(57)【要約】【課題】戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難い構造体を実現する。【解決手段】  構造体（１）は、光ファイバ（１１）とガラスブロック（１２）とを備えている。光ファイバ（１１）のクラッド（１１２）の屈折率は、ガラスブロック（１２）の屈折率よりも低い。光ファイバ（１１）とガラスブロック（１２）との境界面（Ｓ）は、傾斜部（Ｓ１）を含んでおり、境界面（Ｓ）におけるクラッド（１１２）の端面の少なくとも一部は、傾斜部（Ｓ１）に属している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、該光ファイバの一方の端部に接合されたガラスブロックと、を備えた構造体であって、
上記光ファイバは、コアと、上記コアの側面を覆うクラッドと、を有し、
上記クラッドの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも低く、
上記クラッドと上記ガラスブロックとの境界面は、上記光ファイバの光軸との成す角が０°よりも大きく９０°よりも小さい傾斜部を含んでおり、
上記境界面における上記クラッドの端面の少なくとも一部分は、上記傾斜部に属している、
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
上記コアの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率と異なり、
上記光ファイバと上記ガラスブロックとの境界面は、上記光ファイバの光軸との成す角が９０°となる垂直部を含んでおり、
上記境界面における上記コアの端面の少なくとも一部分は、上記垂直部に属している、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
上記コアの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率と同一である、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
上記光ファイバは、被覆除去区間において内側面が上記クラッドの外側面を覆うガラス管を備えている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の構造体。
【請求項５】
上記境界面における上記ガラス管の端面の少なくとも一部は、上記傾斜部に属しており、
上記ガラス管の屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率と異なる、
ことを特徴とする請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
上記ガラス管の屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも低い、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の構造体。
【請求項７】
上記ガラス管の屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも高い、
ことを特徴とする請求項５に記載の構造体。
【請求項８】
上記光ファイバの上記端部の形状は、円錐台状であり、
上記境界面において円錐台の側面に相当する部分が上記傾斜部を構成する、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の構造体。
【請求項９】
上記光ファイバの上記端部の形状は、階段状であり、
上記境界面において階段の蹴面に相当する部分が上記傾斜部を構成する、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
上記光ファイバの上記端部の形状は、半球状であり、
上記境界面の中心点以外の部分が上記傾斜部を構成する、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の構造体。
【請求項１１】
光ファイバと、該光ファイバの一方の端部に接合されたガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法であって、
上記ガラスブロックの一部分を溶融させる溶融工程と、溶融した上記ガラスブロックの上記部分に上記光ファイバの上記端部を挿入する挿入工程と、を含み、
上記挿入工程において、上記光ファイバの上記端部の表面は、上記光ファイバの光軸との成す角が０°よりも大きく９０°よりも小さい傾斜部を含んでいる、
ことを特徴とする構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の構造体を備え、当該構造体をＢＤＯ（Beam Delivery Optics）として利用する、
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の構造体を備え、当該構造体をＢＤＯ（Beam Delivery Optics）として利用する、
ことを特徴とするレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバと、該光ファイバの一方の端面に接合されたガラスブロックと、を備えた構造体に関する。また、そのような構造体の製造方法に関する。また、そのような構造体を備えたレーザ装置及びレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、材料加工にレーザ加工機がよく用いられている。このようなレーザ加工機が備えるＢＤＯ（Beam Delivery Optics）は、レーザ光源から出力されたレーザ光を導波する光ファイバと、光ファイバを導波されたレーザ光のエネルギー密度を低下させるガラスブロックと、を備えた構造体により構成される。加工対象物には、ガラスブロックを透過したレーザ光が照射される。このような構造体を開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構造体には、以下のような問題があった。
