JP6417710B2 - 屈曲光ファイバ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、石英系ガラスからなる光ファイバの一部を屈曲した屈曲部位を有する屈曲光ファイバを製造する方法に関するものである。

電子部品の高密度実装に伴い、電子部品近傍で使用される光ファイバの低背化が要求されている。光ファイバの低背化の為には、光ファイバに屈曲部を形成することが必要である。

特許文献１には、光部品本体と光ファイバとからなり光部品本体の中心線に対して或る角度（好ましくは１０°以上）をなすように光ファイバが斜めに取り付けられてなる光ファイバ部品の発明が開示されている。この文献には、光部品本体の中心線に対して光ファイバが斜めに取り付けられることに伴い光ファイバに急峻な曲がりが発生する場合があり、この急峻な曲がりの部分で光ファイバに大きな歪が発生して機械的信頼性が劣化する問題があるとして、この問題を解消するために、この急峻な曲がり部分を加熱して歪を取り除くことで光ファイバの機械的信頼性を確保することができると記載されている。また、この文献には、歪開放のための加熱手段として放電、炭酸ガスレーザ、ガスバーナ等が利用可能であると記載されている。

特許文献２には、光ファイバと非接触加熱手段とを相対的に移動させながら該非接触加熱手段により光ファイバの一定の範囲を連続的に加熱することで光ファイバを屈曲させる発明が開示されている。また、この文献には、非接触加熱手段としてアーク放電が好適に用いられると記載されている。

特開２００４−３２５６２２号公報 特許第５２２６７９７号公報

光ファイバの更なる低背化の為には、光ファイバに形成される屈曲部における曲げ半径を小さくすることが必要である。屈曲部の曲げ半径を小さくすると、光ファイバの光伝送損失が増加し易くなる。それ故、光ファイバの光伝送損失を許容上限値より小さく維持しつつ、できるだけ屈曲部の曲げ半径を小さくすることが望まれる。

しかし、本発明者の知見によれば、数ｍｍ程度の曲げ半径を有する屈曲部を光ファイバに形成しようとすると、意図しない小さい曲げ半径を有する屈曲が発生する場合があり、その結果、光ファイバの光伝送損失が許容上限値より大きくなってしまう場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光伝送損失が許容範囲に維持されて所望の曲げ半径を有する屈曲部が形成された屈曲光ファイバを製造することができる方法を提供することを目的とする。

屈曲光ファイバ製造方法は、石英系ガラスからなる光ファイバの一部を屈曲した屈曲部位を有する屈曲光ファイバを製造する方法であって、前記光ファイバの一部領域を屈曲させて屈曲部位を形成する屈曲部位形成工程と、前記屈曲部位形成工程において形成された屈曲部位にレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるレーザ光照射工程とを有する。

本発明によれば、光伝送損失が許容範囲に維持されて所望の曲げ半径を有する屈曲部が形成された屈曲光ファイバを製造することができる。

本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において光ファイバ１０を用意する工程を説明する図である。 本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において回転板３１および固定治具３２を用意する工程を説明する図である。 本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において固定治具３２にＶ溝基板２１を固定する工程を説明する図である。 本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において光ファイバ１０の一部領域を屈曲させて屈曲部位を形成する屈曲部位形成工程を説明する側面図である。 本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において屈曲部位にレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるレーザ光照射工程を説明する側面図である。 図５のレーザ光照射工程の後の屈曲部位形成工程を説明する側面図である。 図６の屈曲部位形成工程の後のレーザ光照射工程を説明する側面図である。 レーザ光照射工程において複数の光ファイバの屈曲部位に照射されるレーザ光のパワー分布を示す図である。 線状レーザ光のビーム断面を示す図である。 実施例における加工条件１〜３それぞれの諸条件および光伝送損失を纏めた表である。 加工条件１〜３それぞれで製造された屈曲光ファイバの光伝送損失スペクトルを示す図である。 加工条件３で製造された屈曲光ファイバの写真である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

屈曲光ファイバ製造方法は、石英系ガラスからなる光ファイバの一部を屈曲した屈曲部位を有する屈曲光ファイバを製造する方法であって、前記光ファイバの一部領域を屈曲させて屈曲部位を形成する屈曲部位形成工程と、前記屈曲部位形成工程において形成された屈曲部位にレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるレーザ光照射工程とを有する。

