JP3076875B2 - 光導波管のプラグ接続具 - Google Patents

光導波管のプラグ接続具

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ光を入力側光導波管から出力側光導
波管に供給するための光導波管のプラグ接続具であっ
て、金属センタリング要素を備える金属プラグハウジン
グからなり、第1プラグに設けられた入力側光導波管と
第2プラグに設けられた出力側光導波管がセンタリング
要素に向けて突出し、2つの光導波管の各端面がその間
に小さなギャップを有して互いに対向配置されているも
のに関する。
(従来の技術) 低い光量の伝送用として電気通信の目的のために使用
するこの種のマルチモード光導波管のプラグ接続具は、
ラディアル アドバタイジング リーフレットである
「高性能光コネクター;PFO出版」から知られている。
この公知のプラグ接続具には、同一でかつプラグ内に
各々固定される接続用マルチモード光導波管が当接関係
でプラグハウジング内に挿入されている。これら導波管
の間に残るギャップには屈折率の整合する媒介が設けら
れている。
この種のマルチモード光導波管のプラグ接続具は、連
続波動作で数10ワットの範囲における高い光量を伝送す
るには不適当である。それは反射および吸収損失のた
め、端面領域で発生する熱が、屈折率の整合する媒体を
消散させ、この結果、光導波管を破壊するからである。
ラルフ テーハー.クレステン氏による光通信技術概
論」(スプリンゲル,ベルリン1983年340〜345頁)によ
れば、もし端面間のギャップにおけるある媒体の屈折率
が光導波管のコアにおける屈折率と異なっているなら
ば、2つの同一光導波管間のギャップ形成における軸方
向の乱れにより高い結合損失を生じることが知られてい
る。
さらに、同333〜339頁には以下のように述べられてい
る。2つの光導波管が互いに結合されるとき、この光導
波管のコア径、開口数、および屈折率分布が同一である
なら理論的にはいかなる損失も生じない。もし、これら
3つのパラメータの1つに対して、入力側光導波管の相
当値が出力側光導波管の関連値よりも小さいならば、上
記説明によれば結合時に互いに整合されねばならない2
つの光導波管におけるフィールドの乱れのために好まし
くない、不利な結合損失が生じる。
さらに、光導波管と光導波管の接続は、2つの光導波
管に関して心出しおよび狂いを発生するので、接続部を
使ってできる限り離して形成されるべきであることが提
案されている。
(発明が解決しようとする課題) 従来技術から進んで、本発明の根底にある目的は、高
い連続波の光量の伝送のためマルチモード光導波管のプ
ラグ接続具を提供することである。
(発明が解決するための手段) この目的は、本発明によれば出力側光導波管のコア径
を入力側光導波管のコア径よりも少なくとも1/3大きく
し、かつプラグハウジングに熱を消散させる大きな表面
積を有するハウジングに接続することによって達成され
る。
(作 用) 小さなエアギャップとともにコア径を少なくとも1/3
大きくするという光導波管の使用により、高い連続波の
レーザ光における信頼性のある結合が可能となる。
避けることができずに発生する結合損失の熱は、熱消
散ハウジングに分け与えられる。手術室の比較的ほこり
や細菌のない雰囲気中では、結合される光導波管の各端
面間のエアギャップは異なる処理を可能とし、かつ外科
用器具が容易にかつ信頼性をもって変換される入力側光
導波管に接続されるようになっている。これは手術室の
スタッフによって行われるとともに光を供給するレーザ
は隣接室でモニタされかつ調整することができる。
(実施例) 好ましい実施例において、光導波管の端面間のギャッ
プ幅は5〜30マイクロメータの範囲にあり、その結果、
エアギャップに分散して散りばめられる放射によって生
ずる結合損失は低い状態にとどまる。
本発明の1つの装置では、貫通孔を有する金属性ボー
ルがセンタリング要素として設けられ、これに向って各
プラグの心出しコーンを各側面から滑べるように進ませ
る。
これにより異なるプラグをプラグ接続具の主軸線上に
位置づけることが可能となる。
好ましい実施例では、光導波管の各端部は各々金属バ