【０００５】
第１の問題は、戻光（例えば、加工対象物にて反射され、ＢＤＯに再入射するレーザ光）による光ファイバの被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ易いという問題である。従来の構造体では、ガラスブロックを逆方向に伝播した戻光が、（１）光ファイバのクラッドに入射し、（２）クラッドの内部を伝播し、（３）上流側に設けられた被覆に入射し、（４）被覆を発熱させることによって、このような問題が生じているものと考えられる。
【０００６】
第２の問題は、光ファイバとガラスブロックとの間に、製造時（光ファイバとガラスブロックとの融着時）に混入した気泡が残留しやすいという問題である。このような気泡が残留すると、この気泡によりレーザ光の予期せぬ散乱が生じたり、融着面積の低下に起因する融着強度の低下が生じたりする。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の或る態様は、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難い構造体を実現することを目的とする。また、本発明の他の態様は、光ファイバとガラスブロックとの間に気泡が残留し難い構造体の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１に係る構造体は、光ファイバと、該光ファイバの一方の端部に接合されたガラスブロックと、を備えた構造体であって、上記光ファイバは、コアと、上記コアの側面を覆うクラッドと、を有し、上記クラッドの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも低く、上記クラッドと上記ガラスブロックとの境界面は、上記光ファイバの光軸との成す角が０°よりも大きく９０°よりも小さい傾斜部を含んでおり、上記境界面における上記クラッドの端面の少なくとも一部分は、上記傾斜部に属している。
【０００９】
上記の構成によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難い構造体を実現することができる。
【００１０】
本発明の態様２に係る構造体は、本発明の態様１に係る構造体において、上記コアの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率と異なり、上記光ファイバと上記ガラスブロックとの境界面は、上記光ファイバの光軸との成す角が９０°となる垂直部を含んでおり、上記境界面における上記コアの端面の少なくとも一部分は、上記垂直部に属している。
【００１１】
上記の構成によれば、コアを順方向に伝播した光を、ガラスブロックを介して外部に出力するという構造体の本来の機能を阻害することなく、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難い構造体を実現することができる。
【００１２】
本発明の態様３に係る構造体は、本発明の態様１に係る構造体において、上記コアの屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率と同一である。
【００１３】
上記の構成によれば、コアとガラスブロックとの境界面におけるフレネル反射が生じ難いので、コアを順方向に伝播した光を、ガラスブロックを介して外部に出力する際に生じ得る光の損失を抑えることができる。
【００１４】
本発明の態様４に係る構造体は、本発明の態様１〜３の何れかに係る構造体において、上記光ファイバは、内側面が上記クラッドの外側面を覆うガラス管を備えてガラス管いる。
【００１５】
上記の構成によれば、上記光ファイバ（上記ガラス管を含む）と上記ガラスブロックとの接合面積が大きくなるので、上記光ファイバと上記ガラスブロックとの接合強度を高めることができる。
【００１６】
本発明の態様５に係る構造体は、本発明の態様４に係る構造体において、上記境界面における上記ガラス管の端面の少なくとも一部は、上記傾斜部に属している。
【００１７】
上記の構成によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が更に生じ難い構造体を実現することができる。
【００１８】
本発明の態様６に係る構造体は、本発明の態様４又は５に係る構造体において、上記ガラス管の屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも低い。
【００１９】
上記の構成によれば、ガラス管の屈折率がガラスブロックの屈折率よりも低いので、戻光がガラスブロックからガラス管に入射し難くなる。したがって、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が更に生じ難い構造体を実現することができる。
【００２０】
本発明の態様７に係る構造体は、本発明の態様５に係る構造体において、上記ガラス管の屈折率は、上記ガラスブロックの屈折率よりも高い。
【００２１】
