JP4913076B2 - Input / output optical connector - Google Patents
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Description
本発明は、出力100mW以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバの端部に装着された入出射用光コネクタに関する。 The present invention relates to an input / output optical connector attached to an end of an optical fiber that transmits high-power laser light or high-peak pulsed laser light having an output of 100 mW or more.
近年、出力100mW以上のハイパワーレーザ光の照射により被加工物(ワーク)の切断、溶接、微細加工、穴明け等が広く行われており、その際、ハイパワーレーザ光を伝送する光ファイバ、及びハイパワーレーザ光を集光するレンズユニット等の光学系の他に、光ファイバを光学系に接続する入出射用光コネクタが用いられている。そして、入出射用光コネクタの先行技術として特許文献1に示すものがあり、この先行技術に係る入出射用光コネクタは、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における構成部品の損傷を防止できるように工夫がなされてあって、具体的な構成は、次のようになる。
In recent years, cutting, welding, microfabrication, drilling, etc. of workpieces (workpieces) have been widely performed by irradiation with high power laser light with an output of 100 mW or more. At that time, an optical fiber for transmitting high power laser light, In addition to an optical system such as a lens unit that collects high-power laser light, an input / output optical connector that connects an optical fiber to the optical system is used.
即ち、先行技術に係る入出射用光コネクタは、筒状のコネクタ本体を備えており、このコネクタ本体は、軸方向(入出射用光コネクタの軸方向)へ延びかつ光ファイバ(特許文献1では光ファイバケーブル(13))を挿通可能な挿通孔を有している。また、コネクタ本体の先端側には、筒状のフェルールが同軸状に設けられており、このフェルール(特許文献1ではファイバガイド(15)と保護スリーブ(16)を含む)は、挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ光ファイバを挿入可能な挿入孔を有している。そして、フェルールは、先端側に、環状のスペーサ(特許文献1ではスペーサスリーブ(18))を備えてあって、スペーサの先端面及び内周面には、微小凹凸が形成されている。 That is, the input / output optical connector according to the prior art includes a cylindrical connector body, which extends in the axial direction (the axial direction of the input / output optical connector) and optical fiber (in Patent Document 1). It has an insertion hole through which the optical fiber cable (13) can be inserted. Further, a cylindrical ferrule is coaxially provided at the distal end side of the connector body, and this ferrule (including the fiber guide (15) and the protective sleeve (16) in Patent Document 1) communicates with the insertion hole. Thus, it has an insertion hole that extends in the axial direction and into which an optical fiber can be inserted. The ferrule is provided with an annular spacer (spacer sleeve (18 in Patent Document 1)) on the tip side, and minute irregularities are formed on the tip surface and the inner peripheral surface of the spacer.
従って、前述のように、フェルールの一部であるスペーサの先端面及び内周面に微小凹凸が形成されているため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバにおける被覆除去部分の先端面から外れて、スペーサの先端面又は内周面に到達しても、ハイパワーレーザ光を拡散させて、入出射用光コネクタの構成部品(フェルール、コネクタ本体等)の温度上昇を抑えて、入出射用光コネクタの構成部品の損傷を防止することができる。
ところで、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、ハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバにおける被覆除去部分の先端面から外れたことによる入出射用光コネクタの構成部品の温度上昇を十分に抑えるには、ハイパワーレーザ光を拡散させるだけでなく、入出射用光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部品として付加して、入出射用光コネクタの放熱性を十分に高める必要がある。一方、光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部品として付加すると、入出射用光コネクタの大型化及び重量増大化を招くことになる。つまり、入出射用光コネクタの小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタの構成部品の損傷を十分に防止することは容易でないという問題がある。 By the way, when the optical axis of the high-power laser beam is aligned, the temperature rise of the components of the optical connector for input / output is sufficiently suppressed due to the optical axis of the high-power laser beam deviating from the distal end surface of the coating removal portion of the optical fiber. In addition to diffusing high-power laser light, a heat radiating member with excellent thermal conductivity and a large surface area is added to the optical connector for input and output as a component to ensure sufficient heat dissipation of the optical connector for input and output Need to increase. On the other hand, if a heat radiating member having excellent thermal conductivity and a large surface area is added as a component to the optical connector, the optical connector for input / output is increased in size and weight. In other words, it is not easy to sufficiently prevent damage to the components of the input / output optical connector at the time of optical axis alignment of the high power laser light while promoting the downsizing and weight reduction of the input / output optical connector. There is.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の入出射用光コネクタを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an input / output optical connector having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の第1の特徴は、出力100mW以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバの端部に装着された入出射用光コネクタにおいて、
