JP6565374B2 - 光ファイバ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ装置に関する。

光ファイバを利用したレーザ発振器が広く用いられている。このレーザ発振器は、光源から発振される励起光を利用して、光ファイバによってレーザ光を発振する。このレーザ発振器に用いられる光ファイバは、例えば、エルビウムなどのレーザ活性物質がドープされたＺＢＬＡＮガラスなどのフッ化物ガラスによって形成される。

ここで、この種の光ファイバは、所望の性能を得るために、比較的長尺のものが使用される。そして、このような長尺の光ファイバを装置に組み込むために、例えば特許文献１や特許文献２に示されるような構造が提供されている。

特許文献１の光ファイバの保持構造では、リールの胴部が階段状、あるいはテーパ状に形成され、この胴部に光ファイバが巻きつけられて保持されている。また、特許文献２の光ファイバの保持構造では、ファイバボビンに螺旋状の溝が形成され、この螺旋状の溝に光ファイバが収容されて保持されている。

特開２０００−１２９２８号公報 特開２０１２−２４７５５０号公報

特許文献１の保持構造では、光ファイバをリールのドラムに巻きつけて保持することにより、光ファイバ同士が重なって接触することがなく、接触部の損傷を防止することができる。また、特許文献２においても、螺旋状の溝に光ファイバを収容しているので、特許文献１と同様に、光ファイバ同士の接触をなくすことができ、接触部の損傷を防止することができる。

しかし、特許文献１の保持構造では、リールのドラムが軸方向に長くなり、構造全体を小型化しにくい。また、特許文献２の保持構造では、螺旋状の溝を形成する必要があり、製造が困難である。

本発明の課題は、簡単で、かつコンパクトな構成で光ファイバを保持できるようにすることにある。

（１）本発明の一側面に係る光ファイバ装置は、ベースプレートと、ベースプレート上に、一部が環状に巻かれて載置された光ファイバと、を備えている。ベースプレートは、光ファイバの交差部分が互いに接触するのを避けるために、光ファイバの交差する部分のうちの一方を収容可能な溝を有している。

この装置では、光ファイバは、一部が環状に巻かれてベースプレート上に載置されている。このため、環状に巻かれた部分と、この環状部分から延びる一方の端部と、が交差することになる。そこで、ベースプレートに溝を形成し、この溝に、光ファイバの交差する部分のうちの一方を収容している。したがって、光ファイバが交差する部分において、光ファイバ同士が接触するのを避けることができる。

ここでは、ベースプレートに溝を形成するだけで、光ファイバが交差する部分の接触を避けることができる。したがって、簡単な構造で、かつコンパクトな構成にすることができる。

（２）好ましくは、光ファイバは、第１端部及び第２端部と、環状に巻かれた環状部と、第１直線部と、第２直線部と、を有している。第１直線部は第１端部と環状部との間において直線状に延びている。第２直線部は第２端部と環状部との間において直線状に延びている。そして、ベースプレートの溝は、第１直線部又は第２直線部に沿って形成されている。

ここでは、ベースプレートの溝に、光ファイバの第１又は第２直線部を収容することができる。このため、光ファイバが、環状部において複数回巻かれている場合であっても、１つの溝を形成するだけで、複数の交差部における光ファイバの接触を避けることができる。

（３）好ましくは、ベースプレートは、本体部と、本体部に対して着脱自在な着脱部と、を有している。そして、溝は着脱部に形成されている。

ベースプレートの光ファイバを収容する溝は、光ファイバの径に対応して形成する必要がある。したがって、使用する光ファイバの径が変わると、ベースプレートに形成される溝の寸法も変更する必要がある。

そこで、ここでは、ベースプレートを本体部と着脱部とで構成し、着脱部に溝を形成している。このため、使用する光ファイバの径が変わっても、着脱部のみを変更して対応することができる。

（４）好ましくは、光ファイバが収容された溝の上部において、少なくとも光ファイバが交差する部分を塞ぐ蓋部材をさらに備えている。

ここでは、溝に収容された光ファイバの上部を蓋部材で覆っているので、光ファイバが交差する部分の上下の光ファイバの間に蓋部材が配置されることになる。したがって、光ファイバが交差する部分の光ファイバ同士の接触を確実に防止できる。

