JP2017191194A - Optical fiber/quartz block junction structure and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical fiber/quartz block junction structure and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damages caused by light not to be incident on a core of an optical fiber and reflection light from a light irradiation object.SOLUTION: In an optical fiber/quartz block junction structure A formed by junction of an optical fiber 11 and a quartz block 24, the optical fiber 11 is joined to a curved surface 24a formed so as to bulge out toward the optical fiber 11 side of the quartz block 24, and a tip end of the optical fiber 11 is positioned inside the quartz block 24.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、光ファイバ・石英ブロック接合構造及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical fiber / quartz block bonding structure and a manufacturing method thereof.

レーザ光伝送に用いられる光ファイバの先端に石英ブロックを接合した構造が知られている（例えば特許文献１〜４）。   A structure in which a quartz block is bonded to the tip of an optical fiber used for laser light transmission is known (for example, Patent Documents 1 to 4).

ところで、レーザ光伝送用の光ファイバケーブルでは、入射端部側の光コネクタ内において、軸ずれ等のために光ファイバのコアに入射されなかったレーザ光に起因して、また、出射端部側の光コネクタ内において、レーザ光照射対象からの反射光に起因して、光ファイバ心線のジャケットが炭化焼損し、そのために光ファイバも破断するといった損傷が生じる虞がある。そして、かかる損傷を防止する手段として、特許文献５には、光コネクタ内の空間にレーザ光や反射光を検知するための光センサが設けられ、その光センサがインターロック回路に接続された光コネクタ構造が開示されている。   By the way, in the optical fiber cable for laser light transmission, in the optical connector on the incident end side, due to the laser beam not incident on the core of the optical fiber due to axial misalignment or the like, the emission end side In the optical connector, the jacket of the optical fiber core wire may be burnt and burnt due to the reflected light from the laser light irradiation target, and the optical fiber may be broken. As a means for preventing such damage, Patent Document 5 provides an optical sensor for detecting laser light and reflected light in the space in the optical connector, and the optical sensor is connected to an interlock circuit. A connector structure is disclosed.

特開２０００−３２１４７０号公報JP 2000-32470 A 特開２００７−２７９２８９号公報JP 2007-279289 A 特開２００９−１８０７７０号公報JP 2009-180770 A 特開２００９−５２６２６５号公報JP 2009-526265 A 特表２０１５−５０５９６９号公報Special table 2015-505969 gazette

本発明の課題は、光ファイバのコアに入射されなかった光や光照射対象からの反射光に起因する損傷を低減することである。   The subject of this invention is reducing the damage resulting from the light which did not enter into the core of an optical fiber, and the reflected light from light irradiation object.

本発明は、光ファイバと石英ブロックとが接合された光ファイバ・石英ブロック接合構造であって、前記光ファイバが前記石英ブロックの前記光ファイバ側に膨出するように形成された曲面に接合されていると共に、前記光ファイバの先端が前記石英ブロックの内部に位置している。   The present invention is an optical fiber / quartz block junction structure in which an optical fiber and a quartz block are joined, and the optical fiber is joined to a curved surface formed so as to bulge to the optical fiber side of the quartz block. In addition, the tip of the optical fiber is located inside the quartz block.

本発明は、光ファイバと石英ブロックとが接合された光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法であって、前記光ファイバを前記石英ブロックの膨出するように形成された曲面に接合すると共に、前記光ファイバの先端を前記石英ブロックの内部に位置させる。   The present invention is a method of manufacturing an optical fiber / quartz block bonded structure in which an optical fiber and a quartz block are bonded, and the optical fiber is bonded to a curved surface formed so as to bulge out of the quartz block, The tip of the optical fiber is positioned inside the quartz block.

本発明によれば、光ファイバが石英ブロックの光ファイバ側に膨出するように形成された曲面に接合されていると共に、光ファイバの先端が石英ブロックの内部に位置しているので、軸ずれ等のために光ファイバに入射されない光のうち、光ファイバと石英ブロックとの接合部近傍を通過して空間へ出射するものは、石英ブロックの曲面で屈折して光ファイバに沿った方向に伝搬するのが規制されると共に、石英ブロックの曲面のレンズ効果により広げられてパワー密度が低下し、その結果、これらの光ファイバのコアに入射されなかった光や光照射対象からの反射光に起因した損傷を低減することができる。   According to the present invention, the optical fiber is bonded to the curved surface formed so as to bulge to the optical fiber side of the quartz block, and the tip of the optical fiber is located inside the quartz block. For example, light that does not enter the optical fiber due to the light that passes through the vicinity of the joint between the optical fiber and the quartz block and exits into the space is refracted on the curved surface of the quartz block and propagates in the direction along the optical fiber. And the power density is reduced by the lens effect of the curved surface of the quartz block, resulting in light not incident on the core of these optical fibers and reflected light from the light irradiation target. Damage can be reduced.

