JP2965832B2 - レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高出力レーザ光を光フ
ァイバによって効率よく伝送する技術にかかわり、レー
ザ光と光ファイバとの光軸調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、不可視の高出力レーザ光を光
ファイバに正確に入射させるためには、最初に可視光線
であるヘリウムネオンレーザを用いて、ヘリウムネオン
レーザ光が光ファイバに入射するように光軸合わせをし
た後、高出力レーザ光を光ファイバに入射させている。
この場合、高出力レーザとヘリウムネオンレーザ光との
波長の差があり、この波長の差による焦点位置の補正を
し、高出力レーザ光を光ファイバに正確に入射させる必
要がある。この補正が難しく、補正後、高出力レーザ光
を光ファイバに入射させた場合、高出力レーザ光を正確
に光ファイバに入射させることができず、光ファイバを
損傷させる場合が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来から、不可視のレ
ーザ光を光ファイバに入射させるのに先立ち、光ファイ
バ位置に金属などの模擬の目標部材を置く。レーザ光で
この部材を照射し、テレビモニタでこの高出力レーザ光
の焦点位置を予め検出しておき、この位置に光ファイバ
の端面の軸線を合わせ、高出力レーザ光を光ファイバに
入射させる。この場合、高出力レーザ光によって直接目
標部材を焼くため、焼いた瞬間、金属などの蒸気、スパ
ッタなどによって、集光レンズを汚染する場合がある。

【０００４】本発明の目的は、高出力のレーザ光の光軸
と光ファイバ端面の軸線とが一直線上にあるように調整
し、高出力レーザ光を正確に光ファイバのコア内に入射
させることができるレーザ光と光ファイバとの光軸調整
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ源と、
光ファイバと、レーザ源からのレーザ光を光ファイバの
端面に集光する集光レンズと、光ファイバの前記端面
を、集光レンズからのレーザ光の光軸と平行なｚ軸方
向、ｚ軸に垂直なｘ軸方向ならびにｚ軸およびｘ軸に垂
直なｙ軸方向に、それぞれ移動して調整する位置決め装
置と、レーザ源と集光レンズとの間に介在され、金属遮
光性材料から成り、レーザ光のビーム外径よりも少なく
とも内方に形成される透孔を有し、透孔の付近に形成さ
れた冷却水路を有し、この水路に冷却水を供給する冷却
水源が接続される遮光手段と、光ファイバの前記端面で
の受光量を検出する検出手段とを含むことを特徴とする
レーザ光と光ファイバとの光軸調整装置である。

【０００６】また本発明は、遮光手段は、レーザ光の光
軸に平行な軸線まわりに角変位可能に設けられ、前記透
孔は、前記軸線のまわりに半径方向および周方向の少な
くともいずれかの方向に異なる位置に複数、形成され、
軸直角断面が円形であることを特徴とする。

【０００７】また本発明は、遮光手段は、レーザ光の光
軸に平行な軸線まわりに角変位可能に設けられ、前記透
孔は、半径方向に細長く延びる形状を有することを特徴
とする。

【０００８】また本発明は、遮光手段と集光レンズとの
間に、レーザ光を間欠的に遮断するもう１つの遮光手段
が介在されることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、前記もう１つの遮光手段
は、レーザ光の光軸からずれた位置に回転軸線を有し、
レーザ光を透過する半径方向に長細く延びる形状の透孔
を有する遮光板と、遮光板を、その回転軸線まわりに回
転するモータとを有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、集光レンズはレーザ源から射
光されたレーザ光を、光ファイバ端面に集光する。遮光
手段は、レーザ源と集光レンズとの間に介在され、金属
遮光性材料から成り、レーザ光のビーム外径よりも少な
くとも内方に形成される透孔を有する。検査手段は、光
ファイバの前記端面での受光量を検出する。

