(57)【要約】【課題】  クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る光デバイス、及び当該光デバイスを備えるレーザ装置を提供する。【解決手段】  コア１１、コアの外周面を囲うコアより屈折率が低いクラッド１２、及び、クラッドの外周面を囲うクラッドより屈折率が低い被覆層１３を有する光ファイバ１０と、光ファイバの少なくとも一部を収容する補強器４０と、補強器の内周面と光ファイバとの間を埋める被覆層より屈折率が高い高屈折率樹脂３０と、を備え、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、被覆層の一部が除かれた被覆除去部１５が光ファイバに複数形成され、コアの中心から延びてそれぞれの被覆除去部の中心を通る半直線上に補強器の内周面が存在する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドの外周面を囲い前記クラッドより屈折率が低い被覆層を有する光ファイバと、
前記光ファイバの少なくとも一部を収容する補強器と、
前記補強器の内周面と前記光ファイバとの間を埋める前記被覆層より屈折率が高い高屈折率樹脂と、
を備え、
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記被覆層の一部が除かれた被覆除去部が前記光ファイバに複数形成され、
コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に前記補強器の内周面が存在する
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記被覆除去部において、前記クラッドと前記高屈折率樹脂とが接する
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は複数の面で構成され、
前記コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に存在する前記面が互いに異なる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に存在する前記面が互いに隣り合っていない
ことを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は、前記コアの中心から前記内周面までの線分を前記コアの中心を基準として前記被覆除去部と前記被覆層との境界を通る位置から前記被覆除去部の中心に向けて回転させるにつれて当該線分が長くなるように形成される部位を有する切り欠きを有する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は、前記コアの中心から延びて前記被覆除去部の中心を通る半直線に近付くにつれて前記光ファイバから遠ざかる部位を有する凹部を有する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記被覆除去部は光ファイバの長手方向に沿って複数形成され、
複数の前記被覆除去部のうち少なくとも一部の前記被覆除去部は、前記光ファイバの長手方向の一方に形成される前記被覆除去部よりも他方に形成される前記被覆除去部の方が面積が大きくなるように形成される
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記被覆除去部は光ファイバの長手方向に沿って複数形成され、
複数の前記被覆除去部のうち少なくとも一部の前記被覆除去部は、前記光ファイバの長手方向の一方から他方に向かうにつれて、互いに隣り合う前記被覆除去部の面積が徐々に大きくなった後に徐々に小さくなるように形成される
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記光ファイバに伝搬する光を出射する少なくとも１つの光源と、
請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイスと、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る光デバイス及び当該光デバイスを備えるレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料等の加工において、加工精度や加工速度が優れていることから、レーザを用いる加工方法が普及しつつある。このような加工に用いられるレーザの中でも、エネルギー効率が良くレーザのスポット径が小さいことから、ファイバレーザ装置が注目されている。ファイバレーザ装置として、活性元素が添加された増幅用光ファイバの両端にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等の反射部材が設けられた共振器を備えており、当該共振器に励起光を入射させて信号光を発振させるものが知られている。また、高出力のファイバレーザ装置では、複数の光源からの励起光を光コンバイナによって合波させてから共振器に入射させる構造が一般的である。
【０００３】
上記のようなファイバレーザ装置では、光ファイバ同士の接続部等において、光ファイバのクラッドに光が結合してクラッドを伝搬するクラッドモード光が意図せず生じる場合がある。また、共振器において吸収されなかった励起光がクラッドに残留して不要なクラッドモード光となる場合もある。このようなクラッドモード光は、伝搬途中や光ファイバの光出射端で熱に変換され、ファイバレーザ装置の故障等の原因となる場合がある。従って、不要なクラッドモード光は低減されることが好ましい。
【０００４】
下記特許文献１には、上記のようなクラッドモード光を除去し得る余剰光除去構造が開示されている。下記特許文献１に記載されている余剰光除去構造は、光ファイバと、光ファイバの一部を収容する収容部と、収容部内に充填される高屈折率樹脂と、を備えている。この余剰光除去構造では、光ファイバのクラッドを覆う被覆層の一部が剥がされてクラッドが露出するクラッド露出部が形成されており、当該クラッド露出部が上記高屈折率樹脂に被覆されている。高屈折率樹脂の屈折率はクラッドの屈折率以上とされ、クラッドを伝搬するクラッドモード光はクラッド露出部から高屈折率樹脂を介して放出されることが下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０１０５６５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に記載の余剰光除去構造において、上記のようにクラッドから光ファイバの外側に出射する光の少なくとも一部は、収容部の内周面に入射し、収容部において熱に変換される。ところで、上記特許文献１の余剰光除去構造では、クラッド露出部は一ヶ所のみである。よって、上記のようにしてクラッドから出射する光は収容部の内周面のうち一部にのみ入射し、収容部の一部のみにおいて熱が発する。このため、上記特許文献１に記載の余剰光除去構造では、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱が偏在する傾向にある。局所的に加熱されると、冷却効率の低下等の不具合が生じる懸念がある。
