JPS6249152B2 - - Google Patents
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- JPS6249152B2 JPS6249152B2 JP57038468A JP3846882A JPS6249152B2 JP S6249152 B2 JPS6249152 B2 JP S6249152B2 JP 57038468 A JP57038468 A JP 57038468A JP 3846882 A JP3846882 A JP 3846882A JP S6249152 B2 JPS6249152 B2 JP S6249152B2
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- Japan
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- light guide
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- fiber light
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- 241000219122 Cucurbita Species 0.000 claims 1
- 235000009852 Cucurbita pepo Nutrition 0.000 claims 1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はオプテイカル・フアイバー導光路を用
いたレーザ加工機に関するもので、炭酸ガスレー
ザ（以下CO2レーザと記す）出力ビームのオプテ
イカル・フアイバーへの結合特性の向上をはかつ
たレーザ加工機を提供するものである。
いたレーザ加工機に関するもので、炭酸ガスレー
ザ（以下CO2レーザと記す）出力ビームのオプテ
イカル・フアイバーへの結合特性の向上をはかつ
たレーザ加工機を提供するものである。
オプテイカル・フアイバー導光路をもつCO2レ
ーザメスは導光路の可撓性の向上による高い操作
性と内視鏡レーザメスへの展開など将来性の高い
レーザメスと云える。近年CO2レーザ光を透過す
る赤外フアイバーの研究成果が公表されてきたが
そのなかでもKRS―５（TlI、TlBr混晶）は最も
高い破壊閾値を示し、定常使用に対しフアイバー
よりの射出ビーム強度20W、数秒以内の短時間使
用に対しては100Wと報告されている。
ーザメスは導光路の可撓性の向上による高い操作
性と内視鏡レーザメスへの展開など将来性の高い
レーザメスと云える。近年CO2レーザ光を透過す
る赤外フアイバーの研究成果が公表されてきたが
そのなかでもKRS―５（TlI、TlBr混晶）は最も
高い破壊閾値を示し、定常使用に対しフアイバー
よりの射出ビーム強度20W、数秒以内の短時間使
用に対しては100Wと報告されている。
一方KRS―５フアイバーの欠点は低い透過特
性にあると云える。伝播損失としてはフアイバー
入射端面と出射端面におけるフレネル反射損失と
フアイバー通過時の吸収及び散乱損失の二種に大
別され、特に前者が高い屈折率の故に大きく（反
射率16.5％／面）、総合透過率が約60％と云う低
い値になつてしまいレーザエネルギーの利用効率
を著るしく低下させてしまう。
性にあると云える。伝播損失としてはフアイバー
入射端面と出射端面におけるフレネル反射損失と
フアイバー通過時の吸収及び散乱損失の二種に大
別され、特に前者が高い屈折率の故に大きく（反
射率16.5％／面）、総合透過率が約60％と云う低
い値になつてしまいレーザエネルギーの利用効率
を著るしく低下させてしまう。
従来のフアイバーレーザメスの基本構成を第１
図に示す。図中、１はレーザ発振器、２はレーザ
電源、３はレーザ光、４はフアイバー結合用レン
ズ、５はオプテイカル・フアイバー導光路、５１
はフアイバー入射端面、５２は同出射端面、６は
集光レンズ、７は手術対象、８は焦点である。レ
ーザ発振器１からのレーザ光３は直径約10mmφ、
拡がり角１〜2mradであり、結合レンズ４により
フアイバー入射端面５１上に0.3〜0.4mmφの径以
下に集光しフアイバー５に導入する。この入射端
