(57)【要約】【解決手段】コア１とクラッド２からなるレーザガイド用光ファイバの最外層に光吸収層３を設ける。また光吸収層３の温度を監視することにより曲げなどの応力が加わる状況を監視する。コアロッドの周囲にクラッドを作製するために多孔質体層を堆積してその表層部分に光を吸収する元素を含浸したり、コア、クラッドからなるガラスロッドの周囲に多孔質体層を堆積して光を吸収する元素を含浸して光吸収層を設けて製造する。【効果】曲げなどの大きな応力が加わってレーザ光が漏洩しても光吸収層で吸収されるので被覆の損傷を防ぐことができ安全性も高い。また光吸収層の温度を測定してレーザガイド用光ファイバの使用状況を常時監視することができる。このようなレーザガイド用光ファイバの製造は従来の装置を用いて行うことができる。【選択図】図１
2004219697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の高いコア及びその周囲の屈折率が前記コアよりも低いクラッドからなるレーザガイド用光ファイバにおいて、最外層に光吸収層を設けたことを特徴とするレーザガイド用光ファイバ。
【請求項２】
前記レーザガイド用光ファイバは石英ガラスからなり、前記光吸収層は前記石英ガラスに１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を添加したものであること特徴とする請求項１記載のレーザガイド用光ファイバ。
【請求項３】
前記光吸収層は前記クラッドの一部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザガイド用光ファイバ。
【請求項４】
前記光吸収層の屈折率は前記クラッドの屈折率よりも低いこと特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザガイド用光ファイバ。
【請求項５】
屈折率の高いコア及びその周囲の屈折率が前記コアよりも低いクラッドからなりかつ最外層に光吸収層を設けたレーザガイド用光ファイバの使用方法であって、前記光吸収層の温度を測定することにより前記レーザガイド用光ファイバの使用状況を監視することを特徴とするレーザガイド用光ファイバの使用方法。
【請求項６】
前記レーザガイド用光ファイバの使用状況は温度を測定することにより前記レーザガイド用光ファイバからのレーザ光の漏洩状況を監視することを特徴とする請求項４記載のレーザガイド用光ファイバの使用方法。
【請求項７】
前記レーザ光の漏洩状況の監視は温度を測定することにより前記レーザガイド用光ファイバに負荷される曲げの状況を監視することを特徴とする請求項５記載のレーザガイド用光ファイバの使用方法。
【請求項８】
前記温度を測定して前記レーザガイド用光ファイバからのレーザ光の漏洩状況を監視する際に、予め基準温度を定めておき、前記基準温度を超えないように前記レーザガイド用光ファイバを取り扱うことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれかの請求項に記載のレーザガイド用光ファイバの使用方法。
【請求項９】
レーザガイド用光ファイバの製造方法であって、石英ガラスからなるコアロッドの周囲に前記コアよりも屈折率の低いクラッド用の多孔質体層を堆積し、次いで前記多孔質体層に１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を含浸させて最外層に光吸収層を形成した後前記クラッド用多孔質体層をガラス化して光ファイバに線引きすることを特徴とするレーザガイド用光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
レーザガイド用光ファイバの製造方法であって、石英ガラスからなるコアロッドの周囲に前記コアよりも屈折率の低い石英ガラスからなるクラッドを設けてガラスロッドとし、次いで前記ガラスロッドの周囲に前記クラッドよりも屈折率の低い多孔質体層を堆積し、前記多孔質体層に１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を含浸させて光吸収層を形成した後前記光吸収層をガラス化して光ファイバに線引きすることを特徴とするレーザガイド用光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工用や医療用に使用される高出力のレーザガイド用光ファイバとその使用方法及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバの用途がますます広がり、信号伝送用ばかりではなくエネルギー伝送にも使われてきている。光ファイバをエネルギー伝送に用いる場合にはＹＡＧレーザや半導体レーザなどの高出力レーザを光ファイバに入力して出射端からのレーザ光により機械加工を行ったり病気の治療を行ったりしている。このようなレーザガイド用光ファイバには連続光やパルス光の状態で数１０ｍＷ〜数ｋＷという高出力のレーザが入力される。
【０００３】
ところで、レーザガイド用光ファイバの基本構造は通信用の光ファイバと同様にコアとコアよりも屈折率の低いクラッドとからなっているが、コア径、クラッド径が通信用の光ファイバに比べて大きく、コア径が数１００μｍ〜１．５ｍｍ程度、クラッド径（光ファイバの外径）も数１００μｍ〜１．５ｍｍ以上となっている。このレーザガイド用光ファイバには取り扱い性を良くするために通常プラスチック樹脂による被覆が施されている。このようにプラスチック樹脂による被覆が施されると機械加工や治療を行っている間に光ファイバに曲げなどの応力が加わっても光ファイバが破損することがない。
