WO2023054466A1 - 光コネクタ - Google Patents

光コネクタ Download PDF

Info

Publication number
WO2023054466A1
WO2023054466A1 PCT/JP2022/036155 JP2022036155W WO2023054466A1 WO 2023054466 A1 WO2023054466 A1 WO 2023054466A1 JP 2022036155 W JP2022036155 W JP 2022036155W WO 2023054466 A1 WO2023054466 A1 WO 2023054466A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light guide
optical connector
light source
light
axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/036155
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真之 呉屋
泰之 藤谷
武史 佐竹
勝昭 谷口
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Publication of WO2023054466A1 publication Critical patent/WO2023054466A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present disclosure relates to optical connectors.
  • Patent Document 1 an optical connector that guides a laser beam emitted from a light source to an optical fiber is known (see Patent Document 1, for example).
  • the optical connector disclosed in Patent Document 1 guides a light beam that has entered a window from a light guide space to a light guide rod, and guides the light beam to the incident end face of an optical fiber through a light guide path of the light guide rod.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200010 the end surface of the window portion on which the light beam is incident is arranged along a plane orthogonal to the optical axis of the light beam.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical connector capable of preventing damage to a laser oscillator and an optical fiber provided in a laser light source. do.
  • An optical connector is joined to an optical fiber arranged along an axis, a first end surface on which laser light emitted from a light source along the axis is incident, and an incident end surface of the optical fiber.
  • a light guide member having a second end face and guiding the laser light from the first end face to the second end face; and the light guide member disposed between the light source and the light guide member and emitted from the light source a window member for guiding laser light to the first end face of the light guide member, the window member having a first transmission surface on which the laser light emitted from the light source is incident; and a second transmission surface for emitting the incident laser light toward the light guide member, wherein the first transmission surface is arranged at a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the axis.
  • an optical connector capable of preventing damage to a laser oscillator and an optical fiber provided in a laser light source.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an optical connector according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the optical connector shown in FIG. 1
  • FIG. It is a block diagram which shows the control structure of the optical connector of this embodiment.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of an optical connector according to a second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a partially enlarged view of an optical connector according to a third embodiment of the present disclosure
  • 6 is a cross-sectional view of the optical connector shown in FIG. 5 taken along the line AA.
  • FIG. FIG. 11 is a partially enlarged view of an optical connector according to a fourth embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an optical connector 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the optical connector 100 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the control configuration of the optical connector 100 according to this embodiment. Arrows shown in FIG. 1 indicate the flow direction of the cooling medium.
  • the optical connector 100 of this embodiment is a device for connecting the optical fiber 10 and a laser processing device (not shown) when transmitting the laser beam L1 emitted from the light source LS to the laser processing device (not shown) through the optical fiber 10. is. As shown in FIGS.
  • the optical connector 100 includes an optical fiber 10, an inner sleeve 20, an outer sleeve 30, a light guide member 40, a supply mechanism (cooling mechanism) 50, and a flow control valve (supply amount adjusting unit) 55, discharge mechanism (cooling mechanism) 60, holding member 70, rear fixing sleeve 71, front fixing sleeve (fixing mechanism) 72, window member 73, fixing member 74, temperature sensor (temperature detection section) 80 and a control section (output adjustment section) 90 are provided.
  • the optical fiber 10 is a member that is arranged along the axis X and that transmits laser light incident from the incident end surface 10 a from the light source LS via the light guide member 40 .
  • the optical fiber 10 has a core portion 11 that transmits laser light and has a circular cross section perpendicular to the axis X, and a coating portion 12 that coats the outer peripheral surface of the core portion 11 .
  • the output of the laser beam emitted by the light source LS is preferably 1 W or more, more preferably 1 kW or more.
  • optical fibers used here are effective for both solid-type fibers and hollow photonic crystal fibers (PCF). It is particularly effective in fibers capable of transmitting high-power and high-quality lasers such as single-mode fiber lasers.
  • the core part 11 is a member in which a glass clad is provided on the outside of a glass core.
  • the covering portion 12 is made of an ultraviolet curable resin such as polyimide.
  • the core portion 11 is covered with a covering portion 12 in a covering region R1 along the axis X.
  • the core portion 11 is not covered with the covering portion 12 in the non-covering region R2 along the axis X. As shown in FIG.
  • the inner sleeve 20 is a member formed cylindrical along the axis X and holding the optical fiber 10 on the inner peripheral side.
  • the inner sleeve 20 is made of a metal material with high thermal conductivity such as brass.
  • the inner side of the internal sleeve 20 forms an inflow space S1 into which a cooling medium such as cooling water flows from the supply mechanism 50 .
  • the inflow space S1 is a space that is annularly formed around the axis X. As shown in FIG.
  • the outer sleeve 30 is a member formed cylindrical along the axis X and holding the inner sleeve 20 on the inner peripheral side.
  • the outer sleeve 30 is made of copper alloy, brass, aluminum alloy, or the like, which has excellent thermal conductivity.
  • an outflow space S2 that guides the cooling medium flowing out from the discharge mechanism 60 .
  • the outflow space S2 is a space that is annularly formed around the axis X. As shown in FIG.
  • the inner sleeve 20 has a communication hole 21 in the uncovered region R2 that communicates the inflow space S1 and the outflow space S2. As shown in FIG. 1, the communication hole 21 is formed near the position where the incident end face 10a of the optical fiber 10 and the second end face 40b of the light guide member 40 are joined (fused). The communication hole 21 may be formed only at one location shown in FIG. 1, or may be formed at a plurality of locations around the axis X in the circumferential direction.
  • the light guide member 40 is a member that guides the laser light emitted along the axis X from the light source LS to the incident end surface 10 a of the optical fiber 10 .
  • the light guide member 40 has a first end surface 40a into which the laser beam emitted from the light source LS is incident, and a second end surface 40b joined to the incident end surface 10a of the optical fiber 10 by fusion.
  • the light guide member 40 guides laser light from the first end surface 40a to the second end surface 40b.
  • the light guide member 40 is a member in which a first member 41 formed in a cylindrical shape and a second member 42 formed in a substantially conical shape are integrally formed.
  • the light guide member 40 is made of quartz, for example.
  • the outer peripheral surface of the first member 41 is joined to the inner peripheral surface of the inner sleeve 20 on the front fixed sleeve 72 side (one end side) via an adhesive.
  • the supply mechanism 50 is a mechanism that supplies a cooling medium to the inflow space S1 in the covering area R1.
  • the supply mechanism 50 is a tubular body through which a cooling medium supplied from a supply source (not shown) via a flow control valve 55 flows.
  • the supply mechanism 50 passes through the outer sleeve 30 and communicates with the inflow space S1 inside the inner sleeve 20 .
  • the flow rate adjustment valve 55 is a valve body whose opening degree is adjusted according to a control signal transmitted from the control section 90 .
  • the flow control valve 55 guides the cooling medium from the supply source to the supply mechanism 50 at a supply amount corresponding to the degree of opening.
  • the discharge mechanism 60 is a mechanism that discharges the cooling medium that has flowed into the inflow space S1 from the supply mechanism 50 and is guided to the outflow space S2 through the communication hole 21 from the outflow space S2 to the outside in the covering region R1.
  • the discharge mechanism is a tubular body that circulates the cooling medium outward from the outflow space S2.
  • the discharge mechanism 60 penetrates the outer sleeve 30 and communicates with the outflow space S2.
  • the supply mechanism 50 and the discharge mechanism 60 function as cooling mechanisms for cooling the optical fiber 10 and the front fixed sleeve 72 . That is, the cooling mechanism of this embodiment has the supply mechanism 50 and the discharge mechanism 60 .
  • the supply mechanism 50 cools the internal sleeve 20 with the cooling medium flowed into the inflow space S ⁇ b>1 and cools the front fixed sleeve 72 via the internal sleeve 20 .
  • the discharge mechanism 60 cools the outer sleeve 30 with the cooling medium flowing out from the outflow space S2 and cools the front fixed sleeve 72 via the outer sleeve 30 .
  • the holding member 70 is a member formed in a cylindrical shape along the axis X and holding the optical fiber 10 . As shown in FIG. 1 , the outer peripheral surface of the holding member 70 is fixed to the inner peripheral surface of the inner sleeve 20 on the rear fixed sleeve 71 side (the other end side). The holding member 70 is attached while being abutted against the rear fixed sleeve 71 .
  • the rear fixed sleeve 71 is a member that is attached to the ends of the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30 opposite to the light source LS and formed in a cylindrical shape along the axis X.
