JP4254716B2 - レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 - Google Patents
レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4254716B2 JP4254716B2 JP2005019481A JP2005019481A JP4254716B2 JP 4254716 B2 JP4254716 B2 JP 4254716B2 JP 2005019481 A JP2005019481 A JP 2005019481A JP 2005019481 A JP2005019481 A JP 2005019481A JP 4254716 B2 JP4254716 B2 JP 4254716B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- optical fiber
- cladding region
- energy transmission
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims description 85
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 68
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 35
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 18
- CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N helium neon Chemical compound [He].[Ne] CPBQJMYROZQQJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 6
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N [Sc].[Y] Chemical compound [Sc].[Y] MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- JPHMVQONLACYKH-UHFFFAOYSA-N chromium erbium Chemical compound [Cr][Er] JPHMVQONLACYKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002647 laser therapy Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
- G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
- G02B6/02328—Hollow or gas filled core
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
- G02B6/02357—Property of longitudinal structures or background material varies radially and/or azimuthally in the cladding, e.g. size, spacing, periodicity, shape, refractive index, graded index, quasiperiodic, quasicrystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
- G02B6/02361—Longitudinal structures forming multiple layers around the core, e.g. arranged in multiple rings with each ring having longitudinal elements at substantially the same radial distance from the core, having rotational symmetry about the fibre axis
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/102—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type for infrared and ultraviolet radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Description
本発明は、レーザエネルギーを伝送する光ファイバ、特にレーザ加工、医療用に有用な赤外波長帯の高出力レーザ光の伝送に好適な伝送光ファイバ及びこの光ファイバを使用したレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置に関するものである。
近年、半導体レーザや固体レーザの高出力化或いは短パルス化によって、高ピークパワーのレーザエネルギーを利用した様々な用途開発が、レーザ加工或いはレーザメス等の医療分野において注目を集めている。
従来、高出力のレーザ光を伝送するためには、主に図４に示すような大口径の石英系光ファイバ３０が使用されてきた。これは、通信用で使用されている光ファイバと同様に、相対的に屈折率が高い充実のコア領域３１と、屈折率が低いクラッド領域３２との境界で全反射条件を満足しながら、コア領域３１に光パワーを集中させて伝搬させる構造となっている。