軸方向(前記入出射用光コネクタの軸方向)へ延びかつ前記光ファイバを挿通可能な挿通孔を有した筒状のコネクタ本体と、
前記コネクタ本体の先端側(先端部)に同軸状に設けられ、前記挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿入可能な挿入孔を有した筒状のフェルールと、
前記フェルールの先端部に固着され、前記光ファイバにおける被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあって、空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成され、前記光ファイバの外径よりも大径の光学端子と、を備えたことを要旨とする。
The first feature of the present invention, the input and output optical connectors attached to the ends of the optical fiber for transmitting the output 100mW or more high power laser beam, or high peak pulsed laser beam,
A cylindrical connector body extending in the axial direction (axial direction of the optical connector for input and output) and having an insertion hole through which the optical fiber can be inserted;
A cylindrical ferrule provided coaxially on the distal end side (tip portion) of the connector body, extending in the axial direction so as to communicate with the insertion hole, and having an insertion hole into which the optical fiber can be inserted;
The optical fiber is fixed to the tip of the ferrule, is coaxially fused and joined to the tip of the coating removal portion of the optical fiber, and is made of a transparent material having a refractive index larger than the refractive index of air. And an optical terminal having a diameter larger than that of the outer diameter.
第1の特徴によると、前記フェルールの先端部に前記光ファイバの外径よりも大径でかつ空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成された前記光学端子が固着され、前記光学端子が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあるため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、レンズユニット等の光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が前記光学端子の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に入射するように促すことができる。 According to the first feature, the optical terminal made of a transparent material having a refractive index larger than the outer diameter of the optical fiber and larger than the refractive index of air is fixed to the tip of the ferrule, High power irradiated or reflected from an optical system such as a lens unit when the optical axis of the high power laser beam is aligned because the terminal is coaxially fused and joined to the distal end surface of the coating removal portion of the optical fiber. Even if the optical axis of the laser beam deviates from the distal end surface of the coating removal portion of the optical fiber, if the high power laser beam is incident on the distal end surface of the optical terminal, the high power laser beam is incident on the optical fiber. It can be urged to enter the front end surface of the coating removal portion.
本発明の第2の特徴は、第1の特徴に加えて、前記透明材料は、石英ガラスロッド又は短ガラス繊維であることを要旨とする。
The second feature of the present invention, in addition to the first feature, the transparent material is summarized in that a quartz glass rod or short glass fibers.
本発明の第3の特徴は、第1の特徴又は第2の特徴に加えて、前記フェルールの先端側に基端方向に向かって縮径した環状の窪み部(雌テーパ部)が形成され、前記光学端子は、前記フェルールの前記窪み部と前記光学端子の外周部との間に充填した半田によって前記フェルールに固着されていることを要旨とする。 A third feature of the present invention, in addition to the first feature or the second feature, the recessed portion of the annular reduced diameter toward the proximal direction on the distal end side of the ferrule (female tapered portion) is formed The gist of the invention is that the optical terminal is fixed to the ferrule by solder filled between the recess of the ferrule and the outer peripheral portion of the optical terminal.
本発明の第4の特徴は、第3の特徴に加えて、前記半田は、合金半田であって、前記フェルールの前記窪み部及び前記光学端子の外周部に金属膜がそれぞれ形成されていることを要旨とする。 A fourth feature of the present invention, in addition to the third feature, the solder, there alloy solder, the metal film is formed respectively on the outer periphery of the recess and the optical terminals of said ferrule This is the gist.
