光ファイバの終端構造および光ファイバ機器
【課題】より高強度の放出光を処理することができる光ファイバの終端構造およびこれを用いた光ファイバ機器を提供する。
【解決手段】光ファイバの終端構造２００は、光ファイバ１１及び２１を伝搬した光を放出する光出力部２２と、光を吸収する内側面２３ａａと底面２３ｂａとによって筒状の内部空間２３ｃが形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部２３と、を備える。好ましくは、前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜している。
【解決手段】光ファイバの終端構造２００は、光ファイバ１１及び２１を伝搬した光を放出する光出力部２２と、光を吸収する内側面２３ａａと底面２３ｂａとによって筒状の内部空間２３ｃが形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部２３と、を備える。好ましくは、前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの終端構造および光ファイバ機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバレーザや光ファイバ増幅器などの光ファイバ機器において、他の光ファイバに接続されておらず解放された光ファイバの端部から高強度の光が放出される場合がある。従来、この放出光を安全に処理する技術が開示されている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の光ファイバレーザ等では、光ファイバ端部からの放出光はきわめて高強度となる場合がある。したがって、より高強度の放出光を処理することが強く要求されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高強度の放出光を処理することができる光ファイバの終端構造およびこれを用いた光ファイバ機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光ファイバを伝搬した光を放出する光出力部と、光を吸収する内側面と底面とによって筒状の内部空間が形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光のうち最大広がり角で伝搬する光が４回以上反射するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面または前記底面は、凹凸状の加工が施されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面に突起部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、互いに連結された複数の環状部材によって構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光出力部は、前記光ファイバのコア径よりも大きいコア径を有する大コア径光ファイバを介して前記光を放出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光ファイバはシングルモード光ファイバであり、前記大コア径光ファイバはマルチモード光ファイバであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光が放出される前記大コア径光ファイバの端面は、前記光の光軸と垂直であり、かつ平坦であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面または前記底面は、黒アルマイト処理されたアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光が９９．８％以上吸収されるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ機器は、上記発明のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内側面と底面とに放出光を照射して放出光を反射させながら吸収するので、より高強度の放出光を処理することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る終端構造を適用した光ファイバ機器の構成図である。
【図２】図２は、図１に示す終端構造の模式的な一部断面図である。
【図３】図３は、図２に示す終端構造の内部空間を広がりながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図２に示す終端構造の内部空間を直進しながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。
【図５】図５は、図２に示すマルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバとの融着接続点の模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る終端構造の模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係る終端構造の模式的な一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの終端構造および光ファイバ機器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る終端構造２００を適用した光ファイバ機器１００の構成図である。図１に示すように、光ファイバレーザである光ファイバ機器１００は、光検出器１と、光カプラ２と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３と、光バンドパスフィルタ４と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラ５と、光合波器６ａと、複数の半導体励起レーザ７ａと、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）８ａと、増幅用光ファイバ９ａと、ＦＢＧ８ｂと、光合波器６ｂと、複数の半導体励起レーザ７ｂと、増幅用光ファイバ９ｂと、出力側光ファイバ１０とを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。また、図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続点を示している。終端構造２００は、光ファイバ機器１００の光カプラ２に接続したシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続している。
【００２２】
はじめに、光ファイバ機器１００の構成を説明する。光カプラ２は、ＷＤＭ光カプラ５側から伝搬してきた光の一部（たとえば０．１％〜１％）を分岐して光検出器１に導入する。光検出器１はたとえばフォトダイオードである。ＬＥＤ３は、例えば赤色である可視光を出力する。光バンドパスフィルタ４は、ＬＥＤ３からの可視光の波長を透過帯域に含み、後述するレーザ光Ｌ１の波長を阻止帯域に含む透過特性を有する。ＷＤＭ光カプラ５は、ＬＥＤ１３からの可視光を光合波器６ａに出力するとともに、光合波器６ａ側から伝搬してきたレーザ光Ｌ１の波長の光を光カプラ２側に透過する機能を有する。
【００２３】
光合波器６ａは、たとえばＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）で構成されている。光合波器６ａは、複数の半導体励起レーザ７ａから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ａへ出力する。
【００２４】