【００１１】次に、この受光量が最大になるように光フ
ァイバ端面の位置決めを行い、高出力レーザ光の光軸と
光ファイバ端面の軸線とを一致させる。したがって、光
ファイバのコア端面内にレーザ源からのレーザ光を正確
に入射させることができる。次に遮光手段を光軸から移
動させ、集光レンズによって集光される高出力のレーザ
光を正確に光ファイバのコア内に直接入射させることが
できる。特に本発明に従えば、集光レンズから遮光手段
の透孔を経たレーザ光を、光ファイバのコアに導くため
に、光ファイバの前記端面を、相互に直交するｘ，ｙ，
ｚの各軸に変位する位置決め装置が設けられる。ｚ軸
は、集光レンズからのレーザ光の光軸と平行であり、こ
れによって光ファイバの前記端面を、後述のように集光
レンズの焦点深度の位置に正確にもたらすことができ
る。こうして集光レンズの最小の断面を、端面に一致さ
せることができる。したがって高出力レーザ光がコア以
外の部分に照射されて焼損するおそれをなくすことが確
実に達成される。

【００１２】また、本発明に従えば、遮光手段は、透孔
の付近に形成された冷却水路を有し、この通路に冷却水
を供給する冷却水源が接続される。したがって、遮光手
段は、冷却水路に流れる冷却水によって冷却され、遮光
手段における高出力のレーザ光の受光による昇温が抑制
される。

【００１３】さらに本発明に従えば、遮光手段は、レー
ザ光の光軸に平行な軸線まわりに角変位可能に設けら
れ、前記透孔は、前記軸線のまわりに半径および周方向
に異なる位置に形成され、軸直角断面が円形である。し
たがって、レーザ源から出力されたレーザ光の強度を遮
光手段の透孔の形状に応じて減少させることができる。

【００１４】さらにまた本発明に従えば、遮光手段は、
レーザ光の光軸に平行な軸線まわりに角変位可能に設け
られ、前記透孔は、半径方向に細長く延びる形状を有す
る。したがって、レーザ源から出力されたレーザを遮光
手段の透孔の形状に応じて光の強度を減少させることが
できる。

【００１５】さらにまた本発明に従えば、遮光手段は、
集光レンズとの間にレーザ光を間欠的に遮断するもう１
つの遮光手段が介在される。したがって、レーザ源から
出力されたレーザ光は遮光手段によって強度を減少さ
せ、もう１つの遮光手段によって、さらにそのレーザ光
の平均強度を減少させることができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるレーザ光と
光ファイバとの光軸調整装置の構成を示す側面図であ
る。レーザ源１から射光されたビーム外径３０ｍｍ、波
長１μｍ〜２μｍの不可視の赤外線である高出力レーザ
光は、遮光手段２を通過し、集光レンズ３によって光フ
ァイバ４の端面に集光される。高出力レーザ光は、遮光
手段２を通過することによって、そのレーザ光７の強度
を減少させる。この光ファイバ４のレーザ光７の受光量
は、受光量の検出手段であるパワーメータ５によって検
出される。位置決め装置６は、光ファイバ４の端面９の
図１で示されるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸における位置決め
の調整を行う装置である。この光ファイバ４の端面９の
位置決めの調整を行い、レーザ光の光軸と光ファイバ４
の端面の軸線が一直線にあり、パワーメータ５が検出し
た受光量が最大になる光ファイバ４の端面９の位置を探
す。

【００１７】このようにして、レーザ光と光ファイバ４
との光軸調整が完了すると、遮光手段２を移動手段によ
って方向Ｍに移動させ、高出力レーザ光８を光ファイバ
４のコア４５内（図７参照）内に正確に入射させること
ができる。

【００１８】図２は遮光手段２の平面図であり、図３は
遮光手段２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図で
ある。遮光手段２は、断面が円形の透孔１０が４カ所設
けられており、アルミニウム、銅などの金属遮光材料か
ら成る。この遮光手段２にビーム外径Ｌ＝３０ｍｍの高
出力レーザ光を射光することによって、ビーム外径より
も内側に設けられた透孔１０からレーザ光が通過し、通
過したレーザ光の強度が減少する。このビームの直角断
面の形状は、中心１５の円２０である。この透孔１０を
通過する光の強度は、高出力レーザ光のビームの軸線に
直角な断面の面積と透孔１０の軸線に直角な断面の面積
の比でもって計る。したがって、透孔１０の形状によっ
て高出力レーザ光の強度の減少量を調整することができ
る。

