JP3224106B2 - レーザ入力用光ファイバ - Google Patents
レーザ入力用光ファイバInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＹＡＧレーザ等の高出
力レーザ発光装置の出力するレーザ光を効率よくガイド
するためのレーザ入力用光ファイバに関する。
力レーザ発光装置の出力するレーザ光を効率よくガイド
するためのレーザ入力用光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧレーザ等の高出力レーザ発光装置
は、切削や機械加工あるいは医療等の分野に広く使用さ
れている。この種のレーザ発光装置の出力するレーザ光
は光ファイバによってカッターやメス等にガイドされ
る。図４に高出力レーザ発光装置を使用した機器の概略
図を示す。図の（ａ）は機器の概略構成図、（ｂ）はレ
ーザ入力用光ファイバの縦断面図、（ｃ）はレーザ入力
用光ファイバ製造方法を示す側面図である。
は、切削や機械加工あるいは医療等の分野に広く使用さ
れている。この種のレーザ発光装置の出力するレーザ光
は光ファイバによってカッターやメス等にガイドされ
る。図４に高出力レーザ発光装置を使用した機器の概略
図を示す。図の（ａ）は機器の概略構成図、（ｂ）はレ
ーザ入力用光ファイバの縦断面図、（ｃ）はレーザ入力
用光ファイバ製造方法を示す側面図である。
【０００３】図において、高出力レーザ発光装置１から
出力されるレーザ光は、処理部２において切削その他の
作業に使用される。この高出力レーザ発光装置１から処
理部２にいたるまで、ガイド用光ファイバ３によりレー
ザ光がガイドされる。この時、高出力レーザ発光装置１
とガイド用光ファイバ３との結合部Ａにおいては、レー
ザ光が効率よく光ファイバ中に集光されて案内されるよ
うに、（ｂ）に示すようなレーザ入力用光ファイバ４が
使用される。このレーザ入力用光ファイバ４は、全体と
してテーパ状に形成されており、中心にコア部４Ａを有
しその周囲にクラッド部４Ｂを備えている。レーザ光５
はこのレーザ入力用光ファイバ４の左側の大径部に入射
し、ここでしぼり込まれて右側の小径部からガイド用光
ファイバ３に入射する。このようなレーザ入力用光ファ
イバ４は、例えば（ｃ）に示すように、コアとクラッド
を有する光ファイバ６をバーナー７等により加熱して軟
化させ、延伸加工することによって製造する。
出力されるレーザ光は、処理部２において切削その他の
作業に使用される。この高出力レーザ発光装置１から処
理部２にいたるまで、ガイド用光ファイバ３によりレー
ザ光がガイドされる。この時、高出力レーザ発光装置１
とガイド用光ファイバ３との結合部Ａにおいては、レー
ザ光が効率よく光ファイバ中に集光されて案内されるよ
うに、（ｂ）に示すようなレーザ入力用光ファイバ４が
使用される。このレーザ入力用光ファイバ４は、全体と
してテーパ状に形成されており、中心にコア部４Ａを有
しその周囲にクラッド部４Ｂを備えている。レーザ光５
はこのレーザ入力用光ファイバ４の左側の大径部に入射
し、ここでしぼり込まれて右側の小径部からガイド用光
ファイバ３に入射する。このようなレーザ入力用光ファ
イバ４は、例えば（ｃ）に示すように、コアとクラッド
を有する光ファイバ６をバーナー７等により加熱して軟
化させ、延伸加工することによって製造する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のレーザ入力用光ファイバは、図４の（ｂ）に示
したように、レーザ光の入力側と出力側とでその外径が
異なる。従って、レーザ入力用光ファイバの保護のため
の被覆を施したり固定をする作業が比較的複雑になると
いう難点がある。また、図４（ｃ）に示すように光ファ
イバ６を延伸加工して製造する場合、比較的精密な外径
制御を必要とする。従ってそのために高度な加工技術が
要求されるという問題点もあった。本発明は以上の点に
着目してなされたもので、均一な外径を持ち効率よくレ
ーザ光を受け入れることのできるレーザ入力用光ファイ
バを提供することを目的とするものである。
な従来のレーザ入力用光ファイバは、図４の（ｂ）に示
したように、レーザ光の入力側と出力側とでその外径が
異なる。従って、レーザ入力用光ファイバの保護のため
の被覆を施したり固定をする作業が比較的複雑になると
