JPH04151611A

JPH04151611A - 光フアイバ装置

Info

Publication number: JPH04151611A
Application number: JP2275401A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Doi; 土井　譲
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1992-05-25

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］本発明は光ファイバ装置に係り、特に高出力のレーザ光
を利用する光ファイバ装置に関する。

［従来の技術］従来より、レーザ発振器から出射されるレーザ光を所要
の部位に伝搬する伝搬手段として光ファイバが用いられ
る。この光ファイバは光ファイバの入射手段を介してレ
ーザ発振器に接続されてレーザ装置として構成されて、
例えば出力が１００ワット級の高出力レーザー装置であ
る、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー装置は工業用や医療用レーザ
機器等に使用される。

第４図は従来のレーザ光の伝搬用の光ファイバの先端部
の中心断面図であり、特に高出力のレーザ装置に用いら
れる光ファイバの一例を示している。本図において、外
直径が４００〜６００ミクロンのコア４０は石英からな
り、その外周面を被覆するように所定厚さを有する樹脂
製のクラッド５０が設けられており高精度、高仕上げ精
度で加エされる端面３ａに対して、図中の破線図示のレ
ーザ光２を入光させて他端に伝搬するものである。この
ために、例えば光ファイバ３が伝搬できる光の入射角度
の範囲に適合する開口数を有する集光レンズ６０を介し
て、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２が端面３
ａの内の、コア端面４０ａに向けて出力するように構成
される。

このように光ファイバ装置を構成する場合において、レ
ーザ光２は集光レンズ６０によりコア端面４’Ｏａに対
してのみ入光させるように正確に位置決め設定されると
ともに、光ファイバ３の端面３ａのコア端面４０ａはか
なりの高精度で平面加工される。

このように構成する結果、若干の漏光が発生して、この
漏光がクラッド５０を熱的に損傷する結果、次第にクラ
ッド５０の機械的強度が衰えることが知られており、こ
の対策のために従来は光ファイバ３の端面３ａに相当す
るクラッド５０の一部を予め除去して漏光によるクラッ
ド５０の熱的損傷を防止している。

一方、例えば特開昭５３−６０４７号公報では集光レン
ズ６０と光ファイバ３の端面３ａの空間部分にコア４ｏ
の屈折率に整合した屈折率を持つ透明液体を液密状態に
保持して、漏光によるクラッド５０の熱的損傷の防止を
図る提案もなされている。

［本発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来構成において、光ファイバ
３の端面３ａに相当するクラッド５０の一部を予め除去
して、漏光によるクラッド５０の熱的損傷を防止する場
合には、この除去により開口数が変化してしまうので漏
光が防止できない問題点と、コア４０の端面４０ａに空
気中に浮遊している異物が付着する等の問題点があった
。

一方、集光レンズ６０と光ファイバ３の端面３ａの空間
部分にコア４０の屈折率に整合した屈折率を持つ透明液
体を液密状態に保持して、漏光によるクラッド５０の熱
的損傷の防止を図る場合には、クラッド５０の熱的損傷
は低減されるが、高出力レーザ光２を長時間に渡りコア
端面に照射すると境界面における温度上昇／蓄熱に起因
する透明液体の温度上昇が発生して、初期の設定状態を
保持できなくなるとともに、蓄熱等に起因する火災発生
の最悪の事態が発生する問題点があった。

したがって、本発明の光ファイバ装置は上述の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、集光レンズか
らのレーザ光を光ファイバの端面に入光させる際の漏光
を防止し、かつ温度上昇による初期設定状態の変化を防
止し、蓄熱等に起因する火災発生等の最悪事態の発生を
防止することができる光ファイバ装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段〕及び［作用〕上述の問題
点を解決し課題を達成するために本発明の光ファイバ装
置は、光ファイバの端面と略対回して配された集光レン
ズと、該集光レンズから出射されるレーザ光を、前記フ
ァイバの端面に集光し、かつ前記集光レンズと前記端面
間で形成される空間部位に前配光ファイバのコアの有す
る屈折率と同一または近似する液体を流動状態で設けて
なる入射器と、前記空間部位に連通し、閉流路を形成す
る送液管と、前記液体の温度を検出する温度検出手段と
を具備する構成であり、温度検出手段により液体の温度
が所定温度以上にならないように制御するように働（。

また、好ましくは、前記温度検出手段の検出に基づいて
、レーザ光を前記入射器に対して入射させる状態と遮蔽
する状態にする遮蔽手段をさらに具備し、液体の温度が
所定温度以上では遮蔽手段を入射器に入射させないよう
に働（。

すなわち、長時間に渡り高い出力のレーザ光をコアの端
面に照射する場合の境界面における温度上昇／蓄熱に起
因する初期の設定状態の変動を、液体を積極的に給送／
冷却することにより防止するとともに、ファイバーが入
射端面での反射を防ぎ、高い光伝送効率を確保し、さら
には液体の温度検出を行ない火災等の最悪事態の発生を
防止する。

