JPWO2017099056A1 - 光ファイバ引出部構造、光モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、光モジュールからの光ファイバの引出部構造等に関するものである。光ファイバ引出部構造10は、筐体3に対して、光ファイバ15が貫通する略筒状の通用口19が接合されて構成される。通用口19は、筐体3の外周に接合されるスリーブ21と、スリーブ21の先端側に接合される蓋部23とからなる。通用口19(スリーブ21)の内部には、光ファイバ15を通用口19に固定するための固定部材25が設けられる。蓋部23には、縮径部29と拡径部31とが形成される。

Description

本発明は、光モジュールからの光ファイバの引出部構造等に関するものである。
従来から、半導体レーザから出力された光を、光ファイバに結合する光モジュールが使用されている。光モジュールは、レーザと、これに対応したレンズ等が配置され、それぞれのレーザ光が光ファイバに光結合される。
光モジュールの筐体から光ファイバが引き出される光ファイバ引出部には、可撓性のチューブが設けられる。可撓性のチューブを用いることで、光ファイバ引出部において光ファイバの急激な曲げによる断線等を防止することができる(例えば特許文献1)。
特開平5−341138号公報
しかし、従来の引出部構造は、光ファイバを保護するためのゴム製等のチューブを用いるため、部品点数が多く、構造が複雑であるため、コストが高い。また、光出力の高出力化が進むと、光ファイバのクラッドモードの光が、光ファイバ外部のチューブに漏れ出し、チューブが加熱されることで、チューブを劣化または焼損させることが懸念される。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、簡易な構造で光ファイバの破断が生じにくい光モジュールからの光ファイバの引出部構造等を提供することを目的とする。
前述した目的を達するために第1の発明は、光モジュールの光ファイバ引出部構造であって、光学部品が収納される筐体と、前記筐体の外部に配置され、前記筐体の内部から光ファイバが貫通するスリーブと、前記スリーブの内部に設けられ、前記光ファイバを前記スリーブに固定する固定部材と、前記スリーブの先端に設けられ、前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記光ファイバと前記固定部材との固定部から所定距離離れた位置に形成される、前記光ファイバを挿通する縮径部と、前記縮径部より先端側に形成され、前記縮径部の内径よりも内径が大きい拡径部とが形成される蓋部と、を具備し、前記縮径部は、前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記光ファイバの軸方向に対して所定の長さ範囲において略同一径で形成され、前記拡径部は、前記縮径部につながるように形成されることを特徴とする光ファイバ引出部構造である。
前記蓋部は、難燃性材料で構成されることが望ましい。この場合、前記難燃性材料は、金属であってもよく、難燃性樹脂であってもよい。
前記拡径部は、前記縮径部から、前記蓋部の先端に向かって内径が徐々に拡大してもよい。
前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記拡径部は、前記光ファイバの軸方向に対する角度が、段階的に大きくなるように形成されてもよい。
前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記拡径部は、先端側に行くにつれて径が広がるように曲線で形成されてもよい。
前記筐体と、前記スリーブが一体構造であってもよい。
前記スリーブと、前記蓋部が一体構造であってもよい。
前記固定部材は、ガラス製であってもよい。
前記スリーブと前記固定部材との間には、金属製の筒部材が設けられ、前記筒部材の内面が、前記光ファイバを透過する光を吸収する表面状態であってもよい。
この場合、前記スリーブの内面が、前記光ファイバを透過する光を吸収する表面状態であってもよい。
