JP5786143B2 - ファイバー部品及びレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファイバーレーザ装置に用いる接続部を有するファイバー部品及びこれを用いたレーザ装置に関し、特にファイバー部品の放熱に関する。

近年、レーザは、歪みが少なく溶接速度が速い等の理由で溶接に用いられたり、切断速度が速く切断面がきれい等の理由で切断に使われたりしている。特に、ファイバー導光ができる固体レーザのうちファイバーレーザは、高出力化、ビーム品質の良さ等から急速に普及しつつある。

ファイバーレーザは、その構成のほとんどが直径１ｍｍ以下の細い光ファイバーからなっており、その中を高い出力のレーザが伝搬することから、例えば、光ファイバー同士の融着接続部でモード変換され発生した光によって、光ファイバーが発熱し焼損することがある。この光ファイバーの発熱や焼損は、ファイバーレーザの高出力化に伴い、大きな課題となっている。

まず、レーザに使用される石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの主な構造を図１０Ａから図１０Ｄに示す。図１０Ａ、図１０Ｂは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。図１０Ｃ、図１０Ｄは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。

図１０Ａ、図１０Ｃにおいて、レーザ光が伝搬するコア２０１は主に石英ガラスであり、その外側に樹脂層があり、樹脂層には、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４とが形成されている。

図１０Ｂ、図１０Ｄに示すコア２０１は、石英ガラスや石英ガラスに励起媒質やゲルマニウムなどがドープされており、その外側の主に石英ガラスや石英ガラスにフッ素がドープされたクラッド２０２と屈折率差を有している。その外側に樹脂層があり、樹脂層には、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４とが形成されている。

更に石英ガラスを成分に含む部分が３層以上になっている光ファイバーもあるが、ここでは図示しない。

以降、図１０Ａ、図１０Ｃに示す構成の光ファイバーを例にとり説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。

被覆される樹脂層は、図１１Ａから図１１Ｃに例を示すように、内側の被覆樹脂２０３と外側の被覆樹脂２０４の屈折率差により様々なパターンがある。更に、樹脂被覆が３層以上の場合もあるが、ここでは図示しない。ここで、図１１Ａから図１１Ｃの左側は屈折率を示し、左側に行くほど屈折率が高いことを示す。

図１２Ａから図１２Ｃに従来技術に係る光ファイバーの融着接続の例を図示する。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。

図１２Ａに、光ファイバー１本同士の場合の融着接続部２０６を示す。光ファイバーは、融着の前に被覆樹脂を除去し、所定の長さにコア２０１を割断した後に、コア２０１を溶融させて融着するのが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。従って、融着後の融着接続部２０６近傍は樹脂被覆がされていない。

しかし、被覆樹脂がないと強度が低くなることなどから、樹脂によりリコートされることがある。その例を図１２Ｂに示す。融着接続部２０６近傍の被覆樹脂が除去された部分はリコート樹脂２０７で融着後に被覆されている（例えば、特許文献２を参照）。

また、融着接続部２０６近傍で漏れた光による発熱対策として、図１２Ｃに示すように、漏出した光を熱に変換するとともに該熱を外部に放散する放熱板２０８を使う。この放熱板２０８により、融着接続部２０６を覆うとともに融着接続部２０６を収容溝２０９内で固定し、融着接続部２０６から漏出した光を透過する樹脂部材からなるリコート樹脂２０７を用いている（例えば、特許文献３を参照）。

しかし、従来技術として示した発明の発熱対策では、融着接続部２０６に必ずリコート樹脂が必要という課題を有していた。

ファイバー部品によっては、融着接続部２０６近傍での光ファイバーからの光の漏れが大きく、樹脂でリコートすると焼損する恐れがあるため、リコートできないものもあり、その場合には、適用できない。