前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程前に対する前記レーザ光照射工程後の前記光ファイバの光伝送損失の変化量が所定値以下となるように、前記レーザ光の１回当りの照射時間及び前記レーザ光の出力パワーが設定されているのが好適である。

前記屈曲部位形成工程において、前記光ファイバの軸方向に離間した複数の領域それぞれにおいて屈曲部位を形成し、前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された複数の屈曲部位それぞれにレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるのが好適である。

前記レーザ光照射工程において、１.０６μｍ以上の波長の光のパワーが全体のパワーの半分以上であるレーザ光を照射するのが好適である。

前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対し、前記所定方向に長いビーム断面形状とされたレーザ光を一括照射して、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるのが好適である。

或いは、前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置をレーザ光走査機構により前記所定方向に沿って走査し、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるのが好適である。

或いは、前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置を光ファイバ移動機構により前記所定方向に沿って走査し、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるのが好適である。

本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法では、先ず、屈曲部が形成されるべき光ファイバ１０が用意される。図１は、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において光ファイバ１０を用意する工程を説明する図である。同図（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は側面図である。光ファイバ１０は、石英系ガラスからなり、コア１１およびクラッド１２を有する。光ファイバ１０は、１本でもよいし、複数本が並列配置されていてもよい。光ファイバ１０は、単一コアであってもよいし、複数コアであってもよい。光ファイバ１０は、屈曲部が形成される領域では樹脂被覆層が除去されてガラス部が露出されているが、それ以外の領域では樹脂被覆層が設けられていてもよい。光ファイバ１０の先端には光コネクタ等の接続部品が設けられていてもよい。同図に示される例では、並列配置された３本の光ファイバ１０がＶ溝基板２１の各溝に固定され、これら光ファイバ１０の上に保護用のカバーガラス２２が設けられている。

また、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法では、回転板３１および固定治具３２が用意される。図２は、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において回転板３１および固定治具３２を用意する工程を説明する図である。同図（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は側面図である。回転板３１は、中心軸の周りに回転自在である。固定治具３２、回転板３１に取り付けられており、回転板３１とともに回転する。また、固定治具３２は、図１に示されたＶ溝基板２１を固定することができる。

図３は、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法において固定治具３２にＶ溝基板２１を固定する工程を説明する図である。同図（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は側面図である。固定治具３２にＶ溝基板２１が固定されている状態で、並列配置された３本の光ファイバ１０は、回転板３１の中心軸に垂直な方向に延在しており、回転板３１の中心軸からの距離が一定である。その距離は、光ファイバ１０に形成されるべき屈曲部の曲げ半径に等しく設定され、回転板３１の外周と光ファイバ１０との間の距離を回転板３１の半径に加えたものとなる。回転板３１の外周と光ファイバ１０との間に隙間が設けられることで、光ファイバ１０に傷がつくのが回避され、光ファイバ１０の破断が防止され得る。固定治具３２に固定された光ファイバ１０の第１端とは反対側の第２端側では、光ファイバ１０は、軸方向に張力が掛からないように水平に保持される。

図４は、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法における屈曲部位形成工程を説明する側面図である。この屈曲部位形成工程では、回転板３１を中心軸の周りに或る角度だけ回転させて、光ファイバ１０の一部領域を屈曲させて屈曲部位を形成する。光ファイバ１０は、第２端側では水平に保持されているのに対して、固定治具３２により固定された第１端側では固定位置が変化するとともに保持方向が変化して、屈曲部位が形成される。その際、光ファイバ１０の剛性により、屈曲位置近傍では意図した所望の曲げ半径より小さい曲げ半径の屈曲が生じる場合がある。

図５は、本実施形態の屈曲光ファイバ製造方法におけるレーザ光照射工程を説明する側面図である。このレーザ光照射工程では、屈曲部位形成工程において形成された屈曲部位にレーザ光を照射し、その屈曲部位を加熱軟化させて屈曲を緩和させ、これにより所望の曲げ半径に近づける。屈曲を緩和させた後にレーザ光照射を止める。屈曲部位形成工程前に対するレーザ光照射工程後の光ファイバ１０の光伝送損失の変化量が所定値以下となるように、レーザ光の１回当りの照射時間及びレーザ光の出力パワーが設定されているのが好適である。ここで用いられるレーザ光は、石英系ガラスの加熱が可能な赤外〜近赤外のレーザ光であればよく、１.０６μｍ以上の波長の光のパワーが全体のパワーの半分以上であるのが好適である。また、レーザ光波長は１.５μｍ以上，５μｍ以上の赤外領域であることが好ましい。例えば、ＣＯ_２レーザ光源から出力される赤外ＣＷレーザ光が用いられる。

