JP6718283B2 - 光ファイバ接続体 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ接続体に関し、当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化抑制に好適なものである。

金属材料等の加工において、加工精度や加工速度が優れていることから、レーザを用いる加工方法が普及しつつある。このような加工に用いられるレーザの中でも、エネルギー効率が良くレーザのスポット径が小さいことから、ファイバレーザ装置が注目されている。ファイバレーザ装置には、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバの両端にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等の反射部材が設けられた共振器を備えており、当該共振器に励起光を入射させて信号光を発振させるものがある。また、高出力のファイバレーザ装置では、複数の光源からの励起光を光コンバイナによって合波させてから共振器に入射させる構造が一般的である。

ファイバレーザ装置において、光ファイバ同士または光ファイバとＦＢＧや光コンバイナ等の光部品との接続部では、光ファイバが接着剤によって補強器（基板）に固定されることがある。光ファイバの基板への固定方法としては、例えば、基板上に等間隔で線状に塗布された複数の接着剤上に光ファイバを配置し、当該接着剤を硬化させて光ファイバを基板に固定する方法が下記特許文献１に開示されている。

特開２００８−９６４６０号公報

接着剤によって光ファイバを補強器に固定する場合、光ファイバは当該接着剤の体積変化に起因する圧力を外周面側から受ける場合がある。光ファイバが外周面側から大きな圧力を受けると、Ｍ^２（エムスクエア）やＢＰＰ（Ｂｅａｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ）で表される信号光の品質が劣化する傾向がある。従って、光ファイバが受けるこのような圧力は低減されることが好ましい。

接着剤の体積変化の原因の一つとして、接着剤の温度変化による膨脹収縮が考えられる。また、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を低減させる方法としては、ヤング率が低い接着剤を用いることが考えられる。ヤング率が低い接着剤を用いることによって、当該接着剤の体積に変化が生じたとしても当該接着剤自体が変形することによって、光ファイバに加えられる圧力を低減させることができる。しかし、ヤング率が低い材料からなる接着剤によって光ファイバを固定しようとすると、光ファイバの固定強度を確保することが難しくなる。

そこで、本発明は、光ファイバの固定強度の低下を抑制しつつ当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化を抑制できる光ファイバ接続体を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明の光ファイバ接続体は、被覆層を有する２本の光ファイバと、補強器と、前記２本の光ファイバの前記被覆層をそれぞれ前記補強器に固定する一対の接着剤と、を備え、前記２本の光ファイバは、互いの一方の端部において、前記被覆層で覆われていない非被覆部を有すると共に互いの端面が融着され、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤が、２５℃において１体積％以上の気泡を有することを特徴とする。

２本の光ファイバの端面が融着された融着部では、コアから漏洩した光がクラッドに結合して伝搬するクラッド光が生じ易い。融着部で生じるクラッド光は、融着部より下流側、すなわち融着された２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの方へとより伝搬する。そして、融着部において生じたクラッド光が下流側の光ファイバの被覆層に入射すると、当該被覆層が加熱される。被覆層が加熱されると、被覆層を介して接着剤が加熱されて膨脹し易くなる。ここで、上記光ファイバ接続体では、融着された２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの被覆層を補強器に固定する接着剤が気泡を有することによって、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を当該気泡が緩和することができる。従って、光ファイバが外周面側から圧力を受けることによって生じる信号光の劣化を抑制することができる。また、気泡によって接着剤のヤング率を低下させることによって、接着剤の材質そのもののヤング率を低下させる場合に比べて、光ファイバの固定強度の低下を抑制することができる。

なお、以下の説明において「気泡を有する」とは、特に説明がなくても、２５℃において１体積％以上の気泡が含まれることを意味する。また、「コアを伝搬する光の進行方向下流側」とは、コアを伝搬する主な光の進行方向の下流側を意味する。光ファイバの使用態様によっては、戻り光等によって光が双方向にコアを伝搬する場合がある。また、意図的に双方向に光を伝搬させる場合もある。これらの場合のように光がコアを双方向に伝搬する場合は、伝搬する光が相対的に多い方向の下流側を、コアを伝搬する光の進行方向下流側とする。また、後述する「コアを伝搬する光の進行方向上流側」は、コアを伝搬する主な光の進行方向の上流側を意味し、光がコアを双方向に伝搬する場合は、伝搬する光が相対的に多い方向の上流側を、コアを伝搬する光の進行方向上流側とする。

上記光ファイバ接続体は、前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバのクラッド径は、前記光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバのクラッド径よりも小さい場合に好適である。

光ファイバのクラッド径が小さい場合、外周面側からの圧力によってコアを伝搬する信号光が劣化されやすい傾向にある。従って、クラッド径が小さい光ファイバが気泡を有する接着剤によって補強器に固定される場合、上記のように接着剤の体積変化に起因して加えられる圧力が低減されることによる効果が、クラッド径が大きい光ファイバが同様に固定される場合よりも顕著になる。

