專利名稱：光學(xué)設(shè)備、光學(xué)部件及光導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)套管等保持部件保持兩條光學(xué)部件或光導(dǎo)管的端部的光學(xué)設(shè)備、或與外部光學(xué)部件組合使用的光導(dǎo)管及光學(xué)部件。
背景技術(shù)：
作為采用套管等保持部件將兩條光纖的端部連接的抵接方法，通常采用光膠法(オプテイカルコンタクト)。至于光膠法，指的是不通過(guò)粘接劑等介質(zhì)而直接對(duì)光學(xué)設(shè)備的光學(xué)部件進(jìn)行壓接而抵接的方法，通常由于將光學(xué)部件彼此直接抵接，因此，是光傳播效率很高的方法。圖7示出現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備100的剖面圖。如圖7所示，光纖1a、1b分別通過(guò)插入套圈2a、2b而被保持，進(jìn)一步，通過(guò)套圈2a及2b的一端插入套管3而被固定。套圈2a及2b的被插入套管3的一側(cè)的端部通過(guò)磨削被磨削成例如半球面狀。通過(guò)被磨削成半球面狀，從而使光纖1a、1b的端部彼此易于實(shí)現(xiàn)密接，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低損失的連接。另外，就光學(xué)部件的穩(wěn)定的光膠法，在專利文獻(xiàn)1-3中也有記載。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平9-221342號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)2004-279495號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開(kāi)平5-181040號(hào)公報(bào)在上述的光學(xué)設(shè)備中，尤其使短波長(zhǎng)區(qū)的光被波導(dǎo)至光纖1a、1b時(shí)，由于有機(jī)物質(zhì)容易產(chǎn)生污染，為了防止隨之而帶來(lái)的特性惡化，在套圈2a、2b(以下，總稱為“套圈2”)插入光纖1a、1b(以下，總稱為“光纖1”)，并將端部磨削之后，需要利用UV清潔處理等將該端部的有機(jī)物質(zhì)除去。
然而，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如果利用UV清潔處理除去有機(jī)物質(zhì)，使光纖1a和1b的端部壓著而進(jìn)行光膠，則光纖1中所含的氧化物(石英、SiO2等)在抵接部會(huì)引起某種反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生反應(yīng)的地方形成一體化，如果在該反應(yīng)之后將套圈2從套管3拔出，則發(fā)生反應(yīng)的地方會(huì)產(chǎn)生破損。
另外，即使采用UV清潔處理也會(huì)有些有機(jī)物質(zhì)殘留而不能除去，如果在光纖1的端部仍然殘留而利用光膠法使短波長(zhǎng)區(qū)的光被導(dǎo)波至光纖1中時(shí)，則光纖1a和1b的抵接部中的有機(jī)物質(zhì)由于利用所述光被分解，故如上述引起光纖1所含的氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致光纖1的抵接部的破損。如果光纖1的抵接部破損，則光損失大大增加，從而不能得到期望的性能，作為光學(xué)設(shè)備其可靠性也會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制光纖的抵接部的破損、得到高可靠性的光學(xué)設(shè)備、光導(dǎo)管及光學(xué)部件。
用于解決技術(shù)問(wèn)題的手段為了解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備，包括將入射的光從射出端射出的第1光學(xué)部件、及將該第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與該射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端之間，配置有抑制所述第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件的粘接的保護(hù)介質(zhì)。
其中，所謂的“抑制所述第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件的粘接的保護(hù)介質(zhì)”指的是防止下述粘接的保護(hù)介質(zhì)，即在2個(gè)光學(xué)部件在常溫下處于物理抵接狀態(tài)時(shí)，該光學(xué)部件的抵接部中的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并通過(guò)熱粘接等而粘接。換言之，是這樣的防止抵接部粘接的保護(hù)介質(zhì)，即在2個(gè)光學(xué)部件物理抵接之后將該光學(xué)部件分離之際，或在光學(xué)部件從抵接部做相對(duì)移動(dòng)之際，使光學(xué)部件的抵接部中所產(chǎn)生的附著物(或由于附著物而產(chǎn)生的表面凹凸)為λ/2(λ＝光的振蕩波長(zhǎng))以下、更優(yōu)選為λ/5以下，進(jìn)一步優(yōu)選為λ/10以下。
