(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の入射ファイバからなる入射ファイバ束と、
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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、
前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれており、且つ、前記出射ファイバと少なくとも一部重なっている領域の面積が最も大きくなる少なくとも１つの入射ファイバの中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれている、
ことを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記入射端面を平面視した場合に、前記出射ファイバと少なくとも一部重なっている複数の入射ファイバの各々の中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記入射端面を平面視した場合に、前記入射ファイバの各々の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記入射端面及び前記出射端面の各々は、互いに平行な平面からなり、
前記入射ファイバの各々と、前記出射ファイバとは、それぞれの光軸が前記入射端面及び前記出射端面の法線方向に沿うように配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項５】
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、前記入射端面の中心と前記出射端面の中心との平面視距離Ｄｏｆｆ、前記入射端面の最大幅Ｄｉｎ、及び、前記出射端面の最大幅Ｄｏｕｔの各々は、式（１）の関係式を満たす、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光学デバイス。
Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆ≦（Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）／２      （１）
【請求項６】
前記少なくとも１本の入射ファイバと、前記縮径部の前記入射端面との間には、各入射ファイバに対応するＧＩファイバが挿入されており、
前記少なくとも１本の入射ファイバの各々は、各ＧＩファイバを介して前記入射端面に結合されている、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
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、それぞれ、円形である、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記入射ファイバ束は、複数の入射ファイバにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記入射ファイバ束は、少なくとも１本の入射ファイバによって構成されており、
当該少なくとも１本の入射ファイバの各々が前記縮径部の前記入射端面に結合される領域は、可変である、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
（１）複数本の入射ファイバによって構成された入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれており、且つ、前記出射ファイバと少なくとも一部重なっている領域の面積が最も大きくなる少なくとも１つの入射ファイバの中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれている光学デバイスと、
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、前記光学デバイスの前記複数本の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。
【請求項１１】
（１）１本の入射ファイバによって構成された入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれており、且つ、前記入射ファイバの中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれている光学デバイスと、
出射ファイバを有し、当該出射ファイバが前記光学デバイスの前記入射ファイバに接続されている１台のレーザ装置と、を備えており、
前記入射ファイバが前記縮径部の前記入射端面に結合される領域は、可変である、
ことを特徴とするレーザシステム。
【請求項１２】
（１）少なくとも１本の入射ファイバからなる入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれており、且つ、前記出射ファイバと少なくとも一部重なっている領域の面積が最も大きくなる少なくとも１つの入射ファイバの中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれている光学デバイスの製造方法において、
光学ロッドを延伸しつつ、当該光学ロッドの一端における中心軸と他端における中心軸とのずれ具合を大きくしていく延伸工程と、
前記延伸工程において延伸された光学ロッドから、両端の太さが異なる区間を前記縮径部として切り出す切り出し工程と、を含む、
ことを特徴とする光学デバイスの製造方法。
【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光学デバイスに関する。また、そのような光学デバイスを備えたレーザシステム、及び、そのような光学デバイス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光学デバイス（コンバイナやカプラなどと呼ばれる）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、出射ファイバ（特許文献１における「出力用光ファイバ」）と、を備えた光学デバイス（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。