上記光ファイバ接続体において、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤が、２５℃において１体積％以上の気泡を有することが好ましい。

光が主に一方向にコアを伝搬する場合であっても反対方向に戻ってくる戻り光が存在したり、意図的に双方向に光を伝搬させたりする場合がある。よって、融着される２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層も、上記の理由から加熱される場合がある。特に、戻り光のビーム品質が戻り光とは反対側に進行する光のビーム品質よりも悪い場合、その傾向が顕著になる。光のビーム品質が悪い場合、すなわちＭ^２値が大きい場合、その光が伝搬する光ファイバに外周面側から圧力が加えられると、その光のＭ^２値が増加しやすい傾向にある。よって、２本の光ファイバの融着部における戻り光のビーム品質が悪い場合、当該融着部より上流側において光ファイバに圧力が加えられると、その戻り光のＭ^２値が増加しやすい。また、光ファイバには伝搬可能なモードの制限があるため、Ｍ^２値が大きい光の方が漏洩しやすい傾向にある。従って、２本の光ファイバの融着部における戻り光のビーム品質が悪い場合、当該融着部より上流側で漏洩光が多くなりやすいので、融着される２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層が加熱されやすい。また、コアを伝搬する光の進行方向上流側の光ファイバの方がコアを伝搬する光の進行方向下流側の光ファイバよりも光の閉じ込め力が弱い場合や、コアを伝搬する光の進行方向上流側の光ファイバのクラッド径がコアを伝搬する光の進行方向下流側の光ファイバよりも細い場合にも、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層が加熱される傾向が顕著になる。光の閉じ込め力が弱い場合とは、例えば、コアの屈折率とクラッドの屈折率の差が小さい場合や、クラッドの屈折率と当該クラッドを囲う外側クラッドの屈折率との差が小さい場合等が考えられる。このように、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層も加熱される場合があることから、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバも気泡を有する接着剤によって補強器に固定されることにより、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を低減することができ、コアを伝搬する信号光の劣化を抑制することができる。

上記のように、コアを伝搬する光の進行方向上流側の光ファイバの方がコアを伝搬する光の進行方向下流側の光ファイバよりも光の閉じ込め力が弱い場合、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層も戻り光等によって加熱される傾向が顕著となる。従って、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの光の閉じ込め力が、前記光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバの光の閉じ込め力よりも弱い場合、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤も気泡を有することが好ましい。

上記のように、コアを伝搬する光の進行方向上流側の光ファイバのクラッド径がコアを伝搬する光の進行方向下流側の光ファイバよりも細い場合、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層も戻り光等によって加熱される傾向が顕著となる。従って、前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバのクラッド径が、前記光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバのクラッド径よりも小さい場合、前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤も気泡を有することが好ましい。

上記光ファイバ接続体において、前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、クラッド径が細い方の前記光ファイバを固定する前記接着剤に含まれる前記気泡の割合は、クラッド径が太い方の前記光ファイバを固定する前記接着剤に含まれる前記気泡の割合よりも高いことが好ましい。

上記のように、気泡によって接着剤のヤング率を低下させることによって、接着剤の材質そのもののヤング率を低下させる場合に比べて、光ファイバの固定強度の低下を抑制することができる。ただし、同じ材質の接着剤で気泡を有する場合と有さない場合とで比較すれば、気泡を有さない場合の方が光ファイバの固定強度を高めやすい。従って、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減と、光ファイバの固定強度の確保とは、ある程度トレードオフの関係にある。また、上記のように、光ファイバのクラッド径が小さい場合、光ファイバの外周面側から受ける圧力によってコアを伝搬する信号光が劣化されやすい。従って、上記光ファイバ接続体のように、クラッド径が小さい光ファイバを固定する接着剤には気泡を多くすることで、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減を光ファイバの固定強度の確保より優先し、クラッド径が大きい光ファイバを固定する接着剤には気泡を少なくすることで、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減よりも光ファイバの固定強度の確保を優先することによって、光ファイバの固定強度の低下を抑制しつつ当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化を抑制し易くなる。

上記光ファイバ接続体において、前記接着剤はＲＴＶ（ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）接着剤であることが好ましい。

ＲＴＶ接着剤を硬化させるときの温度および湿度が適切に調整されることによって、ＲＴＶ接着剤の内部からアウトガスを発生させてＲＴＶ接着剤に所望の大きさの気泡を含ませることができる。従って、光ファイバを補強器に固定する接着剤にＲＴＶ接着剤を用いることによって、当該接着剤に含まれる気泡の割合を調整し易くなる。接着剤に含まれる気泡の割合が調整されることによって、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を低減させる度合いが調整される。また、ＲＴＶ接着剤は硬化時に内部から均一にアウトガスを発生させやすいため、気泡が表面に生じることを抑制し易く、接着剤の内部に気泡を均一に分布させ易い。接着剤の表面に気泡が生じることが抑制されることによって、接着剤と光ファイバとの界面に気泡が生じることが抑制されるので、接着剤と光ファイバとの接着強度の低下が抑制される。接着剤の内部に気泡を均一に分布させることによって、接着剤と光ファイバとの接触部において接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を均一に低減させ易い。

