JP2017127884A

JP2017127884A - レーザーデブリ吸引・排気機構を有するレーザービームデリバリーノズル

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Publication number: JP2017127884A
Application number: JP2016007950A
Authority: JP
Inventors: 真司小池; Shinji Koike; 俊和橋本; Toshikazu Hashimoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: JP6441835B2

Abstract

【課題】発生するレーザーデブリの微粒子を効率的に吸引・排気除去し、光学部品の性能向上ならびに本熱処理加工の工程コストを低価格化するレーザービームデリバリーノズル。【解決手段】本体構成筒８と、前記本体構成筒８に内包された内部管９であって、前記内部管９のレーザー光入射側の一方の端部がレーザー光が透過する透過窓３で塞がれ、前記透過窓３と反対側の端部にレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部１０が設けられた内部管９とを有してなり、前記本体構成筒８のレーザー出射側の開口と、前記内部管９の前記透過窓３と、前記オリフィス部１０のレーザー光出射開口とがレーザー光のビーム直線上に配置されて、前記空気吸引排気管４から吸引して前記レーザー光のビーム照射により発生したレーザーデブリを排気することを特徴とするレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルとした。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザーデブリ吸引・排気機構を有するレーザービームデリバリーノズルに関する。

従来、例えばシリカガラス光学部品などの表面に発生した微小な傷を、補修のためにレーザービームを照射して加熱し、ガラス軟化点にまで温度上昇させて傷周辺に偏在する残留応力を緩和し、鋭い形状の傷を無くすように熱処理加工することが行われていた。

補修のためのレーザー光としては、例えばシリカに吸収性のある赤外波長のＣＯ₂レーザー光が使用される。

図１は、このようなＣＯ₂レーザービーム照射の際に生じるレーザーデブリ（照射対象物の破片：debris）を吸引・排気によって光学部品表面から除去する、レーザーデブリ吸引・排気機能を有するレーザービームデリバリーノズルの断面形態を示している。

図１には、ＣＯ₂レーザー光1、吸引ノズル筒2、ＣＯ₂レーザー光1の収束レンズを兼用可能な透過窓3（例えば可視光の一部からＣＯ₂レーザー光の赤外波長で透過性の高いセレン化亜鉛（ZnSe）製）、空気吸引排気管4、シリカ製光学部品5（例えばシリカガラスレンズ）、レーザーデブリ6 （特に吸引ノズル筒2内部にて悪影響を示すレーザーデブリ6の微粒子を、原因別に6a, 6b, 6cとラベルした）と、シリカ製光学部品5の表面にある微小な傷7が示されている。

本図１は、下記非特許文献１のFig.4に提示されているノズル構造の概略を示したものである。前述のシリカ製光学部品5表面の傷7を緩和する熱処理加工のために、透過窓3経由で吸引ノズル筒2を通してＣＯ₂レーザー光1のビームを傷7に向けて照射し、その照射時に生じるレーザーデブリ6の微粒子を、吸引ノズル筒2内から空気吸引排気管4経由で吸引・排気して、光学部品5表面から除去を行う。

この熱処理加工においては、発生したレーザーデブリ6の微粒子がシリカ製光学部品5の表面に再付着した場合には、新たなクラック形成の核となる可能性があることに加えて、光学部品5の光学特性を劣化させる要因ともなる。このため図１に示すようなノズル構成として、吸引ノズル筒2の側部に空気吸引排気管4を設けて、この空気吸引排気管4を真空排気ポンプ（図示せず）に接続することによって、レーザーデブリ微粒子6を吸引・排気してシリカ製光学部品5から除去する手法がとられていた。

（従来技術の問題点）
しかしながら、上述の従来のレーザーデブリ吸引・排気機能つきビームデリバリーノズルでは、吸引されたレーザーデブリ6の内、微粒子6cは吸引ノズル筒2内を上昇してZnSe製の透過窓3にまで到達して付着しており、この微粒子6cは高温状態であるために、ZnSeが高温下で示す毒性を発現させて、有害なガスが発生するという安全上の問題が生じる。

