本發(fā)明涉及一種光纖石英塊接合構(gòu)造及其制造方法。

背景技術(shù)：

使石英塊與用于激光傳輸?shù)墓饫w的前端接合而成的構(gòu)造已為眾人所知(例如專利文獻1～4)。

就用于傳輸激光的光纖光纜而言，在入射端部側(cè)的光連接器內(nèi)，光纖芯線的光纖外殼會由于因軸偏等未入射到光纖纖芯中的激光而碳化，最后燒傷。而且，在出射端部側(cè)的光連接器內(nèi)，光纖芯線的光纖外殼會由于來自激光照射對象的反射光而碳化，最后燒傷。因此上述兩種情況都有可能造成損傷，例如光纖斷裂等。作為防止上述損傷的方法，在專利文獻5中公開了一種光連接器構(gòu)造，在光連接器內(nèi)的空間內(nèi)設(shè)置有用來檢測激光、反射光的光傳感器，該光傳感器連接在互鎖電路上。

專利文獻1：日本公開專利公報特開2000-321470號公報

專利文獻2：日本公開專利公報特開2007-279289號公報

專利文獻3：日本公開專利公報特開2009-180770號公報

專利文獻4：日本公開專利公報特開2009-526265號公報

專利文獻5：公表專利公報特表2015-505969號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

－發(fā)明要解決的技術(shù)問題－

本發(fā)明的目的在于：減少起因于未入射到光纖纖芯的光或來自光照射對象的反射光的損傷。

－用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案－

本發(fā)明是一種光纖石英塊接合構(gòu)造，其由光纖和石英塊接合而成。所述光纖與所述石英塊的朝著所述光纖側(cè)鼓出的曲面接合在一起，并且所述光纖的前端位于所述石英塊的內(nèi)部。

本發(fā)明是一種光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法，該光纖石英塊接合構(gòu)造由光纖和石英塊接合而成，讓所述光纖與所述石英塊的鼓出的曲面接合，并且讓所述光纖的前端位于所述石英塊的內(nèi)部。

－發(fā)明的效果－

根據(jù)本發(fā)明，光纖與石英塊的朝著光纖側(cè)鼓出的曲面接合在一起，并且光纖的前端位于石英塊的內(nèi)部。因此，由于軸偏等原因而未入射到光纖中的光中，通過光纖和石英塊的接合部附近而朝著空間出射的那一部分光會在石英塊的曲面發(fā)生折射，而抑制上述光向沿著光纖的方向傳輸，并且那一部分光會由于石英塊的曲面的透鏡效應(yīng)而擴大，功率密度降低。其結(jié)果是，能夠減少起因于這些未入射到光纖纖芯中的光或來自光照射對象的反射光的損傷。

附圖說明

圖1是實施方式所涉及的光連接器構(gòu)造的剖視圖。

圖2是實施方式所涉及的光纖芯線的立體圖。

圖3是實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的剖視圖。

圖4a是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的工作情況的圖。

圖4b是示出現(xiàn)有技術(shù)中的光纖石英塊接合構(gòu)造的工作情況的圖。

圖5是實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的放大剖視圖。

圖6a是光纖擠入量最小的情況下，實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的剖視圖。

圖6b是光纖擠入量比最小值大的情況下，實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的剖視圖。

圖7a是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的第一圖。

圖7b是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的第二圖。

圖7c是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的第三圖。

圖7d是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的第四圖。

圖7e是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的第五圖。

圖8是示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造的制造方法的變形例的圖。

－符號說明－

a-光纖石英塊接合構(gòu)造；11-光纖；24-石英塊；24a、25-曲面；24a’-平面。

具體實施方式

下面，參照附圖詳細地說明實施方式。

圖1示出實施方式所涉及的光連接器構(gòu)造c。在安裝在例如激光加工設(shè)備等上的激光傳輸用光纖光纜的入射端部和/或出射端部，構(gòu)成有該實施方式所涉及的光連接器構(gòu)造c。

