JP2001318265A - Method for coupling optical fiber and coupling optical system - Google Patents
Method for coupling optical fiber and coupling optical systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の光ファイバ
から出射された複数のレーザビームを合成して1本の光
ファイバに入射させるための光ファイバの結合方法及び
結合光学系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber coupling method and a coupling optical system for synthesizing a plurality of laser beams emitted from a plurality of optical fibers and causing the laser beams to enter one optical fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】複数の出射側光ファイバから出射された
複数のレーザビームを結合して1本の入射側光ファイバ
に入射させる光ファイバの結合方法が知られている(例
えば、特開平8−75947)。この結合方法では、複
数の出射側光ファイバから出射された複数のレーザビー
ムをそれぞれ、コリメートレンズ系でコリメートする。
そして、穴開き反射ミラーにより複数のコリメートされ
たレーザビームを、互いに干渉することのないような平
行かつ多層状態(同心状)に結合し、結合されたすべて
のレーザビームを集光レンズ系で集光してすべての光軸
を一致させた状態で1本の入射側光ファイバに入射させ
るようにしている。2. Description of the Related Art There is known an optical fiber coupling method in which a plurality of laser beams emitted from a plurality of emission side optical fibers are combined and made incident on one incidence side optical fiber (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-08258). 75947). In this coupling method, a plurality of laser beams emitted from a plurality of emission-side optical fibers are respectively collimated by a collimating lens system.
Then, the plurality of collimated laser beams are combined in a parallel and multi-layer state (concentric) so as not to interfere with each other by the perforated reflection mirror, and all the combined laser beams are collected by the condenser lens system. Light is incident on one incident side optical fiber with all optical axes aligned.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この結合方法では、出
射側光ファイバの本数が増えるに従い、1本の入射側光
ファイバにすべてのレーザビームを集光させるための集
光レンズ系に入射するレーザビーム径が大きくなる。こ
のことは、2本の出射側光ファイバを1本の入射側光フ
ァイバに集光させるためのレーザビーム径よりも、3本
の出射側光ファイバを1本の入射側光ファイバに集光さ
せるためのレーザビーム径の方が大きくなることを意味
する。In this coupling method, as the number of outgoing optical fibers increases, the laser incident on a converging lens system for converging all laser beams on one incident optical fiber. The beam diameter increases. This means that three outgoing-side optical fibers are focused on one incident-side optical fiber rather than a laser beam diameter for focusing two outgoing-side optical fibers on one incident-side optical fiber. Means that the laser beam diameter becomes larger.
【0004】しかしながら、実際には使用する光ファイ
バ、例えばステップインデックス型(SI型)光ファイ
バのコアは石英でできており、レーザビーム取り込み角
度はNA=0.20、すなわちsinθ=0.20で最
大取り込み角度θが規定される。この場合、最大取り込
み角度θが約11.5°でNAは半角値を示すので、全
角値では約23°となる。However, in practice, the core of an optical fiber used, for example, a step index type (SI type) optical fiber is made of quartz, and the laser beam taking-in angle is NA = 0.20, that is, sin θ = 0.20. The maximum capture angle θ is defined. In this case, since the maximum take-in angle θ is about 11.5 ° and the NA shows a half angle value, the full angle value is about 23 °.
【0005】複数の出射側光ファイバにレーザビームを
供給するために使用される複数のレーザ発振器が同一仕
様の場合、2本の出射側光ファイバで形成されるレーザ
ビーム径よりも、3本の出射側光ファイバで形成される
レーザビーム径の方が3/2=1.5倍大きくなる。こ
のことは、1本の入射側光ファイバに集光させるために
必要となるレーザビームの取り込み角度は、出射側光フ
ァイバの本数に比例して大きくなることを意味する。When a plurality of laser oscillators used to supply a laser beam to a plurality of output side optical fibers have the same specifications, the diameter of the laser beam formed by the two output side optical fibers is smaller than that of the laser beam formed by the two output side optical fibers. The diameter of the laser beam formed by the emission side optical fiber is 3/2 = 1.5 times larger. This means that the angle of taking in the laser beam required to converge the light on one incident side optical fiber increases in proportion to the number of outgoing side optical fibers.
【0006】これは、上記の結合方法では、複数の出射
側光ファイバからのレーザビームを1本の入射側光ファ
イバに入射させると言いながら、レーザ発振器からのレ
ーザビーム品質により、例えば3本以上の出射側光ファ
イバのレーザビームを1本の入射側光ファイバに結合さ
せようとしても、入射側光ファイバのレーザ取り込み角
度よりも大きな角度でしか集光できない場合があること
を意味する。この場合、レーザビームは入射側光ファイ
バから漏れてしまい、入射側光ファイバが焼損する現象
が発生する。This is because, in the above-mentioned coupling method, the laser beams from a plurality of outgoing side optical fibers are made to enter one incident side optical fiber. This means that even if an attempt is made to couple the laser beam of the outgoing side optical fiber to one incoming side optical fiber, it may be possible to focus only at an angle larger than the laser take-in angle of the incoming side optical fiber. In this case, the laser beam leaks from the incident side optical fiber, and a phenomenon occurs in which the incident side optical fiber is burned.