本発明の第5の特徴は、前記金属膜の下地層は、ニッケル、クロム、インコネール(登録商標)のうちのいずれかにより構成されてあって、前記金属膜の表面層は、金、銀、錫、銅、金錫合金、銀錫合金のうちのいずれかにより構成されていることを要旨とする。
According to a fifth feature of the present invention, the base layer of the metal film is made of any one of nickel, chromium, and Inconel (registered trademark) , and the surface layer of the metal film is made of gold, silver, The gist is that it is made of any one of tin, copper, gold-tin alloy, and silver-tin alloy.
本発明の第6の特徴は、第1の特徴から第5の特徴のうちのいずれかの特徴に加えて、前記フェルールは、前記コネクタ本体の先端部に同軸状に設けられた筒状のアウターフェルールと、該アウターフェルールの内側に設けられかつ前記挿入孔を有した筒状のインナーフェルールとからなることを要旨とする。 The sixth feature of the present invention, the first feature in addition to any of the features of the fifth aspect, the ferrule has a cylindrical which is provided coaxially to the distal end of the connector body It consists of an outer ferrule and a cylindrical inner ferrule provided inside the outer ferrule and having the insertion hole.
本発明の第7の特徴は、第6の特徴に加えて、前記インナーフェルールの先端部に前記光学端子が前記アウターフェルールの内側に収容された状態で固着されていることを要旨とする。 Seventh feature of the present invention, in addition to the sixth aspect, and the subject matter in that the optical terminal to the distal end of the inner ferrule is fixed in a state of being accommodated inside said outer ferrule.
本発明の第8の特徴は、第6の特徴又は第7の特徴に加えて、前記インナーフェルールは、銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されていることを要旨とする。
Eighth feature of the present invention, in addition to the sixth feature or seventh aspect of the inner ferrule, Abstract copper, brass, aluminum, stainless steel, that are constituted by any one of nickel electroforming And
本発明によれば、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、前記光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が前記光学端子の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を前記光ファイバにおける前記被覆除去部分の先端面に入射するように促すことができるため、ハイパワーレーザ光を拡散したり、前記入出射用光コネクタに熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部材として付加したりすることなく、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における前記入出射用光コネクタの構成部材の温度上昇を十分に抑えることができる。そのため、前記入出射用光コネクタの小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における前記入出射用光コネクタの構成部品の損傷を十分に防止することができる。 According to the present invention, when the optical axis of the high power laser light is aligned with the optical axis of the high power laser light irradiated or reflected from the optical system is deviated from the tip surface of the coating removal portion in the optical fiber, If the high power laser light is incident on the front end surface of the optical terminal, the high power laser light can be prompted to enter the front end surface of the coating removal portion of the optical fiber. The input / output optical connector at the time of optical axis alignment of high-power laser light without being diffused or adding a heat radiating member having excellent thermal conductivity and a large surface area to the input / output optical connector. The temperature rise of the constituent members can be sufficiently suppressed. Therefore, it is possible to sufficiently prevent the components of the optical connector for input / output from being damaged during the optical axis alignment of the high-power laser light while promoting the reduction in size and weight of the optical connector for input / output.
本発明の実施形態について図1及び図2(a)(b)を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2A and 2B.
