(57)【要約】【課題】  光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法、光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。【解決手段】  光コンバイナ１の製造方法は、断面の形状が多角形のクラッド１２が端部において露出する複数の入射用光ファイバ１０と、ブリッジファイバ２０と、を準備する準備工程Ｐ１１と、それぞれの入射用光ファイバ１０のクラッド１２が露出する側の端面１６の位置を揃えると共に、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外周面における平面部１２ｆ同士を互いに接触させて、複数の入射用光ファイバ１０を束ねるバンドル工程Ｐ１２と、束ねられた複数の入射用光ファイバ１０のそれぞれの端面１６とブリッジファイバ２０の端面２５とを接続する接続工程Ｐ１３と、を備える【選択図】    図１
2016020934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、大口径ファイバと、を準備する準備工程と、
それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面の位置を揃えると共に、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士を互いに接触させて、前記複数の光ファイバを束ねるバンドル工程と、
束ねられた前記複数の光ファイバのそれぞれの端面と前記大口径ファイバの端面とを接続する接続工程と、
を備える
ことを特徴とする光コンバイナの製造方法。
【請求項２】
断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、前記クラッドの外周面に対する内接円の直径以下の直径とされる円柱状の複数のガラスロッドと、大口径ファイバと、を準備する準備工程と、
それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面に前記ガラスロッドの一方の端面が接続された状態で、それぞれの前記ガラスロッドの他方の端面の位置を揃えると共に、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士を互いに接触させて、前記複数の光ファイバを束ねるバンドル工程と、
前記複数の光ファイバが束ねられた状態で、前記複数の前記ガラスロッドの他方の端面と前記大口径ファイバの端面とを接続する接続工程と、
を備える
ことを特徴とする光コンバイナの製造方法。
【請求項３】
前記ガラスロッドは、ＧＲＩＮレンズであり、
前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記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２に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項４】
前記多角形の頂点は面取りされている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光コンバイナの製造方法。
【請求項５】
断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、
大口径ファイバと、
を備え、
それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面は前記大口径ファイバの端面に接続され、
互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士は互いに接触する
ことを特徴とする光コンバイナ。
【請求項６】
断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、
前記クラッドの外周面に対する内接円の直径以下の直径とされる円柱状の複数のガラスロッドと、
大口径ファイバと、
を備え、
それぞれの前記ガラスロッドの一方の端面はそれぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面に接続され、それぞれの前記ガラスロッドの他方の端面は前記大口径ファイバの端面に接続され、
互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士は互いに接触する
ことを特徴とする光コンバイナ。
【請求項７】
前記ガラスロッドは、ＧＲＩＮレンズであり、
前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記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６に記載の光コンバイナ。
【請求項８】
前記多角形の頂点は面取りされている
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の光コンバイナ。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１項に記載の光コンバイナと、
それぞれの前記光ファイバのそれぞれ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レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法、及び、光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。
【０００４】
