JP5636377B2 - 電磁線伝送用の光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁線伝送用、特に高出力ダイオード・レーザからの電磁線伝送用の光導波路、及びその製造方法に関する。

高出力ダイオード・レーザは、一般に、１つ以上の所謂レーザバーから構成され、各レーザバーは、レーザバー上の半導体結合に沿って互いに並んで配置されているギャップ形態の光出力面を有する多数のエミッタを有している。単一のエミッタは、半導体結合の方向、所謂、速い軸（fast−axis）方向には約１μｍだけの非常に小さな区域を有し、所謂、遅い軸（slow−axis）上には半導体結合と平行な典型的には１００μｍ〜２００μｍの区域を有している。速い軸上においては、放射された電磁線が広い発散角を有する、半角に対して典型的には２０°〜３０°の発散角を有し、遅い軸上には典型的には５°の相当に小さな発散角を有している。

半導体レーザからの光導波路への入力に関する数多くの先行技術がある。それらの概念はすべて、できるだけ低い結合損失（接続損失）で、及びビーム直径と発散の積、所謂、ビーム・パラメータ積により表すことができるビーム品質をできるだけ維持して、半導体レーザから放射された電磁線を１つ以上のファイバへ入力するという共通の目的を有する。ビーム品質は、レーザの電磁線がどのようにうまく集中することができるかについて表し、ほとんどの応用にとって決定的に重要である。ビーム品質が高くなればなるほど、ビーム・パラメータ積は低くなり、そして逆もまた同様である。

基本の物理的な法則によれば、ビーム・パラメータ積は、光学素子あるいは他の手段によってさえもけっして低減することはできない。それに相応して、ビーム品質は改善することができない。しかしながら、特に、ビーム品質は、ビーム案内中及び非画像の光学素子を用いる整形中、低下することができる。エミッタがギャップ形態であるため、また遅い軸と速い軸でのビーム発散が異なるため、できるだけうまくビーム品質を維持しながら放射された電磁線を複数の光ファイバ（optical fibers）（以下、単に光ファイバもしくは光ファイバ群ということもある）中に入力する過程は、特に光ファイバが一般に円形の断面形状を有しているため、要望されている課題を表している。

半導体レーザから発散電磁線を光ファイバ群へ入力する場合、ファイバ・タイプは、全ての電磁線を受け入れることができる充分に高い開口数（ＮＡ）のものを選ばなければならない。この場合、ＮＡは、ファイバによってまだ伝送されるファイバ軸に対する光ビームの最大半角の正弦（サイン）を示している。２０〜３０°の速い軸上のレーザ電磁線の半角は、０．３４〜０．５のＮＡに相当し、また、遅い軸上の半角は０．０９ＮＡに相当する。

レーザ電磁線を速い軸上のレーザ電磁線のそれよりも低いＮＡ（例えば、標準の石英ファイバにおいては０．２２のＮＡ）を有する光ファイバ群中へ入力するときには、レーザ電磁線は、入力前に速い軸上で平行にされねばならず、これは、例えば、微小オプチックス、特に円筒状レンズの導入によって、さもなければ円錐形断面などのように光の伝播方向に拡大する断面を有する光導波路棒などの非画像オプチックスによって、行うことができる。電磁線が速い軸上で平行にされない場合、レーザ電磁線の一部のみがファイバのＮＡ内に運ばれるであろう。より大きな開口角でファイバに入力されるレーザ電磁線の構成部分はファイバから放射されるであろうし、熱的損傷及び従って光学入力端の破壊をもたらし得る。

あるいはまた、全てのレーザ電磁線をすべて受け入れることができる充分に高いＮＡを有する複数のファイバ（以下、単にファイバもしくはファイバ群ということもある）を使用することもまた可能である。この場合、半導体レーザの広い発散が受け入れられる。この解決は、この場合、複雑な微小オプチックスについても、またそれらの位置決めをすることも必要ないという長所を持ち、エミッタにファイバ群を直接結合することができる。これはまた突合せカップリングとも呼ばれる。対応する態様は、例えばドイツ特許出願公開ＤＥ １０２００５０５７６１７Ａ１に見ることができ、この解決は、さらに各エミッタが共同する多数のファイバを有することで識別される。突合せカップリングに加えて、この態様もまた、電磁線が溶着されたファイバ束に入力される、即ち複数の光ファイバは互いに入力面において形状密閉されたように接続されることによって識別される。ファイバ群の溶着は、一方では、これがファイバ間のファイバ中間スペースのための区域部品の必要性を回避するのでカップリング効率を増大し、他方では、これは高出力半導体レーザの高出力密度のために受け入れ難い入力面の区域での接着剤の使用を回避する。

不必要にビーム品質を低減することを回避するために、レーザ・ビームはできるだけ小さいビーム直径で案内されること、即ち、光を案内するできるだけ小さな断面積を有する光導波路に入力されることも重要である。例として、米国特許明細書第４，７６３，９７５号には、細長い楕円形の光入力面及び円形の出力面を有する単一のカップリング要素が、多数のエミッタを有するレーザバー全体の前に位置する概念が開示されている。この概念において、レーザ・ビームの断面積は相当に逆にできないように拡大し、何故ならばこれが非画像オブチックスとなるからである。従って、ビーム品質は非常に低減される。さらに、各エミッタが円形の断面輪郭を有する単一のファイバと共同するという概念がある。この場合、ファイバ直径はエミッタ幅に対応して比較的大きく選定しなければならないので、この概念も、全エミッタの断面積に対する合計のファイバ断面積の大きな増大によって、従って同様にビーム品質の低減によって識別される。改善された断面積を有するさらに他の態様においては、各エミッタは長方形の単一ファイバと共同している（米国特許明細書第５，６２９，９９７号参照）。しかしながら、この長方形の個々のファイバの場合、充分に高いＮＡを有する長方形のファイバの入手可能性に問題があり、さらに、エミッタの前における個々のファイバの位置決めには非常に大きな努力が必要となる。

ドイツ特許ＤＥ １０２００４００６９３２ Ｂ３における他の変形は、円形の断面を有する個々のファイバが単一層において互いに並んで面一に配置されるべきこと、及び、単一層における個々のファイバが長方形の断面となるように単一層はホットプレス工程において長方形の断面に溶着されるべきことが規定されている。次いで、光学素子は、研削工具を使用する研削工程において溶着されたファイバ群の自由端上に一体的に、光学素子が真性の円筒状レンズ（intrinsic cylindrical lens）の例においては先行技術等から知られているように円錐状に、形成される。この場合、両方の要素は、速い軸上での角度平行化（角度コリメーション）の機能を行う。この場合、個々のファイバ直径は、突合せカップリングで、バーの各エミッタは多数の変形された個々のファイバと共同するように選定される。

しかしながら、ドイツ特許ＤＥ １０ ２００４ ００６９３２Ｂ３に記述されたような入力端、及び特にその製造は、実現可能性に関して多くの不利益及び条件を有する。経験から、プレス工具との直接の接触での光ファイバ群の変形は大きな問題をもたらす。特別の表面品質を有さないプレス工具を使用する場合、ファイバ群は、光学的インターフェースの変形によって、通常、光案内が著しく制限されるほど非常に激しい損傷を受け、また、レーザ電磁線の大部分はファイバから放射されるであろう。さらに、当業者は、光ファイバ群のプレス工具への付着あるいは張り付きでさえも予測しなければならないことを知っており、上記文献は、これらの結果を防ぐための手段について記述していない。さらに、熱整形工程後に、光ファイバの機械的な強さは非常に低減され、その結果、破断を生じることなく、上記文献に記載されているような単一層溶着ファイバストリップへの研削プロセスの適用及び必要な磨き仕上げ工程は不可能である。従って、この文献に記述された構成部品は製造することができないか、あるいは記述された方法で経済的に製造することができない、と考えることができる。

ドイツ特許出願公開ＤＥ １０２００５０５７６１７Ａ１ 米国特許明細書第４，７６３，９７５号 米国特許明細書第５，６２９，９９７号 ドイツ特許ＤＥ １０ ２００４ ００６９３２Ｂ３

従って、本発明の目的は、ギャップ形状を有するできるだけ小さな入力面であって、入力端は全製造プロセスに対して充分に強靭であるべき溶着ファイバ群で事実上完全に充填された入力面を有する、特に高出力ダイオード・レーザから電磁線を入力するための光導波路を提供することにある。さらに本発明の目的は、対応する光導波路の適切な製造方法を提供することにあり、その場合、特に、できるだけ小さな損傷で、且つそれらの光伝送特性ができるだけ影響を受けないで、ファイバ群の単一層をファイバに溶着可能であることもさらに目的としている。