さらに、レーザーデブリの微粒子6cがZnSe製の透過窓3に付着することによって、透過窓3におけるＣＯ₂レーザー光1の透過性が低下し、本レーザー熱処理工程の再現性ならびに加工効率を低下させるので、ZnSe製の透過窓3の取り換えが必要となる回数が増加するという問題も生じる。また、ZnSeは高価な光学材料であるために、運用コストの増大という問題も生じていた。

加えて、ノズル2内に吸引されたレーザーデブリ6の内、微粒子6aのケースでは、ＣＯ₂レーザー光1のノズル2内の光路上において、微粒子6aがＣＯ₂レーザー光1を散乱・吸収するため、ＣＯ₂レーザー光1の入射エネルギーの照射効率が低下するという問題が発生していた。

ならびに、微粒子6bのような場合は、吸引ノズル筒2内壁へのレーザーデブリ微粒子の化学的吸着によって、吸引ノズル筒2の壁面が劣化するという問題も発生していた。

米国特許第５４８７１２５号明細書（Guenther W. Kammlott, Sandra G. Kosinski, John T. Krause, Richard S. Riggs, ‘Method of Apparatus for Fusion Splicing Optical Fibers’. (1996)）

Isaac L. Bass, Gabriel M. Guss, Richard P. Hackel, "Mitigation of Laser Damage Growth in Fused Silica with a Galvanometer Scanned CO2 laser," vol.5991, pp.59910C-1-9 (株)アイ・アール・システム社ＨＰシリコン（Si）窓（透過波長1.2-15μm） http://www.irsystem.com/product/irparts/window/Si.html Andrew D. Yablon: ‘6.1 Introduction to Splice Strength and Reliability’ In: Optical Fiber Fusion Splicing, (Springer, NewYork, 2005) pp. 162-165.

本発明は、上述のようなレーザービーム照射による光学部品の熱処理加工の工程において、発生するレーザーデブリの微粒子を効率的に吸引・排気除去し、光学部品の性能向上ならびに本熱処理加工の工程コストを低価格化することが可能な、レーザービームデリバリーノズルを実現することが課題である。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

（発明の構成１）
レーザー光が通過する筒構成の本体構成筒であって、レーザー光入射側の側部に１乃至複数の空気吸引排気管が接続され、レーザー光出射側の開口がレーザーデブリ吸引ノズルである本体構成筒と、
前記レーザー光が通過する内部管であって、前記内部管は前記本体構成筒の内部のレーザー光入射側の一端において気密構造の気密支持部で支持されて前記本体構成筒に内包されており、前記内部管のレーザー光入射側の一方の端部がレーザー光が透過する透過窓で塞がれ、前記透過窓と反対側の端部にレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部が設けられた内部管とを有してなり、
前記内部管の前記透過窓と、前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口と、前記本体構成筒のレーザー光出射側の開口とが、前記レーザー光のビーム直線上でこの順に配置されており、
前記空気吸引排気管から吸引して前記レーザー光のビーム照射により発生したレーザーデブリを排気する
ことを特徴とするレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成２）
前記レーザー光の前記ビーム照射の対象物はシリカ製光学部品であり、前記レーザー光はＣＯ₂レーザーの発する赤外線レーザー光であり、前記透過窓はセレン化亜鉛（ZnSe）製である
ことを特徴とする発明の構成１に記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成３）
前記空気吸引排気管が、前記本体構成筒の中心長軸に軸対称に複数配置された
ことを特徴とする発明の構成１または２のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成４）
前記内部管に接続された空気吸入管を有してなり、前記空気吸入管により前記内部管の内部に空気を加圧供給することによって、前記内部管内部の空気圧が前記本体構成筒と前記内部管の間の空間の空気圧よりも高く設定可能とされた
ことを特徴とする発明の構成１ないし３のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成５）
前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口にシリコン窓を有するホルダーを取り外し可能に接続して、シリコン窓の交換を可能とする
ことを特徴とする発明の構成１ないし４のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成６）
前記本体構成筒が本体部、ヘッド部の２つの筒の連結構成であって、接続部によってヘッド部を分離可能に接続される
ことを特徴とする発明の構成１ないし５のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

（発明の構成７）
前記内部管と前記透過窓が接続部により分離可能に接続され、透過窓を装着可能である
ことを特徴とする発明の構成１ないし６のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。

