JP7127268B2 - optical coupler - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光源からのレーザ光をレンズで集光させて光ファイバに結合させる光結合装置に関する。 The present invention relates to an optical coupling device for condensing laser light from a laser light source with a lens and coupling it to an optical fiber.
従来のこの種の光結合装置として、例えば、特許文献1に記載されたレーザ治療装置が知られている。このレーザ治療装置は、レーザ光源から発生されたレーザ光を、導光路ファイバにその一方端から導入し、導入されたレーザ光を導光路ファイバの出力側に設けられたハンドピースを介して生体患部に照射することにより治療を行う。 As a conventional optical coupling device of this type, for example, a laser treatment device described in Patent Document 1 is known. This laser treatment apparatus introduces laser light generated from a laser light source into a light guide fiber from one end thereof, and passes the introduced laser light through a handpiece provided on the output side of the light guide fiber to treat a diseased part of a living body. Treatment is performed by irradiating the
導光路ファイバの光伝搬機能を有するコア部材の横断面形状を多角形とし、導光路ファイバの他方端に握り部材を構成してハンドピースを構成している。 The cross-sectional shape of the core member having the light propagation function of the light guide fiber is polygonal, and the grip member is configured at the other end of the light guide fiber to form the handpiece.
この光結合装置によれば、導光路ファイバに入射されたレーザ光は、四方の壁で全反射を繰り返し、方形形状ファイバの横断面いっぱいに広がった均一のエネルギー分布となって導光路ファイバの出力端から出射される。このため、透過効率の良いレーザ治療装置を得ることができる。 According to this optical coupling device, the laser light incident on the optical waveguide fiber is repeatedly totally reflected by the four walls, resulting in a uniform energy distribution that spreads across the cross section of the rectangular fiber, and the output of the optical waveguide fiber. emitted from the end. Therefore, it is possible to obtain a laser treatment apparatus with good transmission efficiency.
このように、断面が方形状に形成された方形コアを備えた光ファイバでは、レーザ光のニアフィールドパターン(レーザ光源の出力端近傍のビームパターン)における強度が均一分布になる。 As described above, in an optical fiber having a rectangular core with a rectangular cross section, the near-field pattern of laser light (the beam pattern near the output end of the laser light source) has a uniform intensity distribution.
しかしながら、断面が円形状に形成されたコアを備えた光ファイバでは、出射されるレーザ光のニアフィールドパターンにおける強度分布がガウス分布になってしまう。 However, in an optical fiber having a core with a circular cross section, the intensity distribution in the near-field pattern of emitted laser light becomes a Gaussian distribution.
このため、円形コアを含む光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることが望まれていた。 Therefore, it has been desired to make the intensity of the near-field pattern of laser light emitted from an optical fiber including a circular core uniform.
本発明の課題は、円形コアを含む光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる光結合装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical coupling device capable of making the near-field pattern of laser light emitted from an optical fiber including a circular core uniform in intensity.
本発明に係る光結合装置の請求項1は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズと、多角形コアを有し、前記集光レンズで集光されたレーザ光を前記多角形コアに入射して均一化された多角形ビームを生成する第1の光ファイバと、円形コアを有し、前記第1の光ファイバからの均一化された多角形ビームを前記円形コアに入射する第2の光ファイバとを備え、光結合装置の光軸方向に移動し、前記第2の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが前記円形コアに外接する多角形となるように前記多角形ビームの大きさを調整し、且つ前記第2の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとの間に配置したことを特徴とする。 Claim 1 of the optical coupling device according to the present invention has a laser light source for emitting laser light, a condenser lens for condensing the laser light emitted from the laser light source, a polygonal core, and the light condensing device a first optical fiber for generating a homogenized polygonal beam by injecting laser light focused by a lens into said polygonal core; and a circular core for homogenizing from said first optical fiber. and a second optical fiber for inputting the polygonal beam into the circular core, the second optical fiber moving in the optical axis direction of the optical coupling device, and the profile of the polygonal beam at the incident end face to the second optical fiber being the above. an optical element for adjusting the size of the polygonal beam so as to form a polygon circumscribing the circular core, and for making the near-field pattern of the laser light emitted from the second optical fiber uniform in intensity; It is characterized by being arranged between the first optical fiber and the second optical fiber.
