JP2002006149A - Optical fiber - Google Patents

Optical fiber

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JP2002006149A
JP2002006149A JP2000189552A JP2000189552A JP2002006149A JP 2002006149 A JP2002006149 A JP 2002006149A JP 2000189552 A JP2000189552 A JP 2000189552A JP 2000189552 A JP2000189552 A JP 2000189552A JP 2002006149 A JP2002006149 A JP 2002006149A
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refractive index
optical fiber
laser beam
core
laser light
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JP2000189552A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Matsuzaka
文夫 松坂
Seiji Fukutomi
誠二 福冨
Akihiro Nishimi
昭浩 西見
Minoru Uehara
実 上原
Yoshihisa Yamauchi
淑久 山内
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To propagate a high power laser beam and radiate a laser beam having a small diffusion angle. SOLUTION: An optical fiber comprises a core element 5 having a large diffraction index and a clad part 6 which is formed in the circumference of the core part 5 and has a smaller diffraction index than that of the core part 5. In addition, the amount of impurities contained in the clad part 6, which lower the diffraction index, becomes smaller gradually from the incidence side to the radiation side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加工対象にレーザ
光を照射するようレーザ光を伝搬させる光ファイバーに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber for transmitting a laser beam so as to irradiate a laser beam to an object to be processed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のレーザ加工に用いる光ファイバー
は、レーザ光を生じるレーザ発振器からレーザ出射部ま
で延在し、図2に示す如く、線状に形成されたコア部1
と、コア部1の周囲に形成されるクラッド部2とから構
成されている。
2. Description of the Related Art A conventional optical fiber used for laser processing extends from a laser oscillator for generating a laser beam to a laser emitting portion, and as shown in FIG.
And a cladding part 2 formed around the core part 1.

【0003】コア部1は純粋な石英で形成されて高い屈
折率を有し、クラッド部2は、四塩化珪素ガラスに対
し、屈折率を低下させる不純物を所定の割合で含有して
長手方向全体がコア部1の屈折率より若干小さい屈折率
になっている。
The core portion 1 is formed of pure quartz and has a high refractive index. The cladding portion 2 contains a predetermined ratio of impurities for lowering the refractive index with respect to silicon tetrachloride glass. Has a refractive index slightly smaller than the refractive index of the core 1.

【0004】光ファイバーにおいてレーザ光を伝搬させ
る際には、レーザ光が、レーザ発振器(図示せず)に隣
接するレンズ3より光ファイバーの入射側のコア部1へ
入射し、コア部1の内部を伝搬することによって出射側
よりレーザ出射部へ出射される。
When a laser beam is propagated through an optical fiber, the laser beam is incident on a core 1 on the optical fiber incident side from a lens 3 adjacent to a laser oscillator (not shown), and propagates inside the core 1. By doing so, the light is emitted from the emission side to the laser emission part.

【0005】ここで、コア部1の内部を伝搬するレーザ
光がコア部1とクラッド部2の境界面4へ向かう場合に
は、境界面4に対するレーザ光の角度(拡散角)が、コ
ア部1とクラッド部2の屈折率の比で決まる伝搬角以内
の角度であれば全反射され、伝搬角以上の角度であれば
クラッド部2より外部に抜け出る。
Here, when the laser light propagating inside the core portion 1 travels to the boundary surface 4 between the core portion 1 and the clad portion 2, the angle (diffusion angle) of the laser light with respect to the boundary surface 4 becomes larger. If the angle is within the propagation angle determined by the ratio of the refractive index of 1 to the cladding part 2, the light is totally reflected.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
加工に用いるレーザ光を伝搬させる際にレーザ光が大出
力である場合には、大出力であるレーザ光の空間的なコ
ヒーレンスが悪いため、伝搬角の大きな光ファイバーを
用いる必要があり、微細なレーザ加工ができないという
問題があった。一方、微細なレーザ加工ができるよう伝
搬角の小さな光ファイバーを用いる場合には、図2に示
す如く、拡散角の大きなレーザ光が光ファイバーのクラ
ッド部2の入射側より集中的に漏れるため、漏れた部分
において焼損が生じるという問題があった。
However, when the laser beam used for laser processing has a large output when the laser beam is to be propagated, the spatial coherence of the high-output laser beam is poor, so that the propagation angle is small. It is necessary to use an optical fiber having a large diameter, and there is a problem that fine laser processing cannot be performed. On the other hand, when an optical fiber having a small propagation angle is used so that fine laser processing can be performed, as shown in FIG. 2, laser light having a large diffusion angle leaks intensively from the incident side of the cladding portion 2 of the optical fiber. There was a problem that burnout occurred in the part.

