JP2010540986A - 光ファイバーコンタクト - Google Patents

Abstract

【課題】 ５０〜５００Ｗの範囲の光パワーを伝送するための光ファイバーコンタクトを提供する。
【解決手段】 この光ファイバーコンタクトは内部コア（１）とそのコア内で光線を伝送するための取巻きクラッディング（２）を持つ光ファイバーを含む。光ファイバーを機械的に安定化するためにいわゆるバッファー及びジャケットの形の追加の取巻き層（３）を含む。光ファイバーコンタクトの前方部（７）は好ましくはクラッディング（２）の材料と同様の材料から作られた透明管状部材（８）により取り巻かれており、この管状部材はクラッディングの外部円筒状表面に沿ってある長さ（１０）延びる。これは光パワー損失光線が光線としてコンタクトを離れるので、光パワー損失光線による加熱がないことを意味する。クラッディング（２）内を伝播するいかなる光線も分散するために、クラッディングは粗面化された層または透明材料の追加の層を備えている。透明材料の追加の層の場合、さらに最外層は粗面化されるべきである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、中位の大きさの光パワー、特に５０〜５００Ｗの範囲の光パワーを伝送するための光ファイバーコンタクト（ｆｉｂｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ）であって、内部コアとそのコア内で光線を伝送するため取巻きクラッディングを持つ光ファイバー、並びに光ファイバーを機械的に安定化するために追加の取巻き層または保護ジャケットを含むものに関する。

ファイバーのコアの外側の入射光線、またはファイバーコンタクトに反射した光線の場合に、光ファイバーコンタクトの損傷を避けるために、かかる光パワー損失を処理するための特定の方法が開発されている。低光パワーを伝送するときは、通常のタイプのファイバーコンタクトが使用されるかもしれないが、高光パワーの場合、ある種の冷却、例えば入射光パワー損失光線を流動冷却剤に少なくとも部分的に吸収するための手段が要求される。

数ｍＷから数ｋＷまでの範囲の光パワーを伝送するための光ファイバーケーブルは、工業用途で使用されることが多い。かかる用途のために特定のタイプのコンタクトが、異なる装置間で光線を伝送するために開発された。低光パワーのためには、ファイバーを中心に置くはめ輪に基づくＳＭＡと呼ばれるコンタクトタイプが従来から知られている。はめ輪は、より高い光パワーに耐えるために、金属またはセラミック材料から作られることができる。かかるコンタクトは小さくかつ低い製造コストであるが、コンタクトが厳しい加熱下に損傷されるかもしれない程、冷却能力が低いため、用途が制限されている。その理由のため、高い光パワーのための他のタイプのファイバーコンタクトが市場に存在し、それはある長さのファイバーが切り離されるという事実に基づいている。しかし、ほんの限られた能力の増加がこのタイプのコンタクト設計により達成されることができる。このコンタクトは、高い光パワーを伝送するかもしれないが、もし何らかの理由のために光線がファイバーのコアの外側に来るなら、コンタクトは破壊されるかもしれない。その理由のため、このタイプのコンタクトは１０分の数Ｗまでの光パワーのためにのみ使用されるべきである。

光システムでの損傷の主要な理由は加熱である。通常、光ファイバーはガラスから作られた内部コアと、どのような光パワー損失もなしにコア中への光線を「ロック」するためにコアの屈折率を越える屈折率を持つ一つ以上の取巻き層とを持つ。かかる取巻き層（単数または複数）はファイバーのクラッディングと呼ばれる。クラッディングの外側に、ファイバーを機械的に安定化するための一つ以上の保護層もある。これらの層はバッファーまたはジャケットと呼ばれ、それらは高い機械的能力に対して最適化されるが、それらは高い光パワーを取扱うための必要な光学的能力を持たない。クラッディング中に入る光線の場合、かかる光線は、取巻き保護層がクラッディングに連結されている領域までクラッディングを通して伝播する。これはファイバーの危険領域であり、従ってここでの損傷が予想される。

