(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低モード(「LM」)高パワー結合器であって、
それぞれのシングルモード(「SM」)出力をガイドする複数のSMパッシブファイバであって、端部ファイバへ向けて細くなるテーパを規定するようにともに束ねられ、前記端部ファイバは、結合されたLM信号光を伝搬方向へガイドするコアと、少なくとも1つのクラッドとを有する、複数のSMパッシブファイバと、
前記端部ファイバに接合して接合部を画定するパッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバであって、前記LM信号光をガイドするコアを囲むクラッドを有し、前記LM信号光は、入射光を部分的に反射するワークピースに入射し、これによって、反射した光の一部が、前記反射した光を反伝搬方向にガイドする前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバのコアに結合されるようになる、パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバと、
前記端部ファイバを囲み、前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバの一部に延びている第１のクラッドモードアブソーバ(「CMA」)と、
を備え、
前記第１のクラッドモードアブソーバは、
前記端部ファイバに沿って延び、前記接合部から離れた上流において終端する上流ゾーンであって、前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバのコアへ結合され、前記端部ファイバのクラッドへの前記接合部を介して漏出した、前記反射した光の一部をストリップするように構成された上流ゾーンと、
前記接合部と、前記接合部に接する端部ファイバおよび前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバそれぞれの領域に延びている中間ゾーンであって、前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバのクラッドへ漏出したLM信号光の一部の離脱を阻止するように構成された中間ゾーンと、
前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバ上に延びており、その下流端部から離れて終端する下流ゾーンであって、前記クラッドに沿ってガイドされた前記LM信号光の低開口数(「NA」)光線を散乱するように構成された下流ゾーンと、
で構成される、LM高パワー結合器。
【請求項２】
前記CMAは、
前記上流ゾーンに沿った前記端部ファイバのクラッドの屈折率よりも高い第1の屈折率と、
前記接合部に接し、前記中間ゾーンを規定しているそれぞれのファイバ領域のクラッドの屈折率に最大でも等しい第2の屈折率と、
前記下流ゾーンに沿った前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバのクラッドの屈折率に最大でも等しい第3の屈折率と、
を有するように構成された高分子を含み、前記下流ゾーンの高分子は、前記LM信号光の一部を散乱するように構成された複数のディフューザでドープされている、請求項1に記載のLM高パワー結合器。
【請求項３】
前記ディフューザは、酸化アルミニウム(Al2O3)の粒子を含む、請求項2に記載のLM高パワー結合器。
【請求項４】
前記SMパッシブファイバそれぞれは、
二酸化珪素物(SiO2)から形成された内部レイヤと、
二酸化珪素物(SiO2)から形成され、フッ素(F)イオンでドープされた外部レイヤと、で構成される、請求項1に記載のLM高パワー結合器。
【請求項５】
前記第１のクラッドモードアブソーバを収納するハウジングをさらに備え、前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバの外部レイヤは、前記下流ゾーンの大部分と、前記中間ゾーンとに沿った保護コーティングからストリップされる、請求項1に記載のLM高パワー結合器。
【請求項６】
交互配置されるピークと谷とを伴う連続的な周辺部を規定するために、13本のSMパッシブファイバがともに束ねられる、請求項1に記載のLM高パワー結合器。
【請求項７】
19/1結合器または7/1結合器をそれぞれ規定する6つの追加のファイバまたは6つのより少ないSMパッシブファイバ、をさらに備える、請求項6に記載のLM高パワー結合器。