また、請求項2において、前記多角形コアは、方形コアからなることを特徴とする。
Moreover, in
本発明によれば、第1の光ファイバの多角形コアで、均一化された多角形ビームを生成し、光結合装置の光軸方向に移動し、第2の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが円形コアに外接する多角形となるように多角形ビームの大きさを調整し、且つ第2の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、第1の光ファイバと第2の光ファイバとの間に配置し、光学素子からの均一化された多角形ビームを第2の光ファイバの円形コアに入射するので、第2の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる。 According to the present invention, the polygonal core of the first optical fiber generates a homogenized polygonal beam, moves along the optical axis of the optical coupler, and multiplies the beam at the entrance end face to the second optical fiber. Optics for adjusting the size of the polygonal beam so that the profile of the rectangular beam is a polygon circumscribing the circular core, and for making the near-field pattern of the laser light emitted from the second optical fiber uniform in intensity. An element is positioned between the first optical fiber and the second optical fiber and the homogenized polygonal beam from the optical element is launched into the circular core of the second optical fiber so that the second light is A near-field pattern of laser light emitted from the fiber can be made uniform in intensity.
以下、本発明の実施形態に係る光結合装置を図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, optical coupling devices according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1の光結合装置の構成図である。実施例1の光結合装置は、レーザ光源1、レンズ2、光ファイバ3、レンズ4、光ファイバ5を備えている。
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical coupling device according to Example 1 of the present invention. The optical coupling device of Example 1 includes a laser light source 1 , a
レーザ光源1は、レーザ光を出射するもので、半導体レーザ、固体レーザ等からなる。レンズ2は、本発明の集光レンズに対応し、レーザ光源1から出射されたレーザ光を集光して光ファイバ3の方形コアに導光する。
A laser light source 1 emits a laser beam, and is composed of a semiconductor laser, a solid-state laser, or the like. The
光ファイバ3は、本発明の第1の光ファイバに対応し、図2(a)に示すように、正方形をなす方形コア3aと方形コア3aを覆うクラッド3bを有して構成されている。 The optical fiber 3 corresponds to the first optical fiber of the present invention and, as shown in FIG. 2(a), comprises a square core 3a and a clad 3b covering the square core 3a.
光ファイバ3は、レンズ2で集光されたレーザ光を方形コア3aに入射して、均一化された方形ビーム(矩形ビームBM)を生成する。
The optical fiber 3 enters the laser light condensed by the
レンズ4は、本発明の光学素子に対応し、光ファイバ3と光ファイバ5との間に配置され、光ファイバ3からの均一化された方形ビーム(矩形ビームBM)を光ファイバ5の円形コア5aに導光する。
A lens 4, corresponding to the optical element of the present invention, is arranged between the
光ファイバ5は、本発明の第2の光ファイバに対応し、図4(a)に示すように円形コア5aと円形コア5aを覆うクラッド5bとを有し、光ファイバ3からの均一化された方形ビームをレンズ4を介して円形コア5aに入射する。
The
また、レンズ4は、光ファイバ5への入射端面において方形ビームBMのプロファイルが円形コア5aのコア外形D1に外接する四角形となるように方形ビームBMの大きさを調整する。
Also, the lens 4 adjusts the size of the rectangular beam BM so that the profile of the rectangular beam BM on the incident end face of the
次にこのように構成された実施例1の光結合装置の動作を図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the optical coupling device of Example 1 configured in this manner will be described with reference to the drawings.
ここで、図2(b)は、方形コア3aを有する光ファイバ3の出力端(図1の(a)の位置)におけるニアフィールドパターンを示す。図3は、円形コア5aを有する光ファイバ入射面(図1の(b)の位置)における矩形ビームBMと円形ファイバコア外形D1を示す。図4(b)は、円形コア5aを有する光ファイバ5の出力端(図1の(c)の位置)におけるニアフィールドパターンを示している。
Here, FIG. 2(b) shows a near-field pattern at the output end (position (a) of FIG. 1) of the optical fiber 3 having the rectangular core 3a. FIG. 3 shows a rectangular beam BM and a circular fiber core outline D1 at the optical fiber entrance plane (position (b) in FIG. 1) having a circular core 5a. FIG. 4(b) shows a near-field pattern at the output end of the
まず、レーザ光源1からのレーザ光は、レンズ2により集光されて光ファイバ3の方形コア3aに導光される。光ファイバ3では、レーザ光を方形コア3aに入射して、均一化された方形ビーム(矩形ビームBM)を生成する。図2(b)に示すように、方形コア3aにおけるニアフィールドパターンは、均一強度となる。
First, laser light from a laser light source 1 is condensed by a
次に、レンズ4は、図3に示すように、光ファイバ5への入射端面において方形ビームBMのプロファイルが円形コア5aのコア外形D1に外接する四角形となるように方形ビームBMの大きさを調整する。具体的には、レンズ4の位置を光軸方向に移動させて方形ビームBMの大きさを調整する。
