JP2009237374A

JP2009237374A - 光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジュール

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Publication number: JP2009237374A
Application number: JP2008084953A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuura; 寛松浦
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Also published as: US8259768B2; US20100303102A1

Abstract

【課題】Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバの端面、特にそのコア部分に付着するのを防止し、光ファイバの光伝搬特性を長期に渡り維持される長寿命の光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジュールを提供する。
【解決手段】光ファイバ部品１は、光を伝搬する光ファイバ１０と、その端面１０ａに接続され、端面１０ａに異物が付着するのを防止するコアレスファイバ２０と、を備える。光ファイバ１０とコアレスファイバ２０は、コアレスファイバ２０の一方の端面２０ａを光ファイバ１０の端面１０ａに融着して接続されている。光ファイバ１０の端面１０ａにおけるコア部分が空気に曝されなくなる。また、光ファイバ１０のコア１１での入射光のパワー密度は、コアレスファイバ２０が無い場合よりも著しく低減されるので、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバのコアに付着することが無くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ顕微鏡、バイオ医療用の分析装置、精密測定装置等に使用されるＳＨＧ（第２高調波）、ＴＨＧ（第３高調波）方式の光源に使用する光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジューに関する。

従来、図６に示すような光モジュールが知られている。この光モジュールは、レーザ光、例えば、波長375μｍ〜波長650μｍのレーザ光を生成して出力するレーザモジュール１００と、このレーザモジュールに接続された入射側の光ファイバ１０１と、出射側の光ファイバ１０２と、光ファイバ１０１，１０２間に配置されたコリメート系１０３と、コリメート系１０３の２つのコリメートレンズ（集光レンズ）１０４，１０５間に配置された光機能部品１０６とを備える。

ところで、図６に示すような従来の光モジュールでは、入射側の光ファイバ１０１の端面および出射側の光ファイバ１０２の端面は、それぞれ空気に曝されているため、各光ファイバ１０１，１０２の端面、特にそのコアにＣ，Ｈ，Ｏの化合物（異物）が付着する。つまり、図６のＡ部を拡大した図７に示すように、コア１０７とクラッド１０８とからなる光ファイバ１０１の端面１０１ａに、特にそのコア１０７部分の端面に、Ｃ，Ｈ，Ｏの化合物１０９が付着する。この化合物１０９の厚さｔは100ｎｍ程度、その大きさは5μｍ以下である。

このような化合物１０９は、使用時間が3000ｈ（時間）位になると、各光ファイバ１０１，１０２の端面に付着する。その結果、出射側の光ファイバ１０２を伝搬する光の強度が極端に落ち、使用不能になる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバの端面、特にそのコア部分に付着するのを防止し、光ファイバの光伝搬特性が長期に渡り維持される長寿命の光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る光ファイバ部品は、光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバの端面に接続され、該端面に異物が付着するのを防止するコアレスファイバと、を備えることを。

請求項２に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバと前記コアレスファイバは、前記コアレスファイバの一方の端面を前記光ファイバの端面に融着して接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、以下の２つの理由により、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバの端面、特にそのコア部分に付着するのを防止できる。
（１）光ファイバの端面にコアレスファイバの一方の端面が融着されているので、光ファイバの端面におけるコア部分が空気に曝されなくなる。
（２）コアレスファイバの外径を例えば光ファイバの外径（ファイバ径）Ｄと同じにした場合、コアレスファイバの長さをＬ、コアレスファイバの他方の端面の中心からの距離をＨ（Ｈ＝Ｄ／２）、光ファイバの最大受光角である開口数をＮＡとしたとき、距離Ｈは、

となる。

また、この光ファイバ部品では、光源からの光、例えばレーザ光をコアレスファイバの他方の端面側から入射させて光ファイバのコアに集光させる場合、コアレスファイバの他方の端面でのビーム面積Ｓ_Hは、

となる。

また、コアレスファイバの無い端面での光ファイバのコア面積Ｓ_dは、

となる。ここで、ｄは、光ファイバのコアの半径である。

例えば、Ｄ＝125μｍ、光ファイバのコア径を4μｍ（0.002ｍｍ）、ＮＡ＝0.1、Ｌ＝0.3ｍｍとすると、
Ｈ＝ＮＡ×Ｌ＝0.03ｍｍとなるので、入射光のビーム面積Ｓ_HはＳ_H＝9×10-^４ｍｍ²、光ファイバのコア面積Ｓ_dはＳ_d＝（0.002ｍｍ）²＝4×10-⁶ｍｍ²となり、ビーム面積Ｓ_Hはコア面積Ｓ_dの約200倍以上になる。