【0007】そこで、本発明の課題は、複数の出射側光
ファイバから出射された複数のレーザビームを、エネル
ギー密度の高い状態で、漏れを生ずることなく1本の入
射側光ファイバに結合させることのできる光ファイバの
結合方法を提供することにある。It is an object of the present invention to couple a plurality of laser beams emitted from a plurality of output side optical fibers to one input side optical fiber in a state of high energy density without causing leakage. It is an object of the present invention to provide an optical fiber coupling method that can be performed.
【0008】本発明の他の課題は、上記の結合方法に適
した光ファイバの結合光学系を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a coupling optical system of an optical fiber suitable for the above coupling method.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
光ファイバから出射した複数のレーザビームを、頂点を
入射側に向けた第1の錐状プリズムの斜面に入射させ、
該第1の錐状プリズムから出射した複数のレーザビーム
を、頂点を前記第1の錐状プリズムと反対側に向けかつ
前記第1の錐状プリズムと同じ光軸上に配置した第2の
錐状プリズムに入射させ、出射した複数のレーザビーム
を集光させて1本の光ファイバに入射させるようにした
ことを特徴とする光ファイバの結合方法が提供される。According to the present invention, a plurality of laser beams emitted from a plurality of optical fibers are made incident on an inclined surface of a first conical prism whose vertices face the incident side,
A plurality of laser beams emitted from the first cone-shaped prism are directed to a second cone having vertices directed to the opposite side of the first cone-shaped prism and arranged on the same optical axis as the first cone-shaped prism. The present invention provides a method for coupling optical fibers, wherein a plurality of laser beams emitted from the laser beam are made incident on a prism and condensed into one optical fiber.
【0010】本結合方法においては、前記第1の錐状プ
リズムと前記第2の錐状プリズムは相似形であり、前記
複数の光ファイバから出射した複数のレーザビームはそ
れぞれ、コリメートレンズを通して前記第1の錐状プリ
ズムに入射される。In this coupling method, the first conical prism and the second conical prism have similar shapes, and a plurality of laser beams emitted from the plurality of optical fibers are respectively transmitted through the collimating lens. The light is incident on one conical prism.
【0011】本結合方法においてはまた、前記第2の錐
状プリズムから出射した複数のレーザビームは集光レン
ズを通して集光されることが好ましい。In the present coupling method, it is preferable that the plurality of laser beams emitted from the second conical prism are condensed through a condenser lens.
【0012】本結合方法においては更に、前記第1、第
2の錐状プリズムはそれぞれ同じ頂角を持つ円錐プリズ
ムであることが望ましい。In the present coupling method, it is preferable that the first and second conical prisms are conical prisms having the same apex angle.
【0013】本発明によればまた、頂点を入射側に向け
た第1の錐状プリズムと、該第1の錐状プリズムと同じ
光軸上であってその出射側にしかも前記第1の錐状プリ
ズムとは反対側に頂点を向けて配置した第2の錐状プリ
ズムとを含み、複数の光ファイバから出射した複数のレ
ーザビームを前記第1の錐状プリズムの斜面に入射さ
せ、該第1の錐状プリズムから出射した複数のレーザビ
ームを前記第2の錐状プリズムに入射させ、該第2の錐
状プリズムから出射した複数のレーザビームを集光させ
て1本の光ファイバに入射させるようにしたことを特徴
とする光ファイバの結合光学系が提供される。According to the present invention, there is also provided a first conical prism having an apex directed to the incident side, and the first conical prism on the same optical axis as the first conical prism and on the exit side thereof. A second conical prism arranged with its vertex facing the opposite side of the prism, and a plurality of laser beams emitted from a plurality of optical fibers are incident on the slope of the first conical prism. A plurality of laser beams emitted from one conical prism are incident on the second conical prism, and a plurality of laser beams emitted from the second conical prism are condensed and incident on one optical fiber. An optical fiber coupling optical system is provided.
【0014】本結合光学系においても、前記第1の錐状
プリズムと前記第2の錐状プリズムは相似形であり、前
記複数の光ファイバの出射端と前記第1の錐状プリズム
の入射側との間にそれぞれコリメートレンズを配置する
ことにより、コリメートされたレーザビームを前記第1
の錐状プリズムに入射させる。Also in the present coupling optical system, the first conical prism and the second conical prism have similar shapes, and the exit ends of the plurality of optical fibers and the incident side of the first conical prism. By disposing a collimating lens between
Incident on the conical prism.
【0015】本結合光学系においてはまた、前記第2の
錐状プリズムの出射側と前記1本の光ファイバの入射側
との間に集光レンズを配置し、前記第2の錐状プリズム
から出射した複数のレーザビームを集光して前記1本の
光ファイバに入射させる。In the present coupling optical system, a condensing lens is arranged between the exit side of the second conical prism and the entrance side of the one optical fiber. The plurality of emitted laser beams are condensed and incident on the one optical fiber.