以上のように本発明によれば、光ファイバの固定強度の低下を抑制しつつ当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化を抑制できる光ファイバ接続体を提供することができる。

ファイバレーザ装置の一部の構成を概略的に示す図である。 第１実施形態にかかる光ファイバ接続体を概略的に示す断面図である。 第２実施形態にかかる光ファイバ接続体を概略的に示す断面図である。

以下、本発明に係る光ファイバ接続体の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、理解の容易のため、それぞれの図に記載のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。

まず、光ファイバ接続体を含む装置の一例であるファイバレーザ装置について説明する。図１は、ファイバレーザ装置の一部の構成を概略的に示す図である。

図１に示すファイバレーザ装置１０は、励起光源２０ａ、２０ｂと、光コンバイナ４０ａ、４０ｂと、増幅用光ファイバ３０と、一方の端部が光コンバイナ４０ａを介して励起光源２０ａに接続されると共に他方の端部が増幅用光ファイバ３０の一方の端部に接続される第１共振用ファイバ１６と、一方の端部が光コンバイナ４０ｂを介して励起光源２０ｂに接続されると共に他方の端部が増幅用光ファイバ３０の他方の端部に接続される第２共振用ファイバ１８と、第１共振用ファイバ１６に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）７１と、第２共振用ファイバ１８に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ７２と、一端が光コンバイナ４０ｂに接続されているデリバリファイバ５０と、を主な構成として備える。

励起光源２０ａ、２０ｂは、複数のレーザダイオード２１とレーザダイオード２１のそれぞれに接続される励起光用ファイバ２２とを有する。励起光用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられる。この場合、レーザダイオード２１から出射される励起光は、励起光用ファイバ２２をマルチモード光として伝播する。

増幅用光ファイバ３０は、励起光源２０ａ、２０ｂから出射される励起光により励起される活性元素を含むコアとコアを被覆するクラッドとクラッドを被覆する外側クラッドと外側クラッドを被覆する被覆層とから構成される。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率はクラッドの屈折率よりもさらに低くされている。コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、上記活性元素としてのイッテルビウム（Ｙｂ）等が添加された石英が挙げられる。また、クラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、外側クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂やフッ素等が添加された石英が挙げられ、被覆層を構成する材料としては、例えば、外側クラッドが樹脂から成る場合にはその樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。

光コンバイナ４０ａは、第１共振用ファイバ１６と励起光源２０ａのそれぞれの励起光用ファイバ２２とを接続している。励起光源２０ａから出射される励起光は、光コンバイナ４０ａを介して第１共振用ファイバ１６のクラッドに入射される。また、光コンバイナ４０ｂは、第２共振用ファイバ１８と励起光源２０ｂのそれぞれの励起光用ファイバ２２とを接続している。励起光源２０ｂから出射される励起光は、光コンバイナ４０ｂを介して第２共振用ファイバ１８のクラッドに入射される。

第１共振用ファイバ１６としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられる。また、第１共振用ファイバ１６は、コアとクラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバとされる。このような第１共振用ファイバ１６は、例えば、増幅用光ファイバ３０と同様の構成でコアに活性元素が添加されない構成とされる。第１共振用ファイバ１６のコアは、増幅用光ファイバ３０のコアと結合している。また、第１共振用ファイバ１６のコアには、第１ＦＢＧ７１が設けられている。第１ＦＢＧ７１は、増幅用光ファイバ３０のコアに添加されている活性元素が励起状態とされた場合に放出する自然放出光の一部の波長と同じ波長の光を反射し、反射率が、例えば１００％とされる。

第２共振用ファイバ１８としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられる。また、第２共振用ファイバ１８は、コアとクラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバとされる。このような第２共振用ファイバ１８は、例えば、増幅用光ファイバ３０と同様の構成でコアに活性元素が添加されない構成とされる。第２共振用ファイバ１８のコアは、増幅用光ファイバ３０のコアと結合している。また、第２共振用ファイバ１８のコアには、第２ＦＢＧ７２が設けられている。第２ＦＢＧ７２は、第１ＦＢＧ７１が反射する光と同じ波長の光を第１ＦＢＧ７１よりも低い反射率で反射する。第２ＦＢＧの反射率は、例えば３０％とされる。また、第２共振用ファイバ１８の増幅用光ファイバ３０側と反対側には、光コンバイナ４０ｂを介してデリバリファイバ５０が接続されている。

