(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入射ファイバと、
前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に１本ずつ接合されたＧＩファイバと、
出射ファイバと、
入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記ＧＩファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、
前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のＧＩファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ｄｄｉｆとして、
各ＧＩファイバのレンズとしての開口数は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さい、
ことを特徴とするコンバイナ。
【請求項２】
前記各ＧＩファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、
前記各ＧＩファイバの長さは、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど、コリメートされた光を出射する長さである最適長に近い長さを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバイナ。
【請求項３】
前記縮径部の、前記入射端面の形状及び前記出射端面の形状は、何れも円形である、
ことを特徴とする請求項２に記載のコンバイナ。
【請求項４】
前記入射端面の中心と前記出射端面の中心とを結んだ中心軸は、前記入射端面の法線に対して傾いている、
ことを特徴とする請求項３に記載のコンバイナ。
【請求項５】
前記各ＧＩファイバのうち前記距離Ｄｄｉｆが最大であるＧＩファイバの長さは、該ＧＩファイバの前記最適長である、
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のコンバイナ。
【請求項６】
（１）複数の入射ファイバと、（２）前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に１本ずつ接合されたＧＩファイバと、（３）第１の出射ファイバと、（４）入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記複数の入射ファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記第１の出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、
前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のＧＩファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ｄｄｉｆとして、各ＧＩファイバのレンズとしての開口数は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さいコンバイナと、
それぞれが第２の出射ファイバを有する複数台のレーザ装置であって、前記第２の出射ファイバの各々が、それぞれ、前記コンバイナの前記入射ファイバの何れかに接続されている複数台のレーザ装置と、を備えている、
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、入射ファイバと出射ファイバと縮径部とを備えたコンバイナに関する。また、そのようなコンバイナを備えたレーザシステム、及び、そのようなコンバイナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数台のレーザ装置の各々から出射されるレーザ光を１つの出射光にまとめるコンバイナが知られている。例えば特許文献１には、入射ファイバを構成する複数の光ファイバ（特許文献１における「入力用光ファイバ」）と、テーパ部を有する縮径部（特許文献１における「ブリッジファイバ」）と、複数（７本）の光ファイバと縮径部との間に介在するＧＩファイバ（特許文献１における「発散角低減部材」）と、出射ファイバ（特許文献１における「出力用光ファイバ」）と、を備えたコンバイナ（特許文献１における「光ファイバコンバイナ」）が記載されている（特許文献１の図１）。
【０００３】
このようなコンバイナは、例えばレーザ加工機（レーザシステム）に好適に用いることができる。レーザ加工機は、複数台のレーザ装置の各々から出射されるレーザ光を、このようなコンバイナを用いて１つの出射光にまとめることによって、１台のレーザ装置では得ることができない高出力な出射光を得ている。レーザ加工機は、このようにして得られた出射光を用いて高出力を要する加工用途、例えば、切断や溶接などに用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９０７１４号公報（２０１３年９月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のコンバイナにおいて、複数の光ファイバの各々を伝播してきた複数の光は、各ＧＩファイバを介して縮径部の入射端面に入射される。入射端面に入射された複数の光は、縮径部を伝播する過程において１つの光にまとめられる。縮径部によってまとめられた１つの光すなわち出力光は、縮径部の出射端面から出射ファイバへ出射される。コンバイナは、このようにして入射した複数の光を１つの光として出射することにより高出力な出力光を得ることができる。
【０００６】
しかし、このように構成されたコンバイナは、出射光の開口数の分布幅が広い、あるいは、出射光のビーム品質が不均一であるという課題を有する。その理由を以下に説明する。
【０００７】
縮径部は、入射端面に入射した光を出射端面に伝播する過程において、その光の開口数を増加させる。この伝播に伴う開口数の増加量は、入射端面のうち光が入射した領域と出射端面とのずれ具合に依存している。伝播に伴う開口数の増加量は、上記ずれ具体が大きいほど大きくなる。
【０００８】
従来のコンバイナにおいて、各ＧＩファイバのうち１本のＧＩファイバは、縮径部の入射端面の中心を含む中心領域に配置されている。そのため、光が入射した領域と出射端面とのずれ具合は、ゼロである。一方、各ＧＩファイバのうち残りの６本のＧＩファイバは、上記中心領域を取り囲む外側領域に配置されている。そのため、外側領域に入射された光における上記ずれ具合は、中心領域に入射された光における上記ずれ具合よりも大きい。
【０００９】
以上のことから、外側領域に入射された光における開口数の増加量は、中心領域に入射された光における開口数の増加量よりも大きくなる。したがって、コンバイナの出射光は、開口数が小さな、上記中心領域に由来する光と、開口数が大きな、上記外側領域に由来する光とを含み、開口数の分布幅が広くなる。