上述の本発明のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを用いることによって、レーザー光の入射する透過窓などへのレーザーデブリの微粒子付着を低減することができ、透過窓などの劣化を抑えることができるため、安全でメンテナンスが容易で、繰り返し再現性の高い効率的なレーザー照射による光学部品への熱処理加工を実現できる。

光学部品表面の傷を補修するために用いる、従来技術によるレーザーデブリ吸引・排気機能を有するレーザービームデリバリーノズルの断面形態を示す図である。オリフィス付内部管を持つ、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第１実施例を説明する図である。オリフィス付内部管を持ち、空気吸引排気管を複数ポートにして排気効率を高めた、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第２実施例を説明する図である。オリフィス付内部管を持ち、空気吸引排気管を複数ポートにして排気効率を高めるとともに、空気吸入管をオリフィス付内部管に接続した、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第３実施例を説明する図である。オリフィス付内部管を持ち、オリフィス部先端にシリコン窓つきのホルダーを設置した、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第４実施例を説明する図である。本発明の第４実施例における、内部管と透過窓の接続部分の詳細図である。本発明の第４実施例における、内部管オリフィス部先端のホルダーの保持接続部分の詳細図である。ＣＯ₂レーザー照射によるファイバ融着加工に適用した、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第５実施例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施例）
図２は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第１実施例を説明する図である。同図２中には、ＣＯ₂レーザー光1、レーザー光1が入射する透過窓3（例えばZnSe製）、空気吸引排気管4、加工対象となるシリカ製の光学部品5（例えばシリカ系ガラスレンズ）、加工時に発生するレーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、一端にレーザー光が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11が図示される。

この構成においては、前記内部管9の前記透過窓3と、前記オリフィス部10のレーザ光出側の開口と、前記本体構成筒8のレーザー出射側の開口とが、レーザー光1のビーム直線上でこの順に配置されている。

例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られるような微小クラックの傷7に向けて、本発明の第１実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、ＣＯ₂レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。

特に、本第１実施例においては、レーザーデブリ吸引排気機構としてレーザーデブリ吸引ノズルを構成する本体構成筒8とレーザービームの通過する内部管9の２重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側はレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。

この構成により、本体構成筒8のレーザー光出射側の開口がレーザーデブリ吸引ノズルとなって、吸引したレーザーデブリ6の微粒子の内部管9の内部への侵入、特にレーザー光の透過窓3への突入、付着を低減させ、レーザービームの照射効率を高める。

そして、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙に、レーザーデブリ6の微粒子を分布させるように誘導して、本体構成筒8の側部に取り付けられた空気吸引排気管4側によって吸引することにより、レーザーデブリ6を効率的に除去することができた。

本ノズルを用いることによって、発生するレーザーデブリ6の光学部品5への再固着を防ぎ、効率的な除去を行うことができ、レーザー光の入射する透過窓3への付着も低減できた結果、透過窓3の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図られるとともに、安全かつ繰り返し再現性が高いレーザー照射による光学部品の熱処理加工を行うことができた。

（第２実施例）
図３は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第２実施例を説明する図である。同図３中には図２の第１実施例と同様に、ＣＯ₂レーザー光1、レーザー光1が入射する透過窓3（例えばZnSe製）、加工対象となるシリカ製の光学部品5（例えばシリカ系ガラスレンズ）、加工時に発生するレーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、一端にレーザー光が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11のほか、新たな構成として２本の空気吸引排気管4,4'が図示される。

例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られるような微小クラックの傷7に向けて、本発明の第２実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、ＣＯ₂レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。

ここで、ＣＯ₂レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への固着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないようにデブリ微粒子の効率的な除去が望まれる。

本発明による第２実施例においても、第１実施例の構成と同様に、レーザーデブリ吸引排気機構として本体構成筒8と内部管9の２重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側にはレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。

この構成とすることで、吸引したレーザーデブリ6の内部管9の内部への侵入、特にレーザー透過窓3への突入、付着を低減させ、レーザービームの照射効率を高め、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙にレーザーデブリ微粒子を分布させ、効率的に除去することを可能としている。

特に、本第２実施例の図３では、本体構成筒8に取り付けられた空気吸引排気管を4と4’の２本（２気筒、２ポート）設けて、真空ポンプ（図示せず）とそれぞれ接続して空気を効率的に吸引し排気を行う。