【０００７】
そこで本発明は、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る光デバイス、及び当該光デバイスを備えるレーザ装置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、本発明の光デバイスは、クラッドの外周面を囲い前記クラッドより屈折率が低い被覆層を有する光ファイバと、前記光ファイバの少なくとも一部を収容する補強器と、前記補強器の内周面と前記光ファイバとの間を埋める前記被覆層より屈折率が高い高屈折率樹脂と、を備え、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記被覆層の一部が除かれた被覆除去部が前記光ファイバに複数形成され、コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に前記補強器の内周面が存在することを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の光デバイスでは、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、被覆除去部が複数形成されているため、クラッドから光ファイバの外側に出射する光は複数個所から高屈折率樹脂へと入射し得る。また、コアの中心から延びてそれぞれの被覆除去部の中心を通る半直線上に補強器の内周面が存在するため、被覆除去部においてクラッドから高屈折率樹脂に入射する光は、高屈折率樹脂を介して補強器の内周面に入射し、補強器において熱に変換され得る。また、被覆除去部が複数形成されることによって、上記のようにして補強器の内周面に入射する光は、補強器の広い範囲に分散されて入射する。このように、上記本発明の光デバイスでは、クラッドから光ファイバの外側に出射する光が分散されて補強器の広い範囲において熱に変換され得る。このため、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在が抑制され得る。
【００１０】
また、前記被覆除去部において、前記クラッドと前記高屈折率樹脂とが接することが好ましい。
【００１１】
被覆除去部においてクラッドと高屈折率樹脂とが接することによって、被覆除去部においてクラッドから高屈折率樹脂へと光がより出射し易くなる。
【００１２】
また、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は複数の面で構成され、前記コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に存在する前記面が互いに異なることが好ましい。
【００１３】
補強器と被覆除去部とがこのように形成されることによって、それぞれの被覆除去部においてクラッドから光ファイバの外側に出射する光は、補強器の内周面のうち互いに異なる面に主に入射する。よって、補強器に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がより抑制され得る。
【００１４】
また、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記コアの中心から延びてそれぞれの前記被覆除去部の中心を通る半直線上に存在する前記面が互いに隣り合っていないことが好ましい。
【００１５】
補強器と被覆除去部とがこのように形成されることによって、それぞれの被覆除去部においてクラッドから光ファイバの外側に出射する光は、補強器の内周面のうち互いに離れた面に主に入射する。よって、補強器に入射する光によって生じる熱がさらに分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００１６】
また、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は、前記コアの中心から前記内周面までの線分を前記コアの中心を基準として前記被覆除去部と前記被覆層との境界を通る位置から前記被覆除去部の中心に向けて回転させるにつれて当該線分が長くなるように形成される部位を有する切り欠きを有することが好ましい。
【００１７】
クラッドから高屈折率樹脂に入射する光は、上記のように主に被覆除去部においてクラッドから出射する。また、このようにクラッドから出射する光の量は、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、被覆層と被覆除去部との境界から被覆除去部の中心に向かうにつれて多くなると考えられる。上記のように補強器の内周面に切り欠きが形成されることによって、切り欠きが形成される面において、クラッドのうち出射する光の量が多い部位程、補強器の内周面との距離が遠くされ得る。光は発散しながら伝搬するため伝搬距離が長くなるにつれて広がることによりパワー密度が減少する。よって、上記のように切り欠きが形成されることによって、補強器の内周面が平らな面とされる場合に比べて広い面積で多くの光を受けることができる。このため、補強器の内周面での単位面積当たりの光の入射量が少なくなり、補強器に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００１８】
また、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面において、前記補強器の内周面は、前記コアの中心から延びて前記被覆除去部の中心を通る半直線に近付くにつれて前記光ファイバから遠ざかる部位を有する凹部を有することが好ましい。
【００１９】
上記のように、クラッドから光ファイバの外側に出射する光の量は、光ファイバの長手方向に垂直な断面において、被覆除去部の中心に向かうにつれて多くなると考えられる。また、上記のように、光は発散しながら伝搬するため伝搬距離が長くなるにつれて広がることによりパワー密度が減少する。よって、被覆除去部の中心と補強器の内周面との距離を長くすることによって、広い面積で多くの光を受けることができる。このため、補強器の内周面での単位面積当たりの光の入射量が少なくなり、補強器に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００２０】
