JPH02150806A - 高光度電磁線送信用光ファイバー束 - 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、電磁線送信用光フアイバー束に関する。

（従来の技術） 多くの技術分野において、レーザー、例えは、Ｎｄ　：
　ＹＡＧ、Ｎｄ　ニガラス、金属蒸気、エキシマ−レー
ザー、と称される電磁線高出力源が利用される。連続ト
°ｐ作用レーザーの放射力は、ＫＷ領領域よびそれ以上
に変化し、パルスレーザ−の場合に出力ピークはたいて
い１００ＫＷ以Ｊ−であり、しばしばＩＭＷ以」−であ
る。高放射力レーザーのビーム特性は、大部分の場合貧
弱である。レーザーのビーム特性は、ビーム積、即ち、
レーザー出力におけるレーザービーム直径（ｍｍ）とひ
ろがり全角（ｆｕｌｌ　ａｎｇｕｌａｒ　ｄｉｖｅｒｇ
ｅｎｃｅ）　　（ラド）との槓、によって特徴づけられ
る。高ビー１、積は、貧弱なビーム特性と等価である。

高性能レーザー出力の放射線に対して、１ｍｍ〜１００
ｍｍの値はビーム直径の典型であり、０．００１ラド〜
０゜１ラドの値は放射線のひろがり全角の典型である。

しかし、特殊な場合に、直径およびひろがり角の（直は
、これらの１直以［−である。０．０２〜０．２ラド・
ｍｍの航は高出力レーザーのビーム積の代表値であり、
金属蒸気レーザーの場合、その値は０．２ラド・ｍｍよ
り大きい。

放射線を特徴づける曲の小便なものは、光度である。ビ
ーム軸に関して回転対称な場合に、放射線の光度は、Ｌ
＝Ｐ／　（θ・Ｄ）２　［ただし、Ｐは放射線のピーク
力（またはバルスピークカ）、θは放射線のひろがり全
角（ラド）であり、Ｄはビーム直径（ｍｍ）であり、各
々の場合放射線源出力で測定される。］でＬｔえられる
。非回転対称［ここで、ビー１、のコード（または直径
）および／または放射線のひろがり角は、ビーム軸に垂
直な角度ψに依存する］ビームのより一般的な場合に、
角１責分 ［ただし、θ（ψ）は角度ψに依存する放射源出力にお
ける放射線のひろがり全角を意味し、そしてＤ（ψ）は
角度ψに依存する放射源出力における１（＋度ψの先端
を通過するコード（または直径）を意味する。］は、光
度Ｌ＝Ｐ／　（θ・Ｄ）２における（θ・Ｄ）２の位置
を占める。通常の光源と比較してレーザーは１０５　Ｗ
／　（ラド・ｍ　ｍ　）２以上、大部分の場合は１０６
Ｗ／（ラド・ｍ　ｍ　）２以上の高光度を示す。

しはしば、柔軟な（曲げられ、または接合される）ビー
ムガイド系は、放射線の送信に必要である。技術的にｈ
゛効なビームガイド系は、次の特性を白゛すべきである
。

高い光破壊限界（または最高送信可能な輻射力、 曲げまたはよじれによる変形に対する低い機械的耐性、
および曲げ半径に対する低い下限限度および／またはよ
じれに対する高０１−眼（Ｑ度、 伝送によるビーム特性の損傷のないこと、高伝送効率、 良機械的安定性、それは大部分の場合、光および機械的
な成分の最少数の使用に等しい。

ビームガイド系には、鏡を組み合オ〕せたオブチックス
およびファイバー系がある。

鏡を組み合わせたオブチックスは、高破壊限界、光伝送
効率、および良ビーム特性によって区別し得る（例えば
、Ｇ、ＩＩｏｈｂｅｒｇ：”Ｂｅａｍ　Ｄｃｌｉｖａｒ
ｙ　ＳｙｓｔｃｍＳｆ’ｏｒ　ｌｌｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ
　　Ｌａ５ｅｒｓ”Ｐｒｏｃ、５ＰＩＥ、ｖｏｌ、６５
０：１１ｇ−１２２，１９８０）。低柔軟性および複雑
な機械的構造、多（の機械的および光学成分の傷つき安
さ、および必要な調節力の多くは、しかしながら、実質
的な欠点である。より少ない成分からなるファイバー系
およびファイバー系に必要な調節力は、鏡を組み合わせ
たオブチックスよりも一般に実質的に少ない。柔軟性は
、鏡を組み合わせたオブチックスよりも優れており、伝
送効率は同様に高い。

