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(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】2024-11-25
(45)【発行日】2024-12-03
(54)【発明の名称】レーザ加工装置およびカプラ
(51)【国際特許分類】
B23K 26/064 20140101AFI20241126BHJP
G02B 6/26 20060101ALI20241126BHJP
G02B 6/42 20060101ALI20241126BHJP
【ＦＩ】
B23K26/064 K
G02B6/26 301
G02B6/42
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2021020924
(22)【出願日】2021-02-12
(65)【公開番号】P2022123547
(43)【公開日】2022-08-24
【審査請求日】2023-12-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】川崎 浩平
(72)【発明者】
【氏名】森 肇
(72)【発明者】
【氏名】厚味 泰輔
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１８３９７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９０９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１１２２８１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／０６４
Ｇ０２Ｂ ６／２６
Ｇ０２Ｂ ６／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有し、
前記第一光源として、異なる波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有した、レーザ加工装置。
【請求項2】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有し、
前記第一光源として、同じ波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有し、
前記複数の第一光源のそれぞれのレーザ光の出力および出力停止を切替可能に構成された、レーザ加工装置。
【請求項3】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有し、
前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に、第二入力光ファイバを有し、
前記第二入力光ファイバは、前記束部において、前記第一端部と並び前記第二端部と面し当該第二端部と光学的に結合された第三端部を有し、
前記第二入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する第二光源を備え、
前記第二光源は、前記第一光源とは異なる波長のレーザ光を出力する、レーザ加工装置。
【請求項4】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有し、
前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に、第二入力光ファイバを有し、
前記第二入力光ファイバは、前記束部において、前記第一端部と並び前記第二端部と面し当該第二端部と光学的に結合された第三端部を有し、
前記第二入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する第二光源を備え、
前記第二光源のレーザ光の出力は、前記第一光源のレーザ光の出力よりも低い、レーザ加工装置。
【請求項5】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有し、
レーザ光を出力し、前記光学ヘッドと光学的に接続された第三光源を備え、
前記光学ヘッドは、前記第一光源からのレーザ光と前記第三光源からのレーザ光とを合波する光学系を有した、レーザ加工装置。
【請求項6】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有し、
前記第一光源として、異なる波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有した、レーザ加工装置。
【請求項7】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有し、
前記第一光源として、同じ波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有し、
前記複数の第一光源のそれぞれのレーザ光の出力および出力停止を切替可能に構成された、レーザ加工装置。
【請求項8】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有し、
前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に、第二入力光ファイバを有し、
前記第二入力光ファイバは、前記束部において、前記第一端部と並び前記第二端部と面し当該第二端部と光学的に結合された第三端部を有し、
前記第二入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する第二光源を備え、
前記第二光源は、前記第一光源とは異なる波長のレーザ光を出力する、レーザ加工装置。
【請求項9】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有し、
前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に、第二入力光ファイバを有し、
前記第二入力光ファイバは、前記束部において、前記第一端部と並び前記第二端部と面し当該第二端部と光学的に結合された第三端部を有し、
前記第二入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する第二光源を備え、
前記第二光源のレーザ光の出力は、前記第一光源のレーザ光の出力よりも低い、レーザ加工装置。
【請求項10】
マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、
前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、
マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、
前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、
を備え、
前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有し、
レーザ光を出力し、前記光学ヘッドと光学的に接続された第三光源を備え、
前記光学ヘッドは、前記第一光源からのレーザ光と前記第三光源からのレーザ光とを合波する光学系を有した、レーザ加工装置。
【請求項11】
前記延部において、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのクラッド同士が溶着された、請求項１～５のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項12】
