JPH07318733A

JPH07318733A - ファイバー

Info

Publication number: JPH07318733A
Application number: JP6121716A
Authority: JP
Inventors: Ulf Sundstroem; ウルフ・サンドストローム; Russ Sven-Orlov; スヴェン−オロヴ・ルース; Willhelmson Kenneth; ケネット・ヴィルヘルムソン
Original assignee: Rofin Sinar Laser GmbH; Permanova Lasersystem AB
Current assignee: Rofin Sinar Laser GmbH; Permanova Lasersystem AB
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-12-08
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3143321B2

Abstract

(57)【要約】【目的】芯及び周囲被覆を有するファイバーからな
り、強力レーザー光の伝達に適した光ファイバーケーブ
ルの提供にある。【構成】光ファイバーケーブルは芯（４）及び包囲被
覆（９）を有するファイバーから成る。芯（４）の接触
端の少なくとも一つは芯よりも大きい直径のロッド
（１）を備える。ファイバーはこの端に於て、ファイバ
ーの外側に入る光線を部域（６）へ導くよう設計された
反射器（７）を有し、その部域で光線は損傷を引き起こ
すことなく吸収され、ロッド（１）はファイバーにリン
クされない光線を反射器（７）へ導くようになってい
る。光ファイバーを使用することによる光の伝達方法も
開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は芯及び周囲被覆を有するファイバ
ーからなり、強力レーザー光の伝達に適した光ファイバ
ーケーブルに関するものである。ファイバーの少なくと
も一つの接触端は芯の外側の光を損傷を引き起こすこと
なく吸収できる部域へ偏向する手段を有する。本発明は
又かかるファイバーの使用にも関する。

【０００２】通常、光ファイバーケーブルは芯及び周囲
被覆からなるファイバーを含む。操作を容易にするた
め、被覆は保護カバーにより包囲されるべきである。放
射線は芯に伝導され、その芯の屈折率は被覆の屈折率と
異なる。ステップインデックス(step index)光ファイバ
ーに於て、境界面の全内部反射は放射線の入射角がファ
イバーの開口数と称される臨界角を越えない限り達成さ
れる。グレーデッドインデックス(graded index)光ファ
イバーに於て、芯の屈折率は主に放物関数として分布
し、開口数は光線が端面に衝突する位置に依存する。最
高開口数はファイバーの中央で達成され、この値はファ
イバー仕様に示されている。あらゆる場合に於て、被覆
は実質的に放射線から免れるはずである。通常、芯の屈
折率は被覆の屈折率より高く、開口数はこの屈折率に於
ける違いにより決定される。

【０００３】強力レーザー光の伝達に於て被覆の放射線
は重要な問題を引き起こすが、これは放射線がカバーに
結局は吸収されファイバーケーブルにかなりの熱発生及
び損傷が生じるからである。被覆の放射線は、例えば、
かき傷又はダスト粒子によるファイバー端面の光散乱の
結果として又は入射放射線の一部が単にファイバー開口
数から外れる結果として生じる。これらの問題は入来放
射線及び外出放射線の反射ならびにダスト粒子及び同類
物の吸収が有害な熱発生を引き起こすファイバーケーブ
ルの入口端及び出口端で最も深刻である。出口端で、放
射線は加工部材から直接被覆に反射されるか又は完全に
ファイバーの外側になる。両方の場合に於て、放射線は
最終的に被覆に吸収され、熱が発生する。

【０００４】米国特許４６７８２７３（ＳＥ特許４４３
４５４に対応する）は被覆から離れるように放射線を伝
導する耐放射線伝達材料により包囲された光ファイバー
を開示している。

【０００５】米国特許３８４３８６５は被覆の無い芯を
有する、芯の直径が端面方向に増大する光ファイバーを
開示している。芯にリンクしていない放射線の問題は言
及されていない。また、ファイバーは２００Ｗを越える
力には明らかに適しておらず、現代材料加工技術使用レ
ーザーにとって十分なものではない。

