光纤固定构造、使用光纤固定构造的激光传输线缆以及激光装置

摘要

光纤固定构造具备：光纤收容部，其形成有光纤收容槽，该光纤收容槽在内部收容被去除光纤的包覆而露出了裸纤的素线露出部的至少一部分、和上述素线露出部与具备上述光纤的包覆的包覆部之间的边界部；和固定树脂，其被填充于上述光纤收容槽内，将上述素线露出部的至少一部分与上述边界部进行固定，在从与上述光纤的长度方向垂直的截面观察上述光纤收容槽的剖视观察时，上述素线露出部整体及上述边界部整体被收容于上述光纤收容槽内，且上述固定树脂覆盖上述素线露出部的外周整周及上述边界部的外周整周。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤固定构造、具备光纤固定构造的激光传输线缆以及激光装置。

本申请主张于2019年2月21日在日本申请的日本特愿2019-029367号的优先权，并在此引用其内容。

背景技术

光纤激光装置由于能够得到聚光性优、功率密度高、光束点小的光，因此在激光加工领域、医疗领域等各种领域中使用。

光纤激光装置为了传输从振荡器射出的高输出的激光，而在内部具有配置有光纤的激光传输线缆。光纤激光装置通过光纤传送激光，并经由与光纤的射出端连接的石英块射出激光。石英块以及与石英块连接的光纤，通常在框体的内部被树脂固定。这样的光纤激光装置中的激光的射出端侧的构造，例如公开在专利文献1中。

专利文献1：日本特开2018-004770号公报

然而，在激光传输线缆的实际使用环境中，例如，可以想到由于树脂固化时的固化收缩而产生的树脂的体积变化，而对被树脂粘合固定的光纤施加残余应力、来自外部的拉伸力的情况。

另一方面，在激光加工中，由于激光的光束品质对加工品质带来大的影响，因此在激光传输线缆中，要求维持所传输的激光的光束品质的功能。在将光纤通过树脂(固定树脂)局部性地粘合固定的情况下，由于固定树脂的固化收缩而对光纤的一部分施加弯曲、应力，而存在使光束品质劣化的可能性。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化的光纤固定构造、使用光纤固定构造的激光传输线缆以及激光装置。

为了解决上述课题，本发明的一个方式所涉及的光纤固定构造具备：光纤收容部，其形成有光纤收容槽，该光纤收容槽在内部收容被去除光纤的包覆而露出了裸纤的素线露出部的至少一部分、和上述素线露出部与具备上述光纤的包覆的包覆部之间的边界部；和固定树脂，其被填充于上述光纤收容槽内，并将上述素线露出部的至少一部与上述边界部进行固定，在从与上述光纤的长度方向垂直的截面观察上述光纤收容槽的剖视观察时，上述素线露出部整体及上述边界部整体被收容于上述光纤收容槽内，且上述固定树脂覆盖上述素线露出部的外周整周及上述边界部的外周整周。

通过这样的结构，处于素线露出部及边界部与光纤收容槽的壁之间的固定树脂固化收缩时产生的残余应力及拉伸力，在光纤的整周均匀地分布。其结果为，能够抑制在光纤固定到光纤收容槽内时对光纤施加弯曲、不均匀的应力，从而能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。

另外，也可以是在上述剖视观察时，上述素线露出部及上述边界部与上述光纤收容槽的底面及侧面分离。

通过这样的结构，能够使处于素线露出部与光纤收容槽的壁之间的树脂固化收缩时产生的残余应力及拉伸力更均匀地分布，从而能够抑制光束品质的劣化。

另外，也可以是上述光纤收容槽的内部在上述剖视观察时被上述固定树脂填满，且上述固定树脂向上述光纤收容槽的外部突出。

另外，也可以是上述光纤收容槽在内部收容上述光纤的上述包覆部的一部分，上述固定树脂在上述剖视观察时覆盖被收容于上述光纤收容槽内的上述包覆部的整个外周。

通过这样的结构，能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化的同时，将光纤相对于光纤收容部更加稳定地固定。

另外，为了解决上述课题，本发明的一个方式所涉及的激光传输线缆具备上述的光纤固定构造、和与上述裸纤的端部连接并具有比上述裸纤的截面积大的截面积的端盖。

通过上述的光纤固定构造，能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。因此，在具备上述任一个光纤固定构造的激光传输线缆中，由于处于素线露出部与光纤收容槽的壁之间的固定树脂固化收缩时产生的残余应力及拉伸力，在光纤的整周均匀地分布，因此能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。

另外，为了解决上述课题，本发明的一个方式所涉及的激光装置具备上述激光传输线缆、和射出在上述激光传输用线缆传送的光的至少一个光源。

通过上述的光纤固定构造，能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。因此，在具备上述激光传输线缆的激光装置中，由于处于素线露出部与光纤收容槽的壁之间的固定树脂固化收缩时产生的残余应力及拉伸力，在光纤的整周均匀地分布，因此能够输出抑制了光束品质的劣化的激光。

如以上那样，根据本发明的一个方式所涉及的光纤固定构造，能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。另外，根据本发明的一个方式所涉及的激光传输线缆，通过在光纤固定构造抑制光纤弯曲，从而能够抑制在光纤传送的激光的光束品质的劣化。另外，在本发明的一个方式所涉及的激光装置中，通过在光纤固定构造抑制光纤弯曲，从而能够输出抑制了光束品质的劣化的激光。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的示意图。

图2A是将图1所示的光纤固定构造的一部分放大示出的图。

图2B是光纤固定构造沿着图2A的II-II线的剖视图。

图2C是图2A的III-III截面向视图。

图3是将图1所示的光纤固定构造的一部分放大示出的立体图。

图4A是通过与光纤的长度方向垂直的截面剖视观察比较例的光纤固定构造的情况下的剖视图。

图4B是通过与光纤的长度方向垂直的截面剖视观察实施例的光纤固定构造的情况下的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的光纤固定构造、使用光纤固定构造的激光传输线缆以及激光装置的优选实施方式详细地进行说明。

(第一实施方式)

首先，对本实施方式的激光装置的结构进行说明。

图1是表示本实施方式所涉及的激光装置的示意图。如图1所示，本实施方式的激光装置1作为主要的结构具备多个光源10、光合成器20以及激光传输线缆30。

各个光源10为射出规定波长的信号光的激光装置，例如为光纤激光装置或固体激光装置。在光源10为光纤激光装置的情况下，例如使用共振器型的光纤激光装置、MO－PA(Master Oscillator Power Amplifier)型的光纤激光装置。从各个光源10射出的信号光例如为1070nm波长的光。其中，信号光并不限于包含信号的光。

在各个光源10连接有传送从光源10射出的信号光的光纤11。光纤11具备裸纤和形成于裸纤的外周的包覆层。裸纤例如由石英系玻璃等形成，并传递光。裸纤具有纤芯和覆盖纤芯的包层。包覆层例如由UV固化型树脂形成，并覆盖裸纤。包覆层既可以由一层的树脂层形成，也可以具备一次层和二次层两层。或者，也可以具备两层以上的树脂层。

各个光纤11例如形成为纤芯的直径为20μm左右的少模光纤。因此，从各个光源10射出的信号光以2～10左右的LP(Linearly Polarized)模在各个光纤11传送。

光合成器20是将多个光纤11的纤芯与光纤21的纤芯以光学方式连接的部件。在光合成器20中，例如，对各个光纤11与直径比光纤11大的光纤21进行端面连接。

光纤21具备裸纤和形成于裸纤的外周的包覆层。裸纤例如由石英系玻璃等形成，并传递光。裸纤具有纤芯和覆盖纤芯的包层。光纤21的包覆层也可以是与光纤11相同的结构。

光纤21例如优选为纤芯的直径为50μm～100μm程度，包层的外径为360μm程度的多模光纤。

图2A是将图1所示的激光传输线缆30的一部分放大示出的剖视图。图2A所示的激光传输线缆30作为主要的结构具备光纤21的包覆部23的一部分、素线露出部22、端盖32、框体33、光纤收容部34以及光纤固定构造40。

(方向定义)

在本实施方式的激光传输线缆30中，将光纤21所延伸的方向称为长度方向。另外，将通过沿着长度方向的截面观察的情况称为剖视观察。

在激光传输线缆30所包含的光纤21中，在光纤21的与光源10侧相反的一侧亦即射出端侧的端部，包覆层被剥下而露出裸纤。在光纤21的长度方向上从射出端侧起依次设置有未设置包覆层的素线露出部22、和设置有包覆层的包覆部23。另外，光纤21的射出端侧的端面21f例如通过氢氧燃烧器等熔接于端盖32的一个端面(入射面32b)的中央部。由此，光纤21与端盖32以光学方式耦合。

端盖32是使在光纤21传送的信号光透射的柱状体(透光柱状部件)。本实施方式的端盖32是石英的柱状体。端盖32例如为直径8mm、长度20mm程度的石英的圆柱状体。端盖32具有入射面32b和出射面32a。入射面32b如上述那样与光纤21的端面21f以光学方式耦合。在出射面32a，从光纤21入射的光射出。端盖32的入射面32b比光纤21的纤芯的外径大。

本实施方式的端盖32的入射面32b比光纤21的端面21f大。

框体33是收容端盖32的一部分、以及光纤21的射出端侧的部件。光纤21的除去了包覆层的素线露出部22与具备包覆层的包覆部23的一部分收容于框体33。框体33形成为沿长度方向延伸的筒状，内径比端盖32的外径大。在框体33插入有端盖32的一部分及光纤21的一部分。在框体33内，端盖32的外周面通过硅系树脂等粘合剂固定于框体33的内周面，由此端盖32的位置被固定。

框体33例如优选由热传导性优异的铜等金属构成。另外，对于框体33的外周面，可以根据从激光装置1射出的光的功率等来进行水冷，也可以进行空冷。

接下来，对光纤固定构造40进行说明。图3是光纤固定构造40的立体图。本实施方式的光纤固定构造40具有光纤收容部34及固定树脂42。在光纤收容部34形成有收容光纤21的光纤收容槽35。在光纤收容槽35例如收容有素线露出部22的一部分、包覆部23的一部分以及素线露出部22与包覆部23的边界部21a。并不限于该例，只要至少素线露出部22的一部分与边界部21a收容于光纤收容槽35即可。

在光纤收容槽35填充有用于固定光纤21的固定树脂42。

固定树脂42例如是热固化性粘合剂、热塑性粘合剂、双液型粘合剂等。液体的固定树脂42以将光纤收容槽35的内周面与光纤21的外周面之间的缝隙填埋的方式被填充，之后固化。由此，通过固定树脂42将光纤21的射出端侧固定在光纤收容槽35内。

在图3所示的光纤固定构造40中，在长度方向上，固定树脂42覆盖包含素线露出部22的一部分、包覆部23的一部分以及边界部21a在内的区域。固定树脂42在该区域中覆盖光纤21的外周整周。

并不限于该例，只要至少在素线露出部22的一部分与边界部21a，该区域的整周被固定树脂42覆盖即可。

图2B是沿着图2A的II-II线的位置的光纤固定构造40的剖视图。II-II线是与收容于光纤收容槽35内的素线露出部22的长度方向垂直的线。

如图2B所示，在本实施方式的光纤固定构造40中，形成于光纤收容部34的光纤收容槽35的深度大于光纤21的裸纤的直径。

如图2B所示，在收容素线露出部22的光纤收容槽35的剖视观察时，素线露出部22整体被收容于光纤收容槽35内，且固定树脂42覆盖素线露出部22的外周整周。

此外，光纤收容槽35的底面的形状并不限于半圆。例如也可以是方形。

在剖视观察时，光纤收容槽35的内部可以被固定树脂42填满。另外，固定树脂42也可以向光纤收容槽35的外部突出。

另外，如图2C所示，光纤21不与光纤收容槽35的槽底接触。因此，素线露出部22、边界部21a以及包覆部23的整周被固定树脂42覆盖。

＜利用固定树脂42进行的光纤21的固定＞

如上述那样，光纤21通过固定树脂42被固定于光纤收容槽35内。固定树脂42是液状的树脂例如通过热、湿气、紫外线等反应而固化的固化型树脂。通常这样的树脂通过固化反应而体积收缩。因此，有时在固化后的树脂内残留应力。