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コンバイナが記載されている。この光コンバイナでは、光ファイバがＧＲＩＮレンズを介してブリッジファイバの大口径側の端面に接続されている。また、下記特許文献２に記載の光コンバイナでは、複数の光ファイバが大口径ファイバの端面に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許５２１６１５１号公報
【特許文献２】特許５２３６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
下記特許文献１、２の光コンバイナでは、ブリッジファイバや大口径ファイバに接続されるそれぞれの光ファイバが互いに離間している。そのため、これらの光コンバイナでは、一部の光ファイバの端面が他の光ファイバの端面に対して長手方向に位置ずれを起こす端面ずれが生じたり、光ファイバの接続部付近で一部の光ファイバが他の光ファイバに対して斜めとなる角度折れが生じたりする場合がある。これらの場合、光コンバイナにおいて、光が損失して、光を適切に伝搬することができない傾向がある。そこで、それぞれの光ファイバを束ねた状態でブリッジファイバや大口径ファイバに接続することが考えられる。
【０００７】
しかし、光ファイバを束ねる場合であっても、複数の光ファイバを束ねるときや束ねた後に、上記の端面ずれや角度折れが生じる場合がある。この場合、光が損失する傾向がある。このため、端面ずれや角度折れが抑制され、光の損失が抑制された光コンバイナが求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法、光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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の光コンバイナの製造方法の一側面は、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、大口径ファイバと、を準備する準備工程と、それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面の位置を揃えると共に、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士を互いに接触させて、前記複数の光ファイバを束ねるバンドル工程と、束ねられた前記複数の光ファイバのそれぞれの端面と前記大口径ファイバの端面とを接続する接続工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
このような光コンバイナの製造方法によれば、多角形のクラッドの平面同士を接触させて複数の光ファイバを束ねるので、クラッドが円形の場合と比べて、接触する光ファイバ同士の摩擦による抵抗が大きく、光ファイバの位置が互いにずれることを抑制することができる。このため、光ファイバを大口径ファイバの端面に接続する際に、上記の端面ずれや角度折れが生じることを抑制することができる。従って、本発明の本発明の光コンバイナの製造方法によれば、光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造することができる。
【００１１】
また、本発明の光コンバイナの製造方法の他の側面は、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、前記クラッドの外周面に対する内接円の直径以下の直径とされる円柱状の複数のガラスロッドと、大口径ファイバと、を準備する準備工程と、それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面に前記ガラスロッドの一方の端面が接続された状態で、それぞれの前記ガラスロッドの他方の端面の位置を揃えると共に、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士を互いに接触させて、前記複数の光ファイバを束ねるバンドル工程と、前記複数の光ファイバが束ねられた状態で、前記複数の前記ガラスロッドの他方の端面と前記大口径ファイバの端面とを接続する接続工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このような光コンバイナの製造方法によっても、互いに接触する光ファイバ同士の位置が互いにずれることを抑制することができる。このため、ガラスロッドを大口径ファイバの端面に接続する際に、上記の端面ずれや角度折れが生じることを抑制することができる。従って、本発明の光コンバイナの製造方法によっても、光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造することができる。
【００１３】
また、この場合、当該ガラスロッドに機能を持たせることができる。例えば、前記ガラスロッドは、ＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記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。
【００１４】
このようにガラスロッドを上記のＧＲＩＮレンズとすることで、ガラスロッドから大口径ファイバに入射する光をコリメート光に近づけることができる。このため、大口径ファイバに光が発散して入射する場合よりも、光を効率よく伝搬することができる。
【００１５】
また、前記多角形の頂点は面取りされていることが好ましい。頂点が面取りされることで、それぞれの光ファイバにおけるクラッドの寸法誤差を吸収して、光ファイバを束ねることができる。また、３つ以上の光ファイバが束ねられる場合に、クラッドの面取りされた頂点で囲まれる空隙を形成することができる。この場合、束ねられた光ファイバが大口径ファイバに接続される際にガスが発生したとしても、このガスが当該空隙を伝って逃げることができる。つまり、当該空隙は、ガスを逃げやすくするガス抜きとして機能することができる。従って、発生したガスによる不要なボイドが生じることを抑制することができる。ボイド等の発生を抑制することで、光の損失を抑制し適切に光を伝搬することができる。