【０００４】
しかし、光ファイバに曲げなどの応力が加わった場合、ある許容曲げ半径以上になると光が外部に漏洩してくる。レーザ光のように高出力の場合は漏洩光によって被覆のプラスチック樹脂が損傷したり、また安全性の面でも注意が必要となる。
【０００５】
従来のレーザガイド用光ファイバはコアとその周囲のコアよりも屈折率の低いクラッドとからなり、レーザ光を効率よくコアに集光する技術やコアの屈折率分布を工夫した提案はなされているが（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、いずれもがクラッドの周囲には直接周知の技術でプラスチック樹脂が被覆された構造となっており、漏洩光に対する処置は特に施されていなかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２８８９６７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４９８４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【０００８】
即ち、機械加工や医療行為に用いられるレーザ光は極めて高出力のため、前記したようにレーザ光が漏洩した場合には被覆しているプラスチック樹脂が損傷したり、安全性の点からもその取り扱いには注意を払う必要があった。
【０００９】
レーザ光が漏洩した場合、レーザ光は通常可視光外の領域の波長であるために漏洩光を目視で確認することができない。レーザガイド用光ファイバそのものには特に漏洩光に対する処置が施されていなかったので従来は漏洩光を確認する方法として赤外用ＣＣＤを用いるか例えばＨｅ−Ｎｅレーザのような可視光レーザ光を使用する波長のレーザ光に重畳させるという方法が行われていた。しかし装置が大がかりになるなどの問題点があり、あまり用いられていなかった。
【００１０】
機械加工や医療行為の最中にはレーザガイドに曲げを加えて使用することが多いが、あまり大きな曲げを加えるとレーザ光が曲げの加わった部分から漏洩してくる可能性が高くなるので、通常の使用時においては経験上から曲げの許容度を把握しておき、極端な曲げを加えないように配慮していた。
【００１１】
本発明はたとえ曲げなどの応力によるレーザ光の漏洩があったとしても漏洩したレーザ光を吸収して安全性を高めると共に使用時のレーザ光の漏洩の状況を常時監視できるようなレーザガイドやその使用方法及び製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００１３】
まず第１の発明は、屈折率の高いコア及びその周囲の屈折率が前記コアよりも低いクラッドからなるレーザガイド用光ファイバにおいて、最外層に光吸収層を設けたものである。このレーザガイド用光ファイバの最外層の光吸収層は石英ガラスに１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を添加すると良い。また、光吸収層はクラッドの一部であっても良く、クラッドよりも低い屈折率を有していても良い。
【００１４】
次に第２の発明は、屈折率の高いコア及びその周囲の屈折率が前記コアよりも低いクラッドからなりかつ最外層に光吸収層を設けたレーザガイド用光ファイバの使用方法であって、前記光吸収層の温度を測定することにより前記レーザガイド用光ファイバの使用状況を監視するものである。この使用状況の監視はレーザ光の漏洩状況を監視すると良く、特にレーザガイド用光ファイバの曲げの状況を監視すると良い。そして、予め基準温度を定めておき、この基準温度を超えないようにレーザガイド用光ファイバを取り扱うことからなる。
【００１５】
さらに第３の発明は、レーザガイド用光ファイバの製造方法であって、石英ガラスからなるコアロッドの周囲に前記コアよりも屈折率の低いクラッド用の多孔質体層を堆積し、次いで前記多孔質体層に１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を含浸させて最外層に光吸収層を形成した後前記クラッド用多孔質体層をガラス化して光ファイバに線引きすることからなる。
【００１６】
また第４の発明は、レーザガイド用光ファイバの製造方法であって、石英ガラスからなるコアロッドの周囲に前記コアよりも屈折率の低い石英ガラスからなるクラッドを設けてガラスロッドとし、次いで前記ガラスロッドの周囲に前記クラッドよりも屈折率の低い多孔質体層を堆積し、前記多孔質体層に１種または２種以上の遷移金属元素若しくは希土類元素を含浸させて光吸収層を形成した後前記光吸収層をガラス化して光ファイバに線引きすることからなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザガイド用光ファイバ、その使用方法及び製造方法をその好ましい実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明のレーザガイド用光ファイバの斜視図である。本発明のレーザガイド用光ファイバは石英ガラスからなるコア１とその周囲のコア１よりも屈折率の低いやはり石英ガラスからなるクラッド２からなっており、最外層に光吸収層３が設けられている。通常コア１は純粋石英ガラスであり、クラッド２にはＦを添加して屈折率を低下させている。そして光吸収層３の周囲にはシリコーン樹脂及びプラスチック樹脂からなる被覆４が施されている。
【００１９】
