JP2011027994A - モード結合用光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング等によりクラッドを除去する加工を要さずにモード結合用光ファイバを容易に製造する。
【解決手段】モード結合用光ファイバ１００は、各々、長さ方向に延びる複数の細孔１１１ａによって囲われた部分によってコア１１１ｂが構成された光ファイバ１１１を複数含む。複数の光ファイバ１１１は、それらの一端部において、各々の複数の細孔１１１ａが埋没すると共に溶融一体化して形成されたモード結合部１２０が構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明はモード結合用光ファイバ及びその製造方法に関する。

多波長の光を混合するための光ファイバデバイスとして、複数の光ファイバを束ねて構成されたバンドルファイバとガラスロッドとを機械的に或いは融着して接続した構造のものが知られている。

ところで、上記構造において、ガラスロッドを接続する代わりに複数の光ファイバの一端部を束ねて溶融一体化させることが考えられるが、その場合、コア及びクラッドを有する光ファイバを複数集めて溶融一体化しても、各光ファイバを伝搬する光は溶融一体化した部分においてもコアに閉じ込められるため、その部分で光の混合は起こらない。

かかる問題を解決する技術として、特許文献１には、複数の光ファイバの一端部において、クラッドをフッ酸によるエッチング、レーザーアブレージョン、或いは機械研磨により取り除いて残ったコアをパイプに挿入し、それを炉で溶融一体化させたモード結合用光ファイバが開示されている。

特許第２８８２５７３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構造では、クラッドをエッチング等により除去するための加工を施す必要がある。そして、エッチングでクラッドを除去した場合、残ったコアの外径が長さ方向で不均一となり（例えば先細り形状）、また、光ファイバ間でも露出したコアの外径にバラツキが生じ、それらに起因して伝送損失が大きくなるという問題がある。

本発明の課題は、エッチング等によりクラッドを除去する加工を要さずにモード結合用光ファイバを容易に製造することである。

本発明のモード結合用光ファイバは、各々、長さ方向に延びる複数の細孔によって囲われた部分によってコアが構成された光ファイバを複数含むものであって、上記複数の光ファイバは、それらの一端部において、各々の複数の細孔が埋没されると共に溶融一体化して形成されたモード結合部が構成されている。

本発明のモード結合用光ファイバの製造方法は、各々、長さ方向に延びる複数の細孔によって囲われた部分によってコアが構成された光ファイバを複数集め、該複数の光ファイバの一端部を束ねた状態で加熱することにより、各々の複数の細孔を埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部を形成する。

本発明によれば、複数の光ファイバの一端部を束ねた状態で加熱することにより、各々の複数の細孔を埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部を形成するので、エッチング等によりクラッドを除去する加工を要さずに加熱処理のみでモード結合用光ファイバを容易に製造することができる。

実施形態に係るモード結合用光ファイバを示す斜視図である。 光ファイバ心線を示す斜視図である。 モード結合部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はモード結合部の端面の正面図である。 （ａ）及び（ｂ）はパイプ材の横断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応するモード結合部の端面の正面図である。 （ａ）及び（ｂ）はロッド材を用いて形成された図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応するモード結合部の端面の正面図である。 実施形態に係るモード結合用光ファイバの製造方法の説明図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００を示す。本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００は、多波長の光を混合するために用いられる光ファイバデバイスである。

本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００は複数の光ファイバ心線１１０を備えている。光ファイバ心線１１０の本数は例えば２〜３７本である（図１では７本）。

図２は光ファイバ心線１１０を示す。

複数の光ファイバ心線１１０は、同一の光ファイバ心線１１０で構成されていてもよく、また、異なる光ファイバ心線１１０が混在して構成されていてもよい。複数の光ファイバ心線１１０のそれぞれは、光ファイバ１１１が被覆層１１２で被覆された構成を有する。光ファイバ心線１１０は、例えば、心線長が５０ｍｍ〜１００ｍ、及び心線径が２００〜１４００μｍである。

光ファイバ１１１は、各々、長さ方向に延びる複数の細孔１１１ａによって囲われた部分によってコア１１１ｂが構成されており、複数の細孔１１１ａの外側部分がファイバ外周部１１１ｃに構成されている。光ファイバ１１１のファイバ径は例えば１００〜１０００μｍである。

光ファイバ１１１は、単一材料で形成され、従って、コア１１１ｂ及びファイバ外周部１１１ｃが同一材料で形成されていることが好ましい。光ファイバ１１１を形成する材料としては、典型的には石英が挙げられ、ドーパントを含まない純粋石英が好ましい。光ファイバの軟化温度は例えば約１７００℃である。光ファイバ１１１の屈折率は例えば波長０．９７５μｍの光に対して約１．４４７である。