このため、ファイバー系が、一般に、好ましい。

島放射力送信用の従来のファイバーオブチック系は、た
だ１種のファイバーからなる（例えば、１１、Ｐ、Ｗｃ
ｂｃｒ　　ａｎｄ　　Ｗ、ＩＩｏｄｃｌ：”Ｉｌｌｇｈ
　　Ｐｏｗｅｒ　　　Ｌｉｇｈｔ−Ｔｒａｎｓ＋ｎ１ｓ
ｓｉｏｎ　ｉｎ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ　”Ｐｒｏｅ、５ＰＩＩＥ、ｖｏｌ、６５０：１０２
−１０８．１９８０）。しかしながら、これらのファイ
バーオブチック系は、しばしば、高放射線出力用ビーム
ガイド系の要求に合わない［例えば、１？、Ｒｉｎｇａ
ｌｈａｎ、Ｉｌ、Ｋａｒ、Ｊ、ＩＩａｌｆｍａｎｎ、に
、Ｄｏｒｓｅｈｃｌ　　ａｎｄＧ　、Ｍｕ！ｔａｒ：”
Ｌｌｇｈｔｇｕｉｄｃｓ　ｆｏｒ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｐ
ｕｒｐｏｓｅｓ″Ｌａｓ　Ｏｒｓ　　ａｎｄ　　０ｐｔ
ｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２０　二４４−μｓ．１９
８８）　。

ファイバーオブチック系か柔軟（曲げに対して低機械的
耐性、低破壊危険性）であるべきならは、ファイバー直
径は最小であるへきである。加えて、直径は、ファイバ
ーを曲げる際に過度な放射損失がないように最小にすべ
きである。しかしながら、小ファイバー直ｉＹの要求は
、次の他のすｉ定ファイバー特性と対比区別される。

（ａ）過度の放射線強度によるファイバーコアまたはカ
ップリング表面のＩｎ　（’Ｂを避るために、ファイバ
ー直径は大きくあるべきである。

（ｂ）ファイバー開口数とその直径との債が放ｎ・１線
ビーム積よりし少なくとも２倍以上であれば、放射線は
ファイバーによって捕獲され、相対的に１ｑ距離に送ｆ
３される。このことは、大きなファイバー直ｉ￥の要求
となる。

このように、個々のファイバーにおいて、送信力、ビー
ム積、必要な曲げ半径、および直径の間に緊密な相関関
係かあり、かかる送信系の設＝１の白山度をかなり狭め
る。

ファイバー束は、低出力電磁線、特に、像または信じの
伝送に使用されることが知られている。

この場合に生ずるピーク出力は、ＩＫＷより小さく、し
はしばＩＷよりも小さく、また、それぞれ、その光度は
１０４　Ｗ／　（ラド・ｍｍ）２より小さ（、ある場合
には１０５Ｗ／（ラド＊ｍｍ）２より小さい。これらの
低出力の場合に、ファイバー束の損傷限界値が！Ｔ′１
′要ではないので、簡単に加圧できる「低融点」多成分
ガラスおよび合成樹脂を利用できる。

低出力の場合に、放射損失は、同様に、重要ではなく、
相対的に高減衰（１ｊ１を白−する物質を利用できる。

そのうえ、大部分の場合に、代表的な）Ｊ°法に対して
送信放射線特性は、ｊ！１（視でき（’５ｅｈｏｔｔ　
Ｉｎｒｏｒｍａｔｉｏｎ　３／１９ｇ７．フインツ、１
９８７）、このためファイバー束の最適化は必要ない。

放射線源に対する入力カップリングの最適化またはファ
イバー束の採用は、捕獲時に、放射線源の放射力にたい
する最高値を目的とする。このように、目的は、大部分
の場合、最高の高開口数を白゛するファイバーを生産す
ることにある。

高性能レーザー放射線にたいして、１００ＫＷ以−にの
ピーク出力および１０６　Ｗ／　（ラド・ｍ　ｍ　）２
以上の光度は、代表的である。これらの例において、フ
ァイバーまたはファイバー束の損傷限界値および損失は
、考“慮されるべきである。その１−１高出力において
、放射線特性は、実際に極めて重接である。

米国特許第４，６９０．５００Ｓ；には、シリカガラス
のファイバー束が像伝送にどのように最適化されるかが
記載されている。

高放射出力伝送用のファイバー束は、それ自体公知であ
るが、極めて貧弱なビーム特性を示す。

即ち、ファイバー束から出る放射線のビーム積が最初の
放射線のビーム積と比較すると極めて増加する。この理
由で、それらは実用化されていない。

使用されるファイバーは、円柱状ジグザグ　プロフィー
ル　ファイバーが好ましい。これらのファイバーは、直
径Ｄ　を自゛するクラッドで囲まれた口１ 直”　Ｄｋの円柱状コアを白−し、該クラッドは、少な
くとも直接的にコアを包囲する層において、コアよりも
低い光層折率をｈ−Ｌ、保護鞘によって任意にｆ・１加
的に囲まれている。この構造、特に、屈折率プロフィー
ルおよびファイバ−１ｔＪｉ面（例えば、六角形断面）
の偏りが含まれると考えられる。ファイバーのコアおよ
びクラットは、純粋またはドープシリカゲルガラス製が
好ましい。コアは純粋なシリカガラスからなり、クラッ
ドおよび／まｔ二はコアを直接囲むクラッド層は本質的
にフン素ドープシリカガラスからなることが好ましい。