また、前記被覆除去部は光ファイバの長手方向に沿って複数形成され、複数の前記被覆除去部のうち少なくとも一部の前記被覆除去部は、前記光ファイバの長手方向の一方に形成される前記被覆除去部よりも他方に形成される前記被覆除去部の方が面積が大きくなるように形成されることが好ましい。
【００２１】
光ファイバの長手方向に沿って形成される複数の被覆除去部の面積が徐々に大きくされることによって、クラッドモード光の伝搬方向に合わせて複数の被覆除去部の面積が徐々に大きくされ得る。よって、クラッドモード光の伝搬方向の上流側の部位、すなわちクラッドモード光が相対的に多い部位では被覆除去部の面積を小さくし、クラッドモード光の伝搬方向の下流側の部位、すなわちクラッドモード光が相対的に少ない部位では被覆除去部の面積を大きくし得る。このため、光ファイバの長手方向に沿って形成されるそれぞれの被覆除去部において、クラッドから出射する光の量の差が低減され得る。よって、補強器に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００２２】
また、前記被覆除去部は光ファイバの長手方向に沿って複数形成され、複数の前記被覆除去部のうち少なくとも一部の前記被覆除去部は、前記光ファイバの長手方向の一方から他方に向かうにつれて、互いに隣り合う前記被覆除去部の面積が徐々に大きくなった後に徐々に小さくなるように形成されることが好ましい。
【００２３】
クラッドモード光は、光源から出射された光が光ファイバ同士の接続部等で意図せずクラッドに漏れることで生じたり、光ファイバから出射された光が反射光なってクラッドに戻ってくることによって生じたりする。すなわち、クラッドモード光は、光ファイバの双方向に伝搬し得る。光ファイバの長手方向に沿って複数の被覆除去部の面積が徐々に大きくなった後に徐々に小さくなることによって、光ファイバの長手方向に沿って形成されるそれぞれの被覆除去部において、光ファイバを双方向に伝搬するクラッドモード光がクラッドから出射する量の差が低減され得る。よって、補強器に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００２４】
また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、前記光ファイバに伝搬する光を出射する少なくとも１つの光源と、上記本発明の光デバイスと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記のように、上記本発明の光デバイスは、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る。よって、上記本発明のレーザ装置では、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在が抑制され得る。
【００２６】
以上のように本発明によれば、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る光デバイス、及び当該光デバイスを備えるレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す光デバイスの光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った光ファイバの長手方向に平行な光デバイスの断面図である。
【図４】図２に示す矢印ＩＶの方向から見た光ファイバの側面図である。
【図５】本発明の変形例に係る光デバイスの光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図６】本発明の他の変形例に係る光デバイスを図３と同様に示す断面図である。
【図７】本発明の更なる他の変形例に備えられる光ファイバを図４と同様に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る光デバイス及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、光源２、光源２からの光を伝搬する光ファイバ１０、及び、光ファイバ１０の一部を含む光デバイス３を主な構成として備える。
【００３０】
光源２は、励起光源２０、光コンバイナ２３、増幅用光ファイバ２５、増幅用光ファイバ２５の一方側に接続される光ファイバ２４、光ファイバ２４に設けられる第１ＦＢＧ２７、増幅用光ファイバ２５の他方側に接続される光ファイバ２６、及び光ファイバ２６に設けられる第２ＦＢＧ２８を主な構成として備える。また、増幅用光ファイバ２５と第１ＦＢＧ２７と第２ＦＢＧ２８とで共振器を構成している。
【００３１】
励起光源２０は、複数のレーザダイオード２１から構成され、レーザダイオード２１は、本実施形態においては、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１は光ファイバ２２に接続されており、レーザダイオード２１から出射する励起光は光ファイバ２２を伝播する。
【００３２】
増幅用光ファイバ２５は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも低くされている。増幅用光ファイバ２５のコアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源２０から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。増幅用光ファイバ２５の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、内側クラッドの材料には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されてもよい。外側クラッドは、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば紫外線硬化性樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッドよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。増幅用光ファイバ２５の被覆層を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、外側クラッドが樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化性樹脂とされる。
【００３３】