【請求項８】
前記LM信号光は、1.7乃至4.0の範囲のビームプロダクトパラメータを有する前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバの下流端から放出される、請求項7に記載のLM高パワー結合器。
【請求項９】
前記コア内に結合された前記反射した光を検出するように動作可能な上流光検出器、をさらに備える、請求項1に記載のLM高パワー結合器。
【請求項１０】
請求項1乃至9のいずれか一項のLM高パワー結合器と、
下流接合部を画定するように、前記パッシブマルチモード（MM）結合器出力ファイバに結合されたマルチモード(「MM」)パッシブシステム出力ファイバと、
前記MMパッシブシステム出力ファイバおよびMMパッシブ伝送ファイバそれぞれの隣接領域を囲んでおり、前記伝搬方向における前記LM信号光の高NA光線の伝搬を最小化するように構成された第２のクラッドモードアブソーバ(「CMA」)であって、上流領域および下流領域で構成された第２のクラッドモードアブソーバ(「CMA」)と、
を備え、
前記上流領域は、前記MMパッシブシステム出力ファイバのクラッドの屈折率に最大でも等しい屈折率を有する重合体ホスト材料と、前記重合体ホスト材料にドープされた複数のディフューザと、を含み、
前記下流領域は、前記MMパッシブシステム出力ファイバのクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する重合体材料で構成される、高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１１】
前記複数のディフューザが、酸化アルミニウム(Al2O3)の粒子を含む、請求項10に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１２】
前記MMパッシブシステム出力ファイバおよび前記MMパッシブ伝送ファイバそれぞれの隣接領域が、それぞれの保護レイヤからストリップされる、請求項10に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１３】
前記MMパッシブシステム出力ファイバおよび前記MMパッシブ伝送ファイバは、互いに一致するそれぞれのコア直径で構成される、請求項10に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１４】
前記MMパッシブシステム出力ファイバの下流端部と、前記MMパッシブ伝送ファイバの上流端部と、のそれぞれに結合された両端部を有するストリップファイバをさらに備え、前記MMパッシブ伝送ファイバは、前記反射した光をともに受け取るコアとクラッドとで構成される、請求項10に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１５】
前記MMパッシブシステム出力ファイバ、ストリップファイバ、およびMMパッシブ伝送ファイバはそれぞれ、互いに一致するように寸法決めされたそれぞれのコアで構成される、請求項14に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【請求項１６】
前記ストリップファイバのクラッドに沿って伝搬する前記反射した光のパワー密度を低減するために、前記ストリップファイバのクラッドの外径が、前記MMパッシブシステム出力ファイバおよび前記MMパッシブ伝送ファイバの外径よりも大きい、請求項15に記載の高パワーファイバレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、この出願と同時に米国特許庁に出願された米国仮出願に関連しており、その全体が参照によって本明細書に完全に組み込まれている。
【０００２】
本開示は、高パワーファイバレーザシステムに関する。特に、本開示は、kWレベルの高品質レーザ出力を放出し、所望されない前方伝搬光および後方反射されたクラッド光を効率的に除去するように動作可能なクラッドモードアブソーバで構成された高パワー低損失低モード(「LM」)ファイバシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
