JP4162011B2 - 偏波保持型光ファイバ用気密封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、気密を実現するための隔壁を介して、一方の空間から他方の空間に、偏波保持型の光ファイバを通すための偏波保持型光ファイバ用気密封止装及び気密封止用隔壁に関する。

気密を必要とする空間を仕切る隔壁に光ファイバを通す手段として、隔壁に光ファイバの径とほぼ同等の穴が設けられ、上記光ファイバと穴の隙間に低融点ガラスや樹脂製などのシール材で封止するといった手段がある。具体的な例として、低融点ガラスを注入用の小径穴が設けられた金属パイプに光ファイバが通され、小径穴から低融点ガラスが注入された気密封止構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１では、各材料の膨張係数差（光ファイバ、低融点ガラス、金属パイプの順に５×１０^−７[/K]、６０×１０^−７[/K]、１８０×１０^−７[/K]）から生じるひずみで、偏波特性の劣化が生じる。したがって、特許文献１の構造では、ガラスパイプを挿入することによって、光ファイバと低融点ガラスとの接触面積が極力小さくされ、応力がかかりにくくするよう工夫がなされている。
特開平６−６７０３８号公報（段落[０００２]、[００１１]）

最近では、膨張係数差による応力の影響をさらに少なくしたいという産業界の要請があり、偏波特性が劣化することを確実に防止することができる封止の手段が望まれている。例えば、偏波保持型光ファイバが、変位検出センサ、光波干渉計、または、定点検出装置に使用される場合、要求される消光比は、２０[ｄＢ]以上であり、その消光比が高いほど、光ファイバの屈曲に対して精度の劣化も少ないとされている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、偏波保持型光ファイバの偏波特性を確実に維持することができる偏波保持型光ファイバ用気密封止装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る偏波保持型光ファイバ用気密封止装置は、壁材の開口に取付け可能な偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、光を伝送するコアと、前記コアに所定の方向から応力が加わるように前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有する、応力付与型の偏波保持型光ファイバと、前記偏波保持型光ファイバが挿通され、前記偏波保持型光ファイバの膨張係数の絶対値との差が３×１０^−６[/K]以下である膨張係数を有する筒材であって、第１のフェルールが嵌め込まれる第１の凹部を有する一側と、第２のフェルールが嵌め込まれる第２の凹部を有する、前記一側の反対側と、前記一側に設けられたフランジと、前記反対側に設けられたネジ部とを有し、前記筒材が前記開口に挿通された状態で前記フランジが前記壁材に当接し前記ネジ部にナットが螺着されることにより、前記壁材と前記筒材とが固定される、筒材とを具備する。

本発明では、偏波保持型光ファイバの膨張係数の絶対値との差が３×１０^−６[/K]以下である膨張係数を有する筒材が用いられるので、膨張係数差による影響を極力抑えることができる。これにより、偏波保持型光ファイバの偏波特性の劣化を確実に防止することができる。

偏波保持型光ファイバと、筒材とが同じ材料でなっていてもよい。この場合、膨張係数の絶対値との差が０[/K]となる。

本発明において、偏波保持型光ファイバ用気密封止装置は、前記筒材内に設けられ、前記偏波保持型光ファイバの周囲に設けられた樹脂製シール材をさらに具備する。偏波保持型光ファイバ用気密封止装置の製造過程において、樹脂製のシール材が用いられる場合の加熱処理の温度が、例えば低融点ガラスが用いられる加熱処理の温度に比べ低いので温度変化が小さく、膨張係数差による影響をより少なくすることができる。

ここで、技術用語において、樹脂の意味には、ガラスが含まれるように解釈される場合もあるが、ここでいう樹脂にはガラスは含まれないものとする。

特に、前記樹脂製シール材は、エポキシ製樹脂であることが好ましい。あるいは、樹脂製シール材に代えて、低融点ガラス製のシール材が用いられてもよい。

本発明において、前記筒材は、合金、ガラス材、またはセラミックスでなる。セラミックスとしては、偏波保持型光ファイバのフェルールとして用いられるジルコニアも含まれる。

