(57)【要約】      （修正有）【課題】戻り光による影響を抑制し得る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法を提供する。【解決手段】光コンバイナは、第１入力用光ファイバ２０ａ及び第２入力用光ファイバ２０ｂを含む複数の入力用光ファイバ２０と、出力用光ファイバと、複数の入力用光ファイバ２０を囲む管状のケース６０、７０と、を備え、第１入力用光ファイバ２０ａから入射され出力用光ファイバから出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射され出力用光ファイバから出射する光のＮＡよりも小さく、第１入力用光ファイバ２０ａは、戻り光の一部が漏洩しケース６０、７０の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光がケース６０、７０の内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に配置される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力用光ファイバ及び第２入力用光ファイバを含む複数の入力用光ファイバと、
前記複数の入力用光ファイバのそれぞれの一端が接続される出力用光ファイバと、
前記複数の入力用光ファイバの側面を囲む管状のケースと、
を備え、
前記第１入力用光ファイバと前記第２入力用光ファイバとに個別に同じ入射角の光を入射する場合に、前記第１入力用光ファイバから入射され前記出力用光ファイバから出射する光のＮＡは、前記第２入力用光ファイバから入射され前記出力用光ファイバから出射する光のＮＡよりも小さく、
前記第１入力用光ファイバは、前記出力用光ファイバから前記入力用光ファイバに向かって伝搬する光の一部が漏洩し前記ケースの内壁で反射して前記第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光が前記内壁で反射して前記第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーよりも小さくなる位置に配置される
ことを特徴とする光コンバイナ。
【請求項２】
前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁の反射率は、前記領域を基準とした他方側の前記内壁の反射率よりも低く、前記第１入力用光ファイバは、前記第２入力用光ファイバよりも前記一方側の内壁の近くに配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の光コンバイナ。
【請求項３】
前記一方側の内壁は光の少なくとも一部を透過する
ことを特徴とする請求項２に記載の光コンバイナ。
【請求項４】
前記ケースの前記一方側の内壁は石英で
前記ケースの前記他方側の内壁は金属である
ことを特徴とする請求項３に記載の光コンバイナ。
【請求項５】
前記一方側の内壁は光の少なくとも一部を吸収する
ことを特徴とする請求項２に記載の光コンバイナ。
【請求項６】
前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁は光を乱反射し、前記領域を基準とした他方側の前記内壁は前記一方側の内壁よりも乱反射が抑制されて光を反射し、前記第１入力用光ファイバは、前記第２入力用光ファイバよりも前記一方側の内壁の近くに配置される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
【請求項７】
前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁の反射率と、前記領域を基準とした他方側の前記内壁の反射率とが互いに等しく、
前記第１入力用光ファイバから前記一方側の内壁までの距離は、前記第２入力用光ファイバから前記他方側の内壁までの距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の光コンバイナ。
【請求項８】
前記複数の入力用ファイバは特定の入力用光ファイバを含み、
前記第１入力用光ファイバと前記第２入力用光ファイバとは、前記特定の入力用光ファイバを挟む位置に配置される
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
【請求項９】
前記複数の入力用光ファイバは、前記特定の入力用光ファイバと、前記第１入力用光ファイバ及び前記第２入力用光ファイバを含み前記特定の入力用光ファイバの周りに配置される６本の光ファイバと、からなる
ことを特徴とする請求項８に記載の光コンバイナ。
【請求項１０】
前記ケースは、溝が形成される第１ケース部と、溝が形成される第２ケース部とを有し、
前記複数の入力用光ファイバは、前記第１ケース部の前記溝内に配置され、
前記第１ケース部は、前記第１ケース部の溝が前記第２ケース部側を向いて、前記第２ケース部の前記溝内に配置される
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
【請求項１１】
前記複数の入力用光ファイバは、前記ケースの前記内壁に光透過性の樹脂で固定される
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の光コンバイナと、
それぞれの前記入力用光ファイバに光を入射する複数の光源と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１３】
複数の入力用光ファイバのそれぞれの一端が出力用光ファイバに接続された光学部品を有する光コンバイナの製造方法であって、
前記複数の入力用光ファイバにおける２本の前記入力用光ファイバの他端から個別に同じ入射角の光を入射する場合における当該２本の前記入力用光ファイバのＮＡの大小関係を判定するファイバ判定工程と、
管状のケース内に前記複数の入力用光ファイバの側面が囲まれるように、前記光学部品を配置する配置工程と、
を備え、
前記配置工程において、前記ファイバ判定工程で判定した２本の前記入力用光ファイバにおけるＮＡの小さな方の前記入力用光ファイバを第１入力用光ファイバとし、ＮＡの大きな方の前記入力用光ファイバを第２入力用光ファイバとする場合に、前記第１入力用光ファイバは、前記出力用光ファイバから前記入力用光ファイバに向かって伝搬する光の一部が漏洩し前記ケースの内壁で反射して前記第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光が前記内壁で反射して前記第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に配置される
ことを特徴とする光コンバイナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、戻り光による影響を抑制し得る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置は、非接触加工が可能であることから、加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられており、更なる高出力化が求められている。
【０００３】
このようなレーザ装置の高出力化を実現する方法の一つとして、複数の光ファイバから出力するレーザ光を纏めて、１本の光ファイバから出力する方法がある。下記特許文献１には、このようなレーザ装置に用いることができる光コンバイナである光ファイバ部品が記載されている。
【０００４】
この光コンバイナは、複数の入力用光ファイバが、テーパ光ファイバの一方側の端部に接続されている。このテーパ光ファイバは、一方側から他方側にかけて外径が縮径される縮径部を有しており、外径が細い他方側の端部に１本の出力用光ファイバが接続されている。更に、上記複数の入力用光ファイバの一部とテーパ光ファイバと１本の出力用光ファイバの一部とがケース内に配置され、それぞれの入力用光ファイバとケースとが樹脂で固定され、出力用光ファイバとケースとが他の樹脂で固定さている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６４８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の光コンバイナは高出力レーザ等に用いられる。この光コンバイナが用いられたレーザ装置において、それぞれの入力用光ファイバから光が入射されると、当該光がテーパ光ファイバを介して出力用光ファイバから出射され、出射した光が加工物等で反射して再び出力用ファイバに入射する場合がある。出力用ファイバに入射した光は、戻り光として出力用ファイバから入力用ファイバに向けて伝搬し、この戻り光がケース内で漏洩する場合がある。ケース内で光が漏洩すると、当該光がケースの内壁で反射して、上記複数の入力用光ファイバのいずれかに再入射する場合があり、当該光は入力用光ファイバを戻り光として伝搬し得る。また、光ファイバの被覆層や光ファイバを固定する固定樹脂に再入射した光が吸収されて、光を吸収した被覆層や固定樹脂が発熱する可能性がある。上記特許文献１では、漏洩した光を散乱させる散乱材料が設けられている。しかし、他の方法によって、出力用光ファイバ側から上記入力用光ファイバに入射する戻り光の影響を抑制したいとの要請がある。
【０００７】