実施形態に係る光コネクタ構造の断面図である。It is sectional drawing of the optical connector structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ心線の斜視図である。It is a perspective view of the optical fiber core wire concerning an embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の断面図である。It is sectional drawing of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 従来技術の光ファイバ・石英ブロック接合構造の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the optical fiber and quartz block junction structure of a prior art. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の断面拡大図である。1 is an enlarged cross-sectional view of an optical fiber / quartz block bonding structure according to an embodiment. 光ファイバの最小の押し込み量の場合の実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の断面図である。It is sectional drawing of the optical fiber and the quartz block junction structure which concerns on embodiment in the case of the minimum push amount of an optical fiber. 光ファイバの押し込み量が最小値よりも大きい場合の実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の断面図である。It is sectional drawing of the optical fiber and quartz block junction structure concerning embodiment when the pushing amount of an optical fiber is larger than the minimum value. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法を示す第１の図である。It is a 1st figure which shows the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法を示す第２の図である。It is a 2nd figure which shows the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法を示す第３の図である。It is a 3rd figure which shows the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法を示す第４の図である。It is a 4th figure which shows the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法を示す第５の図である。It is a 5th figure which shows the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the manufacturing method of the optical fiber and quartz block junction structure which concerns on embodiment.

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings.

図１は、実施形態に係る光コネクタ構造Ｃを示す。この実施形態に係る光コネクタ構造Ｃは、例えばレーザ加工機等に装着されるレーザ光伝送用の光ファイバケーブルの入射端部及び／又は出射端部に構成されるものである。   FIG. 1 shows an optical connector structure C according to an embodiment. The optical connector structure C according to this embodiment is configured at an incident end and / or an output end of an optical fiber cable for laser light transmission that is mounted on, for example, a laser processing machine.

実施形態に係る光コネクタ構造Ｃは、光ファイバ心線１０に光コネクタ２０が取り付けられて構成されている。   The optical connector structure C according to the embodiment is configured by attaching an optical connector 20 to an optical fiber core wire 10.

図２は、実施形態に係る光ファイバ心線１０を示す。   FIG. 2 shows an optical fiber core wire 10 according to the embodiment.

光ファイバ心線１０は、光ファイバ１１とそれを被覆するジャケット１２とを有する。光ファイバ心線１０の外径は例えば１．３ｍｍである。   The optical fiber core wire 10 includes an optical fiber 11 and a jacket 12 covering the optical fiber 11. The outer diameter of the optical fiber core wire 10 is 1.3 mm, for example.

光ファイバ１１は、相対的に高屈折率なコア１１ａとそれを被覆する相対的に低屈折率のクラッド１１ｂとを有する。光ファイバ１１は、例えば、コア１１ａが純粋石英で形成されており、クラッド１１ｂが屈折率を低下させるドーパントがドープされた石英で形成されている。光ファイバ１１の外径は例えば５００μｍである。コア１１ａの直径は例えば１００μｍである。コア１１ａの開口数（ＮＡ）は例えば０．２０である。なお、光ファイバ１１は、クラッド１１ｂの外側を更に被覆するサポート層を有していてもよい。   The optical fiber 11 has a core 11a having a relatively high refractive index and a clad 11b having a relatively low refractive index covering the core 11a. In the optical fiber 11, for example, the core 11a is made of pure quartz, and the clad 11b is made of quartz doped with a dopant that lowers the refractive index. The outer diameter of the optical fiber 11 is, for example, 500 μm. The diameter of the core 11a is, for example, 100 μm. The numerical aperture (NA) of the core 11a is 0.20, for example. The optical fiber 11 may have a support layer that further covers the outside of the cladding 11b.

ジャケット１２は、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等で形成された単一層で構成されていてもよく、また、例えばシリコーン樹脂の内側バッファ層とそれを被覆するナイロン樹脂或いはフッ素樹脂の外側被覆層との２層で構成されていてもよい。   The jacket 12 may be composed of a single layer formed of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or the like. For example, an inner buffer layer of a silicone resin and an outer coating of a nylon resin or a fluorine resin covering the inner layer You may be comprised by two layers with a layer.

光コネクタ２０内に位置する光ファイバ心線１０の端部は、先端側のファイバ露出部分１０ａと、そのファイバ露出部分１０ａの後方側のジャケット１２で被覆されたジャケット被覆部分１０ｂとを含む。   The end of the optical fiber core wire 10 positioned in the optical connector 20 includes a fiber exposed portion 10a on the distal end side and a jacket covering portion 10b covered with a jacket 12 on the rear side of the fiber exposed portion 10a.

