JP5859806B2 - Optical fiber end face processing method and end face processed optical fiber - Google Patents

Optical fiber end face processing method and end face processed optical fiber Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバの端面処理方法及び端面処理された光ファイバに関し、特にレーザ光を用いて空孔を有する光ファイバの端面を封止する方法及び端面処理された光ファイバに関する。   The present invention relates to an end face processing method for an optical fiber and an end face processed optical fiber, and more particularly to a method for sealing an end face of an optical fiber having holes using laser light and an end face processed optical fiber.

エアホール型のダブルクラッドファイバ等の軸方向に延びる空孔を有する光ファイバは、端面の封止を必要とする。端面を封止しない場合には、水分若しくは揮発性成分等の汚染物質又は塵等の異物が端面から空孔内に侵入して空孔内が汚染され、光ファイバの光学特性が大きく劣化してしまう。端面の封止は、通常は光ファイバを火炎又はアーク放電等により加熱して溶融することにより行われる。光ファイバを溶融して空孔を塞いだ後、空孔を塞いだ部分が端面となるようにクリーバ等により機械的に切断し、端面の研磨を行う。このようにすれば、端部に封止領域を有する光ファイバが実現できる。   An optical fiber having a hole extending in the axial direction, such as an air hole type double clad fiber, requires sealing of an end face. If the end face is not sealed, contaminants such as moisture or volatile components, or foreign matter such as dust can enter the hole from the end face, contaminating the hole and greatly degrading the optical characteristics of the optical fiber. End up. The end face is usually sealed by heating and melting the optical fiber by flame or arc discharge. After melting the optical fiber to close the hole, the end surface is polished by mechanically cutting with a cleaver or the like so that the hole closed portion becomes the end surface. In this way, an optical fiber having a sealing region at the end can be realized.

一方、空孔が塞がれた封止領域は、空孔による光の閉じ込め等が期待できない領域である。このため、封止領域の軸方向の厚さが厚くなると、光ファイバの受光角が小さくなり、結合損失が大きくなる。光ファイバの受光角を大きくして結合損失の低下を抑えるには、封止領域の厚さをできるだけ薄くする必要がある。しかし、火炎又はアーク放電等により加熱した場合には、熱源に近い部分から周囲に熱が次第に広がって広い部分に熱が加わるため封止領域の厚さを薄くすることができない。このため、端面を平滑にすると共に、封止領域の厚さを薄くするための研磨工程が不可欠である。   On the other hand, the sealed region where the holes are blocked is a region where light confinement due to the holes cannot be expected. For this reason, when the axial thickness of the sealing region increases, the light receiving angle of the optical fiber decreases and the coupling loss increases. In order to suppress the decrease in coupling loss by increasing the light receiving angle of the optical fiber, it is necessary to reduce the thickness of the sealing region as much as possible. However, when heated by a flame or arc discharge, the heat gradually spreads from the portion close to the heat source to the surroundings, and heat is applied to a wide portion, so that the thickness of the sealed region cannot be reduced. For this reason, a polishing step for smoothing the end face and reducing the thickness of the sealing region is indispensable.

また、封止領域と通常領域との間には、空孔が塞がれていないが空孔の径が小さくなっているテーパ領域が発生する。テーパ領域は、空孔のサイズ及び配置等が乱れているため、光ファイバの光学特性が通常領域よりも劣化している。このため、テーパ領域をできるだけ薄くすることが好ましい。しかし、火炎又はアーク放電等により広い範囲に亘って熱が加わると、テーパ領域が厚くなってしまう。さらに、火炎又はアーク放電等を用いて加熱する場合には、均一に加熱することが困難であり、封止領域の厚さが一定にならず、封止領域と封止されていない部分との境界面が端面に対して斜めになってしまう。   In addition, a tapered region is generated between the sealing region and the normal region where the hole is not blocked but the diameter of the hole is small. In the tapered region, since the hole size and arrangement are disordered, the optical characteristics of the optical fiber are deteriorated as compared with the normal region. For this reason, it is preferable to make the tapered region as thin as possible. However, when heat is applied over a wide range by flame or arc discharge, the taper region becomes thick. Furthermore, when heating using a flame or arc discharge or the like, it is difficult to heat uniformly, the thickness of the sealed region is not constant, the sealing region and the unsealed part The boundary surface is inclined with respect to the end surface.

このような問題は主に光ファイバに熱が不均一に加わることによって生じると考えられる。このため、より均一に熱を加えることができるように、レーザ光を用いて光ファイバの端面を封止する方法が検討されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。レーザ光を光ファイバの端面に照射することにより、端面の近傍を局所的に溶融させることができ、封止領域の厚さを薄くすることができると期待される。   Such a problem is considered to be caused mainly by uneven application of heat to the optical fiber. For this reason, a method of sealing the end face of an optical fiber using laser light has been studied so that heat can be applied more uniformly (see, for example, Patent Documents 1 and 2). By irradiating the end face of the optical fiber with laser light, it is expected that the vicinity of the end face can be locally melted and the thickness of the sealing region can be reduced.

