光纤石英块接合构造及其制造方法与流程

本发明涉及一种光纤石英块接合构造及其制造方法。

背景技术：

使石英块与用于激光传输的光纤的前端接合而成的构造已为众人所知(例如专利文献1～4)。

就用于传输激光的光纤光缆而言，在入射端部侧的光连接器内，光纤芯线的光纤外壳会由于因轴偏等未入射到光纤纤芯中的激光而碳化，最后烧伤。而且，在出射端部侧的光连接器内，光纤芯线的光纤外壳会由于来自激光照射对象的反射光而碳化，最后烧伤。因此上述两种情况都有可能造成损伤，例如光纤断裂等。作为防止上述损伤的方法，在专利文献5中公开了一种光连接器构造，在光连接器内的空间内设置有用来检测激光、反射光的光传感器，该光传感器连接在互锁电路上。

专利文献1：日本公开专利公报特开2000-321470号公报

专利文献2：日本公开专利公报特开2007-279289号公报

专利文献3：日本公开专利公报特开2009-180770号公报

专利文献4：日本公开专利公报特开2009-526265号公报

专利文献5：公表专利公报特表2015-505969号公报

技术实现要素：

－发明要解决的技术问题－

本发明的目的在于：减少起因于未入射到光纤纤芯的光或来自光照射对象的反射光的损伤。

－用于解决技术问题的技术方案－

本发明是一种光纤石英块接合构造，其由光纤和石英块接合而成。所述光纤与所述石英块的朝着所述光纤侧鼓出的曲面接合在一起，并且所述光纤的前端位于所述石英块的内部。

本发明是一种光纤石英块接合构造的制造方法，该光纤石英块接合构造由光纤和石英块接合而成，让所述光纤与所述石英块的鼓出的曲面接合，并且让所述光纤的前端位于所述石英块的内部。

－发明的效果－

根据本发明，光纤与石英块的朝着光纤侧鼓出的曲面接合在一起，并且光纤的前端位于石英块的内部。因此，由于轴偏等原因而未入射到光纤中的光中，通过光纤和石英块的接合部附近而朝着空间出射的那一部分光会在石英块的曲面发生折射，而抑制上述光向沿着光纤的方向传输，并且那一部分光会由于石英块的曲面的透镜效应而扩大，功率密度降低。其结果是，能够减少起因于这些未入射到光纤纤芯中的光或来自光照射对象的反射光的损伤。

附图说明

图1是实施方式所涉及的光连接器构造的剖视图。

图2是实施方式所涉及的光纤芯线的立体图。

图3是实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的剖视图。

图4a是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的工作情况的图。

图4b是示出现有技术中的光纤石英块接合构造的工作情况的图。

图5是实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的放大剖视图。

图6a是光纤挤入量最小的情况下，实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的剖视图。

图6b是光纤挤入量比最小值大的情况下，实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的剖视图。

图7a是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的第一图。

图7b是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的第二图。

图7c是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的第三图。

图7d是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的第四图。

图7e是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的第五图。

图8是示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造的制造方法的变形例的图。

－符号说明－

a-光纤石英块接合构造；11-光纤；24-石英块；24a、25-曲面；24a’-平面。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明实施方式。

图1示出实施方式所涉及的光连接器构造c。在安装在例如激光加工设备等上的激光传输用光纤光缆的入射端部和/或出射端部，构成有该实施方式所涉及的光连接器构造c。

将光连接器20安装在光纤芯线10上，即构成实施方式所涉及的光连接器构造c。

图2示出实施方式所涉及的光纤芯线10。

光纤芯线10具有光纤11和覆盖该光纤11的光纤外壳12。光纤芯线10的外径例如为1.3mm。

光纤11具有折射率相对较高的纤芯11a和覆盖该纤芯11a且折射率相对较低的包层11b。光纤11的纤芯11a例如由纯石英形成，包层11b由掺杂了使折射率降低的掺杂物的石英形成。光纤11的外径例如为500μm。纤芯11a的直径例如为100μm。纤芯11a的数值孔径(na)例如为0.20。需要说明的是，光纤11还可以具有从外侧覆盖包层11b的外护层。

光纤外壳12既可以由单层构成，又可以由双层构成。其中，该单层由紫外线固化性树脂或热固性树脂等形成；该双层由内侧缓冲层和外侧覆盖层构成，该内侧缓冲层例如由硅树脂形成，该外侧覆盖层覆盖该内侧缓冲层且由尼龙树脂或氟树脂形成。