レルに固定されている。このバレルは固定された光導波
管のコアが互いに整列され、かつプラグの内側部分に対
して同心配置されるように柔かい金属部材の助けにより
プラグの各孔にしっかりと位置づけされる。
この手段により、ファイバーのクラッドに関して同心
的に整列されていないファイバのコアがプラグの主軸線
に容易に整列することができ、その結果、レーザ放射は
結合されるべき高い光量で出力側光導波管のコア内にで
きる限り中心に集って結合される。
出力側光導波管の開口数が入力側光導波管の開口数よ
りも1/2大きくなることにより、入力側光導波管から現
われるレーザ光は出力側光導波管に効率良く結合され
る。
光導波管5,15の両方は特にステップインデックス光導
波管であってもよく、その場合各光導波管のフィールド
分配は類似する。
本発明は以下に図面を参照して詳述されており、1つ
の概略図により本発明に係るマルチモード光導波管のプ
ラグ接続具が示される。
本発明における光導波管のプラグ接続具は、金属製の
実質的に中空の円筒状プラグハウジング1からなり、そ
の内部とこのプラグハウジング1と良好な熱伝導で接続
される金属センタリングボール2が中心に設けられてい
る。
センタリングボール2には、光導波管のプラグ接続具
の主軸線3と整列する半径方向軸線に沿う貫通孔があ
る。センタリングボール2の貫通孔4はクラッド光導波
管を受けるに十分な直径を有している。
入力側光導波管5に設けられた円筒プラグ6はプラグ
ハウジング1内に押込まれる。プラグ6は、望ましくは
図示されていない外部めねじリングが設けられ、このリ
ングがプラグハウジング1に設けたおねじに螺合して、
プラグ6はプラグハウジング1にしっかりと結合でき
る。
プラグ6の円筒内側部分7は、入力側光導波管5を内
部に固定する貫通孔8を有する。プラグ6の前方端に
は、センタリングボール2とつながる心出しコーン9が
設けられ、プラグ6がプラグハウジング1に固定される
とき円筒プラグ6を主軸線3に整列させて心出しする。
プラグ6はめねじリングをおねじ上に締め付けて固定
するので、心出しコーン9はセンタリングボール2の表
面を押圧する。そうすることにより内側部分7はプラグ
6の軸線が主軸線3に一致するまで主軸線3に対して垂
直方向に移動する。
入力側光導波管5はチューブ状の金属バレル10に固定
され、このバレル10は容易に変形可能な金属製固定部材
11の助けによりプラグ6の貫通孔8にしっかりと留めら
れる。金属バレル10は好ましくはアルミニウム又は鋼製
からなり固定部材11は鉛からなる。
入力側光導波管5は図面では個別に示されていないが
コア又はクラッドで構成されている。光導波管の製造過
程では、コアとクラッドとの同心配置に対して不整合が
生ずる。光導波管5のクラッドは金属バレル10に固定さ
れるので、光導波管5のコアと金属バレル10はしばしば
互いに同心配置されない。
このように光導波管5のコアがクラッドに対して同心
配置されていない場合、光導波管のコアを軸中心位置に
移動するため、プラグの貫通孔8内で、光導波管を金属
バレルとともに半径方向にずらす必要がある。本発明の
接続具を用いて光導波管5とプラグ6間の接続が形成さ
れるとき、変形可能な金属部材11が金属バレル10によっ
て半径方向の押圧力を受けながら貫通孔内で横方向に変
位するので、コアは金属バレル10の横移動によって間接
的にプラグ6の貫通孔8に心出しされる。
プラグハウジング1のセンタリングボール2の回りに
内側部分7の心出しコーン9を配置することにより、入
力側光導波管5のコアを主軸線3に心合せすることを保
証する。
入力側光導波管5は、例えば数マイクロメータのコア
径を有する単一モードのガラスファイバーであってもよ
い。好ましくは、入力側光導波管5は、例えば200マイ
クロメータのコア径を有するマルチモードファイバーで
あり、これは280マイクロメータのクラッド径を有して
いる。このガラスファイバーの開口数は、例えば0.21で
あり、単純化された形で示される端面13からの幾何学的
な脱出角12は、例えば13゜である。
出力側マルチモード光導波管15を備える円筒プラグ16
は、プラグ6の反対側からプラグハウジング1に押し込
められる。プラグ6と同様に、プラグ16は、好ましくは
