JP2021157005A - クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裸光ファイバの外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱が抑制されるクラッドモードストリッパ構造を提供する。【解決手段】クラッドモードストリッパ構造Ｍは、光ファイバ１０の端部のジャケット１２から突出して露出した裸光ファイバ１１の外周面に長さ方向に沿って凹部１３が設けられて構成されている。クラッドモードストリッパ構造は、凹部の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている先端側部分Ｍ２、及び／又は、基端側部分Ｍ３を含む。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法に関する。

レーザ加工機等で用いられる光ファイバでは、入射側において、レーザ光源からのレーザ光の一部がコアに入射されずにクラッドに入射する。また、出射側においては、レーザ光照射対象であるワークからの反射光がクラッドに入射する。そして、このようなクラッドに入射したクラッドモード光により、光ファイバのジャケットが焼損する虞がある。そこで、光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って溝を設け、クラッドモード光を外部に放射して除去するためのクラッドモードストリッパ構造を構成することが行われている（例えば特許文献１及び２）。

特開２０１７−２２３８９７号公報 特開２０１７−１８７５２３号公報

ところで、クラッドモードストリッパ構造を構成する溝を形成する場合、通常、裸光ファイバの端部の外周面にレーザ光を照射する。このとき、裸光ファイバを形成する石英が昇華して石英微粒子のフュームを生成し、それが裸光ファイバの外周面に再付着して凹凸を形成する。そして、この裸光ファイバの外周面の凹凸において、クラッドモード光が散乱して発熱するという問題がある。

本発明の課題は、裸光ファイバの外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱が抑制されるクラッドモードストリッパ構造を提供することである。

本発明は、光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、前記凹部の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている先端側部分、及び／又は、基端側部分を含む。

本発明は、本発明のクラッドモードストリッパ構造の製造方法であって、前記光ファイバの端部の前記ジャケットから突出して露出した前記裸光ファイバの外周面にレーザ光を照射して前記凹部を形成するものである。

本発明によれば、先端側部分、及び／又は、基端側部分において、凹部の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、凹部の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバの外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバの外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。

実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバの斜視図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第１の態様の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第２の態様の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の製造方法を示す斜視図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバに光コネクタを取り付けた光コネクタ構造の縦断面図である。 レーザ加工機によるワークの加工方法を示す図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第１変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第１変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第２変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第２変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第３変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第３変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。

以下、実施形態について詳細に説明する。

図１Ａ及びＢは、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍを有する光ファイバ１０を示す。この光ファイバ１０は、例えば切断や溶接を行うレーザ加工機等に装着される光ファイバケーブルのレーザ光伝送部材として用いられるものである。

光ファイバ１０は、裸光ファイバ１１と、それを被覆するジャケット１２とを備える。光ファイバ１０の外径は、例えば１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

裸光ファイバ１１は、ファイバ中心のコア１１１と、それを被覆する第１クラッド１１２と、それを更に被覆する第２クラッド１１３とを有する。なお、裸光ファイバ１１は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバであってもよい。また、裸光ファイバ１１は、単一層のクラッドを有するものであってもよい。

コア１１１は、例えばノンドープの純粋石英で形成されている。第１クラッド１１２は、コア１１１よりも低屈折率であって、例えば屈折率を低下させるドーパント（Ｆ、Ｂ等）がドープされた石英で形成されている。第２クラッド１１３は、第１クラッド１１２よりも高屈折率であることが好ましく、コア１１１と同様、例えばノンドープの純粋石英で形成されている。

コア１１１の直径は、例えば５０μｍ以上６００μｍ以下である。第１クラッド１１２の直径は、例えば７０μｍ以上６５０μｍ以下である。第２クラッド１１３の直径、すなわち、裸光ファイバ１１の外径は、例えば５００μｍ以上１０００μｍ以下である。

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。ジャケット１２の厚さは、例えば３００μｍ以上５００μｍ以下である。

光ファイバ１０は、一方及び他方のそれぞれの端部において、ジャケット１２が剥がされ、ジャケット１２から裸光ファイバ１１が突出して露出している。そして、この光ファイバ１０の端部のジャケット１２から突出して露出した裸光ファイバ１１の外周面に長さ方向に沿って溝１３（凹部）が設けられ、その溝１３によってクラッドモード光を外部に放射して除去するための実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍが構成されている。クラッドモードストリッパ構造Ｍの長さは、例えば２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍを構成する溝１３は、裸光ファイバ１１の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に連続して延びるように設けられている。溝１３の断面形状は、コの字型の他、Ｕ字型、Ｖ字型、台形型等であってもよい。