デリバリファイバ５０は、コアとコアを被覆するクラッドとクラッドを被覆する被覆層とから構成される。

ファイバレーザ装置１０は、増幅用光ファイバ３０の前方側及び後方側の双方から励起光を入射する双方励起であって、第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２とで共振を行うファブリペロー型のファイバレーザ装置とされる。

このようなファイバレーザ装置１０においては、まず、励起光源２０ａ、２０ｂのそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射される。それぞれのレーザダイオード２１から出射される励起光は、例えば、波長が９１５ｎｍとされる。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出射された励起光は、励起光用ファイバ２２及び第１共振用ファイバ１６を介して増幅用光ファイバ３０の前方側から、又は、励起光用ファイバ２２及び第２共振用ファイバ１８を介して増幅用光ファイバ３０の後方側から、増幅用光ファイバ３０のクラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０のクラッドに入射した励起光は、当該クラッドを主に伝播する。そして、増幅用光ファイバ３０のコアを通過するときに当該コアに添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起状態にする。

こうして励起光により励起状態とされた活性元素から自然放出光が放出され、この自然放出光を元にして第１ＦＢＧ７１と第２ＦＢＧ７２との間で光の共振が起こる。共振する光は、第１ＦＢＧ７１及び第２ＦＢＧ７２の反射波長と同じ波長であり、この共振する光が、被増幅光として増幅用光ファイバ３０において励起された活性元素の誘導放出により増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ７２を透過して、信号光としてデリバリファイバ５０に入射される。

上記のように、ファイバレーザ装置１０は、ＦＢＧや光コンバイナ等の光部品と光ファイバとの接続部や光ファイバ同士の接続部を有する。このような接続部における光ファイバ接続体について、以下に説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態にかかる光ファイバ接続体を概略的に示す断面図である。

図２に示す光ファイバ接続体１００は、被覆層１１２を有する第１光ファイバ１１０と、被覆層１２２を有する第２光ファイバ１２０と、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０が固定される補強器１３０と、第１光ファイバ１１０を補強器１３０に固定する接着剤１１４と、第２光ファイバ１２０を補強器１３０に固定する接着剤１２４と、を主な構成要素として備える。

なお、ファイバレーザ装置１０において光ファイバ接続体１００が適用される箇所は限定されないため、図２では図１とは異なる符号を付して一般化している。例えば、第１共振用ファイバ１６と増幅用光ファイバ３０との接続部に光ファイバ接続体１００を適用する場合は、第１共振用ファイバ１６を第１光ファイバ１１０と置き換え、増幅用光ファイバ３０を第２光ファイバ１２０と置き換えて考えれば良い。

第１光ファイバ１１０は、被覆層１１２で覆われていない非被覆部１１１を端部に有する。また、第２光ファイバ１２０は、被覆層１２２で覆われていない非被覆部１２１を端部に有する。非被覆部１１１、１２１は、ガラスから成るクラッドが露出する部位である。第１光ファイバ１１０の非被覆部１１１側の端面と第２光ファイバ１２０の非被覆部１２１側の端面とは融着されている。

補強器１３０は、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０が固定されて、第１光ファイバ１１０と第２光ファイバ１２０との接続のずれ等を防止するための補強部材である。補強器１３０は、例えば、第１光ファイバ１１０と第２光ファイバ１２０とが融着された融着部１４０を含む第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０の端部を収容する溝を有する部材とすることができる。補強器１３０は、例えば、セラミックス等によって構成される。

接着剤１１４は、第１光ファイバ１１０のうち被覆層１１２で覆われている部分に塗布されており、被覆層１１２の一部と補強器１３０とを固定する。また、接着剤１２４は、第２光ファイバ１２０のうち被覆層１２２で覆われている部分に塗布されており、被覆層１２２の一部と補強器１３０とを固定する。接着剤１１４、１２４は、第１光ファイバ１１０の非被覆部１１１及び第２光ファイバ１２０の非被覆部１２１には塗布されていない。

接着剤１１４は気泡１１６を有しており、接着剤１２４は気泡１２６を有している。このような接着剤１１４、１２４は、ＲＴＶ接着剤で構成することができる。ＲＴＶ接着剤は、硬化時に空気中の水分と反応することでアウトガスを発生させる。ＲＴＶ接着剤を硬化させる際に加熱して硬化速度を速めることにより、内部からアウトガスが抜けるよりも早く硬化させ、ＲＴＶ接着剤内に気泡を残留させ易くすることができる。よって、ＲＴＶ接着剤を用いることによって、気泡を有する接着剤を容易に形成することができる。

以上のような固定構造を有する光ファイバ接続体１００によれば、以下に説明するように、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０の固定強度の低下を抑制しつつ第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０を伝搬する信号光の劣化を抑制することができる。

