JP4963375B2 - 光デバイス、光学部材及びライトガイド - Google Patents

Description

本発明は、２本の光学部材又はライトガイドの端部がスリーブ等の保持部材によって保持された光デバイス、又は外部光学部材と組み合わせて使用するライトガイド及び光学部材に関するものである。

スリーブ等の保持部材を用いて２本の光ファイバの端部を接続する当接方法として、一般的にオプティカルコンタクトが用いられる。オプティカルコンタクトとは、光ファイバ等の光学部品を接着剤等の媒体を介さずに直接圧着して当接する方法であり、一般的には光学部材同士を直接当接する為、光伝播効率が高い方法である。図７に従来の光デバイス１００の断面図を示す。図７に示すように、光ファイバ１ａはフェルール２ａに挿入されることにより、光ファイバ１ｂはフェルール２ｂに挿入されることにより保持され、更にフェルール２ａ及び２ｂの一端がスリーブ３に挿入されることによって固定される。フェルール２ａ及び２ｂのスリーブ３に挿入される側の端部は研磨によって例えば半球面状に研磨される。半球面状に研磨されることによって、光ファイバ１ａ、１ｂの端部同士を密着させやすくなり、安定的で低損失な接続を得ることができる。また、光学部品の安定的なオプティカルコンタクトについては、特許文献１〜３にも記載されている。
特開平９−２２１３４２号公報 特開２００４−２７９４９５号公報 特開平５−１８１０４０号公報

上記したような光デバイスにおいて、特に短波長領域の光を光ファイバ１ａ及び１ｂに導波させる場合、有機物質による汚染が生じやすいため、それに伴う特性劣化を防ぐために、フェルール２ａ、２ｂ（以下、包括的に「フェルール２」と表記する）に光ファイバ１ａ、１ｂ（以下、包括的に「光ファイバ１」と表記する）を挿入して端部を研磨した後、該端部をＵＶクリーニング等することによって有機物質の除去を行う。

しかしながら、ＵＶクリーニングによって有機物質を除去し、光ファイバ１ａと１ｂの端部を圧着させてオプティカルコンタクトさせると、光ファイバ１に含まれる酸化物（石英、ＳｉＯ_２等）が当接部において何らかの反応を起こして反応箇所が一体化し、その反応後にフェルール２をスリーブ３から抜くと、反応箇所が破損してしまうことが出願人によって確認された。

また、ＵＶクリーニングがされても有機物質が若干除去し切れず、光ファイバ１の端部に残留したままオプティカルコンタクトにより短波長領域の光を光ファイバ１に導波させた場合、光ファイバ１ａと１ｂの当接部における有機物質が該光によって分解されるため、上記したように光ファイバ１に含まれる酸化物が反応を起こして、光ファイバ１の当接部の破損を招いていた。光ファイバ１の当接部が破損すると、光損失が大きく増加し、所望の性能が得られなくなり、光デバイスとしての信頼性が低下してしまう。

本発明は、光ファイバの当接部における破損を抑え、高い信頼性を得られる光デバイス、ライトガイド及び光学部材を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明による光デバイスは、入射された光を出射端から出射する第１の光学部材と、該第１の光学部材の出射端から出射された光を該出射端に当接する入射端から入射する第２の光学部材とからなる光デバイスにおいて、前記第１の光学部材の出射端と前記第２の光学部材の入射端の間に、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の接着を抑止する保護媒体が配置されていることを特徴としている。

ここで「前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の接着を抑止する保護媒体」とは、２つの光学部材が常温で物理的に当接状態にあるときに、該光学部材の当接部における材料が化学反応を起こし、融着等によって接着されることを防ぐ保護媒体である。即ち、２つの光学部材を物理的に当接した後に該光学部材を離間させた際、又は光学部材を当接部から相対的に動かした際に、光学部材の当接部において発生した付着物（又は、付着物による表面凹凸）がλ／２以下（λ＝光の発振波長）、より好ましくはλ／５以下、更に好ましくはλ／１０以下となるように当接部の接着を抑止する保護媒体である。

また「該第１の光学部材の出射端から出射された光を該出射端に当接する入射端から入射する第２の光学部材とからなる光デバイス」としたが、第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端とが接合部材等を用いて接合されてつなぎ合わせられたものであってもよい。

更に、本発明による光デバイスは、入射された光を出射端から出射する第１の光学部材と、該第１の光学部材の出射端から出射された光を該出射端に当接する入射端から入射する第２の光学部材とからなる光デバイスにおいて、前記第１の光学部材の出射端と前記第２の光学部材の入射端の間に、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材とを５００［ｇ重］の荷重で当接させ、後に離間させても、前記出射端と前記入射端を再使用可能な状態に維持する透明な保護媒体が配置されていることを特徴としている。