上記の構成によれば、上記境界面におけるガラス管の端面の少なくとも一部が上記傾斜部に属し、且つ、ガラス管の屈折率がガラスブロックの屈折率よりも高いため、戻光は、上記境界面におけるガラス管の端面において屈折されたあと、ガラス管の内部に入射し、ガラス管の内部を、上記境界面におけるガラス管の端面から逆側の端面へ向かって伝搬する。このガラス管の内部を伝搬する戻光のうち少なくとも一部の戻光は、上記境界面におけるガラス管の端面にて屈折されたことに起因して、ガラス管の内部を伝搬する過程においてガラス管の側面からガラス管の外部へ漏出する。そのため、ガラス管の屈折率がガラスブロックの屈折率よりも低い態様と比較して、ガラス管の上記逆側の端面から出射される戻光の強度は、抑制される。また、ガラス管の内部を伝搬する戻光のうち少なくとも一部の戻光は、ガラス管の逆側の端面からガラス管の外部へ漏出する。ガラス管の逆側の端面から漏出した光とファイバの光軸との成す角は、上記境界面におけるガラス管の端面にて屈折されたことに起因して、ガラス管の内部を伝搬する戻り光よりも大きくなる。そのため、ガラス管の上記逆側の端面から出射され、被覆に照射される戻り光の密度は低減される。したがって、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が更に生じ難い構造体を実現することができる。
【００２２】
本発明の態様５に係る構造体は、本発明の態様１〜７の何れかに係る構造体において、上記光ファイバの上記端部の形状は、円錐台状であり、上記境界面において円錐台の側面に相当する部分が上記傾斜部を構成する。
【００２３】
上記の構成によれば、光ファイバに対する簡単な加工で光ファイバとガラスブロックとの境界面に傾斜部を含む構造体を容易に実現することができる。
【００２４】
本発明の態様６に係る構造体は、本発明の態様１〜７の何れかに係る構造体において、上記光ファイバの上記端部の形状は、階段状であり、上記境界面において階段の蹴面に相当する部分が上記傾斜部を構成する。
【００２５】
上記の構成によれば、光ファイバに対する簡単な加工で光ファイバとガラスブロックとの境界面に傾斜部を含む構造体を容易に実現することができる。
【００２６】
本発明の態様７に係る構造体は、本発明の態様１〜７の何れかに係る構造体において、上記光ファイバの上記端部の形状は、半球状であり、上記境界面の中心点以外の部分が上記傾斜部を構成する。
【００２７】
上記の構成によれば、光ファイバに対する簡単な加工で光ファイバとガラスブロックとの境界面に傾斜部を含む構造体を容易に実現することができる。
【００２８】
本発明の態様１１に係る製造方法は、光ファイバと、該光ファイバの一方の端部に接合されたガラスブロックと、を備えた構造体の製造方法であって、上記ガラスブロックの一部分を溶融させる溶融工程と、溶融した上記ガラスブロックの上記部分に上記光ファイバの上記端部を挿入する挿入工程と、を含み、上記挿入工程において、上記光ファイバの上記端部の表面は、上記光ファイバの光軸との成す角が０°よりも大きく９０°よりも小さい傾斜部を含んでいる。
【００２９】
上記の方法によれば、光ファイバとガラスブロックとの間に気泡が残留し難い構造体の製造方法を実現することができる。
【００３０】
本発明の態様１２に係るレーザ装置は、本発明の態様１〜１０に係る構造体を備え、当該構造体をＢＤＯ（Beam Delivery Optics）として利用している。
【００３１】
上記の構成によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難いレーザ装置を実現することができる。
本発明の態様１３に係るレーザシステムは、本発明の態様１〜１０に係る構造体を備え、当該構造体をＢＤＯ（Beam Delivery Optics）として利用している。
【００３２】
上記の構成によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難いレーザシステムを実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の態様１〜１０によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難い構造体を実現することができる。また、本発明の態様１１によれば、光ファイバとガラスブロックとの間に気泡が残留し難い構造体の製造方法を実現することができる。本発明の態様１２によれば、戻光による被覆の発熱、及び、該発熱による被覆の劣化が生じ難いレーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る構造体の構成を示す図である。（ａ）は、その構造体のｙｚ断面を表す断面図であり、（ｂ）は、その構造体のｚｘ断面を表す断面図である。
【図２】図１に示す構造体の効果を示す図である。（ａ）は、比較例に係る構造体の断面図であり、（ｂ）は、図１に示す構造体の断面図である。
【図３】図１に示す構造体の変形例を示す図である。（ａ）は、第１の変形例に係る構造体のｙｚ断面を表す断面図であり、（ｂ）は、第２の変形例に係る構造体のｙｚ断面を表す断面図である。
【図４】図１に示す構造体の製造方法を示す図である。（ａ）は、溶融工程開始時の状態を示す側面図であり、（ｂ）は、挿入工程開始時（溶融工程終了時）の状態を示す側面図であり、（ｃ）は、凝固工程開始時（挿入工程終了時）の状態を示す側面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る構造体の構成を示す図である。（ａ）は、その構造体のｙｚ断面を表す断面図であり、（ｂ）は、その構造体のｚｘ断面を表す断面図である。
【図６】図５に示す構造体の効果を示す図である。（ａ）は、比較例に係る構造体の断面図であり、（ｂ）は、図５に示す構造体の断面図である。
【図７】図１に示す構造体を備えたレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図１に示す構造体を備えたレーザシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〔第１の実施形態〕
（構造体の構成）
本発明の第１の実施形態に係る構造体１の構成について、図１を参照して説明する。図１において、（ａ）は、構造体１のｙｚ断面を表す断面図であり、（ｂ）は、構造体１のｚｘ断面を表す断面図である。なお、本明細書において用いる座標系は、図１に示すとおり、ｚ軸が構造体１の光ファイバ１１の光軸Ｌと平行になる直交座標系である。