【0016】本結合光学系においては更に、前記複数の
光ファイバから出射され前記コリメートレンズでコリメ
ートされたレーザビームをそれぞれ反射ミラーを介して
角度を変えて前記第1の錐状プリズムに入射させる。In the present coupling optical system, the laser beams emitted from the plurality of optical fibers and collimated by the collimating lens are incident on the first conical prism at different angles via respective reflecting mirrors.
【0017】本結合光学系においては更に、前記複数の
光ファイバを前記光軸と平行な垂直方向に延びるように
配置し、前記複数の光ファイバから出射され前記コリメ
ートレンズでコリメートされたレーザビームをそれぞれ
前記第1の錐状プリズムに入射させるようにしても良
い。In the present coupling optical system, the plurality of optical fibers are further arranged so as to extend in a vertical direction parallel to the optical axis, and a laser beam emitted from the plurality of optical fibers and collimated by the collimating lens is provided. Each of them may be made to enter the first conical prism.
【0018】本結合光学系においては更に、前記第1、
第2の錐状プリズムの一方を光軸方向に位置調整可能に
するための機構を備えていることが好ましい。In the present coupling optical system, further, the first,
It is preferable that a mechanism for adjusting the position of one of the second conical prisms in the optical axis direction is provided.
【0019】本結合光学系においては更に、前記第1、
第2の錐状プリズムはそれぞれ同じ頂角を持つ円錐プリ
ズムであることが好ましい。In the present coupling optical system, further, the first,
Preferably, each of the second conical prisms is a conical prism having the same apex angle.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図1〜図3を参照して、本発明に
よる光ファイバ結合光学系の第1の実施の形態について
説明する。本形態による光ファイバ結合光学系は、同一
仕様の6台のレーザ発振器から出力された6本のレーザ
ビームを6本の出射側光ファイバで伝送し、その出射端
から出射された6本のレーザビームを1本の入射側光フ
ァイバに結合するためのものである。その具体的構成を
順次説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of an optical fiber coupling optical system according to the present invention will be described with reference to FIGS. The optical fiber coupling optical system according to the present embodiment transmits six laser beams output from six laser oscillators having the same specifications through six emission-side optical fibers, and emits six laser beams from the emission ends. This is for coupling the beam to one incident side optical fiber. The specific configuration will be described sequentially.
【0021】1.6台のレーザ発振器(図示せず)には
それぞれ、コア径φ600μm、ステップインデックス
型(SI型)光ファイバが出射側光ファイバ11として
接続され、レーザエネルギー伝送が可能になっている。Each of 1.6 laser oscillators (not shown) is connected with a step index type (SI type) optical fiber 11 as a light emitting side optical fiber 11 having a core diameter of φ600 μm, thereby enabling laser energy transmission. I have.
【0022】2.6本の光ファイバ11の出射側端部
は、本光ファイバ結合光学系の入射部12に装着され
る。ここでは、6本の出射側光ファイバ11は本光ファ
イバ結合光学系の光軸を中心として水平方向に延びるよ
うに放射状に配置される。The outgoing ends of the 2.6 optical fibers 11 are attached to the entrance 12 of the optical fiber coupling optical system. Here, the six emission-side optical fibers 11 are radially arranged so as to extend in the horizontal direction about the optical axis of the optical fiber coupling optical system.
【0023】3.入射部12に装着された出射側光ファ
イバ11から出射されたレーザビームはそれぞれ、コリ
メートレンズ13によりコリメート(平行に)される。3. The laser beams emitted from the emission-side optical fiber 11 mounted on the incidence section 12 are collimated (parallel) by a collimating lens 13.
【0024】本形態では、コリメートレンズ13の焦点
距離fは80mmで設計され、コリメートされたレーザ
ビーム径はφ20mmになっている。In this embodiment, the focal length f of the collimating lens 13 is designed to be 80 mm, and the diameter of the collimated laser beam is 20 mm.
【0025】4.6本のコリメートされたレーザビーム
はそれぞれ、反射ミラー14により下方に向けて反射さ
れ第1円錐プリズム15に照射される。第1円錐プリズ
ム15は径φ130mmを持ち、その中心軸が本光ファ
イバ結合光学系の光軸と一致し、しかも頂点を上側、す
なわちレーザビームの入射側に向けて配置されている。
6本のφ20mmのレーザビームは、コリメートレンズ
13の焦点距離f80mmの外形寸法及び反射ミラー1
4の外形寸法により規定される距離を保ちながら第1円
錐プリズム15に照射される。Each of the 4.6 collimated laser beams is reflected downward by the reflecting mirror 14 and is irradiated on the first conical prism 15. The first conical prism 15 has a diameter of φ130 mm, the central axis thereof coincides with the optical axis of the present optical fiber coupling optical system, and the apex is arranged upward, that is, toward the laser beam incident side.