第1の発明によれば、スリーブに縮径部と拡径部が形成されるため、光ファイバがスリーブの出側で急激に曲げられることが抑制される。このため、光ファイバの断線等を抑制することができる。また、スリーブにはゴム製のチューブ等が不要であるため、光ファイバのクラッドモードの漏れ光によるチューブの劣化や焼損等のおそれがなく、構造が簡易である。
また、蓋部が難燃性材料で構成されれば、蓋部が熱によって燃焼することを抑制することができる。この際、難燃性材料としては、金属や難燃性樹脂が特に好適である。
また、拡径部の内径が、縮径部から記蓋部の先端に向かって徐々に拡大するように形成することで、より確実に、光ファイバがスリーブの出側で急激に曲げられることが抑制される。
また、スリーブの先端に蓋部が設けられ、縮径部と拡径部が蓋部に形成されることで、製造が容易であり、構造も簡易である。
また、縮径部を所定の長さ形成することで、光ファイバの固定部の近傍で光ファイバが曲げられることを確実に抑制することができる。
また、拡径部の、光ファイバの軸方向に対する角度が、段階的に大きくなるように形成されることで、光ファイバの局所的な曲げをより確実に抑制することができる。
同様に、光ファイバの軸方向断面おいて、拡径部が、先端側に行くにつれて径が広がるように曲線で形成されることで、光ファイバの局所的な曲げをより確実に抑制することができる。
また、固定部材がガラス製であれば、光ファイバのクラッドモードの漏れ光をガラス製の固定部材に導入することができる。この際、固定部材の外周に光吸収性の表面メッキ等が施された金属製の筒部材が設けられるため、筒部材で漏れ光を吸収し、生じた熱を、スリーブを介して筐体及び外部に放熱することができる。尚、筒部材は必ずしも必要ではなく、漏れ光を吸収する部材で代替することができ、例えば、スリーブ内壁に施された光吸収性の表面メッキ等でもよい。この場合、ガラス製の固定部材に導入されたクラッドモードの漏れ光が、ガラス固定部材を透過し、スリーブ部材内壁に施された光吸収性の表面メッキ等に入射されることで、漏れ光を吸収し、生じた熱をスリーブを介して筐体に放熱することができる。
また、固定部材と蓋部との間に空隙が設けられ、光ファイバの軸方向断面おいて、蓋部の固定部材との対向面が、筒部材の方向に向けて傾斜することで、固定部材から出射する漏れ光を、筒部材方向に反射させて、筒部材で効率よく熱として吸収することができる。
第2の発明は、第1の発明にかかる光ファイバ引出部構造と、前記筐体の内部に配置される、半導体レーザと、前記半導体レーザの光を、前記光ファイバに光結合するためのレンズと、を具備することを特徴とする光モジュールである。
第2の発明によれば、簡易な構造で、光ファイバの破断等を抑制することが可能な光モジュールを得ることができる。
本発明によれば、簡易な構造で光ファイバの破断が生じにくい光モジュールからの光ファイバの引出部構造等を提供することができる。
光モジュール1を示す斜視図。 図1のA部の部分断面図であって、光ファイバ引出部構造10を示す図。 光ファイバ15を曲げた状態を示す図。 蓋部23aを示す図。 蓋部23bを示す図。 光ファイバ引出部構造10の他の態様を示す断面図。 光ファイバ引出部構造10の他の態様を示す断面図。 光ファイバ引出部構造10aを示す断面図。 光ファイバ引出部構造10aの他の態様を示す断面図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、光モジュール1を示す斜視図である。なお、図1は、筐体3の上面および図中手前側の側壁の一部を透視した図である。光モジュール1は、主に、筐体3、半導体レーザ5、レンズ7、9、13、反射ミラー11、光ファイバ15等から構成される。
筐体3は、底部と、側面を具備する。側面は、筐体3の底部に対して、略垂直に起立する。筐体3の内部には、各種の光学部品が収納される。
筐体3の内部において、底部は、徐々に高さが高くなるように、階段状に形成される。それぞれの段上が、半導体レーザ設置面17となる。すなわち、光モジュール1には、複数の半導体レーザ設置面17が階段状に形成される。それぞれの半導体レーザ設置面17には、半導体レーザ5が設置される。
半導体レーザ5の前方(出射方向)には、レンズ7が配置される。また、さらにその前方には、レンズ9が配置される。レンズ7、9は、それぞれの半導体レーザ5毎に配置され、同一の半導体レーザ設置面17上に配置される。レンズ7、9は、半導体レーザ5から出射した光を、縦方向および横方向それぞれにコリメートするものである。
