JP7168606B2 - クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法に関する。
レーザ加工機等で用いられる光ファイバでは、入射側において、レーザ光源からのレーザ光の一部がコアに入射されずにクラッドに入射する。また、出射側においては、レーザ光照射対象であるワークからの反射光がクラッドに入射する。そして、このようなクラッドに入射したクラッドモード光により、光ファイバのジャケットが焼損する虞がある。そこで、光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って溝を設け、クラッドモード光を外部に放射して除去するためのクラッドモードストリッパ構造を構成することが行われている(例えば特許文献1及び2)。
特開2017-223897号公報 特開2017-187523号公報
ところで、クラッドモードストリッパ構造を構成する溝を形成する場合、通常、裸光ファイバの端部の外周面にレーザ光を照射する。このとき、裸光ファイバを形成する石英が昇華して石英微粒子のフュームを生成し、それが裸光ファイバの外周面に再付着して凹凸を形成する。そして、この裸光ファイバの外周面の凹凸において、クラッドモード光が散乱して発熱するという問題がある。
本発明の課題は、裸光ファイバの外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱が抑制されるクラッドモードストリッパ構造を提供することである。
本発明は、光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に前記裸光ファイバの光軸方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、前記凹部の深さが前記光軸方向に沿って一定である構造本体部分と、前記構造本体部分の先端側に設けられるとともに、前記凹部の深さが前記構造本体部分の前記凹部の深さ以下であり且つ前記クラッドモードストリッパ構造の構造末端に向かうに従って浅くなっている先端側部分とを含み、前記クラッドモードストリッパ構造の長さが20mm以上であり、前記構造本体部分の長さが前記クラッドモードストリッパ構造の長さの85%以上であり、前記先端側部分の長さが0.5mm以上2mm以下である。
本発明は、光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に前記裸光ファイバの光軸方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、前記凹部の深さが前記光軸方向に沿って一定である構造本体部分と、前記構造本体部分の基端側に設けられるとともに、前記凹部の深さが前記構造本体部分の前記凹部の深さ以下であり且つ前記クラッドモードストリッパ構造の構造末端に向かうに従って浅くなっている基端側部分とを含み、前記クラッドモードストリッパ構造の長さが20mm以上であり、前記構造本体部分の長さが前記クラッドモードストリッパ構造の長さの85%以上であり、前記基端側部分の長さが0.5mm以上2mm以下である。
本発明は、本発明のクラッドモードストリッパ構造の製造方法であって、前記光ファイバの端部の前記ジャケットから突出して露出した前記裸光ファイバの外周面にレーザ光を照射して前記凹部を形成するものである。
本発明によれば、先端側部分、及び/又は、基端側部分において、凹部の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、凹部の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバの外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバの外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。
実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバの斜視図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第1の態様の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第2の態様の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の製造方法を示す斜視図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造を有する光ファイバに光コネクタを取り付けた光コネクタ構造の縦断面図である。 レーザ加工機によるワークの加工方法を示す図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第1変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第1変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第2変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第2変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第3変形例を有する光ファイバの断面図である。 実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造の第3変形例の長さ方向に沿った溝の深さを示すグラフである。
以下、実施形態について詳細に説明する。
図1A及びBは、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mを有する光ファイバ10を示す。この光ファイバ10は、例えば切断や溶接を行うレーザ加工機等に装着される光ファイバケーブルのレーザ光伝送部材として用いられるものである。
光ファイバ10は、裸光ファイバ11と、それを被覆するジャケット12とを備える。光ファイバ10の外径は、例えば1mm以上2mm以下である。
裸光ファイバ11は、ファイバ中心のコア111と、それを被覆する第1クラッド112と、それを更に被覆する第2クラッド113とを有する。なお、裸光ファイバ11は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバであってもよい。また、裸光ファイバ11は、単一層のクラッドを有するものであってもよい。
コア111は、例えばノンドープの純粋石英で形成されている。第1クラッド112は、コア111よりも低屈折率であって、例えば屈折率を低下させるドーパント(F、B等)がドープされた石英で形成されている。第2クラッド113は、第1クラッド112よりも高屈折率であることが好ましく、コア111と同様、例えばノンドープの純粋石英で形成されている。
