(57)【要約】本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、１対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することを目的とする。本開示は、複数の光ファイバ１４から出射された複数の光が屈折率分布型レンズの一端１１Ａから入射され、屈折率分布型レンズの他端１１Ｂに接続された１本の光ファイバ１２に複数の光を出射する集光部１１と、集光部１１と複数の光ファイバ１２の間に配置され、屈折率分布型レンズを用いて複数の光ファイバ１２からの光を平行光に変換して集光部１１の一端１１Ａに入射する平行光生成部１３と、を備える光結合器である。
2020027253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率分布型レンズを用いて複数の光ファイバからの光を平行光に変換する複数の平行光生成部と、
屈折率分布型レンズの一端に前記複数の平行光生成部が接続され、前記複数の平行光生成部から出射された複数の光を前記屈折率分布型レンズの他端に接続された１本の光ファイバに出射する集光部と、
を備える光結合器。
【請求項２】
前記平行光生成部に備わる屈折率分布型レンズは、略１／４ピッチのレンズ長、又は略１／４ピッチに１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数の平行光生成部に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続されている、
請求項１に記載の光結合器。
【請求項３】
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸に対して点対称な位置からずれた位置に配置されている、
請求項１又は２に記載の光結合器。
【請求項４】
前記複数の平行光生成部の少なくとも１つの平行光生成部に備わる屈折率分布型レンズの光軸と前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸とが角度を有する、
請求項１から３のいずれかに記載の光結合器。
【請求項５】
前記１本の光ファイバは、１つのコアを備えるダブルクラッドファイバであり、
前記角度は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させる角度である、
請求項４に記載の光結合器。
【請求項６】
前記１本の光ファイバは、複数のコアを備えるマルチコアファイバであり、
前記角度は、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射する角度である、
請求項４に記載の光結合器。
【請求項７】
前記複数の平行光生成部の周方向が共通のキャピラリで覆われている、
請求項１から６のいずれかに記載の光結合器。
【請求項８】
前記複数の光ファイバ側に配置されている前記キャピラリの一端の外径が、前記集光部側に配置されている前記キャピラリの他端の外径よりも大きい、
請求項７に記載の光結合器。
【請求項９】
前記集光部に備わる屈折率分布型レンズは、略１／４ピッチのレンズ長、又は略１／４ピッチに１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項１から８のいずれかに記載の光結合器。
【請求項１０】
前記集光部に備わる屈折率分布型レンズは、１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近のレンズ長、或いは１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近に１／２ピッチの整数倍を加えたレンズ長を有し、
前記複数の平行光生成部は、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている、
請求項１から８のいずれかに記載の光結合器。
【請求項１１】
前記１本の光ファイバは、ダブルクラッドファイバであり、
前記集光部に備わる屈折率分布型レンズは、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの前記一端から入射される励起光を、前記ダブルクラッドファイバに備わるインナークラッドに入射させるレンズ長を有する、
請求項１０に記載の光結合器。
【請求項１２】
前記１本の光ファイバは、複数のコアを備えるマルチコアファイバであり、
前記集光部に備わる屈折率分布型レンズは、前記平行光生成部から出射された光ごとに、前記マルチコアファイバに備わる異なるコアに出射するレンズ長を有する、
請求項１０に記載の光結合器。
【請求項１３】
前記複数の平行光生成部のうちの少なくとも１つは、前記複数の平行光生成部のうちの他の屈折率分布型レンズとレンズ径が異なる、
請求項１から１２のいずれかに記載の光結合器。
【請求項１４】
前記複数の光ファイバの周方向が共通のキャピラリで覆われている、
請求項１から１３のいずれかに記載の光結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザの高出力化のために、複数の励起光源からの励起光を結合させるための光結合器が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。高出力ファイバレーザでは、複数の励起光源からの励起光をレーザ媒体である光ファイバに入力し、レーザ発振させる。このとき、非特許文献１では、励起光源に接続された複数のファイバを束ねて溶着し、図１に示すように、テーパ状に延伸したテーパ部１１１に一体化した後、別の１本の光ファイバ１１２に接続し、励起出力光としていた。【０００３】