以上のように、本発明によれば、偏波保持型光ファイバの偏波特性を確実に維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る偏波保持型光ファイバ用気密封止装置（以下、単に、気密封止装置という。）の断面図である。

気密封止装置１０は、筒材２と、この筒材２に設けられた貫通孔２ａに挿通された偏波保持型光ファイバ３とを備えている。偏波保持型光ファイバ（ここではコア及びクラッドで構成される芯線）３は、筒材２の両側でフェルール４に保持されており、両フェルール４は、筒材２の両側の凹部２ｂにそれぞれ嵌め込まれて支持されている。フェルール４は、この偏波保持型光ファイバ３と、図示しない別の偏波保持型光ファイバとをコネクタを用いて接続するために設けられており、つまり、フェルール４は、本実施の形態に係る気密封止装置１０に必須の部材ではない。

筒材２は、例えば円筒形状を有し、一側にフランジ２ｃが設けられ、その反対側にネジ部２ｄが設けられている。ネジ部２ｄにはナット８が螺着されるようになっている。筒材２の、フランジ２ｃとナット８との間の外周面２ｅには、例えばＯリング６が装着されている。気密の空間を形成するための壁材７には、この筒材２を挿入するための開口７ａが設けられている。図１に示すように開口７ａに筒材２が挿入された状態でナット８が締められることにより、フランジ２ｃとナット８との間に壁材７が挟み込まれ、気密封止装置１０と壁材７とが固定される。なお、図１中、壁材７の右側及び左側のうち、いずれか一方側が真空状態あるいは気密状態となる。これはどちらでもよいが、通常ナット８がある側が、気密状態でない大気状態となる。

図２は、偏波保持型光ファイバ３の一般的な例を示す断面図である。これは、パンダファイバと呼ばれ、決められた方向から一定の応力がコア１１に加わるよう、クラッド１２に材質の異なるガラス１３ａ及び１３ｂが、コア１１を中心として対称に配置されている。図３は、偏波保持型光ファイバ３の別の一般的な例を示す断面図である。この偏波保持型光ファイバは楕円系のコア１４を有している。偏波保持型光ファイバが、図２及び図３のように構成されることにより、偏波が保存された状態で、光の伝送が可能となっている。

貫通孔２ａには、気密を確保するためのシール材５が充填されている。シール材５は、例えば樹脂製または低融点ガラス製である。樹脂の場合、エポキシ製の樹脂が用いられるが、これに限られない。樹脂製のシール材５が用いられる場合の加熱処理の温度は、低融点ガラスが用いられる加熱処理の温度に比べ低いので、温度変化が小さく、膨張係数差による影響をより少なくすることができる。具体的には、エポキシ製樹脂の場合、シール材５が貫通孔２ａに充填された後、１００℃程度の加熱処理による硬化後に気密性が確保される。樹脂製のシール材５が用いられることにより、製造も容易になり、製造コストを低減できる。

しかし、樹脂製のシール材５の場合、ガラスに比べシール性が劣るので、シール材５は、偏波保持型光ファイバの長手方向に極力長い長さで設けられている。これにより、シール性を確保できる。

本実施の形態では、偏波保持型光ファイバ３と、筒材２との膨張係数の絶対値の差が３×１０^−６[/K]以下に設定されている。このような膨張係数差であれば、当該膨張係数差による影響を極力抑えることができる。これにより、偏波保持型光ファイバ３の偏波特性の劣化、つまり消光比の劣化を確実に防止することができる。本発明者の実験によれば、良好に偏波特性が維持されたことが確認されている。

具体的には、偏波保持型光ファイバ３は、一般的に石英ガラスでなる。石英ガラスの場合、気密封止装置１０が使用されるときの温度（例えば０〜５０℃）環境下で、膨張係数５×１０^−７[/K]である。