コア111の直径は、例えば50μm以上600μm以下である。第1クラッド112の直径は、例えば70μm以上650μm以下である。第2クラッド113の直径、すなわち、裸光ファイバ11の外径は、例えば500μm以上1000μm以下である。
ジャケット12は、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等で形成された単一層で構成されていてもよく、また、例えばシリコーン樹脂の内側バッファ層と、それを被覆するナイロン樹脂或いはフッ素樹脂の外側被覆層との2層で構成されていてもよい。ジャケット12の厚さは、例えば300μm以上500μm以下である。
光ファイバ10は、一方及び他方のそれぞれの端部において、ジャケット12が剥がされ、ジャケット12から裸光ファイバ11が突出して露出している。そして、この光ファイバ10の端部のジャケット12から突出して露出した裸光ファイバ11の外周面に長さ方向(光軸方向)に沿って溝13(凹部)が設けられ、その溝13によってクラッドモード光を外部に放射して除去するための実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mが構成されている。クラッドモードストリッパ構造Mの長さは、例えば20mm以上50mm以下である。
実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mを構成する溝13は、裸光ファイバ11の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に連続して延びるように設けられている。溝13の断面形状は、コの字型の他、U字型、V字型、台形型等であってもよい。
実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mは、構造本体部分Mと、その先端側の先端側部分Mと、基端側の基端側部分Mとを含む。これらの構造本体部分M、先端側部分M、及び基端側部分Mは、溝13の深さの長さ方向に沿った分布が異なっている。ここで、本願における「溝13の深さ」は、裸光ファイバ11の外周面から溝13の最深部までの距離である。
構造本体部分Mは、先端側部分Mと基端側部分Mとの間に設けられた実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mの主要部分である。構造本体部分Mの長さは、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mの長さの好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上である。
構造本体部分Mでは、溝13の深さが長さ方向に沿って一定であることが好ましい。構造本体部分Mにおける溝13の深さは、クラッドモード光の除去の観点から、好ましくは25μm以上、より好ましくは40μm以上であり、例えば70μm以下である。なお、構造本体部分Mでは、溝13の底が第1クラッド112まで達していてもよい。
構造本体部分Mにおける溝13の開口幅は、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましい。構造本体部分Mにおける溝13の開口幅は、例えば20μm以上300μm以下である。構造本体部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましい。構造本体部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、例えば0.05mm以上5mm以下である。
先端側部分Mでは、溝13が、先端側の構造末端(溝末端)を始点として基端側に延び、構造本体部分Mにおける溝13の先端側の端に連続している。そして、先端側部分Mでは、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている、したがって、溝13の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている。実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mによれば、その先端側部分Mにおいて、溝13の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、溝13の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバ11の外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバ11の外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。
先端側部分Mにおける溝13の深さは、図2Aに示すように長さ方向に沿って連続的に変化していてもよく、図2Bに示すように長さ方向に沿って段階的に変化していてもよい。先端側部分Mにおける溝13の構造末端での深さの最小値は、例えば5μm以上であり、溝13の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下である。
先端側部分Mにおける溝13の開口幅は、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Mにおける溝13の開口幅と同一であることが好ましい。先端側部分Mにおける溝13の開口幅は、例えば20μm以上300μm以下である。先端側部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分Mにおける溝13の螺旋ピッチと同一であることが好ましい。先端側部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、例えば0.05mm以上5mm以下である。
先端側部分Mの長さは、溝13の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは0.8mm以上であり、クラッドモード光の除去という本来の目的の観点から、好ましくは2mm以下、より好ましくは1.5mm以下である。
基端側部分Mでは、溝13が、構造本体部分Mにおける溝13の基端側の端に連続し、基端側の終点の構造末端(溝末端)まで延びている。そして、基端側部分Mでは、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている、したがって、溝13の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっている。実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mによれば、その基端側部分Mにおいて、溝13の深さが構造末端に向かうに従って浅くなっているので、溝13の形成加工時におけるフュームの生成が少なく、そのため、それが裸光ファイバ11の外周面に再付着することによる凹凸の形成が抑えられ、その結果、裸光ファイバ11の外周面でのクラッドモード光の散乱による発熱を抑制することができる。
