特許 5943209 光ファイバ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943209

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】光ファイバ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20160616BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   H01S5/022

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-188179(P2013-188179)

(22)【出願日】2013年9月11日

(65)【公開番号】特開2015-55714(P2015-55714A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2014年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 悟司

(72)【発明者】

【氏名】福田 悟

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１１３５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８００６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０４７２７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−００７９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２５８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０９２３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１７５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／４２ − ６／４３

Ｇ０２Ｂ ６／３２

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を伝送するコアを中心部分に有する光ファイバ部と、
前記光ファイバ部の入射側の端部を接続するファイバ接続部と、を備え、
前記ファイバ接続部は、前記コアに入射するレーザ光が内部を通るために、中空状に形成されるレーザ光路部を備え、
前記レーザ光路部は、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも小さく形成される絞り部と、下流側の端部に配置され、前記光ファイバ部の入射側の端面における前記コアよりも外側部分と当接するために、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも大きく形成される当接部と、を備える、光ファイバ装置であって、
入射されたレーザ光を前記レーザ光路部に向けて集光して出射する光学系をさらに備え、
前記コアの外幅寸法がＷ１であり、前記絞り部の内幅寸法がＷ２であり、前記光ファイバ部の入射側の端面と前記絞り部との離間距離がＷ３であり、前記光学系の開口角がθ１であるときに、
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ１／２）
を満たす、光ファイバ装置。

【請求項2】

レーザ光を伝送するコアを中心部分に有する光ファイバ部と、
前記光ファイバ部の入射側の端部を接続するファイバ接続部と、を備え、
前記ファイバ接続部は、前記コアに入射するレーザ光が内部を通るために、中空状に形成されるレーザ光路部を備え、
前記レーザ光路部は、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも小さく形成される絞り部と、下流側の端部に配置され、前記光ファイバ部の入射側の端面における前記コアよりも外側部分と当接するために、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも大きく形成される当接部と、を備える、光ファイバ装置であって、
前記コアの外幅寸法がＷ１であり、前記絞り部の内幅寸法がＷ２であり、前記光ファイバ部の入射側の端面と前記絞り部との離間距離がＷ３であり、前記コア内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度がθ２であるときに、
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ２／２）
を満たす、光ファイバ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光を伝送するコアを中心部分に有する光ファイバ部を備える光ファイバ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光ファイバ装置として、レーザ光を伝送するコアを中心部分に有する光ファイバ部と、コアに入射するレーザ光が内部を通るために、中空状に形成されるレーザ光路部とを備える光ファイバ装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる光ファイバ装置においては、レーザ光路部が絞り部を備えているため、コアに入射しないレーザ光が絞り部で遮断されている。

【0003】

ところで、レーザ光を効率的にコアに入射させるためには、光ファイバ部の入射面と絞り部との位置合わせが必要である。そして、例えば、その位置合わせが不十分である場合には、コアの外側にあるクラッドにレーザ光が入射することで、樹脂等で形成されているクラッドが焦げる場合がある。また、例えば、その位置合わせが行われる際に、コアの入射面に絞り部等が接触することで、コアの入射面が傷つく場合もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−９２３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、レーザ光を効率的にコアに入射できる光ファイバ装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光ファイバ装置は、レーザ光を伝送するコアを中心部分に有する光ファイバ部と、前記光ファイバ部の入射側の端部を接続するファイバ接続部と、を備え、前記ファイバ接続部は、前記コアに入射するレーザ光が内部を通るために、中空状に形成されるレーザ光路部を備え、前記レーザ光路部は、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも小さく形成される絞り部と、下流側の端部に配置され、前記光ファイバ部の入射側の端面における前記コアよりも外側部分と当接するために、内幅寸法が前記コアの外幅寸法よりも大きく形成される当接部と、を備える。

【0007】

本発明に係る光ファイバ装置によれば、ファイバ接続部は、光ファイバ部の入射側の端部を接続しており、レーザ光は、中空状に形成されるレーザ光路部の内部を通り、光ファイバ部の中心部分に有するコアに入射され、コアにより伝送される。そして、レーザ光路部には、絞り部が設けられており、絞り部の内幅寸法がコアの外幅寸法よりも小さいため、レーザ光がコアよりも外側部分に入射することを抑制することができる。

【0008】

しかも、レーザ光路部の下流側の端部に配置される当接部は、内幅寸法がコアの外幅寸法よりも大きく形成されているため、光ファイバ部の入射側の端面におけるコアよりも外側部分と当接する。これにより、当接部に光ファイバ部の入射側の端面を当接することで、ファイバ接続部に対して光ファイバ部を容易に位置決めでき、しかも、コアの外幅寸法よりも小さい内幅寸法である絞り部が存在していても、コアの入射面を傷付けられることが防止できる。このように、レーザ光を効率的にコアに入射することができる。

