JP2016009106A - End structure of optical fiber and light irradiation component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバの端部構造及び光照射部品に関し、特にコアとクラッドとを備えた光ファイバの一方の端部に設けられた端部構造及びこの端部構造を有する光ファイバを備えた光照射部品に関するものである。 The present invention relates to an end structure of an optical fiber and a light irradiation component, and more particularly to an end structure provided at one end of an optical fiber including a core and a clad and an optical fiber having this end structure. The present invention relates to a light irradiation component.
光ファイバは、通信用途、レーザ伝送用途、センサ用途、医療用途など様々な用途に利用されている。例えば太陽光エネルギーの効果的利用のため、太陽光を光導体ケーブル（光ファイバ）に導入して反対側の端部から光を放出して照明として利用する技術が開示されている（特許文献１）。この特許文献１では、光導体ケーブルの光放出部分の表面に螺旋状の溝を刻設することにより、部屋の照明として部屋内に均一に光を放出することが開示されている。 Optical fibers are used in various applications such as communication applications, laser transmission applications, sensor applications, and medical applications. For example, for the effective use of solar energy, a technique is disclosed in which sunlight is introduced into a light guide cable (optical fiber), light is emitted from the opposite end, and used as illumination (Patent Document 1). ). In this patent document 1, it is disclosed that light is uniformly emitted into a room as room illumination by forming a spiral groove on the surface of the light emitting portion of the light guide cable.
また、医療の分野での光ファイバの利用例として、例えば、光線力学的治療法（ＰＤＴ：photodynamic therapy）や光線力学診断法（ＰＤＤ：Photodynamic Diagnosis）といったものを挙げることができる。 Examples of the use of optical fibers in the medical field include, for example, photodynamic therapy (PDT) and photodynamic diagnosis (PDD).
光線力学療法とは、光感受性薬（Photosensitizer）を生体に導入すると、胃、肺などの癌の部位に光感受性薬の薬剤が選択的に集中することを利用して、薬剤が選択的に集中した癌の部位に特定の波長の光を照射して癌細胞を破壊する療法である。また光線力学診断法とは、胃、肺などの癌の部位に光感受性薬の薬剤が選択的に集中することを利用して、特定波長の光を照射し、その蛍光から、胃、肺などの癌細胞の広がり範囲を把握する診断方法である。 With photodynamic therapy, when a photosensitizer is introduced into a living body, the drug selectively concentrates on cancer sites such as the stomach and lungs. It is a therapy that destroys cancer cells by irradiating light of a specific wavelength to the part of the cancer. The photodynamic diagnosis method uses the selective concentration of photosensitizer drugs on cancerous parts such as the stomach and lungs, irradiates light of a specific wavelength, and the fluorescence from the stomach and lungs. It is a diagnostic method to grasp the spread range of cancer cells.
このような光の照射に光ファイバが利用される。例えば、生体内の管状組織に挿入可能な光ファイバであって、ガラスコア層と、ガラスコア層を被覆する被覆コア層と、被覆コア層を被覆し、かつ光ファイバの長手方向において複数の開口部を備えるクラッド層とを備え、光ファイバの長手方向において開口部の幅は、光ファイバの入口部分において狭く、入口部分から光ファイバの長手方向において離隔するにしたがって、広く形成されることを特徴とする光ファイバが開示されている（特許文献２）。このような構成とすることにより、開口部において光ファイバの側面から光を放出することができて、光ファイバの長さの方向にシフトするにしたがって、光パワーは急激には減衰せず、緩やかに減衰するか、実質的にほとんど平坦な出力特性が得られる、という特徴を有しているとの記載がされている。 An optical fiber is used for such light irradiation. For example, an optical fiber that can be inserted into a tubular tissue in a living body, and includes a glass core layer, a coated core layer that covers the glass core layer, a coated core layer, and a plurality of openings in the longitudinal direction of the optical fiber. A width of the opening in the longitudinal direction of the optical fiber is narrow at the entrance portion of the optical fiber, and wider as it is separated from the entrance portion in the longitudinal direction of the optical fiber. An optical fiber is disclosed (Patent Document 2). With such a configuration, light can be emitted from the side surface of the optical fiber at the opening, and the optical power is not attenuated rapidly as it shifts in the direction of the length of the optical fiber. It is described that it has a characteristic that the output characteristic is attenuated or a substantially flat output characteristic is obtained.
特許文献１，２には、光ファイバの側面からファイバ長手方向に沿って均一な強度で光を放出する技術が開示されている。このように光ファイバの側面から光を放出する他の方法としては、エッチングやサンドブラスト等で光ファイバ側面を粗面とする方法がある。 Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for emitting light with uniform intensity from the side surface of the optical fiber along the longitudinal direction of the fiber. As another method for emitting light from the side surface of the optical fiber as described above, there is a method in which the side surface of the optical fiber is roughened by etching or sandblasting.