前記境界が、前記第二部位として、前記第一部位に対して径方向の内側に位置した第二部位と、前記第一部位に対して径方向の外側に位置した第二部位と、を有した、請求項６～１０のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項13】
前記第一光源として、同じ波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有した、請求項３～５、８～１０のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項14】
前記複数の第一光源のそれぞれのレーザ光の出力および出力停止を切替可能に構成された、請求項１または６に記載のレーザ加工装置。
【請求項15】
前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に光ファイバを有しない、請求項１、２、５、６、７、１０のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項16】
前記第二入力光ファイバは、マルチモード光ファイバであり、前記第二光源は、マルチモード光源である、請求項３、４、８、９のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項17】
前記第一光源が出力するレーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下であり、前記第三光源が出力するレーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下である、請求項５または１０に記載のレーザ加工装置。
【請求項18】
前記第一端部において、前記第一入力光ファイバのコアは、ＯＨ基を含有する、請求項１～１７のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項19】
前記第一端部において、前記第一入力光ファイバのコア中のＯＨ基の濃度は、１０［ｐｐｍ］以上２０００［ｐｐｍ］以下である、請求項１８に記載のレーザ加工装置。
【請求項20】
前記第一入力光ファイバの、前記束部から外れた非伸長区間における、外力が作用しない自由状態でのコアの外径に対するクラッドの外径の比率は、１．０４以上かつ１．２５以下である、請求項１～１９のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項21】
請求項１～５のうちいずれか一つに記載のレーザ加工装置に含まれる前記カプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ加工装置およびカプラに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の入力光ファイバと一つの出力光ファイバとを光学的に結合したカプラとして、ＴＦＢ（tapered fiber bundle）が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第５８６４６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザ加工装置が、複数の光源からのレーザ光を合波するＴＦＢを有することにより、より好適なビーム形状を有したレーザ光を出力することができれば、有益である。
【0005】
本発明の課題の一つは、例えば、より好適なビーム形状のレーザ光を出力することが可能なレーザ加工装置およびカプラを得ること、である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のレーザ加工装置は、例えば、マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、を備え、前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有する。
【0007】
前記レーザ加工装置にあっては、前記延部において、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのクラッド同士が溶着されてもよい。
【0008】
また、本発明のレーザ加工装置は、例えば、マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラと、マルチモード光源であってそれぞれ一つの前記第一入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する少なくとも一つの第一光源と、前記出力光ファイバと光学的に接続され、前記第一光源が出力し前記第一入力光ファイバおよび前記出力光ファイバを経由したレーザ光を出力する光学ヘッドと、を備え、前記第一端部の軸方向と交差する断面において、周方向における前記第一入力光ファイバのコアとクラッドとの間の境界が、第一部位と、当該第一部位よりも曲率半径の小さい第二部位と、を有する。
【0009】
前記レーザ加工装置にあっては、前記境界が、前記第二部位として、前記第一部位に対して径方向の内側に位置した第二部位と、前記第一部位に対して径方向の外側に位置した第二部位と、を有してもよい。
【0010】
前記レーザ加工装置は、前記第一光源として、同じ波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有してもよい。
【0011】
前記レーザ加工装置は、前記第一光源として、異なる波長のレーザ光を出力する複数の第一光源を有してもよい。
【0012】
前記レーザ加工装置にあっては、前記複数の第一光源のそれぞれのレーザ光の出力および出力停止を切替可能に構成されてもよい。
【0013】
前記レーザ加工装置にあっては、前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に光ファイバを有しなくてもよい。
【0014】
前記レーザ加工装置にあっては、前記束部は、周方向に並んだ少なくとも二つの前記第一入力光ファイバの径方向の内側に、第二入力光ファイバを有してもよい。
【0015】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第二入力光ファイバは、前記束部において、前記第一端部と並び前記第二端部と面し当該第二端部と光学的に結合された第三端部を有し、前記レーザ加工装置は、前記第二入力光ファイバと光学的に接続されレーザ光を出力する第二光源を備えてもよい。
【0016】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第二入力光ファイバは、マルチモード光ファイバであり、前記第二光源は、マルチモード光源であってもよい。
【0017】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第二光源は、前記第一光源とは異なる波長のレーザ光を出力してもよい。
【0018】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第二光源のレーザ光の出力は、前記第一光源のレーザ光の出力よりも低くてもよい。
【0019】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第一端部において、前記第一入力光ファイバのコアは、ＯＨ基を含有してもよい。
【0020】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第一端部において、前記第一入力光ファイバのコア中のＯＨ基の濃度は、１０［ｐｐｍ］以上２０００［ｐｐｍ］以下であってもよい。
【0021】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第一入力光ファイバの、前記束部から外れた非伸長区間における、外力が作用しない自由状態でのコアの外径に対するクラッドの外径の比率は、１．０４以上かつ１．２５以下であってもよい。