ファイバ露出部分１０ａは、ジャケット１２で被覆されずに光ファイバ１１が突出するように露出しており、その露出した光ファイバ１１の外周面にモードストリッパ１３が設けられている。ここで、モードストリッパ１３とは、光ファイバ１１のクラッド１１ｂを伝搬する光を光ファイバ１１外に放出するための加工形状を意味する。モードストリッパ１３は、例えば光ファイバ１１の外周面にエッチング処理を施すことによって形成することができる。なお、光ファイバ１１がサポート層を有する場合には、サポート層を含めてモードストリッパ１３を形成する。   The exposed fiber portion 10 a is exposed so that the optical fiber 11 protrudes without being covered with the jacket 12, and a mode stripper 13 is provided on the outer peripheral surface of the exposed optical fiber 11. Here, the mode stripper 13 means a processed shape for emitting light propagating through the clad 11 b of the optical fiber 11 to the outside of the optical fiber 11. The mode stripper 13 can be formed by performing an etching process on the outer peripheral surface of the optical fiber 11, for example. When the optical fiber 11 has a support layer, the mode stripper 13 is formed including the support layer.

光コネクタ２０は、筒状部材により構成されたコネクタ本体２１を有する。コネクタ本体２１の内部には、中間部に長さ方向に延びるように形成された内径の大きいファイバ収容空間２１ａが設けられ、且つその後方に連続して形成された内径の小さい心線嵌入部２１ｂが設けられている。また、コネクタ本体２１の内部のファイバ収容空間２１ａの先端側には、ファイバ収容空間２１ａに連続するように形成されたブロック収容空間２１ｃが設けられている。ファイバ収容空間２１ａの先端部には環状の封止部材２２が内嵌めされており、その封止部材２２の開口には円筒状のファイバ保持部材２３が内嵌めされている。コネクタ本体２１におけるファイバ収容空間２１ａを形成する内壁は、光を散乱させるように粗面に形成されていてもよい。ブロック収容空間２１ｃには石英ブロック２４が収容されている。   The optical connector 20 has a connector main body 21 made of a cylindrical member. Inside the connector main body 21, a fiber accommodating space 21a having a large inner diameter formed in the middle portion so as to extend in the length direction is provided, and a core wire insertion portion 21b having a small inner diameter formed continuously therebehind. Is provided. Further, a block accommodation space 21c formed so as to be continuous with the fiber accommodation space 21a is provided on the distal end side of the fiber accommodation space 21a inside the connector main body 21. An annular sealing member 22 is fitted into the distal end portion of the fiber accommodating space 21 a, and a cylindrical fiber holding member 23 is fitted into the opening of the sealing member 22. The inner wall forming the fiber housing space 21a in the connector main body 21 may be formed in a rough surface so as to scatter light. A quartz block 24 is accommodated in the block accommodating space 21c.

この光コネクタ構造Ｃでは、光ファイバ心線１０の端部が光コネクタ２０の後方から挿通され、そして、ファイバ露出部分１０ａの先端部がファイバ保持部材２３に内嵌めされて保持され、また、ファイバ露出部分１０ａのモードストリッパ１３が構成された部分がファイバ収容空間２１ａを長さ方向に延び、更に、ジャケット被覆部分１０ｂが心線嵌入部２１ｂに内嵌めされて保持されている。ジャケット被覆部分１０ｂのジャケット１２の端面はファイバ収容空間２１ａに露出している。   In this optical connector structure C, the end portion of the optical fiber core wire 10 is inserted from the rear of the optical connector 20, and the tip end portion of the fiber exposed portion 10a is internally fitted and held in the fiber holding member 23. The portion of the exposed portion 10a where the mode stripper 13 is configured extends in the fiber accommodating space 21a in the length direction, and the jacket covering portion 10b is fitted and held in the core wire insertion portion 21b. The end face of the jacket 12 of the jacket covering portion 10b is exposed to the fiber accommodation space 21a.