損傷に曝されるファイバーの別の危険領域は、支持要素と機械的接触状態にあるファイバーの部分である。クラッディングに伝送された光線はかかる接触点で洩れるかもしれず、ファイバーの損傷を起こすかもしれない。ファイバーがコンタクト中に組込まれるとすぐに、ファイバーはコンタクト本体中の正しい位置に維持されかつ中心に置かれなければならず、従ってファイバーを保持するために何らかの機械的要素が必要であり、それはまた、次いでファイバーと機械的接触状態になる。

望ましくない光パワーの光線を処理しかつファイバー要素を損傷に対して保護する種々の方法が既に知られている。高い光パワーのためのファイバーコンタクトでは、望ましくない光線はいわゆるモードストリッピングによりクラッディングから除去されることができる（例えばＥＰ０６１９５０８参照）。この場合、クラッディングは、クラッディング中に入る望ましくない光線を周辺に発散するために粗面化されることができる追加の層を備えている。ファイバーコンタクトを十分に大きくすることにより、そしてそれにより周辺に曝される外表面を十分に大きくすることにより、望ましくない加熱が減らされることができる（例えばＤＥ４３０５３１３参照）。また、望ましくない光パワーの光線が分散されるように他のタイプの冷却法、特にコンタクト内の内部水冷却による冷却法がある（ＥＰ０９１０８１０参照）。

ＳＥ０６００２６３−８には、高い光パワーのための光ファイバーコンタクトの別の例が記載されている。この場合、ファイバーの端面は、透明材料体、例えば石英から作られた棒またはいずれかの他のタイプの固形体と光接触状態にあり、光ファイバー端と連結している透明材料体は、ファイバー端の接触表面積を越える表面積を持ちかつ円錐デザインを持つ。透明体の表面のかかる設計により、より効率的な流動形状がファイバー端の周りに提供される。さらに、かかる表面は、入射光パワー損失光線並びにかかる入射光線のファイバーコンタクトの光軸に向けての屈折のための増大した面積を提供する。

今述べられた冷却法はまた、非常に高い光パワーのために使用されることができる。しかし、かかる光ファイバーコンタクトは複雑で、高価で、嵩張る。中位の大きさの光パワー光線（典型的には５０〜５００Ｗ）のために使用され、かつ複雑すぎずかつ嵩張らない光ファイバーコンタクトに対する要求がある。

本発明によれば、光ファイバーコンタクトの前方部は、光パワー損失光線がコンタクトのどのような加熱もなく光線の形でファイバーコンタクトを離れるように透明である。

本発明の好適実施態様によれば、光ファイバーコンタクトの前方部は、好ましくはクラッディング材料と同様の材料から作られた透明管状部材により取り巻かれている。管状部材はクラッディングの外部円筒状表面に沿ってある長さだけ延び、この長さの距離に沿ってクラッディングを取り巻きかつクラッディングに連結される。

さらに好適な実施態様によれば、管状部材及びファイバーは、前端で一緒に融合され単一の機械的構造を提供する。

以下において、本発明は添付図面に関してより詳細に説明されるであろう。

図１は、過熱されたときに典型的な光ファイバーコンタクト内で起こることを示す。

図２は、光ファイバーコンタクトの前方部が透明な管状部材により取り巻かれた、本発明による光ファイバーコンタクトを概略的に示す。

図３は、コンタクトの後方領域に配置された、不透明であるが光散乱部材を持つ代替実施態様を示す。

図４は、ファイバーコンタクトの第一用途例を示す。

図５は、ファイバーコンタクトの第二用途例を示す。

図６は、後方反射を最少にするための装置を示す。

図１には、ファイバーが入射光パワー損失光線に曝されるときに過熱されかつ損傷されるかもしれない領域を持つ通常の光ファイバーの一般的な設計が示されている。光ファイバーは、光線を伝送するために、例えば石英ガラスから作られた内部コア１と、例えばガラスまたはあるポリマーから作られかつどのような光パワー損失もなくコア中への光線を光学的に「ロック」するためにコアの屈折率を越える屈折率を持つ取巻きクラッディング２とを含む。クラッディングの外側には、ファイバーを機械的に安定化する保護ジャケットまたはバッファーの一つ以上の層３がある。これらの層は機械的な能力に対して最適化されかつ高い光パワーを取扱うために必要な光学的能力を必ずしも持たない。ファイバーはコンタクト部材中に組込まれるので、ファイバーはまた、いずれかの機械的要素により固定配置されなければならない。これらの外部の機械的要素は図１には示されていない。