光吸収層３はクラッドの一部であっても良いしクラッドの周囲に別に設けても良い。即ち、クラッドの一部として実質的に同一の屈折率を有するようにしても良く、クラッドの周囲に別に設ける場合にも実質的に同一の屈折率を有するようにしても良く、クラッドよりもさらに低い屈折率を有するようにしても良い。クラッドよりもさらに低い屈折率を有するようにすると、漏洩してきたレーザ光をコアに反射させる機能を有することになるのでレーザ光漏洩の影響がより少なくなる。
【００２０】
光吸収層３の厚さは６０μｍほどとなる。結局、機械加工や医療行為に用いられるレーザガイド用光ファイバに最も適した構造を考慮して定めれば良いが、例えば、コア径６００μｍ、クラッド径（光ファイバの外径）７５０μｍのレーザガイドの場合、光吸収層がクラッドの一部である例を示すと光吸収層の厚さは６０μｍほどあれば良い。
【００２１】
ここで、光吸収層３にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｖ等の遷移金属元素やＥｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等の希土類元素を１種または２種以上添加すれば良い。どのような元素を添加するかは使用するレーザ光の波長にとって最も吸収効率の良い元素を選択すれば良い。
【００２２】
ところで、レーザガイドを伝送してきた光が漏洩して光吸収層で吸収されると発熱が生じる。その発熱の程度は吸収される光の量、即ち漏洩する光の量に依存している。従って、発熱の結果生じる温度上昇を測定すれば漏洩する光の量を推定することができる。漏洩光はレーザガイドに様々な応力が負荷されると発生するが代表的な応力として曲げがある。通常、機械加工や医療行為の最中にはレーザガイドには様々な曲げが加わる。この時に発生する漏洩光による光吸収層の温度を測定すればその時の使用状況が常時監視できる。
【００２３】
即ち、光吸収層の温度を常時監視しておけばレーザガイド用光ファイバを使用中に温度の変動がわかるので、温度の状況によって曲げが許容できる範囲か限界に近づいているか等を判断することができる。特に基準となる温度を予め定めておけばレーザガイド用光ファイバをその温度に達しないように取り扱うことによって被覆の損傷を未然に防ぐことができ、安全な作業を行うことができるとともにレーザガイド用光ファイバの長寿命化にもつながる。
【００２４】
次に本発明のレーザガイド用光ファイバの製造方法について説明する。予めコア用のガラスロッドを作製しておき、このコア用ガラスロッド外周に例えば外付け法によりクラッド用の多孔質体層を堆積させる。次いでこの多孔質体層に遷移金属元素や希土類元素などの光を吸収する元素を含浸させて多孔質体層の表層部分に光吸収のための層を作製する。その後多孔質体層をガラス化してコア、クラッドからなるガラスロッドを作製する。この時表層部分の光吸収層も同時にガラス化され、最外層に光吸収層を有するガラスロッドができる。光吸収層はクラッドの一部であり、屈折率はクラッドと実質的に同一である。光を吸収する元素をどの程度含浸させるかは目的とするレーザガイド用光ファイバの構造、使用波長等によって定めればよい。そしてこの最外層に光吸収層を有するガラスロッドを所定の外径になるように線引きして本発明のレーザガイド用光ファイバとする。最後にプラスチック樹脂を被覆して取り扱い性を良くする。
【００２５】
さらに本発明の他の製造方法では、予めコア及びクラッドからなるガラスロッドを作製しておき、このガラスロッドの外周に多孔質体層を堆積させる。この時多孔質体にはクラッドに添加した屈折率低下用元素と同種の元素をより多く添加するか若しくは他の元素を添加してクラッドよりもさらに屈折率が低下させる。そしてやはり多孔質体層に遷移金属元素や希土類元素などの光を吸収する元素を含浸させる。次いで光吸収層となる多孔質体層をガラス化して最外層に光吸収層を有するガラスロッドを作製する。その後このガラスロッドを線引きして本発明のレーザガイド用光ファイバとする。やはり最後にプラスチック樹脂を被覆して取り扱い性を良くする。本実施例の製造方法では光吸収層の屈折率をクラッドの屈折率よりも低くする例を示したが、光吸収層の屈折率はクラッドと実質的に同一であっても差し支えない。このように本発明のレーザガイド用光ファイバは特別の装置を必要とせずに従来の装置を用いて製造することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、レーザガイド用光ファイバの最外層に光吸収層を設けたので、レーザガイド用光ファイバに曲げなどの応力が加わりレーザ光が漏洩したとしても光吸収層により吸収されるので被覆のプラスチック樹脂が損傷したりせず、安全性も高くなる。またレーザ光が光吸収層に吸収されると発熱して温度が上昇するので光吸収層の温度を測定することによりレーザガイド用光ファイバに加わる曲げなどの応力の状況がわかり、使用状況を常時監視できる。さらに、本発明のレーザガイド用光ファイバを製造するにはコアロッドの周囲にクラッドを作製するために多孔質体層を堆積してその表層部分に光を吸収する元素を含浸したり、コア、クラッドからなるガラスロッドの周囲に多孔質体層を堆積してやはり光を吸収する元素を含浸して光吸収層を設けるので、特別の装置を必要とせずに従来の装置を用いて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表した図である。
【符号の説明】
１・・・コア
２・・・クラッド
３・・・光吸収層
４・・・被覆
【図１】
2004219697.tif 000003