ファイバ保持部材２３から露出したファイバ露出部分１０ａ、つまり、光ファイバ１１の先端はブロック収容空間２１ｃに収容された石英ブロック２４に接合されている。石英ブロック２４は、先端側部分が円柱状に形成されていると共に、後端側部分が円錐状に形成されており、その円錐状の後端側部分の頂部が光ファイバ１１側、つまり、後側に膨出するように形成された曲面２４ａであり、光ファイバ１１の先端は、その石英ブロック２４の後端側部分の頂部の曲面２４ａに接合されている。   The exposed fiber portion 10a exposed from the fiber holding member 23, that is, the tip of the optical fiber 11, is joined to the quartz block 24 accommodated in the block accommodating space 21c. The quartz block 24 has a tip side portion formed in a columnar shape and a rear end side portion formed in a conical shape, and the top of the conical rear end side portion is on the optical fiber 11 side, that is, the rear side. It is a curved surface 24 a formed so as to bulge to the side, and the tip of the optical fiber 11 is joined to the curved surface 24 a at the top of the rear end side portion of the quartz block 24.

図３は、実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造Ａを示す。   FIG. 3 shows an optical fiber / quartz block bonding structure A according to the embodiment.

実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造Ａは、光ファイバ１１が石英ブロック２４の後端側部分の頂部の曲面２４ａに接合されていると共に、光ファイバ１１の先端が石英ブロック２４の内部に位置している。   In the optical fiber / quartz block joining structure A according to the embodiment, the optical fiber 11 is joined to the curved surface 24 a at the top of the rear end side portion of the quartz block 24, and the tip of the optical fiber 11 is inside the quartz block 24. positioned.

このような構成の光コネクタ構造Ｃにおいて、光源からのレーザ光の出力を開始すると、入射端部側では、石英ブロック２４を介して入射したレーザ光は、主には光ファイバ１１のコア１１ａに入射して伝搬する。しかしながら、入射端部側の光コネクタ２０内においては、光源からのレーザ光のうち軸ずれ等のために光ファイバ１１に入射されないレーザ光が石英ブロック２４を伝搬し、石英ブロック２４の後端側部分に到達することがある。また、出射端部側の光コネクタ２０内においては、同様に、レーザ光照射対象からの反射光が石英ブロック２４に入射して伝搬し、石英ブロック２４の後端側部分に到達することがある。なお、光ファイバ１１のクラッド１１ｂに入射するクラッドモード光は、クラッド１１ｂと空気との界面で反射を繰り返して伝搬し、モードストリッパ１３において光ファイバ１１外に除去される。
また、実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造Ａによれば、光ファイバ１１が石英ブロック２４の光ファイバ１１側に膨出するように形成された曲面２４ａに接合されていると共に、光ファイバ１１の先端が石英ブロック２４の内部に位置しているので、光ファイバ１１と石英ブロック２４との接合部近傍を通過して空間へ出射するレーザ光Ｌは、図４Ａに示すように、石英ブロック２４の曲面２４ａで屈折して光ファイバ１１に沿った方向に伝搬するのが阻止されると共に、石英ブロック２４の曲面２４ａのレンズ効果により広げられてパワー密度が低下する結果、光ファイバ心線１０のジャケット１２や光コネクタ２０の損傷を低減することができる。これに対し、例えば、図４Ｂに示すような光ファイバ１１’が石英ブロック２４’の後側の平坦面２４ａ’に接合された光ファイバ・石英ブロック接合構造の場合、光ファイバ１１’と石英ブロック２４’との接合部近傍を通過して空間へ出射するレーザ光Ｌ’は、石英ブロック２４の平坦面２４ａ’で屈折せずに直線的に光ファイバ１１に沿った方向に伝搬し、光ファイバ心線１０’のジャケット１２’等が吸光、発熱して損傷を招く虞がある。 In the optical connector structure C having such a configuration, when the output of the laser light from the light source is started, the laser light incident through the quartz block 24 is mainly incident on the core 11a of the optical fiber 11 on the incident end side. Incident and propagate. However, in the optical connector 20 on the incident end side, laser light that is not incident on the optical fiber 11 due to axial deviation or the like out of the laser light from the light source propagates through the quartz block 24, and the rear end side of the quartz block 24. May reach the part. Similarly, in the optical connector 20 on the emission end side, the reflected light from the laser light irradiation target enters the quartz block 24 and propagates, and may reach the rear end side portion of the quartz block 24. . The clad mode light incident on the clad 11b of the optical fiber 11 propagates by being repeatedly reflected at the interface between the clad 11b and air, and is removed outside the optical fiber 11 by the mode stripper 13.
Further, according to the optical fiber / quartz block bonding structure A according to the embodiment, the optical fiber 11 is bonded to the curved surface 24a formed so as to bulge to the optical fiber 11 side of the quartz block 24, and the optical fiber. Since the tip of 11 is located inside the quartz block 24, the laser light L that passes through the vicinity of the joint between the optical fiber 11 and the quartz block 24 and is emitted to the space is, as shown in FIG. As a result of being prevented from being refracted by the curved surface 24a of 24 and propagating in the direction along the optical fiber 11, it is widened by the lens effect of the curved surface 24a of the quartz block 24 and the power density is lowered. Damage to the jacket 12 and the optical connector 20 can be reduced. On the other hand, for example, in the case of an optical fiber / quartz block junction structure in which an optical fiber 11 ′ as shown in FIG. 4B is joined to a flat surface 24a ′ on the rear side of the quartz block 24 ′, the optical fiber 11 ′ and the quartz block The laser light L ′ that passes through the vicinity of the junction with 24 ′ and is emitted to the space is linearly propagated in the direction along the optical fiber 11 without being refracted by the flat surface 24 a ′ of the quartz block 24. There is a possibility that the jacket 12 'of the core wire 10' absorbs light and generates heat to cause damage.