【００１０】
ＧＩファイバは、縮径部の入射端面に入射する光の発散角を小さくすることができる。そのため、複数の入射ファイバと縮径部の入射端面との間にＧＩファイバを介在させることによって、出射光の開口数を抑制することができる。しかし、ＧＩファイバを介在させた場合でも、出射光における開口数の分布幅が広いという課題を解決することはできない。
【００１１】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の入射ファイバと出射ファイバと縮径部とを備えたコンバイナにおいて、出射光のビーム品質を均一化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るコンバイナは、（１）複数の入射ファイバと、（２）前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に１本ずつ接合されたＧＩファイバと、（３）出射ファイバと、（４）入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記ＧＩファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のＧＩファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ｄｄｉｆとして、各ＧＩファイバのレンズとしての開口数は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さい。
【００１３】
縮径部に入射した光の開口数は、縮径部を伝播する過程で増加する。その増加量は、上記距離Ｄｄｉｆが小さい領域に入射した光ほど小さく、上記距離Ｄｄｉｆが大きい領域に入射した光ほど大きくなる。
【００１４】
上記の構成によれば、上記距離Ｄｄｉｆが小さい領域、すなわち、上述した開口数の増加量が小さい領域にレンズとしての開口数の大きいＧＩファイバが接続され、上記距離Ｄｄｉｆが大きい領域、すなわち、上述した開口数の増加量が大きい領域にレンズとしての開口数の小さいＧＩファイバが接続される。したがって、各ＧＩファイバのレンズとしての開口数が一定の場合と比べて、縮径部から出射する光の開口数を均一化することができる。すなわち、出射光のビーム品質を均一化することができる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記各ＧＩファイバは、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有し、前記各ＧＩファイバの長さは、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど、コリメートされた光を出射する長さである最適長に近い長さを有する、ことが好ましい。
【００１６】
ＧＩファイバは、その長さに応じて、出射する光の開口数が周期的に変化する特性を有する。したがって、ＧＩファイバの開口数は、ＧＩファイバの長さが最適長である場合に最小値をとり、最適長の中間となる長さで最大値をとる。ＧＩファイバの長さが最適長である場合に、ＧＩファイバは、コリメートされた光を出射する。
【００１７】
上記の構成によれば、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有するＧＩファイバを用いて、開口数が異なるＧＩファイバを用意することができる。したがって、屈折率分布が異なるＧＩファイバを用いる場合と比較して、本コンバイナは、出射光のビーム品質の均一化を容易に図ることができる。
【００１８】
また、上記の構成によれば、コンバイナが出射する出射光のうち最も大きな開口数を有する出射光の開口数を抑制することができる。したがって、本コンバイナは、出射光のビーム品質の均一化を図りつつ、そのビーム品質を高めることができる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記縮径部の、前記入射端面の形状及び前記出射端面の形状は、何れも円形である、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、既存の円柱状の光学部材、例えば光学ロッドを延伸することにより縮径部を製造することができる。したがって、縮径部を容易に入手可能な光学部材から製造可能であるため、コンバイナの製造コストを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記入射端面の中心と前記出射端面の中心とを結んだ中心軸は、前記入射端面の法線に対して傾いていてもよい。
【００２２】
円柱状の光学部材を延伸して縮径部を製造する場合、延伸された光学部材の形状に歪みが生じることがある。その場合、製造された縮径部の入射端面の中心と出射端面の中心とを結んだ中心軸は、入射端面の法線に対して傾きを有する。本コンバイナは、ＧＩファイバの開口数を距離Ｄｄｉｆに応じて定めているため、縮径部の中心軸が入射端面に対して傾いている場合であっても、出射光のビーム品質を均一化することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様に係るコンバイナにおいて、前記各ＧＩファイバのうち前記距離Ｄｄｉｆが最大であるＧＩファイバの長さは、該ＧＩファイバの前記最適長である、ことが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、ＧＩファイバがその開口数を変化させることができる範囲を最大限に使って縮径部の出射端面から出射される光のビーム品質を均一化することができる。したがって、本コンバイナは、出射光のビーム品質を更に高めることができる。
【００２５】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザシステムは、（１）複数の入射ファイバと、（２）前記複数の入射ファイバの各々の出射端面に１本ずつ接合されたＧＩファイバと、（３）出射ファイバと、（４）入射端面、及び、当該入射端面よりも面積が狭い出射端面を有し、前記入射端面に前記複数の入射ファイバの各々が結合され、且つ、前記出射端面に前記出射ファイバが結合された縮径部と、を備えたコンバイナであって、前記縮径部の前記入射端面を平面視した場合に得られる、前記入射端面のＧＩファイバが結合されている領域の中心と前記出射端面の中心との平面視距離を距離Ｄｄｉｆとして、各ＧＩファイバのレンズとしての開口数は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さいコンバイナと、それぞれが出射ファイバを有する複数台のレーザ装置であって、前記出射ファイバの各々が、それぞれ、前記コンバイナの前記入射ファイバの何れかに接続されている複数台のレーザ装置と、を備えている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、複数の入射ファイバと出射ファイバと縮径部とを備えたコンバイナにおいて、出射光のビーム品質を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るコンバイナの斜視図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）に示したコンバイナが備えている縮径部の入射端面の平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したコンバイナが備えている縮径部の断面図である。