特開２００９−１７５２７１号公報JP 2009-175271 A 特開２０１０−３９０６４号公報JP 2010-39064 A

しかしながら、前記従来のレーザ光を用いた端面の封止は、レーザ光を光ファイバの端面に照射しており、以下のような問題がある。光ファイバの端面には空孔が分布しており、端面に均一にレーザ光を照射したとしても、照射領域全体が均一に溶融しない。このため、封止領域の厚さを均一にできないおそれがある。また、封止された端面が平滑とならず、封止工程の後に端面を研磨する工程が必要となる。このため、工数及び工程時間が増加し結果としてコストを増大させる。   However, the sealing of the end face using the conventional laser beam irradiates the end face of the optical fiber with the laser beam, and has the following problems. Holes are distributed on the end face of the optical fiber, and even if the end face is uniformly irradiated with laser light, the entire irradiated region is not uniformly melted. For this reason, there exists a possibility that the thickness of a sealing area | region cannot be made uniform. Further, the sealed end face is not smooth, and a step of polishing the end face after the sealing step is required. For this reason, man-hours and process time increase, resulting in an increase in cost.

光ファイバの端面に複雑な温度分布を生じさせることにより、端面において、均一に溶融が生じるようすることは可能であるが、この場合には複雑な光学系を有するレーザ照射装置が必要となる。   Although it is possible to uniformly melt the end face by generating a complicated temperature distribution on the end face of the optical fiber, in this case, a laser irradiation apparatus having a complicated optical system is required.

さらに、太い光ファイバの場合には、端面全体にレーザ光が照射されるようにビーム径を大きくする必要があるため、ビームの強度分布の影響を受け易く、封止領域の厚さを均一にすることが困難である。   Furthermore, in the case of a thick optical fiber, it is necessary to increase the beam diameter so that the entire end surface is irradiated with laser light. Therefore, it is easily affected by the intensity distribution of the beam, and the thickness of the sealing region is made uniform. Difficult to do.

本発明は、前記の問題を解決し、結合損失の低下等を抑えつつ空孔を有する光ファイバの端面を容易に封止できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to easily seal the end face of an optical fiber having holes while suppressing a decrease in coupling loss and the like.

前記の目的を達成するため、本発明は光ファイバの端面処理方法を、光ファイバの端部に側方からレーザ光を照射する構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, an end face processing method of an optical fiber is configured to irradiate an end portion of the optical fiber with laser light from the side.

具体的に、本発明に係る光ファイバの端面処理方法は、軸方向に沿って延びる空孔を有する光ファイバの端部にレーザ光を集光して照射し、光ファイバの端部を溶融して空孔を封止する封止工程を備え、封止工程において、レーザ光は光ファイバの側方から照射する。   Specifically, in the end face processing method for an optical fiber according to the present invention, the end of the optical fiber is melted by condensing and irradiating the end of the optical fiber having a hole extending along the axial direction. A sealing step of sealing the holes, and in the sealing step, the laser beam is irradiated from the side of the optical fiber.

本発明の端面処理方法は、光ファイバの端部に側方からレーザ光を集光して照射する。このため、光ファイバの端部を局所的に加熱して溶融させ、空孔を封止することができる。従って、空孔が封止された封止領域の厚さを薄くすることができ、厚さのばらつきも小さくすることができる。また、空孔が封止されていないが、空孔の径が変化しているテーパ領域の厚さを薄くすることもできる。その結果、結合損失の低下が少ない光ファイバを実現することができる。さらに、封止した光ファイバの端面が平坦で且つ平滑となるため、封止後に研磨をする必要がなく、工程を簡略化して工程時間を短縮することができる。   The end face processing method of the present invention condenses and irradiates laser light from the side onto the end of an optical fiber. For this reason, the end of the optical fiber can be locally heated and melted to seal the holes. Therefore, the thickness of the sealing region in which the holes are sealed can be reduced, and variations in thickness can be reduced. Moreover, although the hole is not sealed, the thickness of the taper region where the diameter of the hole is changing can be reduced. As a result, an optical fiber with little reduction in coupling loss can be realized. Furthermore, since the end face of the sealed optical fiber is flat and smooth, it is not necessary to polish after sealing, and the process can be simplified and the process time can be shortened.

本発明の光ファイバの端面処理方法において、封止工程は、光ファイバの端面を平滑化する平滑化工程を兼ねる構成としてもよい。   In the optical fiber end face processing method of the present invention, the sealing step may also serve as a smoothing step for smoothing the end face of the optical fiber.

本発明の光ファイバの端面処理方法は、封止工程よりも前に、光ファイバの側面にレーザ光を集光して照射することにより光ファイバを切断し、端部を形成する切断工程をさらに備えている構成としてもよい。   The method for treating an end face of an optical fiber according to the present invention further includes a cutting step of cutting the optical fiber by condensing and irradiating the side surface of the optical fiber to form an end portion before the sealing step. It is good also as a structure provided.

この場合において、切断工程において照射するレーザ光と、封止工程において照射するレーザ光とは、同一の光強度及びビーム径を有し、切断工程と封止工程とは連続して行う構成としてもよい。   In this case, the laser light irradiated in the cutting process and the laser light irradiated in the sealing process have the same light intensity and beam diameter, and the cutting process and the sealing process may be performed continuously. Good.

本発明の光ファイバの端面処理方法は、集光されたレーザ光の周縁光線と、光ファイバの側面とが直交するようにレーザ光を照射する構成としてもよい。   The end face processing method of the optical fiber of the present invention may be configured to irradiate the laser beam so that the peripheral ray of the focused laser beam and the side surface of the optical fiber are orthogonal.

本発明の光ファイバの端面処理方法は、光ファイバをその軸を中心に回転させた状態でレーザ光を照射する構成としてもよい。   The optical fiber end face processing method of the present invention may be configured to irradiate laser light in a state where the optical fiber is rotated around its axis.

