JP3982515B2

JP3982515B2 - 光結合構造

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Publication number: JP3982515B2
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Inventors: 達彦齋藤
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Filing date: 2004-04-21
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Description

本発明は、コネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造に関するものである。

近年、光軸方向に沿って複数の空孔が設けられた光ファイバ（ホーリーファイバ）が開発されつつある。ホーリーファイバは、複数の空孔によるコア領域とクラッド領域との間の実効的な屈折率差や、或いはフォトニック結晶構造によるフォトニックバンドギャップを利用して光をコア領域内に閉じ込める。このようなホーリーファイバによって、従来の光ファイバと比較して曲げ損失を低減したり、様々な分散特性を実現することが可能になる。

なお、非特許文献１には、上述したようなホーリーファイバの空孔をキセノン（Ｘｅ）ガスで満たすことによって光伝達特性を変化させる技術が開示されている。
Dimite G.Ouzounov外８名，「Generation of Megawatt Optical Solitons in Hollow-Core Photonic Band-Gap Fibers」，Science，（米国），２００３年９月１９日，Ｖｏｌ３０１，ｐ．１７０２−１７０４

上述したホーリーファイバにおいては、空孔内に不純物が混入することによって損失が増すという問題点がある。従って、空孔への不純物の混入を防止するために、ファイバの製造時にファイバの両端を融着して空孔の開口部を封止する方法が考えられている。しかしながら、この方法では、ファイバ材料を線引きするときの周辺ガスや大気を空孔内に封入することとなり、例えば水蒸気に吸収される２．７６μｍ帯及び１．３８μｍ帯の光、或いは酸素分子に吸収される真空紫外域の光の吸収損失が増大してしまう。従って、空孔内を真空にするか、或いは導波される波長の光を吸収しない気体で空孔を満たすことが望ましい。しかも、ホーリーファイバは様々な光学装置へ取り付けられるため、ホーリーファイバの端部は着脱可能に構成されることが望ましい。上記非特許文献１には空孔内をＸｅガスで充填することが提案されてはいるが、どのような方法によって充填したのか、或いはどのような構成によってＸｅガスを封止したのかについては記載がない。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、光ファイバの空孔と大気との接触を断つとともに、光学装置への着脱が容易なコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による光結合構造は、光学装置に固定されたレセプタクルに対して着脱可能なコネクタ付き光ファイバコードであって、光軸方向に延びる少なくとも１つの空孔を有する光ファイバ、光ファイバを挿通する挿通孔を有しレセプタクルに嵌合するプラグ、プラグの外周面上に設けられ、プラグとレセプタクルとの隙間をプラグの外周に沿ってシールする第１のシール部材、及び、プラグの挿通孔と光ファイバとの隙間を光ファイバの外周に沿ってシールする第２のシール部材を備えるコネクタ付き光ファイバコードと、コネクタ付き光ファイバコードのプラグと嵌合するレセプタクルとを備え、第１のシール部材が弾性体からなり、コネクタ付き光ファイバコードが、プラグの外周面上において第１のシール部材に対して光ファイバの先端側に摺動可能に設けられたリング状部材をさらに備え、レセプタクルが、プラグとの嵌合状態においてリング状部材に当接する面を有することを特徴とする。上記したコネクタ付き光ファイバコードは、プラグとレセプタクルとの隙間をシールする第１のシール部材と、光ファイバとプラグとの間をシールする第２のシール部材とを備えている。これによって、光学装置に固定されたレセプタクルへの着脱を容易にするとともに、光ファイバの空孔と大気との接触を断つことができる。また、プラグとレセプタクルとが嵌合する際に、レセプタクルの面がリング状部材を介して弾性体からなる第１のシール部材を側方から押圧することとなるので、第１のシール部材とレセプタクルとの圧接力が増し、プラグとレセプタクルとの隙間をより効果的にシールすることができる。

また、本発明による光結合構造は、光学装置に固定されたレセプタクルに対して着脱可能なコネクタ付き光ファイバコードであって、光軸方向に延びる少なくとも１つの空孔を有する光ファイバ、光ファイバを挿通する挿通孔を有しレセプタクルに嵌合するプラグ、プラグの外周面上に設けられ、プラグとレセプタクルとの隙間をプラグの外周に沿ってシールする第１のシール部材、及び、プラグの挿通孔と光ファイバとの隙間を光ファイバの外周に沿ってシールする第２のシール部材を備えるコネクタ付き光ファイバコードと、コネクタ付き光ファイバコードのプラグと嵌合するレセプタクルとを備え、プラグの外周面が、第１のシール部材が設けられた第１の面、及び第１の面よりも光ファイバの先端側に設けられた第２の面を有し、レセプタクルの内周面が、プラグの第１及び第２の面にそれぞれ対応する第３及び第４の面を有し、プラグとレセプタクルとの嵌合状態において、プラグの第２の面とレセプタクルの第４の面との隙間が、プラグの第１の面とレセプタクルの第３の面との隙間よりも狭いことを特徴とする。上記したコネクタ付き光ファイバコードは、プラグとレセプタクルとの隙間をシールする第１のシール部材と、光ファイバとプラグとの間をシールする第２のシール部材とを備えている。これによって、光学装置に固定されたレセプタクルへの着脱を容易にするとともに、光ファイバの空孔と大気との接触を断つことができる。また、第１の面と第３の面との隙間を第１のシール部材によってシールするとともに、間隔が狭い第２の面と第４の面とでプラグ及びレセプタクルの中心軸を精度良く合わせる（すなわち、光ファイバの光軸を精度良く位置決めする）ことができる。

本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造によれば、光ファイバの空孔と大気との接触を断つとともに、光学装置への着脱を容易にできる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造の実施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。