ここで、図３に示すように、光ファイバ１１の軸をｚ軸とする座標系において、光ファイバ１１の断面の半径をＲ０としたとき、石英ブロック２４の曲面２４ａは、下記の式（１）で表される回転楕円面の式、又は、下記の式（２）で表される双曲面の式で近似して表すことができる。そして、これらの式を用いて−２Ｒ０≦ｘ≦２Ｒ０及び−２Ｒ０≦ｙ≦２Ｒ０の範囲で曲面２４ａの実測データに対して最小２乗近似を行い、各定数（ａ、ｂ、Ｒ１、Ｃ）を設定したとき、その決定係数Ｒ２が０．９５以上となることが好ましい。なお、決定係数Ｒ２は、近似曲線（回帰曲線）と実測データとのフィッティングの度合いを示す値であり、この値が１に近いほどフィッティングの度合いが高いことを意味する。また、Ｒ０は、一般的には例えば５０〜１５００μｍであり、レーザ加工用途の場合には例えば３００〜７５０μｍである。Ｒ１／Ｒ０は、好ましくは１００以下、より好ましくは６０以下である。 Here, as shown in FIG. 3, in the coordinate system in which the axis of the optical fiber 11 is the z-axis, when the radius of the cross section of the optical fiber 11 is R 0 , the curved surface 24 a of the quartz block 24 is expressed by the following formula ( It can be approximated by the expression of the spheroid represented by 1) or the expression of the hyperboloid represented by the following expression (2). Then, using these equations, least square approximation is performed on the measured data of the curved surface 24a in the range of −2R 0 ≦ x ≦ 2R 0 and −2R 0 ≦ y ≦ 2R 0 , and each constant (a, b, When R 1 , C) is set, the determination coefficient R 2 is preferably 0.95 or more. Incidentally, the coefficient of determination R 2 is a value indicating the degree of fitting between the approximate curve (regression curve) and the actual measurement data, this value means that the degree of fitting is higher closer to 1. R 0 is generally 50 to 1500 μm, for example, and is 300 to 750 μm, for example, for laser processing applications. R 1 / R 0 is preferably 100 or less, more preferably 60 or less.

Figure 2017191194
Figure 2017191194

光ファイバ１１と石英ブロック２４との接合部において、石英ブロック２４の曲面２４ａが上記式（１）又は（２）で決定係数Ｒ２が０．９５以上で近似されるとき、Ｒ１は、光ファイバ１１の半径Ｒ０及び後述する曲面２４ａに対する光ファイバ１１の押し込み量により適宜設定することができる。例えば、光ファイバの半径Ｒ０を５００μｍとした場合、Ｒ１は、光ファイバ１１の曲面２４ａへの押し込みによる歪みの発生を低減する観点から、好ましくは５００μｍ以上、より好ましくは１５００μｍ以上であり、また、曲面２４ａが平面に近づくことによるビーム偏向やビーム拡大の効果低下を抑制する観点から、好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは３０００μｍ以下である。また、Ｒ１により曲面２４ａをレンズとしたときの光の焦点距離が決定する。この焦点距離が長い場合、石英ブロック２４の後段に配置されているファイバ保持部材２３と光ファイバ１１との隙間を光が通過する確率が高くなる。従って、これらの条件のバランスを考慮してＲ１を設定することが好ましい。なお、曲面２４ａが球面に一致する場合、図５に示すように、Ｒ１は、その球の半径である。 At the junction between the optical fiber 11 and the quartz block 24, when the curved surface 24a of the quartz block 24 determines coefficient R 2 in the formula (1) or (2) is approximated by 0.95 or more, R 1 is, light It can be set as appropriate depending on the radius R 0 of the fiber 11 and the amount of pushing of the optical fiber 11 into the curved surface 24a described later. For example, when the radius R 0 of the optical fiber is 500 μm, R 1 is preferably 500 μm or more, more preferably 1500 μm or more, from the viewpoint of reducing the occurrence of distortion due to the indentation of the optical fiber 11 into the curved surface 24a. Moreover, from the viewpoint of suppressing the effect of beam deflection and beam expansion due to the curved surface 24a approaching the plane, it is preferably 5000 μm or less, more preferably 3000 μm or less. Further, the focal length of light when the curved surface 24a was a lens by R 1 is determined. When this focal length is long, the probability that light will pass through the gap between the fiber holding member 23 and the optical fiber 11 arranged at the subsequent stage of the quartz block 24 increases. Therefore, it is preferable to set R 1 in consideration of the balance of these conditions. When the curved surface 24a coincides with the spherical surface, R 1 is the radius of the sphere as shown in FIG.