【０００３】
このような光学デバイスは、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、このような光学デバイスを用いて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】
ところで、レーザ加工機に用いて高品質な加工を行うためには、加工用途に応じて出射光のスポット径を適切に選択することが好ましい。加工用途に応じて、出射光の好適なパワー密度が異なるためである。
【０００６】
例えば、切断を行う場合には、出射光のパワー密度を上げ、狭い範囲に出射光を照射することが好ましい。したがって、スポット径の小さな出射光、すなわち、ビーム品質が高い出射光を用いることが好ましい。ビーム品質が高い出射光を用いることによって、切断の精度を高めることができる。
【０００７】
それに対して、溶接を行う場合には、出射光のパワー密度を下げ、広い範囲に出射光を照射することが好ましい。したがって、スポット径の大きな出射光、すなわち、ビーム品質が低い出射光を用いることが好ましい。ビーム品質が低い出射光を用いることによって、溶接の均一性を高めることができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の光学デバイスにおいて、出射光のビーム品質を制御することは、次の理由により困難である。このような光学デバイスによって得られる出射光のビーム品質は、主に縮径部の形状及び縮径部に入射するレーザ光の発散角に依存している。したがって、入射ファイバ及び縮径部の構成を変更しない場合、光学デバイスの出射光のビーム品質は、不変である。すなわち、ビーム品質は、制御することができない、光学デバイスに固有の特性である。
【０００９】
したがって、用途が異なる加工をレーザ加工機にて行う場合、各用途に適したビーム品質を有する出射光を出射可能なレーザ加工機を、それぞれ用意する必要があった。このことは、様々なコストが増大する要因となる。
【００１０】
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、出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを提供することである。また、そのような光学デバイスを備えたレーザシステム、及び、そのような光学デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学デバイスは、（１）少なくとも１本の入射ファイバからなる入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれている。
【００１２】
上記のように構成された縮径部は、入射端面のうち出射端面の中心からのずれが小さな領域に結合された入射光を、ビーム品質を大きく低下させることなく出射端面まで導波する。また、縮径部は、入射端面のうち出射端面の中心からのずれが大きな領域に結合された光を、ビーム品質を大きく低下させながら出射端面まで導波する。このように、縮径部は、入射光が結合された入射端面の領域における、出射端面の中心からのずれの大小に応じて、ビーム品質が異なる出射光を出射ファイバに結合することができる。
【００１３】
したがって、上記の構成によれば、入射端面のうち入射光を結合する領域を適宜選択することにより、光学デバイスが出射する出射光のビーム品質を制御することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る光学デバイスにおいて、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、前記入射端面の中心と前記出射端面の中心との平面視距離Ｄｏｆｆ、前記入射端面の最大幅Ｄｉｎ、及び、前記出射端面の最大幅Ｄｏｕｔの各々は、式（１）の関係式を満たすことが好ましい。
Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆ≦（Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）／２      （１）
上記の構成によれば、縮径部から出射される出射光のビーム品質の制御可能な範囲を広げることができる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る光学デバイスにおいて、前記少なくとも１本の入射ファイバと、前記縮径部の前記入射端面との間には、各入射ファイバに対応するＧＩファイバが挿入されており、前記少なくとも１本の入射ファイバの各々は、各ＧＩファイバを介して前記入射端面に結合されていることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、縮径部の入射端面に対して、発散角を抑制した光を結合させることができるため、縮径部と出射ファイバとの間の結合効率を高めることができ、光学デバイスの光損失を抑制することができる。
【００１７】
また、入射端面にコリメート光が結合されることによって、縮径部が光を導波する過程において、縮径部の側面により光が反射される回数を抑制することができる。したがって、縮径部からの出射光のビーム品質の最高値を更に高めることができる。結果として、縮径部から出射される出射光のビーム品質の変更可能な範囲を更に広げることができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る光学デバイスにおいて、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、それぞれ、円形であることが好ましい。
【００１９】
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、光学デバイスの製造コストを抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る光学デバイスにおいて、前記入射ファイバ束は、複数の入射ファイバにより構成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、複数本の入射ファイバの各々は、それぞれ、縮径部の入射端面のいずれかの領域に結合されている。したがって、縮径部の出射端面とのずれが小さな領域に結合された入射ファイバの光は、ビーム品質が高い光として出射端面から出射される。一方、上記ずれが大きな領域に結合された入射ファイバの光は、ビーム品質が低い光として出射端面から出射される。したがって、複数本の入射ファイバから入射ファイバを適宜選択することによって、所定のビーム品質の出射光を得ることができる。なお、複数本の入射ファイバから選択する入射ファイバの本数は、１本であってもよいし、複数本であってもよい。