（５）好ましくは、蓋部材は、上面がベースプレートの表面と面一になるように配置されている。

ここでは、蓋部材の上面がベースプレートの表面と面一であるので、蓋部材とその周辺部分との間に段差が生じない。このため、段差部に光ファイバが接触して光ファイバが損傷することはない。

（５）好ましくは、ベースプレートの溝内において、溝に収容された光ファイバの上部に設けられ、光ファイバを溝の底面に密着させるための伝熱性樹脂をさらに備えている。

ここでは、溝内に収容された光ファイバは、伝熱性樹脂によって溝の底面に押し付けられる。したがって、光ファイバが溝の底面から浮き上がるのを防止でき、光ファイバを確実に冷却することができる。

（６）好ましくは、ベースプレートの溝内において、溝に収容された光ファイバと溝の底面との間に充填された伝熱性接着剤をさらに備えている。

ここでは、溝内に収容された光ファイバは、伝熱性接着剤を介して溝の底面との間の熱伝導が確保される。したがって、溝内の光ファイバを確実に冷却することができる。

以上のような本発明では、簡単で、かつコンパクトな構成で光ファイバを保持することができる。

本発明の位置実施形態が採用されたレーザ発振器の概略構成図。 図１の第２直線部に沿った断面図。 図１の第２直線部と交差する方向の断面図。 光ファイバの他の例 他の実施形態の図３に対応する図。

図１は、本発明の一実施形態によるレーザ発振器の概略構成図である。レーザ発振器１は、励起光源２、第１〜第３レンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、第１及び第２ダイクロイックミラー４ａ，４ｂ、ダンパ５、光ファイバ６、筐体７、並びにチラー装置８を備えている。

励起光源２は、励起光を発振するものであり、例えばランプ又は半導体レーザなどによって構成することができる。励起光源２にて発振された励起光は、励起光伝送ファイバ２ａを介して出力される。

第１レンズ３ａは、コリメートレンズとして機能するレンズであり、励起光伝送ファイバ２ａと、後述する筐体７の第１窓部７ａとの間に配置されている。第１レンズ３ａは、励起光源２からの励起光を発散光の状態から平行光の状態に変換する。

第２レンズ３ｂは、集光レンズ及びコリメートレンズとして機能するレンズであり、第１ダイクロイックミラー４ａと光ファイバ６の第１端部１１との間に配置されている。第２レンズ３ｂは、第１レンズ３ａによって平行光の状態とされた励起光を集光して光ファイバ６に放射するとともに、光ファイバ６から放射されたレーザ光を平行光の状態に変換する。

第３レンズ３ｃは、集光レンズ及びコリメートレンズとして機能するレンズであり、第２ダイクロイックミラー４ｂと光ファイバ６の第２端部１２との間に配置されている。第３レンズ３ｃは、光ファイバ６からの励起光及びレーザ光を平行光の状態に変換するとともに、第２ダイクロイックミラー４ｂからのレーザ光を集光して光ファイバ６に放射する。

第１ダイクロイックミラー４ａは、第１レンズ３ａと第２レンズ３ｂとの間に配置されている。第１ダイクロイックミラー４ａは、励起光源２からの励起光を透過するとともに、光ファイバ６からのレーザ光の進行方向を変更するように反射する。

第２ダイクロイックミラー４ｂは、第３レンズ３ｃとダンパ５との間に配置されている。第２ダイクロイックミラー４ｂは、光ファイバ６からの励起光を透過するとともに、光ファイバ６からのレーザ光を反射するように構成されている。

ダンパ５は、第２ダイクロイックミラー４ｂの下流側に配置されており、第２ダイクロイックミラー４ｂが透過した励起光を吸収する部材である。

光ファイバ６は、詳細の説明を省略するが、コアと、コアを覆うように形成されたクラッドと、を有している。光ファイバ６は、前述のように、両端部に第１端部１１及び第２端部１２を有している。また、光ファイバ６は、環状に巻かれた環状部６０と、第１直線部６１と、第２直線部６２と、を有している。第１直線部６１は、第１端部１１と環状部６０との間の部分であって、直線状に延びている。第２直線部６２は、第２端部と１２と環状部６０との間の部分であって、直線状に延びている。