The six laser beams having a diameter of 20 mm correspond to the external dimensions of the collimating lens 13 having a focal length of f80 mm and the reflecting mirror 1.
The light is applied to the first conical prism 15 while maintaining the distance defined by the outer dimensions of the first conical prism 4.
【0026】第1円錐プリズム15の下側、すなわち出
射側には、これと光軸が一致するように、しかも第1円
錐プリズム15とは反対側に頂点を向けて第2円錐プリ
ズム16(φ60mm)が配置されている。また、第2
円錐プリズム16の下側、すなわち出射側には、これと
光軸が一致するように集光レンズ17が配置されてい
る。更に、集光レンズ17の下側には集光レンズ17の
光軸上でその焦点距離に対応する位置に入射側光ファイ
バ18が設置されている。On the lower side of the first conical prism 15, that is, on the exit side, the second conical prism 16 (φ60 mm) with its apex facing the optical axis and opposite to the first conical prism 15. ) Is arranged. Also, the second
A condensing lens 17 is arranged below the conical prism 16, that is, on the exit side, so that the optical axis coincides with the convergent prism 16. Furthermore, an incident side optical fiber 18 is provided below the condenser lens 17 at a position corresponding to the focal length on the optical axis of the condenser lens 17.
【0027】5.6本のコリメートされたレーザビーム
は、第1円錐プリズム15の頂点を中心とする直径φ7
0mmの円周上にレーザビームφ20mmの中心が等角
度間隔で位置するように照射される。この場合、6本の
コリメートされたレーザビームを1本のレーザビームと
見なした時、その最外かくのレーザビーム径は、図4に
示すように、(φ70mm+φ10mm+φ10mm)
となり、φ90mmと見なせる。5.6 The collimated laser beam has a diameter φ7 centered on the vertex of the first conical prism 15.
Irradiation is performed so that the center of the laser beam φ20 mm is positioned at equal angular intervals on the circumference of 0 mm. In this case, when the six collimated laser beams are regarded as one laser beam, the outermost laser beam diameter is (φ70 mm + φ10 mm + φ10 mm) as shown in FIG.
And can be regarded as φ90 mm.
【0028】6.これら6本のレーザビームを、第1円
錐プリズム15、第2円錐プリズム16の無い状態で直
接、集光レンズ17(焦点距離f=120mm)で集光
した場合、レーザビーム径φ90mmであるから、この
時のNAは、 となる。6. When these six laser beams are directly condensed by the condenser lens 17 (focal length f = 120 mm) without the first conical prism 15 and the second conical prism 16, the laser beam diameter is φ90 mm. NA at this time is Becomes
【0029】上記のように、焦点距離f=120mmの
集光レンズ17のみを介して入射側光ファイバ18に入
射させると、レーザビーム入射角度がファイバ取り込み
角度よりも大きくなり、入射側光ファイバ18からレー
ザビームの一部が漏れてしまい、入射側光ファイバ18
自体を焼損させる。このため、実際にはこのままの状態
ではファイバ入射できない。As described above, when the laser beam is incident on the incident side optical fiber 18 only through the condenser lens 17 having the focal length f = 120 mm, the laser beam incident angle becomes larger than the fiber take-in angle, and the incident side optical fiber 18 Part of the laser beam leaks from the
Burn itself. For this reason, the fiber cannot be actually incident in this state.
【0030】7.また、この時、入射側光ファイバ18
の入射端面に集光されるレーザスポット径は、{φ60
0μm(出射側光ファイバ11のコア径)×f120m
m(集光レンズ17の焦点距離)}/f80mm(コリ
メートレンズ13の焦点距離)=φ900μmとなる。[7] At this time, the incident side optical fiber 18
The diameter of the laser spot focused on the incident end face of
0 μm (core diameter of emission side optical fiber 11) × f120 m
m (focal length of the condenser lens 17) / f80 mm (focal length of the collimating lens 13) = φ900 μm.
【0031】従って、入射側光ファイバ18で使用でき
る光ファイバのコア径はφ900μm以上となる。Accordingly, the core diameter of the optical fiber usable as the incident side optical fiber 18 is φ900 μm or more.
【0032】本形態では、6本のコア径φ600μmの
出射側光ファイバ11のレーザビームを1本のコア径φ
1000μmの入射側光ファイバ18あるいはφ120
0μmの入射側光ファイバ18に結合させるようにして
いる。In this embodiment, six laser beams of the output side optical fiber 11 having a core diameter of 600 μm are combined with one core diameter φ.
1000 μm incident side optical fiber 18 or φ120
The optical fiber 18 is coupled to the incident optical fiber 18 of 0 μm.
【0033】8.本形態では、6本のコリメートされた
レーザビームの最外かく径を小さくする方法として、2
個の頂角αが等しい第1、第2円錐プリズム15、16
を互いに頂点が外向きになるように配置している。ま
た、第1円錐プリズム15と第2円錐プリズム16は同
じ光軸上に配置している。更に、第1円錐プリズム15
は機械的に固定で、第2円錐プリズム16を第1円錐プ
リズム15に対して両者の間隔が光軸に関して可変の構
造としている。8. In this embodiment, as a method of reducing the outermost diameter of the six collimated laser beams, two methods are used.