いう難点がある。また、図４（ｃ）に示すように光ファ
イバ６を延伸加工して製造する場合、比較的精密な外径
制御を必要とする。従ってそのために高度な加工技術が
要求されるという問題点もあった。本発明は以上の点に
着目してなされたもので、均一な外径を持ち効率よくレ
ーザ光を受け入れることのできるレーザ入力用光ファイ
バを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、コア部を有す
る光ファイバのレーザ光の入射側の端面に、その光ファ
イバと同一外径でコア部と同一の屈折率Ｎ１を有し、か
つ開口数がｓｉｎθ1であって、下記式で表される長さ
Ｌを有する導光ロッドを接続し、光ファイバの実効的な
コア径を拡大したことを特徴とするレーザ入力用光ファ
イバ。 Ｌ＝（√（１−Ｘ2）／Ｘ）・（Ｒ１−Ｒ２） Ｒ１：導光ロッドの半径 Ｒ２：コア部の半径 Ｘ：Ｘ＝ｓｉｎθ1／Ｎ１（スネルの法則より）
る光ファイバのレーザ光の入射側の端面に、その光ファ
イバと同一外径でコア部と同一の屈折率Ｎ１を有し、か
つ開口数がｓｉｎθ1であって、下記式で表される長さ
Ｌを有する導光ロッドを接続し、光ファイバの実効的な
コア径を拡大したことを特徴とするレーザ入力用光ファ
イバ。 Ｌ＝（√（１−Ｘ2）／Ｘ）・（Ｒ１−Ｒ２） Ｒ１：導光ロッドの半径 Ｒ２：コア部の半径 Ｘ：Ｘ＝ｓｉｎθ1／Ｎ１（スネルの法則より）
【０００６】
【作用】導光ロッドの長さＬを、上記式に基づいて設定
すると、光ファイバのコア部の実効的な半径が大きくな
るので、光ファイバの入射端面にその破壊を防止しなが
らレーザ光が効率的に入射し、かつ光ファイバのコア部
と導光ロッドの屈折率を同一にしているので、これらの
境界面での反射も阻止される。これにより、高出力レー
ザ発光装置の出力するレーザ光を効率よく光ファイバの
中に集めてガイドするためのレーザ入力用光ファイバが
得られる。
すると、光ファイバのコア部の実効的な半径が大きくな
るので、光ファイバの入射端面にその破壊を防止しなが
らレーザ光が効率的に入射し、かつ光ファイバのコア部
と導光ロッドの屈折率を同一にしているので、これらの
境界面での反射も阻止される。これにより、高出力レー
ザ発光装置の出力するレーザ光を効率よく光ファイバの
中に集めてガイドするためのレーザ入力用光ファイバが
得られる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を図の実施例を用いて詳細に説
明する。図１は本発明のレーザ入力用光ファイバ実施例
を示す縦断面図である。図のレーザ入力用光ファイバ
は、コア部１１Ａとクラッド部１１Ｂを有する通常の断
面構成の光ファイバ１１の端面に、この光ファイバ１１
と同一外径の導光ロッド１２を接続して構成される。こ
こで、光ファイバ１１は、例えばシリカガラスや多成分
ガラスを使用したステップインデックス型のファイバと
する。一方、導光ロッド１２は、この光ファイバ１１を
構成するコア部１１Ａの構成材料と同一のガラスを用
い、コア部１１Ａと同一の屈折率の材料により構成され
る。光ファイバ１１と導光ロッド１２は、従来からよく
知られた加熱融着による方法で、端面を接続し一体化さ
れる。従って、このような構成のレーザ入力用光ファイ
バの中心軸部分を通るレーザ光は、接続部分では反射損
失の極めて少ないものとなる。このように、導光ロッド
１２と光ファイバ１１のコア部１１Ａの屈折率を等しく
すると、界面での反射を防止して入射効率を高めること
ができる。
明する。図１は本発明のレーザ入力用光ファイバ実施例
を示す縦断面図である。図のレーザ入力用光ファイバ
は、コア部１１Ａとクラッド部１１Ｂを有する通常の断
面構成の光ファイバ１１の端面に、この光ファイバ１１
と同一外径の導光ロッド１２を接続して構成される。こ
こで、光ファイバ１１は、例えばシリカガラスや多成分
ガラスを使用したステップインデックス型のファイバと
する。一方、導光ロッド１２は、この光ファイバ１１を
構成するコア部１１Ａの構成材料と同一のガラスを用
い、コア部１１Ａと同一の屈折率の材料により構成され
る。光ファイバ１１と導光ロッド１２は、従来からよく
知られた加熱融着による方法で、端面を接続し一体化さ
れる。従って、このような構成のレーザ入力用光ファイ
バの中心軸部分を通るレーザ光は、接続部分では反射損
失の極めて少ないものとなる。このように、導光ロッド