これらのファイバーにおいて赤外線スペクトル域に近い
近紫外線放射にたいして低減衰値、非線形光効果にだい
する低限界値、高破壊限界を得ることが可能である。フ
ァイバーの生産法は、従来法であり、対応するファイバ
ーおよびファイバープレホームは市場で人手できる。

複数の個々のファイバーを組み合わせることによって、
ファイバーの束が得られる。２　Ｍ　Ｗ　／　ｍｍ２ま
での損傷限界を白゛するファイバー束が一般的である。

実験室では、５　Ｍ　Ｗ　／　ｍ　ｍ　２までの損傷限
界をＨするものが得られ、ＩＯＭＷ／ｍｍ２およびそれ
以−［−の損傷限界をＨするものが期待される。ファイ
バー束の損傷限界値Ｉ　（損傷）は、ファイバー束の（
■傷なしに、ファイバー束の入力カップリング端が放射
線に暴露し得る最高強度を意味する。その−Ｌ、■　（
損傷）では、好ましくない非線形光学効果がファイバー
束において期待される強度（限界値）より小さい。これ
は、実際の条件下の場合である。損傷限界値は、使用さ
れる祠料およびファイバーまたはファイバー東端面が組
み合わされる製造方法に依存する。ファイバー束の高損
傷限界値は、不経済な加工操作によって得られる。ファ
イバー東端の研磨および任意に被覆することによって、
好ましくは非反射層を用いて、損傷限界値はかなり上昇
させることができる。

はんだづけまたは溶接したファイバー束）：１シは、）
Ａｉｔの均一性が良いため、それ自体で研磨および被覆
に充分役たつ。十」料の価格とともにファイバー束の処
理費用は、ファイバー束の価格にだいし支配的な因ｒ−
である。

（発明か解決しようとする課題） 本発明の１的は、ビーム特性の実質的な損失なしに、す
なわち、標準放射線に比べて放出放射線ビーム積の実質
的な拡大なしに、放射線送信を可能にする高性能放射線
送信に適するファイバー束を見い出すことであり、そこ
で生産支出で決定された損傷限界値を設定すると必要な
祠料の使用量を最少にできる。

（課題を解決するための手段） この目的は、コアおよびクラッドからなるｌ（ｊ　Ｉ’
１のマルヂモード単一フアイバーからなり、ファイバー
束末端で接合された高性能放射線、特に、レーザービー
ム送信用の柔軟性）γイハー束において、連続またはパ
ルス時間か１μｓ以−１−１光度が１０５　Ｗ／　（ラ
ド・ｎ１ｍ）２〜１．６・１０８Ｗ／（ラド・ｍｍ）　
２のパルス放射線、およびパルス時間が１μｓ以下、光
度が１０８Ｗ／（ラド・ｎ］ｎ〕）２〜８−１０８　Ｗ
／　（ラド＊ｍｍ）２のパルスレーザ−ビームに対して
、 （ａ）ファイバー束断面積Ａｂ（ｍｍ）２が（１１１，
６）・Ｐ／Ｉ　　（損傷）［ただし、Ｐは最高放射力（
バルスピークカ）（ワット）、ｒ（損傷）はファイバー
束の損傷限界（直（Ｗ／ｍｍ２）である。］であり、 （ｂ）ファイバー束のファイバーの開口数ＮＡが（０，
５，、，１）を掛だ係数 しただし、θ（ψ）はビーム軸に垂直な角度ψに依存す
る放射線源出力におけるビームのひろがり全角、Ｄ（ψ
）は角度ψに依存する放射線源出力における角度ψの先
端を通過するビームのコードおよび／または直径（ｍｍ
）、Ｄｂ（ψ）は角度ψに依存するファイバー束の入力
カップリング′端における角度ψの先端を通過するビー
ムのコードおよび／または直径（ｍｍ）、開口数は０．
０５より小さくはなく、０．３５よりは大きいことはな
い。］最高値であることを特徴とする柔軟性ファイバー
束によって達成される。