高パワーkWレベルファイバレーザシステムは、ますます多くの用途に使用される。ファイバレーザが商用展開に向けて成長するにつれ、そのパワーにおける強い集束性、品質および信頼性、また、その部品の品質および信頼性が要求される。この分野における現在の進歩によって、信頼性要件は、数キロワットレベルに達するますます高くなるパワーレベルでなされる。所望のパワーレベルを可能にするために、複数のシングルモード(「SM」)ファイバレーザシステムが、光学的および機械的に結合器内でともに結合される。低モード(「LM」)出力を有する、kWパワーレベルの実行および出力の放出を効率的に行うために、結合器は、前方方向および後方反射方向におけるパワー損失およびファイバの機械的結合のように、いくつかが本明細書において特に興味のある構造的な困難に首尾良く対処する必要がある。
【０００４】
一般に、高パワー結合器を製造するプロセスは、それぞれのファイバレーザ/増幅器の揃えられた出力ファイバを束ねるステップと、束を先細にするステップと、先細にされた束を、裂いて、システム出力伝送ファイバに接合するステップとを含む。胴部がさらに半分に切断されたボウタイ構成を最初に仮定する結合器の製造は、結果的に、クラッドの構造的な欠陥(バリ)に至り得る。これはさらに、結合器の配置中に、出力レーザビームの品質およびそのパワーに決定的な影響を与え得る。
【０００５】
数kWに達するファイバレーザシステムの出力では、前方伝搬する、コアによってガイドされる光が、空気-石英界面を介して伝搬すると、クラッドに漏出する傾向がある。一旦クラッドに入ると、高パワー信号光は、クラッドの周囲を囲み、ファイバを機械的な負荷から保護している重合体コーティングに、熱的な負荷をもたらす。
【０００６】
したがって、コアから離脱した前方伝搬信号光の所望されない結果に効率的に対処することが可能なデバイスにニーズがある。
【０００７】
前方伝搬信号光に加えて、レーザ処理されるべき表面から反射され、さらに、後方反射光と称される光もまた、結合器自身と、結合器から上流にあるシステム構成要素との両方に損傷を与える。前方伝搬光と同様に、後方反射光は、個々のファイバレーザシステムへ戻る前に導波管から除去されねばならない。
【０００８】
要約すると、LM導波管の出力において最大kWの光学パワーを達成するために、結合器は、以下を可能にする特別な構成を必要とする。
(1)出力ビームの品質を下げることなく、入力ファイバをともに確実に固定する。
(2)前方および後方の伝搬光のパワー損失を効率的に分散し利用する。
(3)熱誘導変形の結果としての環境的な不純物からファイバを保護する。
【０００９】
前述されたSM-LM結合器に基づき、数kWに達する高品質プロダクトパラメータビームを放出することが可能な、高パワーファイバレーザシステムに対するさらなるニーズがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国仮出願第61/653,108号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、上記列挙された条件を満たすように構成されたクラッドアブソーバを備えるLM高パワーファイバレーザシステムに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の1つの態様に従って、それぞれの個々のSMファイバレーザシステムの出力ファイバは、SM出力ファイバ間の確実な結合を改善し、かつ、SM-LM結合器の製造中におけるファイバコアの損傷の可能性を最小化するような、マルチレイヤ構造を有する。このマルチレイヤ構造は、内部レイヤおよび外部レイヤを含む。内部レイヤは、二酸化珪素(SiO2)を含む一方、外部レイヤは、フッ素(「F」)のイオンをドープされたSiO2から形成され、比較的低い融点を有している。外部レイヤが存在することで、結合器の製造中、個々のファイバ構成要素への損傷を実質的に最小化する。
【００１３】
本開示の別の態様に従って、SM-LM結合器は、所望されない前方伝搬光および後方反射光を効率的に除去することが可能なアブソーバで構成される。アブソーバは、2つの起点のソースを有する所望されない光の除去を担当する3つの連続するゾーンで構成される。1つのソースは、接合部領域を介してガイドされた前方伝搬信号光の損失を含む。他方のソースは、ワークピースの表面から反伝搬方向に跳ね返ると、システムの出力のコアへ結合され、SM出力ファイバに向かってガイドされると、それぞれのファイバのクラッドへの経路を発見する、後方反射光にその起源を有する。
【００１４】
信号光の前方伝搬方向に沿って見ると、上流ゾーンは、後方反射光が、個々のSMファイバレーザシステムに達することを阻止するように構成されている。このゾーンは、石英よりも高い屈折率を有する高分子によって規定される。