  • the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30 are attached to the light source LS side of the rear fixed sleeve 71 .
  • a fiber cable CA is attached to the rear fixed sleeve 71 opposite the light source LS.
  • the front fixing sleeve 72 is a member that is attached to the ends of the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30 on the light source LS side and formed in a cylindrical shape along the axis X.
  • the front fixed sleeve 72 is made of a metal material such as copper alloy, aluminum, or brass.
  • a metal material forming the front fixing sleeve 72 it is preferable to use a material having a thermal conductivity of 50 W/mK or more.
  • the front fixing sleeve 72 fixes the light guide member 40 and the window member 73, and the light guide space S3 sealed between the first end surface 40a of the light guide member 40 and the second transmission surface 73b of the window member 73 is formed. to form The front fixing sleeve 72 is attached to the ends of the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30 on the light source LS side.
  • the window member 73 is a member that is arranged between the light source LS and the light guide member 40 and guides the laser light emitted from the light source LS to the first end surface 40 a of the light guide member 40 .
  • the window member 73 is made of a transparent material (for example, quartz), and is arranged with the light guide member 40 sandwiching a sealed light guide space S3.
  • the window member 73 has a first transmission surface 73a on which the laser beam L1 emitted from the light source LS is incident, and directs the laser beam L1 incident on the first transmission surface 73a toward the light guide member 40. and a second transmitting surface 73b for emitting light.
  • the axis X coincides with the optical axis of the laser beam L1 emitted from the light source LS.
  • the first transmitting surface 73a is arranged to be inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to a plane perpendicular to the axis X.
  • the first transmitting surface 73a is inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the plane on which the axis Y perpendicular to the axis X is arranged.
  • the second transmission surface 73b is arranged to be inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the plane perpendicular to the axis X.
  • the window member 73 is formed so that the first transmission surface 73a and the second transmission surface 73b are parallel.
  • the predetermined angle ⁇ is set to 0.01 degrees or more and 10 degrees or less. Also, the predetermined angle ⁇ is preferably set to 0.1 degrees or more and 10 degrees or less. Further, it is more preferable to set the predetermined angle ⁇ to 0.1 degrees or more and 5 degrees or less.
  • the laser beam L1 incident on the first transmission surface 73a of the window member 73 is emitted from the second transmission surface 73b of the window member 73, and the laser beam L2 is transmitted to the first end surface 40a of the light guide member 40 via the light guide space S3. incident as The laser beam L2 incident on the first end surface 40a is guided to the incident end surface 10a of the optical fiber 10 via the second end surface 40b.
  • a part of the laser light L1 emitted from the light source LS is reflected by the first transmission surface 73a of the window member 73.
  • the laser light L1 reflected by the first transmission surface 73a is guided toward the light source LS as laser light L3.
  • the laser beam L3 is guided toward the light source LS but does not enter the light source LS.
  • the first transmitting surface 73a is arranged to be inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to the plane perpendicular to the axis X.
  • the predetermined angle ⁇ is set in consideration of the distance D in the direction of the axis X from the light source LS to the first transmission surface 73a, etc. so that the laser light L3 does not enter the light source LS.
  • a part of the laser light L1 emitted from the light source LS is reflected by the second transmission surface 73b of the window member 73.
  • the laser beam L1 reflected by the second transmission surface 73b is guided to the light source LS side as the laser beam L4.
  • the laser beam L4 is guided toward the light source LS but does not enter the light source LS.
  • the second transmitting surface 73b is arranged to be inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to the plane perpendicular to the axis X.
  • the predetermined angle ⁇ is set in consideration of the distance D from the light source LS to the second transmission surface 73b in the direction of the axis X, etc. so that the laser light L3 does not enter the light source LS.
  • the fixing member 74 is a member that fixes the window member 73 to the front fixing sleeve 72 .
  • the fixing member 74 fixes the window member 73 between itself and the front fixing sleeve 72 while the window member 73 is inserted into the recess 72 a of the front fixing sleeve 72 .
  • the temperature sensor 80 is a device that detects the temperature of the cooling medium that has passed through the boundary position between the covered area R1 and the uncovered area R2.
  • the temperature sensor 80 detects the temperature of the inner sleeve 20 near the position where the incident end face 10a of the optical fiber 10 and the second end face 40b of the light guide member 40 are joined (fused).
  • the temperature sensor 80 detects the temperature of the cooling medium passing through the position where the incident end face 10a of the optical fiber 10 and the second end face 40b of the light guide member 40 are fused by detecting the temperature of the inner sleeve 20. be able to.
  • the control unit 90 is a device that adjusts the output of the laser light from the flow control valve 55 and the light source LS according to the temperature detected by the temperature sensor 80 .
  • the control unit 90 controls the flow rate adjustment valve 55 to increase the degree of opening of the flow rate adjustment valve 55 . Further, when the temperature detected by the temperature sensor 80 is lower than the target temperature, the control unit 90 controls the flow rate adjustment valve 55 so as to decrease the degree of opening of the flow rate adjustment valve 55 .
  • the control unit 90 adjusts the light source LS so as to stop outputting laser light from the light source LS. By stopping the output of the laser light, it is possible to prevent the optical connector 100 from being maintained at a temperature higher than the threshold temperature and being damaged.
  • the cooling medium supplied from the supply source has its supply amount adjusted by the flow control valve 55 and is supplied to the inflow space S1 of the covering region R1 by the supply mechanism 50 .
  • the cooling medium supplied to the inflow space S1 of the covered region R1 flows from the covered region R1 toward the uncovered region R2 along the axis X and passes through the boundary position between the covered region R1 and the uncovered region R2.
  • the cooling medium passing through the boundary position cools the covering portion 12 in the vicinity of the boundary position.
  • the cooling medium that has passed through the boundary position flows along the axis X toward the light guide member 40 and is guided from the communication hole 21 to the outflow space S2 of the uncovered region R2.
  • the cooling medium that has flowed through the inflow space S1 from the covered region R1 to the uncovered region R2 turns back at the communication hole 21 and flows through the outflow space S2 from the uncovered region R2 to the covered region R1 in the opposite direction.
  • the cooling medium that has passed through the boundary position between the uncovered region R2 and the covered region R1 is discharged to the outside from the outflow space S2 by the discharge mechanism 60.
  • the cooling medium cools the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30
  • the front fixed sleeve 72 in contact with the inner sleeve 20 and the outer sleeve 30 is cooled.
  • the window member 73 placed in contact with the front stationary sleeve 72 is cooled.
  • the optical connector 100 of this embodiment described above has the following actions and effects.
  • the laser beam L1 emitted from the light source LS is incident on the first transmission surface 73a of the window member 73, emitted from the second transmission surface 73b, and guided to the light guide member 40. be killed.
  • the laser beam L2 incident on the first end surface 40a of the light guide member 40 is guided to the incident end surface 10a of the optical fiber 10 from the second end surface 40b.
  • a first transmission surface 73a of the window member 73 on which the laser beam L1 is incident is arranged to be inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to a plane perpendicular to the axis X, which is the optical axis of the laser beam L1.
  • the reflected laser beam L1 incident on the window member 73 is reflected by the first transmitting surface 73a, but the reflected laser beam L1 is guided in a direction inclined from the axis X by a predetermined angle ⁇ .
  • the reflected laser beam L1 is guided to the light source LS along the axis X, thereby preventing damage to the laser oscillator and the optical fiber provided in the light source LS.
  • the predetermined angle ⁇ which is the inclination angle with respect to the plane orthogonal to the axis X of the first transmitting surface 73a of the window member 73 on which the laser beam L1 is incident, is 0.01 degrees or more and By setting the angle to 10 degrees or less, it is possible to appropriately prevent the laser light L1 reflected by the first transmitting surface 73a from being guided along the axis X to the light source LS.
  • the window member 73 is reduced compared to the case where the light guide space S3 is not arranged.
  • the energy density of the transmitted laser light is lowered, and heating of the window member 73 can be suppressed.
  • the light guide space S3 is sealed, it is possible to prevent dust from adhering to the light guide member 40, and to prevent problems caused by the dust adhering to the light guide member 40 burning.
  • the cooling medium supplied to the inflow space S1 inside the inner sleeve 20 is guided to the outflow space S2 through the communication hole 21, and is discharged from the outflow space S2 to the outside by the discharge mechanism 60. led to. Since the front fixed sleeve 72 is cooled by the cooling medium flowing through the inflow space S1 and the outflow space S2, the window member 73 is cooled through the front fixed sleeve 72, and the window member 73 is heated to form a thermal lens. effect can be prevented.
