JPH0748083B2 - 高光度電磁線送信用光ファイバー束 - Google Patents
高光度電磁線送信用光ファイバー束Info
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- JPH0748083B2 JPH0748083B2 JP1268286A JP26828689A JPH0748083B2 JP H0748083 B2 JPH0748083 B2 JP H0748083B2 JP 1268286 A JP1268286 A JP 1268286A JP 26828689 A JP26828689 A JP 26828689A JP H0748083 B2 JPH0748083 B2 JP H0748083B2
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
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- G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁線送信用光ファイバー束に関する。
（従来の技術） 多くの技術分野において、レーザー、例えば、Nd:YAG、
Nd:ガラス、金属蒸気、エキシマー レーザー、と称さ
れる電磁線高出力源が利用される。連続操作用レーザー
の放射力は、KW領域およびそれ以上に変化し、パルスレ
ーザーの場合に出力ピークはたいてい100KW以上であ
り、しばしば1MW以上である。高放射力レーザーのビー
ム特性は、大部分の場合貧弱である。レーザーのビーム
特性は、ビーム積、即ち、レーザー出力におけるレーザ
ービーム直径（mm）とひろがり全角（full angular div
ergence）（ラド）との積、によって特徴づけられる。
高ビーム積は、貧弱なビーム特性と等価である。高性能
レーザー出力の放射線に対して、1mm〜100mmの値はビー
ム直径の典型であり、0.001ラド〜0.1ラドの値は放射線
のひろがり全角の典型である。しかし、特殊な場合に、
直径およびひろがり角の値は、これらの値以上である。
0.02〜0.2ラド・mmの値は高出力レーザーのビーム積の
代表値であり、金属蒸気レーザーの場合、その値は0.2
ラド・mmより大きい。
Nd:ガラス、金属蒸気、エキシマー レーザー、と称さ
れる電磁線高出力源が利用される。連続操作用レーザー
の放射力は、KW領域およびそれ以上に変化し、パルスレ
ーザーの場合に出力ピークはたいてい100KW以上であ
り、しばしば1MW以上である。高放射力レーザーのビー
ム特性は、大部分の場合貧弱である。レーザーのビーム
特性は、ビーム積、即ち、レーザー出力におけるレーザ
ービーム直径（mm）とひろがり全角（full angular div
ergence）（ラド）との積、によって特徴づけられる。
高ビーム積は、貧弱なビーム特性と等価である。高性能
レーザー出力の放射線に対して、1mm〜100mmの値はビー
ム直径の典型であり、0.001ラド〜0.1ラドの値は放射線
のひろがり全角の典型である。しかし、特殊な場合に、
直径およびひろがり角の値は、これらの値以上である。
0.02〜0.2ラド・mmの値は高出力レーザーのビーム積の
代表値であり、金属蒸気レーザーの場合、その値は0.2
ラド・mmより大きい。
放射線を特徴づける他の重要なものは、光度である。ビ
ーム軸に関して回転対称な場合に、放射線の光度は、Ｌ
＝P/（θ・D)2［ただし、Ｐは放射線のピーク力（また
はパルスピーク力）、θは放射線のひろがり全角（ラ
ド）であり、Ｄはビーム直径（mm）であり、各々の場合
放射線源出力で測定される。］で与えられる。非回転対
称［ここで、ビームのコード（または直径）および／ま
たは放射線のひろがり角は、ビーム軸に垂直な角度ψに
依存する］ビームのより一般的な場合に、角積分 ［ただし、θ（ψ）は角度ψに依存する放射源出力にお
ける放射線のひろがり全角を意味し、そしてＤ（ψ）は
角度ψに依存する放射源出力における角度ψの先端を通
過するコード（または直径）を意味する。］は、光度Ｌ
＝P/（θ・D)2における（θ・D)2の位置を占める。通常
の光源と比較してレーザーは105W/（ラド・mm)2以上、
大部分の場合は106W/（ラド・mm)2以上の高光度を示
す。
ーム軸に関して回転対称な場合に、放射線の光度は、Ｌ
＝P/（θ・D)2［ただし、Ｐは放射線のピーク力（また
はパルスピーク力）、θは放射線のひろがり全角（ラ
ド）であり、Ｄはビーム直径（mm）であり、各々の場合
放射線源出力で測定される。］で与えられる。非回転対
称［ここで、ビームのコード（または直径）および／ま
たは放射線のひろがり角は、ビーム軸に垂直な角度ψに
依存する］ビームのより一般的な場合に、角積分 ［ただし、θ（ψ）は角度ψに依存する放射源出力にお
ける放射線のひろがり全角を意味し、そしてＤ（ψ）は
角度ψに依存する放射源出力における角度ψの先端を通
過するコード（または直径）を意味する。］は、光度Ｌ
＝P/（θ・D)2における（θ・D)2の位置を占める。通常
の光源と比較してレーザーは105W/（ラド・mm)2以上、
大部分の場合は106W/（ラド・mm)2以上の高光度を示
す。
しばしば、柔軟な（曲げられ、または接合される）ビー
ムガイド系は、放射線の送信に必要である。技術的に有
効なビームガイド系は、次の特性を有すべきである。
ムガイド系は、放射線の送信に必要である。技術的に有
効なビームガイド系は、次の特性を有すべきである。
高い光破壊限界（または最高送信可能な輻射力、 曲げまたはよじれによる変形に対する低い機械的耐性、
および曲げ半径に対する低い下限限度および／またはよ
じれに対する高い上限角度、 伝送によるビーム特性の損傷のないこと、 高伝送効率、 良機械的安定性、それは大部分の場合、光および機械的
な成分の最少数の使用に等しい。
および曲げ半径に対する低い下限限度および／またはよ
じれに対する高い上限角度、 伝送によるビーム特性の損傷のないこと、 高伝送効率、 良機械的安定性、それは大部分の場合、光および機械的
な成分の最少数の使用に等しい。
ビームガイド系には、鏡を組み合わせたオプチックスお
よびファイバー系がある。
よびファイバー系がある。
鏡を組み合わせたオプチックスは、高破壊限界、光伝送
効率、および良ビーム特性によって区別し得る（例え
ば、G.Hohherg:“Beam Delivery Systems for High Pow
er Lasers"Proc.SPIE,vol.650:118-122,1980）。低柔軟
性および複雑な機械的構造、多くの機械的および光学成
分の傷つき安さ、および必要な調節力の多くは、しかし
ながら、実質的な欠点である。より少ない成分からなる
ファイバー系およびファイバー系に必要な調節力は、鏡
を組み合わせたオプチックスよりも一般に実質的に少な
い。柔軟性は、鏡を組み合わせたオプチックスよりも優
れており、伝送効率は同様に高い。このため、ファイバ
ー系が、一般に、好ましい。
効率、および良ビーム特性によって区別し得る（例え
ば、G.Hohherg:“Beam Delivery Systems for High Pow
er Lasers"Proc.SPIE,vol.650:118-122,1980）。低柔軟
性および複雑な機械的構造、多くの機械的および光学成
分の傷つき安さ、および必要な調節力の多くは、しかし
ながら、実質的な欠点である。より少ない成分からなる
ファイバー系およびファイバー系に必要な調節力は、鏡
を組み合わせたオプチックスよりも一般に実質的に少な
い。柔軟性は、鏡を組み合わせたオプチックスよりも優
れており、伝送効率は同様に高い。このため、ファイバ
ー系が、一般に、好ましい。
高放射力送信用の従来のファイバーオプチック系は、た
だ１種のファイバーからなる（例えば、H.P.Weber and
W.Hodel:“High Power Light-Transmission in Optical
Waveguides"Proc.SPIE,vol.650:102-108,1980）。しか
しながら、これらのファイバーオプチック系は、しばし
ば、高放射線出力用ビームガイド系の要求に合わない
［例えば、R.Ringelhan,H.Kar,J.Helfmann,K.Dorschel
and G.Muller:“Lightguides for Medical Purposes"La
sers and Optoelectronics,20:44-48,1988）。
だ１種のファイバーからなる（例えば、H.P.Weber and
W.Hodel:“High Power Light-Transmission in Optical
Waveguides"Proc.SPIE,vol.650:102-108,1980）。しか
しながら、これらのファイバーオプチック系は、しばし
ば、高放射線出力用ビームガイド系の要求に合わない
［例えば、R.Ringelhan,H.Kar,J.Helfmann,K.Dorschel