しかしながら、エッチングやサンドブラスト等で光ファイバ側面を粗面とするとファイバの機械的強度が低下するとともに、ファイバ長手方向に沿っての光の強度が不均一になる。すなわち、光ファイバ先端に近づくにつれて光の強度が低下する。さらには側面から十分に光を放出して、光ファイバ先端からの放出光を小さくするためには粗面とする光ファイバの長さを長くする必要があり、体内で使用するのには不利である。 However, if the side surface of the optical fiber is roughened by etching, sandblasting, or the like, the mechanical strength of the fiber decreases and the intensity of light along the longitudinal direction of the fiber becomes nonuniform. That is, the intensity of light decreases as it approaches the tip of the optical fiber. Furthermore, in order to sufficiently emit light from the side surface and to reduce the emitted light from the tip of the optical fiber, it is necessary to increase the length of the rough optical fiber, which is disadvantageous for use in the body. is there.
また、特許文献１に開示された溝のピッチが光の進行方向に沿って順次短くなっている技術では、ファイバ長手方向に沿っての光の強度を均一にしやすくはなるが、側面から光のほとんどを放出させようとすると、溝を設ける部分の長さを短くすることができない。 In the technique disclosed in Patent Document 1, in which the pitch of the grooves is sequentially shortened along the light traveling direction, the light intensity along the fiber longitudinal direction can be easily made uniform. If almost all is to be discharged, the length of the portion where the groove is provided cannot be shortened.
特許文献２に開示された技術も特許文献１と同様に、ファイバ長手方向に沿っての光の強度を均一にしやすくはなるが、側面から光のほとんど全てを放出させようとすると、溝を設ける部分の長さを短くすることができないという問題があった。 Similarly to Patent Document 1, the technique disclosed in Patent Document 2 can easily make the light intensity along the longitudinal direction of the fiber uniform. However, if almost all of the light is emitted from the side surface, a groove is provided. There was a problem that the length of the portion could not be shortened.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長手方向において均一な強度で、且つ短い区間において入射光のほぼ全てをファイバ側面から放出する光ファイバの端部構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an end portion of an optical fiber that emits substantially all of incident light from a fiber side surface in a short section with uniform intensity in a longitudinal direction. To provide a structure.
本発明の光ファイバの端部構造は、コアとクラッドとを備えた光ファイバの一方の端部に設けられた端部構造であって、前記光ファイバの前記一方の端部には先細のテーパ形状を有するテーパ部が存しており、前記テーパ部には、前記コアにまで達しているらせん状の溝、又は複数のリング状の溝が設けられている構成を備えている。 The end structure of the optical fiber of the present invention is an end structure provided at one end of an optical fiber having a core and a cladding, and the one end of the optical fiber is tapered. A tapered portion having a shape exists, and the tapered portion is provided with a configuration in which a spiral groove or a plurality of ring-shaped grooves reaching the core is provided.
前記テーパ部の少なくとも一部において、前記コアが露出していることが好ましい。 It is preferable that the core is exposed in at least a part of the tapered portion.
前記光ファイバの中心軸から前記溝までの距離は、前記一方の端部の先端にいくに連れて小さくなっていることが好ましい。 It is preferable that the distance from the central axis of the optical fiber to the groove decreases as it goes to the tip of the one end.
前記一方の端部の先端は、角が取られて丸みを帯びた形状を有していることが好ましい。 It is preferable that the tip of the one end has a rounded shape with rounded corners.
前記テーパ部の長さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。 The length of the tapered portion is preferably 10 mm or less.
本発明の光照射部品は、上記の端部構造を有する光ファイバを備えた光照射部品であって、前記光ファイバは前記クラッドの外面に保護被覆を備えているとともに、少なくとも前記端部構造の部分には前記保護被覆が存しておらず、前記端部構造には透光性保護部材が被せられている構成を備えている。ここで、透光性保護部材の透光性とは、光ファイバから放出される光の透光性保護部材の通過後の強度割合が７５％以上であることをいう。 A light irradiation component of the present invention is a light irradiation component including an optical fiber having the above-described end structure, and the optical fiber includes a protective coating on an outer surface of the cladding, and at least of the end structure. The protective coating is not present on the portion, and the end structure has a configuration in which a translucent protective member is covered. Here, the translucency of the translucent protective member means that the intensity ratio of light emitted from the optical fiber after passing through the translucent protective member is 75% or more.
前記透光性保護部材は、前記保護被覆に固定されていることが好ましい。 The translucent protective member is preferably fixed to the protective coating.
前記透光性保護部材の内面と前記端部構造の表面との間には隙間が存していることが好ましい。隙間が存しているとは、透光性保護部材の内側の面と端部構造の表面とが非接触であって、両者の間に空間があることである。 It is preferable that a gap exists between the inner surface of the translucent protective member and the surface of the end structure. The presence of a gap means that the inner surface of the translucent protective member and the surface of the end structure are not in contact with each other and there is a space between them.