この場合、光ファイバのコアでの入射光のパワー密度は、コアレスファイバが無い場合の入射光のパワー密度の約1/200以下になり、光ファイバのコアに入射する光のパワー密度を著しく低減させることができる。コアに入射する光のパワー密度を著しく低減されるので、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバのコアに付着することが無くなる。

このように、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバのコアに付着するのを防止することができるので、光ファイバの光伝搬特性を長期に渡り維持される長寿命の光ファイバ部品を実現できる。

請求項３に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長650ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長565ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長488ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバは、そのコアが石英（SiO₂）からなり、そのクラッドが石英（SiO₂）にフッ素（F）をドープした単一モード光ファイバであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記コアレスファイバの他方の端面は、反射戻り光を防止するために傾斜面になっていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明に係る光ファイバ部品は、前記光ファイバの端面および前記コアレスファイバの一方の端面はそれぞれ凸状曲面に形成されており、前記光ファイバと前記コアレスファイバは、前記コアレスファイバの一方の端面の頂部を前記光ファイバの端面の頂部をなすコア部分に接触させて接続されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明に係る光ファイバ部品は、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光ファイバ部品を用い、入射側に配置された前記光ファイバ部品と、出射側に配置された前記光ファイバ部品と、入射側の前記光ファイバ部品と出射側の前記光部品との間に配置されたコリメート光学系と、該コリメート光学系を構成する２つの集光レンズの間に配置された光機能部品と、を備えた１組の光学系を１組以上備えていることを特徴とする。

本発明によれば、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物（異物）が光ファイバの端面、特にそのコア部分に付着するのを防止することができ、光ファイバの光伝搬特性が長期に渡り維持される長寿命の光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジュールを実現することができる。

次に、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は一実施形態に係る光ファイバ部品１の概略構成を示している。
この光ファイバ部品１は、図１に示すように、光を伝搬する光ファイバ１０と、光ファイバ１０の端面１０ａに接続され、この端面１０ａに異物が付着するのを防止するコアレスファイバ２０と、を備える。光ファイバ１０は、コア１１とクラッド１２とを単一モード光ファイバである。

光ファイバ１０とコアレスファイバ２０は、コアレスファイバ２０の一方の端面２０ａを光ファイバ１０の端面１０ａに融着して接続されている。コアレスファイバ２０は、光ファイバ１０と同じ外径（例えば125μｍ）を有し、光ファイバ１０のクラッド１２と同じ屈折率を有する。

光ファイバ１０は、波長375ｎｍ以上、波長650ｎｍ以下用の光ファイバである。
光ファイバ１０は、波長375ｎｍ以上、波長565ｎｍ以下用の光ファイバであるのが好ましい。より好ましくは、光ファイバ１０は、波長375ｎｍ以上、波長488ｎｍ以下用の光ファイバである。

また、光ファイバ１０は、そのコア１１が石英（SiO₂）からなり、そのクラッド１２が石英（SiO₂）にフッ素（F）をドープした単一モード光ファイバである。

このような構成を有する光ファイバ部品１では、以下の２つの理由により、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバの端面、特にそのコア部分（コア１１の端面）に付着するのを防止できる。
（１）光ファイバ１０の端面１０ａにコアレスファイバ２０の一方の端面２０ａが融着されているので、光ファイバ１０の端面１０ａにおけるコア１１部分が空気に曝されなくなる。
（２）コアレスファイバ２０の外径を例えば光ファイバ１０の外径（ファイバ直径）Ｄと同じにした場合、コアレスファイバ２０の長さ（コアレスファイバ長）をＬ、コアレスファイバ２０の他方の端面２０ｂの中心からの距離をＨ（Ｈ＝Ｄ／２）、光ファイバの最大受光角である開口数をＮＡとしたとき、距離Ｈは、

となる。

また、この光ファイバ部品１では、光源からの光、例えばレーザ光をコアレスファイバ２０の他方の端面２０ｂ側から入射させて光ファイバ１０のコア１１に集光させる場合、コアレスファイバ２０の他方の端面２０ｂでのビーム面積Ｓ_Hは、

となる。

また、コアレスファイバ２０の無い端面での光ファイバのコア面積Ｓ_dは、

となる。ここで、ｄは、光ファイバのコアの半径である。

この場合、光ファイバ１０のコア１１での入射光のパワー密度は、コアレスファイバ２０が無い場合の入射光のパワー密度の約1/200以下になり、光ファイバ１０のコア１１に入射する光のパワー密度を著しく低減させることができる。コア１１に入射する光のパワー密度を著しく低減されるので、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバ１０のコア１１に付着することが無くなる。

このように、Ｃ，Ｈ，Ｏなどの化合物が光ファイバのコアに付着するのを防止することができるので、光ファイバの光伝搬特性が長期に渡り維持される長寿命の光ファイバ部品を実現できる。