これら屈曲部位形成工程およびレーザ光照射工程を繰り返す。すなわち、屈曲部位形成工程において、光ファイバ１０の軸方向に離間した複数の領域それぞれにおいて屈曲部位を形成し、レーザ光照射工程において、屈曲部位形成工程において形成された複数の屈曲部位それぞれにレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる。図６は、図５のレーザ光照射工程の後の屈曲部位形成工程を説明する側面図である。図７は、図６の屈曲部位形成工程の後のレーザ光照射工程を説明する側面図である。このように回転板３１を少しずつ回転させて屈曲部位を形成しレーザ光照射により屈曲を緩和させる。回転板が回転してい光ファイバを屈曲させている期間はレーザ光照射を止めて、離散的照射を可能として、光ファイバの過剰な加熱を抑制するのが好適である。最終的に全体として所望の曲げ角と曲げ半径を有する屈曲部位を有し光伝送損失が許容範囲に維持された屈曲光ファイバを製造することができる。

なお、本実施形態のように、屈曲部位形成工程において所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成するのが好適であり、この場合、レーザ光照射工程においては以下のような態様で複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対してレーザ光を照射するのが好適である。これにより複数の屈曲光ファイバを効率よく製造することができる。

レーザ光照射工程の第１態様では、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対し、所定方向（光ファイバの並列配置方向）に長いビーム断面形状とされた線状レーザ光を一括照射して、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる。レーザ光照射工程の第２態様では、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置をレーザ光走査機構（例えば、ガルバノスキャナ、ポリゴンミラー等）により所定方向に沿って走査し、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる。また、レーザ光照射工程の第３態様では、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置を光ファイバ移動機構（例えばステップモータ等）により所定方向に沿って走査し、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる。

レーザ光照射工程の第１態様では、図８に示されるように、所定方向（光ファイバの並列配置方向）に長いビーム断面形状とされた線状レーザ光Ｌは、所定方向に垂直な方向（光ファイバの軸方向）のビーム幅およびパワー分布が所定方向に一様であることが望ましい。レーザ光照射時間、レーザ光照射出力、線状レーザ光の関係を事前に検証、把握し、適宜好適化する。第１態様と比べて、第２態様および第３態様では、複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に照射するレーザ光のパワーを大きくすることができ、また、そのパワーを一定とすることができる。

次に実施例について説明する。本実施例では、３つの加工条件１〜３の何れかに従って光ファイバに対し屈曲部位形成工程およびレーザ光照射工程を行って屈曲光ファイバを製造した。

加工条件１〜３の何れにおいても、加工前に、波長１.４８μｍの光を出力する光源を光ファイバの一端に接続するとともに、光ファイバの他端に光検出器を接続した。これにより、加工前後の光ファイバの光伝送損失を測定した。用いた光ファイバの外径は１２５μｍであって、光ファイバの本数は１本であった。用いたＶ溝部材は、長手方向長さ５ｍｍの「テンパックスフロート」（ショット社商標）ガラスのＶ溝基板であった。このＶ溝部材のＶ溝に光ファイバを接着固定してカバーガラスで挟んだ。回転板の半径は２.５ｍｍであり、回転板の外周と光ファイバとの間の距離は０.５ｍｍであり、回転半径は３ｍｍであった。レーザ光照射工程で、ＣＯ_２レーザ光源から出力される波長１０.６μｍのＣＷレーザ光を用いた。このレーザ光を、図９に示されるように、長さ１２ｍｍの線状レーザ光とした。線状レーザ光のビーム断面寸法（長さ及び幅）は、アクリル板での照射痕で確認した。目標とした曲げ半径は３ｍｍであり、全体の曲げ角は８２°であった。