（実施の形態）
図１は、本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造の第１実施形態の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の光結合構造６は、互いに着脱可能なコネクタ付き光ファイバコード１及びレセプタクル５によって構成されている。また、レセプタクル５は光学装置５０に固定されており、光学装置５０は、光源７と、チャンバ８と、真空ポンプ１１と、制御ユニット１２と、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃをを備えている。

コネクタ付き光ファイバコード１は、光ファイバ２の両端にプラグ４が取り付けられて構成されている。光ファイバ２は、光軸方向に延びる空孔を有する、いわゆるホーリーファイバである。光ファイバ２の一端に取り付けられたプラグ４には保護カバー１９が被せられており、保護カバー１９によって光ファイバ２の空孔の一端が封止されている。光ファイバ２の他端に取り付けられたプラグ４は、チャンバ８に固定されたレセプタクル５と嵌合することによってチャンバ８に固定されている。

光源７は、例えばレーザ装置といった光源であり、チャンバ８に固定されている。光源７の光出射端は、チャンバ８内部において光ファイバ２の他端に光学的に結合されている。光源７の光出射端と光ファイバ２の他端との間には一対のレンズ９が設けられており、一方のレンズ９が光源７からのレーザ光Ｌをコリメートし、他方のレンズ９がコリメートされたレーザ光Ｌを光ファイバ２の他端へ向けて集光する。一対のレンズ９はそれぞれＸＹステージ１０に固定され、ＸＹステージ１０を制御することによってレンズ９の位置を調整できる仕組みとなっていることが好ましい。なお、ＸＹステージ１０はチャンバ８の外部に設けられてもよい。

真空ポンプ１１は、チャンバ８を真空引きするための装置である。真空ポンプ１１は、開閉可能なバルブ１４ｇが設けられた配管を介してチャンバ８と接続されており、チャンバ８内の気体を排出する。

流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃは、３種類のガスＧ１〜Ｇ３をチャンバ８内に導入する際の各ガスＧ１〜Ｇ３の流量及び圧力を調整するための装置である。流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃの一端は、開閉可能なバルブ１４ｄ〜１４ｆが設けられた配管を介してチャンバ８と接続されている。また、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃの他端は、開閉可能なバルブ１４ａ〜１４ｃが設けられた配管を介してガスＧ１〜Ｇ３の導入口に接続されている。ガスＧ１〜Ｇ３としては、窒素ガス、アルゴンガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス、及びヘリウムガスなど、光を吸収しない不活性ガスが例示される。

制御ユニット１２は、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃを制御するための装置である。制御ユニット１２は、チャンバ８内の圧力を測定する圧力計１５が示す圧力値に基づいて、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃを制御し、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃを流れるガスＧ１〜Ｇ３それぞれの流量及び圧力を調整する。

以上の構成を有する光結合構造６及び光学装置５０の動作は、次のとおりである。まず、チャンバ８のレセプタクル５にコネクタ付き光ファイバコード１のプラグ４が挿入・嵌合される。そして、真空ポンプ１１によってチャンバ８内の気体（水蒸気や酸素を含む大気）が排出され、チャンバ８内部及び光ファイバ２の空孔内部が真空状態となる。続いて、光源７からレーザ光Ｌが出射し、一対のレンズ９を介して光ファイバ２の端面に入射する。レーザ光Ｌは、光ファイバ２内部を伝搬する。この際、レセプタクル５と反対側のプラグ４は、光学装置５０と同様の構成で光源７が受光部品で置き換えられた光学装置に接続されていても構わない。

或いは、光結合構造６及び光学装置５０は、次のように動作することもできる。すなわち、真空ポンプ１１によってチャンバ８内部及び光ファイバ２の空孔内部を真空状態とした後、チャンバ８内にガスＧ１〜Ｇ３のうち少なくとも一種類のガスを導入する。このとき、ガスＧ１〜Ｇ３の流量及び圧力は、流量・圧力コントローラ１３ａ〜１３ｃによって調整される。こうして、チャンバ８内部及び光ファイバ２の空孔内部は、ガスＧ１〜Ｇ３のうち少なくとも一種類のガスによって置換される。なお、光ファイバ２の一端が封止されていない場合には、チャンバ８内を陽圧に保つことによって、光ファイバの一端へ向けてガスＧ１〜Ｇ３を流すといった動作も可能である。続いて、光源７からレーザ光Ｌが出射し、一対のレンズ９を介して光ファイバ２の端面に入射する。レーザ光Ｌは、光ファイバ２内部を伝搬する。

ここで、図２（ａ）は、光ファイバ２の構造の一例を示す切欠き斜視図である。なお、図２（ａ）に示す光ファイバ２は、いわゆるフォトニックバンドギャップファイバと呼ばれているものである。図２（ａ）を参照すると、光ファイバ２は、線状のガラスからなり、一端に端面２ｃを、他端に端面２ｄをそれぞれ有している。また、光ファイバ２は、空孔２ａ及び２ｂを有している。空孔２ａは、光ファイバ２の長手方向（すなわち光軸方向Ａ）と交差する断面における中心部分に１つ形成されており、光ファイバ２の内部を光軸方向に延びており、端面２ｃから端面２ｄへ貫通している。また、空孔２ｂは、空孔２ａの周囲に複数形成されており、それぞれ光ファイバ２の内部を光軸方向に延びており、端面２ｃから端面２ｄへ貫通している。

空孔２ｂは、光ファイバ２の長手方向（すなわち光軸方向Ａ）と交差する断面においてフォトニック結晶構造を実現するような配列及び間隔で形成されている。これによって、空孔２ａの周囲に光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップが発現し、空孔２ａ内及びその近傍にレーザ光Ｌを閉じ込めることができる。すなわち、複数の空孔２ｂがクラッドとして作用するので、光ファイバ２に入射したレーザ光Ｌは、主に空孔２ａ内を伝搬することとなる。