and G.Muller:“Lightguides for Medical Purposes"La
sers and Optoelectronics,20:44-48,1988）。
ファイバーオプチック系が柔軟（曲げに対して低機械的
耐性、低破壊危険性）であるべきならば、ファイバー直
径は最小であるべきである。加えて、直径は、ファイバ
ーを曲げる際に過度な放射損失がないように最小にすべ
きである。しかしながら、小ファイバー直径の要求は、
次の他の所定ファイバー特性と対比区別される。
耐性、低破壊危険性）であるべきならば、ファイバー直
径は最小であるべきである。加えて、直径は、ファイバ
ーを曲げる際に過度な放射損失がないように最小にすべ
きである。しかしながら、小ファイバー直径の要求は、
次の他の所定ファイバー特性と対比区別される。
（ａ）過度の放射線強度によるファイバーコアまたはカ
ップリング表面の損傷を避けるために、ファイバー直径
は大きくあるべきである。
ップリング表面の損傷を避けるために、ファイバー直径
は大きくあるべきである。
（ｂ）ファイバー開口数とその直径との積が放射線ビー
ム積よりも少なくとも２倍以上であれば、放射線はファ
イバーによって捕獲され、相対的に長距離に送信され
る。このことは、大きなファイバー直径の要求となる。
ム積よりも少なくとも２倍以上であれば、放射線はファ
イバーによって捕獲され、相対的に長距離に送信され
る。このことは、大きなファイバー直径の要求となる。
このように、個々のファイバーにおいて、送信力、ビー
ム積、必要な曲げ半径、および直径の間に緊密な相関関
係があり、かかる送信系の設計の自由度をかなり狭め
る。
ム積、必要な曲げ半径、および直径の間に緊密な相関関
係があり、かかる送信系の設計の自由度をかなり狭め
る。
ファイバー束は、低出力電磁線、特に、像または信号の
伝送に使用されることが知られている。この場合に生ず
るピーク出力は、1KWより小さく、しばしば1Wよりも小
さく、また、それぞれ、その光度は104W/（ラド・mm)2
より小さく、ある場合には105W/（ラド・mm)2より小さ
い。これらの低出力の場合に、ファイバー束の損傷限界
値が重要ではないので、簡単に加工できる「低融点」多
成分ガラスおよび合成樹脂を利用できる。
伝送に使用されることが知られている。この場合に生ず
るピーク出力は、1KWより小さく、しばしば1Wよりも小
さく、また、それぞれ、その光度は104W/（ラド・mm)2
より小さく、ある場合には105W/（ラド・mm)2より小さ
い。これらの低出力の場合に、ファイバー束の損傷限界
値が重要ではないので、簡単に加工できる「低融点」多
成分ガラスおよび合成樹脂を利用できる。
低出力の場合に、放射損失は、同様に、重要ではなく、
相対的に高減衰値を有する物質を利用できる。そのう
え、大部分の場合に、代表的な方法に対して送信放射線
特性は、無視でき、（Schott lnformation3/1987,マイ
ンツ,1987）、このためファイバー束の最適化は必要な
い。放射線源に対する入力カップリングの最適化または
ファイバー束の採用は、捕獲時に、放射線源の放射力に
たいする最高値を目的とする。このように、目的は、大
部分の場合、最高の高開口数を有するファイバーを生産
することにある。
相対的に高減衰値を有する物質を利用できる。そのう
え、大部分の場合に、代表的な方法に対して送信放射線
特性は、無視でき、（Schott lnformation3/1987,マイ
ンツ,1987）、このためファイバー束の最適化は必要な
い。放射線源に対する入力カップリングの最適化または
ファイバー束の採用は、捕獲時に、放射線源の放射力に
たいする最高値を目的とする。このように、目的は、大
部分の場合、最高の高開口数を有するファイバーを生産
することにある。
高性能レーザー放射線にたいして、100KW以上のピーク
出力および106W/（ラド・mm)2以上の光度は、代表的で
ある。これらの例において、ファイバーまたはファイバ
ー束の損傷限界値および損失は、考慮されるべきであ
る。その上、高出力において、放射線特性は、実際に極
めて重要である。
出力および106W/（ラド・mm)2以上の光度は、代表的で
ある。これらの例において、ファイバーまたはファイバ
ー束の損傷限界値および損失は、考慮されるべきであ
る。その上、高出力において、放射線特性は、実際に極
めて重要である。
米国特許第4,690,500号には、シリカガラスのファイバ
ー束が像伝送にどのように最適化されるかが記載されて
いる。
ー束が像伝送にどのように最適化されるかが記載されて
いる。
高放射出力伝送用のファイバー束は、それ自体公知であ
るが、極めて貧弱なビーム特性を示す。即ち、ファイバ
ー束から出る放射線のビーム積が最初の放射線のビーム
積と比較すると極めて増加する。この理由で、それらは
実用化されていない。使用されるファイバーは、円柱状
ジグザグ プロフィール ファイバーが好ましい。これ
らのファイバーは、直径Dmを有するクラッドで囲まれた
直径Dkの円柱状コアを有し、該クラッドは、少なくとも
直接的にコアを包囲する層において、コアよりも低い光
屈折率を有し、保護鞘によって任意に付加的に囲まれて
いる。この構造、特に、屈折率プロフィールおよびファ
イバー断面（例えば、六角形断面）の偏りが含まれると
考えられる。ファイバーのコアおよびクラッドは、純粋
またはドープシリカゲルガラス製が好ましい。コアは純
粋なシリカガラスからなり、クラッドおよび／またはコ
アを直接囲むクラッド層は本質的にフッ素ドープシリカ
ガラスからなることが好ましい。これらのファイバーに
おいて赤外線スペクトル域に近い近紫外線放射にたいし
て低減衰値、非線形光効果にたいする低限界値、高破壊
限界を得ることが可能である。ファイバーの生産法は、
従来法であり、対応するファイバーおよびファイバープ
レホームは市場で入手できる。
るが、極めて貧弱なビーム特性を示す。即ち、ファイバ
ー束から出る放射線のビーム積が最初の放射線のビーム
積と比較すると極めて増加する。この理由で、それらは
実用化されていない。使用されるファイバーは、円柱状
ジグザグ プロフィール ファイバーが好ましい。これ
らのファイバーは、直径Dmを有するクラッドで囲まれた
直径Dkの円柱状コアを有し、該クラッドは、少なくとも
直接的にコアを包囲する層において、コアよりも低い光
屈折率を有し、保護鞘によって任意に付加的に囲まれて
いる。この構造、特に、屈折率プロフィールおよびファ
イバー断面（例えば、六角形断面）の偏りが含まれると
考えられる。ファイバーのコアおよびクラッドは、純粋
またはドープシリカゲルガラス製が好ましい。コアは純
粋なシリカガラスからなり、クラッドおよび／またはコ
アを直接囲むクラッド層は本質的にフッ素ドープシリカ
ガラスからなることが好ましい。これらのファイバーに
おいて赤外線スペクトル域に近い近紫外線放射にたいし
て低減衰値、非線形光効果にたいする低限界値、高破壊
限界を得ることが可能である。ファイバーの生産法は、
従来法であり、対応するファイバーおよびファイバープ
レホームは市場で入手できる。
複数の個々のファイバーを組み合わせることによって、
ファイバーの束が得られる。2MW/mm2までの損傷限界を
有するファイバー束が一般的である。実験室では、5MW/
mm2までの損傷限界を有するものが得られ、10MW/mm2お
よびそれ以上の損傷限界を有するものが期待される。フ
ァイバー束の損傷限界値Ｉ（損傷）は、ファイバー束の
損傷なしに、ファイバー束の入力カップリング端が放射
線に暴露し得る最高強度を意味する。その上、Ｉ（損
傷）では、好ましくない非線形光学効果がファイバー束
において期待される強度（限界値）より小さい。これ
は、実際の条件下の場合である。損傷限界値は、使用さ
れる材料およびファイバーまたはファイバー束端面が組
み合わされる製造方法に依存する。ファイバー束の高損
傷限界値は、不経済な加工操作によって得られる。ファ
イバー束端の研磨および任意に被覆することによって、
好ましくは非反射層を用いて、損傷限界値はかなり上昇
させることができる。はんだづけまたは溶接したファイ
バー束端は、材料の均一性が良いため、それ自体で研磨
および被覆に充分役だつ。材料の価格とともにファイバ
ー束の処理費用は、ファイバー束の価格にたいし支配的
な因子である。
ファイバーの束が得られる。2MW/mm2までの損傷限界を
有するファイバー束が一般的である。実験室では、5MW/
mm2までの損傷限界を有するものが得られ、10MW/mm2お
よびそれ以上の損傷限界を有するものが期待される。フ
ァイバー束の損傷限界値Ｉ（損傷）は、ファイバー束の
損傷なしに、ファイバー束の入力カップリング端が放射
線に暴露し得る最高強度を意味する。その上、Ｉ（損
傷）では、好ましくない非線形光学効果がファイバー束
において期待される強度（限界値）より小さい。これ
は、実際の条件下の場合である。損傷限界値は、使用さ
れる材料およびファイバーまたはファイバー束端面が組
み合わされる製造方法に依存する。ファイバー束の高損