面５１での反射損失は前記した様にKRS―５と
CO2レーザ光の組合わせで16.5％である。
図に示す。図中、１はレーザ発振器、２はレーザ
電源、３はレーザ光、４はフアイバー結合用レン
ズ、５はオプテイカル・フアイバー導光路、５１
はフアイバー入射端面、５２は同出射端面、６は
集光レンズ、７は手術対象、８は焦点である。レ
ーザ発振器１からのレーザ光３は直径約10mmφ、
拡がり角１〜2mradであり、結合レンズ４により
フアイバー入射端面５１上に0.3〜0.4mmφの径以
下に集光しフアイバー５に導入する。この入射端
面５１での反射損失は前記した様にKRS―５と
CO2レーザ光の組合わせで16.5％である。
この反射損失とフアイバー射出端面５２におけ
る同率の反射損失は両面に反射防止膜を付するこ
とにより減少させることができ、その時総合透過
率は約90％まで高めることが理論上可能である。
ところが上記した様にフアイバー入射端面５１上
でレーザ光は直径約0.3mmφまで集光されるので
入射レーザ光強度が50Wであるとすると反射防止
膜上でのエネルギー密度は約70KW／cm2と云う高
い値になつてしまい、この程度の耐光強度を持つ
反射防止膜は残念ながら現在は入手できない。
る同率の反射損失は両面に反射防止膜を付するこ
とにより減少させることができ、その時総合透過
率は約90％まで高めることが理論上可能である。
ところが上記した様にフアイバー入射端面５１上
でレーザ光は直径約0.3mmφまで集光されるので
入射レーザ光強度が50Wであるとすると反射防止
膜上でのエネルギー密度は約70KW／cm2と云う高
い値になつてしまい、この程度の耐光強度を持つ
反射防止膜は残念ながら現在は入手できない。
レーザ光３を直線偏光にしておきフアイバー入
射端面５１でブリユースター角入射を行わせれば
入射端面５１での反射損失は除去することができ
る。ところが通常のレーザメス用オプテイカル・
フアイバー５では光の伝播に際して偏光面保持が
なされないので射出端面５２では直線偏光でなく
なつてしまい、この面をブリユースター角に研磨
しておいてもフレネル反射損失は依然として残存
する。
射端面５１でブリユースター角入射を行わせれば
入射端面５１での反射損失は除去することができ
る。ところが通常のレーザメス用オプテイカル・
フアイバー５では光の伝播に際して偏光面保持が
なされないので射出端面５２では直線偏光でなく
なつてしまい、この面をブリユースター角に研磨
しておいてもフレネル反射損失は依然として残存
する。
本発明はオプテイカル・フアイバーとレーザの
組合せから成るレーザ加工機においてフアイバー
入射及び出射端面の双方をブリユースター角入射
の条件が成立する様に研磨し、フレネル反射損失
を入射端面と射出端面の双方において防止し、総
合透過率を約90％にまで高め、レーザ利用効率を
大幅に改善したレーザメスを提供するものであ
る。その基本構成を第２図に示す。
組合せから成るレーザ加工機においてフアイバー
入射及び出射端面の双方をブリユースター角入射
の条件が成立する様に研磨し、フレネル反射損失
を入射端面と射出端面の双方において防止し、総
合透過率を約90％にまで高め、レーザ利用効率を
大幅に改善したレーザメスを提供するものであ
る。その基本構成を第２図に示す。
同図において、１１は直線偏光レーザ発振器、
２はレーザ用電源、１３は直線偏光レーザ光であ
り、結合用レンズ４によつてオプテイカル・フア
イバー１５の入射端面５１０上に集光される。同
入射端面５１０は入射角がブリユースター角にな
る様に斜めに研磨されており、フレネル反射損失
がない。１５は単一偏波光型のオプテイカル・フ
アイバーでありその出射端面５２０も入射端面５
１０と同様にブリユースター角研磨がなされてお
りフレネル反射損失が除去されている。集光レン
ズ６によつてフアイバー出射光が集光され手術対
象７上の焦点８に照射される。
２はレーザ用電源、１３は直線偏光レーザ光であ
り、結合用レンズ４によつてオプテイカル・フア
イバー１５の入射端面５１０上に集光される。同
入射端面５１０は入射角がブリユースター角にな
る様に斜めに研磨されており、フレネル反射損失
がない。１５は単一偏波光型のオプテイカル・フ
アイバーでありその出射端面５２０も入射端面５
