記端子部１５、前記端子部１６を装着する場合の、研磨工程、反射防止膜の生成工程等が省略でき、処理工程数が少なくて済む。又、前記光ファイバ３の先端面、前記内端面１７ａ、前記内端面１８ａでの反射による光損失がなくなり、光ファイバケーブル１の光伝達効率が向上する。

更に、レンズ効果を有する前記コリメータレンズ１８に対して、前記光ファイバ３は前記内端面１８ａに溶着されるので、前記レンズ部１９に対する光源の位置は前記内端面１８ａとなる。又、前記レンズ部１９に対する前記内端面１８ａの位置は前記コリメータレンズ１８を製作する際に正確に管理できる。従って、前記端子部１６の装着作業時に前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８との位置合せをする必要がなくなり、作業者の負担が大幅に軽減する。

図２により、前記ケーブル本体２に前記端子部１５を装着する工程について説明する。

前記ケーブル本体２の先端部所要長さに亘って被覆材４を除去し、前記光ファイバ３を露出させ、更に該光ファイバ３の先端を劈開する（図２（Ｂ））。

該光ファイバ３を前記フェルール８に挿通する（図２（Ｃ））。使用されるフェルール８の材質としては、金属、ガラス、ジルコニア等、光ファイバケーブル１が使用される環境等が考慮されて選択される。

前記光ファイバ３の先端部を前記フェルール８に貫通させ、前記光ファイバ３先端と前記カバーガラス１７の内端面１７ａとを溶着する（図２（Ｄ））。溶着は、後述する様に前記内端面１７ａと前記光ファイバ３の先端とを近接又は接触させた状態で、放電によるプラズマアークを発生させ、前記内端面１７ａ又は前記光ファイバ３の少なくとも一方を溶融又は溶融に近い軟化状態とする。前記内端面１７ａ又は前記光ファイバ３の少なくとも一方が溶融又は溶融に近い軟化状態となることで、膨張、表面張力により前記内端面１７ａ又は前記光ファイバ３間の隙間が充填されつつ溶着する。尚、前記カバーガラス１７と光ファイバ３（コア５）とは屈折率が略同じである同材質、略同材質が選択されているので、境界面での反射、屈折が避けられる。

前記光ファイバ３の先端周囲に円錐状に接着剤２１を充填し、前記光ファイバ３の溶着部を補強する。使用される接着剤２１は、紫外線硬化型、熱硬化型、常温硬化型等種々の材質が使用可能である（図２（Ｅ））。

前記カバーガラス１７、前記フェルール８に掛渡って前記端子部カバー９を嵌装し、該端子部カバー９を前記カバーガラス１７、前記フェルール８に接着固定する（図２（Ｆ）、図２（Ｇ））。前記端子部カバー９の材質としては、金属、ガラス、ジルコニア等が使用可能であり、光ファイバケーブル１が使用される環境等が考慮されて選択される。

前記端子部１６の装着については、上記した工程で前記カバーガラス１７がコリメータレンズ１８に変更となるだけであるので、説明を省略する。

次に、前記光ファイバ３と前記カバーガラス１７、コリメータレンズ１８との溶着の一例については、本出願人が特願２００５−１９１３５４により提案しており、以下図３により溶着の一例を説明する。

尚、図３は前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８とを溶着する場合を示しているが、前記光ファイバ３と前記カバーガラス１７とを溶着する場合も同様である。

同一光軸上に前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８とを配置し、該コリメータレンズ１８のレンズ部１９側には反射鏡２３を配設する。

前記光ファイバ３の先端面は劈開された状態を示しており、例えば該光ファイバ３の光軸に対して所要角度（１°〜１０°）傾斜している。尚、前記光ファイバ３の先端面は研磨されていない。

前記光ファイバ３の先端と前記内端面１８ａとを近接又は接触させ、光軸合せを行う。光軸合せは、前記光ファイバ３より前記コリメータレンズ１８に検査光を入射させる。前記コリメータレンズ１８から射出された検査光が前記反射鏡２３で反射され、再び前記コリメータレンズ１８を介して前記光ファイバ３に入射した光量を検出する。前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８との光軸が合致した状態が、検出光量最大となるので、検出光量が最大となる様に前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８との位置合せを行う。