途中にテーパ部１１１が形成されると、出力側の光は必ずその出射角度が入射角度よりも大きくなり、実効的にＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が大きくなる。このため出力側の光ファイバ１１２には入力側の光ファイバよりも大きなＮＡを持つ高ＮＡ光ファイバを用いなければならない。【０００４】
またテーパ部１１１におけるテーパの傾斜はテーパ部１１１に接続する光ファイバの本数が多いほど大きくなる。一方でテーパ部１１１を長くすることは装置の小型化の要求に反する。このため、ファイバレーザの高出力化に伴い、テーパ部１１１の傾斜が大きくなり、出力側のＮＡがさらに大きくなる問題がある。【０００５】
しかし、石英中に含有させるＧｅなどの添加量には限界があり、高ＮＡ光ファイバの高ＮＡ化には限界がある。このため、接続する励起光源の数が限られ、励起出力を大きくできない問題があった。この問題は、ファイバレーザの高出力化のために限らず、１対多又は多対多の光分岐結合においても生じている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】大槻朋子「ファイバレーザ特性限界を広げる特殊ファイバ技術」、高温学会誌、第３５巻、第４号、ｐｐ．１５７〜１６１（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、１対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することを目的とする。特に、本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になる光結合器を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の光結合器は、
複数の光ファイバから出射された複数の光が屈折率分布型レンズの一端から入射され、前記屈折率分布型レンズの他端に接続された１本の光ファイバに前記複数の光を出射する集光部と、
前記集光部と前記複数の光ファイバの間に配置され、屈折率分布型レンズを用いて前記複数の光ファイバからの光を平行光に変換し、前記集光部に備わる屈折率分布型レンズの前記一端に入射する複数の平行光生成部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、１対多又は多対多の光分岐結合が可能な光結合器を実現することができる。特に、本開示は、特段に高いＮＡを有する光ファイバを用いることなく、励起出力光に用いる励起光源の数の増加が可能になるため、ファイバレーザを高出力化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】関連技術を用いた場合の光路の一例。
【図２】第１の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【図３】本開示における集光部のパラメータの一例を示す。
【図４】テーパ部からの出射角の一例を示す。
【図５】第１の実施形態における集光部での伝搬光の光路の一例を示す。
【図６】集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第１例を示す。
【図７】集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第２例を示す。
【図８】集光部の出射端面での各伝搬光の分布の第３例を示す。
【図９】平行光生成部の配置の第１例を示す。
【図１０】平行光生成部の配置の第２例を示す。
【図１１】第２の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【図１２】キャピラリ内への平行光生成部の配置例を示す。
【図１３】第２の実施形態に係る光結合器の変形例を示す。
【図１４】第３の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【図１５】第３の実施形態における平行光生成部の配置例を示す。
【図１６】集光部の出射端面での各伝搬光の分布の一例を示す。
【図１７】第４の実施形態に係る光結合器の第１例を示す。
【図１８】第４の実施形態に係る光結合器の第１例での伝搬光の光路の一例を示す。
【図１９】第４の実施形態におけるキャピラリ内への平行光生成部の第１の配置例を示す。
【図２０】第４の実施形態におけるキャピラリ内への平行光生成部の第２の配置例を示す。
【図２１】第４の実施形態に係る光結合器の第２例を示す。
【図２２】第４の実施形態に係る光結合器の第２例での伝搬光の光路の一例を示す。
【図２３】第５の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【図２４】第６の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【図２５】集光部の出射端面での各伝搬光の分布の一例を示す。
【図２６】第７の実施形態に係る光結合器の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１２】
（第１の実施形態）
