JPH04238690A - 中空光導波路の接続構造 - Google Patents
中空光導波路の接続構造Info
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- JPH04238690A JPH04238690A JP3013767A JP1376791A JPH04238690A JP H04238690 A JPH04238690 A JP H04238690A JP 3013767 A JP3013767 A JP 3013767A JP 1376791 A JP1376791 A JP 1376791A JP H04238690 A JPH04238690 A JP H04238690A
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Landscapes
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを伝送す
る長尺の中空光導波路を容易に製作することができる中
空光導波路の接続構造に関する。
る長尺の中空光導波路を容易に製作することができる中
空光導波路の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザ光は
、発振効率が高く、数ワットから数十キロワットまでの
出力が安定に得られるため、穿孔、切断、マーキング、
あるいは溶接などの工業加工分野に広く使われている。 炭酸ガスレーザ光の伝送方法としては金属ミラーにより
反射させて光軸を曲げる空間伝送方式が一般的である。 しかし、加工対象が二次元的なものから三次元的になる
につれて、金属ミラーの制御が複雑になり、実用上の問
題となっている。この空間伝送方式の欠点を改善するた
めにレーザ光の光路を自由に曲げることができる光導波
路が研究された。炭酸ガスレーザ光は、石英系ファイバ
で伝送することができないため、導波路としては、主に
、カルコゲナイド等を用いる赤外ファイバ型と、空気を
媒体とする中空光導波路型とが検討されている。このう
ち、カルコゲナイド等を中実材料に用いた赤外ファイバ
では、レーザ光を入射させた際に、ファイバ端面での反
射が大きく、入射部での集中的な発熱を生じる。これに
対し、空気をコアとする中空光導波路の場合は、入射部
での反射がほとんどなく、大パワー伝送に適している。 特に、誘電体内装金属中空光導波路は、金属パイプの内
側に誘電体をコートすることにより内壁での反射率を高
めたもので、低損失導波路として最も有望である。 現在までにニッケルパイプの内面にゲルマニウム及び銀
を内装した導波路が開発され、長さ２ｍ、内径２．０ｍ
ｍで透過率９２％、最大伝送容量２ｋｗを達成している
。
、発振効率が高く、数ワットから数十キロワットまでの
出力が安定に得られるため、穿孔、切断、マーキング、
あるいは溶接などの工業加工分野に広く使われている。 炭酸ガスレーザ光の伝送方法としては金属ミラーにより
反射させて光軸を曲げる空間伝送方式が一般的である。 しかし、加工対象が二次元的なものから三次元的になる
につれて、金属ミラーの制御が複雑になり、実用上の問
題となっている。この空間伝送方式の欠点を改善するた
めにレーザ光の光路を自由に曲げることができる光導波
路が研究された。炭酸ガスレーザ光は、石英系ファイバ
で伝送することができないため、導波路としては、主に
、カルコゲナイド等を用いる赤外ファイバ型と、空気を
媒体とする中空光導波路型とが検討されている。このう
ち、カルコゲナイド等を中実材料に用いた赤外ファイバ
では、レーザ光を入射させた際に、ファイバ端面での反
射が大きく、入射部での集中的な発熱を生じる。これに
対し、空気をコアとする中空光導波路の場合は、入射部
での反射がほとんどなく、大パワー伝送に適している。 特に、誘電体内装金属中空光導波路は、金属パイプの内
側に誘電体をコートすることにより内壁での反射率を高
めたもので、低損失導波路として最も有望である。 現在までにニッケルパイプの内面にゲルマニウム及び銀
を内装した導波路が開発され、長さ２ｍ、内径２．０ｍ
ｍで透過率９２％、最大伝送容量２ｋｗを達成している
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長さ２