更に、リコート樹脂部分で逃がしきれなかった光が、コア２０１から被覆樹脂に漏洩し、被覆樹脂で発熱し、焼損することがあった。

特開平１−１９１８０７号公報 特開２００９−１１５９１８号公報 特開２００７−２７１７８６号公報

本発明は、リコート樹脂が無くても、樹脂の発熱を抑制し、焼損しないファイバー部品とそのファイバー部品を使用したレーザ装置を提供する。

本発明のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバーと、第２の光ファイバーと、融着接続部と、を備えている。ここで、第１の光ファイバーは、光を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバーは、第２のコアと、第２のコアよりも屈折率が低く第２のコアを被覆する第１の内側被覆樹脂と、第１の内側被覆樹脂を被覆する第１の外側被覆樹脂と、を有し、光が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部は、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを接続する。そして、本発明のファイバー部品は、融着接続部に隣接した領域において、第２の光ファイバーの第１の外側被覆樹脂および第１の内側被覆樹脂が除去された樹脂被覆除去部と、樹脂除去部に隣接した領域において、第２の光ファイバーの第１の外側被覆樹脂が除去されて第１の内側被覆樹脂が露出した境界部を有する。第１のコアは、融着接続部に近づくにつれて断面積が小さくなる構成からなる。

この構成により、熱に変わる光を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。

また、本発明のレーザ装置は、上記記載のファイバー部品を使用した構成からなる。

この構成により、熱に変わる光を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができるので、高い信頼性のレーザ装置を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の中の光の伝搬を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの形状を示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの別の形状を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施例における測定系の構成を示す平面図である。 図７は、本発明の実施例における比較のために使用した従来のファイバー部品の構成を示す断面図である。 図８Ａは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。 図８Ｂは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。 図９は、本発明の実施の形態１から３におけるファイバー部品を使用したレーザ装置の一例を示す概略構成図である。 図１０Ａは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。 図１０Ｂは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に沿った面の断面図である。 図１０Ｃは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。 図１０Ｄは、石英からなるコアを備える一般的な光ファイバーの構造を示す光の伝播方向に垂直な面の断面図である。 図１１Ａは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１１Ｂは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１１Ｃは、一般的な光ファイバーの構成と屈折率を示す断面図である。 図１２Ａは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。 図１２Ｂは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。 図１２Ｃは、従来技術に係るファイバー部品の構成を示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の中の光の伝搬を示す断面図である。図３Ａ、図３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるファイバー部品の光ファイバーの形状を示す断面図である。

本実施の形態１のファイバー部品として、図１に示す光１００の伝搬元となる複数本の光ファイバー（以下、「第１の光ファイバー」とする。）１０１Ａを１本の光の伝播先となる２層被覆の光ファイバー（以下、「第２の光ファイバー」とする。）１０２に融着接続部６で接続した構成のものを例にとって説明する。この構成は、大出力のレーザ光を得るために複数のレーザ光源からの光１００をそれぞれの光ファイバーを介して複数本の光ファイバーで伝搬し、この伝搬した光１００を１本の光ファイバー、例えば第２の光ファイバー１０２に集めて導光する構成である。

図１に示すように、第１の光ファイバー１０１Ａは、第２の光ファイバー１０２に融着接続部６で接続されている。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３および外側の被覆樹脂４を備え、内側と外側との２層被覆の被覆樹脂を有している。

融着接続部６に隣接した領域２０のうち融着接続部６の近傍は、２層の被覆樹脂３、４が、ともに除去されている。続いて所定の寸法にわたり、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である内側被覆樹脂露出部（以下、「露出部」とする。）５Ａを構成する。その先は、外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。

以上のように構成されたファイバー部品について説明する。

光１００は、複数本の光ファイバーから構成される第１の光ファイバー１０１Ａから２層被覆の１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの第２の光ファイバー１０２は、コア１の屈折率より内側の被覆樹脂３の屈折率の方が低くなっているため、コア１内の光は、その多くが界面で全反射をしてコア１内を伝搬するので伝送効率が高い。

しかしながら、融着接続部６で伝送される光の状態に乱れがあるとコア１より光が幾分漏れることがある。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの光ファイバーでは、コア１から漏れた光の多くは内側の被覆樹脂３を伝搬するため、光が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。