另外，作為“包括……將該第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與該射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件的光學(xué)設(shè)備”，也可以是第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端采用接合部件等接合而結(jié)合形成的光學(xué)設(shè)備。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種光學(xué)設(shè)備，包括將入射的光從射出端射出的第1光學(xué)部件、及將該第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與該射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端之間配置有透明的保護(hù)介質(zhì)，該保護(hù)介質(zhì)即使使所述第1光學(xué)部件和所述第2光學(xué)部件以500g重量的負(fù)荷抵接然后分離，也將所述射出端和所述入射端維持在可再使用的狀態(tài)。
另外，所述負(fù)荷也可以是1kg重量。而且，作為“使所述第1光學(xué)部件和所述第2光學(xué)部件以500g重量的負(fù)荷抵接”，也可以是第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件采用接合部件等而接合連接。此時(shí)同樣，在抵接部(即粘合部)配置有透明的保護(hù)介質(zhì)，該保護(hù)介質(zhì)即使在抵接部(即接合部)以500g重量(或1kg重量)的負(fù)荷使第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件接合，然后分離，也將第1光學(xué)部件射出端和第2光學(xué)部件入射端維持在可再使用的狀態(tài)。
另外，所述保護(hù)介質(zhì)為膜體，只成膜在所述第1光學(xué)部件的射出端或所述第2光學(xué)部件的入射端的其中一方也可。此時(shí)，在所述膜體為多層膜時(shí)，優(yōu)選構(gòu)成所述多層膜的膜之間的密接性及所述多層膜的最下層膜和形成有所述多層膜的所述光學(xué)部件之間的密接性，比在所述第1光學(xué)部件的射出端或所述第2光學(xué)部件的入射端的其中一方成膜的所述多層膜的最上層膜和未形成所述多層膜的所述光學(xué)部件的抵接部的密接性高。
另外，所述保護(hù)介質(zhì)為膜體，分別成膜在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端也可。此時(shí)，在所述膜體為多層膜時(shí)，優(yōu)選構(gòu)成所述多層膜的膜之間的密接性及所述各多層膜的最下層膜和所述各光學(xué)部件的密接性，比在所述第1光學(xué)部件的射出端成膜的所述多層膜的最上層膜和所述第2光學(xué)部件的入射端成膜的所述多層膜的最上層膜的抵接部的密接性高。
另外，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端成膜的所述膜體可以分別由不同的物質(zhì)構(gòu)成。
另外，所述保護(hù)介質(zhì)的折射率和在所述保護(hù)介質(zhì)的光波導(dǎo)方向上的厚度的乘積可以為λ/2的整數(shù)倍(其中，λ＝所述光的振蕩波長(zhǎng))。
其中，對(duì)于保護(hù)介質(zhì)的厚度，指的是介于第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端之間的保護(hù)介質(zhì)(膜體)的光波導(dǎo)方向的總膜厚。即，在第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端分別形成有膜體，各膜體具有相同折射率時(shí)，介于第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端之間的膜體的總膜厚和該膜體的折射率的乘積最好為λ/2的整數(shù)倍。另外，在各膜體由不同種材料構(gòu)成且具有不同折射率時(shí)，第1光學(xué)部件上成膜的膜體的折射率和該膜體的膜厚的乘積，加上第2光學(xué)部件上成膜的膜體的折射率與該膜體的膜厚的乘積最好為λ/2的整數(shù)倍。
另外，所述保護(hù)介質(zhì)在光波導(dǎo)方向上的厚度也可以小于λ/2。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述保護(hù)介質(zhì)使從所述第1光學(xué)部件的射出端射出的光以低損失通向所述第2光學(xué)部件的入射端。作為使光以低損失通過(guò)的膜例如可以是氟化物膜，優(yōu)選采用YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3的任一種。進(jìn)一步優(yōu)選采用對(duì)光的能量吸收低的膜。其中，所謂“低損失”指的是，例如波長(zhǎng)405nm、功率200mW的光在大約1000小時(shí)內(nèi)，從第1光學(xué)部件的入射端入射之后從第2光學(xué)部件射出的光的光功率，相對(duì)剛?cè)肷渲蟮墓夤β氏陆德市∮?0％。此時(shí)，在保護(hù)介質(zhì)中，光照射在直徑約30μm以下的區(qū)域。
另外，在所述保護(hù)介質(zhì)為多層膜時(shí)，優(yōu)選地，所述多層膜的最上層膜含氟化物，進(jìn)一步優(yōu)選不含Si的氟化物。進(jìn)一步，所述多層膜的最上層膜優(yōu)選采用YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3的任一種。另外，從所述多層膜的最上層膜的下層的膜，優(yōu)選為不含Si的氧化膜。
