JPH02113207A - レーザ光伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、医療あるいはレーザ加工等に有用な金属中空
光導波路を用いたレーザ光伝送装置、特に安全性の高い
レーザ光伝送装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、医療あるいは溶接、切断、熱処理等の工業加工分
野において、炭酸ガスレーザが広く用いられるようにな
って来ている。しかし、その発振波長が１０．６μｍと
いう赤外領域にあるため、従来の石英系光ファイバでは
損失が大きく、炭酸ガスレーザ光用導波路として用いる
ことはできない、従って、現在炭酸ガスレーザ光を導く
手段としては、数枚のミラーを用いた空間ビーム伝送方
式が主に採用されているが、これは操作性において極め
て不利である。

炭酸ガスレーザ光用導波路として現在研究開発が進めら
れているものに赤外光ファイバと中空光導波路とがある
。

前者の赤外光ファイバは、赤外領域で透明なカルコゲン
化物やハロゲン化物等の材料を用いて、屈折率の高いコ
ア領域にビームを閉じ込めて伝送しようとするもので、
従来の石英系光ファイバと基本導波機構は同じである。

一方、後者の中空光導波路は、パイプ状の導波路の内壁
の反射率が十分大きくなるようにし、中空領域にエネル
ギーを閉じ込めて伝送しようとするものである。このよ
うな中空光導波路の一つとして、伝送するレーザ光の波
長帯において吸収の小さな薄膜を内装した金属中空光導
波路が提案され、第３図に示すようなゲルマニウム内装
ニッケル中空光導波路が試作されている（Ｈ，Ｈｉｙａ
ｇｉ、Ａ、Ｈ。

ｎｇｏ、　Ｙ、＾ｉｚａｗａ、ａｎｄ　Ｓ、Ｋａｗａｋ
ａｌｉ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、。

４３．４３０（１９８３）、この金属中空光導波路２の
伝送損失はゲルマニウム層１１の膜厚に依存し、また二
ッゲル層１２は機械的強度を保つ働きばかりでなく、伝
送損失にも関与している。

［発明が解決しようとする課題］ さて、金属中空光導波路に限らず、エネルギー伝送を目
的とした光導波路では、損失は全て熱に変換され、伝送
容量が増大すればするほど光導波路の熱的破壊が問題と
なる。何故なら、光導波路が破壊したにも拘らず大写、
量のレーザ光を伝送しようとすれば、光導波路の破損部
分からレーザ光が漏洩し、人体の火傷あるいは火災を引
き起こす危険性が極めて高いからである。これを避ける
ため、長手方向に分布する温度センサを取り付けたり、
あるいは温度検出用の別の光ファイバを併用する提案が
成されているが、構成が複雑となり、また導波路を挿入
するクープルが太くなるなど実用的なものではない。

本発明の目的は、前記した金属中空光導波路を用いたエ
ネルギー伝送用光導波路において、導波路が金属製のた
め光のみならず電気も通すことができるという特質を生
かし、簡単な構成でありながら安全性の極めて高いレー
ザ光伝送装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のレーザ光伝送装置は、金属保護管と該金属保護
管に挿入した金属中空光導波路とを、その導波路出射端
付近を除いて耐熱あるいは熱硬化性樹脂によって絶縁す
ると共に、導波路出射端側で電気的に直列に接続し、こ
の直列接続した金属中空光導波路と金属保護管間の電気
抵抗値を測定する測定装置と、測定された電気抵抗値が
所定の値を越えたときレーザ光源装置に停止信号を送出
して中空光導波路を伝搬していたレーザ光を遮断させる
制御装置とを設けて構成したものである。

本発明の他の形態としては、金属保護管と該金属保護管
に挿入した金属中空光導波路とを、その全長に渡って熱
可塑性樹脂により絶縁し、この金属中空光導波路と金属
保護管間の電気抵抗値を測定する測定装置と、測定され
た電気抵抗値が所定の値以下になったときレーザ光源装
置に停止信号を送出して中空光導波路を伝搬していたレ
ーザ光を遮断させる制御装置とを設けて構成する。