更に、図５に示すように、表面張力の作用により、石英ブロック２４の曲面２４ａと光ファイバ１１の外周面との間に内側に没入した曲面２５が形成されているとき、没入した曲面２５の側面視における曲率半径をＲ２とすると、Ｒ２は、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは８０μｍ以上であり、また、好ましくは１５００μｍ以下、より好ましくは７５０μｍ以下である。Ｒ２／Ｒ０は、好ましくは０．１以上、より好ましくは０．２５以上であり、また、好ましくは２以下、より好ましくは１以下である。 Furthermore, as shown in FIG. 5, when the curved surface 25 immersing inward is formed between the curved surface 24 a of the quartz block 24 and the outer peripheral surface of the optical fiber 11 by the action of surface tension, If the radius of curvature at a side view and R 2, R 2 is preferably 30μm or more, more preferably 80μm or more, and preferably 1500μm, more preferably up to 750 [mu] m. R 2 / R 0 is preferably 0.1 or more, more preferably 0.25 or more, and is preferably 2 or less, more preferably 1 or less.

また、石英ブロック２４の曲面２４ａが上記式（１）又は（２）で決定係数Ｒ２が０．９５以上で近似され且つ石英ブロック２４の曲面２４ａと光ファイバ１１の外周面との間に内側に没入した曲面２５が形成されているとき、Ｒ２／Ｒ１は、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０２以上であり、また、好ましくは１以下、より好ましくは０．５以下である。 Further, the curved surface 24 a of the quartz block 24 is approximated by the above formula (1) or (2) with a determination coefficient R 2 of 0.95 or more, and the inner side between the curved surface 24 a of the quartz block 24 and the outer peripheral surface of the optical fiber 11. R 2 / R 1 is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and preferably 1 or less, more preferably 0.5 or less. It is.

光ファイバ１１の先端部は石英ブロック２４に押し込められており、その先端は石英ブロック２４の内部に位置している。石英ブロック２４の曲面２４ａの後端から光ファイバ１１の先端までの長さ、つまり、光ファイバ１１の最小の押し込み量δは、図６Ａに示すように、光ファイバ１１の先端面の全面が石英ブロック２４に当接する状態である。図６Ｂに示すように更に押し込められたときの石英ブロック２４の曲面２４ａの後端からの光ファイバ１１の押し込み量δは、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。また、光ファイバ１１の押し込み量は、石英ブロック２４の内部に押し込まれる光ファイバ１１の変形のレーザ光の伝送特性への影響を抑える観点から、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。なお、光ファイバ１１の先端位置は、石英ブロック２４の側面視で視認できるコア１１ａの先端位置である。   The tip of the optical fiber 11 is pressed into the quartz block 24, and the tip is located inside the quartz block 24. The length from the rear end of the curved surface 24a of the quartz block 24 to the tip of the optical fiber 11, that is, the minimum push amount δ of the optical fiber 11, is as shown in FIG. In this state, the block 24 abuts. As shown in FIG. 6B, the pushing amount δ of the optical fiber 11 from the rear end of the curved surface 24a of the quartz block 24 when pushed further is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm or more. Further, the pushing amount of the optical fiber 11 is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, from the viewpoint of suppressing the influence of the deformation of the optical fiber 11 pushed into the quartz block 24 on the transmission characteristics of the laser light. Note that the tip position of the optical fiber 11 is the tip position of the core 11 a that can be seen in a side view of the quartz block 24.