１２と光ファイバ１１のコア部１１Ａの屈折率を等しく
すると、界面での反射を防止して入射効率を高めること
ができる。
【０００８】レーザ入力用光ファイバの場合、レーザ光
５はその矢印に示したような方向から導光ロッド１２に
入射する。この場合、レーザ光は図中の破線に示した角
度で入力した場合に、最大の効率で光ファイバ１１中に
送り込まれる。導光ロッド１２のレーザ発光装置に対向
する部分の断面積をＳ１とし、光ファイバ１１のコア部
１１Ａの断面積をＳ２とした場合、光ファイバ１１に導
光ロッド１２を接続していない状態では、レーザ光５を
受け入れることのできる実効断面積はＳ２となり、導光
ロッド１２を接続した場合のレーザ光を受け入れること
のできる実効断面積はＳ１となる。導光ロッド１２と光
ファイバ１１のコア部１１Ａの屈折率が同一であるか
ら、導光ロッド１２から光ファイバ１１のコア部１１Ａ
に入射するレーザ光５はその接続面で屈折しない。従っ
て、両者の断面積比Ｓ１／Ｓ２倍に実効的なコア径が拡
大したことになる。なお、上記のような導光ロッド１２
の長さＬは次のような基準で選定することが好ましい。
５はその矢印に示したような方向から導光ロッド１２に
入射する。この場合、レーザ光は図中の破線に示した角
度で入力した場合に、最大の効率で光ファイバ１１中に
送り込まれる。導光ロッド１２のレーザ発光装置に対向
する部分の断面積をＳ１とし、光ファイバ１１のコア部
１１Ａの断面積をＳ２とした場合、光ファイバ１１に導
光ロッド１２を接続していない状態では、レーザ光５を
受け入れることのできる実効断面積はＳ２となり、導光
ロッド１２を接続した場合のレーザ光を受け入れること
のできる実効断面積はＳ１となる。導光ロッド１２と光
ファイバ１１のコア部１１Ａの屈折率が同一であるか
ら、導光ロッド１２から光ファイバ１１のコア部１１Ａ
に入射するレーザ光５はその接続面で屈折しない。従っ
て、両者の断面積比Ｓ１／Ｓ２倍に実効的なコア径が拡
大したことになる。なお、上記のような導光ロッド１２
の長さＬは次のような基準で選定することが好ましい。
【０００９】図２に、導光ロッド１２の長さＬを選定す
るための参考図を示し、図３にその長さＬ選定のための
手順説明図を示す。まず、図２において、光ファイバ１
１のコア部１１Ａの屈折率をＮ１、クラッド部１１Ｂの
屈折率をＮ２とする。この場合、導光ロッド１２の屈折
率はＮ１である。ここで、コア部１１Ａに対するレーザ
光の中心軸１３を基準とした入射角をθ2 とする。ま
た、この角度でレーザ光が入射した場合の導光ロッド１
２の実効的なコア半径をＲ１、光ファイバ１１のコア半
径をＲ２、導光ロッド１２の断面積をＳ１、光ファイバ
１１のコア部１１Ａの断面積をＳ２、導光ロッド１２へ
入射するレーザ光の中心軸１３に対する入射角度をθ1
とする。
るための参考図を示し、図３にその長さＬ選定のための
手順説明図を示す。まず、図２において、光ファイバ１
１のコア部１１Ａの屈折率をＮ１、クラッド部１１Ｂの
屈折率をＮ２とする。この場合、導光ロッド１２の屈折
率はＮ１である。ここで、コア部１１Ａに対するレーザ
光の中心軸１３を基準とした入射角をθ2 とする。ま
た、この角度でレーザ光が入射した場合の導光ロッド１
２の実効的なコア半径をＲ１、光ファイバ１１のコア半
径をＲ２、導光ロッド１２の断面積をＳ１、光ファイバ
１１のコア部１１Ａの断面積をＳ２、導光ロッド１２へ
入射するレーザ光の中心軸１３に対する入射角度をθ1
とする。
【００１０】ここで、図３の（１）に示すように、導光
ロッド１２がある場合と無い場合の入力パワーの比を、
先に説明したとおりＳ１／Ｓ２倍になるように設定す
る。この時、図２の三角形ＡＢＣと三角形ＡＥＧを比較
すると、光ファイバ１１と導光ロッド１２の接続部でレ
ーザ光の屈折が無いため、これらの三角形は互いに相似
となる［図３（２）］。また、図３（１）に示した入力
パワーの式は（３）に示したように半径Ｒ１とＲ２の２
乗の比で表すことができる。さらに、図３（４）に示す
ように、導光ロッド１２の長さＬは図２に示すＡＦから
ＡＤを差し引いたものとなる。
ロッド１２がある場合と無い場合の入力パワーの比を、
先に説明したとおりＳ１／Ｓ２倍になるように設定す
る。この時、図２の三角形ＡＢＣと三角形ＡＥＧを比較
すると、光ファイバ１１と導光ロッド１２の接続部でレ
ーザ光の屈折が無いため、これらの三角形は互いに相似