また、前記荷重が、１［ｋｇ重］であることとしてもよい。更に「前記第１の光学部材と前記第２の光学部材とを５００［ｇ重］の荷重で当接させ」としたが、第１の光学部材と第２の光学部材とを接合部材等を用いて接合させてつなぎ合わせてもよい。その際も、当接部（即ち、接合部）において５００［ｇ重］（又は１［ｋｇ重］）の荷重で第１の光学部材と第２の光学部材とを接合させ、後に離間させても、第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端が再使用可能な状態に維持する透明な保護媒体が当接部（即ち、接合部）に配置されていることとする。

また、前記保護媒体が膜体であり、前記第１の光学部材の出射端又は前記第２の光学部材の入射端の何れか一方のみに成膜されているものであることとしてもよい。このとき、前記膜体が多層膜である場合、前記第１の光学部材の出射端又は前記第２の光学部材の入射端の何れか一方に成膜された前記多層膜の最上層膜と前記多層膜が成膜されていない前記光学部材との当接部における密着性より、前記多層膜を構成する膜同士の密着性、及び前記多層膜の最下層膜と前記多層膜が成膜された前記光学部材との密着性の方が高い方が望ましい。

また、前記保護媒体が膜体であり、前記第１の光学部材の出射端及び前記第２の光学部材の入射端にそれぞれ成膜されているものであることとしてもよい。このとき、前記膜体が多層膜である場合、前記第１の光学部材の出射端に成膜された前記多層膜の最上層膜と前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記多層膜の最上層膜との当接部における密着性より、前記多層膜を構成する膜同士の密着性、及び前記各多層膜の最下層膜と前記各光学部材との密着性の方が高い方が望ましい。

また、前記第１の光学部材の出射端及び前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記膜体が、それぞれ異なる物質によって構成される膜体であることとしてもよい。

また、前記保護媒体の屈折率と前記保護媒体の光導波方向に対する厚さの積が、λ／２の整数倍（但し、λ＝前記光の発振波長）であることとしてもよい。

ここで、保護媒体の厚さとは、第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端の間に介在する保護媒体（膜体）の光導波方向における総膜厚のことを言う。つまり、第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端にそれぞれ膜体が成膜されており、各膜体が同じ屈折率である場合は、第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端の間に介在する膜体の総膜厚とその膜体の屈折率の積がλ／２の整数倍となればよい。また、各膜体が異種材料によって構成されていて異なる屈折率である場合は、第１の光学部材に成膜された膜体の屈折率とその膜体の膜厚の積と、第２の光学部材に成膜された膜体の屈折率とその膜体の膜厚の積とを加算したものが、λ／２の整数倍となればよい。

また、光導波方向に対する前記保護媒体の厚さが、λ／２未満であることとしてもよい。更に前記保護媒体は、前記第１の光学部材の出射端から出射する光を前記第２の光学部材の入射端へ低損失で通過させるものであること望ましい。光を低損失で通過させる膜としてはフッ化物膜が挙げられ、ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３の何れかを用いることが望ましい。更に光に対するエネルギー吸収が低いことが望ましい。ここで「低損失」とは、例えば、波長４０５［ｎｍ］、出力２００［ｍＷ］の光を約１０００時間に渡って第１の光学部材の入射端から入射した後の第２の光学部材から出射した光の光出力の入射直後の光出力に対する低下率が１０％未満であることを言う。このとき、保護媒体には直径約３０［μｍ］以下の領域に光が照射される。

また、前記保護媒体が多層膜の場合、前記多層膜の最上層膜が、フッ化物を含むものでり、更にＳｉを含まないものであることが望ましい。更に、前記多層膜の最上層膜はＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３の何れかであることが望ましい。また、前記多層膜の最上層膜より下層の膜が、Ｓｉを含まない酸化膜であることが望ましい。

また、前記第１の光学部材に入射される光が、短波長領域の光であることとしてもよい。光の発振波長が５３０［ｎｍ］以下であれば有機物質を分解する可能性があって短波長ほど効果が上がり、１９０［ｎｍ］以上であればＦドープＳｉＯ_２において導波が可能になるため、前記第１の光学部材に入射される光の発振波長は１９０［ｎｍ］〜５３０［ｎｍ］が好ましい
また、前記第１の光学部材の出射端及び／又は前記第２の光学部材の入射端にＵＶクリーニングが施されていることとしてもよい。