［実施例］以下に本発明の好適な実施例に付いて図面参照の上で説
明する。第１図は一実施例の光ファイバ装置の概略構成
図であり、後述する液体温度制御をする配管がされてい
る様子を表している。本図において、すでに第４図に基
づいて説明した構造を宵する光ファイバ３の端面３ａに
対して、レーザ発振器１から出力される図中の破線図示
のレーザ光２が入光されて他端３ｄに伝搬されて、光フ
ァイバ３の他端３ｄに設けられる図示しない用具を用い
て各種の作業を行なう構成が示されている。

次に、第２図は第１図の入射器９の中心断面図であり、
第１図に第２図をさらに参照して、集光レンズ６は光フ
ァイバ３が伝搬できる光の入射角度の範囲に適合する開
口数を有する一方、集光レンズ６の円筒状の外形部より
クリアランス分が大きいホルダー７の挿通穴部７Ｃに集
光レンズ６を挿入してセットした後に、集光レンズ６の
段部６ａがホルダー７の段部７ａに保持されるようにし
て、レンズ押えネジ２５により締め付けて固定するよう
にしている。このホルダー７の挿通穴部７Ｃの内周面の
一部には純水またはエチレングリコール等の液体を密閉
状態でシールするためのＯノング１１を圧縮状態で収容
する溝部が形成されており、集光レンズ６を挿入する前
にＯリング１１を予めセットしておいてから集光レンズ
６を挿入すると、０リングが圧縮シール状態にされてシ
ール状態を保つようにされている。以降説明のＯリング
も略同様にセットされて圧縮状態に保持される。

一方、集光レンズ６を介して出光されるレーザ光２を光
ファイバ３の端面３ａの内のコア４０の端面４０ａに対
して正確に入光させるために光ファイバ３は長平方向に
移動自在にされ、かつ後述の液体を集光レンズ６と端面
３ａの空間において密閉状態でシールするように設けら
れる。このために、光ファイバ３の端面３ａから所定距
離分がファイバ固定具１５の連通穴部により担持される
。このファイバ固定具工５のテーパ外周面の端部にはＯ
リング２９が設けられており、光ファイバ３を介して上
述の液体が外部に漏れることを防止している。また、こ
のファイバ固定具１５は固定環体１５ａによりネジ締さ
れる結果テーパ外周面の内径が小さくなり光ファイバ３
を保持する。

このようにファイバ固定具１５を保持するスライド管８
は、上述の集光レンズ６を保持固定しているホルダー７
の挿通穴７ｃ中において図中の矢印へ方向に摺動自在に
設けられており、光ファイバ３の端面３ａに対して集光
レンズ６からのレーザ光２が丁度良い状態で入光される
位置に調整できるようにされている。

このように構成されるスライド管８の外周面の一部は、
その外周面がテーパ状に構成されるとともに、内周面が
スライド管８の外周面に接触するとともに不図示の縦溝
等が加工されており内径が収縮するようにされた固定環
１６がハウジング９のテーパ面部内に設けられており、
ハウジング９のネジ部に対して螺合するネジ部を有した
固定環押えネジ１７により、固定環１６をハウジング９
のテーパ面部内に移動させることで固定環１６の内径を
収縮させてスライド管８を固定させるようにしている。

一方、スライド管８を保持するホルダー７の挿通穴７ｃ
の一部にも０リング１３を保持する溝部が設けられてお
り、スライド管８の外周面と挿通穴７ｃの間の隙間から
の液漏れ防止を図るようにしている。

以上のように構成されるホルダー７において、集光レン
ズ６と光ファイバ３の端面３ａの間の空間部には、連通
穴７ｈが図示のように互いに対応する位置に穿設されて
おり、この連通穴７ｈに相当する位置にニップル１８を
夫々設けるようにハウジング９に穴が穿設されている。

このハウジング９にも溝部が形成されておりＯリング１
０を設けて液漏れ防止を図るように構成されている。

上記の２本のニップル１８には第１図に図示のような閉
流路を形成する送液管１９が接続されており、送液管１
９の途中に接続されるポンプ２１により送液管１９中の
液体２０を図中の破線矢印Ｂ方向に循環させる一方、送
液管１９のポンプ２１の下流近傍に設けられた温度セン
サー５により液体２０の温度を検出するようにしている
。

この送液管１９のさらに下流にはフィルター４が設けら
れており、液体２０中のゴミ、不要不純物を除去するよ
うに構成されている。このように送液管１９に設けられ
る温度センサー５は制御回路３４に接続されており、検
出温度信号を制御回路３４に入力するようにしている。

この制御回路３４は例えばマイクロチップを制御手段と
して構成されるものであり、所定のソフトウェアにより
動作するものでも、またはハード的に回路構成したもの
でも良い。

この制御回路３４はドライバ回路２４に接続されており
、このドライバ回路２４は遮蔽手段である二点鎖線で図
示したシャッタ機構１４に接続されている。このシャッ
タ機構１４には実線図示の位置と破線図示の位置に矢印
Ｆ方向に回動駆動されるシャツタ片１４ａが内蔵されて
おり、シャッタ機構１４への通電が無いオフ時には、シ
ャツタ片１４ａが実線図示の位置にされてレーザ光２を
入射器９に対して入射可能にさせる一方、シャッタ機構
１４への通電がされるオン時には、シャツタ片１４ａが
破線図示の位置に回動駆動される結果、レーザ光２を遮
断して入射器９にレーザ光２が入光できないようにされ
る。

