JPS6323063Y2 - - Google Patents

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JPS6323063Y2
JPS6323063Y2 JP3971081U JP3971081U JPS6323063Y2 JP S6323063 Y2 JPS6323063 Y2 JP S6323063Y2 JP 3971081 U JP3971081 U JP 3971081U JP 3971081 U JP3971081 U JP 3971081U JP S6323063 Y2 JPS6323063 Y2 JP S6323063Y2
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laser
optical fiber
diameter
fiber
scalpel
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はレーザメスに関し、その目的は、射出
ビームの光学特性を改良したオプテイカル・フア
イバー導光路型のレーザメスを提供することにあ
る。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a laser scalpel, and an object thereof is to provide an optical fiber light guide type laser scalpel with improved optical characteristics of an emitted beam.

オプテイカルフアイバー導光路型レーザメス
は、ミラー関節導光路型のレーザメスに対して可
撓性、動作安定性、内視鏡操作などの新規機能を
有するためその将来性が期待されているが、現在
技術では射出ビームの光学特性の劣化、高い減衰
率など今後の解決を必要とする技術課題が多い。
減衰率については材料の改良研究により今後の改
良が期待できるが、前者の射出ビームの光学特性
の多くはオプテイカル・フアイバーレーザメスに
固有の欠点であり、基本構成からの改良を必要と
する。射出ビームの光学特性としてはビーム径と
拡がり角があり、ハンドピースの透過率、形状、
集光特性などを左右する。ビーム径はオプテイカ
ル・フアイバー径により決定されるが、拡がり角
は以下に述べる諸々の因子によつて決められ、現
状値は全角約20゜であり、ミラー関節型の高々0.5゜
に比較して大巾に低い特性と云はねばならない。
The optical fiber light guide type laser scalpel has new functions such as flexibility, operational stability, and endoscope operation compared to the mirror joint light guide type laser scalpel, and is expected to have a promising future. However, there are many technical issues that need to be solved in the future, such as deterioration of the optical characteristics of the emitted beam and high attenuation rate.
Future improvements in the attenuation rate can be expected through research into improved materials, but many of the optical characteristics of the former emitted beam are inherent shortcomings of optical fiber laser scalpels, and require improvements from the basic configuration. The optical characteristics of the emitted beam include the beam diameter and divergence angle, and the transmittance, shape, and
Affects light gathering characteristics, etc. The beam diameter is determined by the optical fiber diameter, but the divergence angle is determined by the various factors described below, and the current value is about 20 degrees full angle, which is much larger than the 0.5 degrees of the mirror joint type. It must be said that it has extremely low characteristics.

射出ビームを光学系により集光する時の焦点に
おけるスポツト直径φは、光学系焦点距離を、
拡がり全角をθとするとき、 φ=・θ ……(1) となり、φは拡がり角に比例するので、上記した
θの増大はφには一次関数的に、また、焦点での
エネルギー密度は二次関数的に特性を劣化させ
る。
The spot diameter φ at the focal point when the emitted beam is focused by the optical system is the focal length of the optical system,
When the full angle of expansion is θ, φ=・θ ...(1), and φ is proportional to the expansion angle, so the increase in θ described above is a linear function of φ, and the energy density at the focal point is Characteristics deteriorate quadratically.