前記目的は、独立請求項によって達成される。好適な態様は、従属請求項に特定されている。

本発明の目的は、入力端と１つ以上の出力端を有する複数の光ファイバもしくは光ファイバ群を含み、入力端は、複数のファイバが形状密閉されたように少なくとも部分的に互いに接続されている溶着ゾーンと、それに隣接して光ファイバの断面が実質的に多角形の形状から実質的に円形状に変化している遷移ゾーンと、それに隣接してファイバが実質的に円形の断面形状を有する出口ゾーンとを有する光導波路であって、ファイバ群は取付板上に単一層に、あるいは複数の層に配置され、溶着ゾーンの区域における最下層中のファイバ群は形状密閉されたように該プレートに接続されていることを特徴とする光導波路によって達成される。一方では、平坦な取付板上のファイバ群の配置は、ギャップ形状の断面積を有する入力端になる。他方では、それにファイバ群が形状密閉されたように接続される取付板上のファイバの配置は、入力端面に適切な端面機械加工を可能とするように入力端面を充分に機械的に強靭にできることになる。この場合、より精密であるように、形状密閉された接続は、複数のファイバが互いに、また区域全体にわたって取付板に接続されるということ、及び、ギャップとも言うことができる、整形工程前にファイバ間に存在するあらゆる空気で満たされた中間スペースが、整形工程後において、形状密閉するように接続された断面積に対して５％未満の非常に僅かな相対的割合だけなお存在するということ、を意味する。さらに、形状密閉された接続はまた一体的であってもよく、その場合には、そこでファイバ群の溶着と言うことができる。しかしながら、一般に、ファイバ群の形状密閉された接続は、本発明に係る光導波路に、後のプロセス・ステップでの充分な強靭さを提供する。一般に、これらのプロセス・ステップは端面機械加工を含んでいる。一般に、端面機械加工は、研削及び研磨加工を含む。これらは、ファイバへの厳しい機械的負荷を表わし、この理由のために、ファイバの端面上の剥げ落ち欠陥及び破損を防止するに適切な強靭さに基づかされる。一般に、変形した非円形のファイバ断面積の区域のファイバの機械的な強靭さは貧弱である。何故ならば、本発明に係る光導波路の製造のために好適に使用されるようなホットプレス加工によって極度に低下するからである。従って、ホットプレス加工中に、個々のファイバは、ファイバ延伸プロセス後の非常に急速な冷却のために与えられるそれらのプレ応力（prestressing）を失う。さらに、その結果、延伸されたファイバとは対照的に、多数の顕微鏡的亀裂や顕微鏡的損傷区域がファイバ表面へ導入され、変形したファイバは非常に脆く、また低い機械的負荷レベルで破断する。従って、変形したファイバに対するどんな機械的負荷も回避されねばならず、これは本発明においては取付板への形状密閉された接続によって達成される。

変形していない区域においては、ファイバは実質的に円形の断面形状を有する。しかしながら、製造工程は、円形の断面形状からの不一致を生じてもよく、例えば長円形が存在してもよい。対照的に、溶着ゾーンにおいては、ファイバ群が形状密閉されたように接続される区域で、個々のファイバは実質的に多角形の断面形状を有する。溶着ゾーンでの単一層の配置の場合には、従って、ファイバ群は、好ましくはほぼ矩形形状を有し、丸みのある隅角を有する四辺の矩形断面を持つことができる。対照的に、多層ファイバ・リボンの場合には、六角形と五角形の断面形状が好ましくは溶着ゾーンで形成される。ファイバ群は一般に形状密閉されたように互いに接続されるが、必ずしも一体的な又は材料による接合部ではない。このことは、一般に、ファイバは互いに永久に溶着されてはいないが、堅固に結合して取付板に密着している構造を形成していることを意味する。

取付板は、必ずしもプレートの形をしている必要はない。重要なことは、少なくとも１つの表面が、形状密閉されたようにファイバ群に接続される平坦な区域を持つことである。一般に、取付板は、従ってまた少なくとも１つの平坦な表面区画を有する任意の所望の形状の取付要素であることも意味する。

１つの好適な態様においては、光ファイバは、均一なファイバ直径Ｄを有するステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバであり、ここで、意図した適用波長に対する光ファイバのクラッドの厚さの比は、５未満、特に好ましくは０．５以上３以下である。原則として、本発明に係る光導波路は多数の光ファイバタイプを用いて製造することができる。例えば、取付板についての適切な材料と共に石英ファイバを使用することができ、あるいはほかにプラスチックファイバを使用することができ、この場合にはファイバはシングルモードあるいはマルチモードタイプであってよい。少なくとも２つの多成分ガラスからなるステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバが好適に使用され、一般に、各々の場合に使用されている波長に関して屈折率ｎ_Ｋを有するコアガラス及びより低い屈折率ｎ_Ｍを有するクラッドガラスを含む。これらのファイバ・タイプは、達成されるべき約３００℃〜４００℃の高い耐熱性並びに半導体レーザの突合せカップリングに必要な開口数を可能とする。さらに、できるだけ高いコア−クラッド比、即ちファイバ断面積に関しての光コアの最大区域構成部分と光クラッドの最小区域構成部分を有するステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバが好適に使用される。使用しようとする波長に対する光クラッドの厚さの比（クラッド厚さとも言われる）は、この場合、好ましくは５未満、特に好ましくは０．５以上、３以下であるように選定される。光導波路の入力面上のクラッド区域構成部分、従って光学的入力損失は、かくしてできるだけ低く保持される。入力端への熱的損傷の危険は同様に低く保持される。クラッド厚さが光の波長の半分未満である場合、クラッドを通しての光損失は、対照的に電磁線の重大な部分がクラッドを通してファイバを離れる（光トンネリング）ほど充分に大きく、これは同様に光導波路に対して熱的損傷をもたらし得る。さらに、本発明に従って好ましいファイバ直径は３０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲にあるが、より大きな又はより小さなファイバ直径を有するファイバを使用することも可能である。均一なファイバ直径を有するファイバが好適に使用される。この場合、均一なファイバ直径は、個々のファイバのファイバ直径の不一致が通常避けられない製造許容度（典型的にはファイバ直径Ｄの１０％を超過しない）内で実質的に変わることを意味すると理解されるべきである。

１つの好適な態様においては、取付板の２０℃〜３００℃の温度範囲での線熱膨張が、光ファイバのクラッドガラスのそれよりも最大３・１０^−６／Ｋ小さいが、好ましくは光ファイバのクラッドガラスの線熱膨張よりも大きい。ファイバ群がプレスされる取付板は中心的な役割を果たす。ファイバ群は形状密閉されたように取付板に接続されるので、取付板の熱膨張はファイバのそれと釣り合っていなければならない。特に、ファイバと取付板の異なる熱膨張は、プレスされたファイバ束におけるファイバ破断を生じ得る機械的な引張応力の形成をもたらすべきではない。最も強固な溶着は、取付板、クラッドガラス及びコアガラスの熱膨張が比較的類似していれば、即ちそれらが互いに最大２・１０^−６／Ｋ異なる場合、達成される。安定した溶着は、同様に、ファイバのクラッドガラスの熱膨張が取付板のそれよりも相当に低ければ簡単に達成され、この相対的配置においては、圧縮応力だけが、ファイバ表面、即ちクラッドガラス中に生じ、これはファイバ破断を引き起こすことができない。しかしながら、クラッドガラスの熱膨張が取付板のそれを相当に超過することは望ましくなく、何故ならばその時にはファイバ中に引張応力が形成され得るからである。様々なファイバ・タイプ及び取付板での試みに基づいて、強靭な溶着は、取付板の２０℃〜３００℃の温度範囲における熱膨張が光ファイバのクラッドガラスのそれよりも最大３・１０^−６／Ｋ小さいが、好ましくは光ファイバのクラッドガラスの線熱膨張よりも大きいことが必要である。この条件は、形状密閉されたように取付板に接続される光ファイバの表面における臨界的な引張応力を回避する。カバー・プレートが存在する場合、対応する条件はさらにそれに当てはまる。

１つの好適な態様においては、ファイバ群は、取付板に対して出口ゾーン及び／又は遷移ゾーンの区域において適切な手段によって、好ましくは接着剤によって固定される。入力端におけるファイバの機械的負荷、従って損傷は、溶着ゾーンでの形状密閉されたような接続に加えて、取付板に対して出口及び／又は遷移ゾーンにおいてファイバ群が固定されていることによって信頼性良く排除される。