また、図２（ｂ）は、光ファイバの構造の他の一例として、光ファイバ２１の構造を示す断面図である。なお、図２（ｂ）に示す光ファイバ２１は、いわゆるフォトニック結晶ファイバと呼ばれているものである。図２（ｂ）を参照すると、光ファイバ２１は、複数の空孔２１ａを有している。複数の空孔２１ａは、光ファイバ２１を光軸方向に延びており、光ファイバ２の中心領域２１ｂの周囲に規則的に配列されている。これにより、複数の空孔２１ａが実効的にクラッドとして作用するので、光ファイバ２１に入射したレーザ光Ｌは、複数の空孔２１ａに囲まれた中心領域２１ｂを伝搬することとなる。

上述した光ファイバ２では中空部分を光が導波するので、従来の光ファイバではガラスの吸収により導波できなかった波長帯の光も導波可能である。また、光ファイバ２１によれば、コアに相当する領域とクラッドに相当する領域との屈折率差を従来の光ファイバと比較して格段に大きくできるので、曲げ損失を低減できる。また、空孔２ｂを任意に配置できるので、様々な分散特性を実現することが可能になる。

また、図２（ｃ）は、光ファイバの構造の他の一例として、光ファイバ２２の構造を示す断面図である。なお、図２（ｃ）に示す光ファイバ２２は、いわゆる空孔アシスト型光ファイバ（ＨＡＬＦ：Hole-Assisted Lightguide Fiber）と呼ばれているものである。図２（ｃ）を参照すると、光ファイバ２２は、コア２２ａ及び該コア２２ａを覆うクラッド２２ｂを備えている。コア２２ａの屈折率は、クラッド２２ｂの屈折率よりも高く設定されている。そして、光ファイバ２２は、クラッド２２ｂに複数の空孔２２ｃを有している。複数の空孔２２ｃは、光ファイバ２２内部において光軸方向に延びている。また、複数の空孔２２ｃは、コア２２ａの周囲に形成されており、例えば図２（ｃ）のように４つ形成されている。この光ファイバ２２では、入射したレーザ光Ｌは基本的にコア２２ａ及びクラッド２２ｂの屈折率差によって主にコア２２ａ内を伝搬するが、コア２２ａの周囲に形成された空孔２２ｃによって波長分散及び吸収損失を改善することができる。

図３は、光結合構造６の構成を示す断面図である。図３を参照すると、光結合構造６は、光ファイバ２及びプラグ４を有するコネクタ付き光ファイバコード１並びにレセプタクル５により構成されている。

プラグ４は、例えばセラミックスや金属などの材料が、外周面４ａ並びに端面４ｂ及び４ｃを有する円柱状に形成されてなる。プラグ４の外周面４ａの一部には、プラグ側螺子部４ｄが形成されている。また、プラグ４は、端面４ｂと端面４ｃとの間を貫通する挿通孔４ｅを有しており、挿通孔４ｅには光ファイバ２が挿通されている。光ファイバ２とプラグ４との隙間は、本実施形態における第２のシール部材である低融点ガラス１６によってシールされている。すなわち、低融点ガラス１６は、プラグ４の端面４ｃと光ファイバ２の外周面とに密着して設けられている。また、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４とを互いに固定している。

プラグ４の外周面４ａ上には、Ｏリング１７が設けられている。具体的には、プラグ４の外周面４ａには周方向に沿って溝が形成されており、Ｏリング１７は該溝上に設けられている。Ｏリング１７は、本実施形態における第１のシール部材であり、プラグ４とレセプタクル５との隙間をプラグ４の外周に沿ってシールするための部材である。Ｏリング１７は、例えばシリコンゴムやフッ素ゴムがリング状に成型されてなる。

レセプタクル５は、例えばセラミックスや金属などの材料が、内周面５ａを有する円筒状に形成されてなる。レセプタクル５の内周面５ａの内径はプラグ４の外周面４ａの外径に応じて設定されており、プラグ４とレセプタクル５とは互いに嵌合及び着脱が可能となっている。レセプタクル５の内周面５ａの一部には、プラグ４のプラグ側螺子部４ｄと螺合するレセプタクル側螺子部５ｂが形成されている。プラグ４とレセプタクル５とが嵌合する際には、プラグ側螺子部４ｄ及びレセプタクル側螺子部５ｂが互いに螺合してプラグ４とレセプタクル５とを固定する。

以上に説明した本実施形態によるコネクタ付き光ファイバコード１及び光結合構造６は、次の効果を有する。すなわち、本実施形態によるコネクタ付き光ファイバコード１及び光結合構造６では、互いに嵌合するプラグ４とレセプタクル５との隙間をＯリング１７によってシールしている。また、光ファイバ２とプラグ４との隙間を低融点ガラス１６によってシールしている。これらによって、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を効果的に断ち、且つ光学装置５０に固定されたレセプタクル５へコネクタ付き光ファイバコード１を容易に着脱できる。

また、本実施形態では、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂ内部が、真空状態か、またはガスＧ１〜Ｇ３のうち少なくとも一種類のガスで満たされているため、空孔２ａ内をレーザ光Ｌが伝搬する際に吸収損失を低減することができる。従って、水蒸気に吸収される２．７６μｍ帯及び１．３８μｍ帯の光、或いは酸素分子に吸収される真空紫外域の光などを低損失で伝搬することが可能になる。また、例えば空孔２ａ及び２ｂ内に水素などを導入すれば、光ファイバ２の空孔部分のガラス界面に存在する欠陥をターミネートでき、欠陥に起因する吸収を低減することができる。

