JP5231310B2 - 光ファイバの端面加工方法及びファイバ研磨治具 - Google Patents
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Description
本発明は光ファイバの端面加工方法及びそれに用いるファイバ研磨治具に関する。
光ファイバの接続損失の低減や戻り光の抑制のために、光ファイバの端面に加工処理を施すことが知られている。その加工処理としては研磨処理が挙げられ、例えば、光ファイバの先端部分を完全に固定保持して研磨する方法、光ファイバの先端部分を樹脂に埋め込んで樹脂と共に研磨する方法がある（例えば、特許文献１及び２）。また、加工処理としては光ファイバの先端部分を劈開（クリービング）して端面を形成するものも挙げられる。
ところで、光ファイバの端部のエッジが鋭利であると、光ファイバの取り扱い時にエッジを欠けさせてクラックを形成してしまう場合がある。そのような場合、例えば、ファイバレーザ用光ファイバでは、励起光が照射されたときに、そのクラックでの散乱によるレーザ発振特性の低下や励起レーザによる端面の破壊といったことが起こり得る。
本発明の課題は、光ファイバのエッジにクラックが形成されるのを抑制することである。
本発明の光ファイバの端面加工方法は、光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持し、該光ファイバの端面を研磨面に当接させると共にそれらを該光ファイバの軸直方向に相対移動させることにより該光ファイバの端面を研磨するものであって、
貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に上記光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材を、該ファイバ挿入孔の一方の開口が上記研磨面に当接するように設けると共に、該ファイバ挿入孔の他方の開口から上記光ファイバの保持位置よりも先端部分を非接触に挿入して該一方の開口に露出した該光ファイバの端面を該研磨面に当接させ、該研磨面当接部材及び該光ファイバを一体として該研磨面に対して相対移動させる。
貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に上記光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材を、該ファイバ挿入孔の一方の開口が上記研磨面に当接するように設けると共に、該ファイバ挿入孔の他方の開口から上記光ファイバの保持位置よりも先端部分を非接触に挿入して該一方の開口に露出した該光ファイバの端面を該研磨面に当接させ、該研磨面当接部材及び該光ファイバを一体として該研磨面に対して相対移動させる。
本発明のファイバ研磨治具は、
光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持するファイバ保持部材と、
上記ファイバ保持部材と一体に設けられ、該ファイバ保持部材によって保持された光ファイバの保持位置よりも先端部分が一方の開口から非接触に挿入されると共に他方の開口に光ファイバの端面が露出する貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材と、
を備える。
光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持するファイバ保持部材と、
上記ファイバ保持部材と一体に設けられ、該ファイバ保持部材によって保持された光ファイバの保持位置よりも先端部分が一方の開口から非接触に挿入されると共に他方の開口に光ファイバの端面が露出する貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材と、
を備える。
本発明によれば、光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持し、その光ファイバの端面を研磨面に当接させると共にそれらを光ファイバの軸直方向に相対移動させることにより光ファイバの端面を研磨するので、光ファイバの先端部分は一定範囲で可動な状態で端面が研磨され、その結果、光ファイバのエッジは丸みを帯びた状態に研磨されることとなり、それによって光ファイバのエッジにクラックが形成されるのを抑制することができる。