さらに他の好適な態様においては、ファイバに面する取付板の表面は、Ｒ_Ｚ＜１μｍ、特に好ましくはＲ_Ｚ＜０．２μｍの平均粗さ深さを有する。取付板、そして存在する場合にはカバー・プレートは、ホットプレス加工の間に形状密閉されたように複数のファイバのいくらかに接続されるので、それらの表面は、ファイバの光学的インターフェースへ、即ちコアガラスとクラッドガラスとの間のインターフェースへ移行される。取付板又はカバー・プレートが荒いか小さな波状をなす場合、そこで光学的インターフェースは一般にファイバの光をガイドする性質が非常に低下するように変形される。従って、取付板及びカバー・プレートは、好ましくはファイバに面する側に平坦な磨き仕上げされた表面を有する。この目的のために、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７：１９９８による平均粗さ深さＲ_Ｚの値は、１μｍ未満、好ましくは０．２μｍ未満でなければならない。適切な表面品質は、例えば、金属製の取付板材料の研削及び磨き仕上げにより、及びさらに例えばシリコンのような半導体材料のエッチング加工によって製造することができる。これらのような半導体材料も取付板として使用することができ、本発明によってカバーされる。しかしながら、本発明の１つの好適な態様においては、ガラス板、特にフロート・ガラス板が使用され、熱膨張についての要求だけでなく高い表面品質についての要求も満たす。

さらに他の好適な態様においては、取付板は、その軟化温度Ｅ_Ｗが光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高いＥ_Ｗよりも高く、好ましくは光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高い軟化温度Ｅ_Ｗより少なくとも５０Ｋ以上高いガラス・タイプから構成される。ファイバは、できるだけ正確にギャップの形状にある入力面を形成するためには、好適に使用されるホットプレス加工の間に取付板に成型されるべきではない。例えば、ホットプレス加工が光ファイバに使用されたガラス・タイプの軟化温度に相当する温度で行なわれるので、取付板のためのガラス・タイプの軟化温度は、従って、光ファイバに使用されたガラス・タイプの軟化温度Ｅ_Ｗよりも高く、好ましくは少なくとも５０Ｋ高くなければならない。この要求は、同様に、市販されているフロート・ガラスを用いることにより確保することができる。ファイバが石英ファイバである場合、相応してより高い軟化温度を有する適切なガラス・タイプが入手できないので、石英ガラスを同様に取付板用材料として好適に使用することができる。

１つの好適な態様においては、光ファイバ群は、遷移ゾーン及び溶着ゾーンの区域において１つの層に平行で平らにもしくは面一に配置され、溶着ゾーンの区域においてほぼ矩形の断面を有し、さらに形状密閉されたようにそこに配置され、一緒にファイバ直径Ｄの６０％以上９０％以下の高さのギャップの形状に入力面を形成する。この態様は、図１及び図４に概略的に図示されている。本態様は、従属請求項１１による制限に従って、１つの層に平行で平らに配置されたファイバ・リボンの整形から生じる。この態様においては、ギャップの形状をしている入力面の高さは、ファイバ直径によって既に予め決められており、理論的にはファイバ直径の７８．５％である。実際においては、より大きいかより小さな入力面の高さも、ファイバ直径の許容度、ファイバ束の過剰圧縮あるいは圧縮不足の結果として達成することができる。以下のさらに他の態様に比べて、この態様は、最も容易に製造することができるので好適な変形例を表している。

さらに好適な態様は、光ファイバ群が、遷移区域において出口ゾーンから遷移ゾーンへ平行で均一な間隔で１つの層に平行に、各々２つのファイバがファイバ直径Ｄの０から５倍まで離間されて配置され、溶着ゾーンの区域において形状密閉されたように配置され、かつ、その高さがファイバ直径Ｄの１５％と９０％の間にあるギャップの形状をしている入力面を一緒に形成していることを特徴としている。この態様は、図５の下部に概略的に図示されている。所定のファイバ直径について、この態様は、個々のファイバが相当に大きな変形後にだけ隣接するファイバに対して当接するので、入力面が低い高さを持つことを可能にする。しかしながら、この変形例は、ファイバが溶着前に正確に位置決めされなければならないので、製造にはより努力が必要となる。

さらに他の好適な態様は、光導波路を、複数のエミッタを有し、エミッタ間に放射しない区域を有するレーザダイオード・バーへカップリングした後、レーザ電磁線が入力されるファイバだけが出力端に結合され、レーザ出力が入力されないファイバは出力端に供給されない、ことを特徴としている。本発明に係る光導波路は、好ましくは、複数のエミッタを有する半導体レーザにカップリングされ、光導波路のギャップの形状をしている入力面は、エミッタ列に突合せカップリングされ、あるいは光学素子を介してエミッタ列にカップリングされる。この場合、入力面上の１つ以上のファイバは、エミッタ幅、エミッタの離間、ファイバ直径及び入力面の高さに依存して、１つのエミッタと共同され、あるいは２つのエミッタ間の放射しない区域と共同される。レーザ出力が入力されないファイバは、半導体レーザのカップリング及び入力端と半導体レーザの永久的固定の後に識別することができ、また束からファイバを取り除く及び／又は切断することができる。これにより、出力側のファイバ束の断面積の合計が低減され、相応してビーム品質が最適化される。

さらに他の好適な態様は、光ファイバ群が、遷移区域において出口ゾーンから遷移ゾーンへ各々１〜５本のファイバのグループ群（groups）で１つの層に平行に配置され、各々の場合に１つのグループのファイバ群は溶着ゾーンの区域において形状密閉されたように配置され、各々の場合に１つのグループのファイバ群はその後の光導波路のレーザダイオード・バーへのカップリング中に１つのエミッタと共同され、その後の光導波路のレーザダイオード・バーへのカップリング中に２つのエミッタ間の表面と共同される入力面の区域にはファイバが配置されていないことを特徴としている。この態様は、図６の下部に概略的に図示されている。この態様においては、前記態様で説明したような、半導体レーザへのカップリング後に電磁線を入力する必要のないファイバ群を束から除去する必要はない。しかしながら、ファイバのグループ群はエミッタ間の距離と正確に一致するように配置されねばならない。

さらに他の好適な態様は、入力面が形状密閉されたように光ファイバ群で満たされ、溶着ゾーンでの個々のファイバの結合した断面積は、出口ゾーンでの個々のファイバの結合した断面積と本質的に一致するか、あるいはこれよりも最大２５％小さいことを特徴としている。この好適な態様は、ホットプレス加工の間に光ファイバ群はほとんど圧縮されず、また圧縮されすぎないことを含んでいる。この好適な態様はまた、ホットプレス加工の前にファイバ間の空気で満たされた中間スペースがホットプレス加工によって実際に除去されること、及びさらにもはやそれ以上の圧縮は実行されないことを意味しているとも解釈することができる。従って、このことは、圧縮不足も過剰圧縮も生じないことを意味する。

仮に、圧縮不足の場合には、断面積は形状密閉されたように光ファイバ群で満たされず、これは、電磁線がファイバ間の中間スペースに入力されることに起因する入力損失を生じる。さらに、入力端は機械的な強靭さが低いものになる。過剰圧縮の場合に束断面がかなり大きく圧縮される場合、対照的に、ファイバ群は、そのときファイバ軸の方向に生じる材料流動のために溶着プロセスの間に軸方向へ圧縮され得るので、ファイバ・リボンの光をガイドする性質は著しく悪影響を及ぼされ得る。ファイバの圧縮はまた、光学的インターフェースの変形も生じ得、光をガイドする性質に対して前記した悪影響を生じ得る。しかしながら、個々の場合及び材料組み合わせに依存して、溶着ゾーンでの個々のファイバの断面積の合計が、溶着されていないファイバ束中の個々のファイバの断面積の合計よりもわずかに小さいか、あるいは最大２５％小さいこと、即ち、わずかに過圧縮であることが有利であり得る。例として、これにより、個々のファイバ直径の変動を補うことが可能となり、あるいは形状密閉された接続及び溶着を改善することが可能となる。