以上の構成の実施形態に係る光ファイバ・石英ブロック接合構造Ａは、図７Ａに示すように、光ファイバ１１及び石英ブロック２４の軸を一致させて配置し、図７Ｂに示すように、光ファイバ１１を石英ブロック２４の曲面２４ａに近接させ、図７Ｃに示すように、石英ブロック２４の曲面２４ａ部分、又は、光ファイバ１１の先端部分及び石英ブロック２４の曲面２４ａ部分を加熱溶融させた後、図７Ｄに示すように、光ファイバ１１の先端面を石英ブロック２４の曲面２４ａの頂部に当接させると共に、図７Ｅに示すように、光ファイバ１１を石英ブロック２４の内部側に押し込むことにより得ることができる。   As shown in FIG. 7A, the optical fiber / quartz block bonding structure A according to the embodiment having the above configuration is arranged with the axes of the optical fiber 11 and the quartz block 24 aligned, and as shown in FIG. 11 is brought close to the curved surface 24a of the quartz block 24, and as shown in FIG. 7C, the curved surface 24a portion of the quartz block 24 or the tip portion of the optical fiber 11 and the curved surface 24a portion of the quartz block 24 are heated and melted. As shown in FIG. 7D, the front end surface of the optical fiber 11 is brought into contact with the top of the curved surface 24a of the quartz block 24, and the optical fiber 11 is pushed into the quartz block 24 as shown in FIG. 7E. be able to.

ここで、光ファイバ１１を石英ブロック２４に接合する前に、図８に示すように、石英ブロック２４の光ファイバ１１の接合予定部の平坦面２４ａ’を加熱して溶融させることにより、その表面張力の作用で曲面２４ａに形成してもよい。このように石英ブロック２４の曲面２４ａの形成を、光ファイバ１１の接合予定部の平坦面２４ａ’を加熱溶融させることにより行えば、表面が滑らかで、欠陥の少ない曲面２４ａを得ることができ、また、研磨により形成する場合のように研磨材等の不純物が混入することがなく、更に、加熱により不純物を蒸散させる等の効果があることから、結果として、信頼性が高く、接続損失を低減することができる。なお、石英ブロック２４の曲面２４ａの形成は、研磨や研削等の機械加工によって行うこともできる。   Here, before the optical fiber 11 is bonded to the quartz block 24, as shown in FIG. 8, the flat surface 24a ′ of the portion to be bonded of the optical fiber 11 of the quartz block 24 is heated and melted, whereby the surface thereof is obtained. The curved surface 24a may be formed by the action of tension. Thus, if the curved surface 24a of the quartz block 24 is formed by heating and melting the flat surface 24a ′ of the portion to be bonded of the optical fiber 11, the curved surface 24a having a smooth surface and few defects can be obtained. In addition, impurities such as abrasives are not mixed as in the case of forming by polishing, and further, there is an effect such as evaporation of impurities by heating, resulting in high reliability and reduced connection loss. can do. The curved surface 24a of the quartz block 24 can also be formed by machining such as polishing or grinding.

また、このとき、石英ブロック２４の曲面２４ａの形成及びその曲面２４ａへの光ファイバ１１の接合を一連の工程で行う観点からは、光ファイバ１１の接合予定部の平坦面２４ａ’を加熱して曲面２４ａに形成するのに連続して、光ファイバ１１を石英ブロック２４の曲面２４ａに接合することが好ましい。   At this time, from the viewpoint of forming the curved surface 24a of the quartz block 24 and joining the optical fiber 11 to the curved surface 24a in a series of steps, the flat surface 24a 'of the planned joining portion of the optical fiber 11 is heated. It is preferable to join the optical fiber 11 to the curved surface 24a of the quartz block 24 continuously to form the curved surface 24a.

本発明は、光ファイバ・石英ブロック接合構造及びその製造方法の技術分野について有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in the technical field of an optical fiber / quartz block bonding structure and a manufacturing method thereof.

Ａ 光ファイバ・石英ブロック接合構造
１１ 光ファイバ
２４ 石英ブロック
２４ａ，２５ 曲面
２４ａ’ 平坦面 A optical fiber / quartz block bonding structure 11 optical fiber 24 quartz block 24a, 25 curved surface 24a ′ flat surface

Claims (10)