【0022】
前記レーザ加工装置にあっては、レーザ光を出力し、前記光学ヘッドと光学的に接続された第三光源を備え、前記光学ヘッドは、前記第一光源からのレーザ光と前記第三光源からのレーザ光とを合波する光学系を有してもよい。
【0023】
前記レーザ加工装置にあっては、前記第一光源が出力するレーザ光の波長は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下であり、前記第三光源が出力するレーザ光の波長は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であってもよい。
【0024】
また、本発明のカプラは、例えば、マルチモード光ファイバである少なくとも二つの第一入力光ファイバと、マルチモード光ファイバである一つの出力光ファイバと、を有し、前記少なくとも二つの第一入力光ファイバが周方向に並ぶよう束ねられた束部の第一端部と、前記一つの出力光ファイバの第二端部であって前記第一端部と面した第二端部とを、光学的に結合したカプラであって、前記第一端部の軸方向と交差する断面において、前記第一入力光ファイバのクラッドは、周方向に隣り合う二つの第一入力光ファイバのコアの間で軸方向と交差する方向に線状に延びた延部を有する。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、例えば、より好適なビーム形状のレーザ光を出力することが可能なレーザ加工装置およびカプラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図6】図６は、第１実施形態のレーザ加工装置に含まれる出力光ファイバの断面ならびに当該断面における光軸を通るＸ方向に沿う中心線上およびＹ方向に沿う中心線上でのレーザ光の強度分布を示す例示的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
【0028】
以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
【0029】
本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。
【0030】
また、図中の、矢印Ｘ、矢印Ｙ、および矢印Ｚは、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。
【0031】
［第１実施形態］
［レーザ加工装置の構成］
図１は、実施形態のレーザ加工装置１００の模式図である。レーザ加工装置１００は、複数の光源装置１１１，１１２と、複数の入力光ファイバ１１と、一つの出力光ファイバ１２と、カプラ１０と、光学ヘッド１２０と、デリバリ光ファイバ１３０と、コントローラ２００と、を備えている。
［レーザ加工装置の構成］
図１は、実施形態のレーザ加工装置１００の模式図である。レーザ加工装置１００は、複数の光源装置１１１，１１２と、複数の入力光ファイバ１１と、一つの出力光ファイバ１２と、カプラ１０と、光学ヘッド１２０と、デリバリ光ファイバ１３０と、コントローラ２００と、を備えている。
【0032】
レーザ加工装置１００では、光源装置１１１，１１２のそれぞれから出射されたレーザ光が合波され、当該合波されたレーザ光Ｌが、光学ヘッド１２０から出射される。光学ヘッド１２０は、対象物Ｗの表面Ｗａにレーザ光Ｌを照射することにより、例えば、溶接や、切断のような、対象物Ｗのレーザ加工を行う。
【0033】
レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上で掃引されるよう、光学ヘッド１２０と対象物Ｗとをレーザ光Ｌの光軸（照射方向）と交差する方向に相対移動する相対移動機構（不図示）を備えてもよい。また、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上で掃引されるよう、光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの出射方向を変更するガルバノスキャナ（不図示）を備えてもよい。この場合、ガルバノスキャナは、光学ヘッド１２０に設けられる。なお、レーザ加工装置１００は、相対移動機構およびガルバノスキャナの双方を備えてもよい。
【0034】
光源装置１１１，１１２は、それぞれ、レーザ光を出力するレーザ装置である。
【0035】
光源装置１１１は、マルチモード光源である。光源装置１１１は、例えば、光源としてダイレクトダイオードレーザを含み、それぞれ、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。光源装置１１１は、第一光源の一例である。本実施形態では、複数の光源装置１１１は、いずれも同じ波長のレーザ光を出力する。ただし、これには限定されず、複数の光源装置１１１は、互いに異なる波長のレーザ光を出力してもよい。
【0036】
光源装置１１１には、それぞれ、入力光ファイバ１１が光学的に接続されている。入力光ファイバ１１は、それぞれ、光源装置１１１が出力したレーザ光を伝送する。入力光ファイバ１１は、マルチモード光ファイバである。
【0037】
カプラ１０は、複数の入力光ファイバ１１と、一つの出力光ファイバ１２とを、光学的に結合している。出力光ファイバ１２は、デリバリ光ファイバとも称されうる。出力光ファイバ１２は、マルチモード光ファイバである。
【0038】
マルチモード光ファイバは、規格化周波数Ｖについて以下の式を満たす光ファイバである。
Ｖ＞Ｖ１＝２．４０５
Ｖ＝ｋ＊ａ＊√（ｎ１２－ｎ２２）＝２π／λ＊ａ＊√（ｎ１２－ｎ２２）
ｋ＝ω／ｃ
ここに、ωは、角周波数、ａ（＞０）は、コア半径、ｎ１は、コアの屈折率（ｎ１＞ｎ２）、ｎ２（＞０）は、クラッドの屈折率、λ（＞０）は、波長である。
Ｖ＞Ｖ１＝２．４０５
Ｖ＝ｋ＊ａ＊√（ｎ１２－ｎ２２）＝２π／λ＊ａ＊√（ｎ１２－ｎ２２）
ｋ＝ω／ｃ
ここに、ωは、角周波数、ａ（＞０）は、コア半径、ｎ１は、コアの屈折率（ｎ１＞ｎ２）、ｎ２（＞０）は、クラッドの屈折率、λ（＞０）は、波長である。
【0039】
出力光ファイバ１２は、光学ヘッド１２０と光学的に接続されている。出力光ファイバ１２は、光源装置１１１が出力し入力光ファイバ１１およびカプラ１０を経由したレーザ光を、光学ヘッド１２０へ伝送する。
【0040】
光源装置１１２は、例えば、シングルモード光源である。光源装置１１２は、例えば、光源としてファイバレーザを含み、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光を出力する。光源装置１１２は、第三光源の一例である。
【0041】
デリバリ光ファイバ１３０は、光源装置１１２が出力したレーザ光を、光学ヘッド１２０へ伝送する。デリバリ光ファイバ１３０は、シングルモード光ファイバである。
【0042】
コントローラ２００は、コンピュータとして作動する回路であり、光源装置１１１，１１２の作動および作動停止を切り替える作動制御信号を出力する。すなわち、光源装置１１１，１１２の作動は、コントローラ２００によって制御される。
【0043】
［光学ヘッドの構成］
光学ヘッド１２０は、光源装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、対象物Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、およびフィルタ１２４は、光学部品とも称されうる。なお、光学ヘッド１２０が有する光学部品は、出力光ファイバ１２やデリバリ光ファイバ１３０のレイアウト、レーザ光の波長等に応じて変更されうる。