１０と同様にブリユースター角研磨がなされてお
りフレネル反射損失が除去されている。集光レン
ズ６によつてフアイバー出射光が集光され手術対
象７上の焦点８に照射される。
さて単一偏波光オプテイカル・フアイバー１５
としては通信及び情報処理の分野で可視および近
赤外オプテイカル・フアイバーとして近年発表さ
れているものがある。パワー伝送用の遠赤外フア
イバーにおいては製品発表例はないがその原理は
共通であるので、現在のCO2レーザ用フアイバー
の構造を修正することによつて製作することがで
きる。その原理はフアイバー断面上の直交ｘ、ｙ
座標軸に関する偏光波Ex及びEyモードの軸方向
伝播定数βｘ及びβｙを大差をもつて異つた値に
して両モード間の変換を防止することにある。そ
れには二種の方法が提案されており、第一はｘ、
ｙ方向の屈折率を異つたものにする複屈折現象を
利用することであり、第二はフアイバー断面を真
円でなくｘ、ｙ方向に異つた拡がりを持つ特殊な
形状にすることである。後者における二三の断面
形状を第３図、第４図、第５図に示す。第３図は
惰円、第４図は矩形、第５図はひようたん形のも
のであり、これらは何れもｘ、ｙ方向の伝播距離
が異なるのでβｘ及びβｙが分離されるのであ
る。第３図の惰円断面のもので云えば、惰円率 ａ−ｂ／ａ＋ｂ＝0.8 (1) の時にｘ軸方向への偏光の程度を示す消光比 η＝｜ｅｘ｜２／｜ｅｙ｜２ (2) が−28dB程度のものになる。CO2レーザ光用遠
赤外KRS―５フアイバーはダイスよりの加熱押
出し形によつて製作するので第３図〜第５図に示
す断面形状のオプテイカル・フアイバーはダイス
形状を要望の断面積形状に等しくすることによつ
て求められる。
としては通信及び情報処理の分野で可視および近
赤外オプテイカル・フアイバーとして近年発表さ
れているものがある。パワー伝送用の遠赤外フア
イバーにおいては製品発表例はないがその原理は
共通であるので、現在のCO2レーザ用フアイバー
の構造を修正することによつて製作することがで
きる。その原理はフアイバー断面上の直交ｘ、ｙ
座標軸に関する偏光波Ex及びEyモードの軸方向
伝播定数βｘ及びβｙを大差をもつて異つた値に
して両モード間の変換を防止することにある。そ
れには二種の方法が提案されており、第一はｘ、
ｙ方向の屈折率を異つたものにする複屈折現象を
利用することであり、第二はフアイバー断面を真
円でなくｘ、ｙ方向に異つた拡がりを持つ特殊な
形状にすることである。後者における二三の断面
形状を第３図、第４図、第５図に示す。第３図は
惰円、第４図は矩形、第５図はひようたん形のも
のであり、これらは何れもｘ、ｙ方向の伝播距離
が異なるのでβｘ及びβｙが分離されるのであ
る。第３図の惰円断面のもので云えば、惰円率 ａ−ｂ／ａ＋ｂ＝0.8 (1) の時にｘ軸方向への偏光の程度を示す消光比 η＝｜ｅｘ｜２／｜ｅｙ｜２ (2) が−28dB程度のものになる。CO2レーザ光用遠
赤外KRS―５フアイバーはダイスよりの加熱押
出し形によつて製作するので第３図〜第５図に示
す断面形状のオプテイカル・フアイバーはダイス
形状を要望の断面積形状に等しくすることによつ
て求められる。
単一偏光波オプテイカル・フアイバーとして、
上記のようにｘ方向とｙ方向に異つた拡がりを持
つ形状とする以外に、フアイバー断面を真円と
し、屈折率をｘ方向およびｙ方向で異ならせて実
現することもできる。このような構成のオプテイ
カル・フアイバーによつても本発明を実現するこ
とができる。真円フアイバーではＥx及びＥyモー
ドの光波はお互に相互変換をしながら伝播して行
くので第６図ａ，ｂに示す如く直線偏光波を入射
させても、伝播定数差△β＝βｘ−βｙ（βｘ：
Ｅxモードの軸方向伝播定数、βｙ：Ｅyモードの
軸方向伝播定数）として (1) 直線偏光 △βｚ＝０ (3) ↓ (2) 惰円偏光 ０＜△βｚ＜π／２ (4) ↓ (3) 円偏光 △βｚ＝π／２ (5) ↓ (4) 惰円偏光 π／２＜△βｚ＜π (6) ↓ (5) 直線偏光 △βｚ＝π (7) のサイクルで偏光状態が周期変動を見せ（第６図
ａ参照） △βｚ＝2mπ ｍ＝１、２、… (8) に相当するｚ＝Ｌ毎に入射面に入射した時の直線
偏光状態が再現される。このＬをビート長と云い