クラッディング２中への入射光線４の場合、光線は、図中に矢印５により示されたクラッディングを通して、取巻き層３がクラッディングに連結されている図中に６により示された領域に伝播される。これはファイバーにとって危険な領域、すなわちファイバーの損傷を導くかもしれない過熱されることが多い領域である。ファイバー上の他の危険な領域は機械的要素がファイバーを支持しているそれらの領域である。これらの領域内でクラッディング内の光線は洩れるかもしれずかつ損傷を起こすかもしれない。ファイバーはこれらの領域内でファイバーコンタクトの中心に置かれるように支持されなければならない。

図２には、本発明に従って透明な前方部７を備えている光ファイバーコンタクトが示されている。これは、光パワー損失光線が光線としてコンタクトを離れるので、光パワー損失光線による加熱がないことを意味する。コア１とクラッディング２を持つファイバーは、好ましくはクラッディングと同様の材料、すなわちガラスまたは何らかのポリマーから作られ、クラッディングと同じ屈折率またはクラッディングよりわずかに高い屈折率を持つ透明管状部材８中に挿入される。透明な管状部材８は、クラッディングをある距離１０に沿って取巻いており、従って管状部材の内部円筒状表面はクラッディングの外部円筒状表面に適合される。前方端内では、管状部材とファイバーは機械的構造９を形成するために一緒に融合されることが好ましい。

クラッディング２上に、クラッディング表面のマット仕上げへの粗面化によって、またはクラッディングの屈折率に相当するかもしくはわずかに高い屈折率を持つさらなる層によって、図２中に点線２′により概略的に示されたモードストリッパーもまた設けられている。もし何らかの理由で光線がクラッディング中に入ると、かかる光線はクラッディングをある距離１０に沿って徐々に離れる。距離１０は、クラッディング内に残る光線が取巻き層または細部を傷つけないように十分に長くあるべきである。外部管状部材の少なくとも一つの円筒状表面、好ましくはその外方円筒状表面は、光線がコンタクトの末端の前にこのスリーブから反射されるようにクラッディングのように粗面化されるかまたはマット仕上げされることができる。この場合でさえ、距離１０は、光線の光パワーがコンタクトの後方部の要素及び接着ジョイントを傷つけないようなレベルまで減らされるように十分に長く選ばれるべきである。これは、接着ジョイント１１、及びロックナット１２及びリング１３のような不透明な機械的要素が、光線の光パワーが傷つけないような範囲まで減らされているので、これらの後方領域内で使用されることができることを意味する。透明管の長さは典型的には３０〜１００ｍｍであり、一方でその外径は典型的には１〜５ｍｍである。

ファイバーの端面は、ファイバーコンタクトの前方部７の透明管状部材８の外径に対して中心に置かれる。もし必要なら、表面の研削が中心合せのため実行されることができる。

図３には、ファイバーコンタクトの別の例が示されている。本発明によれば、この場合においても、そのコア１とクラッディング２を持つ光ファイバーが、好ましくはクラッディング材料と同様の材料、すなわちガラスまたは何らかのポリマーから作られた透明管状部材８中に挿入される。前方部で、スリーブとファイバーは一緒に融合されて機械的構造９を形成する。不透明で非吸収性であるが光散乱性のスリーブ部材１４が後部接着ジョイント１１のさらなる保護としてファイバーコンタクトの後方部に設けられる。これは、長さ１０が減らされることができることを意味する。不透明で非吸収性であるが光散乱性のスリーブ部材１４は、例えば酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）等から作られることができ、それはまた、クラッディングを取巻きかつ透明管の延長部を形成するように透明管状部材８と同じ外部寸法を持つことができる。この場合においても、ロックナット１２及びリング１３のような不透明機械的要素はコンタクトの後方領域に適用されることができる。