本発明では、光ファイバの端部にテーパ部を設け、そのテーパ部にさらに溝を設けることにより、短い区間において、光ファイバの側面から長手方向に均一な強度で、入射光のほぼ全てを放射することができる。 In the present invention, by providing a tapered portion at the end of the optical fiber and further providing a groove in the tapered portion, almost all of the incident light is radiated from the side surface of the optical fiber with a uniform intensity in the longitudinal direction in a short section. can do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity.
（実施形態１）
実施形態１に係る光ファイバ１０の端部構造を図１に模式的に示す。光ファイバ１０は中心軸とその周りに光を通過させるコアを有し、コアの周囲にクラッドを有している。
(Embodiment 1)
An end structure of the optical fiber 10 according to the first embodiment is schematically shown in FIG. The optical fiber 10 has a central axis and a core through which light passes, and a cladding around the core.
この光ファイバ１０の一方の端部にはテーパ部２０が形成されている。テーパ部２０は数ｍｍから数十ｍｍの長さであって、ファイバ先端にいくに連れて径が小さくなる先細の形状を有している。長手方向において、テーパ部２０の途中から先はクラッドが全て除去されて、コアが剥き出しなっていることが好ましい。本実施形態ではテーパ部２０の一部においてコアが露出している。テーパ部２０の先端、すなわち、光ファイバ１０の先端３０は角が取られて丸みを帯びた形状であって、曲面で構成されている。 A tapered portion 20 is formed at one end of the optical fiber 10. The tapered portion 20 has a length of several mm to several tens mm, and has a tapered shape whose diameter decreases as it goes to the fiber tip. In the longitudinal direction, it is preferable that the clad is completely removed from the middle of the taper portion 20 to expose the core. In the present embodiment, the core is exposed at a part of the tapered portion 20. The tip of the taper portion 20, that is, the tip 30 of the optical fiber 10 has a rounded shape with rounded corners, and is configured by a curved surface.
テーパ部２０には螺旋状の溝４０が設けられている。この溝４０はファイバ中心軸にそって螺旋状にほぼ先端３０まで形成されており、コアにまで達する深さを有している。溝４０の深さは一定にしている。従って、光ファイバ１０の中心軸から溝４０までの距離は、先端３０にいくに連れて小さくなっている。 The tapered portion 20 is provided with a spiral groove 40. The groove 40 is spirally formed along the fiber center axis up to the tip 30 and has a depth reaching the core. The depth of the groove 40 is constant. Accordingly, the distance from the central axis of the optical fiber 10 to the groove 40 becomes smaller as going to the tip 30.
本実施形態の光ファイバ１０の端部構造では、図１の左側から光ファイバ１０内を光が通ってくると、溝４０のコアに達した部分から光が光ファイバ１０外に放射される。 In the end structure of the optical fiber 10 of the present embodiment, when light passes through the optical fiber 10 from the left side of FIG. 1, light is radiated out of the optical fiber 10 from the portion reaching the core of the groove 40.
ここで図３に示すような、テーパ部がない通常の光ファイバ１１の端部に螺旋状の溝４１を設けた端部構造からの光の放射を考えてみる。溝４１は一定の深さであってコアにまで達しているので、図３の左側から光ファイバ１１中を光が進んできた場合、まず螺旋の左端の溝４１において光が光ファイバ１１の外部へ放射される。外部へ放射される光の量（強度）は、その溝４１の部分に到達した光ファイバ１１中の光の量（強度）に比例する。仮に、溝４１の左端の螺旋溝一周分の区間において到達光の５％が放射される（放射率５％）とすると、溝４１の深さは光ファイバ１１の先端３１まで同じであり、コアに刻まれた溝の深さも一定の同じ深さであるため、長手方向において溝４１のどの部分でも放射率は同じ螺旋溝一周分当たり５％となる。従って、溝４１が設けられている部分では光ファイバ１１中の光は減衰していくので、それに伴い、溝４１から放射される光も先端３１に向かうに従って減衰していく。 Consider light emission from an end structure in which a spiral groove 41 is provided at the end of a normal optical fiber 11 having no taper as shown in FIG. Since the groove 41 has a certain depth and reaches the core, when light travels through the optical fiber 11 from the left side of FIG. 3, the light is first transmitted to the outside of the optical fiber 11 in the groove 41 at the left end of the spiral. To be emitted. The amount (intensity) of light radiated to the outside is proportional to the amount (intensity) of light in the optical fiber 11 that has reached the portion of the groove 41. Assuming that 5% of the reaching light is emitted in the section of the spiral groove at the left end of the groove 41 (emissivity 5%), the depth of the groove 41 is the same up to the tip 31 of the optical fiber 11, and the core Since the depths of the grooves carved in are also the same constant depth, the emissivity is 5% per round of the same spiral groove in any part of the groove 41 in the longitudinal direction. Accordingly, the light in the optical fiber 11 is attenuated at the portion where the groove 41 is provided, and accordingly, the light emitted from the groove 41 is attenuated toward the tip 31.