増幅用光ファイバ２５の一方側に接続される光ファイバ２４は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ２４のコアは、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ２５のコアと略同様の構成とされる。光ファイバ２４のコアは増幅用光ファイバ２５のコアと接続され、光ファイバ２４の内側クラッドは増幅用光ファイバ２５の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ２４のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ２７が設けられている。こうして第１ＦＢＧ２７は、増幅用光ファイバ２５の一方側に設けられている。第１ＦＢＧ２７は、光ファイバ２４の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ２５の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ２７の反射率は、後述の第２ＦＢＧ２８の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。また第１ＦＢＧ２７が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば１０９０ｎｍとされる。
【００３４】
増幅用光ファイバ２５の他方側に接続される光ファイバ２６は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ２６のコアは増幅用光ファイバ２５のコアと接続され、光ファイバ２６のクラッドは増幅用光ファイバ２５の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ２６のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ２８が設けられている。こうして第２ＦＢＧ２８は、増幅用光ファイバ２５の他方側に設けられている。第２ＦＢＧ２８は、光ファイバ２６の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ２７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ２７よりも低い反射率で反射するように構成される。第２ＦＢＧ２８は、第１ＦＢＧ２７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を５％〜５０％の反射率で反射することが好ましく、５％〜１０％の反射率で反射することがより好ましい。
【００３５】
光コンバイナ２３では、それぞれの光ファイバ２２のコアと光ファイバ２４の内側クラッドとが接続されている。従って、それぞれのレーザダイオード２１から出射する励起光が伝播する光ファイバ２２と増幅用光ファイバ２５の内側クラッドとは、光ファイバ２４の内側クラッドを介して光学的に結合されている。
【００３６】
図２は、図１に示す光デバイスの光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。本実施形態の光デバイス３は、光ファイバ１０、補強器４０、及び、高屈折率樹脂３０を主な構成として備える。
【００３７】
光ファイバ１０は、上記光ファイバ２６の一部であってもよく、光ファイバ２６に接続される他の光ファイバであってもよい。光ファイバ１０は、コア１１、コア１１の外周面を囲うクラッド１２、及び、クラッド１２の外周面を囲う被覆層１３を有する。コア１１を構成する材料としては、例えば屈折率を高くするゲルマニウム等のドーパントが添加された石英を挙げることができる。クラッド１２はコア１１より屈折率が低い材料からなる。クラッド１２を構成する材料としては、例えば純粋な石英が挙げられる。被覆層１３はクラッド１２より屈折率が低い材料からなる。被覆層１３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。光ファイバ１０は、例えば、コア１１の直径が１００μｍ程度、クラッド１２の外径が３６０μｍ程度の光ファイバとされる。
【００３８】
図２に示すように、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、被覆層１３は複数個所で取り除かれ、被覆除去部１５が形成されている。被覆除去部１５では、クラッド１２と高屈折率樹脂３０とが接する。本実施形態の被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、２つ形成されている。また、それぞれの被覆除去部１５は、互いに対向する位置に形成されている。すなわち、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、一方の被覆除去部１５と他方の被覆除去部１５とは、光ファイバ１０の中心軸を基準として１８０℃異なる方向に形成される。
【００３９】
図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った光ファイバの長手方向に平行な光デバイスの断面図である。また、図４は、図２に示す矢印ＩＶの方向から見た光ファイバの側面図である。本実施形態の被覆層１３は、図３及び図４に示すように、光ファイバ１０の長手方向において、断続的に複数個所で取り除かれている。すなわち、被覆除去部１５は光ファイバ１０の長手方向に沿って断続的に複数形成されている。また、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて、互いに隣り合う被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向に沿う方向の幅が徐々に大きくなった後に徐々に小さくなっている。そのため、本実施形態の複数の被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて、互いに隣り合う被覆除去部１５の面積が徐々に大きくなった後に徐々に小さくなるように形成されている。なお、図２に示す角θは、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面における一つの被覆除去部１５について、コア１１の中心から延びて当該被覆除去部１５と被覆層１３との境界と通る２本半直線が成す角である。当該角θは、９０°未満であることが望ましい。
【００４０】
補強器４０は、光ファイバ１０の少なくとも一部を収容する。本実施形態の補強器４０は、光ファイバ１０を収容する収容部４０Ｈを有する本体４１と収容部４０Ｈを塞ぐように本体４１に固定される蓋体４２とを有する。蓋体４２は、例えば不図示のねじ等によって本体４１に固定される。また、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、本体４１の内周面は、互いに対向する第２面４１ａ及び第３面４１ｃ、第２面４１ａと第３面４１ｃとの間に形成される第１面４１ｂを有する。第１面４１ｂは第２面４１ａ及び第３面４１ｃより大きく、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、収容部４０Ｈは深さよりも幅が大きく形成されている。