また、前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方がライトガイドであることとしてもよい。また、前記ライトガイドは光ファイバであることとしてもよい。

また、本発明における光学部材は、少なくとも一方の端部が外部光学部材と当接され、前記外部光学部材から出射された光を前記端部から入射し、又は、前記端部から前記外部光学部材へ光を出射する光学部材において、前記端部と前記外部光学部材の接着を抑止する保護媒体が前記端部に配置されていることを特徴としている。

また、本発明におけるライトガイドは、少なくとも一方の端部が外部光学部材と当接され、前記外部光学部材から出射された光を前記端部から入射し、又は、前記端部から前記外部光学部材へ光を出射するライトガイドにおいて、前記端部と前記外部光学部材の接着を抑止する保護媒体が前記端部に配置されていることを特徴としている。

第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端の間に化学反応を抑止する保護媒体を配置する、又は第１の光学部材の出射端と第２の光学部材の入射端の間に、第１の光学部材と第２の光学部材を５００［ｇ重］の荷重で当接させた後に離間させても、前記出射端と前記入射端を再使用可能な状態に維持する透明な保護媒体を配置することにより、オプティカルコンタクトをさせたときに発生する第１及び第２の光学部材に含まれる酸化物（石英、ＳｉＯ_２）の反応を防ぐことができる。従来、特に、導光する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、酸化物の反応箇所において第１及び第２の光学部材が一体化し、該光学部材を保持部材から抜いたときに反応箇所が損傷して、再使用不能、又は光損失が大きくなってしまっていた。しかし、第１の光学部材と第２の光学部材間に保護媒体を配置することによって、第１の光学部材と第２の光学部材が直接接触しないため、当接部における反応を防ぎ、安定した性能を持つ光デバイスを実現することができる。

また、厚さがλ／２未満のフッ化物を含む保護媒体を各光学部材の間に配置することによって、長時間に渡って光を入射したときの光損失の低下を抑えることができ、光デバイスの性能を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

〔実施例１〕
図１は本実施の形態の実施例１における光デバイス１０、２０の断面図である。光デバイス１０は、光ファイバ（光学部材、ライトガイド）１ａ、１ｂと、フェルール２ａ、２ｂと、スリーブ（保持部材）３等によって構成される。フェルール２ａの貫通孔には光ファイバ１ａの一端が挿入され、フェルール２ｂの貫通孔には光ファイバ１ｂの一端が挿入される。また、スリーブ３に挿入される側のフェルール２の端部は半球面状に研磨される。

フェルール２ａ、２ｂのうち、いずれか一方のフェルール（例えば、フェルール２ａ）の半球面状に研磨された端面９１ａに膜体４１が成膜される。この膜体４１の材質は、短波長領域（１９０［ｎｍ］〜５３０［ｎｍ］）で高い透明性を持つ材質であり、例えばフッ化物（ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３）等を含む膜体が好ましい。また、フェルール２ａ、２ｂの先端形状は曲率半径が７〜２５［ｍｍ］であり、外径は１．２５［ｍｍ］又は２．５［ｍｍ］とする。そしてフェルール２ａと２ｂの当接部における接圧は４．９［Ｎ］〜１１．８［Ｎ］程度とすることが望ましい。

端面９１ａに膜体４１が成膜されたフェルール２ａとフェルール２ｂは、膜体４１の最表面とフェルール２ｂ（光ファイバ１ｂ）とが当接するようにスリーブ３に挿入される。

従来、光ファイバ１ａと１ｂとの当接は、オプティカルコンタクトを用いていた。導光する光が長波長帯域の光である場合やエネルギー密度がそれ程高くない場合、オプティカルコンタクトを採用することによって光伝播効率が良くなることが知られている。しかし、導光する光がエネルギー密度の高い光の場合や短波長光の場合は、光ファイバ１ａと１ｂの当接部における酸化物が反応を起こして反応部分が一体化し、該反応後にフェルール２をスリーブ３から抜くと、反応を起こした部分が破損して光コネクタとして再使用不能、又は光損失が増加していた。特に、導光する光が短波長の場合、導光する光に有機物が反応することによって光ファイバの端部が汚染されることを防ぐ為にＵＶクリーニングを行うと、今回確認されたような光ファイバ１ａと１ｂとの接着が生じ問題となることを以下のように出願人が確認した。