【0009】

また、本発明に係る光ファイバ装置においては、入射されたレーザ光を前記レーザ光路部に向けて集光して出射する光学系をさらに備え、前記コアの外幅寸法がＷ１であり、前記絞り部の内幅寸法がＷ２であり、前記光ファイバ部の入射側の端面と前記絞り部との離間距離がＷ３であり、前記光学系の開口角がθ１であるときに、
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ１／２）
を満たす、という構成でもよい。

【0010】

斯かる構成によれば、光学系は、入射されたレーザ光を開口角がθ１となるように集光して出射する。そして、光学系から出射されたレーザ光は、絞り部を通って、光ファイバ部のコアに入射される。このとき、上記関係式を満たすことにより、絞り部を通過したレーザ光は、光ファイバ部のコアに全て入射される。したがって、レーザ光をさらに効率的にコアに入射することができる。

【0011】

また、本発明に係る光ファイバ装置においては、前記コアの外幅寸法がＷ１であり、前記絞り部の内幅寸法がＷ２であり、前記光ファイバ部の入射側の端面と前記絞り部との離間距離がＷ３であり、前記コア内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度がθ２であるときに、
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ２／２）
を満たす、という構成でもよい。

【0012】

斯かる構成によれば、コア内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度がθ２であるとき、一般的に、コアに入射されるレーザ光は、開口角がθ２以下の光学系を用いて、集光される。そして、集光されたレーザ光は、絞り部を通って、光ファイバ部のコアに入射される。このとき、上記関係式を満たすことにより、絞り部を通過したレーザ光は、光ファイバ部のコアに全て入射される。したがって、レーザ光をさらに効率的にコアに入射することができる。

【発明の効果】

【0013】

以上の如く、本発明に係る光ファイバ装置は、レーザ光を効率的にコアに入射できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る光ファイバ装置の全体概要図である。

【図2】同実施形態に係る光ファイバ装置の要部断面図である。

【図3】同実施形態に係る光ファイバ装置の図２における要部拡大図である。

【図4】同実施形態に係る光ファイバ装置のサイズを説明する図である。

【図5】同実施形態に係る光ファイバ装置の作用を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る光ファイバ装置における一実施形態について、図１〜図５を参酌して説明する。

【0016】

図１に示すように、本実施形態に係る光ファイバ装置１は、レーザ光を伝送する光ファイバ部２を備えている。また、光ファイバ装置１は、光ファイバ部２に向けてレーザ光を出射する光源装置３を備えている。

【0017】

光ファイバ部２は、図２及び図３に示すように、レーザ光を伝送する光ファイバ２１と、光ファイバ２１を内部に配置して保持固定するフェルール２２とを備えている。光ファイバ２１は、中心部分に配置されてレーザ光を伝送するコア２１ａと、コア２１ａの外側に配置され、コア２１ａよりも低い屈折率であるクラッド２１ｂとを備えている。

【0018】

コア２１ａは、断面形状が円形状、具体的には、真円形状となるように、形成されている。また、クラッド２１ｂは、コア２１ａの外側に同じ厚み寸法となるように形成されている。したがって、光ファイバ２１は、断面形状が円形状、具体的には、真円形状となるように、形成されている。本実施形態においては、クラッド２１ｂは、樹脂から形成されているが、斯かる構成に限られず、例えば、石英ガラスから形成されていてもよい。

【0019】

図１に戻り、光源装置３は、レーザ光を出射する光源部４と、光源部４から出射されたレーザ光が入射される光学系５とを備えている。また、光源装置３は、光源部４及び光学系５を収容する筐体６と、筐体６に固定され、光ファイバ部２を接続するファイバ接続部７とを備えている。

【0020】

光源部４は、レーザ光を発生して出射する複数の半導体レーザ４１を備えている。また、光源部４は、各半導体レーザ４１から出射されたレーザ光を光学系５に向けて反射する複数の反射ミラー４２を備えている。そして、光源部４は、複数の半導体レーザ４１から出射される各光の光軸が光学系５に入射される際に互いに平行となるように、構成されている。なお、半導体レーザ４１及び反射ミラー４２は、図１において、それぞれ６つずつ備えられているが、斯かる数量に限られない。

【0021】

光学系５は、入射されたレーザ光を集光して出射する一対のレンズ５１，５２を備えている。そして、光学系５は、入射されたレーザ光をファイバ接続部７及び光ファイバ部２に向けて集光して出射する。なお、本実施形態においては、光学系５は、レンズ５１，５２を二つ備えているが、斯かる数量に限られない。