一方、本実施形態の光ファイバ１０の端部構造では、テーパ部２０が存していて、そのテーバ部２０に溝４０が形成されているので、光の放射率が先端３０にいくに連れて大きくなっている。そのため溝４０から放射される光は、テーパ角度と溝の深さ、溝のピッチを適切に調整することにより、長手方向において量（強度）を一定とすることができる。 On the other hand, in the end structure of the optical fiber 10 of the present embodiment, the taper portion 20 exists and the groove 40 is formed in the taber portion 20, so that the light emissivity goes to the tip 30. It is getting bigger. Therefore, the amount (intensity) of light emitted from the groove 40 can be made constant in the longitudinal direction by appropriately adjusting the taper angle, the groove depth, and the groove pitch.
さらにはテーパ部２０を設けることにより光を外部に放出させる効率を高めることができるため、長手方向における溝４１を形成した部分のファイバ長さが相対的に短くても、先端３０から放出される残留光の量（強度）を十分に小さくする（例えば５％未満）ことができる。テーパ部２０に入射する光の強度（全パワー）に対する、先端３０から放出される残留光の割合（残留パワー）を図３に示す式で表すと、本実施形態では外部放射の区間が短くても残留パワーを小さくすることができる。 Furthermore, since the efficiency of emitting light to the outside can be increased by providing the tapered portion 20, even if the fiber length of the portion where the groove 41 is formed in the longitudinal direction is relatively short, the light is emitted from the tip 30. The amount (intensity) of residual light can be made sufficiently small (for example, less than 5%). If the ratio (residual power) of the residual light emitted from the tip 30 to the intensity (total power) of the light incident on the tapered portion 20 is expressed by the expression shown in FIG. 3, the section of external radiation is short in this embodiment. Also, the residual power can be reduced.
また、テーパ部２０においてテーパの途中からコアが露出するような構成にすると、溝４０形成部分の長さがより短くても残留パワーを十分に小さくすることができる。ファイバ長手方向において、テーパ部２０における溝４０形成領域の長さのうちコアが露出している部分が５０％以上であることが好ましい。 Further, when the taper portion 20 is configured such that the core is exposed from the middle of the taper, the residual power can be sufficiently reduced even if the length of the groove 40 forming portion is shorter. In the longitudinal direction of the fiber, the portion where the core is exposed in the length of the groove 40 forming region in the tapered portion 20 is preferably 50% or more.
さらに図３に示す光ファイバ１１では、先端３１が平面でファイバ側面との間が直角であって角があり、このような構造では残留光がファイバ中心軸に沿って放射される。一方本実施形態の光ファイバ１０の端部構造は、光ファイバ１０の先端３０が角が取られていて丸みを帯びており、先端面も曲面であるため、残留光がファイバ中心軸方向以外の周囲に広がり、この点でもファイバ側方へ放射される光の量を増やすことができる。 Furthermore, in the optical fiber 11 shown in FIG. 3, the tip 31 is flat and has a right angle and a corner between the side surfaces of the fiber. In such a structure, residual light is radiated along the fiber central axis. On the other hand, the end structure of the optical fiber 10 of the present embodiment is that the tip 30 of the optical fiber 10 is rounded and rounded, and the tip surface is also a curved surface. The amount of light that spreads around and radiates to the side of the fiber can also be increased in this respect.
図２に、上述の光ファイバ１０を用いた光照射部品１００を示す。この光照射部品１００は、外面が樹脂等からなる保護被覆５０により覆われて保護された光ファイバ１０の一方の端部において、保護被覆５０を一部除去してテーパ部２０及び溝４０を形成したものを用い、テーパ部２０を保護するために透明なガラス製のキャップ（透光性保護部材）６０を被せている。キャップ６０はテーパ部２０全体を覆っているが、説明がしやすいように、図２ではキャップ６０のみを切断して断面として示している。保護被覆５０は、光ファイバ１０のクラッドの外面に設けられている。 In FIG. 2, the light irradiation component 100 using the above-mentioned optical fiber 10 is shown. In this light irradiation component 100, at one end portion of the optical fiber 10 whose outer surface is covered and protected by a protective coating 50 made of resin or the like, the protective coating 50 is partially removed to form the tapered portion 20 and the groove 40. In order to protect the taper portion 20, a transparent glass cap (translucent protection member) 60 is covered. The cap 60 covers the entire tapered portion 20, but for ease of explanation, only the cap 60 is shown as a cross section in FIG. The protective coating 50 is provided on the outer surface of the clad of the optical fiber 10.
キャップ６０は透明なガラス製であって、溝４０から放射される光を７５％以上透過させる。 The cap 60 is made of transparent glass and transmits 75% or more of the light emitted from the groove 40.