【図３】図１に示したコンバイナが備えているＧＩファイバ束を構成するＧＩファイバにおける、レンズとしての開口数の長さ依存性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るコンバイナの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示したコンバイナが備えている縮径部の入射端面の平面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、図４に示したコンバイナが備えている縮径部の断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るファイバ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】
【００２８】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るコンバイナ１０について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２９】
図１の（ａ）及び（ｂ）は、コンバイナ１０の斜視図である。なお、図１の（ｂ）は、コンバイナ１０が備えている入射ファイバ束１２を省いた状態のコンバイナ１０を示す。図１の（ｃ）は、コンバイナ１０が備えている縮径部１１の入射端面１１ａを平面視した場合に得られる平面図である。この平面図は、縮径部１１を図１に示した座標軸におけるｚ軸負方向側から見ることによって得られる。図１の（ｃ）は、入射端面１１ａにおいて、ＧＩファイバ束１４を構成するＧＩファイバ１４１〜１４７を結合される各領域Ｐ１〜Ｐ７を示す。なお、図１の（ｃ）は、コンバイナ１０が備えている入射ファイバ束１２及びＧＩファイバ束１４を省いた状態の入射端面１１ａを示す。
【００３０】
図２の（ａ）及び（ｂ）は、縮径部１１の断面図であって、図１の（ｃ）に示したＡ−Ａ’線に沿った平面（ｙｚ平面）における断面図である。
【００３１】
図３は、ＧＩファイバ１４１〜１４７における、レンズとしての開口数ＮＡの長さＬＧＩ依存性を示すグラフである。
【００３２】
（コンバイナ１０の構成）
図１の（ａ）に示すように、コンバイナ１０は、縮径部１１と、入射ファイバ束１２と、出射ファイバ１３と、ＧＩファイバ束１４を備えている。
【００３３】
縮径部１１は、光学ガラスによって構成された光学部材であり、例えば石英ガラス製である。縮径部１１は、入射端面１１ａが一方の底面を構成し、出射端面１１ｂが他方の底面を構成する円錐台の光学部材である。出射端面１１ｂの面積は、入射端面１１ａの面積と比較して狭い。
【００３４】
本実施形態において、入射端面１１ａの形状及び出射端面１１ｂの形状は、何れも円形である。この構成によれば、市販されている円柱状の光学部材、例えば光学ロッドを延伸することにより縮径部１１を製造することができる。したがって、容易に入手可能な光学部材を用いて縮径部を製造可能であるため、コンバイナの製造コストを抑制することができる。
【００３５】
なお、円柱状の光学部材を延伸して縮径部１１を製造するときに、延伸された光学部材の中心軸が偏心することがある。このような偏心した光学部材を用いて縮径部１１を製造した場合、縮径部１１の形状は、偏心した円錐台（中心軸が入射端面１１ａに対して傾いている円錐台）となる。コンバイナ１０の変形例として後述するように、縮径部１１の形状は、このように偏心した円錐台であってもよい。
【００３６】
入射ファイバ束１２は、複数（本実施形態では７本）の入射ファイバであるフューモードファイバ（ＦＭＦ）１２１〜１２７によって構成されている。ＦＭＦ１２１は、コア１２１ａとクラッド１２１ｂとを備えている。同様に、ＦＭＦ１２２〜１２７の各々は、コア１２２ａ〜１２７ａとクラッド１２２ｂ〜１２７ｂとを備えている。ＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２７の各々は、例えば石英ガラス製である。
【００３７】
出射ファイバ１３は、１本のマルチモードファイバによって構成されている。出射ファイバ１３は、コア１３ａとクラッド１３ｂとを備えている。コア１３ａの直径は、縮径部１１の出射端面１１ｂの直径Ｄｏｕｔ（図２参照）と等しくなるように構成されている。本実施形態において、出射ファイバ１３のコア１３ａの端面は、出射端面１１ｂに対して融着されている。出射ファイバ１３は、例えば石英ガラス製である。出射ファイバ１３は、縮径部１１の出射端面１１ｂに結合されている。
【００３８】
入射ファイバ束１２と縮径部１１の入射端面１１ａとの間には、ＧＩ（Graded Index）ファイバ束１４が介在する。ＧＩファイバ束１４は、ＦＭＦ１２１〜１２７と同数である７本のＧＩファイバ１４１〜１４７によって構成されている。
【００３９】
ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、ＦＭＦ１２１〜１２７の各々と１：１で対応している。例えば、ＦＭＦ１２１の出射端面には、ＧＩファイバ１４１の入射端面が接合されている。ＧＩファイバ１４１の出射端面は、縮径部１１の入射端面１１ａに結合されている。同様に、ＦＭＦ１２２〜１２７の各々は、ＧＩファイバ１４２〜１４７の各々を介して入射端面１１ａに結合されている。
【００４０】
入射端面１１ａの直径Ｄｉｎは、ＧＩファイバ１４１〜１４７の出射端面を全て包含する大きさに定められている（図１の（ｃ）参照）。
【００４１】
ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、例えば石英製の光学部材であり、その中心軸において屈折率が最も高く、その中心軸から遠ざかるにしたがって屈折率が低くなるように構成されている。
【００４２】
このように構成されたＧＩファイバ１４１〜１４７は、ＦＭＦ１２１〜１２７から入射された光の発散角を、その光を伝播する過程において抑制することができる。その結果、ＧＩファイバ１４１〜１４７は、ＦＭＦ１２１〜１２７から入射された光と比較して発散角が小さな光を出射することができる。この発散角の抑制の度合いは、ＧＩファイバ１４１〜１４７の長さに応じて周期的に変化する。ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々の長さについては後述する。
【００４３】