（作用） 連続または１μｓ以１−のパルス時間のパルス放射線で
あり、１０５　Ｗ／　（ラド・ｎ１ｍ）２〜１．６・１
０８Ｗ／（ラド・ｍｍ）　２の放射線光度、およびパル
ス時間が１μｓ以下、光度が１０６Ｗ／（ラド・ｍｍ）
２〜８・１０８Ｗ／（ラド・ｎ１ｍ）２の範囲において
、ファイバー束断面積Ａｂ（ｍｎ１２）は（１，、，６
）　　　（Ｐ／Ｉ　　（損傷））［ただし、Ｐは最高放
射力（バルスビークカ）（ワット）およびＩ（Ｉｆｌ傷
）はそれぞれのスペクトル領域においてそれぞれのパル
ス時間を白−する放射線に対するファイバー束の損傷限
界値（Ｗ／ｍｍ２）である。］に相当する。断面積Ａｂ
は、もちろん、ビームカイトに何効なファイバー束の単
なる一部分、即ち、放射部を意味する。放射線に暴露さ
れないファイバー東部分は、不必要である。ファイバー
束ファイバーの開口数ＮＡは、係数 ［ただし、ψはビーム軸に垂直な角度、θ（ψ）は角度
ψに依存する放射線源出力における放射線のひろがり全
角（ラド）、Ｄ（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力
における角度ψの先端を通過するビームのコードおよび
／または直径（ｍｍ）、Ｄｂ（ψ）は角度ψに依存する
ファイバー束の入力カップリング°端における角度ψの
先端を通過するビームのコードおよび／または直径（ｍ
ｍ）である。」の最高値に（０，５，、，１）を掛たち
のであるべきである。しかしながら、開口数は、かかる
場合に過度の放射線損失（微小曲率損失）が生ずるので
０．０５より小さくなるべきではなく、かつ、かかる場
合に所定内送信がそれ以１−はとんど不可能なので、０
．３５以１−になるべきではない。開口数の０．２４〜
０．３５の範囲は、（ＳｉＯ２）コアの強力なドープに
よってのみ得られる。しかしながら、このことは、とり
わけ、非線形光常動実用に低損傷値を導びくので、この
１１ｎ囲は放射線の低要求出力範囲においてのみ灯効で
ある。開口数には、０．０７〜０．１８の範囲、特に、
０．０７〜０．１３の範囲が特に好ましい。

なぜならば、この範囲において、はとんど無視できる微
小曲率損失で、０．１８〜０，３５の範囲よりも低損傷
限界値を白゛するファイバー束が可能だからである。像
および信５」″伝送用の従来のファイバー束において、
最高に大きな開口数がファイバーの全ての場合に目的と
されたので、開口数用に低い値を使用することは、特に
、驚くべきことである。

ビーム軸に対してほぼ回転対称なビームプロフィールを
（ｉ　Ｌ、放射線のほぼ回転対称用分布をｔＴするビー
ムに対して、ファイバーの開口数ＮＡ用の式は、前記係
数 か一定、即ち、角度ψに独立なので単純化される。

ファイバー束の入力カップリング端におけるビームプロ
フィールが円形なので、次式 ％式％ ［ｊ二だし、ビーム断面積Ａｂはｍｍ２の単位で、ビー
ム直径Ｄｂはｎ１ｍの単位である。］が使用できる。こ
のように、ファイバー束のファイバーの開口数は、（０
，４４，、，０，８９）　　・θ・Ｄ／Ａｂ２［ただし
、θは放射線源出力における放射線のひろがり全角（ラ
ド）、Ｄは放射線源出力におけるビーム直径（ｍｍ）、
およびＡｂはファイバー束の計算された断面積（ｍ口］
２）を表わす。

］と計算される。

もしビームが、放射線源の出力において、ビーム軸に垂
直な各方向に異なる角分布を示せば、即ち、放射線の角
分布が回転対称でなければ、ある状況下で、ファイバー
束の開口数は、放射線の最高角によって決定される（ビ
ーム軸に直角な空間方向に依存する）。かかる場合にお
いて、伝送は、最小角をＨする方向の放射線特性を減少
し得る。

このため、ファイバー束へカップリングされるビームは
、放射線がビーム軸にほぼ回転対称である角分布を白−
するファイバー束・＼カップリングし得る方法で、好適
な光学系（例えば、歪像的オブチックスおよび／または
円柱状レンズ）によって変形されることか好ましい。こ
のことは、ファイバー束へカップリングされるビームが
非円形ビームプロフィールをＧすることを許容する可能
な価格でなされる。

ファイバー束は、本質的に同じコア直ｊ’ｆ：　Ｄｌ（
を白゛するファイバーからなるへきである。コア直ＩＹ
は、所定曲げ半径ＲをＨし、問題なくファイバーか曲げ
得る太さであることか好ましい、即ち、ファイバーコア
直径が最大であるへきである。このことは、同様に、フ
ァイバー外径は最大になり、ファイバー束に必要なファ
イバー数は最小であることを保証する。ファイバー束に
おけるファイバー数を最少にすることによって、個々の
ファイバーの良好な機械的強度は、ファイバー東生産に
おけるかなりな単純化とともに得られる。この要求は、
コア直径り、、（ｍｍ）が式り、、＝ＮＡ２−ｂ・Ｒ［
ただし、ＮＡは開口数、Ｒは個々のファイバーの所定の
最小曲げ半径（０１ｍ）、ｂは０．０３〜０．２４、好
ましくは、０．０６〜０．１８の間の定数である。〕で
得られれば、達成される。