光学ヘッド１２０は、光源装置１１１，１１２から入力されたレーザ光を、対象物Ｗに向かって照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）と、集光レンズ１２２と、ミラー１２３と、フィルタ１２４と、を備えている。コリメートレンズ１２１、集光レンズ１２２、ミラー１２３、およびフィルタ１２４は、光学部品とも称されうる。なお、光学ヘッド１２０が有する光学部品は、出力光ファイバ１２やデリバリ光ファイバ１３０のレイアウト、レーザ光の波長等に応じて変更されうる。
【0044】
コリメートレンズ１２１（１２１－１，１２１－２）は、それぞれ、出力光ファイバ１２あるいはデリバリ光ファイバ１３０から入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。
【0045】
ミラー１２３は、コリメートレンズ１２１－１からのレーザ光を反射し、フィルタ１２４へ向かわせる。
【0046】
フィルタ１２４は、ミラー１２３からのレーザ光を透過し、かつコリメートレンズ１２１－２からのレーザ光を反射して、集光レンズ１２２へ向かわせる。フィルタ１２４は、例えば、閾値波長よりも長い波長の光を通過させるダイクロイックミラーである。
【0047】
集光レンズ１２２は、平行光としてのフィルタ１２４からのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、対象物Ｗの表面Ｗａへ向かわせる。なお、光学ヘッド１２０がガルバノスキャナを有する場合、当該ガルバノスキャナは、例えば、フィルタ１２４と集光レンズ１２２との間に設けられる。
【0048】
［波長と光の吸収率］
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図２は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図２のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図２には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
ここで、金属材料の光の吸収率について説明する。図２は、照射するレーザ光Ｌの波長に対する各金属材料の光の吸収率を示すグラフである。図２のグラフの横軸は波長であり、縦軸は吸収率である。図２には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）について、波長と吸収率との関係が示されている。
【0049】
材料によって特性が異なるものの、図２に示されている各金属に関しては、一般的な赤外線（ＩＲ）のレーザ光を用いるよりも、青や緑のレーザ光を用いた方が、エネルギーの吸収率がより高いことが理解できよう。この特徴は、銅（Ｃｕ）や、金（Ａｕ）等においては顕著となる。
【0050】
使用波長に対して吸収率が比較的低い対象物Ｗにレーザ光が照射された場合、大部分の光エネルギーは反射され、対象物Ｗに熱としての影響を及ぼさない。そのため、十分な深さの溶融部位を得るには比較的高いパワーを与える必要がある。その場合、ビーム中心部は急激にエネルギーが投入されることで、昇華が生じ、キーホールが形成される。
【0051】
他方、使用波長に対して吸収率が比較的高い対象物Ｗにレーザ光が照射された場合、投入されるエネルギーの多くが対象物Ｗに吸収され、熱エネルギーへと変換される。この過程において、パワー密度が低いレーザ光を照射した場合には、熱伝導型の溶融となる。
【0052】
本実施形態では、上述したように、光源装置１１１は、銅や金等に対する吸収率が相対的に高く熱伝導型の溶融を生じる波長帯（例えば、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下）のレーザ光を出力する。また、光源装置１１２は、銅や金等に対する吸収率が相対的に低くキーホール型の溶融を生じる波長帯（例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下）のレーザ光を出力する。そして、光学ヘッド１２０は、これら双方の波長帯のレーザ光を含むレーザ光Ｌを対象物Ｗに向けて照射する。これにより、双方の波長帯のレーザ光の照射による利点を得ることができる。
【0053】
［カプラの構成］
図３は、カプラ１０の光軸Ａｘ１，Ａｘ２に沿う断面での断面図である。カプラ１０は、複数の入力光ファイバ１１の端部１３ｂと、出力光ファイバ１２の端部１２ｃとを、光学的に結合している。カプラ１０は、複数の入力光ファイバ１１の光軸Ａｘ１（中心軸）と一つの出力光ファイバ１２の光軸Ａｘ２（中心軸）とが略軸ずれ無く連なる状態で、複数の入力光ファイバ１１と一つの出力光ファイバ１２とを機械的に接続するとともに、光学的に結合している。本実施形態では、一つの出力光ファイバ１２の端部１２ｃのＺ方向の反対方向の端面１２ｄは、複数の入力光ファイバ１１の端部１３ｂのＺ方向の端面１３ｃと面している。そして、端部１３ｂにおいて一体化された端面１３ｃと端部１２ｃの端面１２ｄとが、互いに融着接続されている。カプラ１０は、コンバイナとも称されうる。端部１３ｂは、第一端部の一例であり、端部１２ｃは、第二端部の一例である。
図３は、カプラ１０の光軸Ａｘ１，Ａｘ２に沿う断面での断面図である。カプラ１０は、複数の入力光ファイバ１１の端部１３ｂと、出力光ファイバ１２の端部１２ｃとを、光学的に結合している。カプラ１０は、複数の入力光ファイバ１１の光軸Ａｘ１（中心軸）と一つの出力光ファイバ１２の光軸Ａｘ２（中心軸）とが略軸ずれ無く連なる状態で、複数の入力光ファイバ１１と一つの出力光ファイバ１２とを機械的に接続するとともに、光学的に結合している。本実施形態では、一つの出力光ファイバ１２の端部１２ｃのＺ方向の反対方向の端面１２ｄは、複数の入力光ファイバ１１の端部１３ｂのＺ方向の端面１３ｃと面している。そして、端部１３ｂにおいて一体化された端面１３ｃと端部１２ｃの端面１２ｄとが、互いに融着接続されている。カプラ１０は、コンバイナとも称されうる。端部１３ｂは、第一端部の一例であり、端部１２ｃは、第二端部の一例である。
【0054】
本実施形態では、一例として、複数の入力光ファイバ１１は、１本の入力光ファイバ１１－２と、６本の入力光ファイバ１１－１と、を含んでいる。すなわち、カプラ１０は、合計７本の入力光ファイバ１１を有している。なお、図３には、６本の入力光ファイバ１１－１のうち２本のみが示されている。７本の入力光ファイバ１１は、束ねられている。すなわち、６本の入力光ファイバ１１－１は、入力光ファイバ１１－２の周囲を取り囲むように光軸Ａｘ１周りの周方向に並んで配置されている。入力光ファイバ１１－１は、第一入力光ファイバの一例であり、入力光ファイバ１１－２は、第二入力光ファイバの一例である。
【0055】
入力光ファイバ１１（１１－１，１１－２）は、それぞれ、コア１１ａと、コア１１ａの外周に形成されたクラッド１１ｂと、クラッド１１ｂの外周に形成された被覆１１ｃと、を有している。コア１１ａおよびクラッド１１ｂは、それぞれ、例えば、石英系ガラスなどのガラスによって作られうる。また、被覆１１ｃは、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。なお、被覆１１ｃは、Ｚ方向の端部においては除去されている。入力光ファイバ１１は、例えば、ＮＡが０．１５～０．２２のマルチモード光ファイバである。
【0056】
出力光ファイバ１２は、コア１２ａと、当該コア１２ａの周囲を取り囲むクラッド１２ｂとを有した、マルチモード光ファイバである。コア１２ａおよびクラッド１２ｂは、例えば、石英系ガラスなどのガラスによって作られうる。また、出力光ファイバ１２は、クラッド１２ｂの外周に形成された被覆を有している。被覆は、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。出力光ファイバ１２は、例えば、ＮＡが入力光ファイバ１１と同等以上のマルチモード光ファイバである。