【００１５】
中間ゾーンは、上流の接合部において喪失され、前方伝搬方向においてクラッドに沿ってガイドされた信号光の高開口光線が、結合器から漏れることを阻止するように構成される。このゾーンを構成する高分子は、石英と実質的に等しい、または石英よりも低い屈折率で構成されている。
【００１６】
下流ゾーンは、中間ゾーンを出た後の前方伝搬信号光を散乱するように構成される。これは、石英に等しいまたは石英よりも低い屈折率を持つ重合体ホスト材料によって実現されるが、出力ファイバの外部のクラッド光をヒートシンクへ徐々にガイドする光ディフューザで満たされている。
【００１７】
さらなる態様は、開示された結合器を含む高パワーLMファイバレーザシステムを取り扱う。このシステムは、結合器の後に残っている信号光の高開口光線が、ワークピースに向かってさらに伝搬することを阻止するフィルタ接合部で構成される。フィルタ接合部は、石英よりも高い屈折率を有する材料を含む。このシステムはまた、システムの出力ファイバのクラッドへ結合された後方反射光を最小化し、除去するように構成された下流構成要素、すなわちクラッドモードアブソーバを有する。
【００１８】
開示された構成の前述およびその他の特徴および利点は、以下の図面を伴う具体的な記載からより容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】開示された高パワーファイバレーザシステムの正面図である。
【図２】図1のシステムのSM-LM結合器構成要素の概略図である。
【図２ａ】図2の線A-Aに沿った断面図である。
【図２ｂ】図2の線B-Bに沿った断面図である。
【図２ｃ】図2の線C-Cに沿った断面図である。
【図２ｄ】図2の線D-Dに沿った断面図である。
【図３】開示されたSM-LM結合器の好適な幾何形状を例示する図である。
【図４】クラッドによってガイドされた前方伝搬信号光を除去するように動作可能な開示されたシステムのフィルタ接合部構成要素の概略図である。
【図５】後方反射し、クラッドによってガイドされた光を除去するように構成された開示されたシステムのシステムクラッドモードアブソーバ構成要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本開示の好適な実施形態に対する参照が詳細になされるであろう。可能な場合には常に、同一または同様な部品またはステップを参照するために、図面および説明において、同じまたは類似の参照番号が使用される。図面は、非常に簡素化された形態であり、正確なスケールではない。
【００２１】
図1は、最大で数kWの高品質ビームを放出することが可能な高パワーファイバレーザシステム10の概略図を例示する。システム10は、各々が単一または実質的に単一の横モードで放射光を放出するように動作可能な複数のSMファイバレーザシステムで構成される。SMレーザシステムには、SM-LM結合器18内において揃えられ、さらに、機械的および光学的に互いに結合されている各SM出力ファイバ16が備えられている。
【００２２】
図1に加えて図2を参照すると、結合器18は、結合器の上流の大径入力端部を規定できるように、出力ファイバを互いに揃えることによって最初に形成される。その後、揃えられたファイバが同時に束ねられ、小径出力端部へと延ばされ、個々のそれぞれのファイバのコアが、結合器端部ファイバ19へ統合される。結合器端部ファイバ19は、結合器出力ファイバ20の直径に実質的に一致する直径を有し、二重クラッド構造によって囲まれている。
【００２３】
結合器18の下流端部ファイバ19はさらに、パッシブマルチモード(「MM」)結合器出力ファイバ20に接合される。SMレーザシステムの数に応じて、結合出力は、最大で約15kWに達する場合があり、たとえば、約1.5乃至約4.5の範囲のビームプロダクトパラメータ(「BPP」)を有し、信号光損失がそのパワーの約1%以下になるように構成される。端部ファイバ19および出力ファイバ20の一部は、ここでは図示されていないヒートシンクに結合されたハウジング24に配置される(図2)。それぞれの結合器出力ファイバ20の領域およびシステム10の後続するファイバ部を含むフィルタリング接合部70(図1)と、下流部分に沿って提供されたシステムのクラッドモードアブソーバ(「CMA」)80とが、システム10を完成させる。
【００２４】
特に図2を参照すると、端部ファイバ19が、接合領域22に沿って結合器出力ファイバ20の上流端部に接合されている。例としてのみ与えると、結合器18の下流端部は、接合領域22の後、約20〜25mmの出力ファイバ20を含み得る。先細の度合いは、出力ファイバ20の直径に依存する。