【００３６】
構造体１は、光ファイバ１１と、ガラスブロック１２と、を備えている。ガラスブロック１２は、光ファイバ１１の一方の端部１１ａに接合（例えば、融着）されている。構造体１は、例えば、レーザ装置（例えば、レーザ加工機）のＢＤＯ（Beam Delivery Optics）として利用される。この場合、レーザ光源（例えば、ファイバレーザ）にて生成されたレーザ光は、（１）光ファイバ１１を順方向（レーザ光源から遠ざかる方向）に伝播し、（２）ガラスブロック１２を順方向に伝播し、（３）構造体１の外部に出力される（例えば、加工対象物に照射される）。すなわち、光ファイバ１１は、レーザ装置のデリバリファイバとして機能し、ガラスブロック１２は、レーザ装置の出力ヘッド（例えば、加工ヘッド）として機能する。
【００３７】
光ファイバ１１は、コア１１１と、クラッド１１２と、被覆１１３と、を備えている。コア１１１は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、柱状（例えば、円柱状）の構造体である。クラッド１１２は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。被覆１１３は、樹脂により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。コア１１１、クラッド１１２、及び被覆１１３は、クラッド１１２の内側面がコア１１１の外側面を覆い、被覆１１３の内側面がクラッド１１２の外側面を覆うように、一体化されている。ただし、光ファイバ１１の端部を含む区間（以下、「被覆除去区間」と記載）においては、被覆１１３が除去されており、クラッド１１２の外側面が露出している。コア１１１及びクラッド１１２の一方又は両方には、コア１１１の屈折率をクラッド１１２の屈折率よりも高くする、又は、クラッド１１２の屈折率をコア１１１の屈折率よりも低くするためのドーパントが添加されている。これにより、コア１１１は、光導波路として機能する。
【００３８】
ガラスブロック１２は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、塊状（例えば、円柱状）の構造体である。ガラスブロック１２の屈折率は、光ファイバ１１のコア１１１の屈折率と同一又は同程度であり、光ファイバ１１のクラッド１１２の屈折率よりも高い（換言すれば、光ファイバ１１のクラッド１１２の屈折率は、ガラスブロック１２の屈折率よりも低い）。
【００３９】
光ファイバ１１とガラスブロック１２とは、光ファイバ１１の端部１１ａがガラスブロック１２に埋設されるように接合（例えば、融着）されている。光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓは、傾斜部Ｓ１と垂直部Ｓ２とを含んでいる。
【００４０】
傾斜部Ｓ１は、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角（より正確には、その接平面と光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角）θが０°よりも大きく９０°よりも小さくなる部分である。境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の少なくとも一部分（本実施形態においては、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の大部分）は、この傾斜部Ｓ１に属している。
【００４１】
垂直部Ｓ２は、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角（より正確には、その接平面と光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角）θが９０°となる部分である。境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の少なくとも一部分（本実施形態においては、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の全部分）は、この垂直部Ｓ２に属している。
【００４２】
本実施形態に係る構造体１において、光ファイバ１１の端部１１ａの形状は、円錐台状である。この場合、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、この円錐台の側面に相当する部分が傾斜部Ｓ１を構成する。また、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、この円錐台の小底面に相当する部分が垂直部Ｓ２を構成する。ここで、「小底面」とは、円錐台を構成する２つの底面のうち、直径が小さい方の底面のことを指す。
【００４３】
（構造体の効果）
本実施形態に係る構造体１の奏する効果について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、比較例に係る構造体５の断面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る構造体１の断面図である。比較例に係る構造体５は、光ファイバ５１とガラスブロック５２との境界面Ｓが、光ファイバ５１の光軸Ｌとの成す角が０°となる平行部Ｓ３と、光ファイバ５１の光軸Ｌとの成す角が９０°となる垂直部Ｓ４とより構成されている点において、本実施形態に係る構造体１と相違する。なお、光ファイバ５１のコア５１１、クラッド５１２、及び被覆５１３は、それぞれ、光ファイバ１１のコア１１１、クラッド１１２、及び被覆１１３と同様に構成されている。
【００４４】