図１０は、実施例における加工条件１〜３それぞれの諸条件および光伝送損失を纏めた表である。加工条件１では、レーザ光照射回数（屈曲部位の数）は８であり、レーザ光の平均出力パワーは３０Ｗであり、１回当りのレーザ光照射時間は１秒であり、線状レーザ光のビーム幅は２ｍｍであり、１回当りの曲げ角は１０°（ただし、最後の１回のみ１２°）であった。加工条件２では、レーザ光照射回数（屈曲部位の数）は４１であり、レーザ光の平均出力パワーは３０Ｗであり、１回当りのレーザ光照射時間は１秒であり、線状レーザ光のビーム幅は２ｍｍであり、１回当りの曲げ角は２°であった。加工条件３では、レーザ光照射回数（屈曲部位の数）は４１であり、レーザ光の平均出力パワーは２０Ｗであり、１回当りのレーザ光照射時間は１秒であり、線状レーザ光のビーム幅は１ｍｍであり、１回当りの曲げ角は２°であった。

図１０中に示されるとおり、製造された屈曲光ファイバの波長１.４８μｍでの光伝送損失は、加工条件１では５.３５４ｄＢであり、加工条件２では０.６３０ｄＢであり、加工条件３では０.２４２ｄＢであった。図１１は、加工条件１〜３それぞれで製造された屈曲光ファイバの光伝送損失スペクトルを示す図である。加工条件１では１回当りの曲げ角が大きいので光伝送損失が大きい。これに対して、加工条件２では１回当りの曲げ角が小さいので光伝送損失が小さい。加工条件３では、１回当りの曲げ角を加工条件２と同じとし、レーザ光照射幅を加工条件２より狭くし、平均出力パワーを加工条件２より低くした。その結果、加工条件２と比べて、加工条件３では、光伝送損失の波長依存性が大きくなることが判明した。加工条件３では、短波長側では十分使用可能であるが、長波長側では更なる低損失化が要望される。

図１２は、加工条件３で製造された屈曲光ファイバの写真である。この屈曲光ファイバにおいて、レーザ光照射跡、破断、細径化は認められなかった。光接続部品端から屈曲開始位置までの距離ｄは１.１ｍｍであった。製造された屈曲光ファイバの曲げ半径Ｒは２.９ｍｍであり、目標値３ｍｍと略同等であった。製造された屈曲光ファイバの全体の曲げ角θは８２.５°であり、目標値８２°と略同等であった。

１０…光ファイバ、１１…コア、１２…クラッド、２１…Ｖ溝基板、２２…カバーガラス、３１…回転板、３２…固定治具。

Claims (6)

1. 石英系ガラスからなる光ファイバの一部を屈曲した屈曲部位を有する屈曲光ファイバを製造する方法であって、
   中心軸の周りに回転自在である回転板に取り付けられており前記回転板とともに回転する固定治具に前記光ファイバを固定し、前記回転板を前記中心軸の周りに回転させることで前記光ファイバの一部領域を屈曲させて屈曲部位を形成する屈曲部位形成工程と、
   前記屈曲部位形成工程において形成された屈曲部位にレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させるレーザ光照射工程と、
   を有し、
   前記屈曲部位形成工程において、前記光ファイバの軸方向に離間した複数の領域それぞれにおいて屈曲部位を形成し、
   前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された複数の屈曲部位それぞれにレーザ光を照射して該屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる、
   屈曲光ファイバ製造方法。
2. 前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程前に対する前記レーザ光照射工程後の前記光ファイバの光伝送損失の変化量が所定値以下となるように、前記レーザ光の１回当りの照射時間及び前記レーザ光の出力パワーが設定されている、
   請求項１に記載の屈曲光ファイバ製造方法。
3. 前記レーザ光照射工程において、１.０６μｍ以上の波長の光のパワーが全体のパワーの半分以上であるレーザ光を照射する、
   請求項１または２に記載の屈曲光ファイバ製造方法。
4. 前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、
   前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対し、前記所定方向に長いビーム断面形状とされたレーザ光を一括照射して、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の屈曲光ファイバ製造方法。
5. 前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、
   前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置をレーザ光走査機構により前記所定方向に沿って走査し、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の屈曲光ファイバ製造方法。
6. 前記屈曲部位形成工程において、所定方向に並列配置された複数の光ファイバを一括して屈曲させて屈曲部位を形成し、
   前記レーザ光照射工程において、前記屈曲部位形成工程において形成された前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位に対するレーザ光の照射位置を光ファイバ移動機構により前記所定方向に沿って走査し、前記複数の光ファイバそれぞれの屈曲部位を加熱軟化させ屈曲を緩和させる、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の屈曲光ファイバ製造方法。