基端側部分Mにおける溝13の深さは、図2Aに示すように長さ方向に沿って連続的に変化していてもよく、図2Bに示すように長さ方向に沿って段階的に変化していてもよい。基端側部分Mにおける溝13の構造末端での深さの最小値は、例えば5μm以上であり、溝13の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下である。基端側部分Mにおける構造末端での溝13の深さの最小値は、先端側部分Mの構造末端での溝13の深さの最小値と同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。
基端側部分Mにおける溝13の開口幅は、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分M及び先端側部分Mにおける溝13の開口幅と同一であることが好ましい。基端側部分Mにおける溝13の開口幅は、例えば20μm以上300μm以下である。基端側部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、溝13の加工容易性の観点から、長さ方向に沿って均一であることが好ましく、また、構造本体部分M及び先端側部分Mにおける溝13の螺旋ピッチと同一であることが好ましい。基端側部分Mにおける溝13の螺旋ピッチは、例えば0.05mm以上5mm以下である。
基端側部分Mの長さは、溝13の形成加工時におけるフュームの生成を少なくする観点から、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは0.8mm以上であり、クラッドモード光の除去という本来の目的の観点から、好ましくは2mm以下、より好ましくは1.5mm以下である。基端側部分Mの長さは、先端側部分Mの長さと同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。
以上の構成の実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mは、図3に示すように、光ファイバ10の端部のジャケット12から突出して露出した裸光ファイバ11を軸回転させるとともに長さ方向に移動させながら、その外周面に例えばCOレーザからのレーザ光Lを照射して溝13を形成することにより製造することができる。このとき、溝13の深さは、レーザ光Lの強度や照射時間等により制御することができる。フュームの生成を少なくする観点からは、裸光ファイバ11の外周面に、先端側から基端側に順にレーザ光Lを照射することが好ましい。
図4は、光ファイバ10に光コネクタ20を取り付けた光コネクタ構造Cを示す。この光コネクタ構造Cは、例えばレーザ加工機等に装着される光ファイバケーブルの入射側及び出謝側のそれぞれの端部に構成されるものである。
光コネクタ20は、筒状部材のコネクタ本体21を有する。コネクタ本体21の内部には、その中間部に、長さ方向に延びるように形成された内径が大きい裸ファイバ収容部21aが設けられているとともに、その後方側に連続して、長さ方向に延びるように形成された被覆ファイバ嵌入部21bが設けられている。被覆ファイバ嵌入部21bは、裸ファイバ収容部21aよりも内径が小さい。また、裸ファイバ収容部21aの先端側に連続して、長さ方向に延びるように形成されたブロック収容部21cが設けられている。ブロック収容部21cは、裸ファイバ収容部21a及び被覆ファイバ嵌入部21bの中間の内径である。裸ファイバ収容部21aの先端部には、環状の封止部材22が内嵌めされている。封止部材22の開口には、円筒状のファイバ保持部材23が内嵌めされている。ブロック収容部21cには、石英ブロック24が収容されている。
この光コネクタ構造Cでは、光ファイバ10の先端から所定長の部分が光コネクタ20の後方から挿通されている。そして、光ファイバ10は、その端部におけるジャケット12から突出して露出した裸光ファイバ11の先端部がファイバ保持部材23に内嵌めされて保持されているとともに、裸光ファイバ11の外周面に実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mが設けられた部分が裸ファイバ収容部21aを長さ方向に延び、且つジャケット12で被覆された部分が被覆ファイバ嵌入部21bに内嵌めされて保持されている。ジャケット12で被覆された部分におけるジャケット12の端面は、裸ファイバ収容部21aに露出するように位置付けられている。ファイバ保持部材23に保持された裸光ファイバ11の先端は、ブロック収容部21cに収容された石英ブロック24に融着接続されている。
図5は、レーザ加工機30によるレーザ光照射対象であるワークWの加工方法を示す。
レーザ加工機30は、レーザ光源31と、そこからワークWに延びるように装着された光ファイバケーブル32とを有する。光ファイバケーブル32は、レーザ光伝送用の光ファイバ10を含むとともに、入射側及び出謝側のそれぞれの端部に光コネクタ構造Cが構成されている。
レーザ加工機30によるワークWの加工において、入射側の光コネクタ構造Cでは、レーザ光源31からのレーザ光Lが石英ブロック24を介して入射すると、レーザ光Lは、主には裸光ファイバ11のコア111に入射して伝搬するが、一部がミスアライメント等のためにコア111に入射されない漏れ光となって第1及び第2クラッド112,113に入射し、それがクラッドモード光として伝搬する。また、出射側の光コネクタ構造Cでは、裸光ファイバ11のコア111を伝搬したレーザ光Lが石英ブロック24を介して出射し、そのレーザ光Lは、主にはワークWの加工に供されるが、一部がワークWからの反射光となって第1及び第2クラッド112,113に入射し、それがクラッドモード光として伝搬する。
これらのクラッドモード光は、それぞれの光コネクタ構造Cにおける光コネクタ20内に配置された実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mに、先端側から順方向に入力されて外部に放射されることにより除去される。このとき、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mでは、先端側部分Mにおいて、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっているので、放射されて除去されるクラッドモード光の強度が全体として分散される。また、相対的に溝13の深さが深い構造本体部分Mにおいては、クラッドモード光が効率的に放射されて除去される。これらのことから、実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mによれば、クラッドモード光のホットスポットの発生を抑制することができるとともに、短い長さでもクラッドモード光を十分に除去することができる。