なお、本実施形態における光ファイバとして図２（ｂ）、図２（ｃ）に示した光ファイバ２１、２２を用いた場合においても、上記効果を好適に得ることができる。

また、チャンバ８及び光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂ内をガスＧ１〜Ｇ３のうち少なくとも一種類のガスで満たす場合には、ガスＧ１〜Ｇ３の合計圧を大気圧よりも高くすることが好ましい。これによって、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂの内部への大気の侵入をさらに効果的に防ぐことができる。

また、本実施形態のように、プラグ４とレセプタクル５との隙間をシールする第１のシール部材としてＯリング１７が用いられることが好ましい。これによって、プラグ４とレセプタクル５との隙間を簡易に且つ確実にシールすることができる。なお、本実施形態ではＯリング１７は１つだけ設けられているが、プラグ４の外周面４ａ上にＯリングが複数設けられることによって、シール効果がさらに増すので尚好ましい。

また、本実施形態のように、光ファイバ２とプラグ４との間をシールする第２のシール部材として低融点ガラス１６が用いられることが好ましい。これによって、光ファイバ２とプラグ４との隙間を簡易に且つ確実にシールすることができる。また、低融点ガラス１６がプラグ４と光ファイバ２との接合機能を兼備することができるので、構成を簡素にすることができる。なお、本実施形態では第２のシール部材として低融点ガラス１６を用いているが、第２のシール部材としてはこれに限らず、例えば接着剤やはんだを用いても良い。すなわち、第２のシール部材は、低融点ガラス、接着剤、及びはんだのうち少なくとも一種類の材料を含んで構成されることが好ましい。

また、本実施形態のように、プラグ４がプラグ側螺子部４ｄを有し、レセプタクル５がプラグ側螺子部４ｄと螺合するレセプタクル側螺子部５ｂを有することが好ましい。これによって、プラグ４とレセプタクル５との着脱を容易にすることができる。

（第１の変形例）
図４は、上記実施形態による光結合構造６の第１変形例として、光結合構造６ａの構成を示す断面図である。図４を参照すると、光結合構造６ａは、コネクタ付き光ファイバコード１ａ及びレセプタクル５１によって構成されている。コネクタ付き光ファイバコード１ａは、光ファイバ２及びプラグ４１を有している。このうち、光ファイバ２の構成は上記実施形態と同様（図２（ａ）〜図２（ｃ）参照）なので、詳細な説明を省略する。

プラグ４１は、外周面４１ａ並びに端面４１ｂ及び４１ｃを有する円柱状を呈している。プラグ４１の外周面４１ａの一部には、プラグ側螺子部４１ｄが形成されている。また、本変形例では、プラグ４１の外周面４１ａの一部がテーパ状に形成されている。すなわち、外周面４１ａのうちプラグ側螺子部４１ｄを除く部分は、光ファイバ２の端面から近い部分の外径が、光ファイバ２の端面から遠い部分の外径よりも小さくなるように形成されている。また、プラグ４１は、光ファイバ２が挿通される挿通孔４１ｅを有している。光ファイバ２とプラグ４１との隙間は低融点ガラス１６によってシールされており、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４１とを互いに固定している。プラグ４１の外周面４１ａ上には、プラグ４１とレセプタクル５１との隙間をプラグ４１の外周に沿ってシールするためのＯリング１７が設けられている。

レセプタクル５１は、内周面５１ａを有する円筒状を呈している。本変形例では、レセプタクル５１の内周面５１ａは、プラグ４１の外周面４１ａの形状に応じてテーパ状に形成されている。すなわち、内周面５１ａは、プラグ４１が挿入される側の内径が反対側の内径よりも大きくなるように形成されている。また、レセプタクル５１の内周面５１ａの一部には、プラグ４１のプラグ側螺子部４１ｄと螺合するレセプタクル側螺子部５１ｂが形成されている。

本変形例によるコネクタ付き光ファイバコード１ａ及び光結合構造６ａによれば、上記実施形態のコネクタ付き光ファイバコード１及び光結合構造６と同様に、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を効果的に断ち、且つレセプタクル５１へコネクタ付き光ファイバコード１ａを容易に着脱できる。

また、本変形例のように、プラグ４１は、外周面４１ａの一部がテーパ状に形成されていることが好ましい。これによって、プラグ４１をレセプタクル５１に挿入し易くなる。また、プラグ４１をレセプタクル５１に深く挿入するほどプラグ４１とレセプタクル５１との隙間が小さくなるので、Ｏリング１７がプラグ４１とレセプタクル５１との隙間を効果的にシールすることができる。また、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂを負圧に保つ場合には、レセプタクル５１とプラグ４１とが互いに引き合う作用が生じるので、外周面４１ａの一部がテーパ状に形成されていることによってプラグ４１とレセプタクル５１との隙間をさらに効果的にシールすることができる。なお、本変形例ではプラグ４１の外周面４１ａの一部がテーパ状に形成されているが、外周面４１ａの全部がテーパ状に形成されてもよい。

（第２の変形例）
図５は、上記実施形態による光結合構造６の第２変形例として、光結合構造６ｂの構成を示す断面図である。図５を参照すると、光結合構造６ｂは、コネクタ付き光ファイバコード１ｂ及びレセプタクル５２によって構成されている。コネクタ付き光ファイバコード１ｂは、光ファイバ２及びプラグ４２を有している。このうち、光ファイバ２の構成は上記実施形態と同様である。

プラグ４２は、外周面４２ａ並びに端面４２ｂ及び４２ｃを有する円柱状を呈している。プラグ４２の外周面４２ａの一部には、プラグ側螺子部４２ｄが形成されている。また、プラグ４２は、光ファイバ２が挿通される挿通孔４２ｅを有している。光ファイバ２とプラグ４２との隙間は低融点ガラス１６によってシールされており、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４２とを互いに固定している。