融着接続部６の左側である、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は約１０５μｍであり、融着接続部６の右側である第２の光ファイバー１０２のコア１の直径は２００μｍである。図１に示すように、複数本の光ファイバーから構成される第１の光ファイバー１０１Ａのコア１は、融着接続部６に近づくにつれて、断面積が小さくなっている。例えば、７本の第１の光ファイバー１０１Ａを第２の光ファイバー１０２に接続する場合、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約６７μｍ以下まで細くする。また、３本の第１の光ファイバー１０１Ａを第２の光ファイバー１０２に接続する場合、第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約９３μｍ以下まで細くする。さらに、第１の光ファイバー１０１Ａが１９本の場合、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約４０μｍ以下まで細くする。さらに、第１の光ファイバー１０１Ａが３７本の場合、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、例えば、約２９μｍ以下まで細くする。

なお、融着接続部６における１本の第１の光ファイバー１０１Ａのコア１の直径は、第２の光ファイバー１０２のコア１の直径に応じて設定される。融着接続部６における第１の光ファイバー１０１Ａの本数と、第２の光ファイバー１０２のコア１の直径に対する第１の光ファイバー１０１Ａのコア１直径の割合（以下、直径比率という）との関係は、以下の関係が好ましい。

第１の光ファイバー１０１Ａの本数が３本であれば４６％以下、４本であれば４１％以下、７本であれば３３％以下、１９本であれば２０％以下、３７本であれば１４％以下、６１本であれば１１％以下、９１本であれば９％以下の直径比率が好ましい。

図２は、第２の光ファイバー１０２の露出部５Ａで漏れた光１１の伝搬の状態を示す第２の光ファイバー１０２の断面図である。融着接続部６で状態が変化した光１００は、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａで、コア１から内側の被覆樹脂３に漏出する。

この漏れた光１１の大半は、特に、コア１の界面の屈折率差が変化する内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分に集中しやすい。しかしながら、本実施の形態１の特徴的な構成である露出部５Ａを設けることで、漏れた光１１の一部は、内側の被覆樹脂３から外側に逃げる。これにより、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１の量が軽減され、その結果、漏れた光１１が被覆樹脂３で吸収される量が減るので、被覆樹脂３を含む樹脂部での発熱温度を下げることができる。

また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏出する光があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減されているので、ここでの漏出する光も軽減されている。

以上のような作用によって、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。

なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。

あるいは、図３Ｂに示すように、第２の光ファイバー１０２の構造が、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように形成してもよい。この場合でも、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この図３Ｂの構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。

すなわち、本実施の形態１のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ａと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ａは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ａと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態１のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。

この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。

また、第１の光ファイバー１０１Ａおよび第２の光ファイバー１０２の少なくともいずれかは、複数本のファイバーを束ねたものである構成としてもよい。この構成により、大出力のレーザ光を出力光として出射することができる。

また、境界部での最も内側にある層の樹脂の外側の断面形状をテーパ形状とした構成としてもよい。この構成により、露出部５Ａの長さを制御でき、コア１から漏れた光１１が、特定の箇所に集中することを防止できる。

なお、上述の構成でファイバー部品を製作した後、中空のガラス管（図示せず）などの保持部材を用いて融着接続部６の保護を行うとよい。すなわち、融着接続部６を保護する保持部材を設けた構成としてもよい。この構成により、リコート樹脂を用いずに実用的な強度が得られ、リコートの損傷もなく安定して光ファイバーの発熱を防止できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。本実施の形態２では、光１００の伝播元、伝播先とも１本のファイバーを融着接続する構成のものを説明する。

図４に示すように、２層被覆の光１００の伝播元となる１本の光ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ｂと、２層被覆の光１００の伝播先となる１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２は、融着接続部６で接続されている。光１００は、第１の光ファイバー１０１Ｂから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３、外側の被覆樹脂４を備えている。