另外，入射至所述第1光學(xué)部件的光優(yōu)選為短波長(zhǎng)區(qū)的光。如果光的振蕩波長(zhǎng)在530nm以下，則可對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解，越是短波長(zhǎng)效果越好，如果在190nm以上，則在摻F的SiO2中可導(dǎo)波，故入射至所述第1光學(xué)部件的光的振蕩波長(zhǎng)優(yōu)選為190nm～530nm。
另外，在所述第1光學(xué)部件的射出端及/或所述第2光學(xué)部件的入射端可以實(shí)施UV清潔處理。
另外，所述第1光學(xué)部件及所述第2光學(xué)部件的至少其中一方可以為光導(dǎo)管。另外，所述光導(dǎo)管可以為光纖。
另外，本發(fā)明還提供一種光學(xué)部件，至少其中一個(gè)端部與外部光學(xué)部件抵接，將從所述外部光學(xué)部件所射出的光從所述端部入射，或者將光從所述端部向所述外部光學(xué)部件射出，其特征在于，在所述端部配置有抑制所述端部和所述外部光學(xué)部件的粘接的保護(hù)介質(zhì)。本發(fā)明中的“光學(xué)部件”包括光導(dǎo)管。
發(fā)明效果在第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端之間配置用于抑制發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的保護(hù)介質(zhì)，或在第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端之間，配置有透明的保護(hù)介質(zhì)，該保護(hù)介質(zhì)即使使所述第1光學(xué)部件和所述第2光學(xué)部件以500g重量的負(fù)荷抵接然后分離，也將所述射出端和所述入射端維持在可再使用的狀態(tài)，通過(guò)采用這種方式，可防止在光膠時(shí)產(chǎn)生的含于第1和第2光學(xué)部件的氧化物(石英、SiO2)的反應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)中，尤其在導(dǎo)光的光為能量密度高的光或短波長(zhǎng)光時(shí)，氧化物反應(yīng)處第1及第2光學(xué)部件成一體化，將該光學(xué)部件從保持部件取出時(shí)反應(yīng)處會(huì)產(chǎn)生損傷，不能再利用，或光損失會(huì)變大。而且，通過(guò)在第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件之間配置保護(hù)介質(zhì)，由于第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件沒(méi)有直接接觸，故可防止抵接部中的反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定性能的光學(xué)設(shè)備。
另外，通過(guò)在各光學(xué)部件之間配置含厚度小于λ/2的氟化物的保護(hù)介質(zhì)，可抑制光長(zhǎng)時(shí)間入射之時(shí)的光損失的降低，可使光學(xué)設(shè)備的性能提高。


圖1為實(shí)施例1中的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖2為實(shí)施例1中的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖3為實(shí)施例2中的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖4為實(shí)施例2中的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖5為實(shí)施例3中的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖6為抵接部破損后的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖7為現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備的剖面圖。
圖8表示采用蒸鍍法各自形成膜厚為λ/2、λ/4、λ/6的MgF2膜時(shí)的射出光的光功率的時(shí)間變化的圖表。
圖9表示分別采用蒸鍍法和離子輔助沉積法各自形成膜厚為λ/6的MgF2膜時(shí)的射出光的光功率的時(shí)間變化的圖表。
圖10表示采用離子輔助沉積法各自形成膜厚為λ/6、λ/12的MgF2膜時(shí)的射出光的光功率的時(shí)間變化的圖表。
圖11表示采用波長(zhǎng)為248nm的脈沖激光時(shí)膜的吸收系數(shù)和損傷閾值之間的關(guān)系圖表。
圖12表示采用蒸鍍法各自形成膜厚為λ/6的MgF2、YF3膜時(shí)的射出光的光功率的時(shí)間變化的圖表。
符號(hào)說(shuō)明1a、1b、1c、90光纖
2a、3b 套圈3 套管41～46 膜體47 保護(hù)介質(zhì)具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作出說(shuō)明。
圖1為本實(shí)施方式的實(shí)施例1中的光學(xué)設(shè)備10、20的剖面圖。光學(xué)設(shè)備10包括光纖(光學(xué)部件、光導(dǎo)管)1a、1b、套圈2a、2b、套管(保持部件)3等。光纖1a的一端被插入套圈2a的貫通孔中，光纖1b的一端被插入套圈2b的貫通孔中。另外，套圈2的被插入套管3的一側(cè)的端部被磨削成半球面狀。