【００４１】
第１面４１ｂは、２つの被覆除去部１５の間の被覆層１３と対向する面である。すなわち、第１面４１ｂは、コア１１の中心から延びてそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上に存在しない。また、第１面４１ｂは、平面と、当該平面の第２面４１ａ側及び第３面４１ｃ側のそれぞれにおいて当該平面に対して光ファイバ１０が備えられる側とは反対側に切り欠かれた切り欠き４４と、を有する。より具体的には、第１面４１ｂは、図２に示すように、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、２つの被覆除去部１５の中心を通る直線ＩＩＩ−ＩＩＩに対して平行に形成される部分と、当該部分の両端に形成される切り欠き４４と、を有する。コア１１の中心から補強器４０の内周面までの線分を線分Ｌ１とするとき、それぞれの切り欠き４４は、以下のように形成されている。すなわち、切り欠き４４は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、コア１１の中心を基準として線分Ｌ１を被覆除去部１５と被覆層１３との境界を通る位置から被覆除去部１５の中心に向けて回転させるにつれて線分Ｌ１が長くなるように形成される部位を有する。第２面４１ａ側の切り欠き４４は、コア１１の中心から被覆除去部１５と第１面４１ｂ側の被覆層１３との境界のうち第２面４１ａ側の境界を通る線分Ｌ１が第１面４１ｂに交わる交点から第２面４１ａまで切り欠かれている。また、第３面４１ｃ側の切り欠き４４は、コア１１の中心から被覆除去部１５と第１面４１ｂ側の被覆層１３と境界のうち第３面４１ｃ側の境界を通る線分Ｌ１が第１面４１ｂに交わる交点から第３面４１ｃまで切り欠かれている。
【００４２】
第２面４１ａ及び第３面４１ｃは、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、コア１１の中心から延びてそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上に存在する面である。また、第２面４１ａ及び第３面４１ｃは、それぞれ光ファイバ１０が備えられる側とは反対側に凹んだ凹部４３を有する。より具体的には、第２面４１ａ及び第３面４１ｃは、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、２つの被覆除去部１５の中心を通る直線ＩＩＩ−ＩＩＩに対して垂直に形成される部分と凹部４３とを有する。それぞれの凹部４３は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、コア１１の中心から延びて被覆除去部１５の中心を通る半直線に近付くにつれて光ファイバ１０から遠ざかる部位を有する。本実施形態の凹部４３は、放物線状に形成され、被覆除去部１５の中心と対向する部位がコア１１の中心から最も遠くなるように形成される。
【００４３】
このような補強器４０は、熱伝導性の材料で構成される。補強器４０を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、窒化アルミニウム等を挙げることができる。補強器４０で後述するようにして生じる熱が放熱され易くする観点からは、補強器４０は水等の冷媒によって冷却されることが好ましい。
【００４４】
高屈折率樹脂３０は、補強器４０の内周面と光ファイバ１０の外周面との間を埋めるように充填される。高屈折率樹脂３０の屈折率は、被覆層１３の屈折率より高く、クラッド１２の屈折率以上であることが好ましい。また、高屈折率樹脂３０は、補強器４０の内周面及び光ファイバ１０の外周面に隙間なく密着するように充填されることが好ましい。高屈折率樹脂３０を構成する樹脂は、少なくとも光ファイバ１０のクラッド１２を伝搬するクラッドモード光と同じ波長の光を透過する樹脂である。高屈折率樹脂３０としてクラッドモード光の透過率が高い樹脂が用いられることによって、高屈折率樹脂３０における吸熱が抑制され得る。高屈折率樹脂３０を構成する樹脂としては、例えばシリコーン樹脂等が挙げられる。
【００４５】
次に、本実施形態のレーザ装置１の動作及び作用について説明する。
【００４６】
まず、励起光源２０のそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出射されると、この励起光が光ファイバ２４の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ２５の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ２５の内側クラッドに入射した励起光は主に増幅用光ファイバ２５の内側クラッドを伝播して、増幅用光ファイバ２５のコアを通過する際に当該コアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば活性元素がイッテルビウムである場合、１０９０ｎｍの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ２５のコアを伝播して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ２７により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ２８が反射する波長の光が第２ＦＢＧ２８で反射されて、共振器内を往復する。そして、第１ＦＢＧ２７及び第２ＦＢＧ２８で反射される光が増幅用光ファイバ２５のコアを伝播するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第１ＦＢＧ２７と第２ＦＢＧ２８との間を共振する光のうち一部の光が第２ＦＢＧ２８を透過し、光ファイバ１０を介して出射する。光ファイバ１０から出射した光は加工対象物等に照射される。
【００４７】
上記のように光源２からの光が光ファイバ１０を介して出射する過程において、光ファイバ同士の接続部等で意図せず光がクラッド１２に入射したり、共振器において吸収されなかった励起光がクラッド１２に残留したりして、不要なクラッドモード光が生じる場合がある。また、光ファイバ１０から出射した光の一部が加工対象物等の表面で反射され、さらにその反射光の一部がクラッド１２に入射する場合もある。このように、クラッドモード光は、光ファイバ１０の双方向に伝搬し得る。
