特許 7127268 光結合装置

(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】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】光結合装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20220823BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20220823BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26 301

G02B6/42

G02B6/32

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2017201810

(22)【出願日】2017-10-18

(65)【公開番号】P2019074685

(43)【公開日】2019-05-16

【審査請求日】2020-02-05

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100102037

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100149962

【弁理士】

【氏名又は名称】阿久津 好二

(74)【代理人】

【識別番号】100170988

【弁理士】

【氏名又は名称】妹尾 明展

(74)【代理人】

【識別番号】100189566

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 雅之

(72)【発明者】

【氏名】石垣 直也

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１９８６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００９８９３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８８３１３９６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開平０２－０９３４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－００６８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１５８６０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／２６ － ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０ － ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２ － ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する第１の集光レンズと、
多角形コアを有し、前記第１の集光レンズで集光されたレーザ光を前記多角形コアに入射して均一化された多角形ビームを生成する第１の光ファイバと、
円形コアを有し、前記第１の光ファイバからの均一化された多角形ビームを前記円形コアに入射する第２の光ファイバと、
を備え、
光結合装置の光軸方向に移動し、前記第２の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが前記円形コアに外接する多角形となるように前記多角形ビームの大きさを調整し、且つ前記第２の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間に配置したことを特徴とする光結合装置。

【請求項2】

前記多角形コアは、方形コアからなることを特徴とする請求項１記載の光結合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光源からのレーザ光をレンズで集光させて光ファイバに結合させる光結合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のこの種の光結合装置として、例えば、特許文献１に記載されたレーザ治療装置が知られている。このレーザ治療装置は、レーザ光源から発生されたレーザ光を、導光路ファイバにその一方端から導入し、導入されたレーザ光を導光路ファイバの出力側に設けられたハンドピースを介して生体患部に照射することにより治療を行う。

【0003】

導光路ファイバの光伝搬機能を有するコア部材の横断面形状を多角形とし、導光路ファイバの他方端に握り部材を構成してハンドピースを構成している。

【0004】

この光結合装置によれば、導光路ファイバに入射されたレーザ光は、四方の壁で全反射を繰り返し、方形形状ファイバの横断面いっぱいに広がった均一のエネルギー分布となって導光路ファイバの出力端から出射される。このため、透過効率の良いレーザ治療装置を得ることができる。

【0005】

このように、断面が方形状に形成された方形コアを備えた光ファイバでは、レーザ光のニアフィールドパターン（レーザ光源の出力端近傍のビームパターン）における強度が均一分布になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特公平３－４９５９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、断面が円形状に形成されたコアを備えた光ファイバでは、出射されるレーザ光のニアフィールドパターンにおける強度分布がガウス分布になってしまう。

【0008】

このため、円形コアを含む光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることが望まれていた。

【0009】

本発明の課題は、円形コアを含む光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる光結合装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る光結合装置の請求項１は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズと、多角形コアを有し、前記集光レンズで集光されたレーザ光を前記多角形コアに入射して均一化された多角形ビームを生成する第１の光ファイバと、円形コアを有し、前記第１の光ファイバからの均一化された多角形ビームを前記円形コアに入射する第２の光ファイバとを備え、光結合装置の光軸方向に移動し、前記第２の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが前記円形コアに外接する多角形となるように前記多角形ビームの大きさを調整し、且つ前記第２の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間に配置したことを特徴とする。

【0012】

また、請求項２において、前記多角形コアは、方形コアからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１の光ファイバの多角形コアで、均一化された多角形ビームを生成し、光結合装置の光軸方向に移動し、第２の光ファイバへの入射端面において多角形ビームのプロファイルが円形コアに外接する多角形となるように多角形ビームの大きさを調整し、且つ第２の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にするための光学素子を、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置し、光学素子からの均一化された多角形ビームを第２の光ファイバの円形コアに入射するので、第２の光ファイバから出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１の光結合装置の構成図である。

【図2】本発明の実施例１の光結合装置の方形コアを有する光ファイバの出力端におけるニアフィールドパターンを示す図である。

【図3】本発明の実施例１の光結合装置の円形コアを有する光ファイバ入射面における矩形ビームと円形ファイバコア外形を示す図である。

【図4】本発明の実施例１の光結合装置の円形コアを有する光ファイバの出力端におけるニアフィールドパターンを示す図である。

【図5】本発明の実施例２の光結合装置の構成図である。

【図6】本発明の実施例２の光結合装置の円形コアを有する光ファイバ入射面における５角形コアと円形ファイバコア外形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態に係る光結合装置を図面を参照しながら詳細に説明する。

【0016】

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の光結合装置の構成図である。実施例１の光結合装置は、レーザ光源１、レンズ２、光ファイバ３、レンズ４、光ファイバ５を備えている。

【0017】

レーザ光源１は、レーザ光を出射するもので、半導体レーザ、固体レーザ等からなる。レンズ２は、本発明の集光レンズに対応し、レーザ光源１から出射されたレーザ光を集光して光ファイバ３の方形コアに導光する。