一方、筒材２は、合金、ガラス材、またはセラミックスでなる。ここで、筒材２が１０×１０^−６[/K]のステンレス製である場合、加熱処理時に８０℃の温度差がある場合は、長さが５ｍｍのエポキシ樹脂製のシール材５に対して３．８μｍの膨張差が生じてしまう。しかし、筒材２として、上記０〜５０℃の温度環境下で、２×１０^−６[/K]以下の低膨張材が使用されることにより、その膨張差を０．６μｍにすることができる。

具体的には、筒材２が合金でなる場合、例えばスーパーインバー（Fe-Ni合金）等を用いることができる。筒材２がガラス材でなる場合、２×１０^−６[/K]以下の低膨張ガラスが用いられる。例えば石英ガラス、または合成石英ガラスが挙げられる。

上記シール材に低融点ガラスが用いられる場合、気密封止装置１０に２８０℃以上の熱が加えられる。この場合でも、樹脂製のシール材５以上に膨張係数差が問題になるが、筒材２に上記のような低膨張材が用いられることにより、筒材２やシール材５の長さを長くしても問題ない。つまり、筒材２やシール材５の長さを長くしても、これらが低膨張係数の材料であれば、膨張する長さも問題ない程度に短いからである。また、気密封止装置１０の構成もシンプルにできることから、製造コストを低減できる。

図４は、本発明の他の実施の形態に係る気密封止装置を示す断面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施の形態に係る気密封止装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施の形態に係る気密封止装置２０の筒材２２の両端にはネジ部２２ｆが設けられ、このネジ部２２ｆにＦＣコネクタ１６がそれぞれ接続されている。ＦＣコネクタ１６には、フェルール４の外周面に装着されたスリーブ１７が設けられている。これらのスリーブ１７に、別の図示しない偏波保持型光ファイバが有するフェルールが挿通されることで、偏波保持型光ファイバ３と、当該別の偏波保持型光ファイバとが接続される。

なお、ＦＣコネクタ１６に限らず、ＳＣコネクタ等、他のコネクタが気密封止装置２０に接続可能に構成されていてもよい。

図５は、本発明のさらに別の実施の形態に係る気密封止装置を示す断面図である。この形態に係る気密封止装置３０は、フェルールに用いられるセラミックス材料、例えばジルコニアでなる筒材３２を備えている。本実施の形態においても、偏波保持型光ファイバ３と、筒材３２との膨張係数の絶対値の差が３×１０^−６[/K]以下に設定されることが必要とされる。筒材３２には、上記実施形態と同様に貫通孔３２ａが設けられ、この貫通孔３２ａに偏波保持型光ファイバ３が挿通されている。

本実施の形態の場合、筒材３２の直径（外径）は、一般的に用いられるフェルールの直径（外径）と同じ大きさでもよいし、それより大きくてもよい。気密封止装置３０の製造を容易にするためには、筒材３２の直径（外径）は、一般的に用いられるフェルールの直径（外径）より大きい方がよい。

貫通孔３２ａには、樹脂製または低融点ガラス製のシール材５が充填されている。筒材３２の外周面３２ｂにはＯリング６が装着され、Ｏリング６が壁材７の開口７ａの内周面に接触することで気密とされる。なお、筒材３２は、ジルコニアに限らず、他のセラミックス、あるいは上記した合金や低膨張ガラスであってもよい。

このように、筒材３２としてフェルールの材料が用いられることにより、気密封止装置３０の構成を単純化することができ、製造コストも低減される。

図６は、本発明の一実施の形態に係る隔壁を示す断面図である。本実施の形態に係る隔壁１００は、壁材２７と、この壁材２７に設けられた貫通孔２７ａに挿通された偏波保持型光ファイバ３とを備えている。貫通孔２７ａには、上記同様に、樹脂製または低融点ガラス製のシール材５が充填され、気密性が確保されている。本実施の形態においても、偏波保持型光ファイバの芯線２３と、壁材２７との膨張係数の絶対値の差が３×１０^−６[/K]以下に設定されることが必要とされる。壁材２７の材料として、上記各実施の形態で述べたような、合金、ガラス材、またはセラミックスでなる。このように、壁材２７に直接偏波保持型光ファイバ３が装着された構造とすることも可能である。

