JP2008242012A - レーザーガイド用光ファイバ及びそれを備えたレーザーガイド - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光による光入射端面の損傷が抑止されるレーザーガイド用光ファイバを提供する。
【解決手段】レーザー光を伝送するのに用いられるレーザーガイド用光ファイバ１００は、コア１１１及びクラッド１１２を有する光ファイバ本体１１０と、光ファイバ本体１１０の光入射端側に一体に設けられていると共に、少なくとも光導波部分が純粋石英ガラスで形成された石英チップ１２０と、を備える。石英チップ１２０は、その光入射端面に表面溶融処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光を伝送するのに用いられるレーザーガイド用光ファイバ及びそれを備えたレーザーガイドに関する。

レーザーガイドは、バッファ層及び被覆層で被覆されたレーザーガイド用光ファイバ、カット及び端面研磨処理が施された両端部に取り付けられたコネクタ、レーザーガイド用光ファイバをカバーする保護管、及びその他の付属部品によって構成されている。レーザーガイド用光ファイバとしては、純粋石英ガラスでコアが形成されたＳＩ型光ファイバで構成されたものやゲルマニウムがドープされた石英ガラスでコアが形成されたＧＩ型光ファイバで構成されたものがある。

また、レーザーガイド用光ファイバとして、特許文献１には、中心部のコア及びその外周部のクラッドを有する光ファイバの端面に、コアと略同一で均一な屈折率を有する材料よりなるコアレスファイバの一端面を接合してなる光ファイバ端末において、光ファイバのコアを伝送してきた光がコアレスファイバ内で拡がりコアレスファイバの他端面から外部へ出射するときのビーム径がコアレスファイバの外径以内となるようにコアレスファイバの光路長を１ｍｍ未満に設定し、コアレスファイバの他端面を、光ファイバの光軸上に曲率中心を持つ凹面形状に形成し、また、光ファイバの外径とコアレスファイバの外径を異ならせることが開示されている。

特許文献２には、ＰＣファイバの接続端部を加熱処理により溶融して、クラッドの細孔を封止してなる封止部を形成し、封止部の長さＬを、信号光のＰＣファイバへの入射角θ、ファイバの外径Ｄ、ファイバのコア径ａ、封止部の屈折率ｎなどの条件から算出して設定することが開示されている。

特許文献３には、光ファイバの出射端面にコアレスファイバが融着接続され、コアレスファイバの周囲にコアレスファイバの屈折率よりも高い屈折率を有する被覆材が設けられたことを特徴とする光ファイバ端面構造が開示されている。
特開２００４−３０２２９２公報 特開２００４−３２５９４８公報 特開２００５−３０３１６６公報

ところで、近年、光源のレーザーはより高出力化しており、また、レーザーガイド用光ファイバは小さいコア径が要求される用途が増えてきている。

しかしながら、光源の高出力化すると共にレーザーガイド用光ファイバのコアが小径化して小スポット化すると、レーザー光の集光密度が高くなり、その結果、レーザーガイド用光ファイバの端面が損傷を受けることが多くなってきている。レーザーガイド用光ファイバの端面は、ファイバ内部からの磁界の影響や研磨の汚れなどの影響を受けるため、一般的にレーザー光に対する耐性が低い。特に、ゲルマニウムがドープされた石英ガラスでコアが形成されたＧＩ型光ファイバで構成されたレーザーガイド用光ファイバでは、その傾向が強い。

本発明の目的は、レーザー光による光入射端面の損傷が抑止されるレーザーガイド用光ファイバ及びそれを備えたレーザーガイドを提供することである。

上記目的を達成する本発明のレーザーガイド用光ファイバは、レーザー光を伝送するのに用いられるものであって、
コア及びクラッドを有する光ファイバ本体と、
上記光ファイバ本体の光入射端側に一体に設けられていると共に、少なくとも光導波部分が純粋石英ガラスで形成された石英チップと、
を備え、
上記石英チップは、その光入射端面に表面溶融処理が施されていることを特徴とする。

本発明のレーザーガイドは、本発明のレーザーガイド用光ファイバが可撓管に挿通されると共に該レーザーガイド用光ファイバの両端のそれぞれに光コネクタが取り付けられたことを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ本体の光入射端側に石英チップが一体に設けられていると共に、その少なくとも光導波部分が純粋石英ガラスで形成され、また、その表面溶融処理による平滑な光入射端面で耐光強度が高められ、しかも、端面でのスポット径を大きくでき、その結果、光入射端面の損傷を抑止することができる。