【0057】
複数の入力光ファイバ１１のＺ方向の端部において、被覆１１ｃが除去された部分は、束ねられ、統合部１３を構成している。統合部１３は、テーパ部１３ａと、当該テーパ部１３ａに対してＺ方向に隣接した端部１３ｂと、を有している。統合部１３では、少なくとも二つの入力光ファイバ１１が束ねられる。統合部１３および当該統合部１３を有するカプラ１０は、ＴＦＢとも称されうる。統合部１３は、束部の一例である。
【0058】
テーパ部１３ａでは、Ｚ方向に向かうにつれて、各コア１１ａは徐々に細くなり、かつ、複数のコア１１ａ間の距離が徐々に狭まっている。
【0059】
端部１３ｂは、テーパ部１３ａのＺ方向の端部の形状を維持したままＺ方向に延びている。なお、形状を維持したままＺ方向に延びている端部１３ｂは無くてもよい。その場合、テーパ部１３ａのＺ方向の端部が、統合部１３すなわち複数の入力光ファイバ１１の端部となる。
【0060】
このような統合部１３は、束ねられた複数の入力光ファイバ１１が加熱されながら光軸Ａｘ１の軸方向に引き延ばされることにより形成される。この場合の加熱には、酸水素バーナが用いられる。酸水素バーナが用いられることにより、統合部１３において、コア１１ａは、ＯＨ基を含有する。ＯＨ基によって石英ガラスを構成するＳｉ－Ｏのネットワークの欠陥が回復するため、石英ガラス中の欠陥によるレイリー散乱ロスを低減することができる。この観点から、コア１１ａ中のＯＨ基の濃度は、１０［ｐｐｍ］以上２０００［ｐｐｍ］以下であるのが好ましい。
【0061】
図４は、入力光ファイバ１１のうち、統合部１３から出力光ファイバ１２とは反対側に外れ加熱溶融されて引き延ばされていない非伸長区間１１ｅ（非伸長部位、図３参照）の、外力が印加されていない自由状態における中心軸と直交する断面図である。当該非伸長区間１１ｅの自由状態での断面において、コア１１ａの外周およびクラッド１１ｂの外周は、いずれも略円形である。統合部１３に対して出力光ファイバ１２とは反対側において、複数の入力光ファイバ１１は、略円形の断面形状を維持した状態で束ねられている。
【0062】
また、図４に示されるように、本実施形態の入力光ファイバ１１にあっては、クラッド１１ｂは比較的薄い。具体的に、非伸長区間１１ｅにおいて、コア１１ａの直径Ｄａに対するクラッドの直径Ｄｂの比Ｄｂ／Ｄａは、例えば、１．０４以上かつ１．２５以下に設定されている。
【0063】
図５は、図３のV－V位置における統合部１３の端部１３ｂの光軸Ａｘ１と交差しかつ直交する断面図である。なお、わかりやすさのため、図５では、ハッチングを省略している。図５に示されるように、統合部１３の断面の中央に位置する入力光ファイバ１１－２のコア１１ａの断面形状は、略円形の形状を有している。他方、入力光ファイバ１１－２の周囲に位置し光軸Ａｘ１の周方向に並ぶ入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの断面形状は、それぞれ、非円形かつ略扇形の形状を有している。
【0064】
本実施形態のように、入力光ファイバ１１－２の周囲に複数の入力光ファイバ１１－１が並ぶ構成にあっては、入力光ファイバ１１のコア１１ａのそれぞれの断面形状の円形度をＣ（＝４・π・Ｓ／Ｌ２、Ｓ：面積、Ｌ：周囲長、真円でＣ＝１）とし、真円乖離度をＤｃ（＝｜１－Ｃ｜、１－Ｃの絶対値）とした場合、入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの真円乖離度Ｄｃは、入力光ファイバ１１－２のコア１１ａの真円乖離度Ｄｃよりも大きくなる。
【0065】
図５のような断面形状は、統合部１３を形成する際に、元々それぞれ円形の断面を有している入力光ファイバ１１が、加熱によってより柔軟になった状態で光軸Ａｘ１の軸方向に引っ張られることにより、得られる。この際、入力光ファイバ１１－１は、それぞれ、光軸Ａｘ１の径方向に縮むとともに光軸Ａｘ１の周方向に延び、周方向に隣り合う入力光ファイバ１１－１との間で互いに圧縮される。このような変形により、端部１３ｂにおいては、互いに隣接する入力光ファイバ１１（クラッド１１ｂの外周）間の隙間は、変形した入力光ファイバ１１によって充填されることによって、狭められ、消失する場合もある。このように、端部１３ｂにおいて、互いに隣り合う入力光ファイバ１１間の隙間が小さくなる、あるいは消失することにより、端部１３ｂの切断および端面１３ｃの形成において、劈開のみで済み、研磨が不要となる場合がある。この場合、製造の手間およびコストが低減されるという利点が得られる。
【0066】
各入力光ファイバ１１のクラッド１１ｂは、コア１１ａを取り囲む壁を形成している。互いに隣り合う二つの入力光ファイバ１１において、当該二つの入力光ファイバ１１のクラッド１１ｂ同士は、少なくとも部分的に溶着され、一体化されている。図５の例では、クラッド１１ｂ間の境界（界面）が消失している。ただし、これは一例であって、クラッド１１ｂ間の境界は残存していてもよい。
【0067】
クラッド１１ｂは、内壁１１ｂ１と、外壁１１ｂ２と、複数の隔壁１１ｂ３と、を有している。端部１３ｂにおいて、これら内壁１１ｂ１、外壁１１ｂ２、および複数の隔壁１１ｂ３は、光軸Ａｘ１の軸方向に延びている。
【0068】
内壁１１ｂ１は、光軸Ａｘ１の周方向に並ぶ複数の入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの径方向内側に位置し、管状の形状を有している。また、内壁１１ｂ１は、入力光ファイバ１１－２のコア１１ａの周囲を取り囲んでおり、入力光ファイバ１１－２のコア１１ａと、複数の入力光ファイバ１１－１のコア１１ａとの間に介在している。内壁１１ｂ１は、入力光ファイバ１１－２のクラッド１１ｂと、複数の入力光ファイバ１１－１のクラッド１１ｂの一部と、を含んでいる。
【0069】
外壁１１ｂ２は、複数の入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの径方向外側に位置し、当該複数の入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの周囲を取り囲んでいる。外壁１１ｂ２は、管状の形状を有している。外壁１１ｂ２は、複数の入力光ファイバ１１－１のクラッド１１ｂの一部を含んでいる。
【0070】
隔壁１１ｂ３は、それぞれ、光軸Ａｘ１の周方向に隣り合う二つの入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの間に介在し、略板状の形状を有している。図５の断面において、隔壁１１ｂ３は、光軸Ａｘ１と交差する方向、本実施形態では、光軸Ａｘ１の径方向に、線状に延びている。なお、隔壁１１ｂ３は、当該断面において、径方向に対して傾斜した方向に延びてもよい。隔壁１１ｂ３は、隣り合う二つの入力光ファイバ１１－１のクラッド１１ｂの一部を含んでいる。隔壁１１ｂ３においても、上述したように、当該二つのクラッド１１ｂは、部分的に溶着されてもよいし、溶着されていなくてもよい。隔壁１１ｂ３は、延部の一例である。隔壁１１ｂ３は、ブリッジとも称されうる。
【0071】
また、図５の断面において、入力光ファイバ１１－１のコア１１ａとクラッド１１ｂとの間の境界１１ｄは、隔壁１１ｂ３に沿って、第一部位１１ｄ１と、当該第一部位１１ｄ１よりも曲率半径が小さい第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２と、を有している。第一部位１１ｄ１および第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２は、光軸Ａｘ１の周方向における入力光ファイバ１１－１のコア１１ａとクラッド１１ｂとの間の境界である。第二部位１１ｄ２１は、第一部位１１ｄ１に対して径方向内側に位置し、第二部位１１ｄ２２は、第一部位１１ｄ１に対して径方向外側に位置している。第一部位１１ｄ１は、二つの第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２の間に挟まれている。上述したように、統合部１３を形成する際に、元々それぞれ円形の断面を有している入力光ファイバ１１が、加熱によってより柔軟になった状態で光軸Ａｘ１の径方向内方に向けて加圧されて変形することにより、このような第一部位１１ｄ１および第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２を有した境界１１ｄが形成される。
【0072】
発明者らは、鋭意研究により、カプラ１０における、図５のような断面形状を有する複数の入力光ファイバ１１と一つの出力光ファイバ１２との光学的な結合により、出力光ファイバ１２の光軸Ａｘ２と直交する断面において、レーザ光のフラットトップ型（台形型）の強度分布が得られるという知見を得た。
【0073】
図６は、出力光ファイバ１２のコア１２ａの光軸Ａｘ２と直交する断面、並びに、一つの入力光ファイバ１１－１にレーザ光を入力した場合における、当該コア１２ａの断面でのレーザ光の強度分布の一例を示している。図６において、グラフＧｘは、光軸Ａｘ２を通りＸ方向に沿う中心線ｌｘ上でのレーザ光の強度分布であり、グラフＧｙは、光軸Ａｘ２を通りＹ方向に沿う中心線ｌｙ上でのレーザ光の強度分布である。グラフＧｘ，Ｇｙに示されるように、中心線ｌｘ、ｌｙの双方において、レーザ光は、フラットトップ型の強度分布を有している。なお、レーザ光の強度分布は、光軸Ａｘ２を中心とした略軸対称形状を有しており、中心線ｌｘ，ｌｙ以外の中心線においても、グラフＧｘ，Ｇｙとほぼ同等の強度分布が得られる。
【0074】
図７は、一つの入力光ファイバ１１－１にレーザ光を入力した場合における、出力光ファイバ１２から出射された光が光学系を介して集光された際のフォーカス位置における光軸Ａｘ２と直交する断面の中心線上でのレーザ光の強度分布の一例を示すグラフである。横軸ｄは、中心線上の位置を示し、縦軸Ｐは、レーザ光の強度を示している。
【0075】
本明細書では、レーザ光の強度分布の平坦度Ｆ（％）を、次の式（１）のように定義する。
Ｆ＝Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ×１００ ・・・（１）
ここに、Ｐｍａｘは、コア１２ａの断面のうち光軸Ａｘ２を中心とした直径ｋ・Ｄの円形の対象範囲におけるレーザ光の強度の最大値、Ｐｍｉｎは、当該対象範囲におけるレーザ光の強度の最小値、Ｄは、フォーカス位置におけるビーム径、ｋは、平坦度Ｆの演算の対象範囲を定める係数であって０より大きく１より小さい数である。平坦度Ｆは、１００以上の値であり、平坦度Ｆの値が１００に近いほど平坦である。
Ｆ＝Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ×１００ ・・・（１）
ここに、Ｐｍａｘは、コア１２ａの断面のうち光軸Ａｘ２を中心とした直径ｋ・Ｄの円形の対象範囲におけるレーザ光の強度の最大値、Ｐｍｉｎは、当該対象範囲におけるレーザ光の強度の最小値、Ｄは、フォーカス位置におけるビーム径、ｋは、平坦度Ｆの演算の対象範囲を定める係数であって０より大きく１より小さい数である。平坦度Ｆは、１００以上の値であり、平坦度Ｆの値が１００に近いほど平坦である。
【0076】
上述したように、光学ヘッド１２０は、光源装置１１１から出力されたレーザ光と、光源装置１１２から出力されたレーザ光とを、対象物Ｗの表面Ｗａに向けて照射する。図８は、光学ヘッド１２０から出力されたレーザ光Ｌの、光軸Ａｘ３と直交する断面における光軸Ａｘ３を通る中心線上での強度分布の一例を示すグラフである。実線は、光源装置１１１からの４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光（以下、第一レーザ光と記す）の強度分布であり、破線は、光源装置１１２からの８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光（以下、第二レーザ光と記す）の強度分布である。図８に示されるように、第一レーザ光の最大値Ｐ１ｍａｘが第二レーザ光の最大値Ｐ２ｍａｘよりも低く、かつ第一レーザ光の幅Ｗ１（ビーム幅）が第二レーザ光の幅Ｗ２（ビーム幅）よりも広い場合に、スパッタや、ブローホール、割れ等の少ないより高品質なレーザ加工を実行することができる。これは、第二レーザ光によるキーホール型の溶融池の周囲に、第一レーザ光による熱伝導型の溶融池が形成されることにより、溶融池をより安定化できるからであると推定される。また、レーザ光Ｌが表面Ｗａ上を掃引される場合には、第二レーザ光が加工位置に到達する前に、当該加工位置が第一レーザ光によって照射され、予め加熱されることにより、加工位置の急激な温度上昇が抑制され、溶融池が安定化されると推定される。なお、ビーム幅は、そのビームのピークを含み、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度の領域の径として定義してもよい。また、円形でないビームの場合は、掃引方向と垂直方向における、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の長さをビーム幅と定義してもよい。
【0077】
発明者らは、鋭意研究により、本実施形態のように光学ヘッド１２０において光源装置１１１からの第一レーザ光と光源装置１１２からの第二レーザ光とを合波して対象物Ｗの表面Ｗａに向けて出力するレーザ加工にあっては、第一レーザ光の平坦度Ｆが、レーザ加工の品質の観点から、係数ｋ＝０．７とした場合に、１２０以下であるのが好ましく、１１０以下であるのがより好ましいことを見出した。
【0078】
また、発明者らは、鋭意研究により、さらに、以下（１）～（６）のような知見を得た。
（１）複数の入力光ファイバ１１－１のうち少なくとも一つ、言い換えると一つ以上の入力光ファイバ１１－１にレーザ光を入力した場合には、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光が得られる。
（２）複数の入力光ファイバ１１－１のうち同じ強度のレーザ光を入力する入力光ファイバ１１－１の数を増やすほど、最大値Ｐ１ｍａｘが大きくなる。この場合も、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆは１２０以下となる。
（３）参考例として、入力光ファイバ１１－１にはレーザ光を入力せず、入力光ファイバ１１－２のみにレーザ光を入力した場合、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆは１２０以下にはならず、ガウシアン分布のような、単峰型の強度分布となる。
（４）入力光ファイバ１１－２にレーザ光を入力した場合にあっても、複数の入力光ファイバ１１－１のうち少なくとも一つにレーザ光を入力した場合には、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光が得られる場合がある。
（５）（４）の場合、入力光ファイバ１１－２に入力されたレーザ光の強度は、入力光ファイバ１１－１に入力されたレーザ光の合計の強度または入力光ファイバ１１－１のそれぞれに入力されたレーザ光の強度よりも低いのが好ましい。また、入力光ファイバ１１－１に入力されたレーザ光の強度と、入力光ファイバ１１－２に入力されたレーザ光の強度との比率の調整により、平坦度Ｆを変化させることができる。
（６）参考例として、断面円形の入力光ファイバが束ねられた構成では、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光は得られない。