【００４８】
本実施形態の光デバイス３は、上記のように、光ファイバ１０と、光ファイバ１０の少なくとも一部を収容する補強器４０と、補強器４０の内周面と光ファイバ１０との間を埋める被覆層１３より屈折率が高い高屈折率樹脂３０と、を備える。高屈折率樹脂３０は被覆層１３より屈折率が高いため、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は、被覆層１３で被覆されている部位よりも被覆除去部１５から出射し易い。よって、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は、主に複数の被覆除去部１５において高屈折率樹脂３０に入射する。また、コア１１の中心から延びてそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上に補強器４０の内周面が存在するため、被覆除去部１５においてクラッド１２から高屈折率樹脂３０に入射する光は、高屈折率樹脂３０を介して補強器４０の内周面に入射し、補強器４０において熱に変換され得る。また、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、被覆層１３が除かれてクラッド１２と高屈折率樹脂３０とが接する被覆除去部１５が複数形成されているため、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は複数個所から高屈折率樹脂３０へと入射する。このため、上記のようにして補強器４０の内周面に入射する光は、補強器４０の広い範囲に分散されて入射する。このように、本実施形態の光デバイス３では、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光が分散されて補強器４０の広い範囲において熱に変換され得る。このため、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光による熱の偏在が抑制され得る。
【００４９】
また、本実施形態の光デバイス３では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、補強器４０の内周面は複数の面で構成され、コア１１の中心から延びてそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上に存在する面が互いに異なる。すなわち、本実施形態の光デバイス３では、コア１１の中心から一方の被覆除去部１５の中心を通る半直線上に第２面４１ａが存在し、コア１１の中心から他方の被覆除去部１５の中心を通る半直線上に第３面４１ｃが存在している。補強器４０と被覆除去部１５とがこのように形成されることによって、それぞれの被覆除去部１５においてクラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は、補強器４０の内周面のうち互いに異なる面に主に入射する。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がより抑制され得る。
【００５０】
また、本実施形態の光デバイス３では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、コア１１の中心から延びてそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上に存在する面が互いに隣り合っていない。補強器４０と被覆除去部１５とがこのように形成されることによって、それぞれの被覆除去部１５においてクラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は、補強器４０の内周面のうち互いに離れた面に主に入射する。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がさらに分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００５１】
ところで、蓋体４２は、本体４１の収容部４０Ｈに高屈折率樹脂３０を充填した後に本体４１に固定される。この過程において、本体４１と高屈折率樹脂３０とを隙間なく密着させる方が、蓋体４２高屈折率樹脂３０とを隙間なく密着させるよりも容易である。補強器４０の内周面と高屈折率樹脂３０との間に空気等を含む隙間が形成されると、当該隙間と高屈折率樹脂３０との界面で光が反射され、クラッド１２から出射する光が補強器４０の内周面に入射し難くなる場合がある。本実施形態の被覆除去部１５の中心は、上記のように本体４１の内周面と対向している。よって、被覆除去部１５から補強器４０の内周面までの光路上に隙間が形成され難く、被覆除去部１５においてクラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光は補強器４０の内周面に効率良く入射し得る。
【００５２】
また、本実施形態の光デバイス３では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、補強器４０の内周面のうち第１面４１ｂは、切り欠き４４を有する。切り欠き４４は、コア１１の中心から補強器４０の内周面までの線分Ｌ１をコア１１の中心を基準として被覆除去部１５と被覆層１３との境界を通る位置から被覆除去部１５の中心に向けて回転させるにつれて線分Ｌ１が長くなるように形成される部位を有する。ところで、クラッド１２から高屈折率樹脂３０に入射する光は、上記のように主に被覆除去部１５においてクラッド１２から出射する。また、このようにクラッド１２から出射する光の量は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、被覆層１３と被覆除去部１５との境界から被覆除去部１５の中心に向かうにつれて多くなると考えられる。上記のように第１面４１ｂに切り欠き４４が形成されることによって、クラッド１２のうち出射する光の量が多い部位程、第１面４１ｂとの距離が遠くされ得る。光は発散しながら伝搬するため伝搬距離が長くなるにつれて広がることによりパワー密度が減少する。よって、上記のように切り欠き４４が形成されることによって、第１面４１ｂは、第１面４１ｂが平らな面とされる場合に比べて広い面積で多くの光を受けることができる。よって、第１面４１ｂでの単位面積当たりの光の入射量が少なくなり、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００５３】
