JP6540310B2 - 光ファイバ端末 - Google Patents
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反射減衰量=−10×log(Ir/Iin) (式1)
(Irは光ファイバコアに戻る反射光量、Iinは光ファイバコアからの出射光量である。)
直径が10μm以上30μm以下の光ファイバコアおよび直径が200μm以上400μm以下のクラッドを有しかつ開口数NAが0.09以下のラージモードエリアファイバから成る光ファイバの端面に、上記クラッド径と同一径で上記光ファイバコアと略同一の屈折率を有するコアレスファイバの一端面を接合して成る光ファイバ端末において、
式Aで定義されるコアレスファイバの最長長さをLmax(mm)、式Bで定義されるコアレスファイバの最短長さをLmin(mm)としたとき、
Lmax=5×10-4×(φ−D)×(0.2×D+10) (式A)
Lmin=0.001D2+0.0453D+0.016 (式B)
[式A、式B中、Dはラージモードエリアファイバのコア径(μm)、φはラージモードエリアファイバのクラッド径(μm)である。]
0.2mm≦Lmax−Lmin≦1.8mmの条件を満たし、コアレスファイバの長さが0.57mm以上2.96mm以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が0°±1°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率99.8%以上の反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
第1の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が10μm、開口数が0.080〜0.085であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが0.57mm以上2.34mm以下であることを特徴とし、
第3の発明は、
第1の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が15μm、開口数が0.075〜0.080であり、上記コアレスファイバの直径が200μm、コアレスファイバ長さが0.92mm以上1.20mm以下であることを特徴とし、
第4の発明は、
第1の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が20μm、開口数が0.069〜0.074であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが1.32mm以上2.66mm以下であることを特徴とし、
第5の発明は、
第1の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が25μm、開口数が0.065〜0.068であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが1.77mm以上2.81mm以下であることを特徴とし、
また、第6の発明は、
第1の発明に記載の光ファイバ端末において、
上記光ファイバコアの直径が30μm、開口数が0.060〜0.064であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが2.28mm以上2.96mm以下であることを特徴とするものである。
式Aで定義されるコアレスファイバの最長長さをLmax(mm)、式Bで定義されるコアレスファイバの最短長さをLmin(mm)としたとき、
Lmax=5×10-4×(φ−D)×(0.2×D+10) (式A)
Lmin=0.001D2+0.0453D+0.016 (式B)
[式A、式B中、Dはラージモードエリアファイバのコア径(μm)、φはラージモードエリアファイバのクラッド径(μm)である。]
0.2mm≦Lmax−Lmin≦1.8mmの条件を満たし、コアレスファイバの長さが0.57mm以上2.96mm以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が0°±1°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率99.8%以上の反射防止膜が形成されていることから、
出力5W以上の高出力ファイバレーザ用のLMAファイバが適用された光ファイバ端末において、0.2dB以下の低挿入損失および47dB以上の大きな反射減衰量を達成することが可能となり、かつ、光ファイバコアの中心軸とコリメートレンズから出射したビームの光軸との軸ずれが出射ビーム直径以内となるため、部品の単純化、小型化による省コストを同時に実現することが可能となる。
(1)5種類の光ファイバ端末
LMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る5種類の光ファイバ端末を検討するに当たり、表1に示されている「LMAファイバの開口数、コア径、クラッド径」および「コアレスファイバの直径(コアレスファイバ径)」を組み合わせた構成例1〜5について検討を行った。
特許文献2においては、上記課題欄に記載したように、コアレスファイバの直径とコアレスファイバ端面から出射するビーム直径が略同一となる条件(コアレスファイバ直径が125μm、コアレスファイバ端面から出射するビーム直径が120μm)の場合、挿入損失がおよそ0.202dBと計算され、損失が発生する。
(a)開口数NAが0.083でかつコア径Dが10μmのLMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さL(mm)とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径(基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±2σ範囲のビーム径)の1.5倍との関係は図3において直線aで示され、
(b)開口数NAが0.077でかつコア径Dが15μmのLMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さL(mm)とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径(基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±2σ範囲のビーム径)の1.5倍との関係は図3において直線bで示され、
(c)開口数NAが0.071でかつコア径Dが20μmのLMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さL(mm)とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径(基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±2σ範囲のビーム径)の1.5倍との関係は図3において直線cで示され、
(d)開口数NAが0.067でかつコア径Dが25μmのLMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さL(mm)とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径(基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±2σ範囲のビーム径)の1.5倍との関係は図3において直線dで示され、および、
(e)開口数NAが0.063でかつコア径Dが30μmのLMAファイバ端面にコアレスファイバの一端面が接合されて成る光ファイバ端末におけるコアレスファイバの長さL(mm)とコアレスファイバ出射端におけるビーム直径(基本モードのビーム径に係り、ガウス分布の確率でいうところの±2σ範囲のビーム径)の1.5倍との関係は図3において直線eで示される。
NA=1/(0.2D+10)と求めることができる。
マルチモードのビーム径(mm)=D/1000+2×L×NA
となるが、このマルチモードのビーム径は基本モードのビーム径の1.5倍に相当している。
Lmax=5×10-4×(φ−D)×(0.2×D+10) (式A)
[但し、式A中、DはLMAファイバのコア径(μm)、φはLMAファイバのクラッド径(μm)である。]
LMAファイバで構成される光ファイバ1端面に、石英ガラス等で構成される光ファイバコア11と略同一の屈折率を有するコアレスファイバ2を接合して成る図1の光ファイバ端末においては、光ファイバコア11から出射した光がコアレスファイバ2中を拡がりながら伝搬した後にコアレスファイバ2の出射端面でビームの一部が反射し、その反射光がビーム進行方向とは反対方向に向かってビーム径を拡大しながら伝搬し、更にその光の一部が再び光ファイバコア11に戻る。その光の割合を示しているのが前記式1から求められる反射減衰量であり、通信用途において上記反射減衰量は50dB以上であることが一般的な仕様となっている。その理由は、光通信では高密度で微弱な光信号を正確に伝搬する必要があるためであり、反射光の影響でレーザ光源の出力が揺らいでしまうと光信号の正確さが失われてしまう。これに対し、高出力ファイバレーザでは、レーザ光のパワー伝搬が達成できれば良く、光信号としての正確さは求められないため、47dBであっても良好なレーザ加工の品質が得られる。