First and second conical prisms 15, 16 having the same apex angle α
Are arranged such that the vertices face outward. Further, the first conical prism 15 and the second conical prism 16 are arranged on the same optical axis. Further, the first conical prism 15
Is mechanically fixed, and the distance between the second conical prism 16 and the first conical prism 15 is variable with respect to the optical axis.
【0034】9.第1、第2円錐プリズム15、16の
頂角をα、偏向角度をβ、屈折率をnとすると、偏向角
度δは、 δ=(n−1)β で近似できる。9. Assuming that the apex angle of the first and second conical prisms 15 and 16 is α, the deflection angle is β, and the refractive index is n, the deflection angle δ can be approximated by δ = (n−1) β.
【0035】また、第1、第2円錐プリズム15、16
の間の距離をdとする。The first and second conical prisms 15, 16
Is defined as d.
【0036】10.6本のコリメートされたφ20mm
のレーザビームは、向かい合う中心距離が70mm離れ
た状態にあり、かつこのレーザビーム全体の最外かく径
がφ90mmの状態で、第1円錐プリズム15に入射し
た場合、円錐プリズムの偏向角度δと第1、第2円錐プ
リズム15、16間の距離dにより、向かい合う中心距
離70mmを短くすることができる。10.6 collimated φ20 mm
When the laser beam is incident on the first conical prism 15 in a state where the facing center distance is 70 mm away and the outermost diameter of the entire laser beam is φ90 mm, the deflection angle δ of the conical prism and the The distance d between the first and second conical prisms 15 and 16 can reduce the facing center distance 70 mm.
【0037】11.本形態では、6本のφ20mmのレ
ーザビーム最外かく径を第1、第2円錐プリズム15、
16を用いることにより、図1、図5に示すように、φ
44mmまで圧縮することができる。図1においてφα
mmで示されているのは、機械的公差及び調整しろから
規定される値である。11. In this embodiment, the outermost diameters of the six φ20 mm laser beams are set to the first and second conical prisms 15,
16 by using φ 16 as shown in FIGS.
Can be compressed to 44 mm. In FIG. 1, φα
What is indicated by mm is a value defined from mechanical tolerance and adjustment margin.
【0038】12.集光レンズ17の焦点距離f120
mm、入射側光ファイバ18へのビーム径φ44mmの
場合、 となり、レーザビーム入射角度は入射側光ファイバ18
のレーザ取り込み角度内に入る。12. Focal length f120 of the condenser lens 17
mm, the beam diameter to the incident side optical fiber 18 is φ44 mm, And the incident angle of the laser beam is
Within the laser capture angle.
【0039】以上の説明で明らかなように、本形態によ
れば、6本の出射側光ファイバ11から出射された6本
のレーザビームを、エネルギー密度の高い状態で、漏れ
を生ずることなく1本の入射側光ファイバ18に結合さ
せることができる。As is apparent from the above description, according to the present embodiment, the six laser beams emitted from the six emission-side optical fibers 11 can be combined with each other in a high energy density state without leakage. It can be coupled to the entrance side optical fiber 18.
【0040】図2、図3は、実際の結合光学系の構成を
示し、図2から明らかなように、6枚の反射ミラー1
4、第1円錐プリズム15は筒状のケース20に収容さ
れている。6枚の反射ミラー14は、図6にも示すよう
に、ケース20の上蓋に取り付けられた6角錐体に取り
付けられている。また、第2円錐プリズム16、集光レ
ンズ17は、ケース20の下端部に取り付けられた筒状
のケース21に収容されている。そして、ケース21の
下端部に入射側光ファイバ18が装着されている。な
お、ケース20の底部におけるレーザビームの通過域は
透明部材で構成される(図2の場合)か、あるいは開口
とされることは言うまでも無い。FIGS. 2 and 3 show the actual configuration of the coupling optical system. As is apparent from FIG.
4. The first conical prism 15 is housed in a cylindrical case 20. As shown in FIG. 6, the six reflecting mirrors 14 are attached to a hexagonal pyramid attached to the upper lid of the case 20. The second conical prism 16 and the condenser lens 17 are housed in a cylindrical case 21 attached to the lower end of the case 20. The incident side optical fiber 18 is attached to the lower end of the case 21. Needless to say, the pass area of the laser beam at the bottom of the case 20 is made of a transparent member (in the case of FIG. 2) or an opening.
【0041】また、前に述べた、第2円錐プリズム16
を光軸方向に関して位置を可変とするための機構は、図
示していないが、例えば以下のような構造で実現でき
る。第2円錐プリズム16をプリズムホルダにて保持す
るようにし、このプリズムホルダをケース21の内壁に
沿って摺接可能にすると共に、そこに設けたつまみを、
ケース21の軸方向に沿って設けた長穴を通してケース
21外に導出する。そして、ねじ等によりこのつまみを
ケース21に固定できるようにする。第2円錐プリズム
16の位置を調整する場合には、ねじを緩めて上下動さ
せ、調整を終えたら再びねじで固定するようにすれば良
い。Further, the second conical prism 16 described above is used.