プラグ４２の外周面４２ａ上には、第１のシール部材であり、プラグ４２とレセプタクル５２との隙間をプラグ４２の外周に沿ってシールするための２つのＯリング１７ａ及び１７ｂが設けられている。本実施例においては、プラグ４２の外周面４２ａには上記実施形態のような溝が設けられておらず、Ｏリング１７ａ及び１７ｂは、平坦な外周面４２ａ上に設けられている。本変形例のＯリング１７は、例えばシリコンゴムやフッ素ゴムといった弾性体からなる。

また、プラグ４２の外周面４２ａ上には、２つのリング状部材１８ａ及び１８ｂが設けられている。Ｏリング１７ａ及び１７ｂ、並びにリング状部材１８ａ及び１８ｂは、端面４２ｂに近い側から、リング状部材１８ａ、Ｏリング１７ａ、リング状部材１８ｂ、及びＯリング１７ｂの順に並んで配置されている。すなわち、リング状部材１８ａはＯリング１７ａに対して、リング状部材１８ｂはＯリング１７ｂに対して、それぞれ光ファイバ２の先端側に配置されている。また、リング状部材１８ａ及び１８ｂは、プラグ４２に固定されておらず、外周面４２ａ上を摺動可能となっている。また、プラグ４２の外周面４２ａには、Ｏリング１７ｂの位置を固定するための段差部分４２ｆが形成されており、Ｏリング１７ｂは、リング状部材１８ｂと段差部分４２ｆとに挟まれている。

レセプタクル５２は、内周面５２ａを有する円筒状を呈している。本変形例では、レセプタクル５２の内周面５２ａに面５２ｂが形成されている。面５２ｂは、プラグ４２とレセプタクル５２との嵌合状態において、リング状部材１８ａに当接する面である。すなわち、面５２ｂは、円筒状のレセプタクル５２の軸方向と交差する面内に形成されており、リング状部材１８ｂの側面と対向する。また、レセプタクル５２の内周面５２ａの一部には、プラグ４２のプラグ側螺子部４２ｄと螺合するレセプタクル側螺子部５２ｃが形成されている。

本変形例による光結合構造６ｂによれば、上記実施形態の光結合構造６と同様に、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を効果的に断ち、且つレセプタクル５２へコネクタ付き光ファイバコード１ｂを容易に着脱できる。

また、本変形例の光結合構造６ｂによれば、プラグ４２とレセプタクル５２とが嵌合する際に、レセプタクル５２の面５２ｂがリング状部材１８ａを介して弾性体からなるＯリング１７ａを側方から押圧することとなる。また、これにより、リング状部材１８ｂを介してＯリング１７ｂを側方から押圧することとなる。従って、Ｏリング１７ａ及び１７ｂはプラグ４２の外方へ向けて変形するので、プラグ４２とレセプタクル５２とが嵌合する際のＯリング１７ａ及び１７ｂとレセプタクル５２との圧接力が増し、プラグ４２とレセプタクル５２との隙間をより効果的にシールすることができる。

（第３の変形例）
図６は、上記実施形態による光結合構造６の第３変形例として、光結合構造６ｃの構成を示す断面図である。図６を参照すると、光結合構造６ｃは、コネクタ付き光ファイバコード１ｃ及びレセプタクル５３によって構成されている。コネクタ付き光ファイバコード１ｃは、光ファイバ２及びプラグ４３を有している。このうち、光ファイバ２の構成は上記実施形態と同様である。

プラグ４３は、外周面４３ａ並びに端面４３ｂ及び４３ｃを有する略円柱状を呈している。プラグ４３の外周面４３ａの一部には、プラグ側螺子部４３ｄが形成されている。また、本変形例では、プラグ４３の外周面４３ａが、第１の面４３ｆ及び第２の面４３ｇを有している。第２の面４３ｇは、第１の面４３ｆに対して端面４３ｂ側（すなわち光ファイバ２の先端側）に設けられている。第２の面４３ｇの外径は、第１の面４３ｆの外径よりも小さく形成されている。また、第２の面４３ｇの端面４３ｂに接する部分は、面取りされている。

また、第１の面４３ｆは、上記第１変形例のプラグ４１の外周面４１ａ（図４参照）と同様に、テーパ状に形成されている。第１の面４３ｆ上には、Ｏリング１７ａ及び１７ｂが設けられている。具体的には、第１の面４３ｆには、周方向に沿って２本の溝が形成されており、それぞれの溝上にＯリング１７ａ及び１７ｂそれぞれが設けられている。

また、プラグ４３は、光ファイバ２が挿通される挿通孔４３ｅを有している。光ファイバ２とプラグ４３との隙間は低融点ガラス１６によってシールされており、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４３とを互いに固定している。

レセプタクル５３は、本体部５３ａ及び固定部５３ｂを備えている。本体部５３ａは、内周面５３ｃを有する円筒状を呈している。本変形例では、本体部５３ａの内周面５３ｃは、第３の面５３ｅ及び第４の面５３ｆを有している。プラグ４３とレセプタクル５３との嵌合状態において、第３の面５３ｅはプラグ４３の第１の面４３ｆに対応し、第４の面５３ｆはプラグ４３の第２の面４３ｇに対応する。すなわち、プラグ４３のうち第１の面４３ｆを外周面とする部分は、本体部５３ａの第３の面５３ｅを内周面とする孔に嵌合する。また、プラグ４３のうち第２の面４３ｇを外周面とする部分は、本体部５３ａの第４の面５３ｆを内周面とする孔に嵌合する。

また、第１〜第４の面は、第２の面４３ｇと第４の面５３ｆとの隙間が第１の面４３ｆと第３の面５３ｅとの隙間よりも狭くなるようにそれぞれ形成されている。すなわち、第１〜第４の面は、第２の面４３ｇの外径と第４の面５３ｆの内径との差が第１の面４３ｆの外径と第３の面５３ｅの内径との差よりも小さくなるようにそれぞれ形成されている。また、本体部５３ａの第３の面５３ｅは、上記第１変形例のレセプタクル５１の内周面５１ａ（図４参照）と同様に、プラグ４３の第１の面４３ｆの形状に応じたテーパ状に形成されている。

