JPH0727950A - レーザ光の照射装置 - Google Patents
レーザ光の照射装置Info
- Publication number
- JPH0727950A JPH0727950A JP5248887A JP24888793A JPH0727950A JP H0727950 A JPH0727950 A JP H0727950A JP 5248887 A JP5248887 A JP 5248887A JP 24888793 A JP24888793 A JP 24888793A JP H0727950 A JPH0727950 A JP H0727950A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- bundle fiber
- optical
- irradiation device
- light guide
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- Pending
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 医療機器あるいは機械加工等に使用される高
出力のレーザ光の照射装置に関する。 【構成】 複数のレーザ光源１・・・１と、一端が前記
光源ごとに結合された複数の光ファイバ２・・・２で他
端は複数の光ファイバを集合して形成されてなる１本の
バンドルファイバ３と、前記バンドルファイバ３から出
射された光ビームの拡がりを縮小する光学装置４とを備
えたレーザ光の照射装置であって、前記光学装置４の出
射側には一端から前記光ビームを入射し他端から出射す
る１本のコアを有する光ガイド７が設けられ、かつ、バ
ンドルファイバ３の外径に対する光ガイド７のコア径の
比率（縮小率）とバンドルファイバ３を構成する光ファ
イバ２の開口数（ＮＡ1 ）及び光ガイド ７の開口数
（ＮＡ2 ）との間に ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／縮小率）×η の関係をもたせた照射装置であり、ηは光ファイバのク
ラッド厚さ等によって決まる係数である。
出力のレーザ光の照射装置に関する。 【構成】 複数のレーザ光源１・・・１と、一端が前記
光源ごとに結合された複数の光ファイバ２・・・２で他
端は複数の光ファイバを集合して形成されてなる１本の
バンドルファイバ３と、前記バンドルファイバ３から出
射された光ビームの拡がりを縮小する光学装置４とを備
えたレーザ光の照射装置であって、前記光学装置４の出
射側には一端から前記光ビームを入射し他端から出射す
る１本のコアを有する光ガイド７が設けられ、かつ、バ
ンドルファイバ３の外径に対する光ガイド７のコア径の
比率（縮小率）とバンドルファイバ３を構成する光ファ
イバ２の開口数（ＮＡ1 ）及び光ガイド ７の開口数
（ＮＡ2 ）との間に ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／縮小率）×η の関係をもたせた照射装置であり、ηは光ファイバのク
ラッド厚さ等によって決まる係数である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は医療機器あるいは機械加
工等に使用される高出力のレーザ光の照射装置に関す
る。
工等に使用される高出力のレーザ光の照射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光による治療機あるいは加工機は
高出力のコヒーレント光を利用するために大型で高価な
レーザ装置が必要であった。一方、近年は半導体レーザ
の高出力化が進み、図４に示すように複数の半導体レー
ザ光源１・・・１とこれに結合された光ファイバ２・・
・２の他端を集合して形成したバンドルファイバ３から
出射するレーザ光を利用することにより従来の気体レー
ザあるいは固体レーザに匹敵するパワーをうることが可
能となった。
高出力のコヒーレント光を利用するために大型で高価な
レーザ装置が必要であった。一方、近年は半導体レーザ
の高出力化が進み、図４に示すように複数の半導体レー
ザ光源１・・・１とこれに結合された光ファイバ２・・
・２の他端を集合して形成したバンドルファイバ３から
出射するレーザ光を利用することにより従来の気体レー
ザあるいは固体レーザに匹敵するパワーをうることが可
能となった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような装置を用い
た場合、使用するレーザの個数を増加することによって
出力を大きくすることができるが、光ビームの径も大き
くなりパワー密度に限界があり、高出力で鋭い光ビーム
をうることが困難であるという問題が生じた。そこで本
発明は、かかる問題点を解決したレーザ光の照射装置を
提供することを目的とする。
た場合、使用するレーザの個数を増加することによって
出力を大きくすることができるが、光ビームの径も大き
くなりパワー密度に限界があり、高出力で鋭い光ビーム
をうることが困難であるという問題が生じた。そこで本
発明は、かかる問題点を解決したレーザ光の照射装置を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるレーザ光