Although not shown, a mechanism for making the position variable in the optical axis direction can be realized by, for example, the following structure. The second conical prism 16 is held by a prism holder, and the prism holder can be slid along the inner wall of the case 21, and a knob provided thereon is
The case 21 is led out of the case 21 through an elongated hole provided along the axial direction of the case 21. Then, the knob can be fixed to the case 21 by a screw or the like. When adjusting the position of the second conical prism 16, the screw may be loosened and moved up and down, and after the adjustment is completed, the screw may be fixed again with the screw.
【0042】一方、6個のコリメートレンズ13はそれ
ぞれ、ケース20に放射状に取り付けられたケース22
に収容されている。このケース22には、前に述べた出
射側光ファイバ11を固定した入射部12が取り付けら
れている。On the other hand, each of the six collimating lenses 13 has a case 22 radially attached to the case 20.
Is housed in The case 22 is provided with the incident portion 12 to which the above-mentioned emission side optical fiber 11 is fixed.
【0043】以上のように、コリメートレンズ13と一
対の第1、第2円錐プリズム15、16の組合わせによ
り、図1に示されるように、第1円錐プリズム15へ入
射する複数のレーザビームが平行で、しかも第2円錐プ
リズム16から出射する複数のレーザビームも平行であ
り、かつ集光レンズ17への入射径を小さくすることが
できる。このためには、第1、第2円錐プリズム15、
16は相似形であることが望ましい。仮に、一対の第
1、第2円錐プリズム15、16が無いものとすると、
集光レンズ17への入射径が大きくなるので、結合光学
系全体が大型化する。As described above, due to the combination of the collimating lens 13 and the pair of first and second conical prisms 15 and 16, a plurality of laser beams incident on the first conical prism 15 are formed as shown in FIG. The plurality of laser beams that are parallel and that are emitted from the second conical prism 16 are also parallel, and the diameter of incidence on the condenser lens 17 can be reduced. For this purpose, the first and second conical prisms 15,
Preferably, 16 is a similar shape. Assuming that there is no pair of first and second conical prisms 15 and 16,
Since the diameter of incidence on the condenser lens 17 increases, the size of the entire coupling optical system increases.
【0044】図7、図8を参照して、本発明の第2の実
施の形態について説明する。この形態は、ケース20内
における反射ミラー14、第1円錐プリズム15の収容
構造、及びケース21内における第2円錐プリズム1
6、集光レンズ17の収容構造は、第1の実施の形態と
同じである。第1の実施の形態との違いは、6本の出射
側光ファイバ11を、本結合光学系の光軸を中心とする
同一円周上に等間隔をおいて上下(垂直)方向に延びる
ように配置した点にある。このために、コリメートレン
ズ13を収容したケース22が、ケース20の上蓋にお
ける同一円周上に等間隔をおいて上下方向に延びるよう
に取り付けられている。勿論、上蓋には出射側光ファイ
バ11の直下域に開口あるいはレーザ光透過部が設けら
れる。そして、出射側光ファイバ11から下側に向けて
出射されるレーザビームを反射ミラー14に導入するた
めに、上蓋の下側には出射側光ファイバ11からのレー
ザビームを水平方向に反射させる6枚の反射ミラー19
が取り付けられている。この第2の実施の形態によれ
ば、第1の実施の形態に比べて光ファイバ結合光学系の
径方向の寸法を小さくすることができる。Referring to FIGS. 7 and 8, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the housing structure of the reflection mirror 14 and the first conical prism 15 in the case 20 and the second conical prism 1 in the case 21
6. The housing structure of the condenser lens 17 is the same as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that six outgoing-side optical fibers 11 extend in the up-down (vertical) direction at equal intervals on the same circumference centered on the optical axis of the present coupling optical system. It is located at the point. For this purpose, a case 22 accommodating the collimating lens 13 is attached so as to extend vertically at equal intervals on the same circumference of the upper lid of the case 20. Of course, the upper cover is provided with an opening or a laser light transmitting portion in a region immediately below the emission side optical fiber 11. Then, in order to introduce the laser beam emitted downward from the emission-side optical fiber 11 to the reflection mirror 14, the laser beam from the emission-side optical fiber 11 is horizontally reflected on the lower side of the upper lid. Reflection mirrors 19
Is attached. According to the second embodiment, the radial dimension of the optical fiber coupling optical system can be reduced as compared with the first embodiment.