  • the focal position of the laser light L2 changes and the beam diameter of the laser light L2 at the incident end surface 10a of the optical fiber 10 increases. If the beam diameter of the laser light L2 increases and becomes larger than the incident end surface 10a of the optical fiber 10, the laser light L2 that does not enter the optical fiber 10 may damage the components of the optical connector 100.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of the thermal lens effect.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of the optical connector 100A according to this embodiment.
  • both the first transmission surface 73a and the second transmission surface 73b are arranged at a predetermined angle ⁇ with respect to the plane orthogonal to the axis X.
  • the window member 73A of the present embodiment is arranged such that the first transmission surface 73Aa is inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the plane orthogonal to the axis X, and the second transmission surface 73Ab placed in
  • the window member 73A is a member that is arranged between the light source LS and the light guide member 40 and guides the laser light emitted from the light source LS to the first end surface 40a of the light guide member 40.
  • the window member 73A is made of a transparent material (for example, quartz), and is arranged with the light guide member 40 across a sealed light guide space S3.
  • the window member 73A has a first transmission surface 73Aa on which the laser beam L1 emitted from the light source LS is incident, and directs the laser beam L1 incident on the first transmission surface 73Aa to the light guide member 40. and a second transmitting surface 73Ab for emitting light.
  • the axis X coincides with the optical axis of the laser beam L1 emitted from the light source LS.
  • the first transmitting surface 73Aa is arranged to be inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to a plane orthogonal to the axis X.
  • the first transmitting surface 73Aa is inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the plane on which the axis Y perpendicular to the axis X is arranged.
  • the second transmitting surface 73Ab is arranged so as to be orthogonal to a plane orthogonal to the axis X. As shown in FIG.
  • the predetermined angle ⁇ is set to 0.01 degrees or more and 10 degrees or less. Also, the predetermined angle ⁇ is preferably set to 0.1 degrees or more and 10 degrees or less. Further, it is more preferable to set the predetermined angle ⁇ to 0.1 degrees or more and 5 degrees or less.
  • the laser beam L1 incident on the first transmission surface 73Aa of the window member 73A is emitted from the second transmission surface 73Ab of the window member 73A, and the laser beam L2 is transmitted to the first end surface 40a of the light guide member 40 via the light guide space S3.
  • incident as The laser beam L2 incident on the first end surface 40a is guided to the incident end surface 10a of the optical fiber 10 via the second end surface 40b.
  • a part of the laser beam L1 emitted from the light source LS is reflected by the first transmission surface 73Aa of the window member 73A.
  • the laser beam L1 reflected by the first transmission surface 73Aa is guided to the light source LS side as the laser beam L3.
  • the laser beam L3 is guided toward the light source LS but does not enter the light source LS.
  • the first transmitting surface 73Aa is arranged to be inclined by a predetermined angle ⁇ with respect to the plane perpendicular to the axis X.
  • the predetermined angle ⁇ is set in consideration of the distance D in the direction of the axis X from the light source LS to the first transmitting surface 73Aa, etc. so that the laser light L3 does not enter the light source LS.
  • a part of the laser beam L1 emitted from the light source LS is reflected by the second transmission surface 73Ab of the window member 73A.
  • the laser beam L1 reflected by the second transmission surface 73Ab is guided to the light source LS side as the laser beam L4.
  • the laser beam L4 is guided along the axis X in the direction of incidence on the light source LS.
  • the laser beam L1 reflected by the second transmitting surface 73Ab is guided to the light source LS as the laser beam L4, but the laser beam L1 reflected by the first transmitting surface 73Aa does not enter the light source LS. Therefore, according to the window member 73A of the present embodiment, compared to the case where both the laser light reflected by the first transmitting surface 73Aa and the laser light reflected by the second transmitting surface 73Ab are guided to the light source LS, the window member The amount of laser light reflected by 73 and guided to the light source LS can be reduced.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of the optical connector 100B according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the optical connector 100B shown in FIG. 5 taken along line AA.
  • the optical connector 100 of the first embodiment indirectly cools the front fixed sleeve 72 with the cooling mechanism having the supply mechanism 50 and the discharge mechanism 60 .
  • the cooling medium is supplied to the cooling medium flow path 72 b formed inside the front fixed sleeve 72 .
  • a cooling mechanism is provided for directly cooling the front fixing sleeve 72 by circulating it.
  • a cooling medium flow path 72b for circulating a cooling medium is formed inside the front fixing sleeve 72.
  • a cooling medium for example, water
  • the cooling medium flow path 72b is a flow path that is annularly formed inside the front fixed sleeve 72 along the circumferential direction around the axis X.
  • a cooling medium guided from a cooling medium supply source (not shown) is supplied to the cooling medium flow path 72b via a supply mechanism 72c.
  • the cooling medium supplied to the cooling medium flow path 72b flows in the direction indicated by the arrow in FIG. 6 and is discharged to the outside by the discharge mechanism 72d.
  • the cooling medium flow path 72b functions as a cooling mechanism that cools the front fixed sleeve 72. As shown in FIG.
  • the window member 73 is cooled through the front fixed sleeve 72 by circulating the cooling medium in the cooling medium flow path 72b formed inside the front fixed sleeve 72. , it is possible to prevent the occurrence of a thermal lens effect due to the window member 73 being heated.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of the optical connector 100C according to this embodiment.
  • the optical connector 100 of the first embodiment indirectly cools the front fixed sleeve 72 with the cooling mechanism having the supply mechanism 50 and the discharge mechanism 60 .
  • the optical connector 100 of the present embodiment in addition to indirectly cooling the front fixed sleeve 72, the light guide space S3 formed inside the front fixed sleeve 72 is cooled by the vapor phase.
  • a cooling mechanism is provided for directly cooling the window member 73 by circulating a medium.
  • the front fixed sleeve 72 of the optical connector 100C of the present embodiment includes a supply pipe 72e for supplying a gas-phase cooling medium to the light guide space S3 of the front fixed sleeve 72, and a light guide space S3. and a discharge pipe 72f for discharging the cooling medium supplied to the outside.
  • the supply pipe 72e and the discharge pipe 72f function as a cooling mechanism that circulates a vapor-phase coolant in the light guide space S3.
  • the window member 73 is directly cooled by circulating the vapor-phase cooling medium in the light guide space S3, and the window member 73 is heated to produce a thermal lens effect. can be prevented.
  • An optical connector (100) includes an optical fiber (10) arranged along an axis (X) and a first end face ( 40a) and a second end face (40b) joined to the incident end face (10a) of the optical fiber and guiding the laser light from the first end face to the second end face; a window member (73) disposed between the light source and the light guide member and guiding the laser light emitted from the light source to the first end face (40a) of the light guide member, wherein the window The member has a first transmitting surface (73a) on which the laser beam emitted from the light source is incident, and a second transmitting surface (73a) from which the laser beam incident on the first transmitting surface is emitted toward the light guide member. 73b), wherein the first transmitting surface is arranged to be inclined at a predetermined angle ( ⁇ ) with respect to a plane perpendicular to the axis.
  • laser light emitted from the light source enters the first transmission surface of the window member, is emitted from the second transmission surface, and is guided to the light guide member.
  • a laser beam incident on the first end surface of the light guide member is guided from the second end surface to the incident end surface of the optical fiber.
  • the first transmission surface of the window member, into which the laser light is incident is arranged at a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the axis line, which is the optical axis of the laser light.
  • the reflected laser light is guided in a direction inclined at a predetermined angle from the axis.
  • the reflected laser light is guided along the axis to the light source, preventing damage to the laser oscillator and the optical fiber provided in the light source.
  • the optical connector according to the present disclosure may be configured such that the predetermined angle is set to 0.01 degrees or more and 10 degrees or less. It is more preferably 0.1 degrees or more and 10 degrees or less, and still more preferably 0.1 degrees or more and 5 degrees or less.
  • the predetermined angle is set to 0.01 degrees or more and 10 degrees or less. It is more preferably 0.1 degrees or more and 10 degrees or less, and still more preferably 0.1 degrees or more and 5 degrees or less.
  • the window member may be arranged with a sealed light guide space (S3) interposed between the window member and the light guide member.
  • S3 sealed light guide space
  • a fixing mechanism (72) for fixing the light guide member and the window member and forming the light guide space, cooling mechanisms (50, 60) for cooling the fixing mechanism It is good also as a structure provided with. According to the optical connector of this configuration, the window member fixed to the fixing mechanism can be cooled by cooling the fixing mechanism with the cooling mechanism. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a thermal lens effect due to the heating of the window member.
