(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力用光ファイバと、
それぞれの前記入力用光ファイバから出射した光が入射し、前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも発散角が小さくされた状態で出射する複数の発散角低減部材と、
それぞれの前記発散角低減部材から出射する光が入射し、入射した光が伝播する部位が前記発散角低減部材側から離れるに従い徐々に縮径されるテーパ部を有するブリッジファイバと、
前記ブリッジファイバの前記発散角低減部材側と反対側から出射した光が入射する出力用光ファイバと、
を備える
ことを特徴とする光ファイバコンバイナ。
【請求項２】
前記ブリッジファイバは、コアとクラッドとを有し、
それぞれの前記発散角低減部材から入射した光は、前記ブリッジファイバの前記コアを伝播する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項３】
前記出力用光ファイバは、コアとクラッドとを有し、
前記ブリッジファイバの前記コアと前記出力用光ファイバの前記コアとが融着されると共に、前記ブリッジファイバの前記クラッドと前記出力用光ファイバの前記クラッドとが融着される
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項４】
前記発散角低減部材は、ＧＲＩＮレンズであり、
前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記入力用光ファイバから出射する光に対する０．５ピッチ長のｎ倍以外とされる（但し、ｎは自然数）
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項５】
前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記入力用光ファイバから出射する光に対する０．２５ピッチ長の奇数倍とされる
ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項６】
それぞれの前記発散角低減部材から出射する光は、コリメート光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項７】
前記ブリッジファイバに入射する光の発散角をθｉｎとし、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の入射面の直径をＤｉｎとし、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の出射面の直径をＤｏｕｔとし、前記出力用光ファイバが許容する光の入射角の最大角をθｍａｘとする場合、
【数１】
0005216151.tif 000010
を満たす
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項８】
前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の入射面の直径をＤｉｎとし、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の出射面の直径をＤｏｕｔとし、前記出力用光ファイバが許容する光の入射角の最大角をθｍａｘとし、前記ブリッジファイバに入射する光の波長をλとする場合、
【数２】
0005216151.tif 000011
を満たす
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナ。
（但し、ｄσ０は、前記発散角低減部材から出力する光のビームウェスト直径で、光のパワー密度分布の２次モーメントで定義される値であり、Ｍ２は、ガウシアンビームからのズレを示す因子であって、ＩＳＯ１１１４６−１に準拠する値である。）
【請求項９】
それぞれの前記発散角低減部材と前記ブリッジファイバとの間に配され、屈折率分布を有さない複数の中間ロッドを更に備え、
それぞれの前記中間ロッドは、一方側がそれぞれの前記発散角低減部材に融着され、他方側が前記ブリッジファイバに融着され、
前記発散角低減部材から出射する光は、前記中間ロッドを介して、前記ブリッジファイバに入射する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバコンバイナと、
それぞれの前記入力用光ファイバにそれぞれレーザ光を入射する複数のレーザ部と、
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、光を効率良く伝播することができる光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置は、非接触加工が可能であることから、加工分野、医療分野等、様々な分野において用いられており、更なる高出力化が求められている。
【０００３】
このようなレーザ装置の高出力化を実現する方法の一つとして、複数の光ファイバから出力するレーザ光を光ファイバコンバイナにより纏めて、１本の光ファイバから出力する方法がある。下記特許文献１には、このようなレーザ装置に用いることができる光ファイバコンバイナが記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の光ファイバコンバイナにおいては、複数の光ファイバが、複数の貫通孔を有するキャピラリのそれぞれの貫通孔に挿通されており、キャピラリの端部がブリッジファイバに接続されている。このブリッジファイバは、キャピラリと接続された側から反対側にかけて外径が徐々に縮径されるテーパ部を有しており、外径が細くされている側の端面が、他の光ファイバに接続されている。このような光ファイバコンバイナによれば、それぞれの光ファイバから出射された光が、ブリッジファイバにより纏められて、パワーの大きな光となる。そしてこのパワーの大きな光がブリッジファイバから他の光ファイバに入射する。従って、他の光ファイバにパワーの大きな光を入射することができ、この他の光ファイバからパワーの大きな出力光を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３３２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、複数の光ファイバからブリッジファイバに入射したそれぞれの光は、入射直後においてブリッジファイバ内で直径が徐々に大きくなりながら伝播する。つまり、それぞれの光ファイバからブリッジファイバに入射するそれぞれの光は、所定の発散角を有して入射し、この発散角に従って発散しながら伝播する。この発散角は、ブリッジファイバに入射した光の光軸に対して、この光が広がる方向の角度である。そして、ブリッジファイバ内を伝播してテーパ部に達する光は、テーパ部においてブリッジファイバの外周面で反射を繰り返して発散角が大きくなる。このように発散角が大きくされた光がブリッジファイバから他の光ファイバに入射すると、一部の光が他の光ファイバの開口数を超える角度で入射して、他の光ファイバから漏えいしてしまう場合がある。