傷限界値は、不経済な加工操作によって得られる。ファ
イバー束端の研磨および任意に被覆することによって、
好ましくは非反射層を用いて、損傷限界値はかなり上昇
させることができる。はんだづけまたは溶接したファイ
バー束端は、材料の均一性が良いため、それ自体で研磨
および被覆に充分役だつ。材料の価格とともにファイバ
ー束の処理費用は、ファイバー束の価格にたいし支配的
な因子である。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、ビーム特性の実質的な損失なしに、す
なわち、標準放射線に比べて放出放射線ビーム積の実質
的な拡大なしに、放射線送信を可能にする高性能放射線
送信に適するファイバー束を見い出すことであり、そこ
で生産支出で決定された損傷限界値を設定すると必要な
材料の使用量を最少にできる。
なわち、標準放射線に比べて放出放射線ビーム積の実質
的な拡大なしに、放射線送信を可能にする高性能放射線
送信に適するファイバー束を見い出すことであり、そこ
で生産支出で決定された損傷限界値を設定すると必要な
材料の使用量を最少にできる。
（課題を解決するための手段） この目的は、コアおよびクラッドからなる複数のマルチ
モード単一ファイバーからなり、ファイバー束末端で接
合された高性能放射線、特に、レーザービーム送信用の
柔軟性ファイバー束において、連続またはパルス時間が
１μｓ以上、光度が105W/（ラド・mm)2〜1.6・108W/
（ラド・mm)2のパルス放射線、およびパルス時間が１μ
ｓ以下、光度が106W/（ラド・mm)2〜８・108W/（ラド・
mm)2のパルスレーザービームに対して、 （ａ）ファイバー束断面積Ab(mm)2が（１ないし６）・P
/I（損傷）［ただし、Ｐは最高放射力（パルスピーク
力）（ワット）、Ｉ（損傷）はファイバー束の損傷限界
値（W/mm2）である。］であり、 （ｂ）ファイバー束のファイバーの開口数NAが（0.5な
いし１）を掛けた係数 ［ただし、θ（ψ）はビーム軸に垂直な角度ψに依存す
る放射線源出力におけるビームのひろがり全角、Ｄ
（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力における角度ψ
の先端を通過するビームのコードおよび／または直径
（mm）、Db（ψ）は角度ψに依存するファイバー束の入
力カップリング端における角度ψの先端を通過するビー
ムのコードおよび／または直径（mm）、開口数は0.05よ
り小さくはなく、0.35よりは大きいことはない。］最高
値であることを特徴とする柔軟性ファイバー束によって
達成される。
モード単一ファイバーからなり、ファイバー束末端で接
合された高性能放射線、特に、レーザービーム送信用の
柔軟性ファイバー束において、連続またはパルス時間が
１μｓ以上、光度が105W/（ラド・mm)2〜1.6・108W/
（ラド・mm)2のパルス放射線、およびパルス時間が１μ
ｓ以下、光度が106W/（ラド・mm)2〜８・108W/（ラド・
mm)2のパルスレーザービームに対して、 （ａ）ファイバー束断面積Ab(mm)2が（１ないし６）・P
/I（損傷）［ただし、Ｐは最高放射力（パルスピーク
力）（ワット）、Ｉ（損傷）はファイバー束の損傷限界
値（W/mm2）である。］であり、 （ｂ）ファイバー束のファイバーの開口数NAが（0.5な
いし１）を掛けた係数 ［ただし、θ（ψ）はビーム軸に垂直な角度ψに依存す
る放射線源出力におけるビームのひろがり全角、Ｄ
（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力における角度ψ
の先端を通過するビームのコードおよび／または直径
（mm）、Db（ψ）は角度ψに依存するファイバー束の入
力カップリング端における角度ψの先端を通過するビー
ムのコードおよび／または直径（mm）、開口数は0.05よ
り小さくはなく、0.35よりは大きいことはない。］最高
値であることを特徴とする柔軟性ファイバー束によって
達成される。
（作用） 連続または１μｓ以上のパルス時間のパルス放射線であ
り、105W/（ラド・mm)2〜1.6・108W/（ラド・mm)2の放
射線光度、およびパルス時間が１μｓ以下、光度が106W
/（ラド・mm)2〜８・108W/（ラド・mm)2の範囲におい
て、ファイバー束断面積Ab(mm2)は（１ないし６）・（P
/I（損傷））［ただし、Ｐは最高放射力（パルスピーク
力）（ワット）およびＩ（損傷）はそれぞれのスペクト
ル領域においてそれぞれのパルス時間を有する放射線に
対するファイバー束の損傷限界値（W/mm2）である。］
に相当する。断面積Abは、もちろん、ビームガイドに有
効なファイバー束の単なる一部分、即ち、放射部を意味
する。放射線に暴露されないファイバー束部分は、不必
要である。ここで、パルス時間はレーザーに特有な値で
あり、レーザーの製造業者によって与えられる値であ
る。また、光度についても同様なことがいえる。光度が
与えられた値よりも低い場合には、ファイバー束の最適
化は必要ないのである（明細書、第９頁第12行〜第10頁
第７行）。逆に、与えられた値よりも大きい場合には、
多くのエネルギーがクラッドおよびファイバー間のガラ
スで充填されたガセット板（gusset）を流れ、ファイバ
ー束を破損する。また、式（１ないし６）・（P/I）に
おいて、１以下の場合にはファイバー束の破壊が生じ、
６以上の場合にはファイバー束の寸法が大きくなり過
ぎ、経済的ではない。ファイバー束ファイバーの開口数
NAは、係数 ［ただし、ψはビーム軸に垂直な角度、θ（ψ）は角度
ψに依存する放射線源出力における放射線のひろがり全
角（ラド）、Ｄ（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力
における角度ψの先端を通過するビームのコードおよび
／または直径（mm）、Db（ψ）は角度ψに依存するファ
イバー束の入力カップリング端における角度ψの先端を
通過するビームのコードおよび／または直径（mm）であ
る。］の最高値に（0.5ないし１）を掛たものであるべ
きである。しかしながら、開口数は、かかる場合に過度
の放射線損失（微小曲率損失）が生ずるので0.05より小
さくなるべきではなく、かつ、かかる場合に所定力送信
がそれ以上ほとんど不可能なので0.35以上になるべきで
はない。開口数の0.24〜0.35の範囲は、（SiO2）コアの
強力なドープによってのみ得られる。しかしながら、こ
のことは、とりわけ、非線形光学効果用に低損傷値を導
びくので、この範囲は放射線の低要求出力範囲において
のみ有効である。開口数には、0.07〜0.18の範囲、特
に、0.07〜0.13の範囲に好ましい。なぜならば、この範
囲において、ほとんど無視できる微小曲率損失で、0.18
〜0.35の範囲よりも低損傷限界値を有するファイバー束
が可能だからである。像および信号伝送用の従来のファ
イバー束において、最高に大きな開口数がファイバーの
全ての場合に目的とされたので、開口数用に低い値を使
用することは、特に、驚くべきことである。
り、105W/（ラド・mm)2〜1.6・108W/（ラド・mm)2の放
射線光度、およびパルス時間が１μｓ以下、光度が106W
/（ラド・mm)2〜８・108W/（ラド・mm)2の範囲におい
て、ファイバー束断面積Ab(mm2)は（１ないし６）・（P
/I（損傷））［ただし、Ｐは最高放射力（パルスピーク
力）（ワット）およびＩ（損傷）はそれぞれのスペクト
ル領域においてそれぞれのパルス時間を有する放射線に
対するファイバー束の損傷限界値（W/mm2）である。］
に相当する。断面積Abは、もちろん、ビームガイドに有
効なファイバー束の単なる一部分、即ち、放射部を意味
する。放射線に暴露されないファイバー束部分は、不必
要である。ここで、パルス時間はレーザーに特有な値で
あり、レーザーの製造業者によって与えられる値であ
る。また、光度についても同様なことがいえる。光度が
与えられた値よりも低い場合には、ファイバー束の最適
化は必要ないのである（明細書、第９頁第12行〜第10頁
第７行）。逆に、与えられた値よりも大きい場合には、
多くのエネルギーがクラッドおよびファイバー間のガラ
スで充填されたガセット板（gusset）を流れ、ファイバ
ー束を破損する。また、式（１ないし６）・（P/I）に
おいて、１以下の場合にはファイバー束の破壊が生じ、
６以上の場合にはファイバー束の寸法が大きくなり過
ぎ、経済的ではない。ファイバー束ファイバーの開口数
NAは、係数 ［ただし、ψはビーム軸に垂直な角度、θ（ψ）は角度
ψに依存する放射線源出力における放射線のひろがり全
角（ラド）、Ｄ（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力
における角度ψの先端を通過するビームのコードおよび
／または直径（mm）、Db（ψ）は角度ψに依存するファ
イバー束の入力カップリング端における角度ψの先端を
通過するビームのコードおよび／または直径（mm）であ