光軸合せが完了すると、針状の電極２４，２５を前記光ファイバ３の先端を挾んで対向させ配置し、両電極間に高電圧を印加させプラズマアーク２６を発生させる。該プラズマアーク２６による加熱で、前記光ファイバ３、前記コリメータレンズ１８の少なくとも一方を溶融又は溶融に近い軟化状態とする。

尚、容積の大きい前記コリメータレンズ１８が溶融又は溶融に近い軟化状態となることが好ましい。従って、前記光ファイバ３（コア５）の材質を石英製とした場合、前記コリメータレンズ１８の材質はホウ珪酸系の多成分ガラスが用いられることが好ましい。石英は軟化点が約１６００℃であり、ホウ珪酸系の多成分ガラスの軟化点は６０７℃である。

前記プラズマアーク２６により前記コリメータレンズ１８が溶融、又は軟化し、膨張すると共に表面張力（毛細管現象）により前記光ファイバ３の先端面と前記内端面１８ａ間の間隙を充填する様に盛上がり、前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８とが溶着される。尚、前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８とは共に同質系のガラス材であり、両者の馴染はよく、良好な溶着が可能である。

又、前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８とは、前記光ファイバ３の先端面と前記内端面１８ａ間の間隙を充填する様に溶着されるので、前記光ファイバ３の先端面は微少な凹凸があってもよく、又該先端面は必ずしも傾斜している必要はない。

尚、前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８との光軸合せ作業に於いて、前記光ファイバ３の先端面と前記内端面１８ａ間に隙間があることから空気が介在し、屈折率の相違により光軸がずれる虞れがあるが、間隙に水、アルコール等の液体を充填することで、屈折率の相違による光軸のズレを少なく、若しくは無くすことができ、前記光ファイバ３と前記コリメータレンズ１８との光軸合せの精度を向上させることができる。

次に、本発明に係る光ファイバケーブルの使用例を、図４を参照して説明する。

光ファイバケーブル１の一端に固体レーザ装置２８からレーザ光線が入射され、前記光ファイバケーブル１は所要に導き他端から射出する。

図４はレーザ発振装置の一例である、１波長発振のＬＤ励起固体レーザ装置２８を示している。

図４中、２９は発光部、３０は光共振部である。前記発光部２９はＬＤ発光器３１、集光レンズ３２を具備し、更に前記光共振部３０は第１誘電体反射膜３３が形成された第１光学結晶（レーザ結晶３４）、第２光学結晶（非線形光学結晶（ＮＬＯ）（波長変換結晶３５））、第２誘電体反射膜３６が形成された凹面鏡３７により構成され、前記光共振部３０に於いてレーザ光線をポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶３４としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、前記波長変換結晶３５としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が挙げられる。

前記固体レーザ装置２８は、例えば波長８０９ｎｍのレーザ光線を射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器３１が使用されている。又、該ＬＤ発光器３１が励起光を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。

前記レーザ結晶３４は光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶３４には、発振線が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。又、発振線が７００ｎｍ〜９００ｎｍのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。

前記レーザ結晶３４の前記ＬＤ発光器３１側には、前記第１誘電体反射膜３３が形成されている。該第１誘電体反射膜３３は、前記ＬＤ発光器３１からのレーザ光線に対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶３４の発振波長に対して高反射であると共に、２次高調波（ＳＨＧ：ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。

前記凹面鏡３７は、前記レーザ結晶３４に対向する様に構成されており、前記凹面鏡３７のレーザ結晶３４側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、前記第２誘電体反射膜３６が形成されている。該第２誘電体反射膜３６は、前記レーザ結晶３４の発振波長に対して高反射であり、２次高調波に対して高透過となっている。

以上の様に、前記レーザ結晶３４の前記第１誘電体反射膜３３と、前記凹面鏡３７の前記第２誘電体反射膜３６とを組合わせ、前記ＬＤ発光器３１からのレーザ光線を前記集光レンズ３２を介して前記光共振部３０に入射させ、該光共振部３０でポンピングさせると、光を長時間閉込めることができるので光を共振させて増幅させることができる。