キャップ６０の内面６２とテーパ部２０表面との間には隙間があって、キャップ６０とテーバ部２０とが接触してしまうことを防いでいる。これにより本実施形態に係る端部構造が傷ついてしまうことを防いでいる。また、キャップ６０は保護被覆５０に固定されている。図示は省略しているが、キャップ６０と保護被覆５０とは、接着剤により接着されて固定されている。 There is a gap between the inner surface 62 of the cap 60 and the surface of the tapered portion 20 to prevent the cap 60 and the taber portion 20 from contacting each other. This prevents the end structure according to the present embodiment from being damaged. The cap 60 is fixed to the protective coating 50. Although illustration is omitted, the cap 60 and the protective coating 50 are bonded and fixed by an adhesive.
また、図１に示すように溝４０から放射される光は、斜め前方に強く放出される。なお前方とはファイバ中の光の進行方向であって、中心軸に沿った先端３０方向である。光の向きが斜め前方であるので、放射光が保護被覆５０や、保護被覆５０とキャップ６０との間の接着剤に当たりにくく、そのため保護被覆５０や接着剤の光による劣化や焼損を防ぐことができる。 Further, as shown in FIG. 1, the light emitted from the groove 40 is strongly emitted obliquely forward. The forward direction is the traveling direction of light in the fiber, and is the direction of the tip 30 along the central axis. Since the direction of light is obliquely forward, the emitted light is less likely to hit the protective coating 50 or the adhesive between the protective coating 50 and the cap 60, thereby preventing the protective coating 50 and the adhesive from being deteriorated or burned out by light. it can.
本実施形態の光ファイバ１０を用いた光照射部品１００は、光を放射するテーパ部２０の長さが小さいためキャップ６０部分の長さを小さくできるので、医療用光照射部品として体内に挿入する場合に体への負担を少なくすることができる。 The light irradiation component 100 using the optical fiber 10 according to the present embodiment is inserted into the body as a medical light irradiation component because the length of the cap portion 60 can be reduced because the length of the tapered portion 20 that emits light is small. In some cases, the burden on the body can be reduced.
次に、本実施形態の光ファイバ１０の端部構造の製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of the edge part structure of the optical fiber 10 of this embodiment is demonstrated.
保護被覆５０付きの光ファイバ１０を用意して、一方の端部の保護被覆５０を必要な長さ分除去する。 The optical fiber 10 with the protective coating 50 is prepared, and the protective coating 50 at one end is removed by a necessary length.
それから、光ファイバ１０をファイバ中心軸周りに回転させながら、光ファイバ１０にレーザ光を照射して光ファイバ１０の表面を蒸散させてテーパ部２０を形成する。このときファイバ中心軸に対して垂直にレーザ光を照射することが好ましい。レーザ光を固定して光ファイバ１０を中心軸方向に移動させ、その移動速度を変えることでテーパ部２０を形成することが好ましいが、レーザ光の方を移動させても構わない。 Then, while rotating the optical fiber 10 around the fiber center axis, the optical fiber 10 is irradiated with laser light to evaporate the surface of the optical fiber 10 to form the tapered portion 20. At this time, it is preferable to irradiate the laser beam perpendicularly to the fiber central axis. The tapered portion 20 is preferably formed by fixing the laser beam and moving the optical fiber 10 in the central axis direction and changing the moving speed, but the laser beam may be moved.
さらに、テーパ部２０の形成と同様に光ファイバ１０を回転させてレーザ光を照射する方法により溝４０を形成する。溝４０の形成では、光ファイバ１０の回転速度と中心軸方向の移動速度を調整して、溝４０の深さと螺旋のピッチを調節する。 Further, the groove 40 is formed by a method of rotating the optical fiber 10 and irradiating the laser beam in the same manner as the formation of the tapered portion 20. In forming the groove 40, the depth of the groove 40 and the pitch of the spiral are adjusted by adjusting the rotational speed of the optical fiber 10 and the moving speed in the central axis direction.
このようにして、テーパ部２０及び溝４０を備えた端部構造を形成する。この後、キャップ６０を端部構造に被せて固定し、光照射部品１００を作製する。 In this manner, an end structure including the tapered portion 20 and the groove 40 is formed. Thereafter, the cap 60 is put on the end structure and fixed, and the light irradiation component 100 is manufactured.
このようにレーザ光で条件を選んで製造すると、図８に示すように溝４０の底およびテーパ部２０の表面との境界部分が丸みを帯びる。このように溝４０に角がなく、丸みを帯びていると光の放射方向が一方向だけではなく広がりがでるため、側方への光放射の均一性が向上する。 When the laser beam is selected and manufactured in this way, the boundary between the bottom of the groove 40 and the surface of the tapered portion 20 is rounded as shown in FIG. Thus, if the groove 40 has no corners and is rounded, the light emission direction spreads not only in one direction, but the uniformity of light emission to the side is improved.