（１）複数の入力光ファイバ１１－１のうち少なくとも一つ、言い換えると一つ以上の入力光ファイバ１１－１にレーザ光を入力した場合には、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光が得られる。
（２）複数の入力光ファイバ１１－１のうち同じ強度のレーザ光を入力する入力光ファイバ１１－１の数を増やすほど、最大値Ｐ１ｍａｘが大きくなる。この場合も、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆは１２０以下となる。
（３）参考例として、入力光ファイバ１１－１にはレーザ光を入力せず、入力光ファイバ１１－２のみにレーザ光を入力した場合、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆは１２０以下にはならず、ガウシアン分布のような、単峰型の強度分布となる。
（４）入力光ファイバ１１－２にレーザ光を入力した場合にあっても、複数の入力光ファイバ１１－１のうち少なくとも一つにレーザ光を入力した場合には、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光が得られる場合がある。
（５）（４）の場合、入力光ファイバ１１－２に入力されたレーザ光の強度は、入力光ファイバ１１－１に入力されたレーザ光の合計の強度または入力光ファイバ１１－１のそれぞれに入力されたレーザ光の強度よりも低いのが好ましい。また、入力光ファイバ１１－１に入力されたレーザ光の強度と、入力光ファイバ１１－２に入力されたレーザ光の強度との比率の調整により、平坦度Ｆを変化させることができる。
（６）参考例として、断面円形の入力光ファイバが束ねられた構成では、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる第一レーザ光は得られない。
【0079】
上記（１）～（６）において見られた現象は、光源装置１１１がマルチモード光源であるとともに入力光ファイバ１１および出力光ファイバ１２がマルチモード光ファイバであることに加えて、（ａ）入力光ファイバ１１－１のコア１１ａが図５に示すような非円形断面を有していることや、（ｂ）光軸Ａｘ１の周方向に隣接するコア１１ａ間のクラッド１１ｂが薄く、周方向に隣り合うコア１１ａ間でクラッド１１ｂを介したレーザ光の漏出が生じていること、などが原因であると推定される。
【0080】
（ｂ）については、入力光ファイバ１１－１は、上述したように、クラッド１１ｂが比較的薄いものであるのが好ましい。この観点から、入力光ファイバ１１－１のうち、統合部１３に対して出力光ファイバ１２とは反対側に外れ加熱溶融されて引き延ばされていない非伸長区間１１ｅにおける、コア１１ａの直径Ｄａ（図４参照）に対するクラッドの直径Ｄｂの比Ｄｂ／Ｄａは、外力が作用していない自由状態あるいは当該自由状態と略同じ状態において、１．０４以上かつ１．２５以下であることが好ましく、１．０４以上かつ１．０８以下であることがより好ましい。また、クラッド径／コア径＝１２５／１１５を上限に設定するのが、さらに好ましい。
【0081】
また、上記（２）の知見から、レーザ加工装置１００において、コントローラ２００が出力する作動制御信号により、複数の光源装置１１１のうちレーザ光を出力する光源装置１１１の数を変更する（切り替える）ことにより、第一レーザ光について、係数ｋ＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下となる状態を維持しながら、当該第一レーザ光の強度を変更することができる。これにより、対象物Ｗの材質や、表面Ｗａの面粗度、対象物Ｗの厚さ等に応じた、より適切な条件で、より高品質なレーザ加工を行うことができる。
【0082】
また、統合部１３において中央に位置する入力光ファイバ１１－２と光学的に接続された光源装置１１１は、統合部１３において周辺に位置する入力光ファイバ１１－１と光学的に接続された光源装置１１１とは異なる波長のレーザ光を出力してもよい。入力光ファイバ１１－２と光学的に接続された光源装置１１１は、第二光源の一例であり、入力光ファイバ１１－２の端部１３ｂは、第三端部の一例である。なお、入力光ファイバ１１－１と光学的に接続された光源装置１１１は、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光（第二レーザ光）を出力し、入力光ファイバ１１－２と光学的に接続された光源装置１１１は、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長のレーザ光（第二レーザ光）を出力してもよい。
【0083】
図９は、複数の入力光ファイバ１１－１にレーザ光を入力した場合における、出力光ファイバ１２のコア１２ａの光軸Ａｘ２と直交する断面の中心線上でのレーザ光の強度分布の別の一例を示すグラフである。図９の例では、レーザ光の強度分布は、光軸Ａｘ２から離れた二箇所に強度のピークを有した、所謂双峰型（Ｍ型）の強度分布である。この場合においても、係数＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下の強度分布であれば、より高品質なレーザ加工を行うことができる。なお、図９の双峰型に限らず、より多くのピークを有した多峰型の強度分布であっても、係数＝０．７において平坦度Ｆが１２０以下の強度分布であれば、より高品質なレーザ加工を行うことができる。
【0084】
以上、説明したように、本実施形態では、少なくとも二つの入力光ファイバ１１－１（第一入力光ファイバ）と出力光ファイバ１２とが光学的に結合されたカプラ１０の、当該入力光ファイバ１１－１の端部１３ｂ（第一端部）において、入力光ファイバ１１－１のコア１１ａのそれぞれの断面形状は、非円形形状を有している。
【0085】
また、本実施形態では、端部１３ｂの光軸Ａｘ１の軸方向と交差する断面において、入力光ファイバ１１－１のクラッド１１ｂは、光軸Ａｘ１の周方向に隣り合う二つの入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの間に隔壁１１ｂ３（延部）を有している。当該隔壁１１ｂ３は、当該軸方向と交差する方向に線状に延びている。
【0086】
また、本実施形態では、端部１３ｂの光軸Ａｘ１の軸方向と交差する断面において、光軸Ａｘ１の周方向における入力光ファイバ１１－１のコア１１ａとクラッド１１ｂとの間の境界１１ｄが、第一部位１１ｄ１と、当該第一部位１１ｄ１よりも曲率半径の小さい第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２と、を有している。
【0087】
また、本実施形態では、入力光ファイバ１１－１の、統合部１３（束部）から外れた非伸長区間１１ｅにおける、外力が作用しない自由状態でのコアの外径に対するクラッドの外径の比率は、１．０４以上かつ１．２５以下である。
【0088】
このような構成によれば、出力光ファイバ１２の光軸Ａｘ２と直交する断面における、光軸Ａｘ２を通る中心線上でのレーザ光の強度分布は、単峰型ではなく、フラットトップ型あるいは多峰型となる。また、当該強度分布において、係数ｋ＝０．７における平坦度Ｆは、１２０以下となる。本実施形態によれば、好適なレーザ光Ｌのビーム形状を得ることができるレーザ加工装置１００を、より簡素なあるいはよりコンパクトな構成によって実現することができる。
【0089】
また、本実施形態のように、端部１３ｂにおいて、互いに隣り合う入力光ファイバ１１のクラッド１１ｂ同士が部分的に溶着し、複数の入力光ファイバ１１が一体化されてもよい。この場合、例えば、複数の入力光ファイバ１１を束ねる部材が不要となる分、カプラ１０をよりコンパクトに構成することができたり、部品点数を減らすことができる分、製造の手間やコストを低減できたりといった、利点が得られる。