第1図は従来技術によるオプテイカル・フアイ
バーへのレーザ光の結合方式を示す。レーザ発振
器1よりのレーザビーム5を結合レンズ2により
集光してオプテイカル・フアイバー3に導入す
る。4はレーザビーム5の光軸である。この光軸
はオプテイカル・フアイバー内部では6に変化し
射出ビームでは7になる。結合レンズ2以前のレ
ーザビームは拡がり角がθ1であり、これはレーザ
共振器に特有の1〜2mradと低い値である。結合
レンズ以後の拡がり角はθ2であり、結合レンズの
焦点距離をF、レーザビームの直径をφとすると θ2=sin-1φ/2F ……(2) であり、φ=14mmφ、F=100mmとするとθ2≒4゜
となる射出ビームの拡がり角θ4は第一にはこのθ2
がオプテイカル・フアイバー内にほぼそのまゝ残
存し側壁で多重反射をくりかえしつつ伝播し、や
がて射出することに起因するものである。第2図
はこのθ2に起因するθ4を単純化して図式化して示
す。この場合θ2=θ4が成立することが分るが、実
際にはオプテイカル・フアイバーは彎曲したもの
であるし、それ以外の原因が重畳されているので
この様な単純な関係は実際的ではない。第二の原
因としてはオプテイカル・フアイバーの入射端面
の研磨精度の不足がある。第1図にはフアイバー
3の入射端面9とフアイバー中心軸4の直交関係
を欠如をやや誇張して画いてあるが、この為レー
ザビーム中心軸4が入射面により屈折をうけフア
イバー内を6の様に側壁における多重反射をつづ
けながら進化するので、ほぼこの屈折角と同程度
の拡がり角を発生させるのである。第三の原因と
しては、オプテイカル・フアイバー内での散乱に
よる射出ビームの拡がりがある。実際にはこれら
三種の原因が同時に存在し、前記した拡がり全角
20゜の原因を形成している。これらのうち第二、
第三の原因はオプテイカル・フアイバーの材料お
よび製作上の改良により除去することができるが
第一の原因は簡単に除去することはできない。
FIG. 1 shows a prior art method of coupling laser light to an optical fiber. A laser beam 5 from a laser oscillator 1 is focused by a coupling lens 2 and introduced into an optical fiber 3. 4 is the optical axis of the laser beam 5. This optical axis changes to 6 inside the optical fiber and 7 in the exit beam. The laser beam before the coupling lens 2 has a divergence angle θ 1 , which is a low value of 1 to 2 mrad, which is characteristic of a laser resonator. The divergence angle after the coupling lens is θ 2 , and if the focal length of the coupling lens is F and the diameter of the laser beam is φ, then θ 2 = sin -1 φ/2F ...(2), and φ=14mmφ, F = 100 mm, the divergence angle θ 4 of the emitted beam, which is θ 2 ≒4°, is primarily due to this θ 2
This is due to the fact that the light remains almost intact within the optical fiber, propagates through repeated multiple reflections on the side walls, and is eventually emitted. FIG. 2 shows θ 4 caused by θ 2 in a simplified diagram. In this case, it can be seen that θ 2 = θ 4 holds, but in reality, the optical fiber is curved, and other causes are superimposed, so such a simple relationship is not practical. do not have. The second cause is insufficient polishing precision of the entrance end face of the optical fiber. In Fig. 1, the orthogonal relationship between the incident end surface 9 of the fiber 3 and the fiber central axis 4 is slightly exaggerated, but for this reason, the laser beam central axis 4 is refracted by the incident surface and passes through the fiber 6. As the light evolves through continuous multiple reflections on the side walls, it generates a divergence angle that is approximately the same as this angle of refraction. The third cause is the spread of the emitted beam due to scattering within the optical fiber. In reality, these three types of causes exist simultaneously, and the above-mentioned expansion full-width
It forms the cause of 20°. The second of these,
While the third cause can be eliminated by improvements in optical fiber materials and construction, the first cause cannot be easily eliminated.