【0022】

第１のレンズ５１は、光源部４から出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を第２のレンズ５２に向けて集光して出射する。第２のレンズ５２は、第１のレンズ５１から出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光をファイバ接続部７及び光ファイバ部２に向けて集光して出射する。

【0023】

ファイバ接続部７は、図２及び図３に示すように、光ファイバ部２を着脱可能に接続すべく、光ファイバ部２の入射側の端部が挿入される筒状のファイバ挿入部７１と、光ファイバ部２をファイバ挿入部７１に固定するための固定機構７２とを備えている。また、ファイバ接続部７は、光ファイバ部２のコア２１ａに入射するレーザ光が内部を通るために、中空状に形成されるレーザ光路部７３を備えている。ファイバ挿入部７１とレーザ光路部７３とは、連通しており、ファイバ接続部７は、全体として筒状に形成されている。

【0024】

固定機構７２は、本実施形態において、ファイバ挿入部７１に設けられるネジ孔７１ａと螺合するネジ部材７２としている。そして、ネジ部材７２が光ファイバ部２を押圧することで、光ファイバ部２がファイバ接続部７に取り付けられる一方、ネジ部材７２が光ファイバ部２への押圧を解除することで、光ファイバ部２がファイバ接続部７から取り外される。

【0025】

レーザ光路部７３は、内部の開口が上流側から下流側に向けて次第に小さくなるように形成される光路部本体７３ａと、光路部本体７３ａの下流側に配置され、内幅寸法が一番小さくなるように形成される絞り部７３ｂとを備えている。また、レーザ光路部７３は、下流側の端部に、光ファイバ部２の入射側の端面と当接する当接部７３ｃを備えている。

【0026】

絞り部７３ｂの内幅寸法（内径）は、コア２１ａの外幅寸法（外径）よりも小さい。これにより、絞り部７３ｂを通過したレーザ光は、コア２１ａよりも外側部分、即ち、クラッド２１ｂやフェルール２２に入射することを抑制される。

【0027】

当接部７３ｃの内幅寸法（内径）は、コア２１ａの外幅寸法（外径）よりも大きい。これにより、当接部７３ｃは、光ファイバ部２の入射側の端面におけるコア２１ａよりも外側部分、即ち、クラッド２１ｂやフェルール２２（本実施形態においては、フェルール２２のみ）と当接する。

【0028】

ここで、本実施形態に係る光ファイバ装置１の各構成のサイズとそれによる作用とについて、図４及び図５を参酌して、説明する。

【0029】

まず、図４に示すように、コア２１ａの外幅寸法（外径）Ｗ１と、絞り部７３ｂの内幅寸法（内径）Ｗ２と、ファイバ部７の入射側端面と絞り部７３ｂとの離間距離Ｗ３と、光学系５の開口角θ１との関係について説明する。本実施形態において、光学系５の開口角（光軸上の物点が入射ひとみの直径を見込む角）θ１は、光学系５のうち最下流に配置されているレンズ（第２のレンズ）５２がレーザ光を集光する角度である。

【0030】

そして、以下の式１を満たすように、それぞれが設定されている。
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ１／２） …（式１）

【0031】

次に、コア２１ａの外幅寸法Ｗ１と、絞り部７３ｂの内幅寸法Ｗ２と、ファイバ部７の入射側端面と絞り部７３ｂとの離間距離Ｗ３と、コア２１ａ内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度θ２との関係について説明する。一般的に、光学系５から出射されたレーザ光をコア２１ａ内に最大限に入射するために、光学系５の開口角θ１は、当該角度θ２以下に設定される。なお、本実施形態においては、当該角度θ２と光学系５の開口角θ１とは、同じに設定されている。

【0032】

そして、以下の式２を満たすように、それぞれが設定されている。
Ｗ１≧Ｗ２＋２Ｗ３×ｔａｎ（θ２／２） …（式２）

【0033】

上記式１及び式２を満たしているため、図５に示すように、絞り部７３ｂを通過したレーザ光は、角度θ１（＝θ２）で広がったとしても、必ずコア２１ａに入射され、コア２１ａよりも外側部分であるクラッド２１ｂ及びフェルール２２に入射しない。なお、コア２１ａの中心と、レーザ光路部７３の中心と、光学系５から出射したレーザ光の光軸とは、同じ直線上に位置している。

【0034】

以上より、本実施形態に係る光ファイバ装置１によれば、ファイバ接続部７は、光ファイバ部２の入射側端部を接続しており、レーザ光は、中空状に形成されるレーザ光路部７３の内部を通り、光ファイバ部２の中心部分に有するコア２１ａに入射され、コア２１ａにより伝送される。