さらに、ファイバー用りラッド厚を最適化するためにも
白°効である。安全なビームガイドを保証するために、
クラッド厚（ｍｍ）は、それは数個のクラッド層からな
ってもよいか、０．０５・λ／ＮＡ　［たたし、ＮＡは
ファイバーの開口数、λは送信される放射線の波長（ｍ
　ｍ　）を表わす。コより人であるへきである。０．０
５ｍｍより大きいクラッドのより大きい厚さは、一般に
必要でない。かかる大きな厚みは、ビームガイドにそれ
以−１ユ貢献せず、むしろファイバー曲げ半径の減少を
導ひく。クラッド厚の相対的に広い範囲は、ファイバー
クラッド厚がファイバー環境によって示される特性（例
えば、冷却媒体）、ファイバーが曲がる大きさ、および
束のなかに位置する均一性に依存するという事実から生
ずる。

ファイバーは、そのＩＴ！ｆ径が大きければ、ファイバ
ー束中にゆるく置かれ、張力および曲げ剛性は充分に太
き（、ファイバー束をなすファイバーの破損を排除する
。この型の配列のファイバー束は、簡便に製造し得る。

この型の配列の他の利益は、ファイバー束のファイバー
がそれ自体で充分に冷却効果を導くことにある。この配
列において、安全なビームガイドを保証するために、フ
ァイバークラッド厚（ｍｍ）は、０．１・λ／ＮＡ　［
ただし、ＮＡはファイバーの開口数、λは送信される放
射線の波長（ｍ　ｍ　）を表わす。］より大であるべき
である。

ファイバー束にゆる（配設されたファイバーの場合に、
特に、ファイバーの開口数および／または曲げ剛性が小
であれば、大きな微小曲率損失が生ずる。かかる場合、
好ましい方法でファイバー東向のファイバーを保護する
ことは効果的である。

）γイハー東向の先ファイバーを保護する装置は、従来
技術の状態に係るものである。好ましくは、ファイバー
束は、全長に沿って溶融すべきである。

溶融ファイバー束としての実施態様は、ファイバー束断
面積Ａｂが約４ｍｍ２より小さく、もしくはファイバー
束の曲げ剛性が技術的に適用できる稈人きけれは、利用
し得る。溶融ファイバー束において、ファイバーが互い
に保持されるのて、ｉ；す小曲宇損失を導くファイバー
の曲げが減少する。

この実施態様の他の利益は、付加的なビー１、保護効果
が溶融ファイバー東向のファイバーの緻密充填から生ず
る。ファイバー束のファイバーを雛れる放射線は、隣接
するファイバーの１つによって捕獲される。もし放射線
の「クロスオーバーカップリング」がファイバー間で生
ずれは、送信放射線特性は、若干損なわれるが、放射線
損失はなく、または、はんの無視できる部分的な損失に
すぎない。したがって、この実施態様において、ファイ
バークラッド厚の最小値が必要である。溶融ファイバー
束を製造する方法は、公知である。

接合保護鞘でファイバー束のファイバーを囲むことがさ
らに常套手段である。さらに、保護鞘またはファイバー
束が、さらにファイバーまたはファイバー束の冷却用成
分を六ｈ゛することも可能である。好ましくは、実質的
にファイバーにｔ行に延び、かつ、ファイバーに関する
１−分な熱（熱伝導）定数を−Ｈする冷却剤導管がそこ
にＡまれ、そこでファイバーと１゛分な熱（熱移動）と
の接触は、好適な移動媒体、例えば、冷却媒をファイバ
ー東向に流すことによって得られる。保護鞘は、さらに
、束の意図的、かつ、安全なＦ″ψ作を保証する他成分
を素行し得る。これらの成分は、ファイバーのかなりの
破損から解放される放射線に対応する漏洩放射線デテク
ターを念（ｉする二志が好ましい。

また、電気的または光学的信−」−系は、例えば、ファ
イバーカップリングが正常条件でのみ放射線源における
好適な装置が放射線放出を許容することによって念まれ
る。

各ファイバーは、ファイバー束の入力カップリング端と
出力カップリング端を接合する。その端において、ファ
イバーは、それ自体公知の方法で接合されることが好ま
しい。はんだづけまたは溶接されることが好ましい。フ
ァイバー東端は、般に、さらに金属またはガラスの鞘に
入れられる。

ファイバー東端面におけるファイバーの接合は、従来の
技術に属する。

例えば、西ドイツ特許第２，６３０．　７３ｏ−；には
、端面におけるファイバー間の空間（ガゼツト）をどの
ように広範囲に除去するかが記載されている。このため
、ファイバー東端は、加熱されそして放射状に圧縮され
る。