位于光连接器20内的光纤芯线10的端部包括前端侧的光纤露出部分10a和在该光纤露出部分10a的后端侧且由光纤外壳12覆盖的光纤外壳覆盖部分10b。

光纤露出部分10a未被光纤外壳12覆盖，光纤11突出且露出。在该突出且露出的光纤11的外周面上设置有剥模器13。这里，剥模器13意味着一种用来将沿光纤11的包层11b传输的光排除到光纤11外的加工形状。例如通过对光纤11的外周面进行蚀刻处理就能够形成剥模器13。需要说明的是，在光纤11具有外护层的情况下，就是在外护层上形成剥模器13。

光连接器20具有由筒状部件构成的连接器本体21。在连接器本体21的内部形成有光纤收纳空间21a和芯线嵌入部21b。其中，该光纤收纳空间21a在该连接器本体21的中间部位沿长度方向延伸且内径较大；该芯线嵌入部21b与该光纤收纳空间21a的后方连为一体且内径较小。在连接器本体21内部的光纤收纳空间21a的前端侧形成有块收纳空间21c，该块收纳空间21c与光纤收纳空间21a连为一体。环状的密封部件22内嵌在光纤收纳空间21a的前端部，圆筒状的光纤支承部件23内嵌在该密封部件22的开口中。连接器本体21的形成光纤收纳空间21a的内壁可以形成为粗糙面而让光散射。在块收纳空间21c内收纳有石英块24。

在该光连接器构造c中，光纤芯线10的端部从光连接器20的后方插入，光纤露出部分10a的前端部内嵌在光纤支承部件23中并由该光纤支承部件23支承住，光纤露出部分10a中的构成剥模器13的部分在光纤收纳空间21a内沿长度方向延伸，并且光纤外壳覆盖部分10b内嵌在芯线嵌入部21b并由芯线嵌入部21b支承住。光纤外壳覆盖部分10b的光纤外壳12的端面露出到光纤收纳空间21a中。

从光纤支承部件23露出的光纤露出部分10a即光纤11的前端与收纳在块收纳空间21c内的石英块24接合在一起。石英块24的前端侧部分呈圆柱状，石英块24的后端侧部分呈圆锥状，该圆锥状后端侧部分的顶部为朝着光纤11侧即后侧鼓出的曲面24a，光纤11的前端与该石英块24的后端侧部分的顶部的曲面24a接合在一起。

图3示出实施方式所涉及的光纤石英块接合构造a。

在实施方式所涉及的光纤石英块接合构造a中，光纤11与石英块24的后端侧部分的顶部的曲面24a接合在一起，并且光纤11的前端位于石英块24的内部。

就结构如上所述的光连接器构造c而言，如果开始从光源输出激光，那么在入射端部侧，经石英块24入射来的激光就主要入射到光纤11的纤芯11a中而进行传输。但是，在入射端部侧的光连接器20内有时候会存在以下情况：从光源输出的激光中由于轴偏等原因而不会入射到光纤11中的激光在石英块24中传输，并且到达石英块24的后端侧部分。同样，在出射端部侧的光连接器20内有时候存在以下情况：来自激光照射对象的反射光入射到石英块24中而进行传输，并且到达石英块24的后端侧部分。需要说明的是，入射到光纤11的包层11b中的包层模光在包层11b与空气的界面反复地反射而进行传输，在剥模器13中被排除到光纤11外。

根据实施方式所涉及的光纤石英块接合构造a，光纤11与石英块24的朝着光纤11侧鼓出的曲面24a接合在一起，并且光纤11的前端位于石英块24的内部。因此，如图4a所示，通过光纤11和石英块24的接合部附近朝着空间出射的激光l在石英块24的曲面24a发生折射，而阻止该激光向沿着光纤11的方向传输，并且激光l由于石英块24的曲面24a的透镜效应而扩大，功率密度降低。其结果是，能够减少光纤芯线10的光纤外壳12或光连接器20的损伤。相对于此，例如，如图4b所示，在光纤石英块接合构造是光纤11’与石英块24’后侧的平面24a’接合在一起的情况下，通过光纤11’和石英块24’的接合部附近朝着空间出射的激光l’在石英块24的平面24a’不发生折射，而是直线状地向沿着光纤11的方向传输，光纤芯线10’的光纤外壳12’等就有可能吸收光发热而损伤。

