JPH11271564A

JPH11271564A - 光コネクタ

Info

Publication number: JPH11271564A
Application number: JP10072022A
Authority: JP
Inventors: Kunio Awazu; 邦男粟津; Akio Nagai; 昭夫永井
Original assignee: JIYU DENSHI LASER KENKYUSHO KK
Current assignee: JIYU DENSHI LASER KENKYUSHO KK
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光を光ファイバに送り込む接続部位で
光ファイバ入射端面を傷付けることなく高効率に入射伝
送してレーザ照射装置の加工先端まで高密度のレーザ光
を送るための光コネクタを得る。【解決手段】光コネクタ１は入射端寄りに集光レンズ２
と、その中心から一定距離Ｌに入射端面３ｉを有する光
ファイバ素子３を有し、集光レンズ２の焦点位置が光フ
ァイバ素子３の入射端面からわずかに距離δ入った位置
となるように設定し、光ファイバ素子３は入射端面３ｉ
を傷付けない限度の集光度のレーザ光を必要な集光度に
集光し得るように長さ方向に沿ってテーパ状の形状と
し、高密度のレーザ光を出射端から高効率で送り出すよ
うに形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を光フ
ァイバへ入射する接続位置で用いられる光コネクタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を光ファイバで伝送する際の利
用の仕方として、レーザ光を光信号として検出したり、
あるいは遠隔地まで伝送する場合と、高密度のレーザ光
を光エネルギとして伝送する場合がある。光ファイバは
前者の利用が多く、このため光ファイバ関連部品の多く
は前者の利用を前提として設計されている。例えば、通
信用半導体レーザからのレーザ光を光ファイバへ入射、
伝送する場合、最も結合損失の小さい方法として円柱
（又は球）レンズとロッドレンズの組合せによる複合レ
ンズ式のコネクタを介して光ファイバに接続する方式が
ある。

【０００３】又、伝送径路の途中で光ファイバと光ファ
イバを接続する場合は、光ファイバの端と端にそれぞれ
ロッドレンズを設け、２つのロッドレンズを一定距離に
置いて接続する方式が用いられる。上記いずれの光ファ
イバへの接続方式においても、ロッドレンズで光ファイ
バへ入射されるレーザ光はロッドレンズの焦点位置を光
ファイバの入射端面に合せて光ファイバコア内に正確に
入射するように設計される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ発生
装置としては固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ、
自由電子レーザなど種種の形式のものが知られている
が、特にＣＯ₂レーザや自由電子レーザは大容量のレー
ザ光を供給できる発光源として知られ、ＣＯ₂レーザに
よる金属加工の研究が盛んであり、又自由電子レーザは
その発生するレーザ光の波長が赤外光からＸ線領域まで
可変であるという特徴から医療分野への応用など種種の
応用研究に利用されている。

【０００５】かかる金属加工の研究や医療分野への応用
研究の場合、金属を接続・穴明け加工したり、生体組織
をレーザメスとして切断するなど大容量のレーザ光を集
光して対象部位に照射し、そのピークパワーはＭＷ級の
出力である。但し、パルス光であるから瞬間的なもので
あり、平均出力は低く熱による影響は小さい。

【０００６】しかし、このようなパワー密度の高い大容
量のレーザ光を光ファイバで所定の位置まで伝送する場
合、光ファイバの始端側の入射端面にレンズ焦点を合せ
て集光する従来の接続方式では、入射端面に当るレーザ
光による光ファイバの端面が焼灼されて溶解・変質した
残渣（アブレーション）が端面に付着する。このため、
一定以上の集光度の高密度レーザ光は従来のコネクタ方
式では光ファイバに入射することができない。

【０００７】一方、レーザ光により対象物を切断、分解
あるいは溶解させるためには出来るだけレーザ光の集光
度が高く高密度のものを光ファイバで加工装置の先端ま
で送ることが望まれる。しかし、上述したように一定以
上の高密度のレーザ光は入射端で光ファイバに入射でき
ないから、光ファイバに入射し得る限界密度のレーザ光
を光ファイバに入射した場合、加工装置の先端にレンズ
などの集光手段を設けない限り通常の光ファイバ内でレ
ーザ光の集光度を高くすることはできない。

【０００８】この発明は、上述した高密度のレーザ光を
光ファイバで伝送するための光コネクタの従来の技術の
問題点に留意して、レーザ光を光ファイバに送り込む際
に光ファイバ入射端面を傷付けることなく高効率に入射
伝送してレーザ照射装置の加工先端まで高密度のレーザ
光を送ることのできる光コネクタを提供することを課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決する手段として、入射されるレーザ光を集光する集
光手段と、その集光された光を光ファイバへ送り込むた
めの光ファイバ素子とから成り、上記集光手段はその焦
点位置を光ファイバ素子の入射端面からずらして設けら
れ、光ファイバ素子は入射端から出射端までの長さ方向
に沿って径が減少するように形成されている光コネクタ
の構成としたのである。