図６に、光ファイバとガラスをＵＶクリーニングした後、該光ファイバの断面とガラスを約５００［ｇ］の加重で当接し、約１００時間放置したときの光ファイバ９０の当接面を示す。９１はクラッド、９２はコアである。９９は洗浄後に光ファイバ９０とガラス（不図示）とを当接、圧着したことによって、光ファイバ９０とガラスに含まれる石英や酸化物が反応を起こした箇所であり、光ファイバ９０とガラスとが一体化した部分である。このように反応箇所が一体化すると、光ファイバ９０とガラスとを離間させたときに反応箇所が大きく損傷してしまい、或いは反応箇所が光ファイバ９０の断面又はガラスに付着してしまっていた。尚、当接前のファイバの表面粗さはＲａ＝２［ｎｍ］である。このような現象が光ファイバをオプティカルコンタクトによって当接させた場合においても発生していた。また上記現象は、表面粗さがＲａ＜５［ｎｍ］以下で生じやすく、また更にエネルギー密度の高い短波長の光を導光した場合に生じやすい。

そこで、図１（ａ）に示すように、一方のフェルール２に短波長領域において透明性の高い膜体４１を成膜することにより、光ファイバ１ａと１ｂは直接当接されずに膜体４１を介して当接されることになる。従って、光ファイバ１ａと１ｂの当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ_２等）の反応を防いで当接部の損傷をなくし、安定した性能を持つ光デバイス１０を実現することができる。

ここで、膜体４１とは、光ファイバ１ａと１ｂの当接部における光ファイバ１ａと１ｂ同士の化学反応を抑止する膜体であり、常温での物理的当接時に光ファイバ１ａと１ｂ同士の化学反応を抑止するものである。具体的には上述したフッ化物（ＬｉＦ、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２）等を含む膜体が挙げられる。

更に、望ましくは、膜体４１は、光ファイバ１ａと１ｂの当接部に対して１［ｋｇ重］以下（より望ましくは５００［ｇ重］以下）で５０［ｇ重］以上の荷重で圧着した後にフェルール２ａ及び／又はフェルール２ｂをスリーブ３から抜いても、膜体４１及び／又は光ファイバ１ａ、１ｂの損傷が最低限であって、光ファイバ１ａ及び１ｂが再使用可能な状態を維持する膜体であると望ましい。上記構成とすることで、フェルール２ａ及び２ｂをスリーブ３に挿入して接続する際に１［ｋｇ重］以下（より望ましくは５００［ｇ重］以下）で５０［ｇ重］以上の荷重で圧着されることがあっても光ファイバ１ａと１ｂの当接部における損傷を防ぐことができる。

尚、膜体４１は、単層膜、多層膜の何れでもよい。多層膜の場合は、多層膜の最表面（最上層）の膜が光ファイバ１に含まれる石英やＳｉＯ_２と容易に反応しないものであることが望ましい。また、膜体４１は、フェルール２ａの端面９１ａに直接成膜されてもよいし、端面９１ａにアシスト膜が成膜された後、膜体４１が成膜されてもよい。また、フェルール２のスリーブ３に挿入する側の端部は半球面状に加工されていてもよいし、平面状に研磨されて加工されていてもよい。

また、膜体４１の膜厚は、光損失に影響のない程度の膜厚とする。光ファイバ１の屈折率と膜体４１の屈折率は異なるため、膜体４１の光導波方向の膜厚ｄ１と膜体の屈折率Ｎと光の発振波長λの関係は、
ｄ１×Ｎ＝（λ／２）×ｎ ・・・（１）
（但し、ｎは１以上の整数）
であることが望ましい。

また、図１（ｂ）に示すように、膜体をフェルール２ａの端面９１ａとフェルール２ｂの端面９１ｂの双方に成膜して、スリーブ３に挿入して当接させてもよい。この場合、膜体４２ａと４２ｂの当接部において反応や一体化が発生しないように、膜体４２ａと４２ｂの最表面の膜は容易に反応が起こらない異種材料によって構成されることが望ましい。また、膜体４２ａと４２ｂの膜厚の合計は式（１）を満足することが望ましい。つまり、例えば、膜体４２ａと４２ｂの膜厚がそれぞれ等しく（ｄ２）、各膜体の屈折率が等しい（Ｎ）場合、光の発振波長λとの関係は、
ｄ２×Ｎ＝（λ／４）×ｎ ・・・（２）
（但し、ｎは１以上の整数）
を満足することが望ましい。一方、膜体４２ａと４２ｂの膜厚がそれぞれ異なり、且つ膜体４２ａと４２ｂが異種材料によって構成されており、屈折率も異なる場合、膜体４２ａの膜厚をｄ２ａ、屈折率をＮａ、膜体４２ｂの膜厚をｄ２ｂ、屈折率をＮｂとしたとき、光の発振波長λとの関係は、
（ｄ２ａ×Ｎａ）＋（ｄ２ｂ×Ｎｂ）＝（λ／２）×ｎ ・・・（３）
を満足することが望ましい。