本実施形態において、入射ファイバ束１２とＧＩファイバ束１４とは、融着により接合されている。また、ＧＩファイバ束１４と縮径部１１の入射端面１１ａとは、融着により結合されている。ＦＭＦ１２１及びＧＩファイバ１４１を例にすれば、（１）ＦＭＦ１２１の出射端面は、ＧＩファイバ１４１の入射端面に融着されており、（２）ＧＩファイバ１４１の出射端面は、入射端面１１ａに融着されている。ＦＭＦ１２２〜１２７及びＧＩファイバ１４２〜１４７に関しても同様である。
【００４４】
なお、ＧＩファイバ束１４と入射端面１１ａとは、互いに光学的に結合していればよい。したがって、例えば、ＧＩファイバ束１４を構成するＧＩファイバ１４１〜１４７の出射端面と、入射端面１１ａとを接続する場合の接続手段は、融着に限られない。例えば、コンバイナ１０において用いる光の波長領域において良好な透過率を有する樹脂からなる接着剤を用いて、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々の出射端面と、入射端面１１ａとを接着してもよい。出射ファイバ１３と縮径部１１の出射端面１１ｂとの結合に関しても同様である。
【００４５】
（各ＧＩファイバが結合される領域）
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＦＭＦ１２１〜１２７及びＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、ＦＭＦ１２１及びＧＩファイバ１４１を中心として、その周りをＦＭＦ１２２〜１２７及びＧＩファイバ１４２〜１４７が取り囲むように配置されている。縮径部１１の入射端面１１ａにおいて、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々が接合される領域を、それぞれ、領域Ｐ１〜Ｐ７と呼ぶ。
【００４６】
図１の（ｃ）に示すように、領域Ｐ１は、入射端面１１ａの中心Ｃ１を含む。本実施形態において、入射端面１１ａを平面視した場合、領域Ｐ１の中心ＣＰ１と、入射端面１１ａの中心Ｃ１と、出射端面１１ｂの中心Ｃ２とは、一致している。中心ＣＰ１は、ＧＩファイバ１４１の中心に対応する。
【００４７】
領域Ｐ１の周りには、領域Ｐ１を取り囲む６つの領域（領域Ｐ２〜Ｐ７）が配置されている。領域Ｐ２〜Ｐ７の各々の中心を、それぞれ中心ＣＰ２〜ＣＰ７と呼ぶ。領域Ｐ２は、ＧＩファイバ１４２が接続される領域である。中心ＣＰ２は、入射端面１１ａに接合されたＧＩファイバ１４２の中心に対応する。同様に、領域Ｐ３〜Ｐ７の各々は、それぞれ、ＧＩファイバ１４３〜１４７が接続される領域であり、中心ＣＰ３〜ＣＰ７の各々は、それぞれ、入射端面１１ａに接合されたＧＩファイバ１４３〜１４７の中心に対応する。領域Ｐ２〜Ｐ７の各々は、領域Ｐ１の周りに、中心ＣＰ２〜ＣＰ７が正六角形の各頂点を成すように配置されている。換言すれば、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、入射端面１１ａ内において最密充填構造をとるように配置されている。
【００４８】
図１の（ｃ）に示すＡ−Ａ’線は、中心ＣＰ１と中心ＣＰ２と中心ＣＰ５とを通る直線である。各領域Ｐ１〜Ｐ７において、入射端面１１ａを平面視した場合に得られる中心Ｃ２と中心ＣＰ１〜ＣＰ７との平面視距離を距離Ｄｄｉｆとする。図１の（ｃ）には、距離Ｄｄｉｆの例として、領域Ｐ２における距離Ｄｄｉｆを図示している。
【００４９】
距離Ｄｄｉｆは、縮径部１１に対して入射光が結合する領域と縮径部１１に対して出射光が結合する領域とのずれを表す。距離Ｄｄｉｆが大きいほど、入射光が結合する領域と出射光が結合する領域とのずれが大きいことを表す。なお、領域Ｐ１〜Ｐ６における距離Ｄｄｉｆを区別する場合には、例えば距離Ｄｄｉｆ（Ｐ１）というようにその領域を表す符号を距離Ｄｄｉｆの末尾に追記する。
【００５０】
上述したように、入射端面１１ａを平面視した場合に、中心Ｃ１と中心ＣＰ１と中心Ｃ２とは一致している。そのため、領域Ｐ１における距離Ｄｄｉｆ（Ｐ１）は、Ｄｄｉｆ（Ｐ１）＝０である。一方、領域Ｐ２〜Ｐ７の中心ＣＰ２〜ＣＰ７の各々は、中心ＣＰ１を中心とする正六角形の各頂点に位置する。したがって、領域Ｐ２〜Ｐ７における距離Ｄｄｉｆ（Ｐ２）〜Ｄｄｉｆ（Ｐ７）の各々は、何れも等しく、およそ各領域Ｐ２〜Ｐ７の直径と一致する。そのため、コンバイナ１０における距離Ｄｄｉｆ（Ｐ１）〜Ｄｄｉｆ（Ｐ７）は、小さな値を有する距離Ｄｄｉｆ（Ｐ１）と、大きな値を有する距離Ｄｄｉｆ（Ｐ２）〜Ｄｄｉｆ（Ｐ７）とに分けられる。
【００５１】
なお、本実施形態において、縮径部１１は、その径（円錐台の中心軸と交わり、且つ、図１に図示した座標系におけるｙ軸方向に沿った長さ）が円錐台の中心軸に沿って変化し続けるものとして説明した。しかし、縮径部１１は、円錐台の中心軸に沿って径が変化し続ける区間（円錐台状区間）の前段及び後段の少なくとも何れか一方に、中心軸に沿って径が変化しない区間（円柱状区間）を更に備えていてもよい。このような円柱状区間は、一方の端面を介して円錐台状区間に連なっている。円柱状区間の他方の端面は、縮径部１１の入射端面１１ａ或いは出射端面１１ｂをなす。
【００５２】
（各ＧＩファイバのレンズとしての開口数）
コンバイナ１０において、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々のレンズとしての開口数ＮＡ（以下では、単に開口数ＮＡとも記載する）は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さくなるように定められている。別の言い方をすれば、同じ距離Ｄｄｉｆを有する領域に結合されたＧＩファイバの開口数ＮＡは、等しくなるように定められている。すなわち、距離Ｄｄｉｆが大きな領域である領域Ｐ２〜Ｐ７の各々に結合されているＧＩファイバ１４２〜１４７の開口数ＮＡは、距離Ｄｄｉｆが小さな領域である領域Ｐ１の開口数ＮＡと比較して小さい。
【００５３】
図２を参照して後述するように、縮径部１１に入射した光の開口数は、縮径部１１を伝播する過程で増加する。その増加量は、距離Ｄｄｉｆが小さい領域Ｐ１に入射した光ほど小さく、距離Ｄｄｉｆが大きい領域Ｐ２〜Ｐ７に入射した光ほど大きくなる。言い方を代えると、互いに等しい距離Ｄｄｉｆを有する領域Ｐ２〜Ｐ７に結合された光の各々において、その開口数の増加量は等しい。以下において、例えば、領域Ｐ２に結合された光であって縮径部１１の出射端面１１ｂから出射される光のことを、領域Ｐ２に由来する光と呼ぶ。他の領域Ｐ１，Ｐ３〜Ｐ７に結合された光であって出射端面１１ｂから出射される光の各々についても、それぞれ、領域Ｐ１，Ｐ３〜Ｐ７に由来する光と呼ぶ。
【００５４】
上記の構成によれば、（１）光の開口数の増加量が小さな領域である領域Ｐ１に対して、開口数が大きな光を入射させることができ、且つ、（２）光の開口数の増加量が大きな領域である領域Ｐ２〜Ｐ７に対して、開口数が小さな光を入射させることができる。そのため、入射端面１１ａに結合されたＧＩファイバの開口数が一定である場合と比較して、コンバイナ１０は、領域Ｐ１に由来する光の開口数と、領域Ｐ２〜Ｐ７の各々に由来する光の開口数との差を減少させることができる。したがって、コンバイナ１０は、高出力であり、且つ、開口数（換言すればビーム品質）が均一化された出射光を出射することができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、入射ファイバ束１２は、７本の入射ファイバ（ＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２７）により構成されている。しかし、入射ファイバ束１２を構成する入射ファイバの数は、任意である。ＧＩファイバ束１４を構成するＧＩファイバの数は、入射ファイバ束１２を構成する入射ファイバの数と同数であるため、一義的に定まる。例えば、入射ファイバ束１２を構成する入射ファイバの数は、２本であってもよいし、３本であってもよいし、１９本であってもよい。
【００５６】
（各ＧＩファイバの長さ）
ＧＩファイバは、その長さＬＧＩに応じて、出射する光の開口数を周期的に変化させる特性を有する。この１周期の長さを周期長Ｌｓとして、（１）ＬＧＩ＝Ｌｓ×（２ｎ−１／４）である場合に、ＧＩファイバが出射する光の開口数は最小値となり、（２）ＬＧＩ＝Ｌｓ×２ｎ／４である場合に、ＧＩファイバが出射する光の開口数は最大値（ＧＩファイバに入射した光のＮＡと同じ値）となる（図３参照）。以下において、出射する光の開口数が最小値となる長さＬＧＩ（＝Ｌｓ×（２ｎ−１／４））のことをＧＩファイバの最適長と呼ぶ。ここで、ｎは、正の整数である。長さＬＧＩが最適長であるＧＩファイバは、コリメート光を出射する。
【００５７】
コンバイナ１０において、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に接続されたＧＩファイバほど、コリメートされた光を出射する長さである最適長に近い長さを有する、ことが好ましい。この構成によれば、コンバイナ１０が出射する出射光のうち最も大きな開口数を有する出射光の開口数を抑制することができる。したがって、コンバイナ１０は、出射光の開口数の均一化を図りつつ、そのビーム品質を高めることができる。また、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々のうち距離Ｄｄｉｆが最大であるＧＩファイバ１４２〜１４７の長さは、最適長であることがより好ましい。この構成によれば、コンバイナ１０は、そのビーム品質を更に高めることができる。本実施形態においては、ＧＩファイバ１４２〜１４７の各々の長さＬＧＩとして最適長（Ｌｓ／４）を採用している（図１の（ｂ）参照）。
【００５８】
また、コンバイナ１０において、ＧＩファイバ１４１の長さＬＧＩは、最適長であるＧＩファイバ１４２〜１４７の長さＬＧＩより短い。これは、ＧＩファイバ１４１の開口数ＮＡをＧＩファイバ１４２〜１４７の開口数ＮＡより大きくするためである。
【００５９】
なお、ＧＩファイバの開口数ＮＡは、上述したように周期的に変化するため、最適長より長くすることによっても開口数ＮＡを大きくすることができる。したがって、ＧＩファイバ１４１の長さＬＧＩとして、最適長より長い長さを採用してもよい。
【００６０】
また、ＧＩファイバ１４１〜１４７の各々は、製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有することが好ましい。製造公差の範囲内で同じ屈折率分布を有するＧＩファイバ１４１〜１４７は、市販されているＧＩファイバを所定の長さに切り出すことによって製造することができる。したがって、開口数ＮＡが異なるＧＩファイバ１４１〜１４７の各々を屈折率が異なるＧＩファイバを用いて製造する場合と比較して、容易に製造することができる。
【００６１】
（仮想ビーム径）
ここでは、図２を参照して、光の開口数に大きな影響を与える仮想ビーム径の概念について説明する。
【００６２】
図２の（ａ）は、縮径部１１の入射端面１１ａにおける領域Ｐ１に対して光Ｌ１を入射した状態を示す。図２の（ｂ）は、入射端面１１ａにおける領域Ｐ５に対して光Ｌ２を入射した状態を示す。なお、ここでは、光Ｌ１及び光Ｌ２の各々は、何れもコリメート光であるものとして説明する。
【００６３】
図２に図示した縮径部１１の断面の形状は、入射端面１１ａ及び出射端面１１ｂを底辺とする等脚台形である。その等脚台形の２つの斜辺をそれぞれ斜辺１１ｃ，１１ｄと称する。斜辺１１ｃと出射端面１１ｂの法線とのなす角、及び、斜辺１１ｄと出射端面１１ｂの法線とのなす角は、何れもθ０である。
【００６４】
光Ｌ１において、光Ｌ１の中心軸は、出射端面１１ｂの中心Ｃ２を通る。この場合、図２の（ａ）に示すように、光Ｌ１の仮想ビーム径ＤＬ１は、光Ｌ１の幅と等しい。
【００６５】
光Ｌ２における仮想ビーム径は、以下のように算出することができる。
【００６６】
（１）縮径部１１の内部に延ばした光Ｌ２の延長線のうち、出射端面１１ｂから遠い側（ｙ軸負方向側）の延長線を延長線Ｌ２ｅとする。
【００６７】
（２）延長線Ｌ２ｅと縮径部１１の斜辺１１ｄとの交点を交点Ｉ２ａとする。
【００６８】
（３）交点Ｉ２ａを通り、且つ、入射端面１１ａ及び出射端面１１ｂと平行な直線ＬＩ２を引く。
【００６９】
（４）直線Ｉ２ｂと縮径部１１の斜辺１１ｃとの交点を交点Ｉ２ｂとする。
【００７０】
（５）交点Ｉ２ａと交点Ｉ２ｂとの距離を仮想ビーム径ＤＬ２とする。
【００７１】
以上の算出方法から明らかなように、入射端面１１ａに結合される光のうち、最小仮想ビーム径を有する光は、光Ｌ１である。一方、光の中心軸が縮径部１１の中心軸（中心Ｃ１と中心Ｃ２とを結んだ軸）から離れれば離れるほど、すなわち、距離Ｄｄｉｆが大きくなればなるほど、その光の仮想ビーム径は、大きくなる。領域Ｐ２〜Ｐ７の各々における距離Ｄｄｉｆは、何れも等しく、且つ、領域Ｐ１における距離Ｄｄｉｆよりも大きい。そのため、領域Ｐ２〜Ｐ７の各々に入射された光の仮想ビーム径は、それぞれ、仮想ビーム径ＤＬ２と等しい。
【００７２】
（縮径率）
出射端面１１ｂの直径Ｄｏｕｔを上述した仮想ビーム径を用いて、ある領域に入射された光に対する縮径率を定義することができる。縮径率は、出射端面１１ｂの直径Ｄｏｕｔを仮想ビーム径で割ることにより得られる。すなわち、領域Ｐ１に入射された光Ｌ１の縮径率は、Ｄｏｕｔ／ＤＬ１であり、領域Ｐ５に入射された光Ｌ２の縮径率は、Ｄｏｕｔ／ＤＬ２である（領域Ｐ２〜Ｐ４及び領域Ｐ６〜Ｐ７に入射された光についても同様）。
【００７３】
この縮径率は、縮径部１１を伝播したときに光の開口数が増加する度合いを表す指標である。縮径部１１を伝播したときに、縮径率が小さい光ほど開口数ＮＡが増加する度合いは小さく、縮径率が大きい光ほど開口数ＮＡが増加する度合いは大きい。
【００７４】
コンバイナ１０においては、縮径率が小さい光が入射される領域に開口数ＮＡが大きいＧＩファイバを接合し、縮径率が大きな光が入射される領域に開口数ＮＡが小さなＧＩファイバを接合する。したがって、コンバイナ１０は、出射光の開口数を均一化することができる。
【００７５】
（ＧＩファイバの開口数ＮＡの一例）
ＧＩファイバ１４１〜１４７における開口数ＮＡの長さＬＧＩ依存性を図３に示す。ＧＩファイバ１４１〜１４７において、非屈折率差Δは０．０５５であり、有効レンズ径は１００μｍである。また、ＧＩファイバ１４１〜１４７に融着されているＦＭＦ１２１〜１２７のモードフィールド径は、２０μｍである。
【００７６】
図３を参照すれば、ＧＩファイバ１４１〜１４７の開口数ＮＡは、長さＬＧＩに応じて周期的に変化することが分かる。ＧＩファイバ１４１〜１４７の周期長Ｌｓは、Ｌｓ＝１０．４ｍｍである。
【００７７】
本実施形態において、ＧＩファイバ１４２〜１４７の長さＬＧＩは、最適長と等しい。すなわち、ＧＩファイバ１４２〜１４７の長さＬＧＩは、２．６ｍｍである。このとき、ＧＩファイバ１４２〜１４７の開口数ＮＡは、０．０１０である。
【００７８】
表１に、Ｄｄｉｆ＝０μｍである領域Ｐ１と、Ｄｄｉｆ＝１５０μｍである領域の一例である領域Ｐ２とに開口数が０．０１０以上０．０１４以下である光を入射させた場合に得られる出射光の開口数をまとめた。これらの出射光の開口数は、以下のように構成した縮径部１１を備えたコンバイナ１０を用いてシミュレーションすることによって得た。
・入射端面１１ａの直径Ｄｉｎ＝４００μｍ
・出射端面１１ｂの直径Ｄｏｕｔ＝１００μｍ
・Ｄｄｉｆ（Ｐ１）＝０μｍ
・Ｄｄｉｆ（Ｐ２）〜Ｄｄｉｆ（Ｐ７）＝１５０μｍ
・縮径部１１の長さ（入射端面１１ａから出射端面１１ｂまで距離）＝４０ｍｍ
・出射ファイバ１３の長さ＝１０ｍｍ
また、ＧＩファイバ１４１〜１４７に融着されているＦＭＦ１２１〜１２７のモードフィールド径として、２０μｍを採用した。
【００７９】
【表１】
0006691827.tif 000002
【００８０】
ＧＩファイバ１４２の開口数ＮＡを０．０１０とした場合、すなわち、領域Ｐ２に開口数が０．０１０である光を入射させた場合、コンバイナ１０の出射光の開口数は、０．１１１であった。
【００８１】
一方、ＧＩファイバ１４１の開口数ＮＡを０．０１０以上０．０１４以下の範囲で変化させた場合、０．０９７以上０．１３１以下の開口数を有する出射光が得られた。コンバイナ１０の出射光において開口数の均一化を図るためには、領域Ｐ２に由来する出射光の開口数（０．１１１）との差を最小化できるようにＧＩファイバ１４１の開口数ＮＡを定めればよい。表１によれば、ＧＩファイバ１４１の開口数ＮＡを０．０１２に定めた場合に、領域Ｐ２に由来する出射光の開口数と、領域Ｐ１に由来する出射光の開口数との差を最小化できることが分かった。
【００８２】
図３に示した開口数ＮＡの長さＬＧＩ依存性から開口数ＮＡが０．０１２となる長さＬＧＩを求めた結果、ＬＧＩ＝２．４１ｍｍ，２．７９ｍｍだった（有効数字３桁の場合）。
【００８３】
以上のように、ＧＩファイバ１４２の開口数ＮＡを０．０１０とした場合に、ＧＩファイバ１４１の開口数ＮＡを０．０１２とすることによって、領域Ｐ２に由来する出射光の開口数と、領域Ｐ１に由来する出射光の開口数との差を抑制できることが分かった。換言すれば、このように構成したコンバイナ１０は、出射光の開口数を均一化できることが分かった。
【００８４】
このように、領域Ｐ１〜Ｐ７の各々に様々な開口数を有する光を入射させた場合に得られる出射光の開口数を取得しておくことによって、出射光の開口数を均一化するための好ましいＧＩファイバ１４１〜１４７の開口数ＮＡを容易に定めることができる。また、図３に示したＧＩファイバ１４１〜１４７における開口数ＮＡと長さＬＧＩとの相関関係を予め取得しておくことによって、所望の開口数ＮＡを実現するためのＧＩファイバ１４１〜１４７の長さＬＧＩを容易に定めることができる。
【００８５】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るコンバイナ１０Ａについて、図４〜図５を参照して説明する。
【００８６】
図４の（ａ）は、コンバイナ１０Ａの斜視図である。なお、図４の（ａ）は、コンバイナ１０Ａが備えている入射ファイバ束１２を省いた状態のコンバイナ１０Ａを示す。図４の（ｂ）は、コンバイナ１０Ａが備えている縮径部１１Ａの入射端面１１Ａａを平面視した場合に得られる平面図である。この平面図は、縮径部１１Ａを図４に示した座標軸におけるｚ軸負方向側から見ることによって得られる。図４の（ｂ）は、入射端面１１Ａａにおいて、ＧＩファイバ束１４を構成するＧＩファイバ１４１Ａ〜１４７Ａを結合される各領域Ｐ１Ａ〜Ｐ７Ａを示す。なお、図４の（ｂ）は、コンバイナ１０Ａが備えている入射ファイバ束１２及びＧＩファイバ束１４Ａを省いた状態の入射端面１１ａを示す。
【００８７】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、縮径部１１Ａの断面図であって、図４の（ｂ）に示したＢ−Ｂ’線に沿った平面（ｙｚ平面）における断面図である。
【００８８】
（コンバイナ１０Ａの構成）
コンバイナ１０Ａは、図１に示したコンバイナ１０が備えている縮径部１１及びＧＩファイバ束１４の各々を、それぞれ、縮径部１１Ａ及びＧＩファイバ束１４Ａに置換することによってえら得る。コンバイナ１０Ａが備えている入射ファイバ束１２及び出射ファイバ１３は、コンバイナ１０が備えているものと同様に構成されている。したがって、本実施形態では、入射ファイバ束１２及び出射ファイバ１３の説明を省略する。
【００８９】
図４の（ａ）に示すように、縮径部１１Ａにおいて、入射端面１１Ａａの中心Ｃ１Ａと出射端面１１Ａｂの中心Ｃ２Ａとを結ぶ線分を中心軸１１ＡＣとする。中心軸１１ＡＣは、入射端面１１Ａａ及び出射端面１１Ａｂに対して傾いている。したがって、縮径部１１Ａの形状は、偏心した円錐台といえる。
【００９０】
そのため、入射端面１１Ａａを平面視した場合に、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとは互いにずれている（図４の（ｂ）参照）。入射端面１１Ａａを平面視した場合に得られる、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとの間の平面視距離をオフセット量Ｄｏｆｆ（請求の範囲に記載の平面視距離Ｄｏｆｆ）とする。オフセット量Ｄｏｆｆは、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとのずれ具合を表す。オフセット量Ｄｏｆｆが大きいほど、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとのずれ具合は大きい。
【００９１】
図４の（ｂ）に示すように、中心Ｃ１Ａを含み、ＧＩファイバ１４２Ａが接続される領域を領域Ｐ２Ａと呼ぶ。また、領域Ｐ２Ａの中心を中心ＣＰ２Ａと呼ぶ。中心ＣＰ２Ａは、入射端面１１Ａａに結合されたＧＩファイバ１４２Ａの中心に対応する。コンバイナ１０Ａにおいて、中心Ｃ１Ａと中心ＣＰ２Ａとは、一致している。
【００９２】
領域Ｐ２Ａの周りには、領域Ｐ２Ａを取り囲む６つの領域（領域Ｐ１Ａ及び領域Ｐ３Ａ〜Ｐ７Ａ）が配置されている。領域Ｐ１Ａ及び領域Ｐ３Ａ〜Ｐ７Ａの各々の中心をそれぞれ中心ＣＰ１Ａ及びＣＰ３Ａ〜ＣＰ７Ａと呼ぶ。領域Ｐ１Ａは、ＧＩファイバ１４１Ａが接続される領域である。中心ＣＰ１Ａは、入射端面に結合されたＧＩファイバ１４１Ａの中心に対応する。同様に、領域Ｐ３Ａ〜Ｐ７Ａの各々は、それぞれ、ＧＩファイバ１４３Ａ〜１４７Ａが接続される領域であり、中心ＣＰ３Ａ〜ＣＰ７Ａの各々は、それぞれ、入射端面１１Ａａに結合されたＧＩファイバ１４３Ａ〜１４７Ａの中心に対応する。領域Ｐ１Ａ及び領域Ｐ３Ａ〜Ｐ７Ａの各々は、領域Ｐ２Ａの周りに等方的に、すなわち、中心ＣＰ１Ａ，ＣＰ３〜ＣＰ７Ａが正六角形の各頂点を成すように配置されている。換言すれば、ＧＩファイバ１４１Ａ〜１４７Ａの各々は、入射端面１１Ａａ内において最密充填構造をとるように配置されている。
【００９３】
図４の（ｂ）に示すＢ−Ｂ’線は、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとを結ぶ直線である。各領域Ｐ１Ａ〜Ｐ７Ａにおいて、入射端面１１Ａａを平面視した場合に得られる中心Ｃ２Ａと中心ＣＰ１Ａ〜ＣＰ７Ａとの平面視距離を距離Ｄｄｉｆとする。図４の（ｂ）には、距離Ｄｄｉｆの例として、領域Ｐ１についての距離Ｄｄｉｆを図示している。距離Ｄｄｉｆは、縮径部１１Ａに対して入射光が結合する領域と縮径部１１Ａに対して出射光が結合する領域とのずれを表す。距離Ｄｄｉｆが大きいほど、入射光が結合する領域と出射光が結合する領域とのずれが大きいことを表す。
【００９４】
コンバイナ１０Ａにおいて、入射端面１１Ａａを平面視した場合に、中心Ｃ１Ａと中心Ｃ２Ａとはオフセット量Ｄｏｆｆだけ離間しており、かつ、その離間している方向は、中心ＣＰ１Ａに近づく方向（中心ＣＰ７Ａから遠ざかる方向）である。そのため、距離Ｄｄｉｆの大小関係は、以下の通りとなる（図２の（ｂ）参照）。
Ｄｄｉｆ（Ｐ１Ａ）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ２Ａ）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ４Ａ），Ｄｄｉｆ（Ｐ５Ａ）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ６Ａ），Ｄｄｉｆ（Ｐ７Ａ）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ３Ａ）
縮径部１１Ａを光が伝播することに起因する光の開口数の増加量は、距離Ｄｄｉｆに応じて変化する。この増加量は、距離Ｄｄｉｆがより小さい領域に由来する光ほど小さく、距離Ｄｄｉｆがより大きい領域に由来する光ほど大きくなる。すなわち、光の開口数の増加量は、（１）領域Ｐ１Ａに入射した光が最も小さく、（２）領域Ｐ２Ａ、（３）領域Ｐ４Ａ，Ｐ５Ａ、（４）領域Ｐ６Ａ，Ｐ７Ａ、（５）領域Ｐ３Ａの順番で大きくなる。
【００９５】
この開口数の増加量の大小関係に基づいて、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に結合されたＧＩファイバほど小さい開口数ＮＡを有するように構成されている。すなわち、ＧＩファイバ１４１Ａ〜１４７Ａの開口数ＮＡは、（１）ＧＩファイバ１４１Ａ、（２）ＧＩファイバ１４２Ａ、（３）ＧＩファイバ１４４Ａ，１４５Ａ、（４）ＧＩファイバ１４６Ａ，１４７Ａ、（５）ＧＩファイバ１４３Ａの順番で小さくなるように構成されている。
【００９６】
例えば、円柱状の光学部材を延伸して縮径部を製造する場合、延伸された光学部材の形状に歪みが生じることがある。コンバイナ１０Ａによれば、偏心した円錐台の形状を有する縮径部１１Ａを用いても、出射光の開口数を均一化することができる。
【００９７】
なお、本実施形態においては、最も小さな開口数ＮＡを有するＧＩファイバ１４３Ａの長さＬＧＩは、ＧＩファイバの最適長であるＬｓ／４に定められている。したがって、ＧＩファイバ１４３Ａは、縮径部１１Ａの入射端面１１Ａａに対してコリメート光を結合させる（図４の（ａ）参照）。
【００９８】
また、ＧＩファイバ１４１Ａ〜１４７Ａの長さＬＧＩは、上記の開口数ＮＡの大小関係に基づいて、（１）ＧＩファイバ１４１Ａ、（２）ＧＩファイバ１４２Ａ、（３）ＧＩファイバ１４４Ａ，１４５Ａ、（４）ＧＩファイバ１４６Ａ，１４７Ａ、（５）ＧＩファイバ１４３Ａの順番で短くなるように構成されている。
【００９９】
なお、縮径部１１Ａの形状が偏心した円錐台である場合であっても、第１の実施形態の（ＧＩファイバの開口数ＮＡの一例）に記載した方法を用いて、各ＧＩファイバ１４１Ａ〜１４７Ａの長さを定めることができる。
【０１００】
（仮想ビーム径）
図５を参照して、仮想ビーム径の算出方法について説明する。縮径部１１Ａは、偏心した円錐台形状を有しているが、図２の（ｂ）に示した縮径部１１の場合と同様の算出方法を用いることができる。
【０１０１】
図５の（ａ）は、縮径部１１Ａの入射端面１１Ａａにおける領域Ｐ１Ａに対して光Ｌ１Ａを入射した状態を示す。図５の（ｂ）は、入射端面１１Ａａにおける領域Ｐ３Ａに対して光Ｌ２Ａを入射した状態を示す。なお、ここでは、光Ｌ１Ａ及び光Ｌ２Ａの各々は、何れもコリメート光であるものとして説明する。
【０１０２】
図５に図示した縮径部１１Ａの断面の形状は、入射端面１１Ａａ及び出射端面１１Ａｂを底辺とする台形である。その台形の２つの斜辺をそれぞれ斜辺１１Ａｃ，１１Ａｄと称する。斜辺１１Ａｃと出射端面１１Ａｂの法線とのなす角の大きさは、θ１である。また、斜辺１１Ａｄと出射端面１１Ａｂの法線とのなす角は、何れもθ２である。
【０１０３】
光Ｌ１Ａにおける仮想ビーム径は、以下のように算出することができる（図５の（ａ）参照）。なお、出射端面１１Ａｂの下端を通り、出射端面１１Ａｂとのなす角の大きさがθ１である直線を直線１１Ａｅとする。
【０１０４】
（１）縮径部１１Ａの内部に延ばした光Ｌ１Ａの延長線のうち、出射端面１１Ａｂから遠い側（ｙ軸正方向側）の延長線を延長線Ｌ１Ａｅとする。
【０１０５】
（２）延長線Ｌ１Ａｅと縮径部１１Ａの斜辺１１Ａｃとの交点を交点Ｉ１Ａａとする。
【０１０６】
（３）交点Ｉ１Ａａを通り、且つ、入射端面１１Ａａ及び出射端面１１Ａｂと平行な直線ＬＩ１Ａを引く。
【０１０７】
（４）直線ＬＩ１Ａと直線１１Ａｅとの交点を交点Ｉ１Ａｂとする。
【０１０８】
（５）交点Ｉ１Ａａと交点Ｉ１Ａｂとの距離を仮想ビーム径ＤＬ１Ａとする。
【０１０９】
同様に、光Ｌ２Ａにおける仮想ビーム径は、以下のように算出することができる（図５の（ｂ）参照）。なお、出射端面１１Ａｂの上端を通り、出射端面１１Ａｂとのなす角の大きさがθ２である直線を直線１１Ａｆとする。
【０１１０】
（１）縮径部１１Ａの内部に延ばした光Ｌ２Ａの延長線のうち、出射端面１１Ａｂから遠い側（ｙ軸負方向側）の延長線を延長線Ｌ２Ａｅとする。
【０１１１】
（２）延長線Ｌ２Ａｅと縮径部１１Ａの斜辺１１Ａｄとの交点を交点Ｉ２Ａａとする。
【０１１２】
（３）交点Ｉ２Ａａを通り、且つ、入射端面１１Ａａ及び出射端面１１Ａｂと平行な直線ＬＩ２Ａを引く。
【０１１３】
（４）直線ＬＩ２Ａと直線１１Ａｆとの交点を交点Ｉ２Ａｂとする。
【０１１４】
（５）交点Ｉ２Ａａと交点Ｉ２Ａｂとの距離を仮想ビーム径ＤＬ２Ａとする。
【０１１５】
縮径部１１Ａが偏心している場合、斜辺１１Ａｃと出射端面１１Ａｂの法線とのなす角の大きさ（＝θ１）と、斜辺１１Ａｄと出射端面１１Ａｂの法線とのなす角の大きさ（＝θ２）とは、異なる。そのため、縮径部１１の場合と比較して、入射端面１１Ａａの各領域（領域Ｐ１Ａ〜Ｐ７Ａ）に入射された各光の仮想ビーム径は、幅広い分布を持つ。しかし、ＧＩファイバの開口数ＮＡは、図３に示したとおり広範囲（０．０１以上０．０４以下）に亘って変化させることができる。したがって、コンバイナ１０Ａは、偏心した縮径部１１Ａを備えているにも関わらず、出射光の開口数を均一化することができる。
【０１１６】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るファイバレーザシステム１について、図６を参照して説明する。図６は、ファイバレーザシステム１の構成を示すブロック図である。図６に示すように、ファイバレーザシステム１（請求の範囲に記載のレーザシステム）は、第１の実施形態に記載したコンバイナ１０と、７台のファイバレーザ装置５０ａ〜５０ｇと、レーザヘッド６０とを備えている。
【０１１７】
ファイバレーザ装置５０ａ〜５０ｇの各々は、レーザ光を生成するための構成であり、レーザ装置の一態様である。本実施形態におけるレーザ装置は、ファイバレーザ装置に限定されるものではない。ファイバレーザ装置５０ａ〜５０ｇの各々は、同様に構成されている。ここでは、ファイバレーザ装置５０ａを例に、その構成を説明する。ファイバレーザ装置５０ａにて生成されたレーザ光は、コンバイナ１０に入力され、他のファイバレーザ装置５０ｂ〜５０ｇにて生成されたレーザ光と合波される。コンバイナ１０において合波されたレーザ光は、レーザヘッド６０を介して図示しないワークピース（加工対象物）に対して照射される。
【０１１８】
ファイバレーザ装置５０ａは、電流源（図示せず）、１０個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０、ポンプコンバイナ５１、高反射ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）５４、ダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）５２、低反射ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）５５、及びデリバリファイバ５３ａ（請求の範囲に記載の出射ファイバ）により構成することができる。なお、レーザダイオードの数は１０個に限定されるものではなく、任意である。
【０１１９】
各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０は、ポンプ光を生成するための構成である。各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０は、ポンプコンバイナ５１の入力ポートに接続されており、各レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０にて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナ５１に入力される。
【０１２０】
ポンプコンバイナ５１は、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ１０の各々にて生成されたポンプ光を合波することによって、合成ポンプ光を得るための構成である。ポンプコンバイナ５１の出力ポートは、高反射ＦＢＧ５４を介してＤＣＦ５２に接続されている。ポンプコンバイナ５１にて得られた合成ポンプ光は、高反射ＦＢＧ５４を透過した後、ＤＣＦ５２のインナークラッドに入力される。
【０１２１】
ＤＣＦ５２は、ポンプコンバイナ５１にて合波されたポンプ光をレーザ光に変換するための構成である。ＤＣＦ５２のコアには、Ｙｂ等の希土類元素が添加されており、ポンプコンバイナ５１にて得られた合成ポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために利用される。ＤＣＦ５２は、入力端に接続された高反射ＦＢＧ５４及び出力端に接続された低反射ＦＢＧ５５と共に共振器を構成している。ＤＣＦ５２のコアにおいては、反転分布状態に維持された希土類元素が誘導放出を繰り返すことにより、レーザ光が生成される。ＤＣＦ５２の出力端は、低反射ＦＢＧ５５を介してコンバイナ１０の入射ファイバ束１２を構成するＦＭＦ１２１に接続されている。ＤＣＦ５２にて生成されたレーザ光のうち、低反射ＦＢＧ５５を透過したレーザ光は、ファイバレーザ装置５０ａに接続されたデリバリファイバ５３ａに入力され、ひいては、ＦＭＦ１２１に入力される。
【０１２２】
同様に、ファイバレーザ装置５０ｂ〜５０ｇの各々が備えているデリバリファイバ５３ｂ〜５３ｇの各々は、入射ファイバ束１２を構成するＦＭＦ１２２〜ＦＭＦ１２７の各々に接続されている。
【０１２３】
コンバイナ１０は、各ファイバレーザ装置５０ａ〜５０ｇから入射されたレーザ光を１つに合波し出力光を生成する。コンバイナ１０の出射ファイバ１３から出射される出力光は、レーザヘッド６０に入力される。
【０１２４】
レーザヘッド６０は、出射ファイバ１３から入力された出力光がワークピースにより反射され、出射ファイバ１３に再入射することを防止するための構成である。レーザヘッド６０は、例えば、ガラスブロックと、このガラスブロックを収容する筐体とにより構成される。レーザヘッド６０から出射された出力光は、ワークピースに照射される。
【０１２５】
コンバイナ１０は、第１の実施形態において説明した通り、均一な開口数（換言すればビーム品質）を有する出射光を出射することができる。したがって、出力コンバイナとしてコンバイナ１０を備えているファイバレーザシステム１は、均一な開口数を有する出射光を出射することができる。
【０１２６】
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】
【０１２７】
１  ファイバレーザシステム（レーザシステム）
１０，１０Ａ  コンバイナ
１１，１１Ａ  縮径部
１１ａ，１１Ａａ  入射端面
１１ｂ，１１Ａｂ  出射端面
１２，１２Ａ  入射ファイバ束
１２１〜１２７  フューモードファイバ（入射ファイバ）
１２１ａ〜１２７ａ  コア
１２１ｂ〜１２７ｂ  クラッド
１３  出射ファイバ
１３ａ  コア
１３ｂ  クラッド
１４，１４Ａ  ＧＩファイバ束
１４１〜１４７，１４１Ａ〜１４７Ａ  ＧＩファイバ
５０ａ〜５０ｇ  ファイバレーザ装置
５３ａ〜５３ｇ  出射ファイバ
ＬＤ１〜ＬＤ１０  レーザダイオード
【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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