對(duì)于套圈2a、2b，其中任一個(gè)套圈(例如套圈2a)被磨削成半球面狀的端面91a上均形成有膜體41。該膜體41的材質(zhì)在短波長(zhǎng)區(qū)(190nm～530nm)具有高透明性，優(yōu)選為例如含氟化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3)等的膜體。另外，套圈2a、2b的前端形狀的曲率半徑為7～25mm，外徑為1.25mm或2.5mm。而且，套圈2a和2b的抵接部中的接觸壓力優(yōu)選為4.9N～11.8N左右。
端面91a上形成有膜體41的套圈2a和套圈2b，以膜體41的最外表面和套圈2b(光纖1b)抵接的方式被插入套管3中。
現(xiàn)有技術(shù)中，光纖1a和1b的抵接采用光膠。被導(dǎo)光的光為長(zhǎng)波段區(qū)的光或能量密度不是那么高時(shí)，通過(guò)采用光膠可提高光傳播效率，這是公知的。然而，在被導(dǎo)光的光為能量密度高的光或短波長(zhǎng)光時(shí)，引起光纖1a和1b的抵接部中的氧化物發(fā)生反應(yīng)而在反應(yīng)部分成一體化，如果在該反應(yīng)后將套圈2從套管3中取出，則起反應(yīng)的部分破損而不能再作為光學(xué)連接器用，或者光損失增加。尤其，在導(dǎo)光的光為短波長(zhǎng)時(shí)，如果為了防止光纖的端部由于導(dǎo)光的光引發(fā)有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)而被污染從而采取UV清潔處理，申請(qǐng)人對(duì)此次確認(rèn)的光纖1a和1b的粘接，產(chǎn)生問(wèn)題的情況如下所述地得到確認(rèn)。
圖6表示，在將光纖和玻璃進(jìn)行UV清潔處理之后，將該光纖的剖面和玻璃以大約500g的負(fù)荷抵接，放置大約100小時(shí)時(shí)的光纖90的抵接面。91為包層，92為芯。99是通過(guò)洗凈后將光纖90和玻璃(未圖示)抵接、壓著而引起光纖90和玻璃所含的石英或氧化物發(fā)生反應(yīng)的地方，是光纖90和玻璃成一體化的部分。如果像這樣發(fā)生反應(yīng)的地方成一體化，則在光纖90和玻璃分離之時(shí)反應(yīng)處將會(huì)大大損傷，或反應(yīng)處會(huì)附著于光纖90的剖面或玻璃上。另外，抵接前的光纖表面粗糙度Ra＝2nm。這種現(xiàn)象在用光學(xué)連接器使光纖抵接的情況下也發(fā)生。另外，上述現(xiàn)象在表面粗糙度Ra＜5nm以下時(shí)容易發(fā)生，進(jìn)一步，在引導(dǎo)能量密度高的短波長(zhǎng)光時(shí)也容易發(fā)生。
另外，如圖1(a)所示，通過(guò)其中一個(gè)套圈2形成對(duì)短波長(zhǎng)區(qū)透明性高的膜體41，光纖1a和1b通過(guò)膜體41抵接而未直接抵接。因此，可以防止光纖1a和1b的抵接部中的氧化物(石英、SiO2等)的反應(yīng)而抵接部無(wú)損傷，可實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定性能的光學(xué)設(shè)備10。
其中，作為膜體41，指的是抑制光纖1a和1b的抵接部中的光纖1a和1b彼此之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的膜體，是抑制常溫下物理抵接時(shí)光纖1a和1b彼此之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的膜體。具體地，例如含上述氟化物(LiF、BaF2、MgF2、CaF2)等的膜體。
進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于膜體41，優(yōu)選為這樣的膜體，即對(duì)光纖1a和1b的抵接部以1kg重量以下(更優(yōu)選500g重量以下)50g重量以上的負(fù)荷壓著之后將套圈2a及/或套圈2b從套管3取出，膜體41及/或光纖1a和1b的損傷為最低限度，從而將光纖1a和1b維持為可再利用的狀態(tài)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使將套圈2a和2b插入套管3而連接之際以1kg重量以下(更優(yōu)選500g重量以下)50g重量以上的負(fù)荷壓著，也能夠防止光纖1a和1b的抵接部中的損傷。
另外，膜體41可以為單層膜、多層膜的任何一種。在為多層膜時(shí)，多層膜的最外表面(最上層)的膜優(yōu)選為不易與含于光纖1中的石英及SiO2發(fā)生反應(yīng)的膜。另外，膜體41可以直接形成在套圈2a的端面91a，也可以在端面91a形成輔助沉積膜之后再形成膜體41。在圖1(a)和圖1(b)中，套圈2a及2b的插入套管3的一側(cè)的端部均被加工成半球面狀，但是，例如圖3(c)所示，也可以其中一個(gè)加工成半球面狀而另一個(gè)加工磨削成平面狀，或者兩者均加工磨削成平面狀也可。