各膜体の膜厚を上記の方法で設定する他に、膜体の膜厚をλ／２未満のフッ化物膜とすることによって、膜質の経時変化の少なくすることができ、長時間に渡ってレーザ光を入射してときの光損失の低下を抑えることができることを出願人は確認した。蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ_２膜をそれぞれ端面９１ａに成膜した３種類の光デバイス１０を用意し、光出力＝１６０［ｍＷ］、波長λ＝４０５［ｎｍ］のレーザ光を光ファイバ１ａに入射したときに光ファイバ１ｂから出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフを図８に示す。ｇ１は膜厚λ／２のグラフ、ｇ２は膜厚λ／４のグラフ、ｇ３は膜厚λ／６のグラフである。尚、縦軸は、入射光の出力値に対する出射光の出力値の割合を示しており、即ち、縦軸に示す光出力が低下するほど、光損失が大きいことを示している。また、このとき、各膜における直径約３０［μｍ］の領域をレーザ光が通過する。

図８より、膜厚が小さいほど、出射光の光出力の低下が少ない（即ち、光損失が少ない）ことが分かる。また、実験後のそれぞれの膜体を顕微鏡観察したところ、膜厚λ／６の膜の外観変化はほとんど見られなかったが、膜厚λ／４及びλ／２の膜はレーザ光の通過部分と思われる領域の変色が確認された。更に、膜厚λ／２の膜は、変色した部分の周辺に膜のひび割れが確認された。膜厚λ／２とλ／４の膜に見られた変色は、レーザ光の熱によって膜が融解したためと考えられる。この結果より、膜厚が大きいほど、膜によるレーザ光のエネルギー吸収が大きく、この吸収によって膜質が変化し、光損失が大きくなると考えられる。

次に、蒸着法よりもイオンアシスト法で成膜した膜の方が光損失の低減化を図れることを出願人は確認した。図９は、蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜を端面９１ａに成膜した２種類の光デバイス１０を用意し、光出力＝１６０［ｍＷ］、波長λ＝４０５［ｎｍ］のレーザ光を光ファイバ１ａに入射したときに光ファイバ１ｂから出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフであり、ｇ４は蒸着法、ｇ５はイオンアシスト法に対応したグラフである。

図９より、蒸着法よりイオンアシスト法で成膜した膜を用いた方が、光出力の低下が少ないことが分かる。また、グラフｇ４よりよりグラフｇ５の方が傾きがやや小さいため、図示していないが、１０００時間以上経過した後は両成膜法における光出力の差は拡大しているであろうと思われる。イオンアシスト法の場合、成膜前にイオンビーム等でターゲット（光ファイバ１ａの入射端）をクリーニング処理することができる。このため、ターゲットと膜の界面における損失を少なくでき、蒸着法よりも光損失を低減させることができたと考えられる。更に、蒸着法よりイオンアシスト法の方がより緻密な膜質の膜を成膜することができる。従って、イオンアシスト法による膜の方がレーザ光のエネルギー吸収による膜質変化が少なく、光損失を低減させることができたと考えられる。成膜前にターゲットのクリーニングが可能で、蒸着法より緻密な膜質の膜を成膜可能な方法としては、イオンアシスト法の他にイオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。

また図１０は、イオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ_２膜を端面９１ａにそれぞれ成膜した２種類の光デバイス１０を用意し、光出力＝１６０［ｍＷ］、波長λ＝４０５［ｎｍ］のレーザ光を光ファイバ１ａに入射したときに光ファイバ１ｂから出射した出射光の光出力の時間変化を示したグラフであり、ｇ６は膜厚λ／６、ｇ７は膜厚λ／１２のグラフである。図１０より、膜厚λ／６と膜厚λ／１２の膜とでは、光出力の変化の仕方がほぼ同じであることが分かる。従って、レーザ光の条件が光出力＝１６０［ｍＷ］でλ＝４０５［ｎｍ］であり、膜厚がλ／６以下であれば、出射光の時間特性はほぼ同等のものが得られると考えられる。