ｍの中空光導波路では、これを三次元加工に適用しても
十分な作業範囲をまかなうことができない。工業加工に
使用する場合は、導波路長が長いことが必要である。そ
こで、中空光導波路の接続が検討され、導波路の長尺化
が図られた。接続方法としては導波路の端面をステンレ
スなどの金属円筒スリーブ内で突き合わせる方法が検討
された。
ｍの中空光導波路では、これを三次元加工に適用しても
十分な作業範囲をまかなうことができない。工業加工に
使用する場合は、導波路長が長いことが必要である。そ
こで、中空光導波路の接続が検討され、導波路の長尺化
が図られた。接続方法としては導波路の端面をステンレ
スなどの金属円筒スリーブ内で突き合わせる方法が検討
された。
【０００４】ところが、スリーブ内で導波路の端面を突
き合わせると、突合せ部の内面は光学的に不連続となり
、スリーブ内での僅かな隙間、または導波路外径の偏心
等によって導波路内面の突合せ部分に製造上僅かな段差
を生じるのは避けられない。導波路外径と接続スリーブ
のクリアランスを１０μｍ程度にすれば、接続部の損失
は０．０１ｄＢ以下にできるが、接続部の導波路内面に
は段差があるため、この部分にレーザビームが当ると、
散乱を生じ、高次モードが多量に発生する。例えば、図
３に示すように、段差が生じて導波路の端面２１がレー
ザ光２２の伝送方向に対して突き出していると、この部
分でレーザ光が散乱され、高次モードが多量に発生する
。
き合わせると、突合せ部の内面は光学的に不連続となり
、スリーブ内での僅かな隙間、または導波路外径の偏心
等によって導波路内面の突合せ部分に製造上僅かな段差
を生じるのは避けられない。導波路外径と接続スリーブ
のクリアランスを１０μｍ程度にすれば、接続部の損失
は０．０１ｄＢ以下にできるが、接続部の導波路内面に
は段差があるため、この部分にレーザビームが当ると、
散乱を生じ、高次モードが多量に発生する。例えば、図
３に示すように、段差が生じて導波路の端面２１がレー
ザ光２２の伝送方向に対して突き出していると、この部
分でレーザ光が散乱され、高次モードが多量に発生する
。
【０００５】このため、複数個を接続した導波路からは
高次モードの極めて多いビームしか得られない。出射ビ
ーム中の高次モード成分が多いと、レンズで集光しても
集光径を十分に小さくすることができず、パワー密度を
高くできないため、質のよいレーザ加工ができないとい
う問題点がある。
高次モードの極めて多いビームしか得られない。出射ビ
ーム中の高次モード成分が多いと、レンズで集光しても
集光径を十分に小さくすることができず、パワー密度を
高くできないため、質のよいレーザ加工ができないとい
う問題点がある。
【０００６】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、導波路間の接続部の改良により高次モードの発生を
極力抑えて低損失で導波効率に優れた中空光導波路の接
続構造を提供することを目的とする。
で、導波路間の接続部の改良により高次モードの発生を
極力抑えて低損失で導波効率に優れた中空光導波路の接
続構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、光エネルギーを伝送する複数の中空光
導波路を接続する中空光導波路の接続構造において、互
いに異なる内径を有する各中空光導波路の端面を突き合
わせて接続したことを特徴とする。
解決するために、光エネルギーを伝送する複数の中空光
導波路を接続する中空光導波路の接続構造において、互
いに異なる内径を有する各中空光導波路の端面を突き合
わせて接続したことを特徴とする。
【０００８】ここで、前記各中空光導波路の外径はそれ
ぞれ同一に成形し、これらの突合せ部分には、各中空光
導波路の外径よりも僅かに大きな内径を有する接続スリ
ーブを設けることが望ましい。
ぞれ同一に成形し、これらの突合せ部分には、各中空光
導波路の外径よりも僅かに大きな内径を有する接続スリ
ーブを設けることが望ましい。
【０００９】また、互に突き合された各中空光導波路の
内径の差は、各中空光導波路の外径と接続スリーブの内
径との差よりも大きく設定することが望ましい。
内径の差は、各中空光導波路の外径と接続スリーブの内