【0018】

光ファイバ３は、本発明の第１の光ファイバに対応し、図２（ａ）に示すように、正方形をなす方形コア３ａと方形コア３ａを覆うクラッド３ｂを有して構成されている。

【0019】

光ファイバ３は、レンズ２で集光されたレーザ光を方形コア３ａに入射して、均一化された方形ビーム（矩形ビームＢＭ）を生成する。

【0020】

レンズ４は、本発明の光学素子に対応し、光ファイバ３と光ファイバ５との間に配置され、光ファイバ３からの均一化された方形ビーム（矩形ビームＢＭ）を光ファイバ５の円形コア５ａに導光する。

【0021】

光ファイバ５は、本発明の第２の光ファイバに対応し、図４（ａ）に示すように円形コア５ａと円形コア５ａを覆うクラッド５ｂとを有し、光ファイバ３からの均一化された方形ビームをレンズ４を介して円形コア５ａに入射する。

【0022】

また、レンズ４は、光ファイバ５への入射端面において方形ビームＢＭのプロファイルが円形コア５ａのコア外形Ｄ１に外接する四角形となるように方形ビームＢＭの大きさを調整する。

【0023】

次にこのように構成された実施例１の光結合装置の動作を図面を参照しながら説明する。

【0024】

ここで、図２（ｂ）は、方形コア３ａを有する光ファイバ３の出力端（図１の（ａ）の位置）におけるニアフィールドパターンを示す。図３は、円形コア５ａを有する光ファイバ入射面（図１の（ｂ）の位置）における矩形ビームＢＭと円形ファイバコア外形Ｄ１を示す。図４（ｂ）は、円形コア５ａを有する光ファイバ５の出力端（図１の（ｃ）の位置）におけるニアフィールドパターンを示している。

【0025】

まず、レーザ光源１からのレーザ光は、レンズ２により集光されて光ファイバ３の方形コア３ａに導光される。光ファイバ３では、レーザ光を方形コア３ａに入射して、均一化された方形ビーム（矩形ビームＢＭ）を生成する。図２（ｂ）に示すように、方形コア３ａにおけるニアフィールドパターンは、均一強度となる。

【0026】

次に、レンズ４は、図３に示すように、光ファイバ５への入射端面において方形ビームＢＭのプロファイルが円形コア５ａのコア外形Ｄ１に外接する四角形となるように方形ビームＢＭの大きさを調整する。具体的には、レンズ４の位置を光軸方向に移動させて方形ビームＢＭの大きさを調整する。

【0027】

そして、レンズ４は、光ファイバ３からの均一化された方形ビーム（矩形ビームＢＭ）を光ファイバ５の円形コア５ａに導光する。

【0028】

さらに、光ファイバ５は、光ファイバ３からの均一化された方形ビームをレンズ４を介して円形コア５ａに入射する。

【0029】

このように実施例１の光結合装置によれば、光ファイバ３の方形コア３ａで、均一化された方形ビームを生成し、光ファイバ３からの均一化された方形ビームを光ファイバ５の円形コア５ａに入射するので、光ファイバ５から出射されるレーザ光のニアフィールドパターンを均一強度にすることができる。

【0030】

（実施例２）
図５は、本発明の実施例２の光結合装置の構成図である。実施例２の光結合装置は、方形コア３ａを有する光ファイバ３に代えて、六角形コア３０ａを有する光ファイバ３０を用いたことを特徴とする。

【0031】

図５に示す実施例２の光結合装置のその他の構成は、図１に示す実施例１の光結合装置の構成と同一構成であり、同一部分には、同一符号を付して、その説明は省略する。

【0032】

光ファイバ３０は、図６に示すように、六角形コア３０ａと六角形コア３０ａを覆うクラッド３０ｂを有している。また、レンズ４は、図６に示すように、光ファイバ５への入射端面において六角形ビームのプロファイルが円形コア５ａのコア外形Ｄ１に外接する四角形となるように六角形ビームＢＭの大きさを調整する。

【0033】

そして、レンズ４は、光ファイバ３からの均一化された六角形ビームを光ファイバ５の円形コア５ａに導光する。

【0034】

このように実施例２の光結合装置によっても、実施例１の光結合装置の効果と同様な効果が得られる。

【0035】

なお、本発明は、実施例１及び実施例２の光結合装置に限定されるものではない。実施例１及び実施例２の光結合装置では、光ファイバが方形コアや六角形コアであったが、例えば、三角形コア、五角形コア等の多角形コアであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明の光結合装置は、レーザ装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0037】

１ レーザ光源
２ レンズ
３ 光ファイバ
３ａ 方形コア
３ｂ クラッド
４ レンズ
５ 光ファイバ
５ａ 円形コア
５ｂ クラッド
３０ 光ファイバ
３０ａ 六角形コア
３０ｂ クラッド
ＢＭ 矩形ビーム
Ｄ１ 円形ファイバコア外形

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】