そこで、本発明は、戻り光による影響を抑制し得る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光コンバイナは、第１入力用光ファイバ及び第２入力用光ファイバを含む複数の入力用光ファイバと、前記複数の入力用光ファイバのそれぞれの一端が接続される出力用光ファイバと、前記複数の入力用光ファイバの側面を囲む管状のケースと、を備え、前記第１入力用光ファイバと前記第２入力用光ファイバとに個別に同じ入射角の光を入射する場合に、前記第１入力用光ファイバから入射され前記出力用光ファイバから出射する光のＮＡは、前記第２入力用光ファイバから入射され前記出力用光ファイバから出射する光のＮＡよりも小さく、前記第１入力用光ファイバは、前記出力用光ファイバから前記入力用光ファイバに向かって伝搬する光の一部が漏洩し前記ケースの内壁で反射して前記第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光が前記内壁で反射して前記第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーよりも小さくなる位置に配置されることを特徴とするものである。なお、本明細書では、光ファイバに入射する光の入射角とは、光ファイバの中心軸と光ファイバに入射する光とがなす角である。
【０００９】
上記のように加工物等で反射して再び出力用光ファイバから入力用光ファイバに向かって伝搬する戻り光がケース内において漏洩する場合がある。しかし、上記光コンバイナでは、ケースの内壁で反射して第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーは、ケースの内壁で反射して第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーよりも小さい。ところで、第１入力用光ファイバと第２入力用光ファイバとに個別に同じ入射角の光を入射する場合に、出力用光ファイバから出射する光のＮＡが小さな第１入力用光ファイバの方が、出力用光ファイバから出射する光のＮＡが大きな第２入力用光ファイバよりも、戻り光が入射し易い傾向にある。つまり、本発明の光コンバイナでは、ケースの内壁で反射して再入射する光のエネルギーが第２入力用光ファイバよりも低い第１入力用光ファイバには、出力用光ファイバから戻り光が第２入力用光ファイバよりも入射し易い。従って、出力用光ファイバから伝搬する戻り光のエネルギーとケースで反射して再入射する光のエネルギーとの総和の差を、第１入力用光ファイバと第２入力用光ファイバとで小さくし得る。このため、本発明の光コンバイナによれば、入射する戻り光のエネルギーが高い第１入力用光ファイバに第２入力用光ファイバよりも高いエネルギーの光が再入射する場合と比べて、戻り光による影響を抑制し得る。
【００１０】
また、前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁の反射率は、前記領域を基準とした他方側の前記内壁の反射率よりも低く、前記第１入力用光ファイバは、前記第２入力用光ファイバよりも前記一方側の内壁の近くに配置されることが好ましい。
【００１１】
第１入力用光ファイバが第２入力用光ファイバよりも反射率の低い内壁側に配置されることで容易に第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。
【００１２】
このように前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした前記一方側の内壁の反射率が前記領域を基準とした前記他方側の内壁の反射率よりも低い場合、前記一方側の内壁は光の少なくとも一部を透過することが好ましい。
【００１３】
内壁が光の少なくとも一部を透過することで、第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００１４】
また、前記ケースの前記一方側の内壁は石英で、前記ケースの前記他方側の内壁は金属であることとしてもよい。
【００１５】
金属は、加工が容易であるとともに耐熱性、放熱性、及び加工性に優れるためケースに用いることが好ましい。一方、金属は一般的に光の反射率が高い。そこで、上記のように、第１入力用光ファイバに近いケースの他方側の内壁が光透過性を有する石英とされ、第２入力用光ファイバに近いケースの他方側の内壁が金属とされてもよい。
【００１６】
或いは、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした前記一方側の内壁の反射率が前記領域を基準とした前記他方側の内壁の反射率よりも低い場合、前記一方側の内壁は光の少なくとも一部を吸収することが好ましい。
【００１７】
内壁が光の少なくとも一部を吸収することで、第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００１８】
また、前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁は光を乱反射し、前記領域を基準とした他方側の前記内壁は前記一方側の前記内壁よりも乱反射が抑制されて光を反射し、前記第１入力用光ファイバは、前記第２入力用光ファイバよりも前記一方側の内壁の近くに配置されることが好ましい。
【００１９】
一般的に、第２入力用光ファイバよりも第１入力用光ファイバの近くに位置する内壁が光を乱反射することで、反射する光のエネルギー密度を低下させることができる。このため、第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００２０】
また、前記ケースの長手方向に垂直な面において、前記複数の入力用光ファイバが配置される領域を基準とした一方側の前記内壁の反射率と、前記領域を基準とした他方側の前記内壁の反射率とが互いに等しく、前記第１入力用光ファイバから前記一方側の内壁までの距離は、前記第２入力用光ファイバから前記他方側の内壁までの距離よりも大きいことが好ましい。
【００２１】
この場合、一方側の内壁と他方側の内壁とで反射率を変えずとも、内壁で反射して第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。従って、一方側の内壁と他方側の内壁とで反射率が異なる場合と比べて、ケースの構成を簡易にすることができる。
【００２２】
また、前記複数の入力用ファイバは特定の入力用光ファイバを含み、前記第１入力用光ファイバと前記第２入力用光ファイバとは、前記特定の入力用光ファイバを挟む位置に配置されることが好ましい。
【００２３】
特定の入力用光ファイバを挟むことで、特定の入力用光ファイバを挟まない場合と比べて、特定の入力用光ファイバが障壁となり、第１入力用光ファイバよりも第２入力用光ファイバに近い内壁で反射した光が、第１入力用光ファイバに再入射することが抑制できる。従って、第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。
また、前記複数の入力用光ファイバは、前記特定の入力用光ファイバと、前記第１入力用光ファイバ及び前記第２入力用光ファイバを含み前記特定の入力用光ファイバの周りに配置される６本の光ファイバと、からなることが好ましい。
【００２４】
この場合、特定の入力用光ファイバと特定の入力用光ファイバの周りに配置される入力用光ファイバとで、７本の入力用光ファイバとなり、互いに隣り合う入力用光ファイバの中心間距離を等しくし得る。また、複数の入力用光ファイバを細密充填し得、この場合、光コンバイナの大型化を抑制することができる。
【００２５】
また、前記ケースは、溝が形成される第１ケース部と、溝が形成される第２ケース部とを有し、前記複数の入力用光ファイバは、前記第１ケース部の前記溝内に配置され、前記第１ケース部は、前記第１ケース部の溝が前記第２ケース部側を向いて、前記第２ケース部の前記溝内に配置されることが好ましい。
【００２６】
この場合、複数の入力用光ファイバを容易に管状のケース内に配置することができる。また、上記のように第１入力用光ファイバが第２入力用光ファイバよりも一方側の内壁の近くに配置される場合において、第１入力用光ファイバと第２入力用光ファイバとの位置関係を守りつつ、第１入力用光ファイバ及び第２入力用光ファイバを容易にケース内に配置することができる。また、上記のように第１ケース部の内壁と第２ケース部の内壁との反射率を異ならせることが容易であるため、上記のように一方側の内壁の反射率と他方側の内壁の反射率とを容易に異ならせることができる。
【００２７】
前記複数の入力用光ファイバは、前記ケースの前記内壁に光透過性の樹脂で固定されることが好ましい。
【００２８】
複数の入力用光ファイバがケースの内壁に固定されることで、それぞれの入力用光ファイバの位置を固定できる。また、入力用光ファイバを固定する樹脂が光透過性であることにより、樹脂がケース内に漏洩した光を吸収することで発熱して損傷することを抑制することができる。
【００２９】
また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、上記のいずれかに記載の光コンバイナと、それぞれの前記入力用光ファイバに光を入射する複数の光源と、を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
上記のように光コンバイナによれば、第１入力用光ファイバにおける出力用光ファイバから伝搬する戻り光のエネルギーとケースで反射して再入射する光のエネルギーとの総和と、第２入力用光ファイバにおける出力用光ファイバから伝搬する戻り光のエネルギーとケースで反射して再入射する光のエネルギーとの総和、との差を、第１入力用光ファイバと第２入力用光ファイバとで小さくし得る。従って、この光コンバイナを用いるレーザ装置では、特定の光源に戻り光が集中して入射することを抑制することができ、戻り光による影響を抑制し得る。