る。］の最高値に（0.5ないし１）を掛たものであるべ
きである。しかしながら、開口数は、かかる場合に過度
の放射線損失（微小曲率損失）が生ずるので0.05より小
さくなるべきではなく、かつ、かかる場合に所定力送信
がそれ以上ほとんど不可能なので0.35以上になるべきで
はない。開口数の0.24〜0.35の範囲は、（SiO2）コアの
強力なドープによってのみ得られる。しかしながら、こ
のことは、とりわけ、非線形光学効果用に低損傷値を導
びくので、この範囲は放射線の低要求出力範囲において
のみ有効である。開口数には、0.07〜0.18の範囲、特
に、0.07〜0.13の範囲に好ましい。なぜならば、この範
囲において、ほとんど無視できる微小曲率損失で、0.18
〜0.35の範囲よりも低損傷限界値を有するファイバー束
が可能だからである。像および信号伝送用の従来のファ
イバー束において、最高に大きな開口数がファイバーの
全ての場合に目的とされたので、開口数用に低い値を使
用することは、特に、驚くべきことである。
ビーム値に対してほぼ回転対称なビームプロフィールを
有し、放射線のほぼ回転対称角分布を有するビームに対
して、ファイバーの開口数NA用の式は、前記係数 が一定、即ち、角度ψに独立なので単純化される。ファ
イバー束の入力カップリング端におけるビームプロフィ
ールが円形なので、次式 Db＝（（4/π）・Ab)1/2＝1.13Ab 1/2［ただし、ビーム
断面積Abはmm2の単位で、ビーム直径Dbはmmの単位であ
る。］が使用できる。このように、ファイバー束のファ
イバーの開口数は、（0.44ないし0.89）・θ・D/Ab 1/2
［ただし、θは放射線源出力における放射線のひろがり
全角（ラド）、Ｄは放射線源出力におけるビーム直径
（mm）、およびAbはファイバー束の計算された断面積
（mm2）を表す。また、この範囲において、0.89・θ・D
/Ab 1/2より大きい場合にはビーム特性が悪くなり、0.5
・θ・D/Ab 1/2より小さい場合には多くのエネルギーが
クラッドおよびガセット板を流れるのでファイバー束が
破壊する。」と補正する。
有し、放射線のほぼ回転対称角分布を有するビームに対
して、ファイバーの開口数NA用の式は、前記係数 が一定、即ち、角度ψに独立なので単純化される。ファ
イバー束の入力カップリング端におけるビームプロフィ
ールが円形なので、次式 Db＝（（4/π）・Ab)1/2＝1.13Ab 1/2［ただし、ビーム
断面積Abはmm2の単位で、ビーム直径Dbはmmの単位であ
る。］が使用できる。このように、ファイバー束のファ
イバーの開口数は、（0.44ないし0.89）・θ・D/Ab 1/2
［ただし、θは放射線源出力における放射線のひろがり
全角（ラド）、Ｄは放射線源出力におけるビーム直径
（mm）、およびAbはファイバー束の計算された断面積
（mm2）を表す。また、この範囲において、0.89・θ・D
/Ab 1/2より大きい場合にはビーム特性が悪くなり、0.5
・θ・D/Ab 1/2より小さい場合には多くのエネルギーが
クラッドおよびガセット板を流れるのでファイバー束が
破壊する。」と補正する。
（４）第20頁第10行 「定数である。」を 「定数である。高出力レーザーは、マルチモードであ
る。よって、ファイバーはマルチモードで伝送しなけれ
ばならない。もし、ファイバーのコア直径が0,8・λ/NA
よりも小さい場合にはファイバーはモノモードとなる。
したがって、マルチモードで伝送するためには、ファイ
バーのコア直径は0,8・λ/NAよりも大きいことが必要で
ある。］と計算される。
る。よって、ファイバーはマルチモードで伝送しなけれ
ばならない。もし、ファイバーのコア直径が0,8・λ/NA
よりも小さい場合にはファイバーはモノモードとなる。
したがって、マルチモードで伝送するためには、ファイ
バーのコア直径は0,8・λ/NAよりも大きいことが必要で
ある。］と計算される。
もしビームが、放射線源の出力において、ビーム軸に垂
直な各方向に異なる角分布を示せば、即ち、放射線の角
分布が回転対称でなければ、ある状況下で、ファイバー
束の開口数は、放射線の最高角によって決定される（ビ
ーム軸に直角な空間方向に依存する）。かかる場合にお
いて、伝送は、最小角を有する方向の放射線特性を減少
し得る。このため、ファイバー束へカップリングされる
ビームは、放射線がビーム軸にほぼ回転対称である角分
布を有するファイバー束へカップリングし得る方法で、
好適な光学系（例えば、歪像的オプチックスおよび／ま
たは円柱状レンズ）によっで変形されることが好まし
い。このことは、ファイバー束へカップリングされるビ
ームが非円形ビームプロフィールを有することを許容す
る可能な価格でなされる。
直な各方向に異なる角分布を示せば、即ち、放射線の角
分布が回転対称でなければ、ある状況下で、ファイバー
束の開口数は、放射線の最高角によって決定される（ビ
ーム軸に直角な空間方向に依存する）。かかる場合にお
いて、伝送は、最小角を有する方向の放射線特性を減少
し得る。このため、ファイバー束へカップリングされる
ビームは、放射線がビーム軸にほぼ回転対称である角分
布を有するファイバー束へカップリングし得る方法で、
好適な光学系（例えば、歪像的オプチックスおよび／ま
たは円柱状レンズ）によっで変形されることが好まし
い。このことは、ファイバー束へカップリングされるビ
ームが非円形ビームプロフィールを有することを許容す
る可能な価格でなされる。
ファイバー束は、本質的に同じコア直径Dkを有するファ
イバーからなるべきである。コア直径は、所定曲げ半径
Ｒを有し、問題なくファイバーが曲げ得る太さであるこ
とが好ましい。即ち、ファイバーコア直径が最大である
べきである。このことは、同様に、ファイバー外径は最
大になり、ファイバー束に必要なファイバー数は最小で
あることを保証する。ファイバー束におけるファイバー
数を最少にすることによって、個々のファイバーの良好
な機械的強度は、ファイバー束生産におけるかなりな単
純化とともに得られる。この要求は、コア直径Dk（mm）
が式Dk＝NA2・ｂ・Ｒ［ただし、NAは開口数、Ｒは個々
のファイバーの所定の最小曲げ半径（mm）、ｂは0.03〜
0.24、好ましくは、0.06〜0.18の間の定数である。］で
得られれば、達成される。
イバーからなるべきである。コア直径は、所定曲げ半径
Ｒを有し、問題なくファイバーが曲げ得る太さであるこ
とが好ましい。即ち、ファイバーコア直径が最大である
べきである。このことは、同様に、ファイバー外径は最
大になり、ファイバー束に必要なファイバー数は最小で
あることを保証する。ファイバー束におけるファイバー
数を最少にすることによって、個々のファイバーの良好
な機械的強度は、ファイバー束生産におけるかなりな単
純化とともに得られる。この要求は、コア直径Dk（mm）
が式Dk＝NA2・ｂ・Ｒ［ただし、NAは開口数、Ｒは個々
のファイバーの所定の最小曲げ半径（mm）、ｂは0.03〜
0.24、好ましくは、0.06〜0.18の間の定数である。］で
得られれば、達成される。
さらに、ファイバー用クラッド厚を最適化するためにも
有効である。安全なビームガイドを保証するために、ク
ラッド厚（mm）は、それは数個のクラッド層からなって
もよいが、0.05・λ/NA［ただし、NAはファイバーの開
口数、λは送信される放射線の波長（mm）を表わす。］
より大であるべきである。0.05mmより大きいクラッドの
より大きい厚さは、一般に必要でない。かかる大きな厚
みは、ビームガイドにそれ以上貢献せず、むしろファイ
バー曲げ半径の減少を導びく。クラッド厚の相対的に広
い範囲は、ファイバークラッド厚がファイバー環境によ
って示される特性（例えば、冷却媒体）、ファイバーが
曲がる大きさ、および束のなかに位置する均一性に依存
するという事実から生ずる。
有効である。安全なビームガイドを保証するために、ク
ラッド厚（mm）は、それは数個のクラッド層からなって
もよいが、0.05・λ/NA［ただし、NAはファイバーの開
口数、λは送信される放射線の波長（mm）を表わす。］
より大であるべきである。0.05mmより大きいクラッドの
より大きい厚さは、一般に必要でない。かかる大きな厚
みは、ビームガイドにそれ以上貢献せず、むしろファイ
バー曲げ半径の減少を導びく。クラッド厚の相対的に広
い範囲は、ファイバークラッド厚がファイバー環境によ
って示される特性（例えば、冷却媒体）、ファイバーが
曲がる大きさ、および束のなかに位置する均一性に依存
するという事実から生ずる。
ファイバーは、その直径が大きければ、ファイバー束中
にゆるく置かれ、張力および曲げ剛性は充分に大きく、
ファイバー束をなすファイバーの破損を排除する。この
型の配列のファイバー束は、簡便に製造し得る。この型
の配列の他の利益は、ファイバー束のファイバーがそれ
自体で充分に冷却効果を導くことにある。この配列にお
いて、安全なビームガイドを保証するために、ファイバ
ークラッド厚（mm）は、0.1・λ/NA［ただし、NAはファ