複数の細孔１１１ａは、孔径が同じ細孔１１１ａで構成されていてもよく、また、孔径が異なる細孔１１１ａが混在して構成されていてもよい。複数の細孔１１１ａは、コア１１１ｂを囲うように単層に設けられていてもよく、また、複数層を形成するように多重に設けられていてもよい。細孔１１１ａの形状は、特に限定されるものではないが、断面外郭形状が円形乃至楕円形であることが好ましい。細孔１１１ａの数は例えば１６〜２０００個である。細孔１１１ａの孔径（最大内径）は例えば０．５〜５０μｍである。隣接する細孔１１１ａまでの壁厚は例えば０．５〜２μｍである。

コア１１１ｂは複数の細孔１１１ａの内接領域内によって規定され、その形状は特に限定されるものではないが、断面外郭形状が円形乃至楕円形であることが好ましい。コア１１１ｂの内径（最大内径）は例えば３〜８００μｍである。

ファイバ外周部１１１ｃは複数の細孔１１１ａの外接領域外によって規定され、その厚さは例えば１０〜２００μｍである。

被覆層１１２は例えば光硬化型樹脂で形成されており、その厚さは例えば５０〜２００μｍである。

本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００は、図３に示すように、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において、被覆層１１２が剥がされた光ファイバ１１１が束ねられ、各々の複数の細孔１１１ａが埋没すると共に溶融一体化して形成されたモード結合部１２０が構成されている。

モード結合部１２０は、複数の光ファイバ１１１が最密状に束ねられて溶融一体化していることが好ましいが、ファイバ間に間隔を有して束ねられて溶融一体化していてもよい。モード結合部１２０は、均一な太さに形成されていてもよく、また、被接続先の形状に対応するように端部に向かって先細り状に形成されていてもよい。

モード結合部１２０は、図４（ａ）に示すように、複数の光ファイバ１１１が一体化して単一材料でブロック状に形成された構成でもよく、また、図４（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ１１１がパイプ材１３０で束ねられてそれらが一体化した構成であってもよく、また、図４（ｃ）に示すように、複数の光ファイバ１１１が一体化した部分１２０ａに別体のパイプ材１３０が被せられた構成であってもよい。モード結合部１２０は、例えば、コア径が４００μｍである光ファイバ１１１の７芯仕様の場合、長さが３〜５０ｍｍ、及び外径が１．４〜２．０μｍである。

パイプ材１３０は、石英で形成されていてもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂で形成されていてもよいが、光ファイバ１１１と同一の材質で形成されていることが好ましい。パイプ材１３０は、例えば、コア径が４００μｍである光ファイバ１１１の７芯仕様の場合、長さが５〜１００ｍｍ、外径が１．４〜２．０ｍｍ、及び内径が１．３〜１．４ｍｍである。

モード結合部１２０はエアクラッドにより光の閉じ込め作用が機能するが、パイプ材１３０が用いられた構成の場合には、より高い光の閉じ込め効果を得る観点から、パイプ材１３０が複数の光ファイバ１１１を形成する材料よりも低屈折率な材料で形成された層を有していてもよい。具体的には、例えば、パイプ材１３０は、図５（ａ）に示すように、Ｆ（フッ素）やＢ（ホウ素）等の屈折率を下げるドーパントがドープされた石英で形成されたドープ低屈折率層（低屈折率部分）１３１のみで構成されていてもよく、また、図５（ｂ）に示すように、かかるドーパントがドープされた石英で形成された内層のドープ低屈折率層１３１（低屈折率部分）とそれ以外のノンドープ高屈折率層１３２（高屈折率部分）とを有して構成されていてもよい。ドープ低屈折率層１３１の軟化温度は例えば約１６００℃であり、ノンドープ高屈折率層１３２の軟化温度は例えば約１７００℃である。

図５（ａ）に示すドープ低屈折率層１３１のみで構成されたパイプ材１３０の場合には、モード結合部１２０は、図６（ａ）に示すように、複数の光ファイバ１１１の複数の細孔１１１ａが埋没すると共にコア１１１ｂ及びファイバ外周部１１１ｃが結合したファイバ結合部１２１が構成され、そして、それらを被覆して囲うようにパイプ材１３０による低屈折率層１２２が設けられた構成となる。低屈折率層１２２の厚さは例えば５０〜１００μｍである。

図５（ｂ）に示す内層がドープ低屈折率層１３１で且つその外側の外層がノンドープ高屈折率層１３２に構成されたパイプ材１３０の場合には、モード結合部１２０は、図６（ｂ）に示すように、複数の光ファイバ１１１の複数の細孔１１１ａが埋没すると共にコア１１１ｂ及びファイバ外周部１１１ｃが結合したファイバ結合部１２１が構成され、そして、それらを被覆して囲うようにパイプ材１３０の内周側部分である内層による低屈折率層１２２が設けられ、さらにそれを被覆するようにパイプ材１３０の外周側部分である外層によるサポート層１２３が設けられた構成となる。低屈折率層１２２の厚さは例えば５０〜１００μｍである。