図示されていないねじ切りされたリングを備えており、
このリングはプラグハウジング1に取付けられかつこの
リングによってプラグ16はしっかりとプラグハウジング
1に連結される。
プラグ16の円筒内側部分17は出力側光導波管15がその
内部に固定される貫通孔18を有している。プラグ16の前
方端には、プラグがプラグハウジング1に固定されると
きセンタリングボール2とともに円筒プラグ16を主軸線
3に心合せする心出しコーン19が設けられている。
出力側光導波管15はチューブ状の金属バレル20に固定
されており、好ましくはこのバレル20も金属製の固定部
材11の助けによりプラグ16の貫通孔18内にしっかりと留
められる金属バレル10と同じ金属からなっている。出力
側光導波管15のコアおよび内側部分17の外径は互いに同
心にある。
出力側光導波管15は、図面では分離して示されていな
いコアとクラッドからなる。出力側光導波管15のコアは
金属バレル20によって間接的にプラグ16の貫通孔18に入
力側光導波管5と同様に固定されている。
センタリングボール2の回りに内側部分17の心出しコ
ーン19を配置することにより、出力側光導波管15のコア
が主軸線3と、そして入力側光導波管5のコアと心合せ
することを保証する。
高い連続波の出力を伝送するための出力側光導波管15
は、好ましくはマルチモードの光ガイドファイバーから
なり、このファイバーは例えば600マイクロメータの大
きなコア径を有し、さらに通常プラスチック材料でなる
1000マイクロメータの径を有するクラッドを備えてい
る。このガラスファイバーの開口数は、例えば0.48であ
り、単純化した形で示される端面23への幾何学的な最大
入力角22は、例えば29゜である。
入力側光導波管5と出力側光導波管15の相互に整合し
たコアの端面13と23は、ほぼ5〜30マイクロメータの間
隔がある。この間隔により形成されたギャップ24は空気
のみで満され結合媒体を含まない。矢印27で印されたレ
ーザ光は入力側光導波管5を通過し、入力側光導波管5
の端面13からギャップ24のガス空間に現われる。ギャッ
プを形成する空間は、空気または不活性ガスを含んでい
る、ほこりや細菌のないガス雰囲気である。
実質的に開口角12を有して現われるレーザ光は端面23
を介して出力側光導波管15に結合され、さらに出力側光
導波管15を通り、その最終使用に向け矢印26の方向に通
過する。
光導波管5,15の各端面13,23は、好ましくは非反射的
なものとなっている。異なるコア径のために光導波管5,
15における異なる開口数と必然的に異なるフィールド分
配、つまり結合損失が起こる。マルチモード光導波管の
プラグ接続具は1064ナノメータの光の波長で70ワットの
連続波の光量で作動され、本発明によればプラグ接続具
内で数ワットの損失熱が生じる。
この損失熱は金属製のセンタリングボール2を介して
プラグハウジング1に伝導する。プラグハウジング1は
熱伝導状態で熱消散用のフィンを備えている大きな表面
積の冷却ハウジング25に連結されている。
光導波管5,15は、両方とも伝達されるレーザ光のフィ
ールド分配に適合するために、特にステップインデック
ス光導波管とすることができる。
(発明の効果) 上述した光導波管のプラグ接続具を用いると、レーザ
およびそのために調整されるべき要素は手術室の外側に
配置でき、入力側光導波管5はレーザを手術室に導く。
マルチモード光導波管のプラグ接続具を使用すると、目
に見える赤外レーザ光の場合には数100ワットまでの連
続波出力が高い結合度で危険なく結合接続具の端面13,2
3に伝達され得る。特に、70ワットの高い連続波出力パ
ワーの例えばYAGレーザでは、安全に出力側光導波管15
に結合できる。
ここに種々の医学的処理および外科用器具が光導波管
のプラグ接続具により医師によって容易に変更すること
ができる。
光導波管のプラグ接続具の他の配置において、ギャッ
プ24は、好ましくは供給されるレーザ放射に対して透明
である屈折率の適合する媒体で満たすこともできる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る光導波管のプラグ接続具の構造を示