融着接続部６の近傍では、２層の被覆とも被覆樹脂３、４は除去されている。続いて所定の寸法にわたり内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａが、第１の光ファイバー１０１Ｂおよび第２の光ファイバー１０２にそれぞれ構成されている。その先は、図４に示すように外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。

以上のように構成されたファイバー部品について説明する。

光１００は、光１００の伝播元となる第１の光ファイバー１０１Ｂから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる点で上述の実施の形態１と同じである。

融着接続部６で伝送される光１００の状態に乱れがあるとコア１より光１００が幾分漏れることがある。図１１Ｂに示す屈折率プロファイルの光ファイバーは、コア１から漏れた光１１の多くは内側の被覆樹脂３を伝搬するため、漏れた光１１が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。

本実施の形態２でも上述の実施の形態１と同じように露出部５Ａを設けている。図２に示すように、コア１から内側の被覆樹脂３に漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３から外側に逃げるため、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減される。これにより、被覆樹脂３で漏れた光１１を吸収する量が低減されるので、樹脂部での発熱温度を下げることができる。

また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏れた光１１があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する光が軽減されているので、ここでの漏れた光１１も軽減されている。

すなわち、本実施の形態２のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ｂと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ｂは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ｂと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態２のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。

この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。

以上のような作用によって、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減されるので、樹脂部での発熱温度を下げることができる。

なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。

あるいは、図３Ｂに示すように、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように行なってもよく、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３が、コア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるファイバー部品の構成を示す断面図である。本実施の形態３では、光１００の伝播元、伝播先とも１本の光ファイバーを融着接続する構成で、かつ、融着接続部６の近傍を樹脂でリコートしたものを説明する。

図５に示すように、光１００の伝播元となる１本の光ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ｃと、２層被覆の光１００の伝播先となる１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２は、融着接続部６で接続されている。光１００は、第１の光ファイバー１０１Ｃから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、光１００が伝搬するコア１、内側の被覆樹脂３、外側の被覆樹脂４を備えている。

第１の光ファイバー１０１Ｃおよび第２の光ファイバー１０２のそれぞれの融着接続部６の近傍は、被覆樹脂３、４からなる２層の被覆とも除去されている。続いて所定の寸法にわたり内側の被覆樹脂３が、外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａが第２の光ファイバー１０２に構成されている。露出部５Ａに隣接した部分は、外側の樹脂の被覆が始まる部分である外側被覆樹脂端５Ｂとなる。

さらに本実施の形態３では、図５に示すように融着接続部６の近傍の少なくとも被覆を削除した部分をリコート樹脂７でリコートしている。

以上のように構成されたファイバー部品について説明する。

光１００は、光１００の伝播元となる第１の光ファイバー１０１Ｃから第２の光ファイバー１０２へ伝搬する。第２の光ファイバー１０２は、図１１Ｂに示す屈折率プロファイルのものを用いる点で上述の実施の形態１、２と同じである。

融着接続部６で伝送される光１００の状態に乱れがあるとコア１より光１００が幾分漏れることがある。本実施の形態３では、融着接続部６などで状態が変化した光１００は、リコート樹脂７の部分で、漏れた光１１としてその多くは外へ散乱光として逃げる。しかしながら、漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３を伝搬するため、漏れた光１１が樹脂に吸収され発熱するので、焼損しやすい。

本実施の形態３でも上述の実施の形態２と同じように露出部５Ａを設けているので、図２のように、漏れた光１１の一部は内側の被覆樹脂３から逃げる。そのため、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。

また、外側の被覆樹脂４には、外側被覆樹脂端５Ｂで内側の被覆樹脂３から漏れた光１１があっても、内側の被覆樹脂３を伝搬する漏れた光１１が軽減されているので、ここでの漏れた光１１も軽減されている。