另外，膜體41的膜厚為對(duì)于光損失幾乎沒(méi)有影響的程度的膜厚。由于光纖1的折射率和膜體41的折射率不同，故膜體41的光的波導(dǎo)方向的膜厚d1、膜體折射率N和光的振蕩波長(zhǎng)λ的關(guān)系優(yōu)選為d1×N＝(λ/2)×n……(1)(其中，n為1以上的整數(shù))另外，如圖1(b)所示，也可以在套圈2a的端面91a和套圈2b的端面91b雙方均形成膜體而插入套管3并使之抵接。此時(shí)，為了防止膜體42a及42b的抵接部發(fā)生反應(yīng)或成一體化，膜體42a及42b的最外表面的膜優(yōu)選采用不易引發(fā)反應(yīng)的不同種材料構(gòu)成。另外，膜體42a和42b的膜厚的總和優(yōu)選滿足式(1)。即，例如，膜體42a和42b的膜厚如果分別相等(d2)，各膜體的折射率相等(N)，則與光的振蕩波長(zhǎng)λ的關(guān)系優(yōu)選滿足d2×N＝(λ/4)×n……(2)(其中，n為1以上的整數(shù))另一方面，如果膜體42a和42b的膜厚分別不同，且膜體42a和42b采用不同種材料構(gòu)成，折射率也不同，則膜體42a的膜厚為d2a、折射率為Na、膜體42b的膜厚為d2b、折射率為Nb時(shí)，則與光的振蕩波長(zhǎng)λ的關(guān)系優(yōu)選滿足(d2a×Na)+(d2b×Nb)＝(λ/2)×n……(3)除了采用上述方法設(shè)定各膜體的膜厚之外，通過(guò)將膜體選擇為膜厚不足λ/2的氟化物膜，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，可以減小膜質(zhì)的經(jīng)時(shí)變化，可抑制經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間激光照射入射時(shí)光損失降低。圖8表示的是，提供采用蒸鍍法分別在端面91a上各自形成膜厚為λ/2、λ/4、λ/6的MgF2膜的3種光學(xué)設(shè)備10，采用光功率＝160mW、波長(zhǎng)λ＝405nm的激光入射至光纖1a時(shí)從光纖1b射出的射出光的光功率的時(shí)間變化的曲線圖。g1是膜厚為λ/2的曲線，g2是膜厚為λ/4的曲線，g3是膜厚為λ/6的曲線。另外，縱軸表示射出光的功率值相對(duì)入射光的功率值的比例。即，縱軸示出的光功率越低，表示光損失越大。另外，此時(shí)，激光通過(guò)各膜中直徑約30μm的區(qū)域。
由圖8可看出，膜厚越小，則射出光的光功率的降低越少(即光損失越少)。另外，如果對(duì)實(shí)驗(yàn)后各膜體進(jìn)行顯微鏡觀察，則基本上看不到膜厚為λ/6的的膜的外觀變化，但對(duì)于膜厚為λ/2及λ/4的膜則可以看到被看作為激光通過(guò)部分的區(qū)域的變色。進(jìn)一步，對(duì)于膜厚為λ/2的膜，在變色部分周邊能看到膜的裂痕。膜厚為λ/2及λ/4的膜中所觀察到的變色認(rèn)為是由于激光發(fā)熱而使膜熔化的緣故。根據(jù)該結(jié)果可認(rèn)為，膜厚越大，則膜對(duì)激光能量的吸收越大，由于該吸收，膜質(zhì)發(fā)生變化，光損失變大。
接著申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，采用離子輔助沉積法(イオンアシスト)比采用蒸鍍法形成的膜更能實(shí)現(xiàn)光損失降低。圖9表示的是，提供采用蒸鍍法和離子輔助沉積法分別在端面91a上各自形成膜厚為λ/6的MgF2膜的兩種光學(xué)設(shè)備10，采用光功率＝160mW、波長(zhǎng)λ＝405nm的激光入射至光纖1a時(shí)從光纖1b射出的射出光的光功率的時(shí)間變化的曲線圖。g4為對(duì)應(yīng)蒸鍍法的表，g5為對(duì)應(yīng)離子輔助沉積法的曲線。
由圖9可看出，使用采用離子輔助沉積法形成的膜比采用蒸鍍法形成的膜的光功率降低少。另外，由于曲線g5相比曲線g4其傾角稍稍小些，盡管未圖示，但可想像得到，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)以上后，兩種成膜法中的光功率的差要增大。在采用離子輔助沉積法時(shí)，在成膜前可采用離子束等對(duì)目標(biāo)體(光纖1a的入射端)進(jìn)行清潔處理。因此認(rèn)為，能夠減少目標(biāo)體和膜的分界處的損失，從而，相比蒸鍍法光損失也降低。而且，相比蒸鍍法，采用離子輔助沉積法能夠形成更致密膜質(zhì)的膜。因此認(rèn)為，采用離子輔助沉積法形成的膜由于激光能量吸收而產(chǎn)生的膜質(zhì)變化少，并可使光損失降低。作為可在成膜前進(jìn)行目標(biāo)體清潔處理，可形成比蒸鍍法更致密膜質(zhì)的膜的方法，除了離子輔助沉積法之外還可以枚舉例如離子鍍法、濺射法等。
另外，圖10表示的是，提供采用離子輔助沉積法分別在端面91a上各自形成膜厚為λ/6、λ/12的MgF2膜的兩種光學(xué)設(shè)備10，采用光功率＝160mW、波長(zhǎng)λ＝405nm的激光入射至光纖1a時(shí)從光纖1b射出的射出光的光功率的時(shí)間變化的曲線圖。g6對(duì)應(yīng)為膜厚為λ/6、g7對(duì)應(yīng)為膜厚為λ/12時(shí)的曲線。由圖10可看出，對(duì)于膜厚為λ/6和膜厚為λ/12的膜的光功率變化方式大致相同。因此，如果激光條件為光功率＝160mW、λ＝405nm、膜厚為λ/6以下，則認(rèn)為可得到射出光的時(shí)間特性大致相等的結(jié)論。
接著申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，使用吸收系數(shù)低的材料形成的膜可實(shí)現(xiàn)光損失的降低。圖11表示采用波長(zhǎng)為248nm的脈沖激光時(shí)膜的吸收系數(shù)和損傷閾值的關(guān)系的曲線圖(引自“High damage threshold fluoride UV mirrors made by Ion Beam Sputtering”，JDijion，et.，al.，SPIE Vol.3244，pp406-418，1998)。根據(jù)該圖表可看出，氟化物膜損傷閾值高，尤其氟化物膜中YF3及LiF比MgF2損傷閾值高。因此，提供采用蒸鍍法分別在端面91a上各自形成膜厚為λ/6的MgF2、YF3膜的兩種光學(xué)設(shè)備10，對(duì)將光功率＝160mW、波長(zhǎng)λ＝405nm的激光入射至光纖1a時(shí)從光纖1b射出的射出光的光功率的時(shí)間變化進(jìn)行測(cè)定。該測(cè)定結(jié)果在圖12中示出。g8為對(duì)應(yīng)MgF2膜、g9為對(duì)應(yīng)YF3膜的曲線。由圖12可看出，YF3膜比MgF2膜光功率降低少。另外，由于相比YF3膜，相對(duì)MgF2膜的曲線的傾斜稍稍小些，盡管未圖示，但可想像得到，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)以上后，兩膜的光功率的差要增大。因此，為了實(shí)現(xiàn)光損失的降低，優(yōu)選采用氟化物膜(例如YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3中的任何一種)，更優(yōu)選采用吸收系數(shù)小的YF3等。