第６図ｂの散乱光強度に示すように偏光方向の座
標軸上から見た散乱光を測定することにより(8)式
を満足するｚを求めることができる。第２図に示
す本発明の構成のレーザメスにおいてオプテイカ
ル・フアイバー長を(8)式から求められる ｚ＝２ｍπ／△β (9) 但しｍ＝１、２、… に選べは出射端面でのブリユースター角の条件が
満足されてフレネル反射損失を防止することがで
きる。この場合も総合透過率90％程度を達成する
ことができる。
上記のようにｘ方向とｙ方向に異つた拡がりを持
つ形状とする以外に、フアイバー断面を真円と
し、屈折率をｘ方向およびｙ方向で異ならせて実
現することもできる。このような構成のオプテイ
カル・フアイバーによつても本発明を実現するこ
とができる。真円フアイバーではＥx及びＥyモー
ドの光波はお互に相互変換をしながら伝播して行
くので第６図ａ，ｂに示す如く直線偏光波を入射
させても、伝播定数差△β＝βｘ−βｙ（βｘ：
Ｅxモードの軸方向伝播定数、βｙ：Ｅyモードの
軸方向伝播定数）として (1) 直線偏光 △βｚ＝０ (3) ↓ (2) 惰円偏光 ０＜△βｚ＜π／２ (4) ↓ (3) 円偏光 △βｚ＝π／２ (5) ↓ (4) 惰円偏光 π／２＜△βｚ＜π (6) ↓ (5) 直線偏光 △βｚ＝π (7) のサイクルで偏光状態が周期変動を見せ（第６図
ａ参照） △βｚ＝2mπ ｍ＝１、２、… (8) に相当するｚ＝Ｌ毎に入射面に入射した時の直線
偏光状態が再現される。このＬをビート長と云い
第６図ｂの散乱光強度に示すように偏光方向の座
標軸上から見た散乱光を測定することにより(8)式
を満足するｚを求めることができる。第２図に示
す本発明の構成のレーザメスにおいてオプテイカ
ル・フアイバー長を(8)式から求められる ｚ＝２ｍπ／△β (9) 但しｍ＝１、２、… に選べは出射端面でのブリユースター角の条件が
満足されてフレネル反射損失を防止することがで
きる。この場合も総合透過率90％程度を達成する
ことができる。
以上述べたように本発明によればCO2レーザ光
をオプテイカル・フアイバーに結合する時に宿命
的に発生する高いフレネル反射損失を防止しオプ
テイカル・フアイバー総合透過率を約90％まで高
めることができるので、CO2レーザ光をオプテイ
カル・フアイバ導光路に組合わせて用いるレーザ
メス或いは加工装置におけるレーザエネルギー利
用効率を改良することができる。
をオプテイカル・フアイバーに結合する時に宿命
的に発生する高いフレネル反射損失を防止しオプ
テイカル・フアイバー総合透過率を約90％まで高
めることができるので、CO2レーザ光をオプテイ
カル・フアイバ導光路に組合わせて用いるレーザ
メス或いは加工装置におけるレーザエネルギー利
用効率を改良することができる。
第１図は従来技術によるオプテイカル・フアイ
バ導光路方式レーザ加工機の基本構成を示す概念
図、第２図は本発明の第一の実施例である単一偏
波光型オプテイカル・フアイバ導光路レーザ加工
機の基本構成を示す概念図、第３図、第４図及び
第５図は単一偏波光型オプテイカル・フアイバー
の断面形状図を示す図、第６図ａは単一偏波光型
でない通常オプテイカル・フアイバーに直線偏光
波を入射させた時の伝送に伴う偏光状態の変化の
様子を示す図、同ｂはその時の散乱光強度の変化
の様子をそれぞれ示す図である。 １…レーザ共振器、２…同用電源、３…レーザ
ビーム、４…結合用レンズ、５…オプテイカル・
フアイバ導光路、５１…垂直研磨のまゝの入射端
面、５２…同出射端面、５１０…ブリユースター
角入射用に研磨された入射端面、５２０…同出射
端面、６…集光用レンズ、７…被照射物、８…焦
点、１１…直線偏光レーザ、１３…直線偏光レー
ザ光、１５…単一偏波光型オプテイカル・フアイ
バ。
バ導光路方式レーザ加工機の基本構成を示す概念
図、第２図は本発明の第一の実施例である単一偏
波光型オプテイカル・フアイバ導光路レーザ加工
機の基本構成を示す概念図、第３図、第４図及び
第５図は単一偏波光型オプテイカル・フアイバー
の断面形状図を示す図、第６図ａは単一偏波光型
でない通常オプテイカル・フアイバーに直線偏光
波を入射させた時の伝送に伴う偏光状態の変化の
様子を示す図、同ｂはその時の散乱光強度の変化
の様子をそれぞれ示す図である。 １…レーザ共振器、２…同用電源、３…レーザ