一般的な光ファイバを使う場合、ＮＡは0.1でファイバ直径Ｄは125μｍで、コア径ｄは、3〜５μｍである。

光ファイバ１０としてこのような一般的な光ファイバを使う場合、経験的にはコアレスファイバ２０の長さＬは0.3mm以下で、かつコア面積Ｓ_dに対するコアレスファイバ２０の端面２０ｂでのビーム面積Ｓ_Hが150倍以上（＝パワー密度が150分の1以下）になる。

コアレスファイバ長Ｌは、0.1mm以上、0.3mm以下の範囲内内で設定される。好ましくは、コアレスファイバ長Ｌは、0.244 mm以上、0.3mm以下の範囲内で設定される。

次に、図１に示す光ファイバ部品１を用いた光モジュールを図３に基づいて説明する。
図３に示す光モジュール３０は、レーザ光、例えば、波長375μｍ〜波長650μｍのレーザ光を生成して出力するレーザモジュール３１と、このレーザモジュール３１に接続された入射側の光ファイバ１０Ａと、出射側の光ファイバ１０Ｂと、光ファイバ１０Ａ，１０Ｂ間に配置されたコリメート系３２と、コリメート系３２の２つのコリメートレンズ（集光レンズ）３３，３４間に配置された光機能部品３５とを備える。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・図１に示す光ファイバ部品１では、一方の端面２０ａと他方の端面２０ｂとが平行であるコアレスファイバ２０を用いているが、このコアレスファイバ２０に代えて、図４に示すように、その他方の端面を、反射戻り光を防止するために傾斜面、例えば8°程度の傾斜面２０ｃにしたコアレスファイバ２０Ａを用いてもよい。

・図１に示す光ファイバ１のコアレスファイバ２０に代えて、図５に示すように、その他方の端面を凹曲面２０ｄにしたコアレスファイバ２０Ｂを用いてもよい。

・また、図１に示す光ファイバ部品１では、光ファイバ１０とコアレスファイバ２０は、コアレスファイバ２０の一方の端面２０ａを光ファイバ１０の端面１０ａに融着して接続されているが、本発明はこのような構成の光ファイバ部品に限らない。

例えば、光ファイバの端面およびコアレスファイバの一方の端面はそれぞれ凸状曲面に形成されており、光ファイバとコアレスファイバは、コアレスファイバの一方の端面の頂部を光ファイバの端面の頂部をなすコア部分に接触させて接続されている光ファイバ部品にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ部品を示す概略構成図。図１に示す光ファイバ部品の原理説明図。一実施形態に係る光ファイバ部品を用いた光モジュールの概略構成図。一実施形態に係る光ファイバ部品の変形例を示す概略構成図。一実施形態に係る光ファイバ部品の別の変形例を示す概略構成図。従来の光モジュールを示す概略構成図。光ファイバの端面に付着した化合物を示す説明図。

符号の説明

１：光ファイバ部品
１０，１０Ａ，１０Ｂ：光ファイバ
１０ａ：端面
１１：コア
１２：クラッド
２０，２０Ａ，２０Ｂ：コアレスファイバ
２０ａ：一方の端面
２０ｂ：他方の端面
２０ｃ：傾斜面
２０ｄ：凹曲面
３０：光モジュール
３２：コリメート系
３３，３４：コリメートレンズ

Claims

光を伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバの端面に接続され、該端面に異物が付着するのを防止するコアレスファイバと、を備えることを特徴とする光ファイバ部品。
前記光ファイバと前記コアレスファイバは、前記コアレスファイバの一方の端面を前記光ファイバの端面に融着して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ部品。
前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長650ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ部品。
前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長565ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ部品。
前記光ファイバは、波長375ｎｍ以上、波長488ｎｍ以下用の光ファイバであることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ部品。
前記光ファイバは、そのコアが石英（SiO₂）からなり、そのクラッドが石英（SiO₂）にフッ素（F）をドープした単一モード光ファイバであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一つに記載の光ファイバ部品。
前記コアレスファイバの他方の端面は、反射戻り光を防止するために傾斜面になっていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一つに記載の光ファイバ部品。
前記光ファイバの端面および前記コアレスファイバの一方の端面はそれぞれ凸状曲面に形成されており、前記光ファイバと前記コアレスファイバは、前記コアレスファイバの一方の端面の頂部を前記光ファイバの端面の頂部をなすコア部分に接触させて接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ部品。
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光ファイバ部品を用い、
入射側に配置された前記光ファイバ部品と、出射側に配置された前記光ファイバ部品と、入射側の前記光ファイバ部品と出射側の前記光部品との間に配置されたコリメート光学系と、該コリメート光学系を構成する２つの集光レンズの間に配置された光機能部品と、を備えた１組の光学系を１組以上備えていることを特徴とする光モジュール。