  • the focal position of the laser light changes and the beam diameter of the laser light at the incident end face of the optical fiber increases. If the beam diameter of the laser light increases and becomes larger than the incident end face of the optical fiber, the laser light that does not enter the optical fiber may damage the components of the optical connector.
  • the inner sleeve (20) is cylindrically formed along the axis and holds the optical fiber on the inner peripheral side
  • the cylindrically formed along the axis is an outer sleeve (30) that holds the inner sleeve on the inner peripheral side
  • the cooling mechanism including a supply mechanism (50) that supplies a cooling medium to an inflow space (S1) inside the inner sleeve; and a discharge mechanism (60) for discharging the cooling medium from an outflow space (S2) between the inner sleeve and the outer sleeve, wherein the fixing mechanism is located on the light source side of the inner sleeve and the outer sleeve.
  • the internal sleeve may have a communication hole (21) for communicating the inflow space and the outflow space.
  • the optical fiber is held on the inner peripheral side of the inner sleeve, and the inner sleeve is held on the inner peripheral side of the outer sleeve.
  • the cooling medium supplied to the inflow space inside the inner sleeve is led to the outflow space through the communication hole, and is led to the outside from the outflow space by the discharge mechanism. Since the fixing mechanism is cooled by the cooling medium flowing through the inflow space and the outflow space, it is possible to cool the window member via the fixing mechanism and prevent the occurrence of a thermal lens effect due to the heating of the window member. .
  • the cooling mechanism may be a mechanism for circulating a cooling medium in a cooling medium flow path (72b) formed inside the fixing mechanism.
  • the window member is cooled through the fixing mechanism by circulating the cooling medium through the cooling medium flow path formed inside the fixing mechanism, and the window member is heated to generate heat. It is possible to prevent the lens effect from occurring.
  • the cooling mechanism may be a mechanism for circulating a vapor-phase cooling medium in the light guide space. According to the optical connector of this configuration, it is possible to cool the window member by circulating the gas-phase cooling medium in the light guide space, thereby preventing the occurrence of a thermal lens effect due to the heating of the window member.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

光ファイバ（１０）と、光源（ＬＳ）から軸線（Ｘ）に沿って出射されたレーザ光が入射する第１端面（４０ａ）と光ファイバ（１０）の入射端面（１０ａ）に接合された第２端面（４０ｂ）とを有するとともに第１端面（４０ａ）から第２端面（４０ｂ）へレーザ光を導く導光部材（４０）と、光源（ＬＳ）と導光部材（４０）との間に配置されるとともに光源（ＬＳ）から出射されたレーザ光を導光部材（４０）の第１端面（４０ａ）へ導く窓部材（７３）と、を備え、窓部材（７３）は、光源（ＬＳ）から出射されたレーザ光が入射する第１透過面（７３ａ）と、第１透過面（７３ａ）に入射したレーザ光を導光部材（４０）へ向けて出射する第２透過面（７３ｂ）と、を有し、第１透過面（７３ａ）は、軸線（Ｘ）に直交する平面に対して所定角度（θ）傾斜して配置される光コネクタ（１００）を提供する。

Description

光コネクタ
　本開示は、光コネクタに関するものである。
　従来、光源から出射されたレーザ光を光ファイバに導く光コネクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される光コネクタは、窓部に入射した光ビームを導光空間から導光ロッドへ導き、導光ロッドの導光路により光ビームを光ファイバの入射端面に導く。特許文献１において、光ビームが入射する窓部の端面は、光ビームの光軸に直交する平面に沿って配置されている。
特開平７－２０９５５４号公報
　しかしながら、光ビームが入射する窓部の端面を光ビームの光軸に直交する平面に沿って配置する場合、光ビームの一部が反射して光源に導かれ、光源が備えるレーザ発振器や光ファイバに損傷が生じる可能性がある。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、レーザ光の光源が備えるレーザ発振器や光ファイバに損傷が生じることを防止することが可能な光コネクタを提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る光コネクタは、軸線に沿って配置される光ファイバと、光源から前記軸線に沿って出射されたレーザ光が入射する第１端面と前記光ファイバの入射端面に接合された第２端面とを有するとともに前記第１端面から前記第２端面へ前記レーザ光を導く導光部材と、前記光源と前記導光部材との間に配置されるとともに前記光源から出射された前記レーザ光を前記導光部材の前記第１端面へ導く窓部材と、を備え、前記窓部材は、前記光源から出射された前記レーザ光が入射する第１透過面と、前記第１透過面に入射した前記レーザ光を前記導光部材へ向けて出射する第２透過面と、を有し、前記第１透過面は、前記軸線に直交する平面に対して所定角度傾斜して配置される。
　本開示によれば、レーザ光の光源が備えるレーザ発振器や光ファイバに損傷が生じることを防止することが可能な光コネクタを提供することができる。
本開示の第１実施形態に係る光コネクタを示す縦断面図である。 図１に示す光コネクタの部分拡大図である。 本実施形態の光コネクタの制御構成を示すブロック図である。 本開示の第２実施形態に係る光コネクタの部分拡大図である。 本開示の第３実施形態に係る光コネクタの部分拡大図である。 図５に示す光コネクタのＡ－Ａ矢視断面図である。 本開示の第４実施形態に係る光コネクタの部分拡大図である。
〔第１実施形態〕
　以下、本開示の第１実施形態に係る光コネクタ１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光コネクタ１００を示す縦断面図である。図２は、図１に示す光コネクタ１００の部分拡大図である。図３は、本実施形態に係る光コネクタ１００の制御構成を示すブロック図である。図１に示す矢印は、冷却媒体の流通方向を示す。
　本実施形態の光コネクタ１００は、光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１を光ファイバ１０によりレーザ加工装置（図示略）に伝送するときに、光ファイバ１０とレーザ加工装置とを接続するための装置である。図１および図３に示すように、光コネクタ１００は、光ファイバ１０と、内部スリーブ２０と、外部スリーブ３０と、導光部材４０と、供給機構（冷却機構）５０と、流量調整弁（供給量調整部）５５と、排出機構（冷却機構）６０と、保持部材７０と、後部固定スリーブ７１と、前部固定スリーブ（固定機構）７２と、窓部材７３と、固定部材７４と、温度センサ（温度検出部）８０と、制御部（出力調整部）９０と、を備える。
　光ファイバ１０は、軸線Ｘに沿って配置されるとともに光源ＬＳから導光部材４０を介して入射端面１０ａから入射するレーザ光を伝送する部材である。光ファイバ１０は、レーザ光を伝送するとともに軸線Ｘに直交する断面が円形である芯部１１と、芯部１１の外周面を被覆する被覆部１２と、を有する。光源ＬＳが照射するレーザ光の出力は、１Ｗ以上とするのが好ましく、更に好ましくは１ｋＷ以上である。
　ここで使用する光ファイバは中実タイプのファイバおよび中空を有するフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）両方に対し効果を有する。特に高出力かつシングルモードファイバレーザのような高品質のレーザを伝送可能なファイバにおいて高い効果を有する。
　芯部１１は、ガラス製のコアの外側にガラス製のクラッドが設けられた部材である。被覆部１２は、ポリイミド等の紫外線硬化樹脂により形成されている。図１に示すように、芯部１１は、軸線Ｘに沿った被覆領域Ｒ１において被覆部１２により被覆されている。一方、芯部１１は、軸線Ｘに沿った非被覆領域Ｒ２においては被覆部１２により被覆されていない。
　内部スリーブ２０は、軸線Ｘに沿って円筒状に形成されるとともに光ファイバ１０を内周側に保持する部材である。内部スリーブ２０は、黄銅等の熱伝導性が高い金属材料により形成されている。内部スリーブ２０の内側は、供給機構５０により冷却水等の冷却媒体が流入する流入空間Ｓ１となっている。流入空間Ｓ１は、軸線Ｘ回りに環状に形成される空間となっている。
　外部スリーブ３０は、軸線Ｘに沿って円筒状に形成されるとともに内部スリーブ２０を内周側に保持する部材である。外部スリーブ３０は、熱伝導性に優れた銅合金や真鍮、アルミ合金などにより形成されている。内部スリーブ２０と外部スリーブ３０との間には、排出機構６０から流出する冷却媒体を導く流出空間Ｓ２となっている。流出空間Ｓ２は、軸線Ｘ回りに環状に形成される空間となっている。
　内部スリーブ２０は、流入空間Ｓ１と流出空間Ｓ２とを連通させる連通穴２１を非被覆領域Ｒ２に有する。図１に示すように、連通穴２１は、光ファイバ１０の入射端面１０ａと導光部材４０の第２端面４０ｂとが接合（融着）される位置の近傍に形成されている。連通穴２１は、図１に示す１箇所にのみ形成してもよいし、軸線Ｘ回りの周方向の複数箇所に形成してもよい。
　導光部材４０は、光源ＬＳから軸線Ｘに沿って出射されるレーザ光を光ファイバ１０の入射端面１０ａに導く部材である。導光部材４０は、光源ＬＳから出射されたレーザ光が入射する第１端面４０ａと、光ファイバ１０の入射端面１０ａに融着により接合された第２端面４０ｂとを有する。導光部材４０は、第１端面４０ａから第２端面４０ｂへレーザ光を導く。
　導光部材４０は、円柱状に形成される第１部材４１と略円錐状に形成される第２部材４２とを一体に形成した部材である。導光部材４０は、例えば、石英により形成されている。図１に示すように、内部スリーブ２０の前部固定スリーブ７２側（一端側）の内周面には、第１部材４１の外周面が接着剤を介して接合されている。
　供給機構５０は、被覆領域Ｒ１において、流入空間Ｓ１に冷却媒体を供給する機構である。供給機構５０は、供給源（図示略）から流量調整弁５５を介して供給される冷却媒体を流通させる管体である。供給機構５０は、外部スリーブ３０を貫通するとともに内部スリーブ２０の内側の流入空間Ｓ１と連通している。
　流量調整弁５５は、制御部９０から伝達される制御信号に応じて開度が調整される弁体である。流量調整弁５５は、開度に応じた供給量で供給源から供給機構５０へ冷却媒体を導く。
　排出機構６０は、供給機構５０から流入空間Ｓ１へ流入し連通穴２１から流出空間Ｓ２へ導かれた冷却媒体を、被覆領域Ｒ１において、流出空間Ｓ２から外部へ排出する機構である。排出機構は、流出空間Ｓ２から冷却媒体を外部へ向けて流通させる管体である。排出機構６０は、外部スリーブ３０を貫通して流出空間Ｓ２と連通している。
　供給機構５０および排出機構６０は、光ファイバ１０を冷却するとともに前部固定スリーブ７２を冷却する冷却機構としての機能を有する。すなわち、本実施形態の冷却機構は、供給機構５０および排出機構６０を有する。供給機構５０は、流入空間Ｓ１へ流入させた冷却媒体により内部スリーブ２０を冷却し、内部スリーブ２０を介して前部固定スリーブ７２を冷却する。排出機構６０は、流出空間Ｓ２から流出させる冷却媒体により外部スリーブ３０を冷却し、外部スリーブ３０を介して前部固定スリーブ７２を冷却する。
　保持部材７０は、軸線Ｘに沿って円柱状に形成されるとともに光ファイバ１０を保持する部材である。図１に示すように、内部スリーブ２０の後部固定スリーブ７１側（他端側）の内周面には、保持部材７０の外周面が固定されている。保持部材７０は、後部固定スリーブ７１に突き当てられた状態で取り付けられている。
　保持部材７０と後部固定スリーブ７１とが突き当てられる部分を密閉するように、例えばシリコーン樹脂製のシール材７４ａが充填されている。また、前述したように、内部スリーブ２０の前部固定スリーブ７２側（一端側）の内周面には、第１部材４１の外周面が接着剤を介して接合されている。これにより、流入空間Ｓ１は、導光部材４０および保持部材７０により密閉された空間となっている。
　後部固定スリーブ７１は、内部スリーブ２０および外部スリーブ３０の光源ＬＳの反対側の端部に取り付けられるとともに軸線Ｘに沿って円筒状に形成される部材である。後部固定スリーブ７１の光源ＬＳ側に内部スリーブ２０および外部スリーブ３０が取り付けられる。後部固定スリーブ７１の光源ＬＳの反対側には、ファイバケーブルＣＡが取り付けられる。
　前部固定スリーブ７２は、内部スリーブ２０および外部スリーブ３０の光源ＬＳ側の端部に取り付けられるとともに軸線Ｘに沿って円筒状に形成される部材である。前部固定スリーブ７２は、銅合金、アルミニウム、真鍮等の金属材料により形成されている。前部固定スリーブ７２を形成する金属材料として、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上のものを用いるのが好ましい。
　前部固定スリーブ７２は、導光部材４０および窓部材７３を固定するとともに、導光部材４０の第１端面４０ａと窓部材７３の第２透過面７３ｂとの間に密閉された導光空間Ｓ３を形成する。前部固定スリーブ７２は、内部スリーブ２０および外部スリーブ３０の光源ＬＳ側の端部に取り付けられている。
　窓部材７３は、光源ＬＳと導光部材４０との間に配置されるとともに光源ＬＳから出射されたレーザ光を導光部材４０の第１端面４０ａへ導く部材である。窓部材７３は、透過性のある材料（例えば、石英）により形成されており、導光部材４０との間に密閉された導光空間Ｓ３を挟んで配置されている。
　図２に示すように、窓部材７３は、光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１が入射する第１透過面７３ａと、第１透過面７３ａに入射したレーザ光Ｌ１を導光部材４０へ向けて出射する第２透過面７３ｂとを有する。図２において、軸線Ｘは、光源ＬＳから出射されるレーザ光Ｌ１の光軸と一致している。
　第１透過面７３ａは、軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置される。図２では、軸線Ｘに直交し、かつ軸線Ｘに直交する軸線Ｙが配置される平面に対して、第１透過面７３ａが所定角度θだけ傾斜している。第２透過面７３ｂは、第１透過面７３ａと同様に、軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置される。窓部材７３は、第１透過面７３ａと第２透過面７３ｂとが平行となるように形成されている。
　ここで、所定角度θは、０．０１度以上かつ１０度以下に設定する。また、所定角度θは、０．１度以上かつ１０度以下に設定するのが好ましい。また、所定角度θは、０．１度以上かつ５度以下に設定するのが更に好ましい。
　窓部材７３の第１透過面７３ａに入射したレーザ光Ｌ１は、窓部材７３の第２透過面７３ｂから出射され、導光空間Ｓ３を介して導光部材４０の第１端面４０ａにレーザ光Ｌ２として入射する。第１端面４０ａに入射したレーザ光Ｌ２は、第２端面４０ｂを介して光ファイバ１０の入射端面１０ａに導かれる。
　光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１の一部は、窓部材７３の第１透過面７３ａで反射される。第１透過面７３ａで反射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ３として光源ＬＳ側に導かれる。図２に示すように、レーザ光Ｌ３は光源ＬＳ側に導かれるものの光源ＬＳには入射しない。これは、第１透過面７３ａが軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置されるからである。所定角度θは、光源ＬＳから第１透過面７３ａまでの軸線Ｘ方向の距離Ｄ等を考慮し、レーザ光Ｌ３が光源ＬＳに入射しないように設定される。
　光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１の一部は、窓部材７３の第２透過面７３ｂで反射される。第２透過面７３ｂで反射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ４として光源ＬＳ側に導かれる。図２に示すように、レーザ光Ｌ４は光源ＬＳ側に導かれるものの光源ＬＳには入射しない。これは、第２透過面７３ｂが軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置されるからである。所定角度θは、光源ＬＳから第２透過面７３ｂまでの軸線Ｘ方向の距離Ｄ等を考慮し、レーザ光Ｌ３が光源ＬＳに入射しないように設定される。