【0007】本発明の光ファイバーは上述した実情に鑑
みてなしたもので、大出力のレーザ光を伝搬し且つ拡散
角の小さいレーザ光を出射することを目的としている。
The optical fiber of the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has an object to propagate a high-power laser beam and emit a laser beam having a small diffusion angle.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバー
は、高い屈折率を有するコア部と、該コア部の周囲に形
成されてコア部より小さい屈折率を有するクラッド部と
からなる光ファイバーであって、前記クラッド部が、屈
折率を低下させる不純物を入射側から出射側に向かって
徐々に低減するよう含有したものである。
An optical fiber according to the present invention is an optical fiber comprising a core having a high refractive index and a cladding formed around the core and having a refractive index smaller than the core. The clad portion contains impurities that lower the refractive index so as to gradually decrease from the incident side toward the emission side.

【0009】又、クラッド部の入射側が、屈折率を低下
させる不純物を、大出力のレーザ光が入射してもレーザ
光が集中的に漏れない割合で含有したものである。
[0009] The incident side of the clad portion contains an impurity which lowers the refractive index at such a rate that the laser light does not leak intensively even when a high-output laser light is incident.

【0010】更に、屈折率を低下させる不純物をフッ素
にしてもよい。
Further, the impurity which lowers the refractive index may be fluorine.

【0011】拡散角の大きい大出力のレーザ光が入射側
より入射する際には、クラッド部の入射側において、屈
折率を低下させる不純物の割合が多いことにより、拡散
角の小さいレーザ光のみならず大きいレーザ光もコア部
とクラッド部の境界面で反射され、更に、大出力のレー
ザ光がコア部を伝搬する際には、屈折率を低下させる不
純物の割合がクラッド部の入射側から出射側に向かって
徐々に少なくなることにより、拡散角の大きいレーザ光
を伝搬に伴って徐々に外部に抜けさせ、出射側で拡散角
の小さいレーザ光を出射する。
When a large-power laser beam having a large diffusion angle is incident from the incident side, the ratio of impurities that reduce the refractive index is large on the incident side of the clad portion. Large laser light is also reflected at the interface between the core and the cladding, and when high-power laser light propagates through the core, the proportion of impurities that lower the refractive index is emitted from the incident side of the cladding. By gradually decreasing toward the side, the laser light having a large diffusion angle is gradually emitted to the outside with propagation, and the laser light having a small diffusion angle is emitted on the emission side.

【0012】このように、クラッド部において、屈折率
を低下させる不純物を入射側から出射側に向かって徐々
に低減するよう含有すると、大出力のレーザ光が入力し
た場合であっても、レーザ光がクラッド部の入射側で集
中的に漏れることがなく、徐々に拡散角の大きいレーザ
光を外部に抜けさせるので、大出力のレーザ光は入射側
より伝搬して拡散角の小さい状態で出射されるものとな
り、結果として大出力のレーザ光で微細なレーザ加工を
行うことができる。
As described above, if the cladding portion contains the impurity that lowers the refractive index so as to gradually decrease from the incident side to the outgoing side, even if a large output laser beam is input, the laser Does not leak intensively on the incident side of the cladding part and gradually allows laser light with a large diffusion angle to escape to the outside, so that high-power laser light propagates from the incident side and is emitted with a small diffusion angle. As a result, fine laser processing can be performed with high-power laser light.

【0013】又、クラッド部の入射側が、屈折率を低下
させる不純物を、大出力のレーザ光が入射してもレーザ
光が集中的に漏れない割合で含有すると、大出力のレー
ザ光を確実にクラッド部の入射側で反射するので、焼損
の発生を防止することができる。
Further, when the incident side of the cladding contains an impurity which lowers the refractive index at such a rate that the laser beam does not leak intensively even when the laser beam with a large output is incident, the laser beam with a large output is surely provided. Since the light is reflected on the incident side of the clad portion, it is possible to prevent the occurrence of burning.

【0014】更に、屈折率を低下させる不純物をフッ素
にすると、フッ素を含有したクラッド部の屈折率を所望
の割合で小さくするので、大出力のレーザ光を入射側よ
り確実に伝搬させて拡散角の小さいレーザ光を出射する
ことができる。
Furthermore, if the impurity which lowers the refractive index is fluorine, the refractive index of the cladding containing fluorine is reduced at a desired ratio, so that a high-power laser beam can be surely propagated from the incident side and the diffusion angle can be increased. Can be emitted.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明の光ファイバーの形態の一例
である。
FIG. 1 shows an example of an optical fiber according to the present invention.

【0017】光ファイバーは、レーザ光を生じるレーザ
発振器からレーザ出射部まで延在し、図1に示す如く、
線状に形成されたコア部5と、コア部5の周囲に形成さ
れるクラッド部6とから構成されている。
The optical fiber extends from a laser oscillator for generating a laser beam to a laser emitting portion, and as shown in FIG.
It is composed of a linear core part 5 and a clad part 6 formed around the core part 5.