【００１６】
また、本発明の光コンバイナの一側面は、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、大口径ファイバと、を備え、それぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面は前記大口径ファイバの端面に接続され、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士は互いに接触することを特徴とするものである。
【００１７】
この光コンバイナによれば、光ファイバの端部において多角形のクラッドの平面同士が接触しており、クラッドが円形の場合と比べて、接触する光ファイバ同士の摩擦による抵抗が大きい。従って、光ファイバの端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の光ファイバが用いられる場合と比べて、光ファイバの相対的位置がずれることを抑制することができる。このため、光ファイバから大口径ファイバに入射する光を全体として適切に伝搬することができる。つまり、この光コンバイナによれば、光を適切に伝搬することができる。
【００１８】
また、本発明の光コンバイナの他の側面は、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の光ファイバと、前記クラッドの外周面に対する内接円の直径以下の直径とされる円柱状の複数のガラスロッドと、大口径ファイバと、を備え、それぞれの前記ガラスロッドの一方の端面はそれぞれの前記光ファイバの前記クラッドが露出する側の端面に接続され、それぞれの前記ガラスロッドの他方の端面は前記大口径ファイバの端面に接続され、互いに隣り合う前記光ファイバの前記クラッドの外周面における平面同士は互いに接触することを特徴とするものである。
【００１９】
この光コンバイナによれば、光ファイバの端部において多角形のクラッドの平面同士が接触しているので、光ファイバの端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の光ファイバが用いられる場合と比べて、光ファイバの相対的位置を適切な位置に保つことができる。このため、光ファイバからガラスロッドを介して大口径ファイバに入射する光を全体として適切に伝搬することができる。つまり、この光コンバイナによれば、光を適切に伝搬することができる。
【００２０】
また、前記ガラスロッドは、ＧＲＩＮレンズであり、前記ＧＲＩＮレンズの長さは、前記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。
【００２１】
この場合においても、ガラスロッドを上記のＧＲＩＮレンズとすることで、ガラスロッドから大口径ファイバに入射する光をコリメート光に近づけることができる。このため、大口径ファイバに光が発散して入射する場合よりも、光を効率よく伝搬することができる。
【００２２】
また、前記多角形の頂点は面取りされていることとしても良い。
【００２３】
また、本発明のレーザ装置は、上記のいずれかの光コンバイナと、それぞれの前記光ファイバのそれぞれ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。
【００２４】
このようなレーザ装置によれば、光コンバイナの光ファイバの端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の光ファイバが用いられる光コンバイナを備える場合と比べて、光を全体として適切に伝搬することができる。従って、光のロスを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明によれば、光の損失を抑制することができる光コンバイナを製造し得る光コンバイナの製造方法、光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】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光コンバイナを示す図である。
【図２】図１の入射用光ファイバを通り長手方向に垂直な断面からブリッジファイバ側を見る断面図である。
【図３】図１の光コンバイナの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】バンドル工程後の様子を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光コンバイナを示す図である。
【図６】図５の入射用光ファイバを通り長手方向に垂直な断面からブリッジファイバ側を見る断面図である。
【図７】図５の光コンバイナの製造方法を示すフローチャートである。
【図８】第１接続工程後の様子を示す図である。
【図９】バンドル工程後の様子を示す図である。
【図１０】本発明のレーザ装置を示す図である。
【図１１】変形例による入射用光ファイバを用いた図１の光コンバイナを図２と同じ視点から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る光コンバイナ、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。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光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、光コンバイナを構成するパーツ毎に間隔をあけた図を記載している。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態の光コンバイナ１は、複数の入射用光ファイバ１０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２０と、を主な構成として備える。