ここで、図1は、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタの断面図、図2(a)は、光学端子周辺の拡大図、図2(b)は、図2(a)における矢視部Bを示す図である。 Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical connector for input and output according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is an enlarged view around an optical terminal, and FIG. 2B is a view in FIG. It is a figure which shows the arrow B part.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ1は、出力100mW以上のハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送する光ファイバ3の端部に装着されたもので、光ファイバ3をレンズユニット等の光学系(図示省略)に接続するSMAコネクタ、FCコネクタ、及びSCコネクタとして用いられるものである。そして、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタの具体的な構成は、以下のようになる。なお、光ファイバ3には、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ、フューモード光ファイバが含まれるが、ハイパワーレーザ光又は高ピークパルス発振レーザ光を伝送するにはフューモード光ファイバが望ましい。
As shown in FIG. 1, the
本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ1は、筒状のコネクタ本体5を備えており、このコネクタ本体5は、SUS303、銅、真鋳、又はアルミにより構成されている。また、コネクタ本体5は、軸方向(入出射用光コネクタ1の軸方向、換言すれば、コネクタ本体5の軸方向)へ延びかつ光ファイバ3を挿通可能な挿通孔7を有してあって、コネクタ本体5の基端側には、フランジ9が形成されている。
The input / output
コネクタ本体5の基端側には、カップリングナット11が軸方向へ移動可能かつ回転可能に設けられており、このカップリングナット11は、コネクタ本体5のフランジ9とE型止め輪13によって軸方向の移動範囲が規制されている。また、カップリングナット11は、光学系の相手接続部品の雄ねじ部(図示省略)に螺合可能な雌ねじ部15が形成されている。
A
コネクタ本体5の先端側には、筒状のフェルール17が同軸状に設けられており、フェルール17は、光学系の相手接続部品の嵌合穴(図示省略)に嵌合可能である。そして、フェルール17は、コネクタ本体5の先端部に圧入によって同軸状に設けられかつSUS304、銅、真鋳、又はアルミにより構成された筒状のアウターフェルール19と、このアウターフェルール19の内側に設けられかつ銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されたインナーフェルール21とからなるものである。また、インナーフェルール21は、挿通孔7に連通するように軸方向(入出射用光コネクタ1の軸方向、換言すれば、フェルール17の軸方向)へ延びかつ光ファイバ3を挿入可能な挿入孔23を有してあって、インナーフェルール21の先端側には、基端方向に向かって縮径した環状の窪み部25が形成されている。
A
図1及び図2(a)(b)に示すように、インナーフェルール21の窪み部(先端部)25には、光ファイバ3の外径よりも大径の光学端子27がアウターフェルール19の内側に収容された状態で固着されており、この光学端子27は、空気の屈折率よりも大きい屈折率の石英ガラスロッド(透明材料の一例)により構成されている。また、光学端子27は、光ファイバ3における被覆除去部分3aの先端面に同軸状に融着接合してあって、光学端子27の先端面は、軸方向に直交する方向に対して僅かに傾斜するようになっている。なお、光学端子27を石英ロッドの代わりに、短ガラス繊維等の別の透明材料により構成されるようにしても構わない。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2A and FIG. 2B, an
光学端子27の固着態様について具体的に説明すると、次のようになる。
A specific description of how the
即ち、インナーフェルール21の窪み部25及び光学端子27の外周部には、金属膜29,31がそれぞれ形成されている。また、インナーフェルール21の金属膜29及び光学端子27の金属膜31は、図示は省略するが、それぞれ、ニッケルスのスパッタ層、金のスパッタ層、ニッケルのめっき層、及び金のめっき層が下地層側から表面層側にかけて順次形成された複層になっている。そして、光学端子27は、インナーフェルール21の金属膜29と光学端子27の金属膜31との間に充填した金錫合金半田(合金半田の一例)33によってインナーフェルール21の窪み部25に固着されるようになっている。
That is,
なお、各金属膜29(31)における下地層(ニッケルスのスパッタ層)は、ニッケルの代わりに、クロム又はインコネール(登録商標)により構成されるようにしても構わなく、各金属膜29(31)における表面層(金のめっき層)は、金の代わりに、銀、金錫合金、又は銀錫合金のいずれかにより構成されるようにしても構わない。また、金錫合金半田33の代わりに、ガラス半田によって光学端子27がインナーフェルール21の窪み部25に固着される場合には、金属膜29,31を省略することができる。
The underlayer (nickel sputter layer) in each metal film 29 (31) may be made of chromium or Inconel (registered trademark) instead of nickel, and each metal film 29 (31). The surface layer (gold plating layer) may be made of silver, a gold-tin alloy, or a silver-tin alloy instead of gold. Further, when the
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ1の構成によると、インナーフェルール21の窪み部25に光ファイバ3の外径よりも大径でかつ空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料(石英ガラスロッド又は短ガラス繊維等)により構成された光学端子27が固着され、光学端子27は光ファイバ3における被覆除去部分3aの先端面に同軸状に融着接合してあるため、ハイパワーレーザ光の光軸調心時に、レンズユニット等の光学系より照射又は反射されたハイパワーレーザ光の光軸が光ファイバ3における被覆除去部分3aの先端面から外れても、ハイパワーレーザ光が光学端子27の先端面に入射していれば、ハイパワーレーザ光を光ファイバ3における被覆除去部分3aの先端面に入射するように促すことができる。
According to the configuration of the input / output