【００２５】
SM出力ファイバ16は、任意の適切な接着剤によって互いに固定される。高パワーおよびそれによって高められる温度によって、接着剤は、たとえばUV-15-TKであり得る耐熱成分を含む。
【００２６】
図2における線A-Aに沿った断面図である図2aと、図3とを参照すると、結合器18の製造の初期段階の間に、それぞれのSMファイバ16のクラッドは各々、コア44を囲む二重クラッド構造を有する。内部クラッド34は、二酸化珪素(「SiO2」)を含んでいる。外部クラッド36は、フッ素(「F」)のイオンでドープされたSiO2のようなホスト材料を含む混合物で構成される。第2の外部レイヤの使用は、結合器18の製造プロセス中、機械的応力に対するSMファイバの耐性を相当増加させる。
【００２７】
結合器18のスケーリングは、結合器に沿って反対方向に伝搬する不要な光が、どのようにして効率的に利用されるのかに大きく依存する。典型的には、導波管のクラッドからの光除去を取り扱うメカニズムは、光ストリッパまたは光アブソーバと呼ばれる。
【００２８】
図2に戻ると、光ストリッパまたはクラッドモードアブソーバ(「CMA」)は、結合器18および結合器の出力ファイバ20の一部に沿って提供されており、3つの連続する上流ゾーン26、中間ゾーン28、および下流ゾーン30をそれぞれ含んでいる。3つすべては、レーザシステム10における損傷ファイバおよびその他の光学構成要素から、互いに逆方向である前方および後方に伝搬し得る迷光の量を、選択的に最小化するように構成されている。
【００２９】
テーパの主要部に沿って延び、接合部22からの距離が短い上流において終了する上流ゾーン26は、結合器出力ファイバ20のコアに沿ってガイドされた後方反射光が、個々のSMレーザシステム16に達する前に、この後方反射光の量を少なくとも最小化するように構成される。後方反射は、高パワーファイバレーザシステムに大きな損傷を与える。開示されたシステムにおいて容易にkWレベルに達し得る100ワットの後方反射光でさえ、結合器18に対して壊滅的になり得るが、結合器へ統合されている個々のSMシステム16、特に、それぞれの重合体コーティングに対しては、より一層そのようになる。
【００３０】
光は、ワークピース21から後方反射すると、後方反射した光の入射角に少なくとも等しいか、またはそれよりも高い開口数(「NA」)で構成された伝送ファイバ25のコアおよびクラッドの両方に結合される(図1)。端部ファイバ19と出力ファイバ20とのオーバラップは理想的ではないので、システム出力ファイバ25と端部ファイバ19との間のそれぞれのファイバのコアに沿って伝搬する後方反射光は、端部ファイバ19のコアよりも大きなエリアを埋める。したがって、端部ファイバ19のコアに閉じ込められない光は、クラッドに漏出し、以下に説明されるように、アブソーバの上流ゾーン内の高屈折率の高分子によって除去され得る。
【００３１】
特に、ワークピーク21からの後方反射光は、MMシステム伝送ファイバ25(図1)のコア44'(図2d)内へ結合される。MMシステム伝送ファイバ25は、後方反射光を、システム10の上流に向かって反伝搬方向にガイドし、最終的には、この光を、結合器出力ファイバ20のコア内に伝送する。したがって、後方反射光が伝搬し、接合部22(図2)を介して内部クラッド34(図2a)内に漏出した場合、この光は、それぞれのSMファイバ16(図1および図2)のクラッド内へと結合する前に、内部クラッド34から除去されるべきである。
【００３２】
図2および図2aに移ると、アブソーバは、外部コーティング36の周りの上流ゾーン26上に延びるレイヤ38(図2a)を含んでいる。レイヤ38は、コアによってガイドされた後方反射光を少なくとも実質的に最小化し、理想的には完全に除去するように動作可能である。レイヤ38の屈折率は、コア44とクラッドとの両方を構成する石英よりも高いので、これによって、ファイバ20のコアからの接合部22を介した漏出を管理する。
【００３３】
図2および図2bを参照すると、中間ゾーン28は、接合部22を介して、結合器ファイバ端部19の下流端部上の上流ゾーン26の端部から延びており(図2)、出力ファイバ20の端部領域から離れて終端している。後者は、中間ゾーン28に沿った保護クラッドからストリップされる。代わりに、重合体レイヤ39に少なくとも等しいかまたはそれよりも高い屈折率を有する出力ファイバ20の内部クラッド42を覆うのは、重合体レイヤ39である。したがって、レイヤ39は、クラッド42からの離脱を阻止することによって、前方伝搬信号光の損失を最小化するように構成される。