Next, as shown in FIG. 3, the lens 4 reduces the size of the rectangular beam BM so that the profile of the rectangular beam BM at the incident end face of the
そして、レンズ4は、光ファイバ3からの均一化された方形ビーム(矩形ビームBM)を光ファイバ5の円形コア5aに導光する。
The lens 4 then guides the homogenized rectangular beam (rectangular beam BM) from the optical fiber 3 to the circular core 5a of the
さらに、光ファイバ5は、光ファイバ3からの均一化された方形ビームをレンズ4を介して円形コア5aに入射する。
Further, the
このように実施例1の光結合装置によれば、光ファイバ3の方形コア3aで、均一化された方形ビームを生成し、光ファイバ3からの均一化された方形ビームを光ファイバ5の円形コア5aに入射するので、光ファイバ5から出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる。
Thus, according to the optical coupling device of the first embodiment, the rectangular core 3a of the optical fiber 3 generates a homogenized rectangular beam, and the homogenized rectangular beam from the optical fiber 3 is transferred to the circular core of the
(実施例2)
図5は、本発明の実施例2の光結合装置の構成図である。実施例2の光結合装置は、方形コア3aを有する光ファイバ3に代えて、六角形コア30aを有する光ファイバ30を用いたことを特徴とする。
(Example 2)
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical coupling device according to
図5に示す実施例2の光結合装置のその他の構成は、図1に示す実施例1の光結合装置の構成と同一構成であり、同一部分には、同一符号を付して、その説明は省略する。 Other configurations of the optical coupling device of the second embodiment shown in FIG. 5 are the same as those of the optical coupling device of the first embodiment shown in FIG. are omitted.
光ファイバ30は、図6に示すように、六角形コア30aと六角形コア30aを覆うクラッド30bを有している。また、レンズ4は、図6に示すように、光ファイバ5への入射端面において六角形ビームのプロファイルが円形コア5aのコア外形D1に外接する四角形となるように六角形ビームBMの大きさを調整する。
The
そして、レンズ4は、光ファイバ3からの均一化された六角形ビームを光ファイバ5の円形コア5aに導光する。
Lens 4 then guides the homogenized hexagonal beam from optical fiber 3 to circular core 5 a of
このように実施例2の光結合装置によっても、実施例1の光結合装置の効果と同様な効果が得られる。 As described above, the optical coupling device of the second embodiment also provides the same effect as the optical coupling device of the first embodiment.
なお、本発明は、実施例1及び実施例2の光結合装置に限定されるものではない。実施例1及び実施例2の光結合装置では、光ファイバが方形コアや六角形コアであったが、例えば、三角形コア、五角形コア等の多角形コアであってもよい。 The present invention is not limited to the optical coupling devices of the first and second embodiments. In the optical coupling devices of Examples 1 and 2, the optical fiber has a rectangular core or a hexagonal core, but it may have a polygonal core such as a triangular core or a pentagonal core.
本発明の光結合装置は、レーザ装置に適用可能である。 The optical coupling device of the present invention is applicable to laser devices.
1 レーザ光源
2 レンズ
3 光ファイバ
3a 方形コア
3b クラッド
4 レンズ
5 光ファイバ
5a 円形コア
5b クラッド
30 光ファイバ
30a 六角形コア
30b クラッド
BM 矩形ビーム
D1 円形ファイバコア外形
1
Claims (2)
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する第1の集光レンズと、
多角形コアを有し、前記第1の集光レンズで集光されたレーザ光を前記多角形コアに入射して均一化された多角形ビームを生成する第1の光ファイバと、
円形コアを有し、前記第1の光ファイバからの均一化された多角形ビームを前記円形コアに入射する第2の光ファイバと、
を備え、
光結合装置の光軸方向に移動し、前記第2の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが前記円形コアに外接する多角形となるように前記多角形ビームの大きさを調整し、且つ前記第2の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、前記第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとの間に配置したことを特徴とする光結合装置。 a laser light source that emits laser light;
a first condenser lens for condensing the laser beam emitted from the laser light source;
a first optical fiber having a polygonal core, for generating a homogenized polygonal beam by entering the laser light condensed by the first condensing lens into the polygonal core;
a second optical fiber having a circular core and directing the homogenized polygonal beam from the first optical fiber into the circular core;
with
moving in the optical axis direction of the optical coupler and adjusting the size of the polygonal beam so that the profile of the polygonal beam at the incident end face to the second optical fiber becomes a polygon circumscribing the circular core; and an optical element for uniformizing the intensity of the near-field pattern of the laser light emitted from the second optical fiber is arranged between the first optical fiber and the second optical fiber. An optical coupling device characterized by:
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