固定部５３ｂは、円筒状の本体部５３ａの両端のうち、プラグ４３が挿入される側の一端に設けられている。固定部５３ｂは、円筒状を呈しており、その中心軸は本体部５３ａの中心軸と一致している。固定部５３ｂの内周面には、プラグ４３のプラグ側螺子部４３ｄと螺合するレセプタクル側螺子部５３ｄが形成されている。また、固定部５３ｂは、本体部５３ａに対して相対的に中心軸周りに回転可能なように支持されている。

本変形例による光結合構造６ｃによれば、上記実施形態の光結合構造６と同様に、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を断ち、且つレセプタクル５３へコネクタ付き光ファイバコード１ｃを容易に着脱できる。

また、本変形例の光結合構造６ｃでは、第２の面４３ｇと第４の面５３ｆとの隙間が第１の面４３ｆと第３の面５３ｅとの隙間よりも狭くなるように各面が形成されている。これによって、第１の面４３ｆと第３の面５３ｅとの隙間をＯリング１７ａ及び１７ｂが好適にシールするとともに、間隔が狭い第２の面４３ｇと第４の面５３ｆとでプラグ４３及びレセプタクル５３の中心軸を精度良く合わせる（すなわち、光ファイバ２の光軸Ａを精度良く位置決めする）ことができる。更に、本変形例ではプラグ４３をレセプタクル５３に螺合する際に、固定部５３ｂのみを回転させ、プラグ４３を回転させる必要がない。そのため、結合時のファイバの捻れを防止できる。

（第４の変形例）
図７は、上記実施形態による光結合構造６の第４変形例として、光結合構造６ｄの構成を示す断面図である。図７を参照すると、光結合構造６ｄは、コネクタ付き光ファイバコード１ｄ及びレセプタクル５４によって構成されている。コネクタ付き光ファイバコード１ｄは、光ファイバ２及びプラグ４４を有している。このうち、光ファイバ２の構成は上記実施形態と同様である。

プラグ４４は、外周面４４ａ並びに端面４４ｂ及び４４ｃを有する略円柱状を呈している。プラグ４４の外周面４４ａの一部には、プラグ側螺子部４４ｄが形成されている。また、本変形例では、プラグ４４の外周面４４ａが、第１の面４４ｆ及び第２の面４４ｇを有している。第２の面４４ｇは、第１の面４４ｆに対して端面４４ｂ側（すなわち光ファイバ２の先端側）に設けられている。第２の面４４ｇの外径は、第１の面４４ｆの外径よりも小さく形成されている。

また、第１の面４４ｆ上には、上述した第２変形例と同様に、端面４４ｂ側からリング状部材１８ａ、Ｏリング１７ａ、リング状部材１８ｂ、及びＯリング１７ｂが順に配置されている。リング状部材１８ａ及び１８ｂは、プラグ４４に対して摺動可能に設けられている。Ｏリング１７ｂは、第１の面４４ｆに形成された段差部分４４ｈとリング状部材１８ｂとに挟まれている。また、プラグ４４は、光ファイバ２が挿通される挿通孔４４ｅを有している。光ファイバ２とプラグ４４との隙間は低融点ガラス１６によってシールされており、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４４とを互いに固定している。

レセプタクル５４は、本体部５４ａ及び固定部５４ｂを備えている。本体部５４ａは、内周面５４ｃを有する円筒状を呈している。本変形例では、本体部５４ａの内周面５４ｃは、第３の面５４ｅ及び第４の面５４ｆを有している。本体部５４ａの第３の面５４ｅには、面５４ｇが形成されている。面５４ｇは、プラグ４４とレセプタクル５４との嵌合状態において、リング状部材１８ａに当接する面である。

なお、本変形例において、プラグ４４の第１の面４４ｆ及び第２の面４４ｇと本体部５４ａの第３の面５４ｅ及び第４の面５４ｆとの関係は、上記第３変形例におけるプラグ４３の第１の面４３ｆ及び第２の面４３ｇと本体部５３ａの第３の面５３ｅ及び第４の面５３ｆとの関係と同様である。また、固定部５４ｂの構成は、レセプタクル側螺子部５４ｄを有する点を含め、上記第３変形例の固定部５３ｂの構成と同様である。従って、これらの構成についての詳細な説明を省略する。

本変形例による光結合構造６ｄによれば、上記実施形態の光結合構造６と同様に、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を効果的に断ち、且つレセプタクル５４へコネクタ付き光ファイバコード１ｄを容易に着脱できる。

また、本変形例の光結合構造６ｄによれば、上記第３変形例と同様に、第１の面４４ｆと第３の面５４ｅとの隙間をＯリング１７ａ及び１７ｂが好適にシールするとともに、間隔が狭い第２の面４４ｇと第４の面５４ｆとでプラグ４４及びレセプタクル５４の中心軸を精度良く合わせることができる。また、本変形例の光結合構造６ｄによれば、上記第２変形例と同様に、プラグ４４とレセプタクル５４とが嵌合する際のＯリング１７ａ及び１７ｂとレセプタクル５４との圧接力が増し、プラグ４４とレセプタクル５４との隙間をより効果的にシールすることができる。更に、本変形例では上記第３変形例と同様に、プラグ４４をレセプタクル５４に螺合する際に、固定部５４ｂのみを回転させ、プラグ４４を回転させる必要がない。そのため、結合時のファイバの捻れを防止できる。