さらに他の好適な態様は、ファイバ群は、溶着ゾーンにおいてカバー・プレートにそれらの上端面で形状密閉されたように接続されていることを特徴としている。本発明の１つの好適な態様においては、ファイバ群は、少なくとも溶着ゾーンにしようとする区域で、ホットプレス加工の前にカバー・プレートによってカバーされ、かくしてホットプレス加工の後に、取付板、１つ以上のファイバ層及びカバー・プレートから成る３層構造を生じる。そこで、入力面の高さは、取付板とカバー・プレートの間の距離に相当する。ホットプレス加工の後、カバー・プレートは、入力端をより強靭にする役割を行う。さらに、カバー・プレートの使用により、上部のプレス・スタンプあるいは分離手段と光ファイバ群との間の直接接触が回避される。しかしながら、カバー・プレートを設けることは必須ではない。カバー・プレートは、必ずしもプレートの形をしている必要はない。重要な要素は、ファイバ群と接触する平坦面である。従って、一般に、カバー・プレートは、少なくとも１つの平坦面を有するあらゆるデザイン形状のカバー要素をも意味する。

さらに好適な態様は、ファイバ群に面するカバー・プレートの上記表面がＲ_Ｚ＜１μｍ、特に好ましくはＲ_Ｚ＜０．２μｍの平均粗さ深さを有すること、カバー・プレートの２０℃〜３００℃の温度範囲における線熱膨張が、光ファイバのクラッドガラスのそれよりも最大３・１０^−６／Ｋ小さいが、好ましくはより大きな線熱膨張を有すること、及びカバー・プレートはその軟化温度Ｅ_Ｗが光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高い軟化温度Ｅ_Ｗよりも高く、好ましくは光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高いＥ_Ｗよりも少なくとも５０Ｋ以上高いガラス・タイプであることを特徴としている。上記特性は、取付板に関連して既に説明された。取付板とカバー・プレートは、同じ材料から構成されてもよいし、さらに同じ寸法を有してもよい。

本発明に係る光導波路のさらに好適な他の態様は、入口面の前に付属レンズあるいは真正の円筒状レンズなどの光学手段がさらに取り付けられること、あるいは入力面に反射防止コーティングが設けられていることを特徴としている。これらの光学素子は、特に入力端へのレーザ電磁線の入力効率を改善することができる。

本発明の主題は、本発明に係る光導波路を製造する方法の提供をさらに含んでいる。初期状態において実質的に円形の断面を有する複数の光ファイバもしくは光ファイバ群を含む光導波路の光入力端を製造するための本発明に係る方法は、光ファイバ群が取付板上に１つ以上の層で配置、固定される。ここで、ファイバに面する取付板の表面は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７：１９９８によるＲ _Ｚ ＜１μｍの平均粗さ深さＲ _Ｚ を有している。ファイバ群は、次いで力と熱が導入されるホットプレス加工を用いることにより、取付板の少なくともサブ区域において、光ファイバが形状密閉されたように少なくともグループ内で互いに接続され、且つファイバ群の最下層は形状密閉されたように取付板に接続されるように形成され、それにより、ファイバ群が形状密閉されたように少なくともグループ内で互いに接続され、且つファイバ群の最下層は形状密閉されたように取付板に接続されている溶着ゾーン、それに隣接し、光ファイバの断面形状が実質的に多角形状から実質的に円形状に変化している遷移ゾーン、及びそれに隣接し、光ファイバが実質的に円形の断面形状を有する出口ゾーンを生じることを特徴としている。

以下の説明においては、予備加工、ホットプレス、及び二次加工のプロセス工程で方法を説明する。

予備加工は、ファイバ及び取付板の準備並びに取付板上のファイバ群の配置及び固定を含む。ファイバ群は、取付板上に１つ以上の層で、好ましくはその後光導波路に入力しようとするレーザ・ビームの幅に相当する幅で、配置される。取付板は、必ずしもプレートの形をしている必要はない。重要な要素は、ファイバと接触する平坦面である。従って、一般に、取付板は、少なくとも１つの平坦面を有するあらゆる所望の形状の取付要素を意味する。多層配置の場合には、ファイバ群は、好ましくは取付板上で少なくとも部分的に六角形の配置を形成する。さらに、予備加工は、取付板の区域における、あるいは取付板上に延在するファイバ突出区域におけるホットプレス加工の前のファイバ群の固定を含む。

ホットプレス加工の好ましい１つの態様は、図３に概略的に図示されている。これは、好ましくは垂直軸線上で行われる。絶対に必須というわけではないが、以下の説明は、以後、この垂直整列を想定する。加工のために使用されるホットプレスは、好ましくは２つのプレス・スタンプを含んでおり、それらは、垂直軸線上に、下部プレス・スタンプでは上面が加圧面となり、上部プレス・スタンプでは底面が加圧面となるように互いに対して整列されたプレス面を有するように他方の上に一方が配置される。２つのプレス・スタンプのうちの少なくとも１つは、垂直軸線上に移動することができる。これは好ましくは上部プレス・スタンプであり、その結果、下部プレス・スタンプは好ましくは固定位置にあり、上部プレス・スタンプは垂直軸線に沿って移動することができる。スタンプは加熱することができる。予備加工された多層の配置は、通常、予備加熱工程においてプレス・スタンプ間で加熱され、その場合、上部プレス・スタンプは力の影響を生じなくてもよく、あるいは、熱伝達を改善するために最大２０Ｎの低い加力をかけてもよい。予備加工された多層配置内での均質な温度分配は、図３に図示されているように、意図した溶着区域の上に幾分突出しているプレス・スタンプによって達成することができる。次の整形工程では、光ファイバは充分に低い粘度を有することが必要である。経験から、この温度は、ファイバのために用いられるガラス材料の軟化点Ｅ_Ｗにほぼ相当し、ここでガラスは１０^７．６ｄＰａ・ｓの粘度を有する。光ファイバが複数のガラス・タイプから構成される場合、温度は、より高いＥ_Ｗを有するガラス・タイプに相当するように規定されねばならない。整形加工は、好ましくはできるだけ低い温度で行なわれる。整形工程の間、上部プレス・スタンプは、変形が行われる圧縮移動を表わす実際の整形移動を伴って初期の位置から最終位置に移動される。整形温度が維持される保持時間後に、ホットプレス加工は、閉じられたプレス・スタンプの有するプレス・スタンプ温度を低下させるか、あるいはプレス・スタンプをゆっくり開くかのいずれかにより達成される冷却工程により終了する。この場合、溶着された多層の配置は機械的な応力を低く維持するためにはあまり急速に冷却されないようにすることが重要である。ホット・プレス加工に続いて、入力側及び全体的な光導波路の最終二次加工のための再加工工程が行われる。これらは、一方側上の余分なファイバの除去、入力側上でのプレスされたファイバを固定し、それらを強靭にするためのさらなる処置、研削及び磨き仕上げ加工による入力面の端面機械加工、及び一般に、プラグ及び／又はフレキシブルチューブの取り付けを含む。例として、少なくとも部分的に溶着されたファイバ・リボンに残る中間のエアスペースは、プラスチックで、好ましくは接着剤で満たすことができ、特に機械的に敏感な遷移ゾーンをこのようにして保護することができる。代替案としてシリコーン・カプセル化も用いてもよい。その屈折率が光ファイバの屈折率に、特に光をガイドするコアガラスの屈折率にほぼ相当する接着剤が好適に使用される。これにより、個々のファイバにおける破断点が光学的に接着可能となり、また、少なくとも影響を受けたファイバへの反射戻りを相当に低減することが可能である。さらに、スペーサは取り除くことができ、あるいは構成部品内に残り、接着剤で固定することができる。そこで、入力端は機械的研削や磨き仕上げ加工には充分に強い。入力側の加工に続いて、光導波路の加工のためのさらなる工程があり、これは一般にフレキシブルチューブの取り付け及び出力端の加工を含んでいる。取付板及びカバー・プレートの材料は、好ましくは、整形温度においても依然として充分に強いように選定され、また、光ファイバ群はホットプレス加工の間にプレートに成型されない。取付板及びカバー・プレートがガラス・プレートである場合、これを確実なものとするために、ガラスの軟化点Ｅ_Ｗは光ファイバに使用されるガラスの最も高いＥ_Ｗより少なくとも５０Ｋ以上であるべきである。

光ファイバは、好ましくは、意図する適用波長に対するクラッド厚さの比が５未満、特に好ましくは０．５以上３以下である均一なファイバ直径Ｄを有するステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバである。