なお、図６において、偏波保持型光ファイバ３は、芯線２３に、例えば樹脂製の被覆材２４が被覆されたタイプのものが用いられ、少なくとも貫通孔２７ａに挿通される部分だけ芯線２３が露出されている。しかしながら、必ずしも芯線２３を露出させなくてもよく、被覆材２４が設けられた状態で貫通孔２７ａに挿通され、その被覆材２４の周囲にシール材５が設けられる構造であってもよい。

図７は、上記した各実施の形態に係る気密封止装置１０、２０または３０が搭載された気密処理装置を示す模式的な断面図である。気密処理装置とは、気密なチャンバ内で何らかの処理を行う装置である。何らかの処理とは、例えば加熱処理、ガス処理、光照射処理、計測処理等が挙げられるがこれらに限られない。

気密処理装置１５０は、気密なチャンバを構成する壁材７（以下、チャンバ７という場合もある。）と、壁材７に装着され、光源２５から延びる偏波保持型光ファイバ３をチャンバ７内に導入する気密封止装置１０、２０または３０と、チャンバ７内に配置された処理機器２６とを備えている。処理機器２６が長さ等の計測処理を行う場合、例えば偏波保持型光ファイバ３は、光センサ２８に接続されたり、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、あるいは光波干渉計等に用いられたりする。

図７の気密処理装置１５０において、チャンバを構成する壁材７として、図６に示した隔壁１００が用いられてもよい。

本発明の一実施の形態に係る偏波保持型光ファイバ用気密封止装置を示す断面図である。 一般的な偏波保持型光ファイバを示す断面図である。 一般的な偏波保持型光ファイバの別の例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る気密封止装置を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る気密封止装置を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る隔壁を示す断面図である。 上記各実施の形態に係る気密封止装置が搭載された気密処理装置を示す模式的な断面図である。

符号の説明

２、２２、３２…筒材
２ａ、２２ａ、３２ａ…貫通孔
３…偏波保持型光ファイバ
５…シール材
７、２７…壁材
１０、２０、３０…気密封止装置

Claims (5)

1. 壁材の開口に取付け可能な偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、
   光を伝送するコアと、前記コアに所定の方向から応力が加わるように前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有する、応力付与型の偏波保持型光ファイバと、
   前記偏波保持型光ファイバが挿通され、前記偏波保持型光ファイバの膨張係数の絶対値との差が３×１０^−６[/K]以下である膨張係数を有する筒材であって、第１のフェルールが嵌め込まれる第１の凹部を有する一側と、第２のフェルールが嵌め込まれる第２の凹部を有する、前記一側の反対側と、前記一側に設けられたフランジと、前記反対側に設けられたネジ部とを有し、前記筒材が前記開口に挿通された状態で前記フランジが前記壁材に当接し前記ネジ部にナットが螺着されることにより、前記壁材と前記筒材とが固定される、筒材と
   を具備することを特徴とする偏波保持型光ファイバ用気密封止装置。
2. 請求項１に記載の偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、
   前記筒材内に設けられ、前記偏波保持型光ファイバの周囲に設けられた樹脂製シール材をさらに具備することを特徴とする偏波保持型光ファイバ用気密封止装置。
3. 請求項２に記載の偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、
   前記樹脂製シール材は、エポキシ製樹脂であることを特徴とする偏波保持型光ファイバ用気密封止装置。
4. 請求項１に記載の偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、
   前記筒材内に設けられ、前記偏波保持型光ファイバの周囲に設けられた低融点ガラス製シール材をさらに具備することを特徴とする偏波保持型光ファイバ用気密封止装置。
5. 請求項１に記載の偏波保持型光ファイバ用気密封止装置であって、
   前記筒材は、合金、ガラス材、またはセラミックスでなることを特徴とする偏波保持型光ファイバ用気密封止装置。

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