＜実施例と比較例＞
−実施例−
図４に実施例に係る光ファイバ１２の端部構造の模式図と光ファイバ１２側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１２は石英からなっており、径が６００μｍ、コア径が５５０μｍであり、クラッドの厚みが２５μｍである。光ファイバ１２のＮＡは０．２２である。光ファイバ１２の一方の端部に設けられたテーパ部２２の長さは１０ｍｍであり、先端３２の径が３５０μｍである。従って先端３２から８ｍｍまでの間においてはクラッドが存しておらず、コアが露出している。テーパ部２２には深さ４０μｍ、螺旋ピッチ３４０μｍの螺旋状の溝４２が設けられている。放射強度分布は、ＣＣＤカメラによりファイバ側面から撮影した画像において、各ピクセル毎の強度を解析することにより得られたものである。
<Examples and comparative examples>
-Example-
FIG. 4 shows a schematic diagram of the end structure of the optical fiber 12 according to the embodiment and the measurement result of the radiation intensity distribution of light toward the side of the optical fiber 12. The optical fiber 12 is made of quartz, has a diameter of 600 μm, a core diameter of 550 μm, and a cladding thickness of 25 μm. The NA of the optical fiber 12 is 0.22. The length of the tapered portion 22 provided at one end of the optical fiber 12 is 10 mm, and the diameter of the tip 32 is 350 μm. Therefore, no clad exists between the tip 32 and 8 mm, and the core is exposed. The tapered portion 22 is provided with a spiral groove 42 having a depth of 40 μm and a spiral pitch of 340 μm. The radiation intensity distribution is obtained by analyzing the intensity of each pixel in an image taken from the side of the fiber with a CCD camera.
この光ファイバ１２に他方の端部からＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ、強度３ｍＷ）の光を入射させたところ、テーパ部２２において光ファイバ１２の側方へ光が放射されて、図４（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の強度分布がほぼ均一であった。また、図３に示す式で算出した残留パワーは３％未満であった。 When light of a He—Ne laser (wavelength 633 nm, intensity 3 mW) is incident on the optical fiber 12 from the other end, light is emitted to the side of the optical fiber 12 at the tapered portion 22, and FIG. ), The emitted light had a substantially uniform intensity distribution in the longitudinal direction. Further, the residual power calculated by the equation shown in FIG. 3 was less than 3%.
−比較例１−
図５に比較例１に係る光ファイバ１４の端部構造の模式図と光ファイバ１４側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１４の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１４の一方の端部には光放射部７４が設けられており、その長さは３０ｍｍである。光放射部７４にはテーパが施されておらず、単に溝４４が形成されているのみである。溝４４は、螺旋状であって深さ９０μｍ、螺旋ピッチ１１００μｍである。
-Comparative Example 1-
FIG. 5 shows a schematic diagram of the end structure of the optical fiber 14 according to the comparative example 1 and the measurement result of the radiation intensity distribution of the light toward the side of the optical fiber 14. The material, structure, and diameter of the optical fiber 14 are the same as those of the optical fiber 12 of the embodiment. A light radiating portion 74 is provided at one end of the optical fiber 14 and has a length of 30 mm. The light emitting portion 74 is not tapered, and only the groove 44 is formed. The grooves 44 are spiral and have a depth of 90 μm and a spiral pitch of 1100 μm.
この光ファイバ１４に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７４において光ファイバ１４の側方へ光が放射された。図５（ｂ）に示すように、放射された光は入射側に近い方が強度が大きく、先端３４にいくに連れて強度が低下していき、光放射部７４のうち先端側の長さの半分程度の部分では低強度で同じ程度の光が放出された。つまり、比較例１に係る光ファイバ１４では、光放射部７４に一定深さ一定ピッチの溝４４を設けているだけなので、最初に放射される光は高強度であるが、その後どんどんと強度が下がり、長手方向において強度分布が非常に不均一であった。また、光放射部７４が３０ｍｍと長く、残留パワーは５％であった。 When the same light as that of the example was made incident on the optical fiber 14 from the other end portion, the light was emitted to the side of the optical fiber 14 in the light emitting portion 74. As shown in FIG. 5B, the intensity of the emitted light is closer to the incident side, and the intensity decreases as it goes to the tip 34, and the length of the tip side of the light emitting portion 74 is reduced. About half of the light emitted the same amount of light at low intensity. That is, in the optical fiber 14 according to the comparative example 1, since the light radiating portion 74 is only provided with the grooves 44 having a constant depth and a constant pitch, the light emitted first has a high intensity, but thereafter the intensity gradually increases. The strength distribution was very uneven in the longitudinal direction. Moreover, the light emission part 74 was as long as 30 mm, and the residual power was 5%.