本発明の光ファイバの端面処理方法において、集光されたレーザ光のスポット径は、光ファイバの径よりも小さくすればよい。   In the method for treating an end face of an optical fiber according to the present invention, the spot diameter of the focused laser beam may be made smaller than the diameter of the optical fiber.

本発明に係る端面が封止された光ファイバは、軸方向に沿って延びる空孔を有する通常領域と、通常領域の両端部に設けられ空孔が封止された封止領域とを備え、封止領域の厚さのばらつきは３０μｍ以下である。   The optical fiber with the end face sealed according to the present invention includes a normal region having holes extending along the axial direction, and a sealed region in which the holes are sealed at both ends of the normal region, The variation in the thickness of the sealing region is 30 μm or less.

本発明の端面が封止された光ファイバは、通常領域と封止領域との間に設けられ、空孔の径が次第に小さくなるテーパ領域をさらに備え、テーパ領域の厚さは、５μｍ以上且つ５０μｍ以下である構成としてもよい。   The optical fiber with the end face sealed according to the present invention is further provided with a tapered region that is provided between the normal region and the sealed region, and the diameter of the pores gradually decreases, and the thickness of the tapered region is 5 μm or more and It is good also as a structure which is 50 micrometers or less.

本発明の端面が封止された光ファイバにおいて、端面と側面との境界部における曲率半径は、２５μｍ以上１００μｍ以下としてもよい。   In the optical fiber with the end face sealed according to the present invention, the radius of curvature at the boundary between the end face and the side face may be 25 μm or more and 100 μm or less.

本発明に係る光ファイバの端面処理方法によれば、結合損失の低下等を抑えつつ空孔を有する光ファイバの端面を容易に封止できる。   According to the method for treating an end face of an optical fiber according to the present invention, the end face of an optical fiber having holes can be easily sealed while suppressing a reduction in coupling loss or the like.

一実施形態に係る光ファイバの端面処理方法に用いる処理装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the processing apparatus used for the end surface processing method of the optical fiber which concerns on one Embodiment. 光ファイバへのレーザ光の照射を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining irradiation of the laser beam to an optical fiber. 封止された光ファイバの端面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the end surface of the sealed optical fiber. 一実施形態に係る光ファイバの端面処理方法の変形例を示す工程図である。It is process drawing which shows the modification of the end surface processing method of the optical fiber which concerns on one Embodiment. レーザ光の照射角度を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the irradiation angle of a laser beam.

本発明に係る光ファイバの端面処理方法は、例えば図１に示すような処理装置１００を用いて、レーザ光１０１を光ファイバ１２０の側方から照射することにより、端面の封止を行う。処理装置１００は、光ファイバ１２０を保持する保持部１０２と、保持部１０２に保持された光ファイバ１２０に側方からレーザ光１０１を照射する照射部１１０とを有している。照射部１１０は、レーザ光源１１１と、レーザ光１０１の照射時間を調節するシャッター１１２と、レーザ光１０１を平行に広げるエキスパンダ１１３と、エキスパンダ１１３を透過した後のレーザ光１０１を光ファイバ１２０の端部に集光する集光レンズ１１４とを有している。保持部１０２は、保持している光ファイバ１２０を回転させることができる。   The optical fiber end face processing method according to the present invention seals the end face by irradiating laser light 101 from the side of the optical fiber 120 using, for example, a processing apparatus 100 as shown in FIG. The processing apparatus 100 includes a holding unit 102 that holds the optical fiber 120 and an irradiation unit 110 that irradiates the optical fiber 120 held by the holding unit 102 with the laser beam 101 from the side. The irradiation unit 110 includes a laser light source 111, a shutter 112 that adjusts the irradiation time of the laser light 101, an expander 113 that spreads the laser light 101 in parallel, and the laser light 101 that has passed through the expander 113 and the optical fiber 120. And a condensing lens 114 for condensing light at the end of the lens. The holding unit 102 can rotate the held optical fiber 120.

光ファイバ１２０は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバである。空孔配置の周期性及び空孔サイズの均一性を必要とするフォトニックバンドギャップ型の光ファイバであってもよく、また全反射により光を閉じ込める屈折率導波型の光ファイバであってもよい。以下においては、エアホール型のダブルクラッドファイバを例に説明を行う。但し、空孔を有する光ファイバであればどのような光ファイバにも適用することができる。   The optical fiber 120 is an optical fiber having a hole extending in the axial direction. It may be a photonic bandgap optical fiber that requires periodicity of hole arrangement and uniformity of hole size, or may be a refractive index guided optical fiber that confines light by total reflection. Good. In the following, an air hole type double clad fiber will be described as an example. However, it can be applied to any optical fiber as long as it is an optical fiber having holes.

レーザ光源１１１は、光ファイバ１２０を構成する石英ガラスに吸収され、それを溶融させることができる波長及び出力を有していればよい。例えば、波長が１０μｍ程度で、出力が３０Ｗ程度の炭酸ガスレーザを用いればよい。また、炭酸ガスレーザに代えて、エルビウム添加ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザ、フッ化水素レーザ又は一酸化炭素レーザ等を用いることも可能である。   The laser light source 111 only needs to have a wavelength and an output capable of being absorbed by the quartz glass constituting the optical fiber 120 and melting it. For example, a carbon dioxide laser having a wavelength of about 10 μm and an output of about 30 W may be used. Further, an erbium-doped YAG (yttrium-aluminum-garnet) laser, a hydrogen fluoride laser, a carbon monoxide laser, or the like can be used instead of the carbon dioxide laser.

