特許 7391710 ファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置

(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】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】ファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/255 20060101AFI20231128BHJP

   G02B 6/28 20060101ALI20231128BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20231128BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

G02B6/255

G02B6/28 P

H01S3/067

G02B6/42

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020024546

(22)【出願日】2020-02-17

(65)【公開番号】P2021128311

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-12-26

(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】100129296

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博昭

(72)【発明者】

【氏名】高橋 明理

(72)【発明者】

【氏名】古澤 丈晴

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９１２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９１２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０４３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４２０９５２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／００

Ｇ０２Ｂ ６／０２

Ｇ０２Ｂ ６／２４－６／２８

Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／４０

Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３

Ｇ０２Ｂ ６／４６－６／５４

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ファイバ構造体と、第２ファイバ構造体とを備える光コンバイナであって、
前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体が、
光ファイバ素線を有する光ファイバ部と、
前記光ファイバ部を支持する支持部材と、
前記光ファイバ部を前記支持部材に固定する固定部とを備えるファイバ構造体であって、
前記支持部材が、
前記光ファイバ部に対向するベース部と、
前記ベース部の主面から延びて前記光ファイバ部に対向する側壁部とを有し、
前記固定部が、前記固定部よりも低いヤング率を有する緩衝部を介して前記ベース部の前記主面に固定されるとともに、前記側壁部にも固定されている、ファイバ構造体からなり、
前記第１ファイバ構造体においては、前記光ファイバ部が複数本の前記光ファイバ素線を有し、
前記第２ファイバ構造体においては、前記光ファイバ部が１本の前記光ファイバ素線を有し、
前記第１ファイバ構造体の前記光ファイバ部の端面と、前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ部の端面とが融着接続され、
前記第１ファイバ構造体の前記支持部材が前記第２ファイバ構造体の前記支持部材を兼ねている、光コンバイナ。

【請求項2】

前記ファイバ構造体において、前記固定部のヤング率に対する前記緩衝部のヤング率の比が０．３以下である、請求項１に記載の光コンバイナ。

【請求項3】

前記ファイバ構造体において、前記ベース部が、前記主面と前記緩衝部との間に設けられ、前記主面から前記光ファイバ部に向かって突出する突出部を有する、請求項１又は２に記載の光コンバイナ。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の光コンバイナと、
前記光コンバイナの前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部と、
前記光コンバイナの前記第１ファイバ構造体の複数本の前記光ファイバ素線の各々に励起光を入射させる励起光源と、
を備える、レーザ光源。

【請求項5】

複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から入射されるレーザ光を結合して出射させる光コンバイナとを備え、
前記光コンバイナが、請求項１～３のいずれか一項に記載の光コンバイナからなる、レーザ装置。

【請求項6】

前記レーザ光源が請求項４に記載のレーザ光源からなる、請求項５に記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファイバ構造体、光コンバイナ及びレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

高出力ファイバレーザなどのレーザ光源においては一般に、複数の光源からの励起光を合波させて光共振部へ入射させる光コンバイナが用いられる。

【0003】

光コンバイナは、複数本の光ファイバ素線を有する第１光ファイバ部と、１本の光ファイバ素線を有する第２光ファイバ部と、これらを収容して支持する支持部材とを備えている。支持部材は、ベース部と、ベース部の主面の縁部から延びる側壁部とを有する。支持部材においては、第１光ファイバ部の複数本の光ファイバ素線の端面と、第２光ファイバ部の光ファイバ素線の端面とが融着接続されている。

【0004】

このような光コンバイナとして、例えば下記特許文献１に開示されているものが知られている。同文献には、第１光ファイバ部及び第２光ファイバ部を支持部材に固定するために、第１光ファイバ部及び第２光ファイバ部を固定樹脂で支持部材のベース部の主面及び側壁部に接着させて固定することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１９１２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記特許文献１に記載の光コンバイナは、コンバイナから出力されるビームの品質の点で改善の余地を有していた。

【0007】

なお、ビームの品質は、例えばＭ^２（エムスクエア）を指標にすることができる。Ｍ^２は、ビームをどの程度小さく集光できるかを示すパラメーターであり、Ｍ^２が小さいほどビームの品質がよいとされる。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができるファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及び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】

本発明者らは、上記課題を解決するべく検討を重ねた。まず、本発明者らは、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれる場合に以下のことが起こり得るのではないかと考えた。すなわち、光コンバイナが高温環境下に置かれると、固定樹脂が膨張してベース部の主面を押圧する。このとき、ベース部から固定樹脂への反作用により、固定樹脂がベース部から離間する方向へ応力を受ける。それに伴い、第１光ファイバ部のうち固定樹脂で固定されている被固定部の位置がベース部から離間する方向にずらされる。その結果、第１光ファイバ部の被固定部が、第１光ファイバ部のうち固定樹脂と第１光ファイバ部の端面との間で第２光ファイバ部によって位置が規制されている位置規制部に対して曲げられることとなる。一方、光コンバイナが低温環境下に置かれると、固定樹脂が収縮してベース部の主面が固定樹脂の方へ引っ張られる。このとき、固定樹脂からベース部への反作用により、固定樹脂がベース部の主面の方向へ応力を受ける。それに伴い、第１光ファイバ部の被固定部の位置がベース部に近づく方向にずらされる。その結果、第１光ファイバ部の被固定部が、第１光ファイバ部の位置規制部に対して曲げられることとなる。このように、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれる場合には、第１光ファイバ部の被固定部が、第１光ファイバ部の位置規制部に対して曲げられることとなる。同様に、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれる場合には、第２光ファイバ部の被固定部が、第２光ファイバ部の位置規制部に対して曲げられることとなる。従って、本発明者らは、光コンバイナから出力されるビームの品質を向上させるためには、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれても、固定樹脂の膨張又は収縮によって、第１光ファイバ部の被固定部が第１光ファイバ部の位置規制部に対して曲げられないようにするとともに、第２光ファイバ部の被固定部が第２光ファイバ部の位置規制部に対して曲げられないようにすることが重要になるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。

【0010】

すなわち、本発明は、光ファイバ素線を有する光ファイバ部と、前記光ファイバ部を支持する支持部材と、前記光ファイバ部を前記支持部材に固定する固定部とを備えるファイバ構造体であって、前記支持部材が、前記光ファイバ部に対向するベース部と、前記ベース部の主面から延びて前記光ファイバ部に対向する側壁部とを有し、前記固定部が、前記固定部よりも低いヤング率を有する緩衝部を介して前記ベース部の前記主面に固定されるとともに、前記側壁部にも固定されている、ファイバ構造体である。

【0011】

本発明のファイバ構造体（第１ファイバ構造体）によれば、同様の構成を有する第２ファイバ構造体を用意し、この第２ファイバ構造体の光ファイバ部の光ファイバ素線の端面と、第１ファイバ構造体の光ファイバ素線の端面とを融着接続し、第１ファイバ構造体の支持部材が第２ファイバ構造体の支持部材を兼ねるようにして光コンバイナを形成すると、光コンバイナにおいて、第１ファイバ構造体の光ファイバ部の位置は第２ファイバ構造体によって規制されることとなる。

【0012】

このとき、第１ファイバ構造体が高温環境下に置かれると、固定部が膨張し、緩衝部を介してベース部の主面を押圧する。このとき、緩衝部は固定部よりも低いヤング率を有しており、固定部よりも柔らかくなっている。このため、固定部が膨張しても、固定部からベース部への押圧力が緩衝部によって緩和される。その結果、ベース部から固定部への反作用が小さくなり、固定部がベース部から離間する方向へ受ける応力が小さくなる。それに伴い、第１光ファイバ部のうち固定部で固定されている被固定部の位置がベース部から離間する方向にずらされにくくなる。その結果、第１光ファイバ部のうち固定部と第１光ファイバ部の端面との間で第２光ファイバ部によって位置が規制されている位置規制部に対して、第１光ファイバ部の被固定部が曲げられにくくなる。

【0013】

一方、ファイバ構造体が低温環境下に置かれると、固定部が収縮し、緩衝部を介してベース部の主面が固定部の方へ引っ張られる。このとき、緩衝部は固定部よりも低いヤング率を有しており、固定部よりも柔らかくなっている。このため、固定部が収縮しても、緩衝部が伸びるため、固定部からベース部への反作用が小さくなり、固定部がベース部の主面の方向へ受ける応力が小さくなる。それに伴い、第１光ファイバ部の被固定部の位置がベース部に近づく方向にずらされにくくなる。その結果、第１光ファイバ部の被固定部が、第１光ファイバ部の位置規制部に対して、曲げられにくくなる。

【0014】

このように、本発明のファイバ構造体によれば、温度変化の大きい環境下に置かれても、光ファイバ部の被固定部が、光ファイバ部の位置規制部に対して、曲げられにくくなる。このため、本発明のファイバ構造体を用いて光コンバインナを形成した場合に、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。

【0015】

上記ファイバ構造体においては、前記固定部のヤング率に対する前記緩衝部のヤング率の比が０．３以下であることが好ましい。

【0016】

この場合、ファイバ構造体が温度変化の大きい環境下に置かれても、固定部のヤング率に対する緩衝部のヤング率の比が０．３を超える場合に比べて、光ファイバ部の被固定部が、光ファイバ部の位置規制部に対して、より曲げられにくくなり、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下をより抑制することができる。

【0017】

上記ファイバ構造体においては、前記ベース部が、前記主面と前記緩衝部との間に設けられ、前記主面から前記光ファイバ部に向かって突出する突出部を有することが好ましい。

【0018】

この場合、ファイバ構造体が高温環境下に置かれ、固定部の膨張に伴って緩衝部が固定部から押圧されて圧縮される場合に、ベース部が突出部を有しない場合に比べて、緩衝部が、突出部よりも外側にまで広がりやすくなり、固定部から緩衝部への応力が緩和されやすくなる。その結果、光ファイバ部の被固定部が、光ファイバ部の位置規制部に対して、より一層曲げられにくくなり、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下をより抑制することができる。

【0019】

また本発明は、第１ファイバ構造体と、第２ファイバ構造体とを備える光コンバイナであって、前記第１ファイバ構造体及び前記第２ファイバ構造体が、上述したファイバ構造体からなり、前記第１ファイバ構造体においては、前記光ファイバ部が複数本の前記光ファイバ素線を有し、前記第２ファイバ構造体においては、前記光ファイバ部が１本の前記光ファイバ素線を有し、前記第１ファイバ構造体の前記光ファイバ部の端面と、前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ部の端面とが融着接続され、前記第１ファイバ構造体の前記支持部材が、前記第２ファイバ構造体の前記支持部材を兼ねている、光コンバイナである。

【0020】

この光コンバイナによれば、第１ファイバ構造体が温度変化の大きい環境下に置かれても、第１光ファイバ部の被固定部が、第１光ファイバ部の位置規制部に対して、曲げられにくくなる。一方、第２ファイバ構造体が温度変化の大きい環境下に置かれても、第２光ファイバ部の被固定部が、第２光ファイバ部の位置規制部に対して、曲げられにくくなる。このため、本発明の光コンバインナによれば、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。

【0021】

また、本発明は、上述した光コンバイナと、前記光コンバイナの前記第２ファイバ構造体の前記光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部と、前記光コンバイナの前記第１ファイバ構造体の複数本の前記光ファイバ素線の各々に励起光を入射させる励起光源とを備えるレーザ光源である。

【0022】

このレーザ光源によれば、励起光源から、光コンバイナの第１ファイバ構造体の複数本の光ファイバ素線の各々に励起光が入射され、光コンバイナの第２ファイバ構造体の光ファイバ素線から出射される光に基づいて特定の波長の光が光共振部からレーザ光として出射される。このとき、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。従って、本発明のレーザ光源が温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ光源から出力されるビーム品質の低下を抑制することができる。

【0023】

さらに、本発明は、複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源から入射されるレーザ光を結合して出射させる光コンバイナとを備え、前記光コンバイナが、上述した光コンバイナからなる、レーザ装置である。

【0024】

このレーザ装置によれば、複数のレーザ光源からレーザ光が光コンバイナの第１ファイバ構造体に入射され、結合されて第２ファイバ構造体からレーザ光として出射される。このとき、光コンバイナが、上述した光コンバイナからなり、光コンバイナが温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。従って、本発明のレーザ装置が温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ装置から出力されるビーム品質の低下を抑制することができる。

【0025】

上記レーザ装置においては、前記レーザ光源が、上述したレーザ光源からなることが好ましい。

【0026】

この場合、レーザ光源が、上述したレーザ光源からなり、温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ光源から出力されるビーム品質の低下を抑制することができる。このため、本発明のレーザ装置が温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ装置から出力されるビーム品質の低下をより抑制することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナから出力されるビームの品質の低下を抑制することができるファイバ構造体、光コンバイナ、レーザ光源及びレーザ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の光コンバイナの一実施形態を示す平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った部分切断面端面図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【図5】図３の光ファイバ素線を示す拡大図である。

【図6】本発明の光コンバイナの効果を示すために使用される解析モデルとしての光コンバイナを示す部分側面図である。

【図7】図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。

【図8】図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図9】光コンバイナ（３－１～３－４）における被覆光ファイバのＹ方向の変位量とＺ座標との関係を示すグラフである。

【図10】光コンバイナ（３－１～３－４）における被覆光ファイバの曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）とＺ座標との関係を示すグラフである。

【図11】光コンバイナ（１－１～１－４，２－１～２－４及び３－１～３－４）における曲率積分値（ピーク面積の総和）を示すグラフである。

【図12】本発明のレーザ光源の一実施形態を示す概略図である。

【図13】本発明のレーザ装置の一実施形態を示す概略図である。

【図14】本発明の光コンバイナの他の実施形態を示す部分切断面端面図である。

【図15】本発明の光コンバイナのさらに他の実施形態を示す部分切断面端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

＜光コンバイナ＞
以下、本発明の光コンバイナの実施形態について図１～５を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の光コンバイナの一実施形態を示す平面図、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った部分切断面端面図、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図、図５は、図３の光ファイバ素線を示す拡大図である。

【0030】

図１及び図２に示すように、光コンバイナ１００は、複数本の光ファイバ素線２１を有する第１光ファイバ部１０１ａを有する第１ファイバ構造体１０１と、１本の光ファイバ素線２１を有する第２光ファイバ部１０２ａを有する第２ファイバ構造体１０２とを備えている。

【0031】

第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２は、第１光ファイバ部１０１ａ及び第２光ファイバ部１０２ａを収容して支持する収容溝１０ａを有する支持部材１０を備えている。支持部材１０は、ベース部１１と、ベース部１１の主面１１ａの両縁部からそれぞれ延びて互いに対向する２つの側壁部１２とを有している（図３及び図４参照）。ここで、第１ファイバ構造体１０１における支持部材１０は、第２ファイバ構造体１０１における支持部材１０を兼ねている。

【0032】

第１ファイバ構造体１０１は、第１光ファイバ部１０１ａを支持部材１０に固定する第１固定部３０と、第１固定部３０とベース部１１の主面１１ａとの間に設けられる緩衝部５０とをさらに備えている。第１固定部３０は、２つの側壁部１２の各々に接着により固定されるとともに、緩衝部５０を介してベース部１１の主面１１ａに接着により固定されている。ここで、第１固定部３０は、第１光ファイバ部１０１ａを包囲するように設けられている。こうして第１固定部３０は支持部材１０に固定されている。緩衝部５０は、第１固定部３０よりも低いヤング率を有する。

【0033】

第１光ファイバ部１０１ａは、被覆部１０１Ａと、被覆部１０１Ａに隣接する素線露出部１０１Ｂとを有している。被覆部１０１Ａは、複数本の光ファイバ素線２１と、複数本の光ファイバ素線２１の各々を被覆する被覆２２とを有しており（図３参照）、素線露出部１０１Ｂは、露出された複数本の光ファイバ素線２１からなる。ここで、複数本の光ファイバ素線２１は被覆部１０１Ａ及び素線露出部１０１Ｂに共通の光ファイバ素線である。すなわち、被覆部１０１Ａの光ファイバ素線２１の延長部が素線露出部１０１Ｂの光ファイバ素線２１として構成されている。なお、以下、被覆部１０１Ａ及び素線露出部１０１Ｂにおける光ファイバ素線２１と被覆部１０１Ａにおける被覆２２とからなるものをまとめて光ファイバ２０と呼ぶこととする。

【0034】

一方、第２ファイバ構造体１０２は、第２光ファイバ部１０２ａを支持部材１０に固定する第２固定部３０と、第２固定部３０とベース部１１の主面１１ａとの間に設けられる緩衝部５０とをさらに備えている。第２固定部３０は、２つの側壁部１２の各々に接着により固定されるとともに、緩衝部５０を介してベース部１１の主面１１ａに接着により固定されている。ここで、第２固定部３０は、第２光ファイバ部１０２ａを包囲するように設けられている。こうして第２固定部３０は支持部材１０に固定されている。緩衝部５０は第２固定部３０よりも低いヤング率を有する。

【0035】

第２光ファイバ部１０２ａは、被覆部１０２Ａと、被覆部１０２Ａに隣接する素線露出部１０２Ｂとを有している。被覆部１０２Ａは、１本の光ファイバ素線２１と、光ファイバ素線２１を被覆する被覆２２とを有しており（図４参照）、素線露出部１０２Ｂは、露出された光ファイバ素線２１からなる。ここで、１本の光ファイバ素線２１は被覆部１０２Ａ及び素線露出部１０２Ｂに共通の光ファイバ素線である。すなわち、被覆部１０２Ａの光ファイバ素線２１の延長部が素線露出部１０２Ｂの光ファイバ素線２１として構成されている。なお、以下、被覆部１０２Ａ及び素線露出部１０２Ｂにおける光ファイバ素線２１と被覆部１０２Ａにおける被覆２２とからなるものもまとめて光ファイバ２０と呼ぶこととする。

【0036】

そして、第１ファイバ構造体１０１の第１光ファイバ部１０１ａの素線露出部１０１Ｂの端面と、第２ファイバ構造体１０２の第２光ファイバ部１０２ａの素線露出部１０２Ｂの端面とが融着接続されている。ここで、図５に示すように、光ファイバ素線２１は、コア２１ａと、コア２１ａを包囲するクラッド２１ｂとを有しており、光コンバイナ１００に入射された光は、第１ファイバ構造体１０１の光ファイバ素線２１のコア２１ａを通り、第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ素線２１のコア２１ａを通ることとなる。こうして第１ファイバ構造体１０１と第２ファイバ構造体１０２とは光結合された状態で支持部材１０の収容溝１０ａに収容されている。

【0037】

また、第１ファイバ構造体１０１は、被覆部１０１Ａと素線露出部１０１Ｂとの境界を覆う封止部４０を備えている。

【0038】

一方、第２ファイバ構造体１０２も、被覆部１０２Ａと素線露出部１０２Ｂとの境界を覆う封止部４０を備えている。

【0039】

封止部４０は、支持部材１０のベース部１１の主面１１ａ、及び２つの側壁部１２の各々に接着されている。

【0040】

また、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２においては、封止部４０は、第１固定部３０及び第２固定部３０にそれぞれ接着されている。ここで、第１固定部３０及び第２固定部３０は、支持部材１０に対して封止部４０よりも大きい接着強度を有する。

【0041】

上記光コンバイナ１００によれば、第１ファイバ構造体１０１の第１光ファイバ部１０１ａの素線露出部１０１Ｂの端面と、第２ファイバ構造体１０２の第２光ファイバ部１０２ａの素線露出部１０２Ｂの端面とが融着接続されている。このため、第１ファイバ構造体１０１の光ファイバ部１０１ａは第２ファイバ構造体１０２によって規制されることとなる。

【0042】

このとき、第１ファイバ構造体１０１が高温環境下に置かれると、第１固定部３０が膨張し、緩衝部５０を介してベース部１１の主面１１ａを押圧する。このとき、緩衝部５０は第１固定部３０よりも低いヤング率を有しており、第１固定部３０よりも柔らかくなっている。このため、第１固定部３０が膨張しても、第１固定部３０からベース部１１への押圧力が緩衝部５０によって緩和される。その結果、ベース部１１から第１固定部３０への反作用が小さくなり、第１固定部３０がベース部１１から離間する方向へ受ける応力が小さくなる。それに伴い、第１光ファイバ部１０１ａのうち第１固定部３０で固定されている被固定部の位置がベース部１１から離間する方向にずらされにくくなる。その結果、第１光ファイバ部１０１ａのうち第１固定部３０と第２光ファイバ部１０２ａの端面との間で第２光ファイバ部１０２ａによって位置が規制されている位置規制部に対して、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部が曲げられにくくなる。

【0043】

一方、第１ファイバ構造体１０１が低温環境下に置かれると、第１固定部３０が収縮し、緩衝部５０を介してベース部１１の主面１１ａが第１固定部３０の方へ引っ張られる。このとき、緩衝部５０は第１固定部３０よりも低いヤング率を有しており、第１固定部３０よりも柔らかくなっている。このため、第１固定部３０が収縮しても、緩衝部５０が伸びるため、第１固定部３０からベース部１１への反作用が小さくなり、第１固定部３０がベース部１１の主面１１ａの方向へ受ける応力が小さくなる。それに伴い、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部の位置がベース部１１に近づく方向にずらされにくくなる。その結果、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部が、第１光ファイバ部１０１ａの位置規制部に対して、曲げられにくくなる。

【0044】

このように、第１ファイバ構造体１０１によれば、温度変化の大きい環境下に置かれても、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部が、第１光ファイバ部１０１ａの位置規制部に対して、曲げられにくくなる。

【0045】

同様に、第２ファイバ構造体１０２によれば、温度変化の大きい環境下に置かれても、第２光ファイバ部１０２ａのうち第２固定部３０で固定されている被固定部が、第２固定部３０と第１光ファイバ部１０１ａの端面との間で第１ファイバ構造体１０１の光ファイバ部１０１ａによって位置が規制されている位置規制部に対して、曲げられにくくなる。

【0046】

以上のことから、光コンバイナ１００によれば、光コンバイナ１００から出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。

【0047】

また、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２においては、封止部４０が、第１固定部３０及び第２固定部３０にそれぞれ接着され、第１固定部３０及び第２固定部３０は、支持部材１０に対して封止部４０よりも大きい接着強度を有する。

【0048】

このように、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２が、支持部材１０に対して封止部４０より大きい接着強度を有する第１固定部３０及び第２固定部３０で支持部材１０に固定されることで、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の支持部材１０への固定が補強される。このため、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２と支持部材１０との分離を抑制することができる。

【0049】

次に、光コンバイナ１００における支持部材１０、光ファイバ２０、第１固定部３０、第２固定部３０、封止部４０及び緩衝部５０について詳細に説明する。

【0050】

（支持部材）
支持部材１０を構成する材料は、特に制限されるものではなく、樹脂又は無機材料のいずれであってもよいが、無機材料で構成されることが好ましい。この場合、無機材料は、樹脂に比べて硬質であるため、第１光ファイバ部１０１ａ及び第２光ファイバ部１０２ａを外力や衝撃、振動から保護できる。また、無機材料は樹脂に比べて熱膨張係数が小さいため、周囲の温度環境の変化に伴う熱膨張又は熱収縮が抑制され、光ファイバ２０にマイクロベンドを発生させることが抑制され、光ファイバ２０における光学特性の低下を抑制することができる。このような無機材料としては、例えばネオセラム（登録商標）や石英などのガラス材料が挙げられる。

【0051】

（光ファイバ）
光ファイバ２０は、光ファイバ素線２１と被覆２２とを有する。ここで、被覆２２は、光ファイバ素線２１のクラッド２１ｂの屈折率よりも小さい屈折率を有する材料で構成されることが好ましい。被覆２２を構成する材料としては、例えばシリコン樹脂及びポリアミド樹脂などが挙げられる。

【0052】

（第１固定部及び第２固定部）
第１固定部３０及び第２固定部３０は、支持部材１０に第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２を固定させることができる材料で構成されればよい。第１固定部３０及び第２固定部３０を構成する材料としては、例えばシリコン樹脂及びエポキシ樹脂などが挙げられる。

【0053】

第１固定部３０及び第２固定部３０のヤング率はそれぞれ、特に制限されるものではないが、通常は０．１ＭＰａ以上であり、好ましくは１ＭＰａ以上である。但し、第１固定部３０又は第２固定部３０のヤング率は、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、本明細書において、ヤング率は、室温（２３℃）における値をいうものとする。

【0054】

（封止部）
封止部４０は、封止性能を有する材料で構成されればよく、このような材料としては、例えば下記式（１）で表される構造を有するフッ素樹脂を含む。

【化1】

（上記式（１）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。）

【0055】

このフッ素樹脂は、下記式（２）で表される構造を主鎖に含む架橋性化合物を紫外線又は加熱によって架橋させることによって得ることができる。

【化2】

（上記式（２）中、Ｒは、二価の有機フッ素化合物基を表し、ｎは１以上の整数を表す。Ｒ^１～Ｒ^４は各々独立に、有機基を表す。）

【0056】

上記式（１）及び（２）におけるＲは二価の有機フッ素化合物基であればよく、二価の有機フッ素化合物基としては、例えば－ＣＦ_２－ＣＦ（ＣＦ_３）－Ｏ－、－ＣＦ_２－Ｏ－、－ＣＦ_２－ＣＦ_２－Ｏ－、－ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－Ｏ－が好ましい。

【0057】

この場合、封止部４０が、Ｃ－Ｃ結合やＣ－Ｈ結合よりも大きな結合エネルギーを有するＣ－Ｆ結合及びＳｉ－Ｏ結合を有することとなるため、封止部４０の耐熱性がより向上し、第１ファイバ構造体１０１及び第２ファイバ構造体１０２の耐久性をより向上させることができる。

【0058】

上記式（２）におけるＲ^１～Ｒ^４で表される有機基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の、末端にＣＨ_２＝ＣＨ－構造を有する基、及び、アルキル基などの炭化水素基が挙げられる。

【0059】

封止部４０の屈折率は特に制限されないが、クラッド２１ｂの屈折率よりも小さいことが好ましい。この場合、光ファイバ素線２１内に光を閉じ込めることが可能となる。

【0060】

封止部４０のヤング率は特に制限されるものではないが、１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

【0061】

この場合、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に光が入射され、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２から出射されると、封止部４０のヤング率が１０ＭＰａを超える場合に比べて、出射される光のビーム品質をより向上させることができる。

【0062】

但し、封止部４０の形状を維持するという理由から、封止部４０のヤング率は、１ｋＰａ以上であることが好ましい。

【0063】

（緩衝部）
緩衝部５０は、第１固定部３０及び第２固定部３０よりも低いヤング率を有するものであればよい。すなわち、第１固定部３０又は第２固定部３０のヤング率に対する緩衝部５０のヤング率の比率Ｒは１より小さければよい。

【0064】

但し、Ｒは、０．３以下であることが好ましい。この場合、光コンバイナ１００が温度変化の大きい環境下に置かれても、Ｒが０．３を超える場合に比べて、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部が、第１光ファイバ部１０１ａの位置規制部に対して、より曲げられにくくなる。また、第２光ファイバ部１０２ａの被固定部も、第２光ファイバ部１０２ａの位置規制部に対して、より曲げられにくくなる。このため、光コンバイナ１００から出力されるビームの品質の低下をより抑制することができる。

【0065】

但し、緩衝部５０がその形状を維持できるヤング率であること、高ヤング率の第１固定部３０及び第２固定部３０により光ファイバ素線２１に過大な応力が加わるのを防ぐことを考慮して、Ｒは１×１０^-5以上であることが好ましい。

【0066】

また、緩衝部５０は、ベース部１１のヤング率以上のヤング率を有していてもよく、ベース部１１のヤング率より低いヤング率を有していてもよいが、緩衝部５０は、ベース部１１のヤング率より低いヤング率を有している場合に特に有効に機能する。ベース部１１のヤング率に対する緩衝部５０のヤング率の比率Ｒ１は１より小さければよい。

【0067】

ここで、本発明の効果を確認するために、以下の構成を有する光コンバイナを解析モデルとし、以下の解析条件で、且つ、表１に示すように固定部及び緩衝部のヤング率の組み合わせが異なる１２個の光コンバイナ（１－１～１－４，２－１～２－４及び３－１～３－４）について解析を行った。このとき、解析に際しては、有限要素法解析ソフトウェア（製品名「ＡＮＳＹＳ」、アンシスインコーポレーテッド社製）を使用した。結果を図９～１１に示す。

【0068】

図９は、図６に示す光コンバイナ（３－１～３－４）についての光ファイバ２０におけるＹ方向の変位量とＺ座標との関係、すなわち光ファイバ２０におけるＹ方向の変位量分布を示すグラフであり、図１０は、図６に示す光コンバイナ（３－１～３－４）についての光ファイバ２０における曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）とＺ座標との関係、すなわち光ファイバ２０における曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）の分布を示すグラフである。

【0069】

図１１は、図６に示す光コンバイナ（１－１～１－４，２－１～２－４及び３－１～３－４）における曲率積分値を示すグラフである。ここで、曲率積分値とは、図１０において、第１光ファイバ部の領域（ｚ座標＝０～４０ｍｍ）における曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）のピークの面積の積分値（総和）を示す。

【0070】

なお、図９には、緩衝部５０がない場合の光ファイバ２０におけるＹ方向の変位量分布も示してあり、図１０には、緩衝部５０がない場合の光ファイバ２０の曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）の分布を示してある。また図９及び図１０において、ｚ座標４０ｍｍにおける破線は、第１光ファイバ部１０１ａと第２光ファイバ部１０２ａとの融着箇所を示す。さらに図１１には、緩衝部５０がない場合の曲率積分値も示してある。

【0071】

＜光コンバイナの構成＞
光コンバイナの構成は以下の通りとした。
（第１光ファイバ部）
光ファイバ素線の本数：７本
外径：１７５μｍ
光ファイバ素線の材料：石英
光ファイバ素線の物性値：ヤング率Ｅ＝７２０００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．１７
被覆の外径：３９０μｍ
被覆の物性値：ヤング率Ｅ＝７００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．３５
素線露出部のＺ方向の長さ：２０ｍｍ（図６参照）
被覆部のうち第１固定部を除いた部分の長さ：５ｍｍ（図６参照）
（第２光ファイバ部）
光ファイバ素線の本数：１本
外径：５５０μｍ
光ファイバ素線の材料：石英
光ファイバ素線の物性値：ヤング率Ｅ＝７２０００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．１７
被覆の外径：８００μｍ
被覆の物性値：ヤング率Ｅ＝７００ＭＰａ、ポアソン比ν＝０．３５
素線露出部のＺ方向の長さ：２０ｍｍ（図６参照）
被覆部のうち第２固定部を除いた部分の長さ：５ｍｍ（図６参照）
（第１固定部）
第１固定部のＺ方向の長さ：１５ｍｍ（図６参照）
第１固定部の断面の寸法：１．５ｍｍ×１．５ｍｍ（図７参照）
（第２固定部）
第２固定部のＺ方向の長さ：１５ｍｍ（図６参照）
第２固定部の断面の寸法：１．５ｍｍ×１．５ｍｍ（図８参照）
（緩衝部）
Ｘ方向の幅：１．５ｍｍ
Ｙ方向の厚さ：０．５ｍｍ
Ｚ方向の長さ：１５ｍｍ
＜解析条件＞
解析は、第１固定部３０及び第２固定部３０の熱膨張率（＝熱膨張係数α×ΔＴ）が－１％となる温度条件で行った。

【表1】

【0072】

図９に示す結果より、緩衝部５０を有する光コンバイナでは、Ｚ座標が０～１６ｍｍ又は６４～８０ｍｍであるとき、すなわち、光ファイバ２０が固定部３０で固定されている領域では、緩衝部５０を有しない光コンバイナに比べて、Ｙ方向の変位量が顕著に小さくなることが分かる。なお、図９は、３－１～３－４の光コンバイナについての結果を示しているが、１－１～１－４及び２－１～２－４の光コンバイナについても同様の結果が得られている。

【0073】

また図１０に示す結果より、緩衝部５０を有する光コンバイナでは、Ｚ座標が０～１６ｍｍ又は６４～８０ｍｍであるとき、すなわち、光ファイバ２０が固定部３０で固定されている領域では、緩衝部５０を有しない光コンバイナに比べて、曲率半径ｒの逆数のピークが顕著に小さくなることが分かる。なお、図１０は、３－１～３－４の光コンバイナについての結果を示しているが、１－１～１－４及び２－１～２－４の光コンバイナについても同様の結果が得られている。ここで、曲率半径ｒの逆数のピークは、大きく曲げられているほど大きくなり、小さく曲げられるほど小さくなる。

【0074】

さらに図１１に示す結果より、緩衝部５０を有する光コンバイナでは、固定部３０のヤング率の大小にかかわらず、緩衝部５０を有しない光コンバイナに比べて、曲率積分値が顕著に小さくなることが分かる。

【0075】

以上のことから、緩衝部５０を有する光コンバイナでは、緩衝部５０を有しない光コンバイナに比べて、光ファイバ２０が固定部３０によって曲げられにくくなることが分かる。従って、本発明の光コンバイナによれば、出力されるビームの品質の低下を抑制できるものと考えられる。

【0076】

＜レーザ光源＞
次に、本発明のレーザ光源の実施形態について図１２を参照しながら説明する。図１２は、本発明のレーザ光源の一実施形態を示す概略図である。

【0077】

図１２に示すように、レーザ光源２００は、光コンバイナ１００と、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１から出射される光に基づいて特定の波長の光をレーザ光として出射させる光共振部２０１と、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１の複数本の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１の各々に励起光を入射させる励起光源Ｄ１～Ｄ７と、光共振部２０１からレーザ光として出射される光を出力する出力用ファイバ２０５とを備える。

【0078】

このレーザ光源２００によれば、励起光源Ｄ１～Ｄ７から、光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１の複数本の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１の各々に励起光が入射され、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０の光ファイバ素線２１から出射される光に基づいて特定の波長の光が光共振部２０１からレーザ光として出射され、このレーザ光が出力用ファイバ２０５から出力される。このとき、既に述べたように、光コンバイナ１００が温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナ１００から出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。従って、レーザ光源２００が温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ光源２００から出力されるビーム品質の低下を抑制することができる。

【0079】

励起光源Ｄ１～Ｄ７は、励起光を出射するものであればよく、励起光源Ｄ１～Ｄ７としては、例えばレーザダイオード等を用いることができる。

【0080】

光共振部２０１は、増幅用光ファイバ２０２と、その一端に設けられる第１反射部２０３と、その他端に設けられる第２反射部２０４とを備えている。第１反射部２０３は、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０に接続され、第２反射部２０４は、出力用ファイバ２０５に接続されている。光共振部２０１では、入射された励起光により自然放出光が発生し、発生した自然放出光のうち第１反射部２０３及び第２反射部２０４によって選択的に反射された特定の波長の光を種として光の誘導放出が起こり、この誘導放出が繰り返されることで特定の波長の光がレーザ光として出力される。

【0081】

第１反射部２０３及び第２反射部２０４は、例えばファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）等で構成されている。

【0082】

増幅用光ファイバ２０２は、希土類元素添加光ファイバで構成される。希土類元素は、特に制限されるものではないが、希土類元素としては、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）などが用いられる。

【0083】

なお、励起光源Ｄ１～Ｄ７の数は、７個となっているが、７個に限定されるものではない。光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に含まれる光ファイバ２０の本数に応じて適宜変更が可能である。

【0084】

＜レーザ装置＞
次に、本発明のレーザ装置の実施形態について図１３を参照しながら説明する。図１３は、本発明のレーザ装置の一実施形態を示す概略図である。

【0085】

図１３に示すように、レーザ装置３００は、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７と、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７から入射されるレーザ光を結合して出力する光コンバイナ１００と、光コンバイナ１００の第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０に接続される出力用ファイバ３０１とを備えている。

【0086】

このレーザ装置３００によれば、複数のレーザ光源Ｌ１～Ｌ７からレーザ光が光コンバイナ１００の第１ファイバ構造体１０１に入射され、結合されて第２ファイバ構造体１０２の光ファイバ２０から出射され、この出射光が出力用ファイバ３０１から出力される。このとき、既に述べたように、光コンバイナ１００が温度変化の大きい環境下に置かれても、光コンバイナ１００から出力されるビームの品質の低下を抑制することができる。従って、レーザ装置３００が温度変化の大きい環境下に置かれても、レーザ装置３００から出力されるビーム品質の低下を抑制することができる。

【0087】

上記レーザ装置３００においては、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７は、レーザ光源であればいかなるものでもよく、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７としては、例えばレーザダイオード、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、上述したレーザ光源２００などが挙げられる。中でも、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７は、上述したレーザ光源２００からなることが好ましい。

【0088】

この場合、レーザ光源Ｌ１～Ｌ７が上述したレーザ光源２００からなり、耐久性を向上させることが可能な光コンバイナ１００を有する。このため、レーザ装置３００は、より耐久性を向上させることが可能となる。

【0089】

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、第１固定部３０及び第２固定部３０が封止部４０に接着されているが、図１４に示す光コンバイナ４００のように、第１固定部３０及び第２固定部３０はそれぞれ封止部４０から離間していてもよい。

【0090】

また、上記実施形態では、封止部４０が、ベース部１１の主面１１ａ及び２つの側壁部１２の各々に接着されているが、ベース部１１の主面１１ａには接着されていなくてもよく、ベース部１１の主面１１ａから離間していてもよい。あるいは、封止部４０は、ベース部１１の主面１１ａにのみ接着され、側壁部１２には接着されていなくてもよい。

【0091】

また、上記実施形態では、封止部４０は省略されてもよい。

【0092】

さらに、上記実施形態では、第１固定部３０が第１光ファイバ部１０１ａを包囲するように設けられているが、第１固定部３０は、第１光ファイバ部１０１ａを支持部材１０のベース部１１の主面１１ａ及び側壁部１２の各々に固定されれば必ずしも第１光ファイバ部１０１ａを包囲していなくてもよい。同様に、第２固定部３０も、第２光ファイバ部１０２ａを支持部材１０のベース部１１の主面１１ａ及び側壁部１２の各々に固定されれば必ずしも第２光ファイバ部１０２ａを包囲していなくてもよい。

【0093】

さらに、上記実施形態では、緩衝部５０が支持部材１０のベース部１１の主面１１ａ上に直接設けられているが、ベース部１１の主面１１ａに凹部（図示せず）が形成され、その凹部の上に緩衝部５０が設けられてもよく、図１５に示す光コンバイナ５００のように、ベース部１１の主面１１ａ上に、主面１１ａから第１光ファイバ部１０１ａに向かって突出する突出部１３が設けられ、その突出部１３の上に緩衝部５０が設けられてもよい。このうち、ベース部１１の主面１１ａ上に、主面１１ａから第１光ファイバ部１０１ａに向かって突出する突出部１３が設けられ、その突出部１３の上に緩衝部５０が設けられることが好ましい。この場合、光コンバイナ１００が高温環境下に置かれ、第１固定部３０の膨張に伴って緩衝部５０が第１固定部３０から押圧されて圧縮される場合に、ベース部１１が突出部１３を有しない場合に比べて、緩衝部５０が、突出部１３よりも外側にまで広がりやすくなり、第１固定部３０から緩衝部５０への応力が緩和されやすくなる。その結果、第１光ファイバ部１０１ａの被固定部が、第１光ファイバ部１０１ａの位置規制部に対して、より一層曲げられにくくなる。

【0094】

また、ベース部１１の主面１１ａ上に、主面１１ａから第２光ファイバ部１０２ａに向かって突出する突出部１３が設けられ、その突出部１３の上に緩衝部５０が設けられてもよい。この場合、第２光ファイバ部１０２ａの被固定部も、第２光ファイバ部１０２ａの位置規制部に対して、より一層曲げられにくくなる。従って、光コンバイナ１００から出力されるビームの品質の低下をより一層抑制することができる。

【0095】

突出部１３のうち緩衝部５０側の主面は、緩衝部５０のうちベース部１１側の面全体と接触していてもよく、緩衝部５０のうちベース部１１側の面の一部と接触していてもよいが、緩衝部５０のうちベース部１１側の面全体と接触していることが好ましい。この場合、緩衝部５０の緩衝作用を効果的に発揮させることができる。

【0096】

なお、緩衝部５０と封止部４０とは離間していることが好ましい。この場合、緩衝部５０と封止部４０との間に空間が形成されるため、第１固定部３０又は第２固定部３０によって緩衝部５０が圧縮される際に、緩衝部５０がその空間にまで広がることが可能となり、緩衝部５０が圧縮されやすくなり、緩衝部５０の緩衝作用をより効果的に発揮させることができる。

【符号の説明】

【0097】

１０…支持部材
１１…ベース部
１１ａ…主面
１２…側壁部
１３…突出部
２１…光ファイバ素線
３０…第１固定部、第２固定部
５０…緩衝部
１００，４００，５００…光コンバイナ
１０１…第１ファイバ構造体
１０１ａ…第１光ファイバ部
１０２…第２ファイバ構造体
１０２ａ…第２光ファイバ部
２００…レーザ光源
２０１…光共振部
３００…レーザ装置
３０１…出力用ファイバ
Ｄ１～Ｄ７…励起光源
Ｌ１～Ｌ７…レーザ光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】