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は実施形態に係るファイバ研磨治具２０を示す。
このファイバ研磨治具２０は、上下に一体に設けられたファイバ保持部材２１及び研磨面当接部材２２で構成されている。ファイバ保持部材２１及び研磨面当接部材２２は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属等の剛性材料で形成されている。
ファイバ保持部材２１は筒状部材である。ファイバ保持部材２１は、例えば、長さが５〜２０ｍｍ、外径が２〜５ｍｍ、及び内径が１〜３ｍｍである。このファイバ保持部は、光ファイバ心線１０の一端部における先端部分において被覆層１２が剥がされて光ファイバ１１が露出した部分が挿入され、露出した光ファイバ１１の基端側の被覆層１２で被覆された部分を外嵌め状に保持固定するように構成されている。従って、ファイバ保持部材２１には、光ファイバ心線１０を強固に保持し、また、心線径の異なる光ファイバ心線１０に対応可能となるように固定用のキーネジ等の心線固定手段が設けられていることが好ましい。
研磨面当接部材２２は、ファイバ保持部材２１の下側に同軸に設けられた筒状部２３及びその筒状部２３の下端に外嵌め固定されて鍔状に一体に設けられた板状部２４で構成されている。
筒状部２３は、例えば、長さが２０〜３０ｍｍ、外径が３〜１０ｍｍ、及び内径が２〜５ｍｍである。この筒状部２３の円筒孔がファイバ挿入孔２５を構成している。板状部２４は、円盤状であることが好ましく、例えば、外径が２５〜５０ｍｍ、及び厚さが５〜１０ｍｍである。
筒状部２３のファイバ挿入孔２５の中間部にはファイバガイド２６が内嵌め固定されている。ファイバガイド２６は、例えば、サファイア等で形成されており、長さが１〜１０ｍｍ、外径が２〜５ｍｍ、及び内径が０．５〜１．５ｍｍである。
次に、このファイバ研磨治具２０を用いた光ファイバ１１の端面加工方法について説明する。
加工対象である光ファイバ心線１０は光ファイバ１１を被覆層１２で被覆したものである。光ファイバ心線１０の心線径は例えば０．５〜１ｍｍである。光ファイバ１１は、石英製のものであってもよく、また、アクリル樹脂等の樹脂製のものであってもよく、さらに、それらを組み合わせたものであってもよい。光ファイバ１１としては、例えば、シングルクラッドファイバ或いはダブルクラッドファイバのファイバレーザ用光ファイバが挙げられる。ダブルクラッドファイバのファイバレーザ用光ファイバは、第２クラッドに空孔が形成されたものであってもよく、また、先端部分においてその空孔が封止されたものであってもよい。ダブルクラッドファイバのファイバレーザ用光ファイバでは、例えば、コアの外径が５〜１００μｍ、第１クラッドの外径が１００〜８００μｍ、及び第２クラッドの外径が２５０〜１０００μｍである。被覆層１２は例えばＵＶ硬化型樹脂などの樹脂で形成されている。被覆層１２の厚さは例えば１００〜５００μｍである。
まず、光ファイバ心線１０の一端部における先端部分において被覆層１２を剥がして光ファイバ１１を露出させる。ここで、光ファイバ１１の露出長は５〜２０ｍｍである。
次いで、ファイバ研磨治具２０のファイバ保持部材２１の上側の開口からその光ファイバ心線１０の一端部を挿入し、露出した光ファイバ１１の基端側の被覆層１２で被覆された部分をファイバ保持部材２１で外嵌め状に保持固定する。保持固定位置は光ファイバ１１の先端から１〜１０ｍｍの位置であることが好ましく、２〜５ｍｍの位置であることがより好ましい。このとき、先端部分の露出した光ファイバ１１はファイバ挿入孔２５の上側（他方）の開口から同軸に非接触に挿入されて下側（一方）の開口に僅かに突出して露出する。光ファイバ１１の突出長さは１０〜５００μｍであることが好ましく、５０〜１００μｍであることがより好ましい。また、光ファイバ１１はファイバガイド２６に挿通されて遊嵌される。光ファイバ１１とファイバガイド２６とのクリアランスは１〜１５０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。
続いて、ファイバ研磨治具２０の研磨面当接部材２２における板状部２４の下面を研磨部材３０の研磨面３１に当接させる。このとき、ファイバ挿入孔２５の下側の開口に露出した光ファイバ１１の端面も研磨部材３０の研磨面３１に当接する。光ファイバ１１の端面の研磨面３１への当接圧力は５００〜５０００Ｐａであることが好ましく、１０００〜３０００Ｐａであることがより好ましい。ここで、研磨面３１は、平坦面であってもよく、また、凹状の曲面であってもよく、さらに、凸状の曲面であってもよい。研磨面３１を構成する部材としては、例えば、ダイヤモンド粒子や金属酸化物粒子の砥粒をシート基材に固定化したものが挙げられる。