本構成に示すように、空気吸引排気管4と4‘と２排気筒構成とすることで、第１実施例と比べてより効率的にレーザーデブリ6の吸引排気が行えるとともに、透過窓3ならびに内部管9へのレーザーデブリ6の付着をさらに抑えることができた。

さらに内部管9内へのレーザーデブリ6の微粒子進入を抑えた結果として、レーザー光1の散乱率も低減できた。従って、透過窓3のＣＯ₂レーザー光1の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図れ、加工繰り返し再現性を高めることも可能となった。

また、空気吸引排気管4、4‘を内部管9の軸周りに軸対称配置とすることによって、オリフィス部10を通過し加工部の傷7に至るまでのレーザー光路において、レーザーデブリ6の微粒子の動きは内部管9の中心部を除き、軸対称に空気吸引排気管4,4’に向けて吸引されるため、レーザー光路への微粒子進入が低減され、より効率的な加工部の傷7へのレーザー光1の照射を可能とする。

また、本実施例２では、空気吸引排気管4を本体構成筒の中心長軸に軸対称に２本以上複数、例えば３本乃至４本に増やすことで、レーザーデブリ6の微粒子の吸引排気を、より一層効率的に行うことができるのは言うまでもない。

（第３実施例）
図４は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第３実施例を説明する図である。同図４中には図３の第２実施例と同様に、ＣＯ₂レーザー光1、レーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8、レーザー光1が入射する透過窓3（例えばZnSe製）、２本の空気吸引排気管4,4'、加工対象となるシリカ製の光学部品5、レーザーデブリ6、シリカ製の光学部品5にある傷7、一端にレーザー光1が入射する透過窓3付の内部管9、内部管9の他端に設けられたレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部10、内部管9を本体構成筒8の内部のレーザー光入射側の一端で気密構造で支持する気密支持部11のほか、新たな構成として空気吸入管12が図示される。

例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られた微小クラックの傷7に向けて、本発明の第３実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、ＣＯ₂レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることが可能となる。

ここで、ＣＯ₂レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への再付着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないように微粒子の効率的な除去が望まれる。

本発明による第３実施例でも、第１、第２の実施例の構成と同様に、レーザーデブリ吸引排気機構として本体構成筒8と内部管9の２重構成をとっており、本体構成筒8に内包される内部管9の上端側にレーザー入射用の透過窓3を取り付ける構成とし、内部管9の下端側にはレーザー光出射開口側に向けて管径をしぼったオリフィス部10を設けている。

この構成とすることで、吸引したレーザーデブリ6の内部管9の内部への侵入、特にレーザー透過窓3への突入を低減させ、レーザービームの照射効率を高め、内部管9を取り囲むレーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒8と内部管9との間隙にレーザーデブリ微粒子を分布させ、空気吸引排気管4, 4’で効率的に除去できる。

特に図４の本第３実施例の構成では図３の第２実施例の構成に加えて、内部管9に接続された空気吸入管12を有している。この空気吸入管12を圧縮器（図示せず）に接続し、内部管9に空気を加圧供給することによって、内部管9の内部の空気圧が本体構成筒8と内部管9の間の空間に比べてわずかに高い、差圧を設定可能となっている。

このため、オリフィス部10のレーザー光出射側の開口から内部管9内部へのレーザーデブリ6の進入を、より確実に防ぐことができ、第１、第２の実施例と比べてより一層、レーザーデブリ6の内部管9内への進入を抑えることができ、レーザービームの照射効率を高め、透過窓3へのレーザーデブリ6の付着をさらに抑え、ZnSe製の透過窓3の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上が図られるとともに、繰り返し再現性を高めることも可能となった。

また、本実施例３でも実施例２と同様に、空気吸引排気管4,4’ならびに空気吸入管12を本体構成筒8の中心長軸に軸対称に２本以上複数、例えば３本乃至４本に増やすことで、一層の対称性のよいレーザーデブリ微粒子の吸引排気流れを得ることができ、効率的なレーザーデブリの吸引排気を行うことができるのは言うまでもない。

（第４実施例）
図５〜７は、本発明のレーザービームデリバリーノズルの第４実施例を説明する図である。

図５の本第４実施例の構成において図３の第２実施例と共通する部分の説明は省略するが、新たな構成としてレーザーデブリ吸引排気ノズルの本体構成筒8が本体部8a、ヘッド部8b の２つの筒の連結構成であって接続部15aで分離可能に接続される点、内部管9下端のオリフィス部10の先端にホルダー13（図７参照）がねじ部14により分離可能に取り付けられる点、内部管9と透過窓3も接続部15bにより分離可能に接続される点（図６参照）が、図３の第２実施例とは異なるほか、ＣＯ₂レーザー光1に加えて可視ガイド光18が図示される。

また、図６は、内部管9と透過窓3の接続部分の詳細図であって、接続部15bがパッキン16を介して、内部管9とレーザー透過窓3とを接続する構造の断面を示している。

図７は、内部管9先端のオリフィス部10とホルダー13との保持接続部分の詳細図であって、ホルダー13が、ねじ部14を介してオリフィス部10に接続されるほか、ホルダー13はパッキン16を介して止めねじ17により、シリコン(Si)窓13aとその取付枠13bを接続して構成されている断面構造を示している。

例えば光学部品5として、高強度レーザー光学系に用いられるシリカ系ガラスレンズの使用後において見られる微小クラックの傷7に向けて、本発明の第４実施例によるレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを介して、応力緩和のためにＣＯ₂レーザー光1を照射すると、熱的緩和によって先鋭なクラック形状の傷7を鈍化形状とし、応力集中状態を緩和して光学部品5の耐久性の向上を図ることができる。

ここで、ＣＯ₂レーザー光1の照射によって光学部品5の熱的緩和を行うも、発生するレーザーデブリ6の微粒子の光学部品5への固着によって、新しいクラックの傷7が形成される核とならないように微粒子の効率的な除去が望まれる。

本第４実施例でも第１から第３の実施例と同様に、レーザーデブリ微粒子の吸引排気除去機構として本体構成筒8と内部管9の２重構成とし、内包される内部管9のレーザー入射側にZnSe製透過窓3を取り付け、そのレーザー光出射開口側にオリフィス部10を設けている。

本第４実施例においては第１から第３の実施例と異なり、図７に示すようなシリコン（Si）製窓13aを保持したホルダー13を、内部管9のオリフィス部10の先端に、ねじ部14によって接続して蓋ないしキャップとして、レーザーデブリ6の微粒子の内部管9の内部への侵入を完全に防ぐ構成をとる。

ホルダー13のシリコン製窓13aもしくはレンズは、赤外光を透過する赤外光用光学部品としても知られており、赤外光であるＣＯ₂レーザー光1を透過することができる。（前記非特許文献２参照）

本構成によれば、レーザーデブリ6がシリコン窓13aへ付着した場合であっても、ねじ部14の接続部を操作して、オリフィス部10からシリコン窓13aを保持するホルダー13を取り外してシリコン窓13aの光学部品を交換することで、シリコン光学部品の劣化防止、もしくは付着粒子の清掃除去の徹底を容易に行うことができる。なお、ホルダー13の詳細図７で示している通り、シリコン窓13aを構成する光学部品はパッキン16を介してホルダー13の取付枠13bに、止めねじ17で固定されて組み立てられているので、分解、交換が可能である。

また、ZnSe製の窓に比べてシリコン窓は安価ではあるものの、可視ガイド光18（例えば波長653nmのレーザー光）の透過が困難であるため、レーザー照射前の傷ターゲットの座標設定（ティーチング）が困難である。

そこでシリコン窓13aを有するホルダー13を使用する際は、可視ガイド光18を透過させるために、ＣＯ₂レーザー光1の照射前準備としてまず、本体構成筒の接続部15aを解除して、本体部8aからヘッド部8bを取り外し、さらに、ホルダー13も接続部のねじ部14を解除して、内部管9のオリフィス部10から取り外す手順を踏む。

その後に、可視ガイド光18を用いて、照射ターゲットである光学部品5の上に散在する傷7の各部に向けてＣＯ₂レーザー光照射位置座標のティーチングを行い、各傷7の位置座標をビーム照射座標位置制御装置（図示せず）に記憶させる。

その後、ホルダー13をねじ部14により内部管9のオリフィス部10に再度取り付け、さらにヘッド部8bを本体部8aに接続部15aを用いて再度取り付けて、制御装置に記憶させた傷7の座標に基づき、光学部品5の各傷7に向けてレーザー照射ならびに発生するレーザーデブリ微粒子6の吸引排気を行う。

本構成をとることによって、内部管9内部へのレーザーデブリ6の進入を完全に防ぐことができ、レーザービームの照射効率を高め、ＣＯ₂レーザー光1の入射側透過窓材として典型的なZnSe製の透過窓3へのレーザーデブリ微粒子6の付着を完全に抑えることができ、透過窓3のＣＯ₂レーザー光の透過性が維持されて窓材のメンテナンス性の向上を図ることができ、加工再現性を高めることも可能となった。

以上、レーザー入射側の透過窓3としては、ZnSe窓材を用いる構成を前提として述べてきたが、図６中に示すように、本第４実施例では入射側の透過窓3も接続部15bによって、パッキン16を介して内部管9に接続固定される構成をとっている。

本第４実施例の構成によれば、入射側の透過窓3もZnSe製の透過窓3に変えてSi製の透過窓3とすることができ、この場合、可視ガイド光18はSi製の透過窓3を透過しないので、ティーチング時には内部管9からSi製の透過窓3ならびにSi製のホルダー13の両方を外して、可視ガイド光18により照射位置座標ティーチングを行い、その後に両窓を取り付けてＣＯ₂レーザー照射プロセスに移行することも可能である。

このような構成とした場合には高コストのZnSe材を全く使用しないので、レーザーデブリ吸引・排気機構付きのＣＯ₂レーザー用ビームデリバリーノズルのコストを大幅に低減可能となり、部品調達コストが低減できる。但し、操作オペレーションが煩雑となり、かつ、取り付け回数の増加に伴い、照射位置決め精度の劣化をまねきやすいが、そうであっても、傷サイズが十分に大きい場合などの精度を要求しない場合には有効な手段となりうる。

（第５実施例）
図８は、本発明によるレーザービームデリバリーノズルの第５実施例を説明する図である。同図８中には、図３の第２実施例と同様なレーザービームデリバリーノズルが図示されるほか、端面をつき合わせて配置されＣＯ₂レーザー光1で融着される光ファイバ19a,19b、ファイバ整列部材20、ファイバ押え板21が図示される。

これまでの第１から第４実施例では、加工対象の光学部品として高強度レーザー照射用光学系などに用いるレンズを中心としたシリカガラス系光学部品5を対象に述べてきたが、本第５実施例においては、対象とするシリカガラス系光学部品をシリカ系ガラス光ファイバ19a,19bとして、その融着加工を行う場合について述べられるものである。

光ファイバ融着方法としては従来、アーク放電融着が主に用いられてきているが、このアーク放電融着法においても、融着加工時に発生するシリカを主成分とする微粒子が、被加工物である光ファイバへ再付着して、ファイバ強度が劣化することが知られている。（前記非特許文献３参照）

これは放電プロセスにおいて電気力線に従って放電電極に付着した微粒子が、放電時に電極から飛散して再付着する結果生じるものである。従来は、ファイバを設置しない空の状態で放電を一旦行い、微粒子を一定程度飛散させ、微粒子飛散量を低減させた後に、ファイバを放電領域に移動させて融着加工を行うなどの手法が用いられてきた。（前記特許文献１参照）

一方で、レーザー融着手法によれば、レーザー光照射と同時に微粒子が飛散し、アーク放電融着法のように電極限定域に微粒子を集塵することができず、レーザー照射にともなう微粒子の飛散エリアを限定できず、被加工対象であるシリカ光ファイバの表面が露出している周辺領域へのデブリの飛散を避けることが困難な状況にあった。

本第５実施例では、図８に示すように、融着する光ファイバ19a,19bをファイバ整列部材20上に整列させ、押え板21で一定クリアランス内に保持した後に、光ファイバ19a,19bの端面同士を突合させてレーザーを照射し、融着するレーザー融着手法がとられる。

本第５実施例においては図８に示すように、本発明の第２実施例（図３）と同様な空気吸引排気管4,4’を有するレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズルを、融着する光ファイバ19a,19bの突合部とＣＯ₂レーザー光源（図示せず）の間に設けることで、効率的にレーザーデブリ6の微粒子が吸引排気され、光ファイバ19a,19bのクラッド面への再付着を低減することが可能となり、高強度レーザー照射用レンズ部品と同様に融着されたシリカガラス光ファイバの強度向上を図ることが可能となった。

用いるレーザー光源としては、ＣＯ₂レーザーに換えて、ＣＯ（一酸化炭素）レーザーを用いることも可能である。

また、図８の本第５実施例においては、光ファイバのレーザー融着加工時に用いるノズル構成としては、第２実施例におけるノズル構成を例にあげて説明を行ったが、これまで述べてきた第１〜第４実施例のいずれの構成を用いてもよいのは言うまでもない。

以上実施例とともに詳しく説明したように、本発明に関わる、レーザーデブリ吸引・排気機構付きのレーザービームデリバリーノズルを用いた、光学部品のレーザー照射加工においては、効率的にレーザーデブリ微粒子の除去を行うことが可能となるとともに、光学部品の耐久性を増すことが可能となる。特に、ファイバ融着においてはこれまで発生してファイバ表面に再付着していたクラック源とも成りうる微粒子を除去することが可能となり、一層の高品質な融着光ファイバが実現可能となる。

1 ＣＯ₂レーザー光
2 吸引ノズル筒
3 透過窓（例えばZnSe製）
4、4’ 空気吸引排気管
5 シリカ製光学部品
6 レーザーデブリ（微粒子）
6a,6b,6c 微粒子
7 シリカ製光学部品にある傷
8 レーザーデブリ吸引ノズルの本体構成筒
8a, 8b 本体構成筒の本体部とヘッド部
9 内部管
10 オリフィス部
11 気密支持部
12 空気吸入管
13 ホルダー
13a シリコン窓（Si製光学部品）
13b 取付枠
14 ねじ部
15a,15b 接続部
16 パッキン
17 止めねじ
18 可視ガイド光
19a,19b 光ファイバ
20 光ファイバ整列部材
21 光ファイバ整列押え板

Claims

レーザー光が通過する筒構成の本体構成筒であって、レーザー光入射側の側部に１乃至複数の空気吸引排気管が接続され、レーザー光出射側の開口がレーザーデブリ吸引ノズルである本体構成筒と、
前記レーザー光が通過する内部管であって、前記内部管は前記本体構成筒の内部のレーザー光入射側の一端において気密構造の気密支持部で支持されて前記本体構成筒に内包されており、前記内部管のレーザー光入射側の一方の端部がレーザー光が透過する透過窓で塞がれ、前記透過窓と反対側の端部にレーザー光出射開口に向けて管径をしぼられたオリフィス部が設けられた内部管とを有してなり、
前記内部管の前記透過窓と、前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口と、前記本体構成筒のレーザー光出射側の開口とが、前記レーザー光のビーム直線上でこの順に配置されており、
前記空気吸引排気管から吸引して前記レーザー光のビーム照射により発生したレーザーデブリを排気する
ことを特徴とするレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記レーザー光の前記ビーム照射の対象物はシリカ製光学部品であり、前記レーザー光はＣＯ₂レーザーの発する赤外線レーザー光であり、前記透過窓はセレン化亜鉛（ZnSe）製である
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記空気吸引排気管が、前記本体構成筒の中心長軸に軸対称に複数配置された
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記内部管に接続された空気吸入管を有してなり、前記空気吸入管により前記内部管の内部に空気を加圧供給することによって、前記内部管内部の空気圧が前記本体構成筒と前記内部管の間の空間の空気圧よりも高く設定可能とされた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記オリフィス部の前記レーザー光出射開口にシリコン窓を有するホルダーを取り外し可能に接続して、シリコン窓の交換を可能とする
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記本体構成筒が本体部、ヘッド部の２つの筒の連結構成であって、接続部によってヘッド部を分離可能に接続される
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。
前記内部管と前記透過窓が接続部により分離可能に接続され、透過窓を装着可能である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のレーザーデブリ吸引・排気機構付きレーザービームデリバリーノズル。