【0018】ここで、コア部5は純粋な石英で形成され
て高い屈折率を有し、クラッド部6は、四塩化珪素ガラ
スに対し、屈折率を低下させる不純物のフッ素、ホウ素
の少なくとも1つを、入射側において所定の割合で含有
し、更に入射側から出射側に向かって不純物の量を徐々
に低減し、出射側において所定の割合で含有している。
なお、出射側は従来例と略同じ割合で、屈折率を低下さ
せる不純物を含有することが好ましい。
Here, the core portion 5 is made of pure quartz and has a high refractive index, and the cladding portion 6 is made of silicon tetrachloride glass with at least one of fluorine and boron as impurities for lowering the refractive index. Is contained at a predetermined ratio on the incident side, the amount of impurities is gradually reduced from the incident side to the output side, and is contained at a predetermined ratio on the output side.
In addition, it is preferable that the emission side contains an impurity that reduces the refractive index at substantially the same ratio as in the conventional example.

【0019】又、クラッド部6の周囲には防護材(図示
せず)を備えており、防護材には水を循環させて冷却す
る冷却手段(図示せず)を備えている。
A protective material (not shown) is provided around the clad portion 6, and the protective material is provided with cooling means (not shown) for circulating water for cooling.

【0020】以下、本発明の実施の形態例の作用を説明
する。
The operation of the embodiment of the present invention will be described below.

【0021】レンズ7を介して拡散角の大きい大出力の
レーザ光が入射側より入射する際には、クラッド部6の
入射側において、屈折率を低下させる不純物の割合が多
いことにより、拡散角の小さいレーザ光のみならず大き
いレーザ光もコア部5とクラッド部6の境界面8で反射
される。
When a high-power laser beam having a large diffusion angle is incident from the incident side via the lens 7, the diffusion angle is increased due to a large proportion of impurities that lower the refractive index on the incident side of the clad portion 6. Not only small laser light but also large laser light is reflected at the boundary surface 8 between the core portion 5 and the clad portion 6.

【0022】続いて、境界面8で反射されたレーザ光が
コア部5を伝搬する際には、屈折率を低下させる不純物
の割合がクラッド部6の入射側から出射側に向かって徐
々に少なくなることにより、拡散角の大きいレーザ光を
伝搬に伴って徐々に外部に抜けさせ、出射側で拡散角の
小さいレーザ光を出射する。なお、入射側より入射する
レーザ光が大出力でない場合は、レーザ光は通常に伝搬
して出射される。
Subsequently, when the laser light reflected on the boundary surface 8 propagates through the core portion 5, the ratio of impurities that lower the refractive index gradually decreases from the incident side to the emission side of the clad portion 6. As a result, laser light having a large diffusion angle is made to gradually escape to the outside as it propagates, and laser light having a small diffusion angle is emitted on the emission side. When the laser light incident from the incident side does not have a large output, the laser light propagates normally and is emitted.

【0023】このように、クラッド部6において、屈折
率を低下させる不純物を入射側から出射側に向かって徐
々に低減するよう含有すると、大出力のレーザ光が入力
した場合であっても、レーザ光がクラッド部6の入射側
で集中的に漏れることがなく、徐々に拡散角の大きいレ
ーザ光を外部に抜けさせるので、大出力のレーザ光は入
射側より伝搬して拡散角の小さい状態で出射されるもの
となり、結果として大出力のレーザ光で微細なレーザ加
工を行うことができる。
As described above, when the clad portion 6 contains the impurity for lowering the refractive index so as to gradually decrease from the incident side to the emission side, even if a large output laser beam is input, the Since the light does not leak intensively on the incident side of the clad portion 6, the laser light having a large diffusion angle gradually escapes to the outside, so that the high-power laser light propagates from the incident side and has a small diffusion angle. The laser beam is emitted, and as a result, fine laser processing can be performed with high-power laser light.

【0024】又、クラッド部6の入射側が、屈折率を低
下させる不純物を、大出力のレーザ光が入射してもレー
ザ光が集中的に漏れない割合で含有すると、大出力のレ
ーザ光を確実にクラッド部6の入射側の境界面8で反射
するので、焼損の発生を防止することができる。
If the incident side of the cladding portion 6 contains an impurity which lowers the refractive index at such a rate that the laser beam does not leak intensively even when the laser beam with a high output is incident, the laser beam with a high output can be ensured. Since the light is reflected by the boundary surface 8 on the incident side of the clad portion 6, the occurrence of burning can be prevented.

【0025】更に、屈折率を低下させる不純物をフッ素
にすると、フッ素を含有したクラッド部6の屈折率を所
望の割合で小さくするので、大出力のレーザ光を入射側
より確実に伝搬させて拡散角の小さいレーザ光を出射す
ることができる。
Further, if the impurity which lowers the refractive index is fluorine, the refractive index of the fluorine-containing clad portion 6 is reduced at a desired ratio, so that a high-power laser beam can be surely propagated from the incident side and diffused. A laser beam with a small angle can be emitted.

