(57)【要約】【課題】数本の個々のファイバの出力を１本のプロセスファイバに結合する光ファイバ型コンバイナ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、光ファイバ型コンバイナ及びその製造方法に関するものである。前記コンバイナは、複数のキャピラリ孔を備えるテーパー状の支持プリフォームと、コアと前記コアの周囲にクラッドを備え、前記支持プリフォームのキャピラリ孔と平行に配置される複数の入力ファイバと、前記入力ファイバとの光接続で前記支持プリフォームのテーパー端部と結合した出力ファイバを備える。本発明によれば、前記入力ファイバの少なくとも１本のクラッド厚のコア厚に対する比率は、前記支持プリフォームの領域で減少する。本発明は、光学的に高品質なファイバ型コンバイナを提供する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャピラリ孔を備えるテーパー状の支持プリフォームと、
コアと前記コアの周囲にクラッドを備え、前記支持プリフォームのキャピラリ孔と平行に配置される複数の入力ファイバと、
前記入力ファイバとの光接続で前記支持プリフォームのテーパー端部と結合した出力ファイバと、
を備える光ファイバ型コンバイナにおいて、
前記入力ファイバの少なくとも１本のクラッド厚のコア厚に対する比率は、前記支持プリフォームの領域で減少することを特徴とする光ファイバ型コンバイナ。
【請求項２】
少なくとも１本の前記入力ファイバのコア径は、前記支持プリフォームの領域で実質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項３】
前記支持プリフォームのテーパー端部での少なくとも１本の前記入力ファイバのクラッド厚は、前記ファイバ型コンバイナに受入れられる少なくとも１本の前記入力ファイバのクラッド厚よりも、少なくとも２０％、好ましくは４０−９５％、特に好ましくは６０−９０％小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項４】
前記支持プリフォームの孔もまた、テーパー状であって、前記プリフォームの孔径とプリフォーム径との比率は、好ましくは、実質的に一定であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項５】
前記支持プリフォームのテーパー端部の径は、前記出力ファイバの径よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項６】
前記入力ファイバは、ファイバレーザーのファイバであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項７】
前記支持プリフォームは、ガラスプリフォームであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項８】
少なくとも１本の前記入力ファイバのクラッド厚は、前記入力ファイバを前記支持プリフォームに挿入する前に、エッチングによって削減されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項９】
前記支持プリフォームのキャピラリ孔は、すべて同じ大きさであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１０】
前記支持プリフォームは、少なくとも２つの異なる大きさのキャピラリ孔を備え、好ましくは前記プリフォームの中央部分の孔は、前記プリフォームの縁領域の孔よりも径が小さいことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１１】
少なくとも１本の前記入力ファイバのクラッドは、前記支持プリフォームのテーパー端部で、前記支持プリフォームの内壁と溶融されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１２】
前記光ファイバ型コンバイナは、全ガラス型溶融部品であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１３】
前記出力ファイバのコアは、実質的に平坦な屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１４】
前記出力ファイバのコアは、平坦でない屈折率プロファイルを有することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナ。
【請求項１５】
入力ファイバを支持するプリフォームを使って、複数の前記入力ファイバから１本の出力ファイバへ放射を結合するための光カプラの製造方法において、前記プリフォームは複数のキャピラリ孔を備え、
コアと前記コアの周囲にクラッドを有する複数の入力ファイバを提供する方法、
前記キャピラリ孔に前記入力ファイバを挿入する方法、
前記支持プリフォーム内の前記入力ファイバの端部を、前記出力ファイバへ光学的に接続する方法、
を備え、
キャピラリ孔に前記入力ファイバを挿入する前に、その厚みを減らすために、前記入力ファイバのうちの少なくとも１本からクラッド材を除去することを特徴とする製造方法。
【請求項１６】
前記支持プリフォームは、
実質的に一定の径の複数のキャピラリ孔を有する支持プリフォームを提供すること、
前記プリフォームの外径と孔径の両方とも局所的に減少するように、前記プリフォームを加熱、延伸することによって、前記支持プリフォームにテーパー部を形成すること、
によって製造されたテーパー状の支持プリフォームであることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記クラッド材の除去は、少なくとも１本の前記入力ファイバのコアが実質的に原形を保つように実行されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記クラッド材は、エッチングによって除去されることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項１９】
前記入力ファイバの当初クラッド厚に比べて、少なくとも２０％、好ましくは４０−９５％、特に好ましくは６０−９０％まで前記クラッド厚を削減することを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２０】
前記支持プリフォームとしてガラスプリフォームを使用することを特徴とする請求項１５ないし１９のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２１】
少なくとも１本の前記入力ファイバを前記キャピラリ孔へ挿入後、前記支持プリフォームは、前記入力ファイバと密接に接触するために、少なくとも局所的に縮径されることを特徴とする請求項１５ないし２０のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２２】
前記入力ファイバを収容している前記支持プリフォームは、切断端部を形成するために切断され、
前記支持プリフォームの前記切断端部は、前記光接続を形成するために前記出力ファイバの端部と接合される、
ことを特徴とする請求項１５ないし２１のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２３】
前記支持プリフォームは、ガラスプリフォームの腰部を形成するために、熱で局所的に延伸され、
前記入力ファイバは、前記腰部を貫通するように、前記支持プリフォームの孔に挿入され、
前記腰部は、縮径され、
縮径された前記腰部は、前記入力ファイバに垂直な面で切断され、
もう１つの光学素子は、前記プリフォームの縮径端部と接合される、
ことを特徴とする請求項１５ないし２２のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２４】
前記支持プリフォーム内の前記入力ファイバの端部を、前記出力ファイバと光学的に接続する前に、前記入力ファイバは、前記支持プリフォームのキャピラリ孔の内壁と溶融されることを特徴とする請求項１５ないし２３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２５】
数本のファイバレーザーからの光を、１本のファイバに結合する請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナの使用法、又は請求項１５ないし２４のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２６】