径との差よりも大きく設定することが望ましい。
【００１０】さらに、各中空光導波路は、その内径を光
エネルギーの伝送方向に順次大きくなるように接続する
ことが望ましい。
エネルギーの伝送方向に順次大きくなるように接続する
ことが望ましい。
【００１１】
【作用】以上の構成により、内径の異なる各中空光導波
路を、接続スリーブで指示させてその内径が光エネルギ
ーの伝送方向に順次大きくなるように突き合わせること
で、光エネルギーの伝送方向に突き出す段差がなくなり
、段差での散乱を防止して高次モードの発生を抑え、低
損失で導波効率が向上する。
路を、接続スリーブで指示させてその内径が光エネルギ
ーの伝送方向に順次大きくなるように突き合わせること
で、光エネルギーの伝送方向に突き出す段差がなくなり
、段差での散乱を防止して高次モードの発生を抑え、低
損失で導波効率が向上する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００１３】中空光導波路の長尺化を図る場合には、導
波路どうしの接続は必要不可欠である。しかし、同じ内
径の導波路を突き合わせると、前述したように、突合せ
部で光学的に不連続になり、高次モードが多量に発生す
る。このため本発明は、接続する導波路の内径を僅かに
変え、接続部においてレーザ光の伝送方向に対して端面
が突き出さないようにすることで、伝搬ビームが突き出
した端面に当って散乱するのを抑え、低損失で伝送効率
を向上させたものである。以下、二つの実施例を挙げて
、低損失で伝送効率に優れた中空光導波路の接続構造を
説明する。
波路どうしの接続は必要不可欠である。しかし、同じ内
径の導波路を突き合わせると、前述したように、突合せ
部で光学的に不連続になり、高次モードが多量に発生す
る。このため本発明は、接続する導波路の内径を僅かに
変え、接続部においてレーザ光の伝送方向に対して端面
が突き出さないようにすることで、伝搬ビームが突き出
した端面に当って散乱するのを抑え、低損失で伝送効率
を向上させたものである。以下、二つの実施例を挙げて
、低損失で伝送効率に優れた中空光導波路の接続構造を
説明する。
【００１４】実施例１
中空光導波路として前述した誘電体内装金属中空光導波
路を用いた場合を例に説明する。図１は２つの中空光導
波路１、２を接続した長さ４ｍの導波路３の断面図であ
る。まず、内径１．９ｍｍ、外径２．２９ｍｍ、長さ２
ｍの中空光導波路１と、内径２．０ｍｍ、外径２．２９
ｍｍ、長さ２ｍの中空光導波路２と、内径２．３ｍｍ、
長さ３ｃｍの接続スリーブ４とを作製する。この接続ス
リーブ４は、例えば、外径２．３ｍｍのアルミニウムパ
イプを母材に用いてその外周上にニッケルめっきを施し
、アルミニウムパイプのみを選択エッチングして内径２
．３ｍｍ、長さ３ｃｍに作製する。
路を用いた場合を例に説明する。図１は２つの中空光導
波路１、２を接続した長さ４ｍの導波路３の断面図であ
る。まず、内径１．９ｍｍ、外径２．２９ｍｍ、長さ２
ｍの中空光導波路１と、内径２．０ｍｍ、外径２．２９
ｍｍ、長さ２ｍの中空光導波路２と、内径２．３ｍｍ、
長さ３ｃｍの接続スリーブ４とを作製する。この接続ス
リーブ４は、例えば、外径２．３ｍｍのアルミニウムパ
イプを母材に用いてその外周上にニッケルめっきを施し
、アルミニウムパイプのみを選択エッチングして内径２
．３ｍｍ、長さ３ｃｍに作製する。
【００１５】そして、接続スリーブ４内に各中空光導波
路１、２をそれぞれ挿入して互に突合せ、接着剤５で固
定して４ｍの導波路３を製作する。
路１、２をそれぞれ挿入して互に突合せ、接着剤５で固
定して４ｍの導波路３を製作する。
【００１６】これにより、接続スリーブ４内周と各中空
光導波路１、２の外周との差は０．０１ｍｍとなるのに
対して、各中空光導波路１、２の内径差は０．１ｍｍと
なり、各中空光導波路１、２の互いのずれ幅（最大０．
０１ｍｍ）よりはるかに大きくなる。このため、最大限
にずれても、中空光導波路１内周の端面６は、常に、中
空光導波路２内周の端面７の内径側に位置する。
光導波路１、２の外周との差は０．０１ｍｍとなるのに
対して、各中空光導波路１、２の内径差は０．１ｍｍと
なり、各中空光導波路１、２の互いのずれ幅（最大０．
０１ｍｍ）よりはるかに大きくなる。このため、最大限