【００１０】この発明の光コネクタによれば、大容量の
レーザ発生装置からのレーザ光を高密度のレーザ光とし
て光ファイバに入射しレーザ照射装置の加工先端まで高
効率に送ることができる。集光手段は焦点位置が光ファ
イバ素子の入射端面からずらして設定されているから、
集光手段で集光されたレーザ光によって光ファイバ素子
の入射端面が焼灼され変質しレーザ光を入射できなくな
るような現象は発生しない。

【００１１】光ファイバ素子の入射端面から入射された
レーザ光は、光ファイバ素子の径が減少しているため長
手方向に進むにつれて内部的にレーザ光自体の径も縮小
され、集光されて高密度のレーザ光となる。この高密度
となったレーザ光をこのコネクタに接続される光ファイ
バにそのまま伝送するから、光ファイバによって加工先
端まで高密度のレーザ光が伝送されるのである。

【００１２】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。図１は実施形態の光コネクタの
概念図及び詳細縦断面図である。図１（ａ）に示すよう
に、光コネクタ１は集光レンズ２とテーパ状の光ファイ
バ素子３を内蔵する。集光レンズ２は、図示のように、
入射されるレーザ光４を集光して高密度のレーザ光とし
て光ファイバ素子２に入射する際に入射端面３ｉにおけ
る集光度が入射端面３ｉを傷付ける限度以下で最小径と
なるようにその焦点位置を入射端面３ａからδ入った位
置となる距離Ｌの位置に設ける（図示の例では焦点距離
ｆ＝３８０ｍｍ、Ｌ＝３７０ｍｍ）。

【００１３】光ファイバ素子３は、図示のように、入射
端３ｉから出射端３ｏまでの長さ方向に沿って径が減少
するように形成されている。３ａはコア、３ｂはクラッ
ド、３ｃは保護被覆であり、径の減少はコア３ａ、クラ
ッド３ｂが少なくとも減少すればよく、保護被覆の径は
減少してもよいし、一定の径としてもよい。又、径の減
少は入射されるレーザ光４を集光した出射光５の集光度
が所望の集光度で、光ファイバ内を伝送して対象物に照
射するレーザ光の強度が少なくともＭＷオーダの高密度
のピークパワーとなるようにレーザ光を内部集光し得る
径変化を有するものとする。図示の例では入射端コア径
２．４ｍｍ、出射端コア径１．２ｍｍ、長さ０．５ｍで
あり、径の変化は断面視で直線状に変化するものを示し
ている。その変形例については後で説明する。

【００１４】図１（ｂ）に示すように、光コネクタ本体
１ｘ内には集光レンズ２を保護するためレンズの周縁を
挟持する溝を有するレンズホルダ６がレーザ光４の入射
端寄りに設けられており、その中心位置から前述したよ
うに距離Ｌの位置に光ファイバ素子３の入射端面３ｉが
来るように光ファイバ素子３を固定するための固定スリ
ーブ７が設けられている。光ファイバ素子３の長さ、径
については前述した通りである。

【００１５】上記光コネクタ本体１ｘの左側には、入射
されるレーザ光４の導光管又は光ファイバ１１を接続す
るための接続金具１_K' が設けられている。なお、図示
の例では出射光５を光ファイバ１２に接続入射する部分
は、光ファイバ１２へ直接接続するものとしているが、
この接続のため一般に用いられるロッドレンズを介して
接続するように光ファイバ素子３の右端にロッドレンズ
を設けてもよい。

【００１６】なお、上記光ファイバ素子は、赤外光の波
長に対して伝送効率のよいカルコゲナイト系のガラスが
用いられており、その物理的な特性は例えば次のような
ものである。コア／クラッドＧｅＡｓＳｅＴｅ／ＧｅＡｓＳｅガラス遷移温度（℃）２４１／２４８屈折指数（１０．６ｍｍ）２．５５／２．５１ＮＡ数０．４１引張強度（ｋｐｓｉ）１４．０最小曲げ半径（ｍｍ）^a ２５伝送損失０．２４ｄＢ／ｍ（５．９μｍ）。