第１光ファイバ１１０の端面と第２光ファイバ１２０の端面とが融着された融着部１４０では、クラッド光が生じ易い。融着部１４０で生じるクラッド光は、融着された２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの方へとより伝搬する。以下、第２光ファイバ１２０を、コアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバとする。融着部１４０において生じたクラッド光が第２光ファイバ１２０の被覆層１２２に入射すると、被覆層１２２が加熱される。被覆層１２２が加熱されると、被覆層１２２を介して接着剤１２４が加熱されて膨脹し易くなる。ここで、光ファイバ接続体１００では、接着剤１２４が気泡１２６を有することによって、接着剤１２４の体積変化に起因して第２光ファイバ１２０に圧力が加えられることが抑制される。従って、第２光ファイバ１２０が外周面側から圧力を受けることによって生じる信号光の劣化を抑制することができる。また、気泡１２６によって接着剤１２４のヤング率を低下させることによって、接着剤１２４の材質そのもののヤング率を低下させる場合に比べて、第２光ファイバ１２０の固定強度の低下を抑制することができる。

また、光が主に一方向にコアを伝搬する場合であっても反対方向に戻ってくる戻り光が存在したり、意図的に双方向に光を伝搬させたりする場合がある。よって、融着される２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバ、すなわち第１光ファイバ１１０の被覆層１１２も、上記の理由から加熱される場合がある。特に、戻り光のビーム品質が戻り光とは反対側に進行する光のビーム品質よりも悪い場合、その傾向が顕著になる。光のビーム品質が悪い場合、すなわちＭ^２値が大きい場合、その光が伝搬する光ファイバに外周面側から圧力が加えられると、その光のＭ^２値が増加しやすい傾向にある。よって、第１光ファイバ１１０と第２光ファイバ１２０との融着部１４０における戻り光のビーム品質が悪い場合、融着部１４０より上流側の第１光ファイバ１１０に圧力が加えられると、その戻り光のＭ^２値が増加しやすい。また、光ファイバには伝搬可能なモードの制限があるため、Ｍ^２値が大きい光の方が漏洩しやすい傾向にある。従って、融着部１４０における戻り光のビーム品質が悪い場合、融着部１４０より上流側で漏洩光が多くなりやすいので、第１光ファイバ１１０の被覆層１１２が加熱されやすい。また、第１光ファイバ１１０の光の閉じ込め力が第２光ファイバ１２０よりも光の閉じ込め力より弱い場合や、第１光ファイバ１１０のクラッド径が第２光ファイバ１２０のクラッド径よりも細い場合にも、コアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバの被覆層が加熱される傾向が顕著になる。光の閉じ込め力が弱い場合とは、例えば、コアの屈折率とクラッドの屈折率の差が小さい場合や、クラッドの屈折率と当該クラッドを囲う外側クラッドの屈折率との差が小さい場合等が考えられる。このように、第１光ファイバ１１０の被覆層１１２も加熱される場合があることから、光ファイバ接続体１００では、第１光ファイバ１１０も気泡１１６を有する接着剤１１４によって補強器１３０に固定される。これにより、接着剤１１４の体積変化に起因して第１光ファイバ１１０に加えられる圧力を低減することができ、コアを伝搬する信号光の劣化を抑制することができる。

光ファイバに外周面側から圧力が加えられるときの信号光の劣化の度合いは、光ファイバの構造等によって異なる。例えば、クラッドが複数層形成されていたりコアとクラッドとの屈折率差が大きくされていたりすることによって光を閉じ込めやすい光ファイバは、相対的に光を閉じ込める能力が低い光ファイバに比べて、同じ強さの圧力を加えられたとしても信号光が劣化し難い。また、固定される光ファイバがポリマクラッドを有する場合、当該光ファイバを伝搬する光の一部がコアからポリマクラッドにも染み出した状態で伝搬していることから、当該光ファイバは外周面側からの圧力による影響を受けやすく、圧力を受けたときに信号光が劣化し易い。また、ファイバ径が小さくて被覆層やクラッドが薄い光ファイバも、外周面側からの圧力の影響を受けやすく、圧力を受けたときに信号光が劣化し易い。しかし、本実施形態のような固定構造を有する光ファイバ接続体１００は、このような外周面側からの圧力の影響を受けやすい光ファイバを固定する場合に好適である。