［作用］ 金属保護管と金属中空光導波路とを耐熱あるいは熱硬化
性金属樹脂によって絶縁し電気的に直列に接続した形態
にあっては、破損等に原因する導波路の温度が上昇した
場合、その直列回路の全抵抗値が異常に高くなる。従っ
て、測定された電気抵抗値が制御装置の所定の値を越え
、レーザ光源装置に停止信号が送出されて、中空光導波
路を伝搬していたレーザ光が遮断される。

また、金属保護管と金属中空光導波路とを熱可塑性樹脂
により絶縁した形態にあっては、破損等に原因して導波
路の温度が上昇した場合、その温度上昇により熱可塑性
樹脂が溶融し、金属保護管と金属中空光導波路とが短絡
して、両者間の抵抗値が異常に低くなる。従って、測定
される電気抵抗値が制御装置の所定の値を割り、レーザ
光源装置に停止信号が送出されて、中空光導波路を伝搬
していたレーザ光が遮断される。

従って、いずれの形態においても、伝送するし−ザ光の
波長帯において吸収の小さな薄膜を内装した金属中空光
導波路の温度上昇を確実に検知し、導波路の破損を未然
に防ぐことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を用いて説明
する。

第１図において、金属保護管１に金属中空光導波路２が
挿入され、金属保護管１と金属中空光導波路２とは、光
導波路出射端付近を除き、耐熱あるいは熱硬化性樹脂層
３によって絶縁されている。

また、この金属保護管１と金属中空光導波路２とは、光
導波路出射端において、直接あるいは金属ホルダ４を介
して接触しており、従って両者は電気的に直列に接続さ
れている。５はこの金属保護管１と金属中空光導波路２
の直列回路の抵抗値を測定する測定装置であり、該測定
装置５には、その測定結果によってはレーザ光源装置に
レーザ光の送出停止信号を出力する制御装置６が接続し
である。

金属保護管１には、通常、銅あるいはステンレスが用い
られ、またその断面積は金属中空光導波路２の面積より
十分大きいので、両者を直列接続した全体の電気抵抗値
は、金属中空光導波路２の電気抵抗値にほぼ等しい、一
方、金属中空光導波路２は、例えば第３図に示したゲル
マニウム内装ニッケル中空光導波路から成る。ここでゲ
ルマニウム層１１の膜厚は約０．５μｍであるが、ニッ
ケル層１２は光学的に寄与するばかりでなく機械的強度
を保つ働きも兼ねているので、約１００μｍの厚さにし
である。ゲルマニウム層１１の膜厚はゲルマニウム層１
２に比べ十分薄いので、金属中空光導波路２の長手方向
にわたる電気抵抗は、専らニッケル層１２によって決定
される。従って、測定装置５で測定される直列回路の全
抵抗値も、このニッケル層１２の抵抗によって定まる。

詳述するに、室温におけるニッケルの比抵抗は７Ｘ　１
０−’Ω■であるから、金属中空光導波路の内径を１．
５Ｉｎ　、長さを１ｍとすれば、金属中空光導波路入射
端から出射端までの全抵抗値は０，１４Ωとなる。

今、金属中空光導波路２中の長さ１０ｃｍが３００℃（
比抵抗２３ｘ　１０−’Ωｌ）になったと仮定すれば、
全抵抗値は０．１７Ωに増加し、また７００℃（比抵抗
４０Ｘ　１０−’ΩｃＩＮ）になったとすれば全抵抗値
は０．２０Ωに増加する。測定装置５がこのような通常
とは異なった高い抵抗値の測定結果を出力したときは、
これに接続されている制御装置６が停止信号をレーザ光
源装置（図示せず）に送って、レーザ光を遮断させる。

ニッケルの融点は１４５５℃であるから、上記電気抵抗
値を検知した時点で直ちにレーザ光を遮断することによ
り５結果的に、金属中空光導波路２が熱的に破損する前
にレーザ光の遮断ができる。また金属中空光導波路２の
電気抵抗が高い値に変化する現象は、上記局部的な温度
上昇に起因するだけでなく、機械的な疲労による金属中
空光導波路の亀裂によっても生じるため、上記レーザ光
の遮断は、熱的な破損ばかりでなく機械的な破損に対し
ても有効な安全防止策として働く。