筐体７は、箱状に形成されており、底面にベースプレート７０が配置されている。ベースプレート７０は、表面が平坦であり、光ファイバ６が載置されている。また、ベースプレート７０の下面に、ベースプレート７０を介して光ファイバ６を冷却するためのヒートシンク（図示せず）が配置されている。ヒートシンクには内部に冷媒が流れる流路が形成されている。

ベースプレート７０は、本体部７１と、着脱部７２と、を有している。本体部７１には、図１及び図２に示すように、矩形状の凹所７１ａが形成されている。なお、図２は、図１の第２直線部６２に沿った断面図である。着脱部７２は、本体部７１の凹所７１ａに収容されており、取り外すことが可能である。着脱部７２は、光ファイバ６の第２直線部６２の一部が載置される位置に配置され、第２直線部６２に沿って延びている。

図２及び図３に示すように、着脱部７２には、光ファイバ６の第２直線部６２に沿って延びる溝７２ａが形成されている。この溝７２ａは、光ファイバ６の直径に応じた幅を有し、光ファイバ６を十分に収容可能な深さを有している。なお、図３は、着脱部７２の第２直線部６２と直交する方向の断面図である。

また、図１〜図３に示すように、着脱部７２には、蓋部材７３が設けられている。具体的には、着脱部７２には、溝７２ａを含む部分に、溝７２ａより深さの浅い凹所７２ｂが形成されている。蓋部材７３は、この凹所７２ｂに装着され、図示しないビス等によって着脱部７２に固定されている。蓋部材７３は、凹所７２ｂに装着された状態で、その上面は周辺の着脱部７２の表面と面一になるように厚みが設定されている。

なお、溝７２ａに収容された光ファイバ６と蓋部材７３との間に伝熱性の樹脂７４を設けて光ファイバ６の第２直線部６２を溝７２ａに内面に押し当てている。これにより、溝７２ａの内面に光ファイバ６の第２直線部６２が直接接触し、溝７２ａの内面と光ファイバ６との間の熱伝導が確保され、溝７２ａ内の光ファイバ６を安定して冷却できる。

また、光ファイバ６と蓋部材７３との間に伝熱性の樹脂７４を設ける代わりに、溝７２ａに収容された光ファイバ６の第２直線部６２と溝７２ａの内面との間に伝熱性の接着剤７５を充填することとしてもよい。これにより、充填した接着剤７５を介して、溝７２ａの内面と光ファイバ６との間の熱伝導が確保され、溝７２ａ内の光ファイバ６を安定して冷却できる。

チラー装置８は、筐体７と配管８ａを介して接続されている。チラー装置８は、筐体７のヒートシンク内を流れる冷媒の温度を調整する。具体的には、筐体７のヒートシンクから配管８ａを介して送られてきた冷媒をチラー装置８が冷却する。チラー装置８において冷却された冷媒は配管８ａを介して筐体７のヒートシンクに戻される。

［動作］
励起光源２において発振された励起光は、励起光伝送ファイバ２ａから出力され、第１レンズ３ａにおいて平行光の状態となり、第１窓部７ａを介して筐体７内に進入する。筐体７内に進入した励起光は、第１ダイクロイックミラー４ａを透過し、第２レンズ３ｂにて集光されて光ファイバ６の第１端部１１から光ファイバ６に入射する。

光ファイバ６に入射した励起光は、コア内を伝播し、コアにドープされたレーザ活性物質が励起してレーザ光が出力される。そして、光ファイバ６の第２端部１２から放射された励起光は、第３レンズ３ｃ、第２ダイクロイックミラー４ｂを透過し、ダンパ５に吸収される。

一方、光ファイバ６のコア内で生成されたレーザ光は、光ファイバ６の第２端部１２から放射され、第３レンズ３ｃで平行光の状態に変換される。そして、レーザ光は、第２ダイクロイックミラー４ｂで反射され、第３レンズ３ｃで集光されて、第２端部１２側から光ファイバ６に入射する。光ファイバ６内に入射したレーザ光は、コア内を伝播し、光ファイバ６の第１端部１１から放射される。そして、レーザ光は、第２レンズ３ｂによって平行光の状態に変換され、第１ダイクロイックミラー４ａに反射されて第２窓部７ｂに向かうように進行方向が変更され、第２窓部７ｂを介して筐体７の外部へ放射される。