すなわち、本実施の形態３のファイバー部品は、光ファイバーの融着接続部６を有するファイバー部品であって、第１の光ファイバー１０１Ｃと、第２の光ファイバー１０２と、融着接続部６と、を備えている。ここで、第１の光ファイバー１０１Ｃは、光１００を伝搬させて送り出す光ファイバーである。第２の光ファイバー１０２は、少なくとも２層の樹脂からなる樹脂被覆部に被覆され、光１００が伝搬する先の光ファイバーである。融着接続部６は、第１の光ファイバー１０１Ｃと第２の光ファイバー１０２とを接続する。そして、本実施の形態３のファイバー部品は、融着接続部６に隣接した領域２０において、第２の光ファイバー１０２の被覆された樹脂の一部が除去された樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある層の樹脂の外側が露出し、他の被覆樹脂に覆われていない部分を有する構成からなる。

この構成により、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。

以上のような作用によって、リコート樹脂７を用いた場合でも、本実施の形態１、２と同様の効果があり、漏れた光１１が外側の被覆樹脂４に吸収され熱に変わる量が軽減され、樹脂部での発熱温度を下げることができる。

なお、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分である露出部５Ａは、図３Ａに示すように内側の被覆樹脂３の厚みが薄くても同様の効果を奏する。図３Ａのような構造に第２の光ファイバー１０２を形成するには、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３も多少除去する程度に十分行えばよい。

あるいは、図３Ｂに示すように、外側の被覆樹脂４の除去を内側の被覆樹脂３とともにテーパ形状となるように行なってもよく、内側の被覆樹脂３が外側の被覆樹脂４に覆われていない部分があれば同様の効果を奏する。この構成は、露出部５Ａを設ける被覆除去の作業が行い易く、テーパ形状の傾きで露出部５Ａの長さを制御できる。また、内側の被覆樹脂３が、コア１を覆い始める部分の密着もよく、コア１から漏れた光１１があっても特定の箇所に集中することを防止しやすい点でより効果が高い。

［実施例１］
次に、本実施の形態１から３で説明したファイバー部品の実施例について具体的に説明する。図６は、本発明の実施例における測定系の構成を示す平面図である。図７は、本発明の実施例における比較のために使用した従来のファイバー部品の構成を示す断面図である。図８Ａ、図８Ｂは、本発明の実施例における温度測定結果を示すグラフである。

図１に示し実施の形態１で説明したファイバー部品の実施例と、露出部５Ａがないこと以外は図１と同じ構成の図７に示す比較例とを製作し、以下の条件で温度測定を行い、ファイバー部品の実施例の効果を検証した。

図６には、図１では示されていないレーザダイオードＬＤが図示されており、図１は、図６の第１の光ファイバー１０１Ａの融着接続部６を拡大したものである。

図１と図７に示す光１００の伝播元となる複数本の光ファイバーからなる第１の光ファイバー１０１Ａには、コア１の直径が約１０５μｍ、クラッドの直径が１２５μｍのクラッドファイバーを用いた。コアとクラッド間のＮＡは０．１５である。集合する光ファイバーの本数は７本とした。

図１と図７に示す伝播先の１本の光ファイバーである第２の光ファイバー１０２には、コア１の直径が２５０μｍの２層被覆の光ファイバーを用いた。コア１と内側の被覆樹脂３の間のＮＡは０．４６である。

図１に示す露出部５Ａの長さは、例えば約２ｍｍに設定した。図７の比較例の構成では露出部５Ａは設けない。

７本の伝播元ファイバーである第１の光ファイバー１０１Ａは、集合熱延し、光１００の伝播先となる第２の光ファイバー１０２に融着接続する。このようにして実験用試料として、実施例と比較例に示すファイバー部品を多数製作した。

実験に用いた測定系を図６に示す。

温度の計測に先立ち、第１の光ファイバー１０１Ａからレーザ光を入射し第２の光ファイバー１０２から出たレーザ光をパワーメータ１０で計測して透過率を求めた。求めた透過率によって、本発明の実施例と比較例とも２つのグループに分けた。