【００３４】
図2、図2c、および図2dを参照すると、アブソーバの下流ゾーン30は、結合器出力ファイバ20のクラッド42に沿ってガイドされた前方伝搬信号光の量を最小化するように構成された重合体レイヤ40で構成される。ゾーン30は、保護コーディングからストリップされた出力ファイバ20の大部分に延びており、保護レイヤ46をまだ有しているこのファイバの下流端部を部分的に被覆する(図2d)。後者は、ファイバ20のハウジング24への結合を向上させるために、結合器出力ファイバ20の端部領域に沿ってそのまま残される。
【００３５】
中間ゾーン28の重合体レイヤ39と同様に、レイヤ40は、シリコーンゲルのように、石英と実質的に等しい屈折係数を有するホスト材料で構成される。しかしながら、ゾーン30に沿ったホスト材料は、たとえばAl2O3の粒子を含む複数のディフューザでドープされる。ディフューザは、入射光を吸収せず、全方向的に散乱し、散乱光の一部はファイバ20の外部に向けられる。したがって、ディフューザに入射した場合、低NAの、前方伝搬する、クラッドにガイドされた光は、ポッティング材料、ハウジング24、および最終的には、本明細書では図示されていないヒートシンクへと部分的にガイドされる。ディフューザの濃度および分布は、領域30(図2)に沿った低NA信号光の実質的に一様な除去を提供するように選択される。
【００３６】
吸収された光は、前方反射された伝搬光、または後方反射された伝搬光に拘わらず、ヒートシンクへ効率的に伝送されねばならないが、そうではない場合には、結合器18の構造的な完全性が、取り返しのつかないほど損なわれ得る。ハウジング24、収納結合器18、および、アブソーバによって保護されている出力ファイバ20の一部は、結合器18を受け取る半球状の溝25(図2および図2a)を提供され、これによって、レーザシステム全体の機械的および熱的な安定に寄与している。ハウジング24の材料は、開示されたファイバレーザシステムの動作中に高められた温度におけるハウジング24の変形の程度を最小化するように、高い耐熱性および低い熱膨張係数で選択される。そうではない場合には、ハウジングの変形が、ファイバに損傷を与え得る。好適には、この材料は、金の一片で被覆された銅、または、タングステン銅(CuW)偽合金を含む。ハウジング24内にアブソーバ機構が配置されると、溝25、および、ハウジング24内の他の自由空間は、開示された構造の機械的および熱的な完全性にさらに寄与するポッティング材料で満たされる。
【００３７】
図1に手短に戻ると、システム10は、いくつかのフォトダイオード検出器を含む信頼性の高いモニタリングシステムを有し得る。たとえば、センサ100は、コア44に沿って伝搬する後方反射光を検出するために、結合器18の上流のドーズ近傍に配置される(図2a)。センサ102は、結合器18の出力において信号光の出力パワーを測定するように構成される。フォトダイオード104は、システムアブソーバ80のクラッドに沿って伝搬する後方反射光を検出するように配置される。信号光のパワー損失は、接合部22の近傍のダイレクト光を感知することが可能なセンサ106によってモニタされ得る。センサのすべてまたは少なくとも一部は、その内容が全体において参照によって組み込まれている米国仮出願第61/653,108号において開示されたように、散乱光を検出するように構成され得る。
【００３８】
図3に戻ると、SM-LM結合器18は、好適には、中心ファイバを囲む12本のファイバとともに13本のSMファイバ16を含む。13本のすべてのファイバ16は各々、前述したように、追加の外部クラッド38(図2a)のみが互いに束ねられているので、変形されていない、複数の同心状のクラッドを含む幾何形状を維持する。変形は、些細であるか、または、全くないので、結合器18は、最小の損失および高いビームプロダクトパラメータによって特徴付けられる。一般に、13/1結合器は、交互配置されるピークまたは突出部および谷を伴う連続的な周辺部を有するとして記載され得る。例示された幾何形状は、容易に変更され得る。たとえば、外部の6つのファイバを除去した結果、7対1結合器となる一方、隣接ピークのそれぞれのペア間各々にさらに6つのファイバを加えることで、19/1結合器を規定する。たとえば、19/1結合器に対する13/1結合器の利点は、より高いビームプロダクトパラメータ、より時間効率の良い製造プロセス、より容易な試験およびメンテナンスを含む。