以上のレーザ発振動作において、光ファイバ６の交差する部分で光ファイバ同士が接触すると、接触した部分が損傷するおそれがある。しかし、本実施形態では、光ファイバ６が交差する部分では、下方の光ファイバ６（より詳細には第２直線部６２）が着脱部７２の溝７２ａ内に収容されているので、上方の光ファイバ６（より詳細には環状部６０）と接触するのを避けることができる。しかも、溝７２ａ内に収容された光ファイバ６の上方には蓋部材７３が配置されているので、交差する部分の光ファイバ６が互いに接触することはない。

ここで、本実施形態では、着脱部７２に形成された溝７２ａは、第２直線部６２に沿って形成されている。したがって、例えば、図４に示すように、光ファイバ６’の環状部６０’が２周にわたって巻かれているような場合でも、着脱部７２に１本の溝を形成するだけで、光ファイバ６’の交差部分の接触を避けることができる。

また、本実施形態では、着脱部７２に溝７２ａを形成しているので、使用する光ファイバの径が変わった場合でも、着脱部７２のみを交換すればよく、ベースプレート全体を交換する必要がない。

さらに、本実施形態では、蓋部材７３の上面が、着脱部７２の表面と面一になるように、蓋部材７３の厚み及び着脱部７２の凹所７２ｂの深さが設定されている。したがって、蓋部材７３が装着された部分に段差が生じない。このため、段差が生じることによって発生する光ファイバ６の損傷を防止できる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）光ファイバの長さ等（例えば環状部の巻き数）については、前記実施形態に限定されない。

（２）ベースプレートを本体部と着脱部とで構成したが、一部に溝が形成された１枚のプレートによって構成してもよい。すなわち、着脱部は必須の構成ではない。なお、着脱部を設けない場合は、ベースプレートに形成された溝を覆うように、蓋部材を装着するようにしてもよい。

（３）蓋部材は特に必須の構成部材ではない。光ファイバの径に比較して溝の深さを十分深く形成することによって、蓋部材を不要にすることも可能である。

（４）前記実施形態では、本発明をレーザ発振器に適用したが、他の装置にも同様に適用することができる。

６ 光ファイバ
７ 筐体
６０ 環状部
６１ 第１直線部
６２ 第２直線部
７０ ベースプレート
７１ 本体部
７２ 着脱部
７３ 蓋部材
７４ 熱伝導性樹脂
７５ 熱伝導性接着剤

Claims (5)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレート上に、一部が環状に巻かれて載置された光ファイバと、
   を備え、
   前記ベースプレートは、前記光ファイバの交差部分が互いに接触するのを避けるために、前記光ファイバの交差する部分のうちの一方を収容可能な溝を有し、
   前記光ファイバが収容された溝の上部において、少なくとも前記光ファイバが交差する部分を塞ぐ蓋部材をさらに備え、
   前記蓋部材は、上面が前記ベースプレートの表面と面一になるように配置されている、
   光ファイバ装置。
2. 前記光ファイバは、第１端部及び第２端部と、環状に巻かれた環状部と、前記第１端部と前記環状部との間において直線状に延びる第１直線部と、前記第２端部と前記環状部との間において直線状に延びる第２直線部と、を有し、
   前記ベースプレートの溝は、前記第１直線部又は前記第２直線部に沿って形成されている、
   請求項１に記載の光ファイバ装置。
3. 前記ベースプレートは、本体部と、前記本体部に対して着脱自在な着脱部と、を有し、
   前記溝は前記着脱部に形成されている、
   請求項１又は２に記載の光ファイバ装置。
4. 前記ベースプレートの溝内において、前記溝に収容された光ファイバの上部に設けられ、前記光ファイバを前記溝の底面に密着させるための伝熱性樹脂をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ装置。
5. 前記ベースプレートの溝内において、前記溝に収容された光ファイバと前記溝の底面との間に充填された伝熱性接着剤をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ装置。

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