將光連接器20安裝在光纖芯線10上，即構(gòu)成實施方式所涉及的光連接器構(gòu)造c。

圖2示出實施方式所涉及的光纖芯線10。

光纖芯線10具有光纖11和覆蓋該光纖11的光纖外殼12。光纖芯線10的外徑例如為1.3mm。

光纖11具有折射率相對較高的纖芯11a和覆蓋該纖芯11a且折射率相對較低的包層11b。光纖11的纖芯11a例如由純石英形成，包層11b由摻雜了使折射率降低的摻雜物的石英形成。光纖11的外徑例如為500μm。纖芯11a的直徑例如為100μm。纖芯11a的數(shù)值孔徑(na)例如為0.20。需要說明的是，光纖11還可以具有從外側(cè)覆蓋包層11b的外護層。

光纖外殼12既可以由單層構(gòu)成，又可以由雙層構(gòu)成。其中，該單層由紫外線固化性樹脂或熱固性樹脂等形成；該雙層由內(nèi)側(cè)緩沖層和外側(cè)覆蓋層構(gòu)成，該內(nèi)側(cè)緩沖層例如由硅樹脂形成，該外側(cè)覆蓋層覆蓋該內(nèi)側(cè)緩沖層且由尼龍樹脂或氟樹脂形成。

位于光連接器20內(nèi)的光纖芯線10的端部包括前端側(cè)的光纖露出部分10a和在該光纖露出部分10a的后端側(cè)且由光纖外殼12覆蓋的光纖外殼覆蓋部分10b。

光纖露出部分10a未被光纖外殼12覆蓋，光纖11突出且露出。在該突出且露出的光纖11的外周面上設(shè)置有剝模器13。這里，剝模器13意味著一種用來將沿光纖11的包層11b傳輸?shù)墓馀懦焦饫w11外的加工形狀。例如通過對光纖11的外周面進行蝕刻處理就能夠形成剝模器13。需要說明的是，在光纖11具有外護層的情況下，就是在外護層上形成剝模器13。

光連接器20具有由筒狀部件構(gòu)成的連接器本體21。在連接器本體21的內(nèi)部形成有光纖收納空間21a和芯線嵌入部21b。其中，該光纖收納空間21a在該連接器本體21的中間部位沿長度方向延伸且內(nèi)徑較大；該芯線嵌入部21b與該光纖收納空間21a的后方連為一體且內(nèi)徑較小。在連接器本體21內(nèi)部的光纖收納空間21a的前端側(cè)形成有塊收納空間21c，該塊收納空間21c與光纖收納空間21a連為一體。環(huán)狀的密封部件22內(nèi)嵌在光纖收納空間21a的前端部，圓筒狀的光纖支承部件23內(nèi)嵌在該密封部件22的開口中。連接器本體21的形成光纖收納空間21a的內(nèi)壁可以形成為粗糙面而讓光散射。在塊收納空間21c內(nèi)收納有石英塊24。

在該光連接器構(gòu)造c中，光纖芯線10的端部從光連接器20的后方插入，光纖露出部分10a的前端部內(nèi)嵌在光纖支承部件23中并由該光纖支承部件23支承住，光纖露出部分10a中的構(gòu)成剝模器13的部分在光纖收納空間21a內(nèi)沿長度方向延伸，并且光纖外殼覆蓋部分10b內(nèi)嵌在芯線嵌入部21b并由芯線嵌入部21b支承住。光纖外殼覆蓋部分10b的光纖外殼12的端面露出到光纖收納空間21a中。

從光纖支承部件23露出的光纖露出部分10a即光纖11的前端與收納在塊收納空間21c內(nèi)的石英塊24接合在一起。石英塊24的前端側(cè)部分呈圓柱狀，石英塊24的后端側(cè)部分呈圓錐狀，該圓錐狀后端側(cè)部分的頂部為朝著光纖11側(cè)即后側(cè)鼓出的曲面24a，光纖11的前端與該石英塊24的后端側(cè)部分的頂部的曲面24a接合在一起。

圖3示出實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造a。

在實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造a中，光纖11與石英塊24的后端側(cè)部分的頂部的曲面24a接合在一起，并且光纖11的前端位于石英塊24的內(nèi)部。