一般に、このような石英系の充実型光ファイバは、概ね波長２μｍ以下のレーザ光を低損失で伝送できる。石英系の充実型光ファイバが一般の通信用光ファイバと異なる点は、シングルモード伝送である必要はなく、直径１００〜６００μｍ程度の大口径のコアを用いて、伝送するレーザ光のパワー密度を下げていることである。このような石英系の充実型光ファイバは、波長２μｍ以下のレーザ光を低損失で長距離伝送することができるため、主に発振効率が高く、高出力が得られるネオジム（Ｎｄ）−ＹＡＧレーザ光（波長：１．０６μｍ）伝送用に使用されており、レーザ加工や止血用のレーザメスとして実用に供されている。また、ホルミウム（Ｈｏ）−ＹＡＧレーザ光（波長：２．１μｍ）は、数ｍ以下の距離であれば、かろうじて石英系光ファイバを伝送路として使用することができる。このＨｏ−ＹＡＧレーザ光は水への吸収が比較的大きいので主に医療用に検討されている。
さらにレーザ光の波長が２μｍを超える長波長になると石英系の充実型光ファイバは長距離伝送用としては使用できない。エルビウム・クロム（ＥｒＣｒ）−ＹＳＧＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｓｃａｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ（Ｙ3Ｓｃ2Ｇａ3Ｏ12））レーザ光（波長：２．７８μｍ）やエルビウム（Ｅｒ）−ＹＡＧレーザ光（波長：２．９４μｍ）は、特に水への吸収が大きく、ハイドロキシアパタイト結晶間の水和殻に非常に効率よく吸収されるので、骨や歯などの硬組織の切削にも有効なレーザである。このような波長３μｍ近傍のレーザ光は石英系光ファイバを伝送路として使用できないため、中空領域をコアとする中空ファイバが使用されている。
図５に示すように、中空ファイバ４０は、中空コア領域４１と、内側に中空コア４１を形成する誘電体層４２と、誘電体層４２を囲む金属層４３とからなる。誘電体層４２の厚さは、伝送するレーザ光の波長に合わせて最適化され、内壁の反射率を高めて低損失伝送するものである。現在、主に歯科におけるレーザ治療器に適用されている。
一般に、石英系光ファイバは、波長２μｍ以下の光に対しては、十分透明で長距離の低損失伝送が可能であるが、波長０．８μｍ近傍のチタン（Ｔｉ）−サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）レーザ光や波長１．０６μｍのネオジム（Ｎｄ）−ＹＡＧレーザ光など波長が２μｍ以下のレーザ光であっても、高出力、短パルスレーザ光の場合、空間的或いは時間的にピークパワーが非常に大きくなり、コア領域が破壊される可能性がある。これは非線形光学効果によりレーザエネルギーの増加に伴い屈折率が上昇し、レーザエネルギーの自己収束作用が働くためである。
従って、現在のレーザエネルギー伝送用の光ファイバは、図４に示すように、コア径を大きくし、光ファイバの破壊閾値を超えないパワー密度の範囲内で使用されるため、レーザエネルギーの伝送容量及び機械的な柔軟性において制限を受けるといった問題があった。
上述のような非常に高エネルギー密度のレーザ光に対しては、波長が２μｍ以下であってもコアが中空である方が大パワー伝送に有利であるという考えが近年現れた。コアが中空であれば、大口径にしなくても端面破壊の閾値を各段に高めることができるためである。このような考え方に適合する伝送路として、中心部が中空でさらにその外側に複数の空孔を有するフォトニックバンドギャップファイバがある。このフォトニックバンドギャップファイバは、空孔の孔径、及び間隔に依存する特定の波長に対してバンドギャップを形成し、中空コア領域に光エネルギーを閉じ込めて低損失で伝送することができる。
しかしながら、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ等特定の波長のレーザに対しては、低損失で伝送できても、そのレーザの波長帯でバンドギャップが形成されるように設計されているため、他の波長帯の光も低損失で伝送できるとは限らない。また、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光は不可視光であるため、実用上は緑や赤などの可視のレーザ光もガイド光として重畳させる必要がある。以上のように、従来のフォトニックバンドギャップファイバでは、特定のレーザ光の伝送には優れているが、ガイド光となる可視光も同時に伝送させることは困難であった。
一方、ＥｒＣｒ−ＹＳＧＧレーザ光やＥｒ−ＹＡＧレーザ光に対しては、充実型の石英系光ファイバが使用できないため、図５に示す誘電体内装金属中空ファイバが用いられている。この場合もガイド光として可視光を重畳させて伝送させる必要があるが、誘電体層４２の膜厚が、特定の赤外レーザ光に対して低損失になるように設定されているため、可視のレーザ光に対しては大きな損失が生じる。数ｍ伝送する場合には、ガイド光として出射光を認識することはできるが、大きな出力のレーザ光源を使用しなければならない。
波長３μｍ近傍のレーザ光は前述のように水への吸収が非常に大きく、医療用として重要なレーザ光源である。特に最近は低侵襲治療を目的としたレーザ治療が注目されている。誘電体内装金属中空ファイバは、直径１００μｍ程度の非常に細いファイバを製造することが難しく、通常直径５００〜１０００μｍ程度のものが使われている。