となる［図３（２）］。また、図３（１）に示した入力
パワーの式は（３）に示したように半径Ｒ１とＲ２の２
乗の比で表すことができる。さらに、図３（４）に示す
ように、導光ロッド１２の長さＬは図２に示すＡＦから
ＡＤを差し引いたものとなる。
【００１１】また、図３（５）に示すように、θ1 とθ
2 及び屈折率Ｎ１の関係はスネルの法則によって三角函
数で表すことができる。この場合、空気中のレーザ光の
屈折率は“１”とした。次に、図３（６）に示すよう
に、Ｒ２、ＡＤ、Ｒ１、ＡＦの関係をそれぞれθ2 を用
いて表し、図３（７）、（８）、（９）の関係を用いれ
ば、図３（１０）に示すように、ＬをＸとＲ１、Ｒ２の
関係で表すことができる。なお、このＸは、図３（８）
に示したｓｉｎθ2 に該当し、これは図３（１１）に示
すように屈折率Ｎ１、Ｎ２によって上限が定められる。
2 及び屈折率Ｎ１の関係はスネルの法則によって三角函
数で表すことができる。この場合、空気中のレーザ光の
屈折率は“１”とした。次に、図３（６）に示すよう
に、Ｒ２、ＡＤ、Ｒ１、ＡＦの関係をそれぞれθ2 を用
いて表し、図３（７）、（８）、（９）の関係を用いれ
ば、図３（１０）に示すように、ＬをＸとＲ１、Ｒ２の
関係で表すことができる。なお、このＸは、図３（８）
に示したｓｉｎθ2 に該当し、これは図３（１１）に示
すように屈折率Ｎ１、Ｎ２によって上限が定められる。
【００１２】以上のようにして、導光ロッド１２の長さ
Ｌを選定すれば光ファイバ１１の実効的な半径をＲ２か
らＲ１に拡大することができる。本発明は以上の実施例
に限定されない。上記実施例ではステップインデックス
の光ファイバを使用した例を示したが、グレードインデ
ックス型の光ファイバを使用した場合についても同様の
ことがいえる。また、導光ロッド１２に使用するガラス
材料は光ファイバのコア部と同一屈折率を有するもので
あればよく、必ずしも同一材料である必要はない。
Ｌを選定すれば光ファイバ１１の実効的な半径をＲ２か
らＲ１に拡大することができる。本発明は以上の実施例
に限定されない。上記実施例ではステップインデックス
の光ファイバを使用した例を示したが、グレードインデ
ックス型の光ファイバを使用した場合についても同様の
ことがいえる。また、導光ロッド１２に使用するガラス
材料は光ファイバのコア部と同一屈折率を有するもので
あればよく、必ずしも同一材料である必要はない。
【００１３】
【発明の効果】以上説明した本発明のレーザ入力用光フ
ァイバは、コア部を有する光ファイバの端面に、この光
ファイバと同一外径でコア部と同一屈折率を有する所定
寸法の導光ロッドを接続するようにしたので、光ファイ
バの外径を一定にしたままその実効的なコア径を拡大す
ることができる。これによって、被覆や端末処理が容易
で、しかもレーザ光入力効率が高く比較的製造の容易な
レーザ入力用光ファイバを提供することが可能となる。
ァイバは、コア部を有する光ファイバの端面に、この光
ファイバと同一外径でコア部と同一屈折率を有する所定
寸法の導光ロッドを接続するようにしたので、光ファイ
バの外径を一定にしたままその実効的なコア径を拡大す
ることができる。これによって、被覆や端末処理が容易
で、しかもレーザ光入力効率が高く比較的製造の容易な
レーザ入力用光ファイバを提供することが可能となる。
【図１】本発明のレーザ入力用光ファイバ実施例を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】導光ロッドの長さＬを選定するための参考図で
ある。
ある。
【図３】導光ロッドの長さＬ選定のための手順説明図で
ある。
ある。
【図４】従来一般のレーザ入力用光ファイバを説明する
説明図で、（ａ）は高出力レーザ発光装置を使用した機
器の構成図、（ｂ）はレーザ入力用光ファイバの縦断面
図、（ｃ）はその製造方法を示す側面図である。
説明図で、（ａ）は高出力レーザ発光装置を使用した機
器の構成図、（ｂ）はレーザ入力用光ファイバの縦断面
図、（ｃ）はその製造方法を示す側面図である。
５ レーザ光 １１ 光ファイバ １１Ａ コア部 １１Ｂ クラッド部 １２ 導光ロッド Ｌ ロッド長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/24 - 6/42 G02B 6/10
Claims (1)
- 【請求項１】 コア部を有する光ファイバのレーザ光の