そして、ファイバ研磨治具２０の研磨面当接部材２２における板状部２４の下面を研磨部材３０の研磨面３１に対して光ファイバ１１の軸直方向に相対移動させる。このとき、ファイバ挿入孔２５の下側の開口に露出した光ファイバ１１の端面も研磨部材３０の研磨面３１に対して光ファイバ１１の軸直方向に相対移動して研磨される。
本実施形態に係る光ファイバ１１の端面加工方法によれば、光ファイバ１１の先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持し、その光ファイバ１１の端面を研磨面３１に当接させると共にそれらを光ファイバ１１の軸直方向に相対移動させることにより光ファイバ１１の端面を研磨するので、光ファイバ１１の先端部分は一定範囲で可動な状態で端面が研磨され、その結果、光ファイバ１１のエッジは丸みを帯びた状態に研磨されることとなり、それによって光ファイバ１１のエッジにクラックが形成されるのを抑制することができる。
ここで、光ファイバ１１はファイバガイド２６内に不動点を有した状態で円錐形状の可動領域を構成する。一方、研磨加工時における光ファイバ１１の破損を防止する観点からは、ファイバ挿入孔２５は、光ファイバ１１の保持位置よりも先端部分の可動範囲を包含すると共にその可動範囲において光ファイバ１１が内壁に接触しないように形成されていることが好ましい。従って、ファイバ挿入孔２５の内径をＤ、不動点から光ファイバ１１の端面までの長さをｔ、光ファイバのファイバ径をｄ、及び光ファイバ１１の軸方向が鉛直方向に対して成す最大角度をθとするとき、Ｄ＞ｄ＋２ｔ・ｓｉｎθであることが好ましい。
また、ファイバ研磨治具２０と研磨部材３０との相対移動は、研磨部材３０を固定してファイバ研磨治具２０を移動させてもよく、また、ファイバ研磨治具２０を固定して研磨部材３０を移動させてもよく、さらに、両方共に移動させてもよい。この相対移動は、光ファイバ１１が等方的に研磨されるように円周を軌跡を描くように行うことが好ましい。
さらに、光ファイバ１１の端面と研磨面３１との間には液状或いはスラリー状の研磨剤を介在させてもよい。光ファイバの端部を樹脂に埋め込んで樹脂と共に研磨する場合、被研磨面における光ファイバと樹脂との間に研磨剤が溜まり、それが離脱するときに光ファイバの端面のエッジにクラックを発生させることがある。しかしながら、本実施形態に係る光ファイバ１１の端面加工方法では、被研磨面において、光ファイバ１１は拘束されないので、上記のような研磨剤の溜まりは生じず、また、それに起因したクラックは発生しない。
ところで、端面が軸方向に対して傾斜して研磨されたファイバレーザ用光ファイバであって、開口数ＮＡ＝０．１及びビームモード径４０μｍのものについて調査したところ、図２に示すように、端面傾斜角度が大きくなると共振器面である端面の反射率が低下し、損失が大きくなることにより発振効率が低くなることが分かった。なお、規格化端面反射効率は端面傾斜角度が０°のときの反射率を基準とした相対反射率である。例えば、端面傾斜角度が２°の場合には、共振器面である端面の反射率は端面傾斜角度が０°のときの１．６％まで低下し、理論的には、その反射率の低下分だけ発振効率も低下する。また、イットリビウムがドープされたダブルクラッドファイバの場合には、利得が大きいため、端面の反射率が低下しても絶対的には大出力を得ることができるが、損失が大きいために利得が不十分で且つ不規則なジャイアントパルスを発生させてしまう。このパルスは制御不能であり、これによって端面が破壊する虞もある。実際、端面傾斜角度が１°以下の場合には異常パルスの発振は観測されなかったが、端面傾斜角度が１．５°や２°のように１°を超えた場合には異常パルスの発振が観測され、発振途中でその異常パルスにより端面が破壊することもあった。以上のことから、反射率の低下を５０％以下にと抑えることが好ましく、そのためには端面傾斜角度を０．８°以下にすることが必要である。端面傾斜角度はＮＡ以下であることが必要であるが、ＮＡ＝０．１であれば傾斜角度０．８°は許容される。