レンズ9の後方には、反射ミラー11が固定される。反射ミラー11は、半導体レーザ設置面17上に配置される。反射ミラー11は、前述したレンズ7、9によってコリメートされた光を略垂直に反射する。なお、それぞれの半導体レーザ5に対する、レンズ7、9、反射ミラー11は、全て同一形状のものを使用することができる。
筐体3の底部には、半導体レーザ5の出射方向とは垂直な方向に向けて、レンズ13が固定される。レンズ13は、反射ミラー11によって反射されたレーザ光を集光するものである。また、レンズ13の背面側には、筐体3を貫通するように、光ファイバ15が設けられる。レンズ13で集光されたレーザ光は光ファイバ15に光結合される。
すなわち、光モジュール1では、複数の半導体レーザ5が、それぞれの高さの半導体レーザ設置面17に併設され、それぞれ略同一方向にレーザ光を出射する。半導体レーザ5の出射方向には、同一方向に、順に、レンズ7、9、反射ミラー11が配置される。したがって、レーザ光は、レンズ7、9を介して、反射ミラー11に照射される。さらに、それぞれの反射ミラー11では、略同一方向に向けてレーザ光が反射される。それぞれの反射ミラー11で反射されたレーザ光は、レンズ13で集光されて光ファイバ15に結合される。なお、半導体レーザ5の数や配置等は、図示した例に限られない。例えば、半導体レーザ5の個数は図示した例には限られず、レイアウトによっては、反射ミラー11は、必ずしも必要ではない。
図2は、図1のA部における拡大断面図であり、光ファイバ15の軸方向に対する光モジュール1の光ファイバ引出部構造10の断面図である。光ファイバ引出部構造10は、筐体3に対して、光ファイバ15が貫通する略筒状のスリーブ21が接合されて構成される。スリーブ21は、例えば円筒形であるが他の形状でも良い。
光ファイバ引出部構造10は、筐体3の外部に配置されるスリーブ21と、スリーブ21の先端側に接合される蓋部23とからなる。スリーブ21および蓋部23は筐体3の側壁と同一または別の素材であって、例えば銅合金等からなるが、これに限定するものではないが、蓋部23は、金属や難燃性樹脂などの難燃性材料で構成されることが望ましい。スリーブ21および蓋部23の表面には、筐体3と同様に例えば金めっき、Niメッキなどが施される。
スリーブ21の内部には、光ファイバ15をスリーブ21に固定するための固定部材25が設けられる。固定部材25は、例えばジルコニア製である。固定部材25には光ファイバ15が貫通する。すなわち、筐体3の内部からスリーブ21を光ファイバ15が貫通する。
ここで、光ファイバ15は、筐体3の内部からスリーブ21の内部の所定の範囲において、外周の樹脂被覆が剥離された光ファイバ裸線15aとなる。固定部材25は、光ファイバ裸線15aを保持する。なお、光ファイバ裸線15aの先端(樹脂被覆の有無の境界)は、固定部材25の先端近傍の位置に配置され、固定部材25に挿通された光ファイバ裸線15aと固定部材25の光ファイバ挿通穴の内壁が固定され、さらに、固定部材25と光ファイバ15の樹脂被覆の剥き際部とが固定部27で接着剤等で固定される。この固定部27は例えば接着剤等で構成され、光ファイバ15を透過するレーザ光の波長に対して、光吸収係数が小さいことが望ましい。
蓋部23の内部には、縮径部29と拡径部31とが形成される。相対的に径の小さな縮径部29は、光ファイバ15が挿通可能な程度の孔径であり、蓋部23の後方(固定部材25側)に形成される。縮径部29は、蓋部23の径方向断面における略中心位置に、光ファイバ15を保持する部位である。縮径部の寸法は光ファイバ被覆径にもよるが、例えば、光ファイバ15の直径が250μmの場合には、縮径部が300μm〜500μm程度である。
縮径部29の前方には縮径部29につながるように拡径部31が形成される。拡径部31は、縮径部29から蓋部23の先端に向かって内径が徐々に拡大する部位である。なお、光ファイバ15の軸方向断面おいて光ファイバ15の軸方向と、拡径部31の内面とのなす角度は、例えば45°であるが角度はいずれでもよい。また、必ずしも、縮径部29から蓋部23の先端に向かって内径が徐々に拡大する場合には限られず、縮径部29より先端側に、縮径部29の内径よりも内径が大きい拡径部31が形成されれば、拡径部31と縮径部29との間に段差が生じてもよい。