数本の非ファイバレーザーからの光を、１本のファイバに結合する請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナの使用法、又は請求項１５ないし２４のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２７】
数本のファイバレーザー及び、ダイオードレーザーなどの数本の非ファイバレーザーからの光を、１本のファイバに結合する請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の光ファイバ型コンバイナの使用法、又は請求項１５ないし２４のいずれか１つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー及び光ファイバに関するものであり、特にファイバ結合型レーザー及びファイバレーザーに関するものである。本発明の方法において、複数のファイバからの光放射は、１本のファイバに結合される。本発明はまた、ファイバ型光部品にも関するものでもあり、以下ファイバ型コンバイナと呼ばれ、それは数本の個々のファイバレーザー及び／又は数個のファイバ結合型レーザーからの光放射を、１本の出力ファイバ又はいわゆるプロセスファイバに結合するのに使用される。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザーは、様々な工業的応用に適した多くの魅力的特性を有する。このような特性は、良好なビーム質、容易な熱管理、小型、及び良好な効率性を備える。そのためファイバレーザーは、固体レーザー及びガスレーザーなどの、より従来型のレーザーから市場シェアを継続的に獲得している。ファイバレーザーは、ＫＷ域で優れたビーム質を備えた光出力を生成することができる。従ってこれらのレーザーは、金属の溶接及び切断のようなマクロ的機械加工の適用に使用できる。しかし、１本のファイバレーザーがいわゆるシングルモード方式、すなわち実質的に回折限界のビーム質で動作することによって提供された光出力は、多くの場合約１ＫＷに限定される。しかし多くの工業的応用では、レーザー出力の回折限界性能を維持する必要はないが、さらなるレーザー出力は要求される。言い換えれば、さらなるレーザー出力が得られれば、ビーム質を犠牲にできる。このように、数本の個々のファイバレーザーの出力を１本のプロセスファイバに結合すること、従ってたった１本だけのファイバレーザーを単独で使用することによって可能になるよりも、１本のプロセスファイバからさらなる出力を得ることは好ましい。数本のファイバレーザーの出力を結合するこの過程でのビーム質は、それぞれの個々のファイバレーザーのビーム質と比較して必然的に劣化する。しかし上記のように、前記劣化は理論的に達成することが可能なビーム質と比較して、あまり劇的な違いでないならば、これは多くの場合許容される。
【０００３】
数個のファイバ型光カプラは、主としてポンプ光をファイバレーザーにおけるアクティブダブルクラッドファイバに結合するために設計された先行技術に存在する。このような例は、例えば、米国特許番号第５８６４６４４号、米国特許番号第７２７２９５６号、国際特許公開番号第２００４／８３９２１号に記載されている。これらの設計は、１本のファイバへのハイパワービーム質のレーザー光の低損失結合にはあまり適さない。
【０００４】
米国特許公開番号第２００５／１０５８５４号において、一束のファイバは、中央のファイバの周囲に形成され、最初に共に溶融される。次にその束は、出力ファイバに直接接合される。この種の溶融と関連した問題は、光がカプラを通過するときに輝度が大幅に減少することである。
【０００５】
国際特許公開番号第２００７／１０７１６３号は、数本の入力ファイバから１本の出力ファイバへ光を結合するためのカプラを記載している。そのカプラは、出力ファイバに中央凹部を備え、その凹部へ、ファイバ束での複数の入力ファイバは、次にお互いに充填される。出力ファイバは、テーパー状にされる。
【０００６】
国際特許公開番号第２００７／０４５０８２号は、入力ファイバがキャピラリ管の多数孔に挿入される光ファイバカプラを記載している。通常ポリマー被覆は、孔に入力ファイバを挿入する前にファイバから除去される。ファイバを挿入したキャピラリは次に延伸され、キャピラリとファイバの径を減少させ、そこに腰部を形成する。その過程でファイバは、キャピラリと溶融され、キャピラリは腰部領域から切断され、別のファイバと接合される。別の実施例ではキャピラリ管は、最初にテーパー状にされ、次に入力ファイバは、その孔を通じて挿入される。第１実施例の欠点は、ファイバ、特にそのファイバのコアがその過程で徐々に小さくなることである。高出力カプラでは入力ファイバのコアは、ＫＷ域で光パワーを導くことがある。従って、コア径を減少させることは、コア材が、減少した径では光の破壊限界に達するかもしれないので、避けた方がよい。例えば、コア径を１／２倍に減じることは、コア材に関する光パワーの光損傷の限界値を１／４倍に減じることになる。これは実施中に取りたくないリスクである。国際特許公開番号第２００７／０４５０８２号で開示された他の実施例でもまた現欠点は、コア充填率、すなわちコアの全断面積とガラスプリフォームの全断面積との比率は、標準ファイバのクラッド断面積のコア断面積に対する比率が約１００なので、非常に悪いことである。従って輝度は、このカプラでは大幅に減少される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、数本のファイバレーザー源から１本のファイバへ放射を結合するための改良方法及び装置を提供することである。
【０００８】
特に本発明の目的は、本カプラを通じて伝達した光の輝度が、低光学損失を維持して既知のカプラにおける輝度よりも減少が少ない設計を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、入力ファイバのマイクロベンドにより悪化している信号質を発生させるリスクを減らす解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下支持プリフォーム又はキャピラリ管と呼ばれるテーパー状のコネクタ片のキャピラリ孔に、入力ファイバを差し込む前に、複数の入力ファイバのうち少なくとも１本の外径を減らすという考え方に基づいている。特に本発明は、受入れられるファイバの径よりも大幅に小さいコネクタ内の入力ファイバの径を作成するために、ファイバコア上のクラッド材の除去に基づいている。従って、少なくとも１本の入力ファイバのクラッド径のコア径に対する比率は、支持プリフォームの領域で実質的に減らされる。同様の処置は、２本以上の入力ファイバ、好ましくは入力ファイバすべてに対して実行できる。
【００１１】
従って本発明のファイバ型コンバイナは、テーパー状の支持プリフォームを備え、複数本の入力ファイバは、コアと前記コアの周囲にクラッドを備え、及び支持プリフォームの前記キャピラリ孔と平行に配置され、出力ファイバは、前記入力ファイバとの光接続で前記支持プリフォームのテーパー端部と結合したものである。前記入力ファイバの少なくとも１本のクラッド厚は、前記支持プリフォームの領域で減少する。
【００１２】
本発明の方法においてクラッド材は、前記入力ファイバを前記キャピラリ孔に挿入する前に、前記プリフォームのそれぞれの前記キャピラリ孔の最小内径に対応するレベルまでその厚みを減らすために、少なくとも１本の入力ファイバから除去される。前記入力ファイバを挿入後、前記プリフォームと前記入力ファイバは、前記プリフォームの腰部領域内で共に溶融され、その形成された複合構造を切断し、前記出力ファイバと接合することができるようにする。
【００１３】
本発明は、プリフォーム内の放射密度に対し、既知のファイバ型コンバイナと比較して増加することができるようにしている。それは、光ファイバの全断面積の、標準的には少なくとも９０％、通常９８％以上形成しているが、光を伝搬しないそのクラッド材の量が結合域で減少し、従って個々のファイバのコアが互いにより近づくようになるからである。しかしこれらの減少は最適輝度のためにはそれだけでは十分ではないことが分かった。さらに好ましくは、入力ファイバのコアが入力ファイバにおいてマイクロベンドのない又はわずかなマイクロベンドを備えたカプラを通じて、大きさ及び形状を維持することである。この目標は、本発明を使用することで達成され、その結果カプラを通じて信号としてファイバのコアに移動している光放射の開口数は、実質的に不変であり、光損失を最小にする。言い換えれば本発明のカプラは、マイクロベンドすることによって引き起こされる悪影響を防ぎ、前記カプラを通じて結合したレーザー放射の輝度を適度に減らすだけである。
【００１４】
一実施例によれば、前記入力ファイバのコア径は、前記支持プリフォームの領域で実質的に一定である。すなわちファイバの全体径の減少は、クラッドでのみ起こる。
【００１５】
一実施例によれば、前記支持プリフォームのテーパー端部でのクラッド厚は、前記ファイバ型コンバイナに受入れられる前記入力ファイバのクラッド厚よりも、少なくとも２０％、好ましくは４０−９５％、特に好ましくは６０−９０％小さい。絶対数で、コア径２０ミクロンを有する標準径の１２５ミクロンファイバ（クラッド厚は、１０５ミクロンである）の場合、その結果のクラッド厚は、８５ミクロン未満であり、又はさらにもっと小さく、１０ミクロンと小さい。すなわちコア材の割合は、例えば、全ファイバ断面積の１０−５０％のレベルまで著しく上昇する。
【００１６】
好ましい実施例によれば、クラッドは、ファイバコアとプリフォームとの直接的接触を避けるために、完全に除去されるわけではない。
【００１７】
一実施例によれば、クラッド厚は、エッチングによって削減される。エッチングは、堅実で精度の高い方法であることがわかった。従って、プリフォームの孔にぴったりと嵌めることのできるファイバを提供できる。これは、プリフォーム内でのファイバのバックラッシュを軽減し、従って、常に質の高い光路を維持し、ファイバのマイクロベンドするリスクを最小限に抑える。
【００１８】
一実施例によれば、前記支持プリフォームの孔は、前記プリフォームの外形と共にテーパー状である。好ましくは、孔径のプリフォーム径に対する比率は、プリフォーム全長に沿って実質的に一定である。これは、プリフォームを熱で一定幅延伸することによって達成できる。最初に、プリフォームは内径約１００−１５０ミクロンの孔を有し、孔間の肉厚約２０−４０ミクロンで分離することができる。延伸中に、２つの孔径及びその分離肉厚は、例えば１／３−１／５倍に両方とも縮小される。
【００１９】
一実施例によれば、前記支持プリフォームのテーパー端部における入力ファイバのすべてのコアを囲んでいる円の径は、前記出力ファイバのコア径よりも小さい。この配置により、入力ファイバからの全光は、出力ファイバのコアに向けられることが保証される。
【００２０】
一実施例によれば、前記入力ファイバは、ファイバレーザーのファイバである。別の実施例によれば、入力ファイバは、半導体レーザー又は固体レーザーなどの、ネオジウムヤグ（Ｎｄ−Ｙａｇ）レーザーのような、他種類のレーザー光源と接続する。一実施例によれば、本発明のファイバ型コンバイナは、様々な２種類以上のレーザー光源からの放射、特に数個のファイバレーザー及び、ダイオードレーザーなどの数個の非ファイバレーザーからの放射を、１本のファイバへ結合するために使用される。
【００２１】
好適実施例によれば、前記支持プリフォームは、ガラスプリフォームである。
【００２２】
一実施例によれば、前記支持プリフォームのキャピラリ孔、すなわち前記入力ファイバは、すべて同じ大きさである。他実施例によれば、前記ファイバ型コンバイナは、ハイブリッドコンバイナであり、前記支持プリフォームは少なくとも２つの異なる大きさのキャピラリ孔を備えるということである。好ましくは、前記プリフォームの中央部分の孔は、前記プリフォームの縁領域の孔よりも径が小さい。後半のほうの実施例は、例えばレーザー溶接に適用される。
【００２３】
従って、カプラの入力ファイバは、ファイバ結合型レーザー及び／又はファイバレーザーのどの出力ファイバとも接続できる。入力ファイバと接続した異なる種類のレーザー光源を使用することでさえも可能である。例えば、さらに詳細に後で説明するように、コンバイナは、多くのファイバ結合型半導体レーザーダイオード及びファイバレーザーから１本の出力ファイバへ、レーザー放射を導くことに使用できる。
【００２４】
好ましい実施例によれば、カプラは、全ガラス型溶融部品であり、自由空間の光部品は前記カプラを作製する必要はない、ということである。光放射は常にカプラを透明ガラス内に伝播するので、光放射は、温度変動、機械的振動、汚れなどの外的作用に影響されないか、又は邪魔されない。さらに、自由空間光通信を使用することでカプラの実施に標準的に要求される複雑な位置決め方法は必要がなくなる。
【００２５】
前記出力ファイバのコアは、前記入力ファイバの結合と前記コンバイナの使用目的に応じて、平坦な、又は平坦でない屈折率プロファイルを持つことができる。特に、数個のファイバレーザー、及びダイオードレーザーなどの数個の非ファイバレーザーから１本のファイバへ光が結合する場合、出力ファイバ内に所望の光分布を保持するために、出力ファイバの屈折率プロファイルを入力光の特徴に適応させる方が好ましい。
【００２６】
後の参照のために、プロセスファイバに関連したさらなる用語又は概念は、以下で簡単に説明される。
【００２７】
スプライシングは、当技術分野では既知の用語である。それは、ガラスを柔らかくするために、接合部分の近くでガラス部分を高温に加熱することで、少なくとも２つのガラス部分を接合し、次にそのガラス部分を互いに物理的接触するように押し込むことである。従って密接で透明な接触部は、２つのガラス部間に形成される。スプライシングの熱源は、例えば電気アーク、熱フィラメント、あるいはＣＯ２レーザーであることができる。
【００２８】
クリービングは、平面に形成されるようにガラス部分を切断することを意味する。光ファイバにおいて切断面は、通常ファイバの光軸と実質的に垂直に存在する（垂直切断）。また実質的に垂直でないものも存在できる（角度切断）。特に指定のない限り本書でのクリービングは、垂直切断を作り出すことを意味する。ファイバの先端に平面を得る等価手段は、より困難ではあるが、機械研磨である。クリービングは、硬質材料で作製された鋭利な刃でファイバを傷つけ、ファイバに張力を加えて切断する、又はレーザーによって切断する機械的手段によって実行できる。光ファイバの良好な切断は、高品質なスプライシングを可能にする。
【００２９】
本書での縮径は、柔らかくして、表面張力及び／又は断片の内外領域間の圧力差によって縮径するために、キャピラリ管などの中空状の断片を加熱することである。加熱は、スプライシングと同じ方法で実行できる。
【００３０】
光ファイバのクラッド層と被覆層との間の区別をつけなければならない。「クラッド」は、ファイバの不可欠な部分であり、より高い屈折率のコア材料との密接な接触（連邦規格１０３７Ｃ（Federal Standard 1037C）及びミル規格１８８（MIL-STD-188）で定義）において、コアより低い屈折率の材料を有する１つ以上の層のことである。例えば、国際特許公開番号第２００７／０４５０８２号に開示したように、被覆は、機械的にファイバを保護するためのファイバ上の通常ポリマー層のことであり、このような光学機能を何も持っていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、多孔キャピラリ管１１の断面を示している。キャピラリ管１１は、透明ガラス材料で作製され、好ましくは溶融シリカ、溶融石英、又はそれらの添加形で作製される。前記透明ガラス材料は、熱膨張係数の点では、光ファイバと完全に整合される。最も一般的な光ファイバは、溶融シリカに基づいているので、前記キャピラリ管の材料に溶融シリカを選択することは自然なことである。１個以上の孔、又は長手方向の孔１２は、キャピラリ管１１の長手方向の軸と平行に、キャピラリ管に貫通している。図１の例で７個の孔は、同一径である。この場合キャピラリ管１１は、７個のレーザー光を１本の出力ファイバに結合するのに使用できる。
【００３２】
図２は、多孔キャピラリ管２１の別例を示す。図のように異径孔２２、２２’は、前記キャピラリ管と同一の多孔キャピラリ管２１に実施できる。この例においてキャピラリ管２１は、異なる２種類の入力ファイバからの光放射を１本の出力ファイバに結合するのに使用できる。
【００３３】
図１、２などの多孔キャピラリ管１１、２１は、本カプラの基本的構成単位を形成する。多孔キャピラリ管１１、２１の孔１２、２２、２２’は、チャンネルを形成し、それらの孔を通じて本カプラの入力光ファイバは挿入される。
【００３４】
本カプラの製造方法は、一実施例に従って、図３に示すように、多孔キャピラリ管３１に対してテーパー部を形成することから開始する。テーパー部の形成は、好ましくは、周知のガラス材の延伸方法によって実行される。このような延伸方法は、テーパー部分の断面積及び断面形状を、少なくとも十分近似的に維持しながら延伸するものである。この場合、キャピラリ管の外径と孔内径との比率がテーパー部全体にわたって一定のままであることを意味する。キャピラリ管３１の当初外径はＤ1であり、テーパー部から腰部３３の径はＤ２である。前記腰部の長さはＬ１であり、一般的にはわずか数ミリから数センチである。キャピラリ管３１は、腰部領域３３に実質的に一定の外径を有する。注目すべきことは、テーパーキャピラリ管の実際の実施形状は、図３のものとは異なるテーパー形状を有し、テーパー部の実質的特徴をただ示すだけのことである。
【００３５】
図４は、キャピラリ管の孔３２に挿入された多数の入力ファイバ３１０を示す。孔３２の内側に入っているファイバは、点線で表される。入力ファイバ径は、キャピラリ管３１の腰部３３の内側の孔内径と実質的に整合される。これは、少なくとも腰部位置での入力ファイバ径が腰部３３での孔内径よりわずかに小さいことを意味する。ここでのわずかは、孔内径に応じて最大数ミクロンまでを意味している。この整合を達成するための２つの戦略がある。１つは、特定のファイバが腰部位置で通り抜けるように、孔内径を設計することである。そうでなければもう１つの方法は、ファイバのコアが原形を保つように、腰部位置で、ある特定の孔寸法に適合するために、入力ファイバのクラッド部分をエッチングすることである。孔に対するファイバの整合方法を問わず、故に最終的には、入力ファイバ又はより正確に言えば少なくともコアは、テーパー部の腰部領域３３を通過している、という結果になる。また図４は、キャピラリ管３１の腰部領域３３内の、長さＬ２の網掛け領域３４も示す。この領域内ではキャピラリ管３１が、入力ファイバ上まで縮径される。従って入力ファイバとキャピラリ孔との間の境界面は、前記網掛け領域３４内では実質的になくなるので、この縮径は結果的に均質ガラス領域を引き起こす。キャピラリ管３１は次に、縮径領域３４内のある位置で切断できることは、当業者にとっては明白である。
【００３６】
図５は、テーパー形の、縮径され、切断されたキャピラリ管３１を示す。クリービングは、腰部３３の長さＬ３のわずかな縮径部分が、キャピラリ管３１に残るように実行される。切断面３５は次に、出力プロセスファイバの切断端と直接接合できる。
【００３７】
図６は、切断平面３５まで延伸する入力ファイバ３１０のコアを備えたテーパー型の、縮径され、切断されたキャピラリ管３１を示す。その切断平面３５に、出力ファイバ３１１の切断端が、接合されたものである。
【００３８】
本カプラ構造の寸法は、縮径領域３４の内部、すなわち切断平面３５の入力ファイバのコアが、出力ファイバのコアの周囲より内側に位置するように設計される。図７ａは、切断平面３５の位置で取り上げられた断面例を示す。実線は、印のついた７本の入力ファイバ３１０のコア（番号７２）を備えたキャピラリ管３１の縮径端部（番号７１）を示す。点線は、出力ファイバの外周及びコアの周囲を示す。図のように入力ファイバのコアは、出力ファイバのコアの周囲より内側に位置する。したがって、入力ファイバのコアから出力ファイバのコアへの光の低損失結合が可能となる。さらに光学的損失を最小に抑えるために、入力ファイバの開口数は、出力ファイバの開口数に等しいか、又は小さい必要がある。出力ファイバの屈折率プロファイルは、図７ｂに示される。
【００３９】
腰部領域３３の内部の入力ファイバは、前記くびれ領域でのキャピラリ孔に十分整合されるので、領域３４内の縮径処置は、キャピラリに最小変形、すなわち寸法変化又は形状変化を生んでいる。したがって、入力ファイバのコアの寸法又は形状は、同様に実質的には不変である。これは、入力ファイバのコア内に移動している光放射は、縮径領域により影響されることがほとんどないことを意味する。したがって縮径領域は、光放射のビーム質を維持する。次に出力ファイバのコアでの放射の光輝度を決定するのは、入力ファイバのコア内での光の開口数（ＮＡ１）と、出力ファイバのコア径と、それと連結した光パワーである。最後にこれは、出力ファイバでの輝度を最大にするために、コア充填率、すなわち入力ファイバのコアの全断面積と、出力ファイバのコアの断面積との比率を最大にする必要があるという点に達する。したがって、入力ファイバのコアをできるだけ密集したキャピラリ孔を有し、上記の幾何学的制限を備えた出力ファイバコア径を最小に抑えたい、と考える。
【００４０】
図８は、別の可能なファイバ配置を示す。この例では、様々な２種類の径が異なる入力ファイバが使用される。内側ファイバ８２は、好ましくはファイバレーザー、又は固体レーザーなどの強力なレーザー光源と結合し、外側ファイバ８２’は、好ましくは半導体レーザー（例えば、ダイオードレーザー）などの、前記レーザー光源より強度の弱いレーザー光源と結合する。この光の焦点が中心にあるこのような配置は、金属溶接での利点を有する。例えば、ファイバレーザーからの放射は、共に金属を効率的に接合するために第一に熱源を形成する一方、ダイオードレーザーからの放射は、結合部周囲の金属を融解させるための熱源を提供して、そこに追加材料を供給することができる。この種の過程は、現在使用されているハイブリッド溶接方法、すなわちレーザーと非レーザーによる同時溶接方法を、純粋なレーザーによる溶接方法、あるいはさらに正確に言えば、ハイブリッドレーザー溶接方法と置き換えることができる。本発明の方法は、この種の結合ハイブリッドレーザー光源もまた効率的に生成する強固な方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の多孔キャピラリ管の断面を示す。
【図２】本発明の多孔キャピラリ管の別例を示す。
【図３】本発明の一実施例の製造の第一段階でのファイバ配置の側面図を示す。
【図４】本発明の一実施例の製造のさらに進んだ段階でのファイバ配置の側面図を示す。
【図５】本発明の一実施例の製造のさらにもっと進んだ段階でのファイバ配置の側面図を示す。
【図６】本発明の一実施例の製造の最終段階でのファイバ配置の側面図を示す。
【図７ａ】本発明のスプライシング面の位置で取り上げられた典型的断面例を示す。
【図７ｂ】本発明の図７ａのファイバの屈折率プロファイルを示す。
【図８ａ】本発明のスプライシング面の位置で取り上げられた別の典型的断面例を示す。
【図８ｂ】本発明の図８ａのファイバの屈折率プロファイルを示す。
【符号の説明】
【００４２】
31  キャピラリ管
34  縮径領域
310  入力ファイバ
311  出力ファイバ
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【外国語明細書】
Title of Invention: Optical fiber combiner and method of manufacturing thereof
This invention is related to lasers and optical fibers. In particular, it is related to fiber-coupled lasers and fiber lasers. In the method according to the invention, optical radiation from multiple fibers is combined into a single fiber.The invention relates also to a fiber-optic component, hereinafter called a fiber combiner, used to combine optical radiation from several individual fibers and/or fiber-coupled lasers into a single output fiber or so called process fiber.
Fiber lasers have many attractive properties that make them suitable for various industrial applications. Such properties include good beam quality, easy thermal management, compact size, and good efficiency. Therefore, fiber lasers are continuing to gain market share from more conventional types of lasers, such as solid-state and gas lasers. Fiber lasers are able to produce optical output in the kW range with excellent beam quality. Thus, these lasers can be used for macro-machining applications like welding and cutting of metals. However, the optical output power offered by a single fiber laser operating in the so called single mode fashion, i.e. with beam quality being essentially diffraction limited, is often limited to around 1 kW. In many industrial applications, however, more laser power is required although there is no need to preserve the diffraction limited performance of the laser output. In other words, one can sacrifice in the beam quality if more output power is achieved. Thus, it is preferable to combine the output of several individual fiber lasers into a single process fiber and thus to achieve more output power from a single process fiber than would be possible by using only one fiber laser alone. In this process of combining the power of several fiber lasers the beam quality is necessarily degraded compared to the beam quality of each individual fiber laser. As mentioned above, however, this is often allowed provided that the said degradation is not too dramatic compared to what theoretically is possible to achieve.
Several fiber-optic couplers exist in prior art that have been primarily designed for coupling pump light into active double-clad fibers in fiber lasers. Such examples are described in US 5864644, US 7272956 and WO 2004/83921, for instance. These designs are not well suitable for low-loss coupling of high beam quality laser light into a single fiber.
In US 2005/105854 a bundle of fibers is formed around a central fiber, and they are first fused together. The bundle is then directly spliced to an output fiber. A problem associated with this kind of fusing is that the brightness is greatly reduced when light passes through the coupler.
WO 2007/107163 describes a coupler for coupling light from several input fibers into an output fiber. The coupler comprises a central recess in the output fiber, into which a plurality of input fibers in a fiber bundle are packed next to each other. The output fiber is tapered.
WO 2007/045082 describes a fiber optic coupler where the input fibers are inserted into multiple holes of a capillary tube. Usually polymeric coatings have been removed from the fibers before inserting them into the holes. The capillary with the inserted fibers are then drawn to reduce the diameter of the capillary and the fibers, and form a waist thereto. In the process the fibers are fused to the capillary, and the capillary is cleaved from the waist region, and spliced to another fiber. In another embodiment the capillary tube is first tapered and then the input fibers are inserted through the holes of it. The drawback of the first embodiment is that the fibers, and in particular their cores are tapered down in the process. In high power couplers the cores of the input fibers may guide light power in the kW range. Therefore, reducing the core diameter is not preferable since the core material may reach the optical breakdown limit at the reduced diameter. For instance, reducing the core diameter by a factor of two reduces the optical damage threshold for the core material by a factor of four. This is a risk one may not want to take in practice. A drawback present also in the alternative embodiment disclosed in  WO 2007/045082 is that the fill-factor, i.e. the ratio between total core area and total area of glass is quite poor since the ratio between the areas of the cladding and core cross-sections in a typical fiber is about 100. Thus, brightness is greatly reduced in this coupler.
It is an aim of the invention to provide an improved method and device for combining radiation from several fiber sources to a single fiber.
In particular, it is an aim of the invention to provide a design using which the brightness of the light transmitted through the coupler is reduced less than in known couplers while retaining low optical losses in it.
A further aim of the invention is to provide a solution, which reduces the risk of generating signal quality deteriorating microbending of the input fibers.
The invention is based on the idea of reducing the outer diameter of at least one of the plurality of input fibers before fitting it into capillary bores of a tapered connector piece, hereinafter called a support preform or a capillary tube. In particular the invention is based on removing the cladding material on the fiber core in order to make the diameter of the input fiber inside the connector significantly smaller than the diameter of the incoming fiber. Thus, the cladding diameter to core diameter ratio of the at least one input fiber is substantially decreased at the region of the support preform. Similar treatment may be carried out for two or more of the input fibers, preferably all of them.
The fiber combiner according to the invention thus comprises a tapering support preform, a plurality of input fibers comprising a core and a cladding around the core and being arranged in parallel in capillary bores of a support preform, and an output fiber coupled to the tapered end of the support preform in optical connection with the input fibers. The cladding thickness of at least one of the input fibers is decreased at the region of the support preform.
In the method according to the invention cladding material is removed from at least one input fiber in order to reduce its thickness to a level corresponding to the smallest inner diameter of the respective capillary bore of the preform before inserting the input fiber into the capillary bore. After inserting the fiber, the preform and the input fiber in it are fused together within the region of the waist of the preform allowing the formed composite structure to be cleaved and spliced to the output fiber.
The invention allows for the radiation density inside the preform to be increased as compared with known fiber combiners, because the amount of cladding material, which typically forms at least 90 %, normally even over 98 % of the total cross-sectional area of optical fibers but does not carry light, is reduced at the coupling zone thus bringing the cores of the individual fibers closer to each other. We have, however, found that such reduction alone is not sufficient for optimal brightness. It is further preferable that the cores of the input fibers retain their dimensions and shapes through the coupler with no or minimal microbends in them. This goal is achieved using the present invention and therefore the numerical aperture of optical radiation travelling in the cores of the signal fibers through the coupler remains essentially unchanged and optical losses are minimized.  In other words, the coupler according to the invention prevents said negative effects caused by microbending and only moderately reduces the brightness of the laser radiation coupled through it.
According to one embodiment, the diameters of the cores of the input fibers are essentially constant at the region of the support preform. That is, the reduction in the fiber overall diameter takes place exclusively in the cladding.
According to one embodiment, the cladding thickness at the tapered end of the support preform is at least 20 %, preferably 40 - 95 %, in particular 60 - 90 %, smaller than the cladding thickness of the input fibers incoming to the fiber combiner. In absolute numbers, in the case of a typical 125 um fiber having a core with a diameter of 20 um (cladding thickness 105 um), the resulting cladding thickness is less than 85 um, and may be as small as 10 um, or even smaller. That is, the proportion of the core material is significantly raised, for example, to a level of 10 - 50 % of the total fiber cross-sectional area.
According to a preferred embodiment, the cladding is not entirely removed, in order to avoid direct contacting of the fiber core and the preform.
According to one embodiment, the cladding thickness is reduced by etching. Etching has been found to be a reliable and accurate method, thus providing fibers which can be closely fitted to the bores of the preform. This reduces backlashing of fibers within the preform, thus maintaining a high-quality light pathway at all times, and minimizes the risk of microbending of the fibers.
According to one embodiment, the bores of the support preform are tapering together with the outer shape of the preform. Preferably, the bore diameter to preform diameter ratio is essentially constant along the whole preform length. This can be achieved by stretching a constant-width preform under heat. Initially, the preform may have bores having an inner diameter of about 100 - 150 um and separating wall thickness between the bores of about 20 - 40 um. During the stretching, the diameters of both the bores and the separating walls are both shrunk by a factor of 3 - 5, for example.
According to one embodiment, the diameter of a circle enclosing all cores of the input fibers at the tapered end of the support preform is smaller than the diameter of the core of the output fiber. By this arrangement, it is ensured that all light from the input fibers is directed to the core of the output fiber.
According to one embodiment, the input fibers are fiber-laser fibers. According to another embodiment, the input fibers are connected to other sorts of laser sources, such as semiconductor lasers, or solid-state lasers, such as Nd-YAG lasers. According to one embodiment, the present fiber combiner is used to combine radiation from two or more different kinds of laser sources, in particular from several fiber lasers and several non-fiber lasers, such as diode lasers, into a single fiber.
According to a preferred embodiment, the support preform is a glass preform.
According to one embodiment, all the capillary bores of the support preform, and thus all the input fibers, are of the same size. According to an alternative embodiment, the fiber combiner is a hybrid combiner, meaning that the support preform comprises capillary bores of at least two different sizes.  Preferably the bores in the middle portion of the preform are smaller in diameter than the bores at the fringe area of the preform. The latter embodiment has applications, for example, in laser welding.
Thus, the input fibers of the coupler may be connected to any output fibers of fiber-coupled and/or fiber lasers. It is even possible to use different types of laser sources connected to the input fibers. For example, as discussed later in more detail, the combiner may be used to direct laser radiation from a number of fiber-coupled semiconductor laser diodes and fiber lasers into a single output fiber.
According to a preferred embodiment the coupler is a fused all-glass component, meaning that no free-space optical components are needed to make the said coupler. Since optical radiation is propagating inside transparent glass through the coupler at all times, the optical radiation is not affected or disturbed by external influences, such as temperature variations, mechanical vibrations and contamination. Furthermore, no complicated alignment methods are needed that are typically required in coupler implementations using free-space optics.
The core of the output fiber may have a flat or non-flat refractive index profile, depending on the input fiber combination and the intended use of the combiner. In particular, if light is coupled from several fiber lasers and several non-fiber lasers, such as diode lasers, into a single fiber, is preferable to adapt the refractive index profile of the output fiber to the characteristics of input light in order to maintain the desired light distribution within the output fiber.
For later reference, some further terms or concepts related to fiber processing are briefly discussed below.
Splicing is a well-known term in the art of fiber optics. It refers to joining at least two glass parts together by heating the parts close to the joint to a high temperature to make the glass soft, and then pushing the parts into physical contact with each other. Hence, an intimate and transparent contact is formed between the parts. The heat source for splicing can be an electric arc, a hot filament or a CO2laser, for instance.
Cleaving means cutting a glass part in such a way that a flat surface is formed to it. In optical fibers, the cleave plane usually lies essentially perpendicular to the optical axis of the fiber (perpendicular cleave). It may also be essentially non-perpendicular (angle-cleave). Unless otherwise stated, in this document cleaving means producing a perpendicular cleave. An equivalent, although more laborious, means of getting a flat plane to the fiber tip is mechanical polishing. Cleaving can be done by mechanical means by scratching the fiber with a sharp blade made of hard material and applying tension to the fiber to break it, or by a laser. A good cleave for optical fibers makes high quality splicing possible.
Collapsing in this document refers to heating a hollow piece of glass, such as a capillary tube, in order to make it soft and to make it collapse by surface tension forces and/or by differential pressure between the inside and outside region of the piece. Heating can be done with the same methods as in splicing.
A distinction has to be made between a cladding layer and a coating layer of an optical fiber. “Cladding” is an integral part of a fiber and refers to one or more layers of material of lower refractive index, in intimate contact with a core material of higher refractive index (as defined in the Federal Standard 1037C and MIL-STD-188). Coating, as disclosed, for example, in WO 2007/045082, refers to a usually polymeric layer on the fiber for protecting the fiber mechanically and having no such optical function.
Next, the embodiments of the invention are discussed in more detail with reference to the appended drawings. In the drawings
Fig. 1 shows a cross-section of a multi-bore capillary tube.
Fig. 2 illustrates another example of a multi-bore capillary tube.
Fig. 3 shows a cross-sectional view of the fiber arrangement in a first step of manufacturing according to one embodiment.
Fig. 4 shows a cross-sectional view of the fiber arrangement in a further step of manufacturing according to one embodiment.
Fig. 5 shows a cross-sectional view of the fiber arrangement in a still further step of manufacturing according to one embodiment.
Fig. 6 shows a cross-sectional view of the fiber arrangement after the final step of manufacturing according to one embodiment.
Fig. 7a shows an exemplary cross-section taken at the location of the splicing plane.
Fig. 7b shows the refractive index profile of the fiber according to Fig. 7a.
Fig. 8a shows another exemplary cross-section taken at the location of the splicing plane.
Fig. 8b shows the refractive index profile of the fiber according to Fig. 8a.
Figure 1 shows a cross-section of a multi-bore capillary tube 11. The tube 11 is made of transparent glass material, preferably fused silica, fused quartz or some doped forms of them. The said materials are well matched with optical fibers in terms of thermal expansion coefficient. Since most common optical fibers are based on fused silica, it is a natural choice as the material for the said capillary tube. More than one bores or longitudinal holes 12 run through the tube in parallel with the longitudinal axis of the tube 11. Inthe example of Fig. 1 the seven bores are of equal diameter. In this case the capillary tube 11 may be used to combine seven lasers to a single output fiber.
Figure 2 shows another example of a multi-bore capillary tube 21. As shown, bores 22 and 22’of different diameters can be implemented into the same multi-bore capillary tube 21. In this example, the capillary tube 21 can be used to combine the optical radiation from two different types of input fibers into a single output fiber.
The multi-bore capillary tubes 11, 21, such as those of Figures 1 and 2, form the basic building block for the present coupler. The bores 12, 22, 22’ of the capillary tube 11, 21 form a channel through which the input optical fibers of the coupler are inserted.
The manufacturing of the coupler, according to one embodiment, starts by forming a taper to a multi-bore capillary tube 31, as shown in Figure 3. Tapering is done preferably by well-known glass drawing methods. Such drawing methods at least to a good approximation preserve the relative dimensions and shapes of the cross-section of the part. In this case it means that the ratio of the outer diameter of the capillary tube and a bore diameter remains constant throughout the taper. The initial outer diameter of the tube 31 is D1, and the diameter at the waist 33 of the taper is D2. The waist length is L1, which typically equals to a few millimeters to few centimeters. The capillary tube 31 has essentially constant outer diameter in the waist region 33. It should be noted that the real implementations of the tapered capillary tubes may have taper profiles differing from that of Fig. 3, which only shows the essential features of the taper.
Figure 4 shows a number of input fibers 310 inserted into the bores 32 of the capillary tube. The fibers running inside the bores 32 are denoted by dotted lines. The diameters of the input fibers are essentially matched with the bore diameters inside the waist 33 of the capillary tube 31. This means that the diameters of the input fibers, at least at the waist location, are slightly smaller than the bore diameters at the waist 33. Slightly here means by a maximum of few microns, depending on the bore diameter. There may be two strategies to achieve the matching. One may design the bore diameters so that a particular fiber goes through it at the waist location. Otherwise, one may etch down the cladding of an input fiber to fit a particular bore size at the waist location in such a way that the core of the fiber remains intact. Regardless of the method of fiber to bore matching, the end result is that the input fibers, or more precisely at least their cores, are running through the waist region 33 of the taper. Figure 4 also shows a shaded region 34 of length L2 inside the waist region 33 of the capillary tube 31. Inside this region the capillary tube 31 is collapsed onto the input fibers. This collapsing results in a region of solid glass, since the interface between the input fibers and the capillary bores essentially vanish inside the said region 34. It is evident to a person skilled in the art, that the capillary tube 31 can then be cleaved at some location inside the collapsed region 34.
Figure 5 shows a tapered, collapsed and cleaved capillary tube 31. Cleaving is performed in such a way that a small collapsed portion of length L3of the waist 33 remains on the tube 31. The cleaved surface 35can then be directly spliced to the cleaved end of the output process fiber.
Figure 6 shows a tapered, collapsed and cleaved capillary tube 31 with the cores of the input fibers 310 extending all the way to the cleave plane 35. To the plane 35, the cleaved end of the output fiber 311 has been spliced.
The dimensions of the coupler structure are designed so that the cores of the input fibers within the collapsed region 34 and thus at plane 35 lie inside the perimeter of the core of the output fiber. Figure 7a shows an example cross-section taken at the location of the plane 35. Solid lines denote the collapsed end of the capillary tube 31 (numeral 71) with the cores of seven input fibers 310 marked (numeral 72). The dotted lines denote the outer perimeter and the core perimeter of the output fiber. As shown, the cores of the input fibers lie inside the core perimeter of the output fiber. Thus, low-loss coupling of light from the cores of the input fibers to the core of the output fiber is possible. Furthermore, to minimize the optical losses, the numerical aperture of the input fibers needs to be equal to or smaller than the numerical aperture of the output fiber. The refractive index profile of the output fiber is shown in Figure 7b.
Since the input fibers within region 33 are well matched to the bores of the capillary in the said region, the collapsing procedure inside region 34 produces minimal distortions, i.e. dimensional or shape changes, to the capillary. Thus, the core dimensions or shapes of the input fibers remain essentially unchanged as well. This means that the optical radiation traveling inside the cores of the input fibers is not much affected by the collapsed region. Thus, the collapsed region preserves the beam quality of the radiation. What then determines the optical brightness of radiation in the core of the output fiber is the numerical aperture of the light inside the core of the input fibers (NA1), the diameter of the core of the output fiber, and the power coupled into it. Finally this comes to the point that in order to maximize brightness in the output fiber, one needs to maximize the filling factor, i.e. the ratio between the total area of the cores of the input fibers and the area of the core of the output fiber. Thus, one wants to have as dense packing of the cores of the input fibers as possible and minimize the output fiber core diameter with the geometrical restrictions discussed above.
Figure 8 shows another possible fiber arrangement. In this example, two different types of input fibers differing in diameter are used. The inner fibers 82 are preferably coupled to an intensive laser source, such as a fiber laser or a solid-state laser, and the outer fibers 82’, are preferably coupled to less intensive laser sources, such as semiconductor (e.g., diode) lasers. Such an arrangement, where the light focus is in the centre, provides advantages in welding of metals, for example, where the radiation from diode lasers could provide a heat source for melting the metal around the joint and supply extra material to it while the radiation from the fiber lasers would form the primary heat source for efficiently joining the metals together. This kind of process could replace the currently used hybrid welding methods, i.e. welding by laser and non-laser methods simultaneously, by a pure laser welding, or more accurately hybrid laser welding method. The present method provides a robust way of producing also this kind of efficiently coupled hybrid laser sources.
Claims:
1. An optical fiber combiner comprising 
a tapering support preform comprising a plurality of capillary bores,
a plurality of input fibers comprising a core and a cladding around the core and being arranged in parallel in the capillary bores of a support preform, and
an output fiber coupled to the tapered end of the support preform in optical connection with the input fibers, 
characterized in that the cladding thickness to core thickness ratio of at least one of the input fibers is decreased at the region of the support preform.
2. The optical fiber combiner according to claim 1, characterizedin that the diameter of the core of said at least one input fiber is essentially constant at the region of the support preform.

3. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the cladding thickness of the at least one input fiber at the tapered end of the support preform is at least 20 %, preferably 40 - 95 %, in particular 60 - 90 %, smaller than the cladding thickness of said at least one input fiber incoming to the fiber combiner.
4. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that also the bores of the support preform are tapering, the bore diameter to preform diameter ratio being preferably essentially constant.
5. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the diameter of the tapered end of the support preform is smaller than the diameter of the output fiber.
6. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the input fibers are fiber-laser fibers.
7. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the support preform is a glass preform.
8. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the cladding thickness of said at least one input fiber is reduced by etching before inserting the input fiber to the support preform.
9. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that all the capillary bores of the support preform are of the same size. 
10. The optical fiber combiner according to any of claims 1 - 8, characterized in that the support preform comprises capillary bores of at least two different sizes, preferably such that bores in the middle portion of the preform are smaller in diameter than bores at the fringe area of the preform. 
11. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the cladding of at least said at least one input fiber is fused with the inner wall of the support preform at the tapered end of the support preform.
12. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that it is a fused all-glass component.
13. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the core of the output fiber has an essentially flat refractive index profile.
14. The optical fiber combiner according to any of the preceding claims, characterized in that the core of the output fiber has a non-flat refractive index profile.
15. Amethod for manufacturing an optical coupler for combining radiation from a plurality of input fibers to a single output fiber using a preform supporting the input fibers, the preform comprising a plurality of capillary bores, the method comprising
providing a plurality of input fibers having a core and a cladding around the core,
inserting the input fibers into the capillary bores, and
optically connecting ends of the input fibers within the support preform to the output fiber,
characterized by removing cladding material from at least one of the input fibers in order to reduce its thickness before inserting the input fiber into a capillary bore.
16. The method according to claim 15, characterized in that the support preform is a tapering support preform manufactured by
providing a support preform having a plurality of capillary bores of essentially constant diameter, and
forming a taper to the support preform by heating and drawing the preform such that both the outer diameter of the preform and the diameters of the bores decrease locally.
17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the removal of the cladding material is carried out such that the core of the at least one input fiber remains essentially intact.
18. The method according to any of claims 15 - 17, characterized in that the cladding material is removed by etching.
19. The method according to any of claims 15 - 18, characterized by reducing the cladding thickness by at least 20 %, preferably 40 - 95 %, in particular 60 - 90 %, as compared with  the initial cladding thickness of the input fiber.
20. The method according to any of claims 15 - 19, characterized by using as said support preform a glass preform.
21. The method according to any of claims 15 - 20, characterized in that after inserting the at least one input fiber into the capillary bore, the support preform is at least locally collapsed to intimately contact with the input fibers.
22. The method according to any of claims 15 - 21, characterized in that 
the support preform containing the input fibers is cleaved in order to form a cleaved end, and
the cleaved end of the support preform is spliced with an end of the output fiber in order to form said optical connection.
23. The method according to any of claims 15 - 22, characterized in that
the support preform is locally stretched under heat in order to form a waist in the glass preform,
the input fibers are inserted into the bores of the support preform such that they penetrate through the waist,
the waist is collapsed,
the collapsed waist is cleaved in a plane perpendicular to the fibers,
another optical element is spliced to the collapsed end of the preform.
24. The method according to any of claims 15 - 23, characterized in that before optically connecting ends of the input fibers within the support preform to the output fiber, the input fibers are fused with the inner walls of the capillary bores of the support preform.
25. Use of the optical fiber combiner according to any of the claims 1 - 14 or the method according to any of claims 15 - 24 for coupling light from several fiber lasers into a single fiber.
26. Use of the optical fiber combiner according to any of the claims 1 - 14 or the method according to any of claims 15 - 24 for coupling light from several non-fiber lasers into a single fiber.
27. Use of the optical fiber combiner according to any of the claims 1 - 14 or the method according to any of claims 15 - 24 for coupling light from several fiber lasers and several non-fiber lasers, such as diode lasers, into a single fiber.
Abstract:
The invention relates to an optical fiber combiner and a method for the manufacture thereof. The combiner comprises a tapering support preform comprising a plurality of capillary bores, a plurality of input fibers comprising a core and a cladding around the core and being arranged in parallel in the capillary bores of a support preform, and an output fiber coupled to the tapered end of the support preform in optical connection with the input fibers. According to the invention, the cladding thickness to core thickness ratio of at least one of the input fibers is decreased at the region of the support preform. The invention provides an optically high quality fiber combiner.
Representative Drawing: Fig. 6
Figure 1
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Figure 2
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Figure 3
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Figure 4
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Figure 5
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Figure 6
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Figure 7a
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Figure 7b
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Figure 8a
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Figure 8b
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