次に、吸収係数の低い材料を使用した膜の方が光損失の低減化を図れることを出願人は確認した。図１１は波長２４８［ｎｍ］のパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示したグラフである（"High damage threshold fluoride UV mirrors made by Ion Beam Sputtering",J.Dijion,et.,al.,SPIE Vol.3244,pp406-418,1998より引用）。このグラフより、フッ化物膜は損傷閾値が高く、フッ化物膜の中でもＭｇＦ_２に比べてＹＦ_３やＬｉＦの方が損傷閾値が高いことが分かる。そこで、蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜、ＹＦ_３膜を端面９１ａにそれぞれ成膜した２種類の光デバイス１０を用意し、光出力＝１６０［ｍＷ］、波長λ＝４０５［ｎｍ］のレーザ光を光ファイバ１ａに入射したときに光ファイバ１ｂから出射した出射光の光出力の時間変化を測定した。この測定結果を図１２に示す。ｇ８はＭｇＦ_２膜、ｇ９はＹＦ_３膜に対応するグラフである。図１２より、ＭｇＦ_２膜よりＹＦ_３膜の方が光出力の低下が少ないことが分かる。また、ＭｇＦ_２膜よりＹＦ_３膜に対するグラフの方が傾きがやや小さいため、図示していないが、１０００時間以上経過した後は両膜における光出力の差は拡大しているであろうと思われる。従って、光損失の低減化を図るためには、フッ化物膜（例えば、ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３の何れか）を用いることが好ましく、更には吸収係数の少ないＹＦ_３等を用いることが好ましい。

以上より、光出力＝１６０［ｍＷ］、波長＝４０５［ｎｍ］のレーザ光を光ファイバ１ａに１０００時間以上に渡って入射させたとき、入射直後の出射光の光出力に対する１０００時間後の出射光の光出力の低下率を１０％未満に抑えるためには、光ファイバ１ａの入射端に成膜する膜の膜厚はλ／６以下であることが望ましい。更に、成膜方法はイオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等、成膜前にターゲットのクリーニングが可能であって、膜質の緻密な膜を成膜可能な方法を用いることが望ましい。更にレーザ光のエネルギー吸収が少ない膜であることが望ましい。

また、導光する光の波長が短波長領域（１９０［ｎｍ］〜５３０［ｎｍ］）の場合には、有機物による汚染を防ぐ為、図１（ａ）の構成において、膜体４１が成膜されていないフェルール２ｂの端面およびまたはフェルール２ａの端面９１ａにＵＶクリーニングを施してもよい。上述したフッ化物（ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３の何れか）を含む膜体はＵＶ領域（１９０［ｎｍ］〜４１０［ｎｍ］）の光に不活性であり、フェルール２ｂに上記フッ化物からなる膜体４１が成膜されている為、光ファイバ１ａと１ｂの当接部における酸化物（石英、ＳｉＯ_２等）の反応を防いで当接部の損傷を抑制することができる。また、図１（ｂ）の構成において有機物による汚染を防ぐ為にフェルール２ｂの端面９１ｂおよびまたはフェルール２ａの端面９１ａにＵＶクリーニングを施す場合も光ファイバ１ａ及び１ｂ同士の当接部における化学反応を抑止することができる。

尚、図１において、膜体４１はフェルール２ａの端面９１ａに成膜される薄膜として説明したが、フェルール２ａと２ｂを直接当接させることがないように保護媒体が配置されていればよく、例えば図２に示すような光デバイス７０であってもよい。図２に示す光デバイス７０は、スリーブ３の内部に保護媒体４７が配置されている。具体的には、例えば、スリーブ３の一端と他端からフェルール２が挿入されても光ファイバ１ａと１ｂとが直接当接されずに保護媒体４７を介して当接されるように、保護媒体４７を挟み込んだリング状のフランジ９をスリーブ３の内側に配置する。保護媒体４７は、短波長領域の光に対する透過性が高い材質によって構成され、例えば、テフロン（登録商標）等が挙げられる。

〔実施例２〕
図３は、実施例２における光デバイス３０の断面図を示した図である。光デバイス３０のように、光導波路のないガラス等の透明部材６と光ファイバ１ｂを膜体４３を介在させてスリーブ３に挿入して固定し、光学的に当接させてもよい。図３（ａ）に示すように、レンズ７に照射された光は透明部材６の端面９２ａに結合されて入射される。端面９２ａに結合された光は膜体４３を介して光ファイバ１ｂの入射端から入射される。尚、膜体４３は単層膜、多層膜の何れでもよく、材質、膜厚等は実施例１に記載したものと同様である。また、効果においても実施例１と同様の効果を奏する。また、図３（ｂ）に示す光デバイス４０ように、透明部材６の端面９２ａとフェルール２ｂの端面９２ｂのそれぞれに膜体４４ａ、４４ｂが成膜されてもよい。