また、光ファイバ接続体１００では、接着剤１１４、１２４にＲＴＶ接着剤を用いることによって、接着剤１１４、１２４に含まれる気泡の割合を調整することが容易である。ＲＴＶ接着剤は、硬化するときの加熱温度や湿度が適切に調整されることによって、アウトガスの発生量が調整され、硬化後のＲＴＶ接着剤に所望量の気泡を含ませることができる。接着剤１１４、１２４に含まれる気泡の割合が調整されることによって、接着剤１１４、１２４の体積変化に起因して第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０に加えられる圧力を低減させる度合いが調整される。また、ＲＴＶ接着剤は、硬化時に内部から均一にアウトガスを発生させるため、気泡が表面に生じることを抑制し易く、内部に気泡を均一に分布させ易い。接着剤１１４、１２４の表面に気泡が生じることが抑制されることによって、接着剤１１４、１２４と第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０との界面に気泡が生じることが抑制されるので、接着剤１１４、１２４と第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０との接着強度の低下が抑制される。この結果、発泡によって接着剤１１４、１２４のヤング率を低下させつつ、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０の固定強度の低下を抑制することができる。また、接着剤１１４、１２４の内部に気泡を均一に分布させることによって、接着剤１１４、１２４に体積変化が生じる際に、接着剤１１４、１２４と第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０との接触部において、接着剤１１４、１２４の体積変化に起因して第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０に加えられる圧力を均一に低減させ易い。

ＲＴＶ接着剤の表面に気泡が生じることを抑制したり、ＲＴＶ接着剤の内部に気泡を均一に分布させたりする観点からは、硬化前のＲＴＶ接着剤の粘度が、気泡の移動を妨げるのに十分な程度に調整されることが好ましい。硬化前のＲＴＶ接着剤が気泡の移動を妨げるのに十分な粘度を持つかどうかは、硬化後のＲＴＶ接着剤の内部に気泡が均一に分布しているかどうかで判断することができる。硬化前のＲＴＶ接着剤の粘度が充分であれば、気泡が発生位置から移動し難いので、硬化後のＲＴＶ接着剤の内部に気泡が均一に分布し易い。

硬化前のＲＴＶ接着剤を加熱する温度が高い程、ＲＴＶ接着剤に含まれる気泡が大きくなる傾向がある。接着剤１１４、１２４に含まれる気泡の適切な割合は、接着剤１１４、１２４によって固定される第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０を伝搬する光のＭ^２の上昇の程度等から判断することができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態にかかる光ファイバ接続体を概略的に示す断面図である。

図３において、図２と同様の構成のものには同符号を付し、説明を省略する。第２実施形態にかかる光ファイバ接続体２００は、第１光ファイバ１１０の非被覆部１１１及び第２光ファイバ１２０の非被覆部１２１が接着剤１５０で覆われている点が、光ファイバ接続体１００とは異なる。

接着剤１５０は、接着剤１１４、１２４と一体で構成されていてもよい。ただし、接着剤１５０が覆う非被覆部１１１及び非被覆部１２１はガラスから成るクラッドが露出している部位であるため、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０から漏れる光を接着剤１５０が吸収することを抑制する観点から、接着剤１５０は、少なくとも第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０を伝搬する光の波長に対して透明な材料で構成される。接着剤１５０がこのように構成されることにより、漏洩光が融着部１４０付近で熱に変換されることが抑制され、融着部１４０付近において第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０に圧力が加えられることを抑制することができる。なお、接着剤１１４、１２４には、このような制約はない。

第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０は接着剤１１４、１２４によって固定されていることから、接着剤１５０には高い接着強度は求められない。そのため、接着剤１５０には、接着剤１１４、１２４よりもヤング率が低い接着剤を用いることができる。また、接着剤１５０を塗布する前に接着剤１１４、１２４を塗布して硬化させておくことによって、塗布した位置に接着剤１５０を留まらせることができる。このことから、接着剤１５０には、硬化前の粘度が低い接着剤を用いることができる。また、第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０を伝搬する信号光の劣化を抑制する観点からは、接着剤１５０から第１光ファイバ１１０及び第２光ファイバ１２０に圧力が加えられることを抑制することが重要である。このような観点から、接着剤１５０はゲル状の接着剤であることが好ましい。

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、融着される２本の光ファイバの両方が気泡を有する接着剤で補強器に固定されていた。しかし、融着される２本の光ファイバのうち少なくともコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの被覆層が、気泡を有する接着剤によって補強器に固定されていればよい。上記のように、２本の光ファイバの端面が融着された融着部で生じるクラッド光は、融着された２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの方へとより伝搬する。よって、光の進行方向下流側の光ファイバの被覆層が光の進行方向上流側の光ファイバの被覆層よりも加熱され易い。従って、融着される２本の光ファイバのうち少なくともコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの被覆層が、気泡を有する接着剤によって補強器に固定されていれば、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力を低減することができる。

また、図２及び図３には、融着される２本の光ファイバのクラッド径が等しい形態を示したが、融着される２本の光ファイバはクラッド径が異なっていても良い。融着される２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する光ファイバの被覆層が気泡を有する接着剤によって補強器に固定される場合、２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する光ファイバのクラッド径は、光の進行方向下流側に位置する光ファイバのクラッド径よりも大きいことが好ましい。光ファイバのクラッド径が小さい場合、外周面側からの圧力によってコアを伝搬する信号光が劣化されやすい傾向にある。従って、クラッド径が小さい光ファイバが気泡を有する接着剤によって補強器に固定される場合、上記のように接着剤の体積変化に起因して加えられる圧力が低減されることによる効果が、クラッド径が大きい光ファイバよりも顕著になる。

