JPH0356443B2

JPH0356443B2 -

Info

Publication number: JPH0356443B2
Application number: JP58020621A
Authority: JP
Priority date: 1983-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1991-08-28
Also published as: JPS59147302A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、レーザーメスやレーザー加工機に使
用可能な赤外線用光フアイバーに関する。

従来例の構成とその問題点最近、赤外域のレーザー光の利用が各分野で試
みられている。たとえば、医療分野では炭酸ガス
レーザーメスの開発が進み、その有用性が示され
ている。また、産業機器分野では、レーザーを用
いた切断やマーキング、トリミングなどの加工機
として応用が試みられている。

このように炭酸ガスレーザー（CO₂レーザー、
発振波長10.6μｍ）だけでなく、一酸化炭素ガス
レーザー（COレーザー、発振波長５〜7μｍ）な
どの赤外域のレーザーが使用されているが、これ
らはいずれも高パワーのエネルギー伝送を目的と
しており、可撓性の優れたフアイバーが強く望ま
れている。

中赤外用フアイバーとして、カルコゲン化物、
フツ化物、金属ハロゲン化物などの材料を用いた
フアイバーの開発が行なわれているが、カルコゲ
ン化物には高パワーのエネルギー伝送がむずかし
い、フツ化物は7μｍの波長以上では減衰してし
まうなどの問題があり、金属ハロゲン化物が、そ
の中では可能性をもつている。たとえば、赤外用
光学部品などで良く使われているKRS−５とい
う材料は、中赤外領域（５〜30μｍ）において透
過であり、耐湿性、機械的強度において、実用的
にかなり良好な特性を有している。このKRS−
５は臭化タリウム（TlBr）とヨウ化タリウム
（TlI）の混晶であり、この組成はTlBr38重量％
が良く知られており、これらの結晶を用いてフア
イバー化が試られている。

これらの材料は、石英ガラスフアイバーのよう
に溶融し、高速で線引きするのではなく、KRS
−５母結晶の融点より100℃〜200℃低い温度に加
熱し、高い圧力で押出す方法が用いられる。

これらの方法により、KRS−５の結晶を押出
しフアイバー化して、その光学特性を測定しても
高パワーのエネルギー伝送の可能な高透過率のフ
アイバーは得られていない。

発明の目的本発明は、TlBrとTlIの組成比と製造方法の最
適条件を求めることにより、可撓性の優れた高パ
ワーのエネルギー伝送が可能な赤外線用光フアイ
バーを提供するものである。

発明の構成本発明は、TlBrとTlIの最適組成比の範囲を、
TlBr40重量％〜45重量％およびTlI60重量％〜55
重量％とすることによつて、上述の目的を達成し
たものである。

実施例の説明本発明の赤外用光フアイバーの製作方法および
その諸特性について図面を用いて詳細な説明を行
なう。

第１図は、TlBr−TlIフアイバーの製作工程図
である。十分に乾燥させたTlBrとTlIの原料
（99.9％以上）を最適組成比に調合し、一度溶融
する。次に不活性ガス中で溶液帯域精製法を用い
て結晶の高純度化を行なう。次に適当な寸法に切
出し、押出条件を用いてフアイバー化を行ない、
端面研磨し、赤外用光フアイバーを製作する。

第２図はフアイバーの押出装置の概念図を示
す。図において、１は押出す前のTlBr−TlI母結
晶である。２は押出されたフアイバー、３は加圧
用ラム、４はフアイバーの直径を決めるノズルで
あり、５はダイスを加熱するヒーターである。

フアイバーの押出し手順について述べる。押出
し温度を200℃〜300℃に設定し、温度が一定した
後に、油圧プレスにより７トン／cm²〜10トン／cm²
の圧力を母結晶に加え、数cm／分の押出しスピー
ドでフアイバーを製作する。直径は0.05mm〜５mm
とノズルの径により任意の大きさにすることがで
きる。