【００３１】
また、上記課題を解決するため、本発明は、複数の入力用光ファイバのそれぞれの一端が出力用光ファイバに接続された光学部品を有する光コンバイナの製造方法であって、前記複数の入力用光ファイバにおける２本の前記入力用光ファイバの他端から個別に同じ入射角の光を入射する場合における当該２本の前記入力用光ファイバのＮＡの大小関係を判定するファイバ判定工程と、管状のケース内に前記複数の入力用光ファイバの側面が囲まれるように、前記光学部品を配置する配置工程と、を備え、前記配置工程において、前記ファイバ判定工程で判定した２本の前記入力用光ファイバにおけるＮＡの小さな方の前記入力用光ファイバを第１入力用光ファイバとし、ＮＡの大きな方の前記入力用光ファイバを第２入力用光ファイバとする場合に、前記第１入力用光ファイバは、前記出力用光ファイバから前記入力用光ファイバに向かって伝搬する光の一部が漏洩し前記ケースの内壁で反射して前記第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光が前記内壁で反射して前記第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に配置されることを特徴とするものである。
【００３２】
このような光コンバイナの製造方法によれば、出力用光ファイバから第１入力用光ファイバに伝搬する戻り光のエネルギーとケース内で光学部品から漏洩してケースの内壁で反射して第１入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーとの総和と、出力用光ファイバから第２入力用光ファイバに伝搬する戻り光のエネルギーとケース内で光学部品から漏洩してケースの内壁で反射して第２入力用光ファイバに再入射する光のエネルギーとの総和と、の差を小さくすることができる光コンバイナを製造することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明によれば、戻り光による影響を抑制し得る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。
【図２】図１の光コンバイナを示す分解図である。
【図３】図２の光コンバイナから第２ケース部を外した様子を示す図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿った位置における光コンバイナの断面図である。
【図５】光学部品の出力用光ファイバの中心軸に沿った断面図である。
【図６】光学部品の配置の詳細を示す図である。
【図７】光コンバイナの製造方法を示すフローチャートである。
【図８】準備工程の様子を示す図である。
【図９】測定工程の様子を示す図である。
【図１０】配置工程の様子を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の光コンバイナを図６と同様の方法で示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の光コンバイナを図６と同様の方法で示す図である。
【図１３】入力用光ファイバと第２ケースの内壁との距離と、故障発生時における光源から入力用光ファイバに入射する光のパワーとの関係を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態の光コンバイナを図２と同様の方法で示す図である。
【図１５】図１４の光学部品を図５と同様の方法で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながらそれぞれ詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１００は、複数の光源１０と、複数の入力用光ファイバ２０と、光コンバイナ１と、デリバリ光ファイバ４０とを主な構成として備える。
【００３７】
それぞれの光源１０は、所定の波長の光を出射するレーザ装置であり、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置からなる。光源１０がファイバレーザ装置である場合、光源１０は共振器型のファイバレーザ装置であったり、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの光源１０から出射する光は、例えば、１０７０ｎｍの波長の光とされる。本実施形態では、光源１０が７つの例を示している。それぞれの光源１０には、光源１０から出射する光を伝搬する入力用光ファイバ２０が接続されている。従って、入力用光ファイバ２０の数は、光源１０の数と同数とされる。
【００３８】
図２は、図１の光コンバイナを示す分解図である。図２に示すように光コンバイナ１は、光学部品２と、ケース３とを主な構成として備える。
【００３９】
ケース３は、第１ケース部６０と、第２ケース部７０とからなる。
【００４０】
第１ケース部６０は、溝６０Ｇが形成された断面がコ字状の形状をした部材である。具体的には、平板状の底壁部６１の両側縁に当該底壁部６１に対して垂直に側壁部６２が接続されており、底壁部６１とそれぞれの側壁部６２とで、溝６０Ｇが形成されている。溝６０Ｇの大きさは、光学部品２を収容可能な大きさとされる。また、溝６０Ｇを形成する第１ケース部６０の各内壁には、サンドブラスト等により粗面加工がなされている。従って、第１ケース部６０の内壁で反射する光や、第１ケース部６０の内壁を透過する光は散乱する。本実施形態では、第１ケース部６０は石英から構成されている。なお、本実施形態と異なるが、第１ケース部６０の各内壁のうち少なくとも一部が粗面加工されていなくても良い。
【００４１】
第２ケース部７０は、第１ケース部６０と概ね同じ長さの部材であり、溝７０Ｇが形成された断面がコ字状の形状をしている。具体的には、平板状の底壁部７１の両側縁に当該底壁部７１に対して垂直に側壁部７２が接続されており、底壁部７１とそれぞれの側壁部７２とで、溝７０Ｇを形成している。溝７０Ｇは第１ケース部６０を収容可能な大きさとされる。具体的には、第１ケース部６０の溝６０Ｇが第２ケース部７０の底壁部７１側を向いた状態で、第１ケース部６０は第２ケース部７０の溝７０Ｇに収容される。第２ケース部７０における一対の側壁部７２の互いに内側を向く面の距離は、第１ケース部６０のそれぞれの側壁部６２の互いに外側を向く面の距離よりも僅かに大きい距離とされる。また、第２ケース部７０の溝７０Ｇの深さは、第１ケース部６０の側壁部６２の高さと概ね同等とされる。このため、第１ケース部６０の溝６０Ｇが第２ケース部７０の底壁部７１側を向いた状態で第１ケース部６０は第２ケース部７０の溝に収容されると、第１ケース部６０の底壁部６１の外側の面と、第２ケース部７０のそれぞれの側壁部７２の縁部とが、概ね面一となる。このように、第１ケース部６０が第２ケース部７０の溝７０Ｇに収容されることで、第１ケース部６０と第２ケース部７０とで、管状のケース３が形成されている。また、溝７０Ｇを形成する第２ケース部７０の各内壁は、概ね平面状とされる。従って、第２ケース部７０の内壁では、光が反射し易い。本実施形態では、第２ケース部７０はアルミニウムや真鍮等の金属から構成されている。
【００４２】
光学部品２は、上記の複数の入力用光ファイバ２０と、テーパ光ファイバ３０と、デリバリ光ファイバ４０とを主な構成として備える。
【００４３】
複数の入力用光ファイバ２０は、光コンバイナ１において、１本の特定の入力用光ファイバ２０の周りを６本の入力用光ファイバ２０が囲んで配置されている。このため本実施形態では、複数の入力用光ファイバ２０は、光コンバイナ１において、互いに中心間距離が等しくされている。また、本実施形態では、それぞれの入力用光ファイバ２０は、光コンバイナ１において互いに平行とされている。それぞれの入力用光ファイバ２０は、互いに同様の構成とされ、コア２１と、コア２１を囲むクラッド２２と、クラッドを被覆する被覆層２３とを有し、コア２１の屈折率が、クラッド２２の屈折率よりも高くされている。コア２１は、例えば、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成り、クラッド２２は、例えば、純粋な石英から成る。なお、コア２１の屈折率が、クラッド２２の屈折率よりも高くされていればよく、例えば、コア２１が純粋な石英から成り、クラッド２２の屈折率を低くするフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加される石英から成ってもよい。また、入力用光ファイバ２０は、例えば、コア２１の直径が１０μｍとされ、クラッド２２の外径が１２５μｍとされる。またそれぞれの入力用光ファイバ２０は、例えば、基本モードの光が主に伝搬するシングルモードファイバや、２〜３モードの光が主に伝搬するフューモードファイバとされる。それぞれの入力用光ファイバ２０の一端近傍では被覆層２３が剥離されており、それぞれの入力用光ファイバ２０の一端はテーパ光ファイバ３０の一端に接続されている。
【００４４】
テーパ光ファイバ３０は、それぞれの入力用光ファイバ２０が接続される一端側の外径が縮径されておらず、他端側の外径が縮径されている光ファイバである。具体的には、テーパ光ファイバ３０は、一端側において、一定の外径を保つ非縮径部３３と、非縮径部３３と一体に形成され、他端側に向かって外径が徐々に縮径されるテーパ部３４とを含む。なお、本実施形態においては、テーパ光ファイバ３０は、特にコア−クラッド構造を有しておらず、テーパ光ファイバ３０の全体が、光を伝搬可能な部位とされる。テーパ光ファイバ３０の非縮径部３３における直径は、それぞれの入力用光ファイバ２０が接続できる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、４５０μｍとされ、他端における直径は、例えば、１００μｍとされる。また、テーパ光ファイバ３０のテーパ部３４の長さは、例えば３０ｍｍとされる。