このように、ライトガイドに限らずガラス等からなる光学部材とライトガイドの光学的な当接部においても、前記膜体を介在して当接させることで実施例１と同様の効果を奏することができる。更に、レーザ光のように高密度の光を伝播するガラス等からなる光学部材同士を光学的に当接させる構成において、前記膜体を介在して結合させるようにしても良い。その場合、膜体４３は単層膜、多層膜の何れでもよく、材質、膜厚等は実施例１に記載したものと同様である。

また、図４に示す光デバイス５０のように、貫通孔に光ファイバ１ｃが挿入されたファイバスタブ８と光ファイバ１ｂを膜体４５を介在させてスリーブ３に挿入して固定し、光学的に当接させてもよい。図４（ａ）に示すように、光デバイス５０は、ファイバスタブ８と端面９１ｂに膜体４５が成膜されたフェルール２ｂがスリーブ３に挿入されて固定される。レンズ７に照射された光はファイバスタブ８に挿入された光ファイバ１ｃの入射端に結合されて入射され、光ファイバ１ｃの出射端から出射した光は膜体４５を介して光ファイバ１ｂの入射端から入射される。尚、膜体４５はファイバスタブ８側に成膜されていてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、ファイバスタブ８の端面９３ｂとフェルール２ｂの端面９１ｂのそれぞれに膜体４６ａ、４６ｂが成膜されてもよい。

〔実施例３〕
図５は、実施例３における光デバイス７０及び８０の断面図の一例を示した図である。まず図５（ａ）に示す光デバイス７０について説明する。同図のように、貫通孔に光ファイバ１ａが挿入されたフェルール２ａの端面９１ａに膜５１、５２の順に２層以上の多層膜を成膜させてもよい。

このとき、膜５２と貫通孔に光ファイバ１ｂが挿入されたフェルール２ｂの端面９１ｂとの当接部における密着性より、膜５１と膜５２の密着性及び膜５１と端面９１ａとの密着性の方が高いこととする。つまり、フェルール２ａ及び２ｂをスリーブ３に挿入して膜５２とフェルール２ｂの端面９１ｂとを当接させ、その後離間させたときに、膜５２と端面９１ｂとの密着性がいいと、離間させたときに膜５２の端面９１ｂと当接していた部分が剥離してしまい、膜５２が損傷し、更に端面９１ｂに膜５２の一部が付着して、光デバイス７０の再使用ができなくなってしまう。従って、膜５２と端面９１ｂとの当接部における密着性より、膜５１と膜５２の密着性及び膜５１と端面９１ｂとの密着性の方が高くなるような膜５１及び５２を用いることによって、離間時における膜５２の剥離を防いで当接部における損傷をなくすことができ、安定した光デバイス７０を提供することができる。

尚、本実施例では膜５１及び５２を積層させた２層膜について説明したが、２層以上の多層膜であってもよい。このとき、多層膜の最上層膜と端面９１ｂとの当接部における密着性より、多層膜の最上層膜より下層の膜同士の密着性、及び多層膜の最下層膜と端面９１ａとの密着性の方が高いことが望ましい。

また多層膜の最上層膜（図５における膜５２）は、フッ化物であって、Ｓｉを含まないもの（例えば、ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３等の何れか）であることが望ましい。また、多層膜の最上層膜より下層の膜はＳｉを含まない酸化膜（例えば、ＭｇＯ等）であることが望ましい。

更に、図５（ｂ）に示すように、多層膜を端面９１ａ及び端面９１ｂの双方に成膜させてもよい。この場合、膜５２と膜６１の密着性より、膜５１と膜５２の密着性及び膜５１と端面９１ｂとの密着性、膜６１と膜６２の密着性及び膜６２と端面９１ｂとの密着性の方が高いこととする。

また、端面９１ａ、９１ｂに成膜された各多層膜の膜厚は実施例１に記載した式（１）〜（３）を満足することが望ましい。

実施例１における光デバイスの断面図 実施例１における光デバイスの断面図 実施例２における光デバイスの断面図 実施例２における光デバイスの断面図 実施例３における光デバイスの断面図 当接部が破損した光ファイバの断面図 従来の光デバイスの断面図 蒸着法で膜厚λ／２、λ／４、λ／６のＭｇＦ_２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示したグラフ 蒸着法とイオンアシスト法のそれぞれの方法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜を成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示したグラフ イオンアシスト法で膜厚λ／６、λ／１２のＭｇＦ_２膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示したグラフ 波長２４８［ｎｍ］のパルスレーザによる膜の吸収係数と損傷閾値の関係を示したグラフ 蒸着法で膜厚λ／６のＭｇＦ_２膜、ＹＦ_３膜をそれぞれ成膜したときの出射光の光出力の時間変化を示したグラフ