【００２２】
また、上記光学デバイスにおいて、前記入射ファイバ束は、１本の入射ファイバによって構成されており、当該入射ファイバが前記縮径部の前記入射端面に結合される領域は、可変であることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、入射端面に対して入射ファイバを結合させる領域を適宜選択することによって、所望のビーム品質を有する出射光を得ることができる。したがって、簡易な構成を用いて出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを実現することができる。
【００２４】
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）複数本の入射ファイバによって構成された入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれている光学デバイスと、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、前記光学デバイスの前記複数本の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。
【００２５】
上記の構成によれば、複数本の入射ファイバから入射ファイバを適宜選択し、選択した入射ファイバに接続されたレーザ装置を発振させることによって、所望のビーム品質を有する出射光を得ることができる。したがって、レーザシステムが出射する出射光のビーム品質を制御することができる。
【００２６】
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）１本の入射ファイバによって構成された入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスであって、前記入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と、前記出射端面の中心とは、互いにずれている光学デバイスと、出射ファイバを有し、当該出射ファイバが前記光学デバイスの前記入射ファイバに接続されている１台のレーザ装置と、を備えており、前記入射ファイバが前記縮径部の前記入射端面に結合される領域は、可変である。
【００２７】
上記の構成によれば、縮径部の入射端面に対して入射ファイバ束を構成する１本の入射ファイバを結合させる領域を適宜選択することによって、所望のビーム品質を有する出射光を得ることができる。したがって、レーザシステムが出射する出射光のビーム品質を制御することができる。
【００２８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学デバイスの製造方法は、（１）少なくとも１本の入射ファイバからなる入射ファイバ束と、（２）出射ファイバと、（３）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入射ファイバ束が結合され、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、を備えた光学デバイスの製造方法であって、光学ロッドを延伸しつつ、当該光学ロッドの一端における中心軸と他端における中心軸とのずれ具合を大きくしていく延伸工程と、前記延伸工程において延伸された光学ロッドから、両端の太さが異なる区間を前記縮径部として切り出す切り出し工程と、を含む。
【００２９】
上記の製造方法によれば、入射端面及び出射端面を有し、当該入射端面を平面視した場合に、当該入射端面の中心と前記出射端面の中心とは、互いにずれている縮径部を製造することができる。したがって、出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを提供することができる。また、そのような光学デバイスを備えたレーザシステム、及び、そのような光学デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）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。（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２】（ａ）及び（ｂ）は、図１の（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３】図１の（ａ）に示したコンバイナの第１の変形例の斜視図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、図１の（ｂ）に示した縮径部の断面図である。
【図５】（ａ）は、図１の（ａ）に示したコンバイナの第２の変形例が備えている縮径部及び入射ファイバの平面図である。（ｂ）は、図１の（ａ）に示したコンバイナの第３の変形例が備えている縮径部及び入射ファイバの平面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２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。（ｂ）は、（ａ）に示したファイバレーザシステムの第１の変形例の構成を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る縮径部の製造方法を示すフローチャートである。（ｂ）は、（ａ）に示した縮径部の製造方法が含む延伸工程の概要を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
〔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及び図２を参照して説明する。図１の（ａ）は、コンバイナ１０の斜視図である。図１の（ｂ）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。図１の（ｂ）は、入射ファイバ束１２を構成するフューモードファイバ（ＦＭＦ）１２１〜１２７を結合された状態の入射端面１１ａを示す。図２の（ａ）及び（ｂ）は、入射端面１１ａを平面視した場合に得られる平面図であり、ＦＭＦ１２１〜１２７を省略した状態の入射端面１１ａを示す。