イバーの開口数、λは送信される放射線の波長（mm）を
表わす。］より大であるべきである。
にゆるく置かれ、張力および曲げ剛性は充分に大きく、
ファイバー束をなすファイバーの破損を排除する。この
型の配列のファイバー束は、簡便に製造し得る。この型
の配列の他の利益は、ファイバー束のファイバーがそれ
自体で充分に冷却効果を導くことにある。この配列にお
いて、安全なビームガイドを保証するために、ファイバ
ークラッド厚（mm）は、0.1・λ/NA［ただし、NAはファ
イバーの開口数、λは送信される放射線の波長（mm）を
表わす。］より大であるべきである。
ファイバー束にゆるく配設されたファイバーの場合に、
特に、ファイバーの開口数および／または曲げ剛性が小
であれば、大きな微小曲率損失が生ずる。かかる場合、
好ましい方法でファイバー束内のファイバーを保護する
ことは効果的である。ファイバー束内の光ファイバーを
保護する装置は、従来技術の状態に係るものである。好
ましくは、ファイバー束は、全長に沿って溶融すべきで
ある。溶融ファイバー束としての実施態様は、ファイバ
ー束断面積Abが約４mm2より小さく、もしくはファイバ
ー束の曲げ剛性が技術的に適用できる程大きければ、利
用し得る。溶融ファイバー束において、ファイバーが互
いに保持されるので、微小曲率損失を導くファイバーの
曲げが減少する。この実施態様の他の利益は、付加的な
ビーム保護効果が溶融ファイバー束内のファイバーの緻
密充填から生ずる。ファイバー束のファイバーを離れる
放射線は、隣接するファイバーの１つによって捕獲され
る。もし放射線の「クロスオーバーカップリング」がフ
ァイバー間で生ずれば、送信放射線特性は、若干損なわ
れるが、放射線損失はなく、または、ほんの無視できる
部分的な損失にすぎない。したがって、この実施態様に
おいて、ファイバークラッド厚の最小値が必要である。
溶融ファイバー束を製造する方法は、公知である。
特に、ファイバーの開口数および／または曲げ剛性が小
であれば、大きな微小曲率損失が生ずる。かかる場合、
好ましい方法でファイバー束内のファイバーを保護する
ことは効果的である。ファイバー束内の光ファイバーを
保護する装置は、従来技術の状態に係るものである。好
ましくは、ファイバー束は、全長に沿って溶融すべきで
ある。溶融ファイバー束としての実施態様は、ファイバ
ー束断面積Abが約４mm2より小さく、もしくはファイバ
ー束の曲げ剛性が技術的に適用できる程大きければ、利
用し得る。溶融ファイバー束において、ファイバーが互
いに保持されるので、微小曲率損失を導くファイバーの
曲げが減少する。この実施態様の他の利益は、付加的な
ビーム保護効果が溶融ファイバー束内のファイバーの緻
密充填から生ずる。ファイバー束のファイバーを離れる
放射線は、隣接するファイバーの１つによって捕獲され
る。もし放射線の「クロスオーバーカップリング」がフ
ァイバー間で生ずれば、送信放射線特性は、若干損なわ
れるが、放射線損失はなく、または、ほんの無視できる
部分的な損失にすぎない。したがって、この実施態様に
おいて、ファイバークラッド厚の最小値が必要である。
溶融ファイバー束を製造する方法は、公知である。
接合保護鞘でファイバー束のファイバーを囲むことがさ
らに常套手段である。さらに、保護鞘またはファイバー
束が、さらにファイバーまたはファイバー束の冷却用成
分を含有することも可能である。好ましくは、実質的に
ファイバーに平行に延び、かつ、ファイバーに関する十
分な熱（熱伝導）定数を有する冷却剤導管がそこに含ま
れ、そこでファイバーと十分な熱（熱移動）との接触
は、好適な移動媒体、例えば、冷却媒をファイバー束内
に流すことによって得られる。保護鞘は、さらに、束の
意図的、かつ、安全な操作を保証する他成分を含有し得
る。これらの成分は、ファイバーのかなりの破損から解
放される放射線に対応する漏洩放射線デテクターを含有
することが好ましい。また、電気的または光学的信号系
は、例えば、ファイバーカップリングが正常条件でのみ
放射線源における好適な装置が放射線放出を許容するこ
とによって含まれる。
らに常套手段である。さらに、保護鞘またはファイバー
束が、さらにファイバーまたはファイバー束の冷却用成
分を含有することも可能である。好ましくは、実質的に
ファイバーに平行に延び、かつ、ファイバーに関する十
分な熱（熱伝導）定数を有する冷却剤導管がそこに含ま
れ、そこでファイバーと十分な熱（熱移動）との接触
は、好適な移動媒体、例えば、冷却媒をファイバー束内
に流すことによって得られる。保護鞘は、さらに、束の
意図的、かつ、安全な操作を保証する他成分を含有し得
る。これらの成分は、ファイバーのかなりの破損から解
放される放射線に対応する漏洩放射線デテクターを含有
することが好ましい。また、電気的または光学的信号系
は、例えば、ファイバーカップリングが正常条件でのみ
放射線源における好適な装置が放射線放出を許容するこ
とによって含まれる。
各ファイバーは、ファイバー束の入力カップリング端と
出力カップリング端を接合する。その端において、ファ
イバーは、それ自体公知の方法で接合されることが好ま
しい。はんだづけまたは溶接されることが好ましい。フ
ァイバー束端は、一般に、さらに金属またはガラスの鞘
に入れられる。ファイバー束端面におけるファイバーの
接合は、従来の技術に属する。
出力カップリング端を接合する。その端において、ファ
イバーは、それ自体公知の方法で接合されることが好ま
しい。はんだづけまたは溶接されることが好ましい。フ
ァイバー束端は、一般に、さらに金属またはガラスの鞘
に入れられる。ファイバー束端面におけるファイバーの
接合は、従来の技術に属する。
例えば、西ドイツ特許第2,630,730号には、端面におけ
るファイバー間の空間（ガゼット）をどのように広範囲
に除去するかが記載されている。このため、ファイバー
束端は、加熱されそして放射状に圧縮される。
るファイバー間の空間（ガゼット）をどのように広範囲
に除去するかが記載されている。このため、ファイバー
束端は、加熱されそして放射状に圧縮される。
また、西ドイツ特許第3,247,500号には、ファイバー束
端を溶融し、そしてそれらを耐熱性を与えることが記載
されている。このため、利用される材料は、ファイバー
束端の外部から内部へ減少する熱膨張係数を示すものを
選択すべきである。
端を溶融し、そしてそれらを耐熱性を与えることが記載
されている。このため、利用される材料は、ファイバー
束端の外部から内部へ減少する熱膨張係数を示すものを
選択すべきである。
端面を処理する従来法の不利益の１つは、多くのまたは
細いファイバーからなるファイバー束の場合、ファイバ
ーが入力カップリング端に、常に、いくぶん不規則に配
置され、その結果放射損失を受けることにある。その損
失は、ファイバーがファイバー束端を接合する前に個々
に配設され、その後、その位置が接合ステップの間に調
節されれば減少できる。このことは、単に少量の厚いフ
ァイバーが利用されれば、悪くない支出で可能である。
このため、最高に太いファイバーがファイバー束用に使
用し得る。
細いファイバーからなるファイバー束の場合、ファイバ
ーが入力カップリング端に、常に、いくぶん不規則に配
置され、その結果放射損失を受けることにある。その損
失は、ファイバーがファイバー束端を接合する前に個々
に配設され、その後、その位置が接合ステップの間に調
節されれば減少できる。このことは、単に少量の厚いフ
ァイバーが利用されれば、悪くない支出で可能である。
このため、最高に太いファイバーがファイバー束用に使
用し得る。
ファイバー束端を処理する既知方法の他の実質的な欠点
は、ファイバー全断面積に対するコア面積の割合がファ
イバー束の入力端に対して実質的に定数であることにあ
る。入力カップリング端におけるファイバー端面が放射
線に均一に暴露されれば、放射線がコア断面表面積に当
る割合だけが捕獲され、かつ、通過する。クラッド断面
積に当る放射線の割合は、入力カップリング損失と称さ
れ、熱エネルギーに変換され、ファイバー束の損傷に結
びつく。熱の発生が余りにも大きければ、入力カップリ
ング端は冷却し得るが、クラッドの入力カップリング端
全体または部分のファイバーを取り除くことが特に有効
である。
は、ファイバー全断面積に対するコア面積の割合がファ
イバー束の入力端に対して実質的に定数であることにあ
る。入力カップリング端におけるファイバー端面が放射
線に均一に暴露されれば、放射線がコア断面表面積に当
る割合だけが捕獲され、かつ、通過する。クラッド断面
積に当る放射線の割合は、入力カップリング損失と称さ
れ、熱エネルギーに変換され、ファイバー束の損傷に結
びつく。熱の発生が余りにも大きければ、入力カップリ
ング端は冷却し得るが、クラッドの入力カップリング端
全体または部分のファイバーを取り除くことが特に有効
である。
クラッドは、ファイバー束端の接合前にエッチングによ
って除くことが望ましい。エッチングによってファイバ
ークラッドから材料を除く方法は、公知である。これら
の方法における特別な利益は、ファイバークラッドが制