方法の１つの好適な態様においては、光ファイバ群は、ファイバ群が幅と高さを有するリボンの形状に配置されるように、取付板上に１つの層に平行で平らに配置される。この場合、ファイバ・リボンは、好ましくは側部の境界要素によって制限され、ファイバが、事実上最適に、即ちできるだけ高い充填密度で、光ファイバの方向に沿って溶着ゾーンのために設けられる少なくともファイバ・リボンのサブ区域内で断面を満たすように圧縮される。単一層の配置の場合には、個々のファイバはこの区域で互いに隣り合って面一であり、またファイバ・リボンの高さはファイバ直径Ｄに相当する。溶着しようとするファイバ・リボンのサブ区域の外側では、ファイバが面一に又は平行に配置されることが絶対的に必須というわけではない。この区域では、例えば、ファイバ・リボンは、１つ以上のファイバから成る複数のサブ区域に細分することができ、また、サブ区域は同様に他方の上に一方を位置させることができ、また互いに交差させることができる。前記した個々のファイバのあるいはサブ区域の混合あるいは規定された再編成は同様に可能である。

側部でファイバ・リボンを制限するための要素は、ファイバ・リボンが固定された後に再び取り外すことができる。本発明の１つの好適な態様においては、しかしながら、それらはファイバ・リボンの側部に残り、ホットプレス加工の間、スペーサの機能を果たす、即ちそれらは以下にさらに説明されるようなホットプレスの力が制御された移動コントロールと共同してホットプレスの移動工程を制限する。固定されたファイバ・リボンの片側又は両側に単一部材のスペーサを有するさらに他の態様も可能である。スペーサは、同様に、取付板及び／又はカバー・プレートと一体的に形成できる。

ホットプレス加工中、ファイバ群は、好ましくはそれらが形状密閉されたように互いによりかかる程度まで変形されるが、個々のファイバの断面積は著しく低減されない。そこで、個々のファイバは、好ましくは図４に図示されているようにほぼ矩形の断面を形成し、個々のファイバの幅はファイバ直径Ｄに相当し、また高さは理論上約７９％（π／４）に低下する。しかしながら、実際上、この理論的な形状からの相違が生じ得る。

方法のさらに好適な他の態様においては、光ファイバ群は取付板上に平行に均一な間隔で１つの層に配置され、各々２つのファイバはファイバ直径Ｄの０から５倍離間している。この態様は、図５に概略的に図示されており、図の上部は取付板上に配置されたファイバ群を示し、図の下部はプレスされたファイバを示している。この場合も同様に、ファイバ群は、ホットプレス加工中、個々のファイバの断面積は著しく低減しないが、好ましくはそれらが形状密閉されたように互いによりかかる程度まで変形される。ファイバの平らなもしくは面一な配置に比べて、これは、ファイバ直径を変更せずに、入力ギャップ用のより小さなギャップ高さを達成することを可能にし、それにより、入力面区域を低減し、ビーム品質を改善する。

方法のさらに他の態様は、光導波路を複数のエミッタ及びエミッタ間に放射しない区域を有するレーザダイオード・バーへカップリングした後、レーザ電磁線が入力されるファイバだけが出力端において結合され、レーザ出力が入力されないファイバは出力端に供給されないことを特徴としている。本発明に係る光導波路は、好ましくは複数のエミッタを有する半導体レーザにカップリングされ、光導波路のギャップの形状をしている入力面はエミッタ列に突合せカップリングされ、あるいは光学素子を介してエミッタ列にカップリングされる。この場合、入力面上の１つ以上のファイバが、エミッタ幅、エミッタの離間、ファイバ直径及び入力面の高さに依存して、エミッタ及び２つのエミッタ間の放射しない区域に共同している。レーザ出力が入力されないファイバは、半導体レーザのカップリング及び入力端と半導体レーザの永久的固定の後に識別することができ、それらはファイバ束から取り除くことができ、及び／又は切断することができる。これにより、出力側のファイバ束の合計断面積は低減し、相応してビーム品質は改善される。

方法のさらに他の態様は、光ファイバ群が取付板上に各々２〜５本のファイバのグループ群で平行に１つの層に配置され、各々の場合に１つのグループのファイバはその後のレーザダイオード・バーへの光導波路の入力面のカップリング中にエミッタと共同し、その後のレーザダイオード・バーへの光導波路の入力面のカップリング中に２つのエミッタ間の表面と共同する区域にはファイバが配置されていないことを特徴としている。この態様は、図６に概略的に図示されており、図の上部は取付板上に配置されているファイバ群を示しており、図の下部はプレスされたファイバを示している。この態様においては、前述した態様で説明したように、半導体レーザへのカップリング後に電磁線を入力する必要のないファイバを束から取り除く必要はない。しかしながら、ファイバのグループは正確にエミッタと同じ離間で配置されなければならない。

方法のさらに他の態様は、ファイバ群は取付板上に少なくとも一方側で突出するように配置され、ホットプレス加工の前に、少なくともこの突出区域の一方側で接着テープあるいは接着剤などの適当な手段によって一時的にあるいは永久に固定されることを特徴としている。固定は一方側で行うことができ、あるいは好ましくは両側で行うことができる。後者の場合、ファイバ群は両側に突出部を有するように取付板上に配置される。例として、ファイバ配置は突出区域において接着剤あるいは接着テープで固定することができる。一時的又は永久の固定は、後の入力面の側に設けることができ、一時的固定、例えば接着テープは好ましくは反対側に用いることができ、それはファイバを破損することなく光導波路の最終加工の前に再び取り除くことができる。

方法のさらに他の態様は、ホットプレス加工の前に、ファイバ群は取付板にホットプレス加工の間にプレスされない区域において固定されることを特徴としている。この目的のために、溶着ゾーン及び遷移ゾーンにしようとする区域に加えて、取付板は、好ましくはファイバ群がホットプレス加工の前に取付板に対して好適に固定される区画を含む。これにより、遷移ゾーンにおけるファイバ群はもはやホットプレス加工後にあらゆる機械的負荷を受けないことが確実なものとされる。これは、それ自身が直接あるいは間接的に接続される要素、例えばカバー・プレート、を介してファイバ群が取付板に間接的に取り付けられてもよいが、直接の固定、例えば取付板へのファイバ群の接着であってもよい。重要な要素は、従って、プレスされない区域においてさえ、取付板に対して適切な手段によってファイバ群が直接あるいは間接的に固定され、従って破断から保護されるということである。

特に、透明なカバー・プレート及び／又は取付板と共同して光硬化性接着剤を用いることが特に有利であることが見出された。この変形例においては、光硬化性接着剤は取付板とカバー・プレートの間に導入でき、それが広がる区域はカバー・プレート及び／又は取付板を通して光を入力することにより慎重に制御することができる。特に、これによって、接着剤が溶着ゾーンにしようとする区域に入るのを防ぐことが可能となる。取付板への接着は、勿論、カバー・プレートの存在なしでも行うことができる。

方法のさらに他の態様は、溶着ゾーンにおけるファイバ群は、入力端の有効な断面積が溶着ゾーンにおいて形状密閉されるように光ファイバ群で満たされるような程度圧縮され、溶着ゾーンにおける個々のファイバの合計断面積は、実質的に溶着前の個々のファイバの合計断面積に相当するか、あるいはこれより最大２５％小さいことを特徴としている。これは、個々のファイバの断面積は最大２５％低減されるが、好ましくは低減されないで、ファイバ群は好ましくはそれらが形状密閉されたように互いによりかかるような程度まで変形されることを意味する。ギャップ高さが大きく低下すれば、溶着プロセス中にファイバ軸方向の避けることができない材料流動のために軸方向のファイバの圧縮の形状が生じ得るので、ファイバ・リボンの光をガイドする性質に対する厳しい悪影響を受け得る。ファイバ群の圧縮は、それらの光学的インターフェースをも変形することができ、それによって光をガイドする性質に対して前記悪影響を引き起こし得る。しかしながら、個々の場合に及び材料組合せに依存して、溶着ゾーンにおける個々のファイバの合計断面積は、溶着されていないファイバ束中の個々のファイバの合計断面積よりもわずかに小さく、あるいは最大２５％小さいことが有利であり得る。例えば、これにより、個々のファイバ直径の変動を償い、あるいは溶着の形状密閉された接続を改善することが可能となる。ギャップ高さの低下が相当に小さい程度であれば、変形したファイバは対照的に形状密閉されたように互いによりかかることはなく、それによって入力ロス及び入力端の機械的強さの低減をもたらすであろう。ファイバ端は同様に最終機械加工の間に破壊され得る。