−比較例２−
図６に比較例２に係る光ファイバ１６の端部構造の模式図と光ファイバ１６側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１６の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１６の一方の端部には光放射部７６が設けられており、その長さは３０ｍｍである。光放射部７６にはテーパが施されておらず、単に溝４６が形成されているのみである。溝４６は螺旋状であって、深さは先端３６とは反対側のスタート部分が４５μｍ、先端３６では７５μｍであって先端３６にいくに連れて深くなっている。図６（ａ）では溝４６の幅が広くなっていくという描き方で、溝の深さが深くなっていくことを表している。また溝４６の螺旋ピッチは８４０μｍである。
-Comparative Example 2-
FIG. 6 shows a schematic diagram of the end structure of the optical fiber 16 according to Comparative Example 2, and the measurement result of the radiation intensity distribution of light toward the side of the optical fiber 16. The material, structure, and diameter of the optical fiber 16 are the same as those of the optical fiber 12 of the embodiment. A light emitting portion 76 is provided at one end of the optical fiber 16 and has a length of 30 mm. The light emitting portion 76 is not tapered, and only the groove 46 is formed. The groove 46 has a spiral shape, and the depth is 45 μm at the start portion opposite to the tip 36, and 75 μm at the tip 36, and becomes deeper toward the tip 36. FIG. 6A shows that the depth of the groove is increased by a drawing method in which the width of the groove 46 is increased. The spiral pitch of the grooves 46 is 840 μm.
この光ファイバ１６に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７６において光ファイバ１６の側方へ光が放射された。図６（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の強度分布がほぼ均一であった。しかしながら光放射部７６は３０ｍｍであり、実施例の３倍の長さである。また、残留パワーは１０％と大きかった。 When the same light as that of the example was made incident on the optical fiber 16 from the other end portion, the light was emitted to the side of the optical fiber 16 at the light emitting portion 76. As shown in FIG. 6B, the emitted light has a substantially uniform intensity distribution in the longitudinal direction. However, the light emitting portion 76 is 30 mm, which is three times as long as the embodiment. The residual power was as large as 10%.
−比較例３−
図７に比較例３に係る光ファイバ１８の端部構造の模式図と光ファイバ１８側方への光の放射強度分布の測定結果を示す。光ファイバ１８の材質や構造、径は実施例の光ファイバ１２と同じである。光ファイバ１８の一方の端部には光放射部７８が設けられており、その長さは２０ｍｍである。光放射部７８にはテーパが施されておらず、単に溝４８が形成されているのみである。溝４８は螺旋状であって、深さは先端３８とは反対側のスタート部分が４５μｍ、先端３８では６５μｍであって先端３８にいくに連れて深くなっている。図７（ａ）では溝４８の幅が広くなっていくという描き方で、溝の深さが深くなっていくことを表している。また溝４８の螺旋ピッチは、比較例２よりも小さい５６０μｍである。
-Comparative Example 3-
FIG. 7 shows a schematic diagram of the end structure of the optical fiber 18 according to Comparative Example 3 and the measurement result of the radiation intensity distribution of light toward the side of the optical fiber 18. The material, structure, and diameter of the optical fiber 18 are the same as those of the optical fiber 12 of the embodiment. A light emitting portion 78 is provided at one end of the optical fiber 18 and has a length of 20 mm. The light emitting portion 78 is not tapered, and only the groove 48 is formed. The groove 48 has a spiral shape, and the depth is 45 μm at the start portion opposite to the tip 38 and 65 μm at the tip 38, and becomes deeper toward the tip 38. FIG. 7A shows that the depth of the groove is increased by a drawing method in which the width of the groove 48 is increased. Further, the helical pitch of the grooves 48 is 560 μm, which is smaller than that of the comparative example 2.
この光ファイバ１８に他方の端部から実施例と同じ光を入射させたところ、光放射部７８において光ファイバ１８の側方へ光が放射された。図７（ｂ）に示すように、放射された光は長手方向の中央部分の強度が大きく、強度分布は不均一であった。これは、比較例２よりも光放射部７８を短くするために螺旋ピッチを短くしたためと考えられる。また、残留パワーは１５％となり、比較例２よりも大きかった。 When the same light as in the example was made incident on the optical fiber 18 from the other end, light was emitted to the side of the optical fiber 18 at the light emitting portion 78. As shown in FIG. 7B, the emitted light has a large intensity at the central portion in the longitudinal direction, and the intensity distribution is not uniform. This is considered to be because the helical pitch was shortened in order to shorten the light emitting portion 78 as compared with the comparative example 2. Further, the residual power was 15%, which was larger than Comparative Example 2.
（実施形態２）
実施形態２に係る光ファイバ１５の端部構造を図９に模式的に示す。実施形態１の端部構造においては溝４０が螺旋状であるのに対し、本実施形態の端部構造では溝４５，４５，・・がリング状であって複数存している点が異なっているが、それ以外の材質や構造等は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている点を主に以下に説明を行う。
(Embodiment 2)
FIG. 9 schematically shows an end structure of the optical fiber 15 according to the second embodiment. In the end structure of the first embodiment, the groove 40 is spiral, whereas in the end structure of the present embodiment, the grooves 45, 45,... However, since the other materials, structures, and the like are the same as those in the first embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described below.