光ファイバーの接続は、透過率を１００％に近づけることを理想とするが、接続の状態で透過する光の状態に乱れを生じ、透過率にロスを生じる。透過率が９７％以上、９８％以下のものをグループＡとし、実施例、比較例とも１０本のファイバ部品を選別した。また、透過率が９４％以上、９５％以下のものをグループＢとし、これらも同様に実施例、比較例とも１０本のファイバ部品を選別した。以上の計４０本のファイバー部品で温度計測を行った。

温度計測には、摂氏２０度に空調された実験室で、ファイバー部品には風が当たらないようにし、第１の光ファイバー１０１Ａに合計８０Ｗのレーザ光を入射し、図６中の領域２１に配置された被覆樹脂端５、露出部５Ａまたは外側被覆樹脂端５Ｂ（いずれも図示せず）近傍の最高温度を、日本アビオニクス製の赤外線サーモグラフィ９を用いて測定した。

最高温度部の面積が特定できないため、赤外線サーモグラフィ９の分解能より、最高温度部の面積が小さい場合、実際の温度より低く測定されることが考えられる。したがって、ファイバー部品と赤外線サーモグラフィの距離を約１５ｃｍとほぼ一定にして測定した。

測定の結果を図８Ａのグラフに示す。実施例のグループＡは白丸、グループＢは黒丸、比較例のグループＡは白抜三角、グループＢは黒三角でプロットしている。

実施例、比較例共に、透過率の低いグループＢは、グループＡより高い温度結果であったが、実施例の試料群はグロープＡ、Ｂとも、比較例に対し低い温度であった。この結果により、実施例のファイバー部品の試料群は、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制する効果は顕著なものがあったと考えられる。

特に、比較例のファイバー部品で、最高温度となっている部分は狭い点として測定され、かかる点ではグループＡで１個、グループＢで３個の焼損があった。そのため、最高温度は測定できなかった。当該グラフ上で１２０℃のラインで三角形を逆さにプロットした試料は焼損による測定不能を示している。

以上の測定結果からは、融着接続部６で状態が変化したレーザ光の一部の漏れた光１１が、内側の被覆樹脂３がコア１を覆い始める部分に集中しやすく、比較例では、状態のバラツキが最高温度を生ずる狭い点となっていると考察される。

また、本発明の特徴的な構成である露出部５Ａを設けることで、光１００の一部は内側の被覆樹脂３から逃げるため、最高温度となって測定される狭い点が生じにくく、ばらつきの少ない僅かな温度上昇で留まるものと考察される。

［実施例２］
次に、上述の実施例のグループＡの構成で、露出部５Ａの長さを変えて、ファイバー部品の実施例の効果を検証した。

実施例２の試料の製作、実験条件、測定系は実施例１と同じである。異なるのは露出部５Ａの長さをパラメータとした点のみである。露出部５Ａの長さは、約０．５ｍｍから約２．５ｍｍまで、約０．５ｍｍ毎に変えた試料を製作した。試料の露出部５Ａの長さ精度は、キーエンス製マイクロスコープで測定した結果±０．２ｍｍ程度であった。

０．５ｍｍごとの露出部５Ａの各長さでそれぞれ１０個の試料を用いて最高温度の計測を行い、その平均値をグラフにプロットした。その結果を図８Ｂに示す。

図８Ｂに示すように、露出部５Ａの長さが最も小さい０．５ｍｍのファイバー部品でも焼損はなく、実施例１の比較例グループＡの焼損していないものの平均温度である約７０℃より１０℃以上低い。これにより、実施例のファイバー部品は、露出部５Ａを形成することにより、熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制する効果認められたと考えられる。

さらに、図８Ｂに示すように露出部５Ａの長さが１．０ｍｍ以上であれば、その効果は顕著に認められ、露出部５Ａの長さを０．５ｍｍとしたものより２０℃以上低い温度であり、室温に対しても１０℃程度の温度上昇で収まり安定した効果が得られた。

以上のように、光１００が伝搬する先の第２の光ファイバー１０２の樹脂被覆除去部と樹脂被覆部との境界部で、樹脂被覆部の最も内側にある樹脂が外側の被覆樹脂に覆われていない部分を有することで、光ファイバーの焼損を防ぐことができることが検証できた。