方法のさらに他の態様は、ファイバ束の側部へのホットプレスの移動距離を制限するために、少なくとも１つのスペーサが取付板に取り付けられ、あるいは取付板又はカバー・プレートの構成部品として設けられることを特徴としている。ギャップ高さの所望の低下は非常に小さく、何故ならば、単一層の溶着の場合には、それは個々のファイバ直径の約２０％だけであり、従って５０μｍ〜１００μｍの典型的な個々のファイバ直径については僅かに１０μｍ〜２０μｍである。この非常に小さなギャップ高さの低下は、ホットプレスの間に圧縮移動として実行することを困難にする。何故ならば、所望の圧縮移動は実際にはホットプレスの構成部品の熱膨張の範囲内にあるためである。スペーサは、好ましくは最終位置への力が制御されたアプローチと共同して使用される。圧縮のために必要な力は、この目的のためにプレス・スタンプが共に移動されている間に測定される。ファイバ・リボンが、その上に位置する上部プレス・スタンプあるいはカバー・プレートがスペーサに達するほど圧縮されると、力は急激に上昇し、これは、上部プレス・スタンプの移動をスイッチ・オフする信号として使用される。ファイバが形状密閉されたように溶着され、あらゆる中間空隙がもはやそこになくなるやいなや直ちに整形力はスペーサなしでも上昇するので、ファイバ位置への力が制御されたアプローチはスペーサの使用なしでも可能である。しかしながら、より著しい力の上昇、及び従ってより精密な移動距離の制限は、スペーサの使用により達成することができる。従って、本発明の１つの好適な態様は、この非常に小さな圧縮移動が行なわれることを確保するためにファイバ群の一方側、あるいは好ましくは両側で取付板に適用されるためのスペーサを少なくとも１つ、好ましくは２つ以上備え、このスペーサの厚さは溶着後の入力面の呼称高さに相当する。スペーサ又はスペーサ群は好ましくは同時にファイバ群の側部境界要素であり得、そのときそれらは２重の機能を実行する。しかしながら、スペーサは、取付板又はカバー・プレートの構成部品の形態であってもよい。

方法のさらに他の態様は、プレス面が平坦で互いに平行なサブ区域を有する一対の相対するプレス・スタンプを用いてホットプレス加工が行なわれ、プレス面間の距離が一様に増大する隣接したサブ区域は従って遷移ゾーンの範囲に影響を及ぼすことを特徴としている。本発明者は、ファイバの断面形状がプレスされた形状から当初の形状に変わるファイバ方向の遷移ゾーンの範囲が主に重要であることを見出した。一方では、数本のファイバ直径に相当する長さ内での光ファイバの断面形状の変化は、光が放射されることをもたらす。何故ならば、コアガラスとクラッドガラスとの間の光学的インターフェースがそのとき必然的にファイバ軸に対して大きな角度にあるためである。他方では、過度に短い長さを有する遷移ゾーンはまた機械的に非常に敏感である。他方の上に一方が面一で置かれ、全区域にわたって溶着される、同じ形状及びサイズの取付板とカバー・プレートとの間のファイバ・リボンの溶着は強固ではないことが見出された。この場合、取付板とカバー・プレートとの間のファイバ・リボンの全区域は溶着ゾーンを表わし、非常に短い遷移ゾーンが取付板の外側に直接形成される。このように製造された構成部品は、ホットプレス加工直後に遷移ゾーンの区域において破損される。

本発明の別の特に好適な態様においては、従って、ファイバ方向の遷移ゾーンの範囲は、１つのサブ区域に相互に平行な平坦なプレス面を有し、プレス面間の距離が次第に拡大する隣接したサブ区域を有する一対の相対するプレス・スタンプを用いることにより増大され、それにより、遷移ゾーンの幅を慎重に設定することが可能になる。この場合、プレス・スタンプが平行な平坦なプレス面を有する区域は、プレスされた構成部品においては溶着ゾーンに相当し、プレス・スタンプの分離がプレスの圧縮移動により上昇する区域はプレスされた構成部品の遷移ゾーンにほぼ相当する。例えば、プレス・スタンプの１つの好適な態様は、プレス面が平坦でプレス方向に対して直角であるプレス面の前側区域、及びホットプレスのスタンプの後側プレス面が約１０°の角度を含むように約５°の角度にあるプレス面の隣接する後側区域を有するプレス面によって達成される。前側プレス面と後側プレス面との間のプレス面の遷移区域は、この場合、好ましくはわずかに丸くされる。一般に、プレス面の後側区域は平坦である必要はないが、例えば湾曲させることもできる。実質的に２つの平坦な表面から形成されるプレス面は、製造の観点から好ましい変形例を代表している。

方法のさらに他の態様は、取付板及び／又はカバー・プレートのプレス・スタンプへの付着又はくっ付きを回避するために分離手段が用いられることを特徴としている。窒化ホウ素のような高温分離手段は、プレス工具の付着を防ぐために、プレス・スタンプ及び／又は予備加工された構造体に適用することができる。

方法のさらに他の態様は、固定と安定化のための処置、例えば接着剤の充填、並びに端面加工、プラグ及びフレキシブルチューブの取り付けなどのさらに他の加工工程を行うことを特徴としている。さらに、反射防止コーティングなどのさらに他の光学的手段を入力面に適用することができ、あるいは光学レンズ、特に円筒状レンズをその前に配置することができる。１つの特別のケースは、プレスされたファイバ自体から形成され、円筒状レンズの入口面が適切な研削及び磨き仕上げによって適切な円筒状に変えられた真性の円筒状レンズによって代表される。しかしながら、プレスされたファイバは、この研削及び磨き仕上げ加工には機械的に非常に強くなければならず、これは本発明の方法によって達成できる。何故ならば、ファイバは取付板及びカバー・プレートと一緒に非常に強いからである。この場合、円筒状レンズは、速い軸の平行化の機能を行い、また、反射防止コーティングは、フレネルの反射に起因する入力損失を防止する。

方法のさらに他の態様は、カバー・プレートはホットプレス加工の前に光ファイバ群に取り付けられ、ホットプレス加工の間に溶着ゾーンにおいてファイバ群の最上層中の光ファイバ群に形状密閉されたように接続されることを特徴としている。ファイバ・リボンの高さは、そこで、取付板とカバー・プレートとの間の離間に相当する。ホットプレス加工の後に、カバー・プレートは、入力端をより強靭にする役割を行う。さらに、カバー・プレートの使用は、上部プレス・スタンプあるいは分離手段と光ファイバとの間の直接の接触を防止し、それはさもなくばファイバが上部プレス・スタンプに付着するのを防ぐために要求されるであろう。しかしながら、カバー・プレートは必ずしも設ける必要はない。

取付板−ファイバ群−カバー・プレートの対称なデザインは、取付板及びカバー・プレートに同じ材料及び材料厚さを使用するとき、入力端は対称なデザインを持ち、温度勾配が生じるときに曲がらないというさらに利点を有する。本発明の１つの好適な態様においては、従って、カバー・プレートと取付板が同じ材料厚さを有する同じ材料から構成される。

本発明に係る光導波路は、レーザダイオード・バーへの、好ましくは高出力レーザダイオード・バーへのカップリングのために好適に使用される。例えば、高出力ダイオード・レーザからの電磁線は、レーザバーのエミッタ列の前に短い距離で位置している入力面を有する光導波路の本発明に従って製造される入力端に突合せカップリングによって入力することができる。突合せカップリング及び円筒状レンズなどのさらに他の光学的手段によるカップリングの両方共、本発明によって反射防止層が被覆され、各々の場合、光学的手段は光導波路の、あるいは高出力ダイオード・レーザの構成部品であってよく、あるいはそれらの間に配置することができる。

本発明に係る光導波路は、特に有利には、レーザダイオード・バーの前の入力端を、半導体結合に対し直角な軸線上でより容易に調節することを可能にする。最適の場合には、レーザダイオード・バー及び入力端を、共通のベースプレート上で互いの前に整列することにより、ポジショニングは調節なしで行うことができる。これは、例えば市販されているフロート・ガラスによって確保できるように、非常に狭い厚さ許容度を有する取付板に依存する。

本発明の好適な態様を、ファイバ群が取付板上に単一層で面一に配置されている態様を示している図１〜４、及びファイバ群が取付板上に均一な間隔であるいはグループ中に配置されている態様を示している図５及び６と共に、以下に図面を参照して、より詳細に説明する。