実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍは、構造本体部分Ｍ_１と、その先端側の先端側部分Ｍ_２と、基端側の基端側部分Ｍ_３とを含む。これらの構造本体部分Ｍ_１、先端側部分Ｍ_２、及び基端側部分Ｍ_３は、溝１３の深さの長さ方向に沿った分布が異なっている。ここで、本願における「溝１３の深さ」は、裸光ファイバ１１の外周面から溝１３の最深部までの距離である。

構造本体部分Ｍ_１は、先端側部分Ｍ_２と基端側部分Ｍ_３との間に設けられた実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍの主要部分である。構造本体部分Ｍ_１の長さは、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍの長さの好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上である。

構造本体部分Ｍ_１では、溝１３の深さが長さ方向に沿って一定であることが好ましい。構造本体部分Ｍ_１における溝１３の深さは、クラッドモード光の除去の観点から、好ましくは２５μｍ以上、より好ましくは４０μｍ以上であり、例えば７０μｍ以下である。なお、構造本体部分Ｍ_１では、溝１３の底が第１クラッド１１２まで達していてもよい。

構造本体部分Ｍ_１における溝１３の開口幅は、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましい。構造本体部分Ｍ_１における溝１３の開口幅は、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下である。構造本体部分Ｍ_１における溝１３の螺旋ピッチは、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましい。構造本体部分Ｍ_１における溝１３の螺旋ピッチは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

先端側部分Ｍ_２では、溝１３が、先端側の構造末端（溝末端）を始点として基端側に延び、構造本体部分Ｍ_１における溝１３の先端側の端に連続している。そして、先端側部分Ｍ_２では、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている、したがって、溝１３の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている。実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍによれば、その先端側部分Ｍ_２において、溝１３の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバ１１の外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバ１１の外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。

先端側部分Ｍ_２における溝１３の深さは、図２Ａに示すように長さ方向に沿って連続的に変化していてもよく、図２Ｂに示すように長さ方向に沿って段階的に変化していてもよい。先端側部分Ｍ_２における溝１３の構造末端での深さの最小値は、例えば５μｍ以上であり、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。

先端側部分Ｍ_２における溝１３の開口幅は、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Ｍ_１における溝１３の開口幅と同一であることが好ましい。先端側部分Ｍ_２における溝１３の開口幅は、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下である。先端側部分Ｍ_２における溝１３の螺旋ピッチは、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Ｍ_１における溝１３の螺旋ピッチと同一であることが好ましい。先端側部分Ｍ_２における溝１３の螺旋ピッチは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

先端側部分Ｍ_２の長さは、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．８ｍｍ以上であり、クラッドモード光の除去という本来の目的の観点から、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。

基端側部分Ｍ_３では、溝１３が、構造本体部分Ｍ_１における溝１３の基端側の端に連続し、基端側の終点の構造末端（溝末端）まで延びている。そして、基端側部分Ｍ_３では、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている、したがって、溝１３の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている。実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍによれば、その基端側部分Ｍ_３において、溝１３の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバ１１の外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバ１１の外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。

基端側部分Ｍ_３における溝１３の深さは、図２Ａに示すように長さ方向に沿って連続的に変化していてもよく、図２Ｂに示すように長さ方向に沿って段階的に変化していてもよい。基端側部分Ｍ_３における溝１３の構造末端での深さの最小値は、例えば５μｍ以上であり、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。基端側部分Ｍ_３における構造末端での溝１３の深さの最小値は、先端側部分Ｍ_２の構造末端での溝１３の深さの最小値と同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。

基端側部分Ｍ_３における溝１３の開口幅は、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Ｍ_１及び先端側部分Ｍ_２における溝１３の開口幅と同一であることが好ましい。基端側部分Ｍ_３における溝１３の開口幅は、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下である。基端側部分Ｍ_３における溝１３の螺旋ピッチは、溝１３の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Ｍ_１及び先端側部分Ｍ_２における溝１３の螺旋ピッチと同一であることが好ましい。基端側部分Ｍ_３における溝１３の螺旋ピッチは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