这里，如图3所示，在以光纤11的轴为z轴的坐标系中，设光纤11的断面的半径为r0，此时，石英块24的曲面24a就能够由下式(1)表示的旋转椭圆面或由下式(2)表示的双曲面近似地表示出来。用这些式子在－2r0≤x≤2r0和－2r0≤y≤2r0的范围内对曲面24a的实测数据进行最小二乘法近似，且设定了各个常数(a、b、c、r1)，此时，优选该决定系数r2在0.95以上。需要说明的是，决定系数r2是一个表示近似曲线(回归曲线)与实测数据的拟合度的值，其意味着：该值越接近1，拟合度越高。而且，r0一般例如为50～1500μm，在利用激光进行加工的情况下，例如r0为300～750μm。优选r1/r0在100以下，更优选r1/r0在60以下。

x²+y²-z²+c＝r1²...(2)

其中，a、b、c、r1是常数。

在光纤11和石英块24的接合部，当石英块24的曲面24a由所述式(1)或(2)以决定系数r2在0.95以上来近似时，就能够根据光纤11的半径r0和光纤11挤入后述曲面24a内的挤入量来适当地设定r1。例如，在设光纤的半径r0为500μm的情况下，从减少由于将光纤11挤入曲面24a内的挤入量所引起的光纤11变形的观点出发，优选r1在500μm以上，更优选r1在1500μm以上。从抑制曲面24a接近平面所引起的光束偏向效应的减小或光束扩大效应的减小的观点出发，优选r1在5000μm以下，更优选r1在3000μm以下。使曲面24a为透镜时的光的焦点距离由r1决定。在该焦点距离较长的情况下，光通过布置在石英块24后面的光纤支承部件23和光纤11之间的间隙的几率会升高。因此，优选，设定r1时综合考虑上述条件。需要说明的是，在曲面24a为球面的情况下，如图5所示，r1为该球的半径。

如图5所示，在表面张力的作用下在石英块24的曲面24a和光纤11的外周面之间形成了陷入内侧的曲面25，此时设该陷入的曲面25的侧视时的曲率半径为r2，优选r2在30μm以上，更优选r2在80μm以上。而且，优选r2在1500μm以下，更优选r2在750μm以下。优选r2/r0在0.1以上，更优选r2/r0在0.25以上。而且，优选r2/r0在2以下，更优选r2/r0在1以下。

当石英块24的曲面24a由所述式(1)或所述式(2)以决定系数r2在0.95以上进行了近似且在石英块24的曲面24a和光纤11的外周面之间形成有陷入内侧的曲面25时，优选r2/r1在0.01以上，更优选r2/r1在0.02以上。而且，优选r2/r1在1以下，更优选r2/r1在0.5以下。

光纤11的前端部挤入石英块24内，该前端位于石英块24的内部。如图6a所示，从石英块24的曲面24a的后端到光纤11的前端的长度，即光纤11的最小挤入量δ相当于光纤11的整个前端面顶在石英块24上的状态。当如图6b所示进一步挤入时，优选从石英块24的曲面24a的后端算起的光纤11的挤入量δ在10μm以上，更优选在50μm以上。而且，从抑制挤入石英块24内部的光纤11的变形对激光的传输特性的影响的观点出发，优选光纤11的挤入量在500μm以下，更优选在100μm以下。需要说明的是，光纤11的前端位置是在侧视石英块24时用肉眼能够观察到的纤芯11a的前端位置。

实施方式所涉及的结构如上所述的光纤石英块接合构造a是通过以下步骤得到的：如图7a所示，让光纤11和石英块24的轴相一致；如图7b所示，让光纤11靠近石英块24的曲面24a；如图7c所示，将石英块24的曲面24a部分或光纤11的前端部分和石英块24的曲面24a部分加热而使其熔化；之后，如图7d所示，将光纤11的前端面顶在石英块24的曲面24a的顶部，并且如图7e所示，将光纤11挤入石英块24的内部。

这里，还可以如图8所示，在让光纤11与石英块24接合以前，加热石英块24的预定与光纤11接合的预定接合部的平面24a’而使其熔化，由此而在其表面张力的作用下形成曲面24a。如果加热预定与光纤11接合的预定接合部的平面24a’而使其熔化，这样来形成石英块24的曲面24a，就能够获得表面平滑且缺陷较少的曲面24a，而且，不会像通过磨削形成曲面24a时那样混入磨削材等杂质，还能够收到通过加热让杂质蒸发掉等效果。其结果是，可靠性高且能够减少连接损失。需要说明的是，能够通过磨削、研磨等机械加工形成石英块24的曲面24a。

此时，从通过一连串的工序形成石英块24的曲面24a和让光纤11与曲面24a接合的观点出发，优选做法是，加热预定与光纤11接合的预定接合部的平面24a’而使该平面24a’变成曲面24a后，接着让光纤11与石英块24的曲面24a接合。

－产业实用性－

本发明对于光纤石英块接合构造及其制造方法这一技术领域有用。