ファイバ群の単一層で平らなもしくは面一な配置を有する光導波路の入力端の概略斜視図を示す。 ファイバ群の単一層で面一な配置を有する出口ゾーンにおける入力端の概略断面図を示す。 ファイバ群の単一層で面一な配置を有するホットプレス加工前の入力端及びプレスの概略斜視図を示す。 ファイバ群の単一層で面一な形状密閉された配置を有する研削及び磨き仕上げ後の入力面の概略図を示す。 等間隔で配置されたファイバ群を有するホットプレス加工前後の溶着ゾーンにおける入力端の概略断面図を示す。 等距離のグループ群に配置されたファイバ群を有するホットプレス加工前後の溶着ゾーンにおける入力端の概略断面図を示す。

図示の目的のために、図面は概略の図示を用いており、それは実際のサイズ比率を示しているが、縮尺ではない。光ファイバの数もまた図示の目的に適応されている。プラグ・ハウスなどのように不可欠でないさらに他の要素は同様に図示されていない。

図１の斜視図は、取付板（２）、形状密閉されたように接続され、入力端の端面（６）の上で変形されている複数のファイバもしくはファイバ群（４，５）及びカバー・プレート（３）を含む本発明に係る光導波路の入力端（１）を示している。スペーサ（１１）は、ファイバ群の両側に配置されており、ホットプレス加工後に取付板及びカバー・プレートと区域接触をする。これらはファイバ・リボンの横に位置し、ファイバの方向に溶着ゾーン（８）の区域又はサブ区域状にのみ延在する。溶着ゾーン（８）は、遷移ゾーン（９）及び出口ゾーン（１０）に接続されており、溶着ゾーン（８）の区域でのみプレスされる入力端（１）を有する。光ファイバ群（１２，１３）はファイバ束（７）を形成するために典型的には入力端（１）の外側で組み合わせられ、フレキシブルチューブによって囲繞されている。

図２に概略的に図示されている出口ゾーンの区域における入力端（１）を通る断面図には、同様に取付板（２）及びカバー・プレート（３）並びに光ファイバ群（１２，１３）が示されている。光ファイバ群（１２，１３）はこの区域では溶着されないが、実質的に円形を有する。それらは、本実施例では接着剤（１４）に埋め込まれている。

ホットプレス加工は、図３に概略的に図示されており、一方ではホットプレス加工のために予備加工された構造と、上部及び下部プレス・スタンプ（１６，１５）を含む。本実施例における光ファイバ群（１３，１４）は、その側部に隣接するスペーサ（１１）と共に、取付板（２）とカバー・プレート（３）の間に単一層のファイバ・リボンを形成している。ファイバ・リボンは、ファイバ突出区域において固定手段（１７）によりプレス加工のために固定され側部で一緒に保持されている。

図示の実施例における上部プレス・スタンプ（１６）及び下部プレス・スタンプ（１５）は、互いに対称となるように設計されている。プレス面が平坦で平行なプレス・スタンプの前側区域に加えて、それに続く遷移ゾーンの区域では両プレス面間の垂直距離が一様に増大するように後側区域は約５°の角度で傾斜している（角度勾配がある）。プレス面の遷移区域は好ましくは僅かに丸くされる。図３は、かなり大げさなようにプレス面の角度を示している。

プレス・スタンプ（１６，１５）及び／又は取付板（２）とカバー・プレート（３）には、くっつきを防ぐためにホットプレス加工の前に分離手段層（１８）が設けられる。

図４は、形状密閉されたように接続される個々のファイバ（４，５）を有する入力端（６）の端面並びに取付板（２）及びカバー・プレート（３）を概略的に図示している。ファイバ群の断面形状は、実質的に丸い隅角を有する矩形形状に相当する。

図５は、取付板上に配置されたホットプレス加工前のファイバ群（１２，１３）を、図の上部には、取付板上に配置されたホットプレス加工前のファイバ群（１２，１３）を、図の下部にはホットプレス加工後のファイバ群（４，５）を有する溶着ゾーン（９）における入力端（１）を通る断面を概略的に示しており、他の好適な態様に従って、ファイバ群は面一ではなく均一な間隔で配置されている。

図６は、取付板上に配置されたホットプレス加工前のファイバ群（１２，１３）を、図の上部には、取付板上に配置されたホットプレス加工前のファイバ群（１２，１３）を、図の下部にはホットプレス加工後のファイバ群（４，５）を有する溶着ゾーン（９）における入力端（１）を通る断面を概略的に示しており、さらに他の好適な態様に従って、ファイバ群は面一には配置されず、各場合に３本のファイバのグループにおいて等間隔は配置されている。

表１は、光ファイバのために使用されたコアガラス及びクラッドガラスの材料特性並びに取付ガラス及びカバーガラス用の材料特性を示している。

５．０・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有するクラッドガラス１と共に１０．３・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有するコアガラス１は、強靭な光ファイバを生じる。本発明に係る光導波路は、４．５・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有する取付ガラス１及び８．６・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有する取付ガラス３の両方と共に入力端にファイバ破断を生じることなく製造することができる。

９．１・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有するクラッドガラス２と共に９．５・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有するコアガラス２は、同様に強靭な光ファイバを生じる。しかしながら、このファイバ・タイプでは３．２・１０^−６／Ｋの熱膨張率を有する取付ガラス２と共同して強靭な溶着は不可能である。厳しいファイバ破断を生じる。この場合、取付板の熱膨張率は、クラッドガラスより５．９・１０^−６／Ｋだけより低い値を有し、これは溶着後の冷却中にファイバに引張応力、従って破断をもたらす。

さらに、他の積極的な例はコアガラス１、クラッドガラス２及び取付ガラス３の組合せであり、同様に非常に高品質、強靭な溶着を生じる。

さらに、取付ガラスの熱膨張率がクラッドガラスの熱膨張率より２・１０^−６／Ｋ〜３・１０^−６／Ｋ低い場合について試験された。いくつかの場合に、これらは殆どファイバ破断を示さず、また従ってほぼ強靭な範囲の限界を表わす。

本発明に係る光導波路、特に本発明に係る入力端は、先行技術を超える多数の長所を有する。一方では、丸い断面を有する容易に入手可能な光ファイバを使用することが可能である。レーザバーから放射された電磁線は、比較的小さな断面内を運ばれ、そのことは電磁線が光導波路に入力されるときにビーム品質が僅かな程度までのみ下がることを意味する。さらに、レーザバーの個々のエミッタの前に個々のファイバを位置決めする必要はなく、また、必要なのは溶着された断面全体をレーザバーのエミッタ列の前に位置決めすることだけである。調節後、レーザバーの２つのエミッタ間に位置する光ファイバは結合したファイバ束から遡及的に取り除くことができる。

入力端は優れた機械的強さを有する。ファイバ群は、プレスされた区域及び臨海的な遷移ゾーンにおいて破断に対して充分に保護されており、入力端は従来の研削及び磨き仕上げ加工を用いて機械加工することができる。光導波路及びその入力端は優れた入力効率を有し、何故ならばそれらの端面の大部分は形状密閉されたように接続されたファイバで満たされているためである。従って、ファイバ間の中間スペースについて損失は生じない。レーザ電磁線によって分解することができる接着剤は、光入力面の区域では使用されない。

さらに他の利点は、好ましくは透明な構成であり、それにより、入力端内に光硬化性接着剤を用いてそれを例えばベースプレート上に固定することが可能となる。これにより、熱硬化系に比べて、接着のために必要な時間を相当に短縮することが可能である。

さらに、取付及びカバー・プレート用材料としてのガラスの使用は、研削及び磨き仕上げ加工を用いる最終加工がなんら問題を示さず、また、高品質の光学入力面が達成されるという利点を有する。ガラスと金属のように、同一でない材料を使用する場合、削り屑形成、ファイバ表面での金属粒子のスミア、特に低い研削硬度を有する材料がより大きく除去される結果としての不均一な除去などの問題が研削及び磨き仕上げ加工中に生じ得る。

１：入力端
２：取付板
３：カバー・プレート
４、５： ホットプレス後に形状密閉されたように部分的に互いに接続された光ファイバ
６：入力端の端面
７：ファイバ束
８：溶着ゾーン
９：遷移ゾーン
１０：出口ゾーン
１１：スペーサ
１２、１３：ホットプレス前の円形断面を有する光ファイバ
１４：接着剤
１５：下部プレス・スタンプ
１６：上部プレス・スタンプ
１７：ファイバ突出区域の固定
１８：分離手段層

Claims (28)