また、中空コアを持つ構造の場合、ファイバ先端を治療患部に接近、接触或いは体内に挿入させると、中空コア領域への異物侵入、汚染による先端部の損失増加、破損など光学的或いは機械的特性の劣化が生じてしまう。また、洗浄や滅菌処理が困難なため、再使用も困難であった。中空部分を封止する構造として、異物侵入を防止すると共に、出射光の広がり角や方向を制御するため、石英製の先端チップの装着が提案されている（K.Iwai,Y.Shi,M.Endo,K.Ito,Y.Matsuura,M.Miyagi,and H.Jelinkove,App.Opt.,vol.43,pp.2568-2571,2004）。これは誘電体内装金属中空ファイバ４０の先端に、キャップのように被せ中空コア領域４１を封止する構造となっている。誘電体内装金属中空ファイバ４０は、金属と誘電体の薄膜から構成されているので、融着により一体接続することができない。そのため、先端部は太くなり、また患部挿入時における脱落などの懸念がある。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高出力、短パルスのレーザ光のような空間的或いは時間的に非常に高いピークパワーを持つレーザ光に対しても、破壊閾値が格段に高く、しかも可視のガイド光を重畳して長距離伝送可能なレーザエネルギー伝送用光ファイバ、伝送方法及び伝送装置を提供することにある。
さらに合わせて、特に医療用を目的として、ファイバ先端を治療患部に接近、接触或いは挿入しても特性劣化が起こりにくく、また、容易に洗浄、滅菌可能なレーザエネルギー伝送用光ファイバ、伝送方法及び伝送装置を提供する。
上記目的を達成するために、本発明は、伝送する光の波長よりも大きな直径を有する中空コア領域と、該中空コア領域を包囲する充実部に複数の空孔が設けられた内側クラッド領域と、該内側クラッド領域を包囲する外側クラッド領域とを有する光ファイバ本体部を備えたレーザエネルギー伝送用光ファイバであって、
上記外側クラッド領域の屈折率が上記内側クラッド領域の充実部の屈折率よりも小さくなるように構成し、上記中空コア領域は、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を、その光エネルギーを主に閉じ込めて伝送させ、同時に、少なくとも上記内側クラッド領域は、上記内側クラッド領域と上記外側クラッド領域との境界で全反射させた波長０．７μｍ以下の可視光を閉じ込めて伝送させるものである。
上記外側クラッド領域の屈折率が上記内側クラッド領域の充実部の屈折率よりも小さくなるように構成し、上記中空コア領域は、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を、その光エネルギーを主に閉じ込めて伝送させ、同時に、少なくとも上記内側クラッド領域は、上記内側クラッド領域と上記外側クラッド領域との境界で全反射させた波長０．７μｍ以下の可視光を閉じ込めて伝送させるものである。
好ましくは、上記内側クラッド領域の充実部を純粋石英で形成し、上記外側クラッド領域を、フッ素を含有する石英材料、またはフッ素を含有する樹脂で形成したものである。
好ましくは、上記内側クラッド領域の複数の空孔は、伝送する光の波長に対してバンドギャップを形成するようにその孔径及び間隔が設定されたものである。
好ましくは、上記光ファイバ本体部の片端または両端に、クラッド領域と、該クラッド領域よりも高屈折率の充実コア領域とからなる充実コア型光ファイバを接続したものである。
好ましくは、上記充実コア領域の直径が、上記内側クラッド領域の直径と略等しいものである。
そして、本発明は、請求項１〜５いずれかに記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバを使用し、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を、その光エネルギーを主に中空コア領域に閉じ込めて伝送させ、同時に波長０．７μｍ以下の可視光を、内側クラッド領域と外側クラッド領域との境界で全反射させて少なくとも上記内側クラッド領域に閉じ込めて伝送させるレーザエネルギー伝送方法である。
好ましくは、上記近赤外波長帯からの波長４μｍ以下のレーザ光は、チタン−サファイヤレーザ、ネオジム−ＹＡＧレーザ、ホルミウム−ＹＡＧレーザ、エルビウム−ＹＡＧレーザ、エルビウム・クロム−ＹＳＧＧレーザのいずれかである方法である。
好ましくは、上記波長０．７μｍ以下の可視光は、半導体レーザまたはヘリウム−ネオンレーザである方法である。
また、本発明は、請求項１〜５いずれかに記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバと、その光エネルギーが主に中空コア領域に閉じ込めて伝送される近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振する第一のレーザ光源と、内側クラッド領域と外側クラッド領域との境界で全反射させて上記近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光と同時に少なくとも上記内側クラッド領域に閉じ込めて伝送される波長０．７μｍ以下の可視光を発振する第二のレーザ光源とを備えるレーザエネルギー伝送装置である。
好ましくは、上記近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振する第一のレーザ光源は、チタン−サファイヤレーザ光源、ネオジム−ＹＡＧレーザ光源、ホルミウム−ＹＡＧレーザ光源、エルビウム−ＹＡＧレーザ光源、エルビウム・クロム−ＹＳＧＧレーザ光源のいずれかであるものである。
好ましくは、上記波長０．７μｍ以下の可視光を発振する第二のレーザ光源は、半導体レーザ光源またはヘリウム−ネオンレーザ光源であるものである。