また、これらの場合、複数の光ファイバ１１１がパイプ材１３０で束ねられてそれらが一体化した構成では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、光ファイバ１１１間にパイプ材１３０のドープ低屈折率層１３１が流入し、ファイバ結合部１２１の断面形状が円形に形成されないことが起こりうる。そこで、ファイバ結合部１２１の断面形状を円形に近づける観点からは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、パイプ材１３０と複数の光ファイバ１１１との間の隙間に複数の光ファイバ１１１を形成する材料と同一材料のロッド材１４０を充填してファイバ結合部１２１を形成することが好ましい。

以上の本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００は、複数の光ファイバ１１１により波長の異なる光を伝搬し、モード結合部１２０において複数の光ファイバ１１１が一体化した部分でそれらの波長の異なる光を混合して出力するように構成されている。

本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００は、複数の光ファイバ１１１が一体化して単一材料でブロック状に形成された図４（ａ）に示す構成の場合、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において被覆層１１２を剥がし、複数の光ファイバ１１１の一端部を束ねた状態で加熱し、それによって各々の複数の細孔１１１ａを埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部１２０を形成し、そして、その部分を劈開して端面を形成すると共にその端面を研磨することにより製造することができる。また、複数の光ファイバ１１１がパイプ材１３０で束ねられてそれらが一体化した図４（ｂ）に示す構成の場合、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において被覆層１１２を剥がし、図８に示すように、複数の光ファイバ１１１の一端部をパイプ材１３０に挿入して束ねた状態で加熱し、それによって各々の複数の細孔１１１ａを埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部１２０を形成し、そして、その部分を劈開して端面を形成すると共にその端面を研磨することにより製造することができる。さらに、複数の光ファイバ１１１が一体化した部分に別体のパイプ材１３０が被せられた図４（ｃ）に示す構成の場合、複数の光ファイバ心線１１０の一端部において被覆層１１２を剥がし、複数の光ファイバ１１１の一端部を束ねた状態で加熱し、それによって各々の複数の細孔１１１ａを埋没させると共に溶融一体化させ、そこにパイプ材１３０を被せてモード結合部１２０を形成し、そして、その部分を劈開して端面を形成すると共にその端面を研磨することにより製造することができる。加熱手段としては、例えばトーチや炭酸レーザー等が挙げられる。加熱温度は、光ファイバ１１１の材質等にもよるが、例えば１２００〜２０００℃である。

以上の構成の本実施形態に係るモード結合用光ファイバ１００によれば、複数の光ファイバ１１１の一端部を束ねた状態で加熱することにより、各々の複数の細孔１１１ａを埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部１２０を形成するので、エッチング等によりファイバ外周部１１１ｃを除去する加工を要さずに加熱処理のみで容易に製造することができる。従って、エッチングでクラッドを除去した場合に生じる、残ったコアの外径が長さ方向で不均一となることや光ファイバ間で露出したコアの外径のバラツキに起因して伝送損失が大きくなるという問題が回避されることとなる。

本発明はモード結合用光ファイバ及びその製造方法について有用である。

１００ モード結合用光ファイバ
１１０ 光ファイバ心線
１１１ 光ファイバ
１１１ａ 細孔
１１１ｂ コア
１１１ｃ ファイバ外周部
１１２ 被覆層
１２０ モード結合部
１２１ ファイバ結合部
１２２ 低屈折率層
１２３ サポート層
１２４ ノンドープ中間層
１３０ パイプ材
１３１ ドープ低屈折率層
１３２ ノンドープ高屈折率層
１４０ ロッド材

Claims (6)

1. 各々、長さ方向に延びる複数の細孔によって囲われた部分によってコアが構成された光ファイバを複数含むモード結合用光ファイバであって、
   上記複数の光ファイバは、それらの一端部において、各々の複数の細孔が埋没すると共に溶融一体化して形成されたモード結合部が構成されているモード結合用光ファイバ。
2. 請求項１に記載されたモード結合用光ファイバにおいて、
   上記モード結合部は、中央の高屈折率部分と、該高屈折率部分を囲うように設けられた低屈折率部分と、を有するモード結合用光ファイバ。
3. 各々、長さ方向に延びる複数の細孔によって囲われた部分によってコアが構成された光ファイバを複数集め、該複数の光ファイバの一端部を束ねた状態で加熱することにより、各々の複数の細孔を埋没させると共に溶融一体化させてモード結合部を形成するモード結合用光ファイバの製造方法。
4. 請求項３に記載されたモード結合用光ファイバの製造方法において、
   上記複数の光ファイバの一端部をパイプ材に収容して束ねた状態で加熱するモード結合用光ファイバの製造方法。
5. 請求項４に記載されたモード結合用光ファイバの製造方法において、
   上記パイプ材は、上記複数の光ファイバを形成する材料よりも低屈折率な材料で形成された層を有するモード結合用光ファイバの製造方法。
6. 請求項５に記載されたモード結合用光ファイバの製造方法において、
   上記パイプ材と上記複数の光ファイバとの間の隙間に該複数の光ファイバを形成する材料と同一材料のロッド材を充填するモード結合用光ファイバの製造方法。

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