従って、より効率良く光を伝播することができる光ファイバコンバイナが求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、光を効率良く伝播することができる光ファイバコンバイナ、及び、それを用いた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、本発明の光ファイバコンバイナは、複数の入力用光ファイバと、それぞれの前記入力用光ファイバから出射した光が入射し、前記入力用光ファイバからの光を入射時よりも発散角が小さくされた状態で出射する複数の発散角低減部材と、それぞれの前記発散角低減部材から出射した光が入射し、光が伝播する部位が前記発散角低減部材側から離れるに従い徐々に縮径されるテーパ部を有するブリッジファイバと、前記ブリッジファイバの前記発散角低減部材側と反対側から出射する光が入射する出力用光ファイバと、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このような光ファイバコンバイナによれば、発散角低減部材からブリッジファイバに入射する光の発散角は、入力用光ファイバから直接ブリッジファイバに入射する場合の発散角と比べて小さくされる。従って、テーパ部において、光が反射を繰り返して伝播することで発散角が大きくなる場合であっても、ブリッジファイバから出射する光の発散角を小さく抑えることができる。従って、出力用光ファイバの開口数を超える角度で出力用光ファイバに入射する光を低減することができ、出力用光ファイバから光が漏えいすることによる光の損失を抑制することができる。このため、このような光ファイバコンバイナによれば光を効率よく伝播することができる。
【００１０】
さらに、前記ブリッジファイバは、コアとクラッドとを有し、それぞれの前記発散角低減部材から入射した光は、前記ブリッジファイバの前記コアを伝播することが好ましい。
【００１１】
ブリッジファイバに入射する光がコアを伝播することにより、ブリッジファイバの表面に外部の物が触れることがあっても、光と物との間にクラッドが介在するため、光はその外部の物まで到達しない。このため、外部の物が発熱したり焼損したりすることを防止することができる。従って、安全性に優れた光ファイバコンバイナとすることができる。
【００１２】
またさらに、前記出力用光ファイバは、コアとクラッドとを有し、前記ブリッジファイバの前記コアと前記出力用光ファイバの前記コアとが融着されると共に、前記ブリッジファイバの前記クラッドと前記出力用光ファイバの前記クラッドとが融着されることが好ましい。
【００１３】
ブリッジファイバのコア及びクラッドと、出力用光ファイバのコア及びクラッドとが融着されることにより、融着面積を広くすることができる。従って、機械的強度に優れた光ファイバコンバイナとすることができる。
【００１４】
また、前記発散角低減部材は、ＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記入力用光ファイバから出射する光に対する０．５ピッチ長のｎ倍以外とされる（但し、ｎは自然数）ことが好ましい。
【００１５】
ＧＲＩＮレンズの長さが前記入力用光ファイバから出射する光に対する０．５ピッチ長のｎ倍以外とされることで、ＧＲＩＮレンズから出射する光の発散角を小さく抑えることができる。また、ＧＲＩＮレンズは円柱形状であるため、発散角低減部材にＧＲＩＮレンズを用いることで、発散角低減部材と光学的に結合する部材と、発散角低減部材とを融着する場合であっても、これらを容易に融着することができる。
【００１６】
この場合、前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記入力用光ファイバから出射する光に対する０．２５ピッチ長の奇数倍とされることが好ましい。
【００１７】
ＧＲＩＮレンズをこのような長さにすることで、ＧＲＩＮレンズからコリメート光を出射することができる。従って、出力用光ファイバから光が漏えいすることによる光の損失をより抑制することができる。従って、より効率良く光を伝播することができる。
【００１８】
また、それぞれの前記発散角低減部材から出射する光は、コリメート光であることが好ましい。
【００１９】
発散角低減部材から出射する光がコリメート光であることにより、ブリッジファイバから出射する光の発散角を最も小さく抑えることができる。従って、出力用光ファイバの開口数を超える角度で出力用光ファイバに入射する光を最も低減することができ、出力用光ファイバから光が漏えいすることによる光の損失をより抑制することができる。従って、より効率良く光を伝播することができる。
【００２０】
また、前記発散角低減部材から前記ブリッジファイバに入射する光の発散角をθｉｎとし、ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の入射面の直径をＤｉｎとし、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の出射面の直径をＤｏｕｔとし、前記出力用光ファイバが許容する光の入射角の最大角をθｍａｘとする場合、
【数１】
0005216151.tif 000002
を満たすことが好ましい。
【００２１】
発散角低減部材とブリッジファイバと出力ファイバとが、上記式を満たす関係を有することにより、発散角低減部材から出射する光がコリメート光ではない場合であっても、ブリッジファイバから出射して出力用光ファイバに入射する光が、出力用光ファイバから漏えいすることを防止することができる。
【００２２】
或いは、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の入射面の直径をＤｉｎとし、前記ブリッジファイバの前記光が伝播する部位における光の出射面の直径をＤｏｕｔとし、前記出力用光ファイバが許容する光の入射角の最大角をθｍａｘとし、前記発散角低減部材から波長λの光が、前記ブリッジファイバに入射する場合、
【数２】
0005216151.tif 000003
を満たすことが好ましい。
但し、ｄσ０は、前記発散角低減部材から出力する光のビームウェスト直径で、光のパワー密度分布の２次モーメントで定義される値であり、Ｍ２は、ガウシアンビームからのズレを示す因子であって、ＩＳＯ１１１４６−１に準拠する値である。
【００２３】
発散角低減部材とブリッジファイバと出力ファイバとが、上記式を満たす関係を有することにより、出力用光ファイバに入射する光の発散角が、θｍａｘを超える場合であっても、ブリッジファイバに入射する光の全パワーの内、Ｍ２＝１としたとき少なくとも約８６．５％の光の発散角は、θｍａｘ以下となる。従って、この場合であっても、入力用光ファイバから直接ブリッジファイバに光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバで光が漏えいすることを抑制することができる。
【００２４】
また、それぞれの前記発散角低減部材と前記ブリッジファイバとの間に配され、屈折率分布を有さない複数の中間ロッドを更に備え、それぞれの前記中間ロッドは、一方側がそれぞれの前記発散角低減部材に融着され、他方側が前記ブリッジファイバに融着され、前記発散角低減部材から出射する光は、前記中間ロッドを介して、前記ブリッジファイバに入射することが好ましい。
【００２５】
２つの部材間を光が伝播する場合、反射等による光の損失を低減させるため、それぞれの部材は互いに融着されることが好ましい。従って、上記の光ファイバコンバイナにおいて、光の損失を低減するために、ブリッジファイバと発散角低減部材とが、直接融着されることが考えられる。しかし、ブリッジファイバには複数の発散角低減部材が融着されるため、個々の発散角低減部材の融着面の面積に対して、ブリッジファイバの発散角低減部材との融着面の面積は大きい。このため、ブリッジファイバの融着面近傍における熱容量は、発散角低減部材の融着面近傍における熱容量よりも大きい。従って、融着時において、それぞれの発散角低減部材の融着面近傍の温度は、ブリッジファイバの融着面付近の温度よりも高くなる傾向がある。このため、発散角低減部材の融着面近傍は、融着時に変形する場合があり、融着により発散角低減部材の光の屈折特性が変化する場合がある。また、発散角低減部材がＧＲＩＮレンズである場合には、ＧＲＩＮレンズに添加されているドーパントの作用により、発散角低減部材の軟化点が低くなる場合があり、この場合、発散角低減部材の特性がより変化し易くなる。