【００１９】また、この透孔１０の直径は、レーザ光の
回折効果を防止するため、好ましくは１〜３ｍｍに形成
される。たとえば、透孔１０の直径を１ｍｍ未満に設定
すると、回折効果が顕著になり、レーザ光が透孔を通過
したとき、レーザ光は拡散する。すなわち、透孔１０の
直径が１ｍｍ未満であって小さいとき、透孔１０の周囲
で折れ曲った光同志が、透孔１０から離れた位置で干渉
し、横波であるレーザ光の光軸の半径方向に光強度が強
めあった部分と弱めあった部分とが形成され、縞模様が
できることになる。したがって実施例では、透孔１０の
直径を１〜３ｍｍに形成することによって、レーザ光は
その特性である方向、発散角を維持したまま透孔１０を
通過する。

【００２０】遮光部材１１には、内周面に内ねじが形成
されたねじ孔１２，１３，１４が形成され、ねじ孔１
２，１３，１４と同軸に一直線に延びる長孔１６，１
７，１８が形成される。これらの３つの長孔１６，１
７，１８のうち、長孔１６，１７は遮光部材１１の幅方
向（図２の左右方向）に平行に延び、長孔１８は、各長
孔１６，１７の幅方向の端部寄りで各長孔１６，１７の
軸線に垂直に交差して連通する。これらの長孔１６，１
７，１８によって水路を構成する。ねじ孔１２，１３に
は、冷却水を流すための管の継手が接続され、ねじ孔１
４には盲栓が接続される。したがって、水源から管に冷
却水を流すことによって、冷却水は水路を構成する長孔
１６，１８，１７を流れ、遮断部材１１を冷却する。遮
断部材１１は、高出力レーザ光を受光することによって
熱が発生するので、この熱を前述の冷却水によって効率
よく冷却し、黒化処理されて熱吸収特性を上げた遮光部
材１１の温度の上昇を抑制する。

【００２１】また、レーザ光と光ファイバ４との光軸調
整を行う場合、遮光手段２を通過したレーザ光によって
行うけれども、光軸調整後、再度、遮光手段２をＭ１方
向に９０°回転させ、再度、レーザ光が光ファイバ４の
端面のコア４５内に正確に入射できるかを確認する必要
がある。このとき、レーザ光が正確に光ファイバ４の端
面のコア４５内に正確に入射できない場合は、再度前述
の光軸調整を行う必要がある。

【００２２】図４は、図１で示される位置決め装置６の
斜視図である。この位置決め装置６は、移動部材２１に
固定された光ファイバ４の端面９の軸線とレーザ光の光
軸とが一直線にあるように調整するための装置であり、
端面９を図４で示されるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に移動さ
せ調整を行う。

【００２３】ｙ軸調整を行う場合、マイクロメータ２３
のつまみ２４を方向Ｍ２，方向Ｍ３に回転させることに
よって、スピンドル２６をｙ軸方向における上下方向に
移動させることができる。スピンドル２６が上下方向に
移動すると、支持部材２７に形成された案内溝２８に沿
って、移動部材２９の凸部３１が案内されて、移動部材
２９がｙ軸方向における上下方向に移動する。また、移
動部材２９の端面３３には、脚部３４に形成された支持
片３６が当接している。

【００２４】脚部３４には、図５で示されるように、ば
ね収納凹部３８が形成され、ばね収納凹部３８には、圧
縮ばね３９が収納され、圧縮ばね３９上には支持片３６
が乗載されて支持される。支持片３６上には、前記移動
部材２９が配置され、支持片３６上の球状の先端部が、
前記移動部材２９に当接している。

【００２５】したがって、支持片３６が移動部材２９を
下から押圧しているので、マイクロメータ２３のつまみ
２４を方向Ｍ２または方向Ｍ３に回転させることに伴
い、移動部材２９をｙ軸方向における上下方向に移動さ
せることができる。