本発明によれば、高出力、短パルスのレーザ光のような空間的或いは時間的に非常に高いピークパワーを持つレーザ光に可視のガイド光を重畳して長距離伝送できるといった優れた効果を発揮する。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の第一の実施形態であるレーザエネルギー伝送用光ファイバの備える光ファイバ本体部１０の横断面図を示したものである。
図１に示すように、光ファイバ本体部１０は、中空コア領域１１と、その中空コア領域１１を包囲する内側クラッド領域１４と、その内側クラッド領域１４を包囲する外側クラッド領域１５とを備える中空コア型の光ファイバである。中空コア領域１１は、伝送する光の波長よりも直径が大きくなるよう形成されている。内側クラッド領域１４は、充実部１２に複数の空孔１３が形成されたものである。
複数の空孔１３の配置において、複数の同心円上に形成される各空孔１３が、それぞれ円周方向で等間隔に同じ数だけ配置され、さらに、その各空孔１３が同心円の径方向に整列するよう配置されている。このように空孔１３を配置することにより内側クラッド領域１４は屈折率の周期性を有する。空孔１３の孔径及び空孔間の間隔は、伝送する光の波長に対してバンドギャップが存在するように設定されている。
さて、本実施の形態のレーザエネルギー伝送用光ファイバは、外側クラッド領域１５を内側クラッド領域１４の充実部１２の屈折率よりも小さい屈折率の材料で形成したことに特徴がある。
内側クラッド領域１４の充実部１２は、純粋石英で形成され、外側クラッド領域１５は、純粋石英より屈折率の小さい材料として、フッ素を含有する石英材料で形成されるのが好ましい。
レーザエネルギー伝送方法は、上述のレーザエネルギー伝送用光ファイバでレーザ光を伝搬させるに際して、近赤外波長帯から４μｍ以下の波長で高エネルギーを有するレーザ光と、波長０．７μｍ以下の可視のレーザ光を伝送させる方法である。可視のレーザ光は、不可視である高エネルギーレーザ光のガイド光として伝送させている。
本実施の形態では、中空コア領域１１には、高出力の赤外レーザ光として波長１．０６μｍのＮｄ−ＹＡＧレーザ光を、純粋石英で構成された内側クラッド領域１４には、ガイド光として、波長０．６５μｍの可視の半導体レーザ光或いは波長０．６３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光をそれぞれ伝搬させた。
外側クラッド領域１５の屈折率を内側クラッド領域１４の屈折率より低くすることで、ガイド光を、内側クラッド領域１４と外側クラッド領域１５の境界で全反射させて伝搬させることができる。また、高エネルギーのレーザ光は、その光エネルギーを主に中空コア領域１１に閉じ込められて伝搬し、可視光は、中空コア領域１１或いは内側クラッド領域１４に閉じ込められて伝搬する。
光ファイバ本体部１０は、内側クラッド領域１４及び外側クラッド領域１５の両クラッドを石英系の材料で細径に形成しているが、高出力レーザ光を伝搬させるコアを中空コア領域１１としているので、ファイバ損壊の閾値を非常に高くすることができる。これにより、光ファイバ本体部１０のファイバ径を、通常の光ファイバ径と同様に１２５μｍとすることができ、そのため、図４に示した大口径光ファイバと比較して、光ファイバ１０は、十分小さな曲げ半径で曲げることができ、機械的な柔軟性に優れている。
本実施の形態のレーザエネルギー伝送用光ファイバは、レーザエネルギーの殆どが、中空コア領域１１を伝搬するので、空間的或いは時間的なピークパワーが非常に大きな高出力、短パルスのレーザ光に対しても、自己集束作用や異物付着によるコアの破壊がなく、安定してレーザ光を伝送することができ、かつ可視のガイド光も同時に低損失で伝送することができる。
外側クラッド領域１５を形成する材料は、フッ素を含有する樹脂でもよい。フッ素添加された樹脂も、フッ素添加された石英と同様に、その屈折率を純粋石英の屈折率より低くすることができる。外側クラッド領域１５にフッ素添加された石英を用いる場合、純粋石英と一体化した光ファイバ用母材から線引により光ファイバ本体部１０を形成する。外側クラッド領域１５にフッ素添加された樹脂を用いる場合、純粋石英のファイバ用母材を線引して、中空領域の有する内側クラッド部１４を形成し、その際、フッ素添加された樹脂を内側クラッド１４の外側にコーティングして外側クラッド領域１５を形成する。
光ファイバ本体部１０に伝送させる近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光としては、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光の他に、Ｔｉ−ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ光、Ｈｏ−ＹＡＧレーザ光、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ光、ＥｒＣｒ−ＹＳＧＧレーザ光等が挙げられる。
また、光ファイバ本体部１０の空孔１３の配置を変えてもよい。図２に示すように、光ファイバ本体部１７の内側クラッド領域１８において、複数の同心円上に形成される各空孔１３が、それぞれ円周方向で等間隔に同じ数だけ配置され、さらに、径の異なる同心円上に形成される隣接する内外の空孔が互いにずれて整列されている。好ましくは、径の異なる同心円上に形成される隣接する内外の空孔が、その円周方向で隣り合う空孔同士の中間を通る径方向の位置に整列される。
次に、本発明に係る好適な第二の実施の形態について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態のレーザエネルギー伝送用光ファイバ２０は、図１の光ファイバ本体部１０と、短尺の充実コア型光ファイバ２１とを備えるものである。
レーザエネルギー伝送用光ファイバ２０は、光ファイバ本体部１０の両端或いは片端に、短尺の充実コア型光ファイバ２１が融着接続されている。