増幅用光ファイバ９ａは、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ９ａのコア部は開口数ＮＡ（Numerical Aperture）がたとえば０．０８であり、波長１０８４ｎｍの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ９ａの長さはたとえば２５ｍである。増幅用光ファイバ９ａのコア部の吸収係数は、たとえば波長１０８４ｎｍにおいて２００ｄＢ／ｍである。また、コア部に入力された励起光から発振するレーザ光へのパワー変換効率はたとえば７０％である。
【００２５】
ＦＢＧ８ａは、中心波長が例えば１０８４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ＦＢＧ８ｂは、中心波長がＦＢＧ８ａと略同じである例えば１０８４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０％〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。
【００２６】
したがって、ＦＢＧ８ａ、８ｂは、波長１０８４ｎｍの光に対して、増幅用光ファイバ９ａを挟んで光ファイバ共振器を構成する。
【００２７】
光合波器６ｂも、たとえばＴＦＢで構成されており、複数の半導体励起レーザ７ｂから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ｂへ出力する。
【００２８】
増幅用光ファイバ９ｂも、増幅用光ファイバ９ａと同様の構成および長さを有するダブルクラッド型の光ファイバである。
【００２９】
つぎに、光ファイバ機器１００の動作について説明する。まず、半導体励起レーザ７ａは励起光を出力する。光合波器６ａは、半導体励起レーザ７ａから出力された励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ａへ出力する。
【００３０】
増幅用光ファイバ９ａでは、励起光によってコア部のＹｂイオンが励起され、波長１０８４ｎｍを含む帯域の光を発光する。波長１０８４ｎｍの発光は、増幅用光ファイバ９ａの光増幅作用とＦＢＧ８ａ、８ｂによって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。
【００３１】
つぎに、増幅用光ファイバ９ｂは、光合波器６ｂによって、発振したレーザ光と半導体励起レーザ７ｂからの励起光とが入力されて、レーザ光を増幅する。増幅されたレーザ光はレーザ光Ｌ１として光ファイバ機器１００の出力側光ファイバ１０から出力する。レーザ光Ｌ１のパワーはたとえば５００Ｗ以上である。
【００３２】
このように、光ファイバ機器１００はＭＯＰＡ（Master Oscillator Power-Amplifier）構造を有する光ファイバレーザである。
【００３３】
また、光ファイバ機器１００において、シングルモード光ファイバ１１から出力側光ファイバ１０までの直列的に接続した光ファイバは、波長１０８４ｎｍのレーザ光をシングルモードで伝搬するように構成されている。
【００３４】
出力側光ファイバ１０は不図示のデリバリ光ファイバに接続している。レーザ光Ｌ１はデリバリ光ファイバによって使用すべき場所まで伝搬される。
【００３５】
なお、ＬＥＤ３は、レーザ光Ｌ１を出力する前に、デリバリ光ファイバの先端に設けられた光コネクタから可視光を出力して加工対象にマーカとして照射する。これによって、レーザ加工等を行う際のレーザ光Ｌ１の照射位置が決定される。また、ＬＥＤ３は、光バンドパスフィルタ４によって、余分な戻り光が入力されて破損することから保護されている。
【００３６】
ここで、光ファイバ機器１００の内部、デリバリ光ファイバ、または光コネクタ等においてレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は光ファイバ機器１００内をレーザ光Ｌ１とは反対の方向に伝搬する。この反射光Ｌ２の一部のパワーは光カプラ２によって分岐されて光検出器１に導入される。これによって、反射光Ｌ２のパワーがモニタされる。
【００３７】
上述したように、光カプラ２は、反射光Ｌ２の一部（たとえば０．１％〜１％）を分岐するので、残りの反射光Ｌ２はシングルモード光ファイバ１１を伝搬する。反射光Ｌ２は例えば１Ｗ以上ときわめて高い強度を有する。
【００３８】
この光ファイバ機器１００では、シングルモード光ファイバ１１の一端部に終端構造２００が接続されている。これによって、シングルモード光ファイバ１１を伝搬する高強度の反射光Ｌ２は安全に処理される。
【００３９】
つぎに、終端構造２００の構成について説明する。図２は、図１に示す終端構造２００の模式的な一部断面図である。図２に示すように、終端構造２００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部２３と、ヒートシンク２４とを備えている。
【００４０】
マルチモード光ファイバ２１はシングルモード光ファイバ１１に接続している。マルチモード光ファイバ２１は、シングルモード光ファイバ１１よりもコア径が大きいものである。この終端構造２００では、マルチモード光ファイバ２１としてたとえばコア径が６２．５μｍのＧＩ（Grated Index）型の光ファイバを用いているが、コア径が１００μｍのＳＩ（Step Index）型の光ファイバを用いてもよい。なお、マルチモード光ファイバ２１の代わりに、シングルモード光ファイバ１１よりもコア径が大きいシングルモード光ファイバを用いても良い。
【００４１】
光出力部２２は、マルチモード光ファイバ２１の先端にフェルール２２ａを取り付けて構成した光コネクタである。マルチモード光ファイバ２１の端面とフェルール２２ａの端面とは同一平面上を構成している。この終端構造２００では、光コネクタとしてＦＣコネクタを用いているが、ＳＣコネクタ等の公知の光コネクタを用いてもよい。また、フェルール２２ａとしてジルコニアからなるものを用いているが、他のセラミックスや金属からなるものを用いてもよい。
【００４２】
光吸収部２３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部２３ａと、断面楔型の底部２３ｂとを備えている。筒部２３ａの内側面２３ａａと底部２３ｂの表面である底面２３ｂａとによって内部空間２３ｃが形成されている。筒部２３ａと底部２３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。黒色アルマイト処理によってたとえば約８０％以上の吸収率を実現できる。光出力部２２は光吸収部２３の底部２３ｂとは反対側において内部空間２３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００４３】
ヒートシンク２４は、たとえばアルミニウムなどの熱伝導率が高い材料からなり、光吸収部２３を載置している。なお、ヒートシンク２４は自然空冷を行う構造であるが、強制空冷や水冷を行う構造を付加してもよい。
【００４４】
つぎに、図２を用いて終端構造２００の動作について説明する。シングルモード光ファイバ１１を伝搬してきた反射光Ｌ２が終端構造２００に入力すると、マルチモード光ファイバ２１はこの反射光Ｌ２を光出力部２２に伝搬する。光出力部２２は、フェルール２２ａの端面から反射光Ｌ２を内部空間２３ｃへの放出光Ｌ３として放出する。ここで、放出光Ｌ３は、内側面２３ａａと底面２３ｂａとに照射されるようにビーム径が広がる。その結果、放出光Ｌ３は内側面２３ａａと底面２３ｂａとで一部が吸収され、一部が反射される。反射された放出光Ｌ３はさらに内側面２３ａａでの吸収と反射、または底面２３ｂａでの吸収と反射を受け、その光強度がきわめて減衰される。なお、反射光Ｌ２の吸収によって光吸収部２３内で発生した熱はヒートシンク２４によって放熱される。
【００４５】
このように、終端構造２００は、底面２３ｂａだけでなく、筒部２３ａの内側面２３ａａにおける吸収および反射を利用することによって、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。
【００４６】