【００４５】
なお、テーパ光ファイバ３０の屈折率は、入力用光ファイバ２０のコア２１の屈折率と概ね同等とされることが、後述のように入力用光ファイバ２０からテーパ光ファイバ３０に光が入射される場合に、光の反射を抑制することができるため好ましい。テーパ光ファイバ３０は、例えば、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英や、純粋な石英や、フッ素（Ｆ）等のドーパントが添加される石英から成ってもよい。また、なお、テーパ光ファイバ３０の屈折率は、入力用光ファイバ２０のコア２１の屈折率と異なっていてもよい。
【００４６】
デリバリ光ファイバ４０は、コア４１と、コア４１を囲むクラッド４２と、クラッド４２の外周面を被覆する被覆層４３とを有し、コア４１の屈折率が、クラッド４２の屈折率よりも高くされている。コア４１の屈折率は、テーパ光ファイバ３０から入射する光の屈折を抑制する観点から、テーパ光ファイバ３０と同等であることが好ましい。従って、例えば、コア４１は屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成り、クラッド４２は純粋な石英から成る。なお、コア４１の屈折率が、クラッド４２の屈折率よりも高くされていればよく、例えば、コア４１が純粋な石英から成り、クラッド４２の屈折率を低くするフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加される石英から成ってもよい。本実施形態において、コア４１の直径は、テーパ光ファイバ３０の縮径された他端の直径以上とされる。従って、上記のように、テーパ光ファイバ３０の縮径された他端の直径が１００μｍである場合、デリバリ光ファイバ４０のコア４１の直径は、例えば、１００μｍとされる。デリバリ光ファイバ４０の一端近傍では被覆層４３が剥離されており、デリバリ光ファイバ４０の一端におけるコア４１と、テーパ光ファイバ３０の他端とが互いに接続されている。
【００４７】
このように入力用光ファイバ２０のコア２１とテーパ光ファイバ３０とが接続され、テーパ光ファイバ３０とデリバリ光ファイバ４０のコア４１とが接続されることで、入力用光ファイバ２０のコア２１と、テーパ光ファイバ３０と、デリバリ光ファイバ４０のコア４１とが互いに光学的に結合している。このため、入力用光ファイバ２０からテーパ光ファイバ３０に入射する光は、テーパ光ファイバ３０から出射可能であり、テーパ光ファイバ３０から出射する光はデリバリ光ファイバ４０から出射可能である。また、テーパ光ファイバ３０とデリバリ光ファイバ４０とを一体として把握することも可能であり、本実施形態では、テーパ光ファイバ３０とデリバリ光ファイバ４０とで出力用光ファイバ５０が構成されていると理解することができる。
【００４８】
本実施形態では、光学部品２が第１ケース部６０の溝６０Ｇ内に配置され、第１ケース部６０が第２ケース部７０の溝７０Ｇ内に配置されることで、光コンバイナ１が組み立てられている。以下、光学部品２の配置等の詳細を説明する。
【００４９】
図３は、図２の光コンバイナ１から第２ケース部７０を外した様子を示す図である。図３に示すように、光コンバイナ１が第１ケース部６０の溝６０Ｇ内に配置された状態で、複数の入力用光ファイバ２０は光透過性の第１固定部材８１で第１ケース部６０の内壁に固定されている。第１固定部材８１は、それぞれの入力用光ファイバ２０の被覆層２３と被覆層２３が剥離されて露出しているクラッド２２とを被覆して、複数の入力用光ファイバ２０を第１ケース部６０に固定している。また、第１固定部材８１は、テーパ光ファイバ３０と所定の間隔をあけて設けられている。このため、それぞれの入力用光ファイバ２０は、テーパ光ファイバ３０に接続される近傍において、第１固定部材８１により第１ケース部６０に固定されていない。また、第１固定部材８１は、第２ケース部７０の底壁部７１に固定されることが好ましいが、第２ケース部７０の底壁部７１に固定されなくてもよい。第１固定部材８１は、熱硬化性の樹脂であることが熱による複数の入力用光ファイバ２０の位置ずれを抑制する観点から好ましい。
【００５０】
また、図３に示すように、光コンバイナ１が第１ケース部６０の溝６０Ｇ内に配置された状態で、デリバリ光ファイバ４０は光透過性の第２固定部材８２で第１ケース部６０の内壁に固定されている。本実施形態では、第２固定部材８２は、デリバリ光ファイバ４０の被覆層４３と第１ケース部６０の内壁とを固定している。第２固定部材８２は、第１固定部材８１と同様に熱硬化性の樹脂であることが熱によるデリバリ光ファイバ４０の位置ずれを抑制する観点から好ましい。また、第２固定部材８２は、第１固定部材８１と同様に第２ケース部７０の底壁部７１に固定されることが好ましいが、第２ケース部７０の底壁部７１に固定されなくてもよい。
【００５１】
図４は、図３のIV−IV線に沿った位置における光コンバイナ１の断面図である。なお、図４では、第２ケース部７０が外されていない状態を示す。上記のように、第１ケース部６０と第２ケース部７０とで、管状のケース３が形成されている。従って、光学部品２はケース３に囲まれており、このため、光学部品２の複数の入力用光ファイバ２０の側面はケース３に囲まれている。また、第１ケース部６０のそれぞれの側壁部６２における底壁部６１側と反対側の側面と、第２ケース部７０の底壁部７１における溝７０Ｇ側の面とが不図示の接着剤により固定されている。この接着剤は、熱による影響を抑制する観点から熱硬化性の樹脂であることが好ましい。
【００５２】
次に、それぞれの入力用光ファイバ２０から光を個別に入射する場合におけるデリバリ光ファイバ４０から出射する光の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）について説明する。出力用光ファイバ５０の出射端側に位置するデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡは、デリバリ光ファイバ４０のコア４１の中心軸とデリバリ光ファイバ４０から出射する光の伝搬方向とがなす角θoutの正弦の値と、光が出射するデリバリ光ファイバ４０のコア４１の屈折率ｎoutとの積ｎout×ｓｉｎθoutにより定まる。この角θoutは発散角と呼ばれる場合がある。従って、同じビーム品質の光であれば、出射する光の広がりが大きければ、出射する光のＮＡが大きいことになる。
【００５３】
図５は、光学部品２の出力用光ファイバ５０の中心軸に沿った断面図である。なお、図が煩雑になることを避けるため、図５ではハッチングが省略されている。図５において一点鎖線で示されるように、本実施形態では、テーパ光ファイバ３０の中心軸は、縮径されていない一端を含む非縮径部３３の中心軸３３Ｃと、縮径された他端を含むテーパ部３４の中心軸３４Ｃがずれている。具体的には、テーパ部３４の中心軸３４Ｃは、非縮径部３３の中心軸３３Ｃに対して傾いている。このため、テーパ光ファイバ３０の他端の中心は、テーパ光ファイバ３０の非縮径部３３の中心軸３３Ｃに対して所定の径方向にずれている。ここで、図５に示す入力用光ファイバ２０のうち、テーパ光ファイバ３０の非縮径部３３の中心軸３３Ｃを基準として上記所定の径方向側に位置する入力用光ファイバ２０を第１入力用光ファイバ２０ａとし、中心軸３３Ｃを基準として上記所定の径方向側と反対側に位置する入力用光ファイバ２０を第２入力用光ファイバ２０ｂとする。この場合、第１入力用光ファイバ２０ａのコア２１の中心軸とデリバリ光ファイバ４０のコア４１の中心軸との軸ずれ量は、第２入力用光ファイバ２０ｂのコア２１の中心軸とデリバリ光ファイバ４０のコア４１の中心軸との軸ずれ量よりも小さくなる。このとき、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとに同じ入射角の光を入射する場合において、第１入力用光ファイバ２０ａから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡよりも小さくなる。
【００５４】
なお、上記のように第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとが配置されることで、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとは、複数の入力用光ファイバ２０のうちテーパ光ファイバ３０の縮径されていない一端における端面の中心に配置される特定の入力用光ファイバ２０を挟んでいる。
【００５５】
次に光学部品２の配置の詳細について説明する。図６は、光学部品の配置の詳細を示す図である。図６に示すように、本実施形態では、ケース３の長手方向に垂直な面において、複数の入力用光ファイバ２０が配置される点線で示す領域ＡＲを基準として、一方側に第１ケース部６０の底壁部６１が位置し、領域ＡＲを基準として、他方側に第２ケース部７０の底壁部７１が位置する。上記のように、本実施形態では、第１ケース部６０が石英から形成され、第２ケース部７０が金属から形成されている。従って、領域ＡＲを基準としたケース３の上記一方側の内壁よりも上記他方側の内壁の方が光の反射率が高い傾向にある。また、上記のように、第１ケース部６０の内壁は光を乱反射する粗面加工されており、溝７０Ｇを形成する第２ケース部７０の各内壁は概ね平面状とされる。このため、第２ケース部７０の内壁は、第１ケース部６０の内壁よりも乱反射が抑制されて光を反射する。従って、仮に第１ケース部６０の底壁部６１と第２ケース部７０の底壁部７１とが同じ反射率であっても、第１ケース部６０の底壁部６１で反射する光のエネルギー密度は、第２ケース部７０の底壁部７１で反射する光のエネルギー密度よりも低い傾向にある。