光ファイバに炭酸ガスレーザ等の石英ガラスに吸収されやすい波長のレーザ光を集光して照射すると、集光スポットにおいてレーザ光が強く吸収される。このため、集光スポットにおいて温度が急激に上昇し光ファイバが局所的に溶融する。溶融に至るまでの照射時間が短時間で済むため、集光スポットの周囲における温度上昇を抑えることができる。   When a laser beam having a wavelength that is easily absorbed by quartz glass such as a carbon dioxide laser is condensed and irradiated on the optical fiber, the laser beam is strongly absorbed at the focused spot. For this reason, the temperature rapidly rises at the focused spot and the optical fiber is locally melted. Since the irradiation time until melting is short, it is possible to suppress an increase in temperature around the focused spot.

本実施形態の端面処理方法においては、図２に示すように光ファイバ１２０を回転させ、光ファイバ１２０の側方から端部の狭い領域にレーザ光１０１を集光して照射する。このため、軸方向の狭い範囲が局所的に加熱され溶融する。その結果、図３に示すように封止領域１２１の軸方向の厚さｔ１を薄くすることができる。封止領域１２１は、空孔１２５内への汚染物質の侵入を防ぐためには必要であるが、厚くなるほど光ファイバ１２０の開口数（ＮＡ）が低下する。このため、封止領域１２１の厚さｔ１はできるだけ小さくすることが好ましい。光ファイバ１２０の太さ及び構造等にもよるが、本実施形態の端面処理方法においては、研磨することなく封止領域１２１の厚さｔ１を５０μｍ〜１００μｍ程度にすることが可能である。   In the end face processing method of the present embodiment, the optical fiber 120 is rotated as shown in FIG. 2, and the laser light 101 is condensed and irradiated on a narrow region at the end from the side of the optical fiber 120. For this reason, a narrow range in the axial direction is locally heated and melted. As a result, the axial thickness t1 of the sealing region 121 can be reduced as shown in FIG. The sealing region 121 is necessary to prevent the entry of contaminants into the air holes 125, but the numerical aperture (NA) of the optical fiber 120 decreases as the thickness increases. For this reason, it is preferable to make the thickness t1 of the sealing region 121 as small as possible. Although depending on the thickness and structure of the optical fiber 120, the thickness t1 of the sealing region 121 can be reduced to about 50 μm to 100 μm without polishing in the end face processing method of the present embodiment.

封止領域１２１と通常領域１２３との間には、封止領域１２１側に向かって空孔１２５の径が次第に小さくなるテーパ領域１２２が生じる。テーパ領域１２２は、空孔の径が変化しているため光ファイバの特性が大きく変動している。従って、テーパ領域１２２の厚さｔ２が厚くなると結合損失が低下する。このため、テーパ領域１２２の厚さｔ２もできるだけ薄くすることが好ましい。本実施形態の端面処理方法においては、軸方向の熱の拡散を抑えることができるため、テーパ領域１２２の厚さｔ２を薄くすることもできる。具体的には、テーパ領域１２２の厚さｔ２を５μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。   Between the sealing region 121 and the normal region 123, a tapered region 122 is formed in which the diameter of the hole 125 gradually decreases toward the sealing region 121 side. In the tapered region 122, the characteristics of the optical fiber greatly fluctuate because the hole diameter changes. Accordingly, the coupling loss decreases as the thickness t2 of the tapered region 122 increases. For this reason, it is preferable to make the thickness t2 of the tapered region 122 as thin as possible. In the end face processing method of the present embodiment, since the heat diffusion in the axial direction can be suppressed, the thickness t2 of the tapered region 122 can be reduced. Specifically, the thickness t2 of the tapered region 122 can be set to about 5 μm to 50 μm.

光ファイバ１２０を回転させることにより、光ファイバ１２０の径が大きい場合においても、端部を均一に溶融させることができ、封止領域１２１の厚さｔ１のばらつきを小さくすることができる。光ファイバ１２０の太さ及び構造等にもよるが、本実施形態の端面処理方法においては、封止領域１２１の厚さｔ１のばらつきを３０μｍ以下とすることができる。   By rotating the optical fiber 120, even when the diameter of the optical fiber 120 is large, the end portion can be melted uniformly, and the variation in the thickness t1 of the sealing region 121 can be reduced. Although depending on the thickness and structure of the optical fiber 120, in the end face processing method of the present embodiment, the variation in the thickness t1 of the sealing region 121 can be 30 μm or less.

光ファイバ１２０の回転速度は、光ファイバ１２０の直径及びレーザ光１０１のビーム径及び出力等に応じて決定すればよい。通常は、５０ｒｐｍ程度〜５００ｒｐｍ程度とすればよく、光ファイバ１２０の直径が太いほど回転を速くすることが好ましい。また、光ファイバ１２０の直径が１２５μｍ程度と細い場合には、光ファイバ１２０を回転させなくても、均一な端面処理を行うことができる。   The rotational speed of the optical fiber 120 may be determined according to the diameter of the optical fiber 120, the beam diameter of the laser light 101, the output, and the like. Usually, it may be about 50 rpm to about 500 rpm, and it is preferable that the rotation is faster as the diameter of the optical fiber 120 is larger. Further, when the diameter of the optical fiber 120 is as thin as about 125 μm, uniform end face processing can be performed without rotating the optical fiber 120.