就結(jié)構(gòu)如上所述的光連接器構(gòu)造c而言，如果開始從光源輸出激光，那么在入射端部側(cè)，經(jīng)石英塊24入射來的激光就主要入射到光纖11的纖芯11a中而進行傳輸。但是，在入射端部側(cè)的光連接器20內(nèi)有時候會存在以下情況：從光源輸出的激光中由于軸偏等原因而不會入射到光纖11中的激光在石英塊24中傳輸，并且到達石英塊24的后端側(cè)部分。同樣，在出射端部側(cè)的光連接器20內(nèi)有時候存在以下情況：來自激光照射對象的反射光入射到石英塊24中而進行傳輸，并且到達石英塊24的后端側(cè)部分。需要說明的是，入射到光纖11的包層11b中的包層模光在包層11b與空氣的界面反復(fù)地反射而進行傳輸，在剝模器13中被排除到光纖11外。

根據(jù)實施方式所涉及的光纖石英塊接合構(gòu)造a，光纖11與石英塊24的朝著光纖11側(cè)鼓出的曲面24a接合在一起，并且光纖11的前端位于石英塊24的內(nèi)部。因此，如圖4a所示，通過光纖11和石英塊24的接合部附近朝著空間出射的激光l在石英塊24的曲面24a發(fā)生折射，而阻止該激光向沿著光纖11的方向傳輸，并且激光l由于石英塊24的曲面24a的透鏡效應(yīng)而擴大，功率密度降低。其結(jié)果是，能夠減少光纖芯線10的光纖外殼12或光連接器20的損傷。相對于此，例如，如圖4b所示，在光纖石英塊接合構(gòu)造是光纖11’與石英塊24’后側(cè)的平面24a’接合在一起的情況下，通過光纖11’和石英塊24’的接合部附近朝著空間出射的激光l’在石英塊24的平面24a’不發(fā)生折射，而是直線狀地向沿著光纖11的方向傳輸，光纖芯線10’的光纖外殼12’等就有可能吸收光發(fā)熱而損傷。

這里，如圖3所示，在以光纖11的軸為z軸的坐標系中，設(shè)光纖11的斷面的半徑為r0，此時，石英塊24的曲面24a就能夠由下式(1)表示的旋轉(zhuǎn)橢圓面或由下式(2)表示的雙曲面近似地表示出來。用這些式子在－2r0≤x≤2r0和－2r0≤y≤2r0的范圍內(nèi)對曲面24a的實測數(shù)據(jù)進行最小二乘法近似，且設(shè)定了各個常數(shù)(a、b、c、r1)，此時，優(yōu)選該決定系數(shù)r2在0.95以上。需要說明的是，決定系數(shù)r2是一個表示近似曲線(回歸曲線)與實測數(shù)據(jù)的擬合度的值，其意味著：該值越接近1，擬合度越高。而且，r0一般例如為50～1500μm，在利用激光進行加工的情況下，例如r0為300～750μm。優(yōu)選r1/r0在100以下，更優(yōu)選r1/r0在60以下。

x²+y²-z²+c＝r1²...(2)

其中，a、b、c、r1是常數(shù)。

在光纖11和石英塊24的接合部，當石英塊24的曲面24a由所述式(1)或(2)以決定系數(shù)r2在0.95以上來近似時，就能夠根據(jù)光纖11的半徑r0和光纖11擠入后述曲面24a內(nèi)的擠入量來適當?shù)卦O(shè)定r1。例如，在設(shè)光纖的半徑r0為500μm的情況下，從減少由于將光纖11擠入曲面24a內(nèi)的擠入量所引起的光纖11變形的觀點出發(fā)，優(yōu)選r1在500μm以上，更優(yōu)選r1在1500μm以上。從抑制曲面24a接近平面所引起的光束偏向效應(yīng)的減小或光束擴大效應(yīng)的減小的觀點出發(fā)，優(yōu)選r1在5000μm以下，更優(yōu)選r1在3000μm以下。使曲面24a為透鏡時的光的焦點距離由r1決定。在該焦點距離較長的情況下，光通過布置在石英塊24后面的光纖支承部件23和光纖11之間的間隙的幾率會升高。因此，優(yōu)選，設(shè)定r1時綜合考慮上述條件。需要說明的是，在曲面24a為球面的情況下，如圖5所示，r1為該球的半徑。