実施形態に係るクラッドモードストリッパ構造Mにおいて外部に放射されて除去されたクラッドモード光は、裸ファイバ収容部21aの内壁を介してコネクタ本体21に吸収されて熱に変換され、空冷又は水冷により取り除かれる。
なお、上記実施形態では、クラッドモードストリッパ構造Mが、構造本体部分Mと先端側部分Mと基端側部分Mとを含む構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図6A及びBに示すように、クラッドモードストリッパ構造Mが、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている基端側部分Mを含まず、構造本体部分Mと先端側部分Mとのみを含む構成であってもよい。
また、図7A及びBに示すように、クラッドモードストリッパ構造Mが、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている先端側部分Mを含まず、構造本体部分Mと基端側部分Mとのみを含む構成であってもよい。
さらに、図8A及びBに示すように、クラッドモードストリッパ構造Mが、溝13の深さが一定の構造本体部分Mを含まず、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って深くなっている先端側部分Mと、溝13の深さが先端側から基端側に行くに従って浅くなっている基端側部分Mとのみを含む構成であってもよい。
上記実施形態では、クラッドモードストリッパ構造Mを構成する溝13が裸光ファイバ11の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、溝が裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って設けられていれば、例えば溝が長さ方向に平行に又は傾斜して延びるように設けられたものであってもよい。また、溝は、真っ直ぐに延びるように設けられていてもよく、曲線を描くように設けられていてもよい。
上記実施形態では、溝13が長さ方向に沿って連続して延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、溝が長さ方向に沿って断続的に設けられたものであってもよい。
上記実施形態では、単一の溝13が設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、複数の溝が設けられたものであってもよい。
上記実施形態では、溝13が裸光ファイバ11の外周面に長さ方向に沿って螺旋状に延びるように設けられたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、各々、周方向に延びる複数の溝が、裸光ファイバの外周面に長さ方向に間隔をおいて設けられたものであってもよい。
上記実施形態では、凹部としての溝13が設けられてクラッドモードストリッパ構造Mが構成されたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、裸光ファイバの外周面に長さ方向に沿って凹部としての例えばドット状の多数の有底凹孔が設けられてクラッドモードストリッパ構造が構成されたものであってもよい。
本発明は、クラッドモードストリッパ構造及びその製造方法の技術分野について有用である。
C 光コネクタ構造
L レーザ光
M クラッドモードストリッパ構造
構造本体部分
先端側部分
基端側部分
W ワーク
10 光ファイバ
11 裸光ファイバ
111 コア
112 第1クラッド
113 第2クラッド
12 ジャケット
13 溝(凹部)
20 光コネクタ
21 コネクタ本体
21a 裸ファイバ収容部
21b 被覆ファイバ嵌入部
21c ブロック収容部
22 封止部材
23 ファイバ保持部材
24 石英ブロック
30 レーザ加工機
31 レーザ光源
32 光ファイバケーブル

Claims (6)

  1. 光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に前記裸光ファイバの光軸方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、
    前記凹部の深さが前記光軸方向に沿って一定である構造本体部分と、
    前記構造本体部分の先端側に設けられるとともに、前記凹部の深さが前記構造本体部分の前記凹部の深さ以下であり且つ前記クラッドモードストリッパ構造の構造末端に向かうに従って浅くなっている先端側部分と、
    を含み、
    前記クラッドモードストリッパ構造の長さが20mm以上であり、
    前記構造本体部分の長さが前記クラッドモードストリッパ構造の長さの85%以上であり、
    前記先端側部分の長さが0.5mm以上2mm以下であるクラッドモードストリッパ構造。
  2. 光ファイバの端部のジャケットから突出して露出した裸光ファイバの外周面に前記裸光ファイバの光軸方向に沿って凹部が設けられて構成されたクラッドモードストリッパ構造であって、
    前記凹部の深さが前記光軸方向に沿って一定である構造本体部分と、
    前記構造本体部分の基端側に設けられるとともに、前記凹部の深さが前記構造本体部分の前記凹部の深さ以下であり且つ前記クラッドモードストリッパ構造の構造末端に向かうに従って浅くなっている基端側部分と、
    を含み、
    前記クラッドモードストリッパ構造の長さが20mm以上であり、
    前記構造本体部分の長さが前記クラッドモードストリッパ構造の長さの85%以上であり、
    前記基端側部分の長さが0.5mm以上2mm以下であるクラッドモードストリッパ構造。
  3. 請求項1又は2に記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
    前記凹部が溝であるクラッドモードストリッパ構造。
  4. 請求項3に記載されたクラッドモードストリッパ構造において、
    前記溝が前記裸光ファイバの外周面に前記光軸方向に沿って螺旋状に延びるように設けられているクラッドモードストリッパ構造。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載されたクラッドモードストリッパ構造の製造方法であって、前記光ファイバの端部の前記ジャケットから突出して露出した前記裸光ファイバの外周面にレーザ光を照射して前記凹部を形成するクラッドモードストリッパ構造の製造方法。
  6. 請求項5に記載されたクラッドモードストリッパ構造の製造方法において、
    前記裸光ファイバの外周面に、先端側から基端側に順にレーザ光を照射するクラッドモードストリッパ構造の製造方法。
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