さらに、均一に溶融が進むことにより平滑で平坦な端面が得られる。封止領域１２１の厚さｔ１が薄く且つ端面が平滑で平坦となるため、封止後に端面の平坦化及び封止領域１２１の縮小のために端面を研磨する必要がない。従って、工程数を削減し工程時間を大幅に短縮することができる。   Furthermore, a smooth and flat end surface can be obtained by the uniform melting. Since the thickness t1 of the sealing region 121 is thin and the end surface is smooth and flat, it is not necessary to polish the end surface for planarization of the end surface and reduction of the sealing region 121 after sealing. Therefore, the number of processes can be reduced and the process time can be greatly shortened.

一方、光ファイバを火炎又はアーク放電等により加熱して封止する場合には、局所的に温度を上昇させることが困難である。このため、比較的広い範囲に亘って光ファイバの溶融が生じ、封止領域の厚さｔ１が厚くなってしまう。また、光ファイバが溶融するまでの加熱時間が長くなるため、封止領域の周囲に熱が伝わりテーパ領域の厚さｔ２も厚くなる。さらに、均一な加熱が困難であるため、封止領域の厚さｔ１がばらついてしまう。   On the other hand, when the optical fiber is heated and sealed by flame or arc discharge, it is difficult to raise the temperature locally. For this reason, the optical fiber is melted over a relatively wide range, and the thickness t1 of the sealing region is increased. Further, since the heating time until the optical fiber is melted is increased, heat is transmitted to the periphery of the sealing region, and the thickness t2 of the tapered region is also increased. Furthermore, since uniform heating is difficult, the thickness t1 of the sealing region varies.

封止領域の厚さｔ１は、光ファイバの開口数に影響を与える。封止領域の厚さが厚くなると光ファイバの開口数が小さくなり、光ファイバの結合損失が増大する。また、封止領域の厚さがばらつくと光の入射位置により光ファイバの開口数が変動してしまう。このため、光ファイバの信頼性が大きく低下する。また、封止領域の厚さのばらつきが大きい場合には、研磨を行っても封止領域の厚さを薄くすることが困難となるという問題も生じる。例えば、封止領域の厚さのばらつきが２００μｍである場合には、研磨により最も薄い部分の厚さを５０μｍとしたとしても、最も厚い部分の厚さは２５０μｍとなる。このため全体として光ファイバの開口数は大きく低下し、結合損失が増大する。   The thickness t1 of the sealing region affects the numerical aperture of the optical fiber. As the thickness of the sealing region increases, the numerical aperture of the optical fiber decreases and the coupling loss of the optical fiber increases. Further, when the thickness of the sealing region varies, the numerical aperture of the optical fiber varies depending on the light incident position. For this reason, the reliability of the optical fiber is greatly reduced. In addition, when the variation in the thickness of the sealing region is large, there is a problem that it is difficult to reduce the thickness of the sealing region even if polishing is performed. For example, when the variation in the thickness of the sealing region is 200 μm, even if the thickness of the thinnest portion is set to 50 μm by polishing, the thickness of the thickest portion is 250 μm. For this reason, the numerical aperture of the optical fiber as a whole is greatly reduced, and the coupling loss is increased.

レーザ光を光ファイバの端面側から照射して封止する場合には、端面全体にレーザ光が照射されるため、端面を均一に加熱して溶融することができると期待される。しかし、光ファイバの径が太くなると、レーザ光のビーム径を大きくする必要があり、照射するレーザ光の光強度を均一にすることが困難となる。また、光強度を均一にしたとしても、光ファイバの端面に露出した空孔の配置等により、端面の溶融が均一に進行しない。さらに、端面から次第に軸方向の奥側に溶融が進行する。このため、光ファイバの軸方向の比較的に深い位置まで熱の影響を受ける結果、テーパ領域の厚さが厚くなる。このような弊害を回避するために、複雑な強度分布を有するレーザ光を照射する方法も検討されているが、レーザ光の照射装置が複雑になるという弊害がある。   When sealing by irradiating laser light from the end face side of the optical fiber, it is expected that the end face can be uniformly heated and melted because the entire end face is irradiated with the laser light. However, when the diameter of the optical fiber is increased, it is necessary to increase the beam diameter of the laser beam, and it becomes difficult to make the light intensity of the laser beam to be irradiated uniform. Even if the light intensity is made uniform, the melting of the end face does not proceed uniformly due to the arrangement of holes exposed on the end face of the optical fiber. Furthermore, melting proceeds gradually from the end face toward the back side in the axial direction. For this reason, as a result of being affected by heat to a relatively deep position in the axial direction of the optical fiber, the thickness of the tapered region is increased. In order to avoid such an adverse effect, a method of irradiating a laser beam having a complicated intensity distribution has been studied. However, there is an adverse effect that the laser beam irradiation apparatus becomes complicated.

レーザ光を光ファイバの端部に側方から集光して照射することにより、これらの問題を解決し、結合損失の低下及び特性のばらつきを抑えつつ迅速に光ファイバを封止することが可能となる。   By converging and irradiating the end of the optical fiber with laser light from the side, it is possible to solve these problems and to quickly seal the optical fiber while suppressing a reduction in coupling loss and variations in characteristics. It becomes.