また、本実施形態の光デバイス３では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、補強器４０の内周面のうち第２面４１ａ及び第３面４１ｃはそれぞれ凹部４３を有する。凹部４３は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、コア１１の中心から延びて被覆除去部１５の中心を通る半直線に近付くにつれて光ファイバ１０から遠ざかる部位を有する。上記のように、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光の量は、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、被覆除去部１５の中心に向かうにつれて多くなると考えられる。また、上記のように、光は発散しながら伝搬するため伝搬距離が長くなるにつれて広がることによりパワー密度が減少する。よって、上記のように凹部４３が形成されることによって、第２面４１ａ及び第３面４１ｃは、第２面４１ａ及び第３面４１ｃが平らな面とされる場合に比べて広い面積で多くの光を受けることができる。よって、第２面４１ａ及び第３面４１ｃでの単位面積当たりの光の入射量が少なくなり、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００５４】
また、本実施形態の光デバイス３では、被覆除去部１５は光ファイバ１０の長手方向に沿って複数形成され、複数の被覆除去部１５のうち少なくとも一部の被覆除去部１５の面積は、光ファイバ１０の長手方向に沿って徐々に大きくなった後に徐々に小さくなる。このため、光ファイバ１０の長手方向に沿って形成されるそれぞれの被覆除去部１５において、光ファイバ１０を双方向に伝搬するクラッドモード光がクラッド１２から出射する量の差が低減され得る。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。
【００５５】
また、上記のように、図２に示す角θは９０°未満とされることが好ましい。角θが９０°未満とされることによって、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において最大で４つの被覆除去部１５を形成することができる。そのため、光ファイバ１０から四方向に分けてクラッドモード光を出射させることができる。よって、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光による熱の偏在が抑制され得る。
【００５６】
以上のように本実施形態の光デバイス３は、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る。よって、光デバイス３を備える上記本実施形態のレーザ装置１では、クラッド１２から光ファイバ１０の外側に出射する光による熱の偏在が抑制され得る。
【００５７】
以上、本発明について、上記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。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、補強器４０の内周面において、第１面４１ｂに切り欠き４４が形成されると共にそれぞれの第２面４１ａ及び第３面４１ｃに凹部４３が形成される例を挙げて説明したが、これらの切り欠き４４及び凹部４３は必須の構成ではない。例えば、図５は、本発明の変形例に係る光デバイスの光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図５に示す光デバイス３ａでは、第２面４１ａ及び第３面４１ｃに凹部４３が形成されておらず、第２面４１ａ及び第３面４１ｃはそれぞれ直線ＩＩＩ−ＩＩＩに対して垂直な平坦面である。例えば、第２面４１ａ及び第３面４１ｃが被覆除去部１５から十分に離れている場合、第２面４１ａ及び第３面４１ｃにおける単位面積当たりのクラッドモード光の入射量を少なくすることができるため、本変形例のように凹部４３が形成されなくてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、図３に示すように、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において対向するように形成される２つの被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向に平行な方向における位置が互いに一致している。しかし、本発明の光デバイスはこのような形態に限定されない。図５は、本発明の他の変形例に係る光デバイスの光ファイバの長手方向に平行な断面図である。図５に示す光デバイス３ｂでは、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において対向するように形成される２つの被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向に平行な方向における位置が互いにずれている。このように複数の被覆除去部１５が形成されることによって、複数の被覆除去部１５においてクラッド１２から出射する光が補強器４０の内周面に入射する位置をずらすことができる。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がより抑制され得る。
【００６０】
また、上記実施形態では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、補強器４０の内周面は複数の面で構成され、補強器４０の内周面のうちコア１１の中心からそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上の面は互いに隣り合っていない例を挙げて説明した。しかし、補強器４０の内周面のうちコア１１の中心からそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上の面は互いに隣り合っていてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、補強器４０の内周面は複数の面で構成され、補強器４０の内周面のうちコア１１の中心からそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上の面は互いに異なる例を挙げて説明した。しかし、コア１１の中心からそれぞれの被覆除去部１５の中心を通る半直線上の面は同じ面であってもよい。また、補強器４０の内周面が一つの曲面で構成されてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、複数の被覆除去部１５の面積が光ファイバ１０の長手方向に沿って徐々に大きくなった後に徐々に小さくなる例を挙げて説明したが、複数の被覆除去部１５の面積は一定であってもよい。ただし、複数の被覆除去部１５のうち少なくとも一部の被覆除去部１５の面積は、光ファイバ１０の長手方向に沿って徐々に大きくなることが好ましい。光ファイバ１０の長手方向に沿って複数の被覆除去部１５の面積が徐々に大きくされることによって、クラッドモード光の伝搬方向に合わせて複数の被覆除去部１５の面積が徐々に大きくされ得る。よって、クラッドモード光の伝搬方向の上流側の部位、すなわちクラッドモード光が相対的に多い部位では被覆除去部１５の面積を小さくし、クラッドモード光の伝搬方向の下流側の部位、すなわちクラッドモード光が相対的に少ない部位では被覆除去部１５の面積を大きくし得る。このため、光ファイバ１０の長手方向に沿って形成されるそれぞれの被覆除去部１５において、クラッド１２から出射するクラッドモード光の量の差が低減され得る。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がより抑制され得る。