在本实施方式中，在处于光纤21与光纤收容槽35的壁面之间的固定树脂42固化而进行了收缩时，引起固定树脂42在与长度方向垂直的方向的体积变化，认为残余应力产生于光纤21的外周部。

即，素线露出部22、边界部21a以及包覆部23朝向图2B及图2C所示的箭头的方向受朝向光纤收容槽35的侧壁、底壁被拉伸的力(拉伸力)。

在长度方向上的涂覆固定树脂42的范围越长，则该拉伸力变得越大。在该范围变得过长的情况下，存在以对光纤21施加了弯曲的状态被固定的可能性。

这里，如图2C所示，在光纤21中，由于素线露出部22的外径小于包覆部23的外径，因此素线露出部22与光纤收容槽35之间的距离D1大于边界部21a及包覆部23与光纤收容槽35之间的距离D2。

因此，素线露出部22周围的固定树脂42的体积变化量比边界部21a及包覆部23周围的固定树脂42的体积变化量大。即，素线露出部22所受到的朝向光纤收容槽35的侧壁、底壁被拉伸的拉伸力大于边界部21a及包覆部23所受到的拉伸力。

当素线露出部22在长度方向上所受到的拉伸力的合计变得大于光纤21的裸纤的刚性的情况下，存在素线露出部22以边界部21a为起点弯曲的可能性。

在本实施方式中，光纤固定构造40具备：光纤收容部34，其形成有光纤收容槽35，光纤收容槽35在内部收容被去除光纤21的包覆而露出了裸纤的素线露出部22的至少一部分、和素线露出部22与具备光纤的包覆的包覆部23之间的边界部21a；和固定树脂42，其被填充于光纤收容槽35内，并将素线露出部22的至少一部分与边界部21a进行固定，在剖视观察时，素线露出部22整体及边界部21a整体被收容于光纤收容槽35内，且固定树脂42覆盖素线露出部22的外周整周及边界部21a的外周整周。

通过这样的结构，在处于素线露出部22及边界部21a与光纤收容槽35的壁之间的固定树脂42固化收缩时产生的残余应力及拉伸力，在光纤21的整周均匀地分布。其结果为，能够抑制在光纤21固定于光纤收容槽35内时对光纤21施加弯曲、不均匀的应力，从而能够抑制光束品质的劣化。

另外，以往对用于将光纤21固定于光纤收容部34的固定树脂42要求能够经受住所能想到的残余应力、拉伸力而不被剥离的粘合力。为了使固定树脂42的粘合力增加，已知增大光纤21与固定树脂42的接触面积、以及光纤收容部34与固定树脂42的接触面积是有效的。为此，考虑加长在光纤的长度方向上的涂覆固定树脂42的区域的长度的方案。

这里，例如，在将固定树脂42涂覆到光纤21的包覆部23之上的情况下，能够避免光束品质的劣化。但是，仅借助固定树脂42与包覆部23的接触面积，有时粘合力变得不充分。另外，通过向最终用户告知以固定树脂42与各结构的粘合不剥离的方式注意使用这一情况，能够以除了残留于固定树脂42的应力、拉伸力之外不向光纤21的固定部施加进一步的外力的方式限定使用环境。但是，其结果为，存在降低最终用户的作业性的可能性。

与此相对，在本实施方式中，素线露出部22及边界部21a被固定树脂42固定于光纤收容部34。通过这样的结构，与仅在光纤21的包覆部23涂覆固定树脂42而固定于光纤收容部34的情况相比，能够确保光纤21与固定树脂42的接触面积大。因此，能够将光纤21稳定地固定于光纤收容槽35。