の照射装置は、複数のレーザ光源と、一端が前記光源ご
とに結合された複数の光ファイバで他端は複数の光ファ
イバを集合して形成されてなる１本のバンドルファイバ
と、前記バンドルファイバから出射された光ビームの拡
がりを縮小する光学装置とを備えたレーザ光の照射装置
であって、前記光学装置の出射側には一端から前記光ビ
ームを入射し他端から出射する１本のコアを有する光ガ
イドが設けられ、かつ、バンドルファイバの外径に対す
る光ガイドのコア径の比率（縮小率）とバンドルファイ
バを構成する光ファイバの開口数（ＮＡ1 ）及び光ガイ
ド の開口数（ＮＡ2 ）との間に ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／縮小率）×η の関係をもたせたことを特徴とするレーザ光の照射装
置。ηは光ファイバのクラッド厚さ等によって決まる係
数である。
の照射装置は、複数のレーザ光源と、一端が前記光源ご
とに結合された複数の光ファイバで他端は複数の光ファ
イバを集合して形成されてなる１本のバンドルファイバ
と、前記バンドルファイバから出射された光ビームの拡
がりを縮小する光学装置とを備えたレーザ光の照射装置
であって、前記光学装置の出射側には一端から前記光ビ
ームを入射し他端から出射する１本のコアを有する光ガ
イドが設けられ、かつ、バンドルファイバの外径に対す
る光ガイドのコア径の比率（縮小率）とバンドルファイ
バを構成する光ファイバの開口数（ＮＡ1 ）及び光ガイ
ド の開口数（ＮＡ2 ）との間に ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／縮小率）×η の関係をもたせたことを特徴とするレーザ光の照射装
置。ηは光ファイバのクラッド厚さ等によって決まる係
数である。
【０００５】前記レーザ光の照射装置において、通常η
は０．７０以上１以下であり、光学装置がコリメートレ
ンズと結像レンズあるいはテーパ状の光ファイバで形成
される。
は０．７０以上１以下であり、光学装置がコリメートレ
ンズと結像レンズあるいはテーパ状の光ファイバで形成
される。
【０００６】また前記レーザ光の照射装置において、光
ガイドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリップ
を設けたことを特徴とする。
ガイドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリップ
を設けたことを特徴とする。
【０００７】さらに前記レーザ光の照射装置において、
バンドルファイバと光学装置との間の空間を光源の波長
に対して透明で、屈折率が空気より大きい媒体で充満さ
せたことを特徴とする。
バンドルファイバと光学装置との間の空間を光源の波長
に対して透明で、屈折率が空気より大きい媒体で充満さ
せたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記の構成によれば、本発明に係わるレーザ光
の照射装置は複数の光ファイバを集合したバンドルファ
イバからの出射光の拡がりを光学装置により縮小し、こ
の縮小率と整合のとれた屈折率とバンドルファイバの外
径より小さいコア径を有する光ガイドに入射することに
より細いレーザ光を得ることができる。さらに、光ガイ
ドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリップを設
けることにより高出力で取り扱いに適した光ビームを得
ることができる。
の照射装置は複数の光ファイバを集合したバンドルファ
イバからの出射光の拡がりを光学装置により縮小し、こ
の縮小率と整合のとれた屈折率とバンドルファイバの外
径より小さいコア径を有する光ガイドに入射することに
より細いレーザ光を得ることができる。さらに、光ガイ
ドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリップを設
けることにより高出力で取り扱いに適した光ビームを得
ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は本発明に係わる実施例の構成を示すレ
ーザ光の照射装置である。１・・・１は波長８５０μ
ｍ、出力２Ｗの半導体レーザ、２・・・２は各半導体レ
ーザ１・・・１と結合しているコア径４００μｍ、クラ
ッド径４４０μｍ、開口数ＮＡ1 が０．２の石英系光フ
ァイバ、３は７本の光ファイバ２・・・２の他端を一
体化した外径１３２０μｍのバンドルファイバであり、
バンドルファイバから出射されたレーザ光をコリメート
レンズ５と結像レンズ６とを有する光学装置４を介して
効率よくコア径６００μｍの光ガイド７に入射する構成
を示している。
説明する。図１は本発明に係わる実施例の構成を示すレ
ーザ光の照射装置である。１・・・１は波長８５０μ
ｍ、出力２Ｗの半導体レーザ、２・・・２は各半導体レ
ーザ１・・・１と結合しているコア径４００μｍ、クラ
ッド径４４０μｍ、開口数ＮＡ1 が０．２の石英系光フ
ァイバ、３は７本の光ファイバ２・・・２の他端を一
体化した外径１３２０μｍのバンドルファイバであり、
バンドルファイバから出射されたレーザ光をコリメート
レンズ５と結像レンズ６とを有する光学装置４を介して
効率よくコア径６００μｍの光ガイド７に入射する構成
を示している。