御された方法で円錐形にエッチングされ、そしてこの方
法において“ソフター”、即ち、より損失のない変化
は、入力カップリング端において達成される。コアのわ
ずかなエッチングは、この方法において必ずしも避ける
べきとは限らない。
って除くことが望ましい。エッチングによってファイバ
ークラッドから材料を除く方法は、公知である。これら
の方法における特別な利益は、ファイバークラッドが制
御された方法で円錐形にエッチングされ、そしてこの方
法において“ソフター”、即ち、より損失のない変化
は、入力カップリング端において達成される。コアのわ
ずかなエッチングは、この方法において必ずしも避ける
べきとは限らない。
ファイバー束の入力カップリング端におけるファイバー
クラッド材料を除く他の好適な方法は、ファイバークラ
ッド材料がファイバーコアよりも速く軟化するようにフ
ァイバーコアおよびファイバークラッド用材料を選択す
ることである。ファイバー束端の接合の間、ファイバー
は適度に加熱され、そしてファイバー束端はファイバー
クラッド材料がファイバー束端から絞るように放射上に
圧縮される。この場合に、単位面積当り稠密な充填系の
ファイバー端のプラスチック変形も行なわれる。しかし
ながら、ファイバーコアの変形は、ファイバーコア断面
積が減少するまで進めるべきではない。
クラッド材料を除く他の好適な方法は、ファイバークラ
ッド材料がファイバーコアよりも速く軟化するようにフ
ァイバーコアおよびファイバークラッド用材料を選択す
ることである。ファイバー束端の接合の間、ファイバー
は適度に加熱され、そしてファイバー束端はファイバー
クラッド材料がファイバー束端から絞るように放射上に
圧縮される。この場合に、単位面積当り稠密な充填系の
ファイバー端のプラスチック変形も行なわれる。しかし
ながら、ファイバーコアの変形は、ファイバーコア断面
積が減少するまで進めるべきではない。
微小円形ビームプロフィールを有する放射線でさえも、
対応する入力カップリング端の設計によって、前記特性
を有するファイバー束にカップリングされ、そして送信
される。しかしながら、入力カップリング端が円形断面
であるファイバー束が、例えば、六角形または長円形の
プロフィールを有する放射線の送信に利用されると、こ
のことは必要とするよりもファイバー束の製造に多量の
材料を浪費する価格となる。したがって、下記方法にお
いて入力カップリング端断面プロフィールは、カップリ
ングされる放射線のビームプロフィールと対応形とする
ことが好ましい。
対応する入力カップリング端の設計によって、前記特性
を有するファイバー束にカップリングされ、そして送信
される。しかしながら、入力カップリング端が円形断面
であるファイバー束が、例えば、六角形または長円形の
プロフィールを有する放射線の送信に利用されると、こ
のことは必要とするよりもファイバー束の製造に多量の
材料を浪費する価格となる。したがって、下記方法にお
いて入力カップリング端断面プロフィールは、カップリ
ングされる放射線のビームプロフィールと対応形とする
ことが好ましい。
ファイバー束の助けで、同様に、簡単な方法で開口部を
変化させることができる。即ち、放射線出口において、
放射線入口におけるものとは異なる断面プロフィールを
簡単に生じさせることができる。開口部の変形は、ファ
イバー束入力カップリング端の断面プロフィールをカッ
プリングされる放射線のビームプロフィールと対応さ
せ、および／またはファイバー束出力カップリング端の
断面を消費者の要求するものに対応させることによって
達成される。このため、ファイバー束端のファイバー
は、接合および／またははんだ付けまたは溶接される前
に、端の所定の幾何学的な配置に対応させるように配設
されるべきであり、および／または端における加熱およ
び軟化ファイバーは、はんだ付けまたは溶接操作の間、
所定の幾何学的形体にプレスされるべきである。
変化させることができる。即ち、放射線出口において、
放射線入口におけるものとは異なる断面プロフィールを
簡単に生じさせることができる。開口部の変形は、ファ
イバー束入力カップリング端の断面プロフィールをカッ
プリングされる放射線のビームプロフィールと対応さ
せ、および／またはファイバー束出力カップリング端の
断面を消費者の要求するものに対応させることによって
達成される。このため、ファイバー束端のファイバー
は、接合および／またははんだ付けまたは溶接される前
に、端の所定の幾何学的な配置に対応させるように配設
されるべきであり、および／または端における加熱およ
び軟化ファイバーは、はんだ付けまたは溶接操作の間、
所定の幾何学的形体にプレスされるべきである。
さらに、開口部の変形は、下記の１方法でファイバーを
ファイバー束へ再分配することによってなされる。放射
線源が不均一なビームプロフィールで放出し、ビーム中
心に最高強度を有するプロフィールが実際の使用に必要
な場合に、放射線強度の高い値を有する入力カップリン
グの位置からのファイバーは、出力カップリング端にお
いて中心に近い位置で終り、強度の低い値を有する部位
から生ずるファイバーは出力カップリング端において縁
に近い位置で終る。放射線源が不均一なビームプロフィ
ールを有する放射線を放出し、最高に均一な強度が実際
の使用に必要ならば、放射線強度の高い値を有する入力
端の位置から生じるファイバーおよび低強度の位置から
生じるファイバーは出力端において均一に分配される。
放射線源がほぼ均質なビームプロフィールを有する放射
線を放出し、そしてビーム中心において最高強度を有す
る不均質プロフィールが実際の使用に必要ならば、ファ
イバー束のファイバーは位置依存性密度を有する出力カ
ップリング端に配設され、ファイバー密度は出力カップ
リング端周辺に向って減少し、出力カップリング端にお
けるファイバーの位置はスペーサー要素によって固定さ
れる。前の実施例の変形は、特に、スペーサー要素がフ
ァイバー束のファイバーとはんだ付けまたは溶接し得る
ファイバー（フィラーファイバー）材料からなることに
ある。いわゆるフィラーファイバーは、例えば、出力カ
ップリング側に分散された一部の放射線を捕獲し、そし
てこの放射線を検出器および分析器に導入することによ
って、出力カップリング側における放射線束、成分の条
件または適合性を監視し得る。フィラーファイバーは、
低出力電磁線を、好ましくは、可視スペクトル域内で、
出力カップリング側の成分の条件または適合性を研究す
ることによって、ファイバー束の出力端へ送ることに役
だつ。
ファイバー束へ再分配することによってなされる。放射
線源が不均一なビームプロフィールで放出し、ビーム中
心に最高強度を有するプロフィールが実際の使用に必要
な場合に、放射線強度の高い値を有する入力カップリン
グの位置からのファイバーは、出力カップリング端にお
いて中心に近い位置で終り、強度の低い値を有する部位
から生ずるファイバーは出力カップリング端において縁
に近い位置で終る。放射線源が不均一なビームプロフィ
ールを有する放射線を放出し、最高に均一な強度が実際
の使用に必要ならば、放射線強度の高い値を有する入力
端の位置から生じるファイバーおよび低強度の位置から
生じるファイバーは出力端において均一に分配される。
放射線源がほぼ均質なビームプロフィールを有する放射
線を放出し、そしてビーム中心において最高強度を有す
る不均質プロフィールが実際の使用に必要ならば、ファ
イバー束のファイバーは位置依存性密度を有する出力カ
ップリング端に配設され、ファイバー密度は出力カップ
リング端周辺に向って減少し、出力カップリング端にお
けるファイバーの位置はスペーサー要素によって固定さ
れる。前の実施例の変形は、特に、スペーサー要素がフ
ァイバー束のファイバーとはんだ付けまたは溶接し得る
ファイバー（フィラーファイバー）材料からなることに
ある。いわゆるフィラーファイバーは、例えば、出力カ
ップリング側に分散された一部の放射線を捕獲し、そし
てこの放射線を検出器および分析器に導入することによ
って、出力カップリング側における放射線束、成分の条
件または適合性を監視し得る。フィラーファイバーは、
低出力電磁線を、好ましくは、可視スペクトル域内で、
出力カップリング側の成分の条件または適合性を研究す
ることによって、ファイバー束の出力端へ送ることに役
だつ。
入力カップリング側の多重送信は、分離入力端を有する
数個のファイバー束を接合束に結合することによって達
成され、そこで分離放射線源の放射線はファイバー束の
入力端において接合される。この配列の利益は、高放射
力が単一放射線源が送信可能な出力よりも組み合せファ
イバー束において得られ、放射線源がパルスモードで操
作されれば、高放射線力が単一放射線源が放出可能な平
均時間以上に接合ファイバー束において得られ、または
放射線源が接合ファイバー束において低反復速度（再現
速度）のパルス形で作動すれば、放射線の高パルス周波
数が有力であり、その結果高作動速度がある実際の使用
で可能である、ことにある。妨害物または使用による放
射線源の減量の場合に、多重送信特性は、全系の機能効