【００５６】
また、本実施形態では、図６に示すように、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも一方側の内壁すなわち第１ケース部６０の底壁部６１の近くに配置されている。つまり、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも、光の反射率が低く、光を乱反射する第１ケース部６０の内壁である一方側の内壁の近くに配置されている。
【００５７】
次に、レーザ装置１００の動作について説明する。
【００５８】
それぞれの光源１０は、入力用光ファイバ２０のコア２１に光を入射する。この光はそれぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１を伝搬して、入力用光ファイバ２０の一端から出射する。入力用光ファイバ２０から出射した光は、テーパ光ファイバ３０の一端からテーパ光ファイバ３０に入射する。テーパ光ファイバ３０に入射した光は、非縮径部３３からテーパ部３４に達し、テーパ部３４において、光の少なくとも一部は、テーパ光ファイバ３０の外周面で反射しながら伝搬する。そして、テーパ部３４を伝搬する光は、テーパ光ファイバ３０の他端から出射して、デリバリ光ファイバ４０のコア４１に入射し、デリバリ光ファイバ４０を伝搬する。なお、デリバリ光ファイバ４０のコア４１を伝搬する光のエネルギー密度が、それぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１を伝搬する光のエネルギー密度よりも高くなることが好ましいが、高くなくてもよい。デリバリ光ファイバ４０を伝搬する光はデリバリ光ファイバ４０の他端から出射して、加工物等の被照射体に照射される。こうして加工物等が加工される。
【００５９】
被照射体に照射された光は、一部が反射されて被照射体から再びデリバリ光ファイバ４０に入射する場合がある。例えば、被照射体が板状の金属である場合、レーザ装置１００からの光が照射される初期においては、被照射体の反射率が高いため、被照射体からデリバリ光ファイバ４０のコア４１に入射する光の強度が高い傾向がある。このため、被照射体に光が照射された初期において、高いエネルギーの戻り光が瞬間的に入射する傾向がある。
【００６０】
デリバリ光ファイバ４０に入射した光は、戻り光としてデリバリ光ファイバ４０からテーパ光ファイバ３０に入射して、テーパ光ファイバ３０からそれぞれの入力用光ファイバ２０に入射する。このとき、入力用光ファイバ２０から同じ入射角の光を個別に入射する場合にデリバリ光ファイバ４０からＮＡの小さな光が出射する入力用光ファイバ２０ほど、戻り光が入射し易い傾向にある。従って、第１入力用光ファイバ２０ａには、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも多くの戻り光が入射し易い。
【００６１】
また、テーパ光ファイバ３０の入力用光ファイバ２０が接続される側の一端において、入力用光ファイバ２０が接続されていない部分から戻り光の一部が漏洩する場合がある。更に、入力用光ファイバ２０に入射した光の一部が漏洩する場合がある。入力用光ファイバ２０から漏洩する光の多くは、クラッド２２に入射した光である。上記のように入力用光ファイバ２０をケース３に固定する第１固定部材８１は、光透過性の樹脂である。従って、図６において、破線で示すように、光学部品２から漏洩する光の少なくとも一部は、第１固定部材８１を伝搬する。第１固定部材８１を伝搬する光の一部は、第１ケース部６０の内壁や第２ケース部７０の内壁、すなわちケース３の内壁で反射する。ケース３の内壁で反射した光の少なくとも一部は、入力用光ファイバ２０に再入射する。また、光学部品２から漏洩して第１固定部材８１を伝搬する光の他の一部は、第１固定部材８１から光透過性の部材である第１ケース部６０に入射して、第１ケース部６０から光コンバイナ１の外部に放出される。
【００６２】
上記のように、本実施形態では、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも、光の反射率が低く光を乱反射する一方側の内壁すなわち第１ケース部６０の底壁部６１の近くに配置されており、第２入力用光ファイバ２０ｂは第１入力用光ファイバ２０ａよりも相対的に第２ケース部７０の底壁部７１の近くに配置されている。つまり、第１入力用光ファイバ２０ａは、出力用光ファイバ５０から入力用光ファイバ２０に向かって伝搬する光の一部が漏洩しケース３の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光が内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に配置されている。
【００６３】
従って、第１入力用光ファイバ２０ａにテーパ光ファイバ３０から入射する戻り光のエネルギーは、第２入力用光ファイバ２０ｂにテーパ光ファイバ３０から入射する戻り光のエネルギーよりも高いが、光学部品２から漏洩した光が第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーは、当該漏洩した光が第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも低い。
【００６４】
次に本実施形態の光コンバイナ１及びレーザ装置１００の作用、効果について説明する。
【００６５】
上記のように、本実施形態の光コンバイナ１では、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとに同じ入射角の光を入射する場合に、第１入力用光ファイバ２０ａから入射され出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射され出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡよりも小さい。更に、第１入力用光ファイバ２０ａは、出力用光ファイバ５０から入力用光ファイバ２０に向かって伝搬する光の一部が漏洩しケース３の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光がケース３の内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に配置されている。
【００６６】
出力用光ファイバ５０から出射した光が加工物等で反射して再び出力用光ファイバ５０から入力用光ファイバ２０に向かって伝搬する場合があり、この戻り光がケース３内において漏洩する場合がある。しかし、上記光コンバイナ１では、ケース３の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーは、ケース３の内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも小さい。ところで、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとに個別に同じ入射角の光を入射する場合に、上記のように出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡが小さな第１入力用光ファイバ２０ａの方が、出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡが大きな第２入力用光ファイバ２０ｂよりも、戻り光が入射し易い傾向にある。つまり、本実施形態の光コンバイナ１では、ケース３の内壁で反射して再入射する光のエネルギーが第２入力用光ファイバ２０ｂよりも低い第１入力用光ファイバ２０ａには、出力用光ファイバ５０から第２入力用光ファイバ２０ｂに入射する戻り光のエネルギーよりも高いエネルギーの光が入射する。従って、出力用光ファイバ５０から伝搬する戻り光のエネルギーとケース３で反射して再入射する光のエネルギーとの総和の差を、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとで小さくし得る。このため、本実施形態の光コンバイナ１によれば、入射する戻り光のエネルギーが高い第１入力用光ファイバ２０ａに第２入力用光ファイバ２０ｂよりも高いエネルギーの光が再入射する場合と比べて、戻り光による影響を抑制し得る。
【００６７】
従って、光コンバイナ１と、それぞれの入力用光ファイバ２０に光を入射する複数の光源１０と、を備えるレーザ装置１００では、第１入力用光ファイバ２０ａが接続される光源１０と第２入力用光ファイバ２０ｂが接続される光源とに、戻り光が伝搬する場合であっても、一方の光源１０に多くの戻り光が集中して入射することを抑制し得る。
【００６８】
また、本実施形態の光コンバイナ１では、ケース３の長手方向に垂直な面において、複数の入力用光ファイバ２０が配置される領域ＡＲを基準とした一方側の内壁の反射率、すなわち第１ケース部６０の内壁の反射率は、領域ＡＲを基準とした他方側の内壁の反射率、すなわち第２ケース部７０の内壁の反射率よりも低く、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも一方側の内壁の近くに配置されている。このため、容易に第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。