【００１０】即ち、外径１３２０μｍのバンドルファイ
バ３から出射された光ビームを光ガイド７のコア径６０
０μｍまで縮小して入射せしめることにより光の密度を
高め、シャープなレーザ光を得ようとするものである。
このときの縮小率ｍ′は ｍ′＝６００／１３２０＝０．４５５ である。又、光ガイド７に要求される開口数をＮＡ2 と
すると ｍ′≧ＮＡ1 ／ＮＡ2 の関係にある。
バ３から出射された光ビームを光ガイド７のコア径６０
０μｍまで縮小して入射せしめることにより光の密度を
高め、シャープなレーザ光を得ようとするものである。
このときの縮小率ｍ′は ｍ′＝６００／１３２０＝０．４５５ である。又、光ガイド７に要求される開口数をＮＡ2 と
すると ｍ′≧ＮＡ1 ／ＮＡ2 の関係にある。
【００１１】ところで、バンドルファイバ３から有効に
出射される光ビームは少なくともバンドルファイバ３の
最外周のクラッドの厚さあるいは断面形状等によって変
化し、通常１より小さくＯ．７より大きい係数をη、実
質上の縮小率をｍとすると ｍ＝ｍ′／η≧（ＮＡ1 ／ＮＡ2 ） となり、ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／ｍ′）ηで表される。上記
の実施例においてηが０．９の場合、ＮＡ2 は０．４１
となる。
出射される光ビームは少なくともバンドルファイバ３の
最外周のクラッドの厚さあるいは断面形状等によって変
化し、通常１より小さくＯ．７より大きい係数をη、実
質上の縮小率をｍとすると ｍ＝ｍ′／η≧（ＮＡ1 ／ＮＡ2 ） となり、ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／ｍ′）ηで表される。上記
の実施例においてηが０．９の場合、ＮＡ2 は０．４１
となる。
【００１２】バンドルファイバ３から出射された光ビー
ムがＮＡ2 ＝０．４１ の光ガイド７に入射するために
は、焦点距離が１００ｍｍのコリメートレンズと焦点距
離が４５ｍｍの結像レンズを用いることによって達成で
きる。その結果、光ガイド７に入射されたレーザ光の強
度はバンドルファイバ３の場合と比較して４．５倍に高
めることができ、また、その直径は約１／２まで縮小す
ることができた。
ムがＮＡ2 ＝０．４１ の光ガイド７に入射するために
は、焦点距離が１００ｍｍのコリメートレンズと焦点距
離が４５ｍｍの結像レンズを用いることによって達成で
きる。その結果、光ガイド７に入射されたレーザ光の強
度はバンドルファイバ３の場合と比較して４．５倍に高
めることができ、また、その直径は約１／２まで縮小す
ることができた。
【００１３】この光ガイド７の先端に焦点距離８ｍｍの
結像レンズを内蔵したハンドグリップ８を取り付けるこ
とによってスポットサイズ０．４ｍｍでシャープな高出
力レーザビームを得ることができた。ハンドグリップ８
は小型のレンズで結像できるので細かい取扱いに適した
大きさとすることができた。
結像レンズを内蔵したハンドグリップ８を取り付けるこ
とによってスポットサイズ０．４ｍｍでシャープな高出
力レーザビームを得ることができた。ハンドグリップ８
は小型のレンズで結像できるので細かい取扱いに適した
大きさとすることができた。
【００１４】光学装置４として上記のレンズの代わりに
図２に示すように、光が進行するに従って断面積が縮小
し、屈折率を徐々に高くしたテーパ状の光ファイバを用
いても同様の効果を有する装置を得ることができる。
図２に示すように、光が進行するに従って断面積が縮小
し、屈折率を徐々に高くしたテーパ状の光ファイバを用
いても同様の効果を有する装置を得ることができる。
【００１５】また、上記の照射装置において、バンドル
ファイバ３と光学装置４との間の空間を光源の波長に対
して透明で、空気の屈折率（ｎ1）より大きい屈折率
（ｎ0）の媒体で充満することによってさらにレーザ光
の縮小効果を挙げることができる。このような構成を採
ることによって、バンドルファイバ３から出射される光
はスネルの法則により媒体の屈折率ｎ0 （ｎ0 ＞１）で
バンドルファイバ３の開口数ＮＡ1 を割った角度に縮小
される。このため図３（ｂ）に示すように光学装置に入
る像の高さｈを一定に保つ場合はコリメートレンズ５の
焦点距離をｆ1 からｆ1 ′まで長くすることができる。
従って、実質上の縮小率ｍは結像レンズの焦点距離をｆ
2 とするとｆ2 ／ｆ1からｆ2／ｆ1′まで光ガイドのＮ
Ａ2 を変えずに小さくすることができる。又、コリメー
トレンズ５の焦点距離を変えない場合は図３（ｃ）に示
すように、像高はｈ′まで小さくなり、光ガイド７は開
口数の小さいファイバを使用することができる。
ファイバ３と光学装置４との間の空間を光源の波長に対
して透明で、空気の屈折率（ｎ1）より大きい屈折率
（ｎ0）の媒体で充満することによってさらにレーザ光
の縮小効果を挙げることができる。このような構成を採
ることによって、バンドルファイバ３から出射される光
はスネルの法則により媒体の屈折率ｎ0 （ｎ0 ＞１）で
バンドルファイバ３の開口数ＮＡ1 を割った角度に縮小
される。このため図３（ｂ）に示すように光学装置に入
る像の高さｈを一定に保つ場合はコリメートレンズ５の
焦点距離をｆ1 からｆ1 ′まで長くすることができる。
従って、実質上の縮小率ｍは結像レンズの焦点距離をｆ
2 とするとｆ2 ／ｆ1からｆ2／ｆ1′まで光ガイドのＮ