このように、本発明では金属中空光導波路を構成する金
属層に温度センサの役目も持たせたものであり、金属部
分の電気抵抗値が所定の値を越えたときレーザ光が遮断
されることを特徴とするものである。

尚、金属保護管１と金属中空光導波路２とを絶縁する耐
熱あるいは熱硬化性樹脂３の材料としては、フッ素樹脂
、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン樹脂な
どが用いられ、その厚さは数十μｍ以上が望ましい９ 第２図は、金属ｉ護管１に金属中空先導波路２を挿入し
た形態において、金属保護管１と金属中空導波路２とを
、金属中空導波路２の全長に亘って設けた熱可塑性樹脂
３０によって絶縁した実施例である。

この第２図の実施（３ｉ＋１では、金属中空光導波路２
に急激な温度上昇が生じたとき、熱可塑性樹脂３０が溶
融し、金属保護管１と金属中空光導波路２間に電気的な
短絡が生じるため、両者間の電気抵抗値は極めて小さい
値を示す、ｉＴ１定装置５によりこの極めて小さい電気
抵抗値が測定されると、制御装置６は上記の場合と同様
に停止信号を発生してレーザ光を遮断させる。このため
、金属中空光導波路２あるいは金属保護管１が破損する
ことなく、レーザ光が漏洩するのを未然に防ぐことがで
きる。この熱可塑性樹脂３０としては、例えばポリエチ
レン、エチレンエチルアクリレート、エチレン酢酸ビニ
ルなどが挙げられ、その厚さは数μｍ以下が好ましい。

尚、本発明に用いられる金属中空光導波路としては第３
図に示すものだけでなく、ニッケル以外の金属、例えば
銅、銀、等が用いられている場合や、またこれら異種の
金属が多層化されている場合にも本発明は適用可能であ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、測定抵抗値の変化
から金属中空光導波路の温度上昇を確実に検知し、導波
路の破損を未然に防止することができる。その結果、安
全性の高いレーザ光伝送装置を得ることができる。

また、金属中空光導波路の金属層は、従来では単に光学
的あるいは機械的な寄与を果たすにすぎなかったが、本
発明では金属中空光導波路自体の持つ電気的特性を積極
的に利用しているため、大電力のレーザ光伝送に際して
、光導波路に温度検出のための特別なセンサ類を付加す
る必要がなく、構成が極めて簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明のレーザ光伝送装置
の実施例を示す縦断面図、第３図は本発明を適用可能な
金属中空光導波路の横断面図である。 図中、１は金属保護管、２は金属中空光導波路、３は耐
熱あるいは熱硬化性樹脂層、４は金属ホルダ、５は測定
装置、６は制御装置、１１はゲルマニウム層、１２はニ
ッケル層、１３は中空領域、３０は熱可塑性ｔ！Ｉ脂層
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属保護管と該金属保護管に挿入した金属中空光導
   波路とを、その導波路出射端付近を除いて耐熱あるいは
   熱硬化性樹脂によつて絶縁すると共に、導波路出射端側
   で電気的に直列に接続し、この直列接続した金属中空光
   導波路と金属保護管間の電気抵抗値を測定する測定装置
   と、測定された電気抵抗値が所定の値を越えたときレー
   ザ光源装置に停止信号を送出して中空光導波路を伝搬し
   ていたレーザ光を遮断させる制御装置とを設けたことを
   特徴とするレーザ光伝送装置。 ２、金属保護管と該金属保護管に挿入した金属中空光導
   波路とを、その全長に渡つて熱可塑性樹脂により絶縁し
   、この金属中空光導波路と金属保護管間の電気抵抗値を
   測定する測定装置と、測定された電気抵抗値が所定の値
   以下になつたときレーザ光源装置に停止信号を送出して
   中空光導波路を伝搬していたレーザ光を遮断させる制御
   装置とを設けたことを特徴とするレーザ光伝送装置。