【００６９】
さらに、本実施形態の光コンバイナ１では、第１ケース部６０の内壁である上記一方側の内壁は光の少なくとも一部を透過する。このため、第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態の光コンバイナ１では、第１ケース部６０の内壁である一方側の内壁は光を乱反射し、第２ケース部７０の内壁である領域ＡＲを基準とした他方側の内壁は一方側の内壁よりも乱反射が抑制されて光を反射し、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも一方側の内壁の近くに配置されている。このため、一方側の内壁が反射する光のエネルギー密度を低下させることができるため、第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００７１】
また、本実施形態の光コンバイナ１では、ケース３の第２ケース部７０が金属から成る。金属は、加工が容易であるとともに耐熱性や加工性に優れるためケースに用い易い。また、金属は熱伝導性に優れるため、第２ケース部７０を介して容易に放熱することができる。
【００７２】
また、本実施形態の光コンバイナ１では、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとは、特定の入力用光ファイバ２０を挟む位置に配置されている。このため、特定の入力用光ファイバ２０を挟まない場合と比べて、特定の入力用光ファイバ２０が障壁となり、第１入力用光ファイバ２０ａよりも第２入力用光ファイバ２０ｂに近い内壁で反射した光が、第１入力用光ファイバ２０ａに再入射することが抑制できる。従って、第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。
【００７３】
更に、本実施形態の光コンバイナ１では、複数の入力用光ファイバ２０は、特定の入力用光ファイバ２０と、第１入力用光ファイバ２０ａ及び第２入力用光ファイバ２０ｂを含み特定の入力用光ファイバ２０の周りに配置される６本の光ファイバと、からなる。このため、特定の入力用光ファイバ２０と特定の入力用光ファイバの周りに配置される入力用光ファイバ２０とで、７本の入力用光ファイバ２０となり、互いに隣り合う入力用光ファイバ２０の中心間距離を等しくし得る。
【００７４】
なお、１本の特定の入力用光ファイバ２０の周りを６本の入力用光ファイバ２０が囲む場合に、互いに隣り合う入力用光ファイバ２０が接していれば、複数の入力用光ファイバ２０は最密充填される。この場合、光コンバイナ１を小型化し得る。
【００７５】
また、本実施形態の光コンバイナ１では、複数の入力用光ファイバ２０は、第１ケース部６０の溝６０Ｇ内に配置され、第１ケース部６０は、第１ケース部６０の溝６０Ｇが第２ケース部７０側を向いて、第２ケース部７０の溝７０Ｇ内に配置されている。このため、ケース３が第１ケース部６０と第２ケース部７０とに分かれていない場合と比べて、複数の入力用光ファイバ２０を容易に管状のケース３内に配置することができる。また、上記のように第１入力用光ファイバ２０ａが第２入力用光ファイバ２０ｂよりも一方側の内壁の近くに配置される場合において、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとの位置関係を守りつつ、第１入力用光ファイバ２０ａ及び第２入力用光ファイバ２０ｂを容易にケース３内に配置することができる。また、上記のように第１ケース部６０の内壁と第２ケース部７０の内壁との反射率を異ならせることが容易であり、上記のように一方側の内壁の反射率と他方側の内壁の反射率とを容易に異ならせることができる。
【００７６】
本実施形態の光コンバイナ１では、複数の入力用光ファイバ２０は、ケース３の内壁に光透過性の樹脂からなる第１固定部材８１で固定されている。このため、それぞれの入力用光ファイバ２０の位置を固定でき、樹脂がケース３内に漏洩した光を吸収することで発熱して損傷することを抑制することができる。
【００７７】
次に、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法について説明する。
【００７８】
図７は、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法は、準備工程ＰＳ１と、ファイバ判定工程ＰＳ２、及び配置工程ＰＳ３とを備える。
【００７９】
＜準備工程ＰＳ１＞
本工程は、複数の入力用光ファイバ２０のそれぞれの一端が出力用光ファイバ５０に接続された光学部品２を準備する工程である。図８は、本工程の様子を示す図である。まず、複数の入力用光ファイバ２０と、テーパ光ファイバ３０と、デリバリ光ファイバ４０とを準備する。それぞれの入力用光ファイバ２０の一端近傍の被覆層２３を剥離する。また、テーパ光ファイバ３０は、例えば、非縮径部３３の直径を有しクラッドを備えない光ファイバを準備して、当該光ファイバの一部を溶融延伸してテーパ部３４を形成することにより得ることができる。また、デリバリ光ファイバ４０の一端近傍の被覆層４３を剥離する。
【００８０】
そして、図８に示すように、複数の入力用光ファイバ２０の被覆層２３が剥離された一端をテーパ光ファイバ３０の一端に接続する。テーパ光ファイバ３０の一端は非縮径部３３側の端部である。また、デリバリ光ファイバ４０の被覆層４３が剥離された一端をテーパ光ファイバ３０の他端に接続する。テーパ光ファイバ３０の他端はテーパ部３４側の端部である。テーパ光ファイバ３０とデリバリ光ファイバ４０とが接続されることで、出力用光ファイバ５０となる。なお、入力用光ファイバ２０とテーパ光ファイバ３０との接続と、テーパ光ファイバ３０とデリバリ光ファイバ４０との接続のどちらが先に行われてもよい。また上記接続は、融着により行うことが好ましい。こうして、図２に示す光学部品２が準備される。
【００８１】
なお、上記で説明した本工程は一例であり、図２に示す光学部品２が準備されれば、どのように準備されてもよい。例えば、図２に示す光学部品２を購入することで、本工程が行われてもよい。
【００８２】
＜ファイバ判定工程ＰＳ２＞
本工程は、複数の入力用光ファイバにおける２本の入力用光ファイバの他端から個別に同じ入射角の光を入射する場合における当該２本の入力用光ファイバのＮＡの大小関係を判定する工程である。２本の入力用光ファイバのＮＡの大小関係が判定されればよく、本工程は、測定工程ＰＳ２ａと、比較工程ＰＳ２ｂとを含む。なお、本工程は、下記に示す測定工程ＰＳ２ａ及び比較工程ＰＳ２ｂの少なくとも一方を含まない他の方法により行われてもよい。
【００８３】
＜測定工程ＰＳ２ａ＞
本工程は、光学部品２のそれぞれの入力用光ファイバ２０の他端から個別に同じ入射角の光を入射して出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がりを測定する工程である。図９は本工程の様子を示す図である。本実施形態の本工程では、１つの入力用光ファイバ２０の他端にテスト用光源９１の光の出射端である光ファイバ９１ｆの端部を融着する。次に、テスト用光源９１から所定の波長で所定のモード数、すなわち所定のビーム品質の光を出射する。テスト用光源９１は、それぞれの入力用光ファイバ２０に互いに同じ波長で同じモード数の光を同じ入射角で個別に入射する。そして、デリバリ光ファイバ４０から出射する光の直径を測定する。テスト用光源９１としては、所定のビーム品質を出射する光源であれば特に限定はされない。本実施形態では、テスト用光源９１は、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源またはＳＬＤ（Super-Luminescent Diode）光源等の光源９２を含み、この光源に複数の光ファイバ９３，９４が接続されている。これら複数の光ファイバ９３，９４はコアの直径及びクラッドに対するコアの屈折率差の少なくとも一方が互いに異なり、光源９２から離れる光ファイバほど伝搬する光のモード数が限られる。このため、光ファイバ９１ｆから出射する光は、上記のように所定のビーム品質とされる。また、この測定には、例えば、図９に示すパワーメータ９５を用いることができる。デリバリ光ファイバ４０から出射する光をパワーメータ９５に照射し、例えば光のパワーの積分値が全体の光のパワーの１／ｅとなる中心を含む領域の平均半径を測定する。この測定をそれぞれの入力用光ファイバ２０について行う。上記のように、出力用光ファイバ５０から出射する光の広がりが大きければ、出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡが大きい。従って、上記測定において、パワーメータ９５が受ける所定のパワー以上となる光の直径が大きければ、その光のＮＡが大きいと評価することができる。なお、測定の際、デリバリ光ファイバ４０にクラッドモード光が除去されるクラッドモードストリッパが設けられることが好ましい。
【００８４】
なお、本実施形態では、出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がりを測定するためにパワーメータ９５が用いられているが、他の測定器により、出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がりを測定してもよい。例えば、出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がり角を測定可能な測定器が用いられてもよい。