由上可見(jiàn)，將光功率＝160mW、波長(zhǎng)λ＝405nm的激光入射至光纖1a經(jīng)過(guò)1000小時(shí)后，為了將1000小時(shí)之后的射出光的光功率相對(duì)剛?cè)肷渲蟮纳涑龉獾墓夤β实慕档吐室种圃诓蛔?0％之內(nèi)，優(yōu)選形成于光纖1a的入射端的膜的膜厚為λ/6以下。而且，成膜方法優(yōu)選采用離子輔助沉積法、離子鍍法、濺射法等可在成膜前進(jìn)行目標(biāo)體清潔、可形成膜質(zhì)致密的膜的方法。更優(yōu)選采用激光能量吸收少的膜。
另外，在引導(dǎo)的光的波長(zhǎng)位于短波長(zhǎng)區(qū)(190nm～530nm)的情況下，為了防止由于有機(jī)物而產(chǎn)生的污染，對(duì)于圖1(a)的結(jié)構(gòu)，可以在未形成有膜體41的套圈2b的端面及/或套圈2a的端面91a上進(jìn)行UV清潔處理。含上述氟化物(YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3中的任何一種)的膜體對(duì)UV區(qū)(190nm～410nm)的光呈現(xiàn)惰性，由于在套圈2b上形成由上述氟化物形成的膜體41，故可防止光纖1a和1b的抵接部中的氧化物(石英、SiO2等)的反應(yīng)從而抑制抵接部的損傷。另外，對(duì)于圖1(b)的結(jié)構(gòu)，為了防止由于有機(jī)物而產(chǎn)生的污染，在套圈2b的端面91b及/或套圈2a的端面91a上進(jìn)行UV清潔處理，此時(shí)，也可抑制光纖1a和1b彼此抵接部中的化學(xué)反應(yīng)。
另外，圖1中，盡管說(shuō)明的是作為形成于套圈2a的端面91a上的薄膜的膜體41，但最好配置防止套圈2a和套圈2b直接抵接的保護(hù)介質(zhì)，例如可以是如圖2所示的光學(xué)設(shè)備70。圖2所示的光學(xué)設(shè)備70中，在套管3的內(nèi)部配置有保護(hù)介質(zhì)47。具體地，光纖1a和1b例如以即使在從套管3的一端和另一端插入套圈2的情況下也不直接抵接而通過(guò)保護(hù)介質(zhì)47抵接的方式，將夾持保護(hù)介質(zhì)47的環(huán)狀法蘭9配置在套管3的內(nèi)側(cè)。保護(hù)介質(zhì)47由相對(duì)短波長(zhǎng)區(qū)光透過(guò)性高的材質(zhì)構(gòu)成，例如テフロン(注冊(cè)商標(biāo))等。

圖3表示實(shí)施例2中的光學(xué)設(shè)備30的剖面圖。如光學(xué)設(shè)備30，可以使諸如沒(méi)有光波導(dǎo)路徑的玻璃等透明部件6和光纖1b夾著膜體43而插入套管3中進(jìn)行固定，以進(jìn)行光學(xué)連接。如圖3(a)所示，照射于透鏡7之上的光耦合于透明部件6的端面92a而入射。耦合于端面92a之上的光通過(guò)膜體43從光纖1b的入射端入射。另外，膜體43可以為單層膜、多層膜的任何一種，材質(zhì)、膜厚等和實(shí)施例1中記載的一樣。另外，就效果而言也可達(dá)到和實(shí)施例1同樣的效果。另外，如圖3(b)所示的光學(xué)設(shè)備40，也可以在透明部件6的端面92a和套圈2b的端面92b上分別形成膜體44a、44b。而且，如圖3(c)所示的光學(xué)設(shè)備300，還可以是透明部件6的端面92a加工磨削成平面狀，在被加工成半球面狀的套圈2b的端面92b上形成膜體48。此時(shí)，透明部件6的端面92c優(yōu)選從相對(duì)透明部件6的軸垂直的平面傾斜3～4度，在這種結(jié)構(gòu)情形下，向透鏡7反射回來(lái)的光減少，因此，可實(shí)現(xiàn)高效導(dǎo)光。
因此，并不限于光導(dǎo)管，即使對(duì)于由玻璃等形成的光學(xué)部件和光導(dǎo)管的光學(xué)抵接部，也可以通過(guò)上述膜體而使之抵接，達(dá)到和實(shí)施例1相同的效果。進(jìn)一步，對(duì)于使由傳播如激光這樣的高密度光的玻璃等形成的光學(xué)部件彼此光學(xué)抵接的結(jié)構(gòu)而言，也可以通過(guò)上述膜體而使之連接。此時(shí)，膜體43可以為單層膜、多層膜的任何一種，材質(zhì)、膜厚等和實(shí)施例1中記載的一樣。
另外，如圖4所示的光學(xué)設(shè)備50，也可以使貫通孔中被插入光纖1c的光纖截線(フアイバスタブ)8和光纖1b夾著膜體45而插入套管3進(jìn)行固定，以進(jìn)行光學(xué)連接。如圖4(a)所示，光學(xué)設(shè)備50中，光纖截線8和端面91b形成有膜體45的套管2b被插入套管3而固定。照射于透鏡7的光耦合于插入光纖截線8的光纖1c的入射端而入射，從光纖1c射出端射出的光通過(guò)膜體45從光纖1b的入射端入射。另外，膜體45也可形成于光纖截線8側(cè)。另外，如圖4(b)所示，也可以在光纖截線8的端面93b和套管2b的端面91b分別形成膜體46a、46b。另外，在圖4(a)和圖4(b)中，光纖截線8及套管2b的插入套管3的一側(cè)的端部盡管兩者均被加工成半球面狀，但如圖3(c)所示，也可以將其中一個(gè)加工成半球面狀而另一個(gè)加工磨削成平面狀，或者將兩者均加工磨削成平面狀也可。