光ファイバと石英ブロックとが接合された光ファイバ・石英ブロック接合構造であって、
前記光ファイバが前記石英ブロックの前記光ファイバ側に膨出するように形成された曲面に接合されていると共に、前記光ファイバの先端が前記石英ブロックの内部に位置している光ファイバ・石英ブロック接合構造。 An optical fiber / quartz block bonded structure in which an optical fiber and a quartz block are bonded,
An optical fiber / quartz block in which the optical fiber is bonded to a curved surface formed so as to bulge to the optical fiber side of the quartz block, and the tip of the optical fiber is located inside the quartz block Junction structure. 請求項１に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
前記光ファイバの軸をｚ軸とする座標系において、前記光ファイバの断面の半径をＲ０として、前記石英ブロックの曲面を、−２Ｒ０≦ｘ≦２Ｒ０及び−２Ｒ０≦ｙ≦２Ｒ０の範囲で、下記式（１）で表される回転楕円面、又は、下記式（２）で表される双曲面で最小２乗近似したとき、その決定係数が０．９５以上となる光ファイバ・石英ブロック接合構造。
Figure 2017191194
 In the optical fiber / quartz block bonding structure according to claim 1,
In the coordinate system in which the axis of the optical fiber is the z axis, the radius of the cross section of the optical fiber is R 0 , and the curved surface of the quartz block is −2R 0 ≦ x ≦ 2R 0 and −2R 0 ≦ y ≦ 2R 0. An optical fiber having a coefficient of determination of 0.95 or more when approximated by least squares with a spheroid represented by the following formula (1) or a hyperboloid represented by the following formula (2)・ Quartz block bonding structure.
Figure 2017191194
 請求項２に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
Ｒ１／Ｒ０が１００以下である光ファイバ・石英ブロック接合構造。 In the optical fiber / quartz block bonding structure according to claim 2,
An optical fiber / quartz block bonding structure in which R 1 / R 0 is 100 or less. 請求項２又は３に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
前記石英ブロックの曲面と前記光ファイバの外周面との間に内側に没入した曲面が形成されており、前記没入した曲面の側面視における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ０が０．１〜２である光ファイバ・石英ブロック接合構造。 In the optical fiber / quartz block junction structure according to claim 2 or 3,
Wherein the curved surface of the quartz block are curved surfaces immersed inside is formed between an outer peripheral surface of the optical fiber, when the radius of curvature at the side view of the retracted curved surface was R 2, is R 2 / R 0 An optical fiber / quartz block bonding structure of 0.1-2. 請求項４に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
Ｒ２／Ｒ１が０．０１〜１である光ファイバ・石英ブロック接合構造。 In the optical fiber / quartz block junction structure according to claim 4,
An optical fiber / quartz block bonding structure in which R 2 / R 1 is 0.01 to 1. 請求項１に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
前記石英ブロックの曲面と前記光ファイバの外周面との間に内側に没入した曲面が形成されており、前記光ファイバの断面の半径をＲ０及び前記没入した曲面の側面視における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ０が０．１〜２である光ファイバ・石英ブロック接合構造。 In the optical fiber / quartz block bonding structure according to claim 1,
An inwardly curved surface is formed between the curved surface of the quartz block and the outer peripheral surface of the optical fiber. The radius of the cross section of the optical fiber is R 0 and the radius of curvature of the immersed curved surface in a side view is R. 2 where R 2 / R 0 is 0.1-2. 請求項１乃至６のいずれかに記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造において、
前記石英ブロックの曲面の後端から前記光ファイバの先端までの長さが１０〜５００μｍである光ファイバ・石英ブロック接合構造。 The optical fiber / quartz block bonding structure according to any one of claims 1 to 6,
An optical fiber / quartz block bonding structure in which a length from a rear end of the curved surface of the quartz block to a tip of the optical fiber is 10 to 500 μm. 光ファイバと石英ブロックとが接合された光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法であって、
前記光ファイバを前記石英ブロックの膨出するように形成された曲面に接合すると共に、前記光ファイバの先端を前記石英ブロックの内部に位置させる光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法。 A method of manufacturing an optical fiber / quartz block bonded structure in which an optical fiber and a quartz block are bonded,
A method of manufacturing an optical fiber / quartz block bonding structure in which the optical fiber is bonded to a curved surface formed so as to bulge out of the quartz block, and the tip of the optical fiber is positioned inside the quartz block. 請求項８に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法において、
前記光ファイバを前記石英ブロックに接合する前に、前記石英ブロックの前記光ファイバの接合予定部の平坦面を加熱して曲面に形成する光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法。 In the manufacturing method of the optical fiber / quartz block bonding structure according to claim 8,
A method of manufacturing an optical fiber / quartz block bonding structure in which a flat surface of a portion to be bonded of the optical fiber of the quartz block is heated to form a curved surface before the optical fiber is bonded to the quartz block. 請求項９に記載された光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法において、
前記光ファイバの接合予定部の平坦面を加熱して曲面に形成するのに連続して、前記光ファイバを前記石英ブロックの曲面に接合する光ファイバ・石英ブロック接合構造の製造方法。 In the manufacturing method of the optical fiber / quartz block bonding structure according to claim 9,
A manufacturing method of an optical fiber / quartz block bonding structure in which the optical fiber is bonded to the curved surface of the quartz block continuously by heating the flat surface of the portion to be bonded of the optical fiber to form a curved surface.
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