また、融着される２本の光ファイバの両方が気泡を有する接着剤で補強器に固定される場合において、２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なる場合、クラッド径が細い方の光ファイバを固定する接着剤に含まれる気泡の割合は、クラッド径が太い方の光ファイバを固定する接着剤に含まれる気泡の割合よりも高いことが好ましい。上記のように、気泡によって接着剤のヤング率を低下させることによって、接着剤の材質そのもののヤング率を低下させる場合に比べて、光ファイバの固定強度の低下を抑制することができる。ただし、同じ材質の接着剤で気泡を有する場合と有さない場合とで比較すれば、気泡を有さない場合の方が光ファイバの固定強度を高めやすい。従って、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減と、光ファイバの固定強度の確保とは、ある程度トレードオフの関係にある。また、上記のように、光ファイバのクラッド径が小さい場合、光ファイバの外周面側から受ける圧力によってコアを伝搬する信号光が劣化されやすい。従って、クラッド径が小さい光ファイバを固定する接着剤には気泡を多くすることで、接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減を光ファイバの固定強度よりも優先し、クラッド径が大きい光ファイバを固定する接着剤には気泡を少なくすることで、光ファイバの固定強度の確保よりも接着剤の体積変化に起因して光ファイバに加えられる圧力の低減を優先することによって、光ファイバの固定強度の低下を抑制しつつ当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化を抑制し易くなる。

また、これまでの説明では、コアを伝搬する光の進行方向上流側とコアを伝搬する光の進行方向下流側とのそれぞれに光ファイバが１本のみ備えられる場合の例を挙げて説明したが、上記光ファイバ接続体では、コアを伝搬する光の進行方向上流側とコアを伝搬する光の進行方向下流側との少なくとも一方に複数の光ファイバが備えられていても良い。コアを伝搬する光の進行方向上流側と下流側のどちらか一方に複数の光ファイバが備えられる場合、これら複数の光ファイバを束ねて１本の光ファイバに接続させることができる。例えば、図１に示す光コンバイナ４０ａ、４０ｂのように、複数の光ファイバを一括して接続している部分に上記光ファイバ接続体を適用する場合は、光コンバイナ４０ａ、４０ｂを太い１本の第１光ファイバ１１０又は第２光ファイバ１２０と考え、光コンバイナ４０ａ、４０ｂに接続される複数の励起光用ファイバ２２を複数の第１光ファイバ１１０又は第２光ファイバ１２０と置き換えて考えることができる。第１光ファイバ１１０又は第２光ファイバ１２０が複数備えられる場合は、これらを１つに束ねて気泡を有する接着剤で補強器に固定されることが好ましい。

また、これまでの説明では、ファイバレーザ装置に光ファイバ接続体を適用する例を挙げて説明したが、上記光ファイバ接続体は、ファイバレーザ装置に限定されず、様々な装置において光ファイバ同士の接続がなされ光ファイバが固定される部位に好適に用いることが出来る。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
直径３０μｍのコア及び当該コアを被覆するクラッドから成る直径１００μｍのガラス部と、当該ガラス部を被覆するポリマクラッドを含む厚さ５０μｍの被覆層と、を有する光ファイバを２本用意した。これら２本の光ファイバの端部の被覆層を剥がし、被覆層が剥がされた側の端部の互いの端面を融着させ、それぞれの光ファイバの被覆層上に長さ２ｍｍに渡って接着剤Ａ（脱アセトン型シリコーン系ＲＴＶ接着剤）を塗布し、被覆層と補強器とを当該接着剤によって固定した。このとき、接着剤Ａを光ファイバの被覆層上に塗布してから５分間静置し、その後１００℃で１０分間加熱し、接着剤Ａの内部に硬化に伴うアウトガスを生じさせ、接着剤Ａに気泡を含ませた。その後、室温に戻して２４時間静置し、接着剤Ａを硬化させた。このようにして硬化させた接着剤Ａの内部の気泡の分布を確認したところ、外側表面付近には気泡が確認されず、それ以外の内部にはほぼ均一に気泡が分布していた。

（比較例１〜３）
比較例１では、接着剤Ａを発泡させなかった以外は実施例１と同様にして、接着剤Ａで光ファイバを補強器に固定した。また、比較例２では接着剤Ｂを用いて光ファイバを補強器に固定し、比較例３では接着剤Ｃを用いて光ファイバを補強器に固定した。接着剤Ｂ及び接着剤Ｃはシリコーン系樹脂であり、気泡を有していなかった。