如圖5所示，在表面張力的作用下在石英塊24的曲面24a和光纖11的外周面之間形成了陷入內(nèi)側(cè)的曲面25，此時設(shè)該陷入的曲面25的側(cè)視時的曲率半徑為r2，優(yōu)選r2在30μm以上，更優(yōu)選r2在80μm以上。而且，優(yōu)選r2在1500μm以下，更優(yōu)選r2在750μm以下。優(yōu)選r2/r0在0.1以上，更優(yōu)選r2/r0在0.25以上。而且，優(yōu)選r2/r0在2以下，更優(yōu)選r2/r0在1以下。

當石英塊24的曲面24a由所述式(1)或所述式(2)以決定系數(shù)r2在0.95以上進行了近似且在石英塊24的曲面24a和光纖11的外周面之間形成有陷入內(nèi)側(cè)的曲面25時，優(yōu)選r2/r1在0.01以上，更優(yōu)選r2/r1在0.02以上。而且，優(yōu)選r2/r1在1以下，更優(yōu)選r2/r1在0.5以下。

光纖11的前端部擠入石英塊24內(nèi)，該前端位于石英塊24的內(nèi)部。如圖6a所示，從石英塊24的曲面24a的后端到光纖11的前端的長度，即光纖11的最小擠入量δ相當于光纖11的整個前端面頂在石英塊24上的狀態(tài)。當如圖6b所示進一步擠入時，優(yōu)選從石英塊24的曲面24a的后端算起的光纖11的擠入量δ在10μm以上，更優(yōu)選在50μm以上。而且，從抑制擠入石英塊24內(nèi)部的光纖11的變形對激光的傳輸特性的影響的觀點出發(fā)，優(yōu)選光纖11的擠入量在500μm以下，更優(yōu)選在100μm以下。需要說明的是，光纖11的前端位置是在側(cè)視石英塊24時用肉眼能夠觀察到的纖芯11a的前端位置。

實施方式所涉及的結(jié)構(gòu)如上所述的光纖石英塊接合構(gòu)造a是通過以下步驟得到的：如圖7a所示，讓光纖11和石英塊24的軸相一致；如圖7b所示，讓光纖11靠近石英塊24的曲面24a；如圖7c所示，將石英塊24的曲面24a部分或光纖11的前端部分和石英塊24的曲面24a部分加熱而使其熔化；之后，如圖7d所示，將光纖11的前端面頂在石英塊24的曲面24a的頂部，并且如圖7e所示，將光纖11擠入石英塊24的內(nèi)部。

這里，還可以如圖8所示，在讓光纖11與石英塊24接合以前，加熱石英塊24的預(yù)定與光纖11接合的預(yù)定接合部的平面24a’而使其熔化，由此而在其表面張力的作用下形成曲面24a。如果加熱預(yù)定與光纖11接合的預(yù)定接合部的平面24a’而使其熔化，這樣來形成石英塊24的曲面24a，就能夠獲得表面平滑且缺陷較少的曲面24a，而且，不會像通過磨削形成曲面24a時那樣混入磨削材等雜質(zhì)，還能夠收到通過加熱讓雜質(zhì)蒸發(fā)掉等效果。其結(jié)果是，可靠性高且能夠減少連接損失。需要說明的是，能夠通過磨削、研磨等機械加工形成石英塊24的曲面24a。

此時，從通過一連串的工序形成石英塊24的曲面24a和讓光纖11與曲面24a接合的觀點出發(fā)，優(yōu)選做法是，加熱預(yù)定與光纖11接合的預(yù)定接合部的平面24a’而使該平面24a’變成曲面24a后，接著讓光纖11與石英塊24的曲面24a接合。

－產(chǎn)業(yè)實用性－

本發(fā)明對于光纖石英塊接合構(gòu)造及其制造方法這一技術(shù)領(lǐng)域有用。