【0045】本発明の光ファイバ結合光学系によれば、
3本以上の複数本、具体的には6本以上の出射側光ファ
イバであっても、第1、第2円錐プリズムの形状(大き
さ)と距離が確保されれば、出射側光ファイバ出射後の
複数のレーザビームの最外かく径を圧縮することが可能
である。このことは、6本以上の出射側光ファイバの結
合が可能であることを意味する。According to the optical fiber coupling optical system of the present invention,
Even if there are a plurality of three or more, specifically, six or more outgoing optical fibers, if the shapes (sizes) and distances of the first and second conical prisms are ensured, the outgoing optical fibers are emitted. It is possible to compress the outermost outer diameter of a plurality of subsequent laser beams. This means that six or more outgoing optical fibers can be coupled.
【0046】また、円錐プリズムに代えて角錐プリズム
を用いたり、第2円錐プリズムではなく第1円錐プリズ
ムの位置を調整可能にしても良く、複数のレーザ発振器
は必ずしも同一仕様でなくても良い。例えば、六角錐プ
リズムを使用した場合には、レーザビームを六面の面と
面との境界を避けて面内に入射させる必要がある。これ
は、図5で説明した円錐プリズムの場合に比べて6本の
レーザビーム最外かく径が大きくなることを意味する。Further, a pyramid prism may be used instead of the conical prism, or the position of the first conical prism may be adjusted instead of the second conical prism, and the plurality of laser oscillators may not necessarily have the same specifications. For example, when a hexagonal pyramid prism is used, it is necessary to make a laser beam incident on a surface avoiding the boundary between the six surfaces. This means that the outer diameter of the six laser beams is larger than that of the conical prism described with reference to FIG.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明によれば、複数のレーザ発振器か
らエネルギー伝送された3本以上、好ましくは6本の出
射側光ファイバ、原理的には6本以上の出射側光ファイ
バでもエネルギー密度の高い状態で漏れを生ずることな
く1本の入射側光ファイバに結合させることができる。According to the present invention, three or more, preferably six, outgoing optical fibers transmitted with energy from a plurality of laser oscillators, and in principle, even with six or more outgoing optical fibers, the energy density can be reduced. It can be coupled to one incident side optical fiber at a high state without leakage.
【図1】本発明による光ファイバの結合光学系の第1の
実施の形態の概略構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical fiber coupling optical system according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明による光ファイバの結合光学系の第1の
実施の形態の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of an optical fiber coupling optical system according to the present invention.
【図3】図2に示された光ファイバの結合光学系の上面
図である。FIG. 3 is a top view of the coupling optical system of the optical fiber shown in FIG. 2;
【図4】図1に示された第1円錐プリズムの作用を説明
するための図である。FIG. 4 is a view for explaining the operation of the first conical prism shown in FIG. 1;
【図5】図1に示された第2円錐プリズムの作用を説明
するための図である。FIG. 5 is a view for explaining the operation of the second conical prism shown in FIG. 1;
【図6】図1に示された6枚の反射ミラーとコリメート
レンズの関係を下側から見た図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the six reflecting mirrors and the collimating lens shown in FIG. 1 as viewed from below.
【図7】本発明による光ファイバの結合光学系の第2の
実施の形態の縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of a coupling optical system for optical fibers according to the present invention.
【図8】図7に示された光ファイバの結合光学系の上面
図である。FIG. 8 is a top view of the coupling optical system of the optical fiber shown in FIG. 7;
11 出射側光ファイバ 12 入射部 13 コリメートレンズ 14、19 反射ミラー 15 第1円錐プリズム 16 第2円錐プリズム 17 集光レンズ 18 入射側光ファイバ 20、21、22 ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Emission-side optical fiber 12 Incident part 13 Collimating lens 14 and 19 Reflecting mirror 15 First conical prism 16 Second conical prism 17 Condensing lens 18 Incident-side optical fiber 20, 21, 22 Case
Claims (11)
ーザビームを、頂点を入射側に向けた第1の錐状プリズ
ムの斜面に入射させ、該第1の錐状プリズムから出射し
た複数のレーザビームを、頂点を前記第1の錐状プリズ
ムと反対側に向けかつ前記第1の錐状プリズムと同じ光
軸上に配置した第2の錐状プリズムに入射させ、出射し
た複数のレーザビームを集光させて1本の光ファイバに
入射させるようにしたことを特徴とする光ファイバの結
合方法。1. A plurality of laser beams emitted from a plurality of optical fibers are made incident on an inclined surface of a first conical prism whose apexes face the incident side, and a plurality of laser beams emitted from the first conical prism are emitted. Beams are directed to a second conical prism arranged with its apex on the opposite side to the first conical prism and on the same optical axis as the first conical prism. An optical fiber coupling method, wherein light is condensed and made incident on one optical fiber.
おいて、前記第1の錐状プリズムと前記第2の錐状プリ
ズムは相似形であり、前記複数の光ファイバから出射し
た複数のレーザビームはそれぞれ、コリメートレンズを
通して前記第1の錐状プリズムに入射されることを特徴
とする光ファイバの結合方法。2. The method according to claim 1, wherein the first conical prism and the second conical prism have similar shapes, and a plurality of laser beams emitted from the plurality of optical fibers. Are respectively input to said first conical prism through a collimating lens.
