JPS6210608A - 光エネルギ伝送用フアイバ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （７）技術分野 この発明は光エネルギ伝送用ファイバの改良に関する。

光ファイバを用いて、レーザのパワーを伝送するという
事が可能になってきた。パワーを利用するレーザとして
、Ｃ０２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザなどがある
。ＣＯ□レーザに対しても、銀ハライド、タリウムハラ
イド、アルカリハライド等の結晶質ファイバが利用され
、光ファイバによってレーザパワーを伝送する事ができ
る。

ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザに対しては、石英ガラスファ
イバが用いラレる。

いずれも、信号伝送用の光ファイバに比べて、コア径が
大きい。

（イ）従来技術とその問題点 光ファイバを泪いて、レーザ光の高いパワーを伝送しよ
うとする場合、光７アイパの入力端、出力端近傍での伝
送特性が極めて重要になってくる。

第６図は光ファイバの側面からの洩れ光の強さを測定し
た結果を示すグラフである。横軸は光ファイバの長さに
沿う位置である。

光ファイバの中間に於て、洩れる光エネルギは僅かであ
り、一定している。

しかし、光ファイバの入出力端に於ては、光の洩れが大
きくなる。

光エネルギーを伝送するのが目的なのであるから、入出
力端での光エネルギーの洩れの問題は重要である。入出
力端でのファイバ側面からの光の洩れを如何に少くする
かによって、光ファイバで伝送できる最大パワーの上限
が決まっていた。

入出力端での光ファイバの側面からの光の洩れを少なく
する方法として、ファイバ端面の仕上げ状態を平滑にし
て、端面からの散乱反射光を低減する、等の方法がとら
れている。

しかし、端面を平滑化したところで、入出力端近くでの
光の洩れを、その他の部分からの光の洩れと同程度にす
る事は難しい。端面平滑化という方法は、不完全な対策
にしかなっていなかった。

さらに、光フアイバ端近傍に於ける、側方への光の洩れ
は、光フアイバ外周が何であるかによっても影響を受け
る。光フアイバ外周にあるものが空気である場合、金属
である場合によって異なる。