　固定部材７４は、窓部材７３を前部固定スリーブ７２に固定する部材である。固定部材７４は、前部固定スリーブ７２の凹所７２ａに窓部材７３を挿入した状態で、前部固定スリーブ７２との間に窓部材７３を固定する。
　温度センサ８０は、被覆領域Ｒ１と非被覆領域Ｒ２との境界位置を通過した冷却媒体の温度を検出する装置である。温度センサ８０は、光ファイバ１０の入射端面１０ａと導光部材４０の第２端面４０ｂとが接合（融着）される位置の近傍において、内部スリーブ２０の温度を検出する。温度センサ８０は、内部スリーブ２０の温度を検出することにより、光ファイバ１０の入射端面１０ａと導光部材４０の第２端面４０ｂとが融着される位置を通過する冷却媒体の温度を検出することができる。
　制御部９０は、温度センサ８０が検出した温度に応じて流量調整弁５５および光源ＬＳのレーザ光の出力を調整する装置である。制御部９０は、温度センサ８０が検出した温度が目標温度よりも高い場合には、流量調整弁５５の開度を大きくするように流量調整弁５５を制御する。また、制御部９０は、温度センサ８０が検出した温度が目標温度よりも低い場合には、流量調整弁５５の開度を小さくするように流量調整弁５５を制御する。
　制御部９０は、温度センサ８０が検出した温度が所定の閾値温度よりも高い場合には、光源ＬＳから出力されるレーザ光の出力を停止するように光源ＬＳを調整する。レーザ光の出力を停止することで、光コネクタ１００が閾値温度よりも高い温度に維持されて損傷することを防止することができる。
　次に、本実施形態の光コネクタ１００の内部を流通する冷却媒体の流れについて説明する。
　供給源から供給される冷却媒体は、流量調整弁５５により供給量が調整され、供給機構５０により被覆領域Ｒ１の流入空間Ｓ１に供給される。被覆領域Ｒ１の流入空間Ｓ１に供給された冷却媒体は、軸線Ｘに沿って被覆領域Ｒ１から非被覆領域Ｒ２に向けて流通し、被覆領域Ｒ１と非被覆領域Ｒ２との境界位置を通過する。境界位置を通過する冷却媒体は、境界位置の近傍の被覆部１２を冷却する。
　境界位置を通過した冷却媒体は、軸線Ｘに沿って導光部材４０へ向けて流通し、連通穴２１から非被覆領域Ｒ２の流出空間Ｓ２へ導かれる。流入空間Ｓ１を被覆領域Ｒ１から非被覆領域Ｒ２へ向けて流通した冷却媒体は、連通穴２１で折り返し、流出空間Ｓ２を非被覆領域Ｒ２から被覆領域Ｒ１へ向けて逆方向に流通する。非被覆領域Ｒ２と被覆領域Ｒ１との境界位置を通過した冷却媒体は、排出機構６０により流出空間Ｓ２から外部へ排出される。
　冷却媒体により内部スリーブ２０および外部スリーブ３０が冷却されるため、内部スリーブ２０および外部スリーブ３０と接触する前部固定スリーブ７２が冷却される。前部固定スリーブ７２が冷却されると、前部固定スリーブ７２に接触して配置される窓部材７３が冷却される。
　以上説明した本実施形態の光コネクタ１００は、以下の作用及び効果を奏する。
　本実施形態の光コネクタ１００によれば、光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１は、窓部材７３の第１透過面７３ａに入射し、第２透過面７３ｂから出射して導光部材４０に導かれる。導光部材４０の第１端面４０ａに入射したレーザ光Ｌ２は、第２端面４０ｂから光ファイバ１０の入射端面１０ａに導かれる。レーザ光Ｌ１が入射する窓部材７３の第１透過面７３ａは、レーザ光Ｌ１の光軸である軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θ傾斜して配置されている。
　そのため、窓部材７３へ入射するレーザ光Ｌ１の一部は第１透過面７３ａで反射するが、反射したレーザ光Ｌ１は軸線Ｘから所定角度θ傾斜した方向へ導かれる。これにより、反射したレーザ光Ｌ１が軸線Ｘに沿って光源ＬＳに導かれ、光源ＬＳが備えるレーザ発振器や光ファイバに損傷が生じることが防止される。
　また、本実施形態の光コネクタ１００によれば、レーザ光Ｌ１が入射する窓部材７３の第１透過面７３ａの軸線Ｘに直交する平面に対する傾斜角度である所定角度θを０．０１度以上かつ１０度以下に設定することで、第１透過面７３ａで反射したレーザ光Ｌ１が軸線Ｘに沿って光源ＬＳに導かれることを適切に防止することができる。
　また、本実施形態の光コネクタ１００によれば、窓部材７３と導光部材４０との間に導光空間Ｓ３が配置されるため、導光空間Ｓ３を配置しない場合に比べ、窓部材７３を透過するレーザ光のエネルギー密度が低くなり、窓部材７３が加熱されることを抑制することができる。また、導光空間Ｓ３が密閉されているため、導光部材４０に塵埃が付着することが抑制され、導光部材４０に付着した塵埃が燃焼すること等による不具合を抑制することができる。
　また、本実施形態の光コネクタ１００によれば、内部スリーブ２０の内側の流入空間Ｓ１に供給される冷却媒体は、連通穴２１から流出空間Ｓ２に導かれ、排出機構６０により流出空間Ｓ２から外部に導かれる。流入空間Ｓ１および流出空間Ｓ２を流通する冷却媒体により前部固定スリーブ７２が冷却されるため、前部固定スリーブ７２を介して窓部材７３を冷却し、窓部材７３が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
　熱レンズ効果が生じると、レーザ光Ｌ２の焦点位置が変わり、光ファイバ１０の入射端面１０ａにおけるレーザ光Ｌ２のビーム径が増大してしまう。レーザ光Ｌ２のビーム径が増大して光ファイバ１０の入射端面１０ａよりも大きくなると、光ファイバ１０へ入射しないレーザ光Ｌ２により光コネクタ１００の部品に損傷が生じる可能性がある。
〔第２実施形態〕
　以下、本開示の第２実施形態に係る光コネクタ１００について、図面を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図４は、本実施形態に係る光コネクタ１００Ａの部分拡大図である。
　第１実施形態の窓部材７３は、第１透過面７３ａおよび第２透過面７３ｂの双方が、軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置されるものであった。それに対して、本実施形態の窓部材７３Ａは、第１透過面７３Ａａが軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置され、第２透過面７３Ａｂが軸線Ｘに直交するように配置される。
　図４に示すように、窓部材７３Ａは、光源ＬＳと導光部材４０との間に配置されるとともに光源ＬＳから出射されたレーザ光を導光部材４０の第１端面４０ａへ導く部材である。窓部材７３Ａは、透過性のある材料（例えば、石英）により形成されており、導光部材４０との間に密閉された導光空間Ｓ３を挟んで配置されている。
　図４に示すように、窓部材７３Ａは、光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１が入射する第１透過面７３Ａａと、第１透過面７３Ａａに入射したレーザ光Ｌ１を導光部材４０へ向けて出射する第２透過面７３Ａｂとを有する。図４において、軸線Ｘは、光源ＬＳから出射されるレーザ光Ｌ１の光軸と一致している。
　第１透過面７３Ａａは、軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置される。図４では、軸線Ｘに直交し、かつ軸線Ｘに直交する軸線Ｙが配置される平面に対して、第１透過面７３Ａａが所定角度θだけ傾斜している。第２透過面７３Ａｂは、軸線Ｘに直交する平面に直交するように配置される。
　ここで、所定角度θは、０．０１度以上かつ１０度以下に設定する。また、所定角度θは、０．１度以上かつ１０度以下に設定するのが好ましい。また、所定角度θは、０．１度以上かつ５度以下に設定するのが更に好ましい。
　窓部材７３Ａの第１透過面７３Ａａに入射したレーザ光Ｌ１は、窓部材７３Ａの第２透過面７３Ａｂから出射され、導光空間Ｓ３を介して導光部材４０の第１端面４０ａにレーザ光Ｌ２として入射する。第１端面４０ａに入射したレーザ光Ｌ２は、第２端面４０ｂを介して光ファイバ１０の入射端面１０ａに導かれる。
　光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１の一部は、窓部材７３Ａの第１透過面７３Ａａで反射される。第１透過面７３Ａａで反射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ３として光源ＬＳ側に導かれる。図４に示すように、レーザ光Ｌ３は光源ＬＳ側に導かれるものの光源ＬＳには入射しない。これは、第１透過面７３Ａａが軸線Ｘに直交する平面に対して所定角度θだけ傾斜して配置されるからである。所定角度θは、光源ＬＳから第１透過面７３Ａａまでの軸線Ｘ方向の距離Ｄ等を考慮し、レーザ光Ｌ３が光源ＬＳに入射しないように設定される。
　光源ＬＳから出射されたレーザ光Ｌ１の一部は、窓部材７３Ａの第２透過面７３Ａｂで反射される。第２透過面７３Ａｂで反射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ４として光源ＬＳ側に導かれる。図４に示すように、レーザ光Ｌ４は軸線Ｘに沿って光源ＬＳに入射する方向に導かれる。
　第２透過面７３Ａｂで反射されたレーザ光Ｌ１はレーザ光Ｌ４として光源ＬＳに導かれるが、第１透過面７３Ａａで反射されたレーザ光Ｌ１は光源ＬＳに入射しない。したがって、本実施形態の窓部材７３Ａによれば、第１透過面７３Ａａで反射されたレーザ光と第２透過面７３Ａｂで反射されたレーザ光の双方が光源ＬＳに導かれる場合に比べ、窓部材７３で反射されて光源ＬＳへ導かれるレーザ光の光量を少なくすることができる。
〔第３実施形態〕
　以下、本開示の第３実施形態に係る光コネクタ１００Ｂについて、図面を参照して説明する。第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図５は、本実施形態に係る光コネクタ１００Ｂの部分拡大図である。図６は、図５に示す光コネクタ１００ＢのＡ－Ａ矢視断面図である。
　第１実施形態の光コネクタ１００は、供給機構５０および排出機構６０を有する冷却機構により前部固定スリーブ７２を間接的に冷却するものであった。これに対して、本実施形態の光コネクタ１００は、前部固定スリーブ７２を間接的に冷却するのに加え、更に前部固定スリーブ７２の内部に形成される冷却媒体流路７２ｂに冷却媒体を流通させて前部固定スリーブ７２を直接的に冷却する冷却機構を備えるものである。
　図５に示すように、本実施形態の光コネクタ１００Ｂは、前部固定スリーブ７２の内部に冷却媒体（例えば、水）を流通させる冷却媒体流路７２ｂが形成されている。図６に示すように、冷却媒体流路７２ｂは、前部固定スリーブ７２の内部に軸線Ｘ回りの周方向に沿って環状に形成される流路である。
　冷却媒体流路７２ｂには、供給機構７２ｃを介して、冷却媒体の供給源（図示略）から導かれる冷却媒体が供給される。冷却媒体流路７２ｂに供給された冷却媒体は、図６に矢印で示す方向に流通し、排出機構７２ｄにより外部に排出される。本実施形態において、冷却媒体流路７２ｂは、前部固定スリーブ７２を冷却する冷却機構として機能する。
　本実施形態の光コネクタ１００Ｂによれば、前部固定スリーブ７２の内部に形成される冷却媒体流路７２ｂに冷却媒体を流通させることにより、前部固定スリーブ７２を介して窓部材７３を冷却し、窓部材７３が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
〔第４実施形態〕
　以下、本開示の第４実施形態に係る光コネクタ１００Ｃについて、図面を参照して説明する。第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図７は、本実施形態に係る光コネクタ１００Ｃの部分拡大図である。
　第１実施形態の光コネクタ１００は、供給機構５０および排出機構６０を有する冷却機構により前部固定スリーブ７２を間接的に冷却するものであった。これに対して、本実施形態の光コネクタ１００は、前部固定スリーブ７２を間接的に冷却するのに加え、更に前部固定スリーブ７２の内部に形成される導光空間Ｓ３に気相の冷却媒体を流通させて窓部材７３を直接的に冷却する冷却機構を備えるものである。
　図７に示すように、本実施形態の光コネクタ１００Ｃの前部固定スリーブ７２は、前部固定スリーブ７２の導光空間Ｓ３に気相の冷却媒体を供給する供給配管７２ｅと、導光空間Ｓ３に供給された冷却媒体を外部へ排出する排出配管７２ｆとを有する。本実施形態において、供給配管７２ｅおよび排出配管７２ｆは、導光空間Ｓ３に気相の冷媒を流通させる冷却機構として機能する。
　本実施形態の光コネクタ１００Ｂによれば、導光空間Ｓ３に気相の冷却媒体を流通させることにより窓部材７３を直接的に冷却し、窓部材７３が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
　以上説明した本実施形態に記載の光コネクタは、例えば以下のように把握される。
　本開示に係る光コネクタ（１００）は、軸線（Ｘ）に沿って配置される光ファイバ（１０）と、光源（ＬＳ）から前記軸線に沿って出射されたレーザ光が入射する第１端面（４０ａ）と前記光ファイバの入射端面（１０ａ）に接合された第２端面（４０ｂ）とを有するとともに前記第１端面から前記第２端面へ前記レーザ光を導く導光部材（４０）と、前記光源と前記導光部材との間に配置されるとともに前記光源から出射された前記レーザ光を前記導光部材の前記第１端面（４０ａ）へ導く窓部材（７３）と、を備え、前記窓部材は、前記光源から出射された前記レーザ光が入射する第１透過面（７３ａ）と、前記第１透過面に入射した前記レーザ光を前記導光部材へ向けて出射する第２透過面（７３ｂ）と、を有し、前記第１透過面は、前記軸線に直交する平面に対して所定角度（θ）傾斜して配置される。
　本開示に係る光コネクタによれば、光源から出射されたレーザ光は、窓部材の第１透過面に入射し、第２透過面から出射して導光部材に導かれる。導光部材の第１端面に入射したレーザ光は、第２端面から光ファイバの入射端面に導かれる。レーザ光が入射する窓部材の第１透過面は、レーザ光の光軸である軸線に直交する平面に対して所定角度傾斜して配置されている。
　そのため、窓部材へ入射するレーザ光の一部は第１透過面で反射するが、反射したレーザ光は軸線から所定角度傾斜した方向へ導かれる。これにより、反射したレーザ光が軸線に沿って光源に導かれ、光源が備えるレーザ発振器や光ファイバに損傷が生じることが防止される。
　本開示に係る光コネクタにおいては、前記所定角度は、０．０１度以上かつ１０度以下に設定される構成としてもよい。より好ましくは、０．１度以上かつ１０度以下であり、更に好ましくは０．１度以上かつ５度以下である。
　レーザ光が入射する窓部材の第１透過面の軸線に直交する平面に対する傾斜角度を０．０１度以上かつ１０度以下に設定することで、第１透過面で反射したレーザ光が軸線に沿って光源に導かれることを適切に防止することができる。
　本開示に係る光コネクタにおいて、前記窓部材は、前記導光部材との間に密閉された導光空間（Ｓ３）を挟んで配置されている構成としてもよい。
　本構成の光コネクタによれば、窓部材と導光部材との間に導光空間が配置されるため、導光空間を配置しない場合に比べ、窓部材を透過するレーザ光のエネルギー密度が低くなり、窓部材が加熱されることを抑制することができる。また、導光空間が密閉されているため、導光部材に塵埃が付着することが抑制され、導光部材に付着した塵埃が燃焼すること等による不具合を抑制することができる。
　本開示に係る光コネクタにおいては、前記導光部材および前記窓部材を固定するとともに前記導光空間を形成する固定機構（７２）と、前記固定機構を冷却する冷却機構（５０，６０）と、を備える構成としてもよい。
　本構成の光コネクタによれば、固定機構を冷却機構により冷却することにより、固定機構に固定された窓部材を冷却することができる。そのため、窓部材が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
　熱レンズ効果が生じると、レーザ光の焦点位置が変わり、光ファイバの入射端面におけるレーザ光のビーム径が増大してしまう。レーザ光のビーム径が増大して光ファイバの入射端面よりも大きくなると、光ファイバへ入射しないレーザ光により光コネクタの部品に損傷が生じる可能性がある。
　上記構成に係る光コネクタにおいては、前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記光ファイバを内周側に保持する内部スリーブ（２０）と、前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記内部スリーブを内周側に保持する外部スリーブ（３０）と、を備え、前記冷却機構は、前記内部スリーブの内側の流入空間（Ｓ１）に冷却媒体を供給する供給機構（５０）と、前記内部スリーブと前記外部スリーブとの間の流出空間（Ｓ２）から前記冷却媒体を排出する排出機構（６０）と、を有し、前記固定機構は、前記内部スリーブおよび前記外部スリーブの前記光源側の端部に取り付けられており、前記内部スリーブは、前記流入空間と前記流出空間とを連通させる連通穴（２１）を有する構成としてもよい。
　本構成の光コネクタによれば、光ファイバが内部スリーブの内周側に保持され、内部スリーブが外部スリーブの内周側に保持される。内部スリーブの内側の流入空間に供給される冷却媒体は、連通穴から流出空間に導かれ、排出機構により流出空間から外部に導かれる。流入空間および流出空間を流通する冷却媒体により固定機構が冷却されるため、固定機構を介して窓部材を冷却し、窓部材が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
　上記構成に係る光コネクタにおいて、前記冷却機構は、前記固定機構の内部に形成される冷却媒体流路（７２ｂ）に冷却媒体を流通させる機構である構成としてもよい。
　本構成の光コネクタによれば、固定機構の内部に形成される冷却媒体流路に冷却媒体を流通させることにより、固定機構を介して窓部材を冷却し、窓部材が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
　上記構成に係る光コネクタにおいて、前記冷却機構は、前記導光空間に気相の冷却媒体を流通させる機構である構成としてもよい。
　本構成の光コネクタによれば、導光空間に気相の冷却媒体を流通させることにより窓部材を冷却し、窓部材が加熱されることにより熱レンズ効果が生じることを防止することができる。
１０　　　光ファイバ
１０ａ　　入射端面
１１　　　芯部
１２　　　被覆部
２０　　　内部スリーブ
２１　　　連通穴
３０　　　外部スリーブ
４０　　　導光部材
４０ａ　　第１端面
４０ｂ　　第２端面
４１　　　第１部材
４２　　　第２部材
５０　　　供給機構（冷却機構）
５５　　　流量調整弁
６０　　　排出機構（冷却機構）
７０　　　保持部材
７１　　　後部固定スリーブ
７２　　　前部固定スリーブ（固定機構）
７２ｂ　　冷却媒体流路（冷却機構）
７２ｃ　　供給機構（冷却機構）
７２ｄ　　排出機構（冷却機構）
７２ｅ　　供給配管（冷却機構）
７２ｆ　　排出配管（冷却機構）
７３，７３Ａ　　窓部材
７３ａ，７３Ａａ　第１透過面
７３ｂ，７３Ａｂ　第２透過面
７４　　　固定部材
７４ａ　　シール材
８０　　　温度センサ
９０　　　制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　光コネクタ
Ｄ　　　　距離
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４　レーザ光