充実コア型光ファイバ２１は、充実コア領域２５と、充実コア領域２５を包囲するクラッド領域２６とで構成され、クラッド領域２６の屈折率に対して充実コア領域２５の屈折率が高くなるように、充実コア領域２５は純粋石英、クラッド領域２６はフッ素添加された石英でそれぞれ形成されている。クラッド領域２６は外側クラッド領域１５と同様にフッ素添加された樹脂で形成してもよい。
本実施の形態のレーザエネルギー伝送用光ファイバ２０も、高出力のレーザ光と共に、光ファイバ本体部１０の内側クラッド領域１４に赤色の半導体レーザ光或いはＨｅ−Ｎｅレーザ光を伝送させる。充実コア型光ファイバ２２と光ファイバ本体部１０の境界で、大きな接続損失を被らないようにするために、充実型光ファイバ２１の充実コア領域２５の直径を、光ファイバ本体部１０の内側クラッド領域１４の直径と略等しくするのが好ましい。
これにより、十分な出射エネルギーを確保することができると共に、光ファイバ本体部１０の先端を封止することができる。先端封止された光ファイバ本体部１０は、患部に接近、接触あるいは低侵襲治療のため体内へ挿入するレーザ治療を行う際に、光ファイバ本体１０の端部を保護し安定した性能を維持することができる。また、先端部が汚染した場合にも容易に洗浄、滅菌処理を行うことが可能で医療用として再使用することができる。
充実コア型光ファイバ２１は、中心部の屈折率が周辺部の屈折率より高いので、レーザ光は通常の通信用光ファイバのように全反射作用により伝搬する。伝搬させるレーザ光がＥｒ−ＹＡＧレーザ光の場合、充実型光ファイバのファイバ長を１〜２ｃｍ程度と短くすることで、レーザエネルギーの減衰を抑えることができる。
また、本発明に係るレーザエネルギー伝送装置は、図１又は図２の光ファイバ本体部１０を備えるレーザエネルギー伝送用光ファイバ、或いは図３のレーザエネルギー伝送用光ファイバ２０と、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振する第一のレーザ光源と、波長０．７μｍ以下の可視光を発振する第二のレーザ光源とを備えるものである。
近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振するために、第一のレーザ光源として、チタン−サファイヤ（Ti-Sapphire ）レーザ光源、ネオジム−ＹＡＧ（Nd-YAG）レーザ光源、ホルミウム−ＹＡＧ（Ho-YAG）レーザ光源、エルビウム−ＹＡＧ（Er-YAG）レーザ光源、エルビウム・クロム−ＹＳＧＧ（ErCr-YSGG）レーザ光源等を用いるのが好ましい。
波長０．７μｍ以下の可視光を発振するために、第二のレーザ光源として半導体レーザ光源、またはヘリウム−ネオン（He-Ne ）レーザ光源等を用いることが好ましい。
本実施の形態のレーザエネルギー伝送装置は、上述のレーザエネルギー伝送用光ファイバにレーザ光源を接続することで、第一のレーザ光源から近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を伝送させると共に、第二のレーザ光源から可視のレーザ光を伝送させることができ、上述のレーザエネルギー伝送用光ファイバ及び伝送方法と同様の作用効果が得られる。
１０ 光ファイバ本体部
１１ 中空コア領域
１２ 充実部
１３ 空孔
１４ 内側クラッド領域
１５ 外側クラッド領域
２０ レーザエネルギー伝送用光ファイバ
２１ 充実コア型光ファイバ
１１ 中空コア領域
１２ 充実部
１３ 空孔
１４ 内側クラッド領域
１５ 外側クラッド領域
２０ レーザエネルギー伝送用光ファイバ
２１ 充実コア型光ファイバ
Claims (11)
- 伝送する光の波長よりも大きな直径を有する中空コア領域と、該中空コア領域を包囲する充実部に複数の空孔が設けられた内側クラッド領域と、該内側クラッド領域を包囲する外側クラッド領域とを有する光ファイバ本体部を備えたレーザエネルギー伝送用光ファイバであって、
上記外側クラッド領域の屈折率が上記内側クラッド領域の充実部の屈折率よりも小さくなるように構成し、上記中空コア領域は、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を、その光エネルギーを主に閉じ込めて伝送させ、同時に、少なくとも上記内側クラッド領域は、上記内側クラッド領域と上記外側クラッド領域との境界で全反射させた波長０．７μｍ以下の可視光を閉じ込めて伝送させることを特徴とするレーザエネルギー伝送用光ファイバ。
- 上記内側クラッド領域の充実部を純粋石英で形成し、上記外側クラッド領域を、フッ素を含有する石英材料、またはフッ素を含有する樹脂で形成した請求項１記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバ。
- 上記内側クラッド領域の複数の空孔は、伝送する光の波長に対してバンドギャップを形成するようにその孔径及び間隔が設定された請求項１または２記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバ。
- 上記光ファイバ本体部の片端または両端に、クラッド領域と、該クラッド領域よりも高屈折率の充実コア領域とからなる充実コア型光ファイバを接続した請求項１〜３いずれかに記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバ。
- 上記充実コア領域の直径が、上記内側クラッド領域の直径と略等しい請求項４記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバ。