圖5表示實(shí)施例3中的光學(xué)設(shè)備70和80的剖面圖的一個(gè)例子。首先對(duì)圖5(a)所示的光學(xué)設(shè)備70進(jìn)行說(shuō)明。如該圖所示，可在其貫通孔中插入光纖1a的套管2a的端面91a上按照膜51、52的順序，形成兩層以上的多層膜。
此時(shí)，膜51和膜52的密接性及膜51和端面91a的密接性，比膜52和貫通孔中插入光纖1b的套管2b的端面91b的抵接部的密接性高。即，在將套管2a及2b插入套管3而使膜52和套管2b的端面91b抵接，之后又分離的時(shí)候，如果膜52和端面91b之間的密接性很好，則在使之分開(kāi)時(shí)膜52的與端面91b抵接的部分會(huì)剝離，膜52產(chǎn)生損傷，而且膜52的一部分附著在端面91b上，光學(xué)設(shè)備70將不能再利用。因此，通過(guò)采用膜51和膜52的密接性及膜51和端面91b的密接性，比膜52和端面91b的抵接部的密接性高的膜51和52，可防止分離時(shí)膜52的剝離從而使抵接部無(wú)損傷，可提供穩(wěn)定的光學(xué)設(shè)備70。
另外，在本實(shí)施例中盡管是就積層膜51、和52的兩層膜進(jìn)行的說(shuō)明，但也可以是兩層以上的多層膜。此時(shí)，多層膜的最上層膜的下層的膜彼此之間的密接性、以及多層膜的最下層膜和端面91a的密接性，優(yōu)選比多層膜的最上層膜和端面91b的抵接部的密接性高。
另外，多層膜的最上層膜(圖5中的膜52)為氟化物，優(yōu)選為不含Si的氟化物(例如YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3中的任何一種)。另外，多層膜最上層膜的下層的膜優(yōu)選為不含Si的氧化膜(例如MgO等)。
而且，如圖5(b)所示，還可以使多層膜都形成于端面91a及端面91b雙方端面上。此時(shí)，膜51和膜52的密接性及膜51和端面91b的密接性、膜61和膜62的密接性及膜62和端面91b的密接性，比膜52膜61和膜61的密接性高。
另外，成膜于端面91a及端面91b上的各多層膜的膜厚優(yōu)選滿足實(shí)施例1中所記載的式(1)～(3)。
另外，在圖5(a)和圖5(b)中，套管2a和2b的插入套管3的一側(cè)的端部盡管均被加工成半球面狀，但例如圖3(c)所示，其中一個(gè)加工成半球面狀而另一個(gè)加工磨削成平面狀也可以，另外，還可以將兩者均加工磨削成平面狀。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)設(shè)備，包括將入射的光從射出端射出的第1光學(xué)部件、及將該第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與該射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端之間，配置有抑制所述第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件的粘接的保護(hù)介質(zhì)。
2.一種光學(xué)設(shè)備，包括將入射的光從射出端射出的第1光學(xué)部件、及將該第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與該射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端之間配置有透明的保護(hù)介質(zhì)，該保護(hù)介質(zhì)即使使所述第1光學(xué)部件和所述第2光學(xué)部件以500g重量的負(fù)荷抵接然后分離，也將所述射出端和所述入射端維持在可再使用的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述負(fù)荷為1kg重量。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)為膜體，只在所述第1光學(xué)部件的射出端或所述第2光學(xué)部件的入射端的其中一方成膜。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述膜體為多層膜，構(gòu)成所述多層膜的膜之間的密接性、以及所述多層膜的最下層膜和形成有所述多層膜的所述光學(xué)部件的密接性，高于在所述第1光學(xué)部件的射出端或所述第2光學(xué)部件的入射端的其中一方上形成的所述多層膜的最上層膜和未形成所述多層膜的所述光學(xué)部件的抵接部的密接性。
6.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)為膜體，分別成膜在所述第1光學(xué)部件的射出端及所述第2光學(xué)部件的入射端。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述膜體為多層膜，構(gòu)成所述各多層膜的膜之間的密接性、以及所述各多層膜的最下層膜和所述各光學(xué)部件的密接性，高于在所述第1光學(xué)部件的射出端成膜的所述多層膜的最上層膜和在所述第2光學(xué)部件的入射端成膜的所述多層膜的最上層膜的抵接部的密接性。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和在所述第2光學(xué)部件的入射端成膜的所述膜體分別由不同的物質(zhì)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，在所述第1光學(xué)部件的射出端和所述第2光學(xué)部件的入射端成膜的所述膜體分別由不同的物質(zhì)構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)的折射率和在所述保護(hù)介質(zhì)的光波導(dǎo)方向上的厚度的乘積為λ/2的整數(shù)倍(其中，λ＝所述光的振蕩波長(zhǎng))。