図４と５には、ファイバーコンタクトの幾つかの提案される用途が示されている。図４の用途では、ファイバーコンタクトの前方部は、円錐形開口１６を持つ支持要素１５により保持される。もし必要なら、この支持要素１５は非吸収性材料から作られることができる。ファイバーコンタクトの前方部及び後方部の機械的設計は、ファイバーコンタクトの外部透明管状部材８、円筒状ハウジング１８、前方支持要素１５及び後方支持リング１２，１３の間に形成された中空部１７を与える。この中空部１７により、光パワー損失は増大した表面にわたり分散され、それは過熱及び損傷の危険が最少化されることを意味する。

図５には、ファイバーコンタクトが熱伝導材料から作られた取巻き体２０の実質的に円筒状の案内部材１９中に配置されている別の用途が示されている。もし必要なら、この取巻き体は水冷のための通路２１を備えることができる。

もしファイバーコンタクトが光後方反射に影響されやすい装置と一緒に使用されるなら、ファイバーコンタクトの前方端２２は研削により傾斜されかつ研磨されてもよい。図６参照。後方反射の場合、光線は、ファイバーコンタクトの傾斜されかつ研磨された端部表面により偏向される。

本発明は、ここに示された例に限定されず、以下の請求項の範囲内で変更されることができる。

Claims (12)

1. 中位の大きさの光パワー、特に５０〜５００Ｗの範囲の光パワーを伝送するための光ファイバーコンタクトであって、それが内部コア（１）とそのコア内で光線を伝送するための取巻きクラッディング（２）を持つ光ファイバー、並びに光ファイバーを機械的に安定化するために追加の取巻き層（３）を含むものにおいて、光ファイバーコンタクトの前方部（７）が、好ましくはクラッディング（２）の材料と同様の材料から作られた透明管状部材（８）により取り巻かれており、この管状部材がクラッディングの外部円筒状表面に沿ってある長さ（１０）延びていること、及びクラッディング（２）内で伝播するいかなる光線も分散するためにモードストリッパー（２′）がクラッディング（２）に付与されていることを特徴とする光ファイバーコンタクト。
2. モードストリッパー（２′）がクラッディング（２）の粗面化を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
3. モードストリッパー（２′）が、粗面を持ちかつクラッディング（２）に付与された透明材料の追加の層を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
4. 透明管状部材（８）が前記長さ（１０）に沿ってクラッディング（２）を取巻くことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
5. 透明管状部材（８）及びファイバーが、コンタクトの前方部（７）の前端で一緒に融合されて機械的構造（９）を形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
6. 透明管状部材（８）が１〜５ｍｍの外径と３０〜１００ｍｍの長さを持つことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
7. 管状部材の少なくとも一つの円筒状表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
8. 不透明で非吸収性であるが光散乱性のスリーブ部材（１４）が、コンタクトの後方領域に付与され、クラッディングを取巻きかつ前記透明管状部材（８）の延長部を形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
9. 前記不透明で非吸収性であるが光散乱性のスリーブ部材（１４）が、酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）等から作られ、透明管状部材（８）と実質的に同じ外径を持つことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバーコンタクト。
10. 光ファイバーコンタクトの前方部（７）が、円錐形開口（１６）を持つ前方支持要素（１５）により保持されていること、及び光ファイバーコンタクトの前方部（７）及び後方部が、光ファイバーコンタクトの外部透明管状部材（８）、円筒状ハウジング（１８）、前方支持要素（１５）及び後方リング形状支持要素（１２，１３）の間に形成された中空部（１７）を与えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーコンタクト。
11. 前方支持要素（１５）が非吸収性材料から作られていることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバーコンタクト。
12. 光ファイバーコンタクトの前端（２２）が、後方反射光線を偏向するために傾斜された研削及び研磨表面を持つことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバーコンタクト。

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