つぎに、終端構造２００の構造についてより具体的に説明する。図３は、図２に示す終端構造２００の光吸収部２３の内部空間２３ｃを広がりながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。ここで、筒部２３ａの内側面２３ａａは放出光の光軸Ｘに対して平行に延びており、かつ底面２３ｂａは光軸Ｘに対して６０度だけ傾斜しているとする。また、内部空間２３ｃの断面形状を正方形とし、そのサイズを２５ｍｍ×２５ｍｍとする。光軸Ｘの位置における内部空間２３ｃの長さを７５ｍｍとする。
【００４７】
波長１０８４ｎｍでのマルチモード光ファイバ２１の開口数（ＮＡ）を２．７５とすると、光出力部２２のフェルール２２ａから放出光は、光軸Ｘに対して最大１６度の広がり角で内部空間２３ｃを伝搬する。この最大広がり角の放出光は、光路Ｌ３１で示すように、内側面２３ａａで２回反射され、底面２３ｂａで１回反射され、その後さらに内側面２３ａａで２回反射されてフェルール２２ａに到達する。この５回の反射とそれに伴う吸収によって、最大広がり角の放出光の強度は大きく減衰する。
【００４８】
つぎに、図４は、図２に示す終端構造２００の光吸収部２３の内部空間２３ｃを直進しながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。このように光軸Ｘにそって広がり角０度で直進する放出光は、光路Ｌ３２で示すように、底面２３ｂａで１回反射された後、内側面２３ａａで１０回以上反射されるので、フェルール２２ａに到達するまえに殆ど減衰される。このように、底面２３ｂａを光軸Ｘに対して傾斜させると、反射回数を多くすることができる、または所定の反射回数を実現するための光吸収部２３の長さを短くでき小型化できるので好ましい。
【００４９】
放出光が光吸収部２３において図３、４に示すような反射を受ける場合、１回の反射あたりの光の吸収率を８０％とすると、フェルール２２ａに戻る光の強度はたとえば放出光の０．２％以下となる。つまり、光吸収部２３においてたとえば放出光の９９．８％以上が吸収される。なお、放出光の最大広がり角の光を光吸収部２３内で４回以上反射されるようにすれば、放出光全体を９９．８％以上吸収し、フェルール２２ａに戻る光の強度を０．２％以下に減衰させることが容易にできるので好ましい。このような好ましい光の強度の吸収率、減衰率や反射回数は、使用するマルチモード光ファイバ２１のＮＡに合わせて、筒部２３ａの長さ、内部空間２３ｃの内径や長さ、底面２３ｂａの傾斜角度、および１回の反射あたりの光の吸収率を勘案して設計することができる。
【００５０】
なお、終端構造２００では、コア径の大きいマルチモード光ファイバ２１を用いているので、光出力部２２のフェルール２２ａの端面における光のエネルギー密度を下げることができる。その結果、フェルール２２ａから高強度の放出光Ｌ３を放出した場合にも端面の破損が発生することが防止される。
【００５１】
また、フェルール２２ａの端面、すなわちマルチモード光ファイバ２１の端面が平坦でないか、または光軸Ｘに対して垂直ではない場合は、マルチモード光ファイバ２１を伝搬してきた反射光Ｌ２が端面でわずかに反射されて内部反射光が発生する。この内部反射光は、マルチモード光ファイバ２１のコアに対して傾斜して進行する。その結果、内部反射光がフェルール２２ａ内のある点に集中してフェルール２２ａの破損を引き起こす場合がる。
【００５２】
これに対して、フェルール２２ａの端面が平坦であり、かつ光軸Ｘに対して垂直である場合は、内部反射光はマルチモード光ファイバ２１のコア部を伝搬するので、上記のように特定の点へ内部反射光が集中することが防止される。このため、フェルール２２ａはたとえばフラット研磨を施したものが好ましい。
【００５３】
また、終端構造２００では、以下に説明する構成によって、上記のような内部反射光、および放出光Ｌ３のうち光吸収部２３によって吸収されずにマルチモード光ファイバ２１に結合した残留反射光を処理している。
【００５４】
図５は、図２に示すマルチモード光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ１１との融着接続点の模式的な断面図である。図５に示すように、マルチモード光ファイバ２１は、コア部２１ａと、コア部２１ａの周囲に順次形成されたクラッド部２１ｂ、被覆部２１ｃとを備えている。シングルモード光ファイバ１１は、コア部１１ａと、コア部１１ａの周囲に順次形成されたクラッド部１１ｂ、被覆部１１ｃとを備えている。コア部１１ａ、２１ａ、クラッド部１１ｂ、２１ｂは石英系ガラスからなる。また、被覆部１１ｃ、２１ｃは樹脂からなる。
【００５５】
マルチモード光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ１１とは、端面付近の被覆部２１ｃ、１１ｃがそれぞれ除去されて、各端面をつき合わせた点である接続点Ｃにおいて融着接続されている。また、被覆部１１ｃ、２１ｃが除去された部分を覆うように、クラッド部１１ｂ、２１ｂよりも屈折率が高い樹脂被覆２５が形成されている。
【００５６】
ここで、内部反射光および残留反射光を含む反射光Ｌ４は、マルチモード光ファイバ２１をマルチモードで伝搬する。そのため、反射光Ｌ４は、接続点Ｃにおいてシングルモード光ファイバ１１とは十分に光結合せず、その多くのパワーは樹脂被覆２５に放射される。これによって、反射光Ｌ４が光ファイバ機器１００に到達することを防止することができる。
【００５７】
つぎに、本発明の実施例として、本実施の形態に基づいて終端構造を作製した。そして、マルチモード光ファイバから波長が１０８４ｎｍで強度が３６Ｗのレーザ光を入力させる実験を行った。
【００５８】
はじめに、光出力部である光コネクタを光吸収部から取り外した状態で、３６Ｗのレーザ光が出力される光コネクタを赤外線カメラで観察した。このとき、フェルールやその端面、または光コネクタの金属部材等に顕著な温度上昇は観測されなかった。
【００５９】
つぎに、光コネクタに光吸収部を取り付けてヒートシンクに載置した状態で、マルチモード光ファイバから波長が１０８４ｎｍで強度が３６Ｗのレーザ光を３分間入力させた後に、終端構造を赤外線カメラで観察した。このとき、光吸収部の温度上昇は３０℃以下であった。すなわち、本実施例の終端構造によって３６Ｗもの強度のレーザ光を安全に処理できることが確認された。また、光吸収部において温度が高い部分は、底部だけでなく筒部にも広がっていることが確認された。すなわち、実施例の終端構造では、底部だけでなく、筒部を含めたより広い部分において光が吸収されていることが確認された。
【００６０】
また、上記実施例では、光吸収部の底部については、楔型の底面側がヒートシングに接触するようにして載置した。これに対して、楔型の頂点側がヒートシングに接触するようにして載置して、実施例と同様の実験を行ったところ、実施例よりも２℃だけ光吸収部の温度が高かった。この結果から、上記実施例のように、光吸収部の底部の楔型の底面側がヒートシングに接触するようにして載置するほうが、放熱効果が高く好ましいことが確認された。
【００６１】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２に係る光ファイバの終端構造について説明する。本実施の形態２に係る終端構造は、実施の形態１に係る終端構造２００と同様に、光ファイバ機器１００のシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続されるものである。
【００６２】
図６は、実施の形態２に係る終端構造の模式的な一部断面図である。図６に示すように、終端構造３００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部３３と、ヒートシンク２４とを備えている。マルチモード光ファイバ２１、光出力部２２、およびヒートシンク２４は図２に示すものと同じなので、以下では光吸収部３３について具体的に説明する。
【００６３】
光吸収部３３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部３３ａと、底部３３ｂとを備えている。筒部３３ａの内側面３３ａａと底部３３ｂの表面である底面３３ｂａとによって内部空間３３ｃが形成されている。光出力部２２は光吸収部３３の底部３３ｂとは反対側において内部空間３３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００６４】