【００１７】図２は、この実施形態の光コネクタを用い
たレーザ照射装置の一例を示す。このレーザ照射装置
は、人体の動脈に動脈硬化症を引き起すコレステロール
がコレステロールエステルとして堆積した場合にそのコ
レステロールエステルを分解するためのコレステロール
エステル分解装置である。レーザ発生装置１０は、１例
として自由電子レーザが用いられている。

【００１８】自由電子レーザからのレーザ光は、この例
では波長５．７５μｍの赤外光であり、この特定波長と
なるように予め設定されている。又、このレーザ光はマ
イクロパルス群が一定間隔で周期的に発生するマクロパ
ルスの集まりから成るものであり、マイクロパルスの幅
は数ｐｓ（１０^-12秒）〜１０ｐｓでこれが４４．８ｎ
ｓ（ｎ＝１０^-9秒）毎に発生し、その接続時間は１５μ
ｓ（１０^-6秒）、マイクロパルスの周期は０. １ｓ（１
００ｍｓ）、マイクロパルスのパワー密度は２〜９ＧＷ
／ｃｍ²（ＧＷ＝１０⁹Ｗ）である。

【００１９】なお、図３の（ａ）〜（ｃ）にテーパ状の
光ファイバ素子３の形状の例を示す。（ａ）は図１に示
したものと同じ直線状に変化するテーパ形状、（ｂ）、
（ｃ）は共に曲線状に径が変化する形状で、特に（ｃ）
はファイバ先端を極端に長くしたものである。図から分
かるように（ａ）、（ｂ）の例はコア３ａ、３ａ' を光
コネクタ１内に収納する形状を示している。

【００２０】一方、（ｃ）の例は光コネクタ１のコネク
タ本体１ｘから光ファイバが突出してそのままレーザ照
射装置の加工先端として連続的に形成される場合を示し
ている。従って、この例ではテーパ状の光ファイバ素子
３の長さは（ａ）、（ｂ）と同じで、その後に連続する
光ファイバは光ファイバ素子３の終端と同一径のものが
続くこととなる。又、図示の例ではコア３ａ、３ａ' 、
３ａ”のみを示しているが、対応してクラッド３ｂ、保
護被覆３ｃも当然設けられており、簡略化のため図示省
略している。

【００２１】上記の構成とした実施形態の光コネクタを
用いれば、高密度のレーザ光を光ファイバに送り込んで
レーザ照射装置の加工先端まで届けることができる。図
４にこの実施形態の光コネクタの伝送効率を示す。図中
一点鎖線は理論的な伝送効率の計算値、・印は実測値を
示す。

【００２２】図から分かるように、実測された伝送効率
は計算値に近く、総合的なフレネル損失が約３０％のた
め７０％を超えないけれども、それに近い極めて高い伝
送効率で光エネルギを伝送することができる。しかも、
この場合光ファイバの入射端面に対する損傷を与えるこ
となく光エネルギが伝送される。

【００２３】なお、上述した実施形態ではレーザ発生装
置として自由電子レーザを挙げたが、レーザ光はこれ以
外のもので大容量のレーザ光を発生する装置から得られ
る高密度レーザ光であればよいことは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
の光コネクタはレーザ光を集光する集光手段を光ファイ
バ素子の入射端面から焦点位置をずらして設け、光ファ
イバ素子は長さ方向に径が減少するものとしたから、レ
ーザ光を光エネルギとして光ファイバ素子に入射する際
に入射端面を傷付けることなく入射できかつ光ファイバ
素子内で高密度のレーザ光として高効率で光ファイバへ
伝送することができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の光コネクタの概念図及び詳細縦断面
図

【図２】同上光コネクタの使用例の概略図

【図３】同上光コネクタの変形例の説明図

【図４】光伝送効率の計算値及び実測値のグラフ

【符号の説明】

１光コネクタ２集光レンズ３光ファイバ素子３ｉ入射端３ｏ出射端３ａコア３ｂクラッド３ｃ保護被覆４レーザ光５出射光６レンズホルダ７固定スリーブ１_K、１_K' 接続金具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射されるレーザ光を集光する集光手段
と、その集光された光を光ファイバへ送り込むための光
ファイバ素子とから成り、上記集光手段はその焦点位置
を光ファイバ素子の入射端面からずらして設けられ、光
ファイバ素子は入射端から出射端までの長さ方向に沿っ
て径が減少するように形成されていることを特徴とする
光コネクタ。
【請求項２】前記集光手段の焦点位置を光ファイバ素
子の入射端面から光ファイバ素子内側にずらして設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の光コネクタ。
【請求項３】前記光ファイバ素子をその径が直線状に
減少するように形成したことを特徴とする請求項１又は
２に記載の光コネクタ。