本考案はこれら従来の欠点を除去したレーザメ
スを提供するものであり、第3図には本考案の原
理図を示す。本考案は発振器から出たままの、従
つて、拡がり角θ1が小さな値を保つたままのレー
ザビームの直径をオプテイカル・フアイバー直径
と同程度かそれ以下に選び、結合レンズによる集
光を行うことなく直接レーザビームをフアイバー
に結合したものである。第3図において11は導
波型レーザ管、12は全反射鏡、13は出力結合
鏡であり、レーザ励起方法は通常の手段によつて
いるので省略してある。導波型レーザ管は内径が
1mmφ以下であり、射出レーザビーム直径は更に
小さな値になつている。通常のレーザでは基本モ
ードがTEM00モードであり、この種の導波型レ
ーザではEH11モードであるが、これは強度分布
がほぼガウス分布に近く不都合はない。導波型レ
ーザ管11からの射出ビームの拡がり角は通常
1.5゜(全角)程度である。第3図に示す如く、オ
プテイカル・フアイバーはCO2レーザの場合約1
mmφ程度であるのでフアイバーへの結合を十分出
力結合鏡の近傍に於て行えば、結合用レンズを用
いることなくレーザ光をフアイバーに導入するこ
とができる。或いは第4図に示す如く、出力結合
鏡の代りにオプテイカル・フアイバー3の端面
9′を用いることができ、この場合は結合レンズ
が存在しない時のレーザ光のフアイバー端面への
導入効率が高まる他、フアイバー入射面における
反射損を防止することができる。このように、本
考案によればθ2を実質的にθ1に等しい値まで低下
させることになるので、オプテイカル・フアイバ
ーの材料および製作技術が今以上に改善されれ
ば、フアイバーからの射出ビーム拡がり角を導波
型レーザ管の拡がり角1.5゜(全角)迄低下させる
ことができる。
The present invention provides a laser scalpel that eliminates these conventional drawbacks, and FIG. 3 shows a diagram of the principle of the present invention. In the present invention, the diameter of the laser beam as it is emitted from the oscillator, thus keeping the divergence angle θ 1 at a small value, is selected to be the same as or smaller than the diameter of the optical fiber, and the beam is focused by a coupling lens. The laser beam is directly coupled to the fiber without any interference. In FIG. 3, 11 is a waveguide laser tube, 12 is a total reflection mirror, and 13 is an output coupling mirror, and the laser excitation method is omitted because it is a conventional method. The inner diameter of the waveguide laser tube is 1 mmφ or less, and the diameter of the emitted laser beam is an even smaller value. In a normal laser, the fundamental mode is the TEM 00 mode, and in this type of waveguide laser, the fundamental mode is the EH 11 mode, but the intensity distribution is almost a Gaussian distribution and there is no problem. The divergence angle of the beam emitted from the waveguide laser tube 11 is normally
It is about 1.5° (full-width). As shown in Figure 3, the optical fiber is approximately 1
Since the diameter is about mmφ, if the coupling to the fiber is performed sufficiently close to the output coupling mirror, the laser beam can be introduced into the fiber without using a coupling lens. Alternatively, as shown in FIG. 4, the end face 9' of the optical fiber 3 can be used instead of the output coupling mirror, and in this case, the efficiency of introducing the laser beam into the fiber end face when no coupling lens is present is increased. , reflection loss at the fiber entrance surface can be prevented. Thus, according to the present invention, θ 2 is reduced to a value substantially equal to θ 1 , so that if optical fiber materials and manufacturing techniques are further improved, the exit beam from the fiber will be reduced. The divergence angle can be reduced to 1.5° (full width), which is the divergence angle of a waveguide laser tube.

以上述べた如く、本考案はオプテイカル・フア
イバーよりも直径が小さい導波型レーザ管からの
出力ビームを結合レンズを用いることなく直接オ
プテイカル・フアイバーに導入するレーザメスで
あつて、オプテイカル・フアイバーからの出力ビ
ームの拡がり角を大巾に低下させ集光特性の改良
を可能とするものである。
As mentioned above, the present invention is a laser scalpel that directly introduces the output beam from a waveguide laser tube, which has a diameter smaller than that of the optical fiber, into the optical fiber without using a coupling lens. This makes it possible to significantly reduce the beam divergence angle and improve light collection characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はオプテイカル・フアイバー導光路レー
ザメスの従来例を説明する要部構成図、第2図は
結合レンズに起因するレーザーメス先端からの射
出ビームの拡がりを説明する原理図、第3図は本
考案の一実施例を示す構成図、第4図は本考案の
他の実施例を示す構成図である。 3……オプテイカル・フアイバー導光路、9′
……オプテイカル・フアイバーの入射面、11…
…導波型レーザ管、12……全反射鏡、13……
出力結合鏡。
Figure 1 is a configuration diagram of main parts explaining a conventional example of an optical fiber light guide laser scalpel, Figure 2 is a principle diagram explaining the spread of the emitted beam from the tip of the laser knife due to the coupling lens, and Figure 3 is a diagram of the main part of the optical fiber guide laser scalpel. FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the invention. FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the invention. 3...Optical fiber light guide, 9'
...Incidence surface of optical fiber, 11...
... Waveguide laser tube, 12 ... Total reflection mirror, 13 ...
Output coupling mirror.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] レーザ発振器と、このレーザ発振器からの出力
レーザビームを所定の地点に導く、レーザビーム
に対して透明体から成るオプテイカル・フアイバ
ー導光路を少くとも具備したレーザメスにおい
て、前記レーザ発振器を、前記オプテイカル・フ
アイバー導光路の直径より小さい口径を有する導
波型レーザ管で構成することを特徴とするレーザ
メス。
A laser scalpel includes at least a laser oscillator and an optical fiber light guide path made of a transparent material for the laser beam, which guides the output laser beam from the laser oscillator to a predetermined point. A laser scalpel comprising a waveguide laser tube having an aperture smaller than the diameter of a light guide.
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