ビーム、４…結合用レンズ、５…オプテイカル・
フアイバ導光路、５１…垂直研磨のまゝの入射端
面、５２…同出射端面、５１０…ブリユースター
角入射用に研磨された入射端面、５２０…同出射
端面、６…集光用レンズ、７…被照射物、８…焦
点、１１…直線偏光レーザ、１３…直線偏光レー
ザ光、１５…単一偏波光型オプテイカル・フアイ
バ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直線偏光波を出射するレーザ発振器からの出
力ビームをオプテイカルフアイバ導光路を介して
被照射物に導くように構成され、前記オプテイカ
ルフアイバ導光路の入射および出射端面がブリユ
ースター角に設定されており、かつ前記オプテイ
カルフアイバ導光路はその断面上の直交する２方
向に関する伝播定数を異ならせたことを特徴とす
るレーザ加工機。 ２ オプテイカルフアイバ導光路の断面上の直交
する２方向の屈折率を互に異ならせた特許請求の
範囲第１項記載のレーザ加工機。 ３ オプテイカルフアイバ導光路の断面形状を惰
円矩形、ひようたん形のいずれかにした特許請求
の範囲第１項記載のレーザ加工機。 ４ オプテイカルフアイバ導光路の断面上の直交
する２方向の伝播定数差をΔβとしたとき、オプ
テイカルフアイバ導光路の長さＺを Ｚ＝２ｍπ／Δβ、ｍ＝１、２…… に設定した特許請求の範囲第１項記載のレーザ加
工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57038468A JPS58154482A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | レ−ザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57038468A JPS58154482A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | レ−ザ加工機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58154482A JPS58154482A (ja) | 1983-09-13 |
| JPS6249152B2 true JPS6249152B2 (ja) | 1987-10-17 |
Family
ID=12526070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57038468A Granted JPS58154482A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | レ−ザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58154482A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05261303A (ja) * | 1992-03-23 | 1993-10-12 | Hitachi Zosen Corp | 加熱昇温脱離法 |
| US20120120483A1 (en) * | 2009-07-21 | 2012-05-17 | Marco Tagliaferri | Laser system for processing materials with means for focussing and anticipating said focussing of the laser beam; method of obtaining a laser beam at the exit of an optical fibre with predetermined variance |
-
1982
- 1982-03-10 JP JP57038468A patent/JPS58154482A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58154482A (ja) | 1983-09-13 |
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