図２に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部１１、平行光生成部１３を備える。集光部１１の一端に配置されている端面１１Ａに平行光生成部１３が接続され、集光部１１の他端に配置されている端面１１Ｂに光ファイバ１２が接続される。平行光生成部１３は、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズの光軸から予め定められた距離の位置に接続されている。光ファイバ１２は集光部１１に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。光ファイバ１４は平行光生成部１３に備わる屈折率分布型レンズの光軸に接続される。各光ファイバ１４は励起光源１５に接続される。これらの接続は、接着剤や溶融接続を用いてもよい。
【００１３】
各励起光源１５は、レーザ発振に用いられる励起光を発生する。各励起光源１５からの励起光は、光ファイバ１４で伝搬され、平行光生成部１３に入射される。平行光生成部１３は、屈折率分布型レンズを用いて光ファイバ１４からの光を平行光に変換する。集光部１１は、屈折率分布型レンズを用いて平行光生成部１３からの平行光を光ファイバ１２に集光する。これにより、本開示は、複数の励起光を光ファイバ１２から励起出力光として取り出すことができる。
【００１４】
図３に示すように、集光部１１の中心屈折率をｎ０とし、集光部１１の屈折率分布係数をｇとし、集光部１１のレンズ長をｚとし、集光部１１への入射光の光軸ＯＡ１１からの距離をｒ０とし、集光部１１の端面１１Ａへの入射光ＰＬ１３の入射角をθ０とすると、集光部１１の端面１１Ｂからの出射角θ１は、式（１）より求められる。
【数１】
2020027253.tif 000003
【００１５】
式（１）より、入射角θ０が０°で、ｚ＝１／４ピッチでの出射光の出射角θ１は式（２）で導出される。
【数２】
2020027253.tif 000004
【００１６】
たとえば、集光部１１として、レンズ径Ｄ１１＝０．４ｍｍ、ｇ＝０．８ｍｍ−１、中心屈折率ｎ０＝１．４７、レンズ長ｚ＝（１／４ピッチ＝２π／ｇ／４）＝１．５７ｍｍを用いて、コア径０．０５ｍｍの光ファイバ１２に出射する場合、集光部１１の光軸ＯＡ１１から距離ｒ０＝０．２ｍｍの位置に、入射角θ０＝０°で平行光生成部１３を並べる場合を考える。この場合、式（２）にレンズパラメータを代入すると、出射角θ１は１３．５°となる。
【００１７】
一方、図１に示すようなテーパ部１１１により集光する場合、図４に示すように、端面１１１Ａから入射角０°で入射され、テーパ部１１１内で２回反射された光の端面１１１Ｂからの出射角は、テーパ角θＴの４倍となる。このため、本開示に係る集光部１１と同様に、端面１１１Ａにおけるテーパ部１１１の光軸ＯＡ１１１から０．２ｍｍの位置に入射角０°で入射された光は、テーパ部１１１内での反射回数が２回であり、テーパ角θＴが５°であったとしても、端面１１１Ｂから約２０°の出射角で出射される。
【００１８】
このように、関連技術に係るテーパを用いた場合の端面１１１Ｂからの出射角は、テーパ部１１１内での反射回数が２回であっても、本開示に係る屈折率分布型レンズを用いた集光部１１よりも大きくなる。さらに、多数の励起光源を実装する場合、端面１１１Ａの面積が大きくなり、テーパ部１１１での反射回数がさらに増えるため、端面１１１Ｂからの出射角は急激に大きくなる。このため、多数の励起光源を実装する場合、端面１１１Ｂに接続する光ファイバのＮＡは、実用上使用できないほどにまで大きくなってしまう。
【００１９】
本開示は、集光部１１に屈折率分布型レンズを用いているため、集光部１１からの出射角はテーパを用いた場合の出射角に比べて小さく、光ファイバ１２に特段に高ＮＡ光ファイバを用いる必要はない。このため、本開示における光ファイバ１２のＮＡは、集光部１１と同じにすることができる。また、光ファイバ１４の数が増えても、集光部１１からの出射角が大きくならない。なお、本開示における光ファイバ１２のＮＡは、集光部１１よりも高くてもよい。
【００２０】
ここで、光ファイバ１２及び１４は、高出力光を伝搬可能なものが好ましい。例えばマルチモード光ファイバを用いることが好ましい。また、光ファイバ１２及び１４のコア径は任意であるが、例えば５０μｍ、６２．５μｍ、１００μｍなどの一度に多くの光エネルギーを伝送することが可能な大口径光ファイバが用いられる。光ファイバ１４のコア径は共通であってもよいが、図１５で後述するように、本開示はこれに限定されない。
【００２１】
また、光ファイバ１２は、ダブルクラッドファイバなどの光ファイバ増幅器に用いられる任意の光ファイバであってもよい。これにより、励起光を増幅用の光ファイバ１２に直接入射させ、反射膜や光ファイバ１２に挿入したＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いてレーザ発振させることができる。
【００２２】
集光部１１及び平行光生成部１３に用いられる屈折率分布型レンズは、中心軸から外周部へ向かって放物線状に屈折率を分布させたレンズであり、石英ガラスにＧｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、などを添加したものや、多成分系のガラスでイオン拡散によって二乗分布の屈折率分布を形成したものが例示できる。平行光生成部１３としては、ＧＩ型（グレーデッドインデックス型）ファイバを用いることができる。
【００２３】
平行光生成部１３に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１３は、光ファイバ１４からの光を平行光に変換する長さである。そのような長さとしては、例えば、１／４ピッチ、又はこれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さである。
【００２４】
集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、各平行光生成部１３からの平行光を光ファイバ１２に集光する長さである。そのような長さとしては、例えば、１／４ピッチ、又はそれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さである。
【００２５】
図５に、集光部１１における伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３の光路の一例を示す。集光部１１の端面１１Ａのうちの光軸ＯＡ１１から距離ｒ１３＃１の位置に平行光ＰＬ１３＃１が入射され、集光部１１の端面１１Ａのうちの光軸ＯＡ１１から距離ｒ１３＃３の位置に平行光ＰＬ１３＃３が入射される。これらのＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３は、端面１１Ａから１／４ピッチの焦点面で光軸ＯＡ１１に集光する。
【００２６】
レンズ長Ｌ１１が１／４ピッチに等しい場合、各伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃４は、端面１１Ｂにおいて光軸ＯＡ１１の付近から出射される。これにより、図６に示すように、集光部１１の各伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃４は、端面１１Ｂにおいて、光軸ＯＡ１１の付近から出射される。
【００２７】
ただし、集光部１１及び光ファイバ１２の接続部分の１点に光が集中すると、ピーク強度が高くなるため絶縁破壊が生じる場合がある。出力強度が同じでピーク強度を下げるにはフラットトップの光強度分布が望ましい場合がある。
【００２８】
そこで、本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチを除く１／４ピッチ付近のレンズ長であることが好ましい。例えば、図５に示すように、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチよりもわずかに短いことが好ましい。これにより、図７に示すように、各伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃４の光強度が、光ファイバ１２のモードフィールド径ＭＦＤ１２の範囲内で分散される。
【００２９】
また、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチよりもわずかに長くてもよい。これにより、図８に示すように、各伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃４の光強度が、光ファイバ１２のモードフィールド径ＭＦＤ１２の範囲内で分散される。
【００３０】
図５に示すように、距離ｒ１３＃１及びｒ１３＃１３が等しく、平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３が光軸ＯＡ１１に対して対称である場合、端面１１Ｂでの伝搬光ＰＬ１１＃１の反射光が伝搬光ＰＬ１１＃１３に入射する。特に、端面１１Ｂに高ＮＡの光ファイバ１２を接続した場合はこの反射光が発生する。
【００３１】
そこで、本開示では、光軸ＯＡ１１を中心とする同心円上に平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３、１３＃４を配置する場合、端面１１Ａにおける平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３、１３＃４の位置を、図９に示すように、光軸ＯＡ１１に対して点対称な位置からずらすことが好ましい。例えば、平行光生成部１３＃３は、光軸ＯＡ１１に対して平行光生成部１３＃１と点対称な位置Ｐ１１＃１Ｓとは異なる、光軸ＯＡ１１から平行光生成部１３＃１と等距離の位置に配置される。平行光生成部１３＃４は、光軸ＯＡ１１に対して平行光生成部１３＃２と点対称な位置Ｐ１１＃２Ｓとは異なる、光軸ＯＡ１１から平行光生成部１３＃２と等距離の位置に配置される。
【００３２】
本実施形態では、端面１１Ａに４つの平行光生成部１３＃１〜１３＃４が配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、同心円上に配置される平行光生成部１３の数は、図１０に示すように、５つなどの奇数であってもよい。同心円上に配置される平行光生成部１３の数を奇数とすることで、平行光生成部１３からの平行光の伝搬光の光路への端面１１Ｂでの反射光の進入を防ぐことができる。さらに、本開示は、複数の同心円上に平行光生成部１３が配置されていてもよい。
【００３３】
また、図２では、平行光生成部１３＃１〜１３＃４の全てに光ファイバ１４及び励起光現１５が接続される例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、平行光生成部１３＃１〜１３＃４の少なくともいずれかに光ファイバ１４が接続されていてもよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
図１１に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、各平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。
【００３５】
図１２に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置例を示す。キャピラリ３１には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部１３が配置される。キャピラリ３１の他端側の端面位置ｚ３１Ｂと、平行光生成部１３の他端側の端面位置ｚ１３Ｂと、集光部１１の一端側の端面位置ｚ１１Ａと、は一致している。
【００３６】
本実施形態は、平行光生成部１３がキャピラリ３１で固定されているため、平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品を集光部１１に接続することで、平行光生成部１３＃１〜１３＃４を所望の位置で集光部１１に接続することができる。
【００３７】
図１３に、本実施形態の変形例を示す。図１３では、図１１及び図１２に示す光ファイバ１４の周方向がキャピラリ４１で覆われたキャピラリ型光部品を用いている。光ファイバ１４の周方向がキャピラリ４１で覆われたキャピラリ型光部品を予め用意することで、平行光生成部１３＃１〜１３＃４への光ファイバ１４の接続を容易に行うことができる。
【００３８】
平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品の製造方法は任意である。例えば、キャピラリ３１の母材となるガラスのロッドに平行光生成部１３の数に等しい貫通孔を設け、屈折率分布型レンズを各貫通孔に挿入し、溶融延伸する。そして、長さがレンズ長Ｌ１３になるように切断し研磨する。これにより、平行光生成部１３及びキャピラリ３１を備えるキャピラリ型光部品を製造することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
図１４に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図５において、平行光ＰＬ１３＃１と平行光ＰＬ１３＃３のビーム径が異なる場合、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１を焦点面からずらして１／４ピッチよりも短くするか又は長くすると、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３のビーム幅に差が生じる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第２の実施形態における平行光生成部１３のレンズ径が異なる。ここで、平行光生成部１３のレンズ長Ｌ１３及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部１３は、いずれの平行光生成部１３も屈折率分布型レンズもレンズ長Ｌ１３が同じになるような屈折率分布係数を有する。
【００４０】
図１５に、端面１１Ａにおける平行光生成部１３の配置の一例を示す。例えば、平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３は共通の第１の径を有し、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６は第１の径よりも小さな共通の第２の径を有する。この場合、平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３に接続する光ファイバ１４のコア径は、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６に接続する光ファイバ１４のコア径よりも大きくてもよい。
【００４１】
平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３は平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６よりもレンズ径が大きいため、集光部１１に入射する平行光のビーム幅は、平行光生成部１３＃４、１３＃５、１３＃６よりも平行光生成部１３＃１、１３＃２、１３＃３が大きい。
【００４２】
図１６に、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１を１／４ピッチよりも短くした場合における、端面１１Ｂでの各伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃６の分布の一例を示す。ビーム強度の大きなＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃３の隙間に、ビーム強度の小さなＰＬ１１＃４〜ＰＬ１１＃６が配置されている。このように、異なるレンズ径の平行光生成部１３を端面１１Ａに接続することで、端面１１Ｂにおける光強度分布をフラットトップに近づけることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図２に示すように、キャピラリ３１を備えず、平行光生成部１３が集光部１１の端面１１Ａに直接接続されている構成も含む。なお、平行光生成部１３から出射する平行光の強度に差をつけることで、図１６のような分布にしてもよい。
【００４４】
（第４の実施形態）
図１７に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。図５において平行光ＰＬ１３＃１の入射角θ１３＃１及び平行光ＰＬ１３＃３の入射角θ１３＃３を０度からずらすと、図１８に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面で光軸ＯＡ１１に集光しなくなる。そこで、本実施形態に係る光結合器は、第２の実施形態において、少なくとも１つの平行光の入射角を０度からずらしている。ここで、平行光生成部１３のレンズ長Ｌ１３及び屈折率分布係数は任意である。例えば、各平行光生成部１３は、いずれの平行光生成部１３も屈折率分布型レンズもレンズ長Ｌ１３が同じになるような屈折率分布係数を有する。
【００４５】
図１９に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置例を示す。キャピラリ３１には貫通孔が設けられており、貫通孔内に平行光生成部１３が配置される。集光部１１の端面１１Ａとキャピラリ３１の集光部１１側の端面３１Ｂとは接合されており、キャピラリ３１の集光部１１側の端面３１Ｂの法線と平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３とのなす角度θ１３は、図１９に示す平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３の入射角θ１３＃１及びθ１３＃３に等しい。すなわち、集光部１１の端面１１Ａの法線に対して平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３が傾きを有する。
【００４６】
平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３は１／４ピッチである。また平行光生成部１３の両端が光軸ＯＡ１３に対して垂直になっている。このため、一端１３Ａの光軸ＯＡ１３に光ファイバ１４が接続された平行光生成部１３をキャピラリ３１の貫通孔に配置し、屈折率整合剤で固定することで、平行光を入射角θ１３で集光部１１に入射させることができる。
【００４７】
この構成では、平行光生成部１３の端面１３Ｂの光軸ＯＡ１３の位置ｚ１３Ｂは、キャピラリ３１の端面３１Ｂの位置ｚ３１Ｂよりも光ファイバ１４側に配置されている。また、平行光生成部１３の端面１３Ａでの光軸ＯＡ１３の位置ｚ１３Ａは、キャピラリ３１の端面３１Ａの位置ｚ３１Ａよりも光ファイバ１４側に配置されている。これにより、キャピラリ３１に対する平行光生成部１３の角度の設定が容易になる。
【００４８】
図２０に、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の第２の配置例を示す。この配置例では、平行光生成部１３の両端がキャピラリ３１の両端と同一面上に配置されている。この場合も、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３は１／４ピッチである。
【００４９】
この構成の場合、キャピラリ３１の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部１３の母材を配置し、平行光生成部１３のレンズ径となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。このため、キャピラリ３１への平行光生成部１３の組み込みが省略可能であり、製造が容易である。
【００５０】
本実施形態では、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面に到達する前に光軸ＯＡ１１を横切るような、平行光ＰＬ１３＃１及びＰＬ１３＃３が光軸ＯＡ１１に向けて入射する入射角θ１３＃１及びθ１３＃３である例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図２１及び図２２に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１及びＰＬ１１＃３が焦点面に到達した後に光軸ＯＡ１１を横切るような、光軸ＯＡ１１とは遠ざかる方向に向けて入射する入射角θ１３＃１及びθ１３＃３であってもよい。
【００５１】
本実施形態においても、平行光生成部１３の周方向がキャピラリ３１で覆われている例を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、本開示は、図２に示すように、キャピラリ３１を備えず、平行光生成部１３が集光部１１の端面１１Ａに直接接続されている構成も含む。
【００５２】
（第５の実施形態）
図２３に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、図１７に示すキャピラリ３１がテーパ状になっている。本実施形態では、キャピラリ３１内への平行光生成部１３の配置は、図２０に示す構成とすることが好ましい。これにより、キャピラリ３１への平行光生成部１３の組み込みが省略可能な、以下のような製造方法を採用することができる。
【００５３】
例えば、キャピラリ３１の母材に貫通孔を設け、当該貫通孔内に平行光生成部１３の母材を配置し、平行光生成部１３のレンズ径となり所望の入射角となるよう溶融延伸を行い、平行光生成部１３の光軸ＯＡ１３上でのレンズ長Ｌ１３が所望の長さとなるよう分離して研磨することで製造が可能である。
【００５４】
（第６の実施形態）
高出力ファイバレーザ用の光ファイバとして、２層のクラッド層を有するダブルクラッドファイバが用いられている。本実施形態では、集光部１１の他端１１Ｂに接続される１本の光ファイバ１２として、ダブルクラッドファイバを用いる例について説明する。
【００５５】
図２４に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。ダブルクラッドファイバは、コアＣＲ１２の周囲をインナークラッドＣＬ１２が覆い、インナークラッドＣＬ１２の周囲をアウタークラッドが覆っている。ダブルクラッドファイバは、励起光をインナークラッドＣＬ１２内で伝搬させることで、コアＣＲ１２の伝搬光を増幅し、レーザ発振を可能にする。
【００５６】
光ファイバ１２をレーザ発振用の光ファイバに用いた場合、光ファイバ１２の端面１２Ａにレーザ発振用の１００％反射膜が設けられている。そのため、励起光源１５からの励起光がコアＣＲ１２に入射された場合、光ファイバ１２の端面１２Ａに設けられた１００％反射膜で反射され、励起光がコアＣＲ１２内に伝搬されず、励起光源１５に反射され、励起光源１５の故障の原因となる。このため、光ファイバ１２としてレーザ発振用のダブルクラッドファイバを接続する場合、図２５に示すように、伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４、ＰＬ１１＃５、ＰＬ１１＃６を、光ファイバ１２のコアＣＲ１２やアウタークラッドではなく、光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に選択的に入射することが好ましい。
【００５７】
本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１、又は平行光生成部１３から集光部１１への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部１３からの励起光を、光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に選択的に入射させることができる。このため、本開示は、励起光源１５からの励起光を光ファイバ１２のインナークラッドＣＬ１２に効率的に入射させることで励起光源１５からの励起光を効率的に使用可能にし、更なるファイバレーザの高出力化及び高信頼化を可能にすることができる。
【００５８】
（第７の実施形態）
図２６に、本実施形態に係る光結合器の一例を示す。本実施形態に係る光結合器は、集光部１１の他端１１Ｂに、光ファイバ１２としてマルチコアファイバが接続されている。これにより、本開示は、光ファイバ１２にマルチコアファイバを用いることで、複数の光ファイバ１４の伝搬光をマルチコアファイバである光ファイバ１２にファンインし、光ファイバ１２に備わる各コア４２の伝搬光を複数の光ファイバ１４にファンアウトすることができる。
【００５９】
例えば、光ファイバ１２は、コアＣＯ１２＃１、ＣＯ１２＃２、ＣＯ１２＃３、ＣＯ１２＃４を備える。この場合、本実施形態は、集光部１１の端面１１Ａから入射された各伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４を、他端１１Ｂにおいて個別のコアＣＯ１２＃１〜ＣＯ１２＃４に入射させる。本開示では、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１、又は平行光生成部１３から集光部１１への平行光の入射角、或いはこれらの組み合わせを用いることにより、平行光生成部１３からの伝搬光ＰＬ１１＃１、ＰＬ１１＃２、ＰＬ１１＃３、ＰＬ１１＃４を、個別のコアＣＯ１２＃１〜ＣＯ１２＃４に入射させることができる。
【００６０】
本実施形態では、他端１１ＢでのコアＣＯ１２＃１〜ＣＯ１２＃６との結合効率は高いことが好ましい。そのため、集光部１１に備わる屈折率分布型レンズのレンズ長Ｌ１１は、１／４ピッチ、又はそれに１／２ピッチの整数倍を加えた長さであることが好ましい。この場合、伝搬光ＰＬ１１＃１〜ＰＬ１１＃４が個別のコアＣＯ１２＃１〜ＣＯ１２＃４に入射するよう、集光部１１の端面１１Ａにおける各光の入射位置及び入射方向が設定される。
【００６１】
また本実施形態では、集光部１１の内部において伝搬光が交差しないことが好ましい。これにより、集光部１１の内部での各伝搬光のクロストークを防ぐことができる。そのため、図２６に示す入射角θ１３＃１及びθ１３＃３のように、集光部１１の端面１１Ａから入射される各光の入射方向を、光軸ＯＡ１１とは遠ざかる方向にすることが好ましい。または、図２に示すように、集光部１１の端面１１Ａから入射される各光を光軸ＯＡ１１と平行に設定してもよい。
【００６２】
前述の各実施形態において、光ファイバ１２に備わる各コアの伝搬モードは、シングルモードであってもよいし、マルチモードであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本開示はレーザ加工産業および情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１：集光部
１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂ：端面
１２、１４：光ファイバ
１３：平行光生成部
１５：励起光源
３１、４１：キャピラリ
１１１：テーパ部
１１２：高ＮＡ光ファイバ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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