なお、以下の説明においては、（１）出射端側からガラスブロック１２，５２に入射し、（２）ガラスブロック１２，５２内を逆方向に伝播し、（３）ガラスブロック１２，５２と光ファイバ１１，５１との境界面Ｓに入射する光のことを、「戻光」と呼ぶ。例えば、構造体１，５がレーザ装置の出力部として利用されている場合、加工対象物にて反射された反射光がこのような戻光となる。また、以下の説明においては、ガラスブロック１２内を伝播する戻光の進行方向が光ファイバ１１の光軸Ｌと平行であると仮定する。ただし、これは、説明の便宜上の仮定に過ぎず、ガラスブロック１２内を伝播する戻光の進行方向が光ファイバ１１の光軸Ｌと平行でない場合においても、構造体１は、以下に説明する効果と同様の効果を奏する。
【００４５】
（１）境界面が傾斜部を含んでいることの効果
比較例に係る構造体５においては、光ファイバ５１とガラスブロック５２との境界面Ｓが、傾斜部を含んでいない。したがって、光ファイバ５１をガラスブロック５２に融着する際に光ファイバ５１とガラスブロック５２との間に気泡が残留しないように、構造体５を製造することが困難である。
【００４６】
これに対して、本実施形態に係る構造体１においては、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓが、傾斜部Ｓ１を含んでいる。したがって、光ファイバ１１をガラスブロック１２に融着する際に光ファイバ１１とガラスブロック１２との間に気泡が残留しないように、構造体１を製造することが容易である。
【００４７】
すなわち、本実施形態に係る構造体１によれば、光ファイバ１１とガラスブロック１２との間に気泡が残留しないように、構造体１を製造することが容易になる、という効果を奏する。なお、構造体１の製造方法については、参照する図面を代えて後述する。
【００４８】
（２）クラッドの端面が傾斜部に属していることの効果
比較例に係る構造体５においては、境界面Ｓにおけるクラッド５１２の端面の全部分は、光ファイバ５１の光軸Ｌとの成す角が９０°となる垂直部Ｓ４に属している。したがって、図２の（ａ）に示すように、境界面Ｓにおけるクラッド５１２の端面の全部分について、戻光の入射角φは、０°となる。このため、境界面Ｓにおけるクラッド５１２の端面に入射する戻光の全部分は、境界面Ｓにおけるクラッド５１２の端面を透過し、クラッド５１２の内部に入射する。このため、戻光による被覆５１３の発熱、及び、該発熱による被覆５１３の劣化が生じ易い。
【００４９】
これに対して、本実施形態に係る構造体１において、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の少なくとも一部分は、光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角が０°より大きく９０°よりも小さい傾斜部Ｓ１に属している。したがって、図２の（ｂ）に示すように、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の少なくとも一部分について、戻光の入射角φは、０°よりも大きく９０°よりも小さくなる。このため、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面に入射する戻光の少なくとも一部分は、境界面Ｓにて全反射され、クラッド１１２の内部に入射しない。このため、戻光による被覆１１３の発熱、及び、該発熱による被覆１１３の劣化が生じ難い。
【００５０】
すなわち、本実施形態に係る構造体１によれば、戻光による被覆１１３の発熱、及び、該発熱による被覆１１３の劣化が生じる可能性を低減することができる、という効果を奏する。
【００５１】
（３）コアの端面が垂直部に属していることの効果
コア１１１の屈折率がガラスブロック１２の屈折率と異なる場合、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の全部分が垂直部Ｓ２に属していないと、コア１１１を順方向に伝播した光の全部分が境界面Ｓにおいて全反射され易い。したがって、コア１１１を順方向に伝播した光を、ガラスブロック１２を介して外部に出力するという構造体１の本来の機能が阻害され易い。
【００５２】
これに対して、本実施形態に係る構造体１においては、境界面Ｓにおけるコア１１１の断面の少なくとも一部分が垂直部Ｓ２に属している。したがって、コア１１１の屈折率がガラスブロック１２の屈折率と異なる場合であっても、コア１１１を順方向に伝播した光の少なくとも一部分が境界面Ｓにおいて全反射され難い。したがって、コア１１１の屈折率がガラスブロック１２の屈折率と異なる場合であっても、コア１１１を順方向に伝播した光を、ガラスブロック１２を介して外部に出力するという構造体１の本来の機能が阻害され難い。
【００５３】
すなわち、本実施形態に係る構造体１によれば、コア１１１を順方向に伝播した光を、ガラスブロック１２を介して外部に出力するという構造体１の本来の機能が阻害される可能性を増大させることなく、戻光による被覆１１３の発熱、及び、該発熱による被覆１１３の劣化が生じる可能性を低減することが可能になる、という効果を奏する。なお、このような効果は、コア１１１の屈折率とガラスブロック１２の屈折率とを同一にすることによっても得られる。
【００５４】
（構造体の変形例）
本実施形態に係る構造体１においては、図１に示すように、光ファイバ１１の端部１１ａの形状が円錐台状である。このため、傾斜部Ｓ１と垂直部Ｓ２とを有する光ファイバ１１の端部１１ａを、研磨加工やエッチング加工などの簡単な加工で容易に実現することができる。
【００５５】
ただし、光ファイバ１１の端部１１ａの形状は、円錐台状に限定されない。光ファイバ１１の端部１１ａの形状を変更することにより得られる構造体１の変形例について、図３を参照して説明する。
【００５６】
図３の（ａ）は、第１の変形例に係る構造体１（以下、構造体１Ａと記載）のｙｚ断面を表す断面図である。