ここで、筒部３３ａおよび底部３３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。さらに、筒部３３ａの内側面３３ａａおよび底面３３ｂａは凹凸状になるように加工が施されている。これによって、フェルール２２ａの端面からの放出光Ｌ３は内側面３３ａａおよび底面３３ｂａで拡散し、光の吸収がより促進されるので、その光強度はより一層減衰される。これによって、終端構造３００は、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。なお、凹凸の具体的な形状は特に限定されないが、紙面奥行き側に延伸した三角柱状、または三角錘状などの形状が、光または熱吸収性上好ましい。
【００６５】
（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３に係る光ファイバの終端構造について説明する。本実施の形態３に係る終端構造も、上記の各実施の形態に係る終端構造と同様に、光ファイバ機器１００のシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続されるものである。
【００６６】
図７は、実施の形態３に係る終端構造の模式的な一部断面図である。図７に示すように、終端構造４００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部４３と、ヒートシンク２４とを備えている。マルチモード光ファイバ２１、光出力部２２、およびヒートシンク２４は図２に示すものと同じなので、以下では光吸収部４３について具体的に説明する。
【００６７】
光吸収部４３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部４３ａと、底部４３ｂとを備えている。内側面４３ａａと底面４３ｂａとによって内部空間４３ｃが形成されている。光出力部２２は光吸収部４３の底部４３ｂとは反対側において内部空間４３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００６８】
ここで、筒部４３ａと底部４３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。また、筒部４３ａは、複数の環状部材４３ａｂが互いに嵌合し、連結して構成されている。各環状部材４３ａｂの内側には突起部４３ａｃが形成されている。この突起部４３ａｃは各環状部材４３ａｂの内周に沿って内周の一部または全周にわたって形成されている。
【００６９】
この終端構造４００では、フェルール２２ａの端面からの放出光Ｌ３は、光吸収部４３の長手方向に沿って突起部４３ａｃによって徐々に吸収、拡散されて減衰され、さらに底面４３ｂａによって反射、吸収される。これによって、終端構造４００は、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。
【００７０】
この終端構造４００においては、連結させる環状部材４３ａｂの数を増減することによって、その処理能力を調整できる。たとえば、反射光Ｌ２が高強度の場合は、環状部材４３ａｂの数を増やして処理能力を増大させることができる。これによって、処理すべき反射光Ｌ２の強度に応じた処理能力およびサイズの終端構造４００を容易に形成することができる。
【００７１】
なお、上記実施の形態では、光ファイバ機器としての光ファイバレーザに適用した光ファイバの終端構造を説明したが、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光ファイバレーザに限らず、光増幅器に適用しても良い。さらに、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光受動部品などにおいて、未使用の光ファイバポートが存在し、そこから高強度の光が放出されるおそれがある場合に、放出光の処理のために用いても良い。このように、本発明に係る光ファイバの終端構造は、高強度の光が放出されるおそれがある光ファイバを備える光ファイバ機器に特に制限無く使用することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２、３において、実施の形態１のように放出光の光軸に対して底部の表面を傾斜させるようにしてもよい。また、実施の形態１、２においても、光吸収部を実施の形態３のように複数の環状部材によって構成しても良い。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光検出器
２ 光カプラ
３ ＬＥＤ
４ 光バンドパスフィルタ
５ ＷＤＭ光カプラ
６ａ、６ｂ 光合波器
７ａ、７ｂ 半導体励起レーザ
８ａ、８ｂ ＦＢＧ
９ａ、９ｂ 増幅用光ファイバ
１０ 出力側光ファイバ
１１ シングルモード光ファイバ
１１ａ、２１ａ コア部
１１ｂ、２１ｂ クラッド部
１１ｃ、２１ｃ 被覆部
２１ マルチモード光ファイバ
２２ 光出力部
２２ａ フェルール
２３、３３、４３ 光吸収部
２３ａ、３３ａ、４３ａ 筒部
２３ａａ、３３ａａ、４３ａａ 内側面
２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ 底部
２３ｂａ、３３ｂａ、４３ｂａ 底面
２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ 内部空間
２４ ヒートシンク
２５ 樹脂被覆
４３ａｂ 環状部材
４３ａｃ 突起部
１００ 光ファイバレーザ
２００、３００、４００ 終端構造
Ｃ 接続点
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２、Ｌ４ 反射光
Ｌ３ 放出光
Ｌ３１、Ｌ３２ 光路
Ｘ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの終端構造および光ファイバ機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバレーザや光ファイバ増幅器などの光ファイバ機器において、他の光ファイバに接続されておらず解放された光ファイバの端部から高強度の光が放出される場合がある。従来、この放出光を安全に処理する技術が開示されている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の光ファイバレーザ等では、光ファイバ端部からの放出光はきわめて高強度となる場合がある。したがって、より高強度の放出光を処理することが強く要求されている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高強度の放出光を処理することができる光ファイバの終端構造およびこれを用いた光ファイバ機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光ファイバを伝搬した光を放出する光出力部と、光を吸収する内側面と底面とによって筒状の内部空間が形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光のうち最大広がり角で伝搬する光が４回以上反射するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面または前記底面は、凹凸状の加工が施されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面に突起部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、互いに連結された複数の環状部材によって構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光出力部は、前記光ファイバのコア径よりも大きいコア径を有する大コア径光ファイバを介して前記光を放出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光ファイバはシングルモード光ファイバであり、前記大コア径光ファイバはマルチモード光ファイバであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光が放出される前記大コア径光ファイバの端面は、前記光の光軸と垂直であり、かつ平坦であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記内側面または前記底面は、黒アルマイト処理されたアルミニウムからなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバの終端構造は、上記発明において、前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光が９９．