蓋部23の縮径部29は、光ファイバの軸方向断面おいて、蓋部23の内部に、光ファイバ15の軸方向に対して所定の長さ範囲において略同一径で形成される。すなわち、縮径部29は、蓋部23の後端側から所定の長さ形成される。
図3は、蓋部23から引き出された光ファイバ15に対し、光ファイバ15の軸方向に略垂直な方向に向けた力(図中矢印D)を付与した状態を示す図である。光ファイバ15が軸方向に対して略垂直に曲げられると、光ファイバ15は、縮径部29から、拡径部31に沿って曲げられる。このため、光ファイバ15に局所的な大きな曲げが加わることが抑制される。
ここで、固定部材25の先端と蓋部23との間には空隙が形成される。このため、光ファイバ15の軸方向断面おいて、縮径部29は、光ファイバ15と固定部材25との固定部27から所定距離離れた位置に形成される。このようにすることで、光ファイバ15に曲げが生じた際に、光ファイバ15の曲げの影響が、固定部27の近傍に付与されることを抑制することができる。
なお、固定部27から縮径部29の先端部(拡径部31との境界部)まで距離(図2のB)は、例えば1〜5mm程度であればよい。また、拡径部31の長さ(図2のC)は、例えば2mm程度とすればよい。なお、本発明では、縮径部29が所定長さ形成される場合における、固定部27と縮径部29との距離とは、固定部27から縮径部29の先端までの距離とする。したがって、本実施形態では、縮径部29は、固定部27から所定距離離れた位置に形成されるものとする。
なお、固定部材25と蓋部23との間には所定長のクリアランスはなくてもよい。すなわち、固定部27から縮径部29の先端までの距離(図中B)が確保できれば、固定部材25の先端が、蓋部23の後端と接触してもよい。
なお、拡径部31の形状は、直線状のテーパ形状には限られない。例えば、図4Aに示す蓋部23aのように、光ファイバ15の軸方向断面おいて、光ファイバ15の軸方向に対する角度が、先端に行くにつれて段階的に大きくなるように拡径部31を形成してもよい。すなわち、光ファイバ15の軸方向断面おいて、拡径部31が、光ファイバ15の軸方向に対する角度を複数段階に変化させてもよい。
また、図4Bに示す蓋部23bのように、光ファイバの軸方向断面おいて、先端側に行くにつれて径が広がるように曲線で拡径部31を形成してもよい。すなわち、光ファイバ15の軸方向断面おいて、拡径部31が、ラッパ状に形成されてもよい。
また、スリーブ21と筐体3とを別体で構成して接合するのではなく、図5に示すように、筐体3とスリーブ21とを一体構造としてもよい。また、スリーブ21と蓋部23とを別体で構成して接合するのではなく、図6に示すように、蓋部23とスリーブ21とを一体構造としてもよい。すなわち、スリーブ21が筐体3の外部に配置され、スリーブ21の先端側に蓋部23が配置されればよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、蓋部23に縮径部29と拡径部31とが形成される。このため、光ファイバ15を軸方向に略垂直な方向に曲げた際に、光ファイバ15が、縮径部29から拡径部31に沿って曲げられるため、光ファイバ15の局所的な大きな曲りを抑制することができる。このため、光ファイバ15の破断等を抑制することができる。
また、従来のように、ゴム製のチューブ等を用いる必要がないため、光ファイバのクラッドモードの漏れ光による発熱で、チューブが劣化したり焼損したりすることがなく、構造も簡易である。
また、縮径部29が、固定部27から所定距離離れているため、固定部27へ、光ファイバ15の曲げの影響が付与されることを抑制することができる。
また、縮径部29を所定の長さ以上形成することで、確実に固定部27と縮径部29(の先端)との距離を確保することができる。
次に、第2の実施形態について説明する。図7は、光ファイバ引出部構造10aを示す図である。なお、以下の説明において、光ファイバ引出部構造10と同様の機能を奏する構成については、図1〜図4A、図4Bと同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