【００２６】
しかし、上記のようにそれぞれの発散角低減部材をそれぞれの中間ロッドに融着することで、発散角低減部材をブリッジファイバに融着する場合と比べて、発散角低減部材の変形を抑制することができる。この理由は、次のとおりである。すなわち、ブリッジファイバには複数の中間ロッドが融着されるため、個々の中間ロッドの発散角低減部材との融着面の面積は、ブリッジファイバの融着面よりも小さくなる。このため、中間ロッドにおける発散角低減部材との融着面近傍の熱容量は、ブリッジファイバの融着面近傍の熱容量と比べて小さくなる。つまり、発散角低減部材の融着面近傍と中間ロッドの融着面近傍とにおける熱容量との差は、発散角低減部材の融着面近傍とブリッジファイバの融着面近傍とにおける熱容量の差よりも小さくなる。従って、ブリッジファイバと発散角低減部材とが直接融着される場合と比べて、発散角低減部材が変形することを抑制することができる。特に、発散角低減部材がＧＲＩＮレンズであり、ＧＲＩＮレンズの軟化点がドーパントによって低くなっている場合には、中間ロッドが導入される効果が大きい。また、中間ロッドの直径が発散角低減部材との同等である場合には、両者の融着面近傍における熱容量の差が殆どないため、発散角低減部材の変形をさらに抑制することができる。よって、発散角低減部材の光の屈折特性が変化することを抑制することができる。従って、設計値により近い光ファイバコンバイナとすることができる。なお、中間ロッドとブリッジファイバとの融着においては、それぞれの熱容量の違いによって中間ロッドが変形する場合がある。しかし、中間ロッドは屈折率分布を有さないため、変形したとしても光に対する影響が小さい。
【００２７】
また、本発明のレーザ装置は、上記のいずれかの光ファイバコンバイナと、それぞれの前記入力用光ファイバにレーザ光を入射する複数のレーザ部と、を備えることを特徴とするものである。
【００２８】
このようなレーザ装置によれば、光ファイバコンバイナにおいて、効率良く光を伝播することができるので、レーザ部から出射する光を効率よく出射することができる。従って、パワーの大きな出力光を出射することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、効率良く光を伝播することができる光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。
【図２】図１の光ファイバコンバイナの中心軸に沿った断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。
【図５】本発明のレーザ装置を示す図である。
【図６】実施例１、比較例１におけるＧＲＩＮレンズとのオフセット量と接続損失の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る光ファイバコンバイナ、及び、それを用いた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それぞれ詳細に説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。なお、図１においては、理解の容易のため、光ファイバコンバイナを構成するパーツ毎に間隔をあけて図を記載している。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバコンバイナ１は、複数の入力用光ファイバ２０と、それぞれ発散角低減部材としての複数のＧＲＩＮレンズ５０と、長手方向の一方側が縮径されているブリッジファイバ３０と、出力用光ファイバ４０とを主な構成として備える。
【００３４】
本実施形態においては、図１に示すように、複数の入力用光ファイバ２０は、１本の入力用光ファイバ２０の周りを６本の入力用光ファイバ２０が囲んで配置されている。それぞれの入力用光ファイバ２０は、互いに同様の構成とされ、コア２１と、コア２１を囲むクラッド２２とを有し、コア２１の屈折率が、クラッド２２の屈折率よりも高くされている。コア２１は、例えば、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成り、クラッド２２は、例えば、純粋な石英から成る。また、入力用光ファイバ２０は、特に限定されないが、例えば、コア２１の直径が１０μｍとされ、クラッド２２の外径が１２５μｍとされ、シングルモードファイバとされる。なお、入力用光ファイバ２０は、ＧＲＩＮレンズ５０と離れた位置において、クラッド２２の外周面を被覆する被覆層を有するが、本実施形態の説明では理解の容易のために被覆層が省略されている。
【００３５】
ＧＲＩＮレンズ５０は、入力用光ファイバ２０の数と同数とされ、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０は、互いに同様の構成とされている。ＧＲＩＮレンズ５０は、一方の端面５６と他方の端面５７を有する円柱状の形状をしている。ＧＲＩＮレンズ５０の直径は、入力用光ファイバ２０のコア２１の直径よりも大きくされ、例えば、入力用光ファイバ２０のクラッド２２の外径と同じ大きさの直径とされる。そして、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０の一方の端面５６と、それぞれの入力用光ファイバ２０の端面２７とが、互いに融着されている。こうして、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０は、それぞれの入力用光ファイバ２０のコア２１と光学的に結合されている。
【００３６】
ＧＲＩＮレンズ５０は、径方向において屈折率分布を有し、長さ方向において屈折率分布を有さない構成とされている。径方向の屈折率分布は、屈折率が中心軸側から外周面側にかけてなだらかに変化し、中心軸側ほど屈折率が高く、外周面側ほど屈折率が低い構成とされている。ＧＲＩＮレンズ５０は、例えば、中心軸側ほど屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが高濃度で添加される石英から成る。従って、ＧＲＩＮレンズ５０に入力する光は、ＧＲＩＮレンズ５０の内部において屈折する。このＧＲＩＮレンズ５０の長さは、入力用光ファイバ２０から出射する光に対する０．５ピッチ長のｎ倍以外（但し、ｎは自然数）の長さとされる。従って、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光は、入力用光ファイバ２０からＧＲＩＮレンズ５０に入射する光と比べて発散角が小さく抑えられる。さらに、ＧＲＩＮレンズ５０が、入力用光ファイバ２０から出射する光に対する０．２５ピッチ長の奇数倍の長さであれば、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光をコリメート光にすることができるため好ましい。なお、この場合の発散角とは、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光の光軸に対して、この光が広がる方向の角度のことである。
【００３７】