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、９０ 光ファイバ
２ａ、３ｂ フェルール
３ スリーブ
４１〜４６ 膜体
４７ 保護媒体

Claims (18)

1. 入射された光を出射端から出射する第１の光学部材と、該第１の光学部材の出射端から出射された光を該出射端に対向する入射端から入射する第２の光学部材とからなる光デバイスにおいて、
   前記第１の光学部材の出射端と前記第２の光学部材の入射端の間に、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の接着を抑止する保護媒体が配置され、前記第１の光学部材の出射端と前記保護媒体、また該保護媒体と前記第２の光学部材の入射端とがそれぞれ当接して配置され、
   前記保護媒体が、前記第１の光学部材の出射端に成膜された膜体及び前記第２の光学部材の入射端に成膜された膜体から成り、前記第１の光学部材の出射端及び前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記膜体の互いに当接する面が互いに異なる物質によって構成されることを特徴とする光デバイス。
2. 入射された光を出射端から出射する第１の光学部材と、該第１の光学部材の出射端から出射された光を該出射端に対向する入射端から入射する第２の光学部材とからなる光デバイスにおいて、
   前記第１の光学部材の出射端と前記第２の光学部材の入射端の間に、保護媒体が配置され、前記第１の光学部材の出射端と前記保護媒体、また該保護媒体と前記第２の光学部材の入射端とがそれぞれ当接して配置され、
   前記保護媒体は、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材とを５００［ｇ重］の荷重で該保護媒体と当接させ、後に離間させても、前記出射端と前記入射端を再使用可能な状態に維持する透明な保護媒体であり、
   前記保護媒体が、前記第１の光学部材の出射端に成膜された膜体及び前記第２の光学部材の入射端に成膜された膜体から成り、前記第１の光学部材の出射端及び前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記膜体の互いに当接する面が互いに異なる物質によって構成されることを特徴とする光デバイス。
3. 前記荷重が、１［ｋｇ重］であることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記膜体が多層膜であり、
   前記第１の光学部材の出射端に成膜された前記多層膜の最上層膜と前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記多層膜の最上層膜とが、互いに異なる物質によって構成される膜体であり、
   前記第１の光学部材の出射端に成膜された前記多層膜の最上層膜と前記第２の光学部材の入射端に成膜された前記多層膜の最上層膜との当接部における密着性より、前記各多層膜を構成する膜同士の密着性、及び前記各多層膜の最下層膜と前記各光学部材との密着性の方が高いことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光デバイス。
5. 前記保護媒体の屈折率と前記保護媒体の光導波方向に対する厚さの積が、λ／２の整数倍（但し、λ＝前記光の発振波長）であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光デバイス。
6. 光導波方向に対する前記保護媒体の厚さが、λ／２未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光デバイス。
7. 前記保護媒体は、前記第１の光学部材の出射端から出射する光を前記第２の光学部材の入射端へ低損失で通過させるものであることを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
8. 前記保護媒体が、フッ化物を含むものであることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
9. 前記保護媒体が、ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３からなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
10. 前記多層膜の最上層膜が、フッ化物を含むものであることを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
11. 前記フッ化物が、Ｓｉを含まないものであることを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
12. 前記多層膜の最上層膜が、ＹＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、ＮａＦ、ＬａＦ_３、ＢａＦ_２、ＣａＦ_２及びＡｌＦ_３からなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光デバイス。
13. 前記多層膜の最上層膜より下層の膜が、Ｓｉを含まない酸化膜であることを特徴とする請求項４及び１０〜１２の何れか一項に記載の光デバイス。
14. 前記第１の光学部材に入射される光が、短波長領域の光であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の光デバイス。
15. 前記第１の光学部材に入射される光の発振波長が、１９０［ｎｍ］〜５３０［ｎｍ］であることを特徴とする請求項１４に記載の光デバイス。
16. 前記第１の光学部材の出射端及び／又は前記第２の光学部材の入射端にＵＶクリーニングが施されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の光デバイス。
17. 前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材の少なくとも一方がライトガイドであることを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の光デバイス。
18. 前記ライトガイドは光ファイバであることを特徴とする請求項１７に記載の光デバイス。

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