- 請求項１〜５いずれかに記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバを使用し、近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を、その光エネルギーを主に中空コア領域に閉じ込めて伝送させ、同時に波長０．７μｍ以下の可視光を、内側クラッド領域と外側クラッド領域との境界で全反射させて少なくとも上記内側クラッド領域に閉じ込めて伝送させることを特徴とするレーザエネルギー伝送方法。
- 上記近赤外波長帯からの波長４μｍ以下のレーザ光は、チタン−サファイヤレーザ、ネオジム−ＹＡＧレーザ、ホルミウム−ＹＡＧレーザ、エルビウム−ＹＡＧレーザ、エルビウム・クロム−ＹＳＧＧレーザのいずれかである請求項６記載のレーザエネルギー伝送方法。
- 上記波長０．７μｍ以下の可視光は、半導体レーザまたはヘリウム−ネオンレーザである請求項６または７記載のレーザエネルギー伝送方法。
- 請求項１〜５いずれかに記載のレーザエネルギー伝送用光ファイバと、その光エネルギーが主に中空コア領域に閉じ込めて伝送される近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振する第一のレーザ光源と、内側クラッド領域と外側クラッド領域との境界で全反射させて上記近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光と同時に少なくとも上記内側クラッド領域に閉じ込めて伝送される波長０．７μｍ以下の可視光を発振する第二のレーザ光源とを備えることを特徴とするレーザエネルギー伝送装置。
- 上記近赤外波長帯から波長４μｍ以下のレーザ光を発振する第一のレーザ光源は、チタン−サファイヤレーザ光源、ネオジム−ＹＡＧレーザ光源、ホルミウム−ＹＡＧレーザ光源、エルビウム−ＹＡＧレーザ光源、エルビウム・クロム−ＹＳＧＧレーザ光源のいずれかである請求項９記載のレーザエネルギー伝送装置。
- 上記波長０．７μｍ以下の可視光を発振する第二のレーザ光源は、半導体レーザ光源またはヘリウム−ネオンレーザ光源である請求項９または１０記載のレーザエネルギー伝送装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005019481A JP4254716B2 (ja) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 |
| US11/339,634 US7373061B2 (en) | 2005-01-27 | 2006-01-26 | Laser energy transmission optical fiber, laser energy transmission method and laser energy transmission device |
| CNB2006100030144A CN100412579C (zh) | 2005-01-27 | 2006-01-26 | 激光能传送用光纤,激光能传送方法及激光能传送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005019481A JP4254716B2 (ja) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006208654A JP2006208654A (ja) | 2006-08-10 |
| JP4254716B2 true JP4254716B2 (ja) | 2009-04-15 |
Family
ID=36696843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005019481A Expired - Fee Related JP4254716B2 (ja) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7373061B2 (ja) |
| JP (1) | JP4254716B2 (ja) |
| CN (1) | CN100412579C (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009060711A1 (de) | 2009-03-13 | 2010-10-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Einzelmodenpropagation in mikrostrukturierten Fasern |
| GB0913376D0 (en) * | 2009-07-31 | 2009-09-16 | Photonic Designs Ltd | Solar reflective fibre |
| TWI528062B (zh) | 2010-08-27 | 2016-04-01 | 國立臺灣大學 | 摻鈦藍寶石晶體光纖、其製作方法及其應用之寬頻光源 |
| TWI477833B (zh) * | 2012-09-14 | 2015-03-21 | Univ Nat Taiwan | Double fiber crystal fiber and its making method |
| CN103246012B (zh) * | 2013-05-22 | 2014-11-26 | 重庆大学 | 增强发光强度、均匀性及微生物吸附的空心发光光纤 |
| GB201710813D0 (en) * | 2017-07-05 | 2017-08-16 | Univ Southampton | Method for fabricating an optical fibre preform |