另外，也可以是在剖视观察时，素线露出部22及边界部21a与光纤收容槽35的底面及侧面分离。

由此，能够使处于素线露出部22与光纤收容槽35的壁之间的固定树脂42固化收缩时产生的残余应力及拉伸力更均匀地分布，从而能够抑制光束品质的劣化。

也可以是光纤收容槽35的内部在剖视观察时被固定树脂42填满，且固定树脂42向光纤收容槽35的外部突出。

由此，在剖视观察时，能够使配置于素线露出部22外周的固定树脂42的厚度过薄的部位消失，因此能够进一步抑制向光纤21施加不均匀的应力、弯曲。

也可以是光纤收容槽35在内部收容光纤21的包覆部23的一部分，固定树脂42在剖视观察时覆盖被收容于光纤收容槽35内的包覆部23的整个外周。

由此，由于能够确保光纤21与固定树脂42的接触面积更大，因此能够稳定地固定光纤21。

本方式所涉及的激光传输线缆30具备上述的光纤固定构造40、和与裸纤的端部连接并具有比裸纤的截面积大的截面积的端盖32。

根据本方式，通过上述的光纤固定构造40，能够抑制在光纤21传送的激光的光束品质的劣化。

本方式所涉及的激光装置1具备上述的激光传输线缆30、和射出要在激光传输线缆30传送的光的至少一个光源10。

根据本方式，通过上述的光纤固定构造40，能够抑制在光纤21传送的激光的光束品质的劣化。

(实施例)

为了确认本实施方式的有效性，进行了以下那样的实验。此外，本发明并不限于以下的实施例。

准备要输出的光的BPP(Beam Parameter Products)预先被测定的光源，使来自该光源的光射入图4B所示的光纤固定构造40的光纤，测定从该光纤固定构造40输出的光的BPP。在图4B所示的光纤固定构造40中，光纤收容槽35内由固定树脂42填满，但固定树脂42不向光纤收容槽35的外部突出。

计算出从光纤固定构造40输出的光的BPP与从光源输出的光的BPP的差值、即ΔBPP来作为光纤固定构造40的光束品质的劣化量。总共制作了5个实验样本。实验样本所使用的光纤是包覆直径为

(比较例)

另外，作为比较例，针对图4A所示那样的光纤固定构造50也进行了同样的实验。即，使来自上述光源的光入射，测定从比较例的光纤固定构造50输出的光的BPP。计算出从比较例的光纤固定构造50输出的光的BPP与从光源输出的光的BPP的差量、即ΔBPP作为光纤固定构造50的光束品质的劣化量。总共制作了5个实验样本。实验样本所使用的光纤是包覆直径为

【表1】

根据表1的结果可知，实施例的ΔBPP小，在实施例的光纤固定构造40传送的激光的BPP几乎未劣化。实施例的光纤固定构造通过固定树脂42将配置于光纤收容槽内的光纤的全长固定在光纤收容槽35内，能够使处于素线露出部22与光纤收容槽35的壁之间的固定树脂42固化收缩时产生的与长度方向交叉的方向上的拉伸力均匀地分布。

因此，认为能够抑制光纤被粘合固定时的弯曲，而能够抑制在光纤21传送的激光的光束品质的劣化。

另一方面，可知比较例的ΔBPP大，在比较例的光纤固定构造50的光纤21传送的激光的BPP大幅劣化。比较例的光纤固定构造50通过固定树脂42将光纤21以在剖视观察时光纤21从光纤收容槽55突出的状态固定在光纤收容槽55内，在光纤21的周向上，在与光纤收容槽35邻接的下侧受到大的拉伸力。因此，认为由于固定树脂42的固化收缩而产生的针对光纤21的拉伸力被不均匀地施加，激光的BPP大幅劣化。

此外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式或者实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够加入各种变更。

例如，也可以在长度方向上，不遍及光纤收容槽35的全长填充固定树脂42。只要至少在素线露出部22的一部分及边界部21a中，它们的整周被固定树脂42覆盖即可。

这样，确认了本发明的光纤固定构造与比较例的光纤固定构造相比能够抑制在光纤传送的光束品质的劣化。

除此之外，在不脱离本发明的主旨的范围内，可适当将上述的实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，并且，也可以适当组合上述的实施方式、变形例。

附图标记说明

1…激光装置；10…光源；20…光合成器；30…激光传输线缆；21…光纤；21a…边界部；22…素线露出部；23…包覆部；32…端盖(透光柱状部件)；33…框体；34…光纤收容部；35…光纤收容槽；40…光纤固定构造；42…固定树脂。