また、西ドイツ特許第３，２４７，５００−号には、フ
ァイバー東端を溶融し、そしてそれらを耐熱性をり、え
ることが記載されている。このため、利用される祠料は
、ファイバー東端の外部から内部へ減少する熱膨張係数
を示すものを選択すべきである。

端面を処理する従来法の不利益の１つは、多（のまたは
細いファイバーからなるファイバー束の場合、ファイバ
ーが入力カップリング端に、常に、いくぶん不規則に配
置され、その結果放射損失を受けることにある。その損
失は、ファイバーがファイバー東端を接合する市に個々
に配設され、その後、その位置が接合ステップの間に調
節されれば減少できる。このことは、単に少量の厚いフ
ァイバーが利用されれば、悪くない支出で可能である。

このため、最高に太いファイバーがファイバー車用に使
用し得る。

ファイバー東端を処理する既知方法の他の実質的な欠点
は、ファイバー全断面積に対するコア面積の割合がファ
イバー束の入力端に対して実質的に定数であることにあ
る。入力カップリング端におけるファイバ一端面が放射
線に均一に暴露されれば、放射線がコア断面表面積に当
る割合だけが捕獲され、かつ、通過する。クラッド断面
積に当る放射線の割合は、入力カップリング損失と称さ
れ、熱エネルギーに変換され、ファイバー束の損傷に結
びつく。熱の発生が余りにも大きければ、入力カップリ
ング端は冷却し得るが、クラッドの入力カップリング端
全体または部分のファイバーを取り除くことが特に−Ｇ
効である。

クラッドは、ファイバー東端の接合前にエツチングによ
って除くことが好ましい。エツチングによってファイバ
ークラッドから祠料を除く方法は、公知である。これら
の方法における特別な利益は、ファイバークラッドが制
御された方法で円錐形にエツチングされ、そしてこの方
法において“ソフタ−、即ち、より損失のない変化は、
入力カップリング端において達成される。コアのわずが
なエツチングは、この方法において必ずしも避けるべき
とは限らない。

ファイバー束の入力カップリング端におけるファイバー
クラッド材料を除（他の好適な方法は、ファイバークラ
ッド材料がファイバーコアよりも速く軟化するようにフ
ァイバーコアおよびファイバークラッド用材料を選択す
ることである。ファイバー東端の接合の間、ファイバー
は適度に加熱され、そしてファイバー東端はファイバー
タラッド材料がファイバー東端から絞るように放射ｌ−
に圧縮される。この場合に、単位面積当り稠密な充填系
のファイバ一端のプラスチック変形も行なわれる。しか
しながら、ファイバーコアの変形は、ファイバーコア断
面積が減少するまで進めるべきではない 微小円形ビームプロフィールを有する放射線でさえも、
対応する入力カップリング端の設計によって、前記特性
を有するファイバー束にカップリングされ、そして送信
される。しかしながら、入力カップリング端が円形断面
であるファイバー束が、例えば、六角形または長円形の
プロフィールを６する放射線の送信に利用されると、こ
のことは必要とするよりもファイバー束の製造に多量の
材料を浪費する価格となる。したがって、下記り法にお
いて入力カップリング端断面プロフィールは、カップリ
ングされる放射線のビームプロフィールと対応形とする
ことが好ましい。

ファイバー束の助けで、同様に、簡単な方法で開口部を
変化させることができる。即ち、放射線出口において、
放射線人口におけるものとは異なる断面プロフィールを
簡単に生じさせることができる。開口部の変形は、ファ
イバー束人カカップリング端の断面プロフィールをカッ
プリングされる放射線のビームプロフィールと対応させ
、および／またはファイバー東出力カップリング端の断
面を消費者の要求するものに対応させることによって達
成される。このため、ファイバー東端のファイバーは、
接合および／またははんだ付けまたは溶接される前に、
端の所定の幾何学的な配置に対応させるように配設され
るべきであり、および／または端における加熱および軟
化ファイバーは、はんだ付けまたは溶接操作の間、所定
の幾何学的形体にプレスされるべきである。