８％以上吸収されるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ機器は、上記発明のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内側面と底面とに放出光を照射して放出光を反射させながら吸収するので、より高強度の放出光を処理することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る終端構造を適用した光ファイバ機器の構成図である。
【図２】図２は、図１に示す終端構造の模式的な一部断面図である。
【図３】図３は、図２に示す終端構造の内部空間を広がりながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図２に示す終端構造の内部空間を直進しながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。
【図５】図５は、図２に示すマルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバとの融着接続点の模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る終端構造の模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係る終端構造の模式的な一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバの終端構造および光ファイバ機器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る終端構造２００を適用した光ファイバ機器１００の構成図である。図１に示すように、光ファイバレーザである光ファイバ機器１００は、光検出器１と、光カプラ２と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３と、光バンドパスフィルタ４と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラ５と、光合波器６ａと、複数の半導体励起レーザ７ａと、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）８ａと、増幅用光ファイバ９ａと、ＦＢＧ８ｂと、光合波器６ｂと、複数の半導体励起レーザ７ｂと、増幅用光ファイバ９ｂと、出力側光ファイバ１０とを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。また、図中「×」の記号は光ファイバ同士の融着接続点を示している。終端構造２００は、光ファイバ機器１００の光カプラ２に接続したシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続している。
【００２２】
はじめに、光ファイバ機器１００の構成を説明する。光カプラ２は、ＷＤＭ光カプラ５側から伝搬してきた光の一部（たとえば０．１％〜１％）を分岐して光検出器１に導入する。光検出器１はたとえばフォトダイオードである。ＬＥＤ３は、例えば赤色である可視光を出力する。光バンドパスフィルタ４は、ＬＥＤ３からの可視光の波長を透過帯域に含み、後述するレーザ光Ｌ１の波長を阻止帯域に含む透過特性を有する。ＷＤＭ光カプラ５は、ＬＥＤ１３からの可視光を光合波器６ａに出力するとともに、光合波器６ａ側から伝搬してきたレーザ光Ｌ１の波長の光を光カプラ２側に透過する機能を有する。
【００２３】
光合波器６ａは、たとえばＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）で構成されている。光合波器６ａは、複数の半導体励起レーザ７ａから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ａへ出力する。
【００２４】
増幅用光ファイバ９ａは、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ９ａのコア部は開口数ＮＡ（Numerical Aperture）がたとえば０．０８であり、波長１０８４ｎｍの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ９ａの長さはたとえば２５ｍである。増幅用光ファイバ９ａのコア部の吸収係数は、たとえば波長１０８４ｎｍにおいて２００ｄＢ／ｍである。また、コア部に入力された励起光から発振するレーザ光へのパワー変換効率はたとえば７０％である。
【００２５】
ＦＢＧ８ａは、中心波長が例えば１０８４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ＦＢＧ８ｂは、中心波長がＦＢＧ８ａと略同じである例えば１０８４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０％〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。
【００２６】
したがって、ＦＢＧ８ａ、８ｂは、波長１０８４ｎｍの光に対して、増幅用光ファイバ９ａを挟んで光ファイバ共振器を構成する。
【００２７】
光合波器６ｂも、たとえばＴＦＢで構成されており、複数の半導体励起レーザ７ｂから出力された、波長が例えば９１５ｎｍの励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ｂへ出力する。
【００２８】
増幅用光ファイバ９ｂも、増幅用光ファイバ９ａと同様の構成および長さを有するダブルクラッド型の光ファイバである。
【００２９】
つぎに、光ファイバ機器１００の動作について説明する。まず、半導体励起レーザ７ａは励起光を出力する。光合波器６ａは、半導体励起レーザ７ａから出力された励起光を合波し、増幅用光ファイバ９ａへ出力する。
【００３０】
増幅用光ファイバ９ａでは、励起光によってコア部のＹｂイオンが励起され、波長１０８４ｎｍを含む帯域の光を発光する。波長１０８４ｎｍの発光は、増幅用光ファイバ９ａの光増幅作用とＦＢＧ８ａ、８ｂによって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。
【００３１】
つぎに、増幅用光ファイバ９ｂは、光合波器６ｂによって、発振したレーザ光と半導体励起レーザ７ｂからの励起光とが入力されて、レーザ光を増幅する。増幅されたレーザ光はレーザ光Ｌ１として光ファイバ機器１００の出力側光ファイバ１０から出力する。レーザ光Ｌ１のパワーはたとえば５００Ｗ以上である。
【００３２】
このように、光ファイバ機器１００はＭＯＰＡ（Master Oscillator Power-Amplifier）構造を有する光ファイバレーザである。
【００３３】
また、光ファイバ機器１００において、シングルモード光ファイバ１１から出力側光ファイバ１０までの直列的に接続した光ファイバは、波長１０８４ｎｍのレーザ光をシングルモードで伝搬するように構成されている。
【００３４】