本実施形態の端面処理方法においては、図４に示すように、光ファイバ１２０を切断して新たな端面を形成する工程と、形成した端面を封止する工程とを連続して行うことができる。図４（ａ）に示すように、光ファイバ１２０の切断を行う部分に、側方からレーザ光１０１を照射することにより光ファイバ１２０が切断されて端部が形成される。図４（ｂ）に示すように引き続きレーザ光１０１を照射することにより端部において空孔１２５が塞がれ、封止領域１２１が形成される。同時に、端面の平滑化も行われる。照射するレーザ光の光強度及びビーム径等を調整したりすることなく、同一条件でレーザ光を照射すればよいため、光ファイバの切断、端面の封止及び封止した端面の平滑化が連続してほぼ同時にできる。光ファイバ１２０の太さ及びレーザ光１０１の強度等にもよるが、工程時間は５秒〜６秒程度とすることができ、生産性を大きく向上させることができる。   In the end surface processing method of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the step of cutting the optical fiber 120 to form a new end surface and the step of sealing the formed end surface can be performed continuously. . As shown in FIG. 4A, the optical fiber 120 is cut to form an end portion by irradiating a laser beam 101 from the side to a portion where the optical fiber 120 is cut. As shown in FIG. 4B, by continuously irradiating the laser beam 101, the hole 125 is closed at the end, and the sealing region 121 is formed. At the same time, the end face is also smoothed. Since it is sufficient to irradiate the laser beam under the same conditions without adjusting the light intensity and beam diameter of the irradiated laser beam, the optical fiber is continuously cut, the end face is sealed, and the sealed end face is smoothed. And almost simultaneously. Although depending on the thickness of the optical fiber 120 and the intensity of the laser beam 101, the process time can be set to about 5 seconds to 6 seconds, and productivity can be greatly improved.

封止領域１２１においては、空孔１２５が収縮して塞がれているため、光ファイバ１２０の体積が減少し、光ファイバ１２０の外径がわずかに小さくなる。空孔１２５の収縮が均一に生じないと、外径の収縮が均一に生じず、光ファイバ１２０が曲がってしまう。本実施形態においては、レーザ光１０１を光ファイバ１２０の側方から集光して照射しており、局所的に加熱されるため、光ファイバ１２０の外径変動がほとんど生じない。   In the sealing region 121, since the air holes 125 are contracted and closed, the volume of the optical fiber 120 is reduced, and the outer diameter of the optical fiber 120 is slightly reduced. If the air holes 125 are not uniformly contracted, the outer diameter is not uniformly contracted, and the optical fiber 120 is bent. In the present embodiment, the laser beam 101 is condensed and irradiated from the side of the optical fiber 120 and is locally heated, so that the outer diameter variation of the optical fiber 120 hardly occurs.

また、封止を行ってから光ファイバを切断し、研磨した場合には、光ファイバの端面と側面との境界部にはエッジが形成される。しかし、本実施形態のように側方から端部にレーザ光を照射して封止を行った場合には、図３に示すように端面と側面とがエッジがなく滑らかに接続された状態となる。このため、光ファイバ１２０の光フェルールへの挿入が容易となるという利点も得られる。一般的に、封止後に機械的な研磨を行った場合には、光ファイバの端面と側面との境界部の曲率半径（Ｒ）は５μｍ〜２５μｍ程度となる。しかし、本実施形態の端面処理方法の場合には、端面と側面との境界部の曲率半径を２５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。   Further, when the optical fiber is cut and polished after sealing, an edge is formed at the boundary between the end face and the side face of the optical fiber. However, when sealing is performed by irradiating the end portion with laser light from the side as in this embodiment, the end face and the side face are smoothly connected without an edge as shown in FIG. Become. For this reason, the advantage that the optical fiber 120 can be easily inserted into the optical ferrule is also obtained. In general, when mechanical polishing is performed after sealing, the radius of curvature (R) of the boundary between the end face and the side face of the optical fiber is about 5 μm to 25 μm. However, in the case of the end face processing method of the present embodiment, the radius of curvature of the boundary between the end face and the side face can be set to about 25 μm to 100 μm.

レーザ光１０１は、図５に示すように光軸１０１ａを光ファイバ１２０の側面に対し垂直方向から少し傾けて照射することが好ましい。具体的には、レーザ光１０１の周縁光線１０１ｂが光ファイバ１２０の側面に対し垂直となるように照射すればよい。レーザ光１０１の周縁光線１０１ｂは、光軸１０１ａに対して角度θ傾いている。このため、光軸１０１ａが光ファイバ１２０の側面に対して垂直となるようにレーザ光１０１を入射すると、封止領域１２１が斜めに形成されたり、光ファイバ１２０の切断面が斜めになったりするおそれがある。従って、光軸１０１ａを光ファイバ１２０の側面に対して垂直からθだけ傾けて（９０＋θ）レーザ光１０１を入射すればよい。なお、角度θと集光レンズ１１４の開口数ＮＡとの間には、ＮＡ＝ｓｉｎθという関係が成り立つ。   As shown in FIG. 5, the laser beam 101 is preferably irradiated with the optical axis 101 a slightly tilted from the vertical direction with respect to the side surface of the optical fiber 120. Specifically, irradiation may be performed so that the peripheral ray 101 b of the laser beam 101 is perpendicular to the side surface of the optical fiber 120. The peripheral ray 101b of the laser beam 101 is inclined at an angle θ with respect to the optical axis 101a. For this reason, when the laser beam 101 is incident so that the optical axis 101a is perpendicular to the side surface of the optical fiber 120, the sealing region 121 is formed obliquely, or the cut surface of the optical fiber 120 is inclined. There is a fear. Accordingly, the laser beam 101 may be incident with the optical axis 101a inclined at (90 + θ) from the vertical with respect to the side surface of the optical fiber 120 (90 + θ). Note that the relationship NA = sin θ holds between the angle θ and the numerical aperture NA of the condenser lens 114.