Ａ2 を変えずに小さくすることができる。又、コリメー
トレンズ５の焦点距離を変えない場合は図３（ｃ）に示
すように、像高はｈ′まで小さくなり、光ガイド７は開
口数の小さいファイバを使用することができる。
【００１６】ここに使用される媒体としては、可視光か
ら赤外光までの領域で透明性の高い水、アルコール、シ
リコノイル、四塩化炭素あるいはグリセリン等の溶剤や
メチルメタクリレート等のモノマ又は、シリコンゴム等
の固体でもよい。
ら赤外光までの領域で透明性の高い水、アルコール、シ
リコノイル、四塩化炭素あるいはグリセリン等の溶剤や
メチルメタクリレート等のモノマ又は、シリコンゴム等
の固体でもよい。
【００１７】次に、上述した図１の構成に係わる実施例
と同一の構成要素からなる照射装置について、バンドル
ファイバ３とコリメートレンズ５との間を屈折率が１．
３３の透明な水で充満した場合について検討する。バン
ドルファイバ３の先端部の媒体が水に変わると、その出
射角θ1′は空気中の開口数ＮＡ1 を水の屈折率ｎ0で割
った値となるので θ1 ′＝０．２／１．３３＝０．１５ となる。一方、縮小率ｍは前記の通り０．４１であるか
ら、光ガイド７の開口数は ＮＡ2 ′≧Ｏ．１５／０．４１＝０．３７ となる。従って、光ガイド７に要求される開口数は０．
４１から０．３７と小さくなるので、光ガイドの製造条
件が緩くなると同時に光ガイドの選択範囲が広くなる。
と同一の構成要素からなる照射装置について、バンドル
ファイバ３とコリメートレンズ５との間を屈折率が１．
３３の透明な水で充満した場合について検討する。バン
ドルファイバ３の先端部の媒体が水に変わると、その出
射角θ1′は空気中の開口数ＮＡ1 を水の屈折率ｎ0で割
った値となるので θ1 ′＝０．２／１．３３＝０．１５ となる。一方、縮小率ｍは前記の通り０．４１であるか
ら、光ガイド７の開口数は ＮＡ2 ′≧Ｏ．１５／０．４１＝０．３７ となる。従って、光ガイド７に要求される開口数は０．
４１から０．３７と小さくなるので、光ガイドの製造条
件が緩くなると同時に光ガイドの選択範囲が広くなる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるレ
ーザ光の照射装置は複数の光ファイバを集合したバンド
ルファイバからの出射光の拡がりを光学装置により縮小
し、この縮小率と整合のとれた屈折率とバンドルファイ
バの外径より小さいコア径を有する光ガイドに入射する
ことにより細いレーザ光を得ることができる。さらに、
光ガイドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリッ
プを設けることにより高出力で取り扱いに適した光ビー
ムを得ることができる。上記の発明はバンドルファイバ
と光学装置との間の空間を光源の波長に対して透明で、
屈折率が空気より大きい媒体で充満させることによりよ
り効果的に実現することができる。
ーザ光の照射装置は複数の光ファイバを集合したバンド
ルファイバからの出射光の拡がりを光学装置により縮小
し、この縮小率と整合のとれた屈折率とバンドルファイ
バの外径より小さいコア径を有する光ガイドに入射する
ことにより細いレーザ光を得ることができる。さらに、
光ガイドの出射端に結像レンズを内蔵したハンドグリッ
プを設けることにより高出力で取り扱いに適した光ビー
ムを得ることができる。上記の発明はバンドルファイバ
と光学装置との間の空間を光源の波長に対して透明で、
屈折率が空気より大きい媒体で充満させることによりよ
り効果的に実現することができる。
【図１】本実施例の構成を示す概略図である。
【図２】本実施例に適用されるテーパ状の光ファイバの
側面図である。
側面図である。
【図３】バンドルファイバからの光ビームが同図（ａ）
状態から同図（ｂ）又は（ｃ）の状態まで縮小する作用
効果を説明するための図である。
状態から同図（ｂ）又は（ｃ）の状態まで縮小する作用
効果を説明するための図である。
【図４】従来の照射装置の構成を示す概略図である。
１：半導体レーザ ２：光ファイバ ３：バンドルファイバ ４：光学装置 ５：コリメートレンズ ６：結像レンズ ７：光ガイド ８：ハンドグリップ ９：テーパ状光ファイバ
Claims (6)
- 【請求項１】 複数のレーザ光源と、一端が前記光源ご
とに結合された複数の光ファイバで他端は複数の光ファ
イバを集合して形成されてなる１本のバンドルファイバ
と、前記バンドルファイバから出射された光ビームの拡
がりを縮小する光学装置とを備えたレーザ光の照射装置
であって、 前記光学装置の出射側には一端から前記光ビームを入射
し他端から出射する１本のコアを有する光ガイドが設け
られ、かつ、バンドルファイバの外径に対する光ガイド
のコア径の比率（縮小率）とバンドルファイバを構成す
る光ファイバの開口数（ＮＡ1 ）及び光ガイド の開口
数（ＮＡ2 ）との間に ＮＡ2 ≧（ＮＡ1 ／縮小率）×η の関係をもたせたことを特徴とするレーザ光の照射装
置。ηは光ファイバのクラッド厚さ等によって決まる係
数である。 - 【請求項２】ηが０．７０以上１以下であることを特徴
とする請求項１に記載のレーザ光の照射装置。 - 【請求項３】光学装置がコリメートレンズと結像レンズ
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の