【０００６】本発明の目的は、ファイバー又はその被覆
に損傷を引き起こすことなく、好ましくは３ｋＷまで又
は更に高い強力レーザー光伝達を使用できる光ファイバ
ーケーブルを提供することである。

【０００７】本発明は芯及び周囲被覆を有するファイバ
ーからなる光ファイバーケーブルに関する。芯の少なく
とも一つの接触端は直径が芯の直径よりも大きい、好ま
しくは被覆の外径より大きいロッドを備える。この端
で、ファイバーはファイバーの外側に入る光線を損傷を
引き起こすことなく吸収する部域に伝導するようになっ
た反射器を備え、ロッドはファイバーにリンクされない
光線が反射器に伝導されるようになっている。この部域
は空冷又は水冷手段のような吸収と同時に発生する熱を
冷却する手段を備える。ファイバーはステップインデッ
クス又はグレーデッドインデックス光ファイバーであり
うる。

【０００８】芯の接触端のロッドは芯より大きい直径を
有するため、出力密度が減少し、これにより粒子、かき
傷、他の欠陥に対する耐性が増す。他の利点は、ロッド
がファイバー接触部の修正位置に芯端を維持するのに役
立ち、それにより他の固定装置の必要をなくす。ロッド
はまた、短側に適当なアンチリフレックス被膜を備える
ことが出来るが、このことは細いファイバー芯では容易
になしえない。便利には、ロッドは本質的に芯と同じ屈
折率を有する材料からできており、例えばロッド及び芯
を共に融合させることにより、それと良好な光接触をす
るはずである。適当には、ロッド及び芯は同じ材料、好
ましくはガラス、更に好ましくは石英ガラスから作られ
る。ロッド及びファイバー芯は同じ部品から作られる
が、ファイバー芯と共に融合することにより後でロッド
が付与されるのならロッドに所望の形状を与えることは
より容易になる。好ましくは、ロッドは実質的には筒状
であり、故にファイバー芯に付加された短側はその範囲
まで実質的に垂直な平面を構成する。結果として、ファ
イバーにリンクされない光レーザーの多くは反射器に伝
導され部域へと反射され、その部域で例えば、部域が冷
却手段を含むことにより制御状態で吸収される。ファイ
バーの外側の光線が進む位置を確認し又は制御できれ
ば、ロッドの他の設計もまた考えられる。

【０００９】好適実施例に於て、反射器は一部を吸収
し、温度センサはその近傍に設けられる。これはファイ
バーの外側の放射線パワーが高すぎるなら、警告信号を
すばやく得るのを可能にする。適当には、入射放射線の
約８０％から約９９％まで、好ましくは約８５％から約
９９％まで反射され、一方残りは吸収される。

【００１０】温度センサを取り替え又は補充するため
に、光検出器を設けて被覆の外側の放射線を測定するこ
とができる。光検出器は例えば、反射器に衝突した放射
線又は反射器からの放射線が伝導される部域より反射さ
れた放射線を測定するように適応できる。

【００１１】好ましくは、またファイバーは被覆の屈折
率よりも高いか又は実質的に等しい屈折率を有する耐放
射線伝達材料を備え、この材料は反射器と芯の接触端の
ロッドとの間の一部の部域の被覆を包囲し光接触するよ
うに構成される。結果として、被覆のいずれの放射線も
耐放射線伝達材料にリンクアウトされ、そこから制御さ
れた状態で任意に反射器を通って吸収される部域へ伝導
される。

【００１２】好ましくは、光ファイバーケーブルの入力
端及び出力端の両方は上記の如く設計されている。本発
明はまた、本発明による光ファイバーケーブルを用いる
ことにより、光、特にレーザー光、好ましくは約５００
Ｗを越える、更には約１０００Ｗを越える出力のレーザ
ー光を伝達する方法に関する。