以上のような知見を踏まえると、研磨加工後の光ファイバ１１については、例えば、図３に示すように、光ファイバ１１が、コア１１ａの外径Ｗ１、第１クラッド１１ｂの外径Ｗ２、及び第２クラッド１１ｃの外径Ｗ３（＝ファイバ径）のダブルクラッドファイバである場合、コア１１ａの開口数をＮＡとすると、光ファイバ１１の端面は、コア１１ａの部分の曲率半径Ｒ１がＮＡを上限とした範囲となるように、つまり、Ｒ１≧Ｗ１／２／ＮＡとなるように研磨されることが好ましい。但し、実質的には、光ファイバ１１の端面全体が一様に研磨されるので、光ファイバ１１の端面は、曲率半径Ｒ１がＮＡを上限とした範囲となるように、つまり、Ｒ１≧Ｗ３／２／ＮＡとなるように研磨されることが好ましい。また、エッジは、効果的にクラックの形成抑制を図るためには、曲率半径Ｒ２が第２クラッド１１ｃの厚み分以下となるように、つまり、Ｒ２≦（Ｗ３−Ｗ２）／２となるように研磨されることが好ましい。具体的には、概略、Ｗ２が１００〜８００μｍ、Ｗ３が２５０〜１０００μｍ、及びＮＡが０．０１〜０．４であることから、Ｒ１≧０．３ｍｍ（Ｗ３＝２５０μｍ、ＮＡ＝０．４）であることが好ましく、Ｒ１≧１０ｍｍであることがより好ましい。また、Ｒ２≦０．４５ｍｍ（Ｗ２＝１００μｍ、Ｗ３＝１０００μｍ）であることが好ましく、Ｒ２≦０．１ｍｍであることがより好ましい。また、研磨加工後の光ファイバ１１の端面の表面粗さは０〜２μｍであることが好ましく、０〜１μｍであることがより好ましい。
本発明は光ファイバの端面加工方法及びファイバ研磨治具について有用である。
１０ 光ファイバ心線
１１ 光ファイバ
１１ａ コア
１１ｂ 第１クラッド
１１ｃ 第２クラッド
１２ 被覆層
２０ ファイバ研磨治具
２１ ファイバ保持部材
２２ 研磨面当接部材
２３ 筒状部
２４ 板状部
２５ ファイバ挿入孔
２６ ファイバガイド
３０ 研磨部材
３１ 研磨面
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Claims (4)
- 光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持し、該光ファイバの端面を研磨面に当接させると共にそれらを該光ファイバの軸直方向に相対移動させることにより該光ファイバの端面を研磨する光ファイバの端面加工方法であって、
貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に上記光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材を、該ファイバ挿入孔の一方の開口が上記研磨面に当接するように設けると共に、該ファイバ挿入孔の他方の開口から上記光ファイバの保持位置よりも先端部分を非接触に挿入して該一方の開口に露出した該光ファイバの端面を該研磨面に当接させ、該研磨面当接部材及び該光ファイバを一体として該研磨面に対して相対移動させる光ファイバの端面加工方法。 - 請求項１に記載された光ファイバの端面加工方法において、
上記研磨面当接部材の上記ファイバ挿入孔は、上記光ファイバの保持位置よりも先端部分の可動範囲を包含すると共にその可動範囲において該光ファイバが内壁に接触しないように形成されている光ファイバの端面加工方法。 - 請求項１又は２に記載された光ファイバの端面加工方法において、
上記光ファイバがファイバレーザ用光ファイバである光ファイバの端面加工方法。 - 光ファイバの先端から所定長の位置を、それよりも先端部分が軸直方向に拘束されないように保持するファイバ保持部材と、
上記ファイバ保持部材と一体に設けられ、該ファイバ保持部材によって保持された光ファイバの保持位置よりも先端部分が一方の開口から非接触に挿入されると共に他方の開口に光ファイバの端面が露出する貫通したファイバ挿入孔が形成され且つ該ファイバ挿入孔の中間部に光ファイバを遊嵌するファイバガイドが設けられた研磨面当接部材と、
を備えたファイバ研磨治具。
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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-
2009
- 2009-04-01 JP JP2009089362A patent/JP5231310B2/ja active Active
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