【００３９】
図4は、図1にも図示されているように、信号光または前方伝搬の高NA光線が、システムファイバ23の出力端部に到達することを阻止するように構成されたシステム10のフィルタリング接合領域70を例示する。これらの光線は、結合器出力ファイバ20とシステム出力ファイバ23との間の接合部72から漏出した後に、クラッドに沿ってガイドされる。後者は、ファイバ20よりも高いNAで構成され得、好適にはMMパッシブファイバである。
【００４０】
ファイバ20および23各々はそれぞれ、接合部領域70内で保護重合体レイヤ78からストリップされる。比較的低い屈折率(約1.40)の高分子と、たとえばAl2O3のように高分子にドープされたディフューザとの混合物が、出力ファイバ20のストリップされた領域74をカバーする。システム出力ファイバ23の、ストリップされた領域76は、高い屈折率を有する高分子でコーティングされる。この構造は、好適には金めっきされた銅からなるハウジング77内に囲まれる。
【００４１】
図5は、伝送ファイバ25とシステム出力ファイバ23の下流端部領域との間に提供されたシステムCMA80を例示する。アブソーバ80は、MMパッシブファイバ90で構成される。MMパッシブファイバ90は、高分子94および92と結合して、伝送ファイバ25のクラッドに沿って伝搬する後方反射光をストリップする。後者は、ファイバ90の下流面96に面しており、レーザ処理されるべきワークピースからの後方反射光を受け取るクラッド88を有する。
【００４２】
図5に加えて図1および図2を参照すると、システムファイバ23のコア84の直径は、結合器端部ファイバ19、結合器出力ファイバ20、およびシステム伝送ファイバ25それぞれのコア直径に一致する。システム伝送ファイバ25のクラッド88の直径は同様に、これらファイバのクラッド直径に等しく形成される。しかしながら、ストリップファイバ90の外径は、ファイバの残りよりも数倍大きくなり得る。ファイバ90の、増加したクラッド直径によって、結合された後方散乱光が、そのパワー密度を下げるようになる。これは、高分子92および94のような保護コーディングの熱的負荷をそれぞれ下げる。ファイバ90のクラッド直径は、上流端部98の直径よりも小さな直径を有する、ファイバ90の下流面96を構成することによって徐々に増加され得る。これは、別のさらに小さなファイバを提供することによって、または、ストリップファイバの縦軸に沿ってボトル形状の断面を有する整形単一部品ファイバを提供することによってなされる。
【００４３】
ファイバ90の下流面96を囲む高分子92は、石英/クラッド88よりも低い屈折率で構成される。より低い屈折率は、クラッド88への後方反射光の伝搬を制限する。ストリップファイバ90の上流面98は、導波管から、比較的低い密度の後方反射クラッド伝搬光を離脱させるために、石英よりも高い屈折率を有する高分子94でカバーされる。
【００４４】
開示された構成のさまざまな変形が、その精神および本質的な特性から逸脱することなくなされ得る。したがって、前述した記載に含まれるすべての内容は、例示のみとして、かつ、限定された意味で、解釈されるべきであり、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４５】
10  高パワーファイバレーザシステム
16  SM出力ファイバ
18  SM-LM結合器
19  下流端部ファイバ
20  パッシブマルチモード(「MM」)結合器出力ファイバ
21  ワークピース
22  接合領域
23  システムファイバ
24  ハウジング
25  伝送ファイバ
26  上流ゾーン
28  中間ゾーン
30  下流ゾーン
34  内部クラッド
36  外部コーティング
38  レイヤ
39  重合体レイヤ
40  レイヤ
42  クラッド
44  コア
44'  コア
46  保護レイヤ
70  接合部領域
72  接合部
74  ストリップされた領域
76  ストリップされた領域
77  ハウジング
78  保護重合体レイヤ
80  システムアブソーバ
84  コア
88  クラッド
90  MMパッシブファイバ
92  高分子
94  高分子
96  下流面
98  上流面
100  センサ
102  センサ
104  フォトダイオード
106  センサ
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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