本実施形態では、ファイバ外周を一周しているリング状の溝４５，４５，・・がテーパ部２５に複数設けられている。隣り合う溝４５，４５同士の間隔は略一定であり、実施形態１の螺旋ピッチとほぼ等しい。溝４５，４５，・・の深さはそれぞれ同じである。 In the present embodiment, a plurality of ring-shaped grooves 45, 45,. The interval between adjacent grooves 45, 45 is substantially constant, and is substantially equal to the helical pitch of the first embodiment. The depths of the grooves 45, 45,... Are the same.
本実施形態においても実施形態１と同じ効果を奏する。 This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an exemplification of the present invention, and the present invention is not limited to these examples, and these examples may be combined or partially replaced with known techniques, common techniques, and known techniques. Also, modified inventions easily conceived by those skilled in the art are included in the present invention.
光ファイバはコアとクラッドを備えていれば、光ファイバの構造、素材、種類、径などは、どのようなものであっても構わない。例えば、コアが石英からなり、クラッドがポリマからなる光ファイバであってもよい。使用する光の波長、パワーについてもどのようなものでも構わない。 As long as the optical fiber includes a core and a clad, any structure, material, type, diameter, etc. of the optical fiber may be used. For example, an optical fiber whose core is made of quartz and whose clad is made of polymer may be used. Any wavelength and power of light may be used.
テーパ部や溝の加工方法も実施形態に記載された方法に限定されない。機械的な方法や溶剤や酸・アルカリ等で溶かす方法であっても構わない。テーパ部を光ファイバの先端にまで形成しなくても構わない。 The method for processing the tapered portion and the groove is not limited to the method described in the embodiment. It may be a mechanical method or a method of dissolving with a solvent, acid, alkali or the like. The tapered portion may not be formed up to the tip of the optical fiber.
溝はテーパ部のみに設けるのではなく、テーパ部に加えてテーパ加工をしていない部分にも設けても構わないし、ファイバ先端よりも手前までの形成でも構わない。また、溝の深さも一定である必要は無く、長さ方向で変えてもよい。 The groove may not be provided only in the tapered portion, but may be provided in a portion where the taper processing is not performed in addition to the tapered portion, or may be formed in front of the fiber tip. Further, the depth of the groove need not be constant, and may be changed in the length direction.
キャップはガラス製に限定されず、溝からの放射される光を７５％以上透過させる材質であればどのようなものでも構わない。 The cap is not limited to glass, and any cap may be used as long as it transmits 75% or more of the light emitted from the groove.
最初に一方の端部において一定の長さ分クラッドを除去してコアを露出させ、その部分にテーパ部と溝を形成しても構わない。または、テーパ部の全域においてコアが露出していなくてもよい。 First, the cladding may be removed by a certain length at one end to expose the core, and a tapered portion and a groove may be formed in that portion. Alternatively, the core may not be exposed in the entire taper portion.
以上説明したように、本発明に係る光ファイバの端部構造は、発光する部分を短くでき、長さ方向に均一に発光させることができるので、医療用の光照射部品等として有用である。 As described above, the end structure of the optical fiber according to the present invention can shorten the light emitting portion and can emit light uniformly in the length direction, and thus is useful as a medical light irradiation component.
１０，１１，１２，１４，１５，１６，１８ 光ファイバ
２０，２２，２５ テーパ部
３０，３１，３２，３４，３５，３６，３８ 先端
４０，４１，４２，４４，４５，４６，４８ 溝
５０ 保護被覆
６０ キャップ（透光性保護部材）
１００ 光照射部品
10, 11, 12, 14, 15, 16, 18 Optical fiber 20, 22, 25 Tapered portion 30, 31, 32, 34, 35, 36, 38 Tip 40, 41, 42, 44, 45, 46, 48 Groove 50 protective coating 60 cap (translucent protective member)
100 Light irradiation parts
Claims (8)
前記光ファイバの前記一方の端部には先細のテーパ形状を有するテーパ部が存しており、
前記テーパ部には、前記コアにまで達しているらせん状の溝、又は複数のリング状の溝が設けられている、光ファイバの端部構造。 An end structure provided at one end of an optical fiber having a core and a cladding,
The one end of the optical fiber has a tapered portion having a tapered shape,
An optical fiber end structure in which the tapered portion is provided with a spiral groove or a plurality of ring-shaped grooves reaching the core.
前記光ファイバは前記クラッドの外面に保護被覆を備えているとともに、少なくとも前記端部構造の部分には前記保護被覆が存しておらず、
前記端部構造には透光性保護部材が被せられている、光照射部品。 A light irradiation component comprising an optical fiber having an end structure according to any one of claims 1 to 5,
The optical fiber has a protective coating on the outer surface of the cladding, and at least the end structure portion does not have the protective coating,
The light irradiation component, wherein the end structure is covered with a translucent protective member.
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