基端側部分Ｍ_３の長さは、溝１３の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．８ｍｍ以上であり、クラッドモード光の除去という本来の目的の観点から、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。基端側部分Ｍ_３の長さは、先端側部分Ｍ_２の長さと同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。

以上の構成の実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍは、図３に示すように、光ファイバ１０の端部のジャケット１２から突出して露出した裸光ファイバ１１を軸回転させるとともに長さ方向に移動させながら、その外周面に例えばＣＯ_２レーザからのレーザ光Ｌを照射して溝１３を形成することにより製造することができる。このとき、溝１３の深さは、レーザ光Ｌの強度や照射時間等により制御することができる。フュームの生成を少なくする観点からは、裸光ファイバ１１の外周面に、先端側から基端側に順にレーザ光Ｌを照射することが好ましい。

図４は、光ファイバ１０に光コネクタ２０を取り付けた光コネクタ構造Ｃを示す。この光コネクタ構造Ｃは、例えばレーザ加工機等に装着される光ファイバケーブルの入射側及び出謝側のそれぞれの端部に構成されるものである。

光コネクタ２０は、筒状部材のコネクタ本体２１を有する。コネクタ本体２１の内部には、その中間部に、長さ方向に延びるように形成された内径が大きい裸ファイバ収容部２１ａが設けられているとともに、その後方側に連続して、長さ方向に延びるように形成された被覆ファイバ嵌入部２１ｂが設けられている。被覆ファイバ嵌入部２１ｂは、裸ファイバ収容部２１ａよりも内径が小さい。また、裸ファイバ収容部２１ａの先端側に連続して、長さ方向に延びるように形成されたブロック収容部２１ｃが設けられている。ブロック収容部２１ｃは、裸ファイバ収容部２１ａ及び被覆ファイバ嵌入部２１ｂの中間の内径である。裸ファイバ収容部２１ａの先端部には、環状の封止部材２２が内嵌めされている。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。ブロック収容部２１ｃには、石英ブロック２４が収容されている。

この光コネクタ構造Ｃでは、光ファイバ１０の先端から所定長の部分が光コネクタ２０の後方から挿通されている。そして、光ファイバ１０は、その端部におけるジャケット１２から突出して露出した裸光ファイバ１１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ているとともに、裸光ファイバ１１の外周面に実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍが設けられた部分が裸ファイバ収容部２１ａを長さ方向に延び、且つジャケット１２で被覆された部分が被覆ファイバ嵌入部２１ｂに内嵌めされて保持されている。ジャケット１２で被覆された部分におけるジャケット１２の端面は、裸ファイバ収容部２１ａに露出するように位置付けられている。ファイバ保持部材２３に保持された裸光ファイバ１１の先端は、ブロック収容部２１ｃに収容された石英ブロック２４に融着接続されている。

図５は、レーザ加工機３０によるレーザ光照射対象であるワークＷの加工方法を示す。

レーザ加工機３０は、レーザ光源３１と、そこからワークＷに延びるように装着された光ファイバケーブル３２とを有する。光ファイバケーブル３２は、レーザ光伝送用の光ファイバ１０を含むとともに、入射側及び出謝側のそれぞれの端部に光コネクタ構造Ｃが構成されている。

レーザ加工機３０によるワークＷの加工において、入射側の光コネクタ構造Ｃでは、レーザ光源３１からのレーザ光Ｌが石英ブロック２４を介して入射すると、レーザ光Ｌは、主には裸光ファイバ１１のコア１１１に入射して伝搬するが、一部がミスアライメント等のためにコア１１１に入射されない漏れ光となって第１及び第２クラッド１１２，１１３に入射し、それがクラッドモード光として伝搬する。また、出射側の光コネクタ構造Ｃでは、裸光ファイバ１１のコア１１１を伝搬したレーザ光Ｌが石英ブロック２４を介して出射し、そのレーザ光Ｌは、主にはワークＷの加工に供されるが、一部がワークＷからの反射光となって第１及び第２クラッド１１２，１１３に入射し、それがクラッドモード光として伝搬する。

これらのクラッドモード光は、それぞれの光コネクタ構造Ｃにおける光コネクタ２０内に配置された実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍに、先端側から順方向に入力されて外部に放射されることにより除去される。このとき、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍでは、先端側部分Ｍ_２において、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっているので、放射されて除去されるクラッドモード光の強度が全体として分散される。また、相対的に溝１３の深さが深い構造本体部分Ｍ_１においては、クラッドモード光が効率的に放射されて除去される。これらのことから、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍによれば、クラッドモード光のホットスポットの発生を抑制することができるとともに、短い長さでもクラッドモード光を十分に除去することができる。