従って、本発明の実施形態に係る入出射用光コネクタ1によれば、ハイパワーレーザ光を拡散したり、入出射用光コネクタ1に熱伝導性に優れかつ表面積の大きい放熱部材を構成部材として付加したりすることなく、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタ1の構成部材(コネクタ本体5、アウターフェルール19、インナーフェルール21等)の温度上昇を十分に抑えることができる。そのため、入出射用光コネクタ1の小型化及び軽量化を促進しつつ、ハイパワーレーザ光の光軸調心時における入出射用光コネクタ1の構成部品の損傷を十分に防止することができる。
Therefore, according to the input / output
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, In addition, it can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
1 入出射用光コネクタ
3 光ファイバ
3a 被覆除去部分
5 コネクタ本体
7 挿通孔
17 フェルール
19 アウターフェルール
21 インナーフェルール
23 挿入孔
27 光学端子
29 金属膜
31 金属膜
33 金錫合金半田
DESCRIPTION OF
Claims (3)
軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿通可能な挿通孔を有した筒状で、SUS303、銅、真鋳、又はアルミにより構成されているコネクタ本体と、
前記コネクタ本体の先端側に同軸状に設けられ、前記挿通孔に連通するように軸方向へ延びかつ前記光ファイバを挿入可能な挿入孔を有した筒状で、銅、真鍮、アルミ、ステンレス、ニッケル電鋳のいずれかにより構成されたフェルールと、
前記フェルールの先端部に固着され、前記光ファイバにおける被覆除去部分の先端面に同軸状に融着接合してあって、空気の屈折率よりも大きい屈折率の透明材料により構成され、前記光ファイバの外径よりも大径の光学端子と、を備え、
前記光学端子の外周部には金属膜が形成されており、
前記金属膜の下地層は、ニッケル、クロム、インコネール(登録商標)のうちのいずれかにより構成されてあって、前記金属膜の表面層は、金、銀、錫、銅、金錫合金、銀錫合金のうちのいずれかにより構成されており、
前記光学端子は、前記金属膜と合金半田によって前記フェルールに固着されており、
前記入出射用光コネクタの構成部材の温度上昇を抑えることを特徴とする入出射用光コネクタ。
In an input / output optical connector attached to the end of an optical fiber that transmits high power laser light or high peak pulsed laser light with an output of 100 mW or more,
A connector body that extends in the axial direction and has an insertion hole through which the optical fiber can be inserted, and is made of SUS303, copper, brass, or aluminum;
A cylindrical shape provided coaxially on the distal end side of the connector body, extending in the axial direction so as to communicate with the insertion hole, and having an insertion hole into which the optical fiber can be inserted, copper, brass, aluminum, stainless steel, A ferrule configured by one of nickel electroforming,
The optical fiber is fixed to the tip of the ferrule, is coaxially fused and joined to the tip of the coating removal portion of the optical fiber, and is made of a transparent material having a refractive index larger than the refractive index of air. An optical terminal having a diameter larger than the outer diameter of
A metal film is formed on the outer periphery of the optical terminal,
The underlayer of the metal film is made of any of nickel, chromium, and Inconel (registered trademark) , and the surface layer of the metal film is made of gold, silver, tin, copper, gold-tin alloy, silver It is composed of one of the tin alloys,
The optical terminal is fixed to the ferrule by the metal film and alloy solder,
An input / output optical connector characterized in that a rise in temperature of components of the input / output optical connector is suppressed.
The optical connector for entrance and exit according to claim 1, wherein the ferrule is made of SUS304, copper, brass, or aluminum.
前記フェルールの前記窪み部及び前記光学端子の外周部に金属膜がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の入出射用光コネクタ。 An annular hollow portion having a diameter reduced toward the proximal direction is formed on the distal end side of the ferrule,
3. The optical connector for input and output according to claim 1, wherein a metal film is formed on each of the recessed portion of the ferrule and an outer peripheral portion of the optical terminal.
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