光ファイバ引出部構造10aは、光ファイバ引出部構造10と略同様の構成であるが、筒部材33が用いられる点で異なる。なお、以下の説明では、拡径部31の形態が、直線である例を示すが、図4A、図4Bに示すように、段階的または曲線であってもよい。
筒部材33は金属製である。筒部材33は、スリーブ21と固定部材25との間に設けられる。筒部材33の内面は、光ファイバ15を透過する光を吸収する表面状態である。ここで、光を吸収する表面状態であるとは、レーザ光の波長において、光吸収性を有し、たとえばこの波長において、吸収率が30%以上、好ましくは70%以上であるものを指す。このような光を吸収する表面状態とするためには、例えば、表面の黒化処理やメッキなどの方法がある。
本実施形態では、固定部材25は例えばガラス部材のような伝播されるレーザ光の波長帯において光透過性をもつ部材である。光ファイバ15と固定部材25の間はレーザ光の波長帯において光吸収係数が小さく、かつ、屈折率が固定部材25とほぼ同等である接着剤等を用いて固定される。したがって、光ファイバ15(光ファイバ裸線15a)からのクラッドモードの漏れ光を、固定部材25の内部に導入させることができる。さらに固定部材25の外周には、筒部材33が伝播されるレーザ光の波長帯において光吸収係数が小さく、かつ、屈折率が固定部材25とほぼ同等である接着剤等を用いて固定される。このため、固定部材25を伝播した光が筒部材33の内面へ入射し、その光の一部が筒部材33の内面で吸収され、熱へと変換される。
漏れ光の吸収によって生じる筒部材33の熱は、筒部材33と接触するスリーブ21および蓋部23に伝導し、スリーブ21および蓋部23の外面から外部に放熱され、或いは、熱伝導により筐体側へ放熱される。なお、筒部材33で効率よく光を熱として吸収するためには、伝播されるレーザ光の波長帯において、光吸収性をもつ表面処理を施せばよく、例えば、筒部材33の表面に黒NiメッキやCu系の黒化処理メッキ等を施せばよい。
このように、光ファイバ裸線15aのクラッドモードの漏れ光を固定部材25を介して外部に熱として放出することで、光ファイバ15の被覆部に漏れ光が導光して光ファイバ15の被覆に漏洩し、その漏洩部分が発熱して高温になることを抑制することができる。
なお、上述の筒部材33は必ずしも必要ではなく、スリーブ21の内面に光吸収性の表面メッキ等を施し、光を吸収する表面状態とできる場合には、固定部材25とスリーブ21とを、伝播されるレーザ光の波長帯において光吸収係数が小さく、かつ、屈折率が固定部材25とほぼ同等である接着剤等を用いて直接固定してもよい。
ここで、筒部材33に導入した光の一部は、筒部材33の先端側から蓋部23側に出射する。固定部材25と、蓋部23との間には空隙が設けられる。また、蓋部23の背面はテーパ状であり、光ファイバの軸方向断面おいて、蓋部23の固定部材25との対向面が、筒部材33の方向(外周側)に向けて傾斜する。
ここで、前述した様に、蓋部23の表面には金めっき等を施してもよい。この場合、筒部材33から出射した光は、蓋部23の背面で効率よく反射する。この際、蓋部23で反射した光は、固定部材25を介して、或いは、そのまま筒部材33に向かう。このため、蓋部23で反射した光についても、筒部材33で効率よく吸収することができる。したがって、漏れ光の光ファイバ15への戻り等を抑制することができる。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、固定部材25にクラッドモードの漏れ光を伝播させて、筒部材33で生じる熱を効率よく放出することができる。したがって、漏れ光による光ファイバ15の発熱や、漏れ光が光ファイバ15に再度結合されることを抑制することができる。
なお、本実施形態においても、スリーブ21と筐体3とを別体で構成して接合するのではなく、図8に示すように、筐体3とスリーブ21とを一体構造としてもよい。
以上、添付図を参照しながら、典型的なサイズを基に、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、縮径部29は、蓋部23の後端から形成してもよく、縮径部29の後方に拡径部(面取部)を形成してもよい。すなわち、縮径部29は、蓋部23のいずれの位置に形成してもよい。
1………光モジュール
3………筐体
5………半導体レーザ
7………レンズ
9………レンズ
10、10a、10b、10c………光ファイバ引出部構造
11………反射ミラー
13………レンズ
15………光ファイバ
15a………光ファイバ裸線
17………半導体レーザ設置面
21………スリーブ
23、23a、23b、23c………蓋部
25………固定部材
27………固定部
29………縮径部
31………拡径部
33………筒部材

Claims (13)

  1. 光モジュールの光ファイバ引出部構造であって、
    光学部品が収納される筐体と、
    前記筐体の外部に配置され、前記筐体の内部から光ファイバが貫通するスリーブと、
    前記スリーブの内部に設けられ、前記光ファイバを前記スリーブに固定する固定部材と、
    前記スリーブの先端に設けられ、前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記光ファイバと前記固定部材との固定部から所定距離離れた位置に形成される、前記光ファイバを挿通する縮径部と、前記縮径部より先端側に形成され、前記縮径部の内径よりも内径が大きい拡径部とが形成される蓋部と、
    を具備し、
    前記縮径部は、前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記光ファイバの軸方向に対して所定の長さ範囲において略同一径で形成され、
    前記拡径部は、前記縮径部につながるように形成されることを特徴とする光ファイバ引出部構造。
  2. 前記蓋部は、難燃性材料で構成されることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ引出部構造。
  3. 前記難燃性材料は、金属であることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ引出部構造。
  4. 前記難燃性材料は、難燃性樹脂であることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ引出部構造。
  5. 前記拡径部は、前記縮径部から、前記蓋部の先端に向かって内径が徐々に拡大することを特徴とする請求項1記載の光ファイバ引出部構造。
  6. 前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記拡径部は、前記光ファイバの軸方向に対する角度が、段階的に大きくなるように形成されることを特徴とする請求項5記載の光ファイバ引出部構造。
  7. 前記光ファイバの軸方向断面おいて、前記拡径部は、先端側に行くにつれて径が広がるように曲線で形成されることを特徴とする請求項5記載の光ファイバ引出部構造。
  8. 前記筐体と、前記スリーブが一体構造であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ引出部構造。
  9. 前記スリーブと、前記蓋部が一体構造であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ引出部構造。
  10. 前記固定部材は、ガラス製であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ引出部構造。
  11. 前記スリーブと前記固定部材との間には、金属製の筒部材が設けられ、前記筒部材の内面が、前記光ファイバを透過する光を吸収する表面状態であることを特徴とする請求項10記載の光ファイバ引出部構造。
  12. 前記スリーブの内面が、前記光ファイバを透過する光を吸収する表面状態であることを特徴とする請求項10に記載の光ファイバ引出部構造。
  13. 請求項1から請求項12のいずれかに記載の光ファイバ引出部構造と、
    前記筐体の内部に配置される、半導体レーザと、
    前記半導体レーザの光を、前記光ファイバに光結合するためのレンズと、
    を具備することを特徴とする光モジュール。
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