特許 6456427 コンバイナ、及び、レーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6456427

(24)【登録日】2018年12月28日

(45)【発行日】2019年1月23日

(54)【発明の名称】コンバイナ、及び、レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/28 20060101AFI20190110BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20190110BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20190110BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20190110BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/28 R

   G02B6/26

   G02B6/42

   H01S5/022

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-89538(P2017-89538)

(22)【出願日】2017年4月28日

(65)【公開番号】特開2018-189696(P2018-189696A)

(43)【公開日】2018年11月29日

【審査請求日】2017年11月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】松本 亮吉

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９０７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２１８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０７７０６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−０２８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７１１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８９２８６８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／００−６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の入力ファイバからなる入力ファイバ束と、
上記入力ファイバ束から出射したビーム束が入射するＧＩファイバ部、及び、入射端面が上記ＧＩファイバ部の出射端面に接続されたＳＩファイバ部を有し、出射端面の直径が入射端面の直径よりも小さいブリッジファイバと、を備え、
上記ＧＩファイバ部は、上記入力ファイバ束から出射したビーム束を集束し、
上記ＳＩファイバ部は、コア径が出射端面に近づくに従い次第に小さくなる縮径部を含み、
上記ＧＩファイバ部にて集束されたビーム束は、上記ＳＩファイバ部のコアを伝搬する、
ことを特徴とするコンバイナ。

【請求項2】

上記ＧＩファイバ部は、上記ブリッジファイバの出射端面の中心又は中心近傍において、上記入力ファイバ束から出射した複数のビームが交差するように、上記ビーム束を集束する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバイナ。

【請求項3】

上記入力ファイバ束を構成する少なくとも１つの入力ファイバと上記ブリッジファイバとの間に介在するＧＩファイバであって、該入力ファイバから出射されるビームの発散角を小さくするＧＩファイバを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンバイナ。

【請求項4】

上記ＧＩファイバは、上記少なくとも１つの入力ファイバから出射されるビームをコリメートする、
ことを特徴とする請求項３に記載のコンバイナ。

【請求項5】

上記ＧＩファイバ部の出射端面は、上記ＳＩファイバ部の入射端面に融着されている、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコンバイナ。

【請求項6】

上記ブリッジファイバの出射端面は、平坦である、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のコンバイナ。

【請求項7】

上記ブリッジファイバから出射した上記ビーム束が入射する出力ファイバを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のコンバイナ。

【請求項8】

上記ＧＩファイバ部は、上記出力ファイバの入射端面の中心又は中心近傍において、上記入力ファイバ束から出射した複数のビームが交差するように、上記ビーム束を集束する、
ことを特徴とする請求項７に記載のコンバイナ。

【請求項9】

上記出力ファイバは、コアと、上記コアの外側面を覆うクラッドとを備え、
上記出力ファイバの入射端面におけるコアと、上記ブリッジファイバの出射端面におけるコアとが少なくとも融着されている、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のコンバイナ。

【請求項10】

上記入力ファイバ束を構成する入力ファイバのうち、上記ブリッジファイバの中心から最も離れた入力ファイバの断面の外周に外接する円であって、中心が上記ＧＩファイバ部の中心近傍の一部と少なくとも重なる位置に接続される入力ファイバの中心位置と一致する円の直径をＤ、上記ブリッジファイバの上記ＳＩファイバ部の長さをＬとして、上記出力ファイバが受光可能な入射角の最大値は、ｔａｎ^−１（（Ｄ／２）／Ｌ）よりも大きい、
ことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のコンバイナ。

【請求項11】

上記ブリッジファイバの出射端面は、上記出力ファイバの入射端面に融着されている、
ことを特徴とする請求項７〜１０の何れか１項に記載のコンバイナ。

【請求項12】

請求項１〜１１の何れか１項に記載のコンバイナと、複数のレーザ光源とを備え、上記複数のレーザ光源から出力されたレーザ光を上記コンバイナにて合成する、
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、複数の光源の各々から出力された光を合成するコンバイナに関する。また、そのようなコンバイナを備えたレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のレーザ光を合成することによって、ハイパワーなレーザ光を得るための光部品として、コンバイナが広く用いられている。例えば、複数のレーザダイオードを備えたファイバレーザにおいては、各レーザダイオードから出力されたレーザ光を合成するために、コンバイナ（励起コンバイナ）が用いられる。この場合、コンバイナにて得られた合成光は、励起光としてファイバ共振器に入力される。また、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいては、各ファイバレーザから出力されたレーザ光を合成するために、コンバイナ（出力コンバイナ）が用いられている。この場合、コンバイナにて得られた合成光は、出力光として加工対象物に照射される。

【0003】

ファイバレーザシステムの出力コンバイナは、パワーの高いレーザ光を合成することから、発熱を抑制するために、光損失が小さいことが要求される。また、出力コンバイナにて得られる合成光についても、発散角が小さくビームプロファイルが良好であることなどが求められる。

【0004】

ファイバレーザシステムの出力コンバイナとして利用される従来のコンバイナ４を図４に示す。図４において、（ａ）は、コンバイナ４の斜視図であり、（ｂ）は、コンバイナ４の断面図である。コンバイナ４は、複数の入力ファイバ４１−１〜４１−７からなる入力ファイバ束４１と、ブリッジファイバ４３と、出力ファイバ４４とを備えている。入力ファイバ束４１を介してコンバイナ４に入力されたレーザ光は、ブリッジファイバ４３において合成され、出力ファイバ４４を介して外部に出力される。

【0005】

ブリッジファイバ４３においては、出力ファイバ４４が接続される出射端面におけるコア径を、入力ファイバ束４１が接続される入射端面におけるコア径よりも小さくする必要がある。このため、ブリッジファイバ４３には、出射端面に近づくに従ってコア径が次第に小さくなる縮径部が設けられる。ブリッジファイバ４３の縮径比＝（入射端面におけるコア径）／（出射端面におけるコア径）を大きくするほど、ブリッジファイバ４３から出力ファイバ４４に入射する合成光のパワー密度を大きくすることができる。その結果、より加工能力の高いファイバレーザシステムを実現することが可能になる。

【0006】

ただし、入力ファイバ束４１を構成する各入力ファイバ束からブリッジファイバ４３に入射したビームは、ブリッジファイバ４３の縮径部を伝播する過程で、ブリッジファイバ４３のコア−クラッド境界にて反射され、その伝播角を増大させる。このとき、ブリッジファイバ４３の縮径比を大きくするほど、伝播角の増大度が大きくなる。したがって、ブリッジファイバ４３の縮径比を大きくするほど、ブリッジファイバ４３から出力ファイバ４４に入射する合成光における高ＮＡ（Numerical Aperture）成分が増加する。ブリッジファイバ４３から出力ファイバ４４に入射する合成光のうち、出力ファイバ４４のＮＡを超えるＮＡを持つ成分は、出力ファイバ４４のコアに閉じ込めることができないので、出力ファイバ４４のコアから漏出して、出力ファイバ４４の被覆等を発熱させる。その結果、コンバイナ４の低損失性及び信頼性が損なわれる。

【0007】

このような問題を解消することを目的として開発されたコンバイナとして、特許文献１に記載の光ファイバコンバイナ（以下、「コンバイナ５」と記載）が知られている。特許文献１に記載のコンバイナ５を図５に示す。図５において、（ａ）は、コンバイナ５の斜視図であり、（ｂ）は、コンバイナ５の断面図である。コンバイナ５は、複数の入力ファイバ５１−１〜５１〜７からなる入力ファイバ束５１と、複数のＧＩ（Graded Index）ファイバ５２−１〜５２−７からなるＧＩファイバ束５２と、ブリッジファイバ５３と、出力ファイバ５４とを備えている。従来のコンバイナ４との相違点は、入力ファイバ束５１を構成する各入力ファイバとブリッジファイバ５３との間にＧＩファイバが挿入されている点である。このＧＩファイバは、入力ファイバから入射したビームの発散角を低下させるＧＲＩＮレンズとして機能する。これにより、ブリッジファイバ５３から出力ファイバ５４に入射する合成光のパワー密度を低下させることなく、ブリッジファイバ５３から出力ファイバ５４に入射する合成光における高ＮＡ成分を減少させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３−１９０７１４号（公開日：２０１３年９月２６日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に記載のコンバイナ５においても、ＧＩファイバ束５２を構成する各ＧＩファイバからブリッジファイバ５３に入射したビームが、ブリッジファイバ５３の縮径部を伝播する過程で伝播角を増大させる点に変わりはない。特に、ＧＩファイバ束５２を構成するＧＩファイバ５２−１〜５２−７のうち、周辺部に配置されたＧＩファイバ５２−２〜５２−７（中心部に配置されたＧＩファイバ５２−１の周囲に配置されたＧＩファイバ５２−２〜５２−７）からブリッジファイバ５３に入射したビームは、図５に示したように、ブリッジファイバ５３のコア−クラッド境界において繰り返し反射されるため、ブリッジファイバ５３から出力ファイバ５４に入射する合成光において高ＮＡ成分を増加させる要因となる。ブリッジファイバ５３から出力ファイバ５４に入射する合成光において高ＮＡ成分が増加すると、コンバイナ５の低損失性及び信頼性が損なわれることは上述した通りである。

【0010】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも低損失性及び信頼性に優れたコンバイナを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明に係るコンバイナは、複数の入力ファイバからなる入力ファイバ束と、上記入力ファイバ束から出射したビーム束が入射するＧＩファイバ部を有し、出射端面の直径が入射端面の直径よりも小さいブリッジファイバと、を備え、上記ＧＩファイバ部は、上記入力ファイバ束から出射したビーム束を集束する、ことを特徴とする。

【0012】

本発明に係るコンバイナにおいて、上記ＧＩファイバ部は、上記ブリッジファイバの出射端面の中心又は中心近傍において、上記入力ファイバ束から出射した複数のビームが交差するように、上記ビーム束を集束する、ことが好ましい。また、本発明に係るコンバイナは、上記ブリッジファイバから出射した上記ビーム束が入射する出力ファイバを更に備え、上記ＧＩファイバ部は、上記出力ファイバの入射端面の中心又は中心近傍において、上記入力ファイバ束から出射した複数のビームが交差するように、上記ビーム束を集束する、ことが好ましい。

【0013】

本発明に係るコンバイナにおいて、上記ブリッジファイバは、入射端面が上記ＧＩファイバ部の出射端面に接続されたＳＩファイバ部を更に有し、上記ＳＩファイバ部は、コア径が出射端面に近づくに従い次第に小さくなる縮径部を含み、上記ＧＩファイバ部にて集束されたビーム束は、上記ＳＩファイバ部のコアを伝搬する、ことが好ましい。

【0014】

本発明に係るコンバイナにおいて、上記出力ファイバは、コアと、上記コアの外側面を覆うクラッドとを備え、上記出力ファイバの入射端面におけるコアと、上記ブリッジファイバの出射端面におけるコアとが少なくとも融着されている、ことが好ましい。

【0015】

本発明に係るコンバイナは、上記入力ファイバ束を構成する少なくとも１つの入力ファイバと上記ブリッジファイバとの間に介在するＧＩファイバであって、該入力ファイバから出射されるビームの発散角を小さくするＧＩファイバを更に備えている、ことが好ましい。

【0016】

本発明に係るコンバイナにおいて、上記ＧＩファイバは、上記少なくとも１つの入力ファイバから出射されるビームをコリメートする、ことが好ましい。

【0017】

本発明に係るコンバイナにおいて、上記出力ファイバが受光可能な入射角の最大値は、ｔａｎ^−１（（Ｄ／２）／Ｌ）よりも大きい、ことが好ましい。ここで、Ｄは、上記ブリッジファイバの中心から最も離れた入力ファイバの断面の外周に外接する円であって、中心が上記ＧＩファイバ部の中心近傍の一部と少なくとも重なる位置に接続される入力ファイバの中心位置と一致する円の直径であり、Ｌ（発明を実施するための形態における「Ｌ２」に相当）は、上記ブリッジファイバのＳＩファイバ部の長さである。

【0018】

なお、上記コンバイナと、複数のレーザ光源とを備え、上記複数のレーザ光源から出力されたレーザ光を上記コンバイナにて合成する、ことを特徴とするレーザ装置も本発明の範疇に含まれる。このようなレーザ装置としては、例えば、（１）上記コンバイナ（励起コンバイナ）と、複数のレーザダイオードを備え、励起光として上記複数のレーザダイオードから出力されたレーザ光を上記コンバイナにて合成するファイバレーザ、又は、（２）上記コンバイナ（出力コンバイナ）と、複数のファイバレーザを備え、出力光として上記複数のファイバレーザから出力されたレーザ光を上記コンバイナにて合成するファイバレーザシステムが挙げられる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、従来のコンバイナと比べて、ブリッジファイバから出力ファイバに入射する合成光における高ＮＡ成分が生じ難くなる。したがって、従来のコンバイナよりも低損失性及び信頼性に優れたコンバイナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るコンバイナの構成を示す図である。（ａ）は、そのコンバイナの斜視図であり、（ｂ）は、そのコンバイナの断面図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係るコンバイナの構成を示す図である。（ａ）は、そのコンバイナの斜視図であり、（ｂ）は、そのコンバイナの断面図である。

【図3】図１又は図２に示すコンバイナの利用例を示す図である。（ａ）は、そのコンバイナを励起コンバイナとして備えたファイバレーザのブロック図であり、（ｂ）は、そのコンバイナを出力コンバイナとして備えたファイバレーザシステムのブロック図である。

【図4】従来のコンバイナの構成を示す図である。（ａ）は、そのコンバイナの斜視図であり、（ｂ）は、そのコンバイナの断面図である。

【図5】従来のコンバイナの構成を示す図である。（ａ）は、そのコンバイナの斜視図であり、（ｂ）は、そのコンバイナの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施形態について、図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、以下の説明において、ＧＩファイバは、ＧＩ（Graded Index）型の光ファイバのことを指し、ＳＩファイバは、ＳＩ（Step Index）型の光ファイバのことを指す。

【0022】

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るコンバイナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１において、（ａ）は、コンバイナ１の斜視図であり、（ｂ）は、コンバイナ１の断面図である。

【0023】

コンバイナ１は、複数の光源（不図示）の各々から出力された光を合成することによって、合成光を生成するための光部品であり、図１に示すように、入力ファイバ束１１と、ＧＩファイバ束１２と、ブリッジファイバ１３と、出力ファイバ１４と、を備えている。

【0024】

入力ファイバ束１１は、複数の入力ファイバ１１−１〜１１−ｎからなる（ｎは、２以上の自然数）。特に、本実施形態においては、入力ファイバ束１１が、１つの入力ファイバ１１−１と、入力ファイバ１１−１の周りを取り囲むように配置された６つの入力ファイバ１１−２〜１１−７と、からなる。各入力ファイバ１１−ｉ（ｉ＝１〜７）は、ＳＩファイバであり、円柱状のコア１１ａと、コア１１ａの外側面を覆う円筒状のクラッド１１ｂと、を備えている。コア１１ａ及びクラッド１１ｂは、石英ガラスを主成分として構成されており、コア１１ａとクラッド１１ｂとの屈折率差は、コア１１ａに添加されたアップドーパント（屈折率を上昇させるためのドーパント）及びクラッド１１ｂに添加されたダウンドーパント（屈折率を低下させるためのドーパント）の一方又は両方により与えられている。

【0025】

なお、各入力ファイバ１１−ｉは、更に、クラッド１１ｂの外側面を覆う円筒状の樹脂被覆（不図示）を備えていてもよい。ただし、各入力ファイバ１１−ｉの出射端面近傍においては、図１に示すように、樹脂被覆が除去されており、クラッド１１−ｉｂの外側面が露出している。これは、各入力ファイバ１１−ｉの出射端面を対応するＧＩファイバ１２−ｉの入射端面に融着するためである。

【0026】

ＧＩファイバ束１２は、複数のＧＩファイバ１２−１〜１２−ｎからなる。特に、本実施形態においては、ＧＩファイバ束１２が、１つのＧＩファイバ１２−１と、ＧＩファイバ１２−１の周りを取り囲むように配置された６つのＧＩファイバ１２−２〜１２−７と、からなる。各ＧＩファイバ１２−ｉ（ｉ＝１〜７）は、直径が対応する入力ファイバ１１−ｉの直径と等しい円柱形状を有する。各ＧＩファイバ１２−ｉの入射端面は、対応する入力ファイバ１１−ｉの出射端面に接続（例えば、融着接続）されている。例えば、ＧＩファイバ１２−１の入射端面は、対応する入力ファイバ１１−１の出射端面に接続されている。各ＧＩファイバ１２−ｉは、対応する入力ファイバ１１−ｉから入射したビームの発散角を小さくするＧＲＩＮレンズとして機能する。なお、各ＧＩファイバ１２−ｉを、入射したビームの発散角を小さくするＧＲＩＮレンズとして機能させるためには、仮にビームを定常波として考えると、入射端において「節」となるビームの「節」に出射端が位置しないように、ＧＩファイバ１２−ｉの長さＬ０を、ｍ×Ｐ０／２（ｍは１以上の任意の整数）以外の値に設定すればよい。ここで、Ｐ０は、ＧＩファイバ１２−ｉのピッチ長（ビーム径変動周期×２）である。

【0027】

ブリッジファイバ１３は、ＧＩファイバ部１３１とＳＩファイバ部１３２とを備えている。ＧＩファイバ部１３１は、直径がＧＩファイバ１２−１〜１２−７の出射端面の外接円の直径Ｄよりも大きい円柱形状を有する。ＧＩファイバ部１３１の入射端面には、ＧＩファイバ１２−１〜１２−７の出射端面が接続（例えば、融着接続）されている。ＧＩファイバ部１３１は、ＧＩファイバ束１２から入射したビーム束を集束するＧＲＩＮレンズとして機能する。なお、ＧＩファイバ部１３１を、入射したビーム束を集束する（入射したビームの発散角を大きくする）ＧＲＩＮレンズとして機能させるためには、入射端において平行束であるビーム束が出射端において収斂束となるように、換言すれば、仮にビームを定常波として考えると、入射端において「腹」となるビームの「腹」から「節」までの区間に出射端が位置するように、ＧＩファイバ部１３１の長さＬ１を、ｍ×Ｐ１／２＜Ｌ１＜ｍ×Ｐ１／２＋Ｐ１／４（ｍは０以上の任意の自然数）に設定すればよい。ここで、Ｐ１は、ＧＩファイバ部１３１のピッチ長である。

【0028】

ＳＩファイバ部１３２は、入射端面の直径がＧＩファイバ部１３１の直径と等しく、出射端面の直径がＧＩファイバ部１３１の直径よりも小さいＳＩファイバであり、断面が円形状のコア１３２ａと、コア１３２ａの外側面を覆う、断面が円環形状のクラッド１３２ｂと、を備えている。コア１３２ａ及びクラッド１３２ｂは、石英ガラスを主成分として構成されており、コア１３２ａとクラッド１３２ｂとの屈折率差は、コア１３２ａに添加されたアップドーパント又はクラッド１３２ｂに添加されたダウンドーパントにより与えられている。ＳＩファイバ部１３２のうち、入射端面を含む区間１３２ｃは、コア径及びクラッド径が一定の円柱形状を有しているのに対して、出射端面を含む区間１３２ｄは、出射端面に近づくに従ってコア径及びクラッド径が次第に小さくなる円錐台形状を有している。区間１３２ｄは、「縮径部」と呼ばれることもある。ＳＩファイバ部１３２の入射端面は、ＧＩファイバ部１３１の出射端面と接続（例えば、融着接続）されている。なお、クラッド１３２ｂは、省略されていてもよい。この場合、コア１３２ａの外側面を覆う空気がクラッド（エアクラッド）として機能する。

【0029】

出力ファイバ１４は、ＳＩファイバであり、円柱状のコア１４ａと、コア１４ａの外側面を覆う円筒状のクラッド１４ｂと、を備えている。コア１４ａ及びクラッド１４ｂは、石英ガラスを主成分として構成されており、コア１４ａとクラッド１４ｂとの屈折率差は、コア１４ａに添加されたアップドーパント又はクラッド１４ｂに添加されたダウンドーパントにより与えられている。出力ファイバ１４のコア径は、出射端面におけるブリッジファイバ１３のコア径と等しい。出力ファイバ１４の入射端面におけるコア１４ａは、ブリッジファイバ１３の出射端面におけるコア１３２ａに接続（例えば、融着接続）されており、出力ファイバ１４の入射端面におけるクラッド１４ｂは、ブリッジファイバ１３の出射端面におけるクラッド１３２ｂに接続（例えば、融着接続）されている。

【0030】

なお、出力ファイバ１４は、更に、クラッド１４ｂの外側面を覆う円筒状の樹脂被覆（不図示）を備えていてもよい。ただし、出力ファイバ１４の入射端面近傍においては、図１に示すように、樹脂被覆が除去されており、クラッド１４ｂの外側面が露出している。これは、出力ファイバ１４の入射端面を対応するブリッジファイバ１３の出射端面に融着するためである。

【0031】

以上のように、本実施形態に係るコンバイナ１において、ブリッジファイバ１３は、ＧＩファイバ束１２から入射したビーム束を集束するＧＩファイバ部１３１を含んでいる。ＧＩファイバ部１３１は、その屈折率がＧＩファイバ部１３１の内側に向かうにつれて大きくなり、その屈折率がＧＩファイバ部１３１の外側に向かうにつれて小さくなるという性質を有する。また、ＧＩファイバ部１３１は、その内外方向における屈折率の変化率（傾き）がＧＩファイバ部１３１の外側に向かうにつれ大きくなるという性質を有する。このため、ＧＩファイバ部１３１の内側ほどビームが該ビームの伝搬方向に対して相対的に小さく曲げられ、ＧＩファイバ部１３１の外側ほどビームが該ビームの伝搬方向に対して相対的に大きく曲げられる。したがって、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ＧＩファイバ部１３１に入射した後、以下の通り伝搬する。すなわち、ＧＩファイバ束１２を構成するＧＩファイバ１２−１〜１２−７のうち、周辺部に配置されたＧＩファイバ１２−２〜１２−７からブリッジファイバ部１３１に入射したビームは、ＧＩファイバ部１３１内において、ブリッジファイバ１３の内側に向かって該ビームの伝搬方向に対して相対的に大きく曲げられた後、出力ファイバ１４の入射端面に向かって直線状に伝搬する。また、ＧＩファイバ束１２を構成するＧＩファイバ１２−１〜１２−７のうち、中心部に配置されたＧＩファイバ１２−１からブリッジファイバ部１３に入射したビームは、ＧＩファイバ部１３１内において、ブリッジファイバ１３の内側に向かって該ビームの伝搬方向に対して相対的に小さく曲げられるか、もしくは直線状に伝搬された後、出力ファイバ１４の入射端面に向かって直線状に伝搬する。以上より、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ＧＩファイバ部１３１における上記の光屈折作用によって、ＧＩファイバ部１３１から出射した後は、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界に到達しない様、出力ファイバ１４の入射端面に向かって直線状に伝搬し易くなる。このため、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界で反射され難くなり、上記ビーム束を構成する複数のビームの伝搬角は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程で増加し難くなる。このため、ブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する合成光において、高ＮＡ成分が生じ難くなる。すなわち、本実施形態によれば、ブリッジファイバ１３がＧＩファイバ部１３１を含んでいない場合と比べて、低損失性及び信頼性に優れたコンバイナ１を実現することができる。

【0032】

なお、本実施形態に係るコンバイナ１において、ブリッジファイバ１３のＧＩファイバ部１３１は、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２から入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束させる。ことが好ましい。これにより、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界で更に反射され難くなり、上記ビーム束を構成する複数のビームの伝搬角は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程で更に増加し難くなる。このため、ブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する合成光において、高ＮＡ成分が更に生じ難くなる。

【0033】

なお、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束させるためには、ＧＩファイバ部１３１の長さＬ１及びＳＩファイバ部１３２の長さＬ２を、関係式Ｌ２＝１／（ｎ・ｇ・ｔａｎ（ｇ・Ｌ１））を満たすように設定すればよい。ここで、ｎは、ＳＩファイバ部１３２に対するＧＩファイバ部１３１の中心部の比屈折率であり、ｇは、ＧＩファイバ部１３１の勾配係数である。ＧＩファイバ部１３１の勾配係数ｇは、ＧＩファイバ部１３１のピッチ長Ｐ１を用いてｇ＝２π／Ｐ１により定義される。また、ここでは、ｎ≒１とすることもできるので、上記関係式は、Ｌ２＝１／（ｇ・ｔａｎ（ｇ・Ｌ１））と簡単化することもできる。例えば、Ｐ１＝４０ｍｍの場合、ｇ＝０．１５７となるので、Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝１９．６ｍｍとすれば、簡単化した関係式が満たされる。すなわち、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束させることができる。

【0034】

なお、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束する構成に代えて、以下のような構成を採用しても同様の効果が得られる。（１）ブリッジファイバ１３の出射端面の中心近傍において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束する構成。（２）出力ファイバ１４の入射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束する構成。（３）出力ファイバ１４の入射端面の中心近傍において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束する構成。ここで、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心近傍とは、当該中心からの距離が、ブリッジファイバ１３の径方向に関して、ブリッジファイバ１３の入射端面（又はブリッジファイバ１３の最大径部分）の半径と比べて十分に小さく（例えば、１／１０以下）、ブリッジファイバ１３の軸方向に関して、ブリッジファイバ１３のＳＩファイバ部１３２の長さＬ２と比べて十分に小さい（例えば、１／１０以下）点の集合のことを指す。また、出力ファイバ１４の入射端面の中心近傍とは、出力ファイバ１４の入射端面において該入射端面の中心からの距離が該入射端面の半径と比べて十分に小さい（例えば、１／１０以下）点の集合のことを指す。

【0035】

また、本実施形態に係るコンバイナ１においては、各入力ファイバ１１−ｉとブリッジファイバ１３との間に、該入力ファイバ１１−ｉから入射したビームの発散角を小さくするＧＩファイバ１２−ｉが介在している。したがって、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射したビーム束は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程で広がり難くなる。その結果、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界で更に反射され難くなり、上記ビーム束を構成する複数のビームの伝搬角は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程で更に増加し難くなる。このため、ブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する合成光において、高ＮＡ成分が更に生じ難くなる。

【0036】

なお、本実施形態に係るコンバイナ１において、各入力ファイバ１１−ｉとブリッジファイバ１３との間に介在するＧＩファイバ１２−ｉは、該入力ファイバ１１−ｉから入射したビームをコリメートする（発散角を０°にする）ことが好ましい。これにより、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射したビーム束は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程で発散角が広がることなくブリッジファイバ１３の出射端面に到達する。その結果、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界でより一層反射され難くなり、上記ビーム束を構成する複数のビームの伝搬角は、ブリッジファイバ１３を伝搬する過程でより一層増加し難くなる。このため、ブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する合成光において、高ＮＡ成分がより一層生じ難くなる。

【0037】

なお、入力ファイバ１１−ｉからＧＩファイバ１２−ｉに入射したビームをコリメートするためには、当該ビームがＧＩファイバ１２−ｉの入射端面の中心付近に集光されている場合、ＧＩファイバ１２−ｉの長さＬ０を、ｋ×Ｐ０／４（ｋは任意の奇数）に設定すればよい。ここで、Ｐ０は、ＧＩファイバ１２−ｉのピッチ長である。

【0038】

本実施形態に係るコンバイナ１においては、（１）ＧＩファイバ１２−ｉによって、入力ファイバ１１−ｉからＧＩファイバ１２−ｉに入射したビームをコリメートする構成と、（２）ブリッジファイバ１３のＧＩファイバ部１３１によって、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心において、ＧＩファイバ束１２からブリッジファイバ１３に入射した複数のビームが交差するように、ビーム束を集束する構成と、が併用されている。したがって、上記ビーム束を構成する複数のビームを、ブリッジファイバ１３のコア−クラッド境界で反射されることなく、ブリッジファイバ１３の出射端面の中心に到達させることができる。この場合、上記ビーム束を構成する複数のビームがブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する際の入射角は、ｔａｎ^−１（（Ｄ／２）／Ｌ２）よりも小さくなる。ここで、Ｄは、入力ファイバ１１−１〜１１−７のうち、接続されるブリッジファイバ１３の中心から最も離れた入力ファイバの断面の外周に外接する円であって、この円の中心が、ＧＩファイバ部１３１の中心近傍の一部と少なくとも重なる位置に接続される入力ファイバ１１−１（ＧＩファイバ１２−１）の中心位置と一致する円の直径であり、Ｌ２は、ブリッジファイバ１３のＳＩファイバ部１３２の長さである。ここで、ＧＩファイバ部１３１の中心近傍とは、ＧＩファイバ部１３１の中心位置およびＧＩファイバ部１３１の中心位置から、Ｄ／２の±５％以内の値だけずれた位置を指す。例えば、Ｄ／２＝０．２ｍｍ、Ｌ２＝４０ｍｍである場合、上記ビーム束を構成する複数のビームがブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射する際の入射角は、ｔａｎ^−１（０．２／４０）≒０．３°よりも小さくなる。屈折率≒１．４５とした場合、この入射角０．３°は、ＮＡ＝１．４５・ｓｉｎ（０．３°）≒０．００７に相当し、通常のＳＩファイバのＮＡと比べて十分に小さい。この場合、出力ファイバ１４が、受光可能な（閉じ込め可能な）入射角の最大値がｔａｎ^−１（（Ｄ／２）／Ｌ２）よりも大きいＳＩファイバであれば、ブリッジファイバ１３から出力ファイバ１４に入射したビームを、もれなく出力ファイバ１４のコア１４ａに閉じ込めることができる。

【0039】

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るコンバイナ２の構成について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、コンバイナ２の斜視図であり、（ｂ）は、コンバイナ２の断面図である。

【0040】

コンバイナ２は、複数の光源（不図示）の各々から出力された光を合成することによって、合成光を生成するための光部品であり、図２に示すように、入力ファイバ束２１と、ブリッジファイバ２３と、出力ファイバ２４と、を備えている。

【0041】

第１の実施形態に係るコンバイナ１と第２の実施形態に係るコンバイナ２との相違点は、以下のとおりである。すなわち、第１の実施形態に係るコンバイナ１においては、入力ファイバ束１１を構成する各入力ファイバ１１−ｉがＧＩファイバ１２−ｉを介してブリッジファイバ１３の入射端面に接続されているのに対して、第２の実施形態に係るコンバイナ２においては、入力ファイバ束２１を構成する各入力ファイバ２１−ｉが直接（ＧＩファイバ１２−ｉを介さずに）ブリッジファイバ２３の入射端面に接続されている。

【0042】

コンバイナ２は、上記の相違点を除いて第１の実施形態に係るコンバイナ１と同様に構成されている。すなわち、コンバイナ２が備える入力ファイバ束２１、ブリッジファイバ２３、及び出力ファイバ２４は、それぞれ、第１の実施形態に係るコンバイナ１が備える入力ファイバ束１１、ブリッジファイバ１３、及び出力ファイバ１４と同様に構成されている。

【0043】

本実施形態に係るコンバイナ２においても、ブリッジファイバ２３は、入力ファイバ束２１から入射したビーム束を集束するＧＩファイバ部２３１を含んでいる。したがって、上記ビーム束を構成する複数のビームは、ブリッジファイバ２３のコア−クラッド境界で反射され難くなり、上記ビーム束を構成する複数のビームの伝搬角は、ブリッジファイバ２３を伝搬する過程で増加し難くなる。このため、ブリッジファイバ２３から出力ファイバ２４に入射する合成光において、高ＮＡ成分が生じ難くなる。すなわち、本実施形態によれば、ブリッジファイバ２３がＧＩファイバ部２３１を含んでいない場合と比べて、低損失性及び信頼性に優れたコンバイナ２を実現することができる。

【0044】

〔利用例〕
上述した各実施形態に係るコンバイナ１，２は、各種レーザ装置において利用することができる。例えば、図３の（ａ）に示す複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ６を備えたファイバレーザＦＬをレーザ装置として用いた場合において、上述した各実施形態に係るコンバイナ１，２は、励起光として上記複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ６の各々から出力されたレーザ光を合成する励起コンバイナＰＣとして利用することができる。また、図３の（ｂ）に示す複数のファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ６を備えたファイバレーザシステムＦＬＳにおいて、上述した各実施形態に係るコンバイナ１，２は、出力光として上記複数のファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ６の各々から出力されたレーザ光を合成する出力コンバイナＯＣとして利用することができる。

【0045】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１ コンバイナ（第１の実施形態）
１１ 入力ファイバ束
１１−１〜１１−７ 入力ファイバ
１２ ＧＩファイバ束
１２−１〜１２−７ ＧＩファイバ
１３ ブリッジファイバ
１３１ ＧＩファイバ部
１３２ ＳＩファイバ部
１４ 出力ファイバ
２ コンバイナ（第２の実施形態）
２１ 入力ファイバ束
２１−１〜２１−７ 入力ファイバ
２３ ブリッジファイバ
２３１ ＧＩファイバ部
２３２ ＳＩファイバ部
２４ 出力ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】