【００３０】
図２は、図１の入射用光ファイバ１０を通り長手方向に垂直な断面からブリッジファイバ側を見る断面図である。図１、２に示すように、それぞれの入射用光ファイバ１０は、互いに同様の構成とされ、コア１１と、コア１１を囲むクラッド１２とを有し、コア１１の屈折率が、クラッド１２の屈折率よりも高くされている。コア１１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１２は、例えば、純粋な石英から成る。また、クラッド１２の長手方向に垂直な断面における外形は多角形とされ、図２に示すように、本実施形態では当該外形が六角形とされている。
【００３１】
それぞれの入射用光ファイバ１０は、１本の入射用光ファイバ１０の周りを６本の入射用光ファイバ１０が囲んで配置されている。また、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外周面における平面部１２ｆ同士は互いに接触している。つまり、それぞれの入射用光ファイバ１０は、最密充填状に配置されている。
【００３２】
なお、入射用光ファイバ１０は、上記のように端部においてクラッド１２が露出しており、上記のように互いに隣り合うクラッド１２同士が接触している。しかし、端部から離れた位置ではクラッド１２同士が離れており、クラッド１２の外周面を被覆する被覆層を有する。ただし、本実施形態の説明では理解の容易のために当該被覆層が省略され、クラッド１２同士が離れている様子も省略されている。
【００３３】
ブリッジファイバ２０は、コア２１とクラッド２２とからなり、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光ファイバである。具体的には、ブリッジファイバ２０は、大きな外径を保つ非縮径部２７と、非縮径部２７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２８とから成る。非縮径部２７におけるコア２１の直径は入射用光ファイバ１０の束よりも大きな径とされる。このようにブリッジファイバ２０の一方の端面２５は縮径されておらず、他方の端面２６は最も縮径されている。ブリッジファイバ２０は、このような縮径されない大口径の端面２５を有するため、大口径ファイバと考えることができる。なお、ブリッジファイバ２０の非縮径部２７における直径は、後述のように複数の入射用光ファイバ１０と接続できる限りにおいて、特に限定されない。
【００３４】
なお、ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率は、入射用光ファイバ１０のコア１１と略同等の屈折率とされることが、後述のように入射用光ファイバ１０からブリッジファイバ２０に光が入射する際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、コア２１は、上記コア１１と同様にして、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。クラッド２２の屈折率は、コア２１の屈折率よりも低くされる。従って、クラッド２２は、上記のようにコア２１がゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英から成る場合、例えば、何らドーパントが添加されない石英から成る。
【００３５】
ブリッジファイバ２０の一方の端面２５におおいてコア２１とそれぞれの入射用光ファイバ１０のそれぞれの端面１６とは互いに融着されており、それぞれの入射用光ファイバ１０のコア１１とブリッジファイバ２０のコア２１とが光学的に結合している。この融着により、特に図示しないが、入射用光ファイバ１０の端面１６近傍では、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の平面部１２ｆ同士が融着されている。
【００３６】
このような光コンバイナ１においては、それぞれの入射用光ファイバ１０のコア１１を伝搬してコア１１から出射するそれぞれの光は、ブリッジファイバ２０の一方の端面２５からブリッジファイバ２０のコア２１に入射して合波される。合波した光は、テーパ部２８において、モードフィールド径が縮小されて、他方の端面２６から出射する。或いは、他方の端面２６からブリッジファイバ２０のコア２１に入射する光は、テーパ部２８において、モードフィールド径が拡大されて、それぞれの入射用光ファイバ１０に入射して、それぞれの入射用光ファイバ１０を伝搬する。
【００３７】
次に、この光コンバイナ１の製造方法について説明する。
【００３８】
図３は、光コンバイナ１の製造方法を示すフローチャートである。図３に示すように光コンバイナ１の製造方法は、準備工程Ｐ１１と、バンドル工程Ｐ１２と、接続工程Ｐ１３とを備える。
【００３９】
＜準備工程Ｐ１１＞
本工程では、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の入射用光ファイバ１０と、大口径ファイバであるブリッジファイバ２０とを準備する。
【００４０】
入射用光ファイバ１０は、上記のようにクラッド１２の外形が多角形である。このようなクラッド１２が多角形の光ファイバを得るには、光ファイバの基となるプリフォームの長手方向に垂直な方向の外形をクラッドと同様の多角形とする。そして、外形が多角形のプリフォームを線引きして光ファイバ素線とする。こうして形成された光ファイバ素線の外形はクラッド１２の外形となる。次に、出来あがった光ファイバ素線の外周面に被覆層を設けて、クラッド１２の外形が多角形の光ファイバが完成する。
【００４１】
次に完成した光ファイバを必要な長さで必要な本数とする。そして、少なくとも一方の端部の被覆層を必要な長さだけ剥離し、入射用光ファイバ１０とする。こうして、複数の入射用光ファイバ１０が準備される。
【００４２】
ブリッジファイバ２０は、まず、非縮径部２７と同じ径を有する光ファイバを作成する。この光ファイバには被覆層は不要である。次に作成した光ファイバを適当な長さに切りだす。そして、切り出した光ファイバの一部を溶融延伸して、テーパ部２８を作成し、他方の端面２６が形成されるべき適切な位置で切断する。こうして、ブリッジファイバ２０が準備される。
【００４３】
＜バンドル工程Ｐ１２＞
本工程では、複数の入射用光ファイバ１０を束ねる。まず、準備されたそれぞれの入射用光ファイバ１０のクラッド１２が露出する側の端面１６の位置を揃える。つまり、端面１６の入射用光ファイバの長手方向に沿った位置を揃える。そして、端面１６の位置が揃った状態を出来るだけ維持しながら入射用光ファイバ１０を束ねる。このとき、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外周面における平面部１２ｆ同士を互いに接触させて束ねる。また、必要に応じて、端面１６の位置が揃うように当該位置の微調整を行う。本実施形態では、図２に示す入射用光ファイバ１０の配列と同様に１本の入射用光ファイバ１０の周りを７本の入射用光ファイバ１０囲むように最密充填状に配置する。こうして、図４に示すように、端面１６の位置を揃えると共に、互いに隣り合うクラッド１２の平面部１２ｆ同士を互いに接触させて、複数の入射用光ファイバ１０が束ねられる。
【００４４】
なお、端面１６を揃えることと、互いに隣り合うクラッド１２の平面部１２ｆ同士を互いに接触させることとを同時に行って、複数の入射用光ファイバ１０を束ねても良い。また、このように複数の入射用光ファイバ１０を束ねるには、治具を用いることが好ましく、当該治具を用いて複数の入射用光ファイバ１０が束ねられた状態を維持することが好ましい。
【００４５】
＜接続工程Ｐ１３＞
本工程では、バンドル工程Ｐ１２において束ねられた複数の入射用光ファイバ１０とブリッジファイバ２０とを接続する。まず、バンドル工程Ｐ１２で束ねられた複数の入射用光ファイバ１０と、ブリッジファイバ２０とを融着用の治具にセットする。このとき、複数の入射用光ファイバ１０の端面１６とブリッジファイバ２０の大口径側の端面２５が対向するようにして、端面１６と端面２５との間に僅かな隙間を空ける。次に入射用光ファイバ１０の束の中心が、ブリッジファイバ２０のコア２１の中心軸上に位置するように調芯を行う。その後、必要に応じて、端面１６と端面２５とを接触させる。
【００４６】
次に、互いに対向する端面１６と端面２５とを融着する。融着には放電を用いても良く、酸水素バーナ等を用いても良い。こうして、光コンバイナ１を得る。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法によれば、多角形のクラッド１２の平面部１２ｆ同士を接触させて複数の入射用光ファイバ１０を束ねるので、クラッドが円形の場合と比べて、接触する入射用光ファイバ１０同士の摩擦による抵抗が大きく、入射用光ファイバ１０の位置が互いにずれることを抑制することができる。このため、入射用光ファイバ１０をブリッジファイバ２０の端面２５に接続する際に、入射用光ファイバ１０の端面ずれや角度折れが生じることを抑制することができる。従って、本実施形態の光コンバイナ１の製造方法によれば、光の損失を抑制し、光を適切に伝搬する光コンバイナ１を製造することができる。
【００４８】
また、本実施形態の光コンバイナ１によれば、図２に示すように、入射用光ファイバ１０の端部において多角形のクラッド１２の平面部１２ｆ同士が接触しており、クラッドが円形の場合と比べて、接触する入射用光ファイバ１０同士の摩擦による抵抗が大きい。従って、入射用光ファイバ１０の端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の入射用光ファイバが用いられる場合と比べて、入射用光ファイバ１０の相対的位置がずれることを抑制できる。このため、入射用光ファイバ１０からブリッジファイバ２０に入射する光を全体として適切に伝搬することができる。つまり、この光コンバイナ１によれば、光を適切に伝搬することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５〜９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。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態に係る光コンバイナを示す図である。図５に示すように、本実施形態の光コンバイナ２は、ＧＲＩＮレンズ３０を更に備える点において、第１実施形態の光コンバイナ１と異なる。また、図６は、図５の入射用光ファイバ１０を通り長手方向に垂直な断面からブリッジファイバ側を見る断面図である。
【００５１】
ＧＲＩＮレンズ３０は、入射用光ファイバ１０の数と同数とされ、それぞれのＧＲＩＮレンズ３０は、互いに同様の構成とされている。ＧＲＩＮレンズ３０は、一方の端面３５と他方の端面３６を有する円柱状の形状をしているガラスロッドから成る。ＧＲＩＮレンズ３０の直径は、入射用光ファイバ１０のコア１１の直径よりも大きくされ、さらに、多角形のクラッド１２の内接円の直径以下とされる。図５では、ＧＲＩＮレンズ３０の直径が入射用光ファイバ１０のクラッド１２の内接円と同じ大きさの直径とされる例を示している。
【００５２】
ＧＲＩＮレンズ３０は、径方向において屈折率分布を有し、長さ方向において一定の屈折率とされる。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屈折率が徐々に低くなる分布とされる。このような屈折率分布とされるため、ＧＲＩＮレンズ３０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３０に端面から入力する光は、ＧＲＩＮレンズ３０の内部において屈折する。このＧＲＩＮレンズ３０は、入射用光ファイバ１０から出射する光に対する０．２５ピッチ長の奇数倍の長さとされる。従って、入射用光ファイバ１０からＧＲＩＮレンズ３０に入射してＧＲＩＮレンズ３０から出射する光は、略コリメート光とされる。またコリメート光とされない場合であっても、入射用光ファイバ１０から出射する光よりも、ＧＲＩＮレンズから出射する光の発散角を小さくすることができる。この場合の発散角とは、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。
【００５３】
なお、ＧＲＩＮレンズ３０は、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。ただし、上記のようにＧＲＩＮレンズの直径はクラッド１２の内接円の直径以下の大きさとされる。この場合、入射用光ファイバ１０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３０のこの光に対する０．２５ピッチ長は１．４ｍｍとされる。
【００５４】
このような構成のＧＲＩＮレンズ３０は、一方の端面３５が入射用光ファイバ１０の端面１６に接続されており、他方の端面３６がブリッジファイバ２０の一方の端面２５に接続されている。つまり、本実施形態では、それぞれの入射用光ファイバ１０がＧＲＩＮレンズ３０を介してブリッジファイバ２０に接続されている。本実施形態の光コンバイナ２においても、図６に示すように、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外周面における平面部１２ｆ同士は互いに接触している。
【００５５】
なお、入射用光ファイバ１０のコア１１の屈折率、及び、ブリッジファイバ２０のコア２１の屈折率は、ＧＲＩＮレンズ３０の中心軸付近の屈折率と略同等であることが好ましい。この場合、入射用光ファイバ１０からＧＲＩＮレンズ３０に光が入射し、ＧＲＩＮレンズ３０からブリッジファイバ２０に光が入射する場合に、光の反射を抑制することができる。従って、ブリッジファイバ２０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。
【００５６】
このような光コンバイナ２においては、それぞれの入射用光ファイバ１０のコア１１を伝搬してコア１１から出射するそれぞれの光は、ＧＲＩＮレンズ３０に入射する。ＧＲＩＮレンズ３０では、入射した光がモードフィールド径が拡大しながら伝搬し、略コリメート光とされてＧＲＩＮレンズ３０からブリッジファイバ２０のコア２１に入射する。ブリッジファイバ２０においては、それぞれのＧＲＩＮレンズ３０から入射した光が合波される。合波した光は、テーパ部２８において、モードフィールド径が縮小されて、他方の端面２６から出射する。或いは、他方の端面２６からブリッジファイバ２０のコア２１に入射する光は、テーパ部２８において、モードフィールド径が拡大されて、それぞれのＧＲＩＮレンズ３０に入射する。ＧＲＩＮレンズ３０に入射した光は、モードフィールド径が縮小しながら伝搬して、入射用光ファイバ１０に入射し、それぞれの入射用光ファイバ１０を伝搬する。
【００５７】
次に、この光コンバイナ２の製造方法について説明する。
【００５８】
図７は、光コンバイナ２の製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように光コンバイナ２の製造方法は、準備工程Ｐ２１と、第１接続工程Ｐ２２と、バンドル工程Ｐ２３と、接続工程Ｐ２４とを備える。
【００５９】
＜準備工程Ｐ２１＞
本工程では、断面の形状が多角形のクラッドが端部において露出する複数の入射用光ファイバ１０と、クラッド１２の外周面に対する内接円の直径以下の直径とされる複数のＧＲＩＮレンズ３０と、大口径ファイバであるブリッジファイバ２０とを準備する。
【００６０】
入射用光ファイバ１０の準備及びブリッジファイバ２０の準備は、第１実施形態における入射用光ファイバ１０の準備及びブリッジファイバ２０の準備と同様に準備する。
【００６１】
ＧＲＩＮレンズの準備では、まず、屈折率が中心軸側から外周面側にかけて屈折率が徐々に低くなるように、ドーパントが添加されたプリフォームを作成する。そして、このプリフォームを光ファイバを作成する場合と同様にして線引きする。この線引きの速度を調整することで、ＧＲＩＮレンズ３０の直径を調整する。そして、所望の長さ毎に切断することにより、複数のＧＲＩＮレンズ３０を得る。
【００６２】
＜第１接続工程Ｐ２２＞
本工程では、それぞれの入射用光ファイバ１０の端面１６とそれぞれのＧＲＩＮレンズ３０の一方の端面３５とを接続する。
【００６３】
まず、入射用光ファイバ１０の端面１６とブリッジファイバ２０とを融着用の治具にセットする。このとき、入射用光ファイバ１０の端面１６とＧＲＩＮレンズ３０の一方の端面３５が対向するようにして、端面１６と端面３５との間に僅かな隙間を空ける。次に入射用光ファイバ１０のコア１１の中心軸と、ＧＲＩＮレンズ３０の中心軸とが、一致するように調芯を行う。その後、必要に応じて、端面１６と端面３５とを接触させる。
【００６４】
次に、互いに対向する端面１６と端面３５とを融着する。融着には放電を用いても良く、酸水素バーナ等を用いても良い。こうして、図８に示すように、入射用光ファイバ１０とＧＲＩＮレンズ３０とが接続される。この接続を光コンバイナ２に用いるそれぞれの入射用光ファイバ１０及びＧＲＩＮレンズ３０に対して行う。
【００６５】
＜バンドル工程Ｐ２３＞
本工程では、まず、準備された入射用光ファイバ１０に接続されたそれぞれのＧＲＩＮレンズ３０の他方の端面３６の位置を揃える。つまり、端面３６のＧＲＩＮレンズ３０の長手方向に沿った位置を揃える。そして、端面３６の位置が揃った状態を出来るだけ維持しながら入射用光ファイバ１０を束ねる。このとき、第１実施形態におけるバンドル工程Ｐ１２と同様にして、互いに隣り合う入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外周面における平面部１２ｆ同士を互いに接触させて束ねる。また、必要に応じて、端面１６の位置が揃うよう当該位置の微調整を行う。本実施形態においても、図６に示す入射用光ファイバ１０の配列と同様に１本の入射用光ファイバ１０の周りを７本の入射用光ファイバ１０囲むように最密充填状に配置する。こうして、図９に示すように、それぞれの入射用光ファイバ１０の端面１６にＧＲＩＮレンズ３０の一方の端面３５が接続された状態で、それぞれのＧＲＩＮレンズ３０の他方の端面３６の位置を揃えると共に、互いに隣り合うクラッド１２の平面部１２ｆ同士を互いに接触させて、複数の入射用光ファイバ１０が束ねられる。
【００６６】
なお、本実施形態においても、端面３６を揃えることと、互いに隣り合うクラッド１２の平面部１２ｆ同士を互いに接触させることとを同時に行って、複数の入射用光ファイバ１０を束ねても良い。また、このように複数の入射用光ファイバ１０を束ねるには、治具を用いることが好ましく、当該治具を用いて複数の入射用光ファイバ１０が束ねられた状態を維持することが好ましい。
【００６７】
＜第２接続工程Ｐ２４＞
本工程では、バンドル工程Ｐ２３において束ねられた複数の入射用光ファイバ１０に接続されたそれぞれのＧＲＩＮレンズ３０とブリッジファイバ２０とを接続する。まず、バンドル工程Ｐ２３で束ねられた複数の入射用光ファイバ１０に接続されたＧＲＩＮレンズ３０の他方の端面３６と、ブリッジファイバ２０とを融着用の治具にセットする。このとき、複数のＧＲＩＮレンズ３０の端面３６とブリッジファイバ２０の大口径側の端面２５が対向するようにして、端面３６と端面２５との間に僅かな隙間を空ける。次にＧＲＩＮレンズ３０の束の中心が、ブリッジファイバ２０のコア２１の中心軸上に位置するように調芯を行う。その後、必要に応じて、端面３６と端面２５とを接触させる。
【００６８】
次に、互いに対向する端面３６と端面２５とを融着する。融着は第１実施形態の接続工程Ｐ１３における融着と同様に行う。こうして、光コンバイナ２を得る。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態の光コンバイナ２の製造方法によっても、互いに接触する入射用光ファイバ１０同士の位置が互いにずれることを抑制することができる。このため、ＧＲＩＮレンズ３０をブリッジファイバ２０の端面２５に接続する際に、ＧＲＩＮレンズ３０の端面ずれや角度折れが生じることを抑制することができる。従って、実施形態の光コンバイナの製造方法によっても、光の損失を抑制し、光を適切に伝搬する光コンバイナ２を製造することができる。
【００７０】
また、本実施形態の光コンバイナ２によれば、入射用光ファイバ１０の端部において多角形のクラッド１２の平面同士が接触しているので、入射用光ファイバ１０の端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の光ファイバが用いられる場合と比べて、入射用光ファイバ１０の相対的位置を適切な位置に保つことができる。このため、入射用光ファイバ１０からＧＲＩＮレンズ３０を介してブリッジファイバに入射する光を全体として適切に伝搬することができる。つまり、本実施形態の光コンバイナ２によっても、光を適切に伝搬することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、ガラスロッドとしてＧＲＩＮレンズ３０を例に説明したが、ガラスロッドはＧＲＩＮレンズ３０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。或いは、このガラスロッドとして、屈折率が一様なガラスロッドを用いても良い。
【００７２】
（レーザ装置の説明）
次に、上記光コンバイナを用いたレーザ装置について、図１０を用いて説明する。なお、ここでの説明は、第１実施形態の光コンバイナ１を用いて説明するが、光コンバイナ１に代えて、第２実施形態の光コンバイナ２を用いても良い。
【００７３】
図１０は、本発明のレーザ装置を示す図である。図１０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４と、複数のレーザ部４から出射するレーザ光を伝搬する入射用光ファイバ１０と、上述の光コンバイナ１と、出射用光ファイバ５と、を主な構成として備える。
【００７４】
それぞれのレーザ部４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４の出力部には、入射用光ファイバ１０が接続されており、この入射用光ファイバ１０の少なくとも一部が、上述の光コンバイナ１の入射用光ファイバ１０とされる。また、出射用光ファイバ５は、コアとクラッドとを有する光ファイバである。出射用光ファイバ５のコアの直径は、光コンバイナ１のブリッジファイバ２０の他方の端面２６におけるコア２１の直径と同等とされる。出射用光ファイバ５は、光コンバイナ１のブリッジファイバ２０における他方の端面２６に接続されている。
【００７５】
このようなレーザ装置１００において、それぞれのレーザ部４からレーザ光が出射されると、入射用光ファイバ１０を伝搬して、光コンバイナ１に到達する。光コンバイナ１においては、上述のように、入射用光ファイバ１０からブリッジファイバ２０にレーザ光が入射し、ブリッジファイバ２０のテーパ部２８にてモードフィールド径が縮小される。そして、レーザ光は、ブリッジファイバ２０から出射用光ファイバ５に入射し、出射用光ファイバ５を伝播して、図１０において矢印で示すように、出射用光ファイバ５の光コンバイナ１側と反対側から出射する。
【００７６】
このレーザ装置１００によれば、光コンバイナ１において、入射用光ファイバ１０の端部に外力が加わる場合であっても、クラッドが円形の光ファイバが用いられる光コンバイナを備える場合と比べて、光を全体として適切に伝搬することができる。従って、光のロスを小さくすることができる。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上記実施形態では、大口径ファイバとしてブリッジファイバ２０を例に説明したが、ブリッジファイバ２０のようにテーパ部を有する必要はない。つまり、複数の入射用光ファイバ１０や複数のＧＲＩＮレンズ３０を接続できる口径の端面を有する光ファイバであればよい。また、ブリッジファイバ２０のクラッド２２が無くても良い。
【００７９】
また、上記実施形態では、入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外形が六角形とされたが、多角形であれば六角形以外であっても良い。例えば、それぞれの入射用光ファイバ１０のクラッド１２の外形が三角形や四角形とされても良い。
【００８０】
また、クラッド１２の外形である多角形の頂点が面取りされても良い。図１１は、図１に記載の光コンバイナにこのような入射用光ファイバが用いられる例を図２と同じ視点で示す図である。なお、本変形例を説明するに当たり、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。図１１に示すように、本例の入射用光ファイバ１０は、クラッド１２の頂点が面取りされて丸みを帯びている点において、第１実施形態の入射用光ファイバ１０と異なる。つまり、本例の入射用光ファイバ１０におけるクラッド１２の外周面は、複数の平面部１２ｆと、面取りされた複数の頂点部１２ａとからなる。従って、互いに隣り合う３つの入射用光ファイバ１０のそれぞれの頂点部１２ａで囲まれる領域には、空隙１８が形成されている。なお、本例では、入射用光ファイバ１０の端面１６近傍では、入射用光ファイバ１０とブリッジファイバ２０との融着により空隙１８が埋まっている。
【００８１】
このような入射用光ファイバ１０を用いる場合、第１実施形態のバンドル工程Ｐ１２と同様に入射用光ファイバ１０を束ねるとき、それぞれの入射用光ファイバ１０におけるクラッド１２の寸法誤差を吸収して、クラッド１２の平面部１２ｆ同士を互いに接触させて適切に束ねることができる。また、頂点部１２ａが面取りされることで、クラッド１２の頂点部１２ａで囲まれる空隙１８が形成される。
【００８２】
また、第１実施形態の接続工程Ｐ１３と同様にして、入射用光ファイバ１０の端面１６とブリッジファイバ２０の端面２５とを融着する際、熱によるガスが発生する場合がある。しかし、本変形例では、入射用光ファイバ１０が束ねられた状態で、頂点部１２ａで囲まれる空隙１８が形成されている。従って、このようなガスが発生したとしても、このガスが空隙１８を伝って逃げることができる。つまり、空隙１８は、ガスを逃げ易くするガス抜きとして機能することができる。従って、発生したガスによる不要なボイドが生じることを抑制することができる。
【００８３】
このような頂点部１２ａが面取りされたクラッド１２を有する入射用光ファイバ１０を用いることは、第２実施形態の光コンバイナ２においても有用である。この場合においても、第２実施形態と同様に入射用光ファイバ１０を束ねると、頂点部１２ａで囲まれる空隙１８が形成される。従って、ＧＲＩＮレンズ３０とブリッジファイバ２０とを融着中にガスが発生する場合に、当該空隙が形成されていない場合と比べると、本例のように空隙１８が形成された方がガスを逃げ易くすることができ、不要なボイドが生じることを抑制することができる。
【００８４】
また、上記実施形態のレーザ装置１００では、光コンバイナ１のそれぞれの入射用光ファイバ１０が延長され、それぞれのレーザ部４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４から、他の光ファイバを介して、入射用光ファイバ１０にレーザ光が入射されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、光の損失を抑制することができる光コンバイナ、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】
【００８６】
１，２・・・光コンバイナ
３・・・レーザ部
４・・・出射用光ファイバ
１０・・・入射用光ファイバ
２０・・・ブリッジファイバ
２７・・・非縮径部
２８・・・テーパ部
３０・・・ＧＲＩＮレンズ（ガラスロッド）
１００・・・レーザ装置
【図１】
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【図２】
2016020934.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016020934.tif 000008
【図７】
2016020934.tif 000009
【図８】
2016020934.tif 000010
【図９】
2016020934.tif 000011
【図１０】
2016020934.tif 000012
【図１１】
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