【００５７】
図１に示す構造体１と図３の（ａ）に示す構造体１Ａとの相違点は、光ファイバ１１の端部１１ａの形状である。構造体１Ａにおいては、光ファイバ１１の端部１１ａの形状が、階段状である。この場合、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、この階段の蹴面に相当する部分が傾斜部Ｓ１を構成する。また、光ファイバ１１とガラスブロック１２との境界面Ｓにおいて、この階段の踏面に相当する部分が垂直部Ｓ２を構成する。
【００５８】
境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の少なくとも一部分（本変形例においては、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の大部分）は、これら２つの傾斜部Ｓ１の何れかに属している。また、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の少なくとも一部分（本変形例においては、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の全部分）は、この垂直部Ｓ２に属している。したがって、本変形例に係る構造体１Ａも、図１に示す構造体１と略同様の効果を奏する。
【００５９】
図３の（ｂ）は、第２の変形例に係る構造体１（以下、構造体１Ｂと記載）のｙｚ断面を表す断面図である。
【００６０】
図１に示す構造体１と図３の（ｂ）に示す構造体１Ｂとの相違点は、光ファイバ１１の端部１１ａの形状である。構造体１Ｂにおいては、光ファイバ１１の端部１１ａの形状が、半球状である。この場合、境界面Ｓの中心点（境界面Ｓと光ファイバ１１の光軸Ｌとの交点）以外の部分が傾斜部Ｓ１を構成する。また、境界面Ｓの中心点が垂直部Ｓ２を構成する。
【００６１】
境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の少なくとも一部分（本変形例においては、境界面Ｓにおけるクラッド１１２の端面の全部分）は、この傾斜部Ｓ１に属している。また、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の少なくとも一部分（本変形例においては、境界面Ｓにおけるコア１１１の端面の中心点）は、この垂直部Ｓ２に属している。したがって、本変形例に係る構造体１Ｂも、図１に示す構造体１と略同様の効果を奏する。
【００６２】
（構造体の製造方法）
構造体１の製造方法について、図４を参照して説明する。
【００６３】
構造体１の製造方法は、溶融工程、挿入工程、及び凝固工程を含む。
【００６４】
溶融工程は、ガラスブロック１２の一部分を溶融させる工程である。本実施形態においては、円柱状のガラスブロック１２の上側底面の中心部を、三方からガスバーナにより加熱して溶融させる。図４の（ａ）は、溶融工程開始時の状態を模式的に示す側面図であり、図４の（ｂ）は、溶融工程終了時（挿入工程開始時）の状態を模式的に示す側面図である。溶融工程を実施すると、図４の（ｂ）に示すように、ガラスブロック１２の上側底面の中心部に窪みが形成される。
【００６５】
挿入工程は、溶融したガラスブロック１２の上記部分に光ファイバ１１の端部１１ａを挿入する工程である。図４の（ｂ）は、挿入工程開始時（溶融工程終了時）の状態を模式的に示す側面図であり、図４の（ｃ）は、挿入工程終了時（凝固工程開始時）の状態を模式的に示す側面図である。光ファイバ１１の端部１１ａの表面Ｓは、図４の（ｂ）に示すように、光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角θが０°よりも大きく９０°よりも小さい傾斜部Ｓ１と、光ファイバ１１の光軸Ｌとの成す角θが９０°である垂直部Ｓ２と、を含んでいる。
【００６６】
凝固工程は、溶融したガラスブロック１２の上記部分を凝固させ、光ファイバ１１とガラスブロック１２とを一体化する工程である。本実施形態においては、自然冷却により、溶融したガラスブロック１２の上記部分を凝固させる。凝固工程を終了すると、光ファイバ１１とガラスブロック１２とが互いに融着され、構造体１が完成する。
【００６７】
本実施形態に係る製造方法においては、溶融したガラスブロック１２の上記部分に挿入される光ファイバ１１の端部１１ａの表面Ｓが、傾斜部Ｓ１を含んでいる。このため、光ファイバ１１とガラスブロック１２との間に気泡が残留し難くなる、という効果を奏する。
【００６８】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る構造体２の構成について、図５を参照して説明する。図５において、（ａ）は、構造体２のｙｚ断面を表す断面図であり、（ｂ）は、構造体２のｚｘ断面を表す断面図である。なお、本明細書において用いる座標系は、図５に示すとおり、ｚ軸が構造体２に含まれる光ファイバ２１（後述）の光軸Ｌと平行になる直交座標系である。
【００６９】
構造体２は、光ファイバ２１と、ガラスブロック２２と、を備えている。ガラスブロック２２は、光ファイバ２１の一方の端部２１ａに接合（例えば、融着）されている。構造体２は、例えば、レーザ装置（例えば、レーザ加工機）の出力部として利用される。この場合、レーザ光源（例えば、ファイバレーザ）にて生成されたレーザ光は、（１）光ファイバ２１を導波され、（２）ガラスブロック２２を透過し、（３）外部（例えば、加工対象物）に出力される。すなわち、光ファイバ２１は、レーザ装置のデリバリファイバとして機能し、ガラスブロック２２は、レーザ装置の出力ヘッド（例えば、加工ヘッド）として機能する。
【００７０】
光ファイバ２１は、コア２１１と、クラッド２１２と、被覆２１３と、ガラス管２１４と、を備えている。
【００７１】