実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Ｍにおいて外部に放射されて除去されたクラッドモード光は、裸ファイバ収容部２１ａの内壁を介してコネクタ本体２１に吸収されて熱に変換され、空冷又は水冷により取り除かれる。

なお、上記実施形態では、クラッドモードストリッパ構造Ｍが、構造本体部分Ｍ_１と先端側部分Ｍ_２と基端側部分Ｍ_３とを含む構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図６Ａ及びＢに示すように、クラッドモードストリッパ構造Ｍが、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている基端側部分Ｍ_３を含まず、構造本体部分Ｍ_１と先端側部分Ｍ_２とのみを含む構成であってもよい。

また、図７Ａ及びＢに示すように、クラッドモードストリッパ構造Ｍが、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている先端側部分Ｍ_２を含まず、構造本体部分Ｍ_１と基端側部分Ｍ_３とのみを含む構成であってもよい。

さらに、図８Ａ及びＢに示すように、クラッドモードストリッパ構造Ｍが、溝１３の深さが一定の構造本体部分Ｍ_１を含まず、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている先端側部分Ｍ_２と、溝１３の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている基端側部分Ｍ_３とのみを含む構成であってもよい。

上記実施形態では、クラッドモードストリッパ構造Ｍを構成する溝１３が裸光ファイバ１１の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、溝が裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って設けられていれば、例えば溝が長さ方向に平行に又は傾斜して延びるように設けられたものであってもよい。また、溝は、真っ直ぐに延びるように設けられていてもよく、曲線を描くように設けられていてもよい。

上記実施形態では、溝１３が長さ方向に沿って連続して延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、溝が長さ方向に沿って断続的に設けられたものであってもよい。

上記実施形態では、単一の溝１３が設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、複数の溝が設けられたものであってもよい。

上記実施形態では、溝１３が裸光ファイバ１１の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、各々、周方向に延びる複数の溝が、裸光ファイバの外周面に長さ方向に間隔をおいて設けられたものであってもよい。

上記実施形態では、凹部としての溝１３が設けられてクラッドモードストリッパ構造Ｍが構成されたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って凹部としての例えばドット状の多数の有底凹孔が設けられてクラッドモードストリッパ構造が構成されたものであってもよい。

本発明は、クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法の技術分野について有用である。

Ｃ 光コネクタ構造
Ｌ レーザ光
Ｍ クラッドモードストリッパ構造
Ｍ_１ 構造本体部分
Ｍ_２ 先端側部分
Ｍ_３ 基端側部分
Ｗ ワーク
１０ 光ファイバ
１１ 裸光ファイバ
１１１ コア
１１２ 第１クラッド
１１３ 第２クラッド
１２ ジャケット
１３ 溝（凹部）
２０ 光コネクタ
２１ コネクタ本体
２１ａ 裸ファイバ収容部
２１ｂ 被覆ファイバ嵌入部
２１ｃ ブロック収容部
２２ 封止部材
２３ ファイバ保持部材
２４ 石英ブロック
３０ レーザ加工機
３１ レーザ光源
３２ 光ファイバケーブル

Claims (7)

1. 光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、
   前記凹部の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている先端側部分、及び／又は、基端側部分を含むクラッドモードストリッパ構造。
2. 請求項１に記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
   前記凹部が溝であるクラッドモードストリッパ構造。
3. 請求項２に記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
   前記溝が前記裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びるように設けられているクラッドモードストリッパ構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
   前記先端側部分、及び／又は、前記基端側部分の長さが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であるクラッドモードストリッパ構造。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
   前記先端側部分と前記基端側部分との間に設けられた前記凹部の深さが長さ方向に沿って一定である構造本体部分を更に含むクラッドモードストリッパ構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたクラッドモードストリッパ構造の製造方法であって、前記光ファイバの端部の前記ジャケットから突出して露出した前記裸光ファイバの外周面にレーザ光を照射して前記凹部を形成するクラッドモードストリッパ構造の製造方法。
7. 請求項６に記載されたクラッドモードストリッパ構造の製造方法において、
   前記裸光ファイバの外周面に、先端側から基端側に順にレーザ光を照射するクラッドモードストリッパ構造の製造方法。

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