| CN107915400A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-17 | 华南理工大学 | 一种管‑熔体法制备梯度折射率yas玻璃芯光纤的方法 |
| US10578797B2 (en) * | 2018-01-24 | 2020-03-03 | Stc.Unm | Hollow core optical fiber with light guiding within a hollow region based on transverse anderson localization of light |
| CN112789534A (zh) * | 2018-10-03 | 2021-05-11 | 鲁曼斯蒂有限公司 | 光波导适配器组件 |
| CN111290072A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-06-16 | 北京航空航天大学 | 一种用于钬激光碎石术的空芯反谐振光纤防水方法及装置 |
| KR102624578B1 (ko) * | 2020-09-14 | 2024-01-15 | 세메스 주식회사 | 기판 처리 설비 및 기판 처리 방법 |
| CN113589456B (zh) * | 2021-06-23 | 2023-07-04 | 华南师范大学 | 一种信能共传微结构光纤 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5013056A (ja) * | 1973-06-04 | 1975-02-10 | ||
| US4917083A (en) * | 1988-03-04 | 1990-04-17 | Heraeus Lasersonics, Inc. | Delivery arrangement for a laser medical system |
| US5221308A (en) * | 1988-09-21 | 1993-06-22 | 3M | Low loss infrared transmitting hollow core optical fiber method of manufacture |
| US5815627A (en) * | 1994-01-13 | 1998-09-29 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Co-axial hollow core waveguide |
| JP3072842B2 (ja) | 1998-05-07 | 2000-08-07 | 日本電信電話株式会社 | 単一モード光ファイバ |
| US6404966B1 (en) * | 1998-05-07 | 2002-06-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical fiber |
| GB9907655D0 (en) | 1999-04-01 | 1999-05-26 | Secr Defence | A photonic crystal fibre and a method for its production |
| DE60122802T2 (de) * | 2000-01-21 | 2006-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photonenkristallglasfaser |
| JP4329269B2 (ja) * | 2001-02-07 | 2009-09-09 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバの接続構造および光ファイバの接続方法 |
| CA2445487A1 (en) * | 2001-10-09 | 2003-04-17 | Crystal Fibre A/S | Hermetically sealed optical fibre with voids or holes, method of its production, and its use |
| GB0129638D0 (en) * | 2001-12-11 | 2002-01-30 | Blazephotonics Ltd | A method and apparatus relating to optical fibre waveguides |
| JP3798984B2 (ja) * | 2002-01-09 | 2006-07-19 | 正隆 中沢 | フォトニッククリスタル光ファイバの製造方法 |
| US7082242B2 (en) * | 2003-01-31 | 2006-07-25 | Corning Incorporated | Multiple core microstructured optical fibers and methods using said fibers |
| US6993230B2 (en) * | 2003-08-01 | 2006-01-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Hollow core photonic band gap infrared fibers |
| JP4561314B2 (ja) * | 2004-10-28 | 2010-10-13 | 日立電線株式会社 | ファイバレーザ用光ファイバ、ファイバレーザ及びレーザ発振方法 |
-
2005