【００２６】ｘ軸調整を行う場合は、同様にしてマイク
ロメータ３８のつまみ３９を方向Ｍ４または方向Ｍ５に
回転させることによって、移動部材２１をｘ軸における
左右方向に移動させることができる。また、ｚ軸調整を
行う場合、基台４０を移動手段によってＭ７方向または
Ｍ８方向に移動させることができる。

【００２７】図６は、焦点深度を説明するための図であ
る。焦点深度は、図６（ａ）で示されるように、集光レ
ンズ３の結像面が光軸方向に移動した場合に、レーザ光
のスポット径が予め定める値以下の値を満足し得る結像
面の移動距離Ｌ１である。この焦点深度は、図６（ｂ）
で示されるレーザ光の強度特性における単位面積当たり
の強度が最大値Ｐ１である領域に対応している。たとえ
ば、図１で示される構成において、光ファイバ４の端面
９の軸線とレーザ光線の光軸とが一直線上にあるように
調整して、パワーメータ５で受光量を測定した場合、図
６（ｂ）で示されるような特性において、ｚ軸の位置領
域Ｚ１〜Ｚ２に対応する強度Ｐ１を得ることが必要であ
る。図６（ｂ）で示されるように、焦点深度内の領域で
は、ほぼ一致した最大の単位面積当たりの光の強度Ｐ１
を得ることができる。位置決め装置６において、前述の
ｚ軸は、集光レンズ３からのレーザ光の光軸と平行であ
り、ｘ軸はそのｚ軸に垂直であり、ｙ軸はｚ軸およびｘ
軸に垂直である。この位置決め装置６は、光ファイバの
端面を、ｘ，ｙ，ｚの各軸にそれぞれ移動して上述のよ
うに調整する。

【００２８】図７は、レーザ光７の光軸と光ファイバ４
の端面９の軸線とが、ずれている状態、および一直線上
にある状態を説明するための図である。図７（ａ）で示
されるように、レーザ光７の光軸と、光ファイバ４のコ
ア４５の端面９の軸線が一直線上になく、ずれている場
合、光ファイバ４のクラッド４６および外被４７上に、
遮光手段２の透孔１０の像４８が結像される。

【００２９】図７（ｂ）で示されるように、レーザ光７
の光軸と光ファイバ４のコア４５の端面９の軸線とが一
直線上にある場合は、光ファイバ４のコア４５の端面９
の中心に、遮光手段２の透孔１０の像４８が結像され
る。レーザ光７の光軸と光ファイバ４のコア４５の端面
９の軸線とが一直線にあることを確認するためには、図
７（ｂ）の状態から遮光手段２をさらに９０°回転させ
てみればよい。

【００３０】図８〜図１２は、遮光手段２の他の実施例
である平面図を示す。各遮光手段は、遮光手段２と同様
の機能を持ち、透孔を有し、レーザ光の光軸に平行な軸
線まわりに角度変位可能に設けられる。前記透孔は、前
記軸線のまわりの半径または周方向に形成されている。

【００３１】図８で示される遮光手段５０には、周方向
に９０°毎に断面が円形である透孔５１が４カ所形成さ
れている。図９で示される遮光手段５２には、細長く延
びる形状を有する透孔５３が直径方向に形成され、図１
０で示される遮光手段５５には、細長く延びる形状を有
する透孔５３が互いに直交するように十字状に形成され
ている。

【００３２】図１１で示される遮光手段５８には、細長
く延びる形状を有する透孔５９が周方向９０°毎に４カ
所形成され、図１２で示される遮光手段６０には、細長
く延びる形状を有する透孔が、半径方向に４カ所形成さ
れている。

【００３３】図１３は、本発明の他の実施例であるレー
ザ光と光ファイバとの光軸調整装置の構成を示す側面図
である。この実施例は、図１で示される実施例に類似
し、対応する部分には同一の参照符を付す。この実施例
の注目すべき点は、遮光手段２と集光レンズ３との間に
回転する遮光板６０を設けていることである。遮光板６
０は、表面を黒化処理したアルミニウムから成り、図１
４で示されるように円盤状の形状であり、半径方向に長
細く延びる形状の透孔６３が２カ所形成される。透孔６
３の幅Ｗは、たとえば１〜３ｍｍに形成される。遮光板
６０は、モータ６１によって回転される。孔６５は、モ
ータ６１の軸と結合するためのものである。この実施例
において、レーザ源１から射光された高出力レーザ光７
０を遮光手段２を通過させ、レーザ光７０の強度を減少
させた場合でも、その減少されたレーザ光７１の強度を
さらに減少させている。遮光手段２を通過したレーザ光
７１は、回転している遮光板６０によってレーザ光７１
の強度がさらに減少される。遮光板６０は回転すること
によって、空気によって冷却化されるので、遮光手段２
に用いられているような冷却水を用いる冷却装置は不要
である。遮光板６０の回転軸線は、モータ６の軸と結合
する孔６５の軸線であり、この回転軸線は、レーザ光の
光軸からずれた位置にある。

【００３４】遮光板６０を通過したレーザ光７２は、レ
ンズ３によって光ファイバ４の端面９に集光される。こ
の光ファイバ４のレーザ光７２の受光量は、受光量の検
出手段であるパワーメータ５によって検出される。位置
決め装置６は、光ファイバ４の端面を図１３で示される
ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸における位置決めを行う装置であ
る。この光ファイバ４の端面９の位置決め調整を行い、
レーザ光の光軸と光ファイバ４の端面９の軸線とが一直
線上にあり、パワーメータ５が検出した受光量が最大に
なる光ファイバの端面９の位置を探す。

【００３５】このようにして、レーザ光７２と光ファイ
バ４との光軸調整が完了した後、遮光手段２、遮光板６
０をそれぞれの移動手段によって方向Ｍ７，方向Ｍ８に
移動させ、高出力レーザ光を光ファイバ４に正確に入射
させることができる。

【００３６】また、図１および図１３で示される実施例
において、透孔１０の直径が１ｍｍ未満の場合、遮光手
段２を通過する光は、透孔１０による回折の影響を受け
るけれども、レーザ光の発散角が大きくなる方向であ
り、実際に受光する高出力レーザ光の焦点は、小さくな
る方向になるため、位置決めした光ファイバ４の位置が
ずれることはない。

【００３７】さらに、光ファイバ４の受光量を検出しな
がら、受光量が最大になるように光ファイバ４の位置決
めを行うけれども、赤外線を検出した部分のみが変色す
るシート状のいわゆるＩＲセンサを用いてレーザ光の焦
点位置を確認してもよい。この赤外線を検出するいわゆ
るＩＲセンサは、赤外線のレーザ光を受光すると変色す
るものであり、この変色した位置に受光する光ファイバ
４の端面９の軸線を合わせる。また本実施例では、光フ
ァイバ４の端面を移動させて調整したけれども、光ファ
イバ４を固定しておいて、レーザ源１と遮光手段２と、
集光レンズ３とを光軸に対して垂直方向に移動させても
よい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、遮光手段
によって、強度が減少したレーザ光が光ファイバ端面に
入射するように光ファイバの端面の位置決めをし、検査
手段によって受光量を検出することができる。検査手段
によって検出した受光量が最大のとき、レーザ光の光軸
と光ファイバ４の端面の軸線とが一直線上にある。した
がって強度の減少したレーザ光によって調整を行うの
で、光ファイバを損傷させることがない。これによって
レーザ光を光ファイバ４のコア４５内に正確に入射させ
ることができるレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置
を得ることができる。特に本発明によれば、位置決め装
置は、光ファイバの前記端面を、集光レンズの焦点深度
に正確にもたらすことができ、したがって集光レンズか
らのレーザ光の最小断面の位置に、光ファイバのコアを
位置決めすることができるようになる。これによって集
光レンズからのレーザ光が、コア以外の部分に照射され
て焼損するおそれが確実に回避される。このことは高出
力レーザ光を光ファイバに導くにあたり、重要なことで
ある。さらに本発明によれば、遮光手段は、冷却水路を
有し、高出力レーザ光が遮光手段に照射されるとき、遮
光手段が焼損することを確実に防ぐ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるレーザ光と光ファイバ
との光軸調整装置の構成を示す側面図である。

【図２】図１で示される遮光手段２の平面図である。

【図３】図１で示される遮光手段２の断面図である。

【図４】図１で示される位置決め装置６の斜視図であ
る。

【図５】図４で示される支持片３６の断面図である。

【図６】焦点深度を説明するための図である。

【図７】光ファイバ４におけるレーザ光の受光状態を示
す図である。

【図８】遮光手段２の他の実施例を示す正面図である。

【図９】遮光手段２の他の実施例を示す正面図である。

【図１０】遮光手段２の他の実施例を示す正面図であ
る。

【図１１】遮光手段２の他の実施例を示す正面図であ
る。

【図１２】遮光手段２の他の実施例を示す正面図であ
る。

【図１３】本発明の他の実施例であるレーザ光と光ファ
イバとの光軸調整装置の構成を示す側面図である。

【図１４】図１３で示される遮光板６の正面図である。

【符号の説明】

１ レーザ源 ２ 遮光手段 ３ 集光レンズ ４ 光ファイバ ５ パワーメータ ６ 位置決め装置 ９ 端面 １０ 透孔 １１ 遮光部材 １２，１３，１４ ねじ孔 １６，１７，１８ 長孔 ２１，２９ 移動部材 ２３，３８ マイクロメータ ２４，３９， つまみ ２６ スピンドル ２８ 案内溝 ４０ 基台 ４５ コア ４６ クラッド ４７ 外被 ４８ 像 ６０ 遮光板 ６１ モータ ６３ 透孔

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−168776（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−16512（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−272414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−178911（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−151611（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−140022（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/42

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ源と、 光ファイバと、 レーザ源からのレーザ光を光ファイバの端面に集光する
   集光レンズと、 光ファイバの前記端面を、集光レンズからのレーザ光の
   光軸と平行なｚ軸方向、ｚ軸に垂直なｘ軸方向ならびに
   ｚ軸およびｘ軸に垂直なｙ軸方向に、それぞれ移動して
   調整する位置決め装置と、 レーザ源と集光レンズとの間に介在され、金属遮光性材
   料から成り、レーザ光のビーム外径よりも少なくとも内
   方に形成される透孔を有し、透孔の付近に形成された冷
   却水路を有し、この水路に冷却水を供給する冷却水源が
   接続される遮光手段と、 光ファイバの前記端面での受光量を検出する検出手段と
   を含むことを特徴とするレーザ光と光ファイバとの光軸
   調整装置。
2. 【請求項２】 遮光手段は、レーザ光の光軸に平行な軸
   線まわりに角変位可能に設けられ、前記透孔は、前記軸
   線のまわりに半径方向および周方向の少なくともいずれ
   かの方向に異なる位置に複数、形成され、軸直角断面が
   円形であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光と
   光ファイバとの光軸調整装置。
3. 【請求項３】 遮光手段は、レーザ光の光軸に平行な軸
   線まわりに角変位可能に設けられ、前記透孔は、半径方
   向に細長く延びる形状を有することを特徴とする請求項
   １記載のレーザ光と光ファイバとの光軸調整装置。
4. 【請求項４】 遮光手段と集光レンズとの間に、レーザ
   光を間欠的に遮断するもう１つの遮光手段が介在される
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光と光ファイバ
   との光軸調整装置。
5. 【請求項５】 前記もう１つの遮光手段は、 レーザ光の光軸からずれた位置に回転軸線を有し、レー
   ザ光を透過する半径方向に長細く延びる形状の透孔を有
   する遮光板と、 遮光板を、その回転軸線まわりに回転するモータとを有
   することを特徴とする請求項４記載のレーザ光と光ファ
   イバとの光軸調整装置。