また、樹脂被覆部の最も内側にある樹脂が、外側の被覆樹脂に覆われていない部分の長さを１ｍｍ以上とすれば、その効果が顕著であることも検証できた。

図９は、本発明の実施の形態１から３におけるファイバー部品を使用したレーザ装置１１０の一例を示す概略構成図である。図９に示すようにレーザダイオードＬＤからのレーザを受けた第１の光ファイバー１０１Ａを複数有している。複数の第１の光ファイバー１０１Ａと第２の光ファイバー１０２が融着接続部６により接続されている。第２の光ファイバー１０２は、ファイバブラッググレーティング１１１を介して、発振ファイバー１０３に接続される。発振ファイバー１０３と、発振ファイバー１０３の両端に接続されたファイバブラッググレーティング１１１，１１２によって、レーザ共振器が構成されている。この構成により、発振ファイバー１０３で発振された高出力のレーザ１１３を出射するレーザ装置１１０が構成できる。

なお、発振ファイバー１０３は、直径が１０μｍのコアと、コアを中心にした直径が２００μｍのクラッドとが断面を構成するファイバーである。コアには、イッテルビウム（Ｙｂ）がドーピングされており、エネルギーを外部から加えることによりレーザがさらに励起される。

すなわち、本発明のレーザ装置１１０は、上述の実施の形態１から３のいずれかに記載のファイバー部品を使用した構成としてもよい。この構成により、ファイバー部品内の熱に変わる漏れた光１１を効率よく逃がし、被覆樹脂の発熱温度を抑制し、光ファイバーの焼損を防ぐことができる。これにより、安全で高信頼性のレーザ装置１１０が実現できる。

本発明のファイバー部品およびこれを使用したレーザ装置は、高出力であってもファイバーの焼損が無く、安全に使用することができ、高出力のレーザ装置などに適用すると有用である。

１，２０１ コア
３，４，２０３，２０４ 被覆樹脂
５ 被覆樹脂端
５Ａ 露出部
５Ｂ 外側被覆樹脂端
６，２０６ 融着接続部
７，２０７ リコート樹脂
９ 赤外線サーモグラフィ
１０ パワーメータ
１１ 漏れた光
２０，２１ 領域
１００ 光
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ 第１の光ファイバー
１０２ 第２の光ファイバー
１０３ 発振ファイバー
１１０ レーザ装置
１１１，１１２ ファイバブラッググレーティング
１１３ レーザ
ＬＤ レーザダイオード

Claims (5)

1. 光ファイバーの融着接続部を有するファイバー部品であって、
   第１のコアを有し、光を送り出す第１の光ファイバーと、
   第２のコアと、前記第２のコアよりも屈折率が低く前記第２のコアを被覆する第１の内側被覆樹脂と、前記第１の内側被覆樹脂を被覆する第１の外側被覆樹脂と、を備え、前記光が伝播する先の第２の光ファイバーと、
   前記第１の光ファイバーと前記第２の光ファイバーとを接続する融着接続部と、
   を備え、
   前記融着接続部に隣接した領域において、前記第２の光ファイバーの前記第１の外側被覆樹脂および前記第１の内側被覆樹脂が除去された樹脂被覆除去部と、
   前記樹脂除去部に隣接した領域において、前記第２の光ファイバーの前記第１の外側被覆樹脂が除去されて前記第１の内側被覆樹脂が露出した境界部を有し、
   前記第１のコアは、前記融着接続部に近づくにつれて断面積が小さくなるファイバー部品。
2. 前記第１の光ファイバーは複数である請求項１に記載のファイバー部品。
3. 前記境界部での前記第１の内側被覆樹脂の外側の断面形状をテーパ形状とした請求項１または２に記載のファイバー部品。
4. 前記融着接続部を保護する保持部材を設けた請求項１から３のいずれかに記載のファイバー部品。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のファイバー部品を使用したレーザ装置。

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