【００８５】
また、本工程では、光学部品２のそれぞれの入力用光ファイバ２０の他端から個別に同じ入射角の光を入射して出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がりを測定した。しかし、光学部品２のうち、２本以上の入力用光ファイバ２０の他端から個別に同じ入射角の光を入射して出力用光ファイバ５０から出射するそれぞれの光の広がりを測定すればよく、すべての入力用光ファイバ２０について測定をしなくてもよい。
【００８６】
＜比較工程ＰＳ２ｂ＞
本工程は、測定工程ＰＳ２ａで測定したそれぞれの光の広がりを比較する工程である。本実施形態では、複数の入力用光ファイバ２０における２本の入力用光ファイバ２０において、比較した光の広がりの小さな入力用光ファイバ２０を第１入力用光ファイバ２０ａとし、当該広がりの大きな入力用光ファイバ２０を第２入力用光ファイバ２０ｂとする。なお、第１入力用光ファイバ２０ａは、複数の入力用光ファイバ２０において、光の広がりの最も小さな入力用光ファイバ２０であることが好ましい。なお、測定工程ＰＳ２ａで述べたように、本実施形態の測定工程ＰＳ２ａで出力用光ファイバ５０から出射する光の広がりが大きければ、出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡが大きいため、測定したそれぞれの光の広がりを比較することと、出力用光ファイバ５０から出射する光のＮＡを比較することとは同意である。従って、複数の入力用光ファイバにおける２本の入力用光ファイバである第１入力用光ファイバ２０ａ、第２入力用光ファイバ２０ｂの他端から個別に同じ入射角の光を入射する場合における第１入力用光ファイバ２０ａ、第２入力用光ファイバ２０ｂのＮＡの大小関係が判定される。
【００８７】
＜配置工程ＰＳ３＞
本工程は、管状のケース３内に複数の入力用光ファイバ２０の側面が囲まれるように、光学部品２を配置する工程である。図１０は、本工程の様子を示す図である。本工程に先駆けて、まず、第１ケース部６０及び第２ケース部７０を準備する。この準備を準備工程ＰＳ１に行ってもよい。そして、まず、第１ケース部６０の溝６０Ｇ内に複数の入力用光ファイバ２０の一端側、テーパ光ファイバ３０、及びデリバリ光ファイバ４０の一端側を配置する。上記のように第１ケース部６０の内壁は、当該内壁に入射する光の一部を透過すると共に入射する光の他の一部を乱反射する。そこで、第１入力用光ファイバ２０ａが第２入力用光ファイバ２０ｂよりも、第１ケース部６０の底壁部６１の近くとなるように光学部品２を溝６０Ｇ内に配置する。
【００８８】
そして、第１固定部材８１及び第２固定部材８２を図３に示すように充填して固化させる。第１固定部材８１及び第２固定部材８２が熱硬化性の樹脂であれば、加熱により樹脂を硬化させ、第１固定部材８１及び第２固定部材８２が光硬化性の樹脂であれば、光を照射することで樹脂を硬化させる。
【００８９】
次に、第１ケース部６０の側壁部６２における底壁部６１側と反対側の側面に接着剤を塗布して、第２ケース部７０の溝７０Ｇ内に第１ケース部６０を配置して、接着剤を固化させる。この接着剤は熱硬化性の樹脂であることが好ましい。なお、本実施形態では、第１ケース部６０が光透過性であるため、当該接着剤は光硬化性であってもよい。
【００９０】
なお、上記と異なり、第１固定部材８１及び第２固定部材８２を図３に示すように充填した後、第１固定部材８１及び第２固定部材８２を固化させる前に、上記接着剤を塗布して、第２ケース部７０の溝７０Ｇ内に第１ケース部６０を配置し、その後、接着剤の固化及び第１固定部材８１及び第２固定部材８２の固化を行ってもよい。この場合、第１固定部材８１及び第２固定部材８２は第２ケース部７０にも固定され得る。
【００９１】
このように第１ケース部６０と第２ケース部７０とが互いに固定されて管状のケース３とされる。上記のように、第１入力用光ファイバ２０ａは第２入力用光ファイバ２０ｂよりも第１ケース部６０の底壁部６１の近くとなるように配置されているため、第２入力用光ファイバ２０ｂは第１入力用光ファイバ２０ａよりも相対的に第２ケース部７０の底壁部７１の近くに配置されている。更に、第１ケース部６０の内壁は、第２ケース部７０の内壁よりも光の反射率が低く更に光を乱反射する。つまり、本工程では、ファイバ判定工程ＰＳ２で判定した２本の入力用光ファイバにおけるＮＡの小さな方の入力用光ファイバを第１入力用光ファイバ２０ａとし、ＮＡの大きな方の入力用光ファイバを第２入力用光ファイバ２０ｂとする場合に、第１入力用光ファイバ２０ａは、出力用光ファイバ５０から入力用光ファイバ２０に向かって伝搬する光の一部がケース３内で漏洩しケース３の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーが、当該漏洩する光がケース３の内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーよりも小さい位置に、第１入力用光ファイバ２０ａが配置される。
【００９２】
こうして、上記光コンバイナ１が製造される。
【００９３】
本実施形態の光コンバイナ１の製造方法によれば、出力用光ファイバ５０から第１入力用光ファイバ２０ａに伝搬する戻り光のエネルギーとケース３内で光学部品２から漏洩してケース３の内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーとの総和と、出力用光ファイバ５０から第２入力用光ファイバ２０ｂに伝搬する戻り光のエネルギーとケース３内で光学部品２から漏洩してケース３の内壁で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する光のエネルギーとの総和と、の差を小さくすることができる光コンバイナを製造することができる。従って、本実施形態の製造方法で製造された光コンバイナ１は、戻り光による影響を抑制し得る。
【００９４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【００９５】
本実施形態の光コンバイナを図６と同様の方法で示す図である。本実施形態の光コンバイナ１は、第１ケース部６０の内壁に光吸収性の加工が施されている点において、第１実施形態の光コンバイナ１と異なる。このため、第１ケース部６０の内壁は、第２ケース部７０の内壁よりも光の反射率が低い。本実施形態では、第１ケース部６０が金属から構成されている。例えば、第１ケース部６０がアルミニウムから構成され、第１ケース部６０の内壁に黒アルマイト加工が施されている。なお、本実施形態と異なり第１ケース部６０が金属以外の材料からなり、第１ケース部６０の内壁に光吸収性の加工が施されてもよい。ただし、第１ケース部６０が金属であることが、吸収した光から生じる熱を外部に放出しやすい観点から好ましい。
【００９６】
本実施形態の光コンバイナ１は、複数の入力用光ファイバ２０が配置される領域ＡＲを基準とした一方側の内壁の反射率が当該領域ＡＲを基準とした他方側の内壁の反射率よりも低く、一方側の内壁は漏洩した光の少なくとも一部を吸収する。このため、第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーをより抑制することができる。
【００９７】
なお、本実施形態の光コンバイナ１は、第１実施形態の光コンバイナ１と同様に製造される。
【００９８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１２、図１３を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【００９９】
図１２は、本実施形態の光コンバイナを図６と同様の方法で示す図である。図６に示すように、本実施形態の光コンバイナ１は、第１ケース部６０の内壁の光の反射率と第２ケース部７０の内壁の光の反射率とが同一である点において、第２実施形態の光コンバイナ１と異なる。つまり、本実施形態の光コンバイナ１では、ケース３の長手方向に垂直な面において、複数の入力用光ファイバ２０が配置される領域ＡＲを基準とした一方側の内壁の反射率と、当該領域ＡＲを基準とした他方側の内壁の反射率とが互いに等しく、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも一方側の内壁の近くに配置されている。更に、本実施形態の光コンバイナ１では、第１入力用光ファイバ２０ａから一方側の内壁までの距離は、第２入力用光ファイバ２０ｂから他方側の内壁までの距離よりも大きい。
【０１００】