光ファイバの端末は、何らかの部材で固定する事が多い
。固定部材が光ファイバの端末を強く押えれば押える程
、光の洩れが大きくなる傾向にある。

このように、光ファイバの固定状態によって、伝送され
る光のエネルギーが変動する、というのでは極めて不安
定であって、再現性に欠ける。

咬）　　　目　　　　　　　的 光エネルギ伝送用ファイバに於て、入出力端での光の洩
れを少なくした光ファイバを与える事が本発明の目的で
ある。

に）構　成 本発明の光ファイバは、入射端、出射端近傍の側面に反
射率の高い金属層を設け、これによって洩れようとする
光の成分を反射し、洩れを防ぐものである。

第１図は本発明の光ファイバの入出力端を示す斜視図で
ある。

光ファイバ１はエネルギ伝送用ファイバである。

光フアイバ端面４は入力端又は出力端である。

光フアイバ端面４から、厚みの一様な金属層２と、これ
に続いて厚みが徐々に０となってゆく金属層を設ける。

前者を円筒金属層２、後者を円錐金属層３と呼ぶ。

円筒金属層２の長さをＬ１厚さをＴとする。円錐金属層
３の長さをＭとする。

この例で、円錐金属層３の厚みがリニヤに減少するとす
れば、端面からの距離Ｘに対し、金属層の厚みｔを次の
ように与える事ができる。

（１）　　ｔ（ｘ）＝Ｔ　　、　　　０≦Ｘ≦Ｌ（ｉｆ
）’　　ｔ　（ｘ）　＝　Ｔ（Ｌ＋Ｍ−ｘ）７Ｍ　、　
Ｌ≦Ｘ≦Ｍ＋Ｌである。

円錐金属層に於ける厚み変化は、（１１）のようにＸに
対して必ずリニヤでなければならないという事はない。

第３図に金属層の厚みをグラフで示す。

グラフａＳｂ、ｃ、ｄのいずれであっても良い。

ｂが前記のリニヤな例を示している。

第２図は、ｂのグラフで示される例について、光フアイ
バ先端部の゛断面図を示すものである。これが最も望ま
しい金属層の形状である。

第３図に於て、Ｗで示される折線グラフは、第５図に断
面を示すような金属層に対応する。これは全長にわたっ
て金属層の厚みｔが一様である。

金属層の反対側の層面８が平坦に形成できる場合は、こ
のような金属層であっても良い。しかし、層面８に凹凸
があると、この部分に洩れてくる光が凹凸によって強く
吸収される。この為、最大伝送パワーが著しく低下する
事がある。

光フアイバ外周面に直角な層面８を平坦に作る事は難し
い。このため、第５図に示す（第３図のＷ曲ｍ＞ものよ
り、第２図に示す（第３図の５曲線）の方が良い。

金属層の材質は、金、銀、アルミニウム等伝送する光の
波長に於て、９５％以上の反射率を有するものが使われ
るべきである。

その厚みは、関係している光の波長の１０倍程度あれば
十分である。炭酸ガスレーザ（１０，６μｍ）の場合、
１００μｍ程度の厚みが必要である。ＹＡＧレーザ（１
，０６μｍ）の場合、１０μｍ程度の厚みが必要である
。

金属層の厚みが１０倍以下であると、金属層を通って透
過してゆく光がある。

金属層の形成は、真空蒸着、スパッタ等によって行われ
る。

金属層の長さく　Ｌ＋Ｍ　）は、光ファイバの端面近く
の光の洩れが比較的大きくなっている所を覆うように設
けるべきである。その長さは、ファイバのコア径による
が、通常のＣｏ２レーザ用ファイバの場合、１Ｏａ１１
以下である。

け）作　用 光ファイバの入力端、出力端に於て、外部に洩出しよう
とする光は、金属層によって反射されるから、洩れる事
ができない。入力端に於て反射された光は、コア内部に
含まれる光となって、以後、コア内を多重反射しながら
伝送されてゆく。

出力端に於て、金属層によって反射された光は出射端面
から、外部へ出る。これは側面から出るのではなく端面
から出るので、被照射物に当たる有効な光となる。

ａ）効　果 入力端、出力端に於て、光ファイバの外周面に金属層を
被覆し、これによって内部から外部へ向う光を反射して
いるから、端部近傍での側方への光の洩れをほぼ完全に
抑える事ができる。

端部での側方への洩れを抑える事によって、光フアイバ
中間部での光の側方への洩れが増加するようであっては
効果がないわけである。しかし、光フアイバ中間部での
光の洩れはこれによっては増えない、という事が実験に
より分った。

第４図は光フアイバ端部近傍に於ける、光の側方への洩
れを、従来の光ファイバ（実線）と、本発明の光ファイ
バ（破線）とについて、測定した結果を示すグラフであ
る。

中間部での洩れは少なく、安定している。従来の光ファ
イバでも、本発明の光ファイバでも中間部洩れ平均値工
。は同じである。

ところが、ファイバの端部（入力、出力のいずれも）に
近づくと、従来の光ファイバは、洩れが工０の１０〜２
０倍にも達する。

しかし、本発明の光ファイバは、破線で示すように、■
。とけば同程度で、Ｉ、の１〜２倍の中に含まれる。

光フアイバ端末を固定する部材は、金属層の外側を押え
る。固定部材の接触圧を変えても、洩れ光は増加しない
。このため、固定部材の状態によって、最大伝送パワー
は全く影響を受けない。安定したパワー伝送系を構成で
きる。

（１）実施例 赤外用光ファイバとして、臭化銀からなる（銀ハライド
ファイバの一種）結晶質ファイバを用いて、本発明を実
施した。ファイバの径は０．５ｆｆである。

レーザは炭酸ガスレーザ（波長１０．６μｍ）である。

上記のファイバは、炭酸ガスレーザの光を効率よく伝送
できるファイバである。しかし、第４図に示すような側
方への光の洩れ特性があって、端部近傍では、中間部に
於ける側方洩れエネルギーＩ、の１０〜２０倍の洩れが
あった。