コア２１１は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、柱状（例えば、円柱状）の構造体である。クラッド２１２は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。被覆２１３は、樹脂により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。ガラス管２１４は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、管状（例えば、円管状）の構造体である。
【００７２】
コア２１１、クラッド２１２、及び被覆２１３は、クラッド２１２の内側面がコア２１１の外側面を覆い、被覆２１３の内側面がクラッド２１２の外側面を覆うように、一体化されている。ただし、光ファイバ２１の端部を含む区間（以下、「被覆除去区間」と記載）においては、被覆２１３が除去されている。ガラス管２１４は、その内側面がクラッド２１２の外側面を覆うように、被覆除去区間に装着されている。コア２１１及びクラッド２１２の一方又は両方には、コア２１１の屈折率をクラッド２１２の屈折率よりも高くする、又は、クラッド２１２の屈折率をコア２１１の屈折率よりも低くするためのドーパントが添加されている。これにより、コア２１１は、光導波路として機能する。
【００７３】
光ファイバ２１は、太径ファイバであり、被覆除去区間における光ファイバ２１の直径（ガラス管２１４の外径）は、例えば、４ｍｍである。本実施形態においては、ガラス管２１４を装着することによって、光ファイバ２１の太径化を実現している。これにより、光ファイバ２１（ガラス管２１４を含む）とガラスブロック２２との接合面積が大きくなり、光ファイバ２１とガラスブロック２２との接合強度が上がる。なお、ガラス管２１４は、光ファイバ２１の端部２１ａ近傍においてクラッド２１２の外側面を覆っていれば十分であり、被覆除去区間全体に亘ってクラッド２１２の外側面を覆っている必要はない。ガラス管２１４の屈折率は、コア２１１の屈折率よりも高い。
【００７４】
ガラスブロック２２は、ガラス（例えば、石英ガラス）により構成された、塊状（例えば、円柱状）の構造体である。ガラスブロック２２の屈折率は、光ファイバ２１のコア２１１の屈折率と同一又は同程度であり、光ファイバ２１のクラッド２１２の屈折率よりも高い（換言すれば、光ファイバ２１のクラッド２１２の屈折率は、ガラスブロック２２の屈折率よりも低い）。
【００７５】
光ファイバ２１とガラスブロック２２とは、光ファイバ２１の端部２１ａがガラスブロック２２に埋設されるように接合（例えば、融着）されている。光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓは、傾斜部Ｓ１と垂直部Ｓ２とを含んでいる。
【００７６】
傾斜部Ｓ１は、光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓにおいて、光ファイバ２１の光軸Ｌとの成す角（より正確には、その接平面と光ファイバ２１の光軸Ｌとの成す角）θが０°よりも大きく９０°よりも小さくなる部分である。境界面Ｓにおけるクラッド２１２の端面の少なくとも一部分（本実施形態においては、界面Ｓにおけるクラッド２１２の端面の大部分）は、この傾斜部Ｓ１に属している。また、境界面Ｓにおけるガラス管２１４の端面の少なくとも一部分（本実施形態においては、界面Ｓにおけるガラス管２１４の端面の全部分）は、この傾斜部Ｓ１に属している。
【００７７】
垂直部Ｓ２は、光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓにおいて、光ファイバ２１の光軸Ｌとの成す角（より正確には、その接平面と光ファイバ２１の光軸Ｌとの成す角）θが９０°となる部分である。境界面Ｓにおけるコア２１１の端面の少なくとも一部（本実施形態においては、境界面Ｓにおけるコア２１１の端面の全部分）は、この垂直部Ｓ２に属している。
【００７８】
本実施形態に係る構造体２において、光ファイバ２１の端部２１ａの形状は、円錐台状である。この場合、光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓにおいて、この円錐台の側面に相当する部分が傾斜部Ｓ１を構成する。また、光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓにおいて、この円錐台の小底面に相当する部分が垂直部Ｓ２を構成する。ここで、「小底面」とは、円錐台を構成する２つの底面のうち、直径が小さい方の底面のことを指す。
【００７９】
（構造体の効果）
本実施形態に係る構造体２の奏する効果について、図６を参照して説明する。図６において、（ａ）は、比較例に係る構造体６の断面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る構造体２の断面図である。比較例に係る構造体６は、光ファイバ６１とガラスブロック６２との境界面Ｓが、光ファイバ６１の光軸Ｌとの成す角が０°となる平行部Ｓ３と、光ファイバ６１の光軸Ｌとの成す角が９０°となる垂直部Ｓ４とにより構成されている点において、本実施形態に係る構造体２と相違する。なお、光ファイバ６１のコア６１１、クラッド６１２、及び被覆６１３は、それぞれ、光ファイバ２１のコア２１１、クラッド２１２、及び被覆２１３と同様に構成されている。
【００８０】
（１）光ファイバ２１とガラスブロック２２との境界面Ｓが傾斜部Ｓ１を含んでいることにより奏する効果、（２）境界面Ｓにおけるクラッド２１２の端面が傾斜部Ｓ１に属していることにより奏する効果、及び、（３）境界面Ｓにおけるコア２１１の端面が垂直部Ｓ２に属していることにより奏する効果は、第１の実施形態に係る構造体１と同様である。したがって、ここでは、これらの効果についての説明は省略し、（４）境界面Ｓにおけるガラス管２１４の端面が傾斜部Ｓ１に属していることにより奏する効果について説明する。