又、前記レーザ結晶３４の前記第１誘電体反射膜３３と、前記凹面鏡３７とから構成された光共振器内に前記波長変換結晶３５が挿入されており、該波長変換結晶３５で光周波数が２倍となる２次高調波（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）が発生され、前記光共振部３０からは波長５３２ｎｍのレーザ光線が射出される。

射出されるレーザ光線の一部はハーフミラー３８によって分割され、受光素子３９に入力され、該受光素子３９での受光強度が一定となる様に前記ＬＤ発光器３０の発光強度が制御される。

前記固体レーザ装置２８から射出される増幅されたレーザ光線は光ファイバケーブル１の前記端子部１６に入力され、該端子部１６の前記レンズ部１９で前記ケーブル本体２の入射端に集光される。該ケーブル本体２を伝播したレーザ光線は他端の前記端子部１５より射出される。該端子部１５から射出されるレーザ光線について平行光束が要求される場合は、前記レンズ部１９を有する前記端子部１６が用いられる。図示では、特にレンズ効果を有しないカバーガラス１７が用いられている。

又、射出端に用いられる前記端子部１５について、射出光として拡散光、平行光、或は光束の分割、散乱光等が要求される場合は、前記カバーガラス１７に代えて凹レンズ、凸レンズ、回折格子等、要求される射出光に応じた光学部材が装着される。

本発明の実施の形態に係る光ファイバケーブルを示す一部破断図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、該光ファイバケーブルの端部処理を示す作業工程図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、該光ファイバケーブルの端部処理の１つである光ファイバとコリメータレンズとの溶着の一例を示す作業工程図である。 レーザ光線を発する固体レーザ装置と本発明に係る光ファイバケーブルを示す説明図である。 従来の光ファイバケーブルを示す一部破断図である。 ケーブル本体の一般的な構造を示す説明図である。 光ファイバと光の進行を示す模式説明図である。

符号の説明

１ 光ファイバケーブル
２ ケーブル本体
３ 光ファイバ
４ 被覆材
５ コア
６ クラッド
８ フェルール
９ 端子部カバー
１７ カバーガラス
１８ コリメータレンズ
１９ レンズ部
２１ 接着剤
２８ 固体レーザ装置

Claims (9)

1. 光ファイバを被覆材で被覆したケーブル本体の先端部に端子部を装着して成る光ファイバケーブルに於いて、前記端子部は前記光ファイバと略同一の屈折率の透明なカバー部材を有し、少なくとも一方の端子部の前記カバー部材と前記光ファイバとが近接又は接触した状態で溶着し、一体化したことを特徴とする光ファイバケーブル。
2. 前記カバー部材を端子部カバーで被覆し、該端子部カバーにより前記ケーブル本体と前記カバー部材とを固定した請求項１の光ファイバケーブル。
3. 前記ケーブル本体の先端部所要長さの被覆材を除去して前記光ファイバを露出させ、露出した該光ファイバをフェルールに挿通し、前記光ファイバの貫通した端面を前記カバー部材に溶着した請求項１の光ファイバケーブル。
4. 前記端子部カバーは前記カバー部材と前記フェルール間に掛渡って被覆した請求項２及び請求項３の光ファイバケーブル。
5. 溶着される前記光ファイバの先端面は、劈開された面である請求項１の光ファイバケーブル。
6. 溶着された前記光ファイバの先端部周囲は接着剤で補強された請求項１の光ファイバケーブル。
7. 前記光ファイバ、前記カバー部材は軟化、溶融温度が異なり、該カバー部材の軟化、溶融温度が前記光ファイバより低く、溶着は前記カバー部材を軟化、溶融させて行う請求項１の光ファイバケーブル。
8. 前記カバー部材の入力端面が入力光を屈折させるレンズ形状を有し、前記入力光を直接光ファイバに導く請求項１の光ファイバケーブル。
9. 前記カバー部材の出力端面に回折格子が形成され、出力光を回折する請求項１の光ファイバケーブル。

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