率を保証し得る。放射線源の数が十分に多い場合におい
て、接合ファイバー束の放射出力は、放射線源の不十分
さのため、全放射線に対する放射線源の割合に対応して
低下する。
数個のファイバー束を接合束に結合することによって達
成され、そこで分離放射線源の放射線はファイバー束の
入力端において接合される。この配列の利益は、高放射
力が単一放射線源が送信可能な出力よりも組み合せファ
イバー束において得られ、放射線源がパルスモードで操
作されれば、高放射線力が単一放射線源が放出可能な平
均時間以上に接合ファイバー束において得られ、または
放射線源が接合ファイバー束において低反復速度（再現
速度）のパルス形で作動すれば、放射線の高パルス周波
数が有力であり、その結果高作動速度がある実際の使用
で可能である、ことにある。妨害物または使用による放
射線源の減量の場合に、多重送信特性は、全系の機能効
率を保証し得る。放射線源の数が十分に多い場合におい
て、接合ファイバー束の放射出力は、放射線源の不十分
さのため、全放射線に対する放射線源の割合に対応して
低下する。
出力カップリング側の多重送信は、ファイバー束を数個
の少ファイバー束またはそれぞれの消費者へ導くファイ
バーへ分割することによって達成される。この配列の利
益は、１または数個の高出力放射線原からの放射線が同
時に数人の消費者に供給され、放射線源の増進された開
発が可能であることにある。
の少ファイバー束またはそれぞれの消費者へ導くファイ
バーへ分割することによって達成される。この配列の利
益は、１または数個の高出力放射線原からの放射線が同
時に数人の消費者に供給され、放射線源の増進された開
発が可能であることにある。
双方多重送信（入力および出力カップリング端）は、数
個のあらかじめ分離したファイバー束を、入力カップリ
ング端において放射線源を与えれば、再び、数ファイバ
ー束または出力カップリング端においてそれぞれの消費
者へ導く個々のファイバーに分離されるファイバー束に
接合することによって得られる。この配列の利益は、例
えば、妨害物または使用による放射線源の失敗の場合
に、全系の機能状態は保証されることである。十分な数
の放射線源があれば、出力カップリング端における放射
力は、放射線源が不活性化すると実質的内容がなく低下
する。
個のあらかじめ分離したファイバー束を、入力カップリ
ング端において放射線源を与えれば、再び、数ファイバ
ー束または出力カップリング端においてそれぞれの消費
者へ導く個々のファイバーに分離されるファイバー束に
接合することによって得られる。この配列の利益は、例
えば、妨害物または使用による放射線源の失敗の場合
に、全系の機能状態は保証されることである。十分な数
の放射線源があれば、出力カップリング端における放射
力は、放射線源が不活性化すると実質的内容がなく低下
する。
（実施例） 実施例 銅蒸着レーザー放射線（511および578nmの波長）が、送
信される。そのレーザーは、約100W、円形ビームプロフ
ィール、ビーム軸に対して回転対称である放射線の角分
布、および約0.1ラド・mmのビーム特性（ビーム積）の
メジアン力を有する。レーザーの反復速度は約6KHz、パ
ルス時間は約20ns、このようにピーク出力は約1MWと計
算され、光度は約Ｌ108W/（ｍラド・mm)2と計算し得
る。ファイバー束は、100mmの最小曲げ半径Ｒを有すべ
きである。この放射線送信に、高損傷限界値を有するフ
ァイバー束のみが利用し得る。3MW/mm2の損傷限界値を
有するファイバー束は、ファイバー材料（高純度シリカ
ガラス）および入力カップリング端の処理（ファイバー
の溶接、研磨、および反反射被覆）の適切な選択によっ
て使用される。ファイバー束断面積Ab(mm2)は、式Ab＝
1.3・（P/I（損傷））にしたがって0.43mm2と計算され
る。因子1.3は、ファイバー束の調整中に耐性を増加さ
せるために1.0の上限の代りに選択された。開口数NA
は、式NA＝0.51・（θ・Ｄ）／Ab 1/2にしたがって0.078
と計算し得る。Dk＝NA2・ｂ・Ｒ［ただし、ｂ＝0.12で
ある。］にしたがって0.073mmの直径がコア直径Dkとし
て得られ、0.0015mmの厚みは、式λ/NA［ただし、λ＝5
78nmである。］によってクラッド厚みとして計算し得
る。安全のため、厚み0.002が利用される。このため、
単一ファイバーの全直径Dmは、0.077mmである。ファイ
バー束のファイバー数は、このように約90と計算し得
る。小数であれば、ファイバーは手製で調整され、人手
で配設される。入力カップリング効率、ファイバー束端
に入る放射線の割合、即ち、コアによって捕獲される割
合は、式(Dk/Dm)2にしたがって約0.90であり、即ち、約
10％、放射力の10Wがファイバークラッドのカップリン
グ加工の間に失われる。ファイバー束端の好ましい反反
射特性があり、ファイバー材料の放射線の減衰（SiO2フ
ァイバーの場合夫々のスペクトル範囲において約20dB/k
m）が無視できれば、約90％までの入力カップリング効
率が得られる。ファイバークラッドがファイバー端にお
いて約0.5〜2cmの長さで円錐エッチングによって除去さ
れれば、入力カップリング効率が高められ、それによっ
て伝送効率は99％まで高められる。
信される。そのレーザーは、約100W、円形ビームプロフ
ィール、ビーム軸に対して回転対称である放射線の角分
布、および約0.1ラド・mmのビーム特性（ビーム積）の
メジアン力を有する。レーザーの反復速度は約6KHz、パ
ルス時間は約20ns、このようにピーク出力は約1MWと計
算され、光度は約Ｌ108W/（ｍラド・mm)2と計算し得
る。ファイバー束は、100mmの最小曲げ半径Ｒを有すべ
きである。この放射線送信に、高損傷限界値を有するフ
ァイバー束のみが利用し得る。3MW/mm2の損傷限界値を
有するファイバー束は、ファイバー材料（高純度シリカ
ガラス）および入力カップリング端の処理（ファイバー
の溶接、研磨、および反反射被覆）の適切な選択によっ
て使用される。ファイバー束断面積Ab(mm2)は、式Ab＝
1.3・（P/I（損傷））にしたがって0.43mm2と計算され
る。因子1.3は、ファイバー束の調整中に耐性を増加さ
せるために1.0の上限の代りに選択された。開口数NA
は、式NA＝0.51・（θ・Ｄ）／Ab 1/2にしたがって0.078
と計算し得る。Dk＝NA2・ｂ・Ｒ［ただし、ｂ＝0.12で
ある。］にしたがって0.073mmの直径がコア直径Dkとし
て得られ、0.0015mmの厚みは、式λ/NA［ただし、λ＝5
78nmである。］によってクラッド厚みとして計算し得
る。安全のため、厚み0.002が利用される。このため、
単一ファイバーの全直径Dmは、0.077mmである。ファイ
バー束のファイバー数は、このように約90と計算し得
る。小数であれば、ファイバーは手製で調整され、人手
で配設される。入力カップリング効率、ファイバー束端
に入る放射線の割合、即ち、コアによって捕獲される割
合は、式(Dk/Dm)2にしたがって約0.90であり、即ち、約
10％、放射力の10Wがファイバークラッドのカップリン
グ加工の間に失われる。ファイバー束端の好ましい反反
射特性があり、ファイバー材料の放射線の減衰（SiO2フ
ァイバーの場合夫々のスペクトル範囲において約20dB/k
m）が無視できれば、約90％までの入力カップリング効
率が得られる。ファイバークラッドがファイバー端にお
いて約0.5〜2cmの長さで円錐エッチングによって除去さ
れれば、入力カップリング効率が高められ、それによっ
て伝送効率は99％まで高められる。
（発明の効果） 本発明の光ファイバー束によれば、ビーム特性の実質的
な損失なしに放射線送信に適するファイバー束を提供す
ることが可能となる。
な損失なしに放射線送信に適するファイバー束を提供す
ることが可能となる。
Claims (7)
- 【請求項１】コアおよびクラッドからなる複数のマルチ
モード単一ファイバーからなり、ファイバー束末端で接
合された高性能放射線、特に、レーザービーム送信用の
柔軟性ファイバー束において、連続またはパルス時間が
１μｓ以上、光度が105W/（ラド・mm)2〜1.6・108W/
（ラド・mm)2のパルス放射線、およびパルス時間が１μ
ｓ以下、光度が106W/（ラド・mm)2〜８・108W/（ラド・
mm)2のパルスレーザービームに対して、 （ａ）ファイバー束断面積Ab(mm)2が（１ないし６）・P
/I（損傷）［ただし、Ｐは最高放射力（パルスピーク
力）（ワット）、Ｉ（損傷）はファイバー束の損傷限界
値（W/mm2）である。］であり、 （ｂ）ファイバー束のファイバーの開口数NAが（0.5な
いし１）と係数 ［ただし、θ（ψ）はビーム軸に垂直な角度ψに依存す
る放射線源出力におけるビームのひろがり全角、Ｄ
（ψ）は角度ψに依存する放射線源出力における角度ψ
の先端を通過するビームのコードおよび／または直径
（mm）、Db（ψ）は角度ψに依存するファイバー束の入
力カップリング端における角度ψの先端を通過するビー