にずれても、中空光導波路１内周の端面６は、常に、中
空光導波路２内周の端面７の内径側に位置する。
【００１７】そして、内径の小さい中空光導波路１側か
ら準シングルモードの炭酸ガスレーザ光を入射したとこ
ろ、中空光導波路２の出射端からは高次モード含有量の
少ない出射ビームが得られた。
ら準シングルモードの炭酸ガスレーザ光を入射したとこ
ろ、中空光導波路２の出射端からは高次モード含有量の
少ない出射ビームが得られた。
【００１８】実施例２
図２は実施例２による中空光導波路の接続構造を示す断
面図である。本実施例は長い中空光導波路を作製する場
合の例である。具体的には、長さ１０ｍの中空光導波路
１５を作製する場合を例に説明する。
面図である。本実施例は長い中空光導波路を作製する場
合の例である。具体的には、長さ１０ｍの中空光導波路
１５を作製する場合を例に説明する。
【００１９】内径１．６ｍｍの中空光導波路１０、内径
１．７ｍｍの中空光導波路１１、内径１．８ｍｍの中空
光導波路１２、内径１．９ｍｍの中空光導波路１３及び
内径２．０ｍｍの中空光導波路１４を作製する。そして
、これらはいずれも外径２．２９ｍｍ、長さ２ｍである
。さらに、実施例１同様のニッケル接続スリーブ４を４
個作成する。そして、これら各中空光導波路１０〜１４
を、その内径がレーザ光の伝送方向に順次大きくなるよ
うに、導波路１０、１１、１２、１３、１４の順に各接
続スリーブ４を介して接続する。次に、各接続スリーブ
４の外周からニッケルめっき１７〜２０を施して各中空
光導波路１０〜１４及び各接続スリーブ４を一体的に形
成される。
１．７ｍｍの中空光導波路１１、内径１．８ｍｍの中空
光導波路１２、内径１．９ｍｍの中空光導波路１３及び
内径２．０ｍｍの中空光導波路１４を作製する。そして
、これらはいずれも外径２．２９ｍｍ、長さ２ｍである
。さらに、実施例１同様のニッケル接続スリーブ４を４
個作成する。そして、これら各中空光導波路１０〜１４
を、その内径がレーザ光の伝送方向に順次大きくなるよ
うに、導波路１０、１１、１２、１３、１４の順に各接
続スリーブ４を介して接続する。次に、各接続スリーブ
４の外周からニッケルめっき１７〜２０を施して各中空
光導波路１０〜１４及び各接続スリーブ４を一体的に形
成される。
【００２０】これにより、実施例１と同様に、各中空光
導波路１０〜１４の途中で散乱することが少なく、中空
光導波路１４の出射端からは高次モード含有量の少ない
出射ビームが得られた。
導波路１０〜１４の途中で散乱することが少なく、中空
光導波路１４の出射端からは高次モード含有量の少ない
出射ビームが得られた。
【００２１】以上述べたように実施例１、２によれば、
中空光導波路内を伝送されるレーザ光が各導波路の突合
せ部分で散乱することが極めて少なくなるので、出射ビ
ームを、高次モードの発生を抑えた低損失状態で、伝送
することが可能となる。この結果、中空光導波路は、高
次モードの少ない集光性に優れた出射ビームを供給する
ことができる。さらに、低損失の中空光導波路を任意の
長さに容易に作成することが可能になる。
中空光導波路内を伝送されるレーザ光が各導波路の突合
せ部分で散乱することが極めて少なくなるので、出射ビ
ームを、高次モードの発生を抑えた低損失状態で、伝送
することが可能となる。この結果、中空光導波路は、高
次モードの少ない集光性に優れた出射ビームを供給する
ことができる。さらに、低損失の中空光導波路を任意の
長さに容易に作成することが可能になる。
【００２２】なお、前記実施例２においては、５本の中
空光導波路を接続した場合を例に説明したが、４本以下
、又は６本以上接続した場合でも同様の作用、効果を奏
することができる。
空光導波路を接続した場合を例に説明したが、４本以下
、又は６本以上接続した場合でも同様の作用、効果を奏
することができる。
【００２３】また、接続スリーブ４の固定は、実施例１
においては接着剤５で、実施例２においてはニッケルめ
っき１７〜２０で行ったが、いずれの手段で行ってもよ
い。さらに、前記各実施例１、２では中空光導波路とし
て誘電体内装金属中空光導波路を用いたが、他の形式の
中空光導波路を用いた場合でも前記同様の作用、効果を
奏することができる。
においては接着剤５で、実施例２においてはニッケルめ
っき１７〜２０で行ったが、いずれの手段で行ってもよ