レーザ光１０１のビーム径は、光ファイバ１２０の直径に応じて設定すればよいが、通常は光ファイバ１２０の直径よりも小さくする。具体的には、光ファイバ１２０の直径の１／５程度とすることが好ましい。但し、ビーム径は光ファイバ１２０の直径の１／１０〜１／２程度の範囲であれば問題ない。また、光ファイバ１２０の直径が１００μｍ程度又はそれ以下の場合には、ビーム径を光ファイバ１２０の直径とほぼ等しくしてもかまわない。   The beam diameter of the laser beam 101 may be set according to the diameter of the optical fiber 120, but is usually made smaller than the diameter of the optical fiber 120. Specifically, the diameter is preferably about 1/5 of the diameter of the optical fiber 120. However, there is no problem if the beam diameter is in the range of about 1/10 to 1/2 of the diameter of the optical fiber 120. Further, when the diameter of the optical fiber 120 is about 100 μm or less, the beam diameter may be substantially equal to the diameter of the optical fiber 120.

以下に、本実施形態の端面処理方法の具体例について説明する。ポンプガイド径が６００μｍ、直径が１０００μｍのエアホール型のダブルクラッドファイバの場合、レーザ光を２５０μｍ程度のスポットに集光して、６秒程度照射することにより、光ファイバ１２０の切断、封止及び平滑化を行うことができた。この場合にレーザ光源１１１には出力が３０Ｗの炭酸ガスレーザを用い、光ファイバ１２０の回転速度は４００ｒｐｍとした。封止領域１２１の厚さｔ１は、８０μｍ程度とすることができた。封止領域１２１の厚さｔ１のばらつきは、３０μｍ以下となり、テーパ領域１２２の厚さｔ２は３０μｍ程度となった。光ファイバの端面と側面との境界部における曲率半径は、６０μｍ程度となった。   Below, the specific example of the end surface processing method of this embodiment is demonstrated. In the case of an air-hole type double clad fiber having a pump guide diameter of 600 μm and a diameter of 1000 μm, the laser light is focused on a spot of about 250 μm and irradiated for about 6 seconds. Smoothing could be performed. In this case, a carbon dioxide laser with an output of 30 W was used as the laser light source 111, and the rotation speed of the optical fiber 120 was 400 rpm. The thickness t1 of the sealing region 121 could be about 80 μm. The variation in the thickness t1 of the sealing region 121 was 30 μm or less, and the thickness t2 of the tapered region 122 was about 30 μm. The radius of curvature at the boundary between the end face and the side face of the optical fiber was about 60 μm.

封止領域１２１の厚さｔ１は、径方向の複数の箇所において測定した厚さの最大値とした。また、測定点は径方向に等間隔に設定した。測定により得られた封止領域１２１の厚さｔ１の最大値と最小値との差を厚さのばらつきとした。テーパ領域１２２の厚さｔ２は、空孔の直径が設計値の８０％以下となった位置から空孔が塞がれた（直径が０）位置までの距離とし、１０箇所の平均値とした。また、測定点は径方向に等間隔に設定した。   The thickness t1 of the sealing region 121 was the maximum thickness measured at a plurality of locations in the radial direction. The measurement points were set at equal intervals in the radial direction. The difference between the maximum value and the minimum value of the thickness t1 of the sealing region 121 obtained by the measurement was defined as the thickness variation. The thickness t2 of the tapered region 122 is the distance from the position where the diameter of the hole is 80% or less of the designed value to the position where the hole is blocked (diameter is 0), and is the average value of 10 locations. . The measurement points were set at equal intervals in the radial direction.

一方、火炎又はアーク放電を用いて封止した後、クリーバにより切断し、端面を機械的に研磨した光ファイバにおいては、封止領域の厚さｔ１のばらつきは、５０μｍ〜２００μｍ程度となり、安定しなかった。このとき、テーパ領域の厚さｔ２は１００μｍ程度となった。また、光ファイバの端面と側面との境界部における曲率半径は２０μｍ程度となった。なお、工程の完了までに３０分程度の時間が必要であった。   On the other hand, in an optical fiber that is sealed using a flame or arc discharge, then cut with a cleaver and mechanically polished at its end face, the variation in the thickness t1 of the sealed region is about 50 μm to 200 μm, which is stable. There wasn't. At this time, the thickness t2 of the tapered region was about 100 μm. Further, the radius of curvature at the boundary between the end face and the side face of the optical fiber was about 20 μm. It took about 30 minutes to complete the process.