【００８１】
（４）ガラス管の端面が傾斜部に属していることの効果
比較例に係る構造体６においては、境界面Ｓにおけるガラス管６１４の端面は、光ファイバ６１の光軸Ｌとの成す角が９０°となる垂直部Ｓ４に属している。したがって、図６の（ａ）に示すように、境界面Ｓにおけるガラス管６１４の端面に対する戻光の入射角φは、０°となる。このため、戻光は、境界面Ｓにおいて屈折することなく、ガラス管６１４の内部に入射する。そして、ガラス管６１４の内部に入射した戻光の大部分は、ガラス管６１４の側面から漏出することなく、ガラス管６１４の被覆側端面から出射される。したがって、ガラス管６１４の被覆側端面から出射された戻光による被覆６１３の発熱、及び、該発熱による被覆６１３の劣化が生じ易い。
【００８２】
これに対して、本実施形態に係る構造体２において、境界面Ｓにおけるガラス管２１４の端面は、光ファイバ２１の光軸Ｌとの成す角が０°より大きく９０°よりも小さい傾斜部Ｓ１に属している。したがって、図６の（ｂ）に示すように、境界面Ｓにおけるガラス管２１４の端面に対する戻光の入射角φは、０°よりも大きく９０°よりも小さくなる。このため、戻光は、境界面Ｓにおいて屈折した後、ガラス管２１４の内部に入射する。そして、ガラス管２１４に入射した戻光の大部分は、ガラス管２１４の被覆側端面に到達する前にガラス管２１４の側面から漏出する。したがって、ガラス管２１４の被覆側端面から出射された戻光による被覆２１３の発熱、及び、該発熱による被覆２１３の劣化が生じ難い。
【００８３】
すなわち、本実施形態に係る構造体２によれば、戻光による被覆２１３の発熱、及び、該発熱による被覆２１３の劣化が生じる可能性を低減することができる、という効果を奏する。
【００８４】
（構造体の変形例及び製造方法）
本実施形態に係る構造体２も、第１の実施形態に係る構造体１と同様の変形を行うことが可能である。すなわち、光ファイバ２１の端部２１ａの端部の形状を、階段状に変形すること、及び、球面状に変形することが可能である。
【００８５】
また、本実施形態に係る構造体２も、第１の実施形態に係る構造体１と同様に製造することが可能である。すなわち、ガラスブロック２２の一部分を溶融させる溶融工程と、溶融したガラスブロック２２の上記部分に光ファイバ２１の端部２１ａを挿入する挿入工程と、溶融したガラスブロック２２の上記部分を凝固させ、光ファイバ２１とガラスブロック２２とを一体化する凝固工程と、を含む製造方法により製造することが可能である。
【００８６】
〔レーザ装置〕
構造体１を備えたレーザ装置１００について、図７を参照して説明する。図７は、レーザ装置１００の構成を示すブロック図である。
【００８７】
レーザ装置１００は、レーザ光源１０１と、レーザ光源１０１にて生成されたレーザ光を導光するＢＤＯ（Beam Delivery Optics）１０２と、を備えている。レーザ装置１００においては、構造体１がＢＤＯ１０２として用いられている。
【００８８】
なお、レーザ光源１０１は、固体レーザであってもよいし、液体レーザであってもよいし、気体レーザであってもよいし、ファイバレーザであってもよい。また、レーザ光源１０１は、連続発振型のレーザ光源であってもよいし、パルス発振型のレーザ光源であってもよい。連続発振型のレーザ光源としては、例えば、共振器型のファイバレーザが挙げられる。パルス発振型のレーザ光源としては、例えば、ＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザが挙げられる。
【００８９】
〔レーザシステム〕
構造体１を備えたレーザシステム２００について、図８を参照して説明する。図８は、レーザシステム２００の構成を示すブロック図である。
【００９０】
レーザシステム２００は、複数のレーザ光源２０１と、各レーザ光源２０１にて生成されたレーザ光を合波するコンバイナ２０２と、コンバイナ２０２にて合波されたレーザ光を導光するＢＤＯ（Beam Delivery Optics）２０３と、を備えている。レーザシステム２００においては、構造体１がＢＤＯ２０３として用いられている。
【００９１】
なお、各レーザ光源２０１は、固体レーザであってもよいし、液体レーザであってもよいし、気体レーザであってもよいし、ファイバレーザであってもよい。また、各レーザ光源２０１は、連続発振型のレーザ光源であってもよいし、パルス発振型のレーザ光源であってもよい。連続発振型のレーザ光源としては、例えば、共振器型のファイバレーザが挙げられる。パルス発振型のレーザ光源としては、例えば、ＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザが挙げられる。
【００９２】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１，２            構造体
１１，２１        光ファイバ
１１１，２１１    コア
１１２，２１２    クラッド
１１ａ，２１ａ    端部
２１，２２        ガラスブロック
Ｓ                境界面
Ｓ１              傾斜部
Ｓ２              垂直部
１００            レーザ装置
１０１            レーザ光源
１０２            ＢＤＯ（構造体）
【図１】
2020126158.tif 000003
【図２】
2020126158.tif 000004
【図３】
2020126158.tif 000005
【図４】
2020126158.tif 000006
【図５】
2020126158.tif 000007
【図６】
2020126158.tif 000008
【図７】
2020126158.tif 000009
【図８】
2020126158.tif 000010