【0035】

そして、レーザ光路部７３には、絞り部７３ｂが設けられており、絞り部７３ｂの内幅寸法がコア２１ａの外幅寸法よりも小さいため、レーザ光がコア２１ａよりも外側部分に入射することを抑制することができる。したがって、樹脂で形成されているクラッド２１ｂがレーザ光により焦げることを防止することができる。

【0036】

しかも、レーザ光路部７３の下流側の端部に配置される当接部７３ｃは、内幅寸法がコア２１ａの外幅寸法よりも大きく形成されているため、光ファイバ部２の入射側端面におけるコア２１ａよりも外側部分と当接する。これにより、当接部７３ｃに光ファイバ部２の入射側端面を当接することで、ファイバ接続部７に対して光ファイバ部２を容易に位置決めでき、しかも、コア２１ａの外幅寸法よりも小さい内幅寸法である絞り部７３ｂが存在していても、コア２１ａの入射面を傷付けられることが防止できる。このように、レーザ光を効率的にコア２１ａに入射することができる。

【0037】

また、本実施形態に係る光ファイバ装置１によれば、光学系５は、入射されたレーザ光を集光して出射する。そして、光学系５から出射されたレーザ光は、絞り部７３ｂを通って、光ファイバ部２のコア２１ａに入射される。このとき、上記式１を満たしているため、絞り部７３ｂを通過したレーザ光は、光ファイバ部２のコア２１ａに全て入射される。したがって、レーザ光をさらに効率的にコア２１ａに入射することができる。

【0038】

また、本実施形態に係る光ファイバ装置１によれば、コア２１ａ内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度がθ２であって、コア２１ａに入射されるレーザ光は、開口角がθ２と同じθ１の光学系５を用いて、集光されている。そして、集光されたレーザ光は、絞り部７３ｂを通って、光ファイバ部２のコア２１ａに入射される。このとき、上記式２を満たしているため、絞り部７３ｂを通過したレーザ光は、光ファイバ部２のコア２１ａに全て入射される。したがって、レーザ光をさらに効率的にコア２１ａに入射することができる。

【0039】

なお、本発明に係る光ファイバ装置は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明に係る光ファイバ装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

【0040】

上記実施形態に係る光ファイバ装置１においては、光ファイバ２１及びコア２１ａは、断面形状が真円形状となるように、形成されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る光ファイバ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る光ファイバ装置においては、光ファイバ２１及びコア２１ａは、断面形状が楕円形状や多角形状となるように、形成されている、という構成でもよい。

【0041】

また、上記実施形態に係る光ファイバ装置１においては、光ファイバ部２は、光ファイバ２１と、光ファイバ２１を内部に配置して保持固定するフェルール２２とを備えている、という構成である。しかしながら、本発明に係る光ファイバ装置は、斯かる構成に限られない。

【0042】

例えば、本発明に係る光ファイバ装置においては、光ファイバ部２は、光ファイバからなる、という構成でもよい。斯かる光ファイバにおいては、例えば、コアとクラッドとからなる裸光ファイバのクラッドの外側に１次被覆を備える光ファイバ素線を採用したり、その光ファイバ素線の外側にさらに２次被覆を備える光ファイバ心線を採用したりすることができる。

【0043】

また、上記実施形態に係る光ファイバ装置１においては、光学系５の開口角θ１と、コア２１ａ内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度θ２とは、同じに設定されている、という構成である。しかしながら、本発明に係る光ファイバ装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る光ファイバ装置においては、光学系５の開口角θ１と、コア２１ａ内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度θ２とは、異なるように設定されている、という構成でもよい。

【符号の説明】

【0044】

１…光ファイバ装置、２…光ファイバ部、３…光源装置、４…光源部、５…光学系、６…筐体、７…ファイバ接続部、２１…光ファイバ、２１ａ…コア、２１ｂ…クラッド、２２…フェルール、４１…半導体レーザ、４２…反射ミラー、５１…（第１の）レンズ、５２…（第２の）レンズ、７１…ファイバ挿入部、７１ａ…ネジ孔、７２…固定機構（ネジ部材）、７３…レーザ光路部、７３ａ…光路部本体、７３ｂ…絞り部、７３ｃ…当接部、Ｗ１…コアの外幅寸法、Ｗ２…絞り部の内幅寸法、Ｗ３…ファイバ部の入射側端面と絞り部との距離、θ１…光学系の開口角、θ２…コア内へ入射する最大円錐状レーザ光の頂点の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】