以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザーガイド１０を示す。

このレーザーガイド１０は、医療分野におけるレーザーメスや機械加工分野におけるレーザー加工機において、レーザーガイドのレーザー光伝送用導波路として用いられるものである。

このレーザーガイド１０は、レーザーガイド用光ファイバ１００がＳＵＳ管等の可撓管１１に挿通されると共に、レーザーガイド用光ファイバ１００の両端のそれぞれに金属製の光コネクタ１２が取り付けられた構成となっている。

図２（ａ）及び（ｂ）は、レーザーガイド用光ファイバ１００を示す。

このレーザーガイド用光ファイバ１００は、光ファイバ本体１１０とその光入射端側に融着して一体に設けられた石英チップ１２０とを備えている。

光ファイバ本体１１０は、石英ガラスで形成されており、ファイバ中心のコア１１１とそれを被覆するクラッド１１２とを有する。光ファイバ本体１１０は、例えば、ファイバ長が１００ｍｍ〜１０００ｍ、ファイバ径が１２５〜２５００μｍ、コア径が１０〜２０００μｍに形成されている。

光ファイバ本体１１０は、純粋石英ガラスでコア１１１が形成されたＳＩ型光ファイバで構成されていても、或いは、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされた石英ガラスでコア１１１が形成されたＧＩ型光ファイバで構成されていてもよい。

前者の場合、クラッド１１２は、フッ素（Ｆ）等がドープされた石英ガラスで形成され、それによってコア１１１よりも屈折率が低い構成とされる。コア１１１の屈折率は１．４５〜１．４６である。クラッド１１２の屈折率は１．４２〜１．４５である。開口数（ＮＡ）は０．１〜０．３である。

後者の場合、クラッド１１２は、純粋石英ガラスで形成され、それによってコア１１１よりも屈折率が低い構成とされる。コア１１１の屈折率は１．４５〜１．５０である。クラッド１１２の屈折率は１．４２〜１．４５である。開口数（ＮＡ）は０．１〜０．５である。

石英チップ１２０は、純粋石英ガラスのみによって、光ファイバ本体１１０のファイバ径と略同径の円盤状に形成されている。石英チップ１２０は、厚みが例えば５０〜２０００μｍに形成されている。石英チップ１２０は、その光入射端面に表面溶融処理が施されて平滑に形成されている。

次に、レーザーガイド用光ファイバ１００の製造方法について、図２（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、光ファイバ本体１１０の光入射端側の端面と純粋石英ガラスのみで形成された石英ファイバ１２０’の一端面とを当接させ、その当接部分をバーナー等を用いて加熱溶融させることによりそれらを融着一体化させる。

続いて、石英ファイバ１２０’における融着位置から所定長さの位置にノッチを設け、そこでカッティングを行うことにより石英チップ１２０を切り出す（図２（ａ）の破線部）。

そして、図３（ｂ）に示すように、石英チップ１２０の端面、つまり、光入射端面にバーナー等の火炎を当てる、或いは、ＣＯ_２レーザー光等を照射することにより表面溶融処理を施し、表面を平滑化させる。なお、この表面溶融処理の前に研磨処理を行ってもよい。

このレーザーガイド用光ファイバ１００は、光ファイバ本体１１０部分がバッファ層及び被覆層で被覆された光ファイバ心線として用いられ、それが保護管に挿通されると共に両端部にコネクタが取り付けられ、その他の付属部品と共にレーザーガイドに構成される。

そして、このレーザーガイド用光ファイバ１００は、石英チップ１２０の光入射端面が光源から集光したレーザー光を受光する。レーザー光は石英チップ１２０を通過し、光ファイバ本体１１０のコア１１１がその集光密度の高められたレーザー光を受光して伝送する。従って、上記の石英チップ１２０の厚みは、光ファイバ本体１１０の開口数（ＮＡ）等が勘案されて、受光したレーザー光の全てが集光されて光ファイバ本体１１０のコア１１１に入射されるように設定される。

以上のような構成のレーザーガイド用光ファイバ１００によれば、光ファイバ本体１１０の光入射端側に純粋石英ガラスで形成された石英チップ１２０が一体に設けられており、それが、その表面溶融処理が施された平滑な光入射端面で受光するので、光入射端側の端面の耐光強度が高められ、しかも、端面でのスポット径を大きくでき、その結果、光入射端面の損傷を抑止することができる。

（実施形態２）
図４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態２のレーザーガイド用光ファイバ１００を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。