出力側光ファイバ１０は不図示のデリバリ光ファイバに接続している。レーザ光Ｌ１はデリバリ光ファイバによって使用すべき場所まで伝搬される。
【００３５】
なお、ＬＥＤ３は、レーザ光Ｌ１を出力する前に、デリバリ光ファイバの先端に設けられた光コネクタから可視光を出力して加工対象にマーカとして照射する。これによって、レーザ加工等を行う際のレーザ光Ｌ１の照射位置が決定される。また、ＬＥＤ３は、光バンドパスフィルタ４によって、余分な戻り光が入力されて破損することから保護されている。
【００３６】
ここで、光ファイバ機器１００の内部、デリバリ光ファイバ、または光コネクタ等においてレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は光ファイバ機器１００内をレーザ光Ｌ１とは反対の方向に伝搬する。この反射光Ｌ２の一部のパワーは光カプラ２によって分岐されて光検出器１に導入される。これによって、反射光Ｌ２のパワーがモニタされる。
【００３７】
上述したように、光カプラ２は、反射光Ｌ２の一部（たとえば０．１％〜１％）を分岐するので、残りの反射光Ｌ２はシングルモード光ファイバ１１を伝搬する。反射光Ｌ２は例えば１Ｗ以上ときわめて高い強度を有する。
【００３８】
この光ファイバ機器１００では、シングルモード光ファイバ１１の一端部に終端構造２００が接続されている。これによって、シングルモード光ファイバ１１を伝搬する高強度の反射光Ｌ２は安全に処理される。
【００３９】
つぎに、終端構造２００の構成について説明する。図２は、図１に示す終端構造２００の模式的な一部断面図である。図２に示すように、終端構造２００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部２３と、ヒートシンク２４とを備えている。
【００４０】
マルチモード光ファイバ２１はシングルモード光ファイバ１１に接続している。マルチモード光ファイバ２１は、シングルモード光ファイバ１１よりもコア径が大きいものである。この終端構造２００では、マルチモード光ファイバ２１としてたとえばコア径が６２．５μｍのＧＩ（Grated Index）型の光ファイバを用いているが、コア径が１００μｍのＳＩ（Step Index）型の光ファイバを用いてもよい。なお、マルチモード光ファイバ２１の代わりに、シングルモード光ファイバ１１よりもコア径が大きいシングルモード光ファイバを用いても良い。
【００４１】
光出力部２２は、マルチモード光ファイバ２１の先端にフェルール２２ａを取り付けて構成した光コネクタである。マルチモード光ファイバ２１の端面とフェルール２２ａの端面とは同一平面上を構成している。この終端構造２００では、光コネクタとしてＦＣコネクタを用いているが、ＳＣコネクタ等の公知の光コネクタを用いてもよい。また、フェルール２２ａとしてジルコニアからなるものを用いているが、他のセラミックスや金属からなるものを用いてもよい。
【００４２】
光吸収部２３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部２３ａと、断面楔型の底部２３ｂとを備えている。筒部２３ａの内側面２３ａａと底部２３ｂの表面である底面２３ｂａとによって内部空間２３ｃが形成されている。筒部２３ａと底部２３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。黒色アルマイト処理によってたとえば約８０％以上の吸収率を実現できる。光出力部２２は光吸収部２３の底部２３ｂとは反対側において内部空間２３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００４３】
ヒートシンク２４は、たとえばアルミニウムなどの熱伝導率が高い材料からなり、光吸収部２３を載置している。なお、ヒートシンク２４は自然空冷を行う構造であるが、強制空冷や水冷を行う構造を付加してもよい。
【００４４】
つぎに、図２を用いて終端構造２００の動作について説明する。シングルモード光ファイバ１１を伝搬してきた反射光Ｌ２が終端構造２００に入力すると、マルチモード光ファイバ２１はこの反射光Ｌ２を光出力部２２に伝搬する。光出力部２２は、フェルール２２ａの端面から反射光Ｌ２を内部空間２３ｃへの放出光Ｌ３として放出する。ここで、放出光Ｌ３は、内側面２３ａａと底面２３ｂａとに照射されるようにビーム径が広がる。その結果、放出光Ｌ３は内側面２３ａａと底面２３ｂａとで一部が吸収され、一部が反射される。反射された放出光Ｌ３はさらに内側面２３ａａでの吸収と反射、または底面２３ｂａでの吸収と反射を受け、その光強度がきわめて減衰される。なお、反射光Ｌ２の吸収によって光吸収部２３内で発生した熱はヒートシンク２４によって放熱される。
【００４５】
このように、終端構造２００は、底面２３ｂａだけでなく、筒部２３ａの内側面２３ａａにおける吸収および反射を利用することによって、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。
【００４６】
つぎに、終端構造２００の構造についてより具体的に説明する。図３は、図２に示す終端構造２００の光吸収部２３の内部空間２３ｃを広がりながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。ここで、筒部２３ａの内側面２３ａａは放出光の光軸Ｘに対して平行に延びており、かつ底面２３ｂａは光軸Ｘに対して６０度だけ傾斜しているとする。また、内部空間２３ｃの断面形状を正方形とし、そのサイズを２５ｍｍ×２５ｍｍとする。光軸Ｘの位置における内部空間２３ｃの長さを７５ｍｍとする。
【００４７】
波長１０８４ｎｍでのマルチモード光ファイバ２１の開口数（ＮＡ）を２．７５とすると、光出力部２２のフェルール２２ａから放出光は、光軸Ｘに対して最大１６度の広がり角で内部空間２３ｃを伝搬する。この最大広がり角の放出光は、光路Ｌ３１で示すように、内側面２３ａａで２回反射され、底面２３ｂａで１回反射され、その後さらに内側面２３ａａで２回反射されてフェルール２２ａに到達する。この５回の反射とそれに伴う吸収によって、最大広がり角の放出光の強度は大きく減衰する。
【００４８】
つぎに、図４は、図２に示す終端構造２００の光吸収部２３の内部空間２３ｃを直進しながら伝搬する放出光の光路を模式的に示す図である。このように光軸Ｘにそって広がり角０度で直進する放出光は、光路Ｌ３２で示すように、底面２３ｂａで１回反射された後、内側面２３ａａで１０回以上反射されるので、フェルール２２ａに到達するまえに殆ど減衰される。このように、底面２３ｂａを光軸Ｘに対して傾斜させると、反射回数を多くすることができる、または所定の反射回数を実現するための光吸収部２３の長さを短くでき小型化できるので好ましい。
【００４９】
放出光が光吸収部２３において図３、４に示すような反射を受ける場合、１回の反射あたりの光の吸収率を８０％とすると、フェルール２２ａに戻る光の強度はたとえば放出光の０．２％以下となる。つまり、光吸収部２３においてたとえば放出光の９９．８％以上が吸収される。なお、放出光の最大広がり角の光を光吸収部２３内で４回以上反射されるようにすれば、放出光全体を９９．８％以上吸収し、フェルール２２ａに戻る光の強度を０．２％以下に減衰させることが容易にできるので好ましい。このような好ましい光の強度の吸収率、減衰率や反射回数は、使用するマルチモード光ファイバ２１のＮＡに合わせて、筒部２３ａの長さ、内部空間２３ｃの内径や長さ、底面２３ｂａの傾斜角度、および１回の反射あたりの光の吸収率を勘案して設計することができる。
【００５０】
なお、終端構造２００では、コア径の大きいマルチモード光ファイバ２１を用いているので、光出力部２２のフェルール２２ａの端面における光のエネルギー密度を下げることができる。その結果、フェルール２２ａから高強度の放出光Ｌ３を放出した場合にも端面の破損が発生することが防止される。
【００５１】
また、フェルール２２ａの端面、すなわちマルチモード光ファイバ２１の端面が平坦でないか、または光軸Ｘに対して垂直ではない場合は、マルチモード光ファイバ２１を伝搬してきた反射光Ｌ２が端面でわずかに反射されて内部反射光が発生する。この内部反射光は、マルチモード光ファイバ２１のコアに対して傾斜して進行する。その結果、内部反射光がフェルール２２ａ内のある点に集中してフェルール２２ａの破損を引き起こす場合がる。