す概略断面図である。 1……プラグハウジング 2……センタリング要素、3……主軸線 4……貫通孔、5……入力側光導波管 6,16……プラグ、7,17……内側部分 8,18……貫通孔 9,19……心出しコーン、10,20……金属バレル 11……金属性固定部材、13,23……端面 15……出力側光導波管、24……ギャップ 25……冷却ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/24 G02B 6/36 - 6/40

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を入力側光導波管(5)から出力
    側光導波管(15)に供給する光導波管のプラグ接続具で
    あって、 金属性センタリング要素(2)を備える金属性プラグハ
    ウジング(1)からなり、 第1プラグ(6)に設けられた入力側光導波管(5)と
    第2プラグ(16)に設けられた出力側光導波管(15)と
    を前記センタリング要素に突出させ、かつ 前記2つの光導波管(5,15)の各端面(13,23)が、こ
    れらの間に小さなギャップを有して互いに対向配置さ
    れ、 出力側光導波管(15)のコア径が入力側光導波管(5)
    のコア径よりも少なくとも1/3大きくかつプラグハウジ
    ング(1)が熱を消散する大きな表面積を有するハウジ
    ング(25)に接続されていることを特徴とするプラグ接
    続具。
  2. 【請求項2】端面(13,23)間のギャップ幅が概略5〜3
    0マイクロメータの範囲に予め決められていることを特
    徴とする請求項1記載の光導波管のプラグ接続具。
  3. 【請求項3】貫通孔を有する金属性ボールがセンタリン
    グ要素(2)として設けられ、該要素に向かってプラグ
    (6,16)の各心出しコーン(9,19)が各側部から押圧可
    能であることを特徴とする請求項1または2記載の光導
    波管のプラグ接続具。
  4. 【請求項4】入力側と出力側の光導波管(5,15)の端部
    が各々のチューブ状金属バレル(10,20)に固定され、
    該バレルは、前記光導波管(5,15)のコアが互いに整列
    されかつプラグ(6,16)の内側部分(7,17)に対して同
    心に配置されるように、変形可能な金属部材(11)を介
    してプラグ(6,16)の各々の孔(8,18)に留められてい
    ることを特徴する請求項1ないし3のいずれかに記載の
    光導波管のプラグ接続具。
  5. 【請求項5】出力側光導波管(15)の開口数は入力側光
    導波管(5)の開口数よりも大きい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光導波管のプラグ接
    続具。
  6. 【請求項6】両光導波管(5,15)がステップインデック
    ス光導波管である請求項1ないし5のいずれかに記載の
    光導波管のプラグ接続具。
  7. 【請求項7】出力側光導波管(15)のコア径よりも概略
    1/3大きいことを特徴とする請求項1ないし6のいずれ
    かに記載の光導波管のプラグ接続具。
  8. 【請求項8】出力側光導波管(15)がマルチモード光導
    波管である請求項1ないし7のいずれかに記載の光導波
    管のプラグ接続具。
  9. 【請求項9】入力側光導波管(5)がマルチモード光導
    波管である請求項1ないし7のいずれかに記載の光導波
    管のプラグ接続具。
  10. 【請求項10】ギャップ(24)を形成する空間が、ほこ
    りや細菌のないガス雰囲気または空気で満たされている
    ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の
    光導波管のプラグ接続具。
  11. 【請求項11】ギャップ(24)を形成する空間が、屈折
    率の整合する媒体で満たされていることを特徴とする請
    求項1ないし9のいずれかに記載の光導波管のプラグ接
    続具。
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