【0090】
本実施形態のカプラ１０は、対象物Ｗの表面Ｗａに、４００［ｎｍ］以上かつ５００［ｎｍ］以下の波長の第一レーザ光と、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下の波長の第二レーザ光とを合波したレーザ光Ｌを照射するレーザ加工装置１００において、第一レーザ光を出力する複数の光源装置１１１からのレーザ光を結合するカプラ１０に、適用することができる。この場合、レーザ光Ｌの光軸と交差する断面における第一レーザ光の強度分布を、単峰型ではなく、フラットトップ型や多峰型とすることができ、ひいてはより高品質なレーザ加工を行うことができるという利点が得られる。
【0091】
［第２実施形態および第３実施形態］
図１０は、第２実施形態のカプラ１０Ａの統合部１３の端部１３ｂの、図５と同等位置での断面図である。図１１は、第３実施形態のカプラ１０Ｂの統合部１３の端部１３ｂの、図５と同等位置での断面図である。入力光ファイバ１１の数や配置、端部１３ｂの断面形状等を除き、第２実施形態のカプラ１０Ａおよび第３実施形態のカプラ１０Ｂは、第１実施形態のカプラ１０と同様の構成を有している。なお、図１０，１１でも、ハッチングを省略している。
図１０は、第２実施形態のカプラ１０Ａの統合部１３の端部１３ｂの、図５と同等位置での断面図である。図１１は、第３実施形態のカプラ１０Ｂの統合部１３の端部１３ｂの、図５と同等位置での断面図である。入力光ファイバ１１の数や配置、端部１３ｂの断面形状等を除き、第２実施形態のカプラ１０Ａおよび第３実施形態のカプラ１０Ｂは、第１実施形態のカプラ１０と同様の構成を有している。なお、図１０，１１でも、ハッチングを省略している。
【0092】
第２実施形態の端部１３ｂは、光軸Ａｘ１の周方向に並んだ四つの入力光ファイバ１１－１を有し、第３実施形態の端部１３ｂは、光軸Ａｘ１の周方向に並んだ三つの入力光ファイバ１１－１を有している。また、第２実施形態および第３実施形態において、端部１３ｂは、入力光ファイバ１１－２を有しない。
【0093】
第２実施形態および第３実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの断面形状は、それぞれ、非円形かつ略扇形の形状を有している。ただし、端部１３ｂには、断面の中心において、複数の入力光ファイバ１１－１の間の隙間ｇが形成されている。
【0094】
また、第２実施形態および第３実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、端部１３ｂの光軸Ａｘ１の軸方向と交差する断面において、入力光ファイバ１１－１のクラッド１１ｂは、光軸Ａｘ１の周方向に隣り合う二つの入力光ファイバ１１－１のコア１１ａの間に隔壁１１ｂ３（延部）を有している。当該隔壁１１ｂ３は、当該軸方向と交差する方向に線状に延びている。
【0095】
また、第２実施形態および第３実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、端部１３ｂの光軸Ａｘ１の軸方向と交差する断面において、光軸Ａｘ１の周方向における入力光ファイバ１１－１のコア１１ａとクラッド１１ｂとの間の境界１１ｄは、第一部位１１ｄ１と、当該第一部位１１ｄ１よりも曲率半径の小さい第二部位１１ｄ２１，１１ｄ２２と、を有している。
【0096】
また、第２実施形態および第３実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、入力光ファイバ１１－１の、統合部１３（束部）から外れた非伸長区間１１ｅ（図１０，１１には不図示、図３参照）における、外力が作用しない自由状態でのコアの外径に対するクラッドの外径の比率は、１．０４以上かつ１．２５以下である。
【0097】
これら第２実施形態および第３実施形態においても、出力光ファイバ１２の光軸Ａｘ２と直交する断面における、光軸Ａｘ２を通る中心線上でのレーザ光の強度分布は、単峰型ではなく、フラットトップ型あるいは多峰型となる。また、当該強度分布において、係数ｋ＝０．７における平坦度Ｆは、１２０以下となる。第１実施形態のカプラ１０に替えて第２実施形態のカプラ１０Ａおよび第３実施形態のカプラ１０Ｂのうちいずれかを適用したレーザ加工装置１００は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0098】
以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【0099】
１００…レーザ加工装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ…カプラ
１１…入力光ファイバ
１１－１…入力光ファイバ（第一入力光ファイバ）
１１－２…入力光ファイバ（第二入力光ファイバ）
１１ａ…コア
１１ｂ…クラッド
１１ｂ１…内壁
１１ｂ２…外壁
１１ｂ３…隔壁（延部）
１１ｃ…被覆
１１ｄ…境界
１１ｄ１…第一部位
１１ｄ２１，１１ｄ２２…第二部位
１１ｅ…非伸長区間
１２…出力光ファイバ
１２ａ…コア
１２ｂ…クラッド
１２ｃ…端部（第二端部）
１２ｄ…端面
１３…統合部（束部）
１３ａ…テーパ部
１３ｂ…端部（第一端部）
１３ｃ…端面
１１１…光源装置（第一光源）
１１２…光源装置（第二光源）
１２０…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１３０…デリバリ光ファイバ
２００…コントローラ
Ａｘ１…光軸
Ａｘ２…光軸
Ａｘ３…光軸
ｄ…（径方向の）位置
Ｄ…（出力光ファイバのコアの）外径
Ｄａ…（第一入力光ファイバのコアの）外径
Ｄｂ…（第一入力光ファイバのクラッドの）外径
Ｆ…平坦度
Ｇｘ，Ｇｙ…グラフ
ｇ…隙間
ｋ…係数
Ｌ…レーザ光
ｌｘ，ｌｙ…中心線
Ｐ…強度
Ｐｍａｘ…最大値
Ｐｍｉｎ…最小値
Ｐ１ｍａｘ…（第一レーザ光の）最大値
Ｐ２ｍａｘ…（第二レーザ光の）最大値
Ｗ…対象物
Ｗａ…表面
Ｗ１…（第一レーザ光の）幅
Ｗ２…（第二レーザ光の）幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向
１０，１０Ａ，１０Ｂ…カプラ
１１…入力光ファイバ
１１－１…入力光ファイバ（第一入力光ファイバ）
１１－２…入力光ファイバ（第二入力光ファイバ）
１１ａ…コア
１１ｂ…クラッド
１１ｂ１…内壁
１１ｂ２…外壁
１１ｂ３…隔壁（延部）
１１ｃ…被覆
１１ｄ…境界
１１ｄ１…第一部位
１１ｄ２１，１１ｄ２２…第二部位
１１ｅ…非伸長区間
１２…出力光ファイバ
１２ａ…コア
１２ｂ…クラッド
１２ｃ…端部（第二端部）
１２ｄ…端面
１３…統合部（束部）
１３ａ…テーパ部
１３ｂ…端部（第一端部）
１３ｃ…端面
１１１…光源装置（第一光源）
１１２…光源装置（第二光源）
１２０…光学ヘッド
１２１，１２１－１，１２１－２…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ミラー
１２４…フィルタ
１３０…デリバリ光ファイバ
２００…コントローラ
Ａｘ１…光軸
Ａｘ２…光軸
Ａｘ３…光軸
ｄ…（径方向の）位置
Ｄ…（出力光ファイバのコアの）外径
Ｄａ…（第一入力光ファイバのコアの）外径
Ｄｂ…（第一入力光ファイバのクラッドの）外径
Ｆ…平坦度
Ｇｘ，Ｇｙ…グラフ
ｇ…隙間
ｋ…係数
Ｌ…レーザ光
ｌｘ，ｌｙ…中心線
Ｐ…強度
Ｐｍａｘ…最大値
Ｐｍｉｎ…最小値
Ｐ１ｍａｘ…（第一レーザ光の）最大値
Ｐ２ｍａｘ…（第二レーザ光の）最大値
Ｗ…対象物
Ｗａ…表面
Ｗ１…（第一レーザ光の）幅
Ｗ２…（第二レーザ光の）幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】