【００５２】
これに対して、フェルール２２ａの端面が平坦であり、かつ光軸Ｘに対して垂直である場合は、内部反射光はマルチモード光ファイバ２１のコア部を伝搬するので、上記のように特定の点へ内部反射光が集中することが防止される。このため、フェルール２２ａはたとえばフラット研磨を施したものが好ましい。
【００５３】
また、終端構造２００では、以下に説明する構成によって、上記のような内部反射光、および放出光Ｌ３のうち光吸収部２３によって吸収されずにマルチモード光ファイバ２１に結合した残留反射光を処理している。
【００５４】
図５は、図２に示すマルチモード光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ１１との融着接続点の模式的な断面図である。図５に示すように、マルチモード光ファイバ２１は、コア部２１ａと、コア部２１ａの周囲に順次形成されたクラッド部２１ｂ、被覆部２１ｃとを備えている。シングルモード光ファイバ１１は、コア部１１ａと、コア部１１ａの周囲に順次形成されたクラッド部１１ｂ、被覆部１１ｃとを備えている。コア部１１ａ、２１ａ、クラッド部１１ｂ、２１ｂは石英系ガラスからなる。また、被覆部１１ｃ、２１ｃは樹脂からなる。
【００５５】
マルチモード光ファイバ２１とシングルモード光ファイバ１１とは、端面付近の被覆部２１ｃ、１１ｃがそれぞれ除去されて、各端面をつき合わせた点である接続点Ｃにおいて融着接続されている。また、被覆部１１ｃ、２１ｃが除去された部分を覆うように、クラッド部１１ｂ、２１ｂよりも屈折率が高い樹脂被覆２５が形成されている。
【００５６】
ここで、内部反射光および残留反射光を含む反射光Ｌ４は、マルチモード光ファイバ２１をマルチモードで伝搬する。そのため、反射光Ｌ４は、接続点Ｃにおいてシングルモード光ファイバ１１とは十分に光結合せず、その多くのパワーは樹脂被覆２５に放射される。これによって、反射光Ｌ４が光ファイバ機器１００に到達することを防止することができる。
【００５７】
つぎに、本発明の実施例として、本実施の形態に基づいて終端構造を作製した。そして、マルチモード光ファイバから波長が１０８４ｎｍで強度が３６Ｗのレーザ光を入力させる実験を行った。
【００５８】
はじめに、光出力部である光コネクタを光吸収部から取り外した状態で、３６Ｗのレーザ光が出力される光コネクタを赤外線カメラで観察した。このとき、フェルールやその端面、または光コネクタの金属部材等に顕著な温度上昇は観測されなかった。
【００５９】
つぎに、光コネクタに光吸収部を取り付けてヒートシンクに載置した状態で、マルチモード光ファイバから波長が１０８４ｎｍで強度が３６Ｗのレーザ光を３分間入力させた後に、終端構造を赤外線カメラで観察した。このとき、光吸収部の温度上昇は３０℃以下であった。すなわち、本実施例の終端構造によって３６Ｗもの強度のレーザ光を安全に処理できることが確認された。また、光吸収部において温度が高い部分は、底部だけでなく筒部にも広がっていることが確認された。すなわち、実施例の終端構造では、底部だけでなく、筒部を含めたより広い部分において光が吸収されていることが確認された。
【００６０】
また、上記実施例では、光吸収部の底部については、楔型の底面側がヒートシングに接触するようにして載置した。これに対して、楔型の頂点側がヒートシングに接触するようにして載置して、実施例と同様の実験を行ったところ、実施例よりも２℃だけ光吸収部の温度が高かった。この結果から、上記実施例のように、光吸収部の底部の楔型の底面側がヒートシングに接触するようにして載置するほうが、放熱効果が高く好ましいことが確認された。
【００６１】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２に係る光ファイバの終端構造について説明する。本実施の形態２に係る終端構造は、実施の形態１に係る終端構造２００と同様に、光ファイバ機器１００のシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続されるものである。
【００６２】
図６は、実施の形態２に係る終端構造の模式的な一部断面図である。図６に示すように、終端構造３００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部３３と、ヒートシンク２４とを備えている。マルチモード光ファイバ２１、光出力部２２、およびヒートシンク２４は図２に示すものと同じなので、以下では光吸収部３３について具体的に説明する。
【００６３】
光吸収部３３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部３３ａと、底部３３ｂとを備えている。筒部３３ａの内側面３３ａａと底部３３ｂの表面である底面３３ｂａとによって内部空間３３ｃが形成されている。光出力部２２は光吸収部３３の底部３３ｂとは反対側において内部空間３３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００６４】
ここで、筒部３３ａおよび底部３３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。さらに、筒部３３ａの内側面３３ａａおよび底面３３ｂａは凹凸状になるように加工が施されている。これによって、フェルール２２ａの端面からの放出光Ｌ３は内側面３３ａａおよび底面３３ｂａで拡散し、光の吸収がより促進されるので、その光強度はより一層減衰される。これによって、終端構造３００は、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。なお、凹凸の具体的な形状は特に限定されないが、紙面奥行き側に延伸した三角柱状、または三角錘状などの形状が、光または熱吸収性上好ましい。
【００６５】
（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３に係る光ファイバの終端構造について説明する。本実施の形態３に係る終端構造も、上記の各実施の形態に係る終端構造と同様に、光ファイバ機器１００のシングルモード光ファイバ１１の一端部に接続されるものである。
【００６６】
図７は、実施の形態３に係る終端構造の模式的な一部断面図である。図７に示すように、終端構造４００は、マルチモード光ファイバ２１と、光出力部２２と、光吸収部４３と、ヒートシンク２４とを備えている。マルチモード光ファイバ２１、光出力部２２、およびヒートシンク２４は図２に示すものと同じなので、以下では光吸収部４３について具体的に説明する。
【００６７】
光吸収部４３は、円筒状または角筒状の中空部を有する筒部４３ａと、底部４３ｂとを備えている。内側面４３ａａと底面４３ｂａとによって内部空間４３ｃが形成されている。光出力部２２は光吸収部４３の底部４３ｂとは反対側において内部空間４３ｃにフェルール２２ａが向かうように接続されている。
【００６８】
ここで、筒部４３ａと底部４３ｂはたとえば表面に光吸収のための黒色アルマイト処理を施したアルミニウム等の金属からなる。また、筒部４３ａは、複数の環状部材４３ａｂが互いに嵌合し、連結して構成されている。各環状部材４３ａｂの内側には突起部４３ａｃが形成されている。この突起部４３ａｃは各環状部材４３ａｂの内周に沿って内周の一部または全周にわたって形成されている。
【００６９】
この終端構造４００では、フェルール２２ａの端面からの放出光Ｌ３は、光吸収部４３の長手方向に沿って突起部４３ａｃによって徐々に吸収、拡散されて減衰され、さらに底面４３ｂａによって反射、吸収される。これによって、終端構造４００は、より高強度の反射光Ｌ２を安全に処理することができる。
【００７０】
この終端構造４００においては、連結させる環状部材４３ａｂの数を増減することによって、その処理能力を調整できる。たとえば、反射光Ｌ２が高強度の場合は、環状部材４３ａｂの数を増やして処理能力を増大させることができる。これによって、処理すべき反射光Ｌ２の強度に応じた処理能力およびサイズの終端構造４００を容易に形成することができる。