ムのコードおよび／または直径（mm）、開口数は0.05よ
り小さくはなく、0.35よりは大きいことはない。］の最
高値を掛けた値であることを特徴とする柔軟性ファイバ
ー束。 - 【請求項２】開口数は0.07〜0.18である特許請求の範囲
第１項に記載のファイバー束。 - 【請求項３】ファイバー束のファイバーコア直径はDk＝
NA2・ｂ・Ｒ［ただし、NAは開口数、Ｒは所定の最小曲
げ半径（mm）およびｂは0.03〜0.24の間の定数であ
る。］であり、0.8・λ/NAよりも大きい（ここで、λは
送信される放射線の波長（mm）、NAはファイバーの開口
数を示す。）特許請求の範囲第１項または第２項に記載
のファイバー束。 - 【請求項４】ファイバークラッドの厚み（mm）は0.05・
λ/NAよりも大きいが0.05mmより小さい［ただし、λは
送信される放射線の波長（mm）、NAはファイバーの開口
数を示す。］特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項
に記載のファイバー束。 - 【請求項５】ファイバー束のファイバーは入力カップリ
ング端および任意の出力カップリング端において全体的
または部分的にクラッドがない特許請求の範囲第１〜４
項のいずれか１項に記載のファイバー束。 - 【請求項６】ファイバーは全長にわたって溶融されてな
る特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載のフ
ァイバー束。 - 【請求項７】ファイバー束の開口数は、回転対称ビーム
の場合に、0.44・（θ・Ｄ）／Ab 1/2〜0.89・（θ・
Ｄ）Ab 1/2である特許請求の範囲第１〜６項のいずれか
１項に記載のファイバー束。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3835325.3 | 1988-10-17 | ||
| DE3835325A DE3835325C1 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150806A JPH02150806A (ja) | 1990-06-11 |
| JPH0748083B2 true JPH0748083B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=6365297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1268286A Expired - Lifetime JPH0748083B2 (ja) | 1988-10-17 | 1989-10-17 | 高光度電磁線送信用光ファイバー束 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4983014A (ja) |
| EP (1) | EP0364773A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0748083B2 (ja) |
| DE (1) | DE3835325C1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014157650A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 大豊工業株式会社 | アルミニウム合金、すべり軸受、およびすべり軸受の製造方法 |
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| DE4011553C1 (en) * | 1990-04-10 | 1991-04-18 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz, De | Flexible fibre bundle esp. for transmission of laser radiation - comprises multimode single fibres comprising core, sheath and protective coating |
| US5864326A (en) * | 1992-02-07 | 1999-01-26 | I-O Display Systems Llc | Depixelated visual display |
| US6097543A (en) * | 1992-02-07 | 2000-08-01 | I-O Display Systems Llc | Personal visual display |
| US5303085A (en) * | 1992-02-07 | 1994-04-12 | Rallison Richard D | Optically corrected helmet mounted display |
| US5526022A (en) | 1993-01-06 | 1996-06-11 | Virtual I/O, Inc. | Sourceless orientation sensor |
| US5991087A (en) * | 1993-11-12 | 1999-11-23 | I-O Display System Llc | Non-orthogonal plate in a virtual reality or heads up display |
| US6160666A (en) * | 1994-02-07 | 2000-12-12 | I-O Display Systems Llc | Personal visual display system |
| US5903395A (en) * | 1994-08-31 | 1999-05-11 | I-O Display Systems Llc | Personal visual display system |
| CA2168413C (en) * | 1995-01-31 | 2000-04-18 | Kouki Okazaki | Underwater laser processing method and apparatus |
| US5991085A (en) | 1995-04-21 | 1999-11-23 | I-O Display Systems Llc | Head-mounted personal visual display apparatus with image generator and holder |
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| US7689084B2 (en) * | 2008-04-30 | 2010-03-30 | Corning Incorporated | Optical fiber and a method of making |
| DE102009009367B4 (de) * | 2009-02-18 | 2018-01-11 | Schott Ag | Lichtleiter zur Übertragung von Strahlung sowie Herstellverfahren |
| DE102009034147A1 (de) | 2009-07-20 | 2011-02-03 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Faserbündel aus Einzelfasern zur Übertragung von Licht sowie Verfahren zur Herstellung des Faserbündels |
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1988
- 1988-10-17 DE DE3835325A patent/DE3835325C1/de not_active Expired
-
1989
- 1989-09-27 EP EP19890117850 patent/EP0364773A3/de not_active Ceased
- 1989-10-17 JP JP1268286A patent/JPH0748083B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-17 US US07/422,488 patent/US4983014A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| EP0364773A3 (de) | 1991-10-23 |
| EP0364773A2 (de) | 1990-04-25 |
| JPH02150806A (ja) | 1990-06-11 |
| DE3835325C1 (ja) | 1989-08-10 |
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