ケース３の内壁で反射する漏洩光が入力用光ファイバ２０に再入射する場合、入力用光ファイバ２０と当該入力用光ファイバ２０に対向する内壁との距離が大きい方が、入力用光ファイバ２０にケース３の内壁で反射する漏洩光が再入射しづらい。このことを図１３を用いて説明する。図１３は、第１実施形態の図６で示す入力用光ファイバ２０と第２ケース部７０の内壁との距離ｄと、故障発生時における光源１０から入力用光ファイバ２０に入射する光のパワーとの関係を示す図である。第１実施形態で説明したように、第１ケース部６０の内壁は光の反射率が低く、また、光を乱反射する。従って、ケース３内で漏洩した光による影響は、第２ケース部７０の内壁で反射して入力用光ファイバ２０に再入射する光の影響が大きい。そこで、図１３を参照すると、入力用光ファイバ２０と第２ケース部７０の内壁との距離ｄが小さい方が、故障発生時における光源１０から入力用光ファイバ２０に入射する光のパワーが小さい。光源１０から入力用光ファイバ２０に入射する光のパワーが小さいということは、加工物等で反射して出力用光ファイバ５０に入射する戻り光のパワーも小さいことになり、ケース３内で漏洩した光のパワーも小さいことになる。このため、入力用光ファイバ２０と第２ケース部７０の内壁との距離ｄが小さいと、ケース３内で漏洩した光のパワーも小さくても故障が生じる傾向がある。従って、入力用光ファイバ２０と第２ケース部７０の内壁との距離ｄが大きければ、戻り光による影響が小さいことになる。この原因は、入力用光ファイバ２０と第２ケース部７０の内壁との距離ｄが大きい方が、入力用光ファイバ２０に第２ケース部７０の内壁で反射する漏洩光が再入射しづらいためと考えられる。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、上記のように、光コンバイナ１では、領域ＡＲを基準とした一方側の内壁の反射率と他方側の内壁の反射率とが互いに等しく、第１入力用光ファイバ２０ａから一方側の内壁までの距離が第２入力用光ファイバ２０ｂから他方側の内壁までの距離よりも大きい。このため、ケース３で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する漏洩光のエネルギーは、ケース３で反射して第２入力用光ファイバ２０ｂに再入射する漏洩光のエネルギーよりも低い。
【０１０２】
本実施形態の光コンバイナ１によれば、一方側の内壁と他方側の内壁とで反射率を変えずとも、内壁で反射して第１入力用光ファイバ２０ａに再入射する光のエネルギーを抑制することができる。従って、一方側の内壁と他方側の内壁とで反射率が異なる場合と比べて、ケース３の構成を簡易にすることができる。
【０１０３】
なお、本実施形態の光コンバイナ１は、図７のフローチャートで示される第１実施形態の製造方法と同様の工程により製造される。ただし、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法では、配置工程ＰＳ３において、第１入力用光ファイバ２０ａから第１ケース部６０の内壁までの距離が第２入力用光ファイバ２０ｂから第２ケース部７０の内壁までの距離よりも大きくなるように、光学部品２が配置される。
【０１０４】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１４、図１５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【０１０５】
図１４は、本実施形態の光コンバイナ１を図２と同様の方法で示す図である。図１４に示すように、本実施形態の光コンバイナ１は、光学部品２がテーパ光ファイバ３０を備えない点において、第１実施形態の光コンバイナ１と主に異なる。従って、デリバリ光ファイバ４０が出力用光ファイバ５０となる。本実施形態では、デリバリ光ファイバ４０の一端にそれぞれの入力用光ファイバ２０が接続されており、デリバリ光ファイバ４０のコア４１とそれぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１とが光学的に結合されている。従って、本実施形態のデリバリ光ファイバ４０のクラッド４２の直径は、例えば、第１実施形態のテーパ光ファイバ３０のそれぞれの入力用光ファイバ２０が接続される一端の直径と同等とされる。また、本実施形態のデリバリ光ファイバ４０のコア４１の直径は、それぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１を囲う円の直径以上とされる。
【０１０６】
図１５は、図１４の光学部品２を図５と同様の方法で示す図である。図１５に示すように本実施形態の光コンバイナ１では、第１入力用光ファイバ２０ａの長手方向とデリバリ光ファイバ４０の長手方向とは概ね平行とされるが、第２入力用光ファイバ２０ｂの長手方向とデリバリ光ファイバ４０の長手方向とは非平行とされる。つまり、第１入力用光ファイバ２０ａの長手方向とデリバリ光ファイバ４０の長手方向との平行度は、第２入力用光ファイバ２０ｂの長手方向とデリバリ光ファイバ４０の長手方向との平行度よりも高い。
【０１０７】
このように第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとがデリバリ光ファイバ４０に接続される場合、第１入力用光ファイバ２０ａ及び第２入力用光ファイバ２０ｂから個別に同じ入射角の光を入射すると、第１入力用光ファイバ２０ａから入射されデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射されデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡよりも小さくなる。
【０１０８】
従って、本実施形態においても、第１入力用光ファイバ２０ａは、第２入力用光ファイバ２０ｂよりも、第１ケース部６０の底壁部６１の近くに配置され、第２入力用光ファイバ２０ｂは、第１入力用光ファイバ２０ａよりも、第２ケース部７０の底壁部７１の近くに配置される。
【０１０９】
なお、本実施形態では、それぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１からデリバリ光ファイバ４０のコア４１に光が集光されるが、デリバリ光ファイバ４０のコア４１を伝搬する光のエネルギー密度は、それぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１を伝搬する光のエネルギー密度よりも低くてもよい。
【０１１０】
本実施形態の光コンバイナ１は、テーパ光ファイバ３０を備えないため、構成を簡易にすることができる。
【０１１１】
なお、本実施形態の光コンバイナ１は、図７のフローチャートで示される第１実施形態の製造方法と同様の工程により製造される。ただし、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法では、準備工程ＰＳ１において、それぞれの入力用光ファイバ２０がデリバリ光ファイバ４０に直接接続される。
【０１１２】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、上記実施形態では、テーパ光ファイバ３０において、縮径されていない一端を含む非縮径部３３の中心軸３３Ｃと縮径された他端を含むテーパ部３４の中心軸３４Ｃとがずれていた。しかし、テーパ光ファイバ３０において、非縮径部３３の中心軸３３Ｃとテーパ部３４の中心軸３４Ｃとが一致してもよい。つまり、テーパ光ファイバ３０が軸中心に完全に回転対称な形状であってもよい。この場合、第１入力用光ファイバ２０ａの中心軸とテーパ光ファイバ３０の中心軸との平行度は、第２入力用光ファイバ２０ｂの中心軸とテーパ光ファイバ３０の中心軸との平行度よりも高くされる。この場合であっても、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとに個別に同じ入射角の光を入射する場合において、第１入力用光ファイバ２０ａから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡよりも小さくされる。つまり、本発明では、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとに個別に同じ入射角の光を入射する場合において、第１入力用光ファイバ２０ａから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡは、第２入力用光ファイバ２０ｂから入射されてデリバリ光ファイバ４０から出射する光のＮＡよりも小さくされれば、光ファイバ同士の接続等において適宜変形することができる。
【０１１４】
また、上記第１実施形態から第３実施形態において、デリバリ光ファイバ４０は必須ではない。この場合、テーパ光ファイバ３０が出力用光ファイバとなる。
【０１１５】
また、本発明の光コンバイナ１の複数の入力用光ファイバ２０は、第１入力用光ファイバ２０ａと第２入力用光ファイバ２０ｂとを含んでいる限りにおいて、その数は７本より少なくてもよく８本以上であってもよい。
【０１１６】
また、本実施形態の光コンバイナ１のケース３は、第１ケース部６０と第２ケース部７０とから構成されたが、管状のケースであればよく、１つの部材から構成されてもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、第１固定部材８１及び第２固定部材８２により、光学部品２がケース３に固定されたが、他の方法により光学部品２がケース３に固定されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明によれば、戻り光による影響を抑制し得る光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法が提供され、加工用レーザ装置や、医療用レーザ装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１・・・光コンバイナ
２・・・光学部品
３・・・ケース
１０・・・光源
２０・・・入力用光ファイバ
２１・・・コア
２２・・・クラッド
３０・・・テーパ光ファイバ
３３・・・非縮径部
３４・・・テーパ部
４０・・・デリバリ光ファイバ
４１・・・コア
４２・・・クラッド
５０・・・出力用光ファイバ
６０・・・第１ケース部
７０・・・第２ケース部
１００・・・レーザ装置
【図１】
2020134593.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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