【００１３】従来技術の光ファイバーケーブルと比較し
て、本発明のケーブルは芯に直接リンクされない放射
線、即ち、被覆に入って来る放射線及びファイバーの外
側に完全に入射する放射線との両方に対しより高い耐性
を有する。これはファイバーケーブルの出力端に於て特
に有利であり、出力端では工作物からの反射は制御され
ない光の散乱を生ぜしめ、損傷を生じる危険性が高い。
温度が最初に高パワーで増える場所に温度センサを置く
ことができるため、監視可能性が向上した。大きい横断
面積及びファイバーの入力端及び出力端の反射防止被膜
の可能性により、パワー抵抗は従来のファイバーより高
く、反射損は従来のファイバーより低い。

【００１４】次に本発明を添付図面に関して更に詳細に
述べる。

【００１５】図に於て、光ファイバーの一端は例えばア
ルミニウムの、ファイバー接触部８に配置される。光フ
ァイバーは例えば石英ガラスの芯４と、芯４より低い屈
折率を有する材料でできた被覆９とからなる。例えば、
被覆９はガラス又は適当な屈折率のポリマーから作るこ
とができる。被覆９の外径より大きい直径を有する筒状
ロッド１は、芯４の端面に融合する。好ましくは、ロッ
ド１は芯４と同じ材料から作られる。図に示されるよう
に、ロッド１の外径はファイバー接触部８の内径より僅
かに小さいか又は実質的に等しい。好ましくは、ロッド
１の端面２はファイバーケーブルが使用される波長、例
えば１０６４ｎｍのアンチリフレックス被膜を備える。

【００１６】ロッド１から適当な距離で、例えば約５ｍ
ｍから約５０ｍｍまでの距離で、好ましくは一部吸収す
る反射器７はファイバーの外側の光線を部域６へ伝導す
るよう構成され、その部域は冷却フィン１１を備えた熱
アブダクティング(heat abducting)装置１０により包囲
される。この装置１０は例えば、アルミニウムから作ら
れる。冷却フィン１１を取り替えるか又は補充するため
に水冷の冷却ジャケット（図示せず）は装置１０に含ま
れる。反射器７は例えば、銅から作られ、又は吸収能力
を増すためにステンレス鋼から作られる。温度センサ１
３は反射面自体を構成しない反射器７の部分に装着され
る。センサ１３は所定の温度で警報器をトリガーし又は
単に放射線源（図示せず）を遮断する装置（図示せず）
に接続される。

【００１７】ロッド１と反射器７との間の部域の部分に
於て、被覆９は例えば、ガラス毛細管の形態で被覆９と
光接触し被覆９の屈折率を越えるか又は等しい屈折率を
有する材料により包囲される。ファイバー接触部８の外
側で、被覆９は保護カバー１２を備え、そのカバーは一
つか又はそれ以上の異なった材料層、例えば一つか又は
それ以上のシリコーン、ナイロンか又は他の適当な高分
子材料層からなる。ファイバー接触部８自体の保護カバ
ーの必要はない、なぜならファイバーは曲がらず又は他
の機械的応力を受けないからである。

【００１８】好ましくは、芯４は約１００μｍから約１
４００μｍまでの直径を有し、被覆９は約２０μｍから
約５００μｍまでの厚さを有し、ロッド１は約２ｍｍか
ら約１５ｍｍまでの直径を有し、毛細管５は約４ｍｍか
ら１５ｍｍまでの外径を有する。ロッド１は約３ｍｍか
ら約３０ｍｍまでの長さを有することができ、毛細管５
は約５ｍｍから約１００ｍｍまでの長さを有することが
できる。ロッド１と毛細管５との間の距離は０ｍｍから
約１００ｍｍまで、一方毛細管５と反射器との間の距離
は約１ｍｍから約１００ｍｍまでにできる。