【００６３】
また、複数の被覆除去部１５の面積を変化させる場合について、上記実施形態では、複数の被覆除去部１５の光ファイバ１０の長手方向に平行な方向の幅が変化する形態を例示して説明した。しかし、複数の被覆除去部１５の周方向の大きさが変えられることによって、複数の被覆除去部１５の面積が変えられてもよい。この場合、複数の被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向に沿って連続して形成されてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、光ファイバ１０を側面から見る場合に複数の被覆除去部１５の形状が長方形である例を挙げて説明したが、被覆除去部１５の形状は特に限定されない。図７は、本発明の更なる他の変形例に備えられる光ファイバ１０を図４と同様に示す側面図である。本変形例に係る光ファイバ１０では、光ファイバ１０を側面から見る場合に複数の被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて幅が徐々に変化している。より具体的には、光ファイバ１０の長手方向に沿って所定の位置から一方側に形成される被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて幅が徐々に広くなる形状を有する。また、上記所定の位置から一方側には複数の被覆除去部１５が形成され、これらの被覆除去部１５のうち光ファイバ１０の長手方向の一方側に形成される被覆除去部１５は、他方側に形成される被覆除去部１５よりも幅が狭くなっている。また、光ファイバ１０の長手方向に沿って上記所定の位置から他方側に形成される被覆除去部１５は、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて幅が徐々に狭くなる形状を有する。また、上記所定の位置から他方側には複数の被覆除去部１５が形成され、これらの被覆除去部１５のうち光ファイバ１０の長手方向の一方側に形成される被覆除去部１５は、他方側に形成される被覆除去部１５よりも幅が広くなっている。なお、図７にはそれぞれの被覆除去部１５の形状が台形である例が示されているが、本変形例においてそれぞれの被覆除去部１５の形状は、光ファイバ１０の長手方向の一方から他方に向かうにつれて幅が徐々に変化していればよい。すなわち、光ファイバ１０を側面から見る場合にそれぞれの被覆除去部１５の形状は、例えば台形の斜辺に相当する部位が階段状や曲線状とされてもよい。このような本変形例にかかる光ファイバ１０では、クラッドモード光が光ファイバ１０の双方向に伝搬する場合、それぞれの被覆除去部１５において、クラッドモード光は、上流側の方より下流側において相対的に出射し易くなる。上記のようにクラッドモード光の伝搬方向の上流側は相対的にクラッドモード光が多く、クラッドモード光の伝搬方向の下流側は相対的にクラッドモード光が少ない。よって、本変形例の被覆除去部１５では、相対的にクラッドモード光が多い部位よりもクラッドモード光が少ない部位でクラッドモード光が出射し易くなり、クラッド１２から出射する光の量の差が低減され得る。よって、補強器４０に入射する光によって生じる熱がより分散され、当該熱の偏在がさらに抑制され得る。なお、クラッドモード光が主に一方向にのみ伝搬する場合、当該伝搬方向に沿って幅が徐々に広くなるように複数の被覆除去部１５が形成されればよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、光ファイバ１０の長手方向に垂直な断面において、互いに対向する２つの被覆除去部１５が形成される形態を例示して説明したが、被覆除去部１５が形成される位置は特に限定されず、被覆除去部１５の数は複数であればよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、光ファイバ１０の長手方向に沿って断続的に複数の被覆除去部１５が形成される形態を例示して説明したが、被覆除去部１５は光ファイバ１０の長手方向に沿って連続的に形成されてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、光源２が共振器型のファイバレーザ装置である例を挙げて説明したが、光源２は、他のファイバレーザ装置や固体レーザ装置であってもよい。光源２がファイバレーザ装置とされる場合、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であってもよい。また、光源２の数は特に限定されず、少なくとも１つ備えられていればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明によれば、クラッドから光ファイバの外側に出射する光による熱の偏在を抑制し得る光デバイス、及び当該光デバイスを備えるレーザ装置が提供され、ファイバレーザ装置や光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・レーザ装置
２・・・光源
３・・・光デバイス
１０・・・光ファイバ
１１・・・コア
１２・・・クラッド
１３・・・被覆層
１５・・・被覆除去部
３０・・・高屈折率樹脂
４０・・・補強器
４１・・・本体
４１ａ・・・第２面
４１ｂ・・・第１面
４１ｃ・・・第３面
４２・・・蓋体
４３・・・凹部
４４・・・凹部
Ｌ１・・・線分
Ｐ１・・・交点
【図１】
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【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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