なお、ＧＲＩＮレンズ５０は、特に限定されないが、例えば、中心部分と側面部分との屈折率差が０．２５％であり、直径は１２５μｍとされる。入力用光ファイバ２０から出射する光の波長が、例えば、１.１μｍである場合、ＧＲＩＮレンズ５０のこの光に対する０．２５ピッチ長は１．４ｍｍとされる。
【００３８】
ブリッジファイバ３０は、一方側の外径が縮径されておらず、他方側の外径が縮径されているテーパファイバである。具体的には、ブリッジファイバ３０は、一方側において、一定の外径を保つ非縮径部３３と、非縮径部３３と一体に形成され、他方側に向かって外径が徐々に縮径されるテーパ部３４とから成る。従って、一方の端面３６は縮径されておらず、他方の端面３７は最も縮径されている。また、本実施形態においては、ブリッジファイバ３０は、特にコア−クラッド構造を有しておらず、ブリッジファイバ３０の全体が、光を伝播する部位とされる。ブリッジファイバ３０の非縮径部３３における直径は、後述のようにそれぞれのＧＲＩＮレンズ５０と光学的に結合できる限りにおいて、特に限定されないが、例えば、４５０μｍとされ、他方の端面３７における直径は、例えば、１００μｍとされる。また、ブリッジファイバ３０のテーパ部３４の長さは、特に限定されないが、例えば３０ｍｍとされる。
【００３９】
なお、ブリッジファイバ３０は、ＧＲＩＮレンズ５０の中心軸付近と略同等の屈折率とされることが、後述のようにＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する場合に、光の反射を抑制することができるため好ましい。従って、ブリッジファイバ３０は、例えば、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成る。
【００４０】
また、ブリッジファイバ３０の一方の端面３６と、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０の他方の端面５７とは、互いに融着されており、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とが光学的に結合している。なお、上述のようにブリッジファイバ３０がゲルマニウムが添加された石英から成る場合、ゲルマニウムの作用により純粋な石英よりもブリッジファイバ３０の軟化点が低下する。従って、ＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とを融着する際、ＧＲＩＮレンズ５０が変形することを抑制することができる。
【００４１】
出力用光ファイバ４０は、コア４１と、コア４１を囲むクラッド４２と、クラッド４２の外周面を被覆する被覆層４３とを有し、コア４１の屈折率が、クラッド４２の屈折率よりも高くされている。コア４１は、ブリッジファイバ３０から入射する光の屈折を抑制する観点から、ブリッジファイバ３０と同等の屈折率であることが好ましい。従って、コア４１は、例えば、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成り、クラッド４２は、例えば、純粋な石英から成る。本実施形態において、コア４１の直径は、ブリッジファイバ３０の縮径された他方の端面３７の直径以上とされ、出力用光ファイバ４０の端面４６におけるコア４１と、ブリッジファイバ３０の他方の端面３７とが互いに融着されている。従って、上記のように、ブリッジファイバの他方の端面３７の直径が１００μｍである場合、出力用光ファイバ４０のコア４１の直径は、例えば、１００μｍとされる。こうしてブリッジファイバ３０と出力用光ファイバ４０のコア４１とが互いに光学的に結合している。なお、出力用光ファイバ４０におけるブリッジファイバ３０と融着される端面４６の近傍では、被覆層４３が剥離されている。
【００４２】
このように入力用光ファイバ２０のコア２１とＧＲＩＮレンズ５０とが融着され、ＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とが融着され、ブリッジファイバ３０と出力用光ファイバ４０とが融着されることで、入力用光ファイバ２０のコア２１と、ＧＲＩＮレンズ５０と、ブリッジファイバ３０と、出力用光ファイバ４０とが互いに光学的に結合する。
【００４３】
次に、光ファイバコンバイナ１の光学的な動作について説明する。
【００４４】
図２は、光ファイバコンバイナ１の中心軸に沿った断面図である。図２に示すように、入力用光ファイバ２０のコア２１から光が出射し、ＧＲＩＮレンズ５０に入射すると、ＧＲＩＮレンズ５０に入射の直後において、図２において破線で示すように、光はＧＲＩＮレンズ５０の中心軸付近の開口数に応じて所定の発散角で広がる。しかし、光は、ＧＲＩＮレンズ５０の外周面に近づくように伝播するに従い、発散角が小さくなるように屈折する。そして、ＧＲＩＮレンズ５０を伝播する光は、入射時よりも発散角が小さくされた状態でＧＲＩＮレンズ５０から出射して、ブリッジファイバ３０の入射面である一方の端面３６からブリッジファイバ３０に入射する。このとき上記のように、ＧＲＩＮレンズ５０の長さが、入力用光ファイバ２０から出射する光に対する０．５ピッチ長のｎ倍以外の長さとされるため、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光の発散角は、入力用光ファイバ２０から出射する光が直接ブリッジファイバ３０に入射する場合の発散角に比べて、小さく抑えられる。なお、図２においては、ＧＲＩＮレンズ５０の長さが入力用光ファイバ２０から出射する光の波長に対し０．２５ピッチ長である場合を示している。この場合、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光は、コリメート光とされる。
【００４５】
ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光は、図２に示すように、ブリッジファイバ３０において入射後に所定の発散角となり、広がりながら伝播する。なお、理解の容易のため、図２では、ブリッジファイバ３０内を伝播する光の内、特定の光の伝播の様子のみを破線で示している。ブリッジファイバ３０を伝播する光は、テーパ部３４に達し、テーパ部３４において、光の少なくとも一部は、ブリッジファイバ３０の外周面で反射しながら伝播する。このように反射を繰り返す毎に、テーパ形状とされた外周面により光の発散角が大きくされる。つまり、ブリッジファイバ３０の外周面で反射する光は、ブリッジファイバ３０の軸方向に対する角度が大きくされる。そして、テーパ部３４を伝播する光は、ブリッジファイバ３０の出射面である他方の端面３７から所定の発散角で出射して、出力用光ファイバ４０のコア４１に入射し、出力用光ファイバ４０を伝播する。
【００４６】
以上説明したように本実施形態の光ファイバコンバイナ１によれば、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の発散角は、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に入射する場合の発散角と比べて小さくされる。従って、ブリッジファイバ３０のテーパ部３４において、光が反射を繰り返すことで発散角が大きくなる場合であっても、ブリッジファイバ３０から出射する光の発散角を小さく抑えることができる。従って、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバ４０が許容する光の入射角度を超える角度で出力用光ファイバ４０に入射する光を低減することができる。このため、出力用光ファイバ４０から光が漏えいすることによる光の損失を抑制することができる。つまり、本実施形態の光ファイバコンバイナ１によれば、光を効率よく伝播することができる。