第３図は炭酸ガスレーザ（CO₂レーザ）を用い
て径0.5mm、長さ１ｍフアイバーの伝送効率を測
定したものである。

伝送効率は、両端面の反射損失とフアイバー内
の吸収損失、界面などの散乱損失をすべて含んだ
フアイバーの透過率を示す。

TlIのみでは、１ｍ長のフアイバーをCO₂レー
ザ光はまつたく透過しない。さらに、TlBr20重
量％までは透過しないがTlBr30重量％では透過
し始める。そして、38重量％程度から良く透過
し、70％の伝送効率を示すが、以後TlBrの量が
増えてもあまり変化しない。しかしTlBr100％で
は非常に軟かく、フアイバー端面の研磨が困難で
あり正確な透過率が得にくい。

なお伝送効率は、TlBr−TlI結晶の屈折率はｎ
＝2.3〜2.4と大きく、反射損失は理論的に約28％
となり、１ｍ当りの伝送効率が70〜71％であれ
ば、良好なフアイバーである。

第４図は、TlBrとTlIとの組成比を変化させた
時の結晶の格子定数を調べたものである。図中の
TlBr100重量％からTlBr30重量％までは立方晶
系を示し、TlBr単体でａ＝3.98Åである。そし
て、TlI単体で高温時に立方晶系となり、ａ＝
4.20Åを示す。格子定数と組成比による変化は上
記二つの値を結ぶ直線上にのつた状態になる。

すなわち、TlBr38重量％付近から、TlI単体ま
では室温安定型のTlIの結晶系の影響をうけて、
格子定数が大きくなり、立方晶系であつてもひず
みを受け、フアイバー化した時に、透過率および
高パワー伝送能力に影響を与えている。

したがつて、TlBr40重量％以上が良い。

また、フアイバーの引張強度は、TlI単体以外
ではTlBr40〜45重量％付近が最も大きい。また、
TlBr80〜90重量％でも引張強度が大きいが、片
持ち曲げ破断時のたわみの特性にも表われている
ように、塑性変形が始まる領域であり、フアイバ
ーを一度曲げたら、そのままの形状になり、元に
戻るような弾性変形とならない。すなわち、
TlBr40重量％〜TlBr80重量％では、フアイバー
が弾性変形を示し、曲げに対して反発力があり、
何度曲げても、破断したり、亀裂が入つたりする
ことがない。

第５図は、最適組成付近であるTlBr36〜50重
量％の組成範囲での限界曲率半径を示す。

プラスチツクに同心円状の溝を堀り、フアイバ
ーを順次大きい円から小さい円に入れ屈曲により
破損する曲率半径を求めたものである。

限界曲率半径は、TlBr40〜45重量％で４cm以
下であり、フアイバーとして十分な可撓性があ
る。TlBr40重量％より少なくなると、第３図に
示すように透過率が悪くなり、またTlBr45重量
％より大きくなると曲率半径が大きくなり可撓性
が悪くなり、フアイバーとしての特性がうすれる
ものである。

発明の効果以上述べたようにTlBr40〜45重量％の組成を
もつフアイバーは伝送効率、高パワーエネルギ伝
送能力、限界曲率半径のすべての点において優れ
たフアイバーである。

TlBr40〜45重量％で製作された径0.5mm、長さ
1.5ｍフアイバーは、CO₂レーザー光を焦点距離
６cmのZnSeレンズで絞り、フアイバーに入れ、
出力60Wで数時間連続実験を行なつたところ、ま
つたく問題なく使用することができた。

そして、このフアイバーは可撓性の優れ、従来
のものより10倍以上のフアイバー内エネルギー密
度の高パワーを伝送することができ、これをレー
ザーメスに使用した場合、スポツト径が0.3mmと
絞ることが可能となり、メスとしての切れ味がよ
く、微細手術に優れた性能を有することができ、
操作性もきわめて優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる赤外用光フアイバーの
製造工程図、第２図はその押出装置の一例を示す
断面図、第３図、第４図および第５図はその組成
比と特性との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１臭化タリウム（TlBr）とヨウ化タリウム
（TlI）からなる光学結晶であつて、TlBrとTlIと
の組成比率が、TlBr40重量％〜45重量％に対し
てTlI60重量％〜55重量％であることを特徴とす
る赤外用光フアイバー。