い。さらに、前記各実施例１、２では中空光導波路とし
て誘電体内装金属中空光導波路を用いたが、他の形式の
中空光導波路を用いた場合でも前記同様の作用、効果を
奏することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、中
空光導波路内を伝送されるレーザ光が各導波路の突合せ
部分で散乱することが極めて少なり、出射ビームを、高
次モードの発生を抑えた低損失状態で、伝送することが
可能となる。この結果、中空光導波路は、高次モードの
少ない集光性に優れた出射ビームを供給することができ
る。さらに、低損失の中空光導波路を任意の長さに容易
に作成することが可能になる。
空光導波路内を伝送されるレーザ光が各導波路の突合せ
部分で散乱することが極めて少なり、出射ビームを、高
次モードの発生を抑えた低損失状態で、伝送することが
可能となる。この結果、中空光導波路は、高次モードの
少ない集光性に優れた出射ビームを供給することができ
る。さらに、低損失の中空光導波路を任意の長さに容易
に作成することが可能になる。
【図１】２つの中空光導波路の接続部分を示す断面図。
【図２】５つの中空光導波路を接続した状態を示す断面
図。
図。
【図３】従来例を示す断面図。
１ ２ｍの中空光導波路
２ ２ｍの中空光導波路
３ ４ｍの中空光導波路
４ 接続スリーブ
５ 接着剤
１０〜１４ ２ｍの中空光導波路１５ １
０ｍの中空光導波路 １７〜２０ ニッケルめっき
０ｍの中空光導波路 １７〜２０ ニッケルめっき
Claims (4)
- 【請求項１】 光エネルギーを伝送する複数の中空光
導波路を接続する中空光導波路の接続構造において、互
いに異なる内径を有する各中空光導波路の端面を突き合
わせて接続したことを特徴とする中空光導波路の接続構
造。 - 【請求項２】 前記各中空光導波路の外径をそれぞれ
同一に成形し、これらの突合せ部分に、各中空光導波路
の外径よりも僅かに大きな内径を有する接続スリーブを
設けたことを特徴とする請求項１記載の中空光導波路の
接続構造。 - 【請求項３】 互に突き合された各中空光導波路の内
径の差を、各中空光導波路の外径と接続スリーブの内径
との差よりも大きく設定したことを特徴とする請求項２
記載の中空光導波路の接続構造。 - 【請求項４】 各中空光導波路を、その内径が光エネ
ルギーの伝送方向に順次大きくなるように接続したこと
を特徴とする請求項１、２、３記載の中空光導波路の接
続構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3013767A JPH04238690A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 中空光導波路の接続構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3013767A JPH04238690A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 中空光導波路の接続構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04238690A true JPH04238690A (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=11842406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3013767A Pending JPH04238690A (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 中空光導波路の接続構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04238690A (ja) |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP3013767A patent/JPH04238690A/ja active Pending
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