【００４７】
特に、上述のように、ＧＲＩＮレンズ５０の長さが、入力用光ファイバ２０から出射する光に対する０．２５ピッチ長の奇数倍の長さであれば、ＧＲＩＮレンズ５０から出射してブリッジファイバ３０に入射する光をコリメート光にすることができる。このようにブリッジファイバ３０に入射する光がコリメート光であることにより、ブリッジファイバ３０から出力用光ファイバ４０に入射する光の発散角を最も小さくすることができるため、出力用光ファイバ４０での光の損失をより抑制することができる。
【００４８】
ここで、図２に示すように、ＧＲＩＮレンズ５０から出射してブリッジファイバ３０に入力する光の発散角をθｉｎとし、ブリッジファイバ３０から出射する光の発散角をθｏｕｔとし、出力用光ファイバ４０が最大限に許容する光の入射角をθｍａｘとする。この場合、ブリッジファイバ３０から出射する光の発散角θｏｕｔがθｍａｘ以下であれば、ブリッジファイバ３０から出力用光ファイバ４０に入射する光が、出力用光ファイバ４０から漏えいすることを防止できる。
【００４９】
ところで、ブリッジファイバ３０の入射面である一方の端面３６の直径をＤｉｎとし、光の出射面である他方の端面３７の直径をＤｏｕｔとする。この場合、発散角θｉｎと発散角θｏｕｔとの関係は、下記式１のようになる。
【数３】
0005216151.tif 000004
【００５０】
従って、上記のようにθｏｕｔがθｍａｘ以下であるためには、ＧＲＩＮレンズ５０から出射して、ブリッジファイバ３０で発散する光の発散角θｉｎは、下記式２を満たせば良いことになる。
【数４】
0005216151.tif 000005
【００５１】
つまり、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光がコリメート光ではない場合であっても、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の発散角が式２を満たすように、ＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０及び出力用光ファイバ４０が構成されていれば、出力用光ファイバ４０から光が漏えいすることを防止できる。
【００５２】
なお、本発明者らは、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、発散角が大きな成分は、強度が弱いため、この発散角が大きな成分の光が上記式２を満たさずに出力用光ファイバ４０において漏えいする場合であっても、出力用光ファイバ４０において漏えいする光を抑制することができることを見出した。ブリッジファイバ３０に入射する光の内、発散角が大きな成分が出力用光ファイバ４０で漏えいすることを許容することにより、ＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０及び出力用光ファイバ４０の設計に余裕を持たすことができる。
【００５３】
ここで、入力用光ファイバ２０から波長λの光が出射することで、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の波長がλである場合、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射した光の発散角θｂｅａｍは、下記式３で示される。
【数５】
0005216151.tif 000006
但し、ｄσ０は、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光のビームウェスト直径であり、光のパワー密度分布の２次モーメントで定義される。また、Ｍ２は、ガウシアンビームからのズレを示す因子（Beam Propagation Ratio）であってＩＳＯ１１１４６−１に準拠するものである。
【００５４】
式３のθｂｅａｍは、Ｍ２＝１のときはＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の内、ビーム強度がピークの１／ｅ２で定義されるビーム径をもつ成分の発散角を示している。１／ｅ２は、約１３．５％である。従って、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、入射角がθｂｅａｍ内に含まれる光のパワーは、ブリッジファイバ３０に入射する光の全パワーの（１−１／ｅ２）となる。（１−１／ｅ２）は、約８６．５％である。このθｂｅａｍ内に含まれる光が、出力用光ファイバ４０に入射するときに、その発散角がθｍａｘ以下である場合、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバ４０で光が漏えいすることを抑制することができる。
【００５５】
この場合、上記の式２において、θｉｎをθｂｅａｍに置き換えればよい。このように式２においてθｉｎをθｂｅａｍに置き換えて変形すると下記式４を得る。従って、下記式４を満たすようにＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０及び出力用光ファイバ４０が構成されることにより、出力用光ファイバ４０で光が漏えいすることを抑制することができる。
【数６】
0005216151.tif 000007
【００５６】
また、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、入射角がθｂｅａｍの１．５倍の内側に含まれる光は、ブリッジファイバ３０に入射する光の全パワーの内、約９８．９％を含むことになる。この入射角がθｂｅａｍの１．５倍の内側に含まれる光を出力用光ファイバ４０に入射して、出力用光ファイバ４０で漏えいすることを防止するためには、式３のθｂｅａｍを１．５倍が、θｍａｘ以下であればよい。この場合、ＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０は、下記式５を満たすように構成されれば良い。
【数７】
0005216151.tif 000008
【００５７】
さらに、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、入射角がθｂｅａｍの２倍の内側に含まれる光は、ブリッジファイバ３０に入射する光の全パワーの内、約９９．９７％を含むことになる。この入射角がθｂｅａｍの２倍の内側に含まれる光を出力用光ファイバ４０に入射して、出力用光ファイバ４０で漏えいすることを防止するためには、式３のθｂｅａｍを２倍が、θｍａｘ以下であればよい。この場合、ＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０は、下記式６を満たすように構成されれば良い。
【数８】
0005216151.tif 000009
【００５８】
式６を満たすように構成されるＧＲＩＮレンズ５０及びブリッジファイバ３０及び出力用光ファイバ４０によれば、出力用光ファイバ４０から漏えいする光は、僅かであるため、この式６を満たすことは、式２を満たすことと略同意となる。
【００５９】
以上のように、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、発散角が大きな成分が出力用光ファイバ４０に入射後に漏えいする場合であっても、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバ４０において漏えいする光を抑制することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【００６１】