照射装置。 - 【請求項４】光学装置がテーパ状の光ファイバで形成さ
れたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射
装置。 - 【請求項５】光ガイドの出射端に結像レンズを内蔵した
ハンドグリップを設けたことを特徴とする請求項１に記
載のレーザ光の照射装置。 - 【請求項６】バンドルファイバと光学装置との間の空間
を光源の波長に対して透明で、屈折率が空気より大きい
媒体で充満させたことを特徴とする請求項１に記載のレ
ーザ光の照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5248887A JPH0727950A (ja) | 1993-05-10 | 1993-10-05 | レーザ光の照射装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10812893 | 1993-05-10 | ||
| JP5-108128 | 1993-05-10 | ||
| JP5248887A JPH0727950A (ja) | 1993-05-10 | 1993-10-05 | レーザ光の照射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727950A true JPH0727950A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=26448087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5248887A Pending JPH0727950A (ja) | 1993-05-10 | 1993-10-05 | レーザ光の照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727950A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005157225A (ja) * | 2003-11-06 | 2005-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光伝送体モジュール |
| JP2008124358A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザモジュール |
| JP2008216506A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光源装置 |
| JP2011043808A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-03-03 | Northrop Grumman Systems Corp | 全ファイバ合成高出力コヒーレントビーム結合 |
| WO2014077069A1 (ja) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | 富士電機株式会社 | 光合波装置 |
| US8922881B2 (en) | 2009-08-07 | 2014-12-30 | Northrop Grumman Systems Corporation | Fiber amplifier system including tapered fiber bundle and polarization control |
| CN107931839A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 何琼 | 一种动力电池防爆阀激光焊接设备 |
-
1993
- 1993-10-05 JP JP5248887A patent/JPH0727950A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005157225A (ja) * | 2003-11-06 | 2005-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光伝送体モジュール |
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| US8958145B2 (en) | 2009-08-07 | 2015-02-17 | Northrop Grumman Systems Corporation | Fiber amplifier system including tapered fiber bundle and combined lens and sampling grating |
| WO2014077069A1 (ja) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | 富士電機株式会社 | 光合波装置 |
| CN107931839A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 何琼 | 一种动力电池防爆阀激光焊接设备 |
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