さらに、開口部の変形は、下記の１方法でファイバーを
ファイバー束へ再分配することによってなされる。放射
線源が不均一なビームプロフィールで放出し、ビーム中
心に最高強度を有するプロフィールが実際の使用に必要
な場合に、放射線強度の高い値をＧする入力カップリン
グの位置からのファイバーは、出力カップリング端にお
いて中心に近い位置で終り、強度の低い値をｈｏする部
位から生ずるファイバーは出力カップリング端において
縁に近い位置で終る。放射線源が不均一なビームプロフ
ィールを白“する放射線を放出し、最高に均一な強度が
実際の使用に必要ならば、放射線強度の高い値を“ａす
る入力端の位置から生じるファイバーおよび低強度の位
置から生じるファイバーは出力端において均一に分配さ
れる。放射線源がほぼ均質なビームプロフィールを何す
る放射線を放出し、そしてビーム中心において最高強度
を有する不均質プロフィールが実際の使用に必要ならば
、ファイバー束のファイバーは位置依存性密度を６する
出力カップリング端に配設され、ファイバー密度は出力
カップリング端周辺に向って減少し、出力カップリング
端におけるファイバーの位置はスペーサー要素によって
固定される。前の実施例の変形は、特に、スペーサー要
素がファイバー束のファイバーとはんだ付けまたは溶接
し得るファイバー（フィラーファイバー）材料からなる
ことにある。いわゆるフィラーファイバーは、例えば、
出力カップリング側に分散された一部の放射線を捕獲し
、そしてこの放射線を検出器および分Ｉｉ器に導入する
ことによって、出力カップリング側における放射線束、
成分の条件または適合性を監視し得る。フィラーファイ
バーは、低出力電磁線を、好ましくは、可視スペクトル
域内で、出力カップリング側の成分の条件または適合性
を研究することによって、ファイバー束の出力端へ送る
ことに役だつ。

入力カップリング側の多重送信は、分離入力端をｈｏす
る数個のファイバー束を接合束に結合することによって
達成され、そこで分離放射線源の放射線はファイバー束
の入力端において接合される。

この配列の利益は、高放射力が単一放射線源が送信可能
な出力よりも組み合せファイバー束において得られ、放
射線源がパルスモードで操作されれば、高放射線力が単
一放射線源が放出可能な平均時間以上に接合ファイバー
束において得られ、または放射線源が接合ファイバー束
において低反復速度（１１１現速度）のパルス形で作動
すれば、放射線の高パルス周波数がｈ力であり、その結
果高作動速度がある実際の使用で可能である、ことにあ
る。妨害物または使用による放射線源の減量の場合に、
多１毛送信特性は、全系の機能効率を保証し得る。放射
線源の数が１・分に多い場合において、接合ファイバー
束の放射出力は、放射線源の不１分さのため、全放射線
に対する放射線源の割合に対応して低下する。

出力カップリング側の多重送信は、ファイバー束を数個
の少ファイバー東またはそれぞれの消費者へ導くファイ
バーへ分割することによって達成される。この配列の利
益は、１または数個の高出力放射線片からの放射線か同
時に数人の消費前に供給され、放射線源の増進された開
発が可能であることにある。

双方多重送信（入力および出力カップリング端）は、数
個のあらかじめ分離したファイバー束を、入力カップリ
ング端において放射線源を与えれは、再び、数ファイバ
ー束または出力カップリング端においてそれぞれの消費
者へ導く個々のファイバーに分離されるファイバー束に
接合することによって得られる。この配列の利益は、例
えば、妨害物または使用による放射線源の失敗の場合に
、全系の機能状態は保証されることである。１°分な数
の放射線源があれば、出力カップリング端における放射
力は、放射線源が不活性化すると実質的内容がなく低下
する。

（実施例） 実施例 銅蒸着レーザー放射線（５１１および５７８ｎｍの波長
）が、送信される。そのレーザーは、約１００Ｗ、円形
ビームプロフィール、ビーム軸に対して回転対称である
放射線の角分４１、および約０．１ラドφｍｍのビーム
特性（ビーム積）のメジアンカをｈ−する。レーザーの
反復速度は約６ＫＨｚ、パルス時間は約２０ｎ　ｓ、こ
のようにピーク出力は約ＩＭＷと：１算され、光度は約
Ｌ々１０８Ｗ／（ｍラド・ｍｍ）２と計算し得る。ファ
イバー束は、１００ｍｍの最小曲げ半径Ｒを白−すべき
である。　この放射線送信に、高りｎ傷限界（Ｉ−１°
１を打するファイバー束のみか利用し得る。３ＭＷ／ｎ
ｌ　ｎｌ　２の損１易限界値を酊するファイバー束は、
ファイバー利料（高純度ンリがガラス）および入力カッ
プリング端の処理（ファイバーの溶接、研磨、および反
反射被ｒｆｉ）の適ｔ７Ｊな選択によって使用される。