以上説明の構成において、ポンプ２１の駆動が開始され
ると液体２０の冷却が行なわれながら、レーザ光２の伝
達が行なわれるが、このように循環と冷却が繰替される
液体２０は光ファイバ３のコア４０の有する屈折率と略
等しいか近似する屈折率を有しており、送液管１９内に
充満されている。

以上説明のように構成される光ファイバ装置の動作につ
いて、第３図のフローチャートに基づいて説明する。光
ファイバ装置の起動が行なわれるとステップＳ１におい
て、レーザ発振器ｌよりレーザ光２が出射され、これに
前後してステップＳ２に進み送液管１９中の液体２０の
温度検出が行なわれる。この後、ステップＳ３において
液体２０の温度検出が行なわれる。この検出温度が純水
の沸点の１００’Ｃか、もしくはエチレングリコールの
沸点の１９７．５°Ｃ以下より十分に低い動作温度以下
である場合には、ステップＳ７に進み、シャッタ機構１
４をオフ状態にさせる。もしくはシャッタ機構１４の駆
動をさせずに、レーザ光２を入射器９に入射させる。

一方、ステップＳ３において、各液体の沸点に近い温度
であり、液体２０の温度が動作温度以上である場合には
、ステップＳ４に進み、シャッタ機構１４をオン状態に
する。この結果、ステップＳ５において、シャツタ片１
４ａが破線位置に回動駆動されて、レーザ光２が遮断さ
れる。この後に、ステップＳ６に進みレーザ光の出射が
只ちに停止される。尚、ステップＳ６に進む前にステッ
プＳ２から８５を２から３回繰り返して、ポンプ２１の
駆動にともなう液体２０の冷却を待ってからステップＳ
６に進むようにしても良い。

以上の液体温度制御により、入射器９において蓄熱の防
止ができる、またレーザ光２は集光レンズ６を通じて浸
液状態のコア４０へと集光するので漏光の問題が解消さ
れる。

また、光ファイバ３の端面３ａを高精度に加工する必要
が無くなる。

さらにまた、高出力レーザ光２を長時間に渡りコア４０
の端面４０ａに照射する場合に発生する境界面における
温度上昇／蓄熱に起因する液体２０の温度上昇の発生防
止を図るようにして初期の設定状態が変化しないように
するとともに、蓄熱等による火災発生を防止できる。特
に、液体の沸点の温度状態で運転されることを防止して
、事故防止して高出力のレーザ光２を長時間光ファイバ
３により伝搬できるよ、うにする。制御回路３４がら駆
動回路２４を介してシャッタ機１１１１４を制御駆動す
る方法に替えてレーザ発振器１を停止し、警報を発して
液体の温度上昇を知らせるように制御しても良い。

尚、上述の温度制御は一例に過ぎず、液体２゜の温度を
動作温度以下に保持する制御であれば如何なる制御でも
良い。

［発明の効果］以上説明したように本発明の光ファイバ装置によれば、
集光レンズからのレーザ光を光ファイバの端面に入光す
る際の漏光を防止し、温度上昇による初期設定状態の変
化を防止し、かつ火災事故発生等の防止をすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の光ファイバ装置の概略構成図、第２図は入射器の中心断面図、第３図は光ファイバ装置の動作説明のフローチャート、第４図は従来のレーザ光の伝搬用の光ファイバの先端部
の中心断面図である。図中、工・・・レーザ発振器、２・・・レーザ光、３・
・・光ファイバ、３ａ・・・端面、４・・・フィルター
、５・・・温度センサー、６・・・集光レンズ、７・・
・ホルダー８・・・スライド管、９・・・ハウジング、
１４・・・シャッタ機構、１４ａ・・・シャツタ片、１
５・・・ファイバー固定具、１６・・・固定環、１７・
・・固定環押えネジ、１８・・・ニップル、１９・・・
送液管、２０・・・液体、・・・ポンプ、４・・・駆動回路、４・・・制御口路、３０・・・クラッド、４０・・・コアである。特代許理人出願弁理人士株式会社コパル。大塚康徳（他ト名）つ！−ｉ九第因第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ファイバの端面と略対向して配された集光レン
ズと、該集光レンズから出射されるレーザ光を、前記ファイバ
の端面に集光し、かつ前記集光レンズと前記端面間で形
成される空間部位に前記光ファイバのコアの有する屈折
率と同一または近似する液体を流動状態で設けてなる入
射器と、前記空間部位に連通し、閉流路を形成する送液管と、前記液体の温度を検出する温度検出手段とを具備するこ
とを特徴とする光ファイバ装置。（２）請求項第１項の
光ファイバ装置であつて、前記温度検出手段の検出に基
づいて、レーザ光を前記入射器に対して入射させる状態
と遮蔽する状態にする遮蔽手段をさらに具備することを
特徴とする光ファイバ装置。