【００３３】
（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とを備えた光学デバイスである。
【００３４】
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柱状の光学部材である。出射端面１１ｂの面積は、入射端面１１ａの面積と比較して狭い。入射端面１１ａには、入射ファイバ束１２が結合されている。出射端面１１ｂには、出射ファイバ１３が結合されている。
【００３５】
縮径部１１は、入射端面１１ａを底面とする斜円錐を、この底面に平行な平面で切り、斜円錐の頂点を含む小さくなった斜円錐を取り除くことによって得られる。縮径部１１のこの形状は、円錐台の中心軸（一方の底面の中心と他方の底面の中心とを結ぶ線分）を、底面の法線に対して傾けることによっても得られる。
【００３６】
入射ファイバ束１２は、７本の入射ファイバであるＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２７によって構成されている。また、出射ファイバ１３は、１本のマルチモードファイバ（ＭＭＦ）によって構成されている。ＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２７の各々、及び、出射ファイバ１３は、例えば石英ガラス製である。
【００３７】
図１の（ｂ）に示すように、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。ＦＭＦ１２１〜１２７は、ＦＭＦ１２２を中心として、その周囲をＦＭＦ１２１及びＦＭＦ１２３〜１２７が等方的に取り囲み、正六角形を成すように配置されている。本実施形態において、ＦＭＦ１２１〜１２７の各々の端面は、入射端面１１ａに対して融着されている。
【００３８】
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の出射端面の直径Ｄｏｕｔ（図１の（ｃ）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。
【００３９】
なお、入射ファイバ束１２を構成するＦＭＦ１２１〜１２７の各々と、縮径部１１の入射端面１１ａとは、互いに光学的に結合していればよい。したがって、ＦＭＦ１２１〜１２７の各々の端面と入射端面１１ａとは離間していてもよい。また、ＦＭＦ１２１〜１２７の各々の端面と、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、ＦＭＦ１２１〜１２７の各々の端面と、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。
【００４０】
図２の（ａ）に示した破線は、入射端面１１ａに投影した出射端面１１ｂを示す。入射端面１１ａを平面視した場合に、入射端面１１ａの中心Ｃ１と、出射端面１１ｂの中心Ｃ２とは、互いにずれている。入射端面１１ａを平面視した場合に得られる、中心Ｃ１と中心Ｃ２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Ｃ１と中心Ｃ２とのずれ具合を表す。オフセット量Ｄｏｆｆが大きいほど、中心Ｃ１と中心Ｃ２とのずれ具合は大きい。
【００４１】
図２の（ｂ）に示すように、中心Ｃ１を含み、ＦＭＦ１２２が接続される領域を領域Ｐ２と呼ぶ。また、領域Ｐ２の中心を中心ＣＰ２と呼ぶ。中心ＣＰ２は、入射端面１１ａに結合されたＦＭＦ１２２の中心に対応する。コンバイナ１０において、中心Ｃ１と中心ＣＰ２とは、一致している。
【００４２】
領域Ｐ２の周りには、領域Ｐ２を取り囲む６つの領域（領域Ｐ１及び領域Ｐ３〜Ｐ７）が配置されている。領域Ｐ１及び領域Ｐ３〜Ｐ７の各々の中心をそれぞれ中心ＣＰ１及びＣＰ３〜ＣＰ７と呼ぶ。領域Ｐ１は、ＦＭＦ１２１が接続される領域である。中心ＣＰ１は、入射端面に結合されたＦＭＦ１２１の中心に対応する。同様に、領域Ｐ３〜Ｐ７の各々は、それぞれ、ＦＭＦ１２３〜１２７が接続される領域であり、中心ＣＰ３〜ＣＰ７の各々は、それぞれ、入射端面に結合されたＦＭＦ１２３〜１２７の中心に対応する。領域Ｐ１及び領域Ｐ３〜Ｐ７の各々は、領域Ｐ２の周りに等方的に、すなわち、中心ＣＰ１，ＣＰ３〜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、ＦＭＦ１２１〜１２７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。
【００４３】
図２の（ａ）に示すＡ−Ａ’線は、中心Ｃ１と中心Ｃ２とを結ぶ直線である。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２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。
【００４４】
コンバイナ１０において、入射端面１１ａを平面視した場合に、中心Ｃ１と中心Ｃ２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ＣＰ１に近づく方向（中心ＣＰ７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）。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追記する。
Ｄｄｉｆ（Ｐ１）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ２）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ４），Ｄｄｉｆ（Ｐ５）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ６），Ｄｄｉｆ（Ｐ７）＜Ｄｄｉｆ（Ｐ３）
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。
【００４５】
（コンバイナ１０の効果）
コンバイナ１０の効果を説明するために、まず、光の開口数ＮＡ及び光のビーム品質について簡単に説明する。光の開口数ＮＡは、伝播する光の発散角θ（半角）を用いて、ＮＡ＝ｓｉｎθで表される。
【００４６】
また、ビーム品質を表す指標としては、ＢＰＰ（ビームパラメータ積：Beam Parameter Products）が知られている。ＢＰＰは、光を出射するコアの半径Ｒと、出射された光の発散角θ（半角）との積、ＢＰＰ＝Ｒ×θ（ｍｍ・ｍｒａｄ）で表される。ここでは縮径部１１の出射端面から出射される光を想定している。そのため、光を出射するコアは、出射端面１１ｂであり、半径Ｒは、Ｒ＝Ｄｏｕｔ／２で一定である。
【００４７】
以上のように、光の開口数及び光のビーム品質は、何れも光の発散角θを用いて表される指標であり、互いに言い換えることができる。すなわち、小さい開口数を有する光は、ビーム品質の高い光であり、大きな開口数を有する光は、ビーム品質の低い光である。
【００４８】
コンバイナ１０において、縮径部１１に入射した光の開口数ＮＡは、縮径部１１を伝播する過程で増加する。換言すれば、縮径部１１に入射した光のビーム品質は、縮径部１１を伝播する過程で低下する。
【００４９】
縮径部１１を伝播することに起因するビーム品質の低下量は、距離Ｄｄｉｆに応じて変化し、距離Ｄｄｉｆが小さい領域に入射した光ほど小さく、距離Ｄｄｉｆが大きい領域に入射した光ほど大きくなる。すなわち、ビーム品質の低下量は、（１）領域Ｐ１に入射した光が最も小さく、（２）領域Ｐ２、（３）領域Ｐ４，Ｐ５、（４）領域Ｐ６，Ｐ７、（５）領域Ｐ３の順番で大きくなる。このビーム品質の低下量については、図４を参照して後述する。
【００５０】
このように、縮径部１１は、距離Ｄｄｉｆの大小に応じて、ビーム品質の低下量が異なる出射光を出射ファイバ１３に結合させることができる。したがって、コンバイナ１０によれば、入射端面１１ａに接続されたＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２７の何れかを適宜選択することにより、縮径部１１の出射端面１１ｂから出射される光のビーム品質を制御することができる。結果として、出射ファイバ１３から出射される光のビーム品質を制御することができる。
【００５１】
コンバイナ１０から出射される出射光のビーム品質をより広い範囲内で制御するためには、ビーム品質の上限値を高めることができ、且つ、ビーム品質の下限値を低めることができるように縮径部１１を構成すればよい。このためには、出射端面１１ｂの中心Ｃ２を領域Ｐ１の中心ＣＰ１に近づけるように（領域Ｐ７の中心ＣＰ７から遠ざけるように）、入射端面１１ａに対する出射端面１１ｂの位置を定めればよい。
【００５２】
上記の要請を満たすために、縮径部１１において、オフセット量Ｄｏｆｆ、入射端面１１ａの最大幅Ｄｉｎ、及び、出射端面１１ｂの最大幅Ｄｏｕｔの各々は、次の関係を満たすことが好ましい。
Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆ≦（Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）／２
本実施形態において入射端面１１ａ及び出射端面１１ｂの各々は、円形である。したがって、最大幅Ｄｉｎ及び最大幅Ｄｏｕｔの各々は、それぞれ、入射端面１１ａの直径及び出射端面１１ｂの直径と同義である。
【００５３】
Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆの関係を満たすことによって、この関係式を満たさない場合と比較して、ビーム品質の高い光（コンバイナ１０においてはＦＭＦ１２１から入射された光）のビーム品質をより高く、且つ、ビーム品質の低い光（コンバイナ１０においてはＦＭＦ１２３から入射された光）のビーム品質をより低くすることができる。したがって、縮径部１１から出射される光のビーム品質の制御可能な範囲を広げることができる。
【００５４】
なお、Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆの関係を満たすことは、縮径部１１が出射する光のうち最もビーム品質が高い光の開口数ＮＡｍａｘが、縮径部１１が出射する光のうち最もビーム品質が低い光の開口数ＮＡｍｉｎの１．５倍以上となることを意味する。この点については、図４を参照して後述する。
【００５５】
Ｄｏｆｆ≦（Ｄｉｎ−Ｄｏｕｔ）／２の関係を満たす状態は、入射端面１１ａを平面視した場合に得られる平面図（図２の（ａ）参照）において、出射端面１１ｂは、入射端面１１ａに真に包含されている状態である。すなわち、出射端面１１ｂが入射端面１１ａの内部のみに存在している状態である。この構成によれば、オフセット量Ｄｏｆｆが過剰に大きくなりすぎ縮径部１１から出射される光のビーム品質が低下することを抑制することができる。
【００５６】
縮径部１１において、底面を構成する入射端面１１ａ及び出射端面１１ｂは、何れも円形である。この構成によれば、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、光学デバイスの製造コストを抑制することができる。なお、コンバイナ１０の製造方法については、図７を参照して後述する。
【００５７】
上述したように、コンバイナ１０において、入射ファイバ束１２は、複数本のＦＭＦ１２１〜１２７によって構成されている。複数本のＦＭＦ１２１〜１２７の各々は、それぞれ、縮径部１１の入射端面１１ａ内の距離Ｄｄｉｆが異なる領域（領域Ｐ１〜Ｐ７）に結合されている。ＦＭＦ１２１は、距離Ｄｄｉｆが小さな領域に結合されており、ＦＭＦ１２２は、距離Ｄｄｉｆが中程度の領域に結合されており、ＦＭＦ１２３は、距離Ｄｄｉｆが大きな領域に結合されている。また、ＦＭＦ１２４，１２５，１２６，１２７は、距離ＤｄｉｆがＦＭＦ１２２とＦＭＦ１２３との中間値になる領域に結合されている。
【００５８】
したがって、ＦＭＦ１２１〜１２７から何れかのＦＭＦを適宜選択し、選択したＦＭＦから縮径部１１に光を入射させることによって、所定のビーム品質の出射光を得ることができる。なお、ＦＭＦ１２１〜１２７から選択するＦＭＦの本数は、１本であってもよいし、複数本であってもよい。複数のＦＭＦを選択する場合には、出射する光が有するビーム品質の分布が広範囲に亘ることを防ぐために、互いに隣接するＦＭＦ（例えば３本のＭＦＭを選択する場合、ＦＭＦ１２２，１２４，１２５の３本、あるいは、ＦＭＦ１２３，１２６，１２７の３本、など）を選択することが好ましい。距離Ｄｄｉｆ（Ｐ２）と距離Ｄｄｉｆ（Ｐ４），Ｄｄｉｆ（Ｐ５）とは、値が異なるもののその差が小さいためである。距離Ｄｄｉｆ（Ｐ３）と距離Ｄｄｉｆ（Ｐ６），Ｄｄｉｆ（７）とについても同様である。互いに差が小さな距離Ｄｄｉｆを１つのグループとして選択することによって、ビーム品質の分布幅が狭く、かつ、１本のＦＭＦを選択した場合と比較して出力が高い出射光を得ることができる。
【００５９】
なお、本実施形態において、入射ファイバ束１２がＦＭＦにより構成されて、出射ファイバ１３がＭＭＦにより構成されているものとして説明した。しかし、入射ファイバ束１２を構成する光ファイバは、ＦＭＦに限定されるものではなく、出射ファイバ１３を構成する光ファイバは、ＭＭＦに限定されるものではない。
【００６０】
また、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が、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。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、３本であってもよいし、１９本であってもよい。
【００６１】
（第１の変形例）
コンバイナ１０の第１の変形例であるコンバイナ１０Ａについて、図３を参照して説明する。図３は、コンバイナ１０Ａの斜視図である。
【００６２】
コンバイナ１０Ａは、入射ファイバ束１２の代わりに入射ファイバ束１２Ａを備えている。コンバイナ１０Ａのそれ以外の構成は、コンバイナ１０と同様である。
【００６３】
本変形例において、入射ファイバ束１２Ａと縮径部１１との間には、ＧＩ（Graded Index）ファイバが挿入されている。すなわち、入射ファイバ束１２は、入射ファイバ束１２Ａの端部１２Ａａを構成するＧＩファイバを介して縮径部１１に結合されている。
【００６４】
図３に示すように、入射ファイバ束１２Ａは、７本のＦＭＦ１２１Ａ〜１２７Ａにより構成されている。ＦＭＦ１２１Ａと、縮径部１１の入射端面１１ａとの間には、ＦＭＦ１２１Ａに対応するＧＩファイバ１２１ａが挿入されている。すなわち、ＦＭＦ１２１Ａは、ＧＩファイバ１２１ｇを介して縮径部１１に結合されている。同様に、ＦＭＦ１２２Ａ〜ＦＭＦ１２７Ａの各々と、入射端面１１ａとの間には、ＦＭＦ１２２Ａ〜ＦＭＦ１２７Ａの各々に対応するＧＩファイバ１２２ｇ〜１２７ｇが挿入されている。
【００６５】
以下、ＧＩファイバについて、ＧＩファイバ１２１ｇを例にして説明する。ＧＩファイバ１２２ｇ〜１２７ｇに関しても同様である。ＧＩファイバ１２１ｇは、その中心軸において屈折率が最も高く、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。このように構成されたＧＩファイバ１２１ｇは、入射された光の発散角を抑制することができ、発散角が小さな出射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１２１ｇの長さに応じて周期的に変化する。本実施形態におけるＧＩファイバ１２１ｇの長さは、コリメート光を出射するための基準となる長さ（ＧＩファイバ１２１ｇの周期の（２ｎ−１）／４倍の長さ、ｎは正の整数であり本実施形態ではｎ＝１）に定められている。したがって、本実施形態のＧＩファイバ１２１ｇは、コリメート光を出射することができる。
【００６６】
その結果、コンバイナ１０の場合と比較して、縮径部１１は、発散角が小さな光を出射することができる。したがって、縮径部１１と出射ファイバ１３との間の結合効率を高めることができるため、コンバイナ１０Ａは、光損失を抑制することができる。
【００６７】
さらに、縮径部１１の入射端面１１ａにコリメート光が結合されることによって、縮径部１１が光を導波する過程において、縮径部１１の側面により光が反射される回数を抑制することができる。したがって、縮径部１１から出射される光のビーム品質の最高値を更に高めることができる。具体的には、ＧＩファイバ１２１ｇから入射端面１１ａに入射され、出射端面１１ｂから出射される光のビーム品質を更に高めることができる。その結果として、縮径部１１から出射される光のビーム品質の制御可能な範囲を更に広げることができる。
【００６８】
なお、ＧＩファイバ１２１ｇ〜１２７ｇの長さは、ＧＩファイバ１２１ｇの周期の（２ｎ−１）／４倍の長さに限定されるものではない。その長さは、入射された光と比較して発散角を抑制することができる長さ、すなわち、ＧＩファイバの周期のｍ／２倍の長さ（ｍは正の整数）以外の長さであればよい。
【００６９】
（仮想ビーム径）
ここでは、図４を参照して、光のビーム品質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。図４の（ａ）及び（ｂ）は、縮径部１１の断面図であって、図２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。また、Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆの関係を満たすことと、上述したように開口数ＮＡｍａｘと開口数ＮＡｍｉｎとが、１．５×ＮＡｍｉｎ≦ＮＡｍａｘの関係を満たすことと同義であることを説明する。なお、開口数ＮＡｍａｘは、コンバイナ１０が出射する光の開口数ＮＡの最大値であり、開口数ＮＡｍｉｎは、コンバイナ１０が出射する光の開口数ＮＡの最小値である。
【００７０】
図４の（ａ）は、縮径部１１の入射端面１１ａに対して、入射する光の上端と入射端面１１ａの上端とが一致する光Ｌ１を入射した状態を示す。図４の（ｂ）は、入射端面１１ａに対して、入射する光の下端と入射端面１１ａの下端とが一致する光Ｌ２を入射した状態を示す。なお、光Ｌ１及び光Ｌ２の各々は、何れもコリメート光である。
【００７１】
図４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を底辺とする台形である。その台形において、出射端面１１ｂの中心Ｃ２に近い側の斜辺を斜辺１１ｃと称する。また、中心Ｃ２から遠い側の斜辺を斜辺１１ｄと称する。したがって、斜辺１１ｃと出射端面１１ｂの法線とのなす角θ１は、斜辺１１ｄと出射端面１１ｂの法線とのなす角θ３より小さい。
【００７２】
光Ｌ１の仮想ビーム径Ｄｍｉｎは、図４の（ａ）に示すように、縮径部１１の斜辺１１ｃと仮想線１１ｅとの距離によって与えられる。光Ｌ１の仮想ビーム径は、縮径部１１において得られる仮想ビーム径のうち最小の仮想ビーム径である。なお、仮想線１１ｅは、出射端面１１ｂの下端を通り、出射端面１１ｂの法線とのなす角θ２がθ２＝θ１となる線分である。
【００７３】
光Ｌ２の仮想ビーム径Ｄｍａｘは、図４の（ｂ）に示すように、縮径部１１の斜辺１１ｄと仮想線１１ｆによって与えられる。光Ｌ２の仮想ビーム径は、縮径部１１において得られる仮想ビーム径のうち最大の仮想ビーム径である。なお、仮想線１１ｆは、出射端面１１ｂの上端を通り、出射端面１１ｂの法線とのなす角θ４がθ４＝θ３となる線分である。
【００７４】
仮想ビーム径に対する出射端面１１ｂの直径Ｄｏｕｔの比で表される縮径率は、ビーム品質（例えばＢＰＰ）に大きな影響を与えるパラメータである。縮径率が大きいほど（仮想ビーム径が小さいほど）ビーム品質が高く、縮径率が小さいほど（仮想ビーム径が大きいほど）ビーム品質が低くなる。
【００７５】
また、仮想ビーム径Ｄｍｉｎ，Ｄｍａｘは、入射端面１１ａの直径Ｄｉｎ及びオフセット量Ｄｏｆｆを用いて次のように表される。
Ｄｍｉｎ＝Ｄｉｎ−２×Ｄｏｆｆ
Ｄｍａｘ＝Ｄｉｎ＋２×Ｄｏｆｆ
ここで、Ｄｏｆｆ＝Ｄｉｎ／１０を代入して、仮想ビーム径Ｄｍｉｎに対する仮想ビーム径Ｄｍａｘの比を取ると、
Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ＝１．５
が得られる。したがって、Ｄｉｎ／１０≦Ｄｏｆｆの関係を満たすことは、
Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ≧１．５
の関係を満たすことと同義であり、
１．５×ＮＡｍｉｎ≦ＮＡｍａｘ
の関係を満たすことと同義である。
【００７６】
（第２の変形例）
コンバイナ１０の第２の変形例である変換器１０Ｂについて、図５の（ａ）を参照して説明する。また、コンバイナ１０の第３の変形例であるコンバイナ１０Ｃについて、図５の（ｂ）を参照して説明する。図５の（ａ）は、変換器１０Ｂが備えている縮径部１１及び入射ファイバ束１２Ｂの平面図である。図５の（ｂ）は、コンバイナ１０Ｃが備えている縮径部１１Ｃ及び入射ファイバ束１２Ｃの平面図である。
【００７７】
変換器１０Ｂは、入射ファイバ束１２の代わりに入射ファイバ束１２Ｂを備えている光学デバイスである。図５の（ａ）に示すように、入射ファイバ束１２Ｂは、コンバイナ１０が備えている入射ファイバ束１２と異なり、１本の入射ファイバであるＦＭＦ１２１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。
【００７８】
縮径部１１の入射端面１１ａにおいて、中心Ｃ１を含む中央の領域を領域Ｐ２と呼ぶ。また、領域Ｐ２を中心として、その周囲を取り囲む６つの領域を、それぞれ、領域Ｐ１及び領域Ｐ３〜Ｐ７と呼ぶ。領域Ｐ１及び領域Ｐ３〜Ｐ７の各々は、領域Ｐ２の周りに等方的に、正六角形を成すように定めている。
【００７９】
領域Ｐ１は、コンバイナ１０においてＦＭＦ１２１が結合されていた領域に対応する。領域Ｐ２〜Ｐ７の各々は、それぞれ、コンバイナ１０においてＦＭＦ１２２〜１２７が結合されていた領域に対応する。
【００８０】
変換器１０Ｂにおいて、ＦＭＦ１２１と、縮径部１１の入射端面１１ａとを結合させる領域は、特定の領域に固定されておらず可変である。ユーザは、所望のビーム品質を有する出射光を得るために、領域Ｐ１〜Ｐ７の中から何れかの領域を選択して、ＦＭＦ１２１を入射端面１１ａに結合させることができる。
【００８１】
このように、変換器１０Ｂは、複数本のＦＭＦを用いることなく、すなわち、複数台のファイバレーザシステムを用いることなく、出射光のビーム品質を制御することができる。したがって、変換器１０Ｂは、コンバイナ１０Ａと比較して、簡易な構成を用いて出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを実現することができる。
【００８２】
なお、本変形例では、入射端面１１ａに領域Ｐ１〜Ｐ７が予め設けられており、何れかの領域にＦＭＦ１２１を結合させるものとして説明した。しかし、入射端面１１ａにはＦＭＦ１２１を結合させる領域は、領域Ｐ１〜Ｐ７に限定されるものではない。ユーザは、入射端面１１ａに対してＦＭＦ１２１を結合させる領域を適宜定めることができる。
【００８３】
また、本変形例では、入射ファイバ束１２Ｂが１本のＦＭＦ１２１により構成されている。しかし、入射ファイバ束１２Ｂは、を構成するＦＭＦの本数は、複数本であってもよい。入射ファイバ束１２Ｂを構成するＦＭＦの本数は、入射ファイバ束１２Ｂを入射端面１１Ｃａに結合させる領域を可変にすることができる範囲内において、任意に定めることができる。
【００８４】
（第３の変形例）
コンバイナ１０Ｃは、縮径部１１の代わりに縮径部１１Ｃを備えており、且つ、入射ファイバ束１２の代わりに入射ファイバ束１２Ｃを備えている光学デバイスである。
【００８５】
図５の（ｂ）に示すように、縮径部１１Ｃは、楕円形の入射端面１１Ｃａを備えている。入射端面１１Ｃａの形状が異なる以外、縮径部１１Ｃは、縮径部１１と同様に構成されている。したがって、入射端面１１Ｃａを平面視した場合に、入射端面１１Ｃａの中心Ｃ３と出射端面１１Ｃｂの中心Ｃ４とは、互いにずれている。
【００８６】
縮径部１１Ｃの入射端面１１Ｃａの形状に対応して、入射ファイバ束１２Ｃは、３本の入射ファイバであるＦＭＦ１２１〜ＦＭＦ１２３によって構成されている。ＦＭＦ１２２は、その中心と入射端面１１Ｃａの中心Ｃ４とが一致するように配置されている。また、ＦＭＦ１２１は、ＦＭＦ１２２の上側に配置されており、ＦＭＦ１２３は、ＦＭＦ１２２の下側に配置されている。
【００８７】
このように、縮径部１１Ｃの入射端面１１Ｃａの形状は、円形に限定されるものではない。
【００８８】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２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の（ａ）を参照して説明する。図６の（ａ）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。また、ファイバレーザシステム１の変形例であるファイバレーザシステム１Ａについて、図６の（ｂ）を参照して説明する。図６の（ｂ）は、ファイバレーザシステム１Ａの構成を示すブロック図である。
【００８９】
（ファイバレーザシステム１）
図６の（ａ）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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
ビーム品質が高い出力光をワークピースに対して照射したい場合、例えば、ファイバレーザ装置５０ａを発振させればよい。ファイバレーザ装置５０ａを発振させることにより、ＦＭＦ１２１にレーザ光が入射される。したがって、出射ファイバ１３は、ビーム品質が高い出力光をレーザヘッド６０に対して出力する。
【００９９】
ビーム品質が中程度の出力光をワークピースに対して照射したい場合、例えば、ファイバレーザ装置５０ｂ，５０ｄ，５０ｅの３つのファイバレーザ装置を発振させればよい。ファイバレーザ装置５０ｂ，５０ｄ，５０ｅの各々を発振させることにより、ＦＭＦ１２２，１２４，１２５の各々にレーザ光が入射される。したがって、出射ファイバ１３は、ビーム品質が中程度の出力光をレーザヘッド６０に対して出力する。
【０１００】
ビーム品質が低い出力光をワークピースに対して照射したい場合、例えば、ファイバレーザ装置５０ｃ，５０ｆ，５０ｇの３つのファイバレーザ装置を発振させればよい。ファイバレーザ装置５０ｃ，５０ｆ，５０ｇの各々を発振させることにより、ＦＭＦ１２３，１２６，１２７の各々にレーザ光が入射される。したがって、出射ファイバ１３は、ビーム品質が低い出力光をレーザヘッド６０に対して出力する。
【０１０１】
以上のように、ファイバレーザシステム１は、出射光のビーム品質を制御することができる。
【０１０２】
なお、一度に発振させるファイバレーザ装置の台数は、上述したような１台又は３台に限定されるものではない。この台数は、所望のビーム品質及び強度の出力光を得られるように適宜選択することができる。
【０１０３】
（ファイバレーザシステム１Ａ）
ファイバレーザシステム１Ａ（請求の範囲に記載のレーザシステム）は、図６の（ｂ）に示すように、ファイバレーザシステム１が備えていたコンバイナ１０を変換器１０Ｂ（図５の（ａ））に置換することによって得られる。したがって、変換器１０Ｂは、１本のＦＭＦ１２１を備えている。それに対応して、ファイバレーザシステム１Ａは、１台のファイバレーザ装置５０ａを備えている。
【０１０４】
変換器１０Ｂを備えているファイバレーザシステム１Ａは、入射端面１１ａに対してＦＭＦ１２１を結合させる領域を適宜選択することによって、所望のビーム品質を有する出射光を得ることができる。したがって、ファイバレーザシステム１Ａは、ファイバレーザシステム１と比較して簡易な構成を用いて出射光のビーム品質を制御可能な光学デバイスを実現することができる。
【０１０５】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るコンバイナの製造方法について、図７を参照して説明する。ここでは、第１の実施形態に係るコンバイナ１０を例にして説明する。図７の（ａ）は、コンバイナ１０の製造方法、より詳しくは、コンバイナ１０が備えている縮径部１１の製造方法を示すフローチャートである。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示した縮径部１１の製造方法が含む延伸工程の概要を示す平面図である。なお、図７の（ｂ）においては、延伸工程Ｓ１０を実施する前の状態を２点鎖線により図示し、延伸工程Ｓ１０を実施した後の状態を実線により図示している。
【０１０６】
図７の（ａ）に示すように、縮径部１１の製造方法は、延伸工程Ｓ１０と切り出し工程Ｓ１２とを含んでいる。本製造方法は、縮径部１１を製造するための原料として、例えば石英ガラス製の光学ロッド２０を用いる。
【０１０７】
延伸工程Ｓ１０を実施する前に、光学ロッド２０を縮径部製造装置にセットする。このとき、光学ロッド２０の両端部２０ａ，２０ｂの各々は、製造装置が備えている保持部６０ａ，６０ｂの各々に保持される。この状態において、光学ロッド２０ａの一方の端部２０ａの中心軸Ｃ５と、光学ロッド２０ａの他方の端部２０ｂの中心軸Ｃ６とは、図７の（ｂ）に示すように一致している。
【０１０８】
延伸工程Ｓ１０は、光学ロッド２０を延伸する工程である。本実施形態において、光学ロッド２０を延伸するために、溶融延伸法を用いる。延伸工程Ｓ１０は、光学ロッド２０をしつつ、中心軸Ｃ５と中心軸Ｃ６とのずれ具合を大きくする。すなわち、図７の（ｂ）に示す矢印Ａ１０のように、光学ロッド２０の端部２０ｂを端部２０ａから遠ざける方向に延伸しつつ、端部２０ｂを端部２０ａより上方に引き上げる。
【０１０９】
延伸工程Ｓ１０により、光学ロッド２０の延伸された部分の直径は、端部２０ａから端部２０ｂに近づくにしたがって、（１）徐々に細くなっていき、（２）極小値を経て、（３）徐々に太くなっていく。
【０１１０】
切り出し工程Ｓ１２は、延伸工程Ｓ１０において延伸された光学ロッド２０から、両端の太さが異なる区間を選択し、縮径部１１として切り出す工程である。図７の（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ’線で示す位置、及び、Ｃ−Ｃ’線で示す位置において光学ロッド２０を切断することにより、一方の端部の面積が他方の端部の面積よりも広い光学部材、具体的には、中心軸が底面の法線に対して傾いた円錐台状の光学部材を得ることができる。
【０１１１】
この円錐台状の光学部材の両端面を光学研磨することによって、入射端面１１ａと、入射端面１１ａよりも面積が狭い出射端面１１ｂとを有する縮径部１１を得ることができる。
【０１１２】
本製造方法を用いることにより、第１の実施形態に記載したコンバイナ１０を製造することができる。
【０１１３】
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】
【０１１４】
１，１Ａ  ファイバレーザシステム（レーザシステム）
１０，１０Ａ，１０Ｃ  コンバイナ（光学デバイス）
１０Ｂ  変換器（光学デバイス）
１１，１１Ｃ  縮径部
１１ａ，１１Ｃａ  入射端面
１１ｂ，１１Ｃｂ  出射端面
１２，１２Ａ  入射ファイバ束
１２Ａａ  端部
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
１２１ｇ〜１２７ｇ  ＧＩファイバ
１３  出射ファイバ
１３ａ  コア
１３ｂ  クラッド
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
Ｃ１〜Ｃ４  中心
Ｃ５，Ｃ６  中心軸
２０  光学ロッド
２０ａ，２０ｂ  端部
６０ａ，６０ｂ  保持部
【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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