【0026】なお、本発明の光ファイバーは上述した実
施の形態のみに限定されるものではなく、クラッドの屈
折率を所望に変化させるならば不純物はフッ素のみなら
ず他の物質でもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論で
ある。
Incidentally, the optical fiber of the present invention is not limited to the above-described embodiment. If the refractive index of the clad is changed as desired, the impurities may be not only fluorine but also other substances. It goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の光ファイバーによれば、下記の
如き種々の優れた効果を奏し得る。
According to the optical fiber of the present invention, various excellent effects as described below can be obtained.

【0028】I)クラッド部において、屈折率を低下さ
せる不純物を入射側から出射側に向かって徐々に低減す
るよう含有すると、大出力のレーザ光が入力した場合で
あっても、レーザ光がクラッド部の入射側で集中的に漏
れることがなく、徐々に拡散角の大きいレーザ光を外部
に抜けさせるので、大出力のレーザ光は入射側より伝搬
して拡散角の小さい状態で出射されるものとなり、結果
として大出力のレーザ光で微細なレーザ加工を行うこと
ができる。
I) If the cladding portion contains an impurity which lowers the refractive index so as to gradually decrease from the incident side to the outgoing side, the laser light can be applied even when a large output laser beam is input. The laser beam with a large diffusion angle is allowed to gradually escape to the outside without leaking intensively on the entrance side of the part, so that high-power laser light propagates from the entrance side and is emitted with a small diffusion angle. As a result, fine laser processing can be performed with high-power laser light.

【0029】II)クラッド部の入射側が、屈折率を低
下させる不純物を、大出力のレーザ光が入射してもレー
ザ光が集中的に漏れない割合で含有すると、大出力のレ
ーザ光を確実にクラッド部の入射側で反射するので、焼
損の発生を防止することができる。
II) If the incident side of the cladding contains an impurity that lowers the refractive index at such a rate that the laser light does not leak intensively even when the laser light with a high output power is incident, the laser light with a high output power is surely obtained. Since the light is reflected on the incident side of the clad portion, it is possible to prevent the occurrence of burning.

【0030】III)屈折率を低下させる不純物をフッ
素にすると、フッ素を含有したクラッド部の屈折率を所
望の割合で小さくするので、大出力のレーザ光を入射側
より確実に伝搬させて拡散角の小さいレーザ光を出射す
ることができる。
III) If fluorine is used as the impurity for lowering the refractive index, the refractive index of the fluorine-containing clad portion is reduced at a desired ratio. Can be emitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光ファイバーの実施の形態の一例を示
す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of an optical fiber of the present invention.

【図2】従来の光ファイバーの一例を示す概念図であ
る。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a conventional optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 コア部 6 クラッド部 5 Core 6 Cladding

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西見 昭浩 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 上原 実 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 山内 淑久 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Fターム(参考) 2H037 AA04 BA03 CA05 2H050 AB10Y AC03 AC82 4E068 CD01 CE08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akihiro Nishimi 3-1-1-15 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center (72) Inventor Minoru Uehara 3-1-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo No. 15 Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center (72) Inventor Yoshihisa Yamauchi 3-1-1, Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center F-term (reference) 2H037 AA04 BA03 CA05 2H050 AB10Y AC03 AC82 4E068 CD01 CE08

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高い屈折率を有するコア部と、該コア部
の周囲に形成されてコア部より小さい屈折率を有するク
ラッド部とからなる光ファイバーであって、前記クラッ
ド部が、屈折率を低下させる不純物を入射側から出射側
に向かって徐々に低減するよう含有したことを特徴とす
る光ファイバー。
1. An optical fiber comprising a core having a high refractive index and a clad formed around the core and having a refractive index smaller than the core, wherein the clad lowers the refractive index. An optical fiber, characterized by containing impurities to be gradually reduced from an incident side to an emission side.
【請求項2】 クラッド部の入射側が、屈折率を低下さ
せる不純物を、大出力のレーザ光が入射してもレーザ光
が集中的に漏れない割合で含有した請求項1記載の光フ
ァイバー。
2. The optical fiber according to claim 1, wherein the incident side of the clad portion contains an impurity for lowering the refractive index at such a rate that the laser light does not leak intensively even when a high-power laser light is incident.
【請求項3】 屈折率を低下させる不純物をフッ素にし
た請求項1又は2記載の光ファイバー。
3. The optical fiber according to claim 1, wherein the impurity that reduces the refractive index is fluorine.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103229370A (en) * 2011-06-29 2013-07-31 松下电器产业株式会社 Fiber laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103229370A (en) * 2011-06-29 2013-07-31 松下电器产业株式会社 Fiber laser

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