端末を固定部材で強く把持すると、光の洩れはより大き
くなる。

この臭化銀ファイバを、第２図に示すように、端面から
５ＣＭの外周に金を真空蒸着した。端面からａｃＩｌｌ
（Ｌ＝８ｃｘ）に於て、金の厚みは２０　μｆＮで一様
である。端面から３Ｃ１１１〜５３（Ｍ＝２ｃＭ）に於
ては厚みがリニヤに減少するような円錐金属層とした。

つまり、第２図に於て、Ｔ＝２９　μｍ、　Ｌ、＝３ｃ
ｒｔｔ。

［＝２１、Ｄ＝Ｑ、５ｍとした例である。

この光ファイバについて、炭酸ガスレーザを通し、側方
への光の洩れを実測した。中間部での光の洩れの平均値
工。は従来のもののレベルと変らなかった。

金属層を被覆した端面近傍に於ける光の洩れは、！。０
１〜２倍にすぎなかった。

又、端末固定部材を金被覆部に接触させるが、接触状態
によって、最大伝送光パワーは全く影響されなかった。

し）　　用　　　　　途 （１）医療用レーザ治療機に用いる光エネルギ（レーザ
）伝送用ファイバ。

（２）加工用、熱処理用途に用いる光エネルギ（レーザ
）伝送用ファイバ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバの端面近傍の斜視図。 第２図は本発明の光ファイバの端面近傍の断面図。 第３図は光ファイバの端面近傍の金属層の厚みを示すグ
ラフ。 第４図は従来の光ファイバ（実線）と、本発明の光ファ
イバ（破線）について、ファイバ端末に於ける光の洩れ
の分布を示すグラフ。 第５図は光ファイバの端面近傍に円錐部を伴わない円筒
形の金属層を被覆したものの断面図。 １　・・・・・・・・・光ファイバ ２　・・・・・・・・・円筒金属層 ３　・・・・・・・・・円錐金属層 ４　・・・・・・・・・　光ファイバ端面発　　明　　
者　　　　　葭　　１）　典　　之高　　橋　　謙　　
− 第１図 第２図 り →−１−−汁−Ｍ−１１７１．。ヤア 第５図 手続補正書（方式） 昭和６０年１０月３１日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿　　　　同１、事
件の表示　特願昭６０−４５１９０３号２、発明の名称
　光エネルギ伝送用ファイバ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代　　理　　人　　　　　　　　　　　　　゛（巴
９住　所　大阪市東成区中道３丁目１５番１６号５、補
正命令の日付　昭和６０年１０月２９日（発送）昭和６
０年１０月　９日（起案） ６、補正の対象　明細書の「図面の簡単な説明」の欄７
・補正ノ内容　　明細書第１２頁第２行目と第３行目の
間に、「第６図は光ファイバの側面からの洩れ光の強さ
を光ファイバの長手方向に沿って測定したグラフ。」と
いう文章を挿入する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバの入出力端の端面近傍のファイバ側面
   に、関係する光の波長において光の反射率が９５％以上
   である金属層を被覆した事を特徴とする光エネルギ伝送
   用ファイバ。
2. （２）金属層の被覆された部分の長さが端面から１０ｃ
   ｍ以下である特許請求の範囲第（１）項記載の光エネル
   ギ伝送用ファイバ。
3. （３）金属層は厚さの一様な円筒金属層とこれに続き厚
   さが徐々に減少する円錐金属層とよりなる特許請求の範
   囲第（１）項又は第（２）項記載の光エネルギ伝送用フ
   ァイバ。
4. （４）金属層が真空蒸着、スパッタリング、イオンプレ
   ーティングによつて形成されている特許請求の範囲第（
   １）項〜第（３）項のいずれかに記載の光エネルギ伝送
   用ファイバ。
5. （５）光ファイバが銀ハライド、タリウムハライド、ア
   ルカリハライド結晶ファイバである特許請求の範囲第（
   １）項〜第（４）項のいずれかに記載の光エネルギ伝送
   用ファイバ。