1. 入力端（１）と１つ以上の出力端を有する複数の光ファイバもしくは光ファイバ群を含み、入力端（１）は、
   複数のファイバ（４，５）が形状密閉されたように少なくとも部分的に互いに接続されている溶着ゾーン（８）と、
   それに隣接して光ファイバ（４，５）の断面が実質的に多角形の形状から実質的に円形状に変化している遷移ゾーン（９）と、
   それに隣接してファイバ（１２，１３）が実質的に円形の断面形状を有する出口ゾーン（１０）
   とを有する光導波路であって、
   ファイバ群は取付板（２）上に単一層に、あるいは複数の層に配置され、溶着ゾーン（８）の区域における最下層中のファイバ群は形状密閉されたように該取付板（２）に接続されており、ここで、ファイバに面する取付板（２）の表面は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７：１９９８によるＲ _Ｚ ＜１μｍの平均粗さ深さＲ _Ｚ を有していることを特徴とする光導波路。
2. 光ファイバは、均一なファイバ直径Ｄを有するステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバであり、クラッドの厚さは、光導波路に入力されるレーザ電磁線の波長に対するクラッドの厚さの比が５未満となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
3. 取付板（２）の２０℃〜３００℃の温度範囲での線熱膨張が、光ファイバのクラッドガラスのそれよりも３・１０^−６／Ｋ小さい値よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
4. ファイバ群は、取付板（２）に対して出口ゾーン（１０）及び／又は遷移ゾーン（９）の区域において固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光導波路。
5. 取付板（２）は、その軟化温度Ｅ_Ｗが光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高いＥ_Ｗよりも高いガラス・タイプから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光導波路。
6. 光ファイバ群は、遷移ゾーン（９）及び溶着ゾーン（８）の区域において１つの層に平行で平らに配置され、溶着ゾーン（８）の区域においてほぼ矩形の断面を有し、さらに形状密閉されたように配置され、一緒にファイバ直径Ｄの６０％以上９０％以下の高さのギャップの形状に入力面を形成していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路。
7. 光ファイバ群が、遷移区域において出口ゾーンから遷移ゾーン（９）へ平行で均一な間隔で１つの層に平行に、各々２つのファイバがファイバ直径Ｄの０から５倍まで離間されて配置され、溶着ゾーン（８）の区域において形状密閉されたように配置され、かつ、その高さがファイバ直径Ｄの１５％と９０％の間にあるギャップの形状をしている入力面を一緒に形成していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路。
8. 光導波路を、複数のエミッタを有し、エミッタ間に放射しない区域を有するレーザダイオード・バーへカップリングするために、レーザ電磁線が入力されるファイバだけが出力端を形成するために束ねられ、レーザ出力が入力されないファイバは出力端に達していないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光導波路。
9. 光ファイバ群が、遷移区域において出口ゾーンから遷移ゾーンへ各々１〜５本のファイバのグループ群で１つの層に平行に配置され、各々の場合に１つのグループのファイバ群は溶着ゾーン（８）の区域において形状密閉されたように配置され、各々の場合に１つのグループのファイバ群はその後の光導波路の入力面のレーザダイオード・バーへのカップリング中に１つのエミッタと共同され、その後の光導波路のレーザダイオード・バーへのカップリング中に２つのエミッタ間の表面と共同される入力面の区域にはファイバが配置されていないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路。
10. 入力面は溶着ゾーン（８）において形状密閉されたように光ファイバ群（４，５）で満たされ、溶着ゾーン（８）での個々のファイバの合計断面積は、出口ゾーン（１０）での個々のファイバの合計断面積と本質的に一致するか、あるいはこれよりも最大２５％小さいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光導波路。
11. ファイバ群は、溶着ゾーン（８）においてカバー・プレート（３）にそれらの上端面で形状密閉されたように接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光導波路。
12. ファイバ群に面するカバー・プレート（３）の前記表面がＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７：１９９８によるＲ_Ｚ＜１μｍの平均粗さ深さＲ _Ｚ を有すること、カバー・プレートの２０℃〜３００℃の温度範囲における線熱膨張が、光ファイバのクラッドガラスのそれよりも３・１０^−６／Ｋ小さい値より大きな線熱膨張を有すること、及びカバー・プレート（３）はその軟化温度Ｅ_Ｗが光ファイバに使用されるガラス・タイプの最も高い軟化温度Ｅ_Ｗよりも高いガラス・タイプであることを特徴とする請求項１１に記載の光導波路。
13. 入口面の前に光学手段がさらに取り付けられること、あるいは入力面に反射防止コーティングが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光導波路。
14. 初期状態において実質的に円形の断面を有する複数の光ファイバもしくは光ファイバ群（１２，１３）を含む光導波路の光入力端（１）を製造するための方法であって、
    光ファイバ群が取付板（２）上に１つ以上の層で配置、固定され、ここで、ファイバに面する取付板（２）の表面は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７：１９９８によるＲ _Ｚ ＜１μｍの平均粗さ深さＲ _Ｚ を有しており、
    ファイバ群は、次いで力と熱が導入されるホットプレス加工を用いることにより、取付板（２）の少なくともサブ区域において、光ファイバが形状密閉されたように少なくともグループ内で互いに接続され、且つファイバ群の最下層は形状密閉されたように取付板（２）に接続されるように形成され、それにより、ファイバ群（４，５）が形状密閉されたように少なくともグループ内で互いに接続され、且つファイバ群の最下層は形状密閉されたように取付板に接続されている溶着ゾーン（８）、それに隣接し、光ファイバの断面形状が実質的に多角形状から実質的に円形状に変化している遷移ゾーン（９）、及びそれに隣接し、光ファイバ（１２，１３）が実質的に円形の断面形状を有する出口ゾーン（１０）を生じることを特徴とする方法。
15. 光ファイバは、均一なファイバ直径Ｄを有するステップ・インデックス型マルチモード・ガラスファイバであり、クラッドの厚さは、光導波路に入力されるレーザ電磁線の波長に対するクラッドの厚さの比が５未満となるように設定されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 光ファイバ群は、取付板上に１つの層に平行で平らに配置されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 光ファイバ群は取付板上に平行に均一な間隔で１つの層に配置され、各々２つのファイバはファイバ直径Ｄの０から５倍離間していることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 光導波路を複数のエミッタ及びエミッタ間に放射しない区域を有するレーザダイオード・バーへカップリングするために、レーザ電磁線が入力されるファイバだけが出力端を形成するために束ねられ、レーザ出力が入力されないファイバは出力端に達していないことを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 光ファイバ群が取付板上に各々２〜５本のファイバのグループ群で平行に１つの層に配置され、各々の場合に１つのグループのファイバはその後のレーザダイオード・バーへの光導波路の入力面のカップリング中にエミッタと共同し、その後のレーザダイオード・バーへの光導波路の入力面のカップリング中に２つのエミッタ間の表面と共同する区域にはファイバが配置されていないことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
20. ファイバ群は取付板（２）上に少なくとも一方側で突出するように配置され、ホットプレス加工の前に、少なくともこの突出区域の一方側で一時的にあるいは永久に固定されることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
21. ホットプレス加工の前に、ファイバ群は取付板（２）にホットプレス加工の間にプレスされない区域において固定されることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 溶着ゾーン（８）におけるファイバ群は、入力端の有効な断面積が溶着ゾーン（８）において形状密閉されるように光ファイバ群（４，５）で満たされるような程度圧縮され、溶着ゾーンにおける個々のファイバの合計断面積は、実質的に溶着前の個々のファイバの合計断面積に相当するか、あるいはこれより最大２５％小さいことを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
23. ファイバ束の側部において、ホットプレスの移動距離を制限するために、少なくとも１つのスペーサ（１１）が取付板（２）に取り付けられ、あるいは取付板又はカバー・プレートの構成部品として設けられることを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれか一項に記載の方法。
24. プレス面が平坦で互いに平行なサブ区域と、遷移ゾーンにおいて、出口ゾーンに向かってプレス面間の距離が一様に増大する隣接したサブ区域とを有する一対の相対するプレス・スタンプ（１５，１６）を用いてホットプレス加工が行なわれることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 取付板及び／又はカバー・プレートのプレス・スタンプへの付着又はくっ付きを回避するために分離手段（１８）が用いられることを特徴とする請求項１４乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 接着剤の充填、端面加工、及び、プラグ及びフレキシブルチューブの取り付けから選ばれる少なくとも一つの加工工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
27. カバー・プレート（３）はホットプレス加工の前に光ファイバ群に取り付けられ、ホットプレス加工の間に溶着ゾーン（８）においてファイバ群の最上層中の光ファイバ群に形状密閉されたように接続されることを特徴とする請求項１４乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
28. レーザダイオード・バーへのカップリングのための請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光導波路の使用。

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