従来の火炎又はアーク放電を用いた端面処理方法の場合、理論的には研磨により封止領域の厚さｔ１を自由に設定することができる。しかし、封止領域の厚さｔ１のばらつき及び研磨量の制御性等から、研磨後の封止領域の実用的な厚さは２５０μｍ程度となる。封止領域の厚さをこれ以上薄くしようとすると、研磨量を正確に制御する必要があり、生産効率が大きく低下してしまう。しかし、本実施形態の端面処理方法においては、封止領域の厚さが薄く、端面も平滑で且つ平坦となるため、機械的な研磨工程が必要ない。このため、工程時間を大幅に短縮できる。   In the case of a conventional end face processing method using flame or arc discharge, the thickness t1 of the sealing region can be set freely by polishing. However, the practical thickness of the sealed region after polishing is about 250 μm due to variations in the thickness t1 of the sealed region and controllability of the polishing amount. If the thickness of the sealing region is further reduced, it is necessary to accurately control the polishing amount, and the production efficiency is greatly reduced. However, in the end face processing method of this embodiment, the thickness of the sealing region is thin, and the end face is also smooth and flat, so that no mechanical polishing step is necessary. For this reason, process time can be reduced significantly.

本発明に係る光ファイバの端面処理方法は、結合損失の低下等を抑えつつ空孔を有する光ファイバの端面を容易に封止でき、光ファイバの端面処理方法等として有用である。   The end face processing method for an optical fiber according to the present invention can easily seal the end face of an optical fiber having holes while suppressing a decrease in coupling loss, and is useful as an end face processing method for an optical fiber.

１００ 処理装置
１０１ レーザ光
１０１ａ 光軸
１０１ｂ 周縁光線
１０２ 保持部
１１０ 照射部
１１１ レーザ光源
１１２ シャッター
１１３ エキスパンダ
１１４ 集光レンズ
１２０ 光ファイバ
１２１ 封止領域
１２２ テーパ領域
１２３ 通常領域
１２５ 空孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Processing apparatus 101 Laser beam 101a Optical axis 101b Peripheral ray 102 Holding part 110 Irradiation part 111 Laser light source 112 Shutter 113 Expander 114 Condensing lens 120 Optical fiber 121 Sealing area 122 Taper area 123 Normal area 125 Hole

Claims (8)

軸方向に沿って延びる空孔を有する光ファイバの端部にレーザ光を集光して照射し、前記光ファイバの端部を溶融して前記空孔を封止する封止工程と、
前記封止工程よりも前に、前記光ファイバの側面にレーザ光を集光して照射することにより前記光ファイバを切断し、前記端部を形成する切断工程とを備え、
前記封止工程において、前記レーザ光は前記光ファイバの側方から照射し、
前記切断工程において照射するレーザ光と、前記封止工程において照射するレーザ光とは、同一の光強度及びビーム径を有し、
前記切断工程と前記封止工程とは連続して行うことを特徴とする光ファイバの端面処理方法。 A sealing step of condensing and irradiating laser light onto an end of an optical fiber having a hole extending along the axial direction, and melting the end of the optical fiber to seal the hole ;
Prior to the sealing step, the laser fiber is cut by condensing and irradiating a laser beam on a side surface of the optical fiber, and a cutting step for forming the end portion is provided.
In the sealing step, the laser light is irradiated from the side of the optical fiber ,
The laser beam irradiated in the cutting step and the laser beam irradiated in the sealing step have the same light intensity and beam diameter,
The method for treating an end face of an optical fiber, wherein the cutting step and the sealing step are performed continuously . 前記封止工程は、前記光ファイバの端面を平滑化する平滑化工程を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの端面処理方法。   The method for treating an end face of an optical fiber according to claim 1, wherein the sealing step also serves as a smoothing step of smoothing the end face of the optical fiber. 集光された前記レーザ光の周縁光線と、前記光ファイバの側面とが直交するように前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバの端面処理方法。 3. The method of treating an end face of an optical fiber according to claim 1 or 2 , wherein the laser beam is irradiated so that a peripheral beam of the collected laser beam is orthogonal to a side surface of the optical fiber. 前記光ファイバをその軸を中心に回転させた状態で前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバの端面処理方法。 The method for treating an end face of an optical fiber according to any one of claims 1 to 3 , wherein the laser light is irradiated in a state where the optical fiber is rotated about its axis. 集光された前記レーザ光のスポット径は、前記光ファイバの径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバの端面処理方法。 Spot diameter of the focused the laser light, the end face processing method for an optical fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein less than the diameter of the optical fiber. 軸方向に沿って延びる空孔を有する通常領域と、
前記通常領域の両端部に設けられ前記空孔が封止された封止領域と、
前記通常領域と前記封止領域との間に設けられ、前記空孔の径が次第に小さくなるテーパ領域とを備え、
前記封止領域の厚さのばらつきは３０μｍ以下であり、
前記テーパ領域の厚さは、５μｍ以上且つ５０μｍ以下であることを特徴とする端面が封止された光ファイバ。 A normal region having vacancies extending along the axial direction;
A sealing region provided at both ends of the normal region, in which the holes are sealed ;
A taper region provided between the normal region and the sealing region, the diameter of the pores gradually decreases ;
Variations in the thickness of the sealing region Ri der below 30 [mu] m,
An optical fiber having a sealed end face , wherein the tapered region has a thickness of 5 μm or more and 50 μm or less . 端面と側面との境界部における曲率半径は、２５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の端面が封止された光ファイバ。 The optical fiber with a sealed end face according to claim 6 , wherein a radius of curvature at a boundary portion between the end face and the side face is 25 μm or more and 100 μm or less. 前記端面は研磨されていないことを特徴とする請求項６又は７に記載の端面が封止された光ファイバ。The optical fiber with an end face sealed according to claim 6 or 7, wherein the end face is not polished.
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