（評価結果）
実施例１及び比較例１で用いた接着剤の種類及び評価結果を下記表１に示す。評価項目は、ヤング率［ＭＰａ］、Ｍ^２上昇量、及び引き抜き試験の３項目である。表１に示すヤング率［ＭＰａ］は、光ファイバを固定する接着剤の硬化後のヤング率である。表１に示すＭ^２上昇量は、光ファイバを接着剤で固定していないときにコアを伝搬させた信号光に対する、接着剤の硬化後に光ファイバのコアに信号光を伝搬させたときのＭ^２上昇（劣化）量である。表１に示す引き抜き試験は、接着剤の硬化後に光ファイバを１００ｇｆの力で引っ張った場合に光ファイバが抜けるか否かを調べた結果である。引き抜けなかった場合を○、引き抜けた場合を×とした。

実施例１と比較例１とを比較するとわかるように、接着剤Ａに気泡を含ませることにより、ヤング率が低下して光ファイバに加えられる圧力が軽減し、Ｍ^２上昇量が大幅に抑制されている。また、実施例１と比較例２とを比較するとわかるように、光ファイバを固定する接着剤のヤング率をただ低くしただけでは、Ｍ^２上昇を十分に抑制できるとは限らない。さらに、比較例２及び比較例３からわかるように、ヤング率が低い材料からなる接着剤を用いた場合は、光ファイバの固定強度が低かった。光ファイバの固定強度が低いと、光ファイバに応力がかかった場合に光ファイバが動きやすくなる。光ファイバが動くと、当該光ファイバに接続される光部品の特性が変化し、その結果、光を入射した際の発熱が大きくなり、故障や焼損の原因となる場合がある。一方、実施例１では、光ファイバを１００ｇｆの力で引っ張っても光ファイバが接着剤から抜けたり、接着剤が損傷したりすることはなかった。このように、光ファイバを固定する接着剤に気泡を含ませてヤング率を低下させることによって、当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化抑制と当該光ファイバの固定強度の確保とが両立されることがわかった。従って、本発明の光ファイバ接続体によれば、光ファイバの固定強度の低下を抑制しつつ当該光ファイバを伝搬する信号光の劣化を抑制できると考えられる。

本発明に係る光ファイバ接続体は、光ファイバ同士または光ファイバと光部品との接続部における光ファイバの固定に好適であり、ファイバレーザ装置等のように光ファイバ同士の接続部を有する機器を用いる産業において利用することができる。

１０・・・ファイバレーザ装置
１６・・・第１共振用ファイバ
１８・・・第２共振用ファイバ
２０ａ、２０ｂ・・・励起光源
２１・・・レーザダイオード
２２・・・励起光用ファイバ
３０・・・増幅用光ファイバ
４０ａ、４０ｂ・・・光コンバイナ
５０・・・デリバリファイバ
７１・・・第１ミラー（第１ＦＢＧ）
７２・・・第２ミラー（第２ＦＢＧ）
１００、２００・・・光ファイバ接続体
１１０・・・第１光ファイバ
１２０・・・第２光ファイバ
１１１、１２１・・・非被覆部
１１２、１２２・・・被覆層
１１４、１２４・・・接着剤
１１６、１２６・・・気泡
１３０・・・補強器
１４０・・・融着部
１５０・・・接着剤

Claims (7)

1. 被覆層を有する２本の光ファイバと、補強器と、前記２本の光ファイバの前記被覆層をそれぞれ前記補強器に固定する一対の接着剤と、を備え、
   前記２本の光ファイバは、互いの一方の端部において、前記被覆層で覆われていない非被覆部を有すると共に互いの端面が融着され、
   前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤が、２５℃において１体積％以上の気泡を有し、前記非被覆部には配置されない
   ことを特徴とする光ファイバ接続体。
2. 前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、
   前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバのクラッド径は、前記光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバのクラッド径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続体。
3. 前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの前記被覆層を前記補強器に固定する前記接着剤が、２５℃において１体積％以上の気泡を有し、前記非被覆部には配置されない
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ接続体。
4. 前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバの光の閉じ込め力が、前記光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバの光の閉じ込め力よりも弱い
   ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ接続体。
5. 前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、
   前記２本の光ファイバのうちコアを伝搬する光の進行方向上流側に位置する前記光ファイバのクラッド径は、前記光の進行方向下流側に位置する前記光ファイバのクラッド径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光ファイバ接続体。
6. 前記２本の光ファイバのクラッド径が互いに異なり、
   クラッド径が細い方の前記光ファイバを固定する前記接着剤に含まれる前記気泡の割合は、クラッド径が太い方の前記光ファイバを固定する前記接着剤に含まれる前記気泡の割合よりも高い
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の光ファイバ接続体。
7. 前記接着剤がＲＴＶ接着剤である
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバ接続体。
   

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