- 2005-01-27 JP JP2005019481A patent/JP4254716B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-01-26 CN CNB2006100030144A patent/CN100412579C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-01-26 US US11/339,634 patent/US7373061B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006208654A (ja) | 2006-08-10 |
| CN1811497A (zh) | 2006-08-02 |
| US7373061B2 (en) | 2008-05-13 |
| US20060165361A1 (en) | 2006-07-27 |
| CN100412579C (zh) | 2008-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4254716B2 (ja) | レーザエネルギー伝送用光ファイバ及びレーザエネルギー伝送方法並びにレーザエネルギー伝送装置 | |
| US11439465B2 (en) | Surgical laser systems and laser lithotripsy techniques | |
| JPH10221544A (ja) | レーザプローブ | |
| US20140107630A1 (en) | Side firing optical fiber device for consistent, rapid vaporization of tissue and extended longevity | |
| US20150011986A1 (en) | Methods and apparatus related to a side-fire assembly that has an optical grating | |
| US9810844B2 (en) | Methods and apparatus related to a side-fire optical fiber having a robust distal end portion | |
| WO2012044556A1 (en) | Hybrid waveguide device in powerful laser systems | |
| JP2008532073A (ja) | 光ファイバー製造 | |
| JP6656076B2 (ja) | ファイバー構造体及び光源装置 | |
| CN110099648A (zh) | 医疗激光装置以及相关方法 | |
| Urich et al. | Silica hollow core microstructured fibres for mid-infrared surgical applications | |
| US20110176772A1 (en) | Methods and apparatus related to a distal end of a side-fire optical fiber having multiple capillary components | |
| US20120157982A1 (en) | Laser probe tip | |
| JP2006128384A (ja) | ファイバレーザ用光ファイバ、ファイバレーザ及びレーザ発振方法 | |
| US20220370130A1 (en) | Surgical laser systems and laser lithotripsy techniques | |
| US20140226933A1 (en) | Side fire laser assembly | |
| JP2009069492A (ja) | 光ファイバおよび光学装置 | |
| JP2015141371A (ja) | 光ファイバ | |
| JP2005121980A (ja) | 光ファイバ及び光ファイバ装置 | |
| RU2528655C1 (ru) | Волоконно-оптический инструмент с изогнутой дистальной рабочей частью | |
| JP2005010250A (ja) | 光伝送構造体、光伝送方法、及び、それに用いられる光ファイバ | |
| JPS6016893Y2 (ja) | 光フアイバ−装置 | |
| RU2002118838A (ru) | Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения | |
| JP2005215632A (ja) | レーザエネルギー伝送用中空ファイバ | |
| Kersten et al. | Laser beam delivery system for medical applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070316 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080707 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080919 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081031 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090106 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090119 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |