JPH0255157B2 - - Google Patents
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4206—Optical features
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は加工用や医療用などとしてレーザ光
を伝送するための光伝送装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical transmission device for transmitting laser light for processing or medical purposes.
一般に、上記目的によつてレーザ光を伝送する
ための光伝送装置は、レーザ光に対して透明な材
料からなるコアの周囲に同じく透明な材料からな
るクラツドを設け、このクラツドの周囲を樹指カ
バーで被覆して光フアイバを形成する。そして、
レーザ発振器から出力されたレーザ光を第１のレ
ンズで集束して上記光フアイバの一端に入射さ
せ、他端から出射するレーザ光を第２のレンズで
集束して被照射物に照射するようにしている。 Generally, an optical transmission device for transmitting laser light for the above purpose has a core made of a material transparent to the laser beam, a cladding made of a material that is also transparent, and a resin cladding surrounding the cladding. Cover it with a cover to form an optical fiber. and,
The laser beam output from the laser oscillator is focused by a first lens and made to enter one end of the optical fiber, and the laser beam emitted from the other end is focused by a second lens and irradiated onto the object to be irradiated. ing.
しかしながら、光フアイバを通してレーザ光を
伝送すると、光フアイバの出力端は入力端でのレ
ーザ光の指向性が失なわれてしまうので、光フア
イバの出力端に第２のレンズを設け、この第２の
レンズでレーザ光を集束して被照射物に照射して
も、十分な集光パワー密度が得られず、穴あけや
切断などを確実に行なうことができないという問
題があつた。すなわち、従来は光フアイバのコア
の屈折率をn1、クラツドの屈折率をn2とすると、
光フアイバの臨界角θは、
2θmax2sin-1（√1 2−2 2） ………(1)式
で与えられるので、上記光フアイバに第１のレン
ズでレーザ光を2θmaxの角度に集束して入射さ
せていた。そして、光フアイバの出射端からほぼ
2θmaxの広がり角度で出射されるレーザ光を第
２のレンズで集束して被照射物に照射するように
している。ここで、被照射物を照射するレーザ光
のパワー密度を高めるには、光フアイバから出射
するレーザ光を全て第２のレンズで集束すればよ
いのだが、被照射物と第２のレンズとの距離、す
なわち第２のレンズの集点距離は加工性などの点
からあまり大きくすることができないにも係わら
ず、2θmaxの大きな角度で出射されるレーザ光
を全て集束するには口径の大きなレンズ、すなわ
ち明るいレンズが必要となる。しかしながら、こ
のようなレンズの製作には限界があるから、光フ
アイバから出射するレーザ光を全て集束するとい
うことができず、また口径の大きなレンズを用い
ると、被照射物から蒸発飛散する物質によつて早
期に汚損したり、損傷してしまうということがあ
る。 However, when laser light is transmitted through an optical fiber, the directivity of the laser light at the input end is lost at the output end of the optical fiber, so a second lens is provided at the output end of the optical fiber. Even if the laser beam is focused with a lens and irradiated onto the object to be irradiated, there is a problem in that sufficient focusing power density cannot be obtained, making it impossible to reliably perform drilling, cutting, etc. In other words, conventionally, if the refractive index of the core of an optical fiber is n 1 and the refractive index of the cladding is n 2 , then
The critical angle θ of the optical fiber is 2θmax2sin -1 (√ 1 2 − 2 2 ) ………(1), so the laser beam is focused on the optical fiber at an angle of 2θmax using the first lens. It was incident. Then, approximately from the output end of the optical fiber
The laser light emitted with a spread angle of 2θmax is focused by a second lens and irradiated onto the object to be irradiated. Here, in order to increase the power density of the laser beam that irradiates the object to be irradiated, all the laser beams emitted from the optical fiber should be focused by the second lens, but if the object to be irradiated and the second lens Although the distance, that is, the focal length of the second lens, cannot be made very large from the viewpoint of workability, etc., in order to focus all the laser light emitted at a large angle of 2θmax, a lens with a large aperture, In other words, a bright lens is required. However, since there are limits to the production of such lenses, it is not possible to focus all of the laser light emitted from the optical fiber, and if a lens with a large diameter is used, the material that evaporates and scatters from the irradiated object may be This may result in premature staining or damage.
この発明は上記事情にもとづきなされたもの
で、その目的とするところは、レーザ光を光フア
イバで伝送する際に、この光フアイバへのレーザ
光の入射角度を十分小さくすることによつて、光
フアイバから出射するレーザ光のほとんど全てを
口径の小さなレンズで集束して大きなパワー密度
で被照射物に照射することができるようにした光
伝送装置を提供することにある。 This invention was made based on the above-mentioned circumstances, and its purpose is to reduce the incident angle of the laser beam to the optical fiber when transmitting the laser beam through the optical fiber. An object of the present invention is to provide an optical transmission device in which almost all of the laser light emitted from a fiber can be focused by a lens with a small diameter and can be irradiated onto an irradiated object with a large power density.
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図中１はレーザ発振器である。このレー
ザ発振器１から出力されたレーザ光Ｌは第１のレ
ンズ２で集束されて光フアイバ３にこの一端面か
ら入射する。上記第１のレンズ２は、レーザ光Ｌ
の光フアイバ３への入射角2θ1が８度以下となる
長焦点距離f1のものが用いられている。すなわ
ち、第１のレンズ２の焦点距離f1は、レーザ発振
器１から出力されるレーザ光Ｌの径をＤとする
と、
ｆ＝Ｄ／sin8゜＝7D ………(2)式
で求められる焦点距離よりも長いものが用いられ
ている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure, 1 is a laser oscillator. Laser light L output from this laser oscillator 1 is focused by a first lens 2 and enters an optical fiber 3 from this one end surface. The first lens 2 emits a laser beam L.
A lens having a long focal length f 1 such that the angle of incidence 2θ 1 on the optical fiber 3 is 8 degrees or less is used. That is, the focal length f 1 of the first lens 2 is the focal length determined by the formula (2), where D is the diameter of the laser beam L output from the laser oscillator 1. The one that is longer than the distance is used.
上記光フアイバ３の出射端側には、この出射端
面から距離ａのところに第２のレンズ４が設けら
れ、この第２のレンズ４の光軸廷長上には第２の
レンズ４から距離ｂのところに被照射物５が配置
されている。なお、距離ｂは第２のレンズ４の焦
点距離f2であつて、ｂ／ａ＜１／２になつてい
る。したがつて、光フアイバ３から出射したレー
ザ光Ｌは上記第２のレンズ４で集束されて被照射
物５を縮小倍率で照射するようになつている。 A second lens 4 is provided on the output end side of the optical fiber 3 at a distance a from the output end surface, and a distance a from the second lens 4 is provided on the optical axis length of the second lens 4. The object 5 to be irradiated is placed at location b. Note that the distance b is the focal length f 2 of the second lens 4, and b/a<1/2. Therefore, the laser beam L emitted from the optical fiber 3 is focused by the second lens 4 and irradiates the object 5 to be irradiated with a reduced magnification.
一方、上記光フアイバ３の出射端と第２のレン
ズ４との間には、レーザ光Ｌが通過する透孔６が
穿設された反射板７が45度の傾斜角度で配置され
ている。上記通孔６は、光フアイバ３側からの見
掛上の円形の直径が光フアイバ３からの出射角
2θ2が６〜８度以下の範囲のレーザ光Ｌだけを通
過させるように形成されている。したがつて、出
射角2θ2が設定値の６〜８度以上のレーザ光Ｌは、
上記反射板７で反射する。反射板７で反射したレ
ーザ光Ｌは光電変換器８で受光され、この光電変
換器８からの信号で警報回路９が作動して警報信
号を出力するようになつている。 On the other hand, between the output end of the optical fiber 3 and the second lens 4, a reflection plate 7 having a through hole 6 through which the laser beam L passes is arranged at an inclination angle of 45 degrees. The diameter of the apparent circular shape from the optical fiber 3 side of the through hole 6 is determined by the output angle from the optical fiber 3.
It is formed so that only the laser beam L having a 2θ 2 of 6 to 8 degrees or less passes through. Therefore, the laser beam L whose emission angle 2θ 2 is greater than the set value of 6 to 8 degrees is:
It is reflected by the reflecting plate 7. The laser beam L reflected by the reflection plate 7 is received by a photoelectric converter 8, and a signal from the photoelectric converter 8 activates an alarm circuit 9 to output an alarm signal.
このような構成において、上述した(1)式より求
められる2θmaxが21.9度（開口数0.19）の光フア
イバ３を用いて、この光フアイバ３へのレーザ光
Ｌの入射角2θ1と出射角2θ2との関係を実験したと
ころ、第２図に示すような結果が得られた。すな
わち、入射角2θ1を８度以下にすると、出射角2θ2
も８度以下になり、指向性の良いレーザ光Ｌが光
フアイバ３から出射される。また、入射角2θ1が
８度以上になると、出射角2θ2が入射角2θ1以上に
広がることが分かつた、このことは、光フアイバ
３のもつ開口数よりも十分小さな広がり角でレー
ザ光Ｌを伝送させることができることを意味する
から、光フアイバ３の出射端側に設けられる第２
のレンズ４の口径が小さくとも、光フアイバ３か
ら出射されるレーザ光Ｌのほとんど全てを集束し
て高いパワー密度で被照射物５を照射することが
できる。 In such a configuration, using an optical fiber 3 whose 2θmax calculated from the above equation (1) is 21.9 degrees (numerical aperture 0.19), the incident angle 2θ 1 and the output angle 2θ of the laser beam L to this optical fiber 3 are When we experimented with the relationship with 2 , we obtained the results shown in Figure 2. In other words, if the incident angle 2θ 1 is set to 8 degrees or less, the exit angle 2θ 2
8 degrees or less, and a laser beam L with good directivity is emitted from the optical fiber 3. In addition, it was found that when the incident angle 2θ 1 becomes 8 degrees or more, the output angle 2θ 2 expands to the incident angle 2θ 1 or more. Since this means that L can be transmitted, the second
Even if the aperture of the lens 4 is small, almost all of the laser light L emitted from the optical fiber 3 can be focused to irradiate the object 5 with high power density.
実験によると、コアの直径0.6mm、長さ10ｍの
光フアイバ３を直径30cmに巻回し、この光フアイ
バ３に平均出力90Wのレーザ光Ｌを焦点距離100
mmの第１レンズ２で直径0.6mmのスポツトに集束
して入射させ、この光フアイバ３から出射するレ
ーザ光Ｌを出射端面から100mmの位置に配置され
た焦点距離が20mmの第２のレンズ４で集束し、こ
の焦点距離から５mm遠い位置に配置された被照射
物５に照射したところ、この被照射物５にレーザ
光Ｌを72Wのパワーで集束することができた。そ
して、被照射物５として厚さが２mmの鉄板を配置
したところ、この鉄板を0.25mmの切断代で３mm／
secのスピードで切断することができた。 According to an experiment, an optical fiber 3 with a core diameter of 0.6 mm and a length of 10 m was wound to a diameter of 30 cm, and a laser beam L with an average output of 90 W was applied to this optical fiber 3 at a focal length of 100 W.
The laser beam L is focused into a spot with a diameter of 0.6 mm by a first lens 2 with a diameter of 0.6 mm, and the laser beam L is emitted from this optical fiber 3. When the laser beam L was focused on the object 5 placed at a distance of 5 mm from this focal length, it was possible to focus the laser beam L on the object 5 with a power of 72 W. When an iron plate with a thickness of 2 mm was placed as the object to be irradiated 5, this iron plate was cut 3 mm/3 mm with a cutting allowance of 0.25 mm.
It was possible to cut at a speed of sec.
このことから、光フアイバ３へのレーザ光Ｌの
入射角を小さく制限して出射端からのレーザ光Ｌ
の指向性の劣化を小さくすることにより、レーザ
光Ｌの伝送損失をわずかに押えて被照射物５を照
射することができるということが分かる。 From this, the incident angle of the laser beam L to the optical fiber 3 is limited to a small value, and the laser beam L from the output end is
It can be seen that by reducing the deterioration of the directivity of the laser beam L, the object 5 to be irradiated can be irradiated with a slight transmission loss of the laser beam L.
また、第１のレンズ２に焦点距離の長いものが
用いられているから、光フアイバ３の入射端面の
設置位置は焦点深度が深い。たとえば、第１のレ
ンズ２に焦点距離が100mmのものを用いると、光
フアイバ３の入射端面が第１のレンズ２の焦点位
置から前後に約５mmずれても、均一なパワー伝送
が行なえるから、光フアイバ３の入射端面を第１
のレンズ２の焦点位置からずらして配置すること
が可能となる。したがつて、光フアイバ３の入射
端面におけるレーザ光Ｌのパワー密度を低くする
ことができるから、光フアイバ３の入射端面が早
期に劣化するのを防止できる。 Furthermore, since the first lens 2 has a long focal length, the depth of focus is deep at the position where the entrance end face of the optical fiber 3 is installed. For example, if the first lens 2 has a focal length of 100 mm, even if the incident end face of the optical fiber 3 is shifted about 5 mm back and forth from the focal position of the first lens 2, uniform power transmission can be performed. , the entrance end face of the optical fiber 3 is the first
The focal position of the lens 2 can be shifted from the focal position of the lens 2. Therefore, the power density of the laser beam L at the input end face of the optical fiber 3 can be lowered, so that early deterioration of the input end face of the optical fiber 3 can be prevented.
また、光フアイバ３の出射端と第２のレンズ４
との間に反射板７を配置したから、この反射板７
の透孔６を通過するレーザ光Ｌの広がり角が大き
くなると、そのことを知ることができる。すなわ
ち、光フアイバ３が所定の許容曲げ半径より小さ
な半径で折り曲げられて高次のモードが発生した
り、光フアイバ３の入出射端面が損傷したりして
レーザ光Ｌの出射角2θ2が規定の６〜８度以上に
なると、警報回路９が作動するから、そのことを
知ることができる。 In addition, the output end of the optical fiber 3 and the second lens 4
Since the reflective plate 7 is placed between the
This can be known when the spread angle of the laser beam L passing through the through hole 6 becomes larger. In other words, the optical fiber 3 may be bent at a radius smaller than the predetermined allowable bending radius, resulting in a higher-order mode, or the input/output end face of the optical fiber 3 may be damaged, causing the output angle 2θ 2 of the laser beam L to become undefined. When the temperature reaches 6 to 8 degrees or higher, the alarm circuit 9 is activated, so you can know this.
なお、レーザ光Ｌの出射光路上には、上記反射
板に代り環状に形成された光電変換器を設けるよ
うにしてもよい。 Note that a photoelectric converter formed in an annular shape may be provided on the emission optical path of the laser beam L instead of the above-mentioned reflecting plate.
以上述べたようにこの発明は、レーザ発振器か
ら出力されたレーザ光を長焦点距離の第１のレン
ズで集束して８度以下の角度で光フアイバに入射
させ、この光フアイバから出射するレーザ光を第
２のレンズによつて縮小倍率で被照射物に照射す
るようにしたから、光フアイバから出射するレー
ザ光をこの光フアイバへ入射するときとほぼ同じ
小さな広がり角で出射させることができる。した
がつて、第２のレンズに口径が小さなものを用い
ても、レーザ光のほとんどすべてを集束して大き
なパワー密度で被照射物を照射することができ
る。 As described above, the present invention focuses a laser beam output from a laser oscillator using a first lens with a long focal length and makes it incident on an optical fiber at an angle of 8 degrees or less, and the laser beam is emitted from this optical fiber. Since the object is irradiated with a reduced magnification by the second lens, the laser light emitted from the optical fiber can be emitted with almost the same small spread angle as when it enters the optical fiber. Therefore, even if a second lens with a small diameter is used, almost all of the laser light can be focused and the object to be irradiated can be irradiated with a high power density.
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
２図はレーザ光の光フアイバへの入射角と出射角
の関係を示す説明図である。
１……レーザ発振器、２……第１のレンズ、３
……光フアイバ、４……第２のレンズ、５……被
照射物。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the incident angle and the exit angle of laser light into an optical fiber. 1... Laser oscillator, 2... First lens, 3
...Optical fiber, 4...Second lens, 5...Irradiated object.
Claims (1)
ーザ光を集束して８度以下の角度で光フアイバに
入射させる長焦点距離の第１のレンズと、上記光
フアイバから出射するレーザ光を縮小倍率で被照
射物に照射する第２のレンズとを具備したことを
特徴とする光伝送装置。1 A laser oscillator, a first lens with a long focal length that focuses the laser beam from the laser oscillator and makes it enter the optical fiber at an angle of 8 degrees or less, and a first lens that focuses the laser beam emitted from the optical fiber with a reduction magnification. An optical transmission device comprising: a second lens for irradiating an object.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56142780A JPS5843419A (en) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | Optical transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56142780A JPS5843419A (en) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | Optical transmission device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5843419A JPS5843419A (en) | 1983-03-14 |
| JPH0255157B2 true JPH0255157B2 (en) | 1990-11-26 |
Family
ID=15323414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56142780A Granted JPS5843419A (en) | 1981-09-10 | 1981-09-10 | Optical transmission device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5843419A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19503675A1 (en) * | 1994-02-22 | 1995-08-24 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmission system and method for light emission |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60171776A (en) * | 1984-02-17 | 1985-09-05 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | Method and device for feeding laser energy |
| US5430816A (en) * | 1992-10-27 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Multiple split-beam laser processing apparatus generating an array of focused beams |
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| JP5072490B2 (en) * | 2007-08-31 | 2012-11-14 | 三菱重工業株式会社 | Laser processing equipment |
-
1981
- 1981-09-10 JP JP56142780A patent/JPS5843419A/en active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19503675A1 (en) * | 1994-02-22 | 1995-08-24 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmission system and method for light emission |
| DE19503675C2 (en) * | 1994-02-22 | 2001-02-08 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmission system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5843419A (en) | 1983-03-14 |
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