このレーザーガイド用光ファイバ１００は、光ファイバ本体１１０とその光入射端側に融着して一体に設けられた石英チップ１２０とを備えている。

石英チップ１２０は、ファイバ中心のコア１２１とそれを被覆するクラッド１２２とを有するＳＩ型光ファイバで構成され、光ファイバ本体１１０のファイバ径と略同径の円盤状に形成されている。ＳＩ型光ファイバの石英チップ１２０は、コア１２１が純粋石英ガラスで形成され且つコア径が光ファイバ本体１１０のコア径よりも大きく、クラッド１２２が、フッ素等がドープされた石英ガラスで形成され、それによってコア１２１よりも屈折率が低い構成となっている。石英チップ１２０は、例えば、コア径が１２５〜２５００ｍｍ、厚みが５０〜２０００μｍに形成されている。コア１２１の屈折率は１．４５〜１．４６である。クラッド１２２の屈折率は１．４２〜１．４５である。開口数（ＮＡ）は０．１〜０．３である。石英チップ１２０は、その光入射端面に表面溶融処理が施されて平滑に形成されている。

このレーザーガイド用光ファイバ１００は、光ファイバ本体１１０部分がバッファ層及び被覆層で被覆された光ファイバ心線として用いられ、それが保護管に挿通されると共に両端部にコネクタが取り付けられ、その他の付属部品と共にレーザーガイドに構成される。

そして、このレーザーガイド用光ファイバ１００は、石英チップ１２０の光入射端面が光源から集光したレーザー光を受光する。レーザー光は石英チップ１２０を通過し、光ファイバ本体１１０のコア１１１がその集光密度の高められたレーザー光を受光して伝送する。従って、上記の石英チップ１２０の厚みは、石英チップ１２０及び光ファイバ本体１１０の開口数（ＮＡ）等が勘案されて、受光したレーザー光の全てが集光されて光ファイバ本体１１０のコア１１１に入射されるように設定される。

その他の構成及び製造方法、並びに作用効果は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
図５は、実施形態３のレーザーガイド用光ファイバ１００を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。

このレーザーガイド用光ファイバ１００は、光ファイバ本体１１０とその光入射端側に融着して一体に設けられた石英チップ１２０とを備えている。

光ファイバ本体１１０は、石英ガラスで形成されており、ファイバ中心のコア１１１とそれを被覆するクラッド１１２とクラッド１１２をさらに被覆するサポート層１１３とを有する。光ファイバ本体１１０は、例えば、ファイバ長が１００ｍｍ〜１０００ｍ、ファイバ径が１２５〜２５００μｍ、コア径が１０〜２０００μｍ、クラッド径１１〜２４００μｍに形成されている。サポート層１１３は例えば純粋石英ガラスで形成されている。

石英チップ１２０は実施形態１と同一のものであっても実施形態２と同一のものであってもいずれでもよい。

その他の構成及び製造方法、並びに作用効果は実施形態１と同様である。

（試験評価１）
−実施例１−
ファイバ径６００μｍ及びコア径４００μｍのＧＩ型光ファイバ（コアの屈折率１．４８ゲルマニウムドープ石英ガラス、クラッド：屈折率１．４４ＢＦドープ石英ガラス）で構成された光ファイバ本体の光入射端側に、外径６００μｍの純粋石英ガラスのみで形成された厚さ１ｍｍの円盤状の石英チップを融着して一体に設け、その石英チップの光入射端面に表面溶融処理を施したものをレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて１ｍｓｅｃ及び１０ｐｐｓのＹＡＧレーザー光を入射させたところ、１００００パルスの照射後もレーザーガイド用光ファイバの光入射端面が破壊することはなかった。なお、ＹＡＧレーザー光は、光ファイバ本体の端面に照射したときに破壊する単パルスのＹＡＧレーザー光のレーザーパワー密度閾値の９５％のレーザーパワー密度を有するものである。

−比較例１−
実施例１において、石英チップを設けず、光ファイバ本体のみでレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて実施例１と同様のＹＡＧレーザー光を入射させたところ、初期段階でレーザーガイド用光ファイバの光入射端面が破壊した。