ファイバー束断面積Ａｂ（ｍｎ１２）は、式Ａｂ−１，
，３・　（Ｐ／Ｉ　Ｃ損傷））にしたがって０．４３ｍ
ｍ２と罎算される。因Ｊ’１．３は、ファイバー束の調
整中に耐性を増加させるために１゜０の１−限の代りに
選択された。開口数ＮＡは、式％式％ て０．０７８と計算し得る。Ｄ、、＝ＮＡ２　　・ｂ・
Ｒ［たたし、ｂ＝０．１２である。］にしたがって００
．０７３ｍの直径がコア直径Ｄｋとして害られ、０．０
０１５ｍｍの厚みは、式λ／ＮＡ［ただし、λ−５７８
ｎｍである。］によってクラッド厚みとして計算し得る
。安全のため、厚み０．００２が利用される。このため
、単一ファイバーの全直径Ｄ　は、０．０７７ｍｍであ
る。フγイバー束のファイバー数は、このように約９０
と計算し得る。小数であれば、ファイバーは手製で：′
Ｊ、’、］整され、人手で配設される。入力カップリン
グ効率、ファイバー東端に入る放射線の割合、即ち、コ
アによって捕獲される割合は、式（Ｄｋ／Ｄ　　）２に
したがって約０．９０であり、即ち、約１０％、放射力
の１０Ｗがファイバークラッドのカップリング加工の間
に失われる。ファイバー東端の好ましい反反射特性かあ
り、ファイバー月料の放射線の減衰（Ｓｉ０２フアイバ
ーの場合夫々のスペクトル範囲において約２０ｄＢ／ｋ
ｍ）が無視できれば、約９０％までの入力カップリング
効率が得られる。ファイバークラッドがファイバ一端に
おいて約０．５〜２ｃｍの長さで円鉗゛エツチングによ
って除去されれば、入力カップリング効率が高められ、
それによって伝送効率は９９％まで高められる。

（発明の効果） 本発明の光フアイバー束によれば、ビーム特性の実質的
な損失なしに放射線送信に適するファイバー束を提供す
ることが可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コアおよびクラッドからなる複数のマルチモード単
   一ファイバーからなり、ファイバー束末端で接合された
   高性能放射線、特に、レーザービーム送信用の柔軟性フ
   ァイバー束において、連続またはパルス時間が１μｓ以
   上、光度が１０＾５Ｗ／（ラド・ｍｍ）＾２〜１．６．
   １０＾８Ｗ／（ラド・ｍｍ）＾２のパルス放射線、およ
   びパルス時間が１μｓ以下、光度が１０＾６Ｗ／（ラド
   ・ｍｍ）＾２〜８・１０＾８Ｗ／（ラド・ｍｍ）＾２の
   パルスレーザービームに対して、 （ａ）ファイバー束断面積Ａ＿ｂ（ｍｍ）＾２が（１．
   ．．６）・Ｐ／Ｉ（損傷）［ただし、Ｐは最高放射力（
   パルスピーク力）（ワット）、Ｉ（損傷）はファイバー
   束の損傷限界値（Ｗ／ｍｍ＾２）である。］であり、 （ｂ）ファイバー束のファイバーの開口数 ＮＡが（０．５．．．１）を掛た係数 ｛θ（ψ）・Ｄ（ψ）／Ｄ＿ｂ（ψ）｝ ［ただし、θ（ψ）はビーム軸に垂直な角度ψに依存す
   る放射線源出力におけるビームのひろがり全角、Ｄ（ψ
   ）は角度ψに依存する放射線源出力における角度ψの先
   端を通過するビームのコードおよび／または直径（ｍｍ
   ）、Ｄ＿ｂ（ψ）は角度ψに依存するファイバー束の入
   力カップリング端における角度ψの先端を通過するビー
   ムのコードおよび／または直径（ｍｍ）、開口数は０．
   ０５より小さくはなく、０．３５よりは大きいことはな
   い。］最高値であることを特徴とする柔軟性ファイバー
   束。 ２、開口数は０．０７〜０．１８である特許請求の範囲
   第１項に記載のファイバー束。 ３、ファイバー束のファイバーコア直径はＤ＿ｋ＝ＮＡ
   ＾２・ｂ・Ｒ［ただし、ＮＡは開口数、Ｒは所定の最小
   曲げ半径（ｍｍ）およびｂは０．０３〜０．２４の間の
   定数であるが、０．８・λ／ＮＡよりも大きい（ここで
   λは送信される放射線の波長（ｍｍ）、ＮＡはファイバ
   ーの開口数を示す。）］である特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載のファイバー束。 ４、ファイバークラッドの厚み（ｍｍ）は０．０５・λ
   ／ＮＡよりも大きいが０．０５ｍｍより小さい［ただし
   、λは送信される放射線の波長（ｍｍ）、ＮＡはファイ
   バーの開口数を示す。］特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか１項に記載のファイバー束。 ５、ファイバー束のファイバーは入力カップリング端お
   よび任意に出力カップリング端において全体的または部
   分的にクラッドがない特許請求の範囲第１〜４項のいず
   れか１項に記載のファイバー束。 ６、ファイバーは全長にわたって溶融されてなる特許請
   求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載のファイバー
   束。 ７、ファイバー束の開口数は、回転対称ビームの場合に
   、０．４４・（θ・Ｄ）／Ａ＿ｂ＾１＾／＾２〜０．８
   ９・（θ・Ｄ）／Ａ＿ｂ＾１＾／＾２である特許請求の
   範囲第１〜６項のいずれか１項に記載のファイバー束。