11.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)在光波導(dǎo)方向上的厚度小于λ/2。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)使從所述第1光學(xué)部件的射出端射出的光以低損失向所述第2光學(xué)部件的入射端通過(guò)。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)包含氟化物。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)介質(zhì)選自由YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3構(gòu)成的群組。
15.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜包含氟化物。
16.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜包含氟化物。
17.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述氟化物不包含Si。
18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述氟化物不包含Si。
19.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜選自由YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3構(gòu)成的群組。
20.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜選自由YF3、LiF、MgF2、NaF、LaF3、BaF2、CaF2、及AlF3構(gòu)成的群組。
21.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
22.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
23.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
24.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
25.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
26.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
27.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
28.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述多層膜的最上層膜的下層的膜為不含Si的氧化膜。
29.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，入射至所述第1光學(xué)部件的光為短波長(zhǎng)區(qū)的光。
30.如權(quán)利要求29所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，入射至所述第1光學(xué)部件的光的振蕩波長(zhǎng)為190nm～530nm。
31.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述第1光學(xué)部件的射出端及/或所述第2光學(xué)部件的入射端實(shí)施有UV清潔處理。
32.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)設(shè)備，其特征在于，所述第1光學(xué)部件和所述第2光學(xué)部件中的至少一方為光導(dǎo)管。
33.一種光學(xué)部件，至少一方的端部與外部光學(xué)部件抵接，將從所述外部光學(xué)部件射出的光從所述端部入射，或者從所述端部向所述外部光學(xué)部件射出光，該光學(xué)部件的特征在于，在所述端部配置有抑制所述端部和所述外部光學(xué)部件的粘接的保護(hù)介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)設(shè)備，其包括將入射的光從射出端射出的第1光學(xué)部件、及將從第1光學(xué)部件的射出端射出的光從與射出端抵接的入射端入射的第2光學(xué)部件，在第1光學(xué)部件的射出端和第2光學(xué)部件的入射端之間，配置有防止第1光學(xué)部件和第2光學(xué)部件粘接的保護(hù)介質(zhì)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1982931SQ200610130898
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者下津臣一, 園田慎一郎, 三浦榮朗 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社