【００１９】図示の装置は次のように操作する。開数口
を越えない角度でファイバー芯４へ入る光線Ａは芯４と
直接リンクされ、従来の光ファイバーと同様に芯４と被
覆９との間の全内部反射によりファイバーに伝達され
る。ファイバーへ入るが芯４に入射しない光線Ｂは被覆
９にリンクされる。光線Ｂは被覆９と光接触する毛細管
５に到達すると、被覆９からリンクアウトして毛細管５
へ入り、次いで反射器７を介してファイバー接触部８の
内側の部域６へ伝導され、そこで吸収される。発生した
熱は冷却フィン１１を備えた熱アブダクティング装置１
０の助けにより冷却される。全くファイバーに当たらな
い光線Ｃは反射器７の方へまっすぐ内方に伝達され、次
いで光線Ｂと同様に伝導される。反射器７に衝突する放
射線の一部は吸収され、その結果温度増加がセンサ１３
により記録される。もしパワーが高すぎれば反射器の温
度は急速に増すので、警報装置は深刻な損傷が生じる充
分前にトリガーされる。

【００２０】従来の光ファイバーケーブルでは、光線Ｂ
及び光線Ｃは結局ファイバーカバーに到達し、ここで制
御されない熱発生中に吸収されたであろう。装置が所望
されるように機能すべきであるならば、ロッド１はファ
イバーにリンクされない光線が反射器７に伝導されるが
ロッド１を出るときに不制御態様で屈折しないように設
計されなければならない。これは例えば、ロッド１が図
示されたように実質的に接触部８で芯４と被覆９の範囲
まで平行になった周面を持つシリンダの形状を有するな
らば達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバーケーブルの一方の接触端における
概略側方断面を示す。

【符号の説明】

１ロット４芯７反射器９被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウルフ・サンドストロームスエーデン国エス−430 84 スティルソー、アスペロー 1011 (72)発明者スヴェン−オロヴ・ルーススエーデン国エス−443 34 レルム、アフ、ベルケンス、ヴェーグ 17 (72)発明者ケネット・ヴィルヘルムソンスエーデン国エス−433 50 パルティール、ロユールスヴェーゲン 13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯（４）及び包囲被覆（９）を有するフ
ァイバーからなる光ファイバーケーブルに於て、芯
（４）の少なくとも一つの接触端は芯よりも大きい直径
のロッド（１）を備え、この端のファイバーはファイバ
ーの外側に入る光線を部域（６）へ導くようになった反
射器（７）を備え、その部域で光線は損傷を引き起こす
ことなく吸収され、ロッド（１）はファイバーへリンク
されない光線を反射器（７）へ導くようになっているこ
とを特徴とする光ファイバーケーブル。
【請求項２】反射器（７）が一部吸収することを特徴
とする請求項１記載の光ファイバーケーブル。
【請求項３】温度センサ（１３）又は光センサが反射
器（７）の近傍に設けられることを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の光ファイバーケーブル。
【請求項４】耐放射線伝達材料（５）を備え、この材
料は屈折率が被覆（９）の屈折率よりも高いか又は実質
的に等しく、芯（４）の短側で反射器（７）とロッド
（１）の間の一部の部域の被覆（９）を囲み及び光接触
するよう構成されることを特徴とする請求項１〜３の各
項記載の光ファイバーケーブル。
【請求項５】芯（４）の接触端のロッド（１）は芯
（４）と本質的に同じ屈折率を有し、芯と光接触してい
る材料からなることを特徴とする請求項１〜４の各項記
載の光ファイバーケーブル。
【請求項６】芯（４）の接触端のロッド（１）は芯
（４）と共に融合することを特徴とする請求項１〜５の
各項記載の光ファイバーケーブル。
【請求項７】接触端の芯（４）及びロッド（１）は石
英ガラスから出来ていることを特徴とする請求項１〜６
の各項記載の光ファイバーケーブル。
【請求項８】芯（４）の接触端のロッド（１）が実質
的に筒状であることを特徴とする請求項１〜７の各項記
載の光ファイバーケーブル。
【請求項９】放射線を吸収する部域（６）が冷却手段
（１０，１１）からなることを特徴とする請求項１〜８
の各項記載の光ファイバーケーブル。
【請求項１０】請求項１〜９の各項記載の光ファイバ
ーケーブルの使用によることを特徴とする光伝達の方
法。