おいて、前記第2の錐状プリズムから出射した複数のレ
ーザビームは集光レンズを通して集光されることを特徴
とする光ファイバの結合方法。3. The method according to claim 2, wherein the plurality of laser beams emitted from the second conical prism are condensed through a condenser lens. .
イバの結合方法において、前記第1、第2の錐状プリズ
ムはそれぞれ同じ頂角を持つ円錐プリズムであることを
特徴とする光ファイバの結合方法。4. The optical fiber coupling method according to claim 1, wherein said first and second conical prisms are conical prisms having the same apex angle. Fiber coupling method.
ムと、 該第1の錐状プリズムと同じ光軸上であってその出射側
にしかも前記第1の錐状プリズムとは反対側に頂点を向
けて配置した第2の錐状プリズムとを含み、 複数の光ファイバから出射した複数のレーザビームを前
記第1の錐状プリズムの斜面に入射させ、該第1の錐状
プリズムから出射した複数のレーザビームを前記第2の
錐状プリズムに入射させ、該第2の錐状プリズムから出
射した複数のレーザビームを集光させて1本の光ファイ
バに入射させるようにしたことを特徴とする光ファイバ
の結合光学系。5. A first conical prism whose apex is directed to the incident side, and on the same optical axis as the first conical prism, on the exit side, and opposite to the first conical prism. A second conical prism arranged with its apex facing the side, and a plurality of laser beams emitted from a plurality of optical fibers are made incident on an inclined surface of the first conical prism, the first conical prism A plurality of laser beams emitted from the second conical prism are made incident on the second conical prism, and the plurality of laser beams emitted from the second conical prism are condensed and made incident on one optical fiber. A coupling optical system for an optical fiber, comprising:
において、前記第1の錐状プリズムと前記第2の錐状プ
リズムは相似形であり、前記複数の光ファイバの出射端
と前記第1の錐状プリズムの入射側との間にそれぞれコ
リメートレンズを配置することにより、コリメートされ
たレーザビームを前記第1の錐状プリズムに入射させる
ようにしたことを特徴とする光ファイバの結合光学系。6. The optical fiber coupling optical system according to claim 5, wherein the first conical prism and the second conical prism are similar in shape, and the emission ends of the plurality of optical fibers and the second conical prism. The coupling optics of an optical fiber, wherein a collimated laser beam is incident on the first conical prism by disposing a collimating lens between the incident side of the first conical prism and the collimating lens. system.
において、前記第2の錐状プリズムの出射側と前記1本
の光ファイバの入射側との間に集光レンズを配置し、前
記第2の錐状プリズムから出射した複数のレーザビーム
を集光して前記1本の光ファイバに入射させることを特
徴とする光ファイバの結合光学系。7. The optical fiber coupling optical system according to claim 6, wherein a condensing lens is disposed between an exit side of the second conical prism and an entrance side of the one optical fiber. An optical fiber coupling optical system, wherein a plurality of laser beams emitted from a second conical prism are condensed and incident on the one optical fiber.
において、前記複数の光ファイバから出射され前記コリ
メートレンズでコリメートされたレーザビームをそれぞ
れ反射ミラーを介して角度を変えて前記第1の錐状プリ
ズムに入射させることを特徴とする光ファイバの結合光
学系。8. The optical fiber coupling optical system according to claim 6, wherein the laser beams emitted from the plurality of optical fibers and collimated by the collimating lens are respectively changed in angle via a reflection mirror, and the first beam is changed. A coupling optical system for an optical fiber, which is incident on a conical prism.
において、前記複数の光ファイバは前記光軸と平行な垂
直方向に延びるように配置されており、前記複数の光フ
ァイバから出射され前記コリメートレンズでコリメート
されたレーザビームをそれぞれ前記第1の錐状プリズム
に入射させることを特徴とする光ファイバの結合光学
系。9. The optical fiber coupling optical system according to claim 8, wherein said plurality of optical fibers are arranged to extend in a vertical direction parallel to said optical axis, and are emitted from said plurality of optical fibers. A coupling optical system for an optical fiber, wherein a laser beam collimated by a collimator lens is incident on the first conical prism.
ァイバの結合光学系において、前記第1、第2の錐状プ
リズムの一方を光軸方向に位置調整可能にするための機
構を備えていることを特徴とする光ファイバの結合光学
系。10. The optical fiber coupling optical system according to claim 5, wherein a mechanism for adjusting a position of one of said first and second conical prisms in an optical axis direction is provided. An optical fiber coupling optical system, comprising:
ファイバの結合光学系において、前記第1、第2の錐状
プリズムはそれぞれ同じ頂角を持つ円錐プリズムである
ことを特徴とする光ファイバの結合光学系。11. The coupling optical system according to claim 5, wherein the first and second conical prisms are conical prisms having the same apex angle. Optical fiber coupling optics.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
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- 2000-05-09 JP JP2000135450A patent/JP2001318265A/en active Pending
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