なお、本変形例においては、プラグ４４の第１の面４４ｆ及び第２の面４４ｇを同一面とする（すなわち、第１の面４４ｆの外径と第２の面４４ｇの外径とを同一にする）ことも可能である。その場合、リング状部材１８ａ及び１８ｂの着脱によって第２の面４４ｇに傷がつくおそれがある。従って、本変形例のように第２の面４４ｇの外径が第１の面４４ｆの外径よりも小さい構成が好ましい。

（第５の変形例）
図８は、上記実施形態による光結合構造６の第５変形例として、光結合構造６ｅの構成を示す切欠き斜視図である。また、図９は、図８に示した光結合構造６ｅのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。図８及び図９を参照すると、光結合構造６ｅは、コネクタ付き光ファイバコード１ｅ及びレセプタクル５５によって構成されている。コネクタ付き光ファイバコード１ｅは、光ファイバ２及びプラグ４５を有している。このうち、光ファイバ２の構成は上記実施形態と同様である。

プラグ４５は、外周面４５ａ及び４５ｂを有している。外周面４５ｂは、外周面４５ａに対して端面４５ｃ側（すなわち光ファイバ２の先端側）に設けられている。プラグ４５のうち外周面４５ｂに覆われる部分は、光ファイバ２の光軸方向Ａを中心軸とする円柱状を呈している。プラグ４５の外周面４５ｂは、第１の面４５ｈ及び第２の面４５ｉを有している。第２の面４５ｉは、第１の面４５ｈに対して端面４５ｃ側に設けられている。第２の面４５ｉの外径は、第１の面４５ｈの外径よりも小さく形成されている。また、プラグ４５のうち外周面４５ａに覆われる部分は、光軸方向Ａと交差する断面が矩形を呈している。すなわち、外周面４５ａは、４面形成されている。

また、プラグ４５の外周面４５ａのうち対向する２面には、プラグ側係合部４５ｅといった係合手段が形成されている。プラグ側係合部４５ｅは凸部４５ｇを有しており、後述するレセプタクル側係合部の凹部５５ｅが凸部４５ｇに係合することによってプラグ４５とレセプタクル５５とが係合固定される。

また、プラグ４５は、光ファイバ２が挿通される挿通孔４５ｆを有している。光ファイバ２とプラグ４５との隙間は低融点ガラス１６によってシールされており、低融点ガラス１６は、光ファイバ２とプラグ４５とを互いに固定している。プラグ４５の第１の面４５ｈ上には、プラグ４５とレセプタクル５５との隙間をプラグ４５の外周に沿ってシールするためのＯリング１７が設けられている。

レセプタクル５５は、内周面５５ａ及び５５ｂを有している。また、内周面５５ｂは、第３の面５５ｊ及び第４の面５５ｋを有している。プラグ４５とレセプタクル５５との嵌合状態において、プラグ４５のうち外周面４５ａに覆われる部分は、レセプタクル５５の内周面５５ａによって規定される孔に嵌合する。また、プラグ４５のうち外周面４５ｂに覆われる部分は、レセプタクル５５の内周面５５ｂによって規定される孔に嵌合する。

なお、本変形例において、プラグ４５の第１の面４５ｈ及び第２の面４５ｉとレセプタクル５５の第３の面５５ｊ及び第４の面５５ｋとの関係は、上記第３変形例におけるプラグ４３の第１の面４３ｆ及び第２の面４３ｇと本体部５３ａの第３の面５３ｅ及び第４の面５３ｆとの関係と同様である。

また、レセプタクル５５には、レセプタクル側係合部５５ｃといった係合手段が設けられている。レセプタクル側係合部５５ｃは、作動部５５ｄと、圧縮ばね５５ｉと、ラッチ解除スイッチ５５ｇと、作動軸５５ｆとを有している。作動軸５５ｆは、レセプタクル５５の中心軸と交差する方向を長手方向としてレセプタクル５５に回動可能に支持されるとともに、作動部５５ｄに固定されている。作動部５５ｄは、作動軸５５ｆを中心にして傾動する。作動部５５ｄには凹部５５ｅが形成されており、プラグ４５とレセプタクル５５とが嵌合する際には、凹部５５ｅはプラグ側係合部４５ｅの凸部４５ｇに係合する。

また、圧縮ばね５５ｉは、作動部５５ｄにおける凹部５５ｅとは反対側の面とレセプタクル５５との間に設けられている。すなわち、プラグ４５とレセプタクル５５とが嵌合する際には、作動部５５ｄがプラグ側係合部４５ｅに形成された斜面に沿って徐々に傾動し、作動部５５ｄの凹部５５ｅがプラグ側係合部４５ｅの凸部４５ｇに達すると、圧縮ばね５５ｉの弾性力によって作動部５５ｄの傾きが戻り、凹部５５ｅが凸部４５ｇに係合する。

また、ラッチ解除スイッチ５５ｇは、作動部５５ｄのレセプタクル５５と対向する面において、作動軸５５ｆに対して圧縮ばね５５ｉとは反対側に取り付けられている。ラッチ解除スイッチ５５ｇは、レセプタクル５５に設けられた孔５５ｈを通ってレセプタクル５５の外方へ向けて延びている。そして、ラッチ解除スイッチ５５ｇをレセプタクル５５の外側から押し込むと、圧縮ばね５５ｉの弾性力に抗して作動部５５ｄが傾動し、凹部５５ｅとプラグ側係合部４５ｅの凸部４５ｇとの係合が解除される。

本変形例による光結合構造６ｅによれば、上記実施形態の光結合構造６と同様に、光ファイバ２の空孔２ａ及び２ｂと大気との接触を効果的に断ち、且つレセプタクル５５へコネクタ付き光ファイバコード１ｅを容易に着脱できる。

また、本変形例の光結合構造６ｅによれば、プラグ４５がプラグ側係合部４５ｅを有し、レセプタクル５５がレセプタクル側係合部５５ｃを有することによって、プラグ４５をレセプタクル５５に押し込むだけでプラグ４５とレセプタクル５５とを容易に固定することができる。なお、本変形例ではプラグ４５及びレセプタクル５５の双方が係合手段を有しているが、プラグ４５及びレセプタクル５５が互いに係合するしくみであれば、プラグ４５及びレセプタクル５５の一方のみに係合手段が設けられていてもよい。

本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例では第１のシール部材としてＯリングを挙げているが、プラグとレセプタクルとの隙間をシールする部材であればＯリング以外にも様々な部材を用いることができる。また、上記実施形態では第２のシール部材を構成する材料として低融点ガラス、接着剤、及びはんだを例示しているが、光ファイバとプラグとの隙間をシールする材料であればこれら以外にも様々な材料を用いることができる。また、本発明の光結合構造は、上記した実施形態の光学装置５０以外にも、他に様々な光学装置に対して適用することができる。

本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造の用途としては、例えば医療用のレーザーメスが挙げられる。すなわち、レーザメス用のレーザ光を伝搬する光ファイバをホーリーファイバとし、その一端を本光結合構造とする。そして、乾燥窒素など人体に無害な加圧ガスを空孔を介して吹き出させる。このようにすることで、光ファイバの他端に飛沫が付着し焼き付くことを防止できる。

また、本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造の別の用途として、次のような用途がある。すなわち、光ファイバのコアにフッ素添加ガラスを使用し、さらに水素処理することで紫外域の透過特性が向上することが知られているが、光ファイバ内の水素は時間経過とともに抜けてしまう。そこで、本発明によるコネクタ付き光ファイバコードを用いてホーリーファイバの空孔内に水素を導入することにより、長期にわたって良好な紫外透過特性を保つことが可能になる。

本発明によるコネクタ付き光ファイバコード及び光結合構造の第１実施形態の構成を示すブロック図である。（ａ）光ファイバの構造の一例を示す切欠き斜視図である。（ｂ）光ファイバの構造の他の一例の構造を示す断面図である。（ｃ）光ファイバの構造の他の一例の構造を示す断面図である。光結合構造の構成を示す断面図である。光結合構造の第１変形例の構成を示す断面図である。光結合構造の第２変形例の構成を示す断面図である。光結合構造の第３変形例の構成を示す断面図である。光結合構造の第４変形例の構成を示す断面図である。光結合構造の第５変形例の構成を示す切欠き斜視図である。図８に示した光結合構造のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｅ…光ファイバコード、２…光ファイバ、２ａ，２ｂ…空孔、４，４１〜４５…プラグ、４ａ…外周面、４ｂ，４ｃ…端面、４ｄ…プラグ側螺子部、４ｅ…挿通孔、５，５１〜５５…レセプタクル、５ａ…内周面、５ｂ…レセプタクル側螺子部、６，６ａ〜６ｅ…光結合構造、７…光源、８…チャンバ、９…レンズ、１０…ステージ、１１…真空ポンプ、１２…制御ユニット、１３ａ〜１３ｃ…流量・圧力コントローラ、１６…低融点ガラス、１７，１７ａ，１７ｂ…Ｏリング、１８ａ，１８ｂ…リング状部材、４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄ…プラグ側螺子部、４５ｅ…プラグ側係合部、５０…光学装置、５１ｂ，５２ｃ，５３ｄ，５４ｄ…レセプタクル側螺子部、５５ｃ…レセプタクル側係合部。

Claims

光学装置に固定されたレセプタクルに対して着脱可能なコネクタ付き光ファイバコードであって、光軸方向に延びる少なくとも１つの空孔を有する光ファイバ、前記光ファイバを挿通する挿通孔を有し前記レセプタクルに嵌合するプラグ、前記プラグの外周面上に設けられ、前記プラグと前記レセプタクルとの隙間を前記プラグの外周に沿ってシールする第１のシール部材、及び、前記プラグの前記挿通孔と前記光ファイバとの隙間を前記光ファイバの外周に沿ってシールする第２のシール部材を備えるコネクタ付き光ファイバコードと、
前記コネクタ付き光ファイバコードの前記プラグと嵌合するレセプタクルと
を備え、
前記第１のシール部材が弾性体からなり、
前記コネクタ付き光ファイバコードが、前記プラグの外周面上において前記第１のシール部材に対して前記光ファイバの先端側に摺動可能に設けられたリング状部材をさらに備え、
前記レセプタクルが、前記プラグとの嵌合状態において前記リング状部材に当接する面を有することを特徴とする、光結合構造。
光学装置に固定されたレセプタクルに対して着脱可能なコネクタ付き光ファイバコードであって、光軸方向に延びる少なくとも１つの空孔を有する光ファイバ、前記光ファイバを挿通する挿通孔を有し前記レセプタクルに嵌合するプラグ、前記プラグの外周面上に設けられ、前記プラグと前記レセプタクルとの隙間を前記プラグの外周に沿ってシールする第１のシール部材、及び、前記プラグの前記挿通孔と前記光ファイバとの隙間を前記光ファイバの外周に沿ってシールする第２のシール部材を備えるコネクタ付き光ファイバコードと、
前記コネクタ付き光ファイバコードのプラグと嵌合するレセプタクルと
を備え、
前記プラグの外周面が、前記第１のシール部材が設けられた第１の面、及び前記第１の面に対して前記光ファイバの先端側に設けられた第２の面を有し、
前記レセプタクルの内周面が、前記プラグの前記第１及び第２の面にそれぞれ対応する第３及び第４の面を有し、
前記プラグと前記レセプタクルとの嵌合状態において、前記プラグの前記第２の面と前記レセプタクルの前記第４の面との隙間が、前記プラグの前記第１の面と前記レセプタクルの前記第３の面との隙間よりも狭いことを特徴とする、光結合構造。