Lmin=0.001D2+0.0453D+0.016 (式B)
[但し、式B中、DはLMAファイバのコア径(μm)である。]
となり、LMAファイバのコア径が10μmである構成例1に係る光ファイバ端末においては、コアレスファイバの最短長さLminは0.57mmと計算される。
上記(2)(3)の技術的検討から構成例1〜構成例5毎にコアレスファイバの最適長さが存在しており、挿入損失が0.2dB以下でかつ反射減衰量が47dB以上の光ファイバ端末を実現するには、表2に示すコアレスファイバの長さに設定する必要がある。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが10μm、開口数が0.08、光ファイバのクラッド径φが400μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−10/400光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径400μmの米国ニューファン社製の「MM−400−FAコアレスファイバ」を用いると共に、LMAファイバとコアレスファイバの各端面を対向させて株式会社フジクラ製の「FSM−100M型の光ファイバ融着接続機」にて接合して実施例1に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが15μm、開口数が0.08、光ファイバのクラッド径φが200μmである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径200μmの米国ニューファン社製の「MM−200−FAコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが20μm、開口数が0.07、光ファイバのクラッド径φが400μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−20/400−M光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径400μmの米国ニューファン社製の「MM−400−FAコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが25μm、開口数が0.07、光ファイバのクラッド径φが400μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−25/400光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径400μmの米国ニューファン社製の「MM−400−FAコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例1と同様にして参考例4に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが30μm、開口数が0.06、光ファイバのクラッド径φが400μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−30/400−M光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径400μmの米国ニューファン社製の「MM−400−FAコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例5に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが10μm、開口数が0.09、光ファイバのクラッド径φが125μmである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径125μmの米国ニューファン社製の「MM−125−FAコアレスファイバ」を用いた以外は、実施例1と同様にして比較例1に係る光ファイバ端末を作製した。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが20μm、開口数が0.07、光ファイバのクラッド径φが200μmである光ファイバを用い、コアレスファイバとして、直径200μmの米国ニューファン社製の「MM−200−FAコアレスファイバ」を用いて比較例2に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが25μm、開口数が0.067、光ファイバのクラッド径φが250μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−25/250−M光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径250μmの米国ニューファン社製の「MM−250−FAコアレスファイバ」を用いて比較例3に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
LMAファイバとして、光ファイバのコア径Dが30μm、開口数が0.06、光ファイバのクラッド径φが250μmである米国ニューファン社製の「LMA−GDF−30/250−M光ファイバ」を用い、コアレスファイバとして、直径250μmの米国ニューファン社製の「MM−250−FAコアレスファイバ」を用いて比較例4に係る光ファイバ端末の作製を試みた。
2 コアレスファイバ
3 コリメートレンズ
11 光ファイバコア
12 光ファイバクラッド
D 光ファイバの直径(コア径)
φ 光ファイバクラッドの直径(クラッド径)
L コアレスファイバの長さ
Claims (6)
- 直径が10μm以上30μm以下の光ファイバコアおよび直径が200μm以上400μm以下のクラッドを有しかつ開口数NAが0.09以下のラージモードエリアファイバから成る光ファイバの端面に、上記クラッド径と同一径で上記光ファイバコアと略同一の屈折率を有するコアレスファイバの一端面を接合して成る光ファイバ端末において、
式Aで定義されるコアレスファイバの最長長さをLmax(mm)、式Bで定義されるコアレスファイバの最短長さをLmin(mm)としたとき、
Lmax=5×10-4×(φ−D)×(0.2×D+10) (式A)
Lmin=0.001D2+0.0453D+0.016 (式B)
[式A、式B中、Dはラージモードエリアファイバのコア径(μm)、φはラージモードエリアファイバのクラッド径(μm)である。]
0.2mm≦Lmax−Lmin≦1.8mmの条件を満たし、コアレスファイバの長さが0.57mm以上2.96mm以下であると共に、コアレスファイバ端面の角度が0°±1°以下であり、かつ、コアレスファイバの出射端面表面に透過率99.8%以上の反射防止膜が形成されていることを特徴とする光ファイバ端末。 - 上記光ファイバコアの直径が10μm、開口数が0.080〜0.085であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが0.57mm以上2.34mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端末。
- 上記光ファイバコアの直径が15μm、開口数が0.075〜0.080であり、上記コアレスファイバの直径が200μm、コアレスファイバ長さが0.92mm以上1.20mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端末。
- 上記光ファイバコアの直径が20μm、開口数が0.069〜0.074であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが1.32mm以上2.66mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端末。
- 上記光ファイバコアの直径が25μm、開口数が0.065〜0.068であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが1.77mm以上2.81mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端末。
- 上記光ファイバコアの直径が30μm、開口数が0.060〜0.064であり、上記コアレスファイバの直径が400μm、コアレスファイバ長さが2.28mm以上2.96mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ端末。
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