【００７１】
なお、上記実施の形態では、光ファイバ機器としての光ファイバレーザに適用した光ファイバの終端構造を説明したが、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光ファイバレーザに限らず、光増幅器に適用しても良い。さらに、本発明に係る光ファイバの終端構造は、光受動部品などにおいて、未使用の光ファイバポートが存在し、そこから高強度の光が放出されるおそれがある場合に、放出光の処理のために用いても良い。このように、本発明に係る光ファイバの終端構造は、高強度の光が放出されるおそれがある光ファイバを備える光ファイバ機器に特に制限無く使用することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態２、３において、実施の形態１のように放出光の光軸に対して底部の表面を傾斜させるようにしてもよい。また、実施の形態１、２においても、光吸収部を実施の形態３のように複数の環状部材によって構成しても良い。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光検出器
２ 光カプラ
３ ＬＥＤ
４ 光バンドパスフィルタ
５ ＷＤＭ光カプラ
６ａ、６ｂ 光合波器
７ａ、７ｂ 半導体励起レーザ
８ａ、８ｂ ＦＢＧ
９ａ、９ｂ 増幅用光ファイバ
１０ 出力側光ファイバ
１１ シングルモード光ファイバ
１１ａ、２１ａ コア部
１１ｂ、２１ｂ クラッド部
１１ｃ、２１ｃ 被覆部
２１ マルチモード光ファイバ
２２ 光出力部
２２ａ フェルール
２３、３３、４３ 光吸収部
２３ａ、３３ａ、４３ａ 筒部
２３ａａ、３３ａａ、４３ａａ 内側面
２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ 底部
２３ｂａ、３３ｂａ、４３ｂａ 底面
２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ 内部空間
２４ ヒートシンク
２５ 樹脂被覆
４３ａｂ 環状部材
４３ａｃ 突起部
１００ 光ファイバレーザ
２００、３００、４００ 終端構造
Ｃ 接続点
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２、Ｌ４ 反射光
Ｌ３ 放出光
Ｌ３１、Ｌ３２ 光路
Ｘ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを伝搬した光を放出する光出力部と、
光を吸収する内側面と底面とによって筒状の内部空間が形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部と、
を備えることを特徴とする光ファイバの終端構造。
【請求項２】
前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項３】
前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光のうち最大広がり角で伝搬する光が４回以上反射するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項４】
前記内側面または前記底面は、凹凸状の加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項５】
前記内側面に突起部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項６】
前記光吸収部は、互いに連結された複数の環状部材によって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項７】
前記光出力部は、前記光ファイバのコア径よりも大きいコア径を有する大コア径光ファイバを介して前記光を放出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項８】
前記光ファイバはシングルモード光ファイバであり、前記大コア径光ファイバはマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項９】
前記光が放出される前記大コア径光ファイバの端面は、前記光の光軸と垂直であり、かつ平坦であることを特徴とする請求項７または８に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１０】
前記内側面または前記底面は、黒アルマイト処理されたアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１１】
前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光が９９．８％以上吸収されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造を備えたことを特徴とする光ファイバ機器。
【請求項１】
光ファイバを伝搬した光を放出する光出力部と、
光を吸収する内側面と底面とによって筒状の内部空間が形成されており、前記光出力部から前記内部空間に放出された光が前記内側面と底面とに照射されるように構成された光吸収部と、
を備えることを特徴とする光ファイバの終端構造。
【請求項２】
前記底面は、前記放出される光の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項３】
前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光のうち最大広がり角で伝搬する光が４回以上反射するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項４】
前記内側面または前記底面は、凹凸状の加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項５】
前記内側面に突起部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項６】
前記光吸収部は、互いに連結された複数の環状部材によって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項７】
前記光出力部は、前記光ファイバのコア径よりも大きいコア径を有する大コア径光ファイバを介して前記光を放出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項８】
前記光ファイバはシングルモード光ファイバであり、前記大コア径光ファイバはマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項９】
前記光が放出される前記大コア径光ファイバの端面は、前記光の光軸と垂直であり、かつ平坦であることを特徴とする請求項７または８に記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１０】
前記内側面または前記底面は、黒アルマイト処理されたアルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１１】
前記光吸収部は、前記内部空間において前記放出された光が９９．８％以上吸収されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光ファイバの終端構造を備えたことを特徴とする光ファイバ機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２００８６（Ｐ２０１３−２００８６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３１６５（Ｐ２０１１−１５３１６５）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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