（試験評価２）
−実施例２−
ファイバ径６００μｍ及びコア径４００μｍのＧＩ型光ファイバ（コア：屈折率１．４８ゲルマニウムドープ石英ガラス、クラッド：屈折率１．４４ＢＦドープ石英ガラス）で構成された光ファイバ本体の光入射端側に、ファイバ径６００μｍ及びコア径４００μｍのＳＩ型光ファイバ（コア：純粋石英ガラス、クラッド：屈折率１．４４ＢＦドープ石英ガラス）で構成された厚さ１．５ｍｍの円盤状の石英チップを融着して一体に設け、その石英チップの光入射端面に表面溶融処理を施したものをレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて１ｍｓｅｃ、１０ｐｐｓのＹＡＧレーザー光を８．０８Ｊ入射させたところ、出射端から７．３６Ｊのレーザー出力を得ることができた。

−比較例２−
実施例２において、石英チップを設けず、光ファイバ本体のみでレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて１ｍｓｅｃ、１０ｐｐｓのＹＡＧレーザー光を１Ｊ入射させたところ、レーザーガイド用光ファイバの光入射端面が破壊した。

−実施例３−
ファイバ径６００μｍ及びコア径２００μｍのＳＩ型光ファイバ（コア：純粋石英ガラス、クラッド：屈折率１．４４ＢＦドープ石英ガラス）で構成された光ファイバ本体の光入射端側にファイバ径６００μｍ及びコア径４００μｍのＳＩ型光ファイバ（コア：純粋石英ガラス、クラッド：屈折率１．４４ＢＦドープ石英ガラス）で構成された厚さ１．５ｍｍの円盤状の石英チップを融着して一体に設け、その石英チップの光入射端面に表面溶融処理を施したものをレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて１ｍｓｅｃ、１０ｐｐｓのＹＡＧレーザー光を９．８２Ｊ入射させたところ、出射端から８．２９Ｊのレーザー出力を得ることができた。

−比較例３−
実施例３において、石英チップを設けず、光ファイバ本体のみでレーザーガイド用光ファイバを構成し、これにコネクタを取り付けて１ｍｓｅｃ、１０ｐｐｓのＹＡＧレーザー光を１Ｊ入射させたところ、レーザーガイド用光ファイバの光入射端面が破壊した。

本発明は、レーザー光を伝送するのに用いられるレーザーガイド用光ファイバ及びそれを備えたレーザーガイドについて有用である。

実施形態１に係るレーザーガイドの側面図である。 実施形態１のレーザーガイド用光ファイバの（ａ）斜視図及び（ｂ）分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態１に係るレーザーガイド用光ファイバの製造方法を示す説明図である。 実施形態２のレーザーガイド用光ファイバの（ａ）斜視図及び（ｂ）分解斜視図である。 実施形態３のレーザーガイド用光ファイバの（ａ）斜視図及び（ｂ）分解斜視図である。

符号の説明

１０ レーザーガイド
１１ 可撓管
１２ 光コネクタ
１００ レーザーガイド用光ファイバ
１１０ 光ファイバ本体
１１１ コア
１１２ クラッド
１１３ サポート層
１２０ 石英チップ
１２１ コア
１２１ クラッド

Claims (6)

1. レーザー光を伝送するのに用いられるレーザーガイド用光ファイバであって、
   コア及びクラッドを有する光ファイバ本体と、
   上記光ファイバ本体の光入射端側に一体に設けられていると共に、少なくとも光導波部分が純粋石英ガラスで形成された石英チップと、
   を備え、
   上記石英チップは、その光入射端面に表面溶融処理が施されていることを特徴とするレーザーガイド用光ファイバ。
2. 請求項１に記載されたレーザーガイド用光ファイバにおいて、
   上記光ファイバ本体は、ゲルマニウムがドープされた石英ガラスで上記コアが形成されたＧＩ型光ファイバで構成されていることを特徴とするレーザーガイド用光ファイバ。
3. 請求項１に記載されたレーザーガイド用光ファイバにおいて、
   上記石英チップが純粋石英ガラスのみで形成されていることを特徴とするレーザーガイド用光ファイバ。
4. 請求項１に記載されたレーザーガイド用光ファイバにおいて、
   上記石英チップは、純粋石英ガラスでコアが形成され且つコア径が上記光ファイバ本体のコア径よりも大きいＳＩ型光ファイバで構成されていることを特徴とするレーザーガイド用光ファイバ。
5. 請求項１に記載されたレーザーガイド用光ファイバにおいて、
   上記光ファイバ本体が上記クラッドを被覆するサポート層をさらに有することを特徴とするレーザーガイド用光ファイバ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたレーザーガイド用光ファイバが可撓管に挿通されると共に該レーザーガイド用光ファイバの両端のそれぞれに光コネクタが取り付けられたことを特徴とするレーザーガイド。

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