入射側の端面に、その光ファイバと同一外径で前記コア
部と同一の屈折率Ｎ１を有し、かつ開口数がｓｉｎθ1
であって、下記式で表される長さＬを有する導光ロッド
を接続し、前記光ファイバの実効的なコア径を拡大した
ことを特徴とするレーザ入力用光ファイバ。 Ｌ＝（√（１−Ｘ2）／Ｘ）・（Ｒ１−Ｒ２） Ｒ１：前記導光ロッドの半径 Ｒ２：前記コア部の半径 Ｘ：Ｘ＝ｓｉｎθ1／Ｎ１（スネルの法則より）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11305892A JP3224106B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | レーザ入力用光ファイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11305892A JP3224106B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | レーザ入力用光ファイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288967A JPH05288967A (ja) | 1993-11-05 |
| JP3224106B2 true JP3224106B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=14602437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11305892A Expired - Fee Related JP3224106B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | レーザ入力用光ファイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3224106B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2800963B2 (ja) * | 1994-01-21 | 1998-09-21 | オグラ宝石精機工業株式会社 | 高エネルギ光ビーム用コネクタ |
| JP2000012933A (ja) * | 1998-06-23 | 2000-01-14 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ装置 |
| JP2004325948A (ja) | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光伝送装置 |
| JP2008250184A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Fujifilm Corp | ファイバ光源装置 |
| JP2008276007A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Fujifilm Corp | 光デバイス及び露光装置 |
| JP2008276008A (ja) | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Fujifilm Corp | 光デバイス及び露光装置 |
| JP2009168914A (ja) | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光ファイバ及びその製造方法 |
| JP5227038B2 (ja) | 2008-01-16 | 2013-07-03 | 三菱電線工業株式会社 | 光ファイバ |
| WO2014002715A1 (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバおよび光ケーブル |
-
1992
- 1992-04-06 JP JP11305892A patent/JP3224106B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05288967A (ja) | 1993-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |