特許 7405695 光源モジュール

(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】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】光源モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/09 20060101AFI20231219BHJP

   H01S 5/02 20060101ALI20231219BHJP

   H01S 5/34 20060101ALI20231219BHJP

   G02B 26/00 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G02B27/09

H01S5/02

H01S5/34

G02B26/00

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020091242

(22)【出願日】2020-05-26

(65)【公開番号】P2021096454

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-11-08

(31)【優先権主張番号】P 2019225468

(32)【優先日】2019-12-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／分子振動を利用する高効率加工プロセス用中赤外高出カレーザー光源開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】落合 隆英

(72)【発明者】

【氏名】秋草 直大

(72)【発明者】

【氏名】道垣内 龍男

(72)【発明者】

【氏名】枝村 忠孝

【審査官】河村 麻梨子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４３７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２５８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０９８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３０９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２６７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００５３７２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／４６、２６／００、２７／０９、２７／４８

Ｈ０１Ｓ ５／０２、 ５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から出力された光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの第１部分が直線状に延在するように、前記第１部分の両端を保持する一対の保持部材と、
前記第１部分の延在方向と交差する第１方向に沿って前記第１部分を振動させる第１振動部と、
前記延在方向と交差し且つ前記第１方向とは異なる第２方向に沿って、前記第１振動部とは異なる位置において前記第１部分を振動させる第２振動部と、を備える光源モジュール。

【請求項2】

前記光ファイバの第２部分は、前記第２部分に応力が加わるように曲げられている、請求項１に記載の光源モジュール。

【請求項3】

前記光ファイバの第２部分は、少なくとも１周巻かれている、請求項１又は２に記載の光源モジュール。

【請求項4】

前記第２部分は、前記第１部分に対して、前記光ファイバによる前記光の導光方向における下流側に位置している、請求項２又は３に記載の光源モジュール。

【請求項5】

前記光ファイバの出力端を保持する保持ユニットを更に備え、
前記光ファイバは、前記第２部分に対して前記導光方向における下流側に位置する第３部分を有し、
前記保持ユニットは、可撓性を有する筒状部材を含み、
前記第３部分は、前記筒状部材内に配置されている、請求項４に記載の光源モジュール。

【請求項6】

前記第１振動部及び前記第２振動部の少なくとも一方は、板状部材と、前記板状部材に固定され、前記板状部材を振動させる振動体と、を有し、
前記光ファイバの前記第１部分は、前記板状部材に固定されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項7】

前記第１振動部は、前記第１方向と垂直に延在する第１板状部材と、前記第１板状部材に固定され、前記第１板状部材を振動させる第１振動体と、を有し、
前記第２振動部は、前記第２方向と垂直に延在する第２板状部材と、前記第２板状部材に固定され、前記第２板状部材を振動させる第２振動体と、を有し、
前記光ファイバの前記第１部分は、前記第１板状部材及び前記第２板状部材の各々に固定されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項8】

前記光源は、量子カスケードレーザである、請求項１～７のいずれか一項に記載に記載の光源モジュール。

【請求項9】

前記光ファイバの一部である圧縮部分に圧縮力を作用させる圧縮部を更に備え、
前記圧縮部分は、前記圧縮力により、前記圧縮部分の延在方向と交差する少なくとも１つの方向に圧縮されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項10】

前記圧縮部分は、前記光ファイバにおける前記第１部分以外の一部である、請求項９に記載の光源モジュール。

【請求項11】

前記圧縮部は、前記一対の保持部材の一方によって構成されている、請求項９又は１０に記載の光源モジュール。

【請求項12】

前記圧縮部は、前記圧縮力の大きさが変更可能となるように構成されている、請求項９～１１のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項13】

前記光源、前記光ファイバ、前記一対の保持部材、前記第１振動部及び前記第２振動部を収容する筐体を更に備え、
前記圧縮部分は、前記光ファイバにおける前記筐体の外部に位置する一部である、請求項９，１０，１２のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項14】

前記圧縮部分は、前記圧縮部分の延在方向と交差する単一の方向に沿って圧縮されている、請求項９～１３のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項15】

前記圧縮部分は、全周にわたって圧縮されている、請求項９～１３のいずれか一項に記載の光源モジュール。

【請求項16】

光源と、
前記光源から出力された光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの第１部分が直線状に延在するように、前記第１部分の両端を保持する一対の保持部材と、
前記第１部分の延在方向と交差する第１方向に沿って前記第１部分を振動させる第１振動部と、
前記延在方向と交差し且つ前記第１方向とは異なる第２方向に沿って前記第１部分を振動させる第２振動部と、
前記光ファイバの出力端を保持する保持ユニットと、を備え、
前記光ファイバの第２部分は、前記第２部分に応力が加わるように曲げられており、
前記第２部分は、前記第１部分に対して、前記光ファイバによる前記光の導光方向における下流側に位置しており、
前記光ファイバは、前記第２部分に対して前記導光方向における下流側に位置する第３部分を有し、
前記保持ユニットは、可撓性を有する筒状部材を含み、
前記第３部分は、前記筒状部材内に配置されている、光源モジュール。

【請求項17】

光源と、
前記光源から出力された光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの第１部分が直線状に延在するように、前記第１部分の両端を保持する一対の保持部材と、
前記第１部分の延在方向と交差する第１方向に沿って前記第１部分を振動させる第１振動部と、
前記延在方向と交差し且つ前記第１方向とは異なる第２方向に沿って前記第１部分を振動させる第２振動部と、
前記光ファイバの一部である圧縮部分に圧縮力を作用させる圧縮部と、を備え、
前記圧縮部分は、前記圧縮力により、前記圧縮部分の延在方向と交差する少なくとも１つの方向に圧縮されており、
前記圧縮部は、前記圧縮力の大きさが変更可能となるように構成されている、光源モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光源モジュールとして、光源と、光源から出力された光を導光する光ファイバと、光ファイバを振動させる振動手段と、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。この光源モジュールでは、振動手段によって光ファイバを振動させることにより、出力光におけるスペックルノイズの低減が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１５６６９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、出力光の空間的な均一性を高めることができる光源モジュール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】

【0005】

本発明の光源モジュールは、光源と、光源から出力された光を導光する光ファイバと、光ファイバの第１部分が直線状に延在するように、第１部分の両端を保持する一対の保持部材と、第１部分の延在方向と交差する第１方向に沿って第１部分を振動させる第１振動部と、延在方向と交差し且つ第１方向とは異なる第２方向に沿って第１部分を振動させる第２振動部と、を備える。

【0006】

この光源モジュールでは、一対の保持部材によって両端が保持されることにより、光ファイバの第１部分が直線状に延在している。第１部分は、第１振動部により、第１部分の延在方向と交差する第１方向に沿って振動させられると共に、第２振動部により、第１部分の延在方向と交差し且つ第１方向とは異なる第２方向に沿って振動させられる。上述した従来の光源モジュールのように１つの方向のみに沿って光ファイバが振動させられる場合、光ファイバの固有振動数に依拠する振動（定在波）が生じてしまうおそれがある。これに対し、この光源モジュールでは、互いに異なる第１方向及び第２方向に沿って直線状の第１部分を振動させるため、そのような定在波の発生を抑制することができ、出力光の空間的な均一性を高めることができる。

【0007】

光ファイバの第２部分は、第２部分に応力が加わるように曲げられていてもよい。この場合、第２部分内において光を不規則に反射させることができ、出力光の空間的な均一性を一層高めることができる。

【0008】

光ファイバの第２部分は、少なくとも１周巻かれていてもよい。この場合、第２部分内において光を不規則に反射させることができ、出力光の空間的な均一性をより一層高めることができる。

【0009】

第２部分は、第１部分に対して、光ファイバによる光の導光方向における下流側に位置していてもよい。この場合、出力光の空間的な均一性をより一層高めることができる。

【0010】

本発明の光源モジュールは、光ファイバの出力端を保持する保持ユニットを更に備え、光ファイバは、第２部分に対して導光方向における下流側に位置する第３部分を有し、保持ユニットは、可撓性を有する筒状部材を含み、第３部分は、筒状部材内に配置されていてもよい。この場合、第３部分が内部に配置された筒状部材を動かす（曲げる）ことで、光ファイバの出力端を所望の方向に向けることができる。また、筒状部材を動かした際に、曲げられた第２部分が遊びとして機能することで、光ファイバに不要な応力が作用するのを抑制することができる。

【0011】

第１振動部及び第２振動部の少なくとも一方は、板状部材と、板状部材に固定され、板状部材を振動させる振動体と、を有し、光ファイバの第１部分は、板状部材に固定されていてもよい。この場合、板状部材及び振動体を用いて光ファイバの第１部分を振動させることができる。

【0012】

第１振動部は、第１方向と垂直に延在する第１板状部材と、第１板状部材に固定され、第１板状部材を振動させる第１振動体と、を有し、第２振動部は、第２方向と垂直に延在する第２板状部材と、第２板状部材に固定され、第２板状部材を振動させる第２振動体と、を有し、光ファイバの第１部分は、第１板状部材及び第２板状部材の各々に固定されていてもよい。この場合、光ファイバの第１部分を第１方向及び第２方向の各々に沿って独立して振動させることができる。

【0013】

光源は、量子カスケードレーザであってもよい。この場合、空間的に均一な中赤外域の光を出力光として光源モジュールから出力することができる。

【0014】

本発明の光源モジュールは、光ファイバの一部である圧縮部分に圧縮力を作用させる圧縮部を更に備え、圧縮部分は、圧縮力により、圧縮部分の延在方向と交差する少なくとも１つの方向に圧縮されていてもよい。この場合、空間的に均一なリング状の光を出力することができる。

【0015】

圧縮部分は、光ファイバにおける第１部分以外の一部であってもよい。この場合、圧縮力により第１部分の振動が阻害されるのを回避することができ、出力光の空間的な均一性を確保することができる。

【0016】

圧縮部は、一対の保持部材の一方によって構成されていてもよい。この場合、構成を簡易化することができる。

【0017】

圧縮部は、圧縮力の大きさが変更可能となるように構成されていてもよい。この場合、圧縮力を変更することにより、出力光の形状又は強度等を調整することができる。

【0018】

本発明の光源モジュールは、光源、光ファイバ、一対の保持部材、第１振動部及び第２振動部を収容する筐体を更に備え、圧縮部分は、光ファイバにおける筐体の外部に位置する一部であってもよい。この場合、圧縮部分に容易に圧縮力を作用させることができる。

【0019】

圧縮部分は、圧縮部分の延在方向と交差する単一の方向に沿って圧縮されていてもよいし、全周にわたって圧縮されていてもよい。いずれの場合にも、空間的に均一なリング状の光を出力することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、出力光の空間的な均一性を高めることができる光源モジュールを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態に係る光源モジュールを示す図である。

【図2】第１振動部を示す図である。

【図3】第２振動部を示す図である。

【図4】（ａ）～（ｄ）は、光ファイバの出力端における出力光の形状を示す図である。

【図5】（ａ）～（ｄ）は、光ファイバの出力端における出力光の形状を示すグラフである。

【図6】変形例に係る光源モジュールを示す図である。

【図7】光ファイバが圧縮部により圧縮されている様子を示す図である。

【図8】（ａ）～（ｃ）は、光ファイバの出力端における出力光の形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0023】

図１に示されるように、光源モジュール１は、光源２と、光ファイバ３と、一対の保持部材４と、第１振動部５と、第２振動部６と、筐体７と、保持ユニット８と、を備えている。筐体７は、例えば箱状に形成されており、光源２、光ファイバ３、一対の保持部材４、第１振動部５及び第２振動部６を収容している。光源モジュール１では、光源２から出力された光Ｌ１が光ファイバ３によって導光され、光ファイバ３の端部から出力光Ｌ２として外部に出力される。光源モジュール１は、例えば、樹脂材料の加工に用いられる。

【0024】

光源２は、例えば、量子カスケードレーザ（Quantum Cascade Laser）である。この場合、光源２から出力される光Ｌ１は、波長が４μｍ～１５μｍ程度の中赤外域のレーザ光である。光源２は、Ｓｂ系若しくはＰｂ系の半導体レーザダイオード、インターバンドカスケードレーザ（Interband Cascade Laser）又は光パラメトリック発振（Optical Parametric Oscillation）による波長可変固体レーザ等であってもよい。

【0025】

光ファイバ３は、マルチモードファイバである。光ファイバ３は、例えばプラスチック中空ファイバであり、その内面は銀等の金属によりコーティングされている。この場合、ファイバ内面での反射率を１００％に近づけることができ、伝送効率を高めることができる。

【0026】

光ファイバ３の入力端にはコネクタ１１が設けられており、光ファイバ３はコネクタ１１を介してアダプタ１２に固定されている。光源２から出力された光Ｌ１は、コリメートレンズ１３及び集光レンズ１４を介してアダプタ１２に入力され、光ファイバ３内に入射する。

【0027】

光ファイバ３の出力端にはコネクタ１５が設けられており、光ファイバ３はコネクタ１５を介してアダプタ１６に固定されている。出力光Ｌ２は、アダプタ１６を介して光ファイバ３から光源モジュール１の外部へ出力される。光ファイバ３の出力端は、保持ユニット８によって保持されている。保持ユニット８の詳細については後述する。

【0028】

光ファイバ３は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、を有している。第１部分３１は、光ファイバ３の長手方向における一部分であり、第２部分３２は、長手方向における別の一部分であり、第３部分３３は、長手方向における更に別の部分である。第２部分３２は、第１部分３１に対して、光ファイバ３による光Ｌ１の導光方向における下流側（光源２とは反対側）に位置している。第３部分３３は、第２部分３２に対して導光方向における下流側に位置している。

【0029】

第１部分３１の両端は、一対の保持部材４によって保持されている。これにより、第１部分３１は、延在方向Ａに沿って直線状に延在している。換言すれば、一対の保持部材４は、第１部分３１が直線状に延在するように、第１部分３１の両端を保持している。各保持部材４は、例えば光ファイバ３を挟持することにより固定可能な治具である。これらの治具は、例えば、筐体７の底面等の固定面に対して固定されている。

【0030】

第１振動部５は、一対の保持部材４の間に配置されており、延在方向Ａと交差する第１方向Ｄ１に沿って第１部分３１を振動させる（変位させる）。この例では、第１方向Ｄ１は延在方向Ａに垂直であり、鉛直方向である。

【0031】

第２振動部６は、一対の保持部材４の間に配置されており、延在方向Ａと交差し且つ第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２に沿って第１部分３１を振動させる（変位させる）。この例では、第２方向Ｄ２は延在方向Ａ及び第１方向Ｄ１に垂直であり、水平方向である。第２振動部６は、第１振動部５に対して、光ファイバ３による光Ｌ１の導光方向における下流側に位置している。

【0032】

図２に示されるように、第１振動部５は、板状部材（第１板状部材）５１と、振動体（第１振動体）５２と、支柱（支持部）５３と、を有している。板状部材５１は、例えば、金属により板状に形成されている。板状部材５１は、第２方向Ｄ２（延在方向Ａ及び第１方向Ｄ１に垂直な方向）に沿って延在している。板状部材５１の厚さは、例えば０．２ｍｍ程度である。板状部材５１を構成する金属材料は、例えばリン青銅である。この場合、板状部材５１の耐久性を高めることができる。

【0033】

板状部材５１の先端部には、抑え部材５４により光ファイバ３の第１部分３１が固定されている。具体的には、例えば、抑え部材５４と板状部材５１との間に第１部分３１が挟み込まれた状態で、ネジ等の締結部材５４ａによって抑え部材５４が板状部材５１に締結されることにより、第１部分３１が板状部材５１に固定されている。板状部材５１の基端部は、例えばネジ等の締結部材５３ａにより支柱５３の先端部に固定されている。支柱５３の基端部は、例えば、筐体７の底面等の固定面に対して固定されている。

【0034】

振動体５２は、例えば、コイン状（円柱状）の偏心モータである。偏心モータでは、形状に偏りを有する重りが回転軸に固定されており、回転軸の回転に伴って振動が発生する。振動体５２は、固定部材５２ａにより板状部材５１に固定されている。振動体５２の振動が板状部材５１を介して光ファイバ３の第１部分３１に伝わることにより、第１部分３１が第１方向Ｄ１に沿って振動させられる。

【0035】

一例として、振動体５２の中心から板状部材５１の基端までの距離Ｒ１に対する振動体５２の中心から光ファイバ３の中心までの距離Ｒ２の比であるＲ１：Ｒ２は、５：２である。この場合、板状部材５１において光ファイバ３寄りに（板状部材５１の中心よりも光ファイバ３に近い側に）振動体５２が配置されるため、振動体５２の振動を効率良く光ファイバ３に伝達することができる。また、振動体５２と光ファイバ３との間の距離を確保することができるため、抑え部材５４が破損するのを抑制することができる。

【0036】

第１振動部５による第１部分３１の振動の振動数は、例えば１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下程度である。振動数が１００Ｈｚ以上であると、後述する出力光Ｌ２の空間的な均一性を高める効果が効果的になる。振動数が１ｋＨｚ以下であると、抑え部材５４が破損するのを抑制することができる。

【0037】

図３に示されるように、第２振動部６は、板状部材（第２板状部材）６１と、振動体（第２振動体）６２と、支持部６３と、を有している。板状部材６１は、例えば、金属により板状に形成されている。板状部材６１は、第１方向Ｄ１（延在方向Ａ及び第２方向Ｄ２に垂直な方向）に沿って延在している。板状部材６１の厚さは、例えば０．２ｍｍ程度である。板状部材６１を構成する金属材料は、例えばリン青銅である。この場合、板状部材６１の耐久性を高めることができる。

【0038】

板状部材６１の先端部には、抑え部材６４により光ファイバ３の第１部分３１が固定されている。具体的には、例えば、抑え部材６４と板状部材６１との間に第１部分３１が挟み込まれた状態で、ネジ等の締結部材６４ａによって抑え部材６４が板状部材６１に締結されることにより、第１部分３１が板状部材６１に固定されている。板状部材６１の基端部は、例えばネジ等の締結部材６３ａにより支持部６３に固定されている。支持部６３は、例えば、筐体７の底面等の固定面に対して固定されている。

【0039】

振動体６２は、例えば、コイン状（円柱状）の偏心モータである。偏心モータでは、形状に偏りを有する重りが回転軸に固定されており、回転軸の回転に伴って振動が発生する。振動体６２は、固定部材６２ａにより板状部材６１に固定されている。振動体６２の振動が板状部材６１を介して光ファイバ３の第１部分３１に伝わることにより、第１部分３１が第２方向Ｄ２に沿って振動させられる。

【0040】

一例として、振動体６２の中心から板状部材６１の基端までの距離Ｒ３に対する振動体６２の中心から光ファイバ３の中心までの距離Ｒ４の比であるＲ３：Ｒ４は、５：２である。この場合、板状部材６１において光ファイバ３寄りに（板状部材６１の中心よりも光ファイバ３に近い側に）振動体６２が配置されるため、振動体６２の振動を効率良く光ファイバ３に伝達することができる。また、振動体６２と光ファイバ３との間の距離を確保することができるため、抑え部材６４が破損するのを抑制することができる。

【0041】

第２振動部６による第１部分３１の振動は、第１振動部５による第１部分３１の振動と同期していない（非同期である）。これにより、第１部分３１には、互いに異なる第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って、不規則に振動が加えられる。第２振動部６による第１部分３１の振動の振動数は、例えば１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下程度である。振動数が１００Ｈｚ以上であると、後述する出力光Ｌ２の空間的な均一性を高める効果が効果的になる。振動数が１ｋＨｚ以下であると、抑え部材６４が破損するのを抑制することができる。

【0042】

図１に示されるように、光ファイバ３の第２部分３２は、光ファイバ３が１周巻かれることにより形成された巻回部３２ａを有している。巻回部３２ａは、例えば第１方向Ｄ１から見た場合に円形状を呈している。巻回部３２ａが形成されるように第２部分３２が曲げられていることにより、巻回部３２ａには曲げ応力が作用している。換言すれば、第２部分３２は、巻回部３２ａに応力が加わるように曲げられている。

【0043】

巻回部３２ａには、光ファイバ３の伝送効率が損なわれない程度に応力が加えられている。巻回部３２ａの直径は、例えば、光ファイバ３の最小曲げ半径の２倍以上４倍以下程度である。一例として、光ファイバ３を構成する中空ファイバのコアの径が１５００μｍであり、最小曲げ半径が５ｃｍである場合、巻回部３２ａの直径は、１５ｃｍであってもよい。これにより、コアに集中していたモードがクラッドモードに漏れ出して損失が生じるのを抑制することができる。

【0044】

図１に示されるように、保持ユニット８は、筒状部材８１と、照射部８２と、を有している。照射部８２は、コリメートレンズ８４と、コリメートレンズ８４を収容する筐体８５と、を有している。筒状部材８１は、可撓性を有し、筒状に形成されている。筒状部材８１は、筐体７に固定されている。より具体的には、筐体７には挿通孔７ａが形成されており、挿通孔７ａには環状の固定部材８３が固定されている。筒状部材８１の基端部８１ａは、固定部材８３を介して筐体７に接続されている。筒状部材８１の先端部８１ｂは、照射部８２の筐体８５に接続されている。光ファイバ３は、挿通孔７ａに挿通されており、光ファイバ３の第３部分３３は、筒状部材８１内に配置されている。

【0045】

照射部８２の筐体８５内には、コリメートレンズ８４と共に、光ファイバ３の出力端に設けられたコネクタ１５及びアダプタ１６が収容されている。また、筐体８５には、出力光Ｌ２が出射される出射窓部８６が設けられている。光ファイバ３から出射した出力光Ｌ２は、コリメートレンズ８４により導光され、出射窓部８６から外部へ出力される。保持ユニット８においては、筒状部材８１の可撓性により照射部８２を動かすことが可能となっており、第３部分３３が内部に配置された筒状部材８１を動かす（曲げる）ことで、光ファイバ３の出力端を所望の方向に向けることが可能となっている。すなわち、出力光Ｌ２のフレキシブルな照射が可能となっている。
［作用及び効果］

【0046】

図４（ａ）～図４（ｄ）及び図５（ａ）～図５（ｄ）には、異なる実験条件において取得された光ファイバ３の出力端における出力光Ｌ２の形状が示されている。図４（ａ）及び図５（ａ）に示される第１例では、第１振動部５及び第２振動部６により光ファイバ３を振動させなかった。図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示される第２例では、第１振動部５及び第２振動部６の一方のみにより光ファイバ３を振動させた。図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示される第３例、並びに図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示される第４例では、第１振動部５及び第２振動部６の双方により光ファイバ３を振動させた。第１例～第３例では、光ファイバ３の第２部分３２に巻回部３２ａを形成しなかった。第４例では、光ファイバ３の第２部分３２に巻回部３２ａを形成した。

【0047】

第１例～第３例についての結果の比較から、第１振動部５及び第２振動部６によって光ファイバ３を振動させることにより、出力光Ｌ２の空間的な均一性が高められたことが分かる。すなわち、図４（ａ）及び図５（ａ）では、出力光Ｌ２が空間的に不均一に分布しているのに対し、図４（ｃ）及び図５（ｃ）では、出力光Ｌ２が中空のコアモードに集中し、単峰性のガウシアンビームに近い形状となったことが分かる。また、図４（ｃ）及び図５（ｃ）では、図４（ｂ）及び図５（ｂ）と比べて、出力光Ｌ２の空間的な均一性が高められたことが分かる。これは、第２例では１つの方向のみに沿って光ファイバ３を振動させたため、光ファイバ３の固有振動数に依拠する振動（定在波）が生じたからであると考えられる。

【0048】

また、図４（ｄ）及び図５（ｄ）では、図４（ｃ）及び図５（ｃ）と比べて、出力光Ｌ２の空間的な均一性が一層高められたことが分かる。図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示されるように、第４例では、出力光Ｌ２がトップハット形状となっていた。出力光Ｌ２がトップハット形状であることは、樹脂加工における穴空け又は溶接等への応用のために有用である。

【0049】

以上説明したとおり、光源モジュール１では、一対の保持部材４によって両端が保持されることにより、光ファイバ３の第１部分３１が直線状に延在している。第１部分３１は、第１振動部５により、第１部分３１の延在方向Ａと交差する第１方向Ｄ１に沿って振動させられると共に、第２振動部６により、第１部分３１の延在方向Ａと交差し且つ第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２に沿って振動させられる。従来の光源モジュールのように１つの方向のみに沿って光ファイバ３が振動させられる場合、光ファイバ３の固有振動数に依拠する振動（定在波）が生じてしまうおそれがある。これに対し、光源モジュール１では、互いに異なる第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って直線状の第１部分３１を振動させるため、そのような定在波の発生を抑制することができ、出力光Ｌ２の空間的な均一性を高めることができる。

【0050】

なお、「第１部分３１が直線状に延在している」とは、第１部分３１が許容可能な程度の撓みをもって直線状に延在している場合を含む意味である。許容可能な撓み量は、例えば、光ファイバ３の径（内径）が１５００μｍである場合、１ｍｍ程度である。すなわち、許容可能な撓み量は、光ファイバ３の径よりも小さい。或いは、許容可能な撓み量は、光ファイバ３の延在方向Ａに沿っての一対の保持部材４の間の距離の１％以下である。すなわち、一対の保持部材４の間の距離が１０ｃｍである場合、許容可能な撓み量は、１ｍｍ以下である。

【0051】

光ファイバ３の第２部分３２が、第２部分３２に応力が加わるように曲げられている。これにより、第２部分３２内において光を不規則に反射させることができ、出力光Ｌ２の空間的な均一性を一層高めることができる。その結果、上述したとおり、出力光Ｌ２をトップハット形状とすることができる。出力光Ｌ２をトップハット形状とすることにより、光源モジュール１を樹脂加工に適用した際に、効率的且つ精密な加工を実現することが可能となる。また、光源モジュール１では、レンズ及び空間光変調器等が組み合わされてなる複雑な光学系を用いることなく、出力光Ｌ２をトップハット形状とすることができるため、構成を簡易化することができる。

【0052】

光ファイバ３の第２部分３２が、１周巻かれている。これにより、第２部分３２内において光を不規則に反射させることができ、出力光Ｌ２の空間的な均一性をより一層高めることができる。

【0053】

第２部分３２が、第１部分３１に対して、光ファイバ３による光の導光方向における下流側に位置している。これにより、出力光Ｌ２の空間的な均一性をより一層高めることができる。すなわち、第１振動部５及び第２振動部６により第１部分３１に振動を加えて光を単峰性のビーム形状とした上で、第２部分３２に応力を加えることにより、出力光Ｌ２をトップハット形状とすることができる。

【0054】

保持ユニット８が、可撓性を有する筒状部材８１を含み、光ファイバ３の第３部分３３が、筒状部材８１内に配置されている。これにより、第３部分３３が内部に配置された筒状部材８１を動かす（曲げる）ことで、光ファイバ３の出力端を所望の方向に向けることができる。また、筒状部材８１を動かした際に、曲げられた第２部分３２が遊びとして機能することで、光ファイバ３に不要な応力が作用するのを抑制することができる。

【0055】

第１振動部５及び第２振動部６が、板状部材５１，６１と、板状部材５１，６１に固定され、板状部材５１，６１を振動させる振動体５２，６２と、を有しており、光ファイバ３の第１部分３１が、板状部材５１，６１に固定されている。これにより、板状部材５１，６１及び振動体５２，６２を用いて光ファイバ３の第１部分３１を振動させることができる。また、光ファイバ３の第１部分３１を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の各々に沿って独立して振動させることができる。すなわち、第１振動部５による振動と第２振動部６による振動が混合されるのを抑制して、第１振動部５による振動と第２振動部６による振動とを確実に独立させることができる。

【0056】

光源２が、量子カスケードレーザである。これにより、空間的に均一な中赤外域の光を出力光Ｌ２として光源モジュール１から出力することができる。

【0057】

本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。光ファイバ３の第２部分３２には、第２部分３２が屈曲させられることにより、又は第２部分３２がジグザグ状に曲げられることにより、応力が加えられていてもよい。第２部分３２は、第１部分３１に対して、光ファイバ３による光の導光方向における上流側に位置していてもよい。第２部分３２は、２周以上巻かれていてもよい。巻回部３２ａが配置される平面は限定されず、例えば、巻回部３２ａは、第２方向Ｄ２から見た場合に円形状を呈していてもよい。巻回部３２ａにおける光ファイバ３が互いに重なる部分において、光ファイバ３同士が保持部材によって束ねられていてもよい。この場合、一対の保持部材４のうち第２部分３２側に位置する保持部材４は省略されてもよい。

【0058】

第１振動部５及び第２振動部６に加えて、第３振動部が備えられてもよい。第３振動部は、例えば、延在方向と交差し且つ第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２とは異なる第３方向に沿って光ファイバ３の第１部分３１を振動させてもよい。第１方向Ｄ１は、延在方向Ａと交差する方向であればよく、必ずしも延在方向Ａと垂直でなくてもよい。ただし、第１方向Ｄ１が延在方向Ａに垂直であると、第１方向Ｄ１に沿って第１部分３１を振動させた場合に光ファイバ３に延び又は縮みが生じるのを抑制することができる。この点は、第２方向Ｄ２についても同様である。「延在方向Ａと垂直な第１方向Ｄ１に沿って第１部分３１を振動させる」ことには、例えば各部材が配置される位置の誤差等により、第１部分３１に振動が加えられる方向が第１方向Ｄ１から僅かにずれた場合も含まれる。この点は、第２方向Ｄ２についても同様である。

【0059】

図６を参照しつつ、変形例に係る光源モジュール１Ａについて説明する。光源モジュール１Ａでは、一対の保持部材４の一方が、圧縮部９として構成されている。より具体的には、圧縮部９は、一対の保持部材４のうち導光方向における下流側に位置する保持部材４によって構成されている。

【0060】

圧縮部９は、例えば固定治具であり、光ファイバ３の圧縮部分３４に圧縮力を作用させている。この圧縮力により、図７に示されるように、圧縮部分３４は、第１方向Ｄ１に沿って圧縮されている。この例では、圧縮部分３４は、圧縮部分３４の延在方向Ａと交差する単一の方向（第１方向Ｄ１）のみに沿って圧縮されている。圧縮部分３４は、光ファイバ３の一部であり、光ファイバ３における第１部分３１と第２部分３２との間の境界部分である。圧縮部分３４は、第２部分３２の一部（すなわち、第１部分３１以外の一部）であるとみなすことができる。光源モジュール１Ａでは、光ファイバ３の第２部分３２には巻回部３２ａが設けられておらず、第２部分３２は直線状に延在している。

【0061】

変形例に係る光源モジュール１Ａによっても、上記実施形態と同様に、出力光Ｌ２の空間的な均一性を高めることができる。また、圧縮部９によって光ファイバ３の圧縮部分３４を圧縮することにより、空間的に均一なリング状の光を出力することができる。この点について図８（ａ）～図８（ｃ）を参照しつつ更に説明する。

【0062】

図８（ａ）～図８（ｃ）に示される例では、第１振動部５及び第２振動部６の双方により光ファイバ３の第１部分３１を振動させると共に、圧縮部９により光ファイバ３の圧縮部分３４を圧縮した。光ファイバ３の第２部分３２に巻回部３２ａを形成しなかった。圧縮部９が光ファイバ３の圧縮部分３４に作用させる圧縮力の大きさを、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）の順に大きくした。すなわち、図８（ｃ）における圧縮力は図８（ｂ）における圧縮力よりも大きく、図８（ｂ）における圧縮力は図８（ａ）における圧縮力よりも大きい。

【0063】

図８（ａ）～図８（ｃ）から、圧縮部９によって光ファイバ３を圧縮することにより、空間的に均一なリング状の光を出力することができたことが分かる。また、図８（ｂ）と図８（ｃ）との比較から、圧縮力が大きくなるほど、出力光の中央に形成された開口が大きくなったことが分かる。このようなリング状の光は、加工への応用だけでなく、例えばＳＴＥＤ（Stimulated emission depletion）（誘導放出制御顕微鏡）における局所励起光源等に使用することができる。なお、圧縮力の大きさの決定に際しては、例えば、出力光の形状及び強度をモニタしつつ圧縮力を変化させることで、空間的に均一なリング状の光が出力されるように、適切な圧縮力の大きさを決定することができる。

【0064】

また、光源モジュール１Ａでは、圧縮部分３４が、光ファイバ３における第１部分３１以外の一部である。これにより、圧縮部９の圧縮力により第１部分３１の振動が阻害されるのを回避することができ、出力光の空間的な均一性を確保することができる。

【0065】

他の変形例として、光源モジュール１Ａにおいて、圧縮部９は、圧縮力の大きさが変更可能となるように構成されていてもよい。例えば、圧縮部９は、ネジ機構を含んで構成され、ネジの締結量に応じて圧縮力の大きさが変更可能となっていてもよい。圧縮力の大きさが変更可能である場合、圧縮力を変更することにより、出力光の形状又は強度等を調整することができる。

【0066】

他の変形例として、光源モジュール１Ａにおいて、圧縮部分３４は、光ファイバ３における筐体７の外部に位置する一部であってもよい。図６の例では、光ファイバ３の第３部分３３の一部は、筐体７の外部に位置している。圧縮部９は、第３部分３３の当該一部に圧縮力を作用させるように設けられていてもよい。すなわち、圧縮部分３４は、第３部分３３の一部であってもよい。圧縮部分３４が光ファイバ３における筐体７の外部に位置する一部である場合、圧縮部分３４に容易に圧縮力を作用させることができる。特に、圧縮力の大きさが変更可能となるように圧縮部９が構成される場合において、圧縮部分３４が光ファイバ３における筐体７の外部に位置する一部であると、圧縮部９の圧縮力の調整を容易化することができる点で有利である。

【0067】

他の変形例として、光源モジュール１Ａにおいて、圧縮部分３４は、全周にわたって圧縮されていてもよい。例えば、圧縮部９は、圧縮部分３４を全周方向に圧縮する治具によって構成されてもよい。この場合でも、空間的に均一なリング状の光を出力することができる。

【0068】

他の変形例として、光源モジュール１Ａにおいて、光ファイバ３の第２部分３２に巻回部３２ａが設けられていてもよい。巻回部３２ａにおける光ファイバ３が互いに重なる部分において、光ファイバ３同士が保持部材によって束ねられ、当該保持部材が圧縮部として構成されていてもよい。この場合、一対の保持部材４のうち第２部分３２側に位置する保持部材４（圧縮部９）は省略されてもよい。換言すれば、圧縮部９は、一対の保持部材４とは別に設けられ、光ファイバ３の第２部分３２を圧縮するように構成されてもよい。光源モジュール１Ａにおいて、圧縮部９は、一対の保持部材４のうち導光方向における上流側に位置する保持部材４によって構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１…光源モジュール、２…光源、３…光ファイバ、４…保持部材、５…第１振動部、６…第２振動部、７…筐体、８…保持ユニット、９…圧縮部、３１…第１部分、３２…第２部分、３３…第３部分、３４…圧縮部分、５１…板状部材（第１板状部材）、５２…振動体（第１振動体）、６１…板状部材（第２板状部材）、６２…振動体（第２振動体）、８１…筒状部材、Ａ…延在方向、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｌ１…光、Ｌ２…出力光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】