ＬＳ　　　光源
Ｒ１　　　被覆領域
Ｒ２　　　非被覆領域
Ｓ１　　　流入空間
Ｓ２　　　流出空間
Ｓ３　　　導光空間
Ｘ　　　　軸線
Ｙ　　　　軸線
θ　　　　所定角度
 

Claims (7)

  1. 　軸線に沿って配置される光ファイバと、
    　光源から前記軸線に沿って出射されたレーザ光が入射する第１端面と前記光ファイバの入射端面に接合された第２端面とを有するとともに前記第１端面から前記第２端面へ前記レーザ光を導く導光部材と、
    　前記光源と前記導光部材との間に配置されるとともに前記光源から出射された前記レーザ光を前記導光部材の前記第１端面へ導く窓部材と、を備え、
    　前記窓部材は、前記光源から出射された前記レーザ光が入射する第１透過面と、前記第１透過面に入射した前記レーザ光を前記導光部材へ向けて出射する第２透過面と、を有し、
    　前記第１透過面は、前記軸線に直交する平面に対して所定角度傾斜して配置される光コネクタ。
  2. 　前記所定角度は、０．０１度以上かつ１０度以下に設定される請求項１に記載の光コネクタ。
  3. 　前記窓部材は、前記導光部材との間に密閉された導光空間を挟んで配置されている請求項１または請求項２に記載の光コネクタ。
  4. 　前記導光部材および前記窓部材を固定するとともに前記導光空間を形成する固定機構と、
    　前記固定機構を冷却する冷却機構と、を備える請求項３に記載の光コネクタ。
  5. 　前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記光ファイバを内周側に保持する内部スリーブと、
    　前記軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記内部スリーブを内周側に保持する外部スリーブと、を備え、
    　前記冷却機構は、
    　前記内部スリーブの内側の流入空間に冷却媒体を供給する供給機構と、
    　前記内部スリーブと前記外部スリーブとの間の流出空間から前記冷却媒体を排出する排出機構と、を有し、
    　前記固定機構は、前記内部スリーブおよび前記外部スリーブの前記光源側の端部に取り付けられており、
    　前記内部スリーブは、前記流入空間と前記流出空間とを連通させる連通穴を有する請求項４に記載の光コネクタ。
  6. 　前記冷却機構は、前記固定機構の内部に形成される冷却媒体流路に冷却媒体を流通させる機構である請求項４に記載の光コネクタ。
  7. 　前記冷却機構は、前記導光空間に気相の冷却媒体を流通させる機構である請求項４に記載の光コネクタ。
     
PCT/JP2022/036155 2021-10-01 2022-09-28 光コネクタ WO2023054466A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021162871A JP2023053685A (ja) 2021-10-01 2021-10-01 光コネクタ
JP2021-162871 2021-10-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023054466A1 true WO2023054466A1 (ja) 2023-04-06

Family

ID=85782836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/036155 WO2023054466A1 (ja) 2021-10-01 2022-09-28 光コネクタ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023053685A (ja)
WO (1) WO2023054466A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61221705A (ja) * 1985-02-27 1986-10-02 アマダ　エンジニアリング　アンド　サービス　カンパニー　インコーポレーテツド 光フアイバ用入出力カツプリング装置
JPS61235806A (ja) * 1985-03-11 1986-10-21 シレイ・インコーポレーテツド レーザー源からの電磁放射を光フアイバーに搬送する装置
JPH07140350A (ja) * 1993-11-17 1995-06-02 Fanuc Ltd 光伝送器
JP2001056421A (ja) * 1999-08-19 2001-02-27 Nec Corp レーザ光伝送方法
CN100452570C (zh) * 2007-03-23 2009-01-14 清华大学 一种液体导引泵浦光束的装置
US20090304336A1 (en) * 2006-07-22 2009-12-10 Roland Berger Air-cooled plug part for an optical waveguide
JP2020008668A (ja) * 2018-07-05 2020-01-16 三菱重工業株式会社 光コネクタ及び伝送装置
JP2020537758A (ja) * 2017-10-17 2020-12-24 オプトスカンド エービー 光電子集成装置
JP2021018371A (ja) * 2019-07-23 2021-02-15 三菱重工業株式会社 光コネクタ及び伝送装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61221705A (ja) * 1985-02-27 1986-10-02 アマダ　エンジニアリング　アンド　サービス　カンパニー　インコーポレーテツド 光フアイバ用入出力カツプリング装置
JPS61235806A (ja) * 1985-03-11 1986-10-21 シレイ・インコーポレーテツド レーザー源からの電磁放射を光フアイバーに搬送する装置
JPH07140350A (ja) * 1993-11-17 1995-06-02 Fanuc Ltd 光伝送器
JP2001056421A (ja) * 1999-08-19 2001-02-27 Nec Corp レーザ光伝送方法
US20090304336A1 (en) * 2006-07-22 2009-12-10 Roland Berger Air-cooled plug part for an optical waveguide
CN100452570C (zh) * 2007-03-23 2009-01-14 清华大学 一种液体导引泵浦光束的装置
JP2020537758A (ja) * 2017-10-17 2020-12-24 オプトスカンド エービー 光電子集成装置
JP2020008668A (ja) * 2018-07-05 2020-01-16 三菱重工業株式会社 光コネクタ及び伝送装置
JP2021018371A (ja) * 2019-07-23 2021-02-15 三菱重工業株式会社 光コネクタ及び伝送装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023053685A (ja) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0910810B1 (en) Optical fibre cable
JP6564418B2 (ja) 光パワーモニタ装置およびレーザ装置
US7463801B2 (en) Side-firing laser
EP1096285B1 (en) Method of protecting an optical fibre assembly from radiation
JP2019070807A (ja) オプトエレクトロニクス集成装置
CN109244804B (zh) 激光器及其激光输出头
WO2012147688A1 (ja) 光ファイバケーブル
US20090310917A1 (en) Optical fiber connector
JP2005500528A (ja) 光ファイバー装置
US8137004B2 (en) Air-cooled plug part for an optical waveguide
US7400794B1 (en) Transport optical fiber for Q-switched lasers
US20050121424A1 (en) Optical horned lightpipe or lightguide
US9566752B2 (en) Methods of forming a TIR optical fiber lens
JP2007293298A (ja) 光学部品の光入出力端
WO2023054466A1 (ja) 光コネクタ
US20060285798A1 (en) Bent side-firing laser
US20170304939A1 (en) Machining head for laser machining machine, and laser machining machine
KR100809924B1 (ko) 광섬유 접속 수단에서의 광출력 손실을 측정하는 방법 및 장치
JP3779689B2 (ja) レーザ加工用光ファイバおよびレーザ光伝達装置
WO2023054329A1 (ja) 光コネクタ
JP6738218B2 (ja) 光デバイスおよびレーザ装置
JP2009098601A (ja) 半導体レーザモジュール及びそれを用いた光走査装置ならびに画像形成装置
JP2009186775A (ja) 光源装置
JP5824856B2 (ja) 光ファイバケーブル
JP4675030B2 (ja) レーザ光伝達装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22876332

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1