図３は、本発明の第２実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。図３に示すように、本実施形態の光ファイバコンバイナ２は、第１実施形態のブリッジファイバ３０の代わりにブリッジファイバ３０ａが用いられている点において、第１実施形態の光ファイバコンバイナ１と異なる。ブリッジファイバ３０ａは、コア−クラッド構造を有する点において、第１実施形態のブリッジファイバ３０と異なる。具体的には、第１実施形態のブリッジファイバ３０と同様の構成であるコア３１と、コア３１の外周面を隙間なく囲むクラッド３２とを有する。クラッド３２は、コア３１よりも低い屈折率とされ、コア３１が、第１実施形態のブリッジファイバ３０と同様にして、例えば、ゲルマニウム等の屈折率を挙げる石英から成る場合、例えば、純粋な石英から成る。
【００６２】
それぞれのＧＲＩＮレンズ５０は、一方の端面３６においてコア３１に融着される。従って、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０は、コア３１と光学的に結合する。また、ブリッジファイバ３０ａの他方の端面３７におけるコア３１は、出力用光ファイバ４０のコア４１と融着され、ブリッジファイバ３０ａの他方の端面３７におけるクラッド３２は、出力用光ファイバ４０のクラッド４２と融着される。この場合、ブリッジファイバ３０ａの他方の端面３７におけるクラッド３２の外径、及び、出力用光ファイバ４０のクラッド４２の外径は、特に限定されないが、例えば、共に１２５μｍとされる。このように出力用光ファイバ４０のコア４１及びクラッド４２がブリッジファイバ３０ａに融着されることにより、第１実施形態の光ファイバコンバイナ１と比べると、ブリッジファイバ３０ａと出力用光ファイバ４０との接続強度を高くすることができる。従って、本実施形態の光ファイバコンバイナ２は、衝撃が加わる場合であっても、信頼性を高くすることができる。
【００６３】
このような光ファイバコンバイナ２においては、入力用光ファイバ２０から出射する光は、ＧＲＩＮレンズ５０を介して、ブリッジファイバ３０ａのコア３１に入射する。つまり、一方の端面３６におけるコア３１の領域が光の入射面とされる。このときコア３１への光の入射は、第１実施形態のブリッジファイバ３０への光の入射と同様である。ブリッジファイバ３０のコア３１に入射した光は、第１実施形態のブリッジファイバ３０内を伝播する光と同様にして、コア３１内を伝播する。そして、テーパ部３４内において、発散角が大きくされた状態で、ブリッジファイバ３０ａの他方の端面３７から出射して、出力用光ファイバ４０のコア４１に入射する。つまり、他方の端面３６におけるコア３１の領域が光の出射面とされる。
【００６４】
本実施形態においても、光が入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０のコア３１に入射する場合の発散角と比べて、ＧＲＩＮレンズ５０により発散角が小さく抑えられた状態で、ブリッジファイバ３０ａのコア３１に光が入射するため、出力用光ファイバ４０に入射する光の発散角を小さくすることができる。従って、出力用光ファイバ４０における光の損失を抑制することができる。また、本実施形態の光ファイバコンバイナ２によれば、ブリッジファイバ３０ａに入射した光は、コア３１とクラッド３２との境界で反射するため、光がブリッジファイバ３０ａの外周面まで到達することを防止することができる。従って、ブリッジファイバ３０ａの外周面に触れる外部の物に光が吸収されて発熱することを防止することができる。従って、より優れた安全性を有する光ファイバコンバイナとすることができる。
【００６５】
なお、第１実施形態の式１〜式６において、ブリッジファイバ３０の入射面である一方の端面３６の直径をＤｉｎとし、光の出射面である他方の端面３７の直径をＤｏｕｔとし、ＧＲＩＮレンズ５０から出射してブリッジファイバ３０に入射する光の発散角をθｉｎとし、ブリッジファイバ３０から出射する光の発散角をθｏｕｔとし、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の内、ビームウェスト直径から算出される光の発散角をθｂｅａｍとした。本実施形態においては、第１実施形態のＤｉｎをブリッジファイバ３０ａの一方の端面３６におけるコア３１の直径とし、第１実施形態のＤｏｕｔをブリッジファイバ３０ａの他方の端面３７におけるコア３１の直径とし、第１実施形態のθｉｎをＧＲＩＮレンズ５０から出射してブリッジファイバ３０ａのコア３１に入射する光の発散角とし、第１実施形態のθｏｕｔをブリッジファイバ３０ａのコア３１から出射する光の発散角とし、第１実施形態のθｂｅａｍをＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０ａのコア３１に入射する光の内、ビームウェスト直径から算出される光の発散角として、式１〜式６に当てはめれば良い。この場合であっても、ブリッジファイバ３０ａのコア３１に入射する光の内、発散角が大きな成分が出力用光ファイバ４０に入射後に漏えいする場合であっても、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０ａのコア３１に光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバ４０において漏えいする光を抑制することができる。
【００６６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【００６７】
図４は、本発明の第３実施形態に係る光ファイバコンバイナを示す図である。図４に示すように、本実施形態の光ファイバコンバイナ３は、第１実施形態のそれぞれのＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０との間に配される複数の中間ロッド６０備える点において、第１実施形態の光ファイバコンバイナ１と異なる。
【００６８】
中間ロッド６０は、ブリッジファイバ３０と略同じ屈折率とされ、ＧＲＩＮレンズ５０と略同じ直径を有する円柱形状のガラスロッドとされる。従って、中間ロッド６０は屈折率分布を有さない。そして、それぞれの中間ロッド６０の一方の端面６６は、ＧＲＩＮレンズ５０の他方の端面５７と融着され、中間ロッド６０の他方の端面６７は、ブリッジファイバ３０の一方の端面３６と融着されている。
【００６９】
このような光ファイバコンバイナ３においては、入力用光ファイバ２０から出射する光は、ＧＲＩＮレンズ５０を介して、中間ロッド６０に入射する。そして、中間ロッド６０に入射した光は、中間ロッド６０からブリッジファイバ３０に入射する。以降、第１実施形態と同様にして、ブリッジファイバ３０内を光が伝播して、出力用光ファイバ４０のコア４１に入射する。
【００７０】
本実施形態においても、光が入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に入射する場合の発散角と比べて、入力用光ファイバ２０から出射する光は、ＧＲＩＮレンズ５０により発散角が小さく抑えられた状態で、中間ロッド６０を介して、ブリッジファイバ３０に入射する。従って、出力用光ファイバ４０に入射する光の発散角を小さくすることができる。よって、出力用光ファイバ４０における光の損失を抑制することができる。
【００７１】
なお、第１実施形態の式１〜式６において、ＧＲＩＮレンズ５０から出射してブリッジファイバ３０に入射する光の発散角をθｉｎとし、ＧＲＩＮレンズ５０からブリッジファイバ３０に入射する光の内、ビームウェスト直径から算出される光の発散角をθｂｅａｍとした。本実施形態においては、第１実施形態のθｉｎをＧＲＩＮレンズ５０から出射して中間ロッド６０を介してブリッジファイバ３０に入射する光の発散角とし、第１実施形態のθｂｅａｍをＧＲＩＮレンズ５０から中間ロッド６０を介してブリッジファイバ３０に入射する光の内、ビームウェスト直径から算出される光の発散角として、式１〜式６に当てはめれば良い。本実施形態においても、ブリッジファイバ３０に入射する光の内、発散角が大きな成分が出力用光ファイバ４０に入射後に漏えいする場合であっても、入力用光ファイバ２０から直接ブリッジファイバ３０に光が入射する場合と比べて、出力用光ファイバ４０において漏えいする光を抑制することができる。
【００７２】
また、ＧＲＩＮレンズ５０から出射する光がブリッジファイバ３０に入射する場合、第１実施形態の光ファイバコンバイナ１のようにＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とが互いに融着されることが、互いに融着されない場合と比べて、反射等による光の損失を低減することができるため好ましい。しかし、ブリッジファイバ３０には複数のＧＲＩＮレンズ５０が融着されるため、個々のＧＲＩＮレンズ５０の融着面である他方の端面５７の面積に対して、ブリッジファイバ３０の融着面である一方の端面３６の面積は大きい。このため、ブリッジファイバ３０の融着面近傍における熱容量は、ＧＲＩＮレンズ５０の融着面近傍における熱容量よりも大きい。従って、ＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とを融着するとき、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０の融着面近傍の温度は、ブリッジファイバ３０の融着面近傍の温度よりも高くなる傾向がある。従って、融着により、ＧＲＩＮレンズ５０における融着面近傍の形状が変形することで、ＧＲＩＮレンズ５０の屈折特性が変化してしまう場合がある。さらに、ＧＲＩＮレンズ５０には、屈折率分布をもたせるためにドーパントが添加されている。添加されるドーパントの種類によっては、ＧＲＩＮレンズ５０の軟化点は低くなる場合があり、融着によりＧＲＩＮレンズ５０の融着点近傍がより変形し易い。
【００７３】
しかし、本実施形態の光ファイバコンバイナ３のように、それぞれのＧＲＩＮレンズ５０をそれぞれの中間ロッド６０に融着することで、ＧＲＩＮレンズ５０の変形を抑制することができる。これは、次の理由による。すなわち、複数の中間ロッド６０は、それぞれブリッジファイバ３０に融着されることから、それぞれの中間ロッド６０の直径は、ブリッジファイバ３０の非縮径部３３の直径よりも小さい。このため、中間ロッド６０の一方の端面６６近傍の熱容量は、ブリッジファイバ３０の一方の端面３６近傍の熱容量よりも小さい。特に本実施形態においては、中間ロッド６０の直径とＧＲＩＮレンズ５０の直径が同等とされるため、中間ロッド６０の一方の端面６６近傍の熱容量は、ＧＲＩＮレンズ５０の他方の端面５７近傍の熱容量と殆ど変らない。このため、ＧＲＩＮレンズ５０の温度が必要以上に上昇する前に融着することができる。従って、第１実施形態のようにブリッジファイバ３０とＧＲＩＮレンズ５０とが直接融着される場合と比べて、融着によりＧＲＩＮレンズ５０が変形することを抑制することができる。特に、上記のように、ＧＲＩＮレンズ５０に軟化点を低下させる作用を有するゲルマニウム等のドーパントが添加されている場合には、中間ロッド６０が導入される効果が大きい。従って、本実施形態の光ファイバコンバイナ３は、ＧＲＩＮレンズ５０の特性が変化することを抑制することができ、設計値により近い光を出力用光ファイバ４０に入射することができる。
【００７４】
なお、中間ロッド６０とブリッジファイバ３０との融着においては、それぞれの融着面近傍の熱容量の違いによって中間ロッド６０が変形する場合がある。しかし、中間ロッド６０は屈折率分布を有さないため、変形したとしても光に対する影響は小さい。
【００７５】
次に、上記光ファイバコンバイナを用いたレーザ装置について、図５を用いて説明する。なお、ここでの説明は、第１実施形態の光ファイバコンバイナ１を用いて説明するが、光ファイバコンバイナ１に代えて、第２実施形態の光ファイバコンバイナ２や、第３実施形態の光ファイバコンバイナ３を用いても良い。
【００７６】
図５は、本発明のレーザ装置を示す図である。図５に示すように、レーザ装置１００は、レーザ光を出射する複数のレーザ部１０と、複数のレーザ部１０から出射するレーザ光を伝播する入力用光ファイバ２０と、上述の光ファイバコンバイナ１と、出力用光ファイバ４０と、光出射用エンドキャップ４５と、を主な構成として備える。
【００７７】
それぞれのレーザ部１０は、レーザ光を出力する限りにおいて、特に限定されないが、例えば、ファイバレーザ装置や、半導体レーザ装置から成る。これらのレーザ部１０の出力部には、入力用光ファイバ２０が接続されており、この入力用光ファイバ２０の少なくとも一部が、上述の光ファイバコンバイナ１の入力用光ファイバ２０とされる。また、光ファイバコンバイナ１の出力用光ファイバ４０が延長されて、レーザ装置１００の出力用光ファイバとされており、その端部に光出射用エンドキャップ４５が融着されている。光出射用エンドキャップ４５は、出力用光ファイバ４０のコア４１よりも直径が大きいガラスロッドから構成されており、出力用光ファイバ４０が融着される側の端面と反対側の端面が出射面とされる。
【００７８】
このようなレーザ装置１００において、それぞれのレーザ部１０からレーザ光が出射されると、入力用光ファイバ２０を伝播して、光ファイバコンバイナ１に到達する。光ファイバコンバイナ１においては、上述のように、入力用光ファイバ２０からＧＲＩＮレンズ５０にレーザ光が入射して、上述のように発散角が小さくされる。そして、発散角が小さくされたレーザ光は、ブリッジファイバ３０に入射し、ブリッジファイバ３０のテーパ部３４にて纏められて、ブリッジファイバ３０から出力用光ファイバ４０に入射する。このとき上述のように、光ファイバコンバイナ１では、出力用光ファイバ４０において、光の損失が抑制されるため、それぞれのレーザ部１０から出射されたレーザ光が、効率良く出力用光ファイバ４０に入力する。そして、出力用光ファイバ４０を伝播するレーザ光は、光出射用エンドキャップ４５に入射し、直径が広がり、光出射用エンドキャップ４５の出力面から出射する。
【００７９】
本発明のレーザ装置１００によれば、光ファイバコンバイナ１において、光の損失が抑制されるため、それぞれのレーザ部１０から出射するレーザ光を効率の良く光出射用エンドキャップ４５から出射することができる。なお、レーザ装置１００において、上述のように光ファイバコンバイナ１に代え、光ファイバコンバイナ２または、光ファイバコンバイナ３を用いても、それぞれのレーザ部１０から出射するレーザ光を効率の良く光出射用エンドキャップ４５から出射することができる。
【００８０】
以上、本発明について、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。
【００８１】
例えば、第３実施形態の光ファイバコンバイナ３において、ブリッジファイバ３０に代えて、第２実施形態のブリッジファイバ３０ａを用いても良い。
【００８２】
また、第１実施形態、第２実施形態において、入力用光ファイバ２０とＧＲＩＮレンズ５０とが融着されずに、コア２１とＧＲＩＮレンズ５０とが光学的に結合しても良く、また、ＧＲＩＮレンズ５０とブリッジファイバ３０とが融着されずに、光学的に結合しても良い。また、それぞれの実施形態において、ブリッジファイバ３０と出力用光ファイバ４０とが融着されずに、光学的に結合しても良い。
【００８３】
また、上記実施形態においては、発散角低減部材としてＧＲＩＮレンズ５０を例に説明したが、発散角低減部材は、入力用光ファイバ２０から出射する光の発散角を小さくする限りにおいて、ＧＲＩＮレンズ５０に限らない。例えば、光ファイバが熱せられることで、コアに含まれる屈折率を上昇させるゲルマニウム等のドーパントが、クラッドに拡散されたＴＥＣファイバ（Thermally-diffused Expanded Core Fiber）等を用いても良い。この場合、入力用光ファイバ２０の端部を熱してＴＥＣファイバとすることで、入力用光ファイバ２０と発散角低減部材とを一体とすることができる。
【００８４】
また、上述のレーザ装置１００では、光ファイバコンバイナ１のそれぞれの入力用光ファイバ２０が延長され、それぞれのレーザ部１０からのレーザ光が直接入射されていたが、それぞれのレーザ部１０から、他の光ファイバを介して、入力用光ファイバ２０にレーザ光が入射されても良い。また、上述のレーザ装置１００では、光ファイバコンバイナ１の出力用光ファイバ４０が延長されて、レーザ光は、出力用光ファイバ４０から直接光出射用エンドキャップ４５に伝播されたが、他の光ファイバを介して、光出射用エンドキャップに伝播されても良い。
【実施例】
【００８５】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００８６】
（実施例１）
１本の入力用光ファイバと、１つのＧＲＩＮレンズと、ブリッジファイバと、出力用光ファイバとを準備した。入力用光ファイバは、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が１２５μｍのシングルモードファイバとした。ＧＲＩＮレンズは、直径が１２５μｍで、長さが入力用光ファイバから出力させる光の波長に対する０．２５ピッチ長である１．４ｍｍとした。ブリッジファイバは、第１実施形態と同様のブリッジファイバでコア−クラッド構造を有しないものであり、全長を６０ｍｍ、テーパ部の長さを３０ｍｍ、光の入射面となる非縮径部側の端面の直径を４５０μｍ、光の出射面となるテーパ部の縮径された側の端面の直径を１００μｍとした。出力用光ファイバは、コアの直径が１００μｍで、クラッドの外径が１２５μｍのマルチモードファイバとした。
【００８７】
次に、入力用光ファイバの端面にＧＲＩＮレンズの端面を融着した。更に、ＧＲＩＮレンズの中心軸とブリッジファイバの中心軸とを合わせて、ＧＲＩＮレンズの端面とブリッジファイバの縮径されていない側の端面とを融着した。更に、ブリッジファイバの縮径された側の端面に出力用光ファイバのコアを融着した。なお、ブリッジファイバの縮径された側の端面と、出力用光ファイバのコアとは、同じ直径であるため、融着点において、ブリッジファイバと出力用光ファイバのコアとは、外周が一致していた。
【００８８】
次に、入力用光ファイバにＧＲＩＮレンズの長さが０．２５ピッチ長となる波長の光を入射して、出力用光ファイバから出射する光の強度を観察し、光の接続損失を測定した。
【００８９】
次に、ＧＲＩＮレンズがブリッジファイバに融着される位置を、ブリッジファイバの中心軸から徐々にオフセットさせて、上記と同様にして光の接続損失を測定した。このＧＲＩＮレンズがブリッジファイバの中心軸からオフセットする距離と、接続損失との関係を図６に示す。
【００９０】
図６に示すように、オフセット量がブリッジファイバの中心軸から１５０μｍずれていても、然程接続損失に影響しないことが分かる。ここでＧＲＩＮレンズの直径が１２５μｍであることを考慮すると、ブリッジファイバにＧＲＩＮレンズを３本並べて接続しても、それぞれのＧＲＩＮレンズから出射する光の接続損失は然程変わらないこととなる。従って、第１実施形態と同様にして、入力用光ファイバに接続されたＧＲＩＮレンズを中心に１つ配置して、更に入力用光ファイバに接続されたＧＲＩＮレンズをその周りに６つ配置しても、それぞれのＧＲＩＮレンズから出射する光の接続損失は然程変わらないこととなる。
【００９１】
そこで、実施例１の入力用光ファイバ７本とＧＲＩＮレンズ７つをそれぞれ準備して、それぞれの入力用光ファイバの端面にＧＲＩＮレンズを融着し、１つのＧＲＩＮレンズの周りに６つのＧＲＩＮレンズが配置されるようにして、それぞれのＧＲＩＮレンズを実施例１の出力用光ファイバが融着されたブリッジファイバに融着して、光ファイバコンバイナを作製した。次にそれぞれの入力用光ファイバにレーザ光を入射して、出力用光ファイバから出射する光の強度を観察し、光の接続損失を測定した。その結果、光の損失は３％であった。
【００９２】
（比較例１）
ＧＲＩＮレンズを介さず、入力用光ファイバを直接ブリッジファイバに融着したこと以外は、実施例１と同様にして接続損失を測定した。その結果を図６に示す。
【００９３】
図６に示すように、実施例１と比べると、接続損失が大きい結果となった。
【００９４】
次に、実施例１の入力用光ファイバ７本準備して、１本の入力用光ファイバの周りに６つの入力用光ファイバが配置されるようにして、それぞれの入力用光ファイバを実施例１の出力用光ファイバが融着されたブリッジファイバに融着して、光ファイバコンバイナを作製した。次にそれぞれの入力用光ファイバにレーザ光を入射して、出力用光ファイバから出射する光の強度を観察し、光の接続損失を測定した。その結果、光の損失は３６％であり、実施例１で作製した光ファイバコンバイナより光の損失が大きい結果となった。
【００９５】
以上より、本発明の光ファイバコンバイナによれば、接続損失が抑制されることが示された。よって、本発明の光ファイバコンバイナによれば効率良く光が伝播されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明によれば、光の損失を抑制することができる光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置が提供され、加工用レーザ装置や、医療用レーザ装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１〜３・・・光ファイバコンバイナ
１０・・・レーザ部
２０・・・入力用光ファイバ
２１・・・コア
２２・・・クラッド
３０，３０ａ・・・ブリッジファイバ
３１・・・コア
３２・・・クラッド
３３・・・非縮径部
３４・・・テーパ部
４０・・・出力用光ファイバ
４１・・・コア
４２・・・クラッド
４３・・・被覆層
４５・・・光出射用エンドキャップ
５０・・・ＧＲＩＮレンズ（発散角低減部材）
６０・・・中間ロッド
１００・・・レーザ装置
【要約】
【課題】  光の損失を抑制することができる光ファイバコンバイナ、及び、それを用いたレーザ装置を提供する。
【解決手段】  光ファイバコンバイナ１は、複数の入力用光ファイバ２０と、それぞれの入力用光ファイバ２０から出射する光が入射し、入力用光ファイバ２０からの光を発散角が小さくされた状態で出射する複数の発散角低減部材５０と、それぞれの発散角低減部材５０から出射する光が入射し、光が伝播する部位が発散角低減部材５０側から離れるに従い徐々に縮径されるテーパ部３４を有するブリッジファイバ３０と、